JP2006035189A - セメント製造プロセスを利用した有機性汚泥の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セメント製造プロセスにおいて、有機性汚泥の大量処理を可能にし、セメント製造プロセスの安定操業が可能な方法を提供する。
【解決手段】 セメント製造プロセスにおけるクリンカクーラーからの抽気ガスを熱源として利用して有機性汚泥を乾燥し、乾燥した有機性汚泥をキルンバーナー、仮焼炉バーナーまたはそれらのバーナー近傍において燃焼処理する。乾燥工程によって生じる排ガスは、セメント製造プロセスの７００℃以上の部位に導入することで脱臭することができる。また、該排ガスを乾燥有機性汚泥の輸送に利用してもよい。さらに、乾燥工程後の排ガスをあらかじめ除湿してもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、汚泥の処理方法、特に高含水率の有機性汚泥を、セメント製造プロセスを利用して処理する方法に関する。

下水、し尿、家畜ふん尿、食品産業等の排水などから発生する有機性汚泥の処理方法としては、肥料利用、処分場への埋め立て、焼却などがある。しかし、肥料の需要は非常に小さく、一方埋め立て処分は、汚泥中に有害重金属が含有されることや処分場の不足から制約があり、焼却処分が主体となりつつある。
このような中で、セメント製造プロセスを利用した有機性汚泥の処理量は増加してきており、２００３年度は脱水下水汚泥だけでも約４０万トンがセメント製造プロセスで焼却処理された。

セメント製造プロセスを利用した有機性汚泥の処理方法は、すでにいくつかの方法が提案されている。
例えば特許文献１では、下水汚泥等の汚泥ケーキをセメント焼成装置のＳＰ排ガスを熱源として乾燥し、乾燥した汚泥の乾粉をキルンまたは仮焼炉に燃料の一部として吹き込む方法が提案されている。
また特許文献２では、下水汚泥等の含水汚泥を、直接、セメント用キルンの窯尻部分または仮焼炉に導入して焼却する方法が提案されている。
特開２００２−２７３４８０号 特開平８−２７６１９９号

しかしながら、特許文献１で提案されている方法では、ＳＰ排ガスに伴う微粉のため、乾燥装置およびその周辺の装置の磨耗が大きくなる。またＳＰ排ガスの酸素濃度は比較的低いため、乾燥によって発生する排ガスをキルンまたは仮焼炉の燃焼用ガスなどに利用することは難しく、排ガス処理のために、比較的装置全体の規模が大きくなり、結果的に装置の導入費用や運転費用が比較的高くなる。

又特許文献２で提案されている方法では、高含水率の汚泥を高温部に直接投入するため、液体から気体への変化（水分の蒸発）に伴い、装置内のガスの急速な体積膨張や温度低下が生じる。少量の汚泥の処理であれば、セメント製造プロセスへの影響は少ないが、汚泥の処理量が増大すると、燃焼が不安定になり、仮焼炉バーナーの燃料使用量が増加する。また、汚泥から発生する臭気成分が十分に分解されずに大気に放出されてしまうこともある。

本発明は、以上のような背景に基づいてなされたもので、セメント製造プロセスでの有機性汚泥処理への社会的要求に対応すべく、比較的簡単な装置により、セメント製造プロセスの安定操業と有機性汚泥の大量処理を可能にする処理方法を提供するものである。

上記課題解決のため、本発明においては、セメント製造プロセスにおけるクリンカクーラーからの抽気ガスを熱源として有機性汚泥を乾燥し、乾燥した有機性汚泥をセメント製造プロセスで燃焼処理することを特徴とする（請求項１）。

また、乾燥後の有機性汚泥は、キルンバーナーまたは仮焼炉バーナーからセメント製造プロセスに供給して燃焼処理してもよい（請求項２）。

また、本発明は、有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスをセメント製造プロセスのキルン窯前、窯尻、仮焼炉またはクリンカクーラーのいずれかにおける７００℃以上の部位に導入することで脱臭することを特徴とする（請求項３）。

また、本発明は、有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを、セメント製造プロセスのキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの燃料輸送、および／または乾燥汚泥の輸送に利用し、しかる後に該排ガスをセメント製造プロセスの７００℃以上の部位に導入することで脱臭することを特徴とする（請求項４）。

さらに、本発明は、有機性汚泥の乾燥により発生したが排ガスを、脱臭するに先立って除湿してもよい（請求項５）。

本発明においては、含水状態の有機性汚泥を、セメント製造プロセスに投入する前に乾燥するので、仮焼炉などの温度低下を防ぐことができ、さらに乾燥した有機性汚泥をセメント製造プロセスにおいて燃焼処理するため、必要とされる主燃料の量が著しく増加するのを抑えることができる。しかも、クリンカクーラーの抽気ガスを利用して乾燥するため、乾燥後の有機性汚泥を乾燥時に発生する排ガスとともにセメント製造プロセスに直接供給して燃焼させることができるので、大掛かりな装置を導入することなく、しかも大量の有機性汚泥を代替燃料として役立てることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
セメントの中間製品であるセメントクリンカは、石灰、年度などの原料を１４５０℃以上の高温で反応させて製造される。そのため、高含水率の有機性汚泥を乾燥するのに必要な高温ガスを採取することが可能である。乾燥用ガスの温度は、装置の使用や乾燥に要する時間、有機性汚泥の含水率などの性状により異なるため一概には言えないが、一般的に１００℃以下では乾燥に時間を要し、また６００℃以上では過度の乾燥が生じ、乾燥物が燃焼する危険がある。そのため、２００〜５００℃の範囲のガスを用いる方法が好ましい。

本発明においては、特にクリンカクーラーからの抽気ガスを有機性汚泥の乾燥に利用する。クリンカクーラーでは高温で焼成されたセメントクリンカを急冷するために空気が吹き込まれ、この排気の多くはキルンバーナーおよび仮焼炉バーナーの２次空気として利用され、残りは集塵機を経て放出されることが一般的である。ここで、「クリンカクーラーからの抽気ガス」とは、キルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの２次空気として利用される系統のガスおよび集塵機を経て放出される系統のガスを総称したものである（以下、「クリンカクーラーからの抽気ガス」を単にクーラー抽気ガスと称する）。クーラー抽気ガスは一般的には２００〜９００℃の温度範囲にあり、有機性汚泥の乾燥に用いることができる。ただし、キルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの２次空気として用いられる系統のガスは温度が高すぎる場合があり、適宜大気と混合するなどして、乾燥に用いる前に適切な温度範囲まで冷却するのが好ましい。

また、クーラー抽気ガスの酸素濃度は大気と同じであり、これを用いて有機性汚泥を乾燥した場合、その排ガス中の酸素は燃焼空気として使用できる。具体的には、クーラー抽気ガスを有機性汚泥の乾燥に用いた後、乾燥された有機性汚泥は粉末状になり、ガスに伴って運ばれるため、乾燥後の排ガスを粉末状の乾燥有機性汚泥とともにそのままキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーに導入することができる。そのため乾燥後の有機性汚泥をバーナーに導く前の複雑な工程を省くことができる。

クーラー抽気ガスを有機性汚泥の乾燥に用いる装置は特に限定されるものでなく、クーラー抽気ガスの熱を乾燥に利用することができる装置であれば本発明に用いることができる。例えば、気流乾燥器または内熱式ロータリードライヤーなどの熱風乾燥法による装置、若しくは外熱式ロータリーキルンなどの伝導乾燥法による装置が利用できる。また、有機性汚泥から除去された水蒸気をクーラー抽気ガスにより加熱して熱媒体として用いる、過熱蒸気乾燥法を利用してもよい。

なお、クーラー抽気ガスは乾燥に用いる前に、クーラー抽気ガスに含まれるダストに起因する装置の磨耗を防ぐため、必要に応じて除塵してもよい。また、加熱または冷風の取入れなどの温度調整をすることも可能である。

乾燥された有機性汚泥は、セメント製造プロセスに導入され、燃焼処理される。乾燥した有機性汚泥には、臭気成分が含まれるため、セメント製造プロセスの高温部分で臭気を分解する必要がある。具体的には、セメント製造プロセスのうちのキルン窯尻、仮焼炉、キルンバーナーまたは仮焼炉バーナーに導入すればよい。なお、乾燥した有機性汚泥は適当な粒度に粉砕することにより、バーナーに空気とともに吹き込んで燃焼させることが可能である。有機性汚泥をバーナーで燃焼させるほうが、セメント製造プロセスの安定化が図れ、熱利用効率がキルン窯尻や仮焼炉に投入した場合に比べて２倍程度になるので好ましい。

乾燥され、粉砕された有機性汚泥は、微粉炭などのバーナー燃料と混合して利用することが可能である。また、既存のバーナーまたはバーナー近傍から圧縮空気などによりキルンまたは仮焼炉に供給してもよい。このような方法により、有機性汚泥を化石燃料の代替物として利用することができ、燃料費の削減を図ることができる。

有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスは、臭気成分が含まれるため、これを分解する必要がある。本発明においては、クーラー抽気ガスを利用して有機性汚泥を乾燥した後の排ガスを、セメント製造プロセスのキルン窯前、窯尻、仮焼炉またはクリンカクーラーのいずれかにおける７００℃以上の部位、好ましくは８００℃以上の部位に導入して臭気成分を分解し、脱臭を図る。

有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスをセメント製造プロセスの７００℃以上の部位に導入するに当たっては、該排ガスをキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの燃料輸送、および／または乾燥汚泥の輸送に利用することができる。キルンバーナーおよび仮焼炉バーナーでは、燃料が空気圧送されて炎を形成していることが一般的である。そこで、この圧送用空気の一部に臭気成分を含む排ガスを用いることで、臭気成分は炎中に導入され、７００℃以上の高温で分解される。さらに、有機性汚泥の乾燥に用いた空気を、該有機性汚泥をキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーへ投入するための輸送用空気として利用してもよい。この場合、該空気に含まれる臭気成分の分解と乾燥汚泥の燃焼が同じバーナーで行われることになる。

有機性汚泥は一般に含水率が非常に高く、有機性汚泥の処理量を増大すると、水蒸気による体積の増大のため、排気総量が増大する。一般に、セメント製造プロセスでは、工程最後の風車（サスペンションプレヒーター上流に設置された風車）により吸引排気しており、プロセス上可能な総排気量はこの風車により限定される。有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスに多量の水蒸気が含まれる場合、前記風車の能力を超えないように運転を継続するため、該排ガスをセメント製造プロセスに導入するに先立ち、該排ガスを除湿することが好適である。除湿の方法は限定されず、公知の技術を適用することができるが、例えば該排ガスを冷却することにより、水蒸気は水分として除去される。

なお、有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを冷却して除湿すると、該排ガスに含まれる臭気成分の一部は水分に溶解して除去される。特に、臭気成分として大きな割合を占めるアンモニアはアンモニア水として分離される。分離された水分は、適当な廃水処理を施され、系外に排出されるか、またはセメント製造プロセスにおいて再利用することが可能である。有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを除湿することにより、さらに多量な有機性汚泥をセメント製造プロセスで処理することが可能となる。

含水率７５〜８０％の下水汚泥を、１時間当たり１８０トンのクリンカを製造するセメント製造プロセスで処理を行った。
実施例１では、クリンカクーラーから抽気した約７００℃の高温ガスに冷風を加えて温度を約４５０℃に調整した抽気ガスを用い、気流乾燥器にて下水汚泥と直接接触させて下水汚泥を乾燥した。得られた乾燥物は、含水率が１０〜１５％、熱量が約３，０００kcal/kgの顆粒状の粉体であった。これを乾燥排ガスでもって仮焼炉バーナーに圧送して、微粉炭に混入して燃焼させた。

実施例２では、実施例１で用いたものと同じ下水汚泥を、実施例１と同様な方法により乾燥し、乾燥排ガスを湿式スクラバーで除湿してから、乾燥した下水汚泥を仮焼炉バーナーに圧送する圧送空気として利用した。乾燥した下水汚泥は実施例１と同様に仮焼炉バーナーで微粉炭に混入して燃焼した。

実施例１、実施例２のそれぞれについて、下水汚泥を処理したときの仮焼炉バーナーにおける燃料使用量を記録し、また、臭気の有無を人間の感覚により判断した。その結果を処理条件とともに表１に示す。なお、比較として、下水汚泥を処理しない場合、および含水状態の下水汚泥を圧送ポンプでキルン窯尻に直接投入して処理した場合もあわせて表１に示した。

下水汚泥をキルンに直接投入すると、燃料使用量が増大し、かつ臭気も発生した。一方、本発明に基づく実施例では、下水汚泥処理量を大幅に増加しても、燃料使用量の増大は起きず、むしろ燃料使用量は削減された。また、臭気も全く感知されなかった。

Claims (5)

1. 有機性汚泥を、セメント製造プロセスにおけるクリンカクーラーからの抽気ガスを利用して乾燥し、乾燥した該有機性汚泥を、セメント製造プロセスで燃焼処理することを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
2. 乾燥後の有機性汚泥を、セメント製造プロセスのキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーからセメント製造プロセスに供給して燃焼処理することを特徴とする請求項１に記載の有機性汚泥の処理方法。
3. 有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを、セメント製造プロセスのキルン窯前、窯尻、仮焼炉またはクリンカクーラーのいずれかにおける７００℃以上の部位に導入することで脱臭することを特徴とする請求項１または２に記載の有機性汚泥の処理方法。
4. 有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを、セメント製造プロセスのキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの燃料輸送、および／または乾燥汚泥の輸送に利用し、しかる後に該排ガスをセメント製造プロセスの７００℃以上の部位に導入することで脱臭することを特徴とする請求項１または２に記載の有機性汚泥の処理方法。
5. 有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを、セメント製造プロセスの７００℃以上の部位に導入することで脱臭するに先立ち、除湿することを特徴とする請求項３または４に記載の有機性汚泥の処理方法。