特許 6562846 有機汚泥類の燃料化方法

(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】6562846

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】有機汚泥類の燃料化方法

(51)【国際特許分類】

   C10L 5/46 20060101AFI20190808BHJP

   C02F 11/13 20190101ALI20190808BHJP

   C02F 11/04 20060101ALI20190808BHJP

   C04B 7/38 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   C10L5/46

   C02F11/13

   C02F11/04 Z

   C04B7/38

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-18745(P2016-18745)

(22)【出願日】2016年2月3日

(65)【公開番号】特開2017-137400(P2017-137400A)

(43)【公開日】2017年8月10日

【審査請求日】2018年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000240

【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106563

【弁理士】

【氏名又は名称】中井 潤

(72)【発明者】

【氏名】田原 裕太

(72)【発明者】

【氏名】和田 肇

【審査官】 上坊寺 宏枝

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５２−９７２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０９３５２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−４６２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２０１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６３５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−７２０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−６１０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３００３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６２５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１６０３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−５７２３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｌ ５／００− ５／４８

Ｂ０９Ｂ １／００− ５／００

Ｃ０２Ｆ １１／００−１１／２０

Ｃ０４Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機汚泥類を屋内ヤードに堆積させた状態で、該有機汚泥類にセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の高温ガスを、前記有機汚泥類１ｍ³あたり０．４ｍ³／ｍｉｎを超え１．０ｍ³／ｍｉｎ以下の割合で通気すると共に、好気性発酵による発酵熱を利用して該有機汚泥類の水分を減少させて燃料とすることを特徴とする有機汚泥類の燃料化方法。

【請求項2】

前記有機汚泥類に必要に応じて水分調整材を添加した後前記屋内ヤードに堆積させることを特徴とする請求項１に記載の有機汚泥類の燃料化方法。

【請求項3】

前記高温ガスの前記有機汚泥類への通気量を、前記高温ガスを前記有機汚泥類に通過させた後のアンモニア濃度、ＣＯ₂濃度又は前記有機汚泥類の分解度によって調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機汚泥類の燃料化方法。

【請求項4】

前記屋内ヤードの雰囲気ガス中の水分を凝縮させて回収することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の有機汚泥類の燃料化方法。

【請求項5】

前記回収した水分を、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水、前記有機汚泥類を輸送する際に用いる潤滑水、熱交換管用の冷却水、生物脱臭槽の散水用水の少なくとも一つに利用することを特徴とする請求項４に記載の有機汚泥類の燃料化方法。

【請求項6】

前記好気性発酵により発生した臭気ガスを脱臭することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の有機汚泥類の燃料化方法。

【請求項7】

前記好気性発酵を超好熱細菌により行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の有機汚泥類の燃料化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、下水汚泥等の有機汚泥類を燃料化する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、下水汚泥等の有機汚泥類を燃料として有効利用するため、特許文献１等には、下水汚泥等の含水汚泥を、含水スラリー状のまま、セメント製造設備のキルンの窯尻部や仮焼炉へ直接投入して燃料化する技術が提案されている。

【0003】

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、有機汚泥類を含水スラリー状のままセメントキルンの窯尻部等に投入するため、有機汚泥類中の水分によって熱量が損失し、セメント生産効率の低下を招く原因となる。

【0004】

そこで、特許文献２には、有機汚泥の下部より空気を通気させると共に有機汚泥を好気性発酵させ、空気による乾燥と好気性発酵による発酵熱とにより有機汚泥の水分を低減する有機汚泥の処理方法が記載されている。

【0005】

また、特許文献３には、遊休のセメント原料用横型ミルで超好熱細菌を使用して有機汚泥類を発酵させ、発酵した有機汚泥類に可燃性廃棄物や固形燃料等の発熱量調整剤を添加して熱量調整を行い、発酵により発生した臭気ガスを酸化触媒により脱臭する有機汚泥類の燃料化方法が提案されている。

【0006】

一方、有機汚泥を好気性発酵させて生じる臭気ガスは、生物脱臭により低コストで処理することができる。特許文献４には、加熱ヒータによって内部温度が６０℃程度に調整された発酵分解槽に有機性廃棄物を供給し、発酵分解槽内で有機性廃棄物を撹拌して空気を通気すると共に、好熱細菌を用いて有機性廃棄物を好気性発酵させ、発酵により生じたアンモニアを含む臭気ガスを硝化槽に導入して生物脱臭処理する有機性廃棄物の処理方法が記載されている。また、同文献には、臭気ガス中のアンモニア濃度が１０００ｐｐｍ程度であっても、硝化槽において連続的に散水することで対応できる旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第３９３３１９４号公報

【特許文献2】特開２０１５−２１３８７９号公報

【特許文献3】特開２０１３−０７２０５１号公報

【特許文献4】特開２００３−８０２０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述のように、下水汚泥等の有機汚泥類を燃料として有効利用するためには、有機汚泥の水分を低減する必要がある。

【0009】

また、特許文献３に記載の方法では、セメント原料ミルを使用して汚泥を堆肥化し、燃料としてキルンに投入しているが、セメント原料ミルは一般的に設備容量が小さいため、発酵処理量が低い。また、汚泥の堆肥化には１〜２ヶ月を要するため、保管のための設備や手間が掛かり、設備コストや運転コストが増大する。

【0010】

さらに、特許文献４に記載の方法では、臭気ガス中のアンモニア濃度が大きい場合は散水に多額のコストを要する。また、硝化槽等の生物脱臭処理槽に導入する臭気ガスのアンモニア濃度は、生物脱臭処理槽の脱臭機能を考慮すると２００ｐｐｍ以下であることが好ましい。そのため、臭気ガスのアンモニア濃度が２００ｐｐｍを超えている場合には予め臭気ガスを希釈する必要があり、その分設備・運転コストが増加する。

【0011】

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、低コストで有機汚泥類を燃料化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するため、本発明は、有機汚泥類の燃料化方法であって、有機汚泥類を屋内ヤードに堆積させた状態で、該有機汚泥類にセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の高温ガスを、前記有機汚泥類１ｍ³あたり０．４ｍ³／ｍｉｎを超え１．０ｍ³／ｍｉｎ以下の割合で通気すると共に、好気性発酵による発酵熱を利用して該有機汚泥類の水分を減少させて燃料とすることを特徴とする。

【0013】

本発明によれば、有機汚泥類の水分を高温ガスによる乾燥や好気性発酵による発酵熱を利用して減少させるだけであるため、堆肥化する場合のような長期の処理期間が不要で、１日〜４日の処理期間で済み、熱量損失を抑え、低コストで有機汚泥類を燃料化することができる。また、屋内ヤードを用いることで大量処理が可能である。

【0014】

ガス量については、脱臭設備・運転コストの観点から、基本的には特許文献２に記載のように必要最低限の量を通気することが好ましいが、高温ガスを有機汚泥類１ｍ³あたり０．４ｍ³／ｍｉｎを超え１．０ｍ³／ｍｉｎ以下の割合で通気することで、予め臭気ガスを希釈することなく、高温ガスを有機汚泥類の水分低減に有効利用しながら臭気ガス中のアンモニア濃度を２００ｐｐｍ程度以下にすることができ、効率的かつ低コストで有機汚泥を処理することができる。

【0015】

さらに、前記高温ガスとしてセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の熱回収を行うには比較的低温の利用し難いガスを用いることができ、例えば、好気性発酵等を行う屋内ヤードに隣接する装置を利用することができる。

【0016】

上記有機汚泥類の燃料化方法において、前記有機汚泥類に必要に応じて水分調整材を添加して有機汚泥類の通気性やハンドリング性を改善した後、前記屋内ヤードに堆積させることができる。

【0017】

また、前記高温ガスの前記有機汚泥類への通気量を、前記高温ガスを前記有機汚泥類に通過させた後のアンモニア濃度、ＣＯ₂濃度又は前記有機汚泥類の分解度によって調整することができる。

【0018】

さらに、前記屋内ヤードの雰囲気ガス中の水分を凝縮させて回収することができ、有機汚泥類から蒸発した水分を積極的に回収することで、有機汚泥類の水分低減速度を高めることができ、処理量の増大に繋がる。回収した水分は、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水、前記有機汚泥類を輸送する際に用いる潤滑水、熱交換管用の冷却水、生物脱臭槽の散水用水の少なくとも一つに有効利用することができる。

【0019】

前記好気性発酵により発生した臭気ガスを脱臭することができ、環境に配慮した有機汚泥類の燃料化が可能となる。

【0020】

前記好気性発酵を超好熱細菌により行うことができる。超好熱細菌を用いることで、通常の発酵菌によっては昇温が期待できない高温の温度域（８５℃以上）において効率的に発酵が促進されるため、有機汚泥類内に含有する水分を短期間で低減することが可能となる。

【発明の効果】

【0021】

以上のように、本発明によれば、低コストで有機汚泥類を燃料化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る有機汚泥類の燃料化方法を適用した設備を示す全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0024】

図１は、本発明に係る有機汚泥類の燃料化方法を適用した設備の一例を示し、この燃料化設備１は、セメント製造工場内又はセメント製造工場に隣接して設けられ、廃屋等を利用した屋内ヤード２内に、下水汚泥等の有機汚泥類Ｓに高温ガスＧ１を通気するための高温ガス供給部８と、屋内ヤード２の上方に冷却管３と、スクレーパ４とを備え、屋内ヤード２を囲繞する建屋７の外部に、凝縮水タンク５と、生物脱臭処理槽６とを備える。ここで、有機汚泥類とは、下水汚泥、製紙汚泥、ビルピット汚泥、食品汚泥、消化汚泥、都市ごみ（家庭ごみ）等で発酵可能なものをいう。

【0025】

高温ガス供給部８は、セメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の高温ガスＧ１を屋内ヤード２に堆積した有機汚泥類Ｓ内に通気するため、屋内ヤード２の床面上に複数設けられる。高温ガス供給部８の下部に、高温ガス源（不図示）から上記高温ガスＧ１が導入される。

【0026】

冷却管３は、管内に冷却水が流れ、有機汚泥類Ｓから蒸発した水分等の建屋７内のガス中の水分を凝縮させて回収するために設けられ、複数の冷却管３が建屋７の天井の下方に水平方向に並設される。尚、冷却管３を垂直方向にも併設し、網目状にしてもよい。

【0027】

スクレーパ４は、冷却管３の表面に付着した水を回収して凝縮水タンク５に搬送するために備えられ、冷却管３の表面に沿って図１の矢印Ｍ方向に移動する。

【0028】

凝縮水タンク５は、上記冷却管３及びスクレーパ４による回収水Ｗを貯留するために設けられ、回収水Ｗは、後述するように、この燃料化設備１、セメント製造工場等において利用される。

【0029】

生物脱臭処理槽６は、建屋７内で有機汚泥類Ｓの発酵処理時に発生する臭気ガスＧ２中のアンモニアを除去するために備えられる。生物脱臭処理槽３には硝化菌や脱窒菌等の微生物が存在し、これらの微生物がアンモニア等の臭気成分を分解する。また、生物脱臭処理槽３は、これらの微生物を維持するために散水する散水部（不図示）を備える。尚、生物脱臭処理槽６を設置せずに、隣接する稼働中のセメント焼成装置等で臭気ガスＧ２を処理することもできる。

【0030】

次に、上記構成を有する燃料化設備１を用いた有機汚泥類の燃料化方法について図１を参照しながら説明する。

【0031】

受け入れた有機汚泥類に、必要に応じて水分調整材として木屑、廃畳等を添加した後屋内ヤード２に堆積させ、高温ガス供給部８から高温ガスＧ１を有機汚泥類Ｓに通気して乾燥させると共に、超好熱細菌を用いて有機汚泥類Ｓを好気性発酵させて発酵熱を利用して有機汚泥類Ｓの水分を低減する。ここでの有機汚泥類Ｓの発酵は、発酵そのものが目的ではなく、発酵熱を利用して有機汚泥類Ｓの水分を減少させることを目的とする。尚、超好熱細菌とは、通常の発酵菌では昇温が期待できない高温の温度域（８５℃以上）においても好気的に活動して発酵を可能とする特徴を有するものである。

【0032】

ここで、高温ガスＧ１として５０℃〜１４０℃のものを用い、さらに水分含有率が低く、酸素含有率が大気成分と略々同様のものを用いることが好ましい。この温度範囲のものを用いることで、常温ガスと比較して有機汚泥類Ｓの水分の低減を効率的に行うことができると共に、高温ガスＧ１を排出する装置の熱損失を低く抑えることができる。また、水分含有率の低い高温ガスＧ１の方が有機汚泥類Ｓの水分量の低減に効果的であり、酸素含有率が大気成分と略々同様の２０％程度のものを用いることで、有機汚泥類Ｓの発酵効率を向上させることができる。

【0033】

高温排ガスＧ１として用いるセメント焼成装置の排ガスとしては、クリンカクーラの排ガス、セメントキルンの排ガス、セメント焼成装置に付設されたボイラの排ガス、及び塩素バイパス系の排ガス等が挙げられるが、温度、水分含有量及び酸素含有率を考慮するとクリンカクーラや塩素バイパス系の間接冷却器の排ガスが最適である。

【0034】

さらに、有機汚泥類Ｓの発酵に超好熱細菌を用いることで、通常の好気性発酵よりも効率的に有機汚泥類Ｓの水分を低減することができる。屋内ヤード２において、有機汚泥類Ｓを堆肥化させる必要はなく、発酵熱を利用して水分を低減させればよいため、屋内ヤード２内で１日〜４日程度滞留させればよい。

【0035】

有機汚泥類Ｓへ通気する高温ガスＧ１の量は、有機汚泥類Ｓ１ｍ³あたりの通気量を０．４〜１．０ｍ³／ｍｉｎに調整する。有機汚泥類Ｓ１ｍ³あたりの通気量を０．２〜０．４ｍ³／ｍｉｎに調整することで通気ガス量を抑え、乾燥と発酵による水分低減効果のバランスを最適化することができるが、発生する臭気ガスＧ２のアンモニア濃度が例えば４００ｐｐｍ程度と高くなる場合がある。その場合、従来のように生物脱臭処理槽６に導入する前に臭気ガスＧ２を予め希釈すると、その分設備・運転コストが増加する。

【0036】

そこで、本発明では、そのような場合を考慮して有機汚泥類Ｓ１ｍ³あたりの通気量を０．４〜１．０ｍ³／ｍｉｎに増加させ、予め臭気ガスＧ２を希釈することなく、高温ガスＧ１を有機汚泥類Ｓの水分低減に有効利用しながら臭気ガスＧ２中のアンモニア濃度を２００ｐｐｍ程度以下にすることで効率的かつ低コストで有機汚泥を処理する。

【0037】

例えば、有機汚泥類Ｓ１ｍ³あたりの高温ガスＧ１の通気量が０．３ｍ³／ｍｉｎでアンモニア濃度が２００ｐｐｍの場合には、生物脱臭処理槽６にそのまま臭気ガスＧ２を導入しても問題ないが、上記通気量でアンモニア濃度が４００ｐｐｍに上昇した場合、生物脱臭処理槽６に導入する前に臭気ガスＧ２を予め希釈するために、さらに０．３ｍ³／ｍｉｎの高温ガスＧ１（アンモニア濃度０ｐｐｍ）を臭気ガスＧ２に希釈用ガスとして導入する必要があり、その分設備・運転コストが増加する。

【0038】

そこで、０．３ｍ³／ｍｉｎの高温ガスＧ１を希釈用ガスとして用いるのではなく、本来有機汚泥類Ｓに通気していた当初の０．３ｍ³／ｍｉｎの高温ガスＧ１と共に有機汚泥類Ｓに通気し、有機汚泥類Ｓの水分低減に有効利用しながら臭気ガスＧ２中のアンモニア濃度を２００ｐｐｍ程度以下に低下させることで、効率的かつ低コストで有機汚泥を処理することができる。高温ガスＧ１の有機汚泥類Ｓへの通気量は、高温ガスＧ１を有機汚泥類Ｓに通過させた後のアンモニア濃度の他、ＣＯ₂濃度又は有機汚泥類Ｓの分解度等を監視して調整することもできる。

【0039】

上記有機汚泥類Ｓの発酵と共に、冷却管３に冷却水を流し、屋内ヤード２の雰囲気ガスを冷却管３の表面で冷却することで、ガス中の水分が凝縮して冷却管３の表面に付着する。そこで、スクレーパ４を冷却管３に沿って凝縮水タンク５に近接する方向に移動させて冷却管３の表面に付着した水を回収し、凝縮水タンク５に搬送して貯留する。

【0040】

凝縮水タンク５に一旦貯留した回収水Ｗは、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水や、汚泥をセメント製造工場に輸送した際にハンドリング性を高めるための潤滑水、熱交換管用の冷却水や、生物脱臭槽の散水用水等に有効利用することができる。

【0041】

建屋７から排出した臭気ガスＧ２を生物脱臭処理槽６で臭気分解した後大気に放出すると共に、屋内ヤード２から排出した有機汚泥類を発熱量調整材と共に加圧成型装置等で粒状化させ、粒状化燃料をセメント焼成装置等における燃料に使用することができる。有機汚泥類をセメントキルンや仮焼炉の燃料として直接利用することも可能であるが、単体では発熱量がそれほど高くはないため、他の用途に利用する場合には、加圧成型前に発熱量調整材を添加して熱量調整を行う。発熱量調整材には、廃プラ類、塗料カス、廃油等の可燃性廃棄物や固形燃料等を用いることができる。

【0042】

以上より、本発明によれば、有機汚泥類Ｓに高温ガスＧ１を通気して有機汚泥類Ｓを乾燥させ、さらに好気性発酵による発酵熱を利用して水分を減少させて燃料とするため、堆肥化する場合のような長期の処理期間が不要で、短い処理期間で、セメント生産効率の低下を軽減し、低コストで有機汚泥類Ｓを燃料化することができる。

【0043】

また、臭気ガスＧ２中のアンモニア濃度が２００ｐｐｍ程度を超えるような場合でも、高温ガスＧ１を有機汚泥類Ｓの水分低減に有効利用しながら臭気ガスＧ２中のアンモニア濃度を２００ｐｐｍ程度以下にすることができ、効率的かつ低コストで有機汚泥を処理することができる。

【0044】

さらに、冷却管３等を用いて屋内ヤード２の雰囲気ガス中の有機汚泥類から蒸発した水分等を凝縮させて回収することで、有機汚泥類Ｓの水分低減速度を高め、処理量の増大を図ることができると共に、回収水Ｗをこの有機汚泥類の燃料化設備１やセメント製造工場等で有効利用することができる。

【符号の説明】

【0045】

１ 有機汚泥類の燃料化設備
２ 屋内ヤード
３ 冷却管
４ スクレーパ
５ 凝縮水タンク
６ 生物脱臭処理槽
７ 建屋
８ 高温ガス供給部
Ｇ１ 高温ガス
Ｇ２ 臭気ガス
Ｓ 有機汚泥類
Ｗ 回収水

【図1】