JP2006000812A

JP2006000812A - 下水処理システム

Info

Publication number: JP2006000812A
Application number: JP2004182416A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Murakami; 高広村上; Toshiyuki Suda; 俊之須田; Tetsuya Hirata; 哲也平田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】曝気槽で用いる曝気のための圧縮空気を低コストで供給できるようにした下水処理システムを提供する。
【解決手段】曝気槽７を有して下水汚泥１０を分離する下水処理施設１と、下水処理施設１で分離した下水汚泥１０を導入しガス化させて可燃性ガス１３ｃを生成するガス化炉１３と、ガス化炉１３の可燃性ガス１３ｃを燃焼させたガス２０ａで駆動される膨張タービン１６によりコンプレッサ１７を回転して圧縮空気２１ａを生成するガスタービン装置１８とを備え、コンプレッサ１７で生成した圧縮空気２１ａを曝気槽７に曝気用空気として供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水処理システムに関するものである。

近年、下水汚泥は増加の一途を辿っており、その処理が社会的な問題となっているが、下水汚泥の処理の主なものとしては、例えば、汚泥焼却炉による焼却処理が挙げられる。

図２は従来の下水処理システムの一例を示すものであって、１は下水処理施設（下水処理場）、２は汚泥焼却炉、３は空気予熱器、４は冷却塔、５はバグフィルタ、６は排煙処理器である。

前記下水処理施設１では、図示しない沈砂池等を経た下水が曝気槽７に供給されており、曝気槽７では汚水に活性汚泥を加えると共にコンプレッサ８によって生成した圧縮空気を曝気槽７内に吹込んで曝気（エアレーション）することにより活性汚泥による有機物の吸着・分離を行うようにしている。そして曝気槽７から出た汚水は濃縮槽９によって濃縮し、脱水機９ａで脱水することにより、水分７０〜８０％の下水汚泥１０となる。

含有水分がおよそ７０〜８０％に脱水された下水汚泥１０は汚泥焼却炉２に供給され、該汚泥焼却炉２において都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料１１と一緒に下水汚泥１０の混焼が行われ、その排ガスが空気予熱器３を通過する際に燃焼用空気と熱交換し、予熱された予熱空気は前記汚泥焼却炉２へ導入され、又、前記空気予熱器３を通過した排ガスは、冷却塔４において噴霧される水により冷却され、続いて、バグフィルタ５で焼却灰が分離除去された後、排煙処理器６において噴霧される水により前記バグフィルタ５で分離除去しきれなかった灰が除去され、クリーンなガスとして大気放出されるようになっている。

又、図３は従来の下水処理システムの他の例を示すものであって、図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、下水汚泥１０を乾燥させて乾燥汚泥１０ａとして汚泥焼却炉２へ供給する乾燥機１２を追加装備したものである。

図３に示される下水処理システムにおいては、水分をおよそ７０〜８０％程度含有する下水汚泥１０が乾燥機１２で乾燥され、含有する水分がおよそ３０〜５０％程度まで低減された乾燥汚泥１０ａとなり、該乾燥汚泥１０ａは汚泥焼却炉２に供給され、該汚泥焼却炉２において乾燥汚泥１０ａの自燃が行われ、その排ガスが空気予熱器３を通過する際に燃焼用空気と熱交換し、予熱空気が前記汚泥焼却炉２へ導入される一方、前記汚泥焼却炉２から排出される排ガスの一部が前記乾燥機１２へ導かれてその廃熱が下水汚泥１０の乾燥に供され、前記空気予熱器３を通過した排ガスは、図２に示される例の場合と同様に、冷却塔４において噴霧される水により冷却され、続いて、バグフィルタ５で焼却灰が分離除去された後、排煙処理器６において噴霧される水により前記バグフィルタ５で分離除去しきれなかった灰が除去され、クリーンなガスとして大気放出されるようになっている。

前記下水処理施設１においては、曝気槽７により曝気することによって汚水を処理しているが、この曝気処理には非常に大量の圧縮空気が必要であり、このために、従来では巨大なコンプレッサ８を設置することにより曝気槽７に大量の圧縮空気を供給して曝気を行っている。

尚、下水処理システムにおいて、発電・電動機を備えたタービン装置により、夜間の余剰電力を利用して圧縮空気を蓄え、これを昼間に下水処理の曝気用空気とし利用するにあたり、予め上記圧縮空気を加熱してから減圧部としての膨張タービンに通し、電力を回収した後、減圧された圧縮空気として曝気槽に供給するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１１６６８９号公報

しかしながら、前記図２、図３に示した従来の下水処理システムにおいては、曝気槽７での曝気処理のために巨大なコンプレッサ８を設置し、このコンプレッサ８で大量の圧縮空気を生成して曝気槽７に供給することにより曝気を行うようにしているために、前記コンプレッサを駆動するための消費電力が膨大となり、このために下水処理システムの処理コストが大幅に増大してしまうという問題を有していた。

又、特許文献１では、夜間の余剰電力を利用して圧縮空気を蓄えることを記載しているが、圧縮空気を生成するのに電力を消費することに変わりはなく、又、圧縮空気を膨張タービンに通して電力を回収する場合にも、加熱炉で燃料を燃焼させて高温の圧縮空気として膨張タービンに供給する必要があるために、燃料が必要であり、よって大幅なコスト低減を図ることはできなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、曝気槽で用いる曝気のための圧縮空気を低コストで供給できるようにした下水処理システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、曝気槽を有して下水汚泥を分離する下水処理施設と、該下水処理施設で分離した下水汚泥を導入しガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉の可燃性ガスを燃焼させたガスで駆動される膨張タービンによりコンプレッサを回転して圧縮空気を生成するガスタービン装置とを備え、前記コンプレッサで生成した圧縮空気を前記曝気槽に曝気用空気として供給することを特徴とする下水処理システム、に係るものである。

又、前記ガス化炉に廃棄物燃料を供給することは好ましい。

又、前記可燃性ガスの燃焼時に補助燃料を一緒に燃焼させることは好ましい。

本発明の下水処理システムによれば、下水汚泥を導入してガス化するガス化炉で生成した可燃性ガスを用いてガスタービン装置の膨張タービンを駆動し、同軸のコンプレッサで加圧した圧縮空気を曝気用空気として曝気槽に供給するようにしたので、従来曝気のための圧縮空気を生成するのに必要であった電力の消費を無くすことができ、よって下水処理システムの運転コストを大幅に低減できるという優れた効果を奏し得る。

前記ガス化炉に廃棄物燃料を供給すると、安価な燃料でガス化炉内部の温度を高めて下水汚泥のガス化を促進することができる。

前記燃焼器での可燃性ガスの燃焼時に補助燃料を一緒に燃焼させると、可燃性ガスの燃焼成分量が少ない場合でも曝気槽に対して圧縮空気を安定して供給することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例であり、図２の汚泥焼却炉２に代えてガス化炉１３を備えている。ガス化炉１３は、炉内の下部に流動用空気１４ａを供給して砂等のベッド材をバブリングさせると共に燃料を供給して流動層１３ａを形成しており、ガス化炉１３内の上部にはフリーボード１３ｂが形成されている。前記下水処理施設１の濃縮槽９で濃縮し、脱水機９ａで脱水することにより、含有水分がおよそ７０〜８０％程度の下水汚泥１０は、前記ガス化炉１３の上部から流動層１３ａ上に供給するようにしている。

前記ガス化炉１３に供給する燃料としては、廃プラスチック、廃木材等の廃棄物燃料２２を用いることができ、ガス化炉１３内では、これらの廃棄物燃料２２とベッド材とが一緒に流動用空気１４ａによりバブリングされてガス化すると同時に、この流動層１３ａの上に供給された下水汚泥１０の流動乾燥が行われ、更に、フリーボード１３ｂで下水汚泥１０のガス化が行われるようになっている。又、ガス化炉１３の流動層１３ａには必要に応じて蒸気を供給するようにしてもよい。

ガス化炉１３の下流側には空気予熱器１４が備えてあり、該空気予熱器１４では、フリーボード１３ｂで下水汚泥１０をガス化して生成された可燃性ガス１３ｃの廃熱の一部によって空気を加熱し、予熱した流動用空気１４ａを流動層１３ａへ供給するようにしている。

空気予熱器１４の下流側にはスクラバ１５を設けてあり、スクラバ１５は、可燃性ガス１３ｃに対して水を噴霧し、アンモニアやタールの処理並びに脱硫、脱硝、灰処理等を行うと共に、ガス化ガス中の蒸気を凝縮させ、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガス１３ｃを含むドライなガスを得るようにしている。

スクラバ１５の下流側には、膨張タービン１６とコンプレッサ１７が同軸上に備えられたガスタービン装置１８を設けている。前記ガスタービン装置１８は、前記スクラバ１５からの可燃性ガス１３ｃに補助燃料１９を混合して燃焼させる燃焼器２０を有しており、該燃焼器２０からの高温高圧のガス２０ａが膨張タービン１６に導入されて該膨張タービン１６を駆動することによりコンプレッサ１７を回転し、コンプレッサ１７は外気を吸引して圧縮する。コンプレッサ１７で圧縮された圧縮空気２１ａは供給配管２１により前記曝気槽７の下水中に吹込まれて下水の曝気を行うようになっている。又、前記コンプレッサ１７で圧縮された圧縮空気２１ａの一部は前記燃焼器２０に供給されて高温高圧のガス２０ａを生成するのに供される。

次に、上記図示例の作用を説明する。

ガス化炉１３に廃棄物燃料２２を供給する共に、ガス化炉１３内に下部から流動用空気１４ａを供給して、砂等のベッド材を流動させることにより廃棄物燃料２２が流動燃焼する流動層１３ａを形成した状態で、流動層１３ａの上部に含有水分がおよそ７０〜８０％の下水汚泥１０をそのまま落下供給すると、下水汚泥１０に含まれる水分が蒸発して蒸気が発生しつつ、下水汚泥１０は乾燥される。

下水汚泥１０は、乾燥すると揮発性が高いため、揮発分が直に放出され、流動層１３ａで廃棄物燃料２２を燃焼させることによって生じたＣＯ₂と、前記下水汚泥１０から蒸発して発生した蒸気とがガス化剤として、流動層１３ａ上方のフリーボード１３ｂのガス化領域で揮発分と反応し、ＣＯやＨ₂等を多く含む可燃性ガス１３ｃが生成される。

可燃性ガス１３ｃは、空気予熱器１４によりガス化炉１３に送給する流動用空気１４ａを所定の温度に予熱した後、スクラバ１５に導入されて水が噴霧され、アンモニアやタールの処理並びに脱硫、脱硝、灰処理等が行われると共に、ガス化ガス中の蒸気が凝縮され、ＣＯやＨ₂等を多く含む可燃性ガス１３ｃとなる。

スクラバ１５で生成された可燃性ガス１３ｃは、ガスタービン装置１８の燃焼器２０で燃焼されて高温高圧のガス２０ａとなって膨張タービン１６に導入されて該膨張タービン１６を駆動することによりコンプレッサ１７を回転し、コンプレッサ１７は外気を吸引して圧縮する。コンプレッサ１７で圧縮された圧縮空気２１ａは供給配管２１により前記曝気槽７の下水中に吹込まれて下水の曝気を行う。

図１の構成において、前記膨張タービン１６から排出される排ガスは未だ高温を有しているので、この排ガスを利用して前記ガス化炉１３に供給する流動用空気１４ａを予熱してもよい。

上記したように、下水汚泥１０を導入してガス化するガス化炉１３で生成した可燃性ガス１３ｃを用いてガスタービン装置１８の膨張タービン１６を駆動し、同軸のコンプレッサ１７で加圧した圧縮空気２１ａを曝気用空気として曝気槽７に供給するようにしたので、従来曝気のための圧縮空気を生成するのに必要としていた電力の消費を全く無くすことができ、よって下水処理システムの運転コストを大幅に低減することができる。

又、上記形態では、ガス化炉１３に廃棄物燃料２２を供給する場合について説明したが、ガス化炉１３におけるコストを問題にしない場合には、一般のガスや液体或いは固体の燃料を用いて下水汚泥をガス化するようにしたガス化炉も適用できることは勿論である。又、前記燃焼器２０での可燃性ガス１３ｃの燃焼時に補助燃料１９を一緒に燃焼させると、可燃性ガス１３ｃの燃焼成分量が少ない場合でも曝気槽７に対して圧縮空気２１ａを安定して供給することができる。

尚、本発明の下水処理システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例としての下水処理システムを示す全体概要構成図である。従来の下水処理システムの一例を示す全体概要構成図である。従来の下水処理システムの他の例を示す全体概要構成図である。

符号の説明

１下水処理施設
７曝気槽
９濃縮槽
１０下水汚泥
１３ガス化炉
１３ｃ可燃性ガス
１６膨張タービン
１７コンプレッサ
１８ガスタービン装置
１９補助燃料
２１供給配管
２０ａ高温高圧のガス
２１ａ圧縮空気
２２廃棄物燃料

Claims

曝気槽を有して下水汚泥を分離する下水処理施設と、該下水処理施設で分離した下水汚泥を導入しガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉の可燃性ガスを燃焼させたガスで駆動される膨張タービンによりコンプレッサを回転して圧縮空気を生成するガスタービン装置とを備え、前記コンプレッサで生成した圧縮空気を前記曝気槽に曝気用空気として供給することを特徴とする下水処理システム。
前記ガス化炉に廃棄物燃料を供給することを特徴とする請求項１に記載の下水処理システム。
前記可燃性ガスの燃焼時に補助燃料を一緒に燃焼させることを特徴とする請求項１又は２に記載の下水処理システム。