特許 6012926 活性汚泥を使用した固形燃料製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012926

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】活性汚泥を使用した固形燃料製造方法

(51)【国際特許分類】

   C10L 5/46 20060101AFI20161011BHJP

   B09B 3/00 20060101ALI20161011BHJP

   B09B 5/00 20060101ALI20161011BHJP

   C02F 1/52 20060101ALI20161011BHJP

   C02F 1/54 20060101ALI20161011BHJP

   C02F 11/00 20060101ALI20161011BHJP

   C02F 11/12 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   C10L5/46

   B09B3/00 301Z

   B09B5/00 Z

   C02F1/52 GZAB

   C02F1/54 G

   C02F11/00 F

   C02F11/12 Z

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2010-291062(P2010-291062)

(22)【出願日】2010年12月8日

(65)【公開番号】特開2012-122044(P2012-122044A)

(43)【公開日】2012年6月28日

【審査請求日】2013年12月2日

【審判番号】不服2015-14630(P2015-14630/J1)

【審判請求日】2015年7月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】511000304

【氏名又は名称】株式会社タスク東海

(73)【特許権者】

【識別番号】501133007

【氏名又は名称】リブラン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】308003415

【氏名又は名称】熊谷 和栄

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山城 正彦

(72)【発明者】

【氏名】川島 英雄

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 博文

【合議体】

【審判長】 冨士 良宏

【審判官】 日比野 隆治

【審判官】 國島 明弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１１７０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２６９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０９４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５６３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９００１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

C10L5/40

C02F11/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機性廃棄物を処理する過程で発生する活性汚泥を固形燃料化する方法であり、
前記活性汚泥に、食品廃棄物であるコーヒーかすを重量比率５０％乃至２００％の割合で撹拌混合し、さらに、前記活性汚泥と前記コーヒーかすの混合物に対して、接着剤と塗料と粘着剤とコーティング剤のうち少なくとも１つを製造又は使用した後の排水であって疎水性有機系ポリマーを含むエマルジョン又はラテックス含有排水を凝集沈殿処理した時に発生する凝集沈殿汚泥を重量比率５％乃至５０％の割合で添加して撹拌混合する第１工程と、
前記第１工程で生成した混合物を、含水率が２５％以下となるまで乾燥させる第２工程と、
を備えることを特徴とする固形燃料製造方法。

【請求項2】

前記活性汚泥と前記コーヒーかすと前記凝集沈殿汚泥の混合比率を調整することで、低位発熱量で３０００〜６０００ｋｃａｌ／ｋｇを有する固形燃料を製造することを特徴とする、請求項１に記載の固形燃料製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は活性汚泥や食品系廃棄物を燃料化する方法として、エマルジョン又はラテックス含有排水を凝集沈殿処理した時に発生する汚泥の持つバインダー特性、及び乾燥性、及び自己凝集固化特性等の様々な特性を利用することにより、混合撹拌と自然乾燥により非常に簡便に固形燃料を製造する方法を提供する。

【背景技術】

【0002】

現在、石化燃料については、その有限性や需要の拡大に伴い、今後益々コストが高騰するのは明白である。資源に乏しいわが国においては、燃料資源の確保は国家的問題である。昨今、燃料においてもＲＰＦ、ＲＤＦなどのリサイクル固形燃料が普及してきている。しかしながら、これらの固形燃料には問題点も少なくない。特に大型の製造設備が必要であること、及びその製造過程で多大なエネルギー消費を伴うことなどがあげられる。また、木質チップや木質ペレットについては、その供給面での課題、及びコストの問題などから需要の増加に対応できず、今後益々これらに変わる新たな固形燃料の要望が期待されている。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

他方、活性汚泥については各種食品工業メーカーなどから大量に排出されるが、その特性である含水率が高いこと、臭気が強いこと、腐敗しやすいことなどから取り扱いが困難であり、現在まで堆肥化以外には有効なリサイクルは実施されていない。

【0004】

また、接着剤や塗料等のメーカー及びそれらの製品を使用するメーカーからは、エマルジョン又はラテックス含有排水の処理過程で大量の凝集沈殿汚泥が発生する。これらの汚泥は産業廃棄物として処理されている。その処理方法は埋め立て及び焼却が主である。一部は肥料の増量材として処理されているものもあるが、現在まで有効なリサイクルは実施されていない。

【0005】

発明者らは、エマルジョン又はラテックス含有排水の処理過程で大量に発生する凝集沈殿汚泥のもつ様々な性質を発見した。特にそのバインダーとしての特性は予想外であり、有機汚泥を単独で成型したものが自然乾燥により収縮凝集固化し、且つその成型体が十分な強度と弾性を有するものになることを発見した。そこで、この特性を生かしたリサイクル方法の検討を進めた結果、現在までに無焼成レンガブロックの原料として使用する技術等の実用化に至った。

【0006】

本発明は、この特性を有効利用し、さらに現在処理に困っている食品系由来の活性汚泥とコーヒーかす、及びエマルジョン又はラテックス含有排水の処理過程で大量に発生する凝集沈殿汚泥を混合することにより、今までにない簡便な常温自然乾燥方式で固形燃料を製造する方法に関するものである。この発明により、従来のような大掛かりな設備は必要なく、モルタルミキサー程度の簡単な混合攪拌装置により、バイオマス主体の固形燃料が十分製造可能となる。しかも、製造工程は簡便であり、混合と自然乾燥の工程のみで、従来のリサイクル固形燃料のような粉砕・溶融・強制乾燥・冷却などの工程は必要がなくなる。これにより、製造工程での多大なエネルギー消費も低減でき、二酸化炭素の排出量も低減される画期的な固形燃料製造システムが可能となる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に係る発明は、有機性廃棄物を処理する過程で発生する活性汚泥を固形燃料化する方法であり、前記活性汚泥に、食品廃棄物であるコーヒーかすを重量比率５０％乃至２００％の割合で撹拌混合し、さらに、前記活性汚泥と前記コーヒーかすの混合物に対して、接着剤と塗料と粘着剤とコーティング剤のうち少なくとも１つを製造又は使用した後の排水であって疎水性有機系ポリマーを含むエマルジョン又はラテックス含有排水を凝集沈殿処理した時に発生する凝集沈殿汚泥を重量比率５％乃至５０％の割合で添加して撹拌混合する第１工程と、前記第１工程で生成した混合物を、含水率が２５％以下となるまで乾燥させる第２工程と、を備える。すなわち、請求項１記載の発明は、独特の臭気を有する活性汚泥にコーヒーかすを添加して混合攪拌することにより、まず臭気のない配合物を得る。次いで活性汚泥とコーヒーかすの配合物に、エマルジョン又はラテックス含有排水を凝集沈殿処理した時に発生する汚泥を添加して混合攪拌することにより、活性汚泥の付着したコーヒーかすの周辺に、凝集沈殿汚泥中の疎水性有機系ポリマー粒子がバインダーとしてコーティングした状態を形成させる。これにより、乾燥後の凝集力が強い固形燃料製造が可能となる。

【0008】

また本願発明では、凝集沈殿汚泥中の疎水性有機系ポリマーが表面をコーティングすることから、その有する疎水性機能、及びポリマー微粒子の凝集により水分の解離が促進される。さらに、時間経過に伴う乾燥により、急激な収縮を伴って凝集力が発現すると同時に、乾燥速度も向上する。これにより、自然乾燥で十分な乾燥状態の得られる固形撚料製造が可能となる。しかも、乾燥後含水率が３０％以下になった時点で、コーヒーかすを核に簡単に解すことができる状態となることから、乾燥後速やかに顆粒状とすることが可能である。

【0009】

請求項２記載の発明は、固形燃料の性能として最も重要な発熱量を、活性汚泥とコーヒーかす及び凝集沈殿汚泥の配合を変化させることにより、発熱量を３，０００〜６，０００ｋｃａｌ／ｋｇの範囲で調整できることである。

【0010】

有機性廃棄物を処理する過程で発生する活性汚泥を固形燃料化するシステムとして、活性汚泥が発生している場所（食品工場等）で、本願の請求項１又は２記載の固形燃料製造方法により製造したものを、その場所で固形燃料として再利用するリサイクル循環システムが実現できる。このシステムは、臭気、及び腐食により取り扱いが困難な活性汚泥を、無駄な移送や輸送をすることなく、効率よく有効に利用できると同時に、新たなエネルギー供給システムとして非常に有効なものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明のポイントは、エマルジョン又はラテックス含有排水の凝集沈殿汚泥が持つ数々の特性を利用することにある。一つはバインダー特性である。この特性は、凝集沈殿汚泥内に存在する有機系ポリマーに起因する。有機系ポリマーは接着剤や塗料として使用されているポリマーであり、それ自体が接着性や密着性に優れた性質を有していることから、凝集沈殿汚泥にはバインダーとしての機能が具備されている。この為、ペレットが必要な場合は、容易にペレット化も可能となる。

【0012】

二つには自己凝集力である。汚泥単独で一定形状の成型体を作成して放置しておくと、経過時間と共に急激な収縮を伴い非常に強い凝集力で固化し、弾性体ではあるが強力な強さを有する成型体となる。それは凝集沈殿汚泥に内在するポリマーが疎水性であり、ポリマー微粒子が凝集した系であることから、時間経過に伴う乾燥による急激な収縮が起こる。この段階で水分の解離が促進され、それに伴って凝集力が、発現する。しかも一旦凝集固化したものは、吸湿しない性質を有する。さらに成型体自体が、中性で耐アルカリ・耐酸性に極めて強い性質を有する。この性質により、いったん乾燥したものは、雨に当たっても吸湿性が極めて低いことから変化することがない為、長期の保存も可能となる。

【0013】

さらに、凝集沈殿汚泥の成分が、大部分熱可塑性ポリマーに準ずるものであり、２０％以下に乾燥されたものは、低位発熱量で９，０００〜１０，０００ｋｃａｌ／ｋｇを有する様に、非常に高い発熱量を発現有する。したがって、配合割合により低位発熱量で３，０００〜６，０００ｋｃａｌ／ｋｇの範囲での発熱量の調整が可能となる。

【0014】

また、本発明は大型の製造設備が不要であり、簡単なモルタルミキサーで十分製造が可能である。この点を有効に利用することにより、製造段階でのエネルギー消費量を低減した、全く新たなリサイクル循環システムの構築が、可能となる。また、ライフサイクルアセスメントの観点から、二酸化炭素の排出量の低減、及び重油の代用も可能であることから、資源の枯渇を防止することにも役立つ。

【0015】

さらに、活性汚泥を排出しているメーカーは、活性汚泥を廃棄物処理メーカーに委託して処理してもらっている。しかしながら、活性汚泥は、その特質である高含水、悪臭、腐敗などから取り扱いが、非常に難しいものとなっている。したがって、これらの活性汚泥を移送、又は運搬する場合、その過程で環境に与える影響は計り知れない。しかも８５％程度の高含水率であることも多く、このような場合は、水を運んでいると言っても過言ではない状況である。

【0016】

本発明を利用することにより、活性汚泥の発生場所で、本発明による固形燃料を製造し、その製造した固形燃料を、その場で燃料として使用することにより、いままでにない画的な環境に配慮したリサイクル循環システムの構築が可能となる。

【発明を実施するための最良の形態】

【0017】

まず、本発明で使用される活性汚泥について説明する。活性汚泥は、様々な食品工業を営む工場より排出され、独特の臭気を有するものが多い。また、活性汚泥自体は、かなり高い含水率を有しており、本発明で使用するものは、ほぼ５０〜８５％程度の含水率を有する。後工程での乾燥を考えた場合、好ましくは、５０％以下に脱水処理されたものが、最適である。

【0018】

この臭気を低減するため、活性汚泥にコーヒーかすを添加して混合攪拌する。これにより、攪拌後は、臭気が低減する。配合として好ましくは、活性汚泥：コーヒーかす＝２：１〜１：２（重量比）が最適である。

【0019】

コーヒーかすとは、コーヒーメーカー等において発生する抽出後の残渣物のことであり、含水率は５０〜８０％程度である。本発明で使用する場合、好ましくは５０〜６０％が最適である。含水率が８０％以上となった場合は、乾燥速度が遅くなる。

【0020】

次に凝集沈殿汚泥について説明する。エマルジョンやラテックスは、様々な分野で使用されている。特に近年は、有機溶剤毒性の問題から、安全性の高いエマルジョンタイプへの移行が進んでいる。使用分野は接着剤、塗料、粘着剤、コーティング剤等がある。その種類は多く酢酸ビニルエマルジョン、酢酸ビニル共重合エマルジョン、アクリルエマルジョン、アクリル系共重合エマルジョン、ＳＢＲラテックス、ＭＢＲラテックス、ＮＢＲラテックス、ＮＲラテックスなどがある。これらのエマルジョンやラテックスの製造、並びに使用工程では、使用した反応釜や各種保存容器、配管等の装置の洗浄による排水が発生する。

【0021】

前記の排水は、必ず工場内の一定の処理槽に集められてから凝集沈殿処理を実施する。凝集沈殿処理の方法としては、様々な方法があるが、一例を挙げれば、硫酸バンドや苛性ソーダによりｐＨ調整を実施後、高分子凝集剤を添加して大きなフロックを形成させる。

【0022】

上澄み液を取り除いた後、上記フロック沈殿物を真空脱水機などで脱水処理を実施する。この処理により、含水率を５０〜８０％、より好ましくは５０〜６０％に調整する。
含水率が８０％を超えた場合は、乾燥速度が極端に遅くなる。

【0023】

脱水後の凝集沈殿汚泥の成分は、一例を挙げればアクリル樹脂８、酢酸ビニル樹脂１０、エチレン酢酸ビニル樹脂５、ＳＢＲラテックス３、水分７４（重量％）となっている。

【0024】

活性汚泥とコーヒーかす、及び凝集沈殿汚泥の配合順序について述べる。３種類の配合物の配合順序については、活性汚泥とコーヒーかすを攪拌混合し、その後、凝集沈殿汚泥を添加して攪拌混合をおこなう。凝集沈殿汚泥の添加を最後に実施することにより、凝集沈殿汚泥のバインダー効果を明確に発現することができる。

【0025】

次に配合比率について述べる。配合比率は、配合物の燃料として最も重要な発熱量を決定する。各原料の低位発熱量は、活性汚泥２，０００〜２，５００ｋｃａｌ／ｋｇ、コーヒーかす４，５００〜４，８００ｋｃａｌ／ｋｇ、凝集沈殿汚泥は９，０００〜１０，０００ｋｃａｌ／ｋｇである。これにより、各原料の配合比率の変化により、低位発熱量３，０００〜６，０００ｋｃａｌ／ｋｇの範囲での発熱量調整が可能となる。

【0026】

まず、活性汚泥とコーヒーかすの比率は、重量比率で２：１〜１：２の比率が、適切な範囲である。この範囲であれば、活性汚泥の種類に関わらずコーヒーかすによる消臭効果が期待できる。この範囲よりコーヒーかすの配合が少ない場合は、発熱量が低くなると同時に消臭効果が不十分となる。次いで凝集沈殿汚泥を前記活性汚泥とコーヒーかすの混合物１００部に５〜５０％添加する。さらに言えば最適添加量は１０〜３０％である。凝集沈殿汚泥の添加量が５％以下ではバインダーとしての効果が発揮されず、乾燥速度や乾燥後の凝集力が低下すると同時に、発熱量も低くなる。５０％以上では粘性が強くなりすぎ作業性に問題が生ずる。

【0027】

次いでこの発明の製造工程について説明する。まず攪拌混合は混練機によって各原料を満遍なく均一な状態になるように実施する。混練機としては一般的なモルタルミキサー方式のもので十分である。攪拌は５〜１０分実施する。５分より短い場合、原料の混合が不均一となる。１０分以上実施した場合、粘性が増加して取り扱いが困難になる。

【0028】

十分に混合された混合物は、混練機より取り出して常温で暴露乾燥する。乾燥時間は外気の温度や湿度の影響により変化するが、含水率が２０〜２５％となるまでに要する時間は、夏場で２〜３日／平均２５℃程度、冬場で６〜７日／平均５℃程度である。ただし、乾燥段階では雨等直接水分が懸からないことが前提である。また、必要に応じて風乾燥や強制乾燥をすることも可能である。一例として、攪拌混合直後に、強制乾燥で８０℃の乾機中で５分乾燥後、常温放置した場合は、冬場でもほぼ１日後には２０〜２５％の含水率となっていた。

【0029】

乾燥により含水率が３０％以下となった時点で、配合物は手で非常に簡単に解すことが可能な状態となる。したがって、乾燥物をローラー等で上から潰すだけで、顆粒状の固形燃料とすることが可能である。

【0030】

本発明のポイントは、活性汚泥を請求項１乃至４記載の固形燃料製造方法により、簡単に固形燃料化できることにある。しかも大きな設備投資をせずに可能である。この点を有効に利用すれば、活性汚泥が発生する場所（工場等）に簡単な攪拌設備を導入し、活性汚泥主体の固形燃料を製造後、その燃料をボイラーで燃焼させることにより、その工場内でエネルギーとして有効に利用できる活性汚泥の画期的なリサイクル循環システムが可能となる。

【0031】

このシステムにより、高含水、悪臭、腐敗などから取り扱いが非常に難しい活性汚泥を、外部に搬出することなく自社内で処理が可能となる。現在は特殊なトラックなどを使用して、排出先から産業廃棄物処理メーカーまで輸送しているのが現状である。しかしこの場合は、輸送に伴う二酸化炭素排出、及び広い範囲での環境への影響などが考えられる。

【0032】

また、排出先では生産工程で必ず何らかのエネルギーを使用する。特にボイラーを使用しているメーカーは非常に多く、その場合重油を使用している所が多い。そこで本発明を利用することにより、この重油等のエネルギー源の代用として、自社で排出する活性汚泥主体の固形燃料を使用するシステムを導入することにより、環境への負荷を大幅に低減することが可能となる。
以下本発明の実施例、比較例をあげて詳しく説明する。

【実施例１〜４及び比較例１〜２】

【0033】

以下Ａ社活性汚泥で実施した配合組成を表１に示す。

【表1】

上記配合において、コーヒーかすは含水率６２％のものを使用。汚泥はＢ社凝集沈殿汚泥で含水率６８％のものを使用。Ａ社活性汚泥は含水率８２％であった。
これらの配合物は、室外で自然放置により７日間乾燥を実施した。乾燥期間の温度は８〜１８℃であった。乾燥後、すり潰して顆粒状の燃料を得た。

【0034】

試験結果を以下に示す。
含水率（％） 低位発熱量 高位発熱量 灰分（ｗｔ％） 臭気
実施例１ ２７ ３１１２ ３６７０ １０．２ ややあり
実施例２ ２４ ３７２０ ４２６１ ８．９ なし
実施例３ １８ ４５８０ ５２５２ ６．７ なし
実施例４ １５ ５１２２ ５７１０ ４．５ なし
比較例１ ３８ ２８８１ ３２６０ １１．８ ややあり
比較例２ ３１ ３１２１ ３７２５ ７．１ なし
発熱量の単位はｋｃａｌ／ｋｇ

【0035】

上記試験の試験方法は以下の通りとした。
（１）水分：ＪＩＳ Ｚ ７３０２−３：１９９９の水分試験方法に準拠
（２）発熱量：ＪＩＳ Ｚ ７３０２−２：１９９９の発熱量試験方法に準拠。
（３）灰分：ＪＩＳ Ｚ ７３０２−４：１９９９の灰分試験方法に準拠。
（４）臭気：製造直後においの有無確認

【実施例５〜８】

【0036】

【表1】

上記配合において、コーヒーかすは含水率６２％のものを使用。汚泥はＢ社凝集沈殿汚泥で含水率６８％のものを使用。Ａ社活性汚泥は含水率８２％であった。
これらの配合物は、室外で自然放置により７日間乾燥を実施した。乾燥期間の温度は９〜２０℃であった。乾燥後、すり潰して顆粒状の燃料を得た。

【0037】

試験結果を以下に示す。
含水率（％） 低位発熱量 高位発熱量 灰分（ｗｔ％） 臭気
実施例５ ２７ ３１１２ ３６７０ ９．２ なし
実施例６ ２１ ４２０８ ４６４１ ６．９ なし
実施例７ １８ ４８８０ ５０５２ ６．７ なし
実施例８ １５ ４９２２ ５７１０ ６．５ なし
上記試験の試験方法は、００３５の項記載の方法に準じて実施。