固形燃料製造方法、その装置、及び固形燃料
【課題】製造コストを高めることなく、臭気を長期間安定して抑制できる、固形燃料製造方法、その装置、及び固形燃料を提供すること。
【解決手段】１）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合工程を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造方法。２）有機性汚泥と使用済み活性炭を混合する工程の後、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対して、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）を含む、固形燃料製造方法。３）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。４）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。５）上記１）又は２）の固形燃料製造方法又は上記３）又は４）の固形燃料製造装置により製造された固形燃料。
【解決手段】１）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合工程を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造方法。２）有機性汚泥と使用済み活性炭を混合する工程の後、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対して、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）を含む、固形燃料製造方法。３）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。４）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。５）上記１）又は２）の固形燃料製造方法又は上記３）又は４）の固形燃料製造装置により製造された固形燃料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形燃料製造方法、その装置、及び固形燃料に関するものであり、詳しくは、下水処理場で発生する汚泥をはじめとした有機性汚泥から臭気対策及び発熱量の調整対策を施した固形燃料製造方法、その装置、及び固形燃料に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、下水汚泥などの有機性汚泥を有効利用する方法は、コンポスト化により肥料として利用されるほか、セメント会社での再利用などの方法に限定されており、大半のものは脱水、焼却処理後、埋め立て処分とされてきた。
そこで、近年では有機性汚泥が保有している熱量を燃料として有効利用するための方法が盛んに検討されるようになってきた。ところが、有機性汚泥を燃料として利用する場合、汚泥特有の悪臭が発生すること、及び石炭などの代替燃料としては発熱量がやや低いという問題点があった。
【０００３】
有機性汚泥を燃料として利用するには、大きく分けると炭化処理と乾燥処理の２つの処理方式がある。
炭化処理で製造された製品は、大部分の臭気成分が除去されているため、悪臭発生に関する問題性は比較的少ない。ところが、乾燥処理と比較すると炭化処理工程は多大な投入エネルギーを必要とすることや、有機性汚泥から多くの有機質成分を揮発させることから、炭化処理で製造された製品はコスト面及び有機性汚泥が持つ熱量を低下させるという欠点があった。
【０００４】
一方、乾燥処理方式は、投入エネルギーに関するコスト面や利用可能な回収エネルギー量が多い点で、炭化処理より有利となる一方、汚泥特有の悪臭が残存することが大きな課題であった。特に、乾燥処理方式で製造された製品は、吸湿により臭気が更に強くなることから、持続性の高い臭気対策が必要であった。
乾燥処理方式による有機性汚泥の燃料化利用において、その臭気対策として幾つかの検討がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１によると、下水汚泥の汚泥乾燥物に、汚泥乾燥物の一部を炭化炉で炭化・賦活して得られた汚泥活性炭を５〜１００％の割合で添加して混合し、造粒することを特徴とする下水汚泥を原料とする固形燃料の製造方法が示されている。
【０００６】
また、特許文献２によると、可燃廃棄物を主体とするごみを主原料とする固形燃料に、平均粒径が１０〜３００μｍの活性炭を０．３〜１５質量％の範囲で含有させる方法が開示されている。
更に、特許文献３では、バイオマス原料由来の乾燥造粒物の表面上に粒径５００μｍ以下の粉末状活性炭を１〜１０質量％の割合で付着させる方法が開示されている。
一方、特許文献４では、バイオマス造粒物の表面を被覆する非吸湿・臭気遮断性のコーティング層を有するバイオマス燃料の製造方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５３７１２３号公報
【特許文献２】特開平１０−２２６７９４号公報
【特許文献３】特開２００８−２９７５０８号公報
【特許文献４】特開２００８−８１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の汚泥活性炭を用いる方法では、汚泥炭化物を製造するためにコストがかかること、汚泥炭化物では活性炭と比較して十分な消臭効果が得られないこと、汚泥活性炭は汚泥乾燥物と比較すると発熱量が低いことから多量の汚泥活性炭を混合することで燃料としての価値が低下するなどの問題点があった。
また、未使用の活性炭または再生炭の利用、再生炭製造時に発生する篩下残渣の利用、及びコーティング法は、コスト的な問題、あるいは篩下残渣の場合等には供給量の問題から添加率が制限されていることや、乾燥処理方式で製造された製品で最大のリスクとなる吸湿による影響について未検討であることなど、実用化のための課題があった。
本発明は、上記した従来技術の課題を解決するものであり、製造コストを高めることなく、臭気を長期間安定して抑制できる、固形燃料製造方法、その装置、及び固形燃料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】
【０００９】
本発明は、以下のとおりである。
１）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合工程を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造方法。
２）有機性汚泥と使用済み活性炭を混合する工程の後、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対して、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）を含む、固形燃料製造方法。
３）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。
４）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。
５）上記１）又は２）の固形燃料製造方法又は上記３）又は４）の固形燃料製造装置により製造された固形燃料。
【００１０】
本発明は、特に使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施すことにより、使用済み活性炭の吸着能を向上させたことが、従来では見られない重要な技術思想である。
【００１１】
本発明は、主原料である有機性汚泥に対して、臭気対策として主原料に混合するための副原料として有機性廃棄物を採用し、該廃棄物の臭気吸着能力を低コストで改善する方法を考案することで、副原料となる廃棄物の発生量や副原料の製造コスト及び安全性の側面で制限を受けることなく、臭気対策用の資材として高い能力を持つ副原料を必要十分な量を使用できることを可能とし、前記課題を解決するものである。
本発明では、固形燃料の製造コストを抑えた製品開発を前提とすることから、有効利用が困難な廃棄物である使用済み活性炭を臭気抑制対策のための副原料として採用した。使用済み活性炭は浄水場、純水製造装置等の水処理施設のほか、脱臭装置のようなガス処理施設で利用されたものの利用が可能である。ただし、廃棄物供給量及び安全性の面を考慮すると、使用済み活性炭は浄水場に由来する粒状炭であることが望ましい。更に、水道水源を上水にするための浄水場で使用された活性炭が特に望ましい。
【００１２】
使用済み活性炭は、未処理の状態のままで使用すると、通常の活性炭で得られるような脱臭効果は得られない。使用済み活性炭の吸着能力を回復させる方法は、一般的には８００〜９００℃の高温加熱処理で行われるが、このように多大な投入エネルギーを必要とする再生方法を採用すると、固形燃料の製造コストを低く抑えることができない。そこで本発明では、一般的な活性炭の再生処理を行わず、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程、例えば、ｐＨを調整する工程、含水率を調整する工程、及び使用済み活性炭を破砕し、そのメジアン径を調整する工程の内、いずれか一つ以上の工程を行うことで使用済み活性炭の吸着能力を向上させることができる。
更に、本発明では、吸着能力を向上する処理を施した使用済み活性炭を、有機性汚泥と混合することや、使用済み活性炭と有機性汚泥の混合物に使用済み活性炭の吸着能力を向上する処理を施すことで、前記課題を解決した製品の製造を可能とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、吸湿による影響を受けた場合でも汚泥特有の臭気を長期間安定して抑制し、且つ燃料として保有熱量の高い固形燃料を安価に提供することができる。効果の詳細は以下の通りである。
（１）臭気対策に使用する副原料として、使用済み活性炭を採用するため、副原料の調達コストが低い。
（２）一般的な活性炭再生方法と比べると、使用済み活性炭の臭気除去能力を向上させるための処理コストが低い。
（３）臭気対策に使用する副原料の製造コストが低いため、使用量の制限を受けにくい。
（４）副原料の投入割合を高く設定できるため、十分な消臭効果が得られる。
（５）主原料より副原料の保有する熱量が高いため、副原料の投入量が増加することで製品の燃料価値は向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る固形燃料製造装置の構成を表す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る固形燃料製造装置の構成を表す説明図である。
【図３】実験例１の結果を示すグラフである。縦軸にアンモニア濃度（ｐｐｍ）、横軸に使用済み活性炭を酸処理したときの活性炭のｐＨを示した。点線は、活性炭を添加しなかった場合である。
【図４】実験例２の結果を示すグラフである。縦軸に臭気指数、横軸に使用済み活性炭に加熱処理を施した後に汚泥乾燥物に添加した活性炭である添加活性炭の含水率を示した。点線は、活性炭を添加しなかった場合である。
【図５】実験例３の結果を示すグラフである。縦軸に脂肪酸濃度（ｐｐｍ）、横軸に使用済み活性炭の初期及び破砕処理後のメジアン径を示した。点線は、活性炭を添加しなかった場合である。
【図６】図５の横軸として、初期メジアン径に対する粉砕処理後のメジアン径の比率とした以外は図５と同じである。
【図７】図５の実験において、脂肪酸に代えてメチレンブルーを用いた以外は、上記と同じ条件で実験した結果を示したグラフである。縦軸にメチレンブルー吸着量、横軸として、初期メジアン径に対する粉砕処理後のメジアン径の比率とした。
【図８】実験例５の結果を示すグラフである。縦軸に臭気指数、横軸に使用済み活性炭を粉砕処理、及び含水率調整処理を施した後に種々の含水率に調整した汚泥乾燥物に添加したときの汚泥の含水率を示した。点線は、活性炭を添加しなかった場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を説明する。
本発明において、有機性汚泥とは、下水、屎尿、厨芥などの有機性物質を処理する工程で排出された、初沈汚泥、メタン発酵汚泥、腐敗汚泥、余剰汚泥等の汚泥であって、実用性から、含水率が０〜８０％であるものが好ましく、更に好ましくは、０〜３０％であるものである。ここで、含水率とは、水を含む有機性汚泥の質量に対する該含水の水質量の割合である。
【００１６】
本発明において、使用済み活性炭とは、水処理またはガス処理の各種プロセスにおいて使用され、廃棄物として排出される活性炭であり、本発明の吸着能向上工程で処理されるときのメジアン径が、１５０〜１０，０００μｍのものを意味する。ここで、メジアン径は、使用済み活性炭をふるい等により分級処理を行い、質量分布の中央値から求めた平均径をさす。また、本発明でメジアン径という場合は、上記を意味する。
【００１７】
以下、本発明を工程順に説明する。
吸着能向上工程は、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す工程である。この処理は、使用済み活性炭単独でも有機性汚泥との混合物の状態で実施してもよい。
本発明の吸着能向上工程は、従来から使用されている高温処理は含まれない。ここで、高温処理とは、６００℃以上で使用済み活性炭を処理することを意味する。本発明では、上記６００℃より有意に低い温度、６０〜４００℃、好ましくは、８０〜１４０℃の加熱処理は包含される。
本発明の吸着能向上工程は、基本的には、上記高温処理以外の処理により、吸着能を向上させることができるのであれば、特に制限はない。該処理としては、化学的処理、物理的処理及びその両者等が挙げられる。本発明では、少なくとも１つの該処理が施されるが、種々、組み合わせることにより、より大きな効果が期待できる。
化学的処理としては、酸、過酸化水素水、次亜塩素酸等に接触させ、吸着物を脱着させる処理が挙げられる。該酸としては、有機酸、例えば、クエン酸、シュウ酸、無機酸、例えば、希塩酸、希硫酸等が挙げられる。
物理的処理としては、粉砕、加熱、等が挙げられ、前者は新鮮な吸着面を形成し、後者は含水率調整を行う。
【００１８】
上記酸による吸着能向上処理を行うことにより、使用済み活性炭のｐＨを９．０以下、好ましくは、８．０以下に調整することが好ましい。ここで、使用済み活性炭のｐＨは、ＪＩＳ Ｋ１４７４に記載された方法により測定したものである。
【００１９】
また、本発明の吸着能向上処理は、上記加熱等または自然乾燥により、使用済み活性炭の含水率を３０％以下、好ましくは、１５％以下に調整する工程を含むことが好ましい。なお、含水率の下限は１５％程度であり、それ以下であっても効果に改善は見られない。ここで、含水率とは、水を含む活性炭の質量に対する該含水の水質量の割合である。
更に、本発明の吸着能向上処理は、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物の含水率を３０％以下、好ましくは、１０％以下に調整する工程を含むことが好ましい。なお、含水率を０％まで下げることで効果を改善することが可能である。ここで、含水率とは、水を含む該混合物の質量に対する該含水の水質量の割合である。
【００２０】
また、本発明の吸着能向上処理は、上記破砕処理により、使用済み活性炭のメジアン径を粉砕前の３分の１以下となるように破砕する工程を含むことが好ましく、１０分の１以下となるように破砕することが更に好ましい。粉砕後の活性炭のメジアン径は、ほぼ５０μｍが吸着能の最大であり、５０μｍ以下では、効果に改善はみられないが、その効果は保持されている。
【００２１】
本発明は、上記ｐＨ調整工程、含水率調整工程、破砕工程、及び吸着能向上工程を経た活性炭と有機性汚泥を混合する混合工程において、吸着能向上工程として、少なくとも１工程を実施するが、この順に行う工程を含むことが好ましい。また、本発明は、上記工程を実施するため、ｐＨ調整装置、含水率調整装置、破砕装置、及び混合装置は、吸着能向上装置として、少なくとも１装置を含むことが好ましく、使用済み活性炭を順次、前記ｐＨ調整装置、前記含水率調整装置、前記破砕装置、及び混合装置へ移送する装置を含むことが好ましい。ただし、前記含水率調整工程を自然乾燥で行う場合、前記混合装置のみの装置構成が可能である。
本発明における第二の態様として、使用済み活性炭と有機性汚泥を混合する混合工程を経た混合物に対し、上記、破砕工程、含水率調整工程を行う吸着能向上工程において、吸着能向上工程として、少なくとも１工程を実施するが、破砕工程及び含水率調整工程の順序は変更してもよい。また、本発明は、上記工程を実施するため、混合装置、破砕装置、含水率調整装置を順次行う装置は、吸着能向上装置として、少なくとも１装置を含むことが好ましく、混合装置に、含水率調整装置、破砕装置の機能を付加した装置の利用も可能である。更に、使用済み活性炭と有機性汚泥を順次、前記混合装置、破砕装置、含水率調整装置へ移送する装置を含むことが好ましい。
【００２２】
ｐＨ調整装置は、攪拌部、ｐＨ測定部、ｐＨ調整剤注入部及びその注入制御部等を備える。含水率調整装置は、加熱（乾燥）部及びその制御部等を備える。破砕装置は、破砕部等を備えるものの他、加圧、成型機能を備えたものの利用が可能である。混合装置は、混合部等を備える他、加熱（乾燥）部を有することで含水率調整装置としての機能を、加圧、成型機能を有することで破砕装置としての機能を備えたものの利用も可能である。上記移送する装置は、使用済み活性炭及び有機性汚泥を載置、保持する手段、及びこの手段を駆動する手段、使用済み活性炭及び有機性汚泥を混合部へ投入する手段等を備える。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態の一例を、図を参照して示す。図１は、有機性汚泥の含水率が０〜３０％と低い、有機性汚泥を乾燥した物（以下、汚泥乾燥物ともいう）を、ｐＨ調整、含水率調整、及び破砕により吸着能向上処理が施された使用済み活性炭に混合して固形燃料を製造する例であり、図２は、有機性汚泥の含水率が０〜８０％と比較的高い、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対し、破砕、及び含水率調整により吸着能向上処理を施して、固形燃料を製造する例である。
【００２４】
図１に示す態様を説明する。
ベルトコンベアに載置される使用済み活性炭１１をｐＨ調整機４に通し、活性炭のｐＨを調整する。ｐＨがより高い使用済み活性炭を使用すると、アンモニア臭が十分除去されないことから、ｐＨ調整機にて、ｐＨ調整剤３１として酸溶液を噴霧してあらかじめ使用済み活性炭のｐＨを所定に調整する。
【００２５】
次に、使用済み活性炭１１を乾燥機１に通し、使用済み活性炭の含水率が所定になるまで熱源２１により乾燥処理を施す。使用済み活性炭の含水率が５０％程度あると、臭気の除去速度が著しく低下する。また、含水率の高い使用済み活性炭と汚泥乾燥物を混合すると、汚泥乾燥物が吸湿することで発生する臭気強度が増し、十分な臭気除去効果が得られない。そこで、任意の乾燥方式により使用済み活性炭の含水率を所定に調整することで、使用済み活性炭の臭気除去能の改善を行う。乾燥温度の設定値は特に指定されるものではないが、一般的な使用済み活性炭の再生処理を行う温度より有意に低い温度で良く、６０℃〜４００℃、更に望ましくは８０℃〜１４０℃で行う。
【００２６】
次に、上記処理が施された使用済み活性炭を破砕機２に通し、所定のメジアン径となるように破砕する。使用済み粒状活性炭の表層では、吸着物質及び種々の付着物質の影響により、臭気物質等の吸着物質と活性炭との反応性が著しく阻害されている。しかしながら、使用済み粒状活性炭の内部には十分な吸着能力を持つ部位が残されており、夾雑物質の付着した表層部位を破砕処理によって除去するとともに新たに新鮮な吸着面を得ることで、使用済み活性炭の吸着能力を回復させることができる。破砕処理は、所定のメジアン径となるように破砕することで、使用済み活性炭の吸着能力を有意に回復させることができるが、より細かく破砕することで吸着能力を更に回復させることが可能である。
【００２７】
次に、有機性汚泥１３と吸着能を向上する処理を施した使用済み活性炭１２（以下、処理済活性炭ともいう）を混合機３に投入し、固形燃料１５を得る。該有機性汚泥１３（すなわち、含水率が０〜３０％である汚泥乾燥物）に対する活性炭の添加割合は、通常、２０質量％以上の割合で添加、混合するのが良く、未使用の活性炭や、一般的な再生処理を施した活性炭を利用する場合と比較すると、より多くの混合比率で活性炭を添加する必要がある。また、より好ましくは汚泥乾燥物に対する活性炭の添加割合を４０〜８０質量％の範囲とすることで、吸湿による影響を受けた場合でも、悪臭を発生しない安定した品質の固形燃料を得ることができ、更に、燃焼性に優れた固形燃料とすることができる。混合機３は任意の方式のものでよく、更に、造粒装置の機能を付加したものでも良い。
上記の方法で作製した固形燃料は、少なくとも１５日間以上、臭気を発生することなく保存することができる。
【００２８】
上記した別の実施形態について説明する。
図２において、使用済み活性炭１１と有機性汚泥１３を混合機３に投入する。活性炭の投入割合は、有機性汚泥が汚泥乾燥物の場合は、上記態様がそのまま適用でき、有機性汚泥が汚泥乾燥物でない場合は、有機性汚泥を汚泥乾燥物として換算することにより、上記態様が適用できる。使用済み活性炭は有機性汚泥と同時に混合機に投入しても良いが、加熱部（乾燥部）を有する混合機では、初めに有機性汚泥を混合機に投入し、望ましくは含水率を２０〜４０％程度まで熱源２１により乾燥した有機性汚泥に使用済み活性炭を添加することで、最良の脱臭効果が得られる。有機性汚泥の含水率が７０％程度の場合、同時に使用済み活性炭を乾燥機に投入すると、乾燥処理において初期段階の有機性汚泥の臭気は非常に強いため、使用済活性炭の添加によって得られる脱臭効果には限界がある。一方、含水率を２０〜４０％程度まで乾燥した有機性汚泥に使用済み活性炭を添加する場合では、有機性汚泥の臭気が相当量弱くなっているのに加え、程よく水分が残っているため、汚泥表面に活性炭が付着しやすい。次に、使用済み活性炭と有機性汚泥の混合物を破砕機２に通し、上述と同様の破砕処理を施す。使用する破砕機として加圧・成型を行う成型機を利用することもでき、混合物に含まれる使用済み活性炭の粒径を所定のメジアン径とする。次に、使用済み活性炭と有機性汚泥の混合物を熱源２１を備えた乾燥機１に投入し、固形燃料１５を得る。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を実験例として説明するが、本発明は、以下に制限されないことは明らかである。
【００３０】
［実験例１］
使用済みの粒状活性炭（メジアン径：１２００μｍ）をトレーに広げ、クエン酸の水溶液を種々の添加量で噴霧した。このとき、クエン酸無添加の活性炭のｐＨは１０．２であり、クエン酸水溶液の添加量を段階的に増やした順に、ｐＨ９．５、８．８、８．２、７．５となった。
これらの活性炭を室温で自然乾燥させた後、それぞれの活性炭を乾燥質量ベースで１ｇと嫌気性消化汚泥を含水率１４％まで乾燥した汚泥乾燥物１０ｇとを混合し、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れた。また、比較試験として、活性炭を添加せず、汚泥乾燥物のみ袋に添加した試験を行った。袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。２４時間後、袋内のアンモニア濃度を検知管で分析した。
実験結果を図３に示す。活性炭無添加の条件では、袋内のアンモニア濃度は７６ｐｐｍであった。これに対して、ｐＨ１０．２の活性炭を添加した試験条件のアンモニア濃度は６５ｐｐｍ、ｐＨ９．５の場合は２４ｐｐｍ、ｐＨ８．８の場合は５．１ｐｐｍ、ｐＨ８．２の場合は２．８ｐｐｍ、ｐＨ７．５の場合は２．３ｐｐｍとなり、活性炭のｐＨが８．８以下の場合にアンモニアの濃度低下が顕著であった。
【００３１】
［実験例２］
浄水場にて使用された粒状活性炭（メジアン径：２１００μｍ）をトレーに広げ、こまめに撹拌しながら１０５℃で乾燥処理を施した。乾燥途中のサンプルを４回採取し、未乾燥の試料及び含水率を０％とした試料とをあわせて、含水率の異なる活性炭試料を合計６種類得た。
それぞれの試料について、乾燥質量として３ｇ相当の活性炭と嫌気性消化汚泥を含水率１３％まで乾燥した汚泥乾燥物を１０ｇとを混合し、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れた。また、比較試験として、活性炭を添加せず、汚泥乾燥物のみ袋に添加した試験を行った。袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。２４時間後、袋内の臭気指数を臭気センサー（新コスモス電機（株）製、ニオイセンサＸＰ−３２９ＩＩＩＲ）で分析した。
実験結果を図４に示す。活性炭無添加の条件では、袋内の臭気指数の値は５２であった。これに対して、含水率が５８％の活性炭を添加した試験条件の臭気指数は５５、含水率が４８％の場合は４９、含水率が３９％の場合は４４、含水率が３０％の場合は３４、含水率が１６％の場合は２８、含水率が０％の場合は２９、となり、活性炭の含水率が１５％以下の場合に臭気指数の低下が顕著であった。
【００３２】
［実験例３］
水道水源を上水にするための浄水場にて使用、廃棄された異なる施設に由来する２種類の粒状活性炭Ａ及びＢをそれぞれトレーに広げ、こまめに撹拌しながら１０５℃で乾燥処理を施した。２種類の廃棄活性炭の粒径を確認したところ、メジアン径でＡは８１０μｍ、Ｂは２，１００μｍであった。それぞれの廃棄活性炭を乳鉢に入れ、それぞれ活性炭の粒径が徐々に小さくなるよう、緩やかに破砕処理を施した。適宜、破砕途中の活性炭を回収することで、粒径の異なる活性炭試料を得た。
各粒径に粉砕した試料について、それぞれ１ｇの活性炭と嫌気性消化汚泥を含水率１４％まで乾燥したものの１０ｇとを混合し、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れた。また、比較試験として、活性炭を添加せず、汚泥乾燥物のみ袋に添加した試験を行った。袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。２４時間後、袋内の脂肪酸濃度を検知管で分析した。また、得られた各粒径の活性炭試料毎に、粒径とメチレンブルー吸着能について分析、確認した。
【００３３】
実験結果を図５、及び図６に示す。活性炭無添加の条件では、袋内の脂肪酸濃度は６．４ｐｐｍであった。これに対して活性炭Ａ及びＢを添加すると、未破砕の場合はそれぞれ３．３ｐｐｍ及び４．１ｐｐｍとなり、粒径が各活性炭の初期値に対しておおよそ１／３以上の範囲では、脂肪酸の濃度に大きな変化はなかった。ところが、活性炭の粒径を初期値の１／３以下に破砕した条件では、活性炭の粒径が小さくなるに従い、脂肪酸濃度が急激に低下した。破砕した活性炭のメジアン径が５０μｍの場合に脂肪酸は最も良好に除去されており、更にそれ以下の粒径に破砕しても脂肪酸の除去効果に差は認められなかった。
実験に使用した活性炭のメチレンブルー吸着能について調べた結果を図７に示す。活性炭Ａ及びＢともに、メジアン径が初期値の１／３以下に破砕することでメチレンブルーの吸着能が改善されており、脂肪酸の除去結果とほぼ対応する結果が得られた。
【００３４】
［実験例４］
水道水源を上水にするための浄水場で使用された活性炭（メジアン径：２１００μｍ）において、吸着能を向上する処理を施した使用済み活性炭と未処理の使用済み活性炭及び対照として未使用の粉末状活性炭について、臭気除去性能の比較を行った。使用済み活性炭の吸着能力を向上する処理は、浄水場にて使用された粒状活性炭をトレーに広げ、こまめに撹拌しながら１０５℃で乾燥処理を施した後、乳鉢にて破砕処理を施し、メジアン径５２０μｍ、含水率２％とした。
嫌気性消化汚泥を含水率１１％まで乾燥したものを１０ｇと、各種活性炭を汚泥乾燥物に対して５〜８０質量％の配合比でそれぞれ混合し、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れた。袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。１日、６日、１０日及び１５日後に袋内の臭気を嗅ぎ、人の感覚による評価を行った。
更に、製品の吸湿による影響について調査するため、１５日目の分析を行った後、袋内に１ｍＬの蒸留水をスプレーで噴霧し、１日後及び５日後の臭気について評価を行った。
【００３５】
実験結果を表１に示す。表中に示した臭気判定の評価基準は、６段階臭気強度表示法における０（無臭）の場合を○で、１（検知閾値）の場合を△で、更に、２（認知閾値）から５（強烈な臭い）の場合を×で表した。未使用の活性炭の場合、５質量％の添加率で、最低でも１日間は臭気の発生を防止できた。１０質量％の添加率になると、最低でも１５日間は臭気の発生を防止できたが、吸湿により臭気が発生した。更に、２０質量％の添加率になると、１５日以上臭気の発生を防止できることに加え、吸湿による臭気発生も防止することができた。
本発明の処理済活性炭の場合、５質量％の添加率では十分な臭気除去効果は得られなかった。１０質量％の添加率になると、最低でも６日間は臭気の発生を防止できた。２０質量％の添加率になると、最低でも１５日間は臭気の発生を防止できたが、吸湿により臭気が発生した。更に、４０質量％の添加率になると、１５日以上臭気の発生を防止できることに加え、吸湿による臭気発生も防止することができた。
未処理の使用済み活性炭の場合、汚泥乾燥物に対する添加率を１００質量％にしても、十分な臭気除去効果は得られなかった。
処理済活性炭を汚泥乾燥物に対して種々の添加率で汚泥乾燥物に添加し、作製した製品の熱量について測定した結果を表２に示す。処理済活性炭は汚泥乾燥物が保有する熱量より高い熱量を保有することから、処理済活性炭の添加率を多くすることで、製品の熱量を高める効果がある。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
以上から、本発明の固形燃料は、未使用の活性炭を用いた固形燃料と同等の臭い防止効果が得られるとともに前者以上の熱量を発生できることが分かる。
【００３９】
［実験例５］
水道水源を上水にするための浄水場で使用された活性炭（メジアン径：８１０μｍ、含水率：６０％）を、乾燥工程中の有機性汚泥に混合することで臭気除去性能の比較を行った。
嫌気性消化汚泥の含水率を１０５℃の乾燥機内で７０％、６０％、５０％、４０％、３０％及び２０％まで乾燥したものを調整し、それぞれ汚泥乾燥物として１０ｇ相当の汚泥に対し、上記処理済活性炭を、乾燥品（含水率２％）として５ｇ相当添加し、アルミホイルで作成したトレー内で混合した。それぞれの試料を再び１０５℃の乾燥機に入れ、使用済み活性炭及び有機性汚泥の混合物の含水率が４％となるよう、乾燥処理を施した。乾燥品を全量、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れ、袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。２４時間後、袋内の臭気指数を臭気センサーで分析した。
実験結果を図８に示す。活性炭無添加の条件では、袋内の臭気指数の値は５１であった。これに対して処理済活性炭を添加して乾燥処理を施した試料の臭気指数は、該活性炭添加時の汚泥含水率が７０％、６０％、５０％、４０％、３０％及び２０％の試料でそれぞれ３８、３６、３４、３１、２７、及び２８となった。特に、３０％前後の含水率の汚泥に該活性炭を添加した場合に臭気指数の低減効果が顕著であった。
以上から、含水率の高い使用済み活性炭を乾燥工程中の有機性汚泥に混合することで、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理と汚泥乾燥とを同時に行い、臭気の少ない固形燃料を得ることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…乾燥機、２…破砕機、３…混合機、４…ｐＨ調整機、１１…使用済み活性炭、１２…吸着能を向上する処理を施した使用済み活性炭、１３…有機性汚泥、１５…固形燃料、２１…熱源、３１…ｐＨ調整剤。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形燃料製造方法、その装置、及び固形燃料に関するものであり、詳しくは、下水処理場で発生する汚泥をはじめとした有機性汚泥から臭気対策及び発熱量の調整対策を施した固形燃料製造方法、その装置、及び固形燃料に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、下水汚泥などの有機性汚泥を有効利用する方法は、コンポスト化により肥料として利用されるほか、セメント会社での再利用などの方法に限定されており、大半のものは脱水、焼却処理後、埋め立て処分とされてきた。
そこで、近年では有機性汚泥が保有している熱量を燃料として有効利用するための方法が盛んに検討されるようになってきた。ところが、有機性汚泥を燃料として利用する場合、汚泥特有の悪臭が発生すること、及び石炭などの代替燃料としては発熱量がやや低いという問題点があった。
【０００３】
有機性汚泥を燃料として利用するには、大きく分けると炭化処理と乾燥処理の２つの処理方式がある。
炭化処理で製造された製品は、大部分の臭気成分が除去されているため、悪臭発生に関する問題性は比較的少ない。ところが、乾燥処理と比較すると炭化処理工程は多大な投入エネルギーを必要とすることや、有機性汚泥から多くの有機質成分を揮発させることから、炭化処理で製造された製品はコスト面及び有機性汚泥が持つ熱量を低下させるという欠点があった。
【０００４】
一方、乾燥処理方式は、投入エネルギーに関するコスト面や利用可能な回収エネルギー量が多い点で、炭化処理より有利となる一方、汚泥特有の悪臭が残存することが大きな課題であった。特に、乾燥処理方式で製造された製品は、吸湿により臭気が更に強くなることから、持続性の高い臭気対策が必要であった。
乾燥処理方式による有機性汚泥の燃料化利用において、その臭気対策として幾つかの検討がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１によると、下水汚泥の汚泥乾燥物に、汚泥乾燥物の一部を炭化炉で炭化・賦活して得られた汚泥活性炭を５〜１００％の割合で添加して混合し、造粒することを特徴とする下水汚泥を原料とする固形燃料の製造方法が示されている。
【０００６】
また、特許文献２によると、可燃廃棄物を主体とするごみを主原料とする固形燃料に、平均粒径が１０〜３００μｍの活性炭を０．３〜１５質量％の範囲で含有させる方法が開示されている。
更に、特許文献３では、バイオマス原料由来の乾燥造粒物の表面上に粒径５００μｍ以下の粉末状活性炭を１〜１０質量％の割合で付着させる方法が開示されている。
一方、特許文献４では、バイオマス造粒物の表面を被覆する非吸湿・臭気遮断性のコーティング層を有するバイオマス燃料の製造方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５３７１２３号公報
【特許文献２】特開平１０−２２６７９４号公報
【特許文献３】特開２００８−２９７５０８号公報
【特許文献４】特開２００８−８１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の汚泥活性炭を用いる方法では、汚泥炭化物を製造するためにコストがかかること、汚泥炭化物では活性炭と比較して十分な消臭効果が得られないこと、汚泥活性炭は汚泥乾燥物と比較すると発熱量が低いことから多量の汚泥活性炭を混合することで燃料としての価値が低下するなどの問題点があった。
また、未使用の活性炭または再生炭の利用、再生炭製造時に発生する篩下残渣の利用、及びコーティング法は、コスト的な問題、あるいは篩下残渣の場合等には供給量の問題から添加率が制限されていることや、乾燥処理方式で製造された製品で最大のリスクとなる吸湿による影響について未検討であることなど、実用化のための課題があった。
本発明は、上記した従来技術の課題を解決するものであり、製造コストを高めることなく、臭気を長期間安定して抑制できる、固形燃料製造方法、その装置、及び固形燃料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】
【０００９】
本発明は、以下のとおりである。
１）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合工程を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造方法。
２）有機性汚泥と使用済み活性炭を混合する工程の後、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対して、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）を含む、固形燃料製造方法。
３）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。
４）使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。
５）上記１）又は２）の固形燃料製造方法又は上記３）又は４）の固形燃料製造装置により製造された固形燃料。
【００１０】
本発明は、特に使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施すことにより、使用済み活性炭の吸着能を向上させたことが、従来では見られない重要な技術思想である。
【００１１】
本発明は、主原料である有機性汚泥に対して、臭気対策として主原料に混合するための副原料として有機性廃棄物を採用し、該廃棄物の臭気吸着能力を低コストで改善する方法を考案することで、副原料となる廃棄物の発生量や副原料の製造コスト及び安全性の側面で制限を受けることなく、臭気対策用の資材として高い能力を持つ副原料を必要十分な量を使用できることを可能とし、前記課題を解決するものである。
本発明では、固形燃料の製造コストを抑えた製品開発を前提とすることから、有効利用が困難な廃棄物である使用済み活性炭を臭気抑制対策のための副原料として採用した。使用済み活性炭は浄水場、純水製造装置等の水処理施設のほか、脱臭装置のようなガス処理施設で利用されたものの利用が可能である。ただし、廃棄物供給量及び安全性の面を考慮すると、使用済み活性炭は浄水場に由来する粒状炭であることが望ましい。更に、水道水源を上水にするための浄水場で使用された活性炭が特に望ましい。
【００１２】
使用済み活性炭は、未処理の状態のままで使用すると、通常の活性炭で得られるような脱臭効果は得られない。使用済み活性炭の吸着能力を回復させる方法は、一般的には８００〜９００℃の高温加熱処理で行われるが、このように多大な投入エネルギーを必要とする再生方法を採用すると、固形燃料の製造コストを低く抑えることができない。そこで本発明では、一般的な活性炭の再生処理を行わず、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程、例えば、ｐＨを調整する工程、含水率を調整する工程、及び使用済み活性炭を破砕し、そのメジアン径を調整する工程の内、いずれか一つ以上の工程を行うことで使用済み活性炭の吸着能力を向上させることができる。
更に、本発明では、吸着能力を向上する処理を施した使用済み活性炭を、有機性汚泥と混合することや、使用済み活性炭と有機性汚泥の混合物に使用済み活性炭の吸着能力を向上する処理を施すことで、前記課題を解決した製品の製造を可能とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、吸湿による影響を受けた場合でも汚泥特有の臭気を長期間安定して抑制し、且つ燃料として保有熱量の高い固形燃料を安価に提供することができる。効果の詳細は以下の通りである。
（１）臭気対策に使用する副原料として、使用済み活性炭を採用するため、副原料の調達コストが低い。
（２）一般的な活性炭再生方法と比べると、使用済み活性炭の臭気除去能力を向上させるための処理コストが低い。
（３）臭気対策に使用する副原料の製造コストが低いため、使用量の制限を受けにくい。
（４）副原料の投入割合を高く設定できるため、十分な消臭効果が得られる。
（５）主原料より副原料の保有する熱量が高いため、副原料の投入量が増加することで製品の燃料価値は向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る固形燃料製造装置の構成を表す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る固形燃料製造装置の構成を表す説明図である。
【図３】実験例１の結果を示すグラフである。縦軸にアンモニア濃度（ｐｐｍ）、横軸に使用済み活性炭を酸処理したときの活性炭のｐＨを示した。点線は、活性炭を添加しなかった場合である。
【図４】実験例２の結果を示すグラフである。縦軸に臭気指数、横軸に使用済み活性炭に加熱処理を施した後に汚泥乾燥物に添加した活性炭である添加活性炭の含水率を示した。点線は、活性炭を添加しなかった場合である。
【図５】実験例３の結果を示すグラフである。縦軸に脂肪酸濃度（ｐｐｍ）、横軸に使用済み活性炭の初期及び破砕処理後のメジアン径を示した。点線は、活性炭を添加しなかった場合である。
【図６】図５の横軸として、初期メジアン径に対する粉砕処理後のメジアン径の比率とした以外は図５と同じである。
【図７】図５の実験において、脂肪酸に代えてメチレンブルーを用いた以外は、上記と同じ条件で実験した結果を示したグラフである。縦軸にメチレンブルー吸着量、横軸として、初期メジアン径に対する粉砕処理後のメジアン径の比率とした。
【図８】実験例５の結果を示すグラフである。縦軸に臭気指数、横軸に使用済み活性炭を粉砕処理、及び含水率調整処理を施した後に種々の含水率に調整した汚泥乾燥物に添加したときの汚泥の含水率を示した。点線は、活性炭を添加しなかった場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を説明する。
本発明において、有機性汚泥とは、下水、屎尿、厨芥などの有機性物質を処理する工程で排出された、初沈汚泥、メタン発酵汚泥、腐敗汚泥、余剰汚泥等の汚泥であって、実用性から、含水率が０〜８０％であるものが好ましく、更に好ましくは、０〜３０％であるものである。ここで、含水率とは、水を含む有機性汚泥の質量に対する該含水の水質量の割合である。
【００１６】
本発明において、使用済み活性炭とは、水処理またはガス処理の各種プロセスにおいて使用され、廃棄物として排出される活性炭であり、本発明の吸着能向上工程で処理されるときのメジアン径が、１５０〜１０，０００μｍのものを意味する。ここで、メジアン径は、使用済み活性炭をふるい等により分級処理を行い、質量分布の中央値から求めた平均径をさす。また、本発明でメジアン径という場合は、上記を意味する。
【００１７】
以下、本発明を工程順に説明する。
吸着能向上工程は、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す工程である。この処理は、使用済み活性炭単独でも有機性汚泥との混合物の状態で実施してもよい。
本発明の吸着能向上工程は、従来から使用されている高温処理は含まれない。ここで、高温処理とは、６００℃以上で使用済み活性炭を処理することを意味する。本発明では、上記６００℃より有意に低い温度、６０〜４００℃、好ましくは、８０〜１４０℃の加熱処理は包含される。
本発明の吸着能向上工程は、基本的には、上記高温処理以外の処理により、吸着能を向上させることができるのであれば、特に制限はない。該処理としては、化学的処理、物理的処理及びその両者等が挙げられる。本発明では、少なくとも１つの該処理が施されるが、種々、組み合わせることにより、より大きな効果が期待できる。
化学的処理としては、酸、過酸化水素水、次亜塩素酸等に接触させ、吸着物を脱着させる処理が挙げられる。該酸としては、有機酸、例えば、クエン酸、シュウ酸、無機酸、例えば、希塩酸、希硫酸等が挙げられる。
物理的処理としては、粉砕、加熱、等が挙げられ、前者は新鮮な吸着面を形成し、後者は含水率調整を行う。
【００１８】
上記酸による吸着能向上処理を行うことにより、使用済み活性炭のｐＨを９．０以下、好ましくは、８．０以下に調整することが好ましい。ここで、使用済み活性炭のｐＨは、ＪＩＳ Ｋ１４７４に記載された方法により測定したものである。
【００１９】
また、本発明の吸着能向上処理は、上記加熱等または自然乾燥により、使用済み活性炭の含水率を３０％以下、好ましくは、１５％以下に調整する工程を含むことが好ましい。なお、含水率の下限は１５％程度であり、それ以下であっても効果に改善は見られない。ここで、含水率とは、水を含む活性炭の質量に対する該含水の水質量の割合である。
更に、本発明の吸着能向上処理は、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物の含水率を３０％以下、好ましくは、１０％以下に調整する工程を含むことが好ましい。なお、含水率を０％まで下げることで効果を改善することが可能である。ここで、含水率とは、水を含む該混合物の質量に対する該含水の水質量の割合である。
【００２０】
また、本発明の吸着能向上処理は、上記破砕処理により、使用済み活性炭のメジアン径を粉砕前の３分の１以下となるように破砕する工程を含むことが好ましく、１０分の１以下となるように破砕することが更に好ましい。粉砕後の活性炭のメジアン径は、ほぼ５０μｍが吸着能の最大であり、５０μｍ以下では、効果に改善はみられないが、その効果は保持されている。
【００２１】
本発明は、上記ｐＨ調整工程、含水率調整工程、破砕工程、及び吸着能向上工程を経た活性炭と有機性汚泥を混合する混合工程において、吸着能向上工程として、少なくとも１工程を実施するが、この順に行う工程を含むことが好ましい。また、本発明は、上記工程を実施するため、ｐＨ調整装置、含水率調整装置、破砕装置、及び混合装置は、吸着能向上装置として、少なくとも１装置を含むことが好ましく、使用済み活性炭を順次、前記ｐＨ調整装置、前記含水率調整装置、前記破砕装置、及び混合装置へ移送する装置を含むことが好ましい。ただし、前記含水率調整工程を自然乾燥で行う場合、前記混合装置のみの装置構成が可能である。
本発明における第二の態様として、使用済み活性炭と有機性汚泥を混合する混合工程を経た混合物に対し、上記、破砕工程、含水率調整工程を行う吸着能向上工程において、吸着能向上工程として、少なくとも１工程を実施するが、破砕工程及び含水率調整工程の順序は変更してもよい。また、本発明は、上記工程を実施するため、混合装置、破砕装置、含水率調整装置を順次行う装置は、吸着能向上装置として、少なくとも１装置を含むことが好ましく、混合装置に、含水率調整装置、破砕装置の機能を付加した装置の利用も可能である。更に、使用済み活性炭と有機性汚泥を順次、前記混合装置、破砕装置、含水率調整装置へ移送する装置を含むことが好ましい。
【００２２】
ｐＨ調整装置は、攪拌部、ｐＨ測定部、ｐＨ調整剤注入部及びその注入制御部等を備える。含水率調整装置は、加熱（乾燥）部及びその制御部等を備える。破砕装置は、破砕部等を備えるものの他、加圧、成型機能を備えたものの利用が可能である。混合装置は、混合部等を備える他、加熱（乾燥）部を有することで含水率調整装置としての機能を、加圧、成型機能を有することで破砕装置としての機能を備えたものの利用も可能である。上記移送する装置は、使用済み活性炭及び有機性汚泥を載置、保持する手段、及びこの手段を駆動する手段、使用済み活性炭及び有機性汚泥を混合部へ投入する手段等を備える。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態の一例を、図を参照して示す。図１は、有機性汚泥の含水率が０〜３０％と低い、有機性汚泥を乾燥した物（以下、汚泥乾燥物ともいう）を、ｐＨ調整、含水率調整、及び破砕により吸着能向上処理が施された使用済み活性炭に混合して固形燃料を製造する例であり、図２は、有機性汚泥の含水率が０〜８０％と比較的高い、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対し、破砕、及び含水率調整により吸着能向上処理を施して、固形燃料を製造する例である。
【００２４】
図１に示す態様を説明する。
ベルトコンベアに載置される使用済み活性炭１１をｐＨ調整機４に通し、活性炭のｐＨを調整する。ｐＨがより高い使用済み活性炭を使用すると、アンモニア臭が十分除去されないことから、ｐＨ調整機にて、ｐＨ調整剤３１として酸溶液を噴霧してあらかじめ使用済み活性炭のｐＨを所定に調整する。
【００２５】
次に、使用済み活性炭１１を乾燥機１に通し、使用済み活性炭の含水率が所定になるまで熱源２１により乾燥処理を施す。使用済み活性炭の含水率が５０％程度あると、臭気の除去速度が著しく低下する。また、含水率の高い使用済み活性炭と汚泥乾燥物を混合すると、汚泥乾燥物が吸湿することで発生する臭気強度が増し、十分な臭気除去効果が得られない。そこで、任意の乾燥方式により使用済み活性炭の含水率を所定に調整することで、使用済み活性炭の臭気除去能の改善を行う。乾燥温度の設定値は特に指定されるものではないが、一般的な使用済み活性炭の再生処理を行う温度より有意に低い温度で良く、６０℃〜４００℃、更に望ましくは８０℃〜１４０℃で行う。
【００２６】
次に、上記処理が施された使用済み活性炭を破砕機２に通し、所定のメジアン径となるように破砕する。使用済み粒状活性炭の表層では、吸着物質及び種々の付着物質の影響により、臭気物質等の吸着物質と活性炭との反応性が著しく阻害されている。しかしながら、使用済み粒状活性炭の内部には十分な吸着能力を持つ部位が残されており、夾雑物質の付着した表層部位を破砕処理によって除去するとともに新たに新鮮な吸着面を得ることで、使用済み活性炭の吸着能力を回復させることができる。破砕処理は、所定のメジアン径となるように破砕することで、使用済み活性炭の吸着能力を有意に回復させることができるが、より細かく破砕することで吸着能力を更に回復させることが可能である。
【００２７】
次に、有機性汚泥１３と吸着能を向上する処理を施した使用済み活性炭１２（以下、処理済活性炭ともいう）を混合機３に投入し、固形燃料１５を得る。該有機性汚泥１３（すなわち、含水率が０〜３０％である汚泥乾燥物）に対する活性炭の添加割合は、通常、２０質量％以上の割合で添加、混合するのが良く、未使用の活性炭や、一般的な再生処理を施した活性炭を利用する場合と比較すると、より多くの混合比率で活性炭を添加する必要がある。また、より好ましくは汚泥乾燥物に対する活性炭の添加割合を４０〜８０質量％の範囲とすることで、吸湿による影響を受けた場合でも、悪臭を発生しない安定した品質の固形燃料を得ることができ、更に、燃焼性に優れた固形燃料とすることができる。混合機３は任意の方式のものでよく、更に、造粒装置の機能を付加したものでも良い。
上記の方法で作製した固形燃料は、少なくとも１５日間以上、臭気を発生することなく保存することができる。
【００２８】
上記した別の実施形態について説明する。
図２において、使用済み活性炭１１と有機性汚泥１３を混合機３に投入する。活性炭の投入割合は、有機性汚泥が汚泥乾燥物の場合は、上記態様がそのまま適用でき、有機性汚泥が汚泥乾燥物でない場合は、有機性汚泥を汚泥乾燥物として換算することにより、上記態様が適用できる。使用済み活性炭は有機性汚泥と同時に混合機に投入しても良いが、加熱部（乾燥部）を有する混合機では、初めに有機性汚泥を混合機に投入し、望ましくは含水率を２０〜４０％程度まで熱源２１により乾燥した有機性汚泥に使用済み活性炭を添加することで、最良の脱臭効果が得られる。有機性汚泥の含水率が７０％程度の場合、同時に使用済み活性炭を乾燥機に投入すると、乾燥処理において初期段階の有機性汚泥の臭気は非常に強いため、使用済活性炭の添加によって得られる脱臭効果には限界がある。一方、含水率を２０〜４０％程度まで乾燥した有機性汚泥に使用済み活性炭を添加する場合では、有機性汚泥の臭気が相当量弱くなっているのに加え、程よく水分が残っているため、汚泥表面に活性炭が付着しやすい。次に、使用済み活性炭と有機性汚泥の混合物を破砕機２に通し、上述と同様の破砕処理を施す。使用する破砕機として加圧・成型を行う成型機を利用することもでき、混合物に含まれる使用済み活性炭の粒径を所定のメジアン径とする。次に、使用済み活性炭と有機性汚泥の混合物を熱源２１を備えた乾燥機１に投入し、固形燃料１５を得る。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を実験例として説明するが、本発明は、以下に制限されないことは明らかである。
【００３０】
［実験例１］
使用済みの粒状活性炭（メジアン径：１２００μｍ）をトレーに広げ、クエン酸の水溶液を種々の添加量で噴霧した。このとき、クエン酸無添加の活性炭のｐＨは１０．２であり、クエン酸水溶液の添加量を段階的に増やした順に、ｐＨ９．５、８．８、８．２、７．５となった。
これらの活性炭を室温で自然乾燥させた後、それぞれの活性炭を乾燥質量ベースで１ｇと嫌気性消化汚泥を含水率１４％まで乾燥した汚泥乾燥物１０ｇとを混合し、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れた。また、比較試験として、活性炭を添加せず、汚泥乾燥物のみ袋に添加した試験を行った。袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。２４時間後、袋内のアンモニア濃度を検知管で分析した。
実験結果を図３に示す。活性炭無添加の条件では、袋内のアンモニア濃度は７６ｐｐｍであった。これに対して、ｐＨ１０．２の活性炭を添加した試験条件のアンモニア濃度は６５ｐｐｍ、ｐＨ９．５の場合は２４ｐｐｍ、ｐＨ８．８の場合は５．１ｐｐｍ、ｐＨ８．２の場合は２．８ｐｐｍ、ｐＨ７．５の場合は２．３ｐｐｍとなり、活性炭のｐＨが８．８以下の場合にアンモニアの濃度低下が顕著であった。
【００３１】
［実験例２］
浄水場にて使用された粒状活性炭（メジアン径：２１００μｍ）をトレーに広げ、こまめに撹拌しながら１０５℃で乾燥処理を施した。乾燥途中のサンプルを４回採取し、未乾燥の試料及び含水率を０％とした試料とをあわせて、含水率の異なる活性炭試料を合計６種類得た。
それぞれの試料について、乾燥質量として３ｇ相当の活性炭と嫌気性消化汚泥を含水率１３％まで乾燥した汚泥乾燥物を１０ｇとを混合し、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れた。また、比較試験として、活性炭を添加せず、汚泥乾燥物のみ袋に添加した試験を行った。袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。２４時間後、袋内の臭気指数を臭気センサー（新コスモス電機（株）製、ニオイセンサＸＰ−３２９ＩＩＩＲ）で分析した。
実験結果を図４に示す。活性炭無添加の条件では、袋内の臭気指数の値は５２であった。これに対して、含水率が５８％の活性炭を添加した試験条件の臭気指数は５５、含水率が４８％の場合は４９、含水率が３９％の場合は４４、含水率が３０％の場合は３４、含水率が１６％の場合は２８、含水率が０％の場合は２９、となり、活性炭の含水率が１５％以下の場合に臭気指数の低下が顕著であった。
【００３２】
［実験例３］
水道水源を上水にするための浄水場にて使用、廃棄された異なる施設に由来する２種類の粒状活性炭Ａ及びＢをそれぞれトレーに広げ、こまめに撹拌しながら１０５℃で乾燥処理を施した。２種類の廃棄活性炭の粒径を確認したところ、メジアン径でＡは８１０μｍ、Ｂは２，１００μｍであった。それぞれの廃棄活性炭を乳鉢に入れ、それぞれ活性炭の粒径が徐々に小さくなるよう、緩やかに破砕処理を施した。適宜、破砕途中の活性炭を回収することで、粒径の異なる活性炭試料を得た。
各粒径に粉砕した試料について、それぞれ１ｇの活性炭と嫌気性消化汚泥を含水率１４％まで乾燥したものの１０ｇとを混合し、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れた。また、比較試験として、活性炭を添加せず、汚泥乾燥物のみ袋に添加した試験を行った。袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。２４時間後、袋内の脂肪酸濃度を検知管で分析した。また、得られた各粒径の活性炭試料毎に、粒径とメチレンブルー吸着能について分析、確認した。
【００３３】
実験結果を図５、及び図６に示す。活性炭無添加の条件では、袋内の脂肪酸濃度は６．４ｐｐｍであった。これに対して活性炭Ａ及びＢを添加すると、未破砕の場合はそれぞれ３．３ｐｐｍ及び４．１ｐｐｍとなり、粒径が各活性炭の初期値に対しておおよそ１／３以上の範囲では、脂肪酸の濃度に大きな変化はなかった。ところが、活性炭の粒径を初期値の１／３以下に破砕した条件では、活性炭の粒径が小さくなるに従い、脂肪酸濃度が急激に低下した。破砕した活性炭のメジアン径が５０μｍの場合に脂肪酸は最も良好に除去されており、更にそれ以下の粒径に破砕しても脂肪酸の除去効果に差は認められなかった。
実験に使用した活性炭のメチレンブルー吸着能について調べた結果を図７に示す。活性炭Ａ及びＢともに、メジアン径が初期値の１／３以下に破砕することでメチレンブルーの吸着能が改善されており、脂肪酸の除去結果とほぼ対応する結果が得られた。
【００３４】
［実験例４］
水道水源を上水にするための浄水場で使用された活性炭（メジアン径：２１００μｍ）において、吸着能を向上する処理を施した使用済み活性炭と未処理の使用済み活性炭及び対照として未使用の粉末状活性炭について、臭気除去性能の比較を行った。使用済み活性炭の吸着能力を向上する処理は、浄水場にて使用された粒状活性炭をトレーに広げ、こまめに撹拌しながら１０５℃で乾燥処理を施した後、乳鉢にて破砕処理を施し、メジアン径５２０μｍ、含水率２％とした。
嫌気性消化汚泥を含水率１１％まで乾燥したものを１０ｇと、各種活性炭を汚泥乾燥物に対して５〜８０質量％の配合比でそれぞれ混合し、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れた。袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。１日、６日、１０日及び１５日後に袋内の臭気を嗅ぎ、人の感覚による評価を行った。
更に、製品の吸湿による影響について調査するため、１５日目の分析を行った後、袋内に１ｍＬの蒸留水をスプレーで噴霧し、１日後及び５日後の臭気について評価を行った。
【００３５】
実験結果を表１に示す。表中に示した臭気判定の評価基準は、６段階臭気強度表示法における０（無臭）の場合を○で、１（検知閾値）の場合を△で、更に、２（認知閾値）から５（強烈な臭い）の場合を×で表した。未使用の活性炭の場合、５質量％の添加率で、最低でも１日間は臭気の発生を防止できた。１０質量％の添加率になると、最低でも１５日間は臭気の発生を防止できたが、吸湿により臭気が発生した。更に、２０質量％の添加率になると、１５日以上臭気の発生を防止できることに加え、吸湿による臭気発生も防止することができた。
本発明の処理済活性炭の場合、５質量％の添加率では十分な臭気除去効果は得られなかった。１０質量％の添加率になると、最低でも６日間は臭気の発生を防止できた。２０質量％の添加率になると、最低でも１５日間は臭気の発生を防止できたが、吸湿により臭気が発生した。更に、４０質量％の添加率になると、１５日以上臭気の発生を防止できることに加え、吸湿による臭気発生も防止することができた。
未処理の使用済み活性炭の場合、汚泥乾燥物に対する添加率を１００質量％にしても、十分な臭気除去効果は得られなかった。
処理済活性炭を汚泥乾燥物に対して種々の添加率で汚泥乾燥物に添加し、作製した製品の熱量について測定した結果を表２に示す。処理済活性炭は汚泥乾燥物が保有する熱量より高い熱量を保有することから、処理済活性炭の添加率を多くすることで、製品の熱量を高める効果がある。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
以上から、本発明の固形燃料は、未使用の活性炭を用いた固形燃料と同等の臭い防止効果が得られるとともに前者以上の熱量を発生できることが分かる。
【００３９】
［実験例５］
水道水源を上水にするための浄水場で使用された活性炭（メジアン径：８１０μｍ、含水率：６０％）を、乾燥工程中の有機性汚泥に混合することで臭気除去性能の比較を行った。
嫌気性消化汚泥の含水率を１０５℃の乾燥機内で７０％、６０％、５０％、４０％、３０％及び２０％まで乾燥したものを調整し、それぞれ汚泥乾燥物として１０ｇ相当の汚泥に対し、上記処理済活性炭を、乾燥品（含水率２％）として５ｇ相当添加し、アルミホイルで作成したトレー内で混合した。それぞれの試料を再び１０５℃の乾燥機に入れ、使用済み活性炭及び有機性汚泥の混合物の含水率が４％となるよう、乾燥処理を施した。乾燥品を全量、５Ｌ容の臭気分析用袋に入れ、袋内に臭気除去処理を施した空気を充填した後、袋を３０℃で保存した。２４時間後、袋内の臭気指数を臭気センサーで分析した。
実験結果を図８に示す。活性炭無添加の条件では、袋内の臭気指数の値は５１であった。これに対して処理済活性炭を添加して乾燥処理を施した試料の臭気指数は、該活性炭添加時の汚泥含水率が７０％、６０％、５０％、４０％、３０％及び２０％の試料でそれぞれ３８、３６、３４、３１、２７、及び２８となった。特に、３０％前後の含水率の汚泥に該活性炭を添加した場合に臭気指数の低減効果が顕著であった。
以上から、含水率の高い使用済み活性炭を乾燥工程中の有機性汚泥に混合することで、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理と汚泥乾燥とを同時に行い、臭気の少ない固形燃料を得ることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…乾燥機、２…破砕機、３…混合機、４…ｐＨ調整機、１１…使用済み活性炭、１２…吸着能を向上する処理を施した使用済み活性炭、１３…有機性汚泥、１５…固形燃料、２１…熱源、３１…ｐＨ調整剤。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合工程を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）が含まれる、固形燃料製造方法。
【請求項２】
有機性汚泥と使用済み活性炭を混合する工程の後、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対して、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）を含む、固形燃料製造方法。
【請求項３】
前記吸着能向上工程は、前記使用済み活性炭の粒径を破砕処理前の粒径からメジアン径で３分の１以下となるように破砕する破砕工程を含む、請求項１又は２の固形燃料製造方法。
【請求項４】
前記吸着能向上工程は、前記使用済み活性炭の粒径を５０μｍ以下となるように破砕する破砕工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項の固形燃料製造方法。
【請求項５】
前記吸着能向上工程は、前記使用済み活性炭の含水率を３０％以下に調整する含水率調整工程を含む、請求項１〜４のいずれか１項の固形燃料製造方法。
【請求項６】
前記吸着能向上工程は、前記使用済み活性炭のｐＨを９．０以下に調整するｐＨ調整工程の他、請求項３又は４に記載の破砕工程、及び／又は請求項５に記載の含水率調整工程を含む、請求項１〜５のいずれか１項の固形燃料製造方法。
【請求項７】
使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。
【請求項８】
有機性汚泥と使用済み活性炭を混合する混合装置、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対して、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）を含む、固形燃料製造装置。
【請求項９】
前記吸着能向上装置は、前記使用済み活性炭の粒径を破砕処理前の粒径からメジアン径で３分の１以下、又は５０μｍ以下の粒径となるように破砕する破砕装置又は加圧・造粒装置を含む、請求項７又は８の固形燃料製造装置。
【請求項１０】
前記吸着能向上装置は、前記使用済み活性炭の含水率を３０％以下に調整する含水率調整装置を含む、請求項７〜９のいずれか１項の固形燃料製造装置。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１項の固形燃料製造方法又は請求項７〜１０のいずれか１項の固形燃料製造装置により製造された固形燃料。
【請求項１】
使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合工程を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）が含まれる、固形燃料製造方法。
【請求項２】
有機性汚泥と使用済み活性炭を混合する工程の後、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対して、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理を施す吸着能向上工程（ただし、高温処理を除く）を含む、固形燃料製造方法。
【請求項３】
前記吸着能向上工程は、前記使用済み活性炭の粒径を破砕処理前の粒径からメジアン径で３分の１以下となるように破砕する破砕工程を含む、請求項１又は２の固形燃料製造方法。
【請求項４】
前記吸着能向上工程は、前記使用済み活性炭の粒径を５０μｍ以下となるように破砕する破砕工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項の固形燃料製造方法。
【請求項５】
前記吸着能向上工程は、前記使用済み活性炭の含水率を３０％以下に調整する含水率調整工程を含む、請求項１〜４のいずれか１項の固形燃料製造方法。
【請求項６】
前記吸着能向上工程は、前記使用済み活性炭のｐＨを９．０以下に調整するｐＨ調整工程の他、請求項３又は４に記載の破砕工程、及び／又は請求項５に記載の含水率調整工程を含む、請求項１〜５のいずれか１項の固形燃料製造方法。
【請求項７】
使用済み活性炭を有機性汚泥と混合する混合装置を含み、使用済み活性炭に吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）が含まれることを特徴とする、固形燃料製造装置。
【請求項８】
有機性汚泥と使用済み活性炭を混合する混合装置、有機性汚泥と使用済み活性炭の混合物に対して、使用済み活性炭の吸着能を向上する処理を施す吸着能向上装置（ただし、高温処理装置を除く）を含む、固形燃料製造装置。
【請求項９】
前記吸着能向上装置は、前記使用済み活性炭の粒径を破砕処理前の粒径からメジアン径で３分の１以下、又は５０μｍ以下の粒径となるように破砕する破砕装置又は加圧・造粒装置を含む、請求項７又は８の固形燃料製造装置。
【請求項１０】
前記吸着能向上装置は、前記使用済み活性炭の含水率を３０％以下に調整する含水率調整装置を含む、請求項７〜９のいずれか１項の固形燃料製造装置。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１項の固形燃料製造方法又は請求項７〜１０のいずれか１項の固形燃料製造装置により製造された固形燃料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１９１５２（Ｐ２０１２−２１９１５２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４７８９（Ｐ２０１１−８４７８９）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（５９１０３０６５１）水ｉｎｇ株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（５９１０３０６５１）水ｉｎｇ株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
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