JP2015107466A - Circulating water utilization system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、特定の地域を対象として構築される循環水利用システムに関する。 The present disclosure relates to a circulating water utilization system constructed for a specific area.
限られた水資源を有効に利用するため、建物や家庭等から排出される排出水を浄化して再利用するシステムが従前より知られている。例えば特許文献1には、一般家庭等で使用した上水の排水及び雨水を、水洗トイレの洗浄水等に使用するように構成し、節水を図ることのできる排水再利用システムが開示されている。また特許文献2には、建物内で発生した雑排水を処理して中水を生成し、生成した中水を建物内で栽培する植物の灌漑水として再利用する中水利用の建物内緑化設備が開示されている。
In order to effectively use limited water resources, systems that purify and reuse waste water discharged from buildings and homes have been known. For example, Patent Document 1 discloses a wastewater reuse system that can be configured to use drainage of rainwater and rainwater used in general households as washing water for flush toilets and the like to save water. . Further,
ところで本出願人は、上述した従来の再利用システムとは全くスケールの異なる、新たな循環水利用システムを検討しているところである。
上述した従来の再利用システムは、基本的に一建物内や一家庭等内において、公共の上水道網から供給される上水の排水を浄化して特定用途の中水として利用するものであり、利用後の中水は下水道網に排出される。すなわち、既存の公共の上水道網、下水道網の存在が前提であり、これに代替するシステムとはなり得ない。
By the way, the present applicant is studying a new circulating water utilization system that is completely different from the above-described conventional reuse system.
The above-mentioned conventional reuse system basically purifies the drainage of tap water supplied from the public water supply network in one building or one household, and uses it as intermediate water for specific purposes. The used municipal water is discharged into the sewer network. In other words, it is premised on the existence of an existing public water supply network and sewer network, and cannot be a system that replaces this.
これに対して、本出願人が検討している新規な循環水利用システムは、後で詳述するように、例えば10,000人規模の人々が生活する地域や複合施設に対して、小規模の上下水統合処理サービスを提供するものであり、その地域・建物内では、循環的に水供給と水処理が行われるシステムである。すなわち、この循環水利用システムは、上水道からの限定的な供給を受ける構成も採用し得るが、基本的には既存の公共の上水道網及び下水道網とは独立して構築される小規模分散型の上下水道統合処理システムとなっている。 On the other hand, the new circulating water utilization system that the applicant is considering is small-scaled for areas and complex facilities where, for example, 10,000 people live, as will be described in detail later. This system provides integrated water and sewage treatment services, and water is supplied and treated in a cyclical manner within the area and building. In other words, this circulating water utilization system may adopt a configuration that receives a limited supply from the water supply, but is basically a small-scale distributed type constructed independently of the existing public water supply network and sewer network. It is an integrated water and sewage treatment system.
このような新規の循環水利用システムを検討するにあたり、水の供給形態の一つとして、海水を淡水化して水需要者に供給する形態が考えられる。
特許文献3には、海水淡水化装置において淡水を効率よく得るために、鉄鋼等の金属製造工場等からの無機性排水を沈殿分離して得られる上澄水を希釈水として海水に混合して希釈することが記載されている。しかしながら、上述した新規な循環水利用システムについては想定されていないため、海水を淡水化するための装置を含めた循環水利用システム全体で効率的にエネルギーを利用するための構成については検討されていない。
In considering such a new circulating water utilization system, as one of the water supply forms, a form in which seawater is desalinated and supplied to water consumers can be considered.
In
本発明の少なくとも一つの実施形態に係る目的は、新規な循環水利用システムを検討するにあたり、システム全体で効率的にエネルギーを利用することが可能な循環水利用システムを提供することにある。 The objective which concerns on at least 1 embodiment of this invention is providing the circulating water utilization system which can utilize energy efficiently in the whole system in examining a novel circulating water utilization system.
(1)本発明の幾つかの実施形態は、
特定の地域を対象として構築される循環水利用システムであって、
循環水が流れる循環流路と、
前記循環流路を流れる循環水を使用する、住居、テナント、及び事務所の内の少なくとも一種からなる小口水需要体が複数集まって構成される水需要体、から排出される排出水を前記循環流路へ排出する排出流路と、
前記循環流路を流れる前記排出水を含む循環水を浄化する浄化装置と、
前記浄化装置で浄化された循環水を前記水需要体に供給する供給流路と、
前記浄化装置による前記循環水の浄化に伴って発生する汚泥ケーキをメタン発酵させるメタン発酵装置と、
前記メタン発酵装置によって生じるメタンガスを燃焼させて発電する第1発電装置、前記メタン発酵装置によって生じるメタン発酵残渣を燃焼させて発電する第2発電装置、のうち少なくとも一方と、
前記第1発電装置、前記第2発電装置のうち少なくとも一方から得られる電力を利用して海水を淡水化する海水淡水化装置と、
前記海水淡水化装置によって生成された淡水を前記水需要体に供給するための淡水供給管と、
を有する。
(1) Some embodiments of the present invention
A circulating water use system constructed for a specific area,
A circulation channel through which the circulating water flows;
Circulating the discharged water discharged from a water demand body composed of a plurality of small water demand bodies consisting of at least one of a residence, a tenant, and an office that uses the circulating water flowing through the circulation channel. A discharge flow path for discharging to the flow path;
A purification device for purifying the circulating water including the discharged water flowing through the circulation channel;
A supply flow path for supplying circulating water purified by the purification device to the water demand body;
A methane fermentation apparatus for methane fermentation of sludge cake generated along with purification of the circulating water by the purification apparatus;
At least one of a first power generation device that generates power by burning methane gas generated by the methane fermentation device, and a second power generation device that generates power by burning methane fermentation residue generated by the methane fermentation device;
A seawater desalination apparatus that desalinates seawater using electric power obtained from at least one of the first power generation apparatus and the second power generation apparatus;
A fresh water supply pipe for supplying fresh water generated by the seawater desalination apparatus to the water demand body;
Have
本出願人が検討している新規の循環水利用システムでは、水の供給形態の一つとして、海水を淡水化して水需要者に供給する形態が考えられる。この形態は、例えば砂漠に隣接し上水道が未整備の地域に適用する場合等に、導入可能性がより高い形態である。
新規の循環水利用システムにおける水の供給形態の一つとして海水を淡水化して需要者に供給する形態を採用する場合、海水の淡水化には多大なエネルギーを要するため、循環水利用システム全体で効率的にエネルギーを利用することで、システム全体でのエネルギー消費量を低減することが望ましい。
一方、循環水利用システムの浄化装置では、水需要体から排出される排出水を含む循環水の浄化に伴って、汚泥ケーキが発生する。この汚泥ケーキをメタン発酵させると、メタンガス及びメタン発酵残渣が得られるため、このメタンガスを燃焼させて発電する第1発電装置、メタン発酵残渣を燃焼させて発電する第2発電装置、のうち少なくとも一方を設けることで、汚泥ケーキから電力を得ることができる。
従って、第1発電装置、第2発電装置のうち少なくとも一方から得られる電力を海水の淡水化に利用すれば、循環水利用システムにおける排出水から回収したエネルギーにより海水の淡水化のために必要なエネルギーの少なくとも一部を賄える。これにより、循環水利用システム全体で効率的にエネルギーを利用できるので、システム全体でのエネルギー消費量を効果的に低減することが可能となる。
なお、海水淡水化装置による海水淡水化の手法としては、蒸発法、電気分解法、逆浸透法等、種々の手法を用いることができる。
In the new circulating water utilization system examined by the present applicant, as one of the water supply forms, a form in which seawater is desalinated and supplied to water consumers can be considered. This form is a form that is more likely to be introduced, for example, when it is applied to an area adjacent to a desert where water supply is not yet developed.
When adopting a form in which seawater is desalinated and supplied to consumers as one of the forms of water supply in the new circulating water utilization system, it takes a lot of energy to desalinate seawater. It is desirable to reduce energy consumption in the entire system by efficiently using energy.
On the other hand, in the purification device of the circulating water utilization system, sludge cake is generated along with the purification of the circulating water including the discharged water discharged from the water consumer. When this sludge cake is subjected to methane fermentation, methane gas and methane fermentation residue are obtained. Therefore, at least one of the first power generation device that generates power by burning the methane gas and the second power generation device that generates power by burning the methane fermentation residue. It is possible to obtain electric power from the sludge cake.
Therefore, if the electric power obtained from at least one of the first power generation device and the second power generation device is used for seawater desalination, it is necessary for seawater desalination by the energy recovered from the discharged water in the circulating water utilization system. Can cover at least part of the energy. Thereby, since energy can be efficiently used in the entire circulating water utilization system, it is possible to effectively reduce energy consumption in the entire system.
In addition, as a seawater desalination method using a seawater desalination apparatus, various methods such as an evaporation method, an electrolysis method, and a reverse osmosis method can be used.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の循環水利用システムにおいて、
前記海水淡水化装置は、
前記第1発電装置と前記第2発電装置のうち少なくとも一方から得られる電力を利用して前記海水を加圧するポンプと、
前記ポンプによって加圧された海水をろ過して淡水を生成する逆浸透膜と、
を有する。
(2) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to (1) above,
The seawater desalination apparatus is:
A pump that pressurizes the seawater using power obtained from at least one of the first power generation device and the second power generation device;
A reverse osmosis membrane for producing fresh water by filtering seawater pressurized by the pump;
Have
(2)に記載の循環水利用システムでは、ポンプによって加圧された海水を逆浸透膜によってろ過する方式を採用しており、ポンプを駆動するための電力として、第1発電装置と第2発電装置のうち少なくとも一方から得られる電力を利用している。従って、上記(1)に記載の循環水利用システムにおける排出水から回収したエネルギーによって、海水淡水化のためのポンプ駆動エネルギーの少なくとも一部を賄える。これにより、循環水利用システム全体で効率的にエネルギーを利用できるので、システム全体でのエネルギー消費量を効果的に低減することが可能となる。 In the circulating water utilization system described in (2), a method of filtering seawater pressurized by a pump through a reverse osmosis membrane is adopted, and the first power generation device and the second power generation are used as electric power for driving the pump. Electric power obtained from at least one of the devices is used. Therefore, at least a part of the pump drive energy for seawater desalination can be covered by the energy recovered from the discharged water in the circulating water utilization system described in (1) above. Thereby, since energy can be efficiently used in the entire circulating water utilization system, it is possible to effectively reduce energy consumption in the entire system.
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)に記載の循環水利用システムにおいて、
前記ポンプの上流側に設けられ、前記海水を溜めるタンクと、
前記循環流路と前記タンクとを接続し、前記タンク内の前記海水を前記循環流路からの前記循環水を用いて希釈する希釈用配管と、
を更に有する。
(3) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to (2) above,
A tank provided upstream of the pump and storing the seawater;
A pipe for dilution that connects the circulation channel and the tank, and dilutes the seawater in the tank using the circulating water from the circulation channel;
It has further.
海水を逆浸透膜によりろ過して淡水を生成する場合、海水の塩分濃度と生成すべき淡水の塩分濃度との差が大きいほど、淡水化のために必要な圧力が大きくなり、ポンプの駆動に必要なエネルギーも大きくなってしまう。
そこで、(3)に記載の循環水利用システムでは、ポンプの上流側のタンクと循環流路とを接続する希釈用配管を設け、タンク内の海水を循環流路からの循環水を用いて希釈するよう構成している。これにより、循環流路からの循環水を活用して海水を希釈することができるので、海水の塩分濃度と生成すべき塩分濃度の差を低減して、淡水化のために必要な圧力を小さくすることができる。すなわち、循環流路からの循環水を活用して、海水淡水化のためのポンプ駆動エネルギーを低減することができる。
When seawater is filtered through a reverse osmosis membrane to produce fresh water, the greater the difference between the salinity of the seawater and the salinity of the freshwater to be produced, the greater the pressure required for desalination. The required energy will also increase.
Therefore, in the circulating water utilization system described in (3), a dilution pipe that connects the tank upstream of the pump and the circulation channel is provided, and the seawater in the tank is diluted with the circulating water from the circulation channel. It is configured to do. As a result, the seawater can be diluted using the circulating water from the circulation channel, so the difference between the salinity of the seawater and the salinity to be generated is reduced, and the pressure required for desalination is reduced. can do. That is, the pump drive energy for seawater desalination can be reduced by utilizing the circulating water from the circulation channel.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の循環水利用システムにおいて、
前記排出流路における前記排出水の流量を計測する流量計と、
前記流量計によって計測された前記排出水の流量が多いほど、前記海水淡水化装置における淡水の生成量を多くするよう前記海水淡水化装置を制御する制御ユニットと、
を更に有する。
(4) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to any one of (1) to (3) above,
A flow meter for measuring the flow rate of the discharged water in the discharge channel;
A control unit that controls the seawater desalination device to increase the amount of freshwater generated in the seawater desalination device, as the flow rate of the discharged water measured by the flow meter is larger;
It has further.
上記(1)〜(3)に記載の循環水利用システムにおいては、水需要体の水使用量が多いほど、排出流路における排出水の流量が多くなる。従って、排出流路における排出水の流量は、水需要体の水需要量を反映する。そこで、上記(4)に記載の循環水利用システムでは、上述のように排出流路における排出水の流量を計測する流量計を設け、その流量が多いほど、海水淡水化装置における淡水の生成量を多くしている。これにより、簡易な構成で、水需要量に応じて適切な量の淡水を生成することができる。また、水需要の変動に応じた適切な量の淡水を適時供給するために、生成した淡水を貯蔵する淡水タンクを設ける場合、そのタンク容量を小さくすることができる。 In the circulating water utilization system described in the above (1) to (3), the flow rate of the discharged water in the discharge channel increases as the water usage amount of the water consumer increases. Therefore, the flow rate of the discharged water in the discharge channel reflects the water demand of the water demanding body. Therefore, in the circulating water utilization system described in (4) above, a flow meter for measuring the flow rate of discharged water in the discharge channel is provided as described above, and the amount of fresh water generated in the seawater desalination apparatus increases as the flow rate increases. Have a lot. Thereby, with a simple configuration, an appropriate amount of fresh water can be generated according to the amount of water demand. Moreover, when providing the fresh water tank which stores the produced | generated fresh water in order to supply the appropriate amount of fresh water according to the fluctuation | variation of water demand timely, the tank capacity | capacitance can be made small.
(5)幾つかの実施形態では、上記(3)に記載の循環水利用システムにおいて、
前記排出流路における前記排出水の流量を計測する流量計と、
前記希釈用配管における循環水の流量を調節するバルブと、
前記流量計によって計測された前記排出水の流量が多いほど、前記海水淡水化装置における淡水の生成量を多くするよう制御する制御ユニットと、
を更に有し、
前記制御ユニットは、前記流量計によって計測された前記排出水の流量が多いほど、前記希釈用配管における前記循環水の流量が多くなるよう前記バルブを制御する。
(5) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to (3) above,
A flow meter for measuring the flow rate of the discharged water in the discharge channel;
A valve for adjusting the flow rate of circulating water in the dilution pipe;
A control unit that controls to increase the amount of fresh water generated in the seawater desalination device as the flow rate of the discharged water measured by the flow meter increases.
Further comprising
The control unit controls the valve so that the flow rate of the circulating water in the dilution pipe increases as the flow rate of the discharged water measured by the flow meter increases.
上記(3)に記載の循環水利用システムにおいては、水需要体の水使用量が多いほど、排出流路における排出水の流量が多くなる。従って、排出流路における排出水の流量は、水需要体の水需要量を反映する。そこで、上記(5)に記載の循環水利用システムでは、上述のように排出流路における排出水の流量を計測する流量計を設け、その流量が多いほど、海水淡水化装置における淡水の生成量を多くしている。これにより、簡易な構成で、水需要量に応じて適切な量の淡水を生成することができる。従って、水需要量の変動に応じた適切な量の淡水を適時供給するために、生成した淡水を貯蔵する淡水タンクを設ける場合、そのタンク容量を小さくすることができる。
また、排出水の流量が多いほど希釈用配管における循環水の流量が多くなるよう希釈用配管のバルブを制御することにより、水需要量に応じて適切な量の淡水を生成するとともに、海水淡水化のためのポンプ駆動エネルギーを低減することができる。
In the circulating water utilization system described in (3) above, the greater the amount of water used by the water consumer, the greater the flow rate of the discharged water in the discharge channel. Therefore, the flow rate of the discharged water in the discharge channel reflects the water demand of the water demanding body. Therefore, in the circulating water utilization system described in (5) above, a flow meter for measuring the flow rate of the discharged water in the discharge channel is provided as described above, and the amount of fresh water generated in the seawater desalination device increases as the flow rate increases. Have a lot. Thereby, with a simple configuration, an appropriate amount of fresh water can be generated according to the amount of water demand. Therefore, when providing a fresh water tank for storing the generated fresh water in order to supply an appropriate amount of fresh water according to the fluctuation of the water demand in a timely manner, the tank capacity can be reduced.
Moreover, by controlling the valve of the dilution pipe so that the flow rate of the circulating water in the dilution pipe increases as the flow rate of the discharged water increases, an appropriate amount of fresh water is generated according to the water demand, and the seawater fresh water It is possible to reduce the pump drive energy for the conversion.
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の循環水利用システムにおいて、
前記循環水利用システムは、前記第1発電装置と前記第2発電装置のうち少なくとも前記第1発電装置を有し、
前記第1発電装置は、前記メタンガスを燃焼させるガスエンジンと、前記ガスエンジンによって駆動される第1発電機と、を有し、
前記循環水利用システムは、
前記ガスエンジンから排出される排気ガスの凝縮潜熱を利用して熱媒体を加熱する第1凝縮エコノマイザと、
前記第1凝縮エコノマイザにて発生した凝縮水を前記水需要体へ供給するための第1凝縮水供給管と、
を更に有する。
(6) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to any one of (1) to (5) above,
The circulating water utilization system has at least the first power generation device among the first power generation device and the second power generation device,
The first power generation device includes a gas engine for burning the methane gas, and a first generator driven by the gas engine,
The circulating water utilization system is:
A first condensing economizer that heats the heat medium using the latent heat of condensation of the exhaust gas discharged from the gas engine;
A first condensed water supply pipe for supplying condensed water generated in the first condensed economizer to the water demand body;
It has further.
上記(6)に記載の循環水利用システムでは、循環水の浄化に伴って発生した汚泥ケーキをメタン発酵させ、発生したメタンガスをガスエンジンによって燃焼させて第1発電機を駆動する。
また、メタンガスをガスエンジンにて燃焼させる際に排出される排気ガスの凝縮潜熱を利用して熱媒体を加熱する第1凝縮エコノマイザと、第1凝縮エコノマイザにて発生した凝縮水を水需要体へ供給するための第1凝縮水供給管とを有するので、メタンガスの燃焼に伴う排気ガスの熱エネルギーを回収しつつ、第1凝縮エコノマイザにて発生した凝縮水を循環水利用システム内で有効活用することができる。
なお、第1凝縮エコノマイザにて加熱された熱媒体は、例えば水需要体における給湯や暖房に利用することが可能である。また、第1凝縮水供給管によって凝縮水を水需要体へ供給するために、凝縮水に対してPH調整や浄化等を適宜行ってもよい。例えば、循環流路における浄化装置より上流側の位置に、或いは排出流路に、凝縮水を補給水として補給すれば、浄化装置による浄化を行った上で水需要体へ供給することができる。また、(3)に記載のタンクや希釈用配管等に凝縮水を希釈用水として供給すれば、ポンプの駆動エネルギー低減に供することもできる。
In the circulating water utilization system described in (6) above, the sludge cake generated with the purification of the circulating water is subjected to methane fermentation, and the generated methane gas is burned by the gas engine to drive the first generator.
Further, the first condensing economizer that heats the heat medium using the latent heat of condensation of the exhaust gas discharged when the methane gas is burned by the gas engine, and the condensed water generated by the first condensing economizer to the water consumer Since it has the 1st condensed water supply pipe for supplying, the condensed water which generate | occur | produced in the 1st condensation economizer is effectively utilized within a circulating water utilization system, collect | recovering the thermal energy of the exhaust gas accompanying combustion of methane gas be able to.
In addition, the heat medium heated with the 1st condensation economizer can be utilized for the hot water supply and heating in a water demand body, for example. Moreover, in order to supply condensed water to a water demand body with a 1st condensed water supply pipe | tube, you may perform pH adjustment, purification | cleaning, etc. suitably with respect to condensed water. For example, if condensed water is replenished as make-up water at a position upstream of the purification device in the circulation flow path or in the discharge flow path, the water demand body can be supplied after purification by the purification apparatus. In addition, if condensed water is supplied as dilution water to the tank or the dilution pipe described in (3), the driving energy of the pump can be reduced.
(7)幾つかの実施形態では、上記(6)に記載の循環水利用システムにおいて、
前記逆浸透膜において淡水化される前の海水を昇温するために、前記第1凝縮エコノマイザによって加熱された前記熱媒体を前記第1凝縮エコノマイザから移送する海水昇温用移送管を更に備える。
上記(7)に記載の循環水利用システムによれば、第1凝縮エコノマイザによって加熱された熱媒体を利用して海水を昇温することで、海水の粘度が下がるため、逆浸透膜の透水に必要なポンプの駆動エネルギーを低減することができる。また、海水淡水化装置の造水能力(造水量)の向上にも供することができる。
(7) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to (6) above,
In order to raise the temperature of the seawater before desalination in the reverse osmosis membrane, the apparatus further includes a seawater temperature raising transfer pipe for transferring the heat medium heated by the first condensation economizer from the first condensation economizer.
According to the circulating water utilization system described in the above (7), the temperature of the seawater is raised by using the heat medium heated by the first condensation economizer, so that the viscosity of the seawater decreases. The required drive energy of the pump can be reduced. Moreover, it can also use for the improvement of the seawater desalination apparatus (water production capacity).
(8)幾つかの実施形態では、上記(6)又は(7)に記載の循環水利用システムにおいて、
前記循環流路における前記浄化装置の上流側の前記循環水を昇温するために、前記第1凝縮エコノマイザによって加熱された前記熱媒体を前記第1凝縮エコノマイザから移送する循環水昇温用移送管を更に備える。
(8) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to (6) or (7) above,
A circulating water heating transfer pipe for transferring the heat medium heated by the first condensing economizer from the first condensing economizer to raise the temperature of the circulating water upstream of the purification device in the circulation channel. Is further provided.
上記(8)に記載の循環水利用システムによれば、第1凝縮エコノマイザによって加熱された熱媒体を利用して浄化装置の上流側で循環水を昇温することで、浄化装置での循環水の浄化に用いられるポンプの駆動エネルギーを低減することができる。 According to the circulating water utilization system described in (8) above, the circulating water in the purification device is heated by heating the upstream side of the purification device using the heat medium heated by the first condensing economizer. The drive energy of the pump used for the purification of can be reduced.
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の循環水利用システムにおいて、
前記循環水利用システムは、前記第1発電装置と前記第2発電装置のうち少なくとも前記第1発電装置を有し、
前記第1発電装置は、前記メタンガスを利用して発電を行う燃料電池であり、
前記循環水利用システムは、前記燃料電池で生成された生成水を前記水需要体へ供給するための生成水供給管を更に有する。
(9) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to any one of (1) to (5) above,
The circulating water utilization system has at least the first power generation device among the first power generation device and the second power generation device,
The first power generator is a fuel cell that generates power using the methane gas,
The circulating water utilization system further includes a generated water supply pipe for supplying generated water generated by the fuel cell to the water demand body.
上記(9)に記載の循環水利用システムでは、循環水の浄化に伴って発生した汚泥ケーキをメタン発酵させ、発生したメタンガスを利用して燃料電池により電力を得る。この際、メタンガスを直接利用できる固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)を用いてもよく、また、メタンガスを水蒸気改質法や部分酸化法等により水素に改質してから水素を利用する燃料電池を用いてもよい。
上記(9)に記載の循環水利用システムによれば、燃料電池にて生成された生成水を水需要体へ供給するための生成水供給管を有するので、燃料電池にて生成された生成水を循環水利用システム内で有効活用することができる。
また、生成水供給管によって生成水を水需要体へ供給するために、生成水に対してPH調整や浄化等を適宜行ってもよい。例えば、循環流路における浄化装置より上流側の位置に、或いは排出流路に、生成水を補給水として補給すれば、浄化装置による浄化を行った上で水需要体へ供給することができる。また、(3)に記載のタンクや希釈用配管等に生成水を希釈用水として供給すれば、ポンプの駆動エネルギー低減に供することもできる。
In the circulating water utilization system described in (9) above, the sludge cake generated along with the purification of the circulating water is subjected to methane fermentation, and electric power is obtained from the fuel cell using the generated methane gas. At this time, a solid oxide fuel cell (SOFC) that can directly use methane gas may be used, and the methane gas is reformed into hydrogen by a steam reforming method, a partial oxidation method, or the like. You may use the fuel cell using.
According to the circulating water utilization system described in (9) above, since the generated water supply pipe for supplying the generated water generated in the fuel cell to the water consumer is provided, the generated water generated in the fuel cell Can be effectively utilized in the circulating water utilization system.
In addition, in order to supply the generated water to the water consumer through the generated water supply pipe, PH adjustment, purification, and the like may be appropriately performed on the generated water. For example, if the generated water is replenished as make-up water at a position upstream of the purification device in the circulation flow path or in the discharge flow path, it can be supplied to the water consumer after purification by the purification apparatus. Further, if the generated water is supplied as dilution water to the tank or the dilution pipe described in (3), it is possible to reduce the driving energy of the pump.
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(9)のいずれか1項に記載の循環水利用システムにおいて、
前記循環水利用システムは、前記第1発電装置と前記第2発電装置のうち少なくとも前記第2発電装置を有し、
前記第2発電装置は、前記メタン発酵装置によって生じるメタン発酵残渣を燃焼させるボイラと、前記ボイラで発生した蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって駆動される第2発電機と、
を有し、
前記循環水利用システムは、
前記ボイラから排出される排気ガスの凝縮潜熱を利用して熱媒体を加熱する第2凝縮エコノマイザと、
前記第2凝縮エコノマイザにて発生した凝縮水を前記水需要体へ供給するための第2凝縮水供給管と、
を更に有する。
(10) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to any one of (1) to (9) above,
The circulating water utilization system has at least the second power generation device among the first power generation device and the second power generation device,
The second power generation device includes a boiler that burns methane fermentation residue generated by the methane fermentation device, a steam turbine driven by steam generated in the boiler, a second generator driven by the steam turbine,
Have
The circulating water utilization system is:
A second condensing economizer that heats the heat medium using the latent heat of condensation of the exhaust gas discharged from the boiler;
A second condensed water supply pipe for supplying condensed water generated by the second condensed economizer to the water demand body;
It has further.
上記(10)に記載の循環水利用システムでは、循環水の浄化に伴って発生した汚泥ケーキをメタン発酵させ、発生したメタン発酵残渣をボイラによって燃焼させて蒸気を発生させ、蒸気タービンを介して第2発電機を駆動する。
また、メタン発酵残渣をボイラにて燃焼させる際に排出される排気ガスの凝縮潜熱を利用して熱媒体を加熱する第2凝縮エコノマイザと、第2凝縮エコノマイザにて発生した凝縮水を水需要体へ供給するための第2凝縮水供給管とを有するので、メタン発酵残渣の燃焼に伴う排気ガスの熱エネルギーを回収しつつ、第2凝縮エコノマイザにて発生した凝縮水を循環水利用システム内で有効活用することができる。
なお、第2凝縮エコノマイザにて加熱された熱媒体は、例えば水需要体における給湯や暖房に利用することが可能である。また、第2凝縮水供給管によって凝縮水を水需要体へ供給するために、凝縮水に対してPH調整や浄化等を適宜行ってもよい。例えば、循環流路における浄化装置より上流側の位置に、或いは排出流路に、凝縮水を補給水として補給すれば、浄化装置による浄化を行った上で水需要体へ供給することができる。また、(3)に記載のタンクや希釈用配管等に凝縮水を希釈用水として供給すれば、ポンプの駆動エネルギー低減に供することもできる。
In the circulating water utilization system described in the above (10), the sludge cake generated along with the purification of the circulating water is subjected to methane fermentation, and the generated methane fermentation residue is combusted by a boiler to generate steam, via a steam turbine. The second generator is driven.
In addition, the second condensing economizer that heats the heat medium using the condensation latent heat of the exhaust gas discharged when the methane fermentation residue is burned in the boiler, and the condensed water generated in the second condensing economizer A second condensate supply pipe for supplying to the exhaust gas, so that the condensed water generated in the second condensing economizer is recovered in the circulating water utilization system while recovering the thermal energy of the exhaust gas accompanying the combustion of the methane fermentation residue. It can be used effectively.
In addition, the heat medium heated with the 2nd condensation economizer can be utilized for the hot water supply and heating in a water demand body, for example. Moreover, in order to supply condensed water to a water demand body with a 2nd condensed water supply pipe, you may perform PH adjustment, purification | cleaning, etc. suitably with respect to condensed water. For example, if condensed water is replenished as make-up water at a position upstream of the purification device in the circulation flow path or in the discharge flow path, the water demand body can be supplied after purification by the purification apparatus. In addition, if condensed water is supplied as dilution water to the tank or the dilution pipe described in (3), the driving energy of the pump can be reduced.
(11)幾つかの実施形態では、上記(10)に記載の循環水利用システムにおいて、
前記逆浸透膜において淡水化される前の海水を昇温するために、前記第2凝縮エコノマイザによって加熱された前記熱媒体を前記第2凝縮エコノマイザから移送する海水昇温用の熱媒体移送管を更に備える。
(11) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to (10) above,
In order to raise the temperature of the seawater before desalination in the reverse osmosis membrane, a heating medium transfer pipe for raising the temperature of seawater that transfers the heating medium heated by the second condensation economizer from the second condensation economizer In addition.
上記(11)に記載の循環水利用システムによれば、第2凝縮エコノマイザによって加熱された熱媒体を利用して海水を昇温することで、海水の粘度が下がるため、逆浸透膜の透水に必要なポンプの駆動エネルギーを低減することができる。また、海水淡水化装置の造水能力(造水量)の向上にも供することができる。 According to the circulating water utilization system described in (11) above, the temperature of the seawater is raised by using the heat medium heated by the second condensation economizer, so that the viscosity of the seawater decreases. The required drive energy of the pump can be reduced. Moreover, it can also use for the improvement of the seawater desalination apparatus (water production capacity).
(12)幾つかの実施形態では、上記(10)又は(11)に記載の循環水利用システムにおいて、
前記循環流路における前記浄化装置の上流側の前記循環水を昇温するために、前記第2凝縮エコノマイザによって加熱された前記熱媒体を前記第2凝縮エコノマイザから移送する循環水昇温用移送管を更に備える。
(12) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to (10) or (11) above,
In order to raise the temperature of the circulating water upstream of the purification device in the circulation flow path, the transfer pipe for raising the circulating water temperature for transferring the heat medium heated by the second condensation economizer from the second condensation economizer Is further provided.
上記(12)に記載の循環水利用システムによれば、第2凝縮エコノマイザによって加熱された熱媒体を利用して浄化装置の上流側で循環水を昇温することで、浄化装置での循環水の浄化に用いられるポンプの駆動エネルギーを低減することができる。 According to the circulating water utilization system described in (12) above, the circulating water in the purification device is heated by heating the upstream side of the purification device using the heat medium heated by the second condensation economizer. The drive energy of the pump used for the purification of can be reduced.
(13)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(12)のいずれか1項に記載の循環水利用システムにおいて、
前記水需要体にて使用される空調設備から排出される凝縮水を回収して前記水需要体で利用するための凝縮水回収管を更に有する。
(13) In some embodiments, in the circulating water utilization system according to any one of (1) to (12) above,
It further has a condensed water recovery pipe for recovering the condensed water discharged from the air-conditioning equipment used in the water consumer and using it in the water consumer.
これにより、前記水需要体にて使用される空調設備から排出される凝縮水を循環水利用システム内で有効活用することができる。
また、凝縮水回収管によって凝縮水を水需要体へ供給するために、凝縮水に対してPH調整や浄化等を適宜行ってもよい。例えば、循環流路における浄化装置より上流側の位置に、或いは排出流路に、凝縮水を補給水として補給すれば、浄化装置による浄化を行った上で水需要体へ供給することができる。また、(3)に記載のタンクや希釈用配管等に凝縮水を希釈用水として供給すれば、ポンプの駆動エネルギー低減に供することもできる。
Thereby, the condensed water discharged | emitted from the air-conditioning equipment used with the said water demand body can be effectively utilized within a circulating water utilization system.
Moreover, in order to supply condensed water to a water demand body with a condensed water collection pipe, you may perform PH adjustment, purification | cleaning, etc. suitably with respect to condensed water. For example, if condensed water is replenished as make-up water at a position upstream of the purification device in the circulation flow path or in the discharge flow path, the water demand body can be supplied after purification by the purification apparatus. In addition, if condensed water is supplied as dilution water to the tank or the dilution pipe described in (3), the driving energy of the pump can be reduced.
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、新規な循環水利用システムを検討するにあたり、システム全体で効率的にエネルギーを利用することが可能な循環水利用システムを提供することができる。 According to at least one embodiment of the present invention, in considering a new circulating water utilization system, it is possible to provide a circulating water utilization system that can efficiently use energy in the entire system.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on the drawings.
However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the following embodiments are not merely intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples.
図1は、本発明の幾つかの実施形態にかかる循環水利用システムを示した全体模式図である。
循環水利用システム1は、公共の上水道網とは別に、特定の地域を対象として構築されるシステムである。本システムの対象となる人口規模としては、おおよそ5,000〜20,000人を想定している。対象地域としては、住居の集合体であるマンション、事務所の集合体であるオフィスビル、テナントの集合体である商業施設、及びこれらが混在する複合施設などである。
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing a circulating water utilization system according to some embodiments of the present invention.
The circulating water utilization system 1 is a system constructed for a specific area separately from the public water supply network. The population scale targeted by this system is assumed to be approximately 5,000 to 20,000. The target area includes a condominium that is a collection of residences, an office building that is a collection of offices, a commercial facility that is a collection of tenants, and a complex facility in which these are mixed.
図1に示したように、循環水利用システム1は、循環流路2、水需要体3、排出流路4、供給流路6、浄化手段8(浄化装置)、メタン発酵装置10、第1発電装置12、第2発電装置14、海水淡水化装置16、淡水供給管18などからなる。
As shown in FIG. 1, the circulating water utilization system 1 includes a
循環流路2は、水道管が閉ループ状に配管されてなる管網として構成される。循環流路2には、循環水が一方向に循環して流れるように、地形条件等に応じて適宜ポンプ(不図示)やバルブ(不図示)などの機器類が配置される。
The
水需要体3は、循環流路2を流れる循環水を生活用水として利用する主体である。水需要体3は、住居3a、テナント3b、及び事務所3cの内の少なくとも一種からなる小口水需要体が複数集まって構成される。住居3aとは、1世帯が生活するマンションの一部屋や戸建て家屋などを指す。テナント3bは、商業施設の一区画において一般顧客に対してサービスを提供する店舗などを指す。業種としては、例えば、服飾店、雑貨店、ドラッグストア、酒屋、等々の小売業や、レストラン、カフェ、寿司屋、居酒屋、等々の飲食業などを含む。事務所3cは、オフィスビルの一部分などにおいて、そこで働く勤務者が一定の目的のために事務を行う場所を指す。
The
住居3aにおける生活用水の用途としては、例えば飲用水、シャワーや風呂、洗濯、食器の洗浄、手洗いや洗顔、トイレ、等々が挙げられる。テナント3bにおける生活用水の用途としては、飲用水、洗浄、トイレ等が挙げられる。また業種によって水需要量が大きく異なっており、例えば飲食店は小売業と比べてはるかに大量の生活用水を利用する。事務所3cにおける生活用水の用途は主に飲用水やトイレである。
Examples of the use of domestic water in the
排出流路4は、水需要体3から排出される排出水を循環流路2へ排水するための流路である。この排出流路4から排水される排出水には、水需要体3が生活用水として利用した循環水の他に、海水淡水化装置16によって海水から生成された淡水やその他のシステム外由来の水も含まれている。
The
浄化手段8(浄化装置)は、循環流路2を流れる排出水を含む循環水を浄化する手段である。
The purification means 8 (purification device) is a means for purifying the circulating water including the discharged water flowing through the
供給流路6は、浄化手段8で浄化された循環水を生活用水として水需要体3に供給するための流路である。排出流路4及び供給流路6は共に管路から構成される。また、排出流路4及び供給流路6には、排出水が循環流路2に排水されるように、又は循環水が水需要体3に供給されるように、地形条件等に応じて適宜ポンプ(不図示)やバルブ(不図示)などの機器類が配置される。
The
メタン発酵装置10は、浄化手段8による循環水の浄化に伴って発生する汚泥ケーキをメタン発酵させるよう構成される。 The methane fermentation apparatus 10 is configured to perform methane fermentation of the sludge cake generated with the purification of the circulating water by the purification means 8.
第1発電装置12は、メタン発酵装置10によって生じるメタンガスを燃焼させて発電するよう構成され、第2発電装置14は、メタン発酵装置10によって生じるメタン発酵残渣を燃焼させて発電するよう構成される。なお、図1に示す例示的な循環水利用システム1は、第1発電装置12と第2発電装置14の両方を有しているが、これに限らず少なくとも一方を有していればよい。
The first
海水淡水化装置16は、第1発電装置12から得られる電力120及び第2発電装置14から得られる電力140を利用して海水を淡水化するよう構成されており、海水淡水化装置16によって生成された淡水は、淡水供給管18(18a、18b)によって生活用水として、あるいは市販のミネラルウォータと同等の品質まで浄化して飲用水として、水需要体に供給される。淡水供給管18の途中には、水需要体3の水需要変動に対応するために、海水淡水化装置16によって生成された淡水を貯蔵するための淡水タンク29を設けてもよい。海水淡水化装置16による海水淡水化の手法は、蒸発法、電気分解法、逆浸透法等、種々の手法を用いることができる。
The
幾つかの実施形態に係る海水淡水化装置16は、図1に示すように、電力120、140を利用して海水を加圧するポンプ20と、ポンプ20によって加圧された海水をろ過して淡水を生成する逆浸透膜22と、を有する。なお、図1に示す例示的な循環水利用システム1は、第1発電装置12から得られる電力120及び第2発電装置14から得られる電力140を利用して海水を淡水化するよう構成されているが、これに限らず少なくとも一方からの電力を利用して海水を淡水化するよう構成してもよい。
As shown in FIG. 1, the
上述のように、循環水利用システム1の浄化装置8では、水需要体3から排出される排出水を含む循環水の浄化に伴って、汚泥ケーキが発生する。この汚泥ケーキをメタン発酵装置10にてメタン発酵させると、メタンガス及びメタン発酵残渣が得られるため、このメタンガスを燃焼させて発電する第1発電装置12、メタン発酵残渣を燃焼させて発電する第2発電装置14、のうち少なくとも一方を設けることで、汚泥ケーキから電力を得ることができる。
As described above, in the
従って、第1発電装置12、第2発電装置14のうち少なくとも一方から得られる電力を海水淡水化装置16に利用すれば、循環水利用システム1における排出水から回収したエネルギーにより海水の淡水化のために必要なエネルギーの少なくとも一部を賄える。これにより、循環水利用システム1全体で効率的にエネルギーを利用できるので、システム全体でのエネルギー消費量を効果的に低減することが可能となる。
Therefore, if the electric power obtained from at least one of the first
幾つかの実施形態では、循環水利用システム1は、図1に示すように海水タンク24と希釈用配管26とを有していてもよい。海水タンク24は、ポンプ20の上流側に設けられ、海水を溜めるよう構成される。希釈用配管26は、循環流路2と海水タンク24とを接続し、海水タンク24内の海水を循環流路2からの循環水を用いて希釈するよう構成される。
In some embodiments, the circulating water utilization system 1 may include a
海水を逆浸透膜22によりろ過して淡水を生成する場合、海水の塩分濃度と生成すべき淡水の塩分濃度との差が大きいほど、淡水化のために必要な圧力が大きくなり、ポンプ20の駆動に必要なエネルギーも大きくなってしまう。
When fresh water is generated by filtering seawater through the
そこで、図1に示す循環水利用システム1では、上述のようにポンプ20の上流側の海水タンク24と循環流路2とを接続する希釈用配管26を設け、海水タンク24内の海水を循環流路2からの循環水を用いて希釈するよう構成している。これにより、循環流路2からの循環水を活用して海水を希釈することができるので、海水の塩分濃度と生成すべき塩分濃度の差を低減して、淡水化のために必要な圧力を小さくすることができる。すなわち、循環流路2からの循環水を活用して、海水淡水化のためのポンプ20の駆動エネルギーを低減することができる。
Therefore, in the circulating water utilization system 1 shown in FIG. 1, as described above, the
幾つかの実施形態では、循環水利用システム1は、図1に示すように流量計27と制御ユニット70とを有していてもよい。この場合、流量計27は、排出流路4における排出水の流量を計測するよう構成され、制御ユニット70は、流量計27によって計測された排出水の流量が多いほど、海水淡水化装置16における淡水の生成量を多くするよう制御する。
In some embodiments, the circulating water utilization system 1 may include a
水需要体3の水使用量が多いほど排出流路4における排出水の流量は多くなるので、排出流路4における排出水の流量は、水需要体3の水需要量を反映する。そこで、上述のように排出流路4における排出水の流量を計測する流量計27を設け、その流量が多いほど、海水淡水化装置16における淡水の生成量を多くしている。これにより、簡易な構成で、水需要体の水需要量に応じて適切な量の淡水を生成することができる。従って、水需要量の変動に応じた適切な量の淡水を適時供給するために、生成した淡水を貯蔵する淡水タンク29を設ける場合、淡水タンク29の容量を小さくすることができる。
The greater the amount of water used by the
また、制御ユニット70は、流量計27によって計測された排出水の流量が多いほど、希釈用配管26に設けられた流量調整バルブ31を制御して希釈用配管26における循環水の流量(海水タンク24への希釈水の供給量)を多くするよう制御する。これにより、水需要量に応じて適切な量の淡水を生成するとともに、海水淡水化のためのポンプ駆動エネルギーを低減することができる。
The
図2は、幾つかの実施形態に係る第1発電装置12の具体的構成例である。図2に示すように、幾つかの実施形態では、第1発電装置12は、メタンガスを燃焼させるガスエンジン28と、ガスエンジン28によって駆動される第1発電機30と、を有する。この場合、循環水利用システム1は、ガスエンジン28から排出される排気ガスの凝縮潜熱を利用して熱媒体を加熱する第1凝縮エコノマイザ32と、第1凝縮エコノマイザ32にて発生した凝縮水を水需要体3へ供給するための第1凝縮水供給管34と有してもよい。これにより、メタンガスの燃焼に伴う排気ガスの熱エネルギーを回収しつつ、第1凝縮エコノマイザ32にて発生した凝縮水を循環水利用システム1内で有効活用することができる。
FIG. 2 is a specific configuration example of the first
なお、第1凝縮エコノマイザ32にて加熱された熱媒体は、例えば水需要体3における給湯や暖房に利用することが可能である。また、熱媒体は、逆浸透膜22において淡水化される前の海水の昇温に利用してもよい。この場合、図2に示すように、第1凝縮エコノマイザ32によって加熱された熱媒体を第1凝縮エコノマイザ32から移送する海水昇温用の熱媒体移送管35が設けられる。昇温することで海水の粘度が下がるため、逆浸透膜22の透水に必要なポンプ20の駆動エネルギーを低減することができる。また、海水淡水化装置16の造水能力(造水量)の向上にも供することができる。なお、循環流路2における浄化装置8の上流側で循環水を昇温し、循環水の浄化のため配設される図示されないポンプの駆動エネルギーを低減するよう構成してもよい。この場合、図2に示すように、第1凝縮エコノマイザ32によって加熱された熱媒体を第1凝縮エコノマイザ32から移送する循環水昇温用の熱媒体移送管37が設けられる。
また、第1凝縮水供給管34によって凝縮水を水需要体3へ供給するために、凝縮水に対してPH調整や浄化等を適宜行ってもよい。例えば、循環流路2における浄化装置8より上流側の位置に、或いは排出流路4に、凝縮水を補給水として補給すれば、浄化装置8による浄化を行った上で水需要体3へ供給することができる。また、図1における海水タンク24や希釈用配管26等に凝縮水を希釈用水として供給すれば、ポンプ20の駆動エネルギー低減に供することもできる。
In addition, the heat medium heated with the
Moreover, in order to supply condensed water to the
図3は、他の実施形態に係る第1発電装置12の具体的構成例である。図3に示すように、他の実施形態では、第1発電装置12は、メタンガスを利用して発電を行う燃料電池36である。この場合、循環水利用システム1は、燃料電池36で生成された生成水を水需要体3へ供給するための生成水供給管38を有してもよい。これにより、燃料電池36にて生成された生成水を循環水利用システム1内で有効活用することができる。
FIG. 3 is a specific configuration example of the first
なお、生成水供給管38によって生成水を水需要体3へ供給するために、生成水に対してPH調整や浄化等を適宜行ってもよい。例えば、循環流路2における浄化装置8より上流側の位置に、或いは排出流路4に、生成水を補給水として補給すれば、浄化装置8による浄化を行った上で水需要体3へ供給することができる。また、図1における海水タンク24や希釈用配管26等に生成水を希釈用水として供給すれば、ポンプ20の駆動エネルギー低減に供することもできる。
In addition, in order to supply generated water to the
図4は、幾つかの実施形態に係る第2発電装置14の具体的構成例である。図4に示すように、幾つかの実施形態では、第2発電装置14は、メタン発酵装置10によって生じるメタン発酵残渣を燃焼させるボイラ40と、ボイラ40で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン42と、蒸気タービン42によって駆動される第2発電機44とを有する。この場合、循環水利用システム1は、ボイラ40から排出される排気ガスの凝縮潜熱を利用して熱媒体を加熱する第2凝縮エコノマイザ46と、第2凝縮エコノマイザ46にて発生した凝縮水を水需要体へ供給するための第2凝縮水供給管48とを有してもよい。これにより、メタン発酵残渣の燃焼に伴う排気ガスの熱エネルギーを回収しつつ、第2凝縮エコノマイザ46にて発生した凝縮水を循環水利用システム内で有効活用することができる。
FIG. 4 is a specific configuration example of the second
なお、第2凝縮エコノマイザ46にて加熱された熱媒体は、例えば水需要体3における給湯や暖房に利用することが可能である。また、熱媒体は、逆浸透膜22において淡水化される前の海水の昇温に利用してもよい。この場合、図4に示すように、第2凝縮エコノマイザ46によって加熱された熱媒体を第2凝縮エコノマイザ46から移送する海水昇温用の熱媒体移送管49が設けられる。昇温することで海水の粘度が下がるため、逆浸透膜22の透水に必要なポンプ20の駆動エネルギーを低減することができる。また、海水淡水化装置16の造水能力(造水量)の向上にも供することができる。なお、循環流路2における浄化装置8の上流側で循環水を昇温し、循環水の浄化のため配設される図示されないポンプの駆動エネルギーを低減するよう構成してもよい。この場合、図4に示すように、第2凝縮エコノマイザ46によって加熱された熱媒体を第2凝縮エコノマイザ46から移送する循環水昇温用の熱媒体移送管51が設けられる。また、第2凝縮水供給管48によって凝縮水を水需要体3へ供給するために、凝縮水に対してPH調整や浄化等を適宜行ってもよい。例えば、循環流路2における浄化装置8より上流側の位置に、或いは排出流路4に、凝縮水を補給水として補給すれば、浄化装置8による浄化を行った上で水需要体3へ供給することができる。また、図1における海水タンク24や希釈用配管26等に凝縮水を希釈用水として供給すれば、ポンプ20の駆動エネルギー低減に供することもできる。
The heat medium heated by the
幾つかの実施形態に係る循環水利用システム1は、図1に示すように、水需要体3にて使用される空調設備50から排出される凝縮水を回収して水需要体3で利用するための凝縮水回収管52を有する。これにより、水需要体3にて使用される空調設備50から排出される凝縮水を循環水利用システム1内で有効活用することができる。
As shown in FIG. 1, the circulating water utilization system 1 according to some embodiments collects condensed water discharged from an
また、凝縮水回収管52によって凝縮水を水需要体へ供給するために、凝縮水に対してPH調整や浄化等を適宜行ってもよい。例えば、循環流路2における浄化装置8より上流側の位置に、或いは排出流路4に、凝縮水を補給水として補給すれば、浄化装置8による浄化を行った上で水需要体へ3供給することができる。また、図1における海水タンク24や希釈用配管26等に凝縮水を希釈用水として供給すれば、ポンプ20の駆動エネルギー低減に供することもできる。
Further, in order to supply the condensed water to the water consumer through the condensed
図5は、幾つかの実施形態に係る浄化手段8の具体的構成例である。浄化手段8は、一連の浄化工程を分割した内の一処理工程を行う処理装置がコンテナの内部に格納されたコンテナ式の処理槽が使用される。そして、このコンテナ式の処理槽を処理工程の順番に沿って直列に接続することで構成される。図5に示した実施形態では、浄化手段8は、スクリーン/流量調整コンテナL1、嫌気性コンテナL2、好気性コンテナL3、粗膜コンテナL4、微細膜コンテナL5、オゾン処理コンテナL6、貯水殺菌コンテナL7、消毒コンテナL8が、この順番で直列に接続されることで構成されている。
FIG. 5 is a specific configuration example of the
スクリーン/流量調整コンテナL1は、排出水に含まれるし査やオイルなどを除去する処理槽であり、オイルトラップやスクリーン装置などの設備を備える。嫌気性コンテナL2及び好気性コンテナL3は、嫌気性処理及び好気性処理を行って排出水に含まれる有機物を除去するための処理槽である。処理方法としては、A20活性汚泥法、回分式活性汚泥法、接触酸化法、オキシデーションディッチ法などの各種公知の処理方法を採用することが出来る。粗膜コンテナL4は、排出水から汚泥を分離するための処理槽である。沈殿槽、MF膜、UF膜、遠心分離などの各種装置・方法を採用することが出来る。微細膜コンテナL5は、循環水の水質を上水レベルまで高めるための処理槽である。逆浸透膜、活性炭、砂濾過、オゾン発生器、イオン交換、ミネラル添加装置などの各種装置・方法を採用することが出来る。オゾン処理コンテナL6は、浄化された循環水に対してオゾン処理を行うための処理槽である。貯水殺菌コンテナL7は、浄化された循環水を紫外線などで貯水殺菌しながら一時的に貯水するための処理槽である。消毒コンテナL8は、浄化された循環水を紫外線、塩素、オゾンなどによって殺菌消毒するための処理槽である。 The screen / flow rate adjusting container L1 is a treatment tank that removes the inspection and oil contained in the discharged water, and includes equipment such as an oil trap and a screen device. The anaerobic container L2 and the aerobic container L3 are treatment tanks for performing anaerobic treatment and aerobic treatment to remove organic substances contained in the discharged water. As the treatment method, various known treatment methods such as A20 activated sludge method, batch activated sludge method, contact oxidation method, oxidation ditch method and the like can be adopted. The coarse film container L4 is a treatment tank for separating sludge from the discharged water. Various apparatuses and methods such as a precipitation tank, MF membrane, UF membrane, and centrifugal separation can be employed. The fine membrane container L5 is a treatment tank for increasing the quality of the circulating water to the level of water supply. Various devices and methods such as reverse osmosis membrane, activated carbon, sand filtration, ozone generator, ion exchange, and mineral addition device can be employed. The ozone treatment container L6 is a treatment tank for performing ozone treatment on the purified circulating water. The water storage sterilization container L7 is a treatment tank for temporarily storing the purified circulating water while storing and sterilizing the water with ultraviolet rays. The sterilization container L8 is a treatment tank for sterilizing and purifying the purified circulating water with ultraviolet rays, chlorine, ozone, or the like.
汚泥返送/汚泥脱水コンテナL9は、汚泥を脱水乾燥させる処理槽である、汚泥貯留コンテナL10,L11は、汚泥ケーキを貯蔵するための処理槽である。汚泥貯留コンテナL10,L11に貯蔵される汚泥ケーキは、図1に示したメタン発酵装置10へ供給される。 The sludge return / sludge dewatering container L9 is a treatment tank for dewatering and drying sludge. The sludge storage containers L10 and L11 are treatment tanks for storing sludge cake. The sludge cake stored in the sludge storage containers L10 and L11 is supplied to the methane fermentation apparatus 10 shown in FIG.
なお、上述した浄化手段8の処理槽の配置及び構成は一例であって、排水される排出水の水質や目標とする浄化水準に応じて種々変更可能である。また、図中の符号TWは公共の上水道網から供給される水道水の流れを示している。このように、必要に応じてシステム外からの補給水を循環流路2にも供給するように構成してもよい。この場合の供給位置は、排出水の浄化処理がほぼ完了する、微細膜コンテナL5の下流側とするのが良い。また、図中の符号WW4は、濃縮水をスクリーン/流量調整コンテナL1に送水するための戻し管路である。
In addition, arrangement | positioning and a structure of the processing tank of the purification | cleaning means 8 mentioned above are examples, and can be variously changed according to the water quality of the waste_water | drain discharged | emitted, and the target purification level. Moreover, the code | symbol TW in a figure has shown the flow of the tap water supplied from a public water supply network. Thus, you may comprise so that the supplementary water from the outside of a system may be supplied also to the
このように、本出願人が検討している新規の循環水利用システム1では、排出水を浄化する浄化手段8として、一連の浄化工程を3以上の処理工程に分割した内の一処理工程を行う処理装置がコンテナの内部に格納されたコンテナ式の処理槽が使用される。そして、最初の処理工程を行うコンテナ式の処理槽、次の処理工程を行うコンテナ式の処理槽、次々の処理工程を行うコンテナ式の処理槽、を現場に搬入し、それぞれを接続管で直列に接続することで浄化手段8が構築される。このようなコンテナ式の処理槽は、そのままの状態でトラックに積載して搬送することが出来るため、可搬性に優れている。また、コンテナ収容体に取り外し自在に収容されるため、設置・撤去を自在に行うことが出来る。 Thus, in the new circulating water utilization system 1 which the present applicant is examining, as the purification means 8 for purifying the discharged water, one treatment process in which a series of purification processes is divided into three or more treatment processes is performed. A container-type processing tank in which a processing apparatus to be performed is stored inside a container is used. Then, a container-type processing tank that performs the first processing step, a container-type processing tank that performs the next processing step, and a container-type processing tank that performs the subsequent processing steps are brought into the field, and each is connected in series with a connecting pipe. The purifying means 8 is constructed by connecting to. Such a container-type treatment tank is excellent in portability because it can be loaded and transported on a truck as it is. Moreover, since it is detachably accommodated in the container container, it can be installed and removed freely.
上記コンテナ式処理槽の1処理槽当たりの処理能力は、1,000人程度の排出水を処理できる規模を想定している。このため、例えば10,000人規模の人々が生活する地域や複合施設に対して本循環水利用システムを導入する場合には、同一の処理工程を行う処理槽も複数(例えば10個)必要となる。このように、同一処理工程を行う処理槽を複数備えることで、1処理槽当たりの処理能力を小さくすることが出来る。よって、対象地域における人口の変動や水需要の季節変動にも柔軟に対応可能である。また、代替の処理槽を準備することも容易であり、メンテナンス性にも優れている。 The processing capacity per processing tank of the container-type processing tank is assumed to be a scale capable of processing about 1,000 people of discharged water. For this reason, for example, when this circulating water utilization system is introduced to an area or complex facility where 10,000 people live, a plurality of (for example, 10) treatment tanks that perform the same treatment process are required. Become. Thus, by providing a plurality of processing tanks that perform the same processing step, the processing capacity per processing tank can be reduced. Therefore, it is possible to flexibly cope with population fluctuations and water demand seasonal fluctuations in the target area. Moreover, it is easy to prepare an alternative processing tank, and the maintenance is excellent.
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the preferable form of this invention was demonstrated, this invention is not limited to said form. For example, the above-described embodiments may be combined, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
本発明の少なくとも一実施形態は、公共の上水道網とは別に、特定の地域を対象として構築される循環水利用システムにおいて好適に用いることが出来る。 At least one embodiment of the present invention can be suitably used in a circulating water utilization system constructed for a specific area separately from a public water supply network.
1 循環水利用システム
2 循環流路
3 水需要体
3a 住居
3b テナント
3c 事務所
4 排出流路
6 供給流路
8 浄化手段
10 メタン発酵装置
12 第1発電装置
14 第2発電装置
16 海水淡水化装置
18 淡水供給管
20 ポンプ
22 逆浸透膜
24 海水タンク
26 希釈用配管
27 流量計
28 ガスエンジン
29 淡水タンク
30 第1発電機
31 流量調整バルブ
32 第1凝縮エコノマイザ
34 第1凝縮水供給管
36 燃料電池
38 生成水供給管
40 ボイラ
42 蒸気タービン
44 第2発電機
46 第2凝縮エコノマイザ
48 第2凝縮水供給管
50 空調設備
52 凝縮水回収管
70 制御ユニット
120,140 電力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circulating
Claims (13)
循環水が流れる循環流路と、
前記循環流路を流れる循環水を使用する、住居、テナント、及び事務所の内の少なくとも一種からなる小口水需要体が複数集まって構成される水需要体、から排出される排出水を前記循環流路へ排出する排出流路と、
前記循環流路を流れる前記排出水を含む循環水を浄化する浄化装置と、
前記浄化装置で浄化された循環水を前記水需要体に供給する供給流路と、
前記浄化装置による前記循環水の浄化に伴って発生する汚泥ケーキをメタン発酵させるメタン発酵装置と、
前記メタン発酵装置によって生じるメタンガスを燃焼させて発電する第1発電装置、前記メタン発酵装置によって生じるメタン発酵残渣を燃焼させて発電する第2発電装置、のうち少なくとも一方と、
前記第1発電装置、前記第2発電装置のうち少なくとも一方から得られる電力を利用して海水を淡水化する海水淡水化装置と、
前記海水淡水化装置によって生成された淡水を前記水需要体に供給するための淡水供給管と、
を有する循環水利用システム。 A circulating water utilization system,
A circulation channel through which the circulating water flows;
Circulating the discharged water discharged from a water demand body composed of a plurality of small water demand bodies consisting of at least one of a residence, a tenant, and an office that uses the circulating water flowing through the circulation channel. A discharge flow path for discharging to the flow path;
A purification device for purifying the circulating water including the discharged water flowing through the circulation channel;
A supply flow path for supplying circulating water purified by the purification device to the water demand body;
A methane fermentation apparatus for methane fermentation of sludge cake generated along with purification of the circulating water by the purification apparatus;
At least one of a first power generation device that generates power by burning methane gas generated by the methane fermentation device, and a second power generation device that generates power by burning methane fermentation residue generated by the methane fermentation device;
A seawater desalination apparatus that desalinates seawater using electric power obtained from at least one of the first power generation apparatus and the second power generation apparatus;
A fresh water supply pipe for supplying fresh water generated by the seawater desalination apparatus to the water demand body;
A circulating water utilization system.
前記第1発電装置と前記第2発電装置のうち少なくとも一方から得られる電力を利用して前記海水を加圧するポンプと、
前記ポンプによって加圧された海水をろ過して淡水を生成する逆浸透膜と、
を有する請求項1に記載の循環水利用システム。 The seawater desalination apparatus is:
A pump that pressurizes the seawater using power obtained from at least one of the first power generation device and the second power generation device;
A reverse osmosis membrane for producing fresh water by filtering seawater pressurized by the pump;
The circulating water utilization system of Claim 1 which has these.
前記循環流路と前記タンクとを接続し、前記タンク内の前記海水を前記循環流路からの前記循環水を用いて希釈する希釈用配管と、
を更に有する請求項2に記載の循環水利用システム。 A tank provided upstream of the pump and storing the seawater;
A pipe for dilution that connects the circulation channel and the tank, and dilutes the seawater in the tank using the circulating water from the circulation channel;
The circulating water utilization system according to claim 2, further comprising:
前記流量計によって計測された前記排出水の流量が多いほど、前記海水淡水化装置における淡水の生成量を多くするよう前記海水淡水化装置を制御する制御ユニットと、
を更に有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の循環水利用システム。 A flow meter for measuring the flow rate of the discharged water in the discharge channel;
A control unit that controls the seawater desalination device to increase the amount of freshwater generated in the seawater desalination device, as the flow rate of the discharged water measured by the flow meter is larger;
The circulating water utilization system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記希釈用配管における循環水の流量を調節するバルブと、
前記流量計によって計測された前記排出水の流量が多いほど、前記海水淡水化装置における淡水の生成量を多くするよう制御する制御ユニットと、
を更に有し、
前記制御ユニットは、前記流量計によって計測された前記排出水の流量が多いほど、前記希釈用配管における前記循環水の流量が多くなるよう前記バルブを制御する請求項3に記載の循環水利用システム。 A flow meter for measuring the flow rate of the discharged water in the discharge channel;
A valve for adjusting the flow rate of circulating water in the dilution pipe;
A control unit that controls to increase the amount of fresh water generated in the seawater desalination device as the flow rate of the discharged water measured by the flow meter increases.
Further comprising
The circulating water utilization system according to claim 3, wherein the control unit controls the valve so that the flow rate of the circulating water in the dilution pipe increases as the flow rate of the discharged water measured by the flow meter increases. .
前記第1発電装置は、前記メタンガスを燃焼させるガスエンジンと、前記ガスエンジンによって駆動される第1発電機と、を有し、
前記循環水利用システムは、
前記ガスエンジンから排出される排気ガスの凝縮潜熱を利用して熱媒体を加熱する第1凝縮エコノマイザと、
前記第1凝縮エコノマイザにて発生した凝縮水を前記水需要体へ供給するための第1凝縮水供給管と、
を更に有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の循環水利用システム。 The circulating water utilization system has at least the first power generation device among the first power generation device and the second power generation device,
The first power generation device includes a gas engine for burning the methane gas, and a first generator driven by the gas engine,
The circulating water utilization system is:
A first condensing economizer that heats the heat medium using the latent heat of condensation of the exhaust gas discharged from the gas engine;
A first condensed water supply pipe for supplying condensed water generated in the first condensed economizer to the water demand body;
The circulating water utilization system according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記第1発電装置は、前記メタンガスを利用して発電を行う燃料電池であり、
前記循環水利用システムは、前記燃料電池で生成された生成水を前記水需要体へ供給するための生成水供給管を更に有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の循環水利用システム。 The circulating water utilization system has at least the first power generation device among the first power generation device and the second power generation device,
The first power generator is a fuel cell that generates power using the methane gas,
The circulating water utilization system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a generated water supply pipe for supplying generated water generated by the fuel cell to the water demand body. .
前記第2発電装置は、前記メタン発酵装置によって生じるメタン発酵残渣を燃焼させるボイラと、前記ボイラで発生した蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって駆動される第2発電機と、
を有し、
前記循環水利用システムは、
前記ボイラから排出される排気ガスの凝縮潜熱を利用して熱媒体を加熱する第2凝縮エコノマイザと、
前記第2凝縮エコノマイザにて発生した凝縮水を前記水需要体へ供給するための第2凝縮水供給管と、
を更に有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の循環水利用システム。 The circulating water utilization system has at least the second power generation device among the first power generation device and the second power generation device,
The second power generation device includes a boiler that burns methane fermentation residue generated by the methane fermentation device, a steam turbine driven by steam generated in the boiler, a second generator driven by the steam turbine,
Have
The circulating water utilization system is:
A second condensing economizer that heats the heat medium using the latent heat of condensation of the exhaust gas discharged from the boiler;
A second condensed water supply pipe for supplying condensed water generated by the second condensed economizer to the water demand body;
The circulating water utilization system according to any one of claims 1 to 9, further comprising:
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