JP2007260551A - 有機性廃棄物処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水熱処理に起因する発泡成分及び黒褐色成分を水熱処理物から除去する。
【解決手段】有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理手段と、該水熱処理手段から排出された処理物から液体成分を分離する液体分離手段と、該液体分離手段が取得した前記液体成分を加熱することにより気体成分と液体成分とに分離する加熱分離手段と、該加熱分離手段から排出された前記気体成分を冷却して凝縮水とする冷却手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃棄物を水熱処理する有機性廃棄物処理装置及び方法に関する。

下記非特許文献１には、従来の有機性廃棄物の処理システムの一例として、活性汚泥法に基づく好気性処理（活性汚泥処理）から得られる余剰汚泥（有機性廃棄物）を水熱処理することによって可溶化し、この可溶化物（水熱処理物）に嫌気性処理（メタン発酵処理）を施すことによりバイオガスを発生させると共に、このメタン発酵処理によって得られる液体成分に上記活性汚泥処理を施するという循環システムが開示されている。
「有機性廃棄物の水熱可溶化とバイオガス回収システム」，石川島播磨技報第４１巻第５号第２３５〜２３９頁，平成１３年９月

ところで、有機性廃棄物に水熱処理を施した場合、メイラード反応によって黒褐色成分が生成される。したがって、上記水熱処理物は、この黒褐色成分が含まれるために黒褐色の液状物である。そして、このような黒褐色成分は、後段のメタン発酵処理及び活性汚泥処理によって除去あるいは分解されないため、活性汚泥処理の処理済水は黒褐色を帯びたものとなる。上記処理システムでは、水熱処理物と有機性の工場廃液とを同時にメタン発酵処理するように構成されているが、工場廃液に対する水熱処理物の割合が大きくなる程、処理済水の黒褐色が濃くなる。

また、有機性廃棄物に油脂成分が混入していた場合、当該油脂成分は水熱処理によって発泡成分となる。そして、この発泡成分が活性汚泥処理に供給されることによって汚泥沈降性が著しく低下する。すなわち、活性汚泥処理では前処理として処理対象液を曝気処理するが、この曝気処理時に発泡成分が原因となって泡が発生し、この結果、活性汚泥の汚泥沈降性が著しく低下する。

しかしながら、上記処理済水が黒褐色を呈していた場合、当該処理済水をこのまま河川等に放流することができないという問題点がある。また、発泡成分が原因となって活性汚泥の汚泥沈降性が低下することによって、活性汚泥処理の処理能率が大幅に低下するという問題点がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）水熱処理に起因する発泡成分及び黒褐色成分を水熱処理物から除去する。
（２）水熱処理物から黒褐色成分を除去することによって活性汚泥処理の処理済水の透明度を向上させ、以って河川等への放流を可能とする。
（３）水熱処理物から発泡成分を除去することによって活性汚泥処理の能率低下を抑制する。

上記目的を達成するために、本発明では、有機性廃棄物処理装置に係る第１の解決手段として、有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理手段と、該水熱処理手段から排出された処理物から液体成分を分離する液体分離手段と、該液体分離手段が取得した前記液体成分を加熱することにより気体成分と液体成分とに分離する加熱分離手段と、該加熱分離手段から排出された前記気体成分を冷却して凝縮水とする冷却手段とを具備する、という手段を採用する。

有機性廃棄物処理装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、微生物を用いて凝縮水を嫌気性処理する嫌気性処理手段と、該嫌気性処理手段から排出された処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理手段とをさらに備える、という手段を採用する。

有機性廃棄物処理装置に係る第３の解決手段として、上記第２の手段において、嫌気性処理手段によって発生したメタンガスを燃料として水熱反応に用いる水蒸気を発生するボイラをさらに備える、という手段を採用する。

有機性廃棄物処理装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、加熱分離手段は、液体成分を減圧雰囲気下で加熱することにより気体成分と液体成分とに分離する減圧濃縮装置である、という手段を採用する。

有機性廃棄物処理装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、水酸化ナトリウムを添加して有機性廃棄物を水熱処理する、という手段を採用する。

また、本発明では、有機性廃棄物処理方法に係る第１の解決手段として、有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理工程と、該水熱処理工程で得られた処理物から液体成分を分離する液体分離工程と、該液体分離工程で得られた前記液体成分を加熱することにより気体成分と液体成分とに分離する加熱分離工程と、該加熱分離工程で得られた前記気体成分を冷却して凝縮水とする冷却工程とを具備する、という手段を採用する。

有機性廃棄物処理方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、微生物を用いて凝縮水を嫌気性処理する嫌気性処理工程と、該嫌気性処理工程で得られた処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程とをさらに備える、という手段を採用する。

有機性廃棄物処理方法に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、嫌気性処理工程で得られたメタンガスを用いて水熱反応に用いる水蒸気を発生させる、という手段を採用する。

有機性廃棄物処理方法に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの解決手段において、加熱分離工程では減圧雰囲気下で液体成分を加熱する、という手段を採用する。

有機性廃棄物処理方法に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの解決手段において、水酸化ナトリウムを添加して有機性廃棄物を水熱処理する、という手段を採用する。

本発明によれば、水熱処理で得られた有機性廃棄物の処理物から液体成分を分離し、この液体成分を加熱することにより気体成分と液体成分とに分離し、この気体成分を冷却して凝縮水とするので、当該凝縮水は、上記処理物の液体成分に含まれる黒褐色成分と発泡成分とを殆ど含まないものとなる。
したがって、このような凝縮水を活性汚泥処理した場合に、その処理済水の透明性を向上させることができるので河川等への放流が可能となると共に、発泡を抑制することができるので活性汚泥処理の能率低下を抑制することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に関わる有機性廃棄物処理装置の構成を示すブロック図である。本有機性廃棄物処理装置は、この図に示すように水熱処理槽１、固液分離器２、減圧濃縮装置３、冷却器４、嫌気性処理槽５、活性汚泥槽６、ボイラ７及び乾燥・炭化装置８を備えている。なお、本有機性廃棄物処理装置が処理対象とする固形有機物は、各種の食品廃棄物等、植物性あるいは動物性の各種有機性廃棄物である。

水熱処理槽１は、周知のように水熱処理、つまり高温かつ高圧状態の超臨界水あるいは亜臨界水を用いて処理対象である固形有機物を分解処理するものである。より詳細には、水熱処理槽１は、固形有機物にボイラ７から供給された水蒸気と専用の供給装置から供給された水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とを混合させ、この混合物を高圧状態で加熱状態にある水熱管内を通過させることにより水熱処理を施す。このような水熱処理における処理温度や処理圧力は処理対象となる固形有機物の性状に応じて適宜設定される。また、上記水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）は、水熱処理の結果として得られた水熱処理物中の固形成分が水熱管の壁面に付着するのを抑制するために添加される。

固液分離器２は、上記水熱処理物を液体成分と固体成分とに分離させるものである。この固液分離器２は、液体成分を減圧濃縮装置３に供給する一方、固体成分を乾燥・炭化装置８に供給する。なお、固体と液体とを分離する装置には種々のものが知られているが、本有機性廃棄物処理装置の固液分離器２としては、分離対象となる水熱処理物の供給量、つまり分離処理能力に応じて適宜最適なものが選択される。

減圧濃縮装置３は、処理対象である上記液体成分を減圧雰囲気下で加熱することにより一部を気化させ、この気化成分と気化しない液状成分とに分離するものであり、図示するように加熱器３ａと気液分離室３ｂとを備えている。加熱器３ａは、上記液体成分を減圧雰囲気下で加熱することにより水分及び有機成分を気化させるものである。気液分離室３ｂは、加熱器３ａから供給された気化成分と液状成分とを分離するものである。

ここで、上記気化成分は、水分及び水熱処理によって低分子化された有機成分を主成分とし、冷却器４に供給される。この気化成分は、液状成分が分離されたものなので、有機成分が固液分離器２から排出された液体成分よりも濃縮されたものとなる。一方、液状成分は、固形有機物に含まれていた油脂成分及び水熱処理物によって生成された黒褐色成分を少なくとも含むものであり、外部に排出される。すなわち、油脂成分及び黒褐色成分は、減圧・加熱によって気化することなく液状成分を維持する。

冷却器４は、上記気化成分を冷却することにより凝縮液として嫌気性処理槽５に供給する。この冷却器４は、減圧濃縮装置３から排出される気化成分を液化、つまり凝縮水とするために、減圧濃縮装置３に補足的に設けられたものである。

嫌気性処理槽５は、嫌気性の微生物を用いて凝縮水を嫌気性処理するものであり、より具体的にはメタン発酵槽である。この嫌気性処理槽５は、有機成分を含む凝縮水にメタン発酵処理を施すことにより生成されたメタンガスをボイラ７に燃料として供給する一方、発酵残渣を活性汚泥槽６に供給する。なお、この嫌気性処理槽５は、冷却器４から供給された凝縮水に加え、図示するように外部から供給された液体有機物（液体状の有機性廃棄物）をも同時に処理できるように構成されている。

活性汚泥槽６は、周知のように活性汚泥法に基づく好気性処理を行うものであり、処理対象液に曝気処理を施すことにより好気性微生物を攪拌・混入させて処理対象液に含まれる有機成分を酸化処理し、この酸化処理物を沈澱処理して得られる上澄み液を処理済水として放流するものである。

ボイラ７は、上記メタンガス及び外部から供給された燃料を燃焼させることにより水蒸気を発生させて水熱処理槽１に供給する。乾燥・炭化装置８は、固液分離器２から供給された固体成分に乾燥処理及び炭化処理を施すことにより土壌改良材（例えば肥料）とするものである。固体成分は、有機成分を多く含んでおり、すなわち土壌改良材として十分な成分を含んでいるので、乾燥処理及び炭化処理を施すことにより土壌改良材となる。

次に、このように構成された本有機性廃棄物処理装置の作用・効果について詳しく説明する。
本有機性廃棄物処理装置の構成上の特徴は減圧濃縮装置３及び冷却器４を含む点にある。すなわち、本有機性廃棄物処理装置は、減圧濃縮装置３を備えることによって水熱処理に伴うメイラード反応によって生成された黒褐色成分及び油脂成分が水熱処理されて生成される発泡成分を活性汚泥槽６による活性汚泥処理の前段階で除去し、以って発泡成分が活性汚泥槽６に供給されて活性汚泥処理の能率低下を回避し、かつ処理済水の透明度を向上させる。

ここで、水熱処理によって生成された上記黒褐色成分及び発泡成分を除去する方法としては、本実施形態による方法以外にもいくつか考えられるが、本有機性廃棄物処理装置は、黒褐色成分及び発泡成分の両者を確実かつ効率良く除去する方法として、固液分離器２から排出された液体成分を減圧濃縮装置３によって処理する方法を採用した。

すなわち、黒褐色成分及び発泡成分は、加熱によって容易に気化しないので加熱によって容易に気化する有機成分（水熱処理によって低分子化された有機成分）から確実に分離可能である。また、常温加熱ではなく減圧雰囲気下で上記有機成分を加熱することによって常温よりも低温で気化させることができるので黒褐色成分及び発泡成分を有機成分から効率良く分離することが可能である。

したがって、本実施形態によれば、水熱処理によって生成された黒褐色成分及び発泡成分を確実かつ効率良く除去することが可能であり、この結果として活性汚泥処理の能率低下を回避することができると共に、処理済水の透明度を向上させて放流が可能となる。
また、本実施形態では、嫌気性処理によって発生したメタンガスを吸熱処理に必要な水蒸気の発生に必要なエネルギの一部に流用するので、処理装置全体のエネルギ効率を向上させることが可能である。
さらに、本実施形態では、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加して水熱処理を行うので、水熱処理物中の固形成分が水熱管の壁面に付着するのを抑制することが可能であり、よって水熱処理槽１のメンテナンスを軽減することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では冷却器４から排出された凝縮水を嫌気性処理槽５及び活性汚泥槽６で処理したが、本発明は、水熱処理によって生成された黒褐色成分及び発泡成分を水熱処理物から除去することを最も基本的な趣旨とするものである。したがって、嫌気性処理槽５及び活性汚泥槽６を備えない構成も本発明の想定範囲内である。

（２）上記実施形態では減圧濃縮装置３を用いることにより固液分離器２から排出された液体成分を減圧加熱したが、分離効率をある程度犠牲にして良い場合には常温加熱によって有機成分を気化させるようにしても良い。

本発明の一実施形態に係わる有機性廃棄物処理装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…水熱処理槽、２…固液分離器、３…減圧濃縮装置、４…冷却器、５…嫌気性処理槽、６…活性汚泥槽、７…ボイラ、８…乾燥・炭化装置

Claims (10)

1. 有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理手段と、
   該水熱処理手段から排出された処理物から液体成分を分離する液体分離手段と、
   該液体分離手段が取得した前記液体成分を加熱することにより気体成分と液体成分とに分離する加熱分離手段と、
   該加熱分離手段から排出された前記気体成分を冷却して凝縮水とする冷却手段と
   を具備することを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
2. 微生物を用いて凝縮水を嫌気性処理する嫌気性処理手段と、
   該嫌気性処理手段から排出された処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の有機性廃棄物処理装置。
3. 嫌気性処理手段によって発生したメタンガスを燃料として水熱反応に用いる水蒸気を発生するボイラをさらに備える
   ことを特徴とする請求項２記載の有機性廃棄物処理装置。
4. 加熱分離手段は、液体成分を減圧雰囲気下で加熱することにより気体成分と液体成分とに分離する減圧濃縮装置であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の有機性廃棄物処理装置。
5. 水酸化ナトリウムを添加して有機性廃棄物を水熱処理することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の有機性廃棄物処理装置。
6. 有機性廃棄物を水熱処理する水熱処理工程と、
   該水熱処理工程で得られた処理物から液体成分を分離する液体分離工程と、
   該液体分離工程で得られた前記液体成分を加熱することにより気体成分と液体成分とに分離する加熱分離工程と、
   該加熱分離工程で得られた前記気体成分を冷却して凝縮水とする冷却工程と
   を具備することを特徴とする有機性廃棄物処理方法。
7. 微生物を用いて凝縮水を嫌気性処理する嫌気性処理工程と、
   該嫌気性処理工程で得られた処理物を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と
   をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の有機性廃棄物処理方法。
8. 嫌気性処理工程で得られたメタンガスを用いて水熱反応に用いる水蒸気を発生させることを特徴とする請求項７記載の有機性廃棄物処理方法。
9. 加熱分離工程では減圧雰囲気下で液体成分を加熱することを特徴とする請求項６〜８いずれかに記載の有機性廃棄物処理方法。
10. 水酸化ナトリウムを添加して有機性廃棄物を水熱処理することを特徴とする請求項６〜９いずれかに記載の有機性廃棄物処理方法。
    
    

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