JP2002119996A - し尿および／または浄化槽汚泥の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 し尿および／または浄化槽汚泥を高濃縮しな
くても少ないエネルギーで水熱反応により高分解率で酸
化分解して無害化することができ、合わせて下水汚泥お
よび／または生ごみを処理できるとともに、装置の腐食
やスケール化を防止することができ、かつ処理水の再利
用も可能なし尿および／または浄化槽汚泥の処理方法お
よび装置を提案する。 【解決手段】 し尿および／または浄化槽汚泥からなる
第１の被処理物１０を、濃縮装置２で蒸発濃縮し、凝縮
水３１は膜分離装置４、吸着槽５で処理して処理水３９
を得、濃縮物３０は混合槽７に導入し、下水汚泥および
／または生ごみからなる第２の被処理物槽６と混合し、
混合汚泥を酸化剤５５とともに水熱反応装置８に導入し
て超臨界または亜臨界状態で水熱反応を行い、有機物を
酸化分解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はし尿および／または
浄化槽汚泥を水熱反応により処理する方法および装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】し尿は家庭、施設等からバキューム車で
汲み取ってし尿処理場に集められ、集中的に処理されて
いる。家庭、施設等にし尿の浄化槽が設置される場合は
浄化槽汚泥をバキューム車で汲み取ってし尿処理場に集
められ、し尿と混合して処理されている。このようなし
尿処理場におけるし尿および／または浄化槽汚泥の処理
方法は、嫌気性処理、好気性処理等の生物学的処理方法
が一般的である。

【０００３】一方、下水処理汚泥等の有機性汚泥の処理
方法として、超臨界における水熱反応による処理方法が
提案されている。水熱反応は水の超臨界または亜臨界状
態で、被反応物を酸化反応や加水分解反応させて廃棄物
を分解したり、エネルギーを生成したり、化学物質を製
造したりする方法である。下水処理汚泥等の有機性汚泥
の場合、水の超臨界または亜臨界状態で有機物を含む被
反応物と、酸化剤を反応させることにより酸化反応を生
じさせ、被反応物中の有機物を短時間で、ほぼ完全に分
解することができる。

【０００４】このように水熱反応により被反応物中の有
機物を酸化分解する場合、被反応物、酸化剤、水を加
圧、加熱し反応器へ供給して酸化反応させる。この場
合、被反応物に予め適正量の水を含む場合は、水を供給
する必要はない。反応の結果、有機物は酸化分解され、
水と二酸化炭素からなる高温高圧の液体と、乾燥または
スラリー状態の灰分や塩類等の固体を含む反応生成物が
得られる。反応生成物のうち固体は固液分離装置によっ
て分離される。固体を分離した流体はエネルギー回収さ
れるか、冷却、減圧され、ガス分と液分とに分離され
る。

【０００５】し尿および／または浄化槽汚泥については
前述のように、一般的には生物処理法で処理されている
のが現状であるが、生物処理では汚泥が発生するため、
完全分解できる水熱反応処理の検討がなされている。例
えば「水熱反応による未来型環境装置システムに関する
調査研究報告書」（平成９年３月、財団法人 機械シス
テム振興協会）では、酸素ガス加圧下、２〜１０ＭＰａ
の圧力、３００℃以上の温度で酸化すると、ＣＯＤ_Mnで
９０％以上の分解率であるが、２２〜２５ＭＰａ、５０
０℃の超臨界水熱反応による酸化ではＴＯＣで９７％以
上の分解率が得られることが報告されている。ここで
は、し尿および／または浄化槽汚泥を水熱反応により処
理する場合、３００〜５００℃では未分解の有機分が残
留している。また、特にアンモニアの分解が困難で、完
全分解するには５００℃以上の反応温度が必要であると
報告されている。なお、Decomposition of Municipal S
ludge by Supercritical Water Oxidation, Goto, M.
ら、Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol.
30, No.5, P.813-818(1997)では、アンモニアの分解に
６００℃以上が必要であると報告されている。

【０００６】しかし、し尿および／または浄化槽汚泥を
水熱反応により酸化した際の反応熱では流体の温度は３
００℃程度にしか達していない。このため従来技術では
完全分解を達成するために高い反応温度、例えば６００
〜６５０℃の反応を行うには、外部熱源で反応器を加熱
するか、あるいはし尿および／または浄化槽汚泥を予熱
するかが必要であり、そのために多量の灯油などの補助
燃料を添加する必要があった。

【０００７】また、し尿および／または浄化槽汚泥を濃
縮する場合、発泡、粘性等により高濃縮は困難であっ
た。さらにし尿および／または浄化槽汚泥には、リン
酸、カルシウム、マグネシウムが含まれているため、水
熱反応装置のリン酸による腐食、リン酸とカルシウムや
マグネシウムとのスケールが発生するなどの問題点があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、し尿
および／または浄化槽汚泥を高濃縮しなくても少ないエ
ネルギーで水熱反応により高分解率で酸化分解して無害
化することができ、合わせて下水汚泥および／または生
ごみを処理できるとともに、装置の腐食やスケール化を
防止することができ、かつ処理水の再利用も可能なし尿
および／または浄化槽汚泥の処理方法および装置を提案
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は次のし尿および
／または浄化槽汚泥の処理方法および装置である。 （１） し尿および／または浄化槽汚泥からなる第１の
被処理物を蒸発濃縮させる濃縮工程と、第１の被処理物
の濃縮物と、下水汚泥および／または生ごみからなる第
２の被処理物とを混合する混合工程と、混合汚泥を水の
超臨界または亜臨界状態で水熱反応により酸化分解する
水熱反応工程とを含むし尿および／または浄化槽汚泥の
処理方法。 （２） 濃縮工程は種晶を添加して蒸発濃縮を行う上記
（１）記載の方法。 （３） 水熱反応工程は６００℃以上で酸化分解を行う
上記（１）または（２）記載の方法。 （４） し尿および／または浄化槽汚泥からなる第１の
被処理物を蒸発濃縮する濃縮装置と、第１の被処理物の
濃縮物と、下水汚泥および／または生ごみからなる第２
の被処理物とを混合する混合器と、混合汚泥を水の超臨
界または亜臨界状態で水熱反応により酸化分解する水熱
反応装置とを含むし尿および／または浄化槽汚泥の処理
装置。 （５） 濃縮装置は加熱した被処理物を熱交換器に循環
通液して蒸発させ、発生蒸気を圧縮して熱交換器に供給
して、循環する被処理物を加熱するものである上記
（４）記載の装置。

【００１０】本発明において処理の対象となる第１の被
処理物はし尿および／または浄化槽汚泥である。し尿は
家庭または施設等からバキューム車で汲み取られた生し
尿またはその前処理物などがあげられる。浄化槽汚泥は
家庭または施設等において、し尿処理用に設置される浄
化槽に堆積する汚泥であって、し尿と同様にバキューム
車で汲み取って集められる汚泥またはその前処理物など
があげられる。これらのし尿および浄化槽汚泥は両者を
任意の割合で混合して被処理物としてもよく、また別々
に被処理物としてもよい。

【００１１】第２の被処理物の下水汚泥は下水処理から
発生する汚泥であり、初沈汚泥や生物処理の余剰汚泥な
どが含まれ、脱水前のスラリー状のものでも、脱水した
ケーキ状のものでもよい。生ごみは厨芥のような食品屑
を含む可燃性のゴミであり、食品屑以外の可燃性のごみ
を含んでいてもよい。このような下水汚泥および／また
は生ごみからなる第２の被処理物は第１の被処理物に比
べて含水率が低い。これらは両者を任意の割合で混合し
て被処理物としてもよく、また別々に被処理物としても
よい。

【００１２】本発明では上記のし尿および／または浄化
槽汚泥からなる第１の被処理物を濃縮工程において蒸発
濃縮する。濃縮工程で使用する濃縮装置は被処理物を蒸
発により濃縮できるものであれば制限なく、液膜式、浸
管式、フラッシュ式など、任意の濃縮装置を用いること
ができるが、加熱した被処理物を熱交換部に循環通液し
て蒸発させ、発生蒸気を必要によりミストを除去して圧
縮し、熱交換部に供給することにより、循環する被処理
物を加熱する循環式のものが好ましい。このような循環
式の濃縮装置は最初に加熱を行えば、その後は圧縮のた
めのエネルギーを加えるだけで蒸発濃縮を行うことがで
き好ましい。第１の被処理物の加熱に必要な熱は濃縮装
置および／または水熱反応装置から排出される処理物か
ら回収して使用することができる。

【００１３】第１の被処理物は粉砕装置により粉砕して
均質化し、蒸発濃縮を行うのが好ましい。粉砕手段とし
てはポンプや粉砕機が使用できる。通常１ｍｍ程度に粉
砕することにより伝熱管の閉塞を防止できる。このよう
な被処理物をｐＨ７以上で蒸発濃縮すると、水とともに
アンモニアが蒸発して蒸気側に移行する。また塩酸、硫
酸等の酸や酸性塩の添加によりｐＨ６以下に調整して蒸
発濃縮を行うと、アンモニアの蒸発を防止するととも
に、発泡を防止して消泡剤の使用量を少なくすることが
できる。本発明では任意のｐＨで濃縮を行うことができ
る。ｐＨ７以上で濃縮を行うと発泡が起こる場合がある
ので、発泡剤を添加するのが好ましい。

【００１４】濃縮工程において種晶を添加して蒸発濃縮
を行うと、第１の被処理物中のリン酸、カルシウム、マ
グネシウム等が種晶上に析出するため、濃縮装置および
水熱反応装置の腐食およびスケール化を防止することが
できる。種晶としては特に制限はなく、硫酸カルシウ
ム、リン酸カルシウムなどが使用できる。このような種
晶その他の固形物は濃縮工程後に除去してもよく、また
除去することなく水熱反応を行い、その後除去してもよ
い。

【００１５】濃縮工程における濃縮倍率は任意である
が、濃縮物を下水汚泥および／または生ごみと混合した
とき水熱反応工程において、含まれる有機物の酸化によ
り６００℃以上に維持できる程度の濃度まで濃縮するの
が好ましく、これにより補助燃料なしに水熱反応を行う
ことができる。濃縮倍率を高めすぎると濃縮物の流動性
が低下する場合があるが、濃縮倍率を低くしても下水汚
泥および／または生ごみを混合することにより、補助燃
料の使用量を少なくすることができる。

【００１６】上記により生成する濃縮物は混合工程に送
られる。蒸発した蒸気の凝縮水にも有機物、アンモニ
ア、固形物等の不純物が移行しているので、逆浸透膜を
用いる膜分離等により有機物その他の不純物を濃縮し、
その濃縮液を混合工程へ送ることができる。膜分離によ
る透過液は活性炭処理等により有機物その他の不純物を
除去することにより回収、使用することができる。

【００１７】濃縮工程においてｐＨ７以上で蒸発を行う
とアンモニアが蒸発し、またｐＨ６以下で蒸発濃縮を行
うと、アンモニアの蒸発は抑制されるが、それでも一部
のアンモニアは蒸発し、その一部は凝縮水に移行する。
これらの場合蒸発したアンモニアの分解装置を設けるこ
とができる。アンモニア分解工程としては触媒分解装置
が好ましく、蒸気または凝縮水の状態で酸化剤の存在下
に触媒層を通すことにより、アンモニアを分解すること
ができる。触媒としては貴金属類を担持させた触媒、好
ましくは白金担持アルミナ触媒が望ましく、蒸気の状態
で分解する場合は３００〜４００℃、凝縮させてから分
解するためには１５０〜２００℃が好適である。アンモ
ニア等が分解されるので、凝縮水は洗浄水等として再利
用が可能である。

【００１８】混合工程では濃縮工程で得られた第１の被
処理物の濃縮物と、下水汚泥および／または生ごみから
なる第２の被処理物とを混合器により混合して混合汚泥
を形成する。濃縮工程で得られる凝縮水を膜分離等によ
り濃縮する場合には、その濃縮液などもここで混合する
ことができる。混合器としては混合槽に第１の被処理物
の濃縮物と第２の被処理物とを導入して混合するもので
もよく、移送配管中で混合するものでもよく、また水熱
反応装置に導入する際、酸化剤とともに両者を混合する
ものでもよく、場合によっては水熱反応装置を混合器と
し水熱反応装置内で混合するようにしてもよい。第１の
被処理物の濃縮物と第２の被処理物との混合割合は任意
であるが、水熱反応における補助燃料を少なくできる量
が好ましい。このような混合割合は両者の含水率により
変わるが、一般的には第１の被処理物の濃縮物：第２の
被処理物（重量比）が１：０．０５〜１：１、好ましく
は１：０．１〜１：０．７５とすることができる。

【００１９】下水汚泥および／または生ごみは予め破砕
して混合することが好ましい。破砕、混合の手段は限定
されない。例えば、下水汚泥が脱水ケーキと呼ばれる固
形の状態（通常、濃度が１５重量％〜２０重量％以上）
の場合には、破砕機を使用し、さらに必要であればポン
プで循環させて破砕機に複数回通すことにより、あるい
はミルですりつぶすことにより、１ｍｍ程度に破砕する
ことが好ましい。下水汚泥の濃度がそれほど高くなくい
わゆるスラリー状の場合は、同様に破砕機やミルを使用
してもよいし、攪拌機による撹拌やポンプへの循環通液
によって破砕できれば破砕機を使用しなくてもよい。生
ごみの場合には、種類にもよるが、破砕機やミルを使用
して１ｍｍ程度に破砕することが好ましい。濃縮された
し尿および／または浄化槽汚泥と、破砕された下水汚泥
および／または生ごみを混合する場合には、攪拌機等の
撹拌混合手段で十分に撹拌混合して均一化することが好
ましい。

【００２０】水熱反応工程では混合工程で得られる混合
汚泥を水熱反応装置において水熱反応させ、有機物の酸
化分解を行う。水熱反応装置は混合汚泥を酸化剤の存在
下に水の超臨界または亜臨界状態で水熱反応により酸化
分解するように構成される。ここで水熱反応は、超臨界
または亜臨界状態の高温高圧の水および酸化剤の存在下
に混合汚泥を酸化反応により酸化分解する反応である。
超臨界状態とは３７４℃以上、２２ＭＰａ以上の状態で
ある。また亜臨界状態とは例えば３７４℃以上、２．５
ＭＰａ以上２２ＭＰａ未満あるいは３７４℃以下、２２
ＭＰａ以上の状態、あるいは３７４℃以下、２２ＭＰａ
未満であっても臨界点に近い高温高圧状態をいう。

【００２１】このような水熱反応は混合汚泥が酸化剤と
混合した状態で水熱反応装置において行われ、これらの
混合物が反応器内部で水熱反応を受ける。酸化剤として
は、空気、酸素、液体酸素、過酸化水素水、硝酸、亜硝
酸、硝酸塩、亜硝酸塩等を用いることができる。酸化剤
は、被処理物の混合汚泥と混合されて供給されてもよい
し、供給口を二重管ノズルにして複層流として供給して
もよい。また必要により触媒や中和剤等が添加される場
合があるが、これらも混合汚泥と混合して、あるいは別
々に反応器に供給することができる。

【００２２】本発明で用いられる水熱反応装置は超臨界
または亜臨界状態で水熱反応を行うように、耐熱、耐圧
材料により、実質的に垂直方向に配置した筒状反応器で
形成される。反応熱だけでは超臨界または亜臨界状態に
達しない場合には外部加熱手段を設けることができる。
反応器の形状は円筒、だ円筒、多角筒のものを用いるこ
とができ、下端部はコーン状とすることができる。この
ような水熱反応装置により超臨界または亜臨界状態で水
熱反応を行うと、被反応物の有機物は酸化剤により酸化
されて最終的に水と二酸化炭素に分解され、あるいは加
水分解により低分子化し、無機物は固体あるいは溶融状
態で分離する。反応生成物は固形物を分離後、冷却、減
圧され、ガス分と液分に分離される。

【００２３】上記の水熱反応装置は従来より水熱反応に
用いられているものをそのまま用いることができるが、
特開平１１−１５６１８６号に示されているように、上
部に逆流を伴う混合反応域、下部に栓状流反応域を形成
する実質的に垂直な反応器に、さらに上部に設けられた
噴射装置から被反応物と酸化剤の混合流を下向流で噴射
して上部の混合反応域で逆流を伴う混合流を形成して水
熱反応を行い、下部の栓状流反応域で平行な下向栓流を
形成して追加の水熱反応を行う構造のものが好ましい。

【００２４】水熱反応装置の材質は制限されないが、ハ
ステロイ、インコネル、ステンレス等の耐食性の材質が
好ましい。水熱反応装置には耐腐食性ライナーを設ける
のが好ましい。耐腐食性ライナーは特に限定されず、特
開平１１−１５６１８６号に開示されたような耐腐食性
ライナーと圧力負荷壁との間に間隙が存在するような耐
腐食性ライナーを用いることができる。

【００２５】水熱反応装置には反応混合物を排出口から
排出する前に冷却するための冷却手段を設けることがで
きる。冷却手段は特に限定されないが、反応器内に水を
導入して冷却し、無機塩を溶解してその排出を促進する
ことができる。また、反応器内に酸やアルカリを含む水
を導入して冷却し、アルカリや酸の中和を行うことがで
きる。固体の粘着性が著しい場合には、反応器の内壁に
付着した固体を除去するための機械的除去装置を設ける
ことができる。固体除去のための機械的除去装置は特に
限定されないが、特開平１１−１５６１８６号で開示さ
れた切欠窓部分を含む実質的に円筒状のスクレーパが好
適である。

【００２６】水熱反応装置から排出される反応流体中の
固形物を分離する分離手段を設けることができる。特
に、超臨界状態の反応流体中では無機塩類が溶解せずに
固体として含まれているため、不溶化している無機物を
分離することにより、処理水の再利用が容易になる。固
形物分離手段は特に限定されず、水熱反応装置から反応
流体を導入する流入口および固体を除去した流体を排出
する流出口を備えた容器と、容器内に配設されて前記反
応流体に含まれている前記固体を除去し、排出する手段
とを備えたものが使用できる。なお、冷却、減圧の工程
で、固体分離や気液分離の手段を含むこともできる。

【００２７】水熱反応装置による反応開始の手段は特に
制限されない。通常、反応器は反応開始にあたって所定
の反応温度付近に予熱される。予熱は加熱装置を反応器
に設けるか、あるいは混合汚泥および／または酸化剤供
給路に設けて加熱された水や空気を導入して実施するこ
とができる。また、通常、反応器に水や酸化剤を供給
し、通常設けられる圧力調整弁によって所定の圧力に加
圧される。所定の温度、圧力に調整された後、被反応物
である混合汚泥を含む流体を供給して水熱反応を開始す
る。反応によって有機物が分解され、反応熱が発生す
る。水熱反応装置上部（反応器上部）に逆流を伴う混合
反応域を設けた場合、ここで逆流を伴う混合作用で被反
応物、酸化剤および反応器内容物などが十分に混合され
るため、流体の温度が上昇する。これにより供給される
被反応物は速やかに水熱反応を開始し、安定した反応が
継続されることになる。反応流体は反応器内を下向きに
移動し、栓状流反応域で継続反応した後、排出口から排
出される。反応器の長さ：直径の比は１：１〜２０：１
が好ましい。

【００２８】水熱反応装置を出た反応流体は、固体を分
離した後、冷却して減圧され気液分離される。反応器内
で冷却して液体が生成している場合は反応装置を出た段
階で固体とともに液体と分離し、必要によりさらに冷却
および気液分離を行う。最終的に生成した水、気体、固
体は、そのまま、エネルギー回収されたり、物質として
再利用されたり、そのままあるいは追加処理されて廃棄
される。

【００２９】上記の処理では予め濃縮工程において第１
の被処理物であるし尿および／または浄化槽汚泥を濃縮
し、その濃縮物に第２の被処理物である下水汚泥および
／または生ごみを混合することにより、高濃度の混合汚
泥を水熱反応工程に導入して酸化分解を行うことができ
る。このため被反応物の熱量により反応器内を６００℃
以上の高温にしてアンモニアを分解することができ、外
部から加える熱量を少なくして高分解率で有機物および
アンモニアを分解することが可能になる。

【００３０】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、し尿およ
び／または浄化槽汚泥からなる第１の被処理物を濃縮工
程で濃縮し、その濃縮物と下水汚泥および／または生ご
みからなる第２の被処理物とを混合し、その混合物を超
臨界または亜臨界状態で水熱反応により酸化分解するよ
うにしたので、し尿および／または浄化槽汚泥を高濃縮
しなくても少ないエネルギーで水熱反応により高分解率
で酸化分解して無害化することができ、併せて下水汚泥
および／または生ごみを処理できるとともに、装置の腐
食やスケール化を防止することができ、生成する水の再
利用も可能である。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は実施形態の処理装置のフロー図
である。

【００３２】図１において、１は第１の被処理物槽、２
は濃縮装置、３は濃縮物槽、４は膜分離装置、５は吸着
槽、６は第２の被処理物槽、７は混合槽、８は水熱反応
装置、９は酸化剤槽である。第１の被処理物槽１にはし
尿および／または浄化槽汚泥からなる第１の被処理物１
０を粉砕して供給するための粉砕機１１を有する被処理
物供給路１２とともに、ｐＨ調整剤供給路１３および種
晶供給路１４が連絡している。また被処理物槽１から系
路１５が熱交換器１６を介して濃縮装置２の下部に連絡
している。

【００３３】濃縮装置２は循環式の蒸発濃縮装置であ
り、第１の被処理物２０と蒸気１７を収容する本体１８
の上部に、複数の熱交換管１９を垂直方向に配置した熱
交換部２１、およびさらにその上に分配部２２を有し、
本体１８の下部から系路２３を通してポンプ２４により
第１の被処理物２０を分配部２２に送り、分配器２５に
より被処理物を熱交換管１９の内壁に沿って膜状に流下
させて循環するように構成されている。また本体１８の
上部と熱交換部２１間に設けられたミスト除去部材２６
を通して、本体１８上部から蒸気を系路２７に吸引し、
コンプレッサ２８で圧縮して熱交換部２１の熱交換管１
９の外側に供給するように構成されている。系路２３か
ら分岐する系路２９が濃縮物槽３に連絡している。

【００３４】濃縮装置２の熱交換部２１から系路３１が
熱交換器１６を介して膜分離装置４の濃縮室３２に連絡
している。膜分離装置４は内部に設けられた逆浸透膜３
３により濃縮室３２と透過室３４に区画されている。濃
縮室３２から系路３５が濃縮物槽３に連絡している。ま
た透過室３４から系路３６が活性炭３７を充填した吸着
槽５を介して系外に連絡している。

【００３５】濃縮物槽３から系路４１が混合槽７に濃縮
物３０を送るように連絡している。第２の被処理物槽６
にはポンプ４２および粉砕機４３を有する循環路４４が
設けられ、これから分岐する系路４５が混合槽７に連絡
している。混合槽７には攪拌機４６が設けられるととも
に、ポンプ４７を有する循環路４８が設けられている。

【００３６】混合槽７から混合汚泥５０を供給する高圧
ポンプ５１を有する系路５２が水熱反応装置８の上部に
設けられた供給装置５３に連絡している。供給装置５３
には酸化剤を供給する酸化剤槽９から高圧ポンプ５４を
有する系路５５が連絡している。この供給装置５３は酸
化剤と混合汚泥の混合流を水熱反応装置８に下向流とし
て供給するように取付けられている。水熱反応装置８は
中空の反応器の上部に逆流を伴う混合反応域、下部に栓
状流反応域が形成されるようになっている。水熱反応装
置８には必要により加熱装置が設けられる。水熱反応装
置８の下部から系路５６が固体分離器５７を介して冷却
器５８に連絡し、冷却器５８から系路５９が気液分離器
６１に連絡している。固体分離器５７から固体排出路６
２が系外に連絡し、気液分離器６１から減圧弁６３を有
する気体排出路６４および減圧弁６５を有する液体排出
路６６が系外に連絡している。冷却器５８には冷却水路
６７が連絡している。なお上記の装置においてポンプ、
弁等が必要であるが、省略して図示されている。

【００３７】上記の装置における処理は以下のように行
われる。まずし尿および／または浄化槽汚泥からなる第
１の被処理物を被処理物供給路１２から供給し、粉砕機
１１で粉砕して第１の被処理物槽１に導入する。第１の
被処理物槽１にはｐＨ調整剤供給路１３からｐＨ調整剤
を供給してｐＨ調整し、また種晶供給路１４から種晶と
必要により消泡剤を供給して第１の被処理物１０と混合
する。

【００３８】第１の被処理物槽１内の被処理物１０は系
路１５から熱交換器１６を通して加熱し、濃縮装置２の
本体１８に導入する。濃縮装置２ではポンプ２４を駆動
することにより系路２３を通して第１の被処理物２０を
分配部２２に送り、分配器２５により熱交換管１９の内
壁に膜状に分配して流下させることにより水分を蒸発さ
せ、蒸気および濃縮物を本体１８に循環させる。

【００３９】一方、蒸気１７はミスト除去部材２６を通
してミストを除去し、コンプレッサ２８により圧縮して
系路２７から熱交換部２１に供給する。圧縮により温度
上昇した蒸気は熱交換管１９の外側に至り、熱交換管１
９の内壁を膜状に流下する第１の被処理物を加熱して蒸
発させ、自身は凝縮して凝縮水となり、系路３１から熱
交換器１６に入って新しい被処理物と熱交換して膜分離
装置４に入る。

【００４０】上記の濃縮工程では、運転開始時に熱交換
器１６に蒸気等の熱源を供給して被処理物１０を加熱し
て蒸発を開始すれば、その後はコンプレッサ２８の圧縮
によって温度上昇させて蒸発を行い、第１の被処理物２
０を効率よく濃縮することができる。濃縮物は系路２９
から濃縮物槽３に送られる。ミスト除去部材２６で除去
されたミストはそのまま本体１８に戻り、凝縮水の汚染
を防止する。

【００４１】濃縮工程においてｐＨ６以下の条件で第１
の被処理物１０から水を蒸発させることによりアンモニ
アの気化を防止することができるが、一部のアンモニア
は気化するので、ミスト除去部材２６を通過する固形
物、有機物等の不純物とともに膜分離装置４で膜分離を
行う。膜分離装置４では凝縮液を系路３１から濃縮室３
２に高圧で供給し、逆浸透膜３３を通して水を透過室３
４に透過させ、濃縮液は系路３５から濃縮物槽３に送
り、濃縮物３０と混合する。透過液は吸着槽５に供給
し、活性炭３７により有機物その他の不純物を除去し、
系路３９から排出し、必要により回収水として使用され
る。

【００４２】濃縮物槽３の濃縮物３０は系路４１から混
合槽７に送る。第２の被処理物槽６では、第２の被処理
物４０をポンプ４２により循環路４４を通して循環して
破砕機４３により径１ｍｍ以下に破砕し均質化し、一部
を系路４５から混合槽７に導入する。混合槽７では混合
汚泥５０を攪拌機４６で撹拌するとともに、ポンプ４７
により循環路４８を通して循環して混合し均質化する。

【００４３】混合槽７の混合汚泥５０は高圧ポンプ５１
により系路５２から水熱反応装置８の供給装置５３に送
り、ここで酸化剤槽９から高圧ポンプ５４により系路５
５を通して送られる酸化剤（例えば空気、過酸化水素
水）と混合し、混合流を水熱反応装置８に下向流で供給
して水熱反応を行う。水熱反応装置８では反応開始時に
系路５２または５５に設けられる予熱器（図示せず）に
より、加熱を行って超臨界または亜臨界状態に保って水
熱反応を行う。

【００４４】供給装置５３から供給される混合流は水熱
反応装置８の上部では逆流を伴う混合反応域を形成して
酸化分解が行われ、下部では乱流は解消して栓状流反応
域を形成して追加反応が行われる。この水熱反応工程で
は前段の濃縮工程で濃縮された第１の被処理物の濃縮物
に第２の被処理物を混合して熱量の高くなった混合汚泥
が酸化されるため、混合汚泥の持つ熱量だけで、あるい
は少ない補助燃料で反応温度を６００℃以上に維持する
ことができる。このため高温で反応を行い高分解率でア
ンモニアを分解することができる。

【００４５】水熱反応装置８の反応物は系路５６から固
体分離器５７に導入して固体を分離し、分離した固体を
固体排出路６２より排出する。分離した反応物は冷却器
５８に導入して冷却水路６７から供給する冷却水で冷却
し、気液分離器６１で気液分離し、気体排出路６３から
気体を排出し、液体排出路６６から処理水を排出する。

【００４６】上記の実施形態において、濃縮装置２とし
て循環式の蒸発濃縮装置を示したが液膜式、浸管式、フ
ラッシュ式など他の蒸発形式の蒸発濃縮装置を用いても
よい。また濃縮装置から得られる凝縮水の処理には、図
１に示される膜分離のほかに触媒酸化、イオン交換、凝
集、生物処理など他の処理手段が採用できる。

【００４７】水熱反応装置としては特開平１１−１５６
１８６号に示す装置が好ましいが、他の装置でもよい。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。各
例中、％は重量％である。

【００４９】実施例１ 生し尿と浄化槽汚泥の混合物（ｐＨ７．１、電気伝導度
１９３０μＳ／ｃｍ、ＴＯＣ：４６５０ｍｇ／ｌ、ＮＨ
₄ ⁺：１９３０ｍｇ／ｌ）を硫酸でｐＨを５に調整し、１
literのフラスコにとり、マントルヒーターで加熱して
沸騰させた。蒸気は水を流した冷却器で冷却し、凝縮水
を回収した。凝縮水の量から判断して、４倍量の濃縮が
できたところで蒸発を止め、濃縮物を回収した。なお、
蒸発濃縮の間特に発泡せず、通常の沸騰状態を示した。 濃縮物はｐＨ５．２、ＴＯＣ：１５２００ｍｇ／ｌ、Ｎ
Ｈ₄ ⁺：７２６０ｍｇ／ｌであった。

【００５０】実施例２ 実施例１で得られた濃縮後のし尿／浄化槽汚泥混合物８
５部と下水混合汚泥（ＳＳ：２０％、Ｃ：４３．０％−
ｄｒｙ、Ｎ：５．０％−ｄｒｙ）１５部を混ぜて乳ばち
でよくすりつぶして、スラリー状にした。得られたスラ
リー（ＴＯＣ２６，２００ｍｇ／ｌ、ＮＨ₄ ⁺ ７６００
ｍｇ／ｌ）について、内径８ｍｍ、長さ６００ｍｍのハ
ステロイＣ−２７６管を水熱反応装置として、水熱酸化
反応を行った。酸化剤として３５％過酸化水素水を、高
圧ポンプで反応装置へ圧入した（１ｍｌ／ｍｉｎ）。過
酸化水素水は、反応装置に入る前の配管部で外部熱源に
より、３７０℃に予熱した。過酸化水素水と反応装置を
接続する配管中の反応装置直前に設けた注入口より、水
を反応装置に圧入した（１．５ｍｌ／ｍｉｎ）。水は、
反応装置に入る前の配管部で外部熱源により、４００℃
に予熱した。反応装置は、セラミックヒーターと内部に
設けた熱電対を使って加熱し、流体の温度が４３０℃に
なるように調整した。反応容器を出た流体は、二重管式
冷却器で冷却した。圧力は、出口に設けた調圧弁で２４
ＭＰａに調整した。温度が安定した状態で、反応装置に
圧入している水を下水汚泥混合スラリーに切り換えた
（１．５ｍｌ／ｍｉｎ）。反応容器内の流体の温度が次
第に上昇して、６４０℃に達した。この状態で３０分間
反応を行ったが、反応装置の閉塞は認められなかった。
得られた流体は透明液体で、ＴＯＣは１０ｍｇ／ｌ、Ｎ
Ｈ₄ ⁺は６５ｍｇ／ｌであり、それぞれ、９９．９％、９
８．６％の分解率であった。濃縮したし尿／浄化槽汚泥
混合物に下水汚泥を混合して有機分濃度を高めたことに
より、高い反応温度が達成されたため、ＴＯＣ、アンモ
ニアともに高い分解率が得られたことがわかる。

【００５１】比較例１ 実施例１で調製したし尿／浄化槽汚泥混合物を用いて、
実施例２と同じ条件で、水熱酸化反応を行った。し尿／
浄化槽汚泥混合物の供給を開始したところ、反応液体の
温度は５５０℃までしか上昇しなかった。得られた流体
は、ＴＯＣ４０ｍｇ／ｌ、ＮＨ₄ ⁺３０１０ｍｇ／ｌであ
り、それぞれ、９９．５％、３１．３％の分解率であっ
た。以上の結果より、し尿／浄化槽汚泥の熱量が十分で
ないために、反応液体の温度が比較的低くなってしま
い、分解率特にアンモニアの分解率が低いことがわか
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の処理装置のフロー図である。

【符号の説明】

１ 第１の被処理物槽 ２ 濃縮装置 ３ 濃縮物槽 ４ 膜分離装置 ５ 吸着槽 ６ 第２の被処理物槽 ７ 混合槽 ８ 水熱反応装置 ９ 酸化剤槽 １０、２０ 第１の被処理物 １１、４３ 粉砕機 １２ 被処理物供給路 １３ ｐＨ調整剤供給路 １４ 種晶供給路 １６ 熱交換器 １７ 蒸気 １８ 本体 １９ 熱交換管 ２１ 熱交換部 ２２ 分配部 ２４、４２、４７ ポンプ ２５ 分配器 ２６ ミスト除去部材 ２８ コンプレッサ ３７ 活性炭 ４０ 第２の被処理物 ５０ 混合汚泥 ５１、５４ 高圧ポンプ ５３ 供給装置 ５７ 固体分離器 ５８ 冷却器 ６１ 気液分離器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０２Ｆ 11/12 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０４Ｚ (71)出願人 598124412 ジェネラル アトミックス インコーポレ イテッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ディエゴ ジェネラル アトミックス コ ート 3550 (72)発明者 脇田 正明 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AC05 CA04 CA12 CA22 CA32 CA35 CA36 CA39 CB04 CB31 CB44 CC01 CC02 CC11 DA03 DA06 4D059 AA01 AA02 AA03 AA07 BC01 BC02 BC05 BD11 BD40 BE42 BF12 BF13 BF14 BJ01 BK11 CA05 CB01 DA03 DA06 DA39 DA61

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 し尿および／または浄化槽汚泥からなる
   第１の被処理物を蒸発濃縮させる濃縮工程と、 第１の被処理物の濃縮物と、下水汚泥および／または生
   ごみからなる第２の被処理物とを混合する混合工程と、 混合汚泥を水の超臨界または亜臨界状態で水熱反応によ
   り酸化分解する水熱反応工程とを含むし尿および／また
   は浄化槽汚泥の処理方法。
2. 【請求項２】 濃縮工程は種晶を添加して蒸発濃縮を行
   う請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 水熱反応工程は６００℃以上で酸化分解
   を行う請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 し尿および／または浄化槽汚泥からなる
   第１の被処理物を蒸発濃縮する濃縮装置と、 第１の被処理物の濃縮物と、下水汚泥および／または生
   ごみからなる第２の被処理物とを混合する混合器と、 混合汚泥を水の超臨界または亜臨界状態で水熱反応によ
   り酸化分解する水熱反応装置とを含むし尿および／また
   は浄化槽汚泥の処理装置。
5. 【請求項５】 濃縮装置は加熱した被処理物を熱交換器
   に循環通液して蒸発させ、発生蒸気を圧縮して熱交換器
   に供給して、循環する被処理物を加熱するものである請
   求項４記載の装置。