(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥貯留槽の下方に脱水ケーキポンプを配設し、この脱水ケーキポンプと焼却炉とを供給管で接続して汚泥貯留槽からの脱水ケーキを焼却炉内に投入する脱水ケーキ投入装置において、
各々脱水ケーキポンプを備える２本の各供給管に、装置弁である三方弁と圧力計とを介装して脱水ケーキ投入用ノズルをそれぞれ取付けて２系統の供給ラインとし、
前記各供給ラインにおける三方弁の上流側から汚泥貯留槽に向かってそれぞれ戻り管を接続し、かつ前記各供給ラインにおける三方弁の下流側のうち、脱水ケーキ投入用ノズルに接続する側ではない、もう一方の側同士を連通する連通配管を設け、
第１又は第２の供給ラインにより脱水ケーキを投入する際、脱水ケーキの嫌気発酵により当該ラインの供給管内圧力が所定値を超えていたとき、前記三方弁を切替えて前記連通配管に脱水ケーキを流すことにより、供給ラインを１系統にし、管内の脱水ケーキを第２又は第１の供給ラインに接続した戻り管より汚泥貯留槽に戻して開放脱気するように制御する制御部を備えた、
ことを特徴とする脱水ケーキ直接投入装置。
【請求項２】
汚泥貯留槽の下方に脱水ケーキポンプを配設し、この脱水ケーキポンプと焼却炉とを供給管で接続して汚泥貯留槽からの脱水ケーキを焼却炉内に投入する脱水ケーキ投入装置において、
前記汚泥貯留槽の下方に第１、第２脱水ケーキポンプを設け、これら第１、第２脱水ケーキポンプと前記焼却炉とを２本の供給ラインを構成する第１、第２の供給管でそれぞれ接続し、
前記第１、第２供給管に、装置弁である第１、第２三方弁と第１、第２圧力計と前記第１、第２三方弁の下流に第１、２のケーキ投入ノズルとをそれぞれ設けると共に、前記第１、第２の三方弁の下流側より汚泥貯留槽に向けてそれぞれ戻り管を導出し、かつ、前記各供給ラインにおける三方弁の下流側のうち、脱水ケーキ投入用ノズルに接続する側ではない、もう一方の側同士を連通する連通配管を設け、
更に、前記第１又は第２の供給管を用いて脱水ケーキを焼却炉に供給する際、脱水ケーキの嫌気発酵により供給管内圧力が上昇して所定値を超えていたとき、当該供給管における三方弁及び他方の供給管における三方弁のデリバリ路を脱水ケーキ投入用ノズルに接続する側ではない、もう一方の側に切替えて供給ラインを１系統にし、管内の脱水ケーキを戻り管より汚泥貯留槽に循環させて供給管内を脱気させたのち、
当該供給管における三方弁のデリバリ路を第１又は第２の供給ラインの投入ノズル側に切替えて発酵していない脱水ケーキを焼却炉に供給するように制御する制御部を設けた、ことを特徴とする脱水ケーキ投入装置。
【請求項３】
前記第１、第２の供給管に第１、第２の分岐供給管を接続し、各供給管及び分岐供給管に装置弁である三方弁と圧力計と脱水ケーキ投入用ノズルとをそれぞれ取付け、しかも前記各分岐供給管は、汚泥貯留槽への戻り管開放部より高い位置で、焼却炉廻りに配設されていることを特徴とする請求項２に記載の脱水ケーキ投入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥貯留槽から焼却炉に脱水ケーキを供給する脱水ケーキ投入装置にかかるもので、脱水ケーキの嫌気発酵により供給管内圧力が上昇したとき、戻り管を介して汚泥貯留槽に循環させるようにした脱水ケーキ投入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥法によって下水処理する場合に一次、二次処理によって生じる余剰汚泥を濃縮、消化、ろ過し汚泥焼却炉に焼却される。焼却炉では、約８００℃の温度で定常運転して、大気に開放される気体中に含まれるＮＯｘ等の含有量を少なくするように脱水ケーキ（脱水汚泥）を焼却炉に定量供給している。すなわち、焼却炉においては、脱水ケーキの燃焼は一定空気供給下で行われるので、脱水ケーキの供給量が所定値より少なければ、焼却排気体中の酸素濃度が高くなり、ＮＯｘの発生量が増える。一方、脱水ケーキの供給量が所定値より多ければ、焼却排気体中の酸素濃度が低くなり、脱水ケーキの燃焼過程に発生するＮＨ４及びＣＨ４の混在でＨＣＮの発生量が増えるため、排気中に含まれる公害物質を最小限に抑えることが要求される。
このため、通常、汚泥貯留槽にある水分約７５〜８０％の脱水ケーキを脱水ケーキポンプによって焼却炉に供給する際、脱水ケーキポンプを駆動、調節して脱水ケーキの供給量の制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
汚泥などのガス発生を伴う物質は、配管等密閉された状態にて滞留する場合、発生ガスにより配管内で圧力が上昇する。配管内の発生ガスを脱気することなく焼却炉に投入した場合には、炉内にケーキの過剰供給・燃焼が起こり、急激な炉内圧の上昇を生じる。炉内ガスは大気放出となり安全上・環境上問題となる。そのため、ケーキ投入部に押込み機又は切出しコンベヤを備えたバッファ付供給装置を設けて配管内で圧力の上昇を防ぐことが行われているが、ケーキ投入のばらつきにより安定した燃焼を保持しにくいことがある。
【０００４】
そこで、本発明は、バッファ付供給装置を付設しないで、定量性が高く、安定した燃焼制御を可能とするケーキ直接投入による汚泥焼却炉において、投入開始時の問題を解決する方法として、ケーキの嫌気発酵により発生した供給配管内のガスを脱気するようにした直接投入装置を提供するものである。
本発明のケーキ直接投入方式では、バッファタンクにて脱気が行えないことから、供給管内の脱気を以下の方法にて行う。すなわち、脱水ケーキ搬送配管内で嫌気発酵したガスを、ケーキと分離し、ガスのみを脱気することは困難であるから、その脱気方法として、投入ノズルからの投入を閉じたのち、発酵した脱水ケーキを供給元である貯留槽内のケーキを配管内に供給して発酵が進行していない脱水ケーキと置換する。嫌気発酵したケーキは、供給元である貯留槽に戻され開放及び攪拌により脱気されて再度供給が可能となり、焼却炉へ投入し焼却処理される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１は、汚泥貯留槽の下方に脱水ケーキポンプを配設し、この脱水ケーキポンプと焼却炉とを供給管で接続して汚泥貯留槽からの脱水ケーキを焼却炉内に投入する脱水ケーキ投入装置において、各々脱水ケーキポンプを備える２本の各供給管に、装置弁である三方弁と圧力計とを介装して脱水ケーキ投入用ノズルをそれぞれ取付けて２系統の供給ラインとし、前記各供給ラインにおける三方弁の上流側から汚泥貯留槽に向かってそれぞれ戻り管を接続し、かつ前記各供給ラインにおける三方弁の下流側のうち、脱水ケーキ投入用ノズルに接続する側ではない、もう一方の側同士を連通する連通配管を設け、第１又は第２の供給ラインにより脱水ケーキを投入する際、脱水ケーキの嫌気発酵により当該ラインの供給管内圧力が所定値を超えていたとき、前記三方弁を切替えて前記連通配管に脱水ケーキを流すことにより、供給ラインを１系統にし、管内の脱水ケーキを第２又は第１の供給ラインに接続した戻り管より汚泥貯留槽に戻して開放脱気するように制御する制御部を備えた、ことを特徴とする。
【０００６】
このように構成することで、供給管中で脱水ケーキの嫌気発酵により管内圧力が上昇して所定の値を超えると、制御部により三方弁が駆動されて、脱水ケーキが戻り管を介して汚泥貯留槽に戻される。
【０００７】
また、本発明の請求項２は、汚泥貯留槽の下方に脱水ケーキポンプを配設し、この脱水ケーキポンプと焼却炉とを供給管で接続して汚泥貯留槽からの脱水ケーキを焼却炉内に投入する脱水ケーキ投入装置において、前記汚泥貯留槽の下方に第１、第２脱水ケーキポンプを設け、これら第１、第２脱水ケーキポンプと前記焼却炉とを２本の供給ラインを構成する第１、第２の供給管でそれぞれ接続し、前記第１、第２供給管に、装置弁である第１、第２三方弁と第１、第２圧力計と前記第１、第２三方弁の下流に第１、２のケーキ投入ノズルとをそれぞれ設けると共に、前記第１、第２の三方弁の下流側より汚泥貯留槽に向けてそれぞれ戻り管を導出し、かつ、前記各供給ラインにおける三方弁の下流側のうち、脱水ケーキ投入用ノズルに接続する側ではない、もう一方の側同士を連通する連通配管を設け、更に、前記第１又は第２の供給管を用いて脱水ケーキを焼却炉に供給する際、脱水ケーキの嫌気発酵により供給管内圧力が上昇して所定値を超えていたとき、当該供給管における三方弁及び他方の供給管における三方弁のデリバリ路を脱水ケーキ投入用ノズルに接続する側ではない、もう一方の側に切替えて供給ラインを１系統にし、管内の脱水ケーキを戻り管より汚泥貯留槽に循環させて供給管内を脱気させたのち、当該供給管における三方弁のデリバリ路を第１又は第２の供給ラインの投入ノズル側に切替えて発酵していない脱水ケーキを焼却炉に供給するように制御する制御部を設けた、ことを特徴とする。
【０００８】
このように構成することで、供給管内の圧力が上昇して所定の値を超えていたとき、制御部により三方弁及び戻り弁が駆動されて、脱水ケーキがその供給管の三方弁から配管を介して他方の三方弁に至りそこから他方の供給管及び戻り管を介して汚泥貯留槽に戻される。また、脱水ケーキの供給系統を２系統設けたので、脱水ケーキを戻す際に他方の供給管を利用するので、戻り管を軽減することができる。
【０００９】
また、本発明では、前記第１、第２の供給管に第１、第２の分岐供給管を接続し、各供給管及び分岐供給管に装置弁である三方弁と圧力計と脱水ケーキ投入用ノズルとをそれぞれ取付け、しかも前記各分岐供給管は、汚泥貯留槽への戻り管開放部より高い位置で、焼却炉廻りに配設されていることを特徴とする（請求項３）。このように構成することで、脱水ケーキポンプの停止時に、投入ノズルへの分岐部周辺の上昇した圧力を、重力による自然開放して、置換する運転時間（回数）を低減できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の脱水ケーキ直接投入装置の配管図で、後述するように、第１の供給ラインを用いて投入する状態を示している。
図１において、１は汚泥貯留槽を示し、この貯留槽には、下水や屎尿中に元々含まれている懸濁固形物や下水処理（屎尿処理）の余剰汚泥固形物を脱水処理した脱水ケーキが貯留される。この汚泥貯留槽１の脱水ケーキは供給管に圧送され先端のノズルから焼却炉２に直接投入されて焼却処理される。
【００１１】
焼却炉２は、例えば流動床を用いて脱水ケーキを焼却処理するものであり、焼却灰は、燃焼排ガスと共に焼却炉２から排出され熱交換器等により所定の温度に冷された後、サイクロン、電気集塵機等により脱塵処理され、排ガスが煙突から大気に放出される。
【００１２】
汚泥貯留槽１の下部には、例えばモータの回転数を制御することにより搬送量（供給量）を調節することができる第１、第２脱水ケーキポンプ３、４が配置され、その吐出側に第１、第２の供給ラインを構成する供給管５、６がそれぞれ接続されている。第１、第２供給管５、６には第１、第２の吐出弁７、８、供給弁１９、２０、流量計１７、１８、含水率計２７、２８及び装置弁である三方弁１１、２１をそれぞれ介装する。供給弁１９、２０の下流側から分岐供給管５a、６aを分岐させて装置弁である三方弁１２、２２を設ける。
第１の供給ライン（第１供給管５、分岐供給管５a）に配置した三方弁１１、１２の切換路には、流量調整弁１３ａ、１３ｂ、圧力計１４ａ，１４ｂ及び装置副弁（投入遮断弁）１５ａ，１５ｂを介して投入ノズル１６ａ，１６ｂがそれぞれ接続されており、第２の供給ライン（第２供給管６、分岐供給管６a）に配置した三方弁２１、２２の切換路には、流量調整弁２３ａ、２３ｂ、圧力計２４ａ、２４ｂ及び装置副弁（投入遮断弁）２５ａ、２５ｂを介して投入ノズル２６ａ、２６ｂがそれぞれ接続されている。また、流量計１７、１８より下流位置の第１、第２供給管５、６から脱水ケーキを貯留槽１に循環させるため、戻り弁３７、３８付の戻り管３５、３６を設ける。
前記分岐供給管５a、６aは、汚泥貯留槽１への戻り管開放部より高い位置で焼却炉周りに配置される。このようにすることで、脱水ケーキポンプ３、４の停止時に、投入ノズルへの分岐部周辺の上昇した圧力を、重力により自然開放して、置換する運転時間（回数）を低減できる。
なお、供給弁１９、２０は管路のメイテナンス時に開閉操作するものである。また、三方弁は、弁の切替えができるものならばどのようなものでもよく、例えば電動式三方弁、空気式三方弁等が用いられ、弁の駆動もモータ駆動、エア駆動等が用いられる。
【００１３】
さらに、供給管５、６の下流位置にある三方弁１１、２１のデリバリ側相互および三方弁１２、２２のデリバリ側相互を配管３０ａ、３０ｂでそれぞれ接続し、後記するように、脱水ケーキの嫌気発酵により供給管内圧力が所定値を超えていたとき、前記三方弁を切替えて供給ラインを１系統にし、管内の脱水ケーキを戻り管より汚泥貯留槽１に戻して開放脱気する。投入時には第１、第２流量計７、８の測定値に応じて制御部４０により第１、第２脱水ケーキポンプ３又は４のモータが制御されて焼却炉２に供給される脱水ケーキの供給量が調節される。脱水ケーキは、脱水ケーキポンプ３、４の出力を小さくするため、例えば２から４ｃｍ／ｓ以下の流速で供給管５、６内を搬送することが好ましい。
【００１４】
また、制御部４０は、２系統の供給ラインにそれぞれ設けられている流量計、濃度計、圧力計からの計測信号と所定のプログラムに基づいて演算処理して第１、第２の脱水ケーキポンプ、吐出弁、三方弁、装置弁副弁等への操作信号が出力され、バランスよく投入・循環運転するようになっている。運転開始時、供給管５、６内の脱水ケーキを汚泥貯留槽１に戻してから脱水ケーキの焼却炉２への供給を行う機能を有することが好ましい。なお、２系統のうち焼却炉２への脱水ケーキの供給を停止している供給管内に脱水ケーキを滞留しておくと、発酵して気体を発生させるため、気体が供給管５または６内に滞留しないように定期的又は不定期的に供給管内の脱水ケーキを汚泥貯留槽１に戻すように脱水ケーキポンプ３または４を駆動させることが好ましい。
【００１５】
通常、脱水ケーキの投入は複数の投入ノズルを用いて行う。図示例では、焼却炉のフリーボード内の同一レベルに２本２組、計４本の投入ノズル１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂを用いている。投入ノズルは、脱水ケーキを焼却炉に投入（供給）できるならばどのように構成してもよく、例えば、高圧空気を用いて投入するようにしてもよい。なお、第１、第２供給管５、６の分岐位置は、特に限定されないが、供給管をできるだけ少なくするために焼却炉の近傍であることが好ましい。
【００１６】
制御部４０は、どちらか一方の脱水ケーキポンプ、例えば第１脱水ケーキポンプ３を駆動させて、汚泥貯留槽１の脱水ケーキの一部を第１供給管５を介して投入ノズル１６ａ、２６ａから焼却炉２内に投入（供給）し、運転前に、第１供給管５と第１分岐供給管５ａの圧力計１４ａ、１４ｂの測定値が所定の値を超えていたとき、第１戻り管３６を介して脱水ケーキが汚泥貯留槽１に戻されるように第１三方弁１１、１２を切替える。
【００１７】
次に作用について述べる。図１は第１の供給ラインを用いて投入する状態を示している。図中、供給ラインの実線部分は管内が開となっており、点線部分は閉じていることを示している。
【００１８】
さて、投入運転開始時には、第１の供給管５における三方弁（装置弁）１１、１２を図１のように切替えて投入ノズル１６ａ、１６ｂまでをそれぞれ連通させたのち、一方の脱水ケーキポンプ３を駆動する。脱水ケーキポンプ３により汚泥貯留槽１の脱水ケーキが供給管５内に順次供給され装置弁副弁１５ａ、１５ｂを経てノズル１６ａ、１６ｂから焼却炉２内に投入され約８００℃の温度で焼却される。
【００１９】
図２は配管内から脱水ケーキを汚泥貯留槽に循環させる場合を示す図である。図１による運転前に、焼却炉２に搬送される供給管５中で脱水ケーキが発酵して気体が発生して管内の圧力が上昇して所定の値を超えていると、制御部４０により各三方弁１１、１２、２１、２２が駆動され、配管３０ａ、３０ｂを接続して図２の実線ラインのように切替わり、脱水ケーキが戻り管３６を介して汚泥貯留槽１に戻される。なお、図２では上記制御部４０の図示を省略している。
脱水ケーキ搬送配管内で嫌気発酵したガスを、ケーキと分離し、ガスのみを脱気することは困難である。その脱気方法として、投入ノズルからの投入を閉じたのち、発酵した脱水ケーキを供給元である貯留槽内のケーキを配管内に供給して発酵が進行していない脱水ケーキと置換する。嫌気発酵したケーキは、供給元である貯留槽に戻され開放脱気されて再度供給が可能となり、焼却炉へ投入し焼却処理される。
【００２０】
供給管内が陽圧になると押し出されるケーキの過剰供給を招くが、上記のように、発生した気体は脱水ケーキと共に汚泥貯留槽１に戻され、そこで開放されるため、発生した気体の焼却炉２への供給が抑制されることにより、炉内圧の急激な上昇による燃焼不具合を防ぐことができる。
【００２１】
第２供給ライン６からケーキ投入運転する際には、各吐出弁、装置弁等を切替え第２の脱水ケーキポンプを駆動して第２の供給管６に脱水ケーキを送り第２の投入ノズル２６ａ、２６ｂから投入し、また管内圧が上昇したときには、三方弁を切替えて脱ガスの循環回路にするものであるが、第２供給ラインの運転循環時の配管については図示を省略している。
【００２２】
図３は、第１、第２のラインを用いた脱水ケーキの投入・循環時における各吐出弁、装置弁、装置弁副弁及び戻り弁の開閉状態を示す図である。
脱水ケーキの供給を行う際に、供給管５、６内で気体が発生して圧力が所定の値を超えていたとき、制御部４０がその供給管５、６の三方弁１１、１２を切替え脱気したのち、もう一方の系統の脱水ケーキポンプ及び三方弁２１、２２等を制御して脱水ケーキが別の供給管から投入ノズルを介して焼却炉２に所定量供給することで、焼却炉に気体が流入による脱水ケーキの過剰供給を防ぐことが可能である。
【００２３】
【発明の効果】
上記のように、請求項１に記載の発明によれば、焼却炉に脱水汚泥ケーキを投入する際、第１又は第２の供給管中で汚泥ケーキが嫌気発酵して供給管内の圧力が上昇し所定の値を超えていたとき、制御部により三方弁、戻り弁を駆動して２系統の供給ラインを１系統に切替えることにより、脱水ケーキが戻り管を介して汚泥貯留槽に戻されるので供給管内で発生した気体が焼却炉に供給されることが抑制される。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、また、三方弁を供給管の焼却炉の近傍に設けていることで、供給管内のほぼ全部の脱水ケーキを焼却炉に戻せるので、供給管内に脱水ケーキが滞留することがなく、焼却炉への昇圧ガスの流入を確実に抑制することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、各分岐供給管が、汚泥貯留槽への戻り管開放部より高い位置で、焼却炉廻りに配設されているので、脱水ケーキポンプの停止時に、投入ノズルへの分岐部周辺の上昇した圧力を、重力による自然開放して、置換する運転時間（回数）を低減できる。また、焼却炉への気体の流入を抑制することができると共に、脱水ケーキを戻すときに他方の供給管を利用するので戻り管を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明脱水ケーキ投入装置の第１の供給ラインから脱水ケーキを焼却炉に投入する状態を示す説明図である。
【図２】図１の配管内で圧力上昇した脱水ケーキを汚泥貯留槽に循環させて圧力上昇のない脱水ケーキと置換を供給する場合を示す図である。
【図３】脱水ケーキの投入・循環時における各吐出弁、装置弁、装置弁副弁及び戻り弁の開閉状態を示す図である。
【符号の説明】
１  汚泥貯留槽                        ２  焼却炉
３  第１脱水ケーキポンプ              ４  第２脱水ケーキポンプ
５  第１供給管                        ６  第２供給管
５ａ、６ａ  分岐供給管                ７、８  吐出弁
９、１０  吐出圧力計
１１、１２  第１装置弁（三方弁）      ２１、２２  第２装置弁（三方弁）
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ  流量調整弁
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ  投入圧力計
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ  装置弁副弁（投入遮断弁）
１６ａ、１６ｂ  第１投入ノズル        ２６ａ、２６ｂ  第２投入ノズル
１７、１８  流量計                    １９、２０  供給弁
２７、２８  含水率計                  ３５、３６  戻り管
３７、３８  戻り弁                    ４０  制御装置
【図１】
0004003045.tif 000002
【図２】
0004003045.tif 000003
【図３】
0004003045.tif 000004