JP2008062219A

JP2008062219A - 汚泥類の処理方法及び多孔質用材

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Publication number: JP2008062219A
Application number: JP2006245952A
Authority: JP
Inventors: Tadao Santo; 忠夫山藤; Shinichi Ando; 進一安藤
Original assignee: NIHONKAI GIJUTSU CONSULTANTS KK
Current assignee: NIHONKAI GIJUTSU CONSULTANTS KK
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: JP5249504B2

Abstract

【課題】下水処理場等で発生する生汚泥や消化汚泥、或いは底質汚泥、焼酎粕汚泥などの汚泥類を安価、安全且つ簡便な方法で処理技術を提供する。
【解決手段】汚泥類とともに、処理が問題になっている来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩の粉体或いは廃瓦粉砕品を、共にミキシング装置で攪拌混合して含水率を低下させるとともに造粒し、次いで乾燥し焼成し、濾過材、浄化材、地盤改良材、路盤材、農業の土壌代替品などに使用できる多孔質用材を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、下水処理場や屎尿処理場、農村集落排水処理施設等で大量に発生する生汚泥或いは沼湖やダム湖から浚渫される底質生汚泥、更には焼酎粕汚泥などの汚泥類、或いはこれらの消化汚泥を、安全、簡便且つ低コストで処理することが可能な新規な処理方法及び該方法により得られる多孔質用材に関する。

現在、下水や屎尿等の殆どは生物活性汚泥法により処理されており、その結果大量の生汚泥が発生する。古くは、生汚泥を単に堆積させて埋め立てたり乾燥床で脱水したり農地に施して土壌の肥沃化・改良化などに役立てられていた。小規模な施設では現在でも有効な方法であるが、大量な生汚泥はこのような小手先の技術では対応できない。特に、生汚泥には病原菌が多くその取り扱いには厳重な注意が必要となる。

そこで、生汚泥の濃縮、薬品処理、機械的脱水、乾燥、焼却などが行われるが、衛生、作業、経済上の諸要求に最も適しているのは、嫌気的消化処理である。消化処理は、上記各処理と組み合わせて用いられることも多く、汚泥の悪臭や病原菌を減少させ肥料的価値を向上させるしコンポストの材料も提供するなど優れ物である。

しかし、汚泥の嫌気的消化処理の欠点は、設備が非常に大がかりになり、下水処理場などの建設費の３０〜４０％も占めるほど高価なものであることである。また、嫌気的消化は２カ月程度の時間がかかり、その分だけ槽の容量も大きくなる。

同様に、沼湖やダム湖から浚渫される底質生泥や、生産が増大の一途をたどっている焼酎粕汚泥など、下水や屎尿処理汚泥の他にも多くの汚泥類の処理もその対応が迫られている。前者では、浄化材を投入して汚泥を減らす技術（特許文献１）や浚渫した汚泥に固定化剤を添加して増粘させ湖底に戻す技術（特許文献２）などがあるがコストがかかり、大部分が現場に底質汚泥を積み上げて風乾し、埋め立て処分などが行われている。しかし、含まれている植物質が腐敗して悪臭を放つし乾燥微粉が風でとばされるなどの問題がある。

また後者は、特に生産が増大している芋焼酎の場合粕が非常に細かくて高価な特殊濃縮装置以外では濃縮しずらいものである。かっては、焼酎粕処理は海洋投棄が一般的であったが現在では禁止され、各メーカーはコストをかけて濃縮したり（特許文献３）デキストリンに吸着させたり（特許文献４）するなどしているが、大量で安価に焼酎粕を処理する方法が希求されている。
特開２００６−０２１１５７号公報特開平９−０８５２９６号公報特開２００６−２０４１０７号公報特開２００５−２１３１５７号公報

本発明は、従来様々な問題がある汚泥類を、安価、安全且つ簡便な方法で処理技術を提供する。

即ち、本発明は、下水処理場等で発生する生汚泥や消化汚泥、或いは底質汚泥、焼酎粕汚泥などの汚泥類を、来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩の粉体或いは廃瓦粉砕品とともに、ミキシング装置で攪拌混合して含水率を低下させるとともに造粒し、次いで乾燥し焼成するものである。

本発明で使用される来待石などの鉱物粉体は、それ自体が廃棄物、余剰物質である。そして、来待石粉体などの吸水性を利用して汚泥類の含水率を低下させ、同時にミキシングで造粒する。この造粒したものは自然乾燥あるいは焼成時の廃熱を利用して乾燥させる。乾燥時（貯蔵時）には、汚泥含有有機物の醗酵により醗酵熱も生じて乾燥が促進される。

また、造粒物の焼成時には、汚泥類に含まれている有機物が燃焼して空隙となり、得られた焼成物は多孔質となる。多孔形成材としておが屑や籾殻を添加する、より多孔なものが得られる。おが屑の場合、汚泥類の吸水剤としても作用する。更に、おが屑や籾殻を添加すると焼成温度が低下する。このことは、焼成温度が高い廃瓦粉砕品の場合、低コスト化が図れて特に好ましいものである。また、ゼオライトや貝殻粉砕品などの無機系副資材も吸水剤として働くほか、焼成物を土壌や水処理剤に使用した場合、リン吸収材としても作用する。

本発明において最も好ましい鉱物粉体は、来待石粉体である。これは、特にその大きな吸水性と成形性にある。来待石（来待錆石）は、島根県に存在する宍道湖の南岸に広く分布する新第三紀中新世出雲層群下位層来待層を構成する凝灰質砂岩のことを言い、良質のものは、塊状凝灰質粗粒砂岩のうち特に淘汰の良い岩相の所に集中し、八束郡玉湯町から宍道町にかけての東西約１０ｋｍ、幅１〜２ｋｍの範囲に存在する。この来待石は、石質が柔らかく採掘、加工が容易で、出雲石灯ろうは伝統工芸品に指定されている。

この来待錆石は、多種多様な岩石片や結晶片、それらの粒間を埋める基質（マトリックス）から構成されている。岩石片のサイズは径0.５ｍｍ〜1.０ｍｍが多く、最大でも1.５ｍｍ程度である。岩石片や結晶片の占める割合が８０％と多い。岩石片としては、安山岩、石英安山岩、流紋岩、花崩岩、多種類の凝灰岩などが確認されている。結晶片としては、斜長石、輝石、角閃石、黒雲母、不透明鉱物、火山ガラス、変質鉱物が確認されている。また、基質（マトリックス）としては、変質によってできた沸石、緑泥石、炭酸塩鉱物が確認されている。

これらの鉱物の中には粘土鉱物と言われるものが多く含まれており、このことが、来待錆石の粉砕物が成形できる理由である。また、沸石（ゼオライト）を含んでいることから、アンモニアの吸着や湿気の吸排出に優れている。来待錆石以外に、来待白石といわれるものがある。これは、年代的に古くて流紋岩系でモンモリロナイトに変質した部分が多く、本発明では使用できないものである。尚、表１に分析値を示す（島根県発行「島根の地質」）ように、来待錆石には鉄が多く（Ｆｅ₂ Ｏ₃ として6.１３％）含まれている。そのため、本発明の陶土は焼成すると赤、茶〜黒系統色に呈色する。ただ、本発明の場合濾過材や緑化資材などに使用するので、焼成物の色は問題にならない。表中、数値は重量パーセントを示す。また、表１からも明らかなように、来待錆石には７％程度の焼熱減量（Ｉｇ．ｌｏｓｓ）が含まれている。これは、古代の植物残滓であり、これが焼成時に消滅して微細孔を生じることになる。

ところで、石材は採掘されたのち各種製品に加工されるが、採掘や加工の段階で端材や研削・研磨屑が大量に発生する。以前は、これらの加工屑は採掘跡地などに廃棄埋め立てするなどして処理されてきたが、埋め立て地の減少や処理費用の高騰で各地の石材加工業者は頭を悩ましている。

このことは、凝灰質砂岩の一種である来待石の場合も同様であり、以前はその粉末を石州瓦の釉薬などに使用していたが現在ではその用途も少なくなってきている。そのため、多くの業者は、加工屑の処理をひきのばして自社の敷地内などに加工屑を保管することなどで対処しているが、抜本的な対策にはならず、加工屑の処理は大きな問題となっている。

更に来待石の場合、変成が不十分なためか炭酸カルシウムリッチな脆い部分（方解石）が含まれることがあるが、このような部分は加工に向かないため、折角採掘されても石材のままで廃棄される不良石材もかなりの割合になる。

そこで本発明者らは、来待石の加工屑を粉砕して粘土などに使用する技術を開発した。しかし、粘土の場合消費量が少なく、廃棄物の処理には不十分である。本発明に使用することで、大量の加工屑の処理が促進される。

しかし、来待石の加工屑には粉末も含まれているが、破砕屑も多く、これの粉砕に手間とコストがかかる。そこで、本発明は安山岩や安山岩質凝灰岩に着目した。安山岩や安山岩質凝灰岩は、砕石として大量に使用されているが、それに伴って大量の砕石粉が発生する。この砕石粉も産業廃棄物であり、業界ではその処理が大きな問題となっている。砕石には、乾式と湿式があり、乾式の場合は非常に細かな粉体が得られる。そして、本発明ではそのまま汚泥類の吸水材として使用される。

本発明では、上記来待石や安山岩の粉末同様、廃瓦粉砕品も使用できる。廃瓦は、生産量の数％にも及び、破砕して土壌代替え品等に使用する研究がすすめられているが、吸水率が低いため有効な用途が無いなどの問題がある。そこで、本発明者は、この廃瓦の粉砕品を使用したところ、含水率が低いものであれば吸水量がある程度あり、汚泥類と混合した場合には来待石粉体よりは幾分劣るが、十分に利用可能であることが判明した。ただ、島根県の石見地方で生産される石州瓦は、焼成温度が高い（１２００〜１２３０℃）ため、汚泥類と混合した場合でも焼結にようする温度は同様に高く（１２００〜１２３０℃）する必要があり、その分コスト高となる。そこで、おが屑や籾殻などの有機質系副資材を混入したところ、来待石粉体と同程度（１０００〜１１８０℃）に焼結温度が低下しすることが判明した。

各粉体の粒度は、砂（２ｍｍ以下）やシルト（0.０２ｍｍ以下）程度とする。粉体の含水は２〜３％程度である。各粉体と汚泥類の混合割合は、含水率５０〜９５％の汚泥類（９０〜９５％）と脱水汚泥類（５０〜８０％）とでは異なる。ミキシング装置（コンクリートミキサー類似の装置）に投入して攪拌混合て造粒できる程度の割合とする。通常、粉体と汚泥類の使用割合（重量比）は、１対1.５〜６程度である。

次いで、造粒したものを一時保管し、保管中に醗酵や乾燥を行わせ、続いて焼成する。焼成温度は、１１００〜１１８０℃の温度である。ただし、廃瓦粉砕品の場合、有機質系副資材を５〜１０重量％混入したものは同程度の温度（１１００〜１１８０℃）で焼成しても焼結できるが、有機質が少ない場合には、１２００℃〜１２３０℃の温度で焼成す必要がある。尚、ここに言う温度は最高温度を意味する。即ち、常温から徐々に昇温して１１４０℃に至り、次いで降温する。この場合の焼成温度を、１１４０℃と言う。昇温は、常温から８時間かけて徐々に行い、１１４０℃になった時点で電源を切る。その後１０時間かけて自然放冷し、３００℃になった時点で窯の蓋を開ける。以上は、バッチ式の窯の歯椎であるが、トンネル窯で連続焼成する場合もおおよそこの温度範囲で行う。

本発明で得られる多孔質用材は、その優れた多孔性と吸水性に着目して、濾過材、浄化材、地盤改良材、路盤材、農業の土壌代替品など多くの分野で使用できる優れたものである。

以上詳述したように、本発明は、下水処理場等で発生する生汚泥や消化汚泥、或いは底質汚泥、焼酎粕汚泥などの汚泥類を、来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩の粉体或いは廃瓦粉砕品とともに、ミキシング装置で攪拌混合して含水率を低下させるとともに造粒し、次いで乾燥し焼成するものである。

従って、
（１）従来、用途がなくて廃棄されていた来待石の粉末や安山岩の砕石粉、廃瓦粉砕品と同じく処理に手を焼いている汚泥類を一挙に処理することができる。
（２）しかも、両者をミキシング装置で攪拌混合するだけで成形できるのでこの段階までは殆ど処理エネルギーを必要としない。最もエネルギーを消費するのはその後の焼成であるが、これも有機物の混合により焼成温度の低下が図れる。
（３）鑑賞魚の水槽や小川、池などの水のアンモニア除去に優れた効果を有する生物濾過用の濾材が得られる。
（４）連続多孔性による透水性や保水性、水の浄化能を利用して、汚水や排水の浄化材や濾過材、鉢やプランターの土壌や屋上緑化土壌などの園芸や緑化資材、地下浸透材や透水性舗装の下の路盤材、地盤改良に使用するサンドパイル代替え品などの土木資材などに広く利用できる。
などの効果があり、幾分かの手間とコストを掛けるだけで廃棄物の商品化ができ、来待石関連業界や砕石業界、瓦業界にとってまさに救世主となる。

下水処理場から排出される生汚泥（含水率９５％）１に対し、来待石粉体（含水率２％）を５の割合でミキシング装置に投入して攪拌混合して造粒、乾燥して１１００〜１１８０℃の温度で焼成して多孔質用材を得る。

（来待石粉体）
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、廃水の従来の生物処理施設Ａの一例を示す模式図、図２は、この廃水処理施設から排出された余剰汚泥を消化する従来の汚泥処理施設Ｂの一例を示す模式図、図３は、本発明方法により余剰汚泥を処理する装置１の一例を示す模式図である。

発明の装置１は、汚泥と来待石粉体を所定割合で受け入れて、攪拌造粒するミキシング装置２と、得られた造粒品３をストックし、焼成の排熱や自然循環空気で乾燥るすとともに、一部では自然醗酵を行うストック室４、該ストック室４から定量的に送り込まれる造粒品３を焼成するトンネル室５、トンネル室５から排出された焼成品３′を冷却し篩分けする冷却室６を含んで構成される。符号７は、多孔質用材（製品）である。

まず、下水の生汚泥（含水率９５％）４Ｋｇと来待石粉体１５Ｋｇをミキシング装置で十分に攪拌し、造粒品を得た。この造粒品を乾燥後、温度１１４０℃で焼成して、多孔質用材を得た。

（安山岩粉体）
実施例１と同様にして、下水の脱水生汚泥（含水率７０％）と乾式の砕石粉（0.２ｍｍアンダーが９５％以上）を１体２の割合でミキシング装置で造粒した。次いで、実施例１と同様にして多孔質用材を得た。

（廃瓦粉砕品）
廃瓦の破砕品（乾燥状態）を、ロスアンジェルスすり減り機械で粉砕した。得られた粉体の粒度分布は、0.２ｍｍ以下が約２５％、0.２〜２ｍｍが約５０％、５ｍｍ以下が約２５％である。この廃瓦粉砕品（含水率２％）と下水の生汚泥（含水率９５％）を、実施例１と同様の割合で混合攪拌焼成して多孔質用材を得た。

廃水の従来の生物処理施設の一例を示す模式図である。図１の廃水処理施設から排出された余剰汚泥の従来の消化処理施設の一例を示す模式図である。本発明の余剰汚泥の処理装置の一例を示す模式図である。（実施例１）

符号の説明

Ａ従来の生物処理施設
Ｂ従来の汚泥処理施設
１本発明の汚泥処理装置
２ミキシング装置
３造粒品
３′ 焼成品
４ストック室
５トンネル室
６冷却室
７多孔質用材

Claims

下水処理場等で発生する生汚泥や消化汚泥、或いは底質汚泥、焼酎粕汚泥などの汚泥類を、来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩の粉体或いは廃瓦粉砕品とともに、ミキシング装置で攪拌混合して含水率を低下させるとともに造粒し、次いで乾燥し焼成することを特徴とする汚泥類の処理方法。
生汚泥の処理は、下水処理場等の施設内で汚泥処理の一貫として行うか、或いは、回収した生汚泥をミキシング装置や造粒、焼成装置などを含む生汚泥処理施設で処理するものである、請求項１記載の汚泥類の処理方法。
来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩の粉体或いは廃瓦粉砕品に代えて或いはこれらの粉体とともに、請求項１で得られた乾燥品や焼成品の小径品や篩分けした粉末を汚泥類と攪拌混合するものである、請求項１又は請求項２記載の汚泥類の処理方法。
無機質系副資材として、ゼオライト或いは貝殻粉砕品、有機質系副資材として鋸屑或いは籾殻を一種以上を混合するものである、請求項１、請求項２又は請求項３記載の汚泥類の処理方法。
汚泥類と、来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩の粉体或いは廃瓦粉砕品をミキシング装置で攪拌混合して成形した後焼成し、次いで分級したことを特徴とする多孔質用材。
来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩の粉体或いは廃瓦粉砕品に代えて或いはこれらの粉体とともに、請求項１で得られた乾燥或いは焼成粉末と生汚泥をミキシング装置で攪拌混合して成形した後焼成し、次いで分級したものである請求項５記載の多孔質用材。
ゼオライトや貝殻粉砕品、鋸屑或いは籾殻をを混合するものである、請求項５又は請求項６記載の多孔質用材。
安山岩や安山岩質凝灰岩の粉体は、砕石や砕砂製造時の乾式石粉或いは乾燥した湿式砕石粉である、請求項５、請求項６又は請求項７記載の多孔質用材。
含水率５０〜９５％の汚泥類（９０〜９５％）や脱水汚泥類（５０〜８０％）と、含水率２〜３％の来待石或いは安山岩や安山岩質凝灰岩の粉体を、重量比で１対1.５〜６の割合でミキシング装置に投入して攪拌混合して造粒し、乾燥（後８００℃〜１１８０℃の温度で焼成することを特徴とする多孔質用材の製造方法。
全体量（汚泥の乾燥重量及び来待石等の乾燥重量）に対して、１０％以下のおが屑や籾殻を用いるものである，請求項９記載の多孔質用材の製造方法。
含水率５０〜９５％の汚泥類（９０〜９５％）や脱水汚泥類（５０〜８０％）と含水率２〜３％の廃瓦粉砕品を、重量比で１対1.５〜６の割合でミキシング装置に投入して攪拌混合して造粒したものを乾燥後１２００℃〜１２３０℃の温度で焼成するか、或いは有機質系副資材を全体量に対して５〜１０％添加したものをミキシング装置に投入して攪拌混合して造粒、乾燥して１１００〜１１８０℃の温度で焼成することを特徴とする多孔質用材の製造方法。