(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を脱水して脱水ケーキ化し、この脱水ケーキを焼却処理する汚泥処理設備において、
前記脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、前記脱水ケーキの発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように前記汚泥を脱水することが可能な、前記汚泥を加圧して脱水する加圧式脱水機と、
前記脱水ケーキを焼却処理する焼却炉と、
前記焼却炉内の温度に基づいて、前記脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように前記脱水機を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする汚泥処理設備。
【請求項２】
前記脱水機が前記汚泥を加圧して脱水する加圧式脱水機であり、前記制御装置は、検出される前記焼却炉内の温度に基づいて、下記式：
Ｐ＝［１−α（Ｔ−Ｔ０）］×Ｐ０
（式中、Ｐは前記脱水機における加圧力、αは比例定数、Ｔは焼却炉内の温度、Ｔ０は基準温度、Ｐ０は初期加圧力を表す）
で表される加圧力（Ｐ）を算出し、その加圧力で前記汚泥を加圧して脱水することにより前記脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように前記脱水機を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理設備。
【請求項３】
汚泥を脱水して脱水ケーキ化し、この脱水ケーキを焼却処理する汚泥処理方法において、
前記脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、前記脱水ケーキの発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇになるように前記汚泥を加圧式脱水機で加圧して脱水する脱水工程と、
前記脱水ケーキを焼却炉で焼却処理する焼却工程と、
前記焼却炉内の温度に基づいて前記脱水工程における前記脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように前記脱水機を制御する制御工程と、
を含むことを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項４】
前記脱水工程は、前記脱水機としての加圧式脱水機により前記汚泥を加圧して脱水するものであり、前記制御工程は、前記焼却炉内の温度に基づき、下記式：
Ｐ＝［１−α（Ｔ−Ｔ０）］×Ｐ０
（式中、Ｐは前記脱水工程における加圧力、αは比例定数、Ｔは前記焼却炉内の温度、Ｔ０は基準温度、Ｐ０は初期加圧力を表す）
で表される加圧力（Ｐ）を算出し、その加圧力で前記汚泥を加圧して脱水することにより前記脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように前記脱水機を制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載の汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥を脱水して焼却処理する汚泥処理設備及び方法に係り、例えば下水処理場から排出される汚泥を処理する汚泥処理設備及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚泥処理設備は、一般に、下水処理場等から排出される汚泥を脱水機で脱水した後、この脱水ケーキを焼却炉で焼却処理するものである。
【０００３】
こうした汚泥処理設備の一例が例えば特開平１１−６３４５８号公報に記載されている。この汚泥処理設備は、脱水機と焼却炉との間に乾燥機を設置し、これにより焼却炉内に投入される脱水ケーキの含水率の低減を図り、脱水ケーキが焼却炉内で自己燃焼可能となるようにする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の公報に記載の汚泥処理設備は以下のような問題点を有していた。
【０００５】
即ち、上述の汚泥処理設備に用いる乾燥機が臭気を発生し、その臭気が作業環境を悪化させる。また、乾燥機には一般に故障等のトラブルが多く、維持費がかかると共に、乾燥機の存在により設備全体が大型化する。更に、乾燥機により脱水ケーキの含水率が１０〜４０重量％と十分低くなるものの、その分可燃物量の割合が多くなり、焼却炉内の温度が上昇する。この場合、焼却炉には通常冷却水等が注入されるが、これでは冷却水が水蒸気化することにより排ガスのガス量が増加するため、後続の排ガス処理設備が大型化してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、作業環境の悪化を防止でき、低コスト化及び設備全体のコンパクト化が可能な汚泥処理設備及び方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の汚泥処理装置は、汚泥を脱水して脱水ケーキ化し、この脱水ケーキを焼却処理する汚泥処理設備において、脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、脱水ケーキの発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように汚泥を脱水することが可能な、汚泥を加圧して脱水する加圧式脱水機と、脱水ケーキを焼却処理する焼却炉と、焼却炉内の温度に基づいて、脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように脱水機を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。一方、本発明の汚泥処理方法は、汚泥を脱水して脱水ケーキ化し、この脱水ケーキを焼却処理する汚泥処理方法において、脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、脱水ケーキの発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇになるように汚泥を加圧式脱水機で加圧して脱水する脱水工程と、脱水ケーキを焼却炉で焼却処理する焼却工程と、焼却炉内の温度に基づいて脱水工程における脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように脱水機を制御する制御工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の汚泥処理設備及び方法によれば、汚泥は脱水機で脱水されて脱水ケーキとなり、脱水ケーキは、焼却炉で焼却処理される。このとき、脱水ケーキの含水率及び発熱量に応じて、焼却炉内の温度が変化する。従って、焼却炉内の温度に基づいて、制御装置により脱水ケーキの含水率が５０〜７１重量％、脱水ケーキの発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇとなるように脱水機が制御される。こうすることにより、脱水ケーキの含水率は低いまま維持される。このため、乾燥機が不要となる。また、脱水ケーキの発熱量が７００〜９００ｋｃａｌ／ｋｇであるため、脱水ケーキが焼却炉内で自己燃焼可能となる。また、焼却炉の内部は常時適切な温度に維持されるため、炉内温度を低下させるべく水や空気を焼却炉内に導入せずに済み、結果として、排ガスのガス量の増加が十分に防止される。
【０００９】
なお、脱水ケーキの含水率が５０重量％未満になると、一般にケーキ発熱量が増大して焼却炉内の温度が上昇し、焼却炉内の温度を低下させるべく焼却炉内に水や空気を注入する必要が生じ、結果として、後続の排ガス処理設備が大型化してしまう。一方、含水率が７５重量％を超えると、脱水ケーキが燃焼し難くなり、設備の定常運転中にも助燃剤等が必要となる。また、脱水ケーキの発熱量が７００ｋｃａｌ／ｋｇ未満では、脱水ケーキは、焼却炉内で自己燃焼することが困難となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る汚泥処理設備の実施形態を示すフロー図である。
【００１１】
この汚泥処理設備は、汚泥を脱水して脱水ケーキ化する脱水機１と、脱水ケーキを焼却して焼却処理する焼却炉２と、焼却炉排ガスを処理する排ガス処理設備３と、処理済の排ガスを大気中に放出する煙突４と、焼却炉２に燃料を供給する燃料タンク５とを備えている。脱水機１にはラインＬ１が接続され、脱水機１と焼却炉２、焼却炉２と排ガス処理設備３、排ガス処理設備３と煙突４、焼却炉２と燃料タンク５はそれぞれラインＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５により接続されている。また、ラインＬ２には脱水ケーキを焼却炉２に投入する投入設備（図示せず）が設置されている。
【００１２】
ここで、脱水機１としては、脱水機１の小型化の観点から、加圧式脱水機（例えばフィルタプレス脱水機）が好適に使用可能である。図２に示すように、加圧式脱水機は、ベルト状の２枚のろ布８ａ，８ｂで挟まれた汚泥を両面側から加圧できるように加圧装置７を有している。加圧装置７は、例えば固定板７ａと加圧板７ｂとを有し、これらは、ろ布８ａ，８ｂで挟まれた汚泥を挟み込める位置（例えばろ布の両側）に配置されている（図３参照）。また、加圧装置７は、加圧水注入装置１３から加圧水注入室９内に加圧水を注入することによりダイヤフラム１２を動かし、このダイヤフラム１２によって加圧板７ｂを固定板７ａに向けて移動させる。この加圧式脱水機は、汚泥を加圧装置７で加圧することにより、脱水ケーキの含水率を５０〜７５重量％、脱水ケーキの発熱量を７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上とすることが可能となっている。
【００１３】
一方、焼却炉２としては、各種の焼却炉が使用可能であるが、炉内温度が高温にならないために高負荷燃焼が可能な循環流動床式の焼却炉が好適であり、焼却炉２には、その上部に炉頂温度を測定する温度検出器（例えば熱電対）１０が取り付けられている。
【００１４】
そして、温度検出器１０は、制御装置１１を介して加圧式脱水機の加圧装置７における加圧水注入装置１３に接続され、制御装置１１は、温度検出器１０で検出される温度に基づき、加圧水注入室９内に注入される加圧水の量を制御することにより加圧装置７の加圧力を制御するようになっている。
【００１５】
なお、排ガス処理設備３は、例えば空気予熱器などの熱回収設備や白煙防止予熱器、ガス急冷塔、脱硝・脱硫設備、集塵機などを組み合わせて構成される。
【００１６】
次に、前述した汚泥処理設備における汚泥処理方法について説明する。
【００１７】
まず、下水処理場等で発生した水分を含む汚泥をラインＬ１を通して脱水機１へと供給する。脱水機１において、汚泥は、ろ布８ａ，８ｂに張力をかけることによって加圧されると共に、加圧装置７によっても加圧される。加圧装置７による汚泥の加圧は、加圧水注入装置１３から加圧水注入室９内に加圧水を注入することによりダイヤフラム１２を動かし、このダイヤフラム１２によって加圧板７ｂを固定板７ａに向けて移動させることにより行う。これにより汚泥は脱水され、脱水ケーキとなる（脱水工程）。
【００１８】
次に、こうして得られる脱水ケーキを焼却炉２内に投入する。なお、焼却炉２においては、その初期運転の際、ラインＬ５を通して燃料タンク５から燃料が供給され、脱水ケーキが燃焼して設備の運転が定常状態となったならば、それ以降、燃料の供給が停止される。このようにして脱水ケーキが焼却処理され（焼却工程）、焼却炉２内で発生した排ガスは、排ガス処理設備３で処理され、煙突４から大気中へ放出される。
【００１９】
このとき、脱水ケーキの含水率及び発熱量に応じて、焼却炉２内の温度が変化する。具体的には、焼却炉２内の温度（炉頂温度）は、脱水ケーキの含水率と発熱量に対してほぼ直線的な関係を有し、炉頂温度は脱水ケーキの含水率および発熱量を反映している。
【００２０】
例えば、発熱量が４５００ｋｃａｌ／ｋｇ−Ｄｒｙである汚泥を脱水機１に投入して脱水ケーキ化し、この脱水ケーキを焼却炉２に投入し、そのときの炉頂温度Ｔを温度検出器１０で検出した。また、脱水ケーキについてその含水率と発熱量を分析により求めた。このときの焼却炉２の炉頂温度と、脱水ケーキの含水率及び発熱量との関係を図４に示す。図４に示すように、脱水ケーキの含水率及び発熱量はともに炉頂温度Ｔに対してほぼ直線的な関係を有していることが分かる。
【００２１】
従って、炉頂温度Ｔを監視することにより、脱水ケーキの含水率と発熱量を監視していることになる。一方、脱水機１における加圧装置７の加圧力を調節することにより、脱水ケーキの含水率と発熱量を調節することができる。
【００２２】
そこで、焼却炉２内の炉頂温度を温度検出器１０で検出し、検出された温度に基づき、制御装置１１により脱水機１における加圧力を制御することにより、脱水ケーキの含水率を５０〜７５重量％、脱水ケーキの発熱量を７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上とすることが可能となる（制御工程）。
【００２３】
ここで、脱水ケーキの含水率を５０〜７５重量％、発熱量を７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上とするのは以下の理由による。即ち、脱水ケーキの含水率が５０重量％未満では、焼却炉２内の温度が上昇し、焼却炉２内の温度を低下させるべく焼却炉２内に水や空気を注入する必要が生じ、結果として、後続の排ガス処理設備３が大型化してしまう。一方、含水率が７５重量％を超えると、脱水ケーキが燃焼し難くなり、設備の定常運転中にも助燃剤等が必要となる。また、脱水ケーキの発熱量が７００ｋｃａｌ／ｋｇ未満では、脱水ケーキは、焼却炉２内で自己燃焼することが困難となる。
【００２４】
なお、脱水ケーキの含水率の下限は、好ましくは６８重量％、より好ましくは７０重量％であり、脱水ケーキの含水率の上限は、好ましくは７３重量％、より好ましくは７１重量％である。脱水ケーキの含水率が６８重量％未満では、炉内温度が上昇する傾向があり、脱水ケーキの含水率が７３重量％を超えると、助燃剤等が必要となる傾向がある。また、脱水ケーキの発熱量の下限は、好ましくは７４０ｋｃａｌ／ｋｇ、より好ましくは８１０ｋｃａｌ／ｋｇであり、脱水ケーキの発熱量の上限は、通常は９００ｋｃａｌ／ｋｇ、好ましくは８１０ｋｃａｌ／ｋｇである。脱水ケーキの発熱量が７４０ｋｃａｌ／ｋｇ未満では、助燃剤等が必要となる傾向があり、脱水ケーキの発熱量が９００ｋｃａｌ／ｋｇを超えると、炉内温度が上昇する傾向がある。
【００２５】
このように脱水ケーキの含水率が５０〜７５重量％、発熱量が７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上となるようにするには、以下のようにして脱水機１を制御する。以下、この制御方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
まず、焼却炉２について予め適切な温度範囲を定め、その上限を最大温度（ＴMAX）、下限を最小温度（ＴMIN）とする。そして、焼却炉２内の炉頂温度Ｔを温度検出器１０で検出する（Ｓ１００）。それから、制御装置１１において、検出される炉頂温度Ｔが、予め定められた最大温度ＴMAXと最小温度ＴMINとの間にあるかどうかを判断する（Ｓ１０１）。そして、炉頂温度Ｔが最大温度ＴMAXと最小温度ＴMINとの間にある場合には、そのときの脱水機１における加圧力を維持し、炉頂温度Ｔの検出を継続する。検出される炉頂温度Ｔが最大温度ＴMAXと最小温度ＴMINとの間にない場合には、脱水機１の加圧水注入装置１３から加圧水注入室９内へ注入される加圧水の量を制御することにより加圧装置７の加圧力を制御する（Ｓ１０２）。
【００２７】
このとき、加圧力は、下記式：
Ｐ＝[１−α（Ｔ−Ｔ0）]×Ｐ0・・・（１）
（式中、Ｐは脱水機１における加圧力（Ｐａ）、αは比例定数（１／℃）、Ｔは焼却炉２内の温度（℃）、Ｔ0は基準温度（℃）、Ｐ0は初期加圧力（Ｐａ）を表す）に基づいて算出される。ここで、比例定数αは例えば０．００１（１／℃）、基準温度は例えば８５０℃、初期加圧力は例えば１０ＭＰａである。
【００２８】
こうして算出された加圧力で汚泥を加圧することにより、脱水ケーキの含水率を５０〜７５重量％、脱水ケーキの発熱量を７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上とすることが可能となる。
【００２９】
このように脱水機１として、脱水ケーキの含水率を５０〜７５重量％、脱水ケーキの発熱量を７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上とすることが可能な加圧式脱水機を用い、且つ脱水機１の加圧装置７の加圧力を脱水ケーキの含水率が５０〜７５重量％、脱水ケーキの発熱量が７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上となるように制御することにより、脱水ケーキの含水率は低いまま維持される。このため、乾燥機が不要となり、作業環境の悪化が防止される。また、含水率が低減されることで、脱水ケーキの重量及び体積も低減されるので、焼却炉２の小型化が可能である。更に、脱水ケーキの発熱量が７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であるため、脱水ケーキが焼却炉２内で自己燃焼可能となる。従って、焼却炉２の定常運転中に助燃剤等を投入する必要が無くなり、省エネルギー化を図ることができる。また、焼却炉２の内部は常時適切な温度に維持されるため、炉頂温度を低下させるべく水や空気を焼却炉２内に導入せずに済み、結果として、排ガスのガス量の増加を十分に防止でき、排ガス処理設備３の小型化、ひいては設備全体のコンパクト化が可能となる。
【００３０】
こうして脱水機１の制御を行ったならば、設備の運転を終了するかどうかを判断し（Ｓ１０３）、終了しない場合には炉頂温度の検出を行い、脱水機１の制御を継続する。終了する場合には、炉頂温度の検出及び脱水機１の制御を中止する。
【００３１】
本発明は、前述の実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態では、脱水機１における加圧力が制御されているが、加圧力に代えて脱水時間が制御されてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、加圧式脱水機として、フィルタプレス脱水機が用いられているが、フィルタプレス脱水機に代えて、ベルトプレス脱水機に加圧装置を付加した加圧式ベルトプレス脱水機が用いられてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る汚泥処理設備及び方法によれば、焼却炉内の温度に基づいて、制御装置により脱水ケーキの含水率が５０〜７５重量％、脱水ケーキの発熱量が７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上となるように脱水機が制御される。このため、脱水ケーキの含水率は低いまま維持され、乾燥機が不要となり、作業環境を改善することができる。また、脱水ケーキの発熱量が７００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であるため、脱水ケーキが焼却炉内で自己燃焼可能となり、設備の定常運転中に助燃剤等を投入する必要が無く、燃料費の削減を図ることができる。また、焼却炉の内部は常時適切な温度に維持されるため、炉内温度を低下させるべく水や空気を焼却炉内に導入せずに済み、結果として、排ガスのガス量の増加が十分に防止され、ひいては設備のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る汚泥処理装置を概略的に示す全体フロー図である。
【図２】図１の脱水機としての加圧式脱水機と、焼却炉とを示す概略断面図である。
【図３】図２の加圧式脱水機における加圧装置を示す断面図である。
【図４】炉頂温度と、脱水ケーキの含水率及び発熱量との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の汚泥処理方法における焼却炉内温度の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…脱水機、２…焼却炉、３…排ガス処理設備、４…煙突、１１…制御装置、Ｌ１〜Ｌ６…ライン。
【図１】
0003764301.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003764301.tif 000004
【図４】
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【図５】
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