JP2014061509A - 有機性汚泥の嫌気性可溶化消化処理システム、及び有機性汚泥の嫌気性可溶化消化処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、従来の嫌気性可溶化消化処理システムに替わる嫌気性可溶化消化処理システムを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の嫌気性可溶化消化処理システム１は、有機性汚泥Ａの嫌気性消化処理が行われる消化タンク２と、消化汚泥Ｂを消化タンク２に循環させる循環ライン９ｂ〜９ｅと、消化汚泥Ｂを脱水処理して脱水ケーキＣと分離液Ｅとに分離させる脱水処理装置（スクリュウ型デカンタ４）と、脱水ケーキＣを可溶化タンク５に圧送する脱水ケーキ圧送ポンプ４ａと、脱水ケーキＣを可溶化処理する可溶化タンク５と、を備える嫌気性可溶化消化処理システム１であって、脱水処理装置（スクリュウ型デカンタ４）は、分離液Ｅの流量を増減することで、前記可溶化タンクで必要な可溶化熱量が前記消化タンクの加温に必要な熱量となるように、脱水ケーキＣの含水率を調節することを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の嫌気性可溶化消化処理システム１は、有機性汚泥Ａの嫌気性消化処理が行われる消化タンク２と、消化汚泥Ｂを消化タンク２に循環させる循環ライン９ｂ〜９ｅと、消化汚泥Ｂを脱水処理して脱水ケーキＣと分離液Ｅとに分離させる脱水処理装置（スクリュウ型デカンタ４）と、脱水ケーキＣを可溶化タンク５に圧送する脱水ケーキ圧送ポンプ４ａと、脱水ケーキＣを可溶化処理する可溶化タンク５と、を備える嫌気性可溶化消化処理システム１であって、脱水処理装置（スクリュウ型デカンタ４）は、分離液Ｅの流量を増減することで、前記可溶化タンクで必要な可溶化熱量が前記消化タンクの加温に必要な熱量となるように、脱水ケーキＣの含水率を調節することを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機性汚泥の嫌気性可溶化消化処理システム、及び有機性汚泥の嫌気性可溶化消化処理方法に関する。
下水汚泥、産業排水等の有機性汚泥を処理する方法として、メタン菌等の嫌気性微生物に消化させる嫌気性消化処理が挙げられる。
また、下記特許文献１によれば、回収するメタンガスの増加と消化汚泥熱改質よる汚泥の減容化等を図るため、嫌気性消化処理された消化汚泥を熱可溶化処理し、可溶化汚泥を消化タンクに循環させる高効率な嫌気性可溶化消化処理方法が開示されている。
なお、下記特許文献１の嫌気性可溶化消化処理方法は、熱可溶化リタクタに圧送される脱水ケーキに消化汚泥を混ぜ合わせ、脱水ケーキの含水率（固形分濃度）を調整することで可溶化熱量を調節して、熱交換器を用いることなく、消化タンクの有機性汚泥を嫌気性消化処理に必要な温度に維持することを可能としたものである。
なお、下記特許文献１の嫌気性可溶化消化処理方法は、熱可溶化リタクタに圧送される脱水ケーキに消化汚泥を混ぜ合わせ、脱水ケーキの含水率（固形分濃度）を調整することで可溶化熱量を調節して、熱交換器を用いることなく、消化タンクの有機性汚泥を嫌気性消化処理に必要な温度に維持することを可能としたものである。
しかしながら、従来の嫌気性可溶化消化処理システムでは、可溶化熱量を消化タンクの加温熱量に調節するため、脱水ケーキの流量と消化汚泥の流量を管理・調整して、可溶化される脱水ケーキの含水率を調整する必要があったため、流量管理が複雑となっていた。そのため、熱量または脱水ケーキの含水率調整管理が簡易な嫌気性可溶化消化処理システムが望まれていた。
また、従来の嫌気性可溶化消化処理システムでは、脱水ケーキを可溶化タンクに圧送する脱水ケーキ配管の配管抵抗が高かった。また、例えば、０．５〜０．７Ｍｐａなど、可溶化タンク内が高圧に設定されていた。そして、脱水ケーキ圧送ポンプにより、例えば、１．６〜３．２Ｍｐなどの非常に高い圧力で脱水ケーキを圧送して、脱水ケーキを可溶化タンクに投入していた。そのため、脱水ケーキ圧送ポンプが大型化して、過大な動力を消費するという問題があった。
また、従来の嫌気性可溶化消化処理システムでは、可溶化タンクに投入される脱水ケーキの含水率を調整するために、脱水ケーキ配管に消化汚泥を投入している。そのため、高圧な脱水ケーキ配管に消化汚泥を投入するための圧送ポンプと配管とが必要となり、付帯設備数が増加していた。
そこで、本発明は、前記問題に鑑みて創案された発明であって、従来の嫌気性可溶化消化処理システムに替わる嫌気性可溶化消化処理システム、及び嫌気性可溶化消化処理方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明に係る嫌気性可溶化消化処理システムは、有機性汚泥の嫌気性消化処理が行われる消化タンクと、消化汚泥の一部を前記消化タンクに循環させる循環ラインと、前記循環ライン上に設置されるとともに、前記循環ラインを流れる前記消化汚泥を脱水処理して、脱水ケーキと分離液とに分離させる汚泥脱水処理装置と、前記循環ライン上であって前記汚泥脱水処理装置の下流側に設置され、前記脱水ケーキを可溶化タンクに圧送する脱水ケーキ圧送装置と、前記脱水ケーキを可溶化処理する前記可溶化タンクと、を備える嫌気性可溶化消化処理システムであって、前記汚泥脱水処理装置は、前記循環ラインから排出される前記分離液の流量を増減することで、前記可溶化タンクで必要な可溶化熱量が前記消化タンクの加温に必要な熱量となるように、前記脱水ケーキの含水率を調節可能なことを特徴とする。
本発明によれば、循環ラインから排出される分離液の流量を管理・調整することで、脱水ケーキの含水率を調整することができる。そのため、脱水ケーキの含水率を増減することで、可溶化汚泥の熱量を増減させて、消化タンクに循環する可溶化汚泥の熱量を適量とすることができる。
以上、本発明によれば、流量管理が脱水処理装置による分離液の流量のみであるため、従来技術に比べて、熱量または脱水ケーキの含水率の調整管理の簡易化を図ることができる。
以上、本発明によれば、流量管理が脱水処理装置による分離液の流量のみであるため、従来技術に比べて、熱量または脱水ケーキの含水率の調整管理の簡易化を図ることができる。
また、本発明によれば、従来必要とされてきた脱水ケーキに対して消化汚泥を合流させる合流ライン用の配管と圧送装置が不要となり、付帯設備数の削減化が図れる。
さらに、本発明の嫌気性可溶化消化処理システムによれば、脱水ケーキ圧送装置により圧送される脱水ケーキは、従来の脱水ケーキに比べて含水率が高いため、配管抵抗が低くなる。そのため、脱水ケーキ圧送装置の小型化を図り、消費する動力を削減することができる。
さらに、本発明の嫌気性可溶化消化処理システムによれば、脱水ケーキ圧送装置により圧送される脱水ケーキは、従来の脱水ケーキに比べて含水率が高いため、配管抵抗が低くなる。そのため、脱水ケーキ圧送装置の小型化を図り、消費する動力を削減することができる。
また、本発明に係る嫌気性可溶化消化処理方法は、前記有機性汚泥を嫌気性消化処理して消化汚泥を生成する嫌気性消化処理工程と、前記嫌気性消化処理工程により生成された前記消化汚泥を循環ラインに流入させる循環工程と、前記循環ラインに流入する前記消化汚泥を脱水処理することで、脱水ケーキと分離液とに分離させる汚泥脱水処理工程と、前記脱水ケーキを可溶化処理する可溶化処理工程と、を備える嫌気性可溶化消化処理方法であって、前記汚泥脱水処理工程において、前記循環ラインから排出される前記分離液の流量を増減させて、前記可溶化タンクで必要な可溶化熱量が前記消化タンクの加温に必要な熱量となるように、前記脱水ケーキの含水率を調節することを特徴とする。
前記する嫌気性可溶化消化処理方法によれば、脱水処理工程により可溶化処理される分離液の流量を増減させることで、消化タンクに循環する可溶化汚泥の熱量を調整することができる。一方で、脱水ケーキの含水率調整において、脱水ケーキライン上に流す消化汚泥の流量を調整する必要がない。以上より、本発明によれば、従来技術に比べて熱量または脱水ケーキの含水率の調整管理の簡易化を図ることができる。
また、前記嫌気性消化処理は、前記有機性汚泥の温度が３０℃〜６０℃、より好ましくは３５℃〜４２℃に維持され、前記可溶化処理は、前記脱水ケーキの温度が１２０℃〜２３０℃、より好ましくは１６０℃〜１８０℃の蒸気で加熱処理される。さらに、前記可溶化処理に必要とする脱水ケーキの固形分量は、前記有機性汚泥の固形分量に対して、４０％〜７０％、より好ましくは５０％〜６０％であることが望ましい。
本発明によれば、熱量または脱水ケーキの含水率の調整管理の簡易化と付帯設備数の削減化を図ることができる。
（嫌気性可溶化消化処理システム１）
つぎに、実施形態に係る嫌気性可溶化消化処理システム１について、図面を参照しながら説明する。
嫌気性可溶化消化処理システム１は、下水処理場又は産業排水処理設備等の水処理設備で生じた有機性汚泥Ａを嫌気性消化処理するものであって、汚泥の減容化とメタンガスの回収を目的としている。なお、下水処理場又は産業排水処理設備等の水処理設備から嫌気性可溶化消化処理システム１へ送り込まれる有機性汚泥Ａは、重力や機械的な濃縮装置により濃縮されたものである。
また、嫌気性可溶化消化処理システム１は、嫌気性消化された消化汚泥Ｂを可溶化して、再度、嫌気性消化処理することで、メタンガスの増収と汚泥改質等による減容化を図っている。
つぎに、実施形態に係る嫌気性可溶化消化処理システム１について、図面を参照しながら説明する。
嫌気性可溶化消化処理システム１は、下水処理場又は産業排水処理設備等の水処理設備で生じた有機性汚泥Ａを嫌気性消化処理するものであって、汚泥の減容化とメタンガスの回収を目的としている。なお、下水処理場又は産業排水処理設備等の水処理設備から嫌気性可溶化消化処理システム１へ送り込まれる有機性汚泥Ａは、重力や機械的な濃縮装置により濃縮されたものである。
また、嫌気性可溶化消化処理システム１は、嫌気性消化された消化汚泥Ｂを可溶化して、再度、嫌気性消化処理することで、メタンガスの増収と汚泥改質等による減容化を図っている。
図１に示すように、嫌気性可溶化消化処理システム１は、有機性汚泥Ａの嫌気性消化が行われる消化タンク２と、消化汚泥Ｂを貯留する消化汚泥貯留槽３と、消化汚泥Ｂを脱水処理するスクリュウ型デカンタ４と、スクリュウ型デカンタ４から可溶化タンク５に脱水ケーキＣを圧送する脱水ケーキ圧送ポンプ４ａと、脱水ケーキＣを可溶化する可溶化タンク５と、可溶化タンク５に熱源を供給する蒸気ボイラ６と、消化汚泥Ｂを、乾燥、焼却または系外へ排出されて埋立または堆肥化へ最終処分するために、減容化脱水処理する汚泥脱水処理装置７と、各装置間を繋ぎ、汚泥を供給する配管９ａ〜９ｆを備える。
（消化タンク２）
消化タンク２は、嫌気性微生物による嫌気性消化が行われるタンクであり、投入された有機性汚泥Ａの有機分が大よそ１５日間程度で分解され、メタンガスを主体とした消化ガスが発生すると共に、固形分が減容化して消化汚泥Ｂとなる。
また、嫌気性微生物の嫌気性消化の促進を図るため、消化タンク２内の温度Ｔａ[℃]を、３０℃〜６０℃、好ましくは、３５℃〜４２℃に管理することで、有機性汚泥Ａを短期間で処理することができる。
消化タンク２は、嫌気性微生物による嫌気性消化が行われるタンクであり、投入された有機性汚泥Ａの有機分が大よそ１５日間程度で分解され、メタンガスを主体とした消化ガスが発生すると共に、固形分が減容化して消化汚泥Ｂとなる。
また、嫌気性微生物の嫌気性消化の促進を図るため、消化タンク２内の温度Ｔａ[℃]を、３０℃〜６０℃、好ましくは、３５℃〜４２℃に管理することで、有機性汚泥Ａを短期間で処理することができる。
さらに、消化タンク２には、嫌気性消化処理によって発生した消化ガスを回収する消化ガス配管２ａが設けられている。そして、脱硫器（不図示）により、消化ガス配管２ａにより回収された消化ガスから硫化水素を脱硫し、ガスホルダに消化ガスを貯留している。
そのほか、消化タンク２に有機性汚泥Ａを供給する配管９ａには、図示しない流量計、温度計、濃度計が設けられており、消化タンク２に投入される有機性汚泥Ａの流量Ｑａ[ｍ３／日]、温度Ｔａ[℃]、固形分濃度Ｃａ[％]を監視・記録できるようになっている。
そのほか、消化タンク２に有機性汚泥Ａを供給する配管９ａには、図示しない流量計、温度計、濃度計が設けられており、消化タンク２に投入される有機性汚泥Ａの流量Ｑａ[ｍ３／日]、温度Ｔａ[℃]、固形分濃度Ｃａ[％]を監視・記録できるようになっている。
（消化汚泥貯留槽３）
消化汚泥貯留槽３は、消化汚泥Ｂを一時的に貯留するものである。また、消化汚泥貯留槽３からスクリュウ型デカンタ４に接続する配管９ｃと、消化汚泥貯留槽３から汚泥脱水処理装置７に接続する配管９ｆのそれぞれには、消化汚泥ポンプ８（８ａ、８ｂ）が設けられている。そして、消化汚泥ポンプ８（８ａ、８ｂ）の回転数をインバータで制御することで、スクリュウ型デカンタ４に供給する消化汚泥Ｂの流量Ｑｂ[ｍ３／日]と、汚泥脱水処理装置７に供給する消化汚泥の流量を調整できるようになっている。
さらに、本実施形態においては、消化汚泥ポンプ８ａからスクリュウ型デカンタ４に供給される消化汚泥Ｂの流量Ｑｂ[ｍ３／日]が略一定量となっており、流量が管理されている。
消化汚泥貯留槽３は、消化汚泥Ｂを一時的に貯留するものである。また、消化汚泥貯留槽３からスクリュウ型デカンタ４に接続する配管９ｃと、消化汚泥貯留槽３から汚泥脱水処理装置７に接続する配管９ｆのそれぞれには、消化汚泥ポンプ８（８ａ、８ｂ）が設けられている。そして、消化汚泥ポンプ８（８ａ、８ｂ）の回転数をインバータで制御することで、スクリュウ型デカンタ４に供給する消化汚泥Ｂの流量Ｑｂ[ｍ３／日]と、汚泥脱水処理装置７に供給する消化汚泥の流量を調整できるようになっている。
さらに、本実施形態においては、消化汚泥ポンプ８ａからスクリュウ型デカンタ４に供給される消化汚泥Ｂの流量Ｑｂ[ｍ３／日]が略一定量となっており、流量が管理されている。
（スクリュウ型デカンタ４）
スクリュウ型デカンタ４は、消化汚泥Ｂを遠心分離することで、脱水ケーキＣと分離液Ｅに分離させるものである。スクリュウ型デカンタ４は、分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]を増減させることで、脱水ケーキＣの含水率を調整し、固形分濃度Ｃｃ[％]を所望のものとすることができるものである。なお、このスクリュウ型デカンタ４が、特許請求の範囲に記載される「汚泥脱水処理装置」に相当する構成である。
スクリュウ型デカンタ４は、消化汚泥Ｂを遠心分離することで、脱水ケーキＣと分離液Ｅに分離させるものである。スクリュウ型デカンタ４は、分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]を増減させることで、脱水ケーキＣの含水率を調整し、固形分濃度Ｃｃ[％]を所望のものとすることができるものである。なお、このスクリュウ型デカンタ４が、特許請求の範囲に記載される「汚泥脱水処理装置」に相当する構成である。
図２に示すように、スクリュウ型デカンタ４は、駆動装置２２と、その駆動装置２２に連結する一端側に脱水ケーキ排出口１４が形成され、他端側に分離液口１３が形成された回転ボウル１１と、回転ボウル１１の回転軸と同軸で回転するスクリュウコンベア１２と、分離液口１３から溢れだした分離液Ｅが流れ込む分離液室１５と、分離液室１５内に配置されて分離液Ｅを吐き出す求心型インペラー１６と、求心型インペラー１６の分離液管路２１に設けられた制御弁２６と、駆動装置２２の回転速度を制御できる操作盤２７と、を主に備えている。
回転ボウル１１は、一端側に向かうに連れて縮径して傾斜面を有する截頭円錐部１１ａと、截頭円錐部１１ａの他端と同径の大径端部１１ｂとを有する。
スクリュウコンベア１２は、円筒状の軸部１２ａと、その軸部１２ａの外周面に形成されて固形分を脱水ケーキ排出口１４へ移動させる羽根１２ｂとを有する。
また、スクリュウコンベア１２の軸部１２ａには、径方向に穿設されて、軸部１２ａの内部と外部とを連通させる開口が形成されている。
そして、軸部１２ａの内部には、濃度計１９が設けられて消化汚泥Ｂを供給する配管９ｃに接続する給液管１７が挿通されて、給液管１７の一端から流入した消化汚泥Ｂが、ポンプ圧入されて軸部１２ａの開口から回転ボウル１１内に流入するようになっている。
なお、濃度計１９は、消化汚泥Ｂの固形分濃度Ｃｂ[％]を測定して、濃度計用操作盤（不図示）に送信するようになっており、消化汚泥Ｂの固形分濃度Ｃｂ[％]を監視・記録できるようになっている。
スクリュウコンベア１２は、円筒状の軸部１２ａと、その軸部１２ａの外周面に形成されて固形分を脱水ケーキ排出口１４へ移動させる羽根１２ｂとを有する。
また、スクリュウコンベア１２の軸部１２ａには、径方向に穿設されて、軸部１２ａの内部と外部とを連通させる開口が形成されている。
そして、軸部１２ａの内部には、濃度計１９が設けられて消化汚泥Ｂを供給する配管９ｃに接続する給液管１７が挿通されて、給液管１７の一端から流入した消化汚泥Ｂが、ポンプ圧入されて軸部１２ａの開口から回転ボウル１１内に流入するようになっている。
なお、濃度計１９は、消化汚泥Ｂの固形分濃度Ｃｂ[％]を測定して、濃度計用操作盤（不図示）に送信するようになっており、消化汚泥Ｂの固形分濃度Ｃｂ[％]を監視・記録できるようになっている。
求心型インペラー１６は、回転ボウル１１内の分離液Ｅを吐き出すための構成であり、外周部が分離液Ｅに浸漬するように設けられている。
また、求心型インペラー１６の吐出口１６ａに接続されて分離液Ｅが流れる分離液管路２１には、流量計２５が設けられて、分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]が測定されている。なお、流量計２５による測定値は、操作盤２７に送信されて、分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]を監視・記録できるようになっている。
また、求心型インペラー１６の吐出口１６ａに接続されて分離液Ｅが流れる分離液管路２１には、流量計２５が設けられて、分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]が測定されている。なお、流量計２５による測定値は、操作盤２７に送信されて、分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]を監視・記録できるようになっている。
分離液管路２１には、制御弁２６と、圧力計２４とが設けられている。制御弁２６は、分離液管路２１を流れる分離液ＥのＱｅ[ｍ３／日]を調整するためのものであり、操作盤２７を操作することで、制御弁２６の開閉量を調整できるようになっている。
また、図３に示すように、本実施形態においては、制御弁２６の開閉量が、回転ボウル１１内において、分離液Ｅの液面が截頭円錐部１１ａの傾斜面を超えて、分離液Ｅが脱水ケーキ排出口１４に流れ込むオーバーフロー状態となるように、操作盤２７を操作する場合がある。
また、図３に示すように、本実施形態においては、制御弁２６の開閉量が、回転ボウル１１内において、分離液Ｅの液面が截頭円錐部１１ａの傾斜面を超えて、分離液Ｅが脱水ケーキ排出口１４に流れ込むオーバーフロー状態となるように、操作盤２７を操作する場合がある。
以上、上記構成のスクリュウ型デカンタ４によれば、回転ボウル１１内に投入された消化汚泥Ｂが遠心分離されて、濃縮した脱水ケーキＣと清澄となった分離液Ｅとに分離する。
また、操作盤２７で制御弁２６の開度を絞るように操作された場合、分離液管路２１から排出される分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]が減少するため、脱水ケーキ排出口１４から排出される分離液Ｅの流量が増加し、脱水ケーキＣの固形分濃度Ｃｃ[％]が低くなる。
他方で、操作盤２７で制御弁２６の開度を開くように操作された場合には、分離液管路２１から排出される分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]が増加するため、脱水ケーキ排出口１４から排出する分離液Ｅの流量も減少し、脱水ケーキＣの固形分濃度Ｃｃ[％]が高くなる。以上、分離液管路２１から排出される分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]を調整することで、脱水ケーキＣの固形分濃度Ｃｃ[％]が調整できるようになっている。
他方で、操作盤２７で制御弁２６の開度を開くように操作された場合には、分離液管路２１から排出される分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]が増加するため、脱水ケーキ排出口１４から排出する分離液Ｅの流量も減少し、脱水ケーキＣの固形分濃度Ｃｃ[％]が高くなる。以上、分離液管路２１から排出される分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]を調整することで、脱水ケーキＣの固形分濃度Ｃｃ[％]が調整できるようになっている。
また、脱水ケーキ排出口１４から排出された脱水ケーキＣは、図１に示すように、脱水ケーキ圧送ポンプ４ａにより配管９ｄを介して、可溶化タンク５に圧送される。
なお、配管９ｄには、流量計（不図示）が設けられており、圧送される脱水ケーキＣの流量Ｑｃ[ｍ３／日]が測定されている。
また、脱水ケーキＣが送り込まれる脱水ケーキ圧送ポンプ４ａの入口には、サンプリングして脱水ケーキＣの温度Ｔｃ[℃]を測定できるフィーダ部（不図示）が設けられている。
なお、配管９ｄには、流量計（不図示）が設けられており、圧送される脱水ケーキＣの流量Ｑｃ[ｍ３／日]が測定されている。
また、脱水ケーキＣが送り込まれる脱水ケーキ圧送ポンプ４ａの入口には、サンプリングして脱水ケーキＣの温度Ｔｃ[℃]を測定できるフィーダ部（不図示）が設けられている。
（可溶化タンク５）
可溶化タンク５は、投入された脱水ケーキＣを可溶化させるための装置であって、蒸気供給配管５ａに蒸気の供給量を調整可能な蒸気流量調整弁と、図示しないが、可溶化タンク５内の液位と圧力を調整する液位調整弁及び圧力調整弁と、温度センサと、圧力センサと、液位センサとを備えている。
また、可溶化タンク５のリアクタ内の温度Ｔｋ[℃]、圧力が、所定の温度、所定の圧力となるように、蒸気流量調整弁、液位調整弁、圧力調整弁のそれぞれを制御する図示しない可溶化タンク制御部が可溶化タンク制御盤(不図示)に設けられている。
なお、所定の温度とは、１２０℃〜２３０℃、好ましくは１６０℃〜１８０℃であり、所定の圧力とは、０．５ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、好ましくは、０．５ＭＰａ〜０．７ＭＰａである。
可溶化タンク５は、投入された脱水ケーキＣを可溶化させるための装置であって、蒸気供給配管５ａに蒸気の供給量を調整可能な蒸気流量調整弁と、図示しないが、可溶化タンク５内の液位と圧力を調整する液位調整弁及び圧力調整弁と、温度センサと、圧力センサと、液位センサとを備えている。
また、可溶化タンク５のリアクタ内の温度Ｔｋ[℃]、圧力が、所定の温度、所定の圧力となるように、蒸気流量調整弁、液位調整弁、圧力調整弁のそれぞれを制御する図示しない可溶化タンク制御部が可溶化タンク制御盤(不図示)に設けられている。
なお、所定の温度とは、１２０℃〜２３０℃、好ましくは１６０℃〜１８０℃であり、所定の圧力とは、０．５ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、好ましくは、０．５ＭＰａ〜０．７ＭＰａである。
（蒸気ボイラ６）
蒸気ボイラ６は、消化タンク２内で発生したメタンガスを燃料源として、可溶化タンク５に供給する高温の蒸気を生成している。また、蒸気ボイラ６は、蒸気供給配管５ａを介して可溶化タンク５に蒸気を供給している。
蒸気ボイラ６は、消化タンク２内で発生したメタンガスを燃料源として、可溶化タンク５に供給する高温の蒸気を生成している。また、蒸気ボイラ６は、蒸気供給配管５ａを介して可溶化タンク５に蒸気を供給している。
（汚泥脱水処理装置７）
汚泥脱水処理装置７は、消化汚泥Ｂを脱水処理するための装置である。そして、汚泥脱水処理装置７により消化汚泥Ｂを脱水処理することで、脱水分離液と脱水ケーキとに分離し、脱水ケーキを減容化することができる。
そして、回収された脱水ケーキは、乾燥装置により乾燥させて焼却するか、又は、嫌気性可溶化消化処理システム１の場外に搬出されて埋立又は堆肥化される。一方で、脱水分離液は、活性汚泥処理を行なう水処理系の沈砂池又は最初沈殿池等に返流される。
汚泥脱水処理装置７は、消化汚泥Ｂを脱水処理するための装置である。そして、汚泥脱水処理装置７により消化汚泥Ｂを脱水処理することで、脱水分離液と脱水ケーキとに分離し、脱水ケーキを減容化することができる。
そして、回収された脱水ケーキは、乾燥装置により乾燥させて焼却するか、又は、嫌気性可溶化消化処理システム１の場外に搬出されて埋立又は堆肥化される。一方で、脱水分離液は、活性汚泥処理を行なう水処理系の沈砂池又は最初沈殿池等に返流される。
配管９ａ〜９ｆは、各装置間に配置されて、有機性汚泥Ａ、消化汚泥等を送り出すための管である。なお、配管９ｂ〜９ｅが特許請求の範囲に記載する「循環ライン」に相当する構成である。
（嫌気性可溶化消化処理システム１の運転方法）
つぎに、実施形態に係る嫌気性可溶化消化処理システム１の運転方法について説明する。嫌気性可溶化消化処理システムでは、脱水ケーキＣの可溶化熱量と消化タンク２を加温する熱量とを等しくなるように調整するため、脱水ケーキＣの含水率、つまり、脱水ケーキＣの固形分濃度Ｃｃ［％］を下記式（１）によりを算出された値に調整する必要がある。
つぎに、実施形態に係る嫌気性可溶化消化処理システム１の運転方法について説明する。嫌気性可溶化消化処理システムでは、脱水ケーキＣの可溶化熱量と消化タンク２を加温する熱量とを等しくなるように調整するため、脱水ケーキＣの含水率、つまり、脱水ケーキＣの固形分濃度Ｃｃ［％］を下記式（１）によりを算出された値に調整する必要がある。
なお、式（１）中に示される「Ｙ」は、可溶化率を示し、消化タンク２に投入される有機性汚泥Ａの固形分量に対して可溶化タンク５で可溶化される脱水ケーキＣの固形分量の割合（後述する式（８）参照）である。なお、可溶化率Ｙ［％］４０％〜７０％の範囲、好ましくは、５０〜６０％の範囲に属するように設定されるのが望ましい。
また、式（１）中に示される「Ｃａ」は、有機性汚泥Ａの固形分濃度［％］を示し、「Ｔｋ」は、可溶化タンク５の温度［℃］を示し、「Ｔｓ」は、消化タンク２の温度［℃］を示し、「Ｔｃ」は、脱水ケーキＣの温度［℃］を示し、「Ｔａ」は、有機性汚泥Ａの温度［℃］を示す。
また、式（１）中に示される「Ｃａ」は、有機性汚泥Ａの固形分濃度［％］を示し、「Ｔｋ」は、可溶化タンク５の温度［℃］を示し、「Ｔｓ」は、消化タンク２の温度［℃］を示し、「Ｔｃ」は、脱水ケーキＣの温度［℃］を示し、「Ｔａ」は、有機性汚泥Ａの温度［℃］を示す。
そして、可溶化される脱水ケーキＣを式（１）で算出された固形分濃度Ｃｃ［％］となるようにするため、スクリュウ型デカンタ４における分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]が、下記式（２）を満たすように調整する。なお、式（２−１）は、式（２）を変形したものである。
なお、式（２）中で示される「Ｒ」は、スクリュウ型デカンタ４によって固形分量が回収される割合を示す回収率[％]を示す式であって実験等により予め求められる値である。
また、スクリュウ型デカンタ４などの脱水処理機では、型式により処理量が定まっている。よって、式（２）中の「Ｑｂ」には、実施形態のスクリュウ型デカンタ４によって処理される量となる消化汚泥Ｂの流量Ｑｂ[ｍ３／日]を代入する。
式（２）中で示される「Ｃｂ」は、スクリュウ型デカンタ４の濃度計１９により測定された消化汚泥Ｂの固形分濃度Ｃｂ[％]である。式（２）中で示される「Ｃｃ」には、式（１）から算出された値が代入される。
また、スクリュウ型デカンタ４などの脱水処理機では、型式により処理量が定まっている。よって、式（２）中の「Ｑｂ」には、実施形態のスクリュウ型デカンタ４によって処理される量となる消化汚泥Ｂの流量Ｑｂ[ｍ３／日]を代入する。
式（２）中で示される「Ｃｂ」は、スクリュウ型デカンタ４の濃度計１９により測定された消化汚泥Ｂの固形分濃度Ｃｂ[％]である。式（２）中で示される「Ｃｃ」には、式（１）から算出された値が代入される。
以上、式（２）によって求められた流量となるように、スクリュウ型デカンタ４から排出する分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]を増減させることで、脱水ケーキの固形分濃度Ｃｃ［％］を、式（１）によって算出された値とすることができ、消化タンク２内の温度Ｔｓ［℃］を嫌気性消化処理に必要な設定温度に維持することができる。
つぎに、式（１）と式（２）の導出方法を説明する。
最初に、式（２）の導出方法について説明する。式（２）は、下記の式（３）〜式（５）を用いて、式（２）を導出できる。
式（３）は、スクリュウ型デカンタ４に流入出する汚泥の流量の収支を示す式である。
式（４）は、スクリュウ型デカンタ４に流入出する固形分量の収支を示す式である。
下記式（５）は、スクリュウ型デカンタ４によって固形分量が回収される割合を示す回収率Ｒ[％]を示す式である。
最初に、式（２）の導出方法について説明する。式（２）は、下記の式（３）〜式（５）を用いて、式（２）を導出できる。
式（３）は、スクリュウ型デカンタ４に流入出する汚泥の流量の収支を示す式である。
式（４）は、スクリュウ型デカンタ４に流入出する固形分量の収支を示す式である。
下記式（５）は、スクリュウ型デカンタ４によって固形分量が回収される割合を示す回収率Ｒ[％]を示す式である。
なお、式（３）に示される「Ｑｃ」は、脱水ケーキＣの流量[ｍ３／日]を示す。
式（４）に示される「Ｃｂ」は、消化汚泥Ｂの固形分濃度[％]を示し、スクリュウ型デカンタ４の濃度計１９（図２参照）により測定された値を代入する。式（４）に示される「Ｃｅ」は、分離液Ｅの固形分濃度［％］を示す。
つぎに、式（１）の導出方法を説明する。消化タンク２に投入される有機性汚泥Ａを加熱するために必要な熱量と、可溶化タンク５の加熱による加熱熱量とを等しいとした場合の熱収支を数式で表すと、下記式（６）となる。
式（６）中の左辺に示される「Ｆ」は、消化タンク２や配管９ｂ〜９ｅ内で汚泥が放散する放散熱量であり、消化タンクでの投入汚泥熱量の３０％と仮定すると、下記式（７）のようになる。
また、可溶化率Ｙを示す式は下記の式（８）となる。そして、式（６）、式（７）、式（８）を整理すると、式（１）を導出できる。但し、上記放散熱量３０％は処理場の気温、保温状況、季節等により場所ごとに異なる。
また、可溶化率Ｙを示す式は下記の式（８）となる。そして、式（６）、式（７）、式（８）を整理すると、式（１）を導出できる。但し、上記放散熱量３０％は処理場の気温、保温状況、季節等により場所ごとに異なる。
式（１）〜式（８）の説明を終了する。
以上、実施形態の嫌気性可溶化消化処理システム１によれば、嫌気性可溶化消化処理システム１を運転する場合、管理すべき流量が分離液Ｅの流量Ｑｅの一つだけであるため、消化汚泥と脱水ケーキとの２つの流量を管理・調整していた従来技術に比べて、熱量または脱水ケーキＣの含水率の管理が簡易化されている。
また、実施形態の嫌気性可溶化消化処理システム１は、消化汚泥Ｂを可溶化タンク５に循環させるラインが一つである。そのため、実施形態の嫌気性可溶化消化処理システム１によれば、従来の嫌気性可溶化消化処理システムでは必要とされていた脱水ケーキに対して消化汚泥を合流させる合流ライン用の配管と圧送装置が不要となり、付帯設備点数の削減化が図れる。
また、実施形態の嫌気性可溶化消化処理システム１によれば、
脱水ケーキ圧送ポンプ４ａにより圧送される脱水ケーキＣは、従来の脱水ケーキに比べて含水率が高いため、配管９ｄの配管抵抗が低くなる。そのため、脱水ケーキ圧送ポンプ４ａの小型化を図り、消費する動力を削減することができる。
脱水ケーキ圧送ポンプ４ａにより圧送される脱水ケーキＣは、従来の脱水ケーキに比べて含水率が高いため、配管９ｄの配管抵抗が低くなる。そのため、脱水ケーキ圧送ポンプ４ａの小型化を図り、消費する動力を削減することができる。
（運転例）
つぎに、有機性汚泥Ａの温度Ｔａ[℃]が、Ｔａ＝１５℃、２０℃、２５℃のそれぞれの異なる条件において、実施形態の嫌気性可溶化消化処理システム１を運転した例を示す。
なお、嫌気性可溶化消化処理システム１において、温度環境に影響されて変化し易いのは有機性汚泥Ａの温度Ｔａ[℃]である。よって、Ｔａ＝１５℃は冬季の場合を想定したものであり、Ｔａ＝２０℃は春季、秋季の場合を想定し、Ｔａ＝２５℃とは夏季の場合を想定したものである。
つぎに、有機性汚泥Ａの温度Ｔａ[℃]が、Ｔａ＝１５℃、２０℃、２５℃のそれぞれの異なる条件において、実施形態の嫌気性可溶化消化処理システム１を運転した例を示す。
なお、嫌気性可溶化消化処理システム１において、温度環境に影響されて変化し易いのは有機性汚泥Ａの温度Ｔａ[℃]である。よって、Ｔａ＝１５℃は冬季の場合を想定したものであり、Ｔａ＝２０℃は春季、秋季の場合を想定し、Ｔａ＝２５℃とは夏季の場合を想定したものである。
また、有機性汚泥Ａの温度Ｔａ[℃]以外の条件について、可溶化率Ｙが５０％とし、有機性汚泥Ａは、流量Ｑａが１００ｍ３／日、固形分濃度Ｃａが３．５％とする。消化タンク２内の温度Ｔｓが３５℃とし、消化汚泥Ｂは、固形分濃度Ｃｂが３．０％とする。スクリュウ型デカンタ４の回収率Ｒ＝９５％とし、脱水ケーキＣの温度Ｔｃが２０℃とし、可溶化タンク５内の温度Ｔｋ[℃]は、１７０℃とする。
まず、上記条件時において、脱水ケーキＣの含水率を調整するために、スクリュウ型デカンタの分離液Ｅの流量Ｑｅ[ｍ３／日]の算出を行う。
上記条件から与えられたＲ＝９５％、Ｃｂ＝３％を上記式（２−１）に代入すると、下記式（９）に示す通りとなる。
上記条件から与えられたＲ＝９５％、Ｃｂ＝３％を上記式（２−１）に代入すると、下記式（９）に示す通りとなる。
また、式（１）に、上記条件から与えられたＹ＝５０％、Ｃａ＝３．５％、Ｔｋ＝１７０℃、Ｔｃ＝２０℃、Ｔｓ＝３５℃を代入すると下記式（１０）となる。
つぎに、式（１０）に、有機性汚泥Ａの温度Ｔａとして、１５℃、２０℃、２５℃のそれぞれを代入する。
Ｔａ＝１５℃の場合は、Ｃｃ＝９．８％となる。また、Ｃｃ＝９．８％を式（９）に代入すると、Ｑｅ／Ｑｂ＝０．７０９となる。
また、Ｔａ＝２０℃の場合は、Ｃｃ＝１３．０％となる。また、Ｃｃ＝１３．０％を式（９）に代入すると、Ｑｅ／Ｑｂ＝０．７８１となる。
Ｔａ＝２５℃の場合は、Ｃｃ＝１９．５％となる。また、Ｃｃ＝１９．５％を式（９）に代入すると、Ｑｅ／Ｑｂ＝０．８５４となる。
Ｔａ＝１５℃の場合は、Ｃｃ＝９．８％となる。また、Ｃｃ＝９．８％を式（９）に代入すると、Ｑｅ／Ｑｂ＝０．７０９となる。
また、Ｔａ＝２０℃の場合は、Ｃｃ＝１３．０％となる。また、Ｃｃ＝１３．０％を式（９）に代入すると、Ｑｅ／Ｑｂ＝０．７８１となる。
Ｔａ＝２５℃の場合は、Ｃｃ＝１９．５％となる。また、Ｃｃ＝１９．５％を式（９）に代入すると、Ｑｅ／Ｑｂ＝０．８５４となる。
ここで、Ｑｅ／Ｑｂは、スクリュウ型デカンタ４に投入される消化汚泥Ｂの流量に対するスクリュウ型デカンタ４から排出される分離液Ｅの流量の割合を示す。
よって、たとえば、１５ｍ３／ｈｒの流量を処理するスクリュウ型デカンタ４を使用した場合、Ｔａ＝１５℃の時は、式（１０）から、分離液Ｅの流量は、Ｑｅ＝０．７０９×１５＝１０．６ｍ３／ｈｒとなる。
また、Ｔａ＝２０℃の時、分離液Ｅの流量は、式（１０）から、Ｑｅ＝０．７８１×１５＝１１．７ｍ３／ｈｒとなる。
また、Ｔａ＝２５℃の時、分離液Ｅの流量は、式（１０）から、Ｑｅ＝０．８５４×１５＝１２．８ｍ３／ｈｒとなる。
そして、上記する計算により算出された値となるように、スクリュウ型デカンタ４を分離液Ｅの流量を調整することで、脱水ケーキＣの可溶化熱量と消化タンク２を加温する熱量とを等しくなるように調整することができる。
よって、たとえば、１５ｍ３／ｈｒの流量を処理するスクリュウ型デカンタ４を使用した場合、Ｔａ＝１５℃の時は、式（１０）から、分離液Ｅの流量は、Ｑｅ＝０．７０９×１５＝１０．６ｍ３／ｈｒとなる。
また、Ｔａ＝２０℃の時、分離液Ｅの流量は、式（１０）から、Ｑｅ＝０．７８１×１５＝１１．７ｍ３／ｈｒとなる。
また、Ｔａ＝２５℃の時、分離液Ｅの流量は、式（１０）から、Ｑｅ＝０．８５４×１５＝１２．８ｍ３／ｈｒとなる。
そして、上記する計算により算出された値となるように、スクリュウ型デカンタ４を分離液Ｅの流量を調整することで、脱水ケーキＣの可溶化熱量と消化タンク２を加温する熱量とを等しくなるように調整することができる。
以上、本実施形態に係る嫌気性可溶化消化処理システムについて説明したが、本発明は実施形態に説明した例に限定解釈されるものでなく、当業者が適宜設計変更できる範囲も含まれるものである。
１ 嫌気性可溶化消化処理システム
２ 消化タンク
３ 消化汚泥貯留槽
４ スクリュウ型デカンタ
４ａ 脱水ケーキ圧送ポンプ
５ 可溶化タンク
６ 蒸気ボイラ
７ 汚泥脱水処理装置
８（８ａ、８ｂ） 消化汚泥ポンプ
９ａ〜９ｆ 配管
２ 消化タンク
３ 消化汚泥貯留槽
４ スクリュウ型デカンタ
４ａ 脱水ケーキ圧送ポンプ
５ 可溶化タンク
６ 蒸気ボイラ
７ 汚泥脱水処理装置
８（８ａ、８ｂ） 消化汚泥ポンプ
９ａ〜９ｆ 配管
Claims (6)
- 有機性汚泥の嫌気性消化処理が行われる消化タンクと、
消化汚泥の一部を前記消化タンクに循環させる循環ラインと、
前記循環ライン上に設置されるとともに、前記循環ラインを流れる前記消化汚泥を脱水処理して、脱水ケーキと分離液とに分離させる汚泥脱水処理装置と、
前記循環ライン上であって前記汚泥脱水処理装置の下流側に設置され、前記脱水ケーキを可溶化タンクに圧送する脱水ケーキ圧送装置と、
前記脱水ケーキを可溶化処理する前記可溶化タンクと、を備える嫌気性可溶化消化処理システムであって、
前記汚泥脱水処理装置は、前記循環ラインから排出される前記分離液の流量を増減することで、前記可溶化タンクで必要な可溶化熱量が前記消化タンクの加温に必要な熱量となるように、前記脱水ケーキの含水率を調節することを特徴とする嫌気性可溶化消化処理システム。 - 前記消化タンクによる嫌気性消化処理は、前記有機性汚泥の温度が３０℃〜６０℃に維持され、
前記可溶化タンクによる可溶化処理は、前記脱水ケーキの温度が１２０℃〜２３０℃の蒸気で加熱処理されることを特徴とする請求項１に記載の嫌気性可溶化消化処理システム。 - 前記可溶化処理に必要とする脱水ケーキの固形分量は、前記有機性汚泥の固形分量に対して、４０％〜７０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の嫌気性可溶化消化処理システム。
- 前記有機性汚泥を嫌気性消化処理して消化汚泥を生成する嫌気性消化処理工程と、
前記嫌気性消化処理工程により生成された前記消化汚泥を循環ラインに流入させる循環工程と、
前記循環ラインに流入する前記消化汚泥を脱水処理することで、脱水ケーキと分離液とに分離させる汚泥脱水処理工程と、
前記脱水ケーキを可溶化処理する可溶化処理工程と、を備える嫌気性可溶化消化処理方法であって、
前記汚泥脱水処理工程において、前記循環ラインから排出される前記分離液の流量を増減させて、前記可溶化タンクで必要な可溶化熱量が前記消化タンクの加温に必要な熱量となるように、前記脱水ケーキの含水率を調節することを特徴とする嫌気性可溶化消化処理方法。 - 前記嫌気性消化工程における嫌気性消化処理は、前記有機性汚泥の温度が３０℃〜６０℃で維持され、
前記可溶化工程による可溶化処理は、前記脱水ケーキが１２０℃〜２３０℃の蒸気で加熱処理されることを特徴とする請求項４に記載の嫌気性可溶化消化処理方法。 - 前記可溶化処理に必要とする前記脱水ケーキの固形分量は、前記嫌気性消化処理される有機性汚泥の固形分量に対して、４０％〜７０％であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の嫌気性可溶化消化処理方法。
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