JP2003019498A - 下水汚泥からのアルコールによる水素抽出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バッテリーの水素をして大量にアルコールから
安定して全地球規模的に供給するようにする。 【手段】下水汚泥のスラリーに対する２段絞り工程、
又、低含水比のスラッジ状のケーキ３０を簡易に低価格
で安定した大量の水素を供給することが出来るようにす
るに、高圧フィルタープレス２８を用いて２段式に６０
％以下の低含水比のスラッジ状のケーキ３０を得て、該
スラッジ状のケーキ３０を含水比が６０％以下等と十分
に低くし、該スラッジ状のケーキ３０を醗酵蒸留工程４
０に於いてメタノールを形成させ所定の処理を経て、電
気自動車のバッテリー用の水素を大量に抽出する。 【効果】全世界規模で廃棄される下水汚泥から該下水汚
泥を利用し低含水比の６０％以下等のスラッジ状のケー
キにして該スラッジ状のケーキをメタノールとし、該メ
タノールから工業用の水素を抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、大量の下水汚泥から
大きな需要の在る自動車の動力源のバッテリー作動用と
して必要な水素を該下水汚泥から抽出する技術の分野に
属する。

【０００２】

【発明の背景】周知の如く、近時産業社会や市民社会に
とってあらゆる分野に於て自動車は必要欠くべからずも
のとして広く用いられているが、同時に該自動車は窒素
化合物等の有害ガスを多量に排出し、当該排出ガスによ
る公害問題は無視出来ないものとなってきており、した
がって、所謂、排ガス規正法等の法的面の近時の規制も
順次強化されつつあるが、自動車の排ガスによる公害問
題や環境破壊問題が依然として無視出来ないものになっ
てきており、したがって、無公害自動車の開発が次第に
強く望まれるようになってきており、これに対処するに
近時所謂ハイブリッド式の電気自動車等にみられる如
く、無公害エンジンを搭載する電気自動車等が脚光を浴
びるようになってき、したがって、当該自動車の動力源
としての高濃度の水素の需要が世界的な規模で著しく高
まってきてはいる。

【０００３】

【従来の技術】而しながら、これまで開発されてきてい
る無公害エンジン用のバッテリーに要する水素は固定装
置タイプの地上固定式の電気分解式のものではその設備
の嵩や容量が大きすぎてその実用化は不可能なものとな
っており、したがって、化学的な分解による自動車外部
からの水素のシンプルな製造供給が大きなニーズと成っ
てきており、その潜在的な需要は世界的に大規模に成っ
てきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そして、これに対処す
るに、水素を製造するに大規模なプラントや触媒を介し
て、鉄鉱石等から水素を得る等の様々な技術が案出、提
言されたり、開発等されたりしてはいるが、該種これま
での技術は、コスト的に高く付き、実用的に大掛かりで
あって、電気自動車の無公害エンジンに用いるには実用
化が妨げられるものであるというデメリットがあった。

【０００５】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づくプラント的にも大掛かりでなく、而も、世界規模
で大量に排出蓄積されている一般の下水汚泥を利用し、
而して、当該下水汚泥には醗酵可能な有機化合物が多量
に存在していることに着目し、それから醗酵する、例え
ば、メタノール（メチルアルコール）等のアルコールか
らは水素がほとんどコスト的に有効にしかも、効率良く
抽出出来るようにすることを、見出だしたものであり、
これまで開発されてきている２段式の高圧脱水技術をも
用いて、無尽蔵に安価に無公害エンジン用のバッテリー
に安定した大量の形で供給し得る水素の供給を可能にす
るようにして、公害産業における無公害エンジン技術利
用分野に益する優れたアルコールよりの水素抽出方法を
提供せんとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする手段】上述目的に沿い、先述
特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成は前
述課題を解決するために、有機化合物を大量に（含有）
する原材料の市街地等からの下水汚泥を醗酵させてアル
コールを誘出し、該アルコールから水素を抽出する方法
であって、所定濃度の有機物を含有する下水汚泥を２段
式の高圧フィルタープレス等の固液分離装置によりに高
圧脱水して得られる含有比６０％以下のスラッジを殺菌
処理し、次いで、油により煮沸処理し、アルコール醗酵
菌の増大を助長し、又、最適含水比の状態にし、しかる
後醗酵処理し、蒸留工程を経て、冷却して水素分解抽出
の次段処理工程へと移送するようにすることを基幹と
し、而して、上記、２段式の高圧脱水処理に高圧フィル
タープレスを用いる等するようにするようにした技術的
手段を講じたものである。

【０００７】

【作用】上述構成において、有機化合物を（含有）する
原材料の下水汚泥を醗酵させてアルコールを発生させ、
該アルコールから水素を抽出する方法を行うに際し、含
水比６０％以下等の、所定濃度の夥しい、多量の有機物
を潜在的に有する無尽蔵の下水汚泥に対し２段式のフィ
ルタープレス等によって高圧脱水を行って、該高圧脱水
によって得られる含水比６０％以下のスラッジ状のケー
キを次段の工程において無菌状態に殺菌処理し、次い
で、油により煮沸処理してアルコール醗酵菌の増大や増
殖を図ると共に、その水分の最適化を図るようにし、そ
の後醗酵菌を所定量添加して醗酵処理を行い、次いで、
蒸留工程を経て冷却し、アルコールからの水素の抽出を
安価に継続的に安定して大量量産することが出来、而し
てその後水素の分解分離抽出の次段工程に移送するよう
にし、而して、上記２段式の高圧脱水を発明者の開発し
た高圧フィルタープレスを用いてスムーズに効率的に、
而も、安価に行えるようにしたものである。

【０００８】

【発明が実施しようとする形態】次ぎに、この出願の発
明の実施しようとする形態を実施例の態様として、図面
に従って説明すれば、以下の通りである。

【０００９】図示実施例は、建設現場や市街地等から出
る有機物を多量に有する一般の下水汚泥のスラリーから
のスラッジ状のケーキを原材として発生するアルコール
からの水素抽出に有効再利用化するスラッジ処理システ
ムの態様であって、ハード部分を示すものであり、図１
に示す前段の固液分離プラント１に示すものと、下部の
アルコール醗酵プラント２から成り、該図１に示す両者
は相隣って設置され、６０％の高濃度のスラッジ状のケ
ーキを処理するように設置されるようにされている。

【００１０】而して、図１に示す様に、固液分離プラン
ト１は該固液分離プラント１の圧送装置のドラム型のケ
ーシング３の一側に作動液のオイル吸排口４がチェック
バルブ５を通り、切換バルブ６を介し油圧ポンプ７を有
してオイルタンク８に接続され、又、該ケーシング３の
内部には膨出型の金網製メッシュ体の支持体９が設けら
れ、その内部にはゴム製等の周公知の膨出型の弾性膜体
１０が拡縮自在に設けられて該メッシュ体の支持体９の
基部と共に共締め的にケーシング３に設けられ、該弾性
膜体１０の外側の作動液室１１と内側のスラリー室１２
に郭成されており、該スラリー室１２内のケーシング３
の基部上側には電磁式の開閉バルブ１３を介し排気チャ
ンバ１４が設けられ、開閉バルブ１５を介し相当距離離
隔した部位に外部フィルター１６が接続されている。

【００１１】又、該排気チャンバ１４の内部にはその全
断面に内部フィルターとしての微細空隙を有するセラッ
ミックフィルター１４´が横設され、後述する如くスラ
リー室１２から混圧空気等の脱気を行うに際し、スラリ
ーミスト等が該排気チャンバ１４に侵入し、推積される
ことにより排気機能を損なわないようにされ、又、該セ
ラミックフィルター１４´ の上部一側には高圧エアの
噴出口１４´´が開口して高圧圧縮エア源１４´´´
に電磁式開閉バルブ１３を介して接続され、排気チャン
バ１４内に不測にしてスラリーミストがセラミックフィ
ルター１４´を介して侵入して推積するような場合、高
圧エアをエアの噴出口１４´´から高圧圧縮エア源１４
´´´ から爆気的に噴出して外部フィルター１６を介
して排出することが出来るようにされている。

【００１２】又、ケーシング３の後部にはスラリー供給
口１７が設けられ、電磁式の開閉シャッタ１８を介し駆
動モータ１９に連結されたスクリュータイプのスラリー
のフイーダ兼ミキサー２０が接続されている。

【００１３】尚、該スクリュータイプのスラリーのフイ
ーダ兼ミキサー２０はスクリューフィンを有しているこ
とにより、ホッパ２１から供給される一次脱水後のスラ
リーの前送中に全体的に固形分、及び、気泡が均一分散
状態になるように充分に混練され、弾性膜体１０内に於
て気密状態で各気泡が排気チャンバ１４に排気され易い
ようにされる。

【００１４】該スクリュータイプのスラリーのフイーダ
兼ミキサー２０の供給ホッパ２１には周公知の適宜の遠
心分離装置を介しスラリータンク２４と凝集剤タンク２
５に接続されている。

【００１５】而して、該スラリータンク２４には建設工
事現場や市街地等からの有機物を大量に含む所定含水比
の下水汚泥のスラリーが所定に貯留され、又、凝集剤タ
ンク２５には塩鉄や生石灰等の適宜の凝集剤が貯留され
ている。

【００１６】そして、上記遠心分離装置に於ては周公知
の遠心分離脱水機が設けられてスラリータンク２４から
のスラリーに凝集剤タンク２５よりの上記凝集剤を混入
されたスラリーを供給されて適宜に固液分離し、一次脱
水状態の中濃度のスラリーにして供給ホッパ２１に供給
するようにされている。

【００１７】そして、ケーシング３の後部にはそのスラ
リー供給口１７に隣位してスラリー排出口１７´ が設
けられ、電磁式の開閉バルブ２６を介して圧送通路２７
が二次固液分離装置としての発明者の開発した高圧フィ
ルタープレス２８に接続され、その下側のスラッジ搬出
ベルトコンベヤ２９がスラッジ状のチョコレート様の含
水比６０％以下にされたスラッジ状のケーキ３０を次に
詳述するアルコール蒸留精製プラント２に供給すること
が出来るようにされている。

【００１８】又、循環する乾留ガス中の水分を回収する
水タンクが適宜に設けられているものである。

【００１９】上述構成のシステムプラントにおいて、所
定の下水汚泥を含水比６０％以下等の高濃度に含むスラ
ッジ状のケーキ３０と建設現場等からの有機物を含むス
ラリーをスラリータンク２４から遠心分離装置を有する
凝集剤タンク２２に供給し、併せて、該凝集剤タンク２
２から塩鉄，生石灰等の所定の凝集剤を、例えば、５〜
１０重量％供給し、上記遠心分離装置を通し、その遠心
脱水材を介し設計通りに一次脱水させ、含水率７５〜９
０％の半脱水状態のスラリーにしてスクリュータイプの
スラリーのフイーダ兼ミキサー２０の供給ホッパ２１に
供給する。

【００２０】この場合、スラリーの構成物は、有機物が
比率４０％以下程度の場合は、含水率が４０〜６０％程
度の一次脱水スラリーにする設計も可能ではある。

【００２１】そして、スクリュータイプのスラリーフイ
ーダ兼ミキサー２０をモータ１９で回転、半脱水状態の
スラリーを均一分散状態になるようにし、更に混練攪拌
しつつ電磁式シャッタ１８、及び、電磁式開閉バルブ１
５を開き、これに対し電磁式開閉バルブ２６、及び、１
３を閉じ状態にしてケーシング３の弾性膜体１０の外側
のスラリー室１２内にスラリーを圧送供給する。

【００２２】この場合、下水汚泥のスラリータンク２４
から凝集剤タンク２２の遠心分離装置、及び、供給ホッ
パ２１等の各機構部を経て供給されるスラリーはその内
部に不可避的に微細な気泡を含有する状態にあるが、ス
クリュータイプのスラリーフイーダ兼ミキサー２０によ
りそれを通過するプロセスで該気泡は一体化して大サイ
ズ化され、均一分散状態にされてケーシング３の弾性膜
体１０の内部のスラリー室に供給される。

【００２３】そのプロセスでケーシング３内の作動液室
１１に対しては切換バルブ６、及び、油圧ポンプ７の作
用により作動オイルがオイルタンク８に戻され、吸送さ
れて弾性膜体１０はプッシュプル裡に拡縮し、スクリュ
ータイプのスラリーフイーダ兼ミキサー２０のスクリュ
ーフィンによる押出圧用と相俟って気泡を均一分散状態
にされたスラッジ化されたものは弾性膜体１０内のスラ
リー室１２に充満状態に供給される。

【００２４】そして、該弾性膜体１０が支持体のメッシ
ュ体の支持体９に内側から当接すると、当該状態を図示
しない光センサーにより検出し、同じく図示しない制御
装置を介してモータ１９、及び、油圧ポンプ７が停止
し、弾性膜体１０の膨脹状態は停止し、メッシュ体９の
内面に圧接され、オーバーテンション状態の現出は防止
され、材質疲労は避けられる。

【００２５】そこで、図示しない制御装置によりそのプ
ログラムを介し電磁式の開閉バルブ１３´ は閉じ、電
磁式の開閉バルブ１３が開き、電磁式の開閉バルブ１５
が閉ざされ、オイルポンプ７が設定微小時間作動して作
動液室１１が作動オイルの供給により増圧し、弾性膜体
１０が少し縮少すると、内部のスラリー室１２が被圧状
態になり、そこで、該スラリー室１２内のスラリーが押
圧作用を受けて均一分散状態の大サイズ化された各気泡
が強制的に圧縮されて上方に逃げ、排気チャンバ１４内
に被圧状態で閉じ込められる。

【００２６】このプロセスにおいて、該排気チャンバ１
４にはセラミックフィルター１４´があるため、スラリ
ー室１４内へのスラリーミストの侵入は阻止され、又、
電磁バルブ１３´ が閉じていることにより、高圧エア
は排気チャンバ１４内には噴出されず、スラリー内の混
入気液のみが排気チャンバ１４内に貯留される。

【００２７】そして、この場合、電磁式の開閉バルブ１
５は閉ざされていてスラリー内の気泡のエアは該排気チ
ャンバ１４に貯留されることになる。

【００２８】そして、不測にして経時的に、セラミック
フィルター１４´ の微細空隙を通り排気チャンバ１４
内にスラッジミスト等のミクロ粒子が侵入推積した場合
は、電磁式の開閉バルブ１３´ を適宜の制御装置を介
し所定に開き、高圧圧縮エア源１４´´´ から高圧エ
アを高圧エア噴出口１４´´を通り排気チャンバ１４´
´に噴出し、その爆気エネルギーにより推積しているス
ラリーミストを掃気し、開閉バルブ１５を介して外部フ
ィルター１６側に排出する。

【００２９】このプロセスで内部フィルターのセラミッ
ク１４´ の空隙は微細であるので、流通抵抗は大き
く、爆気エアはスラリー室１２には戻されず、スラリー
ミストも戻されない。

【００３０】尚、外部フィルター１６はその際のスラリ
ーミストを容易に濾過して排出する。

【００３１】したがって排気チャンバ１４の排気機能は
常に維持される。

【００３２】そこで、設定微小時間後に図示しない制御
装置を介し電磁式の開閉バルブ１３が閉ざされ、開閉シ
ャッタ１８がスラリー室１２を被圧状態にし、閉鎖状態
を維持し、スクリュータイプのスラリーフイーダ兼ミキ
サー２０へのスラリーの逆流を防止し、次にプログラム
に従い、該制御装置を介し電磁式の開閉バルブ２６，１
５は開放され、排気チャンバ１４内のエアがフィルター
１６を介し脱気され、スラリーは分散状態の気泡が無い
状態で開閉バルブ２６，圧送通路２７を介し高圧フィル
タープレス２８に供給され、充分に圧縮作用を確実に受
け、在来態様同様に所定の２段式の固液分離がなされ
る。

【００３３】この場合、固液分離作用としてその弾性膜
体１０の縮少によるスラリーに対する加圧は、例えば、
４０ｋｇｆ／ｃｍ² で良く、（実際には３９〜３８ｋｇ
ｆ／ｃｍ² でも同一効果が現出出来る。）、したがっ
て、該高圧フィルタープレス２８に於ては二次脱水が行
われ、全体としては遠心分離装置による一次脱水とその
後の半脱水のスラッジに対する高圧フィルタープレス２
８の二次脱水により２段脱水が行われてその脱水による
固液分離が行われ、完全に近い脱水による固液分離が行
われることになり、例えば含水比６０％以下のスラッジ
状のケーキ３０になる。

【００３４】そして、該フィルタープレス２８による固
液分離では圧送装置１の弾性膜体１０内のスラリー室１
２に於て大サイズ化された気泡が排気チャンバ１４を介
し系外に脱気されるために、該気泡の給水通路（みずみ
ち）がスラリー内から消失することになるため、含水率
が低くなり、高効率な固液分離がなされ、チョコレート
様のスラッジ状のケーキ３０が形成されて開枠時に該チ
ョコレート様のスラッジ状のケーキ３０の低含水率によ
る濾布に対する付着がなく、充分に良好な剥離性が得ら
れ、搬出コンベヤ２９からのチョコレート様のスラッジ
状のケーキ３０の搬出が極めて容易に行われ、高圧フィ
ルタープレス２８のスムーズな運転がなされることにな
る。

【００３５】このことは、上述の如く、給水通路（みず
みち）が消失することから、極めて低含水率のチョコレ
ート様のスラッジ状のケーキ３０が得られ、在来の１段
式のフィルタープレスによる固液分離よりも水分の少な
い例えば含水比６０％以下のチョコレート様のスラッジ
状のケーキ３０が得られることになる。

【００３６】この場合の含水率は実験による測定で２段
固液分離により５０〜６０％と低い含水比になることが
確認され、チョコレート様のスラッジ状のケーキ３０は
１７〜２０ｍｍのものが得られることが分った。

【００３７】しかしながら、この出願の発明において
は、高圧フィルタープレス２８で固液分離されたスラッ
ジ状のケーキ３０を、エタノールへの有効再利用に供す
るべく、そして該スラッジ状のケーキ３０はエタノール
醗酵蒸留のため次段処理工程のエタノール処理工程４０
へと移送される。

【００３８】ここまでのステージは例えば、特開平６−
２０６０９７号公報に開示されてはいる。

【００３９】而して、スラッジ状のケーキ３０は、５０
００ｃａｌ以上の熱量を有している為に、一般燃料用と
しても用いることが出来るが、この出願の発明の電気自
動車用の水素抽出用の原料として、例えば、メタノール
原料として、図１の４０に示す様に、適宜の移送手段を
介して収納槽３１に収納され、次いで、養生槽３２に移
送され、殺菌槽３３に於いて所定に殺菌，その後滅菌状
態にされて隣設する所定の油による煮沸槽３４にて煮沸
処理されて更なる殺菌作用と最適含水状態にされ、アル
コール醗酵菌等の増殖が図られる。（係る態様は芋焼酎
等のアルコール醗酵現象において、顕著に見られるもの
である。）次いで醗酵槽３５に移送され、所定の麹等の
醗酵菌等の醗酵剤３５´ を添加されて醗酵作用を受
け、その後もろみ等は蒸留槽３６を経て図示しない冷却
槽にて冷却されて所定のメタノールを醗酵醸造精製さ
れ、次段の水素の分離抽出工程へと移送３７されてい
く。

【００４０】而して、当該次段工程は燃料電池に利用さ
れるべく、水素を所定に分離抽出するものであるが、こ
の工程は、周公知の技術を用いるものであり、而して、
上記収納槽３１から冷却槽までの工程は従来一般のアル
コール分の精製蒸留製造工程４０とほぼ同じ態様であ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、全地球
規模の需要がある当該ハイブリッドタイプ等の電気自動
車のエンジンのバッテリーに用いる大量かつ安定した水
素の供給において、無尽蔵に近く排出される有機物を含
む下水汚泥を素材原料とし、該下水汚泥を２段式の固液
分離により６０％以下の低含水比のスラッジ状のケーキ
にして該スラッジ状のケーキからこれまで確立している
アルコールの抽出技術を用いてメタノール等を抽出する
ことが出来、したがって、当該無公害の自動車の動力源
としてのバッテリーに用いる水素を得る、すこぶる安定
して安価に大量供給出来るという優れた効果が奏され
る。

【００４２】而も、高圧フィルタープレスにより６０％
以下の低含水比のスラッジ状のケーキを油により煮沸処
理することにより、アルコール醗酵成分以外の雑菌の滅
菌作用と最適含水量の調節が図れるという優れた効果が
奏される。

【００４３】而して、この出願の発明にあっては、上記
２段絞りの高圧フィルタープレス等の既に開発された技
術を用い、又、該２段式の高圧フィルタープレスによる
固液分離作用から抽出される低含水比のスラッジ状のケ
ーキを一つの素材とし、該素材から周公知のアルコール
抽出技術を用いるに、該アルコールとしてのメタノール
を大量、且つ、安定して供給することが出来るために、
該メタノールからの水素を周公知の技術を用いて画一に
供給することが出来ることから工業的にも安価で済み、
安定した水素の大量の供給が可能となり、したがって、
無公害電気自動車の普及が一段と図られるという優れた
効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の一実施形態の機構図である。

【符号の説明】

３０ スラッジ状のケーキ ３５ 醗酵槽 ２８ 高圧フィルタープレス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4B064 AA03 AC03 CC03 CD23 CE01 DA16 4D059 AA30 BA01 BE16 BE38 BE55 BF02 BJ02 BJ14 BK13 BK15 CB04 CB06 CC03 DA04 DA24 EB01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機化合物を含有する原材料を醗酵させて
   アルコールを抽出し該アルコールから水素を注出する方
   法において、所定濃度の下水汚泥を２段式に高圧脱水し
   て得られる含有比６０％以下のスラッジを殺菌処理し、
   次いで、油による煮沸処理を行い、該煮沸処理した該ス
   ラッジに対し醗酵処理を行い、蒸留工程を経て、冷却処
   理して次段の水素抽出処理工程へと移送するようにする
   ことを特徴とする下水汚泥からのアルコールによる水素
   抽出方法。
2. 【請求項２】上記２段式の高圧脱水処理に高圧フィルタ
   ープレスを用いるようにすることを特徴とする請求項１
   記載のアルコールによる水素抽出方法。