JP2003236594A - Apparatus for treating sludge - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は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汚泥の処
理装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sludge treatment apparatus for oxidizing and decomposing sludge by hydrothermal reaction in a supercritical or subcritical state of water.
【0002】[0002]
【従来の技術】下水汚泥等の有機性汚泥の処理方法とし
て、水の超臨界状態で水熱反応により酸化分解する処理
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。2. Description of the Related Art As a method of treating organic sludge such as sewage sludge, a treatment method of oxidizing and decomposing by a hydrothermal reaction in a supercritical state of water has been proposed. The hydrothermal reaction is a method of decomposing waste, generating energy, or producing a chemical substance by subjecting an object to be reacted to an oxidation reaction or a hydrolysis reaction in a supercritical or subcritical state of water. In the case of organic sludge such as sewage sludge, the reaction product containing the organic matter in the supercritical or subcritical state of water causes an oxidation reaction by reacting the oxidizing agent, and the organic matter in the reaction subject can be removed in a short time. , Can be decomposed almost completely.
【0003】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、酸化剤および水を
加熱装置で加熱するとともに、高圧ポンプで加圧して反
応器へ供給し、酸化反応させる。この場合、被反応物が
予め適正量の水を含む場合は、水を供給する必要はな
い。When oxidatively decomposing the organic matter in the reaction product by the hydrothermal reaction as described above, the reaction product, the oxidant and water are heated by the heating device and pressurized by the high pressure pump and supplied to the reactor, Oxidize. In this case, if the substance to be reacted contains an appropriate amount of water in advance, it is not necessary to supply water.
【0004】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など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。As a result of the reaction, the organic matter is oxidatively decomposed to obtain a reaction product containing a liquid of water and carbon dioxide at high temperature and high pressure and a solid such as ash and salts in a dried or slurry state. Solids of the reaction product are separated by a solid-liquid separator. The fluid from which the solid has been separated is subjected to energy recovery or cooled and decompressed to be separated into a gas component and a liquid component.
【0005】下水汚泥中には粘質物といわれているタン
パク質、酸性多糖類、中性多糖類、核酸などが多く含ま
れており、このため粘性が高くて流動性が低く、かつ装
置壁面などに付着しやすい。このような汚泥を反応器に
供給して処理する場合、熱交換器などの加熱装置の伝熱
面や配管に付着残留しやすく、このため伝熱効率を低下
させたり、配管の閉塞を引き起こすなどの問題点があ
る。また反応器に供給する際の圧力損失が大きいので、
臨界圧力以上に連続的に昇圧し、安定して反応器に供給
するためには、高い圧力で吐出できる能力が高い高圧ポ
ンプが必要である。さらに高圧ポンプにより高い圧力で
吐出して反応器に供給する場合でも、高濃度の汚泥ほど
流動性が低い傾向があるため、高濃度の汚泥を水熱反応
装置に供給することは難しく、このため有機物の供給量
が少なくなり、補助燃料が必要になる。The sewage sludge contains a large amount of proteins, acidic polysaccharides, neutral polysaccharides, nucleic acids, etc., which are said to be mucilages, and therefore has high viscosity and low fluidity, and also on the wall surface of the device. Easy to attach. When such sludge is supplied to the reactor for processing, it tends to adhere to and remain on the heat transfer surfaces of heating devices such as heat exchangers and piping, which lowers heat transfer efficiency and causes clogging of piping. There is a problem. Also, since the pressure loss when supplying to the reactor is large,
In order to continuously raise the pressure above the critical pressure and stably supply it to the reactor, a high-pressure pump with a high discharge capacity is required. Further, even when the high-pressure pump discharges at high pressure and supplies it to the reactor, it is difficult to supply high-concentration sludge to the hydrothermal reaction device because the higher concentration of sludge tends to have lower fluidity. The amount of organic substances supplied is reduced, and auxiliary fuel is required.
【0006】流動性の低い汚泥を水の超臨界状態で水熱
反応により処理する方法として、特開平11−9049
4号には、汚泥濃度を5〜15重量%に調整し、250
〜450℃に予熱する方法が記載されている。また特開
平11−33568号には、5〜15MPa、200℃
以上の高温高圧条件で汚泥を前処理することで流動性を
改善し、高圧ポンプでの水の臨界圧力以上への昇圧操作
を容易にし、反応器への汚泥の供給を安定して行う方法
が記載されている。As a method for treating sludge having low fluidity by a hydrothermal reaction in a supercritical state of water, JP-A-11-9049 is known.
For No. 4, the sludge concentration was adjusted to 5 to 15% by weight, and 250
A method of preheating to ~ 450 ° C is described. Further, in JP-A No. 11-33568, 5 to 15 MPa, 200 ° C.
By pretreating the sludge under the above high temperature and high pressure conditions, the fluidity is improved, the pressurization operation of the high pressure pump above the critical pressure of water is facilitated, and the sludge is stably supplied to the reactor. Have been described.
【0007】上記従来の方法では、反応器に導入する汚
泥の流動性は向上しているが、汚泥を予熱する際の粘質
物の付着による伝熱効率の低下や、配管の閉塞の問題は
依然残されている。In the above-mentioned conventional method, the fluidity of the sludge introduced into the reactor is improved, but the problems of the decrease of heat transfer efficiency due to the adherence of mucus when preheating the sludge and the clogging of the pipe still remain. Has been done.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、汚泥
の流動性および付着性を改善し、これにより予熱する際
の伝熱効率の低下を防止するとともに、配管の閉塞を防
止することができ、しかも汚泥を水熱反応装置に供給す
る高圧ポンプの耐圧性能をより簡便にすることができ、
かつ流動性が低く付着しやすい汚泥を処理する場合でも
安定して効率よく水熱反応により酸化分解することがで
きる汚泥の処理装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the fluidity and adhesion of sludge, thereby preventing a decrease in heat transfer efficiency during preheating and preventing clogging of pipes. Moreover, the pressure resistance of the high-pressure pump that supplies sludge to the hydrothermal reaction device can be simplified.
Further, it is an object of the present invention to provide a sludge treatment device capable of oxidatively decomposing stably and efficiently by a hydrothermal reaction even when treating sludge which has low fluidity and tends to adhere.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は次の汚泥の処理
装置である。
(1) 汚泥中の粘質物を分解する分解装置と、分解装
置で粘質物を分解した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有す
る汚泥の処理装置。
(2) 分解装置が汚泥にオゾンを接触させて粘質物を
分解するオゾン処理装置である上記(1)記載の汚泥の
処理装置。
(3) 分解装置の後段に汚泥を予熱する加熱装置を有
する上記(1)または(2)記載の汚泥の処理装置。The present invention is the following sludge treatment device. (1) Sludge having a decomposing device for decomposing mucilage in sludge, and a hydrothermal reaction device for oxidatively decomposing sludge decomposing mucus in the sludge by hydrothermal reaction in a supercritical or subcritical state of water Processing equipment. (2) The sludge treatment device according to (1) above, wherein the decomposing device is an ozone treatment device that brings the sludge into contact with ozone to decompose the mucilage. (3) The sludge treatment device according to (1) or (2) above, which has a heating device for preheating sludge in the latter stage of the decomposition device.
【0010】本発明において処理の対象となる汚泥は、
有機性の汚泥であれば制限されないが、流動性が低い汚
泥、特に下水処理から発生する下水汚泥が適している。
下水汚泥は微生物の作用により粘質物といわれているタ
ンパク質、酸性多糖類、中性多糖類、核酸などが増加
し、通常粘性が高くて流動性が低く、装置壁面などに付
着しやすい場合が多いが、本発明ではこのような下水汚
泥でも効率よく処理することができる。下水汚泥には初
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。The sludge to be treated in the present invention is
There is no limitation as long as it is an organic sludge, but sludge with low fluidity, particularly sewage sludge generated from sewage treatment is suitable.
Sewage sludge increases the amount of proteins, acidic polysaccharides, neutral polysaccharides, nucleic acids, etc., which are said to be mucilages, due to the action of microorganisms, usually has high viscosity and low fluidity, and often adheres to the wall surface of equipment. However, in the present invention, such sewage sludge can be efficiently treated. The sewage sludge includes first settling sludge and surplus sludge of biological treatment, and may be in a slurry form before dehydration or in a dehydrated cake form.
【0011】下水汚泥は予め破砕しておくのが好まし
い。破砕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、攪拌機による攪拌
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。The sewage sludge is preferably crushed in advance. The crushing means is not limited. For example, when the sewage sludge is in a solid state called dewatered cake (concentration is usually 15% by weight to 20% by weight or more), a crusher is used, and if necessary, a pump is circulated to the crusher. By passing it multiple times, or mashing with a mill,
It is preferable to crush it to about 1 mm. If the concentration of sewage sludge is not so high and it is in a so-called slurry state, a crusher or a mill may be used in the same manner. Good.
【0012】汚泥濃度は5〜20重量%、好ましくは1
0〜20重量%、またはCOD濃度で200,000〜
500,000mg/L、好ましくは300,000〜
400,000mg/Lであるのが望ましい。このよう
な濃度の汚泥を本発明の装置で処理すると、汚泥中の有
機分の熱量で水熱反応の温度を維持できる。汚泥濃度が
上記範囲外の場合は、分解装置の前段または後段におい
て濃縮、希釈または他の汚泥との混合などの手段によ
り、濃度調整することができる。The sludge concentration is 5 to 20% by weight, preferably 1
0 to 20% by weight, or COD concentration of 200,000 to
500,000 mg / L, preferably 300,000-
It is preferably 400,000 mg / L. When the sludge having such a concentration is treated by the apparatus of the present invention, the temperature of the hydrothermal reaction can be maintained by the amount of heat of the organic component in the sludge. When the sludge concentration is out of the above range, the concentration can be adjusted by means such as concentration, dilution or mixing with other sludge in the former stage or the latter stage of the decomposition apparatus.
【0013】本発明における分解装置は汚泥中の粘質物
を分解する装置であり、分解手段または分解方法は制限
されないが、オゾン処理装置が好ましい。オゾン処理装
置としては、汚泥にオゾンを接触させて粘質物を分解す
ることができる装置であればどのような構成の装置でも
使用することができる。この場合の接触方法としては、
オゾン処理槽に汚泥を導入してオゾンを吹込む方法、機
械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用で
きる。The decomposing device in the present invention is a device for decomposing viscous matter in sludge, and the decomposing means or the decomposing method is not limited, but an ozone treating device is preferable. As the ozone treatment device, any device having any configuration can be used as long as it is a device capable of bringing ozone into contact with sludge and decomposing viscous substances. As the contact method in this case,
A method of introducing sludge into the ozone treatment tank and blowing ozone, a method of mechanical stirring, a method of utilizing a packed bed, and the like can be adopted.
【0014】オゾンとしてはオゾンガスの他、オゾン含
有空気、オゾン化空気などのオゾン含有ガスが使用でき
る。オゾンの使用量は0.02g−O3/g−SS以
上、好ましくは0.05g−O3/g−SS以上とする
のが望ましい。これらオゾン含有ガスは、汚泥の粘質物
を分解するために消費されるが、オゾンや酸素が残存し
た場合は、酸化剤として機能するので、トータルの酸化
剤使用量を少なくすることも可能である。As ozone, ozone-containing gas such as ozone-containing air or ozonized air can be used in addition to ozone gas. The amount of ozone 0.02g-O 3 / g-SS or more, preferably it is desirable to 0.05g-O 3 / g-SS more. These ozone-containing gases are consumed for decomposing the mucilage of sludge, but when ozone and oxygen remain, they function as an oxidant, so it is possible to reduce the total amount of oxidant used. .
【0015】オゾン処理などの分解処理により、汚泥中
の粘質物が分解され、汚泥の流動性および/または付着
性が改善するが、どの程度まで汚泥の粘度を低く処理す
るかは、使用する高圧ポンプの性能によって適宜設定す
ればよい。具体的には、あるポンプ流量における使用す
る高圧ポンプの最大許容粘度は、使用する高圧ポンプの
性能により決まるので、設定流量での高圧ポンプ最大許
容粘度を下回るまで、オゾン処理などの分解処理を行
う。The decomposition treatment such as ozone treatment decomposes the viscous matter in the sludge and improves the fluidity and / or the adhesiveness of the sludge, but the degree to which the viscosity of the sludge is treated is determined by the high pressure used. It may be set appropriately according to the performance of the pump. Specifically, the maximum allowable viscosity of the high-pressure pump used at a certain pump flow rate is determined by the performance of the high-pressure pump used, so decomposition processing such as ozone treatment is performed until the maximum allowable viscosity at the set flow rate falls below the maximum allowable viscosity. .
【0016】オゾン処理などの分解処理により、汚泥中
の粘質物が分解され、汚泥の流動性および/または付着
性が改善する。このため、熱交換器などの加熱装置の伝
熱面や配管への汚泥の付着は防止され、伝熱効率の低下
や配管の閉塞は生じない。また汚泥を水熱反応装置に供
給するために使用する高圧ポンプの耐圧性能をより簡便
にすることができる。さらに、高濃度の汚泥を処理する
ことが可能となるので、補助燃料が不要になるか、使用
する場合でも使用量を少なくすることができる。The decomposition treatment such as ozone treatment decomposes the viscous substance in the sludge and improves the fluidity and / or the adhesiveness of the sludge. Therefore, the sludge is prevented from adhering to the heat transfer surface of the heating device such as the heat exchanger and the pipes, and the heat transfer efficiency is not reduced and the pipes are not blocked. Further, the pressure resistance of the high-pressure pump used for supplying the sludge to the hydrothermal reaction device can be made simpler. Furthermore, since it becomes possible to treat high-concentration sludge, the auxiliary fuel becomes unnecessary, or the amount used can be reduced even when used.
【0017】本発明では分解装置の後段に汚泥を予熱す
る加熱装置を設けるのが好ましい。加熱装置としては熱
交換器などが使用できる。熱交換器は、加熱媒体として
水熱反応装置から排出される反応物を使用するように構
成することもできる。加熱装置では、汚泥中の粘質物は
前段の分解装置で分解されているので、伝熱面などへの
付着が防止され、効率よく加熱することができる。In the present invention, it is preferable to provide a heating device for preheating sludge in the latter stage of the decomposition device. A heat exchanger or the like can be used as the heating device. The heat exchanger can also be configured to use the reactant discharged from the hydrothermal reactor as the heating medium. In the heating device, the viscous substance in the sludge is decomposed by the decomposition device in the previous stage, so that it is prevented from adhering to the heat transfer surface and the like and can be efficiently heated.
【0018】本発明における水熱反応装置は前記分解装
置で処理された汚泥、または加熱装置で予熱された汚泥
を水熱反応させ、有機物の酸化分解を行う装置である。
水熱反応装置は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。The hydrothermal reaction apparatus in the present invention is an apparatus for hydrothermally reacting sludge treated by the above-mentioned decomposition apparatus or sludge preheated by a heating apparatus to oxidize and decompose organic substances.
The hydrothermal reactor is configured to oxidatively decompose sludge in the presence of an oxidant in a supercritical or subcritical state of water by a hydrothermal reaction.
【0019】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37
4℃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、2.5MPa以上22MP
a未満あるいは374℃未満、22MPa以上の状態、
あるいは374℃以下、22MPa未満であっても臨界
点に近い高温高圧の状態をいう。The hydrothermal reaction is a reaction of oxidatively decomposing sludge by an oxidative reaction in the presence of supercritical or subcritical water at high temperature and high pressure and an oxidizing agent. What is a supercritical state?
The state is 4 ° C. or higher and 22 MPa or higher. The subcritical state is, for example, 374 ° C. or higher, 2.5 MPa or higher and 22 MP.
less than a or less than 374 ° C., 22 MPa or more,
Alternatively, it means a state of high temperature and high pressure close to the critical point even at 374 ° C. or lower and less than 22 MPa.
【0020】このような水熱反応は被反応物である汚泥
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、これらの混合物が水熱反応装置の反応器内部で水熱
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、オゾン、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。Such a hydrothermal reaction is carried out in a hydrothermal reaction apparatus in a state where sludge, which is a reaction target, is mixed with an oxidant, and these mixtures undergo a hydrothermal reaction inside the reactor of the hydrothermal reaction apparatus. . As the oxidant, air, oxygen, liquid oxygen, hydrogen peroxide solution, ozone, nitric acid, nitrous acid, nitrate, nitrite or the like can be used. The oxidant may be mixed with the sludge and supplied, or may be supplied as a multi-layered flow with a double pipe nozzle as the supply port. If necessary, a catalyst, a neutralizing agent, etc. may be added, and these may be mixed with sludge or supplied separately to the reactor.
【0021】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。The hydrothermal reactor used in the present invention is made of a heat-resistant and pressure-resistant material in a cylindrical reactor arranged substantially vertically so as to carry out hydrothermal reaction in a supercritical or subcritical state. . If the reaction heat alone does not reach the supercritical or subcritical state, an external heating means can be provided.
The reactor may have a cylindrical shape, an elliptic shape, or a polygonal shape, and the lower end portion may have a cone shape. When a hydrothermal reaction is carried out in a supercritical or subcritical state by such a hydrothermal reactor, the organic substance of the reaction product is oxidized by an oxidant and is finally decomposed into water and carbon dioxide, or is hydrolyzed to a low level. The substance is polymerized and the inorganic substance is separated in a solid or molten state. After separating the solid matter, the reaction product is cooled and depressurized to be separated into gas and liquid.
【0022】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。As the above-mentioned hydrothermal reaction apparatus, those conventionally used for hydrothermal reaction can be used as they are,
As shown in JP-A-11-156186, a substantially vertical reactor having a mixed reaction zone with backflow in the upper part and a plug flow reaction zone in the lower part, and an injection device further provided on the upper part. , The mixed flow of the reaction product and the oxidant is injected in a downward flow to form a mixed flow accompanied by backflow in the upper mixing reaction region to cause hydrothermal reaction, and in the lower plug-like reaction region, a parallel downward flow is generated. A structure in which a plug flow is formed to perform an additional hydrothermal reaction is preferable.
【0023】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。The material of the hydrothermal reactor is not limited, but is preferably a corrosion resistant material such as Hastelloy, Inconel or stainless steel. The hydrothermal reactor is preferably provided with a corrosion resistant liner. The corrosion-resistant liner is not particularly limited, and a corrosion-resistant liner having a gap between the corrosion-resistant liner and the pressure load wall as disclosed in JP-A-11-156186 can be used.
【0024】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。固体の付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。The hydrothermal reactor may be provided with cooling means for cooling the reaction mixture before it is discharged from the outlet. The cooling means is not particularly limited, but water can be introduced into the reactor to cool it, and the inorganic salt can be dissolved to accelerate its discharge. Further, water containing an acid or an alkali may be introduced into the reactor and cooled to neutralize the alkali or the acid. When the adherence of solids is significant, a mechanical removal device for removing solids adhering to the inner wall of the reactor can be provided. The mechanical removing device for removing solids is not particularly limited, but a substantially cylindrical scraper including a notched window portion disclosed in JP-A-11-156186 is suitable.
【0025】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。Separation means for separating solids in the reaction fluid discharged from the hydrothermal reactor can be provided. In particular, since inorganic salts are not dissolved in the reaction fluid in a supercritical state but are contained as a solid, separation of insolubilized inorganic substances facilitates reuse of treated water. The solid matter separating means is not particularly limited, and a container having an inlet for introducing the reaction fluid from the hydrothermal reaction device and an outlet for discharging the fluid from which the solid has been removed, and the reaction fluid disposed in the container to the reaction fluid. A means provided with a means for removing and discharging the contained solid can be used. In addition, a means for solid separation or gas-liquid separation can be included in the cooling and depressurizing steps.
【0026】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
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1:1〜100:1が好まし
い。The means for starting the reaction by the hydrothermal reaction device is not particularly limited. Usually, the reactor is preheated to around a predetermined reaction temperature at the start of the reaction. The preheating can be performed by providing a heating device in the reactor or by introducing heated water or air provided in the sludge and / or oxidant supply passage. Further, normally, water or an oxidant is supplied to the reactor, and the pressure is adjusted to a predetermined pressure by a pressure adjusting valve that is usually provided. After the temperature and pressure are adjusted to predetermined values, a fluid containing sludge, which is a reaction target, is supplied to start a hydrothermal reaction. Organic substances are decomposed by the reaction, and heat of reaction is generated. When a mixing reaction zone involving backflow is provided in the upper part of the hydrothermal reaction device (upper part of the reactor), the reactant, oxidant, reactor contents, etc. are sufficiently mixed by the mixing action involving backflow. The fluid temperature rises. The reactant to be supplied thereby rapidly starts the hydrothermal reaction and the stable reaction is continued. The reaction fluid moves downward in the reactor, continuously reacts in the plug flow reaction region, and is then discharged from the discharge port. The length: diameter ratio of the reactor is preferably 1: 1 to 100: 1.
【0027】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。また水熱反応装置を出た反応流体は、汚泥を予
熱する加熱装置の加熱媒体として使用することもでき
る。The reaction fluid discharged from the hydrothermal reactor is separated into solids, then cooled and decompressed to be gas-liquid separated. When a liquid is produced by cooling in the reactor, it is separated from the liquid together with the solid at the stage of leaving the reactor, and further cooled and gas-liquid separated if necessary. The finally produced water, gas, and solid are directly recovered as energy, reused as a substance, or directly or additionally treated and disposed of. The reaction fluid discharged from the hydrothermal reaction device can also be used as a heating medium of a heating device for preheating sludge.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、分解装置
および水熱反応装置を設け、汚泥中の粘質物を分解装置
で分解したのち、水熱反応装置において超臨界または亜
臨界状態で水熱反応により酸化分解するので、分解装置
において汚泥の流動性および付着性が改善され、これに
より予熱する際の伝熱効率の低下を防止するとともに、
配管の閉塞を防止することができ、しかも汚泥を水熱反
応装置に供給する高圧ポンプの耐圧性能をより簡便にす
ることができ、かつ流動性が低く付着しやすい汚泥を処
理する場合でも安定して効率よく処理することができ
る。As described above, according to the present invention, a decomposing device and a hydrothermal reaction device are provided, and mucus in sludge is decomposed by the decomposing device, and then in a supercritical or subcritical state in the hydrothermal reaction device. Since it is oxidatively decomposed by a hydrothermal reaction, the sludge's fluidity and adhesiveness are improved in the decomposition device, which prevents a decrease in heat transfer efficiency during preheating, and
It is possible to prevent the clogging of the pipes, and to simplify the pressure resistance of the high-pressure pump that supplies the sludge to the hydrothermal reactor, and to stabilize the sludge even when treating sludge that has low fluidity and tends to adhere. Can be processed efficiently.
【0029】[0029]
【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は実施形態の汚泥の処理装置の系
統図である。図1において、1は汚泥貯槽、2は汚泥破
砕装置、3は分解装置としてのオゾン処理槽、4は熱交
換器、5は水熱反応装置、6は固体分離器、7は酸化剤
槽、8は気液分離器である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of a sludge treatment device according to an embodiment. In FIG. 1, 1 is a sludge storage tank, 2 is a sludge crushing device, 3 is an ozone treatment tank as a decomposition device, 4 is a heat exchanger, 5 is a hydrothermal reaction device, 6 is a solid separator, 7 is an oxidizer tank, 8 is a gas-liquid separator.
【0030】汚泥貯槽1には下水汚泥を導入する汚泥供
給路10が連絡し、汚泥貯槽1から汚泥破砕装置2にポ
ンプ11を有する系路12が連絡している。オゾン処理
槽3には汚泥破砕装置2から連絡する系路13、オゾン
発生器14で発生させたオゾンを導入するオゾン供給路
15、および排オゾンを排出するオゾン排出路16が連
絡している。オゾン処理槽3は汚泥破砕装置2で破砕し
た下水汚泥を導入し、オゾン発生器14で発生させたオ
ゾン化空気をオゾン供給路15から吹き込んで下水汚泥
と接触させ、下水汚泥中の粘質物を分解するように構成
されている。A sludge supply passage 10 for introducing sewage sludge is connected to the sludge storage tank 1, and a system passage 12 having a pump 11 is connected from the sludge storage tank 1 to the sludge crushing device 2. The ozone treatment tank 3 is connected to a system path 13 that communicates with the sludge crushing device 2, an ozone supply path 15 that introduces ozone generated by the ozone generator 14, and an ozone discharge path 16 that discharges waste ozone. The ozone treatment tank 3 introduces the sewage sludge crushed by the sludge crushing device 2, blows the ozonized air generated by the ozone generator 14 from the ozone supply passage 15 to contact the sewage sludge, and removes the viscous matter in the sewage sludge. It is configured to disassemble.
【0031】粘質物を分解した下水汚泥を供給する高圧
ポンプ21を有する系路22が、オゾン処理槽3から熱
交換器4を介して水熱反応装置5の上部に設けられた供
給装置23に連絡している。供給装置23には酸化剤を
供給する酸化剤槽7から高圧ポンプ24を有する系路2
5が連絡している。この供給装置23は酸化剤と下水汚
泥の混合流を水熱反応装置5に下向流として供給するよ
うに取付けられている。A system path 22 having a high-pressure pump 21 for supplying sewage sludge decomposing mucilages is connected to a supply device 23 provided above the hydrothermal reaction device 5 from the ozone treatment tank 3 via the heat exchanger 4. I am in touch. In the supply device 23, the system passage 2 including the high pressure pump 24 from the oxidant tank 7 for supplying the oxidant
5 is in touch. This supply device 23 is attached so as to supply a mixed flow of an oxidant and sewage sludge to the hydrothermal reaction device 5 as a downward flow.
【0032】水熱反応装置5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5には必要により加熱
装置が設けられる。水熱反応装置5の下部から系路26
が固体分離器6を介して熱交換器4に連絡し、熱交換器
4から系路27が気液分離器8に連絡している。気液分
離器8から減圧弁31を有する気体排出路32および減
圧弁33を有する液体排出路34が系外に連絡してい
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。The hydrothermal reactor 5 has a hollow reactor having a mixing reaction zone accompanied by backflow in the upper part and a plug flow reaction zone in the lower part. The hydrothermal reaction device 5 is optionally provided with a heating device. From the lower part of the hydrothermal reactor 5 to the line 26
Communicate with the heat exchanger 4 via the solid separator 6, and the system path 27 communicates with the gas-liquid separator 8 from the heat exchanger 4. A gas discharge passage 32 having a pressure reducing valve 31 and a liquid discharge passage 34 having a pressure reducing valve 33 communicate with the outside of the system from the gas-liquid separator 8. Although a pump, a valve and the like are required in the above device, they are omitted in the drawing.
【0033】上記の装置における処理は以下のように行
われる。まず汚泥貯槽1からポンプ11により系路12
を通して下水汚泥を汚泥破砕装置2に導入し、下水汚泥
を破砕する。この破砕された下水汚泥を系路13からオ
ゾン処理槽3に導入し、オゾン発生器14で発生させた
オゾン化空気をオゾン供給路15から吹き込んで下水汚
泥と接触させ、下水汚泥中の粘質物を分解する。これに
より、下水汚泥の流動性および/または付着性が改善す
る。このため、熱交換器4の伝熱面や系路22などへの
下水汚泥の付着は防止され、伝熱効率の低下や配管の閉
塞は生じない。また下水汚泥を水熱反応装置5に供給す
るために使用する高圧ポンプ21の耐圧性能をより簡便
にすることができるほか、安定供給が可能になる。さら
に、高濃度の下水汚泥を処理することが可能となるの
で、補助燃料が不要になるか、使用する場合でも使用量
を少なくすることができる。排オゾンはオゾン排出路1
6から系外に排出する。The processing in the above apparatus is performed as follows. First, the system path 12 from the sludge storage tank 1 by the pump 11
The sewage sludge is introduced into the sludge crushing device 2 through the sewage sludge to crush the sewage sludge. The crushed sewage sludge is introduced into the ozonization tank 3 through the system line 13, the ozonized air generated by the ozone generator 14 is blown from the ozone supply line 15 and brought into contact with the sewage sludge, and the mucilage in the sewage sludge Disassemble. This improves the fluidity and / or the adhesion of the sewage sludge. For this reason, sewage sludge is prevented from adhering to the heat transfer surface of the heat exchanger 4, the system passages 22 and the like, and the heat transfer efficiency is not reduced and the piping is not blocked. Further, the pressure resistance of the high-pressure pump 21 used for supplying the sewage sludge to the hydrothermal reaction device 5 can be more simplified, and a stable supply can be achieved. Further, since it becomes possible to treat high-concentration sewage sludge, auxiliary fuel becomes unnecessary, or the amount used can be reduced even when used. Waste ozone is ozone discharge channel 1
Discharge from 6 to the outside of the system.
【0034】粘質物を分解した下水汚泥は高圧ポンプ2
1により系路22から熱交換器4に導入して予熱したの
ち、水熱反応装置5の供給装置23に送る。ここで酸化
剤槽7から高圧ポンプ24により系路25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5に下向流で供給して水熱反応を行
う。水熱反応装置5では水の超臨界または亜臨界状態に
保って水熱反応を行う。The sewage sludge decomposing mucus is a high-pressure pump 2
After being introduced into the heat exchanger 4 from the system line 22 by 1 and preheated, it is sent to the supply device 23 of the hydrothermal reaction device 5. Here, the high pressure pump 24 mixes with the oxidant (for example, air, hydrogen peroxide solution) sent from the oxidizer tank 7 and the mixed flow is supplied to the hydrothermal reaction device 5 in a downward flow to generate hydrothermal heat. Perform the reaction. In the hydrothermal reaction apparatus 5, the hydrothermal reaction is carried out while keeping the water in a supercritical or subcritical state.
【0035】供給装置23から供給される混合流は水熱
反応装置5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。水熱反応装置5には
高濃度の下水汚泥を供給することができるので、下水汚
泥中の有機分の熱量だけで、あるいは少ない量の補助燃
料で水熱反応の温度を維持できる。例えば反応温度を6
00℃以上に維持することができ、このため高温で反応
を行って高分解率でアンモニアを分解することもでき
る。The mixed flow supplied from the supply device 23 forms a mixed reaction zone accompanied by a reverse flow in the upper part of the hydrothermal reaction device 5 to undergo oxidative decomposition, and the turbulent flow is eliminated in the lower part to form a plug flow reaction region. To form an additional reaction. Since the high-concentration sewage sludge can be supplied to the hydrothermal reaction device 5, the temperature of the hydrothermal reaction can be maintained only with the heat amount of the organic component in the sewage sludge or with a small amount of auxiliary fuel. For example, the reaction temperature is 6
The temperature can be maintained at 00 ° C. or higher, and therefore, the reaction can be performed at a high temperature to decompose ammonia at a high decomposition rate.
【0036】水熱反応装置5の反応物は系路26から固
体分離器6に導入して固体を分離し、分離した固体を固
体排出路35から排出する。分離した反応物は熱交換器
4に導入して下水汚泥を加熱することにより自身は冷却
され、続いて気液分離器8で気液分離し、気体排出路3
2から気体を排出し、液体排出路34から処理水を排出
する。The reaction product of the hydrothermal reaction apparatus 5 is introduced into the solid separator 6 from the system path 26 to separate solids, and the separated solids are discharged from the solid discharge path 35. The separated reaction product is introduced into the heat exchanger 4 to heat the sewage sludge to cool itself, and then the gas-liquid separator 8 separates the gas into a gas discharge path 3
The gas is discharged from 2 and the treated water is discharged from the liquid discharge path 34.
【0037】水熱反応装置5としては特開平11−15
6186号に示す装置が好ましいが、他の装置でもよ
い。また高圧ポンプ24の代わりコンプレッサを使用す
ることもできる。As the hydrothermal reaction apparatus 5, Japanese Patent Laid-Open No. 11-15
The device shown in 6186 is preferred, but other devices may be used. A compressor may be used instead of the high pressure pump 24.
【図1】実施形態の汚泥の処理装置の系統図である。FIG. 1 is a system diagram of a sludge treatment device according to an embodiment.
1 汚泥貯槽 2 汚泥破砕装置 3 オゾン処理槽 4 熱交換器 5 水熱反応装置 6 固体分離器 7 酸化剤槽 8 気液分離器 10 汚泥供給路 11 ポンプ 12,13、22、25、26、27 系路 14 オゾン発生器 15 オゾン供給路 16 オゾン排出路 21、24 高圧ポンプ 23 供給装置 31、33 減圧弁 32 気体排出路 34 液体排出路 35 固体排出路 1 sludge storage tank 2 Sludge crusher 3 Ozone treatment tank 4 heat exchanger 5 Hydrothermal reactor 6 Solid separator 7 Oxidizer tank 8 gas-liquid separator 10 Sludge supply channel 11 pumps 12, 13, 22, 25, 26, 27 route 14 Ozone generator 15 Ozone supply path 16 Ozone discharge channel 21, 24 High pressure pump 23 Feeder 31, 33 Pressure reducing valve 32 gas discharge path 34 Liquid discharge path 35 Solid discharge path
Claims (3)
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
を有する汚泥の処理装置。1. A decomposing device for decomposing mucilage in sludge, and a hydrothermal reaction device for oxidatively decomposing sludge decomposing mucus in sludge by hydrothermal reaction in a supercritical or subcritical state of water. Sludge treatment equipment.
質物を分解するオゾン処理装置である請求項1記載の汚
泥の処理装置。2. The sludge treatment device according to claim 1, wherein the decomposing device is an ozone treatment device for decomposing viscous matter by bringing ozone into contact with sludge.
置を有する請求項1または2記載の汚泥の処理装置。3. The sludge treatment device according to claim 1, further comprising a heating device for preheating the sludge at a stage subsequent to the decomposition device.
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