(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
おがくず等を主とする吸水性廃棄物、高吸水性ポリマー及びゼオライトを副資材として添加することによる水分調整と粒状化とを行う攪拌造粒工程と、攪拌造粒工程において生産される造粒物を加熱ガスにより浮遊流動させながら乾燥を行う流動層乾燥工程とからなることを特徴とする高分子系脱水汚泥の高速処理システム。
【請求項２】
新請求項１に記載の高分子系脱水汚泥の高速処理システムにおける攪拌造粒工程に使用する攪拌造粒装置において、汚泥を混合、分散及び造粒を行うための攪拌手段と解砕手段とを設けたことを特徴とする高分子系脱水汚泥の高速処理システム。
【請求項３】
新請求項１又は２に記載の高分子系脱水汚泥の高速処理システムにおける流動層乾燥工程に使用する乾燥装置において、造粒物を浮遊流動させながら乾燥させるための加熱ガス吹き付け手段を有することを特徴とする高分子系脱水汚泥の高速処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場から発生する高含水率（水分率約８０％）の高分子系脱水汚泥の有効利用を図るための技術に関し、さらに詳しくは、上記汚泥の緑農地利用を目的にした高速処理システムの開発に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
下水道の普及に伴って必然的に増加する汚泥は、近年、莫大な量に達している。その処分の現状は焼却による減容をした後、埋立による処分が大勢を占めており、その埋立処分地の確保が重要な課題となっている。そのため、この埋立てによる処分に代えて下水汚泥の有効活用が社会的に要請されており、すでに緑農地利用、建設資材利用、熱利用などに関する再資源化への取組が進められている。
【０００３】
下水汚泥の緑農地への再利用技術について見ると、滅菌と有機物の安定化を目的としてコンポスト化処理が一般的に用いられており、従来から比較的小規模な処理場等では早くからその取組がなされてきている。このコンポスト化処理には大別して嫌気法と好気法があり、前者は嫌気性細菌を、後者は好気性細菌を主とする微生物が使用される。
【０００４】
しかし、いずれも微生物の働きによって、有機物の安定化、Ｃ／Ｎ比の改善、細菌や害虫及び雑草種子の不活性化等が図られているため、目標とする製品を得るためには相当な処理時間を要する。微生物の働きによるコンポスト化処理においては、一次発酵終了までに約１７日間、２次発酵終了までに約２７日間を要するのが現状である。
【０００５】
また、コンポスト化処理に適した汚泥の水分率が、一般的に水分率４０〜６０％であるため、水分率が約８０％の高含水率である高分子系脱水汚泥には適さず、コンポスト化処理をする場合には、コンポスト化に適した水分量の調整や空隙の確保等のために、前処理工程として大量の副資材の添加が必要となり、下水汚泥を処理するについては効率的な方法とは言い難い。
【０００６】
しかも、下水処理場においては、従来、脱水工程において脱水効率を高めるために使用されていた消石灰と塩化第２鉄とからなる凝集剤を、年々増加する汚泥発生量の抑制の観点から高分子凝集剤へと切り換えられる傾向にあり、従来のコンポスト化処理のような非効率的な方法では、その処理が到底追いつかないことが予想され、その高分子系脱水汚泥を高速に処理するシステムを開発することが強く要望されていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題点を解消し、下水処理場から発生する高含水率の高分子系脱水汚泥を緑農地利用するに当って、効率よく処理し得る高分子系脱水汚泥の高速処理システムの開発にある。
【０００８】
本発明に係る高分子系脱水汚泥の高速処理システムは、副資材添加による水分調整と粒状化とを行なう攪拌造粒工程と、攪拌造粒工程において生産される造粒物の乾燥を行なう流動層乾燥工程と、から構成される（請求項１）。
【０００９】
また、前記の高分子系脱水汚泥の高速処理システムを具体化するものとして、おがくず等を主とする吸水性廃棄物、高吸水性ポリマー及びゼオライトを副資材として添加することによる水分調整と粒状化とを行なう攪拌造粒工程と、攪拌造粒工程において生産される造粒物を加熱ガスにより浮遊流動させながら乾燥を行なう流動層乾燥工程とから構成することが考えられる（請求項２）。
【００１０】
さらに、これらの高分子系脱水汚泥の高速処理システムにおける攪拌造粒工程に使用する攪拌造粒装置として、汚泥を混合、分散及び造粒するための攪拌手段と解砕手段とを設けた攪拌造粒装置を採用することも効果的である（請求項３）。  さらにまた、上記した高分子系脱水汚泥の高速処理システムにおける流動層乾燥工程に使用する乾燥装置として、造粒物を浮遊流動させながら乾燥させるための加熱ガス吹付け手段を有する乾燥装置を採用することも有用である（請求項４）。
【００１１】
上記のように構成することにより、攪拌造粒工程において、原材料である高分子系脱水汚泥が、水分率については攪拌造粒工程前の８０％から約６５％まで低下し、形状については粒径約２〜４ｍｍの不定形球状物に粒状化する。
【００１２】
副資材として添加する高吸水性ポリマーは、不要水分の吸収剤として最初に高分子系脱水汚泥に添加される。おがくずは、主に汚泥に含まれる水分を吸収する役割を果し、かつ汚泥に含有する重金属類の吸着作用も果し、さらに汚泥が粒状化する際の核となる。したがって、おがくずの添加量は高分子系脱水汚泥の量により定められるので、最初に添加する高吸水性ポリマーの量は予測される不要水分を吸収するに足る最低量でよい。ゼオライトは、重金属類及び悪臭の吸着剤として、かつ整粒剤として必要最小限度の量だけ添加されるもので、おがくずが添加された後の造粒時に添加される。そして、このような副資材の添加による種々の作用を効果的に行なうために、汚泥を混合、分散及び造粒するための攪拌手段と解砕手段とを設けた攪拌造粒装置を採用する。
【００１３】
流動層乾燥工程においては、滅菌と有機物の安定化とが図られ、前記の攪拌造粒工程において生産された高分子系脱水汚泥の粒状物に、例えば比較的低温の加熱ガスを吹付けて、該粒状物を浮遊流動させながら加熱する。したがって、加熱装置としては、加熱ガス吹付け手段を有するものを採用する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［実施例］
以下、本発明の実施例を図に従って具体的に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る高速処理システムの模式図であり、Ａは高分子系脱水汚泥の貯留槽、Ｂは高吸水性ポリマーの貯留槽、Ｃはおがくずの貯留槽、Ｄはゼオライトの貯留槽である。
【００１６】
高分子系脱水汚泥は、貯留槽Ａからその所定量がホッパー１０に投入された後、図において右方向に移送され、高吸水ポリマーは貯留槽Ｂからホッパー１１に添加されて高分子系脱水汚泥と高吸水性ポリマーとが混合槽１２内で混合されながら下部の汚泥貯留槽１３に移送される。この汚泥貯留槽１３内において高分子系脱水汚泥に含まれる不要水分が高吸水性ポリマーにより吸収されることになる。
【００１７】
２０は攪拌造粒装置として本実施例において採用した高速攪拌型造粒機であり、この造粒機２０はシェル構造であって、その攪拌槽底部には攪拌羽根２１が設けられ、攪拌槽側面には解砕羽根２２が設けられている。そして、汚泥貯留槽１３から移送された高分子系脱水汚泥が造粒機２０に投入され、貯留槽Ｃからおがくずが造粒機２０に添加される。ここで攪拌羽根２１及び解砕羽根２２が回転して、高分子系脱水汚泥とおがくずとが混合されると共に、高分子系脱水汚泥が分散され、その後、攪拌羽根２１及び解砕羽根２２の回転数を増加させて造粒する。なお、攪拌羽根２１の回転数は高分子系脱水汚泥の水分の脱離に関係するので、必要以上に水分が脱離することによって造粒不可能にならないように攪拌羽根２１の回転数を調節する。解砕羽根２２の回転数は造粒物の粒子径に関係するので、予定される適切な粒子径になるように回転数を調節する。造粒が完了した後、攪拌羽根２１及び解砕羽根２２の回転数を下げ、貯留槽Ｄからゼオライトを添加し、ゼオライトにより造粒物をコーティングして整粒する。
【００１８】
以上の高分子系脱水汚泥の投入、いわゆる仕込みから整粒された造粒物が排出されるまでが、副資材添加による水分調整と粒状化とを行なう攪拌造粒工程であり、攪拌槽底部に設けられた攪拌羽根２１と攪拌槽側面に設けられた解砕羽根２２とにより、混合、分散及び造粒をワンプロセスで行うことができる。
【００１９】
３０は乾燥装置として本実施例において採用した横型流動層乾燥機である。流動層乾燥は被乾燥物を浮遊流動させながら乾燥する方式であるため、造粒物の乾燥に適しており、また、乾燥効率が良く、乾燥量当たりの床面積も少なくなる等の特徴を有している。まず、投入口３１から前記の攪拌造粒工程において生産された造粒物を投入する。３２は粒状物が通過しない程度の網目を有する網板であり、その上に造粒物が落下すると共に、加熱ガス吹付け手段である熱源Ｅから吹き出される比較的低温の加熱ガスが開口部３３より侵入して、前記網板３２を通過し、排気口３４を経て吹き出し口３５から外部へ排気される。加熱ガスが網板３２を通過する際に網板上に落下している造粒物が吹き上げられると同時に加熱ガスにより造粒物が加熱され乾燥する。このように造粒物は、乾燥機３０内で浮遊流動しながら乾燥していくことになる。この加熱ガスにより、造粒物は滅菌されると共に含有する有機物の安定化が図られ、最終製品として造粒物が排出口３７から排出される。３６はしきり板であり、乾燥機３０内に投入される造粒物の量によって高さが変えられるようになっており、未乾燥の造粒物が排出されないようにしている。
【００２０】
［実験例］
以下、本発明の実験例について述べる。
【００２１】
原料としては、下水処理場から発生する高分子系脱水汚泥を用いた。この高分子系脱水汚泥は、水分率８０．３％、かさ比重０．６７、強熱減量７１．９％、ｐＨ６．５と高含水率で有機物に富む原料である。なお、強熱減量は有機物の含有量を知るための目安である。
【００２２】
副資材としては、おがくず、ゼオライト、高吸水性ポリマー及びコンポスト屑（種菌）を用いた。なお、コンポスト屑は後述する従来法との比較のために添加したものであり、本来は添加する必要はない。おがくずは水分調整、重金属類の吸着、造粒物の核として、ゼオライトは重金属類及び悪臭の吸着、整粒剤として、高吸水性ポリマーは不要水分の吸収剤として、それぞれ必要最小限度の量を高分子系脱水汚泥に添加した。ちなみにその添加量は、高分子系脱水汚泥１５ｋｇに対して、おがくず４．５ｋｇ、ゼオライト１．５ｋｇ、高吸水性ポリマー０．３ｋｇであり、副資材添加後の水分率は約６５％程度である。
【００２３】
高速攪拌型造粒機２０に、おがくずと、高分子系脱水汚泥に予め高吸水性ポリマーを添加して１０分間放置したものとを添加し、予備混合と分散とを行う。この時の攪拌羽根２１の回転数は周速で２ｍ／ｓｅｃとする。予備混合と分散とが完了した後、攪拌羽根２１と解砕羽根２２の回転数を上げ、造粒する。この時の攪拌羽根２１の回転数は周速で５ｍ／ｓｅｃとする。なお、これ以上周速を上げると、遠心力により高分子系脱水汚泥の水分が必要以上に脱離し、造粒ができなくなる。また、解砕羽根２２の回転数により粒子の径を調節する。ほぼ造粒が完了した後、攪拌羽根２１及び解砕羽根２２の回転数を下げ、ゼオライトにより造粒物がコーティングされるように添加し、整粒する。この時の攪拌羽根の回転数は、周速で２ｍ／ｓｅｃとする。仕込みから排出までの一連の工程に要する時間は約１５分間／バッチであり、短時間で完了する。
【００２４】
上記の造粒工程を経ると、水分率約６５％で比較的柔らかい不定形球状物が得られる。その粒径を見ると約２〜４ｍｍが大半を占めており製品の歩留りが良く、選別工程は不要である。また、総資材容積から見ると９．７〜１２．５％の減容効果が認められ、ハンドリング等の作業性も向上する。
【００２５】
以下では、流動層乾燥による滅菌と有機物の安定化に係わる実験の一例を示す。  熱風温度２００℃、風速１．６〜１．８ｍ／ｓｅｃの乾燥条件で、乾燥時間の経過に伴う造粒物の水分量と一般細菌数との関係を見たところ、表１に示すように、１５分間の乾燥で造粒物の水分量は０．１％以下となった。また、一般細菌数も０個／ｇとなり、完全に無菌化された。
【００２６】
【表１】
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同様に、乾燥時間の経過に伴う有機物（強熱減量）の変化を見たところ、表２に示すように、造粒物の有機物（強熱減量）は５５．３％〜５１．５％てと漸減傾向を示し、３０分間の乾燥で３．８％の減少が認められた。
【００２７】
【表２】
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なお、熱風温度を２５０℃に上げたところ、品温が２００℃を越えたあたりで紫煙及び一部で発火が認められたことと、熱風温度を１８０℃に下げた場合にも熱風温度２００℃と同様の成績が得られたことから、流動層乾燥の条件を１８０℃で３０分間乾燥とすることにした。
【００２８】
本発明の高速処理システムでは、一連の処理が約１時間と極めて短時間で完了し、目標とする製品を得ることができるため、大量処理が可能となると共に、作業スペースの縮小化が図れるなど下水汚泥を処理する立場から見れば極めて効率的なシステムである。
【００２９】
以下、本発明に係る高速処理システムにより試作した造粒品の試験結果について述べる。
【００３０】
有機物の安定化状況すなわち分解され易い有機物が分解されているか否かを判断するために、熱風温度１８０℃で３０分間乾燥した造粒品に加水したところ、崩壊もせず、また悪臭の発生も認められなかった。
【００３１】
一方、供試植物に「こまつな」を用いた植物栽培比較試験により発芽状況及び発芽後の生育状況を確認したところ、表３、４に示すように、本発明により試作した造粒品は、発芽を阻害するような物質は含まれておらず、生育阻害も認められなかった。また、植物栽培試験期間中に悪臭の発生や腐敗等も起こっておらず、有機物の安定化が図られていることが確認された。しかも、本発明により試作した造粒品は、肥料取締法（特殊肥料）に係る重金属類の基準を満足し、その安全性が十分に確保されていることが確認できた。なお、肥料成分（Ｎ：２．６％Ｐ２Ｏ５：２．５％  Ｋ２Ｏ：１．２％）を豊富に含んでいるため、植物に応じた適切な施用量を決定すれば、相当の有効利用が図れる。
【００３２】
【表３】
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【表４】
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本発明により試作した造粒品の物理的性状を見ると、表５に示すように植物の発芽育成に必要な保水性、透水性及び保肥力（ＣＥＣ：塩基置換容量）を有しており、市販の土壌改良資材や園芸用土等と比較しても遜色がないことが確認できた。
【００３３】
【表５】
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【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る高速処理システムは、下水処理場から発生する高含水率の高分子系脱水汚泥の有効利用を図るための技術として有効かつ効果的である。本発明による具体的な効果を要約すると、▲１▼従来法とほぼ同程度の製品が得られる、▲２▼完全に無菌化された製品が得られる、▲３▼副資材の添加量が少なくてすむ、▲４▼極めて短時間に処理が完了することから大量処理が可能となると共に、作業スペースの縮小化が図れる、▲５▼造粒することで減容効果が高まると共に、ハンドリング性が向上し、選別工程が不要で製品歩留りも向上する、等の種々の利点がある。また、副資材としておがくずのような廃棄物を使用することにより、廃棄物処理の一つとして活用できる。なお、加熱ガスとして廃熱ガスを利用することもでき、本発明は、汚泥を効率的に処理することができると共に廃棄物の処理をも兼備えた画期的な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高速処理システムの模式図である。
【符号の説明】
Ａ………高分子系脱水汚泥の貯留槽
Ｂ………高吸水性ポリマーの貯留槽
Ｃ………おがくずの貯留槽
Ｄ………ゼオライトの貯留槽。
Ｅ………熱源
１０……ホッパー
１１……ホッパー
１２……混合槽
１３……泥貯留槽
２０……高速攪拌型造粒機
２１……攪拌羽根
２２……解砕羽根
３０……横型流動層乾燥機
３１……投入口
３２……網板
３３……開口部
３４……排気口
３５……吹き出し口
３６……しきり板
３７……排出口
【図１】
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