JP2014221443A

JP2014221443A - 有機性廃棄物の処理装置

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Publication number: JP2014221443A
Application number: JP2013101080A
Authority: JP
Inventors: 栗原　元; Hajime Kurihara; 元栗原
Original assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Current assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: JP6159573B2

Abstract

【課題】熱可溶化槽の熱可溶化効率が向上する有機性廃棄物の処理装置を提供する。
【解決手段】脱水汚泥供給管路７を介して投入される脱水汚泥Ｗ３を熱可溶化処理する熱可溶化槽２と、熱可溶化槽２で熱可溶化処理された処理汚泥Ｗ４を消化処理する消化槽３と、を備える有機性廃棄物の処理装置１において、脱水汚泥供給管路７の下流において脱水汚泥Ｗ３に高温スチームＳ１を供給する混合ポット１２を設け、この混合ポット１２の高温スチームＳ１で処理されたスチーム処理汚泥Ｗ５を熱可溶化槽２に投入する。混合ポット１２は、脱水汚泥供給管路７の一部として設けられる円筒状のポット本体と、このポット本体の内部に挿入され、高温スチームＳ１を噴射するスチーム噴射孔が複数穿孔されたスチーム管とから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃棄物の処理装置に関する。

生ごみ（食品廃棄物）、畜産糞尿、下水汚泥等の有機性廃棄物を処理する方法として、嫌気性生物を用いた嫌気性消化処理が挙げられる。この嫌気性消化処理では、消化槽に投入される有機性廃棄物を、可溶化、加水分解及び酸発酵を経てメタン発酵させ、固形分をメタンガスと二酸化炭素とに分解することで固形分を減容化し、メタンガスはエネルギーとして利用する。

従来より、熱可溶化槽にて有機性廃棄物を所定温度に加熱し固形分を加水分解する、いわゆる熱可溶化処理を行ったうえで、この熱可溶化処理された有機性廃棄物（処理汚泥という）を前記消化槽に投入する処理方法が知られている。熱可溶化槽における熱可溶化処理の技術として、特許文献１には、熱可溶化槽に高温スチームを供給することにより熱可溶化する技術が記載され、特許文献２には、熱可溶化槽の内部に熱交換器を設けることにより熱可溶化する技術が記載されている。

特許文献２に記載された熱交換器を用いる間接加熱技術では、処理汚泥の固形分が熱交換器の表面で焦げ付き、熱交換率が低下しやすいという問題がある。そして、熱交換率の低下を回避するためには熱交換器表面の焦げ付きを除去するなどの作業が必要となり、管理に手間がかかりやすくなる。これに対し、熱可溶化槽に高温スチームを直接供給する方式は、スチームを供給する分、スチームの凝縮水分により処理汚泥が増量するという問題はあるものの流動性が増し、搬送が容易となり、前記間接加熱より熱損失を低く抑えられ、さらに前記間接加熱の場合の熱効交換器における焦げ付きの問題がないため、熱可溶化の効率が向上し、安定するという利点がある。
また、間接加熱用の熱交換器が不要となるため可溶化装置の小型化を図ることができると共に、前記熱交換器における圧力損失を削減できるため処理汚泥の循環動力の省エネルギー化を図ることができる。

特表２００３−５００２０８号特開２００８−２９６１９２号

しかしながら、熱可溶化槽に高温スチームを供給する方式においても次のような問題がある。一般に熱可溶化槽に投入される有機性廃棄物は、処理フローによって、消化槽で消化処理した有機性廃棄物か、新規に投入される有機性廃棄物か等の違いはあるものの、いずれの場合も、一旦脱水機等で脱水処理し、減量化されたうえで（以降、脱水汚泥という）熱可溶化槽に投入される。

脱水汚泥は管路（以降、脱水汚泥供給管路という）を介して熱可溶化槽に投入されることとなるが、脱水汚泥はかなり粘度の高い粘性流体であるため配管抵抗による圧力損失が高くなりやすい。これを低減するために脱水汚泥供給管路はその管径仕様が一般に供給に必要な管径より太管のものが用いられており、この太管がほぼそのまま熱可溶化槽に接続した構造となっている。つまり、脱水汚泥は脱水汚泥供給管路の大径の開口部から排出されて熱可溶化槽内に投入されることとなるが、その際、脱水汚泥の粘度はかなり高いことから、脱水汚泥供給管路の開口部からさながら太径の練り物のように半固形の連続した塊の流動性の低い状態で排出されて熱可溶化槽内に投入される。したがって、このような半固形の流動性の低い状態で投入された脱水汚泥に高温スチームを吹き付けると汚泥の軟化に時間がかかり、熱可溶化の効率が良くないという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するために創案されたものであり、熱可溶化槽の熱可溶化効率が向上する有機性廃棄物の処理装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、脱水汚泥供給管路を介して投入される脱水汚泥を熱可溶化処理する熱可溶化槽と、前記熱可溶化槽で熱可溶化処理された処理汚泥を消化処理する消化槽と、を備える有機性廃棄物の処理装置において、前記脱水汚泥供給管路の下流において脱水汚泥に高温スチームを供給する管路スチーム供給手段を備え、該管路スチーム供給手段の高温スチームで処理されたスチーム処理汚泥を前記熱可溶化槽に投入することを特徴とする。

この有機性廃棄物の処理装置によれば、脱水汚泥は管路スチーム供給手段による高温スチームと直接混合されることにより、加熱されるとともにスチーム凝縮水分が付与されて粘度が下がる。この粘度の低下により、スチーム処理汚泥は予め固形具合が低減された状態で熱可溶化槽に投入されるため、熱可溶化槽における汚泥の熱可溶化効率が向上する。管路スチーム供給手段を脱水汚泥供給管路の下流に設けることで管路搬送時の熱損失もさほど生じない。

また、本発明は、前記管路スチーム供給手段は、前記脱水汚泥供給管路の一部として設けられる円筒状のポット本体と、該ポット本体の内部に挿入され、高温スチームを噴射するスチーム噴射孔が複数穿孔されたスチーム管とを備えた混合ポットから構成されていることを特徴とする。

この有機性廃棄物の処理装置によれば、簡単な構造で管路スチーム供給手段を構成でき、既存の脱水汚泥供給管路に対しても容易に管路スチーム供給手段を追加することができる。

また、本発明は、前記熱可溶化槽の内部に、前記脱水汚泥供給管路と連通し排出端にノズル孔が複数形成された排出ノズルを備え、前記スチーム処理汚泥を前記複数のノズル孔から前記熱可溶化槽に投入することを特徴とする。

この有機性廃棄物の処理装置によれば、スチーム処理汚泥を分散して熱可溶化槽に投入でき、熱可溶化効率が一層向上する。

また、本発明は、前記ノズル孔は、熱可溶化槽の軸心周りに等間隔で位置していることを特徴とする。

この有機性廃棄物の処理装置によれば、スチーム処理汚泥を放射状に均一に熱可溶化槽に投入でき、熱可溶化効率がより一層向上する。

また、本発明は、前記熱可溶化槽に高温スチームを供給する槽スチーム供給手段を備え、該槽スチーム供給手段および前記管路スチーム供給手段からそれぞれ供給される高温スチームの単位時間当たりの熱量は前記管路スチーム供給手段の方が前記槽スチーム供給手段よりも多く設定されていることを特徴とする。

この有機性廃棄物の処理装置によれば、熱可溶化槽における熱可溶化効率を一層高めることができる。

本発明によれば、熱可溶化槽の熱可溶化の効率が高まるため、その結果メタン発酵処理能力の優れた有機性廃棄物の処理装置となる。

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置の処理フロー図である。本発明に係る有機性廃棄物の処理装置の他の処理フロー図である。混合ポットの側断面図である。図３におけるＡ−Ａ断面図である。熱可溶化槽および排出ノズルの側断面図である。図５におけるＢ−Ｂ断面図である。（ａ），（ｂ）はそれぞれ混合ポットのスチーム管の変形例を示す図である。

先ず図１を参照して本発明に係る有機性廃棄物の処理装置１の概略的な処理フローの一例を説明する。有機性廃棄物の処理装置１は、脱水汚泥供給管路７を介して投入される脱水汚泥Ｗ３を熱可溶化処理する熱可溶化槽２と、熱可溶化槽２で熱可溶化処理された処理汚泥Ｗ４を消化処理する消化槽３とを備えて構成されている。

先ず新たに処理する有機性廃棄物Ｗ１が消化槽３に投入される。有機性廃棄物Ｗ１としては、例えば下水汚泥や浄化槽汚泥等の有機性汚泥、食品廃棄物、生ごみ、畜産糞尿等である。消化槽３において有機性廃棄物Ｗ１は、嫌気性のメタン発酵菌によりメタン発酵（消化処理）する。メタン発酵に伴い、消化槽３から主にＣＨ_４、ＣＯ_２からなる消化ガスＧが発生し、その一部または全てが蒸気ボイラ４に送出される。蒸気ボイラ４はこの消化ガスＧを燃料として高温スチームを発生し、後述するように熱可溶化槽２および混合ポット１２に供給する。なお、蒸気ボイラ４に代えて消化ガスＧを消化ガス発電機に供給して発電させ、消化ガス発電機（消化ガスエンジンと発電機から構成される）の排熱から回収した高温スチームを熱可溶化槽２および混合ポット１２に供給してもよい。消化槽３の運転温度はメタン発酵菌の種類やダブリングタイム等を考慮して適宜に設定される。

消化槽３で消化処理された有機性廃棄物（汚泥Ｗ２）は、一旦消化汚泥貯槽５に貯えられる。消化汚泥貯槽５で貯えられた汚泥Ｗ２の一部は汚泥脱水機６に送出される。汚泥脱水機６は例えば遠心脱水機（デカンター）、スクリュー圧搾式脱水機等から構成される。脱水ろ液は図示しない水処理系に送られる。汚泥脱水機６により脱水処理された脱水汚泥Ｗ３は、汚泥ポンプＰにより消化汚泥貯槽５から送出される汚泥Ｗ２の残りと合流したうえで、脱水汚泥供給管路７を介して熱可溶化槽２に送出される。熱可溶化槽２は、連続して投入される脱水汚泥Ｗ３を熱可溶化処理し、処理された処理汚泥Ｗ４は還流管路８を介して消化槽３に戻される。なお、消化汚泥貯槽５から汚泥Ｗ２の全量を汚泥脱水機６に送出する場合もあり得る。また、消化汚泥貯槽５を設けることなく、消化槽３から汚泥Ｗ２を直接汚泥脱水機６に送出する場合もあり得る。

図２に処理装置１の処理フローの別例を示す。この処理フローでは、新たに処理する有機性廃棄物Ｗ１を先ず汚泥脱水機６で脱水処理する。脱水汚泥Ｗ３は脱水汚泥供給管路７を介して熱可溶化槽２に送出される。熱可溶化槽２で熱可溶化処理された処理汚泥Ｗ４はフラッシュタンク９、冷却器１０を介して消化槽３に連続的に送出される。消化槽３において処理汚泥Ｗ４がメタン発酵し、消化ガスＧが蒸気ボイラ４に送出され、消化汚泥が外部に回収されるか或いは熱可溶化槽２に戻される。蒸気ボイラ４は消化ガスＧを燃料として高温スチームを発生し、熱可溶化槽２および混合ポット１２に供給する。

以上の各処理フローから判るように、熱可溶化槽２には、汚泥脱水機６で脱水処理された脱水汚泥Ｗ３が脱水汚泥供給管路７を介して投入される。脱水汚泥Ｗ３は粘度が高いために搬送時の圧力損失を低減するべく脱水汚泥供給管路７を太管にせざるを得ないこと、従来では、脱水汚泥Ｗ３が脱水汚泥供給管路７の大径の開口部から半固形の連続した塊の状態で熱可溶化槽２に投入されるために熱可溶化の効率が悪くなりやすいことは本発明の課題として既述した通りである。

この問題に対し、本発明の処理装置１は、図３に示すように、脱水汚泥供給管路７の下流において脱水汚泥Ｗ３に高温スチームＳ１を供給する管路スチーム供給手段１１を備え、この管路スチーム供給手段１１の高温スチームＳ１で処理された脱水汚泥Ｗ３（これをスチーム処理汚泥Ｗ５というものとする）を熱可溶化槽２に投入することを主な特徴とする。

図３において、脱水汚泥供給管路７の下流端には管路スチーム供給手段１１としての混合ポット１２が接続される。混合ポット１２は、その一端側（下端側）のフランジ１３が脱水汚泥供給管７のフランジとボルト締結されることにより脱水汚泥供給管路７の一部として配される略円筒状のポット本体１４と、ポット本体１４の周面からポット本体１４の内部に挿入されるスチーム管１５とを備えて構成されている。

ポット本体１４は、中央部が大径に形成され、上端寄りおよび下端寄りは緩やかに縮径して小径に形成されている。フランジ１３が形成された下端側の開口径は脱水汚泥供給管路７の管内径と略同寸法であり、上端側の開口径は後記する排出ノズル２０の下端側の内径と略同寸法である。スチーム管１５は本実施形態では２本配されており、互いがポット本体１４の軸方向にずれて、ポット本体１４の軸方向と直交する方向に延設するようにポット本体１４の内部に挿入されている。また、図４に示すように、各スチーム管１５は、ポット本体１４の軸方向から見て互いに直交するようにポット本体１４の内部に挿入されている。各スチーム管１５の先端周りはポット本体１４の内周面に凹設されたスチーム管支持部１６に内嵌固定される。

ポット本体１４の内部において、各スチーム管１５には６ミリメートル程度の小径のスチーム噴射孔１７が複数穿孔されている。脱水汚泥供給管路７から流れてくる、すなわちポット本体１４の一端側の開口部から流れてくる脱水汚泥Ｗ３によって目詰まりしないように、スチーム噴射孔１７はポット本体１４の他端側の開口部寄りに向くように穿孔されている。そして、各スチーム管１５の基端側は前記蒸気ボイラ４（図１、図２）に連通している。

図５において、熱可溶化槽２は、その筐体として密閉された円筒形状のタンク本体１８を備える。タンク本体１８内の設定圧力は概ね０．２ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、好ましくは０．５ＭＰａ〜０．８ＭＰａであり、設定温度は１２０℃〜１８０℃、好ましくは１５０℃〜１７０℃である。熱可溶化槽２の制御部（図示せず）は、温度センサおよび圧力センサ（共に図示せず）で測定されたタンク本体１８内の温度及び圧力に基づいて、前記設定圧力及び設定温度となるように、蒸気ボイラ４との流路に介設されたスチームバルブ（図示せず）とタンク本体１８に取り付けられた圧力調整弁（図示せず）とを開閉制御する。熱可溶化槽２内の汚泥の滞留時間はたとえば１０〜６０分程度である。

タンク本体１８の下端には太径のドレン管１９がタンク本体１８と同軸に取り付けられており、このドレン管１９の内部には排出ノズル２０が同軸状に位置している。排出ノズル２０は下端が開口形成された管部材からなり、下端のフランジ２１が前記ポット本体１４の上端側のフランジ２２とボルト締結されることで混合ポット１２と連通接続されている。排出ノズル２０はその上端周りが下端寄りの管径よりも若干大径に形成されており、タンク本体１８の底部に配置される。排出ノズル２０の上端面は開口することなく塞がれている。そして、大径に形成された排出ノズル２０の上端（排出端）周りには、小径のノズル孔２３が周方向に等間隔で複数穿孔されている。つまり、複数のノズル孔２３は熱可溶化槽２（タンク本体１８）の軸心Ｏ周りに等間隔で位置している。ノズル孔２３の孔径はたとえば１５ミリメートル程度である。

タンク本体１８の周壁には処理汚泥Ｗ４を外部に排出するための汚泥排出管２４が取り付けられている。また、本実施形態の処理装置１は、管スチーム供給手段１１とは別に、熱可溶化槽２の内部に高温スチームＳ２を供給する槽スチーム供給手段２５を備えている。槽スチーム供給手段２５は、たとえばタンク本体１８の底部寄りの周壁に取り付けられたスチーム噴射管２６から構成されている。スチーム噴射管２６には複数のスチーム噴射孔２７が穿孔されている。スチーム噴射孔２７の孔径は６ミリメートル程度である。スチーム噴射管２６は本実施形態では２つ配されており、図６に示すように、各スチーム噴射管２６はタンク本体１８の軸方向から見てそれぞれが前記汚泥排出管２４に対して対向するように位置している。各スチーム噴射管２６の基端側は前記蒸気ボイラ４（図１、図２）に連通している。

管路スチーム供給手段１１および槽スチーム供給手段２５からそれぞれ供給される高温スチームＳ１，Ｓ２の温度は便宜的に略同温度に設定されている。仮に熱可溶化槽２の設定温度が１６０℃である場合、高温スチームＳ１，Ｓ２の温度はこれよりも若干高い１７５〜１８０℃程度に設定される。これらの温度条件で発明者が試験した結果、１トンの脱水汚泥Ｗ３に対して高温スチームＳ１，Ｓ２を合計０．１〜０．４トン／ｈｒ、より好ましくは０．１５〜０．３５トン／ｈｒで供給し、かつ管路スチーム供給手段１１の高温スチームＳ１の単位時間当たりの熱量を槽スチーム供給手段２５の高温スチームＳ２の単位時間当たりの熱量よりも多く、好ましくは「高温スチームＳ１：高温スチームＳ２＝７：３」程度の割合に設定すると、効果的に汚泥を熱可溶化できることが確認できた。

「作用」
脱水汚泥供給管路７を搬送されてきた脱水汚泥Ｗ３は、混合ポット１２においてスチーム管１５のスチーム噴射孔１７から噴射される高温スチームＳ１と直接混合されることにより、加熱されるとともにスチーム凝縮水分が付与されて粘度が下がる。なお、脱水汚泥供給管路７内で搬送されている脱水汚泥Ｗ３の温度は概ね２５〜３５℃程度である。混合ポット１２において粘度が下がった汚泥はスチーム処理汚泥Ｗ５として排出ノズル２０を介して熱可溶化槽２に投入される。熱可溶化槽２に投入されたスチーム処理汚泥Ｗ５は、スチーム噴射管２６のスチーム噴射孔２７から噴射される高温スチームＳ２によって熱可溶化処理され、所定の滞留時間の後、汚泥排出管２４から排出されて消化槽３に搬送される。図２の例では汚泥排出管２４から排出されてフラッシュタンク９および冷却器１０を経て消化槽３に搬送される。

ここで仮に排出ノズル２０に小径のノズル孔２３を穿孔することなく、大径のノズル口からスチーム処理汚泥Ｗ５を熱可溶化槽２に排出させたとしても、スチーム処理汚泥Ｗ５は既に粘度が下がって加熱もされていることから、ノズル口から排出されるスチーム処理汚泥Ｗ５の固形具合は大幅に低減され、熱可溶化槽２内での熱可溶化効率は向上する。まして本実施形態のようにスチーム処理汚泥Ｗ５を複数の小径のノズル孔２３から熱可溶化槽２に排出させる構成にすれば、粘度の低い加熱されたスチーム処理汚泥Ｗ５が放射状に均一に分散されて熱可溶化槽２に投入されることになるため、熱可溶化効率が一層向上する。排出ノズル２０内においては、スチーム処理汚泥Ｗ５が小径のノズル孔２３から出ていくことによる乱流も生じているため、排出ノズル２０内で汚泥と高温スチームＳ１との混合が促進されたうえでスチーム処理汚泥Ｗ５がノズル孔２３から熱可溶化槽２に排出される。

以上のように、脱水汚泥供給管路７の下流において脱水汚泥Ｗ３に高温スチームＳ１を供給する管路スチーム供給手段１１を備え、この管路スチーム供給手段１１の高温スチームＳ１で処理されたスチーム処理汚泥Ｗ５を熱可溶化槽２に投入することにより、熱可溶化槽２における熱可溶化効率を高めることができ、汚泥をバッチ方式ではなく連続的に熱可溶化槽２に投入して熱可溶化処理できる。仮に管路スチーム供給手段１１を脱水汚泥供給管路７の上流に設けると、熱可溶化槽２に投入されるまでの熱損失が大きくなってしまうが、管路スチーム供給手段１１を脱水汚泥供給管路７の下流、特に本実施形態のように熱可溶化槽２に投入される直前部に設けることで熱損失を低減させ、熱可溶化槽２における熱可溶化効率を高めることができる。

また、管路スチーム供給手段１１として、脱水汚泥供給管路７の一部として設けられる円筒状のポット本体１４と、ポット本体１４の内部に挿入され、高温スチームＳ１を噴射する小径のスチーム噴射孔１７が複数穿孔されたスチーム管１５とを備えた混合ポット１２から構成すれば、簡単な構造で管路スチーム供給手段１１を構成でき、既存の脱水汚泥供給管路７に対しても容易に管路スチーム供給手段１１を追加することができる。

さらに、熱可溶化槽２の内部に、脱水汚泥供給管路７と連通し小径のノズル孔２３が複数形成された排出ノズル２０を備え、スチーム処理汚泥Ｗ５を複数のノズル孔２３から熱可溶化槽２に投入することで、スチーム処理汚泥Ｗ５を分散して熱可溶化槽２に投入でき、熱可溶化効率が一層向上する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明した。混合ポット１２のスチーム管１５の形状としては、図３、図４に記載したものに限定されず、たとえば図７（ａ）に示すように、ポット本体１４の内部においてスチーム管１５を放射状に配され互いに連通する複数の枝管３１から構成したり、図７（ｂ）に示すように、ポット本体１４の内部において同心上に配され互いに連通する内輪管３２および外輪管３３から構成してもよい。

その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、様々な設計変更が可能である。

１有機性廃棄物の処理装置
２熱可溶化槽
３消化槽
７脱水汚泥供給管路
１１管路スチーム供給手段
１２混合ポット
１４ポット本体
１５スチーム管
１７スチーム噴射孔
１８タンク本体
１９ドレン管
２０排出ノズル
２３ノズル孔
２４汚泥排出管
２５槽スチーム供給手段
２６スチーム噴射管
Ｓ１，Ｓ２高温スチーム
Ｗ１有機性廃棄物
Ｗ３脱水汚泥
Ｗ４処理汚泥
Ｗ５スチーム処理汚泥

Claims

脱水汚泥供給管路を介して投入される脱水汚泥を熱可溶化処理する熱可溶化槽と、
前記熱可溶化槽で熱可溶化処理された処理汚泥を消化処理する消化槽と、
を備える有機性廃棄物の処理装置において、
前記脱水汚泥供給管路の下流において脱水汚泥に高温スチームを供給する管路スチーム供給手段を備え、該管路スチーム供給手段の高温スチームで処理されたスチーム処理汚泥を前記熱可溶化槽に投入することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
前記管路スチーム供給手段は、
前記脱水汚泥供給管路の一部として設けられる円筒状のポット本体と、該ポット本体の内部に挿入され、高温スチームを噴射するスチーム噴射孔が複数穿孔されたスチーム管とを備えた混合ポットから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理装置。
前記熱可溶化槽の内部に、前記脱水汚泥供給管路と連通し排出端にノズル孔が複数形成された排出ノズルを備え、
前記スチーム処理汚泥を前記複数のノズル孔から前記熱可溶化槽に投入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機性廃棄物の処理装置。
前記ノズル孔は、熱可溶化槽の軸心周りに等間隔で位置していることを特徴とする請求項３に記載の有機性廃棄物の処理装置。
前記熱可溶化槽に高温スチームを供給する槽スチーム供給手段を備え、
該槽スチーム供給手段および前記管路スチーム供給手段からそれぞれ供給される高温スチームの単位時間当たりの熱量は前記管路スチーム供給手段の方が前記槽スチーム供給手段よりも多く設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の有機性廃棄物の処理装置。