JPH10300053A - 液状有機性汚泥の処理方法 - Google Patents

液状有機性汚泥の処理方法

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JPH10300053A
JPH10300053A JP12508697A JP12508697A JPH10300053A JP H10300053 A JPH10300053 A JP H10300053A JP 12508697 A JP12508697 A JP 12508697A JP 12508697 A JP12508697 A JP 12508697A JP H10300053 A JPH10300053 A JP H10300053A
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敏郎 原田
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新治 伊藤
Makoto Inoue
誠 井上
Masao Nonohiro
正夫 野々廣
Toshiaki Teratani
俊明 寺谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液状有機性汚泥を濃縮処理する際に得られる
固形分濃度が低い又は固形分を実質的に含まない希薄液
を、燃焼炉内に噴出させる方法において、その希薄液中
に含まれる油状物質の不完全酸化分解による排ガス性状
の悪化の問題を解決すること。 【解決手段】 液状有機性汚泥から、固形分濃度が高い
濃縮液と、固形分濃度が低い又は固形分を実質的に含ま
ない希薄液を得る濃縮工程と、該濃縮工程で得られた希
薄液中に含まれる油状物質と水とを分離する油水分離工
程と、該濃縮工程で得られた濃縮液と該油水分離工程で
得られた油状物質とを燃焼炉内で燃焼させる燃焼工程
と、該油水分離工程で得られた分離水を燃焼炉内に噴出
させ、該分離水中に含まれる有機物を酸化分解させる酸
化分解工程からなることを特徴とする液状有機性汚泥の
処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、下水に代表される
有機廃水の生物処理装置から発生する余剰汚泥等の有機
性汚泥の処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】代表的な有機性汚泥である下水汚泥は、
全国で年間約5000万m3(濃縮汚泥基準:含水率9
8%)という莫大な量であり、年々増加の傾向にある。
一般に下水汚泥等の有機性汚泥は、水分とともに蛋白
質、脂肪及び炭水化物等の有機物を多量に含むため、腐
敗しやすく、悪臭防止及び公衆衛生の観点より、安定化
・無害化・減容化が必要とされている。大都市の多くの
下水処理場においては、埋立地確保の困難性などの観点
より、汚泥を燃焼処理することが行われている。特開平
5−337497号公報によれば、有機性汚泥の燃焼処
理に際し、有機性汚泥をあらかじめ高温高圧処理して液
状化物となした後、この液状化物を燃焼処理する方法が
提案されている。この方法によれば、有機性汚泥は流動
性の良い液状化物として燃焼炉に供給されることから、
その燃焼処理に際しては、燃焼効率の良い噴霧燃焼法を
採用することができ、燃焼炉が小型化できるとともに運
転判断が容易になるという利点がある。また本出願人等
は、先に液状有機性汚泥をバーナで噴霧燃焼させ、火炎
の少なくとも一部を無機物の溶融温度以上に維持して無
機物を溶融させる方法を提案(特開平7−35318
号)した。
【0003】しかし、液状有機性汚泥の含水率が高い場
合には、含水率基準の低位発熱量が低く、燃焼時の火災
温度が低くなるために、火災の形成が困難になるととも
に、汚泥中に含まれている無機物の溶融が起らないか又
は不十分であるという問題がある。有機性汚泥中に含ま
れている無機物の溶融が不十分なときには、得られる灰
分は、嵩高いものとなる上、その中に含まれている重金
属分が溶出しやすくなり、その灰分を埋立て処理したと
きに、その重金属分が溶出し、環境汚染を生じるおそれ
がある。
【0004】本発明者らは、先に、液状有機性汚泥を燃
焼処理するに際し、火炎温度を高めて無機質を安定溶融
させるために、液状有機性汚泥を濃縮し、この濃縮物を
燃焼する方法を提案した(特開平7−305822
号)。この方法の濃縮工程においては、固形分濃度が低
い又は固形分を実質的に含まない希薄液が得られるが、
この希薄液も、それに含まれる有機物を酸化分解させる
ために、燃焼炉内に噴霧される。しかしながら、このよ
うな希薄液中の有機物の酸化分解においては、希薄液中
に含まれる油状物質が酸化分解を生じにくいものである
ため、不完全酸化分解して一酸化炭素を多く生成し、排
ガス中の一酸化炭素濃度が増加し、排ガス性状が悪化す
るという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は液状有機性汚
泥を濃縮処理する際に得られる固形分濃度が低い又は固
形分を実質的に含まない希薄液を、燃焼炉内に噴出させ
る方法において、その希薄液中に含まれる油状物質の不
完全酸化分解による排ガス性状の悪化の問題を解決する
ことをその課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、液状有機性汚泥か
ら、固形分濃度が高い濃縮液と、固形分濃度が低い又は
固形分を実質的に含まない希薄液を得る濃縮工程と、該
濃縮工程で得られた希薄液中に含まれる油状物質と水と
を分離する油水分離工程と、該濃縮工程で得られた濃縮
液と該油水分離工程で得られた油状物質とを燃焼炉内で
燃焼させる燃焼工程と、該油水分離工程で得られた分離
水を燃焼炉内に噴出させ、該分離水中に含まれる有機物
を酸化分解させる酸化分解工程からなることを特徴とす
る液状有機性汚泥の処理方法が提供される。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明において被処理原料として
用いる有機性汚泥としては、通常の下水処理場から排出
される下水汚泥や各種の有機性廃水の生物処理装置から
排出される余剰汚泥等が包含される。本発明における液
状有機性汚泥としては、脱水前の比較的水分含有量の多
い有機性汚泥も処理の対象物となるが、当該水分含有量
の多い有機性汚泥を一旦脱水して得られる脱水汚泥を、
150℃以上の温度及びその温度の飽和水蒸気圧以上の
圧力の条件下に保持することにより得られる液状有機性
汚泥が好ましい対象物となる。上述した有機性汚泥の脱
水は、通常、機械脱水(真空脱水、加圧脱水、ベルトプ
レス脱水及び遠心脱水)が用いられるが、特に制約され
ない。ただし、脱水前の有機性汚泥には汚泥調質薬品の
添加が望ましく、特に、高分子凝集剤の添加が有利であ
る。従って、脱水方式に関しても、高分子凝集剤の添加
に適しているベルトプレス脱水か遠心脱水が望ましい。
この有機性汚泥の脱水は、得られる脱水汚泥の含水率が
60〜90重量%、好ましくは70〜80重量%の範囲
になるように行うのがよい。
【0008】脱水汚泥を液状化物に転換させるには、脱
水汚泥を150℃以上、好ましくは200〜250℃の
反応温度と、その反応温度における飽和水蒸気圧以上の
圧力、例えば、反応温度が200℃の場合、16kg/
cm2(絶対圧)以上の反応圧力の条件下に保持すれば
よい。脱水汚泥の液状化は、必要に応じ、液状化促進剤
としてのアルカリ性物質の存在下で行うことができる。
このアルカリ性物質は、脱水汚泥中の固形分に対して、
0〜20重量%、好ましくは0〜5重量%の割合で添加
するのがよい。アルカリ性物質としては、例えば、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸
カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、ギ
酸ナトリウム、ギ酸カリウム等のアルカリ金属化合物
や、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネ
シウム等のアルカリ土類金属化合物等があげられる。脱
水汚泥を反応条件下に保持する時間は、対象となる汚泥
の種類により異なるが、一般には120分以内、通常、
0〜60分である。液状化装置は、間接加熱方式の熱交
換器であればよいが、固形状態を呈する汚泥を扱うこと
から、内部にスクレーパを有する掻面式熱交換器やヘリ
カル翼を有するスクリュウ型熱交換器の使用が望まし
い。また、液状化反応における圧力は、下水汚泥からの
水蒸気による自己発生圧を利用することができるが、必
要に応じ、例えば、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス
等を用いて加圧することもできる。このようにして得ら
れる汚泥液状化物は、非常にすぐれた流動性を有し、ポ
ンプ圧送が充分に可能なものである。
【0009】本発明は、前記のようにして得られる液状
有機性汚泥を濃縮して、固形分濃度が高い濃縮液と、固
形分濃度が低い又は実質的に含まない希薄液を得る濃縮
工程と、該濃縮工程で得られた希薄液中に含まれる油状
物質と水とを分離する油水分離工程と、該濃縮工程で得
られた濃縮液と該油水分離工程で得られた油状物質とを
燃焼炉内で燃焼させる燃焼工程と、該油水分離工程で得
られた分離水を燃焼炉内に噴出させ、該分離水中に含ま
れる有機物を酸化分解させる酸化分解工程を含む。図1
に本発明方法のフローシートの1例を示す。図1におい
て、103は濃縮装置、104は希薄液タンク、105
は濃縮液タンク、106は油水分離装置、107は希薄
液供給ポンプ、108は濃縮液供給ポンプ、109は分
離水供給ポンプ、113は燃焼用バーナ、114は燃焼
炉、115は燃焼火炎、116は分離水の噴霧装置を各
示す。図1に示したフローシートに従って本発明を実施
するには、液状有機性汚泥はライン101を通って濃縮
装置103に供給され、ここで濃縮液と希薄液とに分離
される。濃縮液はタンク105に回収され、希薄液はタ
ンク104に回収される。濃縮装置103としては、静
置分離や遠心分離等の比重差分離を利用した分離装置
や、蒸発装置、特に高温高圧の液状有機性汚泥を大気圧
のフラッシュタンクに放出して水分を蒸発させるフラッ
シュ蒸発装置等の従来公知の各種の装置を使用すること
ができる。濃縮液中の固形分濃度は、5〜50重量%、
特に、10〜30重量%である。一方、希薄液中の固形
分濃度は、10重量%未満であり、特に、0〜5重量%
である。濃縮液タンク105に回収された濃縮液は、濃
縮液供給ポンプ108、ライン110を通ってバーナ1
13に導入される。また、このバーナ113には、支燃
ガスとしての酸素又は酸素含有ガスがライン120を通
って導入される。バーナ113に導入された濃縮液及び
酸素又は酸素含有ガスは、バーナ先端から燃焼炉114
内に噴霧燃焼され、炉内には燃焼火炎115が形成され
る。
【0010】一方、希薄液タンク104に回収された希
薄液は、希薄液ポンプ107によって油水分離装置10
6に送られ、ここで油状物質が分離され、油状物質はラ
イン212を通って濃縮液に混合される。一方、油状物
質が分離された後の分離水は、分離水供給ポンプ10
9、ライン111を通って、噴霧装置116に導入さ
れ、ここから炉内に噴霧される。炉内に噴霧された分離
水は、炉内温度にまで瞬時に加熱され、分離水中に含ま
れていた有機物は酸化分解される。
【0011】油水分離装置は、希薄液を油相(油状物
質)と水相(分離水)とに分離し得るものであればどの
ようなものでも使用可能である。このような装置として
は、比重差分離装置や、抽出装置、コアレス樹脂を使用
した油水分離装置等を用いることができる。また、希薄
液タンクで静置分離を行うだけでも液面に油状物質が浮
上するので、油水分離は可能である。希薄液中には、油
状物質が含まれ、その含有量は0.1〜5重量%、特
に、0.5〜2重量%であるが、前記油水分離工程にお
いては、この油状物質は分離される。この場合の油状物
質の分離度は、分離水中に含まれる油状物質の濃度が1
重量%以下、好ましくは0.1重量%以下となるような
分離度である。
【0012】噴霧装置116の数は1個に限らず複数個
であってもよい。また、分離水は、噴霧装置により、燃
焼炉内の中央部に向けて噴霧させることもできるが、好
ましくは炉壁面に向けて噴霧させることができる。炉壁
面に向けて噴霧させる場合には、炉壁の温度を下げ、炉
壁の耐久性を向上させることができるとともに、炉の中
央から噴霧された汚泥の無機物が炉壁に付着することを
防止できる。
【0013】本発明においては、前記のように、濃縮装
置103で得られた濃縮液は、油水分離装置106で得
られた油状物質とともに、バーナ113を介して燃焼炉
114内に噴出され、燃焼される。この場合、ライン1
20を通って支燃ガスとしては、空気、酸素富化空気又
は酸素ガスが用いられる。バーナ型式は特に制約されな
いが、外部あるいは内部混合式2流体噴霧式バーナや低
圧空気噴霧式バーナなどの使用が好ましい。炉内におい
て濃縮液と油状物質の燃焼により生成した燃焼ガスと、
分離水中の有機物の酸化分解により生成した分解ガス
は、ライン117を通って炉外へ排出される。炉外へ排
出された高温の排ガスは、熱交換器を通してその排ガス
から熱回収を行った後、後段の排ガス処理設備に送り、
ここで排ガスに含まれている有害ガスを除去した後、大
気へ放出される。
【0014】濃縮液の含水率は、濃縮液の発熱量と関係
し、濃縮液を噴霧燃焼させた場合の火炎温度とも関係す
る。濃縮液の含水率を低めることにより、濃縮液の発熱
量は増加し、火炎温度も高くなる。例えば、濃縮液を空
気燃焼させる場合、濃縮液の低位発熱量が、1260k
cal/kg、2150kcal/kg、及び3050
kcal/kgのときには、その燃焼火炎の最高温度
は、それぞれ、1170℃、1520℃及び1740℃
となる。また、濃縮液の低位発熱量は、その濃縮液の含
水率によって変化し、例えば、無水状態のときの低位発
熱量が3970kcal/kgである濃縮液は、その含
水率が20重量%、40重量%及び60重量%のときに
は、その低位発熱量は、それぞれ、3050kcal/
kg、2150kcal/kg及び1260kcal/
kgとなる。なお、濃縮液の低位発熱量は、次式で表わ
される。 H(L)=H(U)−600×W 前記式中、H(L)は低位発熱量(kcal/kg)を
示す。H(U)は高位発熱量(kcal/kg)を示
し、熱量計で測定される発熱量で、水蒸気が凝縮すると
きの潜熱を含んだ発熱量である。Wは燃焼に際して生じ
る水蒸気量(kg)を示す。燃焼炉内で濃縮液を燃焼さ
せる場合、その燃焼に際して発生する水蒸気は凝縮せず
に燃焼ガスとともに外部へ流出するため、水蒸気の潜熱
は濃縮液中の固形分(汚泥)の加熱に利用されない。従
って、濃縮液の燃焼性の検討に用いる発熱量としては、
前記低位発熱量が採用される。
【0015】本発明においては、前記したように、濃縮
液の含水率は、濃縮工程における有機性汚泥の濃縮率を
調節することにより、即ち、濃縮装置103の操作条件
を調節することにより、コントロールされるが、その場
合、濃縮液の含水率は、通常、90重量%以下、好まし
くは70重量%以下にコントロールするのがよい。一
方、濃縮液は、その含水率が低くなるに従ってその粘度
は高くなり、粘度が高くなりすぎると、バーナからの濃
縮液の円滑な噴霧ができなくなる。従って、この観点か
らは、濃縮液の粘度は、回転二重円筒型粘度計で20℃
で測定したズリ速度10s~1における見掛け粘度で、2
000cp以下、好ましくは50cp以下にコントロー
ルするのがよい。
【0016】濃縮液の含水率と粘度とは、相関関係を有
することから、濃縮液の含水率を調節することによっ
て、濃縮液の発熱量と粘度の両方をコントロールするこ
とができる。この観点からは、濃縮液の含水率を50〜
90重量%、好ましくは50〜70重量%の範囲にコン
トロールすることにより、バーナからの噴霧を円滑に行
うことができ、しかも汚泥中の無機物の溶融に必要な1
200℃以上、好ましくは1400〜1500℃の火炎
を形成させることができる。また、逆に、濃縮液の粘度
を10〜2000cp、好ましくは10〜500cpの
範囲にコントロールすることにより、バーナからの濃縮
液の噴霧を円滑に行うことができ、しかも汚泥中の無機
物の溶融に必要な1200℃以上、好ましくは1400
〜1500℃の火炎を形成させることができる。
【0017】本発明においては、濃縮液はバーナで燃焼
され、その燃焼火炎の少なくとも一部は、汚泥中に含ま
れる無機物の溶融温度以上の温度に保持される。従っ
て、汚泥中の無機物はその火炎中で溶融され、溶融パウ
ダーとなる。この溶融パウダーは、非常に微細なもの
で、粒径10μm以下のものが50%以上を示す。ま
た、その溶融パウダーは無機物の溶融に際しての表面張
力の作用により、球形を示す。この溶融パウダーは、燃
焼ガスとともに炉外に流出するが、炉外に設置したフィ
ルターや電気集塵機で燃焼ガスから分離回収される。
【0018】本発明においては、燃焼火炎の少なくとも
一部の温度は前記したように高温に保持する必要がある
が、炉全体の温度はそのような高温にする必要がない。
本発明の場合、炉壁内表面の温度は500〜1000℃
であり、炉壁材料として特別のものを使用する必要はな
く、また、炉壁内表面温度をこのような低温度に保持す
ることにより、炉内から炉外へ逃散する熱の損失も抑制
される。
【0019】本発明の場合、火炎115は、その少なく
とも一部が汚泥中に含まれる無機物の溶融温度以上に保
持され、濃縮液の燃焼に際しては、その無機物は溶融さ
れる。無機物は、通常、1200℃以上の温度で溶融す
ることから、1200℃以上、好ましくは1400〜1
500℃の温度を有する火炎を形成させればよい。ま
た、このような濃縮液の燃焼においては、炉全体として
は700〜900℃の温度域となっている。
【0020】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
【0021】実施例1 有機性汚泥として下水汚泥を選択し、標準活性汚泥法の
処理場から排出された混合生汚泥の脱水ケーキを試験に
用いた。この汚泥は高分子凝集剤を添加した後、ベルト
プレスにて脱水したものである。その代表的な性状は、
含水率78重量%、有機物比78重量%及び低位発熱量
3940kcal/kgである。
【0022】上記脱水汚泥を連続汚泥液状化装置(処理
能力:250kg/hr)を用いて液状化した。この装
置は、圧入装置、反応器(掻面式熱交換器)、減圧バル
ブ、フラッシュタンク、濃縮液タンク、コンデンサ、希
薄液タンク及び熱媒ボイラより構成されており、反応器
への熱量は熱媒ボイラにより供給した。脱水汚泥を圧入
装置を用いて85kg/cm2の圧力で反応器に導入
し、閉塞防止や伝熱促進のためにスクレーピングを実施
しながら約260℃まで加熱した。反応温度における滞
留時間は、約10分とした。反応器出口で脱水汚泥は充
分に液状となっており、高温高圧状態の液状汚泥を減圧
バルブを介して大気圧のフラッシュタンクに放出した。
フラッシュタンクでは汚泥中の水分が蒸発し、汚泥の温
度は100℃まで冷却された。有機酸や油状物質等の低
沸点成分が水蒸気とともにフラッシュタンクの上部から
排出され、コンデンサで常温まで冷却した後、希薄液タ
ンクに貯留した。一方、フラッシュタンクの下部に残っ
た濃縮液はバルブ操作により自動的に排出し、濃縮液タ
ンクに貯留した。前記の操作により、含水率78重量%
(固形分濃度22重量%)の脱水汚泥から固形分濃度2
5重量%の濃縮液と、固形分濃度2重量%の悪臭を生じ
る希薄液を得た。
【0023】前記のようにして得られた希薄液には、油
状物質が1重量%含まれていた。この油状物質は、重質
の油状物質であった。この希薄液は、タンク内で2時間
静置して油状物質を液面に浮上させることにより油状物
質と分離水とに分離した。浮上した油状物質は回収して
濃縮液に混合した。次に、前記濃縮液100重量部と油
状物質0.4重量部との混合液をスネークポンプを用い
て流速188リットル/hで外部混合型の高圧2流体噴
霧バーナへ送り、燃焼炉内に噴霧するとともに、同時に
火炎温度保持のために16リットル/hの助燃用の灯油
を使用しこれを燃焼させた。この時、燃焼用含酸素ガス
としては30vol%の酸素を含有する酸素富化空気を
使用した。この条件下において混合液は火炎を形成して
燃焼し、その燃焼を継続した。火炎燃焼を1時間以上継
続したが、この時の燃焼火炎温度は約1500℃であっ
た。次に、燃焼が安定した時点で、前記で得られた分離
水を希薄液タンクの下部から抜き出し、ポンプで流速7
5リットル/hで燃焼炉内に噴霧し、分離水中の有機物
を分解させた。また、排ガスダクト出口にサンプリング
プローブを挿入し、溶融パウダーを採取した。この溶融
パウダーを顕微鏡で検査した結果、このものは非常に小
さな球形を示していた。これは、燃焼火炎中で無機成分
が溶融し表面張力で球形になったことを意味している。
また、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を調べたところ、
その濃度は0.1ppmであった。
【0024】比較例1 実施例1において、希薄液を分離水の代わりに用いた以
外は同様にして実験を行った。この場合の燃焼排ガスの
一酸化炭素濃度を調べたところ、その濃度は1ppmと
高いものであった。
【0025】
【発明の効果】本発明においては、液状有機汚泥を濃縮
する際に得られる希薄液を油水分離するとともに、その
油水分離に際して得られた油状物質はこれを濃縮液との
混合物として燃焼炉に噴霧し、燃焼させ、一方、油状物
質を除去した後の分離水はこれを燃焼炉内に噴出させ、
分離水中に含まれる有機物を酸化分解させる。このよう
な方法によれば、燃焼炉内に噴出される分離水中には、
酸化分解しにくい油状物質が実質的に含まれず、酸化分
解の容易な有機物のみが含まれるため、燃焼炉内に噴出
された分離水中の有機物の酸化分解は円滑に起こり、燃
焼排ガス中の一酸化炭素濃度は低く、放出される排ガス
は性状の良好なものである。また、油状物質を濃縮液に
混合することにより、濃縮液の発熱量を高め、補助燃料
の使用量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法のフローシートの1例を示す。
【符号の説明】
103 濃縮装置 104 希薄液タンク 105 濃縮液タンク 106 油水分離装置 107 希薄液供給ポンプ 108 濃縮液供給ポンプ 109 分離水供給ポンプ 113 バーナ 114 燃焼炉 115 燃焼火炎 116 噴霧装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 武生 東京都新宿区西新宿2丁目8番1号 東京 都下水道局内 (72)発明者 原田 敏郎 東京都新宿区西新宿2丁目8番1号 東京 都下水道局内 (72)発明者 伊藤 新治 東京都文京区本郷5丁目5番16号 オルガ ノ株式会社内 (72)発明者 井上 誠 大阪府大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外炉工業株式会社内 (72)発明者 野々廣 正夫 大阪府大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外炉工業株式会社内 (72)発明者 寺谷 俊明 大阪府大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外炉工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液状有機性汚泥から、固形分濃度が高い
    濃縮液と、固形分濃度が低い又は固形分を実質的に含ま
    ない希薄液を得る濃縮工程と、該濃縮工程で得られた希
    薄液中に含まれる油状物質と水とを分離する油水分離工
    程と、該濃縮工程で得られた濃縮液と該油水分離工程で
    得られた油状物質とを燃焼炉内で燃焼させる燃焼工程
    と、該油水分離工程で得られた分離水を燃焼炉内に噴出
    させ、該分離水中に含まれる有機物を酸化分解させる酸
    化分解工程からなることを特徴とする液状有機性汚泥の
    処理方法。
  2. 【請求項2】 該液状有機性汚泥が、有機性汚泥を脱水
    処理し、当該脱水汚泥を高温高圧処理して得られたもの
    である請求項1に記載の方法。
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