(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥を脱水し、脱水ケーキを乾燥して得られた下水汚泥の脱水ケーキの乾燥物を、炭化工程、賦活工程を経て無酸素で活性炭化し、得られた活性炭を燃焼排ガス中の有害物の吸着除去用途、脱臭等の気体処理用途、または水処理用途に使用し、使用後の有害物含有廃活性炭を焼却処理することによって、廃活性炭に吸着されている有害物を燃焼分解し、これによって生成した焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過した後、濾液より燐酸分を回収するとともに、ほとんどが土壌成分である濾過残渣を回収することを特徴とする、下水汚泥処理方法。
【請求項２】
廃活性炭の焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過して得られた濾液を濃縮することによって燐酸分を回収し、この燐酸分を、硫安、燐安等の化学肥料の原料として使用することを特徴とする、請求項１記載の下水汚泥処理方法。
【請求項３】
廃活性炭の焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過して得られたほとんどが土壌成分である濾過残渣を洗浄して鉱酸等の付着成分を除去した後、脱水し、得られた浄化濾過残査を、セメント原料あるいは路盤材等の土木用資材原料として使用することを特徴とする、請求項１記載の下水汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥の高度利用と有用成分の回収を可能とし、下水汚泥乾燥物のリサイクル性を高め得る下水汚泥処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、我が国において、下水汚泥の発生量は固形分として、年間約２００万ｔに達すると言われており、その約８割が有効利用されずに埋立てにより廃棄処理されている。下水汚泥の残りの約２割はコンポスト（堆肥）化等によって利用されているが、充分なリサイクルがなされているとは言えない状況である。
【０００３】
このように、従来から下水汚泥は、コンポスト（堆肥）化等による有効利用が行なわれてきたが、最近、この下水汚泥の脱水ケーキを乾燥し、炭化し、賦活して、活性炭を製造し、例えば都市ごみの焼却炉からの排ガス中に含まれるダイオキシン等の有害物質の吸着除去剤として利用する方法が提案されている。また、これ以外にも、活性炭を下水処理場での脱臭用に利用する方法も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来より下水汚泥の有効利用が進展しない原因の一つとして、下水汚泥の脱水ケーキの固形分中に灰分が２５〜３０％含まれていて、この灰分が、下水汚泥の有効利用の妨げとなっていることが挙げられる。
【０００５】
例えば、下水汚泥の脱水ケーキの乾燥物を活性炭化した場合、活性炭として得られる収率は約３５％程度であり、このうちの２５〜３０％が灰分であるため、有効活性炭部分は、その差である５〜１０％しかないことになる。
【０００６】
すなわち、下水汚泥の脱水ケーキ乾燥物から活性炭として得られる製品のうち、約８割は不活性な灰分であり、従って、木質部の比表面積が、通常の活性炭と同様に１０００（ｍ２／ｇ）程度あったと仮定しても、全体としての有効比表面積は２００（ｍ２／ｇ）程度となってしまうのである。
【０００７】
一方、下水汚泥の脱水ケーキ乾燥物からの活性炭の製造のためには、約８５０℃の温度まで昇温して炭化し、賦活しなければならないが、下水汚泥乾燥物の２割の部分を有効利用するために、残りの８割の灰分までも同時に昇温するエネルギーが必要となり、民間ベースでは、なかなか経済性が成り立ち難いという問題があった。
【０００８】
しかし、下水汚泥の脱水ケーキの乾燥物を活性炭化した後、例えば都市ごみの焼却炉からの排ガス中に含まれるダイオキシン類を除去するといった利用法は、現在行なわれている下水処理場から下水汚泥を直接廃棄する状況に比べると、経済性さえ許せば、廃棄物を一度、有効利用してから廃棄することになるので、リサイクル性からは好ましい方向と言える。
【０００９】
このように、下水汚泥廃棄物から製造した活性炭をダイオキシン類等の有害物除去のために使用すること自体は好ましいことであるが、活性炭の場合、吸着容量が存在するので、ある程度使用した後に、必ず再生するか、廃棄する必要が出てくる。特に、ダイオキシン類およびその他有害物を吸着した活性炭はそのまま廃棄することができないので、処理する必要がある。焼却施設の場合、廃活性炭を焼却炉に投入し、活性炭と一緒にダイオキシン類等の有害物を燃焼分解すれば、廃活性炭の処理方法としては問題が無いように見える。
【００１０】
しかしながら、通常の活性炭であれば、灰分が少ないので、上記の焼却処理を行なっても問題は無いが、下水汚泥の脱水ケーキ乾燥物を原料として製造した活性炭の場合は、灰分の量が多いので、これを焼却処理すれば、焼却灰の量を増すことになる。
【００１１】
結局、下水汚泥の脱水ケーキ乾燥物を活性炭化するだけの従来の処理方法では、下水処理場から発生する下水汚泥のうち、固形分の約１／３を占める灰分は、下水処理場からごみ焼却場に移動して、そこで廃棄されるだけであるという問題がある。
【００１２】
本発明者らは、上記の点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、下水汚泥乾燥物のリサイクル性を高めるために、下水汚泥乾燥物の灰分から有用成分をさらに回収し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、下水汚泥の高度利用と有用成分の回収を可能とし、下水汚泥乾燥物のリサイクル性を高め得る下水汚泥処理方法を提供しようとすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１の発明による下水汚泥処理方法は、下水汚泥を脱水し、脱水ケーキを乾燥して得られた下水汚泥の脱水ケーキの乾燥物を、炭化工程、賦活工程を経て無酸素で活性炭化し、得られた活性炭を燃焼排ガス中の有害物の吸着除去用途、脱臭等の気体処理用途、または水処理用途に使用し、使用後の有害物含有廃活性炭を焼却処理することによって、廃活性炭に吸着されている有害物を燃焼分解し、これによって生成した焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過した後、濾液より燐酸分を回収するとともに、ほとんどが土壌成分である濾過残渣を回収することを特徴としている。
【００１５】
つぎに、請求項２の発明による下水汚泥処理方法は、上記請求項１において、廃活性炭の焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過して得られた濾液を濃縮することによって燐酸分を回収し、この燐酸分を、硫安、燐安等の化学肥料の原料として使用することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項３の発明による下水汚泥処理方法は、上記請求項１において、廃活性炭の焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過して得られたほとんどが土壌成分である濾過残渣を洗浄して鉱酸等の付着成分を除去した後、脱水し、得られた浄化濾過残査を、セメント原料あるいは路盤材等の土木用資材原料として使用することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
まず、下水汚泥の高度利用と有用成分の回収を可能とし、下水汚泥のリサイクル性を高めるために、下水汚泥の脱水ケーキ乾燥物の性状と、これを炭化し、賦活して、活性炭化したものについて検討した。下水汚泥の脱水ケーキ乾燥物より得られた活性炭の性状を表１に示した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
つぎに、活性炭中の灰分の分析値と、外国産の燐鉱石の成分分析値を比較し、得られた結果を表２に示した。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
この表２の結果から、明らかなように下水汚泥を焼成して発生する灰分組成は、燐鉱石に匹敵する燐分を含有しており、いわば、低品位燐鉱石という見方ができる。
【００２３】
本発明は、下水汚泥乾燥物の各成分を、つぎのように高度に有効利用することを骨子としている。
【００２４】
１）下水汚泥の有機性揮発分；炭化あるいは賦活時に発生するガスを燃焼させ、乾燥と活性炭製造時の熱エネルギーとして回収利用する。
【００２５】
２）下水汚泥の非揮発性木質分；活性炭として有効利用した後、焼却し、吸着された有害物分解のためのエネルギーの一部に利用する。
【００２６】
３）焼却残査、すなわち灰分は燐酸製造のための原鉱石とみなし、燐酸分を回収し、硫安、燐安等の化学肥料の原料とする。
【００２７】
上記の点から、本発明による下水汚泥処理方法は、下水汚泥を脱水し、脱水ケーキを乾燥して得られた下水汚泥の脱水ケーキの乾燥物を、炭化工程、賦活工程を経て無酸素で活性炭化し、得られた活性炭を燃焼排ガス中の有害物の吸着除去用途、脱臭等の気体処理用途、または水処理用途に使用し、使用後の有害物含有廃活性炭を焼却処理することによって、廃活性炭に吸着されている有害物を燃焼分解し、これによって生成した焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過した後、濾液より燐酸分を回収するとともに、ほとんどが土壌成分である濾過残渣を回収するものである。
【００２８】
つぎに、本発明の方法は、廃活性炭の焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過して得られた濾液を濃縮することによって燐酸分を回収し、この燐酸分を、硫安、燐安等の化学肥料の原料として使用するものである。
【００２９】
また、本発明の方法は、鉱酸処理後の濾過残渣が、ほとんどが土壌成分である点に鑑み、これをセメント原料あるいは路盤材等の土木用資材原料として使用するものである。
【００３０】
（実験例）
つぎに、下水汚泥の灰分に実際に含有される燐分が回収可能であることを確認するために、下記のような確認試験を行なった。
【００３１】
実験方法；
▲１▼  下水汚泥の脱水ケーキ乾燥物１００ｇを電気炉に入れ、空気雰囲気で９００℃で焼成した。その結果、２９ｇの焼成灰を得た。
【００３２】
▲２▼  この焼成灰１０ｇを採取し、１０．５％Ｈ２ＳＯ４水溶液５６ｇ中に入れ、攪拌しながら８０℃で３時間反応させた。
【００３３】
▲３▼  ３時間経過後、真空濾過し、濾液３５．３ｇを得た。
【００３４】
▲４▼  濾液のＰ２Ｏ５分析値は１４．８％であり、Ｐ２Ｏ５の回収率は７４％であった。
【００３５】
上記の実験によって、下水汚泥の脱水ケーキ乾燥物の灰分から、容易に燐酸が得られることが確認された。
【００３６】
【実施例】
つぎに、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００３７】
図１は、本発明の下水汚泥処理方法のフローシートを示すものである。
【００３８】
同図において、区画(A) は下水処理場を表わす。この区画(A) の下水処理場において生じた下水汚泥の脱水ケーキ(1) を、ついで乾燥機(2) に入れ、水分が数％になるまで乾燥する。つぎに、下水汚泥の脱水ケーキの乾燥物を炭化炉(3) に送り、不活性ガス雰囲気中で６５０℃に加熱し、炭化する。
【００３９】
炭化物を、つぎの賦活炉(4) に送り、８５０℃に加熱すると共に、水蒸気供給管(5) から吹き込んだ水蒸気によって賦活し、この活性炭を冷却後、下水汚泥活性炭の製品を得、この活性炭製品を流送管(6) より取り出す。
【００４０】
この実施例では、この下水汚泥活性炭製品をごみ焼却炉のダイオキシン除去用に使用する場合を示しており、図１の区画(B) は都市ごみ焼却場を意味する。
【００４１】
上記の賦活炉(4) より流送管(6) によって取り出した下水汚泥活性炭製品を、都市ごみ焼却場(B) に輸送する。図面では、ごみ焼却システムのフローは省略しているが、ごみの焼却によって発生した排ガスを、ボイラで熱回収した後、脱塵、脱塩する。そしてさらに、排ガス中のガス状ダイオキシン濃度を充分に低減するために、排ガスを活性炭塔または活性炭バグフィルターに導入する。
【００４２】
図１には、活性炭バグフィルター(9) を示しており、脱塵、脱塩後の排ガスを導入管(7) から活性炭バグフィルター(9) に導入するが、導入管(7) の煙道で循環活性炭粉末を供給管(8) から吹き込む。排ガス中のダイオキシン類はこの活性炭粉末に吸着されて除去される。この活性炭粉末をバグフィルター(9) で捕集し、清浄なガスを排出管(10)から誘引送風機を経て、煙突から大気中に放出する。
【００４３】
バグフィルター(9) の濾布に付着したダイオキシン類を吸着した活性炭を、一定時間ごとに払い落とし、バグフィルター(9) の下端部から排出する。このダイオキシン類吸着廃活性炭は、通常、ダイオキシン類の飽和吸着量に達していないので、排出管(11)により一定量ずつ抜き出し、その一部を循環活性炭として供給管(8) を介して排ガス導入管(7) の煙道に再循環し、残部のダイオキシン類吸着廃活性炭を流送管(12)から抜き出す。一方、抜出し活性炭に相当する量の下水汚泥活性炭製品を、流送管(6) によって上記供給管(8) 中に循環活性炭として補充する。
【００４４】
バグフィルター(9) より抜き出した廃活性炭の残部は、流送管(12)から専用焼却炉(13)に送り、焼却処理する。この専用焼却炉(13)では廃活性炭の焼却によって、吸着されていた有害成分、この例ではダイオキシン類も高温で分解・燃焼し、ここで発生した排ガスを、さらに２次燃焼炉(14)で完全分解して、清浄ガスを排出管(15)から大気中に放出する。
【００４５】
専用焼却炉(13)内で生じた廃活性炭の燃焼残査である焼却灰を、流送管(16)から蒸解槽(17)に送る。この蒸解槽(17)には、硫酸供給管(18)によって所定濃度の硫酸を供給して、焼却灰と硫酸の混合物を８０℃の温度で３時間攪拌しながら、加熱し、焼却灰から、例えばつぎの反応によって燐酸を抽出する。
【００４６】
２Ｃａ３ＰＯ４＋３Ｈ２ＳＯ４＝２Ｈ３ＰＯ４＋６ＣａＳＯ４
蒸解槽(17)から抜き出したスラリーを、濾過機(19)で濾過し、得られた燐酸を含む濾液を流送管(20)から濃縮釜(21)に送って濃縮し、得られた燐酸製品を排出管(22)から取り出す。スラリーの濾過残査は、ほとんどが土壌成分であるので、これを流送管(23)によって取り出し、洗浄槽(24)に送る。洗浄槽(24)においては濾過残査を洗浄して鉱酸等の付着成分を除去し、さらに、脱水機(25)を経た後、浄化濾過残査を回収管(26)によって回収し、セメント原料あるいは路盤材等の土木用資材原料として再利用する。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の発明による下水汚泥処理方法は、上述のように、下水汚泥を脱水し、脱水ケーキを乾燥して得られた下水汚泥の脱水ケーキの乾燥物を、炭化工程、賦活工程を経て無酸素で活性炭化し、得られた活性炭を燃焼排ガス中の有害物の吸着除去用途、脱臭等の気体処理用途、または水処理用途に使用し、使用後の有害物含有廃活性炭を焼却処理することによって、廃活性炭に吸着されている有害物を燃焼分解し、これによって生成した焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過した後、濾液より燐酸分を回収するとともに、ほとんどが土壌成分である濾過残渣を回収するものである。
【００４８】
つぎに、請求項２の発明による下水汚泥処理方法は、廃活性炭の焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過して得られた濾液を濃縮することによって燐酸分を回収し、この燐酸分を、硫安、燐安等の化学肥料の原料として使用するものである。
【００４９】
また、請求項３の発明による下水汚泥処理方法は、廃活性炭の焼却灰を硫酸等の鉱酸で処理し、処理液を濾過して得られたほとんどが土壌成分である濾過残渣を洗浄して鉱酸等の付着成分を除去した後、脱水し、得られた浄化濾過残査を、セメント原料あるいは路盤材等の土木用資材原料として使用するものである。
【００５０】
本発明の上記の方法によれば、つぎの効果を生じる。
【００５１】
１．下水汚泥の有効利用
現在、国内で多量に発生しており、ほとんど有効利用されないまま廃棄されている下水汚泥中に大量に含まれている燐分を、資源として回収し、リサイクルすることによって、現在、国内に輸入されている化学肥料原料を節約することができる。
【００５２】
２．下水汚泥を直接焼却し、この灰分から燐酸を生産することも可能であるが、下水汚泥の脱水ケーキを乾燥し、炭化し、賦活して、活性炭を製造し、この活性炭を、例えば焼却炉の排ガス中に含まれるダイオキシンの吸着除去剤、あるいは下水処理場での脱臭剤として一度有効利用した後、廃活性炭を焼却して、ダイオキシン類等の可燃性吸着有害物質を燃焼分解で無害化し、残査を燐酸原料とする方が、資源としてより有効に利用できる。
【００５３】
３．現在、下水汚泥は一部コンポスト（堆肥）化され、肥料として利用されているが、これに比べると、下水汚泥から回収された燐酸を原料とする燐系化学肥料の場合、つぎのような利点がある。
【００５４】
▲１▼  肥料として使用の時期が制限されない。
【００５５】
▲２▼  工場で多量に生産できるので、品質が安定する。
【００５６】
▲３▼  下水汚泥から回収された燐酸を原料とする燐系化学肥料に不足している植物栄養分を後から添加して、補充することができるので、複合系肥料が簡単に生産可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の下水汚泥処理方法の実施例を示すフローシートである。
【符号の説明】
(A) ：下水処理場
(B) ：都市ごみ焼却場
(1) ：下水汚泥の脱水ケーキ
(2) ：乾燥機
(3) ：炭化炉
(4) ：賦活炉
(5) ：水蒸気供給管
(6) ：下水汚泥活性炭製品流送管
(7) ：都市ごみ焼却排ガス導入管
(8) ：循環活性炭粉末供給管
(9) ：活性炭バグフィルター
(10)：清浄ガス排出管
(11)：ダイオキシン類吸着廃活性炭排出管
(12)：廃活性炭流送管
(13)：専用焼却炉
(14)：２次燃焼炉
(15)：清浄ガス排出管
(16)：焼却灰流送管
(17)：蒸解槽
(18)：硫酸供給管
(19)：濾過機
(20)：燐酸含有濾液流送管
(21)：濃縮釜
(22)：燐酸製品排出管
(23)：濾過残査流送管
(24)：洗浄槽
(25)：脱水機
(26)：濾過残査回収管
【図１】
0003981759.tif 000004