CN103547537B - 利用水热反应的污泥甲烷发酵处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供利用循环型的水热反应对污泥以良好的能量效率并且长时间稳定地进行甲烷发酵处理的方法及系统。本发明的方法是如下的方法，即，在将污泥（S）调整为规定含水率后，将调整含水率后的污泥（Sa）送入连结水热反应器（11）与气液分离器（12）的循环路（14a、14b），并且在规定温度·压力下循环规定时间而低分子化，使从循环路（14a、14b）中输出的低分子化污泥（Sc）滞留在发酵槽20中而进行甲烷发酵处理，该方法中，持续地检测循环路（14a、14b）内的水垢固着状况，根据该固着状况的变动来调整送入循环路（14a、14b）的污泥（Sa）的含水率。优选设置将循环路（14a、14b）内的污泥Sa的循环流量控制为规定流量的流量计（31）及流量控制阀（32），根据该流量控制阀（32）的开度来检测水垢固着状况，或者根据循环路（14a、14b）的表面温度来检测水垢固着状况。

Description

利用水热反应的污泥甲烷发酵处理方法及系统

技术领域

本发明涉及利用水热反应的污泥甲烷发酵处理方法及系统，尤其涉及将从下水处理场或废水处理场等排出的污泥利用水热反应加以低分子化后进行甲烷发酵处理的方法及系统。

背景技术

在下水处理场或化工厂、食品工厂等的废水处理场中，广泛地使用将下水·废水中的有机物加以微生物分解的活性污泥法，产生含有未分解有机物或繁殖了的微生物等固体成分的大量的生污泥及剩余污泥（以下将两者合并而简称为污泥）。污泥需要作为工业废弃物进行处置，以往大部分的污泥在脱水或焚烧后被进行填埋处理，然而最近从防止温暖化等观点考虑，要求避免焚烧处置等而进行减容化·减量化，作为其的一种方法，进行过可以在将污泥减容·减量的同时回收成为能源资源的甲烷气体的甲烷发酵处理技术的研究开发。虽然利用以往的甲烷发酵处理技术也可以将污泥分解为甲烷气体，然而由于在污泥中大量地含有来自于微生物的难分解固体成分，因此分解处理效率低，要分解为甲烷气体需要非常长的时间（例如15～30天以上的消化天数），由此存在设备的规模变大等问题。

为了提高借助甲烷发酵处理的污泥的分解处理效率，提出过在利用碱处理、臭氧处理、超声波处理等前处理将污泥加以低分子化后进行甲烷发酵处理的方案（例如参照专利文献1）。但是，这些前处理从耗能等观点考虑还没有达到经济收支均衡。针对于此，作为可以利用较小的耗能将污泥加以低分子化的前处理技术，水热反应（借助高温高压水的水解反应）受到关注。水热反应是使用了温度·压力低于水的临界点（374℃、22MPa）的具有接近常温水的300倍的离子积的高温高压水（以下有时称作热水）的水解反应，可以利用热水的水解作用将含有固体成分的污泥在短时间内分解为容易进行甲烷发酵的低分子，而另一方面，与超临界水反应相比分解力弱，可以在分解为无机物前取出有机物，因此可以说适合于污泥的前处理（参照专利文献2、3）。

例如专利文献2公开了如下的甲烷气体制造方法，即，如图5所示将贮存在供给罐6中的污泥料浆利用供给装置（高压泵等）7经由规定温度的加热器11a向水热反应装置10a供给而低分子化后，将从该低分子化处理物分理出的水相利用定量泵19a导入甲烷发酵槽20而进行甲烷发酵处理。例如将水热反应后的低分子化处理物暂时贮存在原料罐19中利用离心分离器（未图示）分离为油相－水相－固形相的3层，将分离出的水相导入甲烷发酵槽20。将甲烷发酵槽20中产生的甲烷气体经由管道回收到气体罐23中。图示例表示出将污泥料浆连续地低分子化处理的连续式的水热反应装置10a，然而也可以使用间歇式的水热反应装置。

另外，专利文献3公开过如图6所示使用了粉碎罐8a、供给罐6和循环型水热反应装置10的污泥的前处理方法。贮存在图示例的粉碎罐8a中的污泥在经由粉碎泵8b及三通阀8c（切换到粉碎罐8a侧）循环的同时粉碎为料浆状后，经由三通阀8c（切换到供给罐6侧）送向供给罐6，再经由供给装置（莫诺泵等）7及送入路9向水热反应装置10的循环泵14的吸入侧供给。图示例的循环型水热反应装置10由包含热交换器的水热反应器11、气液分离器12和循环泵14构成，在使所供给的污泥料浆在连结水热反应器11、气液分离器12和循环泵14的循环路中循环的同时低分子化。

图6中从送入路9连续地送入水热反应装置10的污泥料浆在由循环泵14在水热反应器11内的细管群（热交换器）的内部上升的同时利用与加热介质H的热交换达到水热反应的反应温度（以下有时称作热水温度）而被低分子化，经由上部连通管11a送入气液分离器12。水热反应器11与气液分离器12的压力差由均压管11b消除，气液分离器12的液面由控制装置15维持恒定。所以，随着来自水热反应器11的污泥的连续的送入，气液分离器12内的分解水溶液（被低分子化了的污泥）的一部分利用自压经由液面控制阀15a及溢出路15b向反应装置10的外部输出，剩下的分解水溶液由循环泵14再次送回水热反应器11内而循环。通过使循环路的内容积同污泥料浆的送入量x与分解水溶液的循环时间y的积（xy）一致，就可以将水热反应装置10内的污泥料浆的循环时间y维持恒定，使得向外部输出的分解水溶液为均一的浓度。图中的符号16表示气液分离器12的温度计，符号17表示带有泄压阀17a的压力表，符号18表示安全阀。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000－288594号公报

专利文献2：国际公开第2004/037731号小册子

专利文献3：日本特开2008－296192号公报

专利文献4：日本特开2000－167523号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，图5所示的连续式（或间歇式）的水热反应装置10a的问题在于，可以对浓度比较低的污泥料浆进行低分子化处理，然而不适合对高浓度地含有固体成分的污泥料浆进行低分子化处理。即，当如图5所示向one pass（through）方式的水热反应装置10a供给高浓度的污泥料浆时，因在装置内部发生固液分离而优先地排出液体成分，同时固体成分滞留在装置内部，故容易在从装置排出的污泥（被低分子化了的污泥）中产生浓度的不均。另外，滞留于装置内部的固体成分有可能与高温的内面接触而发生固着或焦糊。所以，使用了图5的水热反应装置10a的前处理必须在保持含有大量的水分的低浓度的状态下加热污泥，因此留下了在低分子化处理中需要较大的加热能量的问题。

与此相对，如图6所示的循环型的水热反应装置10也可以对含有固体成分的高浓度污泥料浆（例如固体成分率为30～70重量％的污泥料浆）进行低分子化处理。即，图6的水热反应装置10中，通过将连结水热反应器11与气液分离器12的循环路的内容积设为xy（＝污泥料浆的送入量x与分解水溶液的循环时间y的积），即使使料浆反复进行体系内循环也可以将循环路中的料浆滞留时间维持恒定，而且可以在循环路中产生比料浆中的固体成分的终端沉降速度快的流动（例如为终端沉降速度的数倍左右的速度的流动），从而避免上述的装置内部的固体成分的沉降·滞留。如果以图6的循环型的水热反应装置10作为前处理与图5的甲烷发酵槽20组合，则有望以较小的耗能将污泥低分子化，在经济上提高污泥的甲烷发酵处理效率。

但是，根据本发明人等的试验的实验，虽然在如图6所示的循环型的水热反应装置10中，的确可以将高浓度的污泥料浆以良好的能量效率低分子化，然而经历了：污泥料浆中的固体成分作为水垢慢慢地堆积在循环路的内面。即，即使如上所述地使循环路内的污泥料浆以比固体成分的终端沉降速度快的流速循环，也难以完全地防止固体成分的沉降·固着，水垢慢慢地沉降·固着在循环路内面，当水垢生长变大时，就可能剥离脱落而成为循环路的堵塞或其他的故障原因。所以，必须将循环型的水热反应装置10定期地停止运转而清洗固着在循环路内的水垢，然而为了确保尽可能长的运转持续时间，并且避免所不希望的堵塞等而稳定地维持运转，要求将循环路内的水垢的生长抑制得较低，从而防止在运转中剥离脱落。

所以，本发明的目的在于，提供可以利用循环型的水热反应以良好的能量效率并且长时间稳定地对污泥进行甲烷发酵处理的方法及系统。

解决问题的手段

参照图1及图2所示的实施例，本发明的利用水热反应的污泥甲烷发酵处理方法是如下的方法，即，在将污泥S调整为规定含水率后，将调整含水率后的污泥Sa送入连结水热反应器11与气液分离器12的循环路14a、14b，并且在规定温度·压力下循环规定时间而低分子化，使从循环路14a、14b中输出的低分子化污泥Sc滞留在发酵槽20中而进行甲烷发酵处理，该方法中，持续地检测循环路14a、14b内的水垢固着状况，根据该固着状况的变动来调整送入循环路14a、14b的污泥Sa的含水率。

另外，参照图1的框图及图2的实施例，本发明的利用水热反应的污泥甲烷发酵处理系统具备：将污泥S调整为规定含水率的含水率调整装置4、将调整含水率后的污泥Sa送入连结水热反应器11与气液分离器12的循环路14a、14b并且在规定温度·压力下循环规定时间而低分子化的循环型水热反应装置10、使从循环路14a、14b输出的低分子化污泥Sc滞留而进行甲烷发酵处理的发酵槽20、以及持续地检测水热反应装置10的循环路14a、14b内的水垢固着状况的检测装置30，根据由检测装置30检测出的固着状况的变动来利用调整装置4调整污泥Sa的含水率。

优选如图1（A）所示，将检测装置30设为将循环路14a、14b内的污泥Sa的循环流量控制为规定流量的流量计31及流量控制阀32，根据该流量控制阀32的开度来检测循环路14a、14b内的水垢固着状况。或者也可以如图1（B）所示，将检测装置30设为测量循环路14a、14b的表面温度的温度计35，根据该循环路14b的表面温度来检测循环路14a、14b内的水垢固着状况。

更优选如图示例所示，设置对水热反应装置10的循环路14a、14b的内部进行水置换清洗或化学清洗的清洗装置40，取代上述的污泥Sa的含水率的调整，或者与之一起地，根据固着状态的变动驱动清洗装置40。

发明效果

本发明的利用水热反应的污泥甲烷发酵处理方法及系统在使污泥S滞留在发酵槽20中而进行甲烷发酵处理之前，将处理对象的污泥S利用含水率调整装置4调整为规定含水率，将调整含水率后的污泥Sa送入连结水热反应器11与气液分离器12的循环路14a、14b并且在规定温度·压力下循环规定时间而进行低分子化，同时持续地检测循环路14a、14b内的水垢固着状况，根据该固着状况的变动来利用调整装置4调整污泥Sa的含水率，因此可以起到如下的效果。

（a）通过根据水热反应装置10内的水垢固着状况的变动，在防止水垢的生长的同时尽可能以将加热能量抑制得较低的方式调整含水率，就可以将污泥以最佳的能量效率长时间稳定地低分子化。

（b）另外，虽然水热反应装置10内的水垢固着状况能随着污泥S的粘性以及种类而变化，然而通过根据水垢固着状况的变动调整污泥S的含水率，就可以将各种污泥S分别以良好的能量效率进行低分子化。

（c）如果在水热反应装置10的循环路14a、14b中设置流量控制阀32或温度计35，则可以不用停止、打开反应装置10，而是根据流量控制阀32的开度或温度计35的测量值来精度优良地推测水垢固着状况。

（d）另外，如果设置对循环路14a、14b的内部进行水置换清洗或化学清洗的清洗装置40，则通过根据水垢固着状况适当地驱动清洗装置40，就可以在最佳的时期实施反应装置10的清洗。

附图说明

以下，参照附图对用于实施本发明的方式及实施例进行说明。

图1是本发明的污泥甲烷发酵处理方法的一个实施例的框图。

图2是本发明的污泥甲烷发酵处理方法的另一个实施例的框图。

图3是表示根据水热反应装置的循环路的表面温度来检测循环路内的水垢固着状况的方法的原理的说明图。

图4是本发明的水热反应装置的清洗控制方法的流程图的一例。

图5是以往的利用了水热反应的甲烷发酵处理方法的一例的说明图。

图6是以往的利用了水热反应的甲烷发酵处理方法的另一例的说明图。

具体实施方式

图2表示例如在下水处理场1中产生的下水污泥S的减容·减量化中应用了本发明的甲烷发酵处理系统的实施例。图示例的系统具有调整污泥S的含水率的含水率调整装置4、循环型的水热反应装置10和甲烷发酵槽20。将下水处理场1中产生的生污泥及剩余污泥S（例如含水率约97％）暂时贮存在混合污泥槽2中，利用含水率调整装置4调整为适合于水热反应装置10的规定含水率后，将调整含水率后的污泥Sa（以下有时称作浓度调整污泥Sa）经由供给罐6向反应装置10供给。在含水率调整装置4中产生来自污泥S的分离液（滤液）的情况下，该滤液不经过水热反应，而是经由原料罐19直接导入甲烷发酵槽20。优选如图示例所示在含水率调整装置4中包括絮凝剂添加装置5，将污泥S中的小粒径的固体成分尽可能地絮凝后送向水热反应装置10，防止固体成分与滤液被一起直接导入甲烷发酵槽20。

图示例的含水率调整装置4通常为将高含水率的污泥S脱水而浓缩的真空脱水机、离心分离机、压滤机（加压脱水机）等浓缩装置，然而根据需要也可以设置为向低含水率的污泥S中加水稀释的供水装置，还可以包含浓缩装置·供水装置两种装置。将用调整装置4调整了含水率的浓度调整污泥Sa暂时贮存在供给罐6后，利用莫诺泵等供给装置7每次一定量地连续送入后述的水热反应装置10。根据需要也可以在供给装置7中设置粉碎装置8或搅拌装置6a（参照图6），在向反应装置10供给前先将浓度调整污泥Sa中的固体成分适当地粉碎或搅拌。另外，也可以参照图6如上所述地包含粉碎罐8a及粉碎泵8b，在将来自调整装置4的浓度调整污泥Sa用粉碎罐8a及粉碎泵8b粉碎后贮存在供给罐6中。通过将浓度调整污泥Sa粉碎而减小固体成分的粒径D_ｐ，就可以减小以下所述的固体成分的终端沉降速度u，从而使得难以产生反应装置10的内部的固体成分的沉降·固着。

图1表示将图2的循环型水热反应装置10放大显示的甲烷发酵处理系统的说明图。图示例的反应装置10与图6的情况相同，具有将浓度调整污泥Sa在规定压力下加热为规定温度（水热反应的热水温度）的水热反应器11、气液分离器12、循环泵14和连结它们的循环路14a、14b，通过将从送入路9以送入量x送入该循环泵14的入口侧（吸入侧）的循环路14a的浓度调整污泥Sa在水热反应器11与气液分离器12之间仅循环规定时间y，而将其低分子化。

例如，通过将水热反应器11设定为反应压力0.72～8.7MPa、热水温度160～300℃的范围，以使循环时间y为15～120分钟的方式设定相对于循环路14a、14b内（接液部）的有效内容积V（＝xy）的供给装置7的送入量x，就可以将浓度调整污泥Sa有效地低分子化（参照专利文献3），然而当提高循环路内的温度·压力时，水热反应的耗能也会变大。本发明人等发现，为了提高水热反应装置10的能量效率，有利的做法是，将循环路14a、14b内的热水温度限制在较低的160～200℃的范围内，压力也限制在较低的1MPa左右，用30～90分钟左右的足够的时间将污泥Sa低分子化。

图示例的水热反应装置10将水热反应器11与能量转换装置25（例如锅炉等）连接，在能量转换装置25中将由后述的甲烷发酵槽20回收的甲烷气体G转换为加热介质（例如蒸汽、热媒油等）H的加热能量而向水热反应器11供给，利用与该加热介质H的热交换将循环路14a、14b内的浓度调整污泥Sa加热为160～200℃（例如180℃左右）的热水温度。另外，在气液分离器12中设置将循环路14a、14b内维持为1MPa左右的带有压力阀17a的压力表17（参照图6），根据来自供给装置7的污泥Sa的送入量x，将循环路14a、14b内的循环时间y维持为30～90分钟左右。

另外，为了避免在水热反应装置10内浓度调整污泥Sa中的固体成分沉降·固着，将循环路14a、14b内的浓度调整污泥Sa的循环速度v设定为大于污泥中的固体成分的终端沉降速度u（v＞u）。一般来说，固体成分的终端沉降速度u可以使用重力加速度g、热水的密度ρ_ｆ及粘度μ_ｆ、以及悬浮在其中的固体成分的粒径D_ｐ及密度ρ_ｐ，利用基于斯托克斯公式的（1）式算出。本发明人等在实验中发现，为了防止在反应装置10的内部的固体成分的沉降·固着，有效的做法是，将反应装置10的循环速度v设为固体成分的终端沉降速度u的1.3倍以上。

u＝g·D_ｐ ²·（ρ_ｐ－ρ_ｆ）/18μ_ｆ………………………………（1）

（1）式显示出，固体成分的密度ρ_ｐ越高，或者粒径D_ｐ越大，则终端沉降速度u越大。通常的浓度调整污泥Sa中的固体成分可以估计为密度ρ_ｐ＝3500～1000（kg/m³）、粒径D_ｐ＝0.5～0.1（mm）左右，因此例如当根据180℃的热水的物性以密度ρ_ｆ＝886.9（kg/m³）、粘度μ_ｆ＝1.54×10^－4（kg/m·sec）进行计算时，终端沉降速度u为最低0.004～最高2.32（m/sec）的范围。所以，例如在设定为180℃左右的水热反应装置10中，基于上述的本发明人等的实验中的见解，如果将循环速度v设为2.32×1.3≒3（m/sec）以上，就可以将循环路14a、14b内部的固体成分的沉降·固着抑制得较小。

图示例的水热反应装置10在循环泵14的喷出侧（delivery side）的循环路14b中设置流量计31及流量控制阀32，利用与该流量计31及流量控制阀32连接的流量控制装置33，将循环路14a、14b内的浓度调整污泥Sa的循环速度v控制为固体成分的终端沉降速度u的1.3倍以上、或者最低也为3（m/sec）以上的设定速度。即，利用流量计31测定循环路14b内的循环速度v，以使该速度v达到设定速度的方式控制流量控制阀32的开度（例如借助节流阀的循环路14b的截面积）。

为了实现循环型水热反应装置10的进一步的能量效率的提高，最好利用含水率调整装置4调整浓度调整污泥Sa的含水率。例如在反应装置10中可以对将含水率调整为含水率85～95％的范围的污泥Sa进行低分子化处理，然而越是降低浓度调整污泥Sa的含水率，则越可以将反应装置10的加热能量抑制得较低。但是，如上所述即使是循环型的反应装置10也无法避免水垢慢慢地沉降·固着在循环路14a、14b的内面，根据本发明人等的试验性的实验，虽然根据水热反应的热水温度Ｔ而不同，然而越是降低浓度调整污泥Sa的含水率，则粘性（以及摩擦力）越大，因此水垢容易固着在循环路14a、14b的内面。

图示例的水热反应装置10通过持续地检测循环路14a、14b的内面的水垢固着状况，根据该水垢固着状况借助含水率调整装置4调整或切换浓度调整污泥Sa的含水率，来控制循环路14a、14b内面的水垢的厚度（或生长速度）。为了检测固着在循环路14a、14b内的水垢固着状况，作为原始的方法也可以在循环路14a、14b中设置检测窗，适当地开闭该检测窗并利用目视等确认，然而优选在循环路14a、14b上设置适当的检测装置30。例如如图1（A）所示将设于循环路14b中的流量计31及流量控制阀32作为检测装置30，根据该流量控制阀32的开度求出循环路14a、14b内的压力损失的增加量，根据该增加量可以不用停止、打开反应器10，而是利用运算来检测水垢厚度（或生长速度）。

另外，图1（B）表示将测量循环路14a、14b的表面温度（铁皮温度）的温度计35作为水垢固着状况的检测装置30的本发明的另一个实施例。如图3（A）所示在循环路14a、14b的内面没有固着水垢的洁净的状态时，循环路14a、14b的内部温度（例如180℃）根据配管内侧的界膜的传热系数h和配管的热导率而降温，循环路14a、14b的表面温度变为（内部温度－α）℃。与此相对，如图3（B）所示在循环路14a、14b的内面固着有水垢时，内部温度（例如180℃）根据配管内侧的界膜的传热系数h、水垢的热导率λ′和配管的热导率λ而降温，表面温度变为（内部温度－β）℃。即，循环路14a、14b的表面温度低于内部温度，该降温差因水垢的固着而必然变大（β＞α）。配管内侧的界膜传热系数h、水垢及配管的热导率λ′、λ可以根据反应装置10的运转条件、浓度调整污泥Sa的性状等利用运算、分析来求出，因此如果使用该运算值、分析值，则可以根据表面温度（铁皮温度）与内部温度的降温差β，不停止、打开反应器10地通过运算检出水垢厚度（或生长速度）。

更优选通过根据图1（A）所示的流量控制阀32的开度和图1（B）所示的循环路14a、14b的表面温度两者来检测水垢固着状况，由此早期地精度良好地检测反应装置10内的水垢固着状况的变动。图示例的水热反应装置10设有通过输入由固着状况检测装置30检出的水垢固着状况（例如水垢厚度或生长速度）的信号而控制含水率调整装置4的控制装置38。例如在利用调整装置4将浓度调整污泥Sa的初始含水率设定为90～92％左右后开始水热反应装置10的运转，在水垢厚度（或生长速度）为规定容许值以下时维持初始含水率，在水垢厚度（或生长速度）超过规定容许值时借助控制装置38将利用含水率调整装置4的浓度调整污泥Sa的含水率切换为93～95％左右。但是，控制装置38在本发明中并非必需的，例如也可以基于检测装置30的检测结果手动地切换含水率调整装置4。

图示例的循环型水热反应装置10中，如果在1MPa的压力下将浓度调整污泥Sa加热为160～200℃的同时以3（m/sec）以上的流速循环30～90分钟左右，就可以将从气液分离器12的液面控制阀15a（参照图6）经由溢出路15b向反应装置10的外部输出的分解水溶液（被低分子化了的浓度调整污泥）Sb制成适合于甲烷发酵处理的分解性高的低分子有机物。将利用水热反应装置10低分子化了的污泥Sb（以下有时称作低分子化污泥Sb）经由原料罐19与含水率调整装置4的滤液一起导入甲烷发酵槽20（参照图2）。

图2的甲烷发酵槽20具有将甲烷发酵微生物群保持为高浓度的微生物固定床21，通过使所导入的低分子化污泥Sb滞留所需时间来与甲烷发酵微生物群接触，由此分解成甲烷气体G。例如可以在发酵槽20内填充玻璃纤维或碳纤维制的微生物载体而制成固定床21（参照专利文献4）。如上所述为了对低分子化前的污泥S进行甲烷发酵处理，需要使之在发酵槽20内滞留15～30天以上，低分子化污泥Sb即使是3～5天的滞留时间，也可以将固体成分的分解率设为几乎是最大值（50％）。另外，可以在甲烷发酵槽20中设置将低分子化污泥Sb保持为甲烷发酵微生物群的活性温度的保温装置（未图示），利用该保温装置将发酵槽20内的低分子化污泥Sb维持为适合于甲烷发酵微生物的发酵温度，例如中温（37℃左右）或高温（55℃左右）（参照专利文献4）。但是，本发明中所用的甲烷发酵槽20并不限定于图示例，也可以取代固定床而设为浮游床方式。

如图2所示，将甲烷发酵槽20中产生的甲烷气体G经由气体管线取出，根据需要用脱硫器脱硫后，贮存在气体罐23中。贮存在气体罐23中的甲烷气体G可以利用上述的能量转换装置25（例如锅炉等）转换为加热介质（例如蒸汽、热媒油等）H的加热能量而用于水热反应装置10的加热。另外，在甲烷气体G的回收后残存于甲烷发酵槽20中的消化污泥经由返送罐27送向脱水机28，滤液作为返流水D回到下水处理场1，将剩下的脱水污泥Sd利用与以往的污泥S相同的方法处置。通过例如利用图1的实施例将从下水处理场1排出的下水污泥S用本发明的系统进行甲烷发酵处理，就可以利用脱水机28将脱水污泥Sd减容·减量为下水污泥S的1/3～1/5。

本发明由于根据水热反应装置10内的水垢固着状况的变动来调整污泥S的含水率，因此可以在防止水垢的生长的同时尽可能地将水热反应的必需能量抑制地较低，可以将污泥以高能量效率长时间稳定地低分子化。另外，通过提高水热反应装置10的能量效率，利用从甲烷发酵槽20回收的甲烷气体的能量来供应水热反应装置10的必需能量，有望形成可以能量自给地将污泥S减容·减量的系统。此外，虽然水热反应装置10内的水垢固着状况能随着污泥S的粘性以及种类而变化，然而通过根据水垢固着状况来调整污泥S的含水率，可以无论种类如何，将各种污泥S分别以高能量效率进行低分子化。

像这样就可以实现本发明的目的，即，提供“可以利用循环型的水热反应将污泥以良好的能量效率并且长时间稳定地进行甲烷发酵处理的方法及系统”。

实施例1

图1及图2的实施例设有对水热反应装置10的循环路14a、14b的内部进行水置换清洗或化学清洗的清洗装置40，可以根据借助上述的固着状况检测装置30的水垢固着状况的检测来驱动清洗装置40。如上所述，循环型的水热反应装置10中需要定期地清洗固着在循环路内的水垢，然而通过根据借助检测装置30的水垢固着状况的检测来驱动清洗装置40，就可以不停止、打开反应装置10地判断清洗的需要与否，可以在最佳的时期实施反应装置10的清洗。

图示例的清洗装置40具有经由切换阀41与水热反应装置10的送入路9连接的注入路、和经由切换阀42与水热反应装置10的溢出路15b连接的抽出路。在对循环路14a、14b进行水清洗时，一边持续水热反应装置10的运转，一边切换切换阀41而向送入路9以规定时间连续地注入清洗水W，通过切换切换阀42而将清洗水W仍以水热状态利用one pass（through）方式从溢出路15b中向体系外排出（downflow），由此对循环路14a、14b内进行水置换。在对循环路14a、14b进行化学清洗时，在停止水热反应装置10的运转后切换切换阀41、42而将送入路9及溢出路15b分别与清洗装置40连接，从清洗装置40向循环路14a、14b内注入药品W而循环规定时间。

根据本发明人等的试验性实验，通过实施2小时左右的装置内部的水置换（清洗水W的连续的注入），可以将固着在循环路14a、14b中的通常的水垢基本上剥离（参照图4的流程图的步骤S105）。所以，在水置换后通过使切换阀41、42恢复原样而将送入路9及溢出路15b与供给罐6及原料罐19再次连接，就可以再次开始上述的初始含水率（90～92％左右）的浓度调整污泥Sa的水热反应。即使在水垢较牢固地层叠在循环路14a、14b内的情况下，例如也可以通过实施2小时左右的过氧化氢系的化学清洗（药品W的循环）而将其基本上剥离（参照步骤S106）。

另外，图示例的清洗装置40（及切换阀41、42）与上述的含水率调整装置4的控制装置38连接，利用控制装置38控制水置换清洗或化学清洗的时机。图4表示借助控制装置38的对含水率调整装置4及清洗装置40的控制的流程图的一例。相同流程图中，在将含水率调整装置4设定为初始含水率（90～92％左右）后开始水热反应装置10的运转（参照步骤S101），控制装置38基于固着状况检测装置30的检测值（水垢厚度或生长速度）判断循环路14a、14b内的异常倾向（清洗的需要与否）（参照步骤S102）。例如在如上所述水垢厚度（或生长速度）为规定容许值以下时，判断为没有异常，继续初始含水率的通常运转，在超过规定容许值时，根据异常的程度（水垢厚度或生长速度的检测值）来判断含水率调整装置4或清洗装置40的驱动的需要与否（参照步骤S103）。

图4的流程图的步骤S103基于固着状况检测装置30的检测值（水垢厚度或生长速度）将异常水平分为3个阶段。例如，在检测值超过规定容许值而小于规定极限值（水平1）时，在利用控制装置38控制含水率调整装置4将浓度调整污泥Sa的含水率切换为93～95％左右的同时，继续水热反应装置10的运转（步骤S104）。另外，在检测值为规定极限值以上然而小于规定异常值（水平2）时，在继续水热反应装置10的运转的同时，切换切换阀41、42而注入清洗水W，利用水置换来清洗反应装置10的循环路14a、14b的内部（步骤S105）。在检测到规定异常值以上的水垢厚度（或生长速度）时（水平3），停止水热反应装置10的运转而利用清洗装置40对循环路14a、14b的内部进行化学清洗（步骤S106）。

如果是通常的水垢固着，则可以利用循环路14a、14b的2小时左右的水置换实现水热反应装置10的恢复，在水置换后通过将切换阀41、42恢复原样可以立即恢复到初始含水率的正常运转（步骤S101），因此不需要停止水热反应装置10的运转。所以，通过在适当地进行借助含水率调整装置4的污泥Sa的含水率调整（步骤S104）的同时，以10天～1月中1次左右的频率进行循环路14a、14b的水置换清洗（步骤S105），就可以使水热反应装置10长时间稳定地工作（连续运转），循环路14a、14b的化学清洗（步骤S106）只要以半年到1年中1次左右的频率或在发生无法预计的异常的水垢固着时进行即可。

符号说明

1…下水处理装置

2…混合污泥槽

4…含水率调整装置

5…絮凝剂添加装置

6…供给罐

6a…搅拌装置

6b…压力表

6c…泄压阀

7…供给装置

8…粉碎装置

8a…粉碎罐

8b…粉碎泵

8c…三通阀

9…送入路

10…水热反应装置

11…水热反应器

11a…连通管

11b…均压管

11c…细管

12…气液分离装置

14…循环泵

15…液面控制装置

15a…液面控制阀

15b…溢出路

16…温度计

17…压力表

17a…泄压阀

18…安全阀

19…原料罐

19a…定量泵

20…甲烷发酵槽

21…微生物固定床

23…气体罐

25…能量转换装置

25a、25b…热媒流路

25c…疏水阀

27…返送罐

28…脱水机

30…固着状况检测装置

31…流量计

32…流量控制阀

33…流量控制装置

34…温度传感器

35…温度计（测量器）

38…控制装置

40…清洗装置

41、42…切换阀

G…甲烷气体

S…污泥

Sa…浓度调整污泥

Sb…低分子化污泥

Sc…减容·减量污泥

Sd…脱水污泥

D…返流水

W…清洗水或药品

Claims (6)

1.一种利用水热反应的污泥甲烷发酵处理方法，其是如下的方法，即，

在将污泥调整为规定含水率后，将调整含水率后的污泥送入连结水热反应器与气液分离器的循环路，并且在规定温度和压力下循环规定时间而低分子化，使从所述循环路中输出的低分子化污泥滞留在发酵槽中而进行甲烷发酵处理，该方法中，

在将污泥的含水率设定为规定含水率后，持续地检测所述循环路内的水垢的厚度或生长速度，在该厚度或生长速度超过规定容许值时将送入所述循环路的污泥的含水率改变成比规定含水率高的含水率，

其中，在所述循环路内的水垢的厚度或生长速度超过规定容许值的情况下，低于所述界限值时进行所述污泥的含水率的切换，在虽然为界限值以上但低于所述异常值时对所述循环路的内部进行水置换清洗，在所述异常值以上时对所述循环路的内部进行化学清洗。

2.根据权利要求1所述的利用水热反应的污泥甲烷发酵处理方法，其中，

设置将所述循环路内的污泥循环流量控制为规定流量的流量计及流量控制阀，根据所述流量控制阀的开度来检测循环路内的水垢的厚度或生长速度。

3.根据权利要求1所述的利用水热反应的污泥甲烷发酵处理方法，其中，

测量所述循环路的表面温度，根据所述循环路的表面温度来检测循环路的水垢的厚度或生长速度。

4.一种利用水热反应的污泥甲烷发酵处理系统，

其具备：将污泥调整为规定含水率的含水率调整装置、将所述调整含水率后的污泥送入连结水热反应器与气液分离器的循环路并且在规定温度和压力下循环规定时间而低分子化的循环型水热反应装置、使从所述循环路中输出的低分子化污泥滞留而进行甲烷发酵处理的发酵槽、以及持续地检测所述水热反应装置的循环路内的水垢的厚度或生长速度的检测装置，利用所述调整装置将污泥的含水率设定为所述含水率后，根据由所述检测装置检测出的水垢的厚度或生长速度超过规定容许值时利用所述调整装置将污泥的含水率改变成比规定含水率高的含水率，

在所述循环路内的水垢的厚度或生长速度超过规定容许值的情况下，低于所述界限值时进行所述污泥的含水率的切换，在虽然为界限值以上但低于所述异常值时利用所述清洗装置对循环路的内部进行水置换清洗，在所述异常值以上时利用所述清洗装置对循环路的内部进行化学清洗。

5.根据权利要求4所述的利用水热反应的污泥甲烷发酵处理系统，其中，

将所述检测装置设为将所述循环路内的污泥循环流量控制为规定流量的流量计及流量控制阀，根据所述流量控制阀的开度来检测循环路内的水垢的厚度或生长速度。

6.根据权利要求4所述的利用水热反应的污泥甲烷发酵处理系统，其中，

将所述检测装置设为测量所述循环路的表面温度的温度计，根据所述循环路的表面温度来检测循环路内的水垢的厚度或生长速度。