JPH0212324B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は汚泥を経済的に燃焼せしめる処理方法
に関するものである。即ち過機を用いて脱水分
離し、得られたケーキ状の汚泥を予備乾窓後、粉
化し、これを適当な方法で空気よりも酸素濃度を
高めた、所謂酸素富化空気を用いて火焔状にて燃
焼せしめる汚泥の処理方法に関するものである。

最近のエネルギー価外の高騰から、従来のよう
に多量の重油等の補助燃料を用いて強制的に焼却
処理する方式の経済上の制約や、廃棄物による埋
立造成地の土質の問題、汚泥投棄による臭気発生
等の衛生上の制約、用地確保上の制約等があつ
て、上・下水道並びに屎尿処理物等から排出され
る汚泥を、生投棄、埋立に供することが難しくな
りつつある。

如上の社会情勢を反映して、最近の動向として
は寧ろ積極的に汚泥の再資源化を計りつゝ、これ
を処理する方向にあると言える。即ち、汚泥の有
機質成分の持つ熱量を有効に利用して、汚泥の自
燃焼却を計り、助燃料の節減を計ると共に、不燃
性成分は灰化し減量すると共に出来ればこれを再
熔融等の方法で骨材化し、再資源化すること等が
考えられている。

本発明は如上の社会的事情を考慮して、汚泥の
持つ燃焼発生熱量を巧みに利用しつゝ、重油等の
補助燃料を用いず、汚泥を自燃せしめると共に、
灰分を熔融状態で取り出し、一挙に骨材化する汚
泥の処理方法を提案するものである。

具体的には汚泥を事前に乾燥、粉末化し、該微
粉状汚泥を酸素富化空気を用いて、高速火焔状に
て瞬時に、かつ完全に燃焼せしめると共に、燃焼
炉内に発生した高温雰囲気下において灰は熔融、
流下して排出され、炉外にて固化、再熔融等の工
程を経ることなく、直接骨材化を達成せしめるも
のである。

本発明にかかる汚泥の焼却処理方法は、前記の
ように補助燃料を用いず自燃させ、かつ灰分を熔
融排出させることが目的であるので、炉内におけ
る雰囲気を極度に高める必要があり、酸素富化空
気を用いるのもその一つの手段であるが、一方燃
焼に供せられる汚泥についても出来るだけ多くの
燃焼熱量を発生せしめる状態にて供給する必要が
ある。

その手段としては、 (i) 供給汚泥粉中の水分を出来るだけ少なくする
こと。

(ii) 燃焼しない無機質成分を出来るだけ少なくす
ること。

(iii) 未燃焼余燼をなくし完全燃焼させるために、
出来るだけ汚泥粒径を小さくし、O₂との接触
を良くする形態、具体的には微粉状にて供給す
ることが望ましい。

(i)の水分を減らす方法については、過脱水機
による脱水率を下げることが望ましい。

一般に、現用の脱水過機から得られるケーキ
は機種によつても異なるが、水分の含有量は現行
の過技術では80〜65％程度であり、換言すれば
汚泥１重量に対して水分が２〜４重量部含まれて
いることになる。

これ等水分は燃焼炉内への供給に先立つて乾燥
されるが、燃焼システムの経済性の点からは、こ
の事前乾燥熱源は別に重油などの補助燃料に頼る
ことなく、出来得れば炉内で発生した汚泥燃焼熱
を有効に乾燥用熱源に利用し、自足したい。

炉効率、供給O₂濃度、乾燥機効率、無機質成
分の含有量によつても小異はあるが、発明者等の
熱計算によれば、脱水機における含水率がおよそ
75％以下になれば炉からの排ガスの持つ顕熱のみ
で、原料ケーキ中の水分を重油などの補助燃料を
用いずとも10％以下、好ましくは５％以下に無理
なく減少乾燥させることができる。原料用脱水ケ
ーキ中の水分を75％以下にする過技術としては
高圧搾型フイルタープレス過機などが望まし
い。

自燃性を高める次なる方法は汚泥中の不燃性の
無機質成分の削減であろう。一般に汚泥の主成分
としては可燃性の有機質成分が50〜70％で、残余
50〜30％が無機質成分である。

この汚泥に本来含まれている無機質成分の他
に、カルシウム塩、鉄塩などの無機系過助剤を
用いる場合には無機質成分は更にケーキ全量（乾
ベース）に対して概そ20〜30％増加し、可燃性有
機質成分と不燃性無機質成分とは略々同量とな
る。汚泥の自燃処理を前提とする場合には本来汚
泥中に含まれる無機質分はやむを得ないとして
も、新しく無機質成分を増加することは出来るだ
け避けたい。高脱水率を期待できる高圧搾フイル
タープレス脱水機で、無機系過助剤を用いず、
高分子凝集剤を助剤として用いたものも本発明方
法による汚泥の処分方法に供するものとして好ま
しいケーキと言えよう。

後記する実施例には、上記の方法で得られた
過ケーキを例として挙げたが、勿論高脱水型ベル
トプレスからのケーキ、ベルトプレス―フイルタ
ープレス組合せ型機種からのケーキ、真空過機
からの高水分ケーキを二次再脱水し、低水分化し
て得たケーキ、過助剤として微粉炭を用い、脱
水して得られたケーキ等も本発明方法によつて処
理することが出来る。

また、若し若干ケーキ中の水分が多く乾燥工程
まで含めて、プロセス全体として熱量的に収支不
足の場合には、燃焼炉内、或いは乾燥工程用熱源
の一部として重油、灯油等の補助燃料を併用する
ことも本発明実施の妨げにはならない。

本発明以前において、汚泥を微粉状にして、空
気と共に旋回火焔流状にて燃焼せしめる方式は公
知である。

これに比べて、本発明は従来の方式が、空気を
用いるのに対して酸素富化空気を使用する点に根
本的に差異がある。

第６，７図には、通常の空気（酸素濃度21％）
を用いた場合と酸素濃度のレベルを変えた富化空
気を用いた場合との、排ガス量比と理論火焔温度
の計算例を示す。

但し、計算には次式、諸数値および若干の仮定
を設けた。

Ｔ・fheo＝H_e／G_p・C_pn H_e：ケーキ低位（水分含有率５％と仮定）発熱
量 3035kcal／KgDS G_p：燃焼ガス量 Ｎm³／KgDS C_pn：Ｔ・fheoにおける燃焼ガスの平均定圧比熱
0.36kcal／Ｎm³℃ ｍ：供給酸素量／理論所要酸素量比 汚泥組成：C30％，H5％，O20％，Ｓ及びP0.5％ 第６図には空気（酸素濃度21％）を燃焼に用い
た場合の排ガス量を1.0とし、他の条件における
排ガス量との比率を示してある。この図にても明
らかなように仮に酸素濃度を45％にした場合、排
ガス量は通常空気を用いた場合の約1/2になるこ
とを示している。

第７図には、各酸素濃度レベルにおける理論火
焔温度を示す。但し、完全燃焼し炉壁からの熱損
失、フライアツシユの持ち去る熱損失は零とし
た。

この図からも明らかなように、酸素濃度が少し
く高くなると著しく火焔温度が上昇することが明
らかである。

上記のことを、汚泥燃焼装置における現象的に
表現すると、 (1) 火焔温度が高いので灰分の熔融が容易であ
る。とくに輻射熱が温度の４乗に比例するの
で、灰分の熔融・排出を目的とする場合にはと
くに有利である。

(2) 酸素濃度が高く、かつ火焔温度も高いので燃
焼速度が早い。

(3) 燃焼に不要な窒素が少なく排ガス量も少ない
ので燃焼炉及びそのあとの付属機器、配管等が
小さくて済む。

(4) 窒素が少ないので、炉内温度が高温にもかか
わらずNOXの生成量が少ない。

(5) 排ガスの持つ顕熱の利用を考慮する場合、同
じ熱量でも（高温―少量ガス）の方が（低温―
多量ガス）よりも熱の回収効率の点で有利であ
る。

(6) 酸素濃度が高いので、理論酸素所要量に対す
る過剰率を低く採ることが出来る。

(7) 低カロリ汚泥の燃焼が可能となる。

等の多くの利点が挙げられる。

上記のうち、特に低カロリ汚泥の自燃焼が可能
となる点は、従来の空気燃焼方式に比べて大きい
利点の一つでもあり、とくに敷衍したい。

汚泥の持つ発熱量は、有機物含量の非常に高い
屎尿処理生汚泥の場合でも約5000kcal／Kg（乾ベ
ース）であり、この種類の汚泥の場合には、充分
乾燥すれば通常の空気を用いても比較的燃焼は可
能である。しかし、消化汚泥の場合は約3200程
度、下水処理場からの排出生汚泥の場合は3500〜
4000kcal／Kg程度であり、本来発熱量が少ない
上、若干の残存水分でもあれば、灰分の熔融、流
下排出に必要な1200℃以上の炉内温度を保持する
ことが難しくなる。このような場合、従来の空気
法の場合には発熱量を補なう意味で少量の微粉炭
を添加したり、高カロリのゴミを混入したりし
て、妥協的に運転しているようである。

また場合により、熔融しない粉状の灰分の状態
で取り出すこともあり、この場合には投棄灰分か
らの重金属の溶出の危険もあり、勿論再熔融工程
なしでは骨材化も計ることも出来ない。これに比
べて、本発明における酸素富化空気を用いた場合
には不活性な窒素が空気燃焼方式に比べて相対的
に少量であり、最もカロリの低い消化汚泥におい
てさえ充分灰分は熔融状態で取り出すことができ
るものである。発明者の実験によれば第１図に示
す燃焼炉を用いた比較実験では空気を用いる従来
の方法の場合と45％酸素含有富化空気を使用した
場合とでは、炉内温度において約400℃の温度の
差が認められた。

以下本発明の実施の態様を実施例によつて説明
する。

実施例 １ Ｍ市下水処理場から排出される消化汚泥排水
（約４％（重量比）固形物含有）中の固形物100部
に対し、1.0重量部の高分子凝集剤（イシフロツ
クＣ―90）を添加して得られたフロツクを単式フ
イルタープレス（石垣機工製実稼動機1500×1500
×４室）を用い20Kg／cm²で圧搾過して得られた
ケーキ（含水率68％）を供試した。

燃焼実験装置を第１図に本発明方法による燃焼
システムの一例を第３図に示す。

第１図において燃焼炉１は内径30cm、高さ50cm
の空間上部に粉末汚泥と酸素富化空気を第２図に
示す切線方向に設けた二つのノズル２，２′から
吹き込む構造となつている。

燃焼炉室１の上端に仮設した始動用補助灯油バ
ーナー３で炉内１の雰囲気温度を800゜〜1000℃に
昇温したのち汚泥粉を担送させた酸素富化空気を
ノズル２，２′から噴き出させると自然着火し、
周壁に沿つて旋回焔流Ｆを形成し、その後は補助
バーナー３を停止しても汚泥燃焼による自己発熱
によつて円滑に燃焼を持続させることが出来る。

炉内温度は1200゜から徐々に上昇し、始動後30
分乃至60分後に1400℃〜1500℃付近で安定する。

使用富化空気はゼオライトを吸着剤として使用
したプレツシヤスイング方式の装置（Ｓ社製酸素
発生装置）を使用、（O₂80％）、これを１部（容
量）に対して空気１の割合で混合使用した。

汚泥中の有機物の完全燃焼に要する理論酸素量
に対して、（富化空気＋空気＋含臭空気）中のO₂
を1.2倍（ｍ）相当とした。

汚泥中の灰分は、炉内高温雰囲気下にあつては
流動性を有し、旋回流Ｆの遠心力と、ノズル２，
２′の吹付け効果と相俟つて、大部分が炉周壁に
熔着し、流下し、炉下部の棚９から、水封槽７中
に塊状として落下、固化する。

高温排ガスは、炉下部の棚下室５から風路６を
経て排出され、少量含まれた飛散塵を第３図に示
すサイクロン１１１で捕集、排熱ボイラー１１
２、ホツトコツトレル１３０を通じて煙道１２９
から排出される。

排熱ボイラー１１２において、炉から排出され
るガスの顕熱の約50％が蒸気の形として回収さ
れ、これは発電、暖房用その他の熱源としても利
用可能であるが、本実施例示の試験においてはこ
れを含水ケーキの乾燥用熱源として利用した。

乾燥機１１３は、バドル型スチーム乾燥機（Ｎ
機械製）を用い、軸内にスチームを通し、軸に装
着した回転羽根の伝熱よつて湿汚泥に熱を与え
過機からの板状ケーキ（初期含水率68％）を粗砕
すると共に乾燥せしめる。水分は４％まで減少さ
せることが出来た。

約５〜10耗程度に粗く砕かれ、乾燥された汚泥
ケーキは微粉砕機１２２（Ｎ機械社製；Ｍ―４
型）で微粉化した。粉の粒径は100〜300メツシユ
であつた。

この汚泥微粉は、一旦貯槽１２１に蓄えられた
のち、必要に応じ富化空気、空気、または窒素気
流で炉内に空送され、燃焼に供される。粉砕機１
２２は不測の爆発や火災事故を防止するため、必
要に応じ窒素溜１２５からの窒素気流１２５′で
置換した。酸素発生装置１２３から副生される窒
素はこの目的に利用するのに好都合である。

粗ケーキ塊及び乾燥機からの排ガスは、著しい
臭気と水分を含有するので、これをそのまゝ外部
に放出することは周辺環境並びに作業場環境保持
上好ましくないので、少量の空気で以て発生する
水分と臭気が外部に洩れないようにケーキホツパ
ー１４４、乾燥機１１３内を軽く吸引し、これを
冷却機１１５内に導き水分を凝縮させる。凝縮水
１２４は臭成分も含有するので、これを再び生物
処理槽１１７の大量の水に返流し、再処理させ
る。未凝縮ガス１２４′（含臭空気）は汚泥燃焼
炉内に一次または二次空気として供給する。臭成
分は高温雰囲気下にあつて完全に分解されるの
で、汚泥乾燥工程からの発臭源は完全に抑止する
ことができる。

実施例 ２ 第４図には相対するノズル２，２′を用い、汚
泥粉を含む酸素富化空気を対向して噴出せしめ火
焔流を衝突させる方式の燃焼炉の要部の構造を示
す。

対向火焔流にした場合、ガス流の衝突により強
い撹拌・混合作用が伴い、燃焼速度が促進され、
火焔流が短くなり、比較的小さい燃焼空間におい
て大きい発熱反応が進行すると共に、火焔中心部
は壁に接触しないので熱損失も少なくより高い温
度を発生することが出来る。かつ微細な熔融灰分
粒同志の衝突も行なわれ、大粒となつて飛散灰分
の分離が容易となる利点がある。とくに、この火
焔流衝突燃焼方式は、大規模能力を要望される大
都市の汚泥焼却場としては好適で、超大型処理工
場の場合には、炉の中心に対して120゜間隔で配置
された３ノズル構造、90゜間隔で配置された４ノ
ズル構造を採ることもできる。

これ等の火焔流衝突燃焼方式を採つた装置を用
いる運転方法、排ガス処理方式、熱回収方式等は
明細書本文及び実施例１に示す旋回流方式の燃焼
装置の場合と同じである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る汚泥の処理方法に用い
る燃焼炉の縦断側面図、第２図は、第１図のＡ―
A′線に沿つての断面図、第３図は、本発明に係
る汚泥処理システムのフロー図面、第４図は、燃
焼炉の他の実施例の縦断側面図、第５図は、第４
図のＢ―B′線に沿つての断面図である。第６図
は排ガス量比と酸素濃度の関係を表わすグラフ、
第７図は理論火焔温度と酸素濃度の関係を表わす
グラフである。 記号の説明、１…燃焼炉、２，２′…ノズル、
３…補助バーナー、５…棚下室、６…排ガス風
路、７…水封槽、９…棚、１０１…汚水、１０２
…高分子凝集剤、１１１…サイクロン、１１２…
廃熱ボイラー、１１３…乾燥機、１１４…ケーキ
ホツパー、１１５…冷却機、１１６…凝縮水貯
槽、１１７…生物処理槽、１１８…凝集槽、１１
９…脱水機、１２１…汚泥粉貯槽、１２２…微粉
砕機、１２３…酸素富化空気発生装置、１２４…
未凝縮ガス、１２５…窒素タンク、１２６…酸素
富化空気タンク、１２８…スチームライン、１２
９…煙道、Ｆ…旋回流、T₁，T₂…温度計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼炉に設けた始動用バーナーで炉内の雰囲
   気温度を昇温させた後、粉状汚泥を酸素富化空気
   流により炉内に吹き込み、この汚泥を自燃着火に
   より自燃させ、灰分を熔融状態で炉内より排出し
   冷却固化することを特徴とする有機質含有汚泥の
   焼却方法。 ２ 上記特許請求の範囲１に記す方法において使
   用する富化空気中の酸素濃度は25％から80％の範
   囲内のものであることを特徴とする有機質含有汚
   泥の焼却方法。 ３ 上記特許請求の範囲１に記す方法において供
   給される汚泥粉中の水分は10重量％以下であるこ
   とを特徴とする有機質含有汚泥の焼却方法。 ４ 上記特許請求の範囲１に記す方法において汚
   泥粉及び酸素富化空気流は燃焼炉内に周壁に沿つ
   て切線方向に吹き込み、旋回流中で燃焼させるこ
   とを特徴とする有機質含有汚泥の焼却方法。 ５ 上記特許請求の範囲１に記す方法によつて、
   汚泥粉を燃焼させるに際し、汚泥粉を含む酸素富
   化空気流を対向して配置されたノズルより噴出さ
   せ、火焔流を衝突させた状態にて燃焼せしめるこ
   とを特徴とする有機質含有汚泥の焼却方法。 ６ 上記特許請求の範囲１に記す方法において、
   汚泥粉及び酸素富化空気流を、炉壁に設けた複数
   個ノズルより炉の中心に向けて噴出せしめ、火焔
   流を中心付近で衝突させ、燃焼せしめることを特
   徴とする有機質含有汚泥の焼却方法。 ７ 上記特許請求の範囲１に記す方法において灰
   分を熔融状態において炉室から排出させ、下部室
   底部に設けられた水槽内に流落せしめ冷却・固化
   することを特徴とする有機質含有汚泥の焼却方
   法。 ８ 上記特許請求の範囲１に記す方法において灰
   分を熔融状態において炉室から排出させ、下部室
   底に設けられた冷却室にて徐冷させ、結晶化させ
   ることを特徴とする有機質含有汚泥の焼却方法。 ９ 上記特許請求の範囲１に記す方法において始
   動用補助バーナーで炉内の雰囲気温度を800〜
   1000℃に昇温させた後、粉状汚泥を酸素富化空気
   流により炉内に吹き込むことを特徴とする有機質
   含有汚泥の焼却方法。