JP2009120746A - 高含水廃棄物処理装置及び高含水廃棄物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水廃棄物を効率的に脱水して高発熱量の固形燃料に再生するとともに、高含水廃棄物の水熱処理過程において発生する熱エネルギー損失を抑制する。
【解決手段】高含水廃棄物処理装置は、高含水廃棄物(W)を水熱処理する第１及び第２反応器(21,22)と、水熱処理によって得られた高含水廃棄物の泥漿を機械脱水する機械式脱水装置(4)とを備え、水熱処理及び機械脱水を併用して高含水廃棄物を脱水し、これを高発熱量の固形燃料に再生する。廃蒸気移送手段(L11a,44)が反応器間に設けられ、第１反応器の廃蒸気は、第１反応器(21)の水熱処理後且つ第２反応器(22)の水熱処理開始前に第２反応器に水熱反応域予熱用水蒸気として供給される。
【選択図】図２

Description

本発明は、高含水廃棄物処理装置及び高含水廃棄物処理方法に関するものであり、より詳細には、熱エネルギー及び機械エネルギーを適切に組み合わせて使用し、高含水廃棄物を効率的に脱水・乾燥して固形燃料化する高含水廃棄物処理装置及び高含水廃棄物処理方法に関するものである。

下水処理施設や製紙工場等の排出処理設備から排出される下水汚泥、排水汚泥、水中混濁物質等の有機性汚泥は、加圧脱水機、遠心脱水機等の機械式脱水機によって機械脱水され、一般に脱水ケーキ(又は生汚泥)と呼ばれる脱水汚泥として焼却処分又は埋立処分される。このような脱水汚泥は、十分な脱水処理を施すことにより、再生固形燃料として使用し得ることが知られており、この種の再生固形燃料を高カロリーの石炭代替燃料又はその補助燃料として有効利用する技術の開発が望まれている。

しかしながら、下水汚泥処理場で一般に実施される機械脱水手段によって脱水汚泥の含水率を８０％以下に低下させることは、極めて困難である。これは、汚泥の細胞・組織内に保有された水分を機械的な力で強制排出し難いことに起因すると考えられる。

これに対し、特許第３８９８９１８号公報（特許文献１）及び特許第３６１３５６７号公報（特許文献２）には、反応容器内に供給された脱水汚泥等の高含水廃棄物を１５０〜２００℃程度の飽和水蒸気によって蒸煮処理又は加水分解処理して微細化する高含水廃棄物の水熱処理技術が記載されている。このような水熱処理は、脱水汚泥の固形燃料化のみならず、食品残渣、生ゴミ、糞尿、水産物加工残渣等の任意の高含水廃棄物を肥料、飼料又は固形燃料等に再生する技術として使用し得るかもしれない。
特許第３８９８９１８号公報 特許第３６１３５６７号公報

しかし、上記特許文献１又は２に記載されるように１５０〜２００℃程度の温度の飽和水蒸気で高含水汚泥を熱処理したとしても、実際には、高含水汚泥を粉末固形燃料化し難く、多くの場合、ペースト状の生成物が得られるにすぎない。

他方、このような温度域（１５０〜２００℃）を遥かに超える高温・高圧の水蒸気によって脱水汚泥等の高含水廃棄物を蒸煮処理又は加水分解処理した場合、高含水廃棄物を固形燃料化し得るかもしれない。しかし、このような高温・高圧条件で高含水廃棄物を蒸煮処理又は加水分解処理すると、高含水廃棄物に含まれる固形分（有用な可燃物）が細胞・組織内の液分とともに可溶化して過剰に廃液側又は廃気側に流出してしまうことから、有用な固形分が減量するので、有効利用可能な再生固形燃料を所望の如く製造し難い事情がある。

即ち、高含水廃棄物を固形燃料化する過程の脱水処理では、多大な熱エネルギーを要する水分蒸発方式の採用を回避すべく、基本的には、機械脱水に依存することが望ましいが、機械脱水による脱水には限界があり、他方、高温・高圧の水蒸気による高含水廃棄物の蒸煮処理又は加水分解処理を採用した場合、高含水廃棄物中の有用な可燃分が処理過程で廃液側又は廃気側に過剰に流出する結果、再生固形燃料としての回収エネルギーに比較的大きな損失（エネルギーロス）が生じる。

近年、飽和水蒸気によって脱水汚泥等の高含水廃棄物を水熱処理した後に機械脱水し、これにより、高含水廃棄物の含水率を大きく低下させる技術が研究されている。高含水廃棄物は、水熱処理の熱エネルギーと、機械脱水の機械エネルギーとを適切に併用したプロセスを採用することにより、これを含水率１０％以下の固形燃料に再生することができ、しかも、かくして得られた固形燃料は、比較的高い発熱量を有し、石炭代替燃料又はその補助燃料として有効利用し得ると考えられる。

しかし、水熱処理用の反応容器に供給された高圧の水蒸気は、所定時間経過後に廃蒸気として系外に排気されるので、廃蒸気が依然として保有する多大な熱エネルギーは損失する。このため、この種のプロセスは、熱効率が極めて悪い。また、廃蒸気は多量の臭気成分を含むので、廃蒸気中の臭気成分、或いは、廃蒸気凝縮後の抽気ガスに含まれる臭気成分を脱臭する脱臭設備を高含水廃棄物処理装置の系内に配設する必要が生じる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、脱水汚泥等の高含水廃棄物を固形燃料化する高含水廃棄物処理装置及び高含水廃棄物処理方法において、水熱処理及び機械脱水を併用して高含水廃棄物を効率的に脱水し、これを高発熱量の固形燃料に再生するとともに、高含水廃棄物の水熱処理過程において発生する熱エネルギーの損失を抑制することができる高含水廃棄物処理装置及び高含水廃棄物処理方法を提供することにある。

本発明は又、このような高含水廃棄物処理装置及び高含水廃棄物処理方法において、廃蒸気又は抽気ガス中の臭気成分を除去するための脱臭設備を省略可能にすることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成すべく、水熱処理及び機械脱水を併用して脱水汚泥等の高含水廃棄物(W)を脱水し、これを高発熱量の固形燃料に再生する高含水廃棄物処理装置において、
高含水廃棄物及び水蒸気が供給される水熱反応域を夫々有し、高含水廃棄物を該反応域で攪拌して水蒸気の存在下に水熱反応を進行させる第１及び第２反応器(21,22)と、
前記反応器の水熱処理によって得られた高含水廃棄物の泥漿が供給され、該泥漿を機械脱水する機械式脱水装置(4)と、
前記第１反応器(21)の水熱処理後且つ前記第２反応器(22)の水熱処理開始前に前記第１反応器の廃蒸気を前記第２反応器に反応域予熱用水蒸気として供給する廃蒸気移送手段(L11a)とを有することを特徴とする高含水廃棄物処理装置を提供する。

本発明の上記構成によれば、高含水廃棄物の水熱反応が反応器内で進行する。水熱反応は、亜臨界水の性質を利用した反応であり、その反応過程において固形分が微細化されるとともに、難分解性物質が易分解性物質に変化するので、後続の機械式脱水装置は、泥漿化した高含水廃棄物を効果的に機械脱水することができる。例えば、８０％以上の含水率を有する高含水廃棄物は、反応器の水熱処理によって微細化し且つ易分解性物質に変化し、後続の機械式脱水装置によって含水率５０〜６０％程度に脱水される。脱水装置で機械脱水した廃棄物は、所望により、加熱乾燥処理を更に受け、含水率１０％程度に脱水される。

第１反応器内の水蒸気（例えば、1.6Mpa、200℃の水蒸気）は、水熱処理後に廃蒸気として第１反応器から排出されるが、この廃蒸気は、依然として高い温度を有する。本発明によれば、このような廃蒸気は、反応域予熱用水蒸気として第２反応器に供給される。例えば、概ね大気温度相当の初期温度を有する第２反応器の容器本体、攪拌装置及び高含水廃棄物は、廃蒸気によって予熱される。従って、後続の水熱処理のために第２反応器に供給される水蒸気の熱負荷は、大幅に軽減する。

好ましくは、廃蒸気を第２反応器に反応域予熱用水蒸気として供給した後に第１反応器に残存する水蒸気は、凝縮器を介して、水蒸気生成用の水蒸気ボイラの燃焼空気供給系に供給され、該ボイラの燃焼用空気に混入される。水蒸気凝縮後の抽気ガスに含まれる臭気成分は、水蒸気ボイラの燃焼装置により燃焼脱臭される。このような構成によれば、廃蒸気又は抽気ガス中の臭気成分を除去するための脱臭設備を省略することができる。

他の観点より、本発明は、水熱処理及び機械脱水を併用して脱水汚泥等の高含水廃棄物(W)を脱水し、これを高発熱量の固形燃料に再生する高含水廃棄物処理方法において、
前記高含水廃棄物及び水蒸気を第１反応器(21)の水熱反応域に供給し、前記廃棄物を前記反応域で攪拌して該廃棄物の水熱反応を前記水蒸気の存在下に進行させ、
前記高含水廃棄物を第２反応器(22)の水熱反応域に供給するとともに、前記第１反応器の廃蒸気を第２反応器に反応域予熱用水蒸気として供給し(L11a)、
前記第２反応器の水熱反応域に水蒸気を供給し、該反応域の高含水廃棄物を攪拌して該廃棄物の水熱反応を前記水蒸気の存在下に進行させ、
前記第１及び第２反応器の水熱処理によって得られた高含水廃棄物の泥漿を機械式脱水装置(4)によって機械脱水することを特徴とする高含水廃棄物処理方法を提供する。

本発明の処理装置及び処理方法によれば、脱水汚泥等の高含水廃棄物を固形燃料化する高含水廃棄物処理装置及び高含水廃棄物処理方法において、水熱処理及び機械脱水を併用して高含水廃棄物を効率的に脱水し、これを高発熱量の固形燃料に再生するとともに、高含水廃棄物の水熱処理過程において発生する熱エネルギーの損失を抑制することができる。

また、本発明によれば、このような処理装置及び処理方法において、第１反応器に残存する水蒸気中の脱臭成分を水蒸気ボイラの燃焼空気に混入することにより、廃蒸気又は抽気ガス中の臭気成分を除去するための脱臭設備を省略することが可能となる。

本発明の好適な実施形態によれば、高含水廃棄物処理装置は、第２反応器(22)の水熱処理後且つ第１反応器(21)の水熱処理開始前に第２反応器の廃蒸気を第１反応器に反応域予熱用水蒸気として供給する廃蒸気移送手段(L12a)を更に有する。第１及び第２反応器は、高含水廃棄物の水熱処理を交互に実行し、第２反応器の廃蒸気は、第２反応器の水熱処理後且つ第１反応器の水熱処理開始前に、第１反応器に反応域予熱用水蒸気として供給される。

好ましくは、高含水廃棄物処理装置は、廃蒸気移送手段の廃蒸気供給路(L11a,L12a)を開閉操作する開閉制御弁(44,45)と、各反応器の操作に関連して開閉制御弁の作動を制御する制御装置(50)とを更に有する。

更に好ましくは、廃蒸気を第１反応器に反応域予熱用水蒸気として供給した後に第２反応器に残存する水蒸気も又、凝縮器による凝縮過程を経た後、水蒸気生成用の水蒸気ボイラの燃焼空気供給系に供給され、水蒸気ボイラの燃焼用空気に混入されて燃焼脱臭される。

本発明の好ましい実施形態において、高含水廃棄物は、７０％以上の含水率を有し、高含水廃棄物の泥漿は、機械式脱水装置によって含水率４０〜６５％に機械脱水された後、乾燥機によって加熱乾燥され、含水率２０％以下、好ましくは、含水率１０％以下の固形燃料に再生される。例えば、高含水廃棄物は、含水率７０％以上の脱水汚泥であり、圧力2Mpa以上且つ温度 210℃以上の水蒸気が各反応器に供給される。

本発明の他の実施形態において、高含水廃棄物処理装置は、第１及び第２反応器と同様の第３反応器を更に有し、第２反応器の廃蒸気は、第２反応器の水熱処理後且つ第３反応器の水熱処理開始前に、第３反応器に反応域予熱用水蒸気として供給される。

図１は、本発明の好適な実施例に係る高含水廃棄物処理システムの全体構成を示すシステムフロー図である。

図１に示す高含水廃棄物処理システムは、原料供給槽１、水熱処理装置２、中間槽３、脱水装置４、乾燥機５、製品貯留装置６、廃蒸気凝縮器７、排水槽８、排水処理装置９及び水蒸気ボイラ１０を有する。原料供給槽１には、原料（脱水汚泥）Ｗが供給される。本実施例では、原料（脱水汚泥）Ｗは、下水処理場等において機械脱水処理を既に受けた脱水ケーキである。高含水廃棄物処理システムは、水熱処理及び機械脱水を併用して脱水汚泥Ｗを脱水し、これを高発熱量の固形燃料に再生する高含水廃棄物処理装置を構成する。

一般に、機械脱水処理は、熱エネルギーを要しない効率的な下水汚泥等の脱水方法として知られている。しかし、機械脱水処理を受けた下水汚泥（脱水ケーキ）は、依然として８０％以上の高含水率を有する。このような高含水廃棄物を機械脱水によって更に脱水して含水率を８０％未満に低下させることは、極めて困難であると考えられている。しかし、本発明の廃棄物処理システムによれば、通常の機械脱水処理を受けた下水汚泥等の高含水廃棄物（含水率８０％以上）を水熱処理した後、脱水装置４の機械脱水処理によって約６０％程度に更に脱水し、しかる後、高温熱媒体（水蒸気及び高温空気）を用いた乾燥機５の乾燥処理によって高含水廃棄物の含水率を更に低減させ、その結果として、最終的な再生固形燃料の含水率を１０％以下に低下させることができる。しかも、本発明の廃棄物処理システムによれば、高含水廃棄物に含まれる有用な可燃分が処理過程で廃液側に多量に流出するのを防止し、或いは、高含水廃棄物中の有用な可燃分がガス化ガスとともに過剰に排気されるのを防止し、これにより、高含水廃棄物を高発熱量の固形燃料に再生して効率的にエネルギーを回収することができる。

図２は、図１に示す水熱処理装置の構成を詳細に示す拡大フロー図である。

原料供給ポンプ１１を介装した原料供給管Ｌ１が、原料供給槽１に接続される。水熱処理装置２は、第１及び第２反応器２１、２２を備える。原料供給管Ｌ１は、分岐管Ｌ１ａ：Ｌ１ｂに分岐し、分岐管Ｌ１ａ：Ｌ１ｂは、第１及び第２反応器２１、２２に夫々接続される。原料供給槽１の原料Ｗは、原料供給ポンプ１１によって原料供給管Ｌ１及び分岐管Ｌ１ａ：Ｌ１ｂから反応器２１、２２に供給される。

水蒸気ボイラ１０に接続された水蒸気供給管Ｌ２の分岐管Ｌ２ａ：Ｌ２ｂが、第１及び第２反応器２１、２２に夫々接続され、所定温度且つ所定圧力の水蒸気が第１及び第２反応器２１、２２内の水熱反応域に充填される。例えば、水蒸気供給管Ｌ２の水蒸気圧力及び温度は、約２Mpa、約２１０℃程度に設定され、反応器２１、２２の水熱反応域における水蒸気の圧力及び温度は、約１．６Mpa、約２００℃に設定される。反応器２１、２２内の水熱反応域には、飽和水蒸気が充満する。反応器２１、２２内における飽和水蒸気の凝縮により、水蒸気が保有する多大な潜熱が水熱反応域の脱水汚泥に供給される。この結果、脱水汚泥は所定温度に加熱され、その水熱反応（加水分解反応）が反応器２１、２２の水熱反応域において進行する。

図２に示すように、分岐管Ｌ１ａ：Ｌ１ｂには、開閉制御弁２３、２４が夫々介装され、分岐管Ｌ２ａ：Ｌ２ｂには、開閉制御弁２５、２６が夫々介装される。第１及び第２反応器２１、２２は又、攪拌装置２７を備える。攪拌装置２７は、容器殻体又は容器缶体に水平に支承された回転軸２８と、回転軸２８に径方向に固定された攪拌羽根２９と、回転軸２８を回転駆動する電動モータ３０とを有する。電動モータ３０の回転駆動軸（出力軸）は、変速機構等を介して回転軸２８に連結され、回転軸２８は、容器殻体を貫通して容器内に延びる。

第１反応器２１の排出口には、泥漿排出管Ｌ３ａが接続され、第２反応器２２の排出口には、泥漿排出管Ｌ３ｂが接続される。泥漿排出管Ｌ３ａ：Ｌ３ｂには、開閉制御弁３１、３２が夫々介装される。泥漿排出管Ｌ３ａ：Ｌ３ｂの下流端は、中間槽３に接続される。

反応器２１、２２及び中間槽３には、廃蒸気管Ｌ１１：Ｌ１２：Ｌ１３が夫々接続される。廃蒸気管Ｌ１１：Ｌ１２：Ｌ１３は、集合管Ｌ１４を介して廃蒸気凝縮器７(図１)に接続される。廃蒸気管Ｌ１１：Ｌ１２：Ｌ１３には、開閉制御弁４１、４２、４３が夫々介装される。廃蒸気管Ｌ１１の分岐管Ｌ１１ａが、第２反応器２２に接続され、廃蒸気管Ｌ１２の分岐管Ｌ１２ａが、第１反応器２１に接続される。分岐管Ｌ１１ａ：Ｌ１１ｂには、開閉制御弁４４、４５が夫々介装される。第１反応器２１の廃蒸気は、分岐管Ｌ１１ａを介して第２反応器２２に導入することができ、第２反応器２２の廃蒸気は、分岐管Ｌ１２ａを介して第１反応器２１に導入することができる。分岐管Ｌ１１ａ、Ｌ１２ａ及び開閉制御弁４４、４５は、廃蒸気移送手段を構成する。

中間槽３の排出口には、泥漿給送管Ｌ４が接続される。泥漿給送管Ｌ４には、移送ポンプ３４及び冷却装置３５が介装される。冷却水循環回路Ｌ２２が、冷却装置３５に接続される。

図１に示す如く、泥漿給送管Ｌ４の下流端は、脱水装置４の泥漿流入口に接続される。脱水装置４は、泥漿を固液分離する圧搾脱水方式、加圧脱水方式又は遠心脱水方式の機械式脱水機からなる。脱水装置４の固形分排出口と乾燥機５の原料投入口とは、固形分移送管Ｌ５及び固形分移送ポンプ３６を含む移送装置によって接続される。

分離水排出管Ｌ８の上流端が脱水装置４の分離水排出口に接続される。分離水排出管Ｌ８の下流端は、排水槽８に接続される。排水槽８には、排水管Ｌ９の上流端が接続される。排水管Ｌ９の下流端は、排水処理装置９に接続される。排水移送ポンプ９１が、排水管Ｌ９に介装される。

乾燥機５は、固形分が導入される乾燥域５１と、固形分を加熱する加熱部５２とを備える。加熱部５２には、水蒸気供給管Ｌ２０が接続される。減圧弁５３によって減圧された水蒸気ボイラ１０の水蒸気が、加熱部５２に供給され、加熱部５２は、固形分を加熱乾燥させる。昇温空気給送管Ｌ１８及び排気管Ｌ６が乾燥機５に接続される。昇温空気給送管Ｌ１８によって供給された比較的高温の空気（及び排気循環ガス）は、乾燥域５１の固形分から気化した水蒸気とともに排気管Ｌ６に排気される。排気管Ｌ６は、水洗塔５５に接続される。排気管Ｌ６の排気は、水洗塔５５のスクラビング運転により浄化される。水洗塔５５において、気化した水蒸気は凝縮し、排気中の臭気成分は除去される。浄化後の排気は、循環ラインＬ２３を介して強制循環ファン７２に吸引され、凝縮器７に導入される。このような排気循環ガス中に臭気成分が蓄積するのを防止すべく、循環ラインＬ２３を循環する排気の一部がパージガスとして水洗塔５５の下流側で排出され、水蒸気ボイラ１０の燃焼空気供給管Ｌ３０に導入され、燃焼脱臭される。乾燥機５及び水洗塔５５の排水は、排水管Ｌ２１、Ｌ２４を介して排水槽８に排出される。

固形分送出管Ｌ７の上流端が乾燥機５に接続される。固形分送出管Ｌ７は、乾燥後の固形分を製品貯留装置６の受入部６１に送出する。固形分は、移送・搬送装置６２によって受入部６１から製品貯留槽６３に移送され、外部施設等に出荷可能な再生固形燃料として製品貯留槽６３に貯留される。

集合管Ｌ１４に接続された凝縮器７は、熱交換部７１を有する。冷却空気供給管Ｌ１７及昇温空気給送管Ｌ１８が熱交換部７１に接続される。冷却空気供給管Ｌ１７には、外気等圧送用の強制循環ファン７２が介装される。取入れ外気と、循環ラインＬ２３の排気との混合気は、熱交換部７１によって加熱され、昇温空気給送管Ｌ１８を介して乾燥機５に供給される。

抽気ファン７３を介装した抽気管Ｌ１５が、凝縮器７の頂部に接続される。抽気管Ｌ１５の下流端は、水蒸気ボイラ１０の燃焼空気供給管Ｌ３０に接続され、燃焼脱臭のためにボイラ１０の燃焼用空気に混合される。従って、抽気ガス（Ｌ１５）中の臭気成分と、排気循環ガス（Ｌ６、Ｌ２３）中の臭気成分は、ボイラ１０の燃焼部において燃焼するので、脱臭装置の設置を省略することができる。凝縮器７の底部には、凝縮水排水管Ｌ１９の上流端が接続される。凝縮水排水管Ｌ１９の下流端は、排水槽８に接続される。

図２に示す如く、高含水廃棄物処理システムは、制御信号線（一点鎖線で示す）によって開閉制御弁２３−２６、３１、３２、４１−４５の各駆動部に接続された制御装置５０を備える。制御装置５０は、開閉制御弁２３−２６、３１、３２、４１−４５を開閉制御する。制御装置５０は又、制御信号線（一点鎖線で示す）によって電動モータ３０の作動部に接続され、攪拌装置２７の作動を制御する。

図１に示す各反応器又は各槽類には、水熱反応域、容器内領域又は槽内領域の温度及び圧力を検出する温度検出器及び圧力検出器（図示せず）が適所に取付けられる。温度検出器及び圧力検出器も又、制御信号線（図示せず）を介して制御装置５０（図２）に接続される。制御装置５０は、図１に示す系内の全構成機器の作動を制御し又は監視する制御部（図示せず）を内蔵する。

次に、高含水廃棄物処理システムの作動について説明する。

図３〜図１０は、水熱処理装置２の作動形態を示すフロー図である。

図３に示す如く、開閉制御弁２３は開放され、その他の開閉制御弁２４−２６、３１、３２、４１−４５は閉鎖される。原料供給槽１に貯留された高含水率の流動性原料（脱水汚泥）Ｗは、原料供給ポンプ１１によって第１反応器２１に供給され、反応器２１内の水熱反応域に投入される。

原料投入後、開閉制御弁２３は、全閉位置に切換えられ、開閉制御弁２５は開放される。この状態が図４に示されている。開閉制御弁２５の開放により、水蒸気供給管Ｌ２、Ｌ２ａの水蒸気が第１反応器２１の水熱反応域に流入する。

図５に示すように、反応器２１の電動モータ３０が起動され、攪拌装置２７が稼動する。反応器２１内に供給された水蒸気は、反応器２１の殻体又は缶体や、反応器２１内の原料Ｗを予熱しながら、反応器２１内の水熱反応域を昇温する。水蒸気の凝縮水は、反応器２１内に滞留する。

反応器２１の内部温度が所定温度に上昇すると、開閉制御弁２５は閉鎖位置に切換えられ、水熱反応域への水蒸気の供給は停止される。反応器２１内の原料Ｗは、数分〜数十分の時間、この状態で攪拌装置２７の攪拌作用を受け、亜臨界域の水熱処理（加水分解処理）が実行される。

第１反応器２１が水熱処理工程を実行している間に、図５に示すように高含水率の流動性原料（脱水汚泥）Ｗが第２反応器２２に供給される。開閉制御弁２４は開放され、原料Ｗは、原料供給ポンプ１１によって第２反応器２２内の水熱反応域に投入され、しかる後、開閉制御弁２４は全閉位置に切換えられる。

第１反応器２１の水熱処理工程が所定時間、継続的に実行された後、反応器２１の減圧操作が実行される。反応器２１の減圧操作においては、図６に示す如く、その初期段階で開閉制御弁４４が開放される。第１反応器２１内の水蒸気は、廃蒸気として第２反応器２２内に流入する。反応器２２内に流入した廃蒸気は、反応器２２の殻体又は缶体や、反応器２２内の原料Ｗを予熱するとともに、反応器２２内の水熱反応域を昇温する。このような減圧操作の間、第１反応器２１の攪拌装置２７は、反応器２１内の温度を均一化すべく、攪拌運転を継続する。

図７に示す如く、第１及び第２反応器２１、２２の内圧が平衡し又は均圧化した時点で、開閉制御弁４４は閉鎖される。次いで、廃蒸気管Ｌ１１の開閉制御弁４１が開放操作され、第１反応器２１内に残存する水蒸気は、集合管Ｌ１４を介して廃蒸気凝縮器７に流出する。第１反応器２１の内圧が常圧（大気圧相当圧力）に減圧した時点で減圧工程は完了し、攪拌装置２７の作動は停止される。減圧工程の完了後、開閉制御弁３１が開放され、第１反応器２１の内容物（泥漿）は、泥漿排出管Ｌ３ａを介して中間槽３に払い出される。同時に、開閉制御弁２６は開放され、水蒸気供給管Ｌ２、Ｌ２ｂの水蒸気が第２反応器２２の水熱反応域に流入する。

第２反応器２２は、前述の第１反応器２１の水熱処理工程と同じく、開閉制御弁２６の開閉操作による水蒸気供給の過程を経た後、攪拌装置２７の攪拌作用の下で原料Ｗの水熱処理工程を実行する。この状態が図８に示されている。図８に示す如く、第２反応器２２の水熱処理工程の間に開閉制御弁２３が開放されて、第１反応器２１内に原料（脱水汚泥）Ｗが再投入され、しかる後、開閉制御弁２３は全閉位置に切換えられる。

第２反応器２２の水熱処理工程が完了すると、第２反応器２２の減圧操作が、図９に示す如く実行される。図９に示すように、開閉制御弁４５は開放され、第２反応器２２内の水蒸気は、廃蒸気として第１反応器２１内に流入する。反応器２１内に流入した廃蒸気は、反応器２１の容器殻体又は缶体や、反応器２１内の原料Ｗを予熱するとともに、反応器２１内の水熱反応域を昇温する。

第１及び第２反応器２１、２２の内圧が平衡し又は均圧化した後、開閉制御弁４５は閉鎖される。図１０に示す如く、廃蒸気管Ｌ１２の開閉制御弁４２が開放操作され、第２反応器２２内に残存する水蒸気は、集合管Ｌ１４を介して廃蒸気凝縮器７に流出する。第２反応器２２の内圧が常圧（大気圧相当圧力）に減圧した時点で減圧工程は完了し、攪拌装置２７の作動は停止される。減圧工程の完了後、開閉制御弁３２が開放され、第２反応器２２の内容物（泥漿）は、泥漿排出管Ｌ３ｂを介して中間槽３に払い出される。同時に、開閉制御弁２５は図１０に示すように開放され、水蒸気供給管Ｌ２、Ｌ２ａの水蒸気が第１反応器２１の水熱反応域に流入する。次いで、図５〜図１０に示す反応器２１の水熱処理工程〜第２反応器２２の払出し工程が再び実行され、以下、図５〜図１０に示す一連の工程が反復実施される。

中間槽３に払い出された泥漿は、脱水装置４及び乾燥機５（図１）の機械脱水処理及び乾燥処理を受ける。後続の機械脱水処理、乾燥処理等に関し、図１及び図２を参照して以下に説明する。

第１及び第２反応器２１、２２から中間槽３に払い出された泥漿は、高温且つスラリー状態又は懸濁液状態の中間物質として中間槽３に貯留される。泥漿が保有する水分の一部は、中間槽３において気化する。泥漿は、１００℃程度まで温度降下した後、図１及び図２に示す移送ポンプ３４の圧力下に冷却装置３５を介して脱水装置４に給送される。なお、中間槽３の廃蒸気は、開閉制御弁４３の開放により、廃蒸気管Ｌ１３及び集合管Ｌ１４から廃蒸気凝縮器７に送出される。

泥漿は、脱水装置４において機械脱水処理を受けて固液分離される。分離水は、排水槽８に貯留され、排水移送ポンプ９１によって排水処理装置９に排出される。固形分は、固形分移送ポンプ３６によって乾燥機５に給送される。水蒸気ボイラ１０の水蒸気が水蒸気供給管Ｌ２０によって乾燥機５の加熱部５２に供給されるとともに、昇温空気給送管Ｌ１８の混合気流（空気及び排気循環ガス）が乾燥機５の乾燥域５１に供給される。固形分に含まれる水分は、加熱部５２の熱で気化し、乾燥域５１内の混合気流に搬送されて排気管Ｌ６から水洗塔５５に給送される。

乾燥後の固形分は、再生固形燃料として製品貯留装置６の製品貯留槽６３に貯留され、例えば、石炭代替の固形燃料製品として外部施設等に出荷される。再生固形燃料の一部は、水蒸気ボイラ１０の燃料として使用される。ボイラ１０の燃料を原料Ｗの再生固形燃料で賄うことができるので、系外からの新たな燃料の供給は不要となり、高効率のエネルギー循環が可能となる。

図１１は、上記構成の廃棄物処理システムの各部における泥漿の固形分・水分比（重量比）を示すブロック図である。

本実施例において、原料Ｗは、通常の下水汚泥を機械脱水した脱水汚泥であり、約８０％の含水率を有する高含水廃棄物である。この種の高含水廃棄物を機械脱水によって更に脱水し、含水率を８０％未満に低下させることは、極めて困難であると考えられてきた。しかしながら、上記構成の廃棄物処理システムによれば、図１１に示す如く、脱水装置４の機械脱水処理によって含水率を約６０％に低下し、高温熱媒体（水蒸気及び高温空気）を用いた乾燥機５の乾燥処理によって含水率を更に低減し、最終的な再生固形燃料の含水率を１０％以下に低下させることができる。

また、上記構成の廃棄物処理システムにおいては、第１及び第２反応器２１、２２における原料（脱水汚泥）Ｗの水熱処理（加水分解処理）は、機械脱水の前処理を意図したものであるにすぎないので、原料（脱水汚泥）Ｗは、２００℃程度の飽和水蒸気によって水熱処理（加水分解処理）されるにすぎない。このため、原料（脱水汚泥）Ｗが保有する可燃分は、過剰に廃液に流出することなく、ガス化ガスとともに過剰に系外に排出されることもなく、従って、比較的高カロリーの再生固形燃料を製造することができる。この種の再生固形燃料は、高カロリーの石炭代替燃料（本例では、水蒸気ボイラ１０の燃料）として有効利用することができる。

更に、上記構成の廃棄物処理システムでは、一方の反応器（例えば、第１反応器２１）の廃蒸気が保有する熱は、他方の反応器（例えば、第２反応器２２）の水熱反応域及び容器本体の予熱に有効利用されるので、システム全体の熱効率は、大幅に向上する。

また、凝縮器７の抽気ガスに含まれる臭気成分や、乾燥機５の排気循環ガスのパージガスに含まれる臭気成分は、ボイラ１０の燃焼用空気に混合され、ボイラ１０の燃焼部において燃焼し、実質的に完全に除去される（燃焼脱臭）。

以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。

例えば、上記実施例においては、廃棄物処理システムは、２機又は一対の反応器２１、２２を交互運転し、一方の反応器の廃蒸気を他方の反応器に導入するように構成されているが、３機以上の反応器を選択的に運転するように廃棄物処理システムを構成しても良い。この場合、水熱処理工程を完了した反応器の廃蒸気は、引き続いて水熱処理工程を実行する他の反応器に順次供給される。

また、上記実施例では、高含水率の流動性原料（脱水汚泥）等を各種ポンプ(原料供給ポンプ１１、移送ポンプ３４、固形分移送ポンプ３６)によって各反応器等に圧送するように構成したものであるが、食品残渣、生ごみ等の非流動性且つ高含水率の廃棄物を原料として使用する場合、ベルト式コンベヤ、スクリュー式フィーダ、ピストンシリンダ式フィーダ等の搬送設備又は移送設備によって原料（廃棄物）、中間物質等を各反応器等に供給するようにしても良い。

更には、野菜くずを主とした生ゴミ又は食品残渣を原料Ｗとして処理する場合、排水槽８に貯留された分離水を液体肥料として利用することも可能である。

本発明は、脱水汚泥等の高含水廃棄物を効率的に脱水・乾燥し、これを固形燃料として再生する高含水廃棄物処理装置及び高含水廃棄物処理方法に適用される。本発明の処理装置及び処理方法は、高圧水蒸気の存在下に進行する水熱反応により加水分解した高含水廃棄物を機械脱水装置によって機械脱水し、これにより、含水率を大きく低減し、しかも、高発熱量の固形燃料などを再生しようとするものであり、脱水汚泥、食品残渣、生ゴミ、医療系廃棄物、畜糞、水産物加工残渣等の高含水廃棄物を固形燃料、肥料、飼料等に有効に再生する技術として有利に使用することができ、その実用的効果は顕著である。

本発明の好適な実施例に係る高含水廃棄物処理システムの全体構成を示すシステムフロー図である。 図１に示す水熱処理装置の構成を詳細に示す拡大フロー図である。 水熱処理装置の作動形態を示すフロー図であり、第１反応器の原料投入工程と、第２反応器の待機状態とが示されている。 水熱処理装置の作動形態を示すフロー図であり、第１反応器の水蒸気供給工程と、第２反応器の待機状態とが示されている。 水熱処理装置の作動形態を示すフロー図であり、第１反応器の水熱処理工程と、第２反応器の原料投入工程とが示されている。 水熱処理装置の作動形態を示すフロー図であり、第１反応器の廃蒸気工程と、第２反応器の予熱工程とが示されている。 水熱処理装置の作動形態を示すフロー図であり、第１反応器の払出し工程と、第２反応器の水蒸気供給工程とが示されている。 水熱処理装置の作動形態を示すフロー図であり、第１反応器の原料投入工程と、第２反応器の水熱処理工程とが示されている。 水熱処理装置の作動形態を示すフロー図であり、第１反応器の予熱工程と、第２反応器の廃蒸気工程とが示されている。 水熱処理装置の作動形態を示すフロー図であり、第１反応器の水蒸気供給工程と、第２反応器の払出し工程とが示されている。 廃棄物処理システムの各部における泥漿の固形分・水分比（重量比）を示すブロック図である。

符号の説明

１ 原料供給槽
２ 水熱処理装置
３ 中間槽
４ 脱水装置
５ 乾燥機
６ 製品貯留装置
７ 廃蒸気凝縮器
８ 排水槽
９ 排水処理装置
１０ 水蒸気ボイラ
１１ 原料供給ポンプ
２１ 第１反応器
２２ 第２反応器
２７ 攪拌装置
３０ 電動モータ
２３−２６、３１、３２、４１−４５ 開閉制御弁
５０ 制御装置
Ｌ１１：Ｌ１２：Ｌ１３ 廃蒸気管
Ｌ１１ａ：Ｌ１２ａ 分岐管

Claims (9)

1. 水熱処理及び機械脱水を併用して脱水汚泥等の高含水廃棄物を脱水し、これを高発熱量の固形燃料に再生する高含水廃棄物処理装置において、
   高含水廃棄物及び水蒸気が供給される水熱反応域を夫々有し、高含水廃棄物を該反応域で攪拌して水蒸気の存在下に水熱反応を進行させる第１及び第２反応器と、
   前記反応器の水熱処理によって得られた高含水廃棄物の泥漿が供給され、該泥漿を機械脱水する機械式脱水装置と、
   前記第１反応器の水熱処理後且つ前記第２反応器の水熱処理開始前に前記第１反応器の廃蒸気を前記第２反応器に反応域予熱用水蒸気として供給する廃蒸気移送手段とを有することを特徴とする高含水廃棄物処理装置。
2. 廃蒸気を前記第２反応器に反応域予熱用水蒸気として供給した後に前記第１反応器に残存する水蒸気を凝縮し、その抽気ガスを水蒸気生成用の水蒸気ボイラの燃焼空気供給系に供給して、該ボイラの燃焼用空気に混入する水蒸気排出手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の高含水廃棄物処理装置。
3. 前記第２反応器の水熱処理後且つ前記第１反応器の水熱処理開始前に前記第２反応器の廃蒸気を前記第１反応器に反応域予熱用水蒸気として供給する廃蒸気移送手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高含水廃棄物処理装置。
4. 前記廃蒸気移送手段の廃蒸気供給路を開閉操作する開閉制御弁と、前記反応器の操作に関連して前記開閉制御弁の作動を制御する制御装置とを更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高含水廃棄物処理装置。
5. 水熱処理及び機械脱水を併用して脱水汚泥等の高含水廃棄物を脱水し、これを高発熱量の固形燃料に再生する高含水廃棄物処理方法において、
   前記高含水廃棄物及び水蒸気を第１反応器の水熱反応域に供給し、前記廃棄物を前記反応域で攪拌して該廃棄物の水熱反応を前記水蒸気の存在下に進行させ、
   前記高含水廃棄物を第２反応器の水熱反応域に供給するとともに、前記第１反応器の廃蒸気を第２反応器に反応域予熱用水蒸気として供給し、
   前記第２反応器の水熱反応域に水蒸気を供給し、該反応域の高含水廃棄物を攪拌して該廃棄物の水熱反応を前記水蒸気の存在下に進行させ、
   前記第１及び第２反応器の水熱処理によって得られた高含水廃棄物の泥漿を機械式脱水装置によって機械脱水することを特徴とする高含水廃棄物処理方法。
6. 前記廃蒸気を前記第２反応器に反応域予熱用水蒸気として供給した後に前記第１反応器に残存する水蒸気を凝縮し、その抽気ガスを水蒸気生成用の水蒸気ボイラの燃焼空気に混入して燃焼脱臭することを特徴とする請求項５に記載の高含水廃棄物処理方法。
7. 前記第１及び第２反応器は、前記高含水廃棄物の水熱処理を交互に実行し、
   前記第２反応器の廃蒸気は、前記第２反応器の水熱処理後且つ前記第１反応器の水熱処理開始前に、前記第１反応器に反応域予熱用水蒸気として供給されることを特徴とする請求項５又は６に記載の高含水廃棄物処理方法。
8. 前記高含水廃棄物は、７０％以上の含水率を有し、前記高含水廃棄物の泥漿は、前記機械式脱水装置によって含水率４０〜６５％に機械脱水された後、乾燥機によって加熱乾燥され、含水率２０％以下の固形燃料に再生されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の高含水廃棄物処理方法。
9. 前記高含水廃棄物は、含水率７０％以上の脱水汚泥であり、圧力2Mpa以上且つ温度 210℃以上の水蒸気が前記反応器に供給されることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の高含水廃棄物処理方法。

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