下水汚泥の処理方法及び処理生成物
【課題】下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる下水汚泥の処理方法、及び、その処理方法によって得られ、悪臭の発生を抑制できると共に、有機燃料としても有効利用可能な処理生成物を提供すること。
【解決手段】本発明は、下水汚泥を脱水して脱水汚泥とする脱水工程と、脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する酸化工程と、を備えることを特徴とする下水汚泥の処理方法である。
【解決手段】本発明は、下水汚泥を脱水して脱水汚泥とする脱水工程と、脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する酸化工程と、を備えることを特徴とする下水汚泥の処理方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥の処理方法及び処理生成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥の排出量は日本国内で年間４億ｍ３におよんでいる。
乾燥汚泥に換算すると年間約２１０万トンになる。
この下水汚泥は一般に埋め立て処理や焼却処理がなされている。
この下水汚泥を埋め立て処理する場合は、埋立地の確保が必要となり、焼却処理する場合は、多大な熱エネルギーを必要とすると共に、二酸化炭素が大量に排出されることになる。
このため、埋め立て処理・焼却処理は必ずしも有効な処理方法とはいえない。
【０００３】
このような背景から、下水汚泥を処理するだけでなく有効利用する方法が提案されている。
例えば、下水汚泥をアルカリ条件下、液化処理する方法（例えば、特許文献１参照）、下水汚泥を加熱し、フラッシュ蒸発又は遠心分離等を施して、燃料スラリーを生成する方法（例えば、特許文献２，３参照）、濃縮汚泥や脱水汚泥の液化・スラリー化する方法（特許文献４，５参照）等が開示されている。
これらの方法によれば、下水汚泥をスラリー化することで燃料として利用できる。
【０００４】
ところが、これらの下水汚泥の処理方法によれば、スラリー化した下水汚泥は得られるものの、処理の過程において、著しい悪臭が発生する傾向にある。
また、得られるスラリーも悪臭が発生する。
このため、実用化に際してはスラリーの製造過程や製造後の利用において防臭のための設備や装置が必要となる。
【０００５】
一方、脱水汚泥を脱臭する方法が提案されている。
例えば、汚泥を曝気処理して脱臭する方法が開示されている（特許文献６）。
これは汚泥に空気を供給し、好気性の活性汚泥などの微生物に溶存臭気物質の代謝を行わせ、脱臭する方法である。
また、余剰汚泥を８０℃以上の温度で保持して殺菌する方法が開示されている（特許文献７参照）。
これは細菌類を減少あるいは死滅させて、悪臭の発生を抑制する方法である。
【０００６】
また、薬品等を添加して悪臭を防止する方法が提案されている。
例えば、下水汚泥にソルビン酸を添加して脱水汚泥ケーキを製造する方法（特許文献８参照）、下水汚泥をオゾン処理した後に脱水処理する方法（特許文献９，１０参照）、汚泥貯留槽に亜硝酸塩を共存させる方法（特許文献１１〜１３参照）、脱水汚泥にドライアイスと静菌剤を共存させる方法（特許文献１４参照）、下水汚泥に臭素原子またはヨウ素原子を含む化合物を添加して脱水ケーキを製造する方法（特許文献１４参照）、等が開示されている。
【特許文献１】特開平０１−２７０９９９号公報
【特許文献２】特開平０６−３９４００号公報
【特許文献３】特開平０６−２４６２９７号公報
【特許文献４】特開平１０−１１３６９７号公報
【特許文献５】特開平１０−１１３７００号公報
【特許文献６】特開昭６１−２０９０９８号公報
【特許文献７】特開２００３−４７９９３号公報
【特許文献８】特開２０００−３５１０００号公報
【特許文献９】特開平０７−１９５０９８号公報
【特許文献１０】特開２００１−２８６８８９号公報
【特許文献１１】特開２００２−１７７９９１号公報
【特許文献１２】特開２００３−９４０９３号公報
【特許文献１３】特開２００４−２３０２９２号公報
【特許文献１４】特開２００３−１０８８９号公報
【特許文献１５】特開２００４−３１３９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献６又は７に記載の下水汚泥の処理方法では悪臭を十分に抑制することができない。
すなわち、これらの方法によれば、細菌の活動に起因する悪臭は抑制できるものの、汚泥の液化あるいはスラリー化の際に発生する悪臭は十分に抑制できない。
【０００８】
また、上記特許文献８〜１４に記載の下水汚泥の処理方法のように薬品類を添加して悪臭の発生を抑制する方法では処理コストの増大を招くと共に、場合によっては特殊な設備が必要であったり、薬品類が人体に害を及ぼす虞がある。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる下水汚泥の処理方法、及び、その処理方法によって得られ、悪臭の発生を抑制できると共に、有機燃料としても有効利用可能な処理生成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の下水汚泥の処理方法は、下水汚泥を脱水して脱水汚泥とする脱水工程と、脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する酸化工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記下水汚泥の処理方法によれば、脱水汚泥を酸素存在下、加圧・加熱することにより、スラリー化することができ、かつ加圧・加熱の条件を上記範囲内とすることにより、スラリー化の際に発生する悪臭を十分に抑制できる。
【００１２】
このように、悪臭の発生を抑制できる要因については定かではないが、酸素存在下において上記範囲内で加熱・加圧を同時に行うことにより、脱水汚泥のスラリー化の際に発生し悪臭の原因となる硫化水素やメチルメルカプタンが酸化分解されるためではないかと推測される。
なお、要因はこれに限定されない。
【００１３】
また、上記下水汚泥の処理方法は、特殊な設備や薬品等がなくても十分に悪臭の発生を抑制できるため、容易に処理を行うことができ、コストも低減できる。
さらに、薬品類が不要であるため、薬品類が人体に害を及ぼすことも防止される。
さらにまた、埋立地の確保が不要であり、焼却処理による二酸化炭素の排出も抑制される。
【００１４】
よって、本発明の下水汚泥の処理方法は、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる。
【００１５】
上記下水汚泥の処理方法において、酸化工程が圧力容器内で行われ、圧力容器内における酸素と汚泥中の炭素のモル比（Ｏ２／Ｃ）が０．０２以上であることが好ましい。
この場合、硫化水素やメチルメルカプタンの酸化分解を促進させることができる。
このため、酸素の濃度が上記範囲以外の場合と比較して短時間で下水汚泥を処理することが可能となる。
【００１６】
上記下水汚泥の処理方法において、脱水汚泥が硫黄化合物及び無機質を含み、酸化工程において、無機質が硫黄化合物を酸化させる酸化触媒として機能することが好ましい。
脱水汚泥が硫黄化合物及び無機質を含んでいる場合、加圧・加熱の条件を酸素条件下、上記範囲内とすることにより、上記無機質が硫化水素、メチルメルカプタン等の硫黄化合物の酸化を促進させることができる。
すなわち、本発明の下水汚泥の処理方法においては、無機質を酸化触媒として機能させることができる。
【００１７】
本発明の処理生成物は、上記下水汚泥の処理方法において、上述した下水汚泥の処理方法により得られることを特徴とする。
上記処理生成物は、上述の下水汚泥の処理方法により得られるものであるため、かかる処理生成物は下水汚泥がスラリー化されたものであり、悪臭の発生が十分に抑制される。
また、かかる処理生成物は有機燃料としても有効利用可能である。
【００１８】
上記処理生成物において、粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。
この場合、処理生成物を運搬することが容易となり、処理生成物を有機燃料として用いる場合も作業性に優れるものとなる。
【００１９】
上記処理生成物において、有機燃料として用いられることが好ましい。
この場合、下水汚泥の埋め立て処理や焼却処理が不要となるため、埋立地の確保が不要であり、焼却処理による熱エネルギーの浪費や二酸化炭素の排出が抑制される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる下水汚泥の処理方法、及び、その処理方法によって得られ、悪臭の発生を抑制できると共に、有機燃料としても有効利用可能な処理生成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の下水汚泥の処理方法は、下水汚泥を脱水して脱水汚泥とする脱水工程と、脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する酸化工程と、を備える。
【００２２】
上記下水汚泥の処理方法によれば、脱水汚泥を酸素存在下、加圧・加熱することにより、スラリー化することができ、かつ加圧・加熱の条件を上記範囲内とすることにより、スラリー化の際に発生する悪臭を十分に抑制できる。
【００２３】
以下、各工程について更に詳細に説明する。
<脱水工程>
脱水工程は、下水汚泥を脱水し、脱水汚泥とする工程である。
上記脱水工程により、下水汚泥に含まれる水分を十分に除くことができる。
これにより、後述する酸化工程において、加熱する際に必要な熱エネルギーが低減される。
【００２４】
上記脱水工程は、公知の方法に基づいて行えばよい。
例えば、下水汚泥を含む排水に凝集剤を添加することにより下水汚泥を凝集させ、次いで、凝集させた下水汚泥をプレスで圧搾することにより、脱水汚泥が得られる。
【００２５】
上記脱水汚泥の含水率は、８０質量％以下であることが好ましい。
この場合、後述する酸化工程において、加熱する際に必要な熱エネルギーをより低減させることができる。
【００２６】
上記脱水汚泥には、無機質、硫黄化合物等が含まれていることが好ましい。
すなわち、下水汚泥には、金属塩等の無機質のみならず、硫黄化合物を含む、し尿や有機排水等が含まれることが好ましい。
この場合、後述する酸化工程において、無機質が硫黄化合物を酸化させる酸化触媒として機能させることができる。
【００２７】
上記無機質としては、酸化カルシウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン等挙げられ、これらの中でも、酸化鉄が含まれていることが好ましい。
この場合、後述する酸化工程において、より効率的に硫黄化合物を酸化させることができる。
なお、上記脱水汚泥に無機質が含まれていない場合は、適宜無機質を添加すればよい。
【００２８】
上記硫黄化合物には、特に限定されないが、悪臭の原因となる化合物が含まれる。
例えばメチルメルカプタンや硫化水素等が挙げられる。
【００２９】
<酸化工程>
酸化工程は、脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する工程である。
これにより、脱水汚泥は酸化され、悪臭が低減されたスラリーとなる。
【００３０】
上記酸化工程は、圧力容器に脱水汚泥を投入して圧力容器を密封し、上記範囲で加圧すると同時に、上記範囲で加熱することにより行われる。
なお、上記圧力容器が加熱手段を有しない場合は、圧力容器を加熱するための加熱装置を別途設ければよい。
【００３１】
このとき、上記酸化工程は酸素存在下において行われるため、当該酸素により、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物が酸化される。
なお、酸素が存在していれば、水素、窒素、アルゴン、二酸化炭素等の他の気体が含まれていてもよい。
【００３２】
上記下水汚泥の処理方法において、酸化工程における酸素と汚泥中の炭素のモル比（Ｏ２／Ｃ）は０．０２以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。
この場合、硫化水素やメチルメルカプタンの酸化を促進させることができる。
このため、酸素の濃度が上記範囲以外の場合と比較して短時間で下水汚泥を処理することが可能となる。
なお、上記モル比が０．０２未満であると、メチルメルカプタン等の臭気成分の酸化を十分に促進させることができない。
ここで、上記モル比とは、炭素原子１モルあたりの酸素分子のモル濃度をいう。
【００３３】
上記圧力は、０．１〜１５ＭＰａである。
圧力が０．１未満であると、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物の酸化が不十分となり、悪臭の発生を十分に抑制できない。
また、上記圧力は、１〜５ＭＰａであることが好ましい。
圧力が１ＭＰａ未満であると、圧力が上記範囲にある場合と比較して、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物を十分に酸化することができない場合があり、圧力が５ＭＰａを超えると、圧力が上記範囲にある場合と比較して、硫黄化合物の酸化は十分に進行するが投入するエネルギーが増加する傾向にある。
【００３４】
上記温度は、１２０〜３００℃である。
温度が１２０℃未満であると、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物を十分に酸化が不十分となり、悪臭の発生を十分に抑制できない。
また生成したスラリーの粘度も高く、有機燃料として用いる際の作業性が低下する。温度が３００℃を超えると、投入するエネルギーが増加する傾向にある。
また、上記温度は、１５０〜２５０℃であることが好ましく、１７０〜２２０℃であることがより好ましい。
温度が１５０℃未満であると、温度が上記範囲にある場合と比較して、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物を十分に酸化することができない場合があり、温度が２５０℃を超えると、温度が上記範囲にある場合と比較して、硫黄化合物の酸化は十分に進行するが投入するエネルギーが増加する傾向にある。
【００３５】
反応時間は、温度が２００℃以上３００℃未満のときは、０．１〜１．５時間、１８０℃以上２００℃未満のときは、０．５〜３時間、１２０℃以上１８０℃未満のときは、１〜２４時間であることが好ましい。
反応時間が上記範囲の下限未満であると、反応時間が上記範囲にある場合と比較して、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物を十分に酸化することができない場合があり、反応時間が上記範囲の上限を超えると、反応時間が上記範囲にある場合と比較して、硫黄化合物の酸化は十分に進行するが投入するエネルギーが増加する傾向にある。
【００３６】
脱水汚泥が硫黄化合物及び無機質を含んでいる場合、加圧・加熱の条件を酸素条件下、上記範囲内とすることにより、上記無機質が硫化水素、メチルメルカプタン等の硫黄化合物の酸化を促進させることになる。
すなわち、本発明の下水汚泥の処理方法において、加圧・加熱の条件を上記範囲とすることにより、無機質を酸化触媒として機能させることができる。
【００３７】
以上より、本発明の下水汚泥の処理方法は、特殊な設備や薬品等がなくても十分に悪臭の発生を抑制できるため、容易に処理を行うことができ、コストも低減できる。
また、バッチ運転だけでなく、連続運転も可能である。
また、薬品類が不要であるため、薬品類の使用により当該薬品類が人体に害を及ぼすことも防止される。
【００３８】
よって、本発明の下水汚泥の処理方法は、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる。
【００３９】
<処理生成物>
上述した脱水工程及び酸化工程を行うことにより、脱水汚泥をスラリー化した処理生成物が得られる。
かかる処理生成物は、上述の下水汚泥の処理方法により得られるものであるため、悪臭の発生が十分に抑制される。
また、かかる処理生成物は有機燃料としても有効利用可能である。
【００４０】
上記処理生成物において、粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、１〜２０ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。
粘度が１０００ｍＰａ・ｓを超えると、粘度が上記範囲にある場合と比較して、処理生成物の運搬や処理生成物を有機燃料として用いる場合の作業性が困難となる傾向にある。
【００４１】
上記処理生成物は、ポンプ輸送が容易であり、有機燃料としても用いることができる。具体的には、木材や石炭のような補助燃料との混合ペーストとして用いたり、火力発電所において石炭と混合して混焼させることが可能となる。
これにより、脱水汚泥を埋め立てるための埋立地の確保が不要であり、脱水汚泥の焼却処理による二酸化炭素の排出が抑制される。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、酸化工程において、添加剤を加えてもよい。
かかる添加剤としては、酸化剤、防臭剤等が挙げられる。
【００４４】
また、本発明の下水汚泥の処理方法により得られる処理生成物を、埋め立て処理や焼却処理してもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
［脱水工程］
公知の方法に基づいて、下水汚泥を含む排水に凝集剤を添加し、下水汚泥を凝集させ、次いで、凝集させた下水汚泥をプレスで圧搾することにより、脱水汚泥（硫黄化合物及び無機質を含む）とした。
【００４７】
［酸化工程］
容量が３００ｍＬのオートクレーブ（圧力容器）中に、得られた脱水汚泥１００ｇを仕込み、オートクレーブの蓋を閉めて密封し、空気（酸素濃度２０．９体積％）を５ＭＰａとなるように圧入した後、その圧力を維持したまま加熱を開始した。
約３０分後に脱水汚泥の温度が２００℃に到達した。
その後、更にその圧力を維持したまま温度２００℃で６０分間酸化を行なった後、加熱を止め、オートクレーブを冷却することにより、スラリー化した脱水汚泥（処理生成物）を得た。
スラリー化した脱水汚泥の粘度は１８．３ｍＰａ・ｓであった。
なお、このときの酸素と炭素とのモル比を、条件と共に表１に示す。
【００４８】
（実施例２〜１１及び比較例１〜４）
実施例２〜１１及び比較例１〜４においては、酸素/炭素のモル比、圧力、温度及び時間を表１に示すようにしたこと以外は実施例１と同様にしてスラリー化した脱水汚泥を得た。
また、スラリー化した脱水汚泥の粘度も表１に示す。
なお、実施例１１では窒素と酸素の混合ガス（酸素濃度８．６体積％）を、比較例１〜４においては、空気の代わりに窒素（酸素濃度０体積％）を用いた。
【００４９】
〔表１〕
【００５０】
［評価方法］
実施例１〜１１及び比較例１〜４で得られた、スラリー化した脱水汚泥の臭気を測定した。
具体的には、悪臭の主な原因となる硫化水素、メチルメルカプタン、アンモニアの濃度を気体検知管（株式会社ガステック社製）を用いて測定した。
得られた結果を表２に示す。
また、実施例１〜１１及び比較例１〜４で得られたスラリー化した脱水汚泥の匂いを直接かぎ、以下の基準に基づいて匂いの度合いを判定した。
得られた結果を表２に示す。
Ａ：悪臭がしない
Ｂ：わずかに悪臭がする
Ｃ：悪臭がする
【００５１】
〔表２〕
【００５２】
表２から明らかなように、本発明による実施例１〜１１においては、比較例１〜４と比較して、悪臭の原因となる硫化水素やメチルメルカプタンを十分に分解できることがわかった。
【００５３】
よって、本発明によれば、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる下水汚泥の処理方法、及び、その処理方法によって得られ、悪臭の発生を抑制できると共に、有機燃料としても有効利用可能な処理生成物を提供できることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥の処理方法及び処理生成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥の排出量は日本国内で年間４億ｍ３におよんでいる。
乾燥汚泥に換算すると年間約２１０万トンになる。
この下水汚泥は一般に埋め立て処理や焼却処理がなされている。
この下水汚泥を埋め立て処理する場合は、埋立地の確保が必要となり、焼却処理する場合は、多大な熱エネルギーを必要とすると共に、二酸化炭素が大量に排出されることになる。
このため、埋め立て処理・焼却処理は必ずしも有効な処理方法とはいえない。
【０００３】
このような背景から、下水汚泥を処理するだけでなく有効利用する方法が提案されている。
例えば、下水汚泥をアルカリ条件下、液化処理する方法（例えば、特許文献１参照）、下水汚泥を加熱し、フラッシュ蒸発又は遠心分離等を施して、燃料スラリーを生成する方法（例えば、特許文献２，３参照）、濃縮汚泥や脱水汚泥の液化・スラリー化する方法（特許文献４，５参照）等が開示されている。
これらの方法によれば、下水汚泥をスラリー化することで燃料として利用できる。
【０００４】
ところが、これらの下水汚泥の処理方法によれば、スラリー化した下水汚泥は得られるものの、処理の過程において、著しい悪臭が発生する傾向にある。
また、得られるスラリーも悪臭が発生する。
このため、実用化に際してはスラリーの製造過程や製造後の利用において防臭のための設備や装置が必要となる。
【０００５】
一方、脱水汚泥を脱臭する方法が提案されている。
例えば、汚泥を曝気処理して脱臭する方法が開示されている（特許文献６）。
これは汚泥に空気を供給し、好気性の活性汚泥などの微生物に溶存臭気物質の代謝を行わせ、脱臭する方法である。
また、余剰汚泥を８０℃以上の温度で保持して殺菌する方法が開示されている（特許文献７参照）。
これは細菌類を減少あるいは死滅させて、悪臭の発生を抑制する方法である。
【０００６】
また、薬品等を添加して悪臭を防止する方法が提案されている。
例えば、下水汚泥にソルビン酸を添加して脱水汚泥ケーキを製造する方法（特許文献８参照）、下水汚泥をオゾン処理した後に脱水処理する方法（特許文献９，１０参照）、汚泥貯留槽に亜硝酸塩を共存させる方法（特許文献１１〜１３参照）、脱水汚泥にドライアイスと静菌剤を共存させる方法（特許文献１４参照）、下水汚泥に臭素原子またはヨウ素原子を含む化合物を添加して脱水ケーキを製造する方法（特許文献１４参照）、等が開示されている。
【特許文献１】特開平０１−２７０９９９号公報
【特許文献２】特開平０６−３９４００号公報
【特許文献３】特開平０６−２４６２９７号公報
【特許文献４】特開平１０−１１３６９７号公報
【特許文献５】特開平１０−１１３７００号公報
【特許文献６】特開昭６１−２０９０９８号公報
【特許文献７】特開２００３−４７９９３号公報
【特許文献８】特開２０００−３５１０００号公報
【特許文献９】特開平０７−１９５０９８号公報
【特許文献１０】特開２００１−２８６８８９号公報
【特許文献１１】特開２００２−１７７９９１号公報
【特許文献１２】特開２００３−９４０９３号公報
【特許文献１３】特開２００４−２３０２９２号公報
【特許文献１４】特開２００３−１０８８９号公報
【特許文献１５】特開２００４−３１３９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献６又は７に記載の下水汚泥の処理方法では悪臭を十分に抑制することができない。
すなわち、これらの方法によれば、細菌の活動に起因する悪臭は抑制できるものの、汚泥の液化あるいはスラリー化の際に発生する悪臭は十分に抑制できない。
【０００８】
また、上記特許文献８〜１４に記載の下水汚泥の処理方法のように薬品類を添加して悪臭の発生を抑制する方法では処理コストの増大を招くと共に、場合によっては特殊な設備が必要であったり、薬品類が人体に害を及ぼす虞がある。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる下水汚泥の処理方法、及び、その処理方法によって得られ、悪臭の発生を抑制できると共に、有機燃料としても有効利用可能な処理生成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の下水汚泥の処理方法は、下水汚泥を脱水して脱水汚泥とする脱水工程と、脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する酸化工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記下水汚泥の処理方法によれば、脱水汚泥を酸素存在下、加圧・加熱することにより、スラリー化することができ、かつ加圧・加熱の条件を上記範囲内とすることにより、スラリー化の際に発生する悪臭を十分に抑制できる。
【００１２】
このように、悪臭の発生を抑制できる要因については定かではないが、酸素存在下において上記範囲内で加熱・加圧を同時に行うことにより、脱水汚泥のスラリー化の際に発生し悪臭の原因となる硫化水素やメチルメルカプタンが酸化分解されるためではないかと推測される。
なお、要因はこれに限定されない。
【００１３】
また、上記下水汚泥の処理方法は、特殊な設備や薬品等がなくても十分に悪臭の発生を抑制できるため、容易に処理を行うことができ、コストも低減できる。
さらに、薬品類が不要であるため、薬品類が人体に害を及ぼすことも防止される。
さらにまた、埋立地の確保が不要であり、焼却処理による二酸化炭素の排出も抑制される。
【００１４】
よって、本発明の下水汚泥の処理方法は、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる。
【００１５】
上記下水汚泥の処理方法において、酸化工程が圧力容器内で行われ、圧力容器内における酸素と汚泥中の炭素のモル比（Ｏ２／Ｃ）が０．０２以上であることが好ましい。
この場合、硫化水素やメチルメルカプタンの酸化分解を促進させることができる。
このため、酸素の濃度が上記範囲以外の場合と比較して短時間で下水汚泥を処理することが可能となる。
【００１６】
上記下水汚泥の処理方法において、脱水汚泥が硫黄化合物及び無機質を含み、酸化工程において、無機質が硫黄化合物を酸化させる酸化触媒として機能することが好ましい。
脱水汚泥が硫黄化合物及び無機質を含んでいる場合、加圧・加熱の条件を酸素条件下、上記範囲内とすることにより、上記無機質が硫化水素、メチルメルカプタン等の硫黄化合物の酸化を促進させることができる。
すなわち、本発明の下水汚泥の処理方法においては、無機質を酸化触媒として機能させることができる。
【００１７】
本発明の処理生成物は、上記下水汚泥の処理方法において、上述した下水汚泥の処理方法により得られることを特徴とする。
上記処理生成物は、上述の下水汚泥の処理方法により得られるものであるため、かかる処理生成物は下水汚泥がスラリー化されたものであり、悪臭の発生が十分に抑制される。
また、かかる処理生成物は有機燃料としても有効利用可能である。
【００１８】
上記処理生成物において、粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。
この場合、処理生成物を運搬することが容易となり、処理生成物を有機燃料として用いる場合も作業性に優れるものとなる。
【００１９】
上記処理生成物において、有機燃料として用いられることが好ましい。
この場合、下水汚泥の埋め立て処理や焼却処理が不要となるため、埋立地の確保が不要であり、焼却処理による熱エネルギーの浪費や二酸化炭素の排出が抑制される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる下水汚泥の処理方法、及び、その処理方法によって得られ、悪臭の発生を抑制できると共に、有機燃料としても有効利用可能な処理生成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の下水汚泥の処理方法は、下水汚泥を脱水して脱水汚泥とする脱水工程と、脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する酸化工程と、を備える。
【００２２】
上記下水汚泥の処理方法によれば、脱水汚泥を酸素存在下、加圧・加熱することにより、スラリー化することができ、かつ加圧・加熱の条件を上記範囲内とすることにより、スラリー化の際に発生する悪臭を十分に抑制できる。
【００２３】
以下、各工程について更に詳細に説明する。
<脱水工程>
脱水工程は、下水汚泥を脱水し、脱水汚泥とする工程である。
上記脱水工程により、下水汚泥に含まれる水分を十分に除くことができる。
これにより、後述する酸化工程において、加熱する際に必要な熱エネルギーが低減される。
【００２４】
上記脱水工程は、公知の方法に基づいて行えばよい。
例えば、下水汚泥を含む排水に凝集剤を添加することにより下水汚泥を凝集させ、次いで、凝集させた下水汚泥をプレスで圧搾することにより、脱水汚泥が得られる。
【００２５】
上記脱水汚泥の含水率は、８０質量％以下であることが好ましい。
この場合、後述する酸化工程において、加熱する際に必要な熱エネルギーをより低減させることができる。
【００２６】
上記脱水汚泥には、無機質、硫黄化合物等が含まれていることが好ましい。
すなわち、下水汚泥には、金属塩等の無機質のみならず、硫黄化合物を含む、し尿や有機排水等が含まれることが好ましい。
この場合、後述する酸化工程において、無機質が硫黄化合物を酸化させる酸化触媒として機能させることができる。
【００２７】
上記無機質としては、酸化カルシウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン等挙げられ、これらの中でも、酸化鉄が含まれていることが好ましい。
この場合、後述する酸化工程において、より効率的に硫黄化合物を酸化させることができる。
なお、上記脱水汚泥に無機質が含まれていない場合は、適宜無機質を添加すればよい。
【００２８】
上記硫黄化合物には、特に限定されないが、悪臭の原因となる化合物が含まれる。
例えばメチルメルカプタンや硫化水素等が挙げられる。
【００２９】
<酸化工程>
酸化工程は、脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する工程である。
これにより、脱水汚泥は酸化され、悪臭が低減されたスラリーとなる。
【００３０】
上記酸化工程は、圧力容器に脱水汚泥を投入して圧力容器を密封し、上記範囲で加圧すると同時に、上記範囲で加熱することにより行われる。
なお、上記圧力容器が加熱手段を有しない場合は、圧力容器を加熱するための加熱装置を別途設ければよい。
【００３１】
このとき、上記酸化工程は酸素存在下において行われるため、当該酸素により、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物が酸化される。
なお、酸素が存在していれば、水素、窒素、アルゴン、二酸化炭素等の他の気体が含まれていてもよい。
【００３２】
上記下水汚泥の処理方法において、酸化工程における酸素と汚泥中の炭素のモル比（Ｏ２／Ｃ）は０．０２以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。
この場合、硫化水素やメチルメルカプタンの酸化を促進させることができる。
このため、酸素の濃度が上記範囲以外の場合と比較して短時間で下水汚泥を処理することが可能となる。
なお、上記モル比が０．０２未満であると、メチルメルカプタン等の臭気成分の酸化を十分に促進させることができない。
ここで、上記モル比とは、炭素原子１モルあたりの酸素分子のモル濃度をいう。
【００３３】
上記圧力は、０．１〜１５ＭＰａである。
圧力が０．１未満であると、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物の酸化が不十分となり、悪臭の発生を十分に抑制できない。
また、上記圧力は、１〜５ＭＰａであることが好ましい。
圧力が１ＭＰａ未満であると、圧力が上記範囲にある場合と比較して、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物を十分に酸化することができない場合があり、圧力が５ＭＰａを超えると、圧力が上記範囲にある場合と比較して、硫黄化合物の酸化は十分に進行するが投入するエネルギーが増加する傾向にある。
【００３４】
上記温度は、１２０〜３００℃である。
温度が１２０℃未満であると、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物を十分に酸化が不十分となり、悪臭の発生を十分に抑制できない。
また生成したスラリーの粘度も高く、有機燃料として用いる際の作業性が低下する。温度が３００℃を超えると、投入するエネルギーが増加する傾向にある。
また、上記温度は、１５０〜２５０℃であることが好ましく、１７０〜２２０℃であることがより好ましい。
温度が１５０℃未満であると、温度が上記範囲にある場合と比較して、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物を十分に酸化することができない場合があり、温度が２５０℃を超えると、温度が上記範囲にある場合と比較して、硫黄化合物の酸化は十分に進行するが投入するエネルギーが増加する傾向にある。
【００３５】
反応時間は、温度が２００℃以上３００℃未満のときは、０．１〜１．５時間、１８０℃以上２００℃未満のときは、０．５〜３時間、１２０℃以上１８０℃未満のときは、１〜２４時間であることが好ましい。
反応時間が上記範囲の下限未満であると、反応時間が上記範囲にある場合と比較して、脱水汚泥に含まれる硫黄化合物を十分に酸化することができない場合があり、反応時間が上記範囲の上限を超えると、反応時間が上記範囲にある場合と比較して、硫黄化合物の酸化は十分に進行するが投入するエネルギーが増加する傾向にある。
【００３６】
脱水汚泥が硫黄化合物及び無機質を含んでいる場合、加圧・加熱の条件を酸素条件下、上記範囲内とすることにより、上記無機質が硫化水素、メチルメルカプタン等の硫黄化合物の酸化を促進させることになる。
すなわち、本発明の下水汚泥の処理方法において、加圧・加熱の条件を上記範囲とすることにより、無機質を酸化触媒として機能させることができる。
【００３７】
以上より、本発明の下水汚泥の処理方法は、特殊な設備や薬品等がなくても十分に悪臭の発生を抑制できるため、容易に処理を行うことができ、コストも低減できる。
また、バッチ運転だけでなく、連続運転も可能である。
また、薬品類が不要であるため、薬品類の使用により当該薬品類が人体に害を及ぼすことも防止される。
【００３８】
よって、本発明の下水汚泥の処理方法は、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる。
【００３９】
<処理生成物>
上述した脱水工程及び酸化工程を行うことにより、脱水汚泥をスラリー化した処理生成物が得られる。
かかる処理生成物は、上述の下水汚泥の処理方法により得られるものであるため、悪臭の発生が十分に抑制される。
また、かかる処理生成物は有機燃料としても有効利用可能である。
【００４０】
上記処理生成物において、粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、１〜２０ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。
粘度が１０００ｍＰａ・ｓを超えると、粘度が上記範囲にある場合と比較して、処理生成物の運搬や処理生成物を有機燃料として用いる場合の作業性が困難となる傾向にある。
【００４１】
上記処理生成物は、ポンプ輸送が容易であり、有機燃料としても用いることができる。具体的には、木材や石炭のような補助燃料との混合ペーストとして用いたり、火力発電所において石炭と混合して混焼させることが可能となる。
これにより、脱水汚泥を埋め立てるための埋立地の確保が不要であり、脱水汚泥の焼却処理による二酸化炭素の排出が抑制される。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、酸化工程において、添加剤を加えてもよい。
かかる添加剤としては、酸化剤、防臭剤等が挙げられる。
【００４４】
また、本発明の下水汚泥の処理方法により得られる処理生成物を、埋め立て処理や焼却処理してもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
［脱水工程］
公知の方法に基づいて、下水汚泥を含む排水に凝集剤を添加し、下水汚泥を凝集させ、次いで、凝集させた下水汚泥をプレスで圧搾することにより、脱水汚泥（硫黄化合物及び無機質を含む）とした。
【００４７】
［酸化工程］
容量が３００ｍＬのオートクレーブ（圧力容器）中に、得られた脱水汚泥１００ｇを仕込み、オートクレーブの蓋を閉めて密封し、空気（酸素濃度２０．９体積％）を５ＭＰａとなるように圧入した後、その圧力を維持したまま加熱を開始した。
約３０分後に脱水汚泥の温度が２００℃に到達した。
その後、更にその圧力を維持したまま温度２００℃で６０分間酸化を行なった後、加熱を止め、オートクレーブを冷却することにより、スラリー化した脱水汚泥（処理生成物）を得た。
スラリー化した脱水汚泥の粘度は１８．３ｍＰａ・ｓであった。
なお、このときの酸素と炭素とのモル比を、条件と共に表１に示す。
【００４８】
（実施例２〜１１及び比較例１〜４）
実施例２〜１１及び比較例１〜４においては、酸素/炭素のモル比、圧力、温度及び時間を表１に示すようにしたこと以外は実施例１と同様にしてスラリー化した脱水汚泥を得た。
また、スラリー化した脱水汚泥の粘度も表１に示す。
なお、実施例１１では窒素と酸素の混合ガス（酸素濃度８．６体積％）を、比較例１〜４においては、空気の代わりに窒素（酸素濃度０体積％）を用いた。
【００４９】
〔表１〕
【００５０】
［評価方法］
実施例１〜１１及び比較例１〜４で得られた、スラリー化した脱水汚泥の臭気を測定した。
具体的には、悪臭の主な原因となる硫化水素、メチルメルカプタン、アンモニアの濃度を気体検知管（株式会社ガステック社製）を用いて測定した。
得られた結果を表２に示す。
また、実施例１〜１１及び比較例１〜４で得られたスラリー化した脱水汚泥の匂いを直接かぎ、以下の基準に基づいて匂いの度合いを判定した。
得られた結果を表２に示す。
Ａ：悪臭がしない
Ｂ：わずかに悪臭がする
Ｃ：悪臭がする
【００５１】
〔表２〕
【００５２】
表２から明らかなように、本発明による実施例１〜１１においては、比較例１〜４と比較して、悪臭の原因となる硫化水素やメチルメルカプタンを十分に分解できることがわかった。
【００５３】
よって、本発明によれば、下水汚泥を低コストで容易に処理できると共に、防臭効果に優れる下水汚泥の処理方法、及び、その処理方法によって得られ、悪臭の発生を抑制できると共に、有機燃料としても有効利用可能な処理生成物を提供できることが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥を脱水して脱水汚泥とする脱水工程と、
前記脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する酸化工程と、
を備えることを特徴とする下水汚泥の処理方法。
【請求項２】
前記酸化工程が圧力容器内で行われ、前記圧力容器内における酸素と汚泥中の炭素とのモル比が０．０２以上であることを特徴とする請求項１記載の下水汚泥の処理方法。
【請求項３】
前記脱水汚泥が硫黄化合物及び無機質を含み、
前記酸化工程において、前記無機質が前記硫黄化合物を酸化させる酸化触媒として機能することを特徴とする請求項１記載の下水汚泥の処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の下水汚泥の処理方法により得られることを特徴とする処理生成物。
【請求項５】
粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項４記載の処理生成物。
【請求項６】
有機燃料として用いられることを特徴とする請求項４記載の処理生成物。
【請求項１】
下水汚泥を脱水して脱水汚泥とする脱水工程と、
前記脱水汚泥を酸素存在下、０．１〜１５ＭＰａの圧力で加圧すると同時に、１２０〜３００℃の温度で加熱する酸化工程と、
を備えることを特徴とする下水汚泥の処理方法。
【請求項２】
前記酸化工程が圧力容器内で行われ、前記圧力容器内における酸素と汚泥中の炭素とのモル比が０．０２以上であることを特徴とする請求項１記載の下水汚泥の処理方法。
【請求項３】
前記脱水汚泥が硫黄化合物及び無機質を含み、
前記酸化工程において、前記無機質が前記硫黄化合物を酸化させる酸化触媒として機能することを特徴とする請求項１記載の下水汚泥の処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の下水汚泥の処理方法により得られることを特徴とする処理生成物。
【請求項５】
粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項４記載の処理生成物。
【請求項６】
有機燃料として用いられることを特徴とする請求項４記載の処理生成物。
【公開番号】特開２００８−１８３１７（Ｐ２００８−１８３１７Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９１２９８（Ｐ２００６−１９１２９８）
【出願日】平成１８年７月１２日（２００６．７．１２）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１２日（２００６．７．１２）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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