JP2005254165A - 有機性排水の処理方法及び該処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の設備を有効に利用して水熱処理ガスの臭気成分を除去でき、設備費及び運転費を低廉化可能な有機性排水の処理方法及び該装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 有機性排水２１を曝気槽２にて生物処理した難分解性汚泥を水熱可溶化処理装置５に導入し、該装置から排出される可溶化汚泥２７を嫌気性処理槽８に導入し、該嫌気性処理槽８からの消化汚泥２８を汚泥焼却炉９により焼却処理する有機性排水の処理システムにおいて、前記可溶化処理装置５からの水熱処理ガス３４の少なくとも一部を前記嫌気性処理槽８に導入し、該嫌気性処理槽８の消化ガス発生量を維持する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにガス量を調整し、過剰の水熱処理ガス３４を前記汚泥焼却炉９に導く構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水、し尿処理設備、各種工場等から排出する有機性排水に生物処理を施した際に発生する有機性汚泥に熱を与えて可溶化する有機性汚泥の水熱可溶化処理装置を具備した有機性排水の処理方法及び該処理装置に関する。

下水、し尿処理設備、各種工場等の有機性排水を処理する方法として、好気性微生物を含む曝気槽で有機性排水を生物処理する方法が知られているが、有機性排水を生物処理する場合に、排水中に含まれる有機性物質は分解されると同時にその一部が微生物の増殖に利用され、排水処理に必要な量以上に増殖した微生物は余剰汚泥として処理される。
この余剰汚泥の大部分は微生物由来の有機性物質であり、微生物による分解生成物は多糖類やペプチドなどの水溶性高分子が粘結材となって存在し、高粘度を呈している。また、微生物の細胞壁は高分子物質から構成される細胞壁と流動性の細胞質により構成され、これも同様に高粘度を有し、分解処理が困難なものが多い。

一方、有機性排水の処理として、有機性汚泥をメタン生成菌等の嫌気性微生物の働きにより嫌気性発酵させ、消化ガスを回収する処理方法が多く用いられているが、嫌気性微生物の処理対象となるのは主として比較的低分子の有機物であるため、嫌気性処理により前記余剰汚泥などの難分解の有機性汚泥を処理しようとすると、汚泥が溶解するのに時間がかかり、装置の大型化や処理効率の悪化を招いていた。
そこで、余剰汚泥などの難分解性の有機性汚泥を処理する際に、予め可溶化処理を施し、嫌気性微生物による消化処理を短時間で効率的に行なわせる方法が多数提案されている。
可溶化処理には、例えばアルカリ剤を添加する方法、汚泥を加温する方法、物理的破砕をする方法等があるが、近年、高温高圧水の持つ非常に高い反応性を利用した水熱処理法が注目されている。

水熱処理法は、特定温度で水が液相を保持する圧力の下に、水中の有機性物質を空気等の酸素含有ガスの酸素を利用して酸化分解する方法である。臨界点（374℃、220atm）以下の亜臨界の領域における水は、誘電率が下がって有機性物質の誘電率に近づくため、水が有機溶媒となり得ると同時に、イオン積の増加による激しい加水分解作用が生じるようになることから、有機性物質に亜臨界水を作用させて水熱処理することにより、有機性物質を低分子へ分解させ、低粘度化させて可溶化するものである。
かかる水熱処理法を採用した汚泥の処理方法が、特許文献１及び特許文献２等に開示されている。

水熱処理法を採用した従来の有機性排水の処理フローの一例を図５に示す、図５によれば、まず有機性排水は最初沈殿池８１にて排水中の固形有機物を沈降分離し、上澄み液を曝気槽８２に導入して、曝気槽中の好気性微生物により溶解性有機物を酸化分解し、最終沈殿池８３にて沈降分離した余剰汚泥を濃縮設備８４にて濃縮する。
さらに濃縮汚泥に生ゴミ等を加えて、嫌気性処理槽８５にて嫌気性処理する。嫌気性処理にて発生した消化汚泥は水熱処理装置８６にて可溶化した後に気液分離器８７で水熱処理ガスと処理水とに分離する。前記処理水は嫌気性処理槽８５に返送するか、又は脱水設備８８に導入して、固形分をコンポスト処理設備９４にてコンポスト化し、処理水は前記曝気槽８２に返送する。

また、前記嫌気性処理槽８５にて発生した消化ガスは、ガス精製設備９０にて不純物を除去されてガスホルダ９１に貯留され、発電設備９２にてガスタービンやガスエンジン等の燃料として電力を生成するか、又は燃焼設備９３の燃料とする。該発電設備９２及び燃焼設備９３で排出される高温ガスは、前記水熱処理装置８６の熱源とする。
一方、前記水熱処理装置８６で発生し、気液分離器８７で分離された水熱処理ガスは、硫化水素、メチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル等の臭気成分を含むため、脱臭設備８９にて脱臭処理された後に排出される。

特開２００３−１０３２９９号公報 特開２００１−１２９５２０号公報

このように、水熱可溶化処理を利用した処理方法では、可溶化効率、及び水熱可溶化後の生物処理効率が飛躍的に向上するものの、特許文献１では水熱処理の際に発生する水熱処理ガス中の臭気成分を除去することについては言及されておらず、水熱処理ガスの処理が問題となっている。特許文献２では水熱処理ガスの臭気処理を行っているが、これは脱臭設備を付設して処理するため、設備費及び運転費が嵩むという問題を有している。また、特許文献２では、水熱処理ガスを水処理設備に設置された曝気槽で処理する方法も提案しているが、かかる方法では臭気を十分に除去することは困難である。

また、水熱可溶化処理で得られた汚泥を嫌気性処理して得られる消化汚泥は、溶解性塩類が増大するため固液分離効果を促進する凝集剤の阻害の要因となり、可溶化処理を実施しないで得られる従来の消化汚泥に比べ、固液分離工程で凝集剤の使用量が多くなり、凝集剤費の増大が問題となる。さらに上述の消化汚泥を固液分離して排出される処理液は色度成分が増大することがわかっているが、色度成分は曝気槽での生物処理では分解処理できず、色度が大きいまま処理水を放流することになってしまう。さらにまた、従来の水熱処理装置では、熱効率、反応効率、設備設置面積の面で改善が望まれていた。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、既存の設備を有効に利用して水熱処理ガスの臭気成分を除去でき、設備費及び運転費を低廉化可能な有機性排水の処理方法及び該処理装置を提供するとともに、熱効率、反応効率が高くコンパクトな水熱可溶化処理装置を具備した有機性排水の処理方法及び該処理装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
第１の発明として、有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理する有機性排水の処理方法において、
前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスを前記嫌気性処理に導入することを特徴とする。
また、第２の発明として、有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理した後、該嫌気性処理にて発生した消化汚泥を汚泥焼却炉により焼却処理する有機性排水の処理方法において、
前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスを前記嫌気性処理及び汚泥焼却処理の少なくとも何れか一方に導入することを特徴とする。

本発明は以下の知見に基づくものである。
本発明者らは、有機性排水の生物処理後の難分解性汚泥に酸素含有ガスの共存下で水熱可溶化処理を施し、発生した水熱処理ガスを分析したところ、下記表１の分析結果を得た。

これによれば、水熱処理ガス中には、硫化水素、メチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル等の臭気成分が多量に含まれるとともに、酸素が9.8％存在する。
一方、前記嫌気性処理では、嫌気性処理槽内に酸素が多量に存在すると嫌気性微生物が死滅してしまうため処理槽内を酸素欠乏状態とする必要がある。しかし、近年の研究報告により電子受容体である酸素が全く存在しない完全嫌気状態下では硫化水素が発生するため、硫化水素を処理する必要がある。嫌気性処理において微量の酸素を吹込むと酸素が電子受容体となり硫化水素を酸化するため、消化ガス中の硫化水素濃度を大幅に低減することがわかっている。

従って、本発明では前記水熱処理ガスを前記嫌気処理に導入することにより、ガス中の酸素が硫化水素を酸化し、消化ガスの硫化水素濃度を低減でき消化ガスの生成量を高く維持することができるとともに、前記水熱処理ガス中の臭気成分を除去することが可能となる。
また、水熱処理ガスを前記汚泥焼却炉に導入し、ガス中の酸素を汚泥の燃焼に利用することも可能である。
これらの方法によれば、水熱処理ガスを既存の設備により処理することができ設備費及び運転費の低廉化が可能であり、さらにガス中の酸素を既存の設備にて有効に利用することができる。

また、前記第１の発明であって、有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理する有機性排水の処理方法において、
前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理に導入し、
該導入する水熱処理ガス量が、前記嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにしたことを特徴とする。
さらに、前記第２の発明であって、有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理した後、該嫌気性処理にて発生した消化汚泥を汚泥焼却炉により焼却処理する有機性排水の処理方法において、
前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理に導入し、
該導入する水熱処理ガス量が、前記嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにし、過剰の水熱処理ガスを前記汚泥焼却処理に導入することを特徴とする。

また、前記第１の発明であって、前記水熱処理ガスを前記嫌気性処理に導入する手段において、
該導入する水熱処理ガス量が、該嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにガス流量を制御することを特徴とする。
また、前記第２の発明であって、前記水熱処理ガスを前記嫌気性処理及び前記汚泥焼却処理の少なくとも何れか一方に導入する手段において、
該導入する水熱処理ガス量が、該嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにガス流量を制御し、過剰の水熱処理ガスを該汚泥焼却処理に導入することを特徴とする。

本発明では、前記水熱処理ガスを前記嫌気処理に導入してガス中の酸素により硫化水素を酸化し、消化ガスの硫化水素濃度を低減でき消化ガスの生成量を高く維持することを可能としている。このとき、前記嫌気性処理に導入する酸素量が過剰となり、メタン生成細菌の活性が低下して消化ガス発生量が減少しないように、水熱処理ガスの供給量を制御する。これにより、好率良く嫌気性処理が行われ、消化ガスの発生量が好適に維持されることとなる。

また、前記嫌気性処理後の消化汚泥を、生物処理工程で浄化された処理水などを用いて希釈し、固液分離した処理水を脱色処理した後に前記生物処理に返送することが好適である。
これは、前記水熱可溶化処理により、消化汚泥中には溶解性塩類が増大するが、同塩類は凝集剤使用量が増加することで費用が増大するため、消化汚泥の希釈、洗浄による溶解性塩類の除去が有効である。また同消化汚泥中には、分解無害化困難なフミン質等の炭素の２重鎖を持つ色度成分が（も）生成されてしまうため、この色度成分を除去する設備を設ける。これにより、前記生物処理後の処理水中に色度成分が残留することがなくなる。前記脱色処理には化学的酸化処理を用いることが好ましい。

さらに、前記第１、第２の発明において、前記嫌気性処理にて発生する消化ガスを利用して生成した高温ガス若しくは高温ガスとともに前記水熱反応後の可溶化汚泥とを前記水熱可溶化処理の熱源とすることが好適で、また前記汚泥焼却処理にて発生する高温の排出ガスを前記水熱可溶化処理の熱源としても良い。
これにより、系内の熱効率が向上し、外部から熱を供給する必要がなくなる。

また、これらの発明において、前記水熱可溶化処理が、直列に配置された複数の熱交換部と、該熱交換部の間に位置する水熱反応空間とを有する水熱可溶化処理装置により行なわれ、
該水熱反応空間を、有機性汚泥が水熱可溶化処理に要する時間だけ滞留する容量を有するようにしたことを特徴とする。
さらに、前記水熱可溶化処理において、前記熱交換部の前段に酸素含有ガスを吹込み、水熱処理ガスを気液分離手段で排出することが好適である。
さらにまた、前記水熱可溶化処理において、前記水熱反応空間に酸素含有ガスを吹込み、該水熱反応空間から水熱処理ガスを排出するようにしても良い。
かかる発明によれば、水熱可溶化処理により嫌気性処理で得られる消化ガス発生量が増加し、また該嫌気性処理で発生する消化汚泥量を効果的に削減することができる。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記水熱反応空間から排出された水熱処理ガスの一部を昇圧する手段を有し、昇圧した該水熱処理ガスを該水熱反応空間に吹込むことを特徴とする。
このような水熱可溶化処理装置を用いることで、エネルギーの有効利用によるシステムのエネルギ効率の向上と、省スペース化が達成できる。

また、前記嫌気性処理後の消化汚泥を希釈した後に、該希釈物を固液分離するようにしても良い。
さらに、前記固液分離において、分離した処理水を脱色処理した後に前記生物処理に返送することを特徴とする。
また、前記嫌気性処理後の消化汚泥に酸性溶液を加えることでpH調整し、該pH調整して得られる汚泥を固液分離し、分離した処理水を脱色処理した後に前記生物処理に返送することを特徴とする。
さらにまた、前記嫌気性処理後の消化汚泥に曝気処理を施した後、酸性溶液を加えることでpH調整し、該pH調整して得られる汚泥を固液分離することを特徴とする。

これは、前記水熱可溶化汚泥を嫌気性処理して発生する消化汚泥は、該汚泥中の溶解性塩類の増大などを要因として固液分離（脱水処理等）における凝集剤使用量が増大する。したがって、上述したように、前記消化汚泥の希釈（一般に洗浄処理と呼称される）又はpH調整を行い、溶解性塩類などの凝集剤使用量増大の要因を排除する。これにより、可溶化処理を施さない従来の方法と同程度の凝集剤添加率で固液分離が可能となる。
また、脱色処理設備を設けることで、固液分離の処理水（脱水脱離液）及び希釈（洗浄）処理の排水の色度成分を除去できる。

上記した発明を好適に実施する具体的なシステムとして、
有機性排水に生物処理を施して発生した難分解性汚泥を水熱可溶化処理装置により可溶化し、可溶化汚泥を気液分離して得られた汚泥分を嫌気性処理槽に導入し、該嫌気性処理槽にて発生した消化汚泥を汚泥焼却炉により焼却処理する有機性排水の処理システムにおいて、
前記気液分離して得られた水熱処理ガスを前記嫌気性処理槽及び前記汚泥焼却炉の少なくとも何れか一方に導入するガス導入ラインを設けるシステムとすることができる。

さらに、有機性排水に生物処理を施して発生した難分解性汚泥を水熱可溶化処理装置により可溶化し、可溶化汚泥を気液分離して得られた汚泥分を嫌気性処理槽に導入し、該嫌気性処理槽にて発生した消化汚泥を汚泥焼却炉により焼却処理する有機性排水の処理システムにおいて、
前記気液分離して得られた水熱処理ガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理槽に導入する第１のガス導入ラインと、前記汚泥焼却炉に導入する第２のガス導入ラインと、該第１のガス導入ラインと前記第２のガス導入ラインへのガス供給量の分配比を調整するガス流量調整手段とを設け、
前記第１のガス導入ラインのガス流量が、前記嫌気性処理槽の消化ガス発生量を維持する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにし、過剰の水熱処理ガスを前記第２のガス導入ラインにより前記汚泥焼却炉に導くように前記ガス流量調整手段を制御することもできる。

さらにまた、前記水熱可溶化処理装置の具体的構成の一例として、
前記水熱可溶化処理装置が、２以上の熱交換部と、２の熱交換部の間に位置する水熱反応空間とを有し、
一の前記熱交換部が、前記水熱反応前の有機性汚泥と該反応後の高温有機性汚泥とを熱交換し、前記有機性汚泥を予備加熱する構成とするとともに、
他の前記熱交換部が、前記予備加熱した有機性汚泥と外部より導入した高温ガスとを熱交換し、該有機性汚泥を水熱反応処理に適した温度まで昇温する構成とし、
前記水熱反応空間を、前記昇温された有機性汚泥が水熱反応処理に要する時間だけ滞留する容量を有するようにすると良い。

このとき、前記嫌気性処理後の消化汚泥を希釈し、その希釈物を固液分離して得られた処理水を脱色処理する脱色処理装置を設け、該脱色処理した処理水を前記生物処理槽に導入するようにすることが好ましい。
また、前記嫌気性処理槽にて発生した消化ガスを精製するガス精製設備と、精製ガスを燃料として発電する発電設備とを設け、該発電設備より排出される高温排ガスを前記水熱可溶化処理装置の熱源とすることが好ましい。

さらに、難分解性の有機性汚泥を高温、高圧条件下で水熱処理して可溶化する有機性汚泥の水熱可溶化処理装置において、
２以上の熱交換部を直列に配設し、該熱交換部の間に水熱反応空間を設け、
一の前記熱交換部を、前記水熱反応前の有機性汚泥と該反応後の高温有機性汚泥とを熱交換して前記有機性汚泥を予備加熱する構成とするとともに、
他の前記熱交換部を、前記予備加熱した有機性汚泥と外部より導入した高温ガスとを熱交換して該有機性汚泥を水熱反応処理に適した温度まで昇温する構成とし、
前記水熱反応空間を、前記昇温された有機性汚泥が水熱反応処理に要する時間だけ滞留する容量を有するようにしても良い。

これらの構成によれば、水熱反応後の高温有機性汚泥により処理前の低温有機性汚泥を予備加熱するとともに、高温有機性汚泥を冷却することにより、熱効率を向上させることができる。さらに、前記水熱反応空間の容量を十分にとることにより、汚泥の可溶化効率を向上することができる。なお、同反応空間内を撹拌翼、ポンプなどによる液循環あるいはガス吹込みなどにより撹拌することで、同反応空間内に固形物が堆積することを防止できる。また、前記熱交換部をチューブ型とすることが好適であり、これにより押し出し流れが形成されて反応効率の向上が達成できる。一方で、前記熱交換部をスパイラル型とすることも好ましく、これにより熱交換器内を流れる有機性汚泥の流速が大きくなり、熱交換効率の向上、固形物による流路の閉塞防止が達成できる。

以上記載のごとく本発明によれば、水熱処理ガスを既存の設備により処理することができ設備費及び運転費の低廉化が可能であり、さらにガス中の酸素を既存の設備にて有効に利用することができる。
また、水熱処理ガスをメタン生成細菌の活性が低下して消化ガス発生量が減少しないように、水熱処理ガスの供給量を制御することにより、好率良く嫌気性処理が行われ、消化ガスの発生量を高く維持することができる。
さらにまた、水熱可溶化処理装置において、水熱反応後の高温有機性汚泥により処理前の低温有機性汚泥を予備加熱するとともに、高温有機性汚泥を冷却することにより、熱効率を向上させることができる。さらに、前記水熱反応空間の容量を十分にとることにより、汚泥の可溶化率を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の一実施例に係る有機性排水の処理フローの全体構成図、図２は本発明の一実施例に係る水熱可溶化処理装置の概略構成図、図３、図４は図２の別の実施例に係る水熱可溶化処理装置の概略構成図である。
本実施例において処理対象とされる有機性排水２１は、例えば、生活廃水、下水、し尿処理設備、各種工場等から排出される有機性物質を含む排水である。

図１において、有機性排水２１は最初沈殿池１にてフロック状の有機物を沈降除去された後に、好気性微生物を含む曝気槽２に導入され、該曝気槽２にて該好気性微生物の働きにより沈降汚泥の水溶性有機物を分解され、最終沈殿池３にて余剰汚泥２３と処理水２４とに沈降分離される。処理水２４は必要に応じて他の水処理を施された後に外部へ放流され、前記余剰汚泥２４は濃縮設備４に送られる。該濃縮設備４では重力沈降、浮上沈降、遠心分離、スクリーン等により余剰汚泥を濃縮した後、濃縮汚泥２５は水熱可溶化処理装置５に導入される。

前記水熱可溶化処理装置５にて、前記濃縮汚泥２５は酸素含有ガス３３を供給されながら、加熱手段により高温高圧条件下、好適には温度約150〜200℃、圧力は該温度における水の蒸気圧以上で水が液相を保持する状態下におかれる。このような条件におかれた水は解離度が大となるため、酸、アルカリの性質が強く反応活性となる。従って、濃縮汚泥２５中に含まれる難分解性物質、例えば細胞壁等の高分子物質は反応活性な水と前記供給された酸素含有ガス３３により酸化分解されて低分子化され、易分解性の物質に可溶化される。尚、かかる水熱可溶化処理装置５の具体的構成については後述する。

前記濃縮汚泥２５は前記水熱可溶化処理装置５にて可溶化された後に気液分離器７に導入され、可溶化汚泥２７と水熱処理ガス３４とに分離される。分離された可溶化汚泥２７は生ゴミ２６や前記最初沈殿池１からの沈降汚泥等と混合され、嫌気性処理槽８に導入されて、該嫌気性処理槽８にて酸素欠乏雰囲気下でメタン生成細菌の働きにより発酵される。該嫌気性処理槽８から排出される消化汚泥２８は洗浄設備１６にて水と混合された後に固形分を沈降分離され、沈降分離された固形分は脱水設備１０にて脱水され、脱水汚泥２９は汚泥焼却炉９にて焼却処理される。
一方、前記脱水設備１０にて回収された処理水は脱色処理装置１１に導入され、該脱色処理装置１１にて処理水中の色度成分を除去される。該脱色処理装置１１は、オゾン処理等の化学的酸化手段が好ましく、オゾンガスと処理水とを気液接触させる構造とすると良い。そして、該脱色処理を施された処理水は前記曝気槽２に返送する。

水熱可溶化処理装置５から排出される可溶化汚泥は、炭素の２重鎖を持つ分解無害化困難な色度成分が含まれるため、該可溶化汚泥から分離された処理水に脱色処理を施すことにより、曝気処理では分解されない色度成分を容易に分解することができる。
また、前記嫌気性処理槽８にて発生した消化ガス３０はメタンと二酸化炭素を主成分とするが硫化水素等の不純ガスも含有しており、この硫化水素は燃焼すると亜硫酸ガスを発生し器具類を腐食させるため、ガス精製設備１２でこれらの不純ガスを除去する。
精製した消化ガス３０はガスホルダ１３に貯留される。

発電設備１４は前記ガスホルダ１３に貯留された消化ガス３１を利用して電力３３を生成する設備で、ガスエンジン、ガスタービン、若しくは燃料電池を具備した構成であることが好ましい。該発電設備１４から排出される高温排ガス３２は前記水熱可溶化処理装置５に導入されて水熱可溶化反応の熱源として利用することができる。尚、前記発電設備１４からの高温排ガスのみでは熱量が不足する場合には、前記消化ガス３１を燃料とし、バーナ等を具備した燃焼設備１５を設け、生成した加熱ガスを前記水熱可溶化処理装置５に導入しても良い。さらに、前記可溶化汚泥の少なくとも一部を前記水熱可溶化処理装置５に返送し、これを熱源としても良いし、また前記汚泥焼却炉９にて発生した高温の排ガスを前記水熱可溶化処理装置５に導いて該高温の排ガスを熱源としても良い。

また、本実施例の特徴的な構成として、前記水熱可溶化処理装置５にて発生し前記気液分離器７にて分離された水熱処理ガス３４を、前記嫌気性処理槽８及び前記汚泥焼却炉９の少なくとも何れか一方に導入するラインを設けている。このとき、前記水熱処理ガス３４を前記嫌気性処理槽８に導入する第１の導入ラインと、該ガスを前記汚泥焼却炉９に導入する第２の導入ラインと、該第１の導入ラインと第２の導入ラインへの水熱処理ガス分配量を調整するガス流量調整手段（不図示）を設け、前記第１の導入ラインへのガス流量が、該嫌気性処理槽８の消化ガス発生量が高く維持されるガス量となるようにし、過剰の水熱処理ガスは前記第２の導入ラインに導くように、前記ガス流量調整手段を制御することが好ましい。
前記嫌気性処理槽８では消化ガスの発生とともに硫化水素が生じることは先に述べたが、硫化水素濃度が高くなると消化ガスの品質を低下するのみならず、嫌気性発酵自体に阻害を及ぼすこととなる。従って、前記嫌気性処理槽８に微量の酸素を導入することにより、酸素が電子受容体となり硫化水素を酸化するため、硫化水素濃度を大幅に低減することができる。

本実施例では、前記水熱処理ガス中に酸素が含まれることを利用し、該水熱処理ガス３４を前記嫌気性処理槽８に導入することにより、ガス中の酸素を利用して消化ガス中の硫化水素濃度を大幅に低減することを可能としている。しかし、該嫌気性処理槽８に存在するメタン生成菌の活性を阻害する量の酸素が導入されると消化ガスの発生が低減してしまうため、該メタン生成菌の活性が阻害されない量とする。
また、前記汚泥焼却炉９に水熱処理ガス３４を導入することにより、ガス中の硫化水素などの臭気成分が燃焼、分解される。
本実施例によれば、水熱処理ガス３４を既存の設備により処理することができ設備費及び運転費の低廉化が可能であり、さらにガス中の酸素を既存の設備にて有効に利用することができる。

また、本実施例において、前記嫌気性処理槽８の後段に前記消化汚泥２８を希釈する洗浄設備１６を設け、該希釈した希釈水を前記脱水設備１０にて固液分離し、分離した処理水を前記脱色処理装置１１にて脱色処理した後に、前記最初沈殿池１に返送して生物処理を施す構成としても良い。
また、前記嫌気性処理槽８の後段にpH調整槽（不図示）を設け、前記消化汚泥２８に酸性溶液を加えてpH調整した消化汚泥を前記脱水設備１０に送給する構成を付加することもできる。このとき、前記消化汚泥２８を前記pH調整槽に導入する前に、曝気槽（不図示）にて曝気処理を施しても良い。

前記水熱可溶化汚泥を嫌気性処理して発生する消化汚泥は、該汚泥中の溶解性塩類の増大などを要因として固液分離（脱水処理等）における凝集剤使用量が増大するため、上記した構成とし、前記消化汚泥の希釈（一般に洗浄処理と呼称される）又はpH調整を行い、溶解性塩類などの凝集剤使用量増大の要因を排除する。これにより、水熱可溶化処理を施さない従来の方法と同程度の凝集剤添加率で固液分離が可能となる。
また、脱色処理設備を設けることで、固液分離の処理水（脱水脱離液）及び希釈（洗浄）処理の排水の色度成分を除去できる。

次に、図２を参照して水熱可溶化処理装置５の具体的構成につき説明する。
本実施例に係る水熱可溶化処理装置５は、難分解性の有機性汚泥を可溶化する装置であり、上記した有機性排水処理システムに適用することが好適である。
かかる水熱可溶化処理装置５は、第１熱交換器５１、第２熱交換器５６を有しており、これらの熱交換器５１、５６は、液滞留部５３、５７と、熱交換部５４、５９を夫々有している。前記熱交換部５４、５９は複数のチューブと放熱用フィンが積層された構造であることが好ましい。前記液滞留部５３は有機性汚泥が水熱反応処理に要する時間だけ滞留可能な容量を有するようにし、かつ邪魔板５５、６０を設け汚泥流を制御して有機性汚泥中の固形物が堆積しない構造とする。このとき、前記第１熱交換器５１では汚泥が堆積しないように隙間５５ａを設けると良い。一方前記第２熱交換器５６は隙間を設ける必要はない。

有機性汚泥４１は、昇圧設備６２にて酸素含有ガス４２を供給されながら、圧送ポンプ６１により前記第１熱交換器５１の熱交換部５４に送られ、該熱交換部５４で予備加熱された中温高圧の汚泥４３は前記第２熱交換器５６の熱交換部５９に導入され、該熱交換部５９にて加熱ガス６４により加熱される。該加熱された汚泥は前記熱交換部５９及び前記液滞留部５７からなる水熱反応空間５０Ｂを経て高温高圧の水熱可溶化汚泥４４として排出され、前記第１の熱交換器５１の液滞留部５３及び前記熱交換部５４からなる水熱反応空間５０Ａに導入される。前記水熱反応空間５０Ｂ、５０Ａで水熱可溶化反応した汚泥は、前記熱交換部５４にて冷却され、低温高圧の水熱可溶化汚泥４５として排出され、気液分離器７へ送給される。
前記第２の熱交換器５６の熱交換部５９の一部と液滞留部５７からなる水熱反応空間５０Ｂ、及び前記第１の熱交換器５１の液滞留部５３と熱交換部５４の一部からなる水熱反応空間５０Ａでは有機性汚泥４１は高温高圧条件下に晒され、水熱可溶化反応がおこる。

また、本実施例に係る水熱可溶化処理装置５において、前記熱交換部５４の前段に酸素含有ガスを吹込み、水熱処理ガスを気液分離手段（不図示）で排出する構成としても良い。
さらに、前記水熱反応空間に酸素含有ガスを吹き込み、該水熱反応空間から水熱処理ガスを排出する構成とすることもできる。
さらにまた、前記熱交換部はチューブ型とすることが好適であり、これにより押し出し流れが形成されて反応効率の向上が達成できる。一方で、前記熱交換部をスパイラル型とすることも好ましく、これにより熱交換器内を流れる有機性汚泥の流速が大きくなり、熱交換効率の向上、固形物による流路の閉塞防止が達成できる。
このように前記水熱可溶化処理装置５は、前記第１の熱交換器５１にて水熱可溶化反応後の高温の有機性汚泥と該反応前の有機性汚泥とを熱交換し、該反応前の有機性汚泥を予備加熱し、前記第２の熱交換器５６にて加熱ガスにより予備加熱した有機性汚泥を水熱可溶化反応に適した温度まで本加熱する構成としている。

尚、本実施例において、前記加熱ガス６４の温度は300〜400℃程度が好ましく、また前記液滞留部５７、５３の条件は温度約130〜200℃、好適には150〜170℃とし、圧力はその温度における水の蒸気圧以上で水の液相を保持可能な圧力とすることが好ましい。さらに、該液滞留部５７、５３の滞留時間は10〜120分程度、好適には30〜90分程度とすると良い。また、前記第１の熱交換器５１の出口温度は30〜70℃とすることが好ましく、好段に嫌気性処理槽８を設置する場合には可溶化した汚泥を前記温度域とすることで加温の負荷を下げることができる。本実施例によれば、有機性汚泥の可溶化が確実に達成でき、かつ装置の熱効率を向上させることが可能となる。さらに、前記熱交換部で昇温された有機性汚泥が水熱反応処理に要する時間だけ滞留する容量を有する、熱交換部を有さない容器を設けることもできる。

また、図２の別の実施例に係る水熱可溶化処理装置として、図３及び図４に示すように、第１、第２熱交換器と水熱反応空間を別個に設ける構成が挙げられる。
図３に示す水熱可溶化処理装置５Ｂは、直列に配設された第１の熱交換器６５と第２の熱交換器６６と、これらの熱交換部の間に設置された水熱反応槽６７とを主要構成とする。
有機性汚泥４１は、圧送ポンプにより前記第１の熱交換部６５に導入され、ここで昇温された中温高圧の汚泥４３は前記第２の熱交換部６６に導入される。該第２の熱交換部６６にて水熱反応に適した温度まで昇温された高温高圧の汚泥は、前記水熱反応槽６７に導かれ、ここで水熱反応により可溶化された後に前記第１の熱交換器６５に返送され、低温の有機性汚泥４１と熱交換して冷却された後に低温高圧の水熱可溶化汚泥４５として排出される。前記水熱反応槽６７は水熱反応空間５０Ｃを形成し、送給される汚泥の可溶化が十分に行なわれる容量とする。

また、前記水熱反応槽６７にて発生した水熱処理ガスは、昇圧設備６８にて昇圧された後に、少なくとも一部を該水熱反応槽６７に返送し、他を減圧設備６９にて減圧した後に嫌気性処理槽若しくは汚泥焼却炉等に送給される。これにより、前記水熱反応槽６７にて消費される熱エネルギの効率化が図れる。
さらに、水熱可溶化処理装置を図４に示す構成とすることもできる。図４の水熱可溶化処理装置５Ｃは、前記した図３に示す構成と略同様であるが、撹拌手段７０を備えた水熱反応槽６９を具備している。前記撹拌手段７０には、撹拌器、循環ポンプ等を用いることができる。かかる構成によれば、前記撹拌手段７０により水熱反応空間５０Ｄでの水熱反応が促進され、さらに、液循環あるいはガス吹込みなどにより撹拌することで、水熱反応空間内に固形物が堆積することを防止できる。

本実施例では水熱可溶化処理装置５を２塔式としているが、熱交換部を２以上有する単塔式としても良いし、また２以上の熱交換塔を直列に配設した多塔式とすることもできる。

本発明の一実施例に係る有機性排水の処理フローの全体構成図である。 本発明の一実施例に係る水熱可溶化処理装置の概略構成図である。 図２の別の実施例に係る水熱可溶化処理装置の概略構成図である。 図２の別の実施例に係る水熱可溶化処理装置の概略構成図である。 従来の有機性排水の処理フローの全体構成図である。

符号の説明

１ 最初沈殿池
２ 曝気槽
３ 最終沈殿池
４ 濃縮設備
５、５Ｂ、５Ｃ 水熱可溶化処理装置
７ 気液分離器
８ 嫌気性処理槽
９ 汚泥焼却炉
１０ 脱水設備
１１ 脱色処理装置
１６ 洗浄設備
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ 水熱反応空間
５１、６５ 第１熱交換器
５３、５７ 液滞留部
５４、５９ 熱交換部
５５ 邪魔板
５６、６６ 第２熱交換器
６０ 邪魔板
６２ 昇圧設備
６４ 加熱ガス
６７、６９ 水熱反応槽
７０ 撹拌手段

Claims (32)

1. 有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理する有機性排水の処理方法において、
   前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスを前記嫌気性処理に導入することを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理した後、該嫌気性処理にて発生した消化汚泥を汚泥焼却炉により焼却処理する有機性排水の処理方法において、
   前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスを前記嫌気性処理及び汚泥焼却処理の少なくとも何れか一方に導入することを特徴とする有機性排水の処理方法。
3. 有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理する有機性排水の処理方法において、
   前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理に導入し、
   該導入する水熱処理ガス量が、前記嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の有機性排水の処理方法。
4. 有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理した後、該嫌気性処理にて発生した消化汚泥を汚泥焼却炉により焼却処理する有機性排水の処理方法において、
   前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理に導入し、
   該導入する水熱処理ガス量が、前記嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにし、過剰の水熱処理ガスを前記汚泥焼却処理に導入することを特徴とする請求項２記載の有機性排水の処理方法。
5. 請求項１若しくは３記載の水熱処理ガスを前記嫌気性処理に導入する手段において、
   該導入する水熱処理ガス量が、該嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにガス流量を制御することを特徴とする有機性排水の処理方法。
6. 請求項２若しくは４記載の水熱処理ガスを前記嫌気性処理及び前記汚泥焼却処理の少なくとも何れか一方に導入する手段において、
   該導入する水熱処理ガス量が、該嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにガス流量を制御し、過剰の水熱処理ガスを該汚泥焼却処理に導入することを特徴とする有機性排水の処理方法。
7. 前記嫌気性処理にて発生する消化ガスを利用して生成した高温ガス若しくは高温ガスとともに前記水熱反応後の可溶化汚泥とを前記水熱可溶化処理の熱源とすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
8. 前記汚泥焼却処理にて発生する高温の排出ガスを前記水熱可溶化処理の熱源とすることを特徴とする請求項２、４、６の何れか１項に記載の有機性排水の処理方法。
9. 前記水熱可溶化処理が、直列に配置された複数の熱交換部と、該熱交換部の間に位置する水熱反応空間とを有する水熱可溶化処理装置により行なわれ、
   該水熱反応空間を、有機性汚泥が水熱可溶化処理に要する時間だけ滞留する容量を有するようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
10. 前記水熱可溶化処理において、前記熱交換部の前段に酸素含有ガスを吹込み、水熱処理ガスを気液分離手段で排出することを特徴とする請求項９記載の有機性排水の処理方法。
11. 前記水熱可溶化処理において、前記水熱反応空間に酸素含有ガスを吹込み、該水熱反応空間から水熱処理ガスを排出することを特徴とする請求項９記載の有機性排水の処理方法。
12. 請求項１１記載の有機性排水の処理方法において、前記水熱反応空間から排出された水熱処理ガスの一部を昇圧する手段を有し、昇圧した該水熱処理ガスを該水熱反応空間に吹込むことを特徴とする有機性排水の処理方法。
13. 前記嫌気性処理後の消化汚泥を希釈した後に、該希釈物を固液分離することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
14. 前記固液分離において、分離した処理水を脱色処理した後に前記生物処理に返送することを特徴とする請求項１３記載の有機性排水の処理方法。
15. 前記嫌気性処理後の消化汚泥に酸性溶液を加えることでpH調整し、該pH調整して得られる汚泥を固液分離し、分離した処理水を脱色処理した後に前記生物処理に返送することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
16. 前記嫌気性処理後の消化汚泥に曝気処理を施した後、酸性溶液を加えることでpH調整し、該pH調整して得られる汚泥を固液分離することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法。
17. 有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理する有機性排水の処理装置において、
    前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスを前記嫌気性処理に導入することを特徴とする有機性排水の処理装置。
18. 有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理した後、該嫌気性処理にて発生した消化汚泥を汚泥焼却炉により焼却処理する有機性排水の処理装置において、
    前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスを前記嫌気性処理及び汚泥焼却処理の少なくとも何れか一方に導入することを特徴とする有機性排水の処理装置。
19. 有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理する有機性排水の処理装置において、
    前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理に導入し、
    該導入する水熱処理ガス量が、前記嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにしたことを特徴とする請求項１７記載の有機性排水の処理装置。
20. 有機性排水を生物処理する際に発生する汚泥を水熱可溶化処理により可溶化し、可溶化汚泥を嫌気性処理した後、該嫌気性処理にて発生した消化汚泥を汚泥焼却炉により焼却処理する有機性排水の処理装置において、
    前記水熱可溶化処理により発生する水熱処理ガスの少なくとも一部を前記嫌気性処理に導入し、
    該導入する水熱処理ガス量が、前記嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにし、過剰の水熱処理ガスを前記汚泥焼却処理に導入することを特徴とする請求項１８記載の有機性排水の処理装置。
21. 請求項１７若しくは１９記載の前記水熱処理ガスを前記嫌気性処理に導入する手段において、
    該導入する水熱処理ガス量が、該嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにガス流量を制御することを特徴とする有機性排水の処理装置。
22. 請求項１８若しくは２０記載の水熱処理ガスを前記嫌気性処理及び前記汚泥焼却処理の少なくとも何れか一方に導入する手段において、
    該導入する水熱処理ガス量が、該嫌気性処理の消化ガス中の硫化水素濃度を低減する酸素量を含む水熱処理ガス量となるようにガス流量を制御し、過剰の水熱処理ガスを該汚泥焼却処理に導入することを特徴とする有機性排水の処理装置。
23. 前記嫌気性処理にて発生する消化ガスを利用して生成した高温ガス若しくは高温ガスとともに前記水熱反応後の可溶化汚泥とを前記水熱可溶化処理の熱源とすることを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の有機性排水の処理装置。
24. 前記汚泥焼却処理にて発生する高温の排出ガスを前記水熱可溶化処理の熱源とすることを特徴とする請求項１８、２０、２２の何れか１項に記載の有機性排水の処理装置。
25. 前記水熱可溶化処理において、直列に配置された複数の熱交換部と、該熱交換部の間に位置する水熱反応空間とを有する水熱可溶化処理装置により行なわれ、
    該水熱反応空間を、有機性汚泥が水熱可溶化処理に要する時間だけ滞留する容量を有することを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の有機性排水の処理装置。
26. 前記水熱可溶化処理において、前記熱交換部の前段に酸素含有ガスを吹込み、水熱処理ガスを気液分離手段で排出することを特徴とする請求項２５記載の有機性排水の処理装置。
27. 前記水熱可溶化処理において、前記水熱反応空間に酸素含有ガスを吹込み、
    該水熱反応空間から水熱処理ガスを排出することを特徴とする請求項２５記載の有機性排水の処理装置。
28. 請求項２７記載の有機性排水の処理装置において、前記水熱反応空間から排出された水熱処理ガスの一部を昇圧する装置を有し、昇圧した該水熱処理ガスを該水熱反応空間に吹込むことを特徴とする有機性排水の処理装置。
29. 前記嫌気性処理後の消化汚泥を希釈する手段と、該消化汚泥の希釈物を固液分離する固液分離手段とを備えることを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の有機性排水の処理装置。
30. 請求項２９記載の固液分離手段において、分離した処理水を脱色処理した後に前記生物処理に返送することを特徴とする有機性排水の処理装置。
31. 前記嫌気性処理後の消化汚泥に酸性溶液を加えることでpH調整し、pH調整して得られる汚泥を固液分離し、分離した処理水を脱色処理した後に前記生物処理に返送することを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の有機性排水の処理装置。
32. 前記嫌気性処理後の消化汚泥に曝気処理を施した後、酸性溶液を加えることでpH調整し、pH調整して得られる汚泥を固液分離することを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の有機性排水の処理装置。

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