JP2015116530A - 有機物含有廃棄物の処理方法と処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】水熱処理と脱水処理とを受けた被処理物たる脱水ケーキの含水率の低減化を図る。
【解決手段】廃棄物処理システム１０００は、水熱処理ブロック１１００と、曝気ブロック１２００と、消化ブロック１３００とを含む。水熱処理ブロック１１００の水熱処理装置１００は、高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気による亜臨界雰囲気において、有機物含有廃棄物を水熱処理する。水熱処理を受けた有機物含有廃棄物から分離された液状成分を、曝気ブロック１２００の曝気処理装置３００にて、硫化水素含有のガスで曝気し、曝気後に、液状成分を固液分離する。得られた液状成分を、消化ブロック１３００の消化処理装置４００にて嫌気性消化処理に処す。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物含有廃棄物の処理方法と処理システムに関する。

近年、食品残渣、木くず、紙くず、生ゴミ、食料残飯等の一般廃棄物のみならず、有機性汚泥をも有機物含有廃棄物として、亜臨界状態の水蒸気にて水熱処理する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。有機物含有廃棄物の水熱処理以外の処理方法としては、有機物含有廃棄物に含まれる有機物を、酸素の存在しない嫌気性環境下で嫌気性細菌により生物分解する嫌気性消化処理手法も提案されている（例えば、特許文献２）。

この特許文献１で提案された手法では、被処理物の水熱処理とその後の脱水処理とを、共通する処理装置本体内での亜臨界雰囲気において順次実行して、装置の省スペース化や、水熱処理と脱水処理とを受けた被処理物（以下、脱水ケーキと称する）の含水率の低減をもたらしている。特許文献２では、嫌気性消化処理を含む有機物含有廃棄物の連続処理を高めつつ、嫌気性消化処理で得られたガスの有効利用が図られている。

特許第４８９８９７０号公報 特開２０１３−８６００５号公報

ところで、上記の特許文献１或いは特許文献２での処理対象となる有機物含有廃棄物は、多種多様であり、重金属、例えば、鉄、鉛、金、白金、銀、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、錫等を含むことも多々有り得る。こうした重金属は、有機物含有廃棄物の処理の過程で取り除くことが望ましいものの、上記提案された手法では重金属除去についての配慮がなされていないのが現状である。こうしたことから、有機物含有廃棄物の処理の過程で重金属を取り除く新たな手法が要請されるに到った。この他、重金属除去を図る処理を含む有機物含有廃棄物プロセスの簡略化やコスト低減を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、有機物含有廃棄物の処理方法が提供される。この有機物含有廃棄物の処理方法は、有機物を含む有機物含有廃棄物の処理方法であって、前記有機物含有廃棄物を、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽で水熱処理する水熱処理工程と、該水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物から分離された液状成分を処理容器に貯留し、該処理容器に、硫化水素を含有したガスを導いて曝気する曝気工程と、該曝気の後に、前記処理容器の前記液状成分を固液分離する分離工程と、該固液分離を経て得られた液状成分を消化槽にて嫌気性消化処理すると共に、該嫌気性消化処理にて生成されて前記消化槽の前記液状成分から放出される消化処理ガスの少なくとも一部を、前記曝気工程における前記ガスの前記曝気のための管路に導く消化処理工程とを備える。

上記の形態の有機物含有廃棄物の処理方法では、有機物含有廃棄物を、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽で水熱処理した後に、有機物含有廃棄物を固形成分と液状成分に分ける。この水熱処理は、亜臨界雰囲気で行われるので、有機物含有廃棄物に含まれている重金属は、亜臨界雰囲気での活性化を経て、有機物含有廃棄物が持つ構造が破壊されたことにより、その多くが液状成分に溶解する。そして、この液状成分を硫化水素を含有したガス（以下、単に硫化水素含有ガス）にて曝気するので、液状成分に溶解している重金属は硫化水素との接触により金属硫化物に変遷し、金属硫化物としての固形成分は、曝気後の固液分離により、曝気の処理容器から、容易に、分離除去もしくは分離回収される。この際の固液分離は、凝集沈殿といった既存の分離手法を適用すれば足りる。

また、有機物含有廃棄物に含まれている有機物については、亜臨界雰囲気での水熱処理により、低分子化された状態で、液状成分に溶解もしくは混濁、溶融する。そして、この液状成分は、硫化水素含有ガスの曝気後の固液分離を経て、消化槽にて嫌気性消化処理を受けるので、この液状成分に溶解等している有機物は、低分子化されている故に、嫌気性細菌により効率よく生物分解されて、消化処理ガスが活発に生成され、この消化処理ガスでのいわゆるバイオガス化が進む。バイオガス化は、嫌気性細菌の菌性に応じてメタン等の可燃性ガスを始め、硫化水素ガスの含有を高める。上記形態の有機物含有廃棄物の処理方法では、硫化水素含有ガスの曝気による重金属の固液分離を図るに当たり、この硫化水素含有ガスの曝気のための管路に、曝気の処理容器から固液分離を経て得られた液状成分の嫌気性消化処理にて生成された消化処理ガスの少なくとも一部を導くので、消化処理ガスに含まれる硫化水素ガスを、重金属の硫化物化という今までにない新たな用途に有効利用できる。これらの結果、上記形態の有機物含有廃棄物の処理方法によれば、有機物含有廃棄物の処理の過程で重金属を取り除くことができると共に、嫌気性消化処理にて生成された消化処理ガスの新たな用途の提供を通して、有機物含有廃棄物プロセスのコスト低減を可能とする。しかも、処理容器において硫化水素含有ガスの曝気を図る曝気工程と曝気後に固液分離を図る分離工程とを追加した上で、消化処理ガスの少なくとも一部を曝気のための管路に導けば足りるので、既存設備機器の有効利用を通して、有機物含有廃棄物プロセスのコスト低減のみならず、有機物含有廃棄物プロセスの簡略化も可能となる。

（２）本発明の他の形態によれば、有機物含有廃棄物の処理システムが提供される。この有機物含有廃棄物の処理システムは、有機物を含む有機物含有廃棄物の処理システムであって、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽を有し、該処理槽に投入された前記有機物含有廃棄物を、前記処理槽で水熱処理する水熱処理装置と、該水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物から分離された液状成分を貯留する処理容器を有し、該処理容器に、硫化水素を含有したガスを導いて曝気する曝気機構と、該曝気の後に、前記処理容器の前記液状成分を固液分離する分離機構と、該固液分離を経て得られた液状成分を貯留する消化槽を備え、該消化槽にて前記液状成分を嫌気性消化処理する消化処理機構と、前記嫌気性消化処理にて生成されて前記消化槽の前記液状成分から放出される消化処理ガスの少なくとも一部を、前記曝気機構における前記ガスの前記曝気のための管路に導くガス放出機構とを備える。この形態の有機物含有廃棄物の処理システムによっても、既述した効果を奏することができる。

（３）上記の形態の有機物含有廃棄物の処理システムにおいて、前記曝気機構による前記ガスの曝気を受けて前記処理容器の前記液状成分の液面から放出されるガスを燃焼させ、その燃焼熱を前記水熱処理装置における前記亜臨界雰囲気の発現または維持に用いるようにしてもよい。曝気のための処理容器における液状成分の液面から放出されるガスは、嫌気性消化処理にて生成・放出される消化処理ガスを含むことから、この消化ガスに含有される既述したメタン等の可燃性ガスを含むことになる。よって、この形態の有機物含有廃棄物の処理システムによれば、曝気のための処理容器における液状成分の液面から放出されるガスについても有効利用を図ることができる。

（４）上記のいずれかの形態の有機物含有廃棄物の処理システムにおいて、硫化水素ガスを貯留し、前記消化処理ガスに含まれる硫化水素ガスが規定のガス量より少ないとき、または前記消化処理ガスのガス量自体が規定のガス量より少ないときには、前記貯留した硫化水素ガスを前記曝気機構の前記曝気のための管路に導くようにしてもよい。こうすれば、液状成分に溶解している重金属の金属硫化物への変遷を維持もしくは確保できるので、金属硫化物としての重金属の分離除去・分離回収の確実性を担保できる。

（５）上記のいずれかの形態の有機物含有廃棄物の処理システムにおいて、前記消化槽にて前記嫌気性消化処理がなされた後に、前記消化槽の前記液状成分を固液分離するようにしてもよい。こうすれば、固液分離後の固形成分については、これを重金属の含有量が低いものとできるので、環境や農作物飼育に適した堆肥等とでき、有益性が高まる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、有機物含有廃棄物に含まれている重金属の回収方法等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての廃棄物処理システム１０００の全体構成をブロック視して示す説明図である。 水熱処理ブロック１１００に含まれる水熱処理装置１００の概略構成を示す説明図である。 曝気ブロック１２００に含まれる曝気処理装置３００の概略構成を示す説明図である。 消化ブロック１３００に含まれる消化処理装置４００の概略構成を示す説明図である。 水熱処理プロセスの手順を示すフローチャートである。 亜臨界処理工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 亜臨界中圧縮脱水工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 貯留タンク昇圧工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 亜臨界中脱液工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 亜臨界環境下での再脱水工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 圧縮力の解除工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 脱気工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 取り出し工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての廃棄物処理システム１０００の全体構成をブロック視して示す説明図である。図示するように、本実施形態の廃棄物処理システム１０００は、水熱処理ブロック１１００と、曝気ブロック１２００と、消化ブロック１３００とを備え、各ブロック間において液状成分或いはガス成分を移送しつつ、被処理物である有機物含有廃棄物を処理する。この被処理物は、水熱処理ブロック１１００に投入され、水熱処理ブロック１１００に含まれる後述の水熱処理装置１００にて水熱処理される。当該処理にて得られた液状成分は、曝気ブロック１２００に含まれる後述の曝気処理装置３００に移送される。この曝気処理装置３００に移送された液状成分は、当該装置にて後述するように重金属が除去され、重金属除去後の液状成分は、消化ブロック１３００に含まれる後述の消化処理装置４００に移送される。この消化処理装置４００に移送された液状成分は、当該装置にて後述するように嫌気性消化処理を受ける。以下、各ブロックの機器構成について説明する。図２は水熱処理ブロック１１００に含まれる水熱処理装置１００の概略構成を示す説明図、図３は曝気ブロック１２００に含まれる曝気処理装置３００の概略構成を示す説明図、図４は消化ブロック１３００に含まれる消化処理装置４００の概略構成を示す説明図である。

図２に示すように、本実施形態の水熱処理ブロック１１００には、水熱処理装置１００と、水蒸気供給機器群２００とが含まれる。水熱処理装置１００は、中空の処理装置本体１と、貯留タンク２と、中空の脱水管１１と、水熱処理制御装置１１０とを備える。処理装置本体１は、筒状の外筒３と、排気管４と、吸気管５と、排液管６と、蓋部７と、固定治具８と、回転スライド機構９と、シャフト１０と、脱水管１１とを有して構成されている。貯留タンク２は、処理装置本体１の下方側に配設され、処理装置本体１の底部から排出される液体、即ち被処理物から脱水分離した液状成分を貯留する。そして、この貯留タンク２は、給排気管２１と給液管２２とを備え、給液管２２を開閉バルブ２３を介して処理装置本体１の排液管６と連結させている。この他、貯留タンク２は、下部側に、ドレン管２４を備え、管路途中の開閉バルブ２４ａの開弁を経て、タンク内の液体を後述の曝気処理装置３００に移送（排出）する。

処理装置本体１の外筒３は円筒形状の部分を有し、その円筒形状の回転スライド機構９側の一端にフランジ部３ａが設けられている。外筒３のフランジ部３ａとは反対側の一端には、固定治具８によって、蓋部７が固定されている。そして、この固定治具８で蓋部７が固定された状態において、処理装置本体１は、外筒３の内部領域において中空となり、固定治具８にて、蓋部７を後述の脱水管蓋部１１ａと共に外筒３から取り外すことができる。

脱水管１１は、外筒３に沿った有底の円筒形状をなし、外筒３の内部に正逆回転自在に配設される。この脱水管１１は、その円筒周壁に、複数の開口部１１ｂを備え、固定治具８の側の解放端の側に脱水管蓋部１１ａを着脱自在に備える。脱水管蓋部１１ａは、外筒３の蓋部７に連結されており、蓋部７を外筒３から取り外すときに、併せて脱水管蓋部１１ａも脱水管１１から取り外すことができる。よって、脱水管蓋部１１ａが固定治具８にて蓋部７と共に取り外された状態で、脱水管１１には被処理物が投入可能となり、脱水管１１は、被処理物が投入された状態で処理装置本体１に収納され、後述の水蒸気供給機器群２００により、外筒３の内部において、被処理物と共に亜臨界雰囲気下に置かれる。脱水管１１の内部には、１２が配設されており、このピストン１２は、ピストン外周壁と脱水管内周壁のキーとキー溝等により脱水管１１と係合された上、脱水管１１の円筒の内面に沿って摺動（スライド）自在とされている。そして、シャフト１０が、フランジ部３ａおよび脱水管１１の底部を貫通して、このピストン１２に連結されている。外筒３および脱水管１１は、その長手方向が水平であり、この長手方向に平行なシャフト１０の長手方向が重力に対してほぼ垂直になる横型に設置されており、外筒３の内部においては、重力に従った下側の円筒部分が外筒３の底部となる。

回転スライド機構９は、ピストン１２から延びたシャフト１０と係合し、内蔵する図示しないギヤ機構により、シャフト１０の長手方向に沿った前後退のスライド運動とシャフト１０の軸を中心とした正逆の回転運動とを、それぞれ単独で、或いは並行して実行可能に構成されている。ピストン１２は、既述したように脱水管１１と係合していることから、回転スライド機構９によるシャフト１０の回転運動により、脱水管１１は、ピストン１２と共に回転する。ピストン１２と脱水管１１の係合は、図１に示す脱水管１１の底部の原位置の他、後述の圧縮終端位置、圧縮解放位置においても維持されるので、図２の原位置での回転スライド機構９によるシャフト１０の回転運動により、脱水管１１は、ピストン１２と共に回転し、投入済みの被処理物を攪拌する。後述の圧縮終端位置や圧縮解放位置においても、脱水管１１は、ピストン１２と共に、回転スライド機構９により回転運動する。この他、ピストン１２は、回転スライド機構９によって、シャフト１０の長手方向に沿って単独で、脱水管１１の内部をスライド駆動する。なお、回転スライド機構９による上記したスライド運動や回転運動は、後述の水熱処理制御装置１１０の制御下でなされる。

排気管４は、外気側の一端に開閉バルブ４ａを備え、当該バルブの開弁を経て、外筒３の内部を外気や外部装置に開放する。吸気管５は、水蒸気供給機器群２００と接続されており、水蒸気供給機器群２００が生成する高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を処理装置本体１の内部に導入する。この水蒸気導入のタイミングは、後述の水熱処理制御装置１１０にて設定され、水熱処理制御装置１１０の制御下で、処理装置本体１の内部は、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気となる。排液管６は、処理装置本体１の下方側に配設された貯留タンク２と処理装置本体１の底部とを結ぶ管路を給液管２２と共に形成し、開閉バルブ２３の開弁を経て、外筒３の内部の液体、即ち被処理物から脱水分離した液状成分を貯留タンク２に導く。また、貯留タンク２の給排気管２１は、その一端に開閉バルブ２１ａを備え、当該バルブを介して水蒸気供給機器群２００と接続されており、水蒸気供給機器群２００が生成する高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を貯留タンク２の内部に導入する。この水蒸気導入のタイミングは、後述の水熱処理制御装置１１０にて設定され、水熱処理制御装置１１０の制御下で、貯留タンク２の内部は亜臨界状態の水蒸気により加圧され、貯留タンク２は、処理装置本体１の亜臨界雰囲気と等圧とされる。開閉バルブ２１ａは、いわゆる三方弁として構成されて給排気管２１を水蒸気供給機器群２００に繋ぐほか、給排気管２１を大気解放管２１ｂとも接続し、貯留タンク２の内部の水蒸気を給排気管２１と大気解放管２１ｂを経て大気放出する。上記した各種バルブは、水熱処理制御装置１１０にて駆動制御される。

水熱処理制御装置１１０は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、水熱処理装置１００を統括制御する。つまり、この水熱処理制御装置１１０は、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、既述した各種バルブを開閉制御すると共に、水蒸気供給機器群２００からの亜臨界状態の水蒸気の導入制御、回転スライド機構９の駆動制御を実行する。

図３に示すように、本実施形態の曝気ブロック１２００には、曝気処理装置３００と、曝気後固液分離装置３６０と、ボイラー機器３８０とが含まれる。曝気処理装置３００は、中空密閉状の処理容器３０２と、ガス曝気機構３０４と、硫化水素ガス予備タンク３０６と、曝気管３０８と、攪拌機器３１０と、曝気制御装置３３０とを備える。処理容器３０２は、水熱処理装置１００の貯留タンク２（図２参照）とドレン管２４を介して接続されている。そして、この処理容器３０２には、水熱処理装置１００にて水熱処理を受けた被処理物（有機物含有廃棄物）から分離された液状成分（以下、水熱処理済み液状成分Ｗｅ）が貯留タンク２からドレン管２４を経て移送され、処理容器３０２は、この水熱処理済み液状成分Ｗｅを貯留する。

ガス曝気機構３０４は、後述の消化処理装置４００の消化槽４０２とガス放出管４２２を介して接続されている。そして、このガス曝気機構３０４は、ガス放出管４２２を消化槽４０２から移送されてきたガス（後述の消化処理ガスＳｇ）を、処理容器３０２の底部まで延びる曝気管３０８に導いて処理容器底部から曝気し、処理容器３０２に貯留された水熱処理済み液状成分Ｗｅに消化処理ガスＳｇを接触させる。この際の消化処理ガスＳｇの曝気量や継続時間は、水熱処理装置１００から処理容器３０２に移送されて当該容器に貯留された水熱処理済み液状成分Ｗｅの液量に応じて定められている。この他、ガス曝気機構３０４は、ガス放出管４２２から移送される消化処理ガスＳｇのガス量と当該ガスに含まれる硫化水素ガス量（硫化水素濃度）とを検出するセンサー３０５を備え、そのセンサー出力により、次のように働く。センサー出力から、消化処理ガスＳｇに含まれる硫化水素ガス量が規定ガス量より少ない、或いは消化処理ガスＳｇのガス量自体が規定ガス量より少ないと、ガス曝気機構３０４は、後述の曝気制御装置３３０の制御を受けて、硫化水素ガス予備タンク３０６に貯留済みの硫化水素ガスを、ガス管路３０７を経て、曝気管３０８に導く。硫化水素ガス予備タンク３０６からの硫化水素ガス導入を定める上記の規定ガス量は、既述した水熱処理済み液状成分Ｗｅの液量に応じて定められている。

曝気制御装置３３０は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、曝気処理装置３００とその付属機器である曝気後固液分離装置３６０やボイラー機器３８０を統括制御する。つまり、この曝気制御装置３３０は、図示しない各種スイッチやセンサー３０５の入力を受けつつ、既述したガス曝気機構３０４による曝気や、硫化水素ガスの補給、各管路のバルブ開閉の他、水熱処理装置１００からの水熱処理済み液状成分Ｗｅの移送、攪拌機器３１０の駆動等を統括制御する。

曝気後固液分離装置３６０は、導入管３６２を介して処理容器３０２の底部と連通し、バルブ３６４の開放を経て、処理容器３０２から水熱処理済み液状成分Ｗｅを受け入れ、当該液状成分を凝集法や濾過機器等を用いて固液分離に処する。この場合、バルブ３６４の開放制御は、曝気制御装置３３０にて消化処理ガスＳｇの曝気終了のタイミングに合わせてなされる。そして、この曝気後固液分離装置３６０は、水熱処理済み液状成分Ｗｅの固液分離を経て得た固形成分を、バルブ３７２の開放制御を経て固形成分排出管３７０から排出する。また、曝気後固液分離装置３６０は、水熱処理済み液状成分Ｗｅの固液分離を経て得た液状成分（以下、曝気処理済み液状成分Ｂｅ）を、移送管３６６を経て後述の消化処理装置４００（詳しくは、その消化槽４０２）に移送する。この移送は、曝気制御装置３３０の制御を受けたポンプ３６８にて所定のタイミングでなされる。

ボイラー機器３８０は、ガス導入管３８２を介して処理容器３０２の液面上部と連通し、ガス吸引ファン３８４の吸引回転を経て、処理容器３０２の液面上部からガスを吸引する。処理容器３０２の液面上部のガスは、処理容器３０２の底部から曝気されて水熱処理済み液状成分Ｗｅを浮上して液面から放出された消化処理ガスＳｇであり、この消化処理ガスＳｇは、後述の嫌気性消化処理により生成されたバイオガスであって、ガス中にメタン等の可燃性ガスを含む。よって、ボイラー機器３８０は、吸引した消化処理ガスＳｇを燃焼させ、その燃焼熱を、水熱処理装置１００の水蒸気供給機器群２００に伝搬することで、水熱処理装置１００の処理装置本体１における亜臨界雰囲気の発現または維持に用いる。この場合、ガス吸引ファン３８４の回転制御は、曝気制御装置３３０にて消化処理ガスＳｇの曝気開始のタイミングに合わせてなされる。なお、ボイラー機器３８０を水蒸気供給機器群２００に近接すれば、燃焼熱の伝搬効率が高まるので、ボイラー機器３８０を水蒸気供給機器群２００の付属機器としてもよい。

図４に示すように、本実施形態の消化ブロック１３００には、消化処理装置４００と、消化処理後固液分離装置４１０と、ガス圧送機器４２０とが含まれる。消化処理装置４００は、中空密閉状の消化槽４０２と、攪拌機器４０４と、消化制御装置４３０とを備える。消化処理装置４００は、消化槽４０２の内部を嫌気性に維持して、消化槽内を、例えば嫌気性メタン発酵菌等の各種の嫌気性細菌の生育環境とする。消化処理装置４００は、こうした好気性細菌を適宜、消化槽４０２に補充等することで、これら嫌気性細菌による嫌気性消化処理を消化槽４０２にて継続維持する。消化槽４０２は、曝気処理装置３００の曝気後固液分離装置３６０（図３参照）と移送管３６６を介して接続されている。そして、この消化槽４０２には、曝気処理装置３００にて消化処理ガスＳｇの曝気を受けた後に曝気後固液分離装置３６０にて固液分離された曝気処理済み液状成分Ｂｅが移送管３６６を経て移送され、消化槽４０２は、この曝気処理済み液状成分Ｂｅを貯留する。つまり、消化処理装置４００では、曝気処理済み液状成分Ｂｅを消化槽４０２にて嫌気性消化処理し、曝気処理済み液状成分Ｂｅに含まれる有機成分を生物分解し、その分解の結果として消化処理ガスＳｇを曝気処理済み液状成分Ｂｅの液面から放出する。

消化制御装置４３０は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、消化処理装置４００とその付属機器である消化処理後固液分離装置４１０やガス圧送機器４２０を統括制御する。つまり、この消化制御装置４３０は、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、各管路のバルブやファンの駆動の他、攪拌機器４０４や消化処理後固液分離装置４１０等を駆動制御する。

消化処理後固液分離装置４１０は、導入管４１２を介して消化槽４０２の底部と連通し、バルブ４１３の開放を経て、消化槽４０２から水熱処理済み液状成分Ｗｅを受け入れ、当該液状成分を凝集法や濾過機器等を用いて固液分離に処する。この場合、バルブ４１３の開放制御は、消化制御装置４３０にて、消化槽４０２における嫌気性消化処理の進行状況に合わせてなされる。そして、この消化処理後固液分離装置４１０は、水熱処理済み液状成分Ｗｅの固液分離を経て得た固形成分を、バルブ４１５の開放制御を経て固形成分排出管４１４から排出する。また、消化処理後固液分離装置４１０は、水熱処理済み液状成分Ｗｅの固液分離を経て得た液状成分（処理完了液状成分）を、排出管４１６を経て排出する。この固形成分や処理完了液状成分の排出は、消化制御装置４３０の制御を受けたバルブ４１３とバルブ４１７にて所定のタイミングでなされる。

ガス圧送機器４２０は、ガス放出管４２２を介して消化槽４０２の液面上部と連通し、ガス吸引ファン４２４の吸引回転を経て、消化槽４０２の液面上部からガスを吸引する。消化槽４０２の液面上部のガスは、曝気処理済み液状成分Ｂｅに含まれる有機成分を嫌気性消化処理により生物分解した結果として生成され、曝気処理済み液状成分Ｂｅを浮上して液面から放出された消化処理ガスＳｇであり、この消化処理ガスＳｇは、嫌気性消化処理により生成されたバイオガスであって、ガス中にメタン等の可燃性ガスの他、硫化水素を含有する。そして、ガス圧送機器４２０は、硫化水素含有のバイオガスたる消化処理ガスＳｇの総てを、曝気処理装置３００のガス曝気機構３０４（図３参照）に移送する。この場合、ガス吸引ファン４２４の回転制御は、消化制御装置４３０にて、消化槽４０２での嫌気性消化処理の進行状況に応じてなされる。なお、ガス圧送機器４２０によるガス曝気機構３０４への消化処理ガスＳｇの移送を、その一部のガスの移送とするようにしてもよく、未移送の消化処理ガスＳｇについては、これを曝気処理装置３００のボイラー機器３８０に送るようにしてもよい。

次に、以上のように構成された本実施形態の水熱処理装置１００を用いた水熱処理を含む有機物含有廃棄物の処理プロセスについて説明する。まず、水熱処理の処理プロセスについて説明する。図５は水熱処理プロセスの手順を示すフローチャートである。なお、図５に示す水熱処理の実行に先立って、水熱処理制御装置１１０は、開閉バルブ２３等の各種バルブを閉弁制御し、図示しないスタートスイッチの操作を経て、図５の水熱処理を実行する。

図５に示すように、本実施形態による水熱処理方法においては、まず、亜臨界処理工程を行う（ステップＳＴ１）。図６は亜臨界処理工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。なお、図６では、理解の便を図るため、処理装置本体１については、透視して内部の様子を示している。図７以降においても同様である。この亜臨界処理工程の開始前において、蓋部７および脱水管蓋部１１ａを取り外して、脱水管１１の内部に被処理物としての有機物含有廃棄物（以下、有機性汚泥３１）を収納した後、図６に示すように、蓋部７および脱水管蓋部１１ａを閉めて固定治具８により外筒３と蓋部７とを密着固定させて外筒３の内部を密閉する。これ以降において、亜臨界処理工程がなされる。

水熱処理制御装置１１０は、排気管４の開閉バルブ４ａ、排液管６の開閉バルブ２３、給排気管２１の開閉バルブ２１ａ、およびドレン管２４の開閉バルブ２４ａを閉状態に維持しつつ、水蒸気供給機器群２００から吸気管５を通じて、高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を処理装置本体１の内部、詳しくは外筒３の内部に導入する。ここで、本実施形態においては、水蒸気供給機器群２００から供給する水蒸気の温度を１３３℃以上２１２℃以下、具体的には例えば２１０℃とする。これによって、外筒３の内部が高温・高圧で亜臨界状態の水蒸気で満たされるとともに、脱水管１１の内部にも円筒部分の開口部１１ｂを通じて水蒸気が浸入して、高温高圧で亜臨界状態の水蒸気で満たされる。つまり、処理装置本体１は、導入された亜臨界状態の水蒸気により、その内部が亜臨界雰囲気とされ、脱水管１１にあっては、有機性汚泥３１が投入された状態で処理装置本体１に収納されて、有機性汚泥３１と共に亜臨界雰囲気下に置かれることになる。本実施形態では、この亜臨界雰囲気を亜臨界処理工程に亘って維持しており、その圧力は、０．１ＭＰａ以上２２．１ＭＰａ以下、好適には、０．２ＭＰａ以上１．６ＭＰａ以下、より好適には、０．７ＭＰａ以上１．１ＭＰａ以下、具体的には例えば０．９ＭＰａとし、温度については、これを、１２０℃以上２００℃以下、好適には、１６０℃以上１８０℃以下、具体的には例えば１７０℃とした。本実施形態では、こうした高温・高圧の水蒸気により亜臨界雰囲気を発現もしくは維持するに当たり、図３の曝気処理装置３００におけるボイラー機器３８０が消化処理ガスＳｇを燃焼済みであれば、その燃焼熱を亜臨界雰囲気の発現もしくは維持に用いる。

水熱処理制御装置１１０は、この亜臨界雰囲気において、回転スライド機構９を駆動制御して、シャフト１０をその軸中心に正逆回転させる。ピストン１２は、図示する原位置に位置して脱水管１１と既述したように係合していることから、シャフト１０の正逆回転は、ピストン１２を介して脱水管１１に伝達される。これにより、脱水管１１は、有機性汚泥３１を収納したまま正逆回転、即ち揺動し、有機性汚泥３１を攪拌するので、有機性汚泥３１の全体に亜臨界状態の水蒸気が有機性汚泥３１の各所に行き渡る。これによって、有機性汚泥３１に対する亜臨界処理、即ち亜臨界雰囲気下での有機性汚泥３１の水熱処理が行われる。この亜臨界処理工程がなされている間において、外筒３の底部には、供給された水蒸気が凝集したり、有機性汚泥３１から水分などの液状成分が漏出したりすることによって、処理水３２が貯留する。

次に、図５に示すように、亜臨界中圧縮脱水工程を行う（ステップＳＴ２）。亜臨界処理工程から亜臨界中圧縮脱水工程への推移は、水熱処理制御装置１１０の計測した経過時間等に応じてなされる。図７は亜臨界中圧縮脱水工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この亜臨界中圧縮脱水工程においては、既述した亜臨界処理工程で発現させた亜臨界雰囲気を処理装置本体１にて維持したまま、水熱処理制御装置１１０は、回転スライド機構９を駆動制御してシャフト１０を外筒３の内部に向けて前進スライドさせる。この際、水熱処理制御装置１１０は、回転スライド機構９によるシャフト１０の回転を起こさない。これにより、ピストン１２が脱水管蓋部１１ａに向かってスライド移動して、ピストン１２と脱水管蓋部１１ａとの間で有機性汚泥３１が圧縮され、脱水処理が行われる。この際のピストン１２の位置が既述した圧縮終端位置となる。この圧縮終端位置まで前進スライドしたピストン１２により有機性汚泥３１が脱水管１１の内部で圧縮されると、有機性汚泥３１に含まれる水分などの液状成分（脱水ろ液）が脱水管１１の開口部１１ｂを通じて排出される。これにより、外筒３内にさらに処理水３２が貯留される。この亜臨界雰囲気を維持したままの亜臨界中圧縮脱水工程では、亜臨界雰囲気においてステップＳＴ１の水熱処理（亜臨界処理）を受けた有機性汚泥３１から液状成分が圧縮を経て脱水分離され、その分離した液状成分を処理水３２として処理装置本体１の底部に導くことになる。こうして分離した処理水３２は、水熱処理装置１００にて水熱処理を受けた被処理物（有機物含有廃棄物）たる有機性汚泥３１から分離された液状成分であって、既述した水熱処理済み液状成分Ｗｅに他ならない。

このとき、亜臨界処理がされた有機性汚泥３１の内部に含まれる液体状の水分の粘度は、処理装置本体１が亜臨界雰囲気下にあって高温高圧である故に、見かけ上、低下する。このため、亜臨界処理がされた有機性汚泥３１を、亜臨界状態の高温高圧雰囲気において圧縮脱水することにより、圧縮による脱水性を向上させることができ、高温高圧の亜臨界状態を脱水処理に有効利用することができる。

次に、貯留タンク昇圧工程を行う（ステップＳＴ３）。亜臨界中圧縮脱水工程から貯留タンク昇圧工程への推移は、水熱処理制御装置１１０の計測した経過時間等に応じてなされる。図８は貯留タンク昇圧工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この貯留タンク昇圧工程においては、処理装置本体１の内部にあっては既述した亜臨界雰囲気を維持したまま、水熱処理制御装置１１０は、給排気管２１の開閉バルブ２１ａを駆動制御して、水蒸気供給機器群２００から給排気管２１を通じて、高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を貯留タンク２の内部に導入する。これにより、貯留タンク２の内部は、加圧され、処理装置本体１における亜臨界雰囲気と等圧となる。

次に、図５に示すように、亜臨界中脱液工程を行う（ステップＳＴ４）。貯留タンク昇圧工程から亜臨界中脱液工程への推移は、水熱処理制御装置１１０の計測した経過時間、或いは図示しないセンサーにて計測した処理装置本体１と貯留タンク２の内圧対比（等圧化）等に応じてなされる。図９は亜臨界中脱液工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この亜臨界中脱液工程においては、水熱処理制御装置１１０は、まず、開閉バルブ２１ａを閉弁制御して、貯留タンク２への水蒸気導入を停止し、その後、開閉バルブ２３を開弁制御する。これにより、処理装置本体１にあっては既述した亜臨界雰囲気が維持されたまま、処理装置本体１と貯留タンク２とが等圧の状況下で、処理装置本体１の底部から、ここに貯まっていた処理水３２（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）が、自重により排液管６と給液管２２を結ぶ流出経路３２ｒに沿って貯留タンク２に移送（排出）される。貯留タンク２では、処理装置本体１からの処理水３２の排水に伴い、タンク内の処理水３２（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）の水位が上昇し、処理装置本体１の底部に貯まっていた処理水３２は、全て貯留タンク２に排出される。

次に、図５に示すように、亜臨界環境下での再脱水工程を行う（ステップＳＴ５）。亜臨界中脱液工程から亜臨界環境下での再脱水工程への推移は、水熱処理制御装置１１０の計測した経過時間、或いは図示しないセンサーにて計測した処理装置本体１と貯留タンク２の処理水３２の水位変化等に応じてなされる。図１０は亜臨界環境下での再脱水工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この亜臨界環境下での再脱水工程においては、水熱処理制御装置１１０は、開閉バルブ２１ａの閉弁制御と開閉バルブ２３の開弁制御を継続して亜臨界雰囲気のまま、回転スライド機構９を駆動制御して、シャフト１０をその軸中心に例えば正回転させる。ピストン１２は、図示する圧縮終端位置に位置して脱水管１１と既述したように係合していることから、シャフト１０の回転は、ピストン１２を介して脱水管１１に伝達される。これにより、脱水管１１は、有機性汚泥３１をピストン１２にて圧縮したまま回転する。水熱処理制御装置１１０は、この亜臨界環境下での再脱水工程でシャフト１０を高速回転させるので、ピストン１２にて圧縮状態の有機性汚泥３１には大きな遠心力が作用する。これにより、有機性汚泥３１に残存していた液状成分は、有機性汚泥３１から遠心脱水されて開口部１１ｂを通過し、図示する内部流出流３２ｒｕのように処理装置本体１の底部に到って、既述した流出経路３２ｒを経て貯留タンク２に流れ込む。この際、貯留タンク２は、処理装置本体１と等圧状況であることから、有機性汚泥３１から遠心脱水された液状成分（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）は、脱水管１１の開口部１１ｂおよび流出経路３２ｒを経て円滑に貯留タンク２に流れ込む。また、処理装置本体１は、亜臨界雰囲気下にあり高圧であることから、有機性汚泥３１に残存する液状成分には既述したように見かけ上の粘度低下が起きるので、このことからも、有機性汚泥３１からの液状成分の遠心脱水は促進される。なお、水熱処理制御装置１１０は、亜臨界環境下での再脱水工程の完了に合わせて、回転スライド機構９によるシャフト１０の高速回転を停止制御する。

上記した亜臨界中脱液工程（ステップＳＴ４）と亜臨界環境下での再脱水工程（ステップＳＴ５）とにおいて貯留タンク２に流れ込んだ処理水３２（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）は、既述した亜臨界雰囲気での水熱処理を経て結果得られた液状成分であることから、有機物含有廃棄物たる有機性汚泥３１に含まれていた各種の重金属の多くを、亜臨界雰囲気での活性化を経て溶解させている。

次に、図５に示すように、脱水に関与していた圧縮力を解除する解除工程を行う（ステップＳＴ６）。亜臨界環境下での再脱水工程から圧縮力の解除工程への推移は、水熱処理制御装置１１０の計測した経過時間等に応じてなされる。図１１は圧縮力の解除工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この圧縮力の解除工程においては、水熱処理制御装置１１０は、まず、開閉バルブ２３を閉弁制御して処理装置本体１を亜臨界雰囲気に維持したまま、回転スライド機構９を駆動制御してシャフト１０を既述した図１０の圧縮終端位置から後退スライドさせる。これにより、ピストン１２は圧縮終端位置よりも脱水管蓋部１１ａから離れるので、ピストン１２により有機性汚泥３１に付与されていた圧縮力は解除される。こうして圧縮力が解除されたピストン１２の位置は、圧縮解除位置となる。なお、シャフト１０の高速回転に伴う遠心力は、亜臨界環境下での再脱水工程の完了時点で既に解除されている。そして、上記した圧縮力解除により、有機性汚泥３１は、亜臨界雰囲気下におかれているとは言え、汚泥の固形成分が非圧縮となることにより、その自重により圧縮形状を崩して脱水管１１の底部に広がり、その表面積は拡大する。

次に、図５に示すように、脱気工程を行う（ステップＳＴ７）。圧縮力の解除工程から脱気工程への推移は、水熱処理制御装置１１０の計測した経過時間等に応じてなされる。図１２は脱気工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この脱気工程においては、水熱処理制御装置１１０は、排気管４の開閉バルブ４ａの開弁制御と、給排気管２１の開閉バルブ２１ａの切換制御と、ドレン管２４の開閉バルブ２４ａの開弁制御とを行う。開閉バルブ２１ａの切換制御は、給排気管２１を大気解放管２１ｂに連通する切換制御である。これらバルブ制御は、同時になされてもよく、時系列的になされてもよい。この場合、開閉バルブ２１ａの切換制御と開閉バルブ２４ａの開弁制御とをこの順で行えば、貯留タンク２における処理水３２（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）の液面より上に残る水蒸気が先に大気解放管２１ｂを経て大気放出される。そして、貯留タンク２の内圧が大気圧程度に低下してから、貯留タンク２の処理水３２（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）は、貯留タンク２からドレン管２４を経て処理容器３０２（図３参照）に移送され、処理容器３０２は、この水熱処理済み液状成分Ｗｅを貯留する。この処理水移送に図示しないポンプを用いてもよい。その一方、開閉バルブ２４ａの開弁制御を開閉バルブ２１ａの切換制御より先に行えば、貯留タンク２の処理水３２（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）を、その液面より上に残る水蒸気の圧力により急速にドレン管２４を経て処理容器３０２に移送でき、ポンプは不要となる。上記したバルブ制御を伴う脱気工程では、外筒３の内部の水蒸気放出がなされ、外筒３の内部は、その内圧が亜臨界状態の高温高圧雰囲気による雰囲気圧未満の所定の圧力、具体的には例えば大気圧まで低下する。一方、貯留タンク２においては、既述したように水蒸気放出と処理容器３０２への処理水移送がなされる。このように処理水３２（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）の移送を受ける処理容器３０２は、処理水移送の時点で容器内の水熱処理済み液状成分Ｗｅが消化槽４０２（図４参照）に移送済みとされているので、新たな水熱処理済み液状成分Ｗｅの移送に支障を来さないようにされている。

次に、図５に示すように、取り出し工程を行う（ステップＳＴ８）。脱気工程から取り出し工程への推移は、水熱処理制御装置１１０の計測した経過時間、或いは図示しないセンサーにて計測した処理装置本体１の内圧（大気圧化）、図示しないセンサーにて計測した貯留タンク２の処理水水位（＝ゼロ）等に応じてなされる。図１３は取り出し工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この取り出し工程においては、水熱処理制御装置１１０は、固定治具８による蓋部７の固定解除制御と、回転スライド機構９の駆動制御によるシャフト１０の後退スライドとを行う。この両制御は、同時並行的になされてもよく、順次実行されてもよい。固定治具８の固定解除制御により、外筒３からの蓋部７の取り外しと、脱水管１１からの脱水管蓋部１１ａの取り外しがなされるので、圧縮脱水と遠心脱水を受けた有機性汚泥３１の脱水ケーキが脱水管１１から取り出される。この有機性汚泥３１の脱水ケーキは、焼却処分又は埋め立て処理がされる。また、シャフト１０の後退スライドにより、ピストン１２は、図に示す原位置に復帰するので、次回の水熱処理に備え、脱水管１１へは新たに処理される有機性汚泥３１の投入が可能となる。上記した脱水管蓋部１１ａの取り外し後の脱水ケーキの取り出しの際、水熱処理制御装置１１０の制御下で回転スライド機構９によりシャフト１０を前進スライドさせ、ピストン１２にて脱水ケーキを脱水管１１の開口端側に押し出すことができる。こうすれば、脱水ケーキの取り出しが容易となる。そして、この押出のための前進スライドを行った後、後退スライドによりピストン１２を原位置に復帰させればよい。なお、水熱処理制御装置１１０は、開閉バルブ４ａ等の各種バルブを全て閉状態に駆動制御し、次回の亜臨界処理工程の開始に備える。

本実施形態の廃棄物処理システム１０００は、上記した水熱処理装置１００による水熱処理プロセスと関連付けて、曝気処理装置３００での曝気処理プロセス、消化処理装置４００での嫌気性消化処理プロセスを行う。曝気処理装置３００での曝気処理プロセスは、図５の脱気工程（ステップＳＴ７）により貯留タンク２の処理水３２（水熱処理済み液状成分Ｗｅ）が処理容器３０２（図３参照）に移送されるタイミングに合わせてなされる。まず、曝気処理装置３００は、新たな水熱処理済み液状成分Ｗｅの移送を受ける以前において、処理容器３０２に既に貯留済みの水熱処理済み液状成分Ｗｅについての曝気処理を完了させた上で、その水熱処理済み液状成分Ｗｅを消化槽４０２（図４参照）に移送させておき、新たな水熱処理済み液状成分Ｗｅの移送に備える。処理容器３０２から消化槽４０２に曝気処理済み液状成分Ｂｅの移送を受ける消化処理装置４００においても同様である。つまり、水熱処理装置１００による水熱処理プロセス、曝気処理装置３００による曝気処理プロセス、および消化処理装置４００による嫌気性消化処理プロセスは、いずれもバッチ処理であるため、同時並行的に行われ、曝気処理装置３００での曝気処理プロセスは、その一つ前のバッチにおいて水熱処理装置１００の水熱処理を経た水熱処理済み液状成分Ｗｅを処理する。消化処理装置４００での嫌気性消化処理プロセスにあっては、その一つ前のバッチにおいて曝気処理装置３００の曝気処理を経た曝気処理済み液状成分Ｂｅ、即ち二つ前のバッチにおいて水熱処理装置１００の水熱処理を経た水熱処理済み液状成分Ｗｅを曝気処理済み液状成分Ｂｅとして処理する。以下、これを踏まえて説明する。

曝気処理装置３００は、水熱処理装置１００によるあるバッチでの水熱処理プロセスの一つ前のバッチにおいて、貯留タンク２から処理容器３０２に水熱処理済み液状成分Ｗｅの移送を受け、既に処理容器３０２に水熱処理済み液状成分Ｗｅを貯留済みである。よって、曝気処理装置３００は、曝気処理と曝気処理済み液状成分Ｂｅの移送に要する時間を確保した上で、水熱処理プロセスとしての図５の適宜工程、例えば最初の亜臨界処理工程（ステップＳＴ１）に合わせて、ガス曝気機構３０４により水熱処理済み液状成分Ｗｅへの消化処理ガスＳｇの曝気を開始し、所定の曝気時間に亘って曝気を継続する。消化処理ガスＳｇの曝気を受ける水熱処理済み液状成分Ｗｅは、既述したように各種の重金属を溶解している。そして、曝気される消化処理ガスＳｇは、４００での嫌気性消化処理で得られたものであるため、既述したように硫化水素を含有する。よって、曝気処理装置３００での消化処理ガスＳｇの曝気により、水熱処理済み液状成分Ｗｅに溶解している重金属は硫化水素との接触により金属硫化物に変遷し、金属硫化物として曝気後固液分離装置３６０にて分離されて、排出される。

消化処理装置４００は、水熱処理装置１００によるあるバッチでの水熱処理プロセスの二つ前のバッチにおいて、処理容器３０２から消化槽４０２に曝気処理済み液状成分Ｂｅの移送を受け、既に消化槽４０２に曝気処理済み液状成分Ｂｅを貯留済みである。よって、消化処理装置４００は、嫌気性消化処理に要する時間を確保した上で、水熱処理プロセスとしての図５の適宜工程、例えば最初の亜臨界処理工程（ステップＳＴ１）に合わせて、嫌気性消化処理を進行させ、その間に得られる消化処理ガスＳｇをガス圧送機器４２０によりガス曝気機構３０４に送り出す。そして、消化処理装置４００は、所定期間経過後に、消化処理後固液分離装置４１０にて曝気処理済み液状成分Ｂｅを固液分離して、分離された固形成分および液状成分を排出する。

以上説明した構成を備える本実施形態の廃棄物処理システム１０００は、有機物含有廃棄物たる有機性汚泥３１を、亜臨界状態の水蒸気の導入を受けて亜臨界雰囲気とされた処理装置本体１で水熱処理した後に（ステップＳＴ１）、有機性汚泥３１を固形成分と水熱処理済み液状成分Ｗｅに分ける（ステップＳＴ２〜ＳＴ７）。この水熱処理は、処理装置本体１の内部において亜臨界雰囲気で行われるので、有機性汚泥３１に含まれている重金属は、亜臨界雰囲気での活性化を経て、その多くが水熱処理済み液状成分Ｗｅに溶解する。そして、この水熱処理済み液状成分Ｗｅを、曝気処理装置３００の処理容器３０２において、硫化水素を含有した消化処理ガスＳｇにて曝気するので、水熱処理済み液状成分Ｗｅに溶解している重金属は硫化水素との接触により金属硫化物に変遷する。よって、本実施形態の廃棄物処理システム１０００によれば、有機性汚泥３１に含まれていた重金属を固形成分たる金属硫化物として、曝気後固液分離装置３６０での固液分離により、曝気の処理容器３０２から、容易に、分離除去もしくは分離回収できる。

また、有機性汚泥３１に含まれている有機物については、亜臨界雰囲気とされた処理装置本体１での水熱処理により、低分子化された状態で、水熱処理済み液状成分Ｗｅに溶解もしくは混濁、溶融する。そして、この水熱処理済み液状成分Ｗｅは、硫化水素を含む消化処理ガスＳｇの曝気後固液分離装置３６０による固液分離を経て、曝気処理済み液状成分Ｂｅとして消化処理装置４００の消化槽４０２に移送され、この消化槽４０２にて嫌気性消化処理を受ける。よって、本実施形態の廃棄物処理システム１０００によれば、消化槽４０２の曝気処理済み液状成分Ｂｅに低分子の形態で溶解等している有機物を、嫌気性細菌により効率よく生物分解して、消化処理ガスＳｇを活発に生成できる。そして、本実施形態の廃棄物処理システム１０００は、この消化処理ガスＳｇを、嫌気性細菌による嫌気性消化処理を経ているが故に、バイオガス化が進んだガスとでき、メタン等の可燃性ガスを始め、硫化水素ガスを高い割合で含有させ、処理容器３０２での水熱処理済み液状成分Ｗｅの曝気に用いる。このことから、本実施形態の廃棄物処理システム１０００によれば、硫化水素を含有する消化処理ガスＳｇの曝気による重金属の固液分離を図るに当たり、消化処理ガスＳｇに含まれる硫化水素ガスを、重金属の硫化物化という今までにない新たな用途に有効利用できる。これらの結果、本実施形態の廃棄物処理システム１０００によれば、有機物含有廃棄物たる有機性汚泥３１の処理の過程で重金属を効果的に取り除くことができると共に、嫌気性消化処理にて生成された消化処理ガスＳｇの新たな用途の提供を通して、有機物含有廃棄物プロセスのコスト低減を可能とする。しかも、処理容器３０２における消化処理ガスＳｇの曝気と曝気後の固液分離を追加した上で、消化処理ガスＳｇをガス曝気機構３０４を経て曝気管３０８に導けば足りるので、既存設備機器の有効利用を通して、有機物含有廃棄物プロセスのコスト低減のみならず、有機物含有廃棄物プロセスの簡略化も可能となる。

本実施形態の廃棄物処理システム１０００は、処理容器３０２において消化処理ガスＳｇの曝気を受けて水熱処理済み液状成分Ｗｅの液面から放出される消化処理ガスＳｇをボイラー機器３８０にて燃焼させ、その燃焼熱を水熱処理装置１００における水蒸気供給機器群２００に送り込み、亜臨界雰囲気の発現または維持に用いる。曝気のための処理容器３０２における水熱処理済み液状成分Ｗｅの液面から放出される消化処理ガスＳｇは、消化処理装置４００の消化槽４０２での嫌気性消化処理にて生成・放出されるガスであることから、メタン等の可燃性ガスを含むことになる。よって、本実施形態の廃棄物処理システム１０００によれば、曝気のための処理容器３０２における液状成分の液面から放出される消化処理ガスＳｇについても有効利用を図ることができる。

本実施形態の廃棄物処理システム１０００は、その曝気処理装置３００において、硫化水素ガス予備タンク３０６を備え、消化処理ガスＳｇに含まれる硫化水素ガスが規定のガス量より少ないとき、または消化処理ガスＳｇのガス量自体が規定のガス量より少ないときには、硫化水素ガス予備タンク３０６の貯留した硫化水素ガスを曝気管３０８に導く。よって、本実施形態の廃棄物処理システム１０００によれば、水熱処理済み液状成分Ｗｅに溶解している重金属の金属硫化物への変遷を維持もしくは確保できるので、金属硫化物としての重金属の分離除去・分離回収の確実性を担保できる。

本実施形態の廃棄物処理システム１０００は、消化槽４０２にて嫌気性消化処理がなされた後に、消化槽４０２の曝気処理済み液状成分Ｂｅを消化処理後固液分離装置４１０により固液分離する。そして、固液分離後の固形成分については、これを重金属の含有量が低いものとできるので、環境や農作物飼育に適した堆肥等とでき、有益性が高まる。

また、本実施形態の水熱処理装置１００は、水蒸気供給機器群２００から高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を処理装置本体１に導入して、脱水管１１に投入済みの有機性汚泥３１を、亜臨界雰囲気において水熱処理する（ステップＳＴ１：図３）。そして、こうして水熱処理を受けた有機性汚泥３１にピストン１２により圧縮力を付与して液状成分を脱水分離し（ステップＳＴ２：図４）、この脱水分離した液状成分たる処理水３２を処理装置本体１の下方の貯留タンク２に排出する（ステップＳＴ４：図６）。これにより、本実施形態の水熱処理装置１００は、処理装置本体１においては、圧縮脱水済みの有機性汚泥３１を、亜臨界雰囲気においたまま、液状成分との接触を断つ。その上で、本実施形態の水熱処理装置１００は、圧縮脱水済みの有機性汚泥３１を圧縮力から解放するので（ステップＳＴ６：図８）、有機性汚泥３１を、亜臨界雰囲気におかれているとは言え、その固形成分が非圧縮となることにより、圧縮形状から崩し、亜臨界雰囲気下で有機性汚泥３１の表面積を拡大させる。本実施形態の水熱処理装置１００は、こうして形状が崩れて表面積の拡大した有機性汚泥３１が残った処理装置本体１の内部を大気解放して亜臨界雰囲気を解消する（ステップＳＴ７：図９）。

有機性汚泥３１が残った処理装置本体１の内部を大気解放して亜臨界雰囲気を解消する以前において、有機性汚泥３１に残存している液状成分の多くは、亜臨界雰囲気下である故に１００℃より高い温度となっている。そして、この状態から、亜臨界雰囲気が解消されて処理装置本体１、詳しくは外筒３の内圧が大気圧まで減圧されるので、圧縮された有機性汚泥３１に含有された１００℃以上の水分は水蒸気となって減圧蒸発し、外筒３の外部に放出される。これにより、亜臨界中圧縮脱水工程において脱水処理がされた有機性汚泥３１からさらに水分が除去され、脱水効率は高まる。その上で、本実施形態の水熱処理装置１００は、有機性汚泥３１の表面積を拡大させているので、有機性汚泥３１に残存している液状成分の減圧蒸発を、有機性汚泥３１の表面積拡大により促進させる。この結果、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、水熱処理と脱水処理とを受けた有機性汚泥３１の脱水ケーキの含水率を確実により一層低減できる。

本実施形態の水熱処理装置１００は、処理水３２を処理装置本体１の下方の貯留タンク２に排出した（ステップＳＴ４：図６）においても、圧縮脱水を受けた有機性汚泥３１に回転遠心力を付与して、液状成分を脱水分離し（ステップＳＴ５：図７）、その後に、圧縮力を解放する。有機性汚泥３１にピストン１２により圧縮力を付与して脱水を図る場合、圧縮の程度は、有機性汚泥３１に含まれる固形分の割合や物性等により定まり、圧縮による脱水を経ても有機性汚泥３１には液状成分が残り得る。しかしながら、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、圧縮脱水後の有機性汚泥３１に残存していた液状成分を、有機性汚泥３１に遠心力を付与して脱水分離するので、その分だけ、脱水ケーキの含水率をより一層低減できる。しかも、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、遠心力による液状成分（処理水３２）の脱水分離についても、これを亜臨界雰囲気下の高圧環境にて実行するので、液状成分の見かけ上の粘度低下により、有機性汚泥３１からの液状成分の遠心脱水を促進でき、更なる含水率の低減を図ることができる。

本実施形態の水熱処理装置１００は、処理水３２を処理装置本体１の下方の貯留タンク２に排出するに当たり（ステップＳＴ４：図６）、貯留タンク２の内部を加圧して処理装置本体１の亜臨界雰囲気と等圧化を図る。よって、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、処理装置本体１の底部に貯まった処理水３２を、その自重により、支障なく貯留タンク２に排出できると共に、この有機性汚泥３１の排出の際は元より、処理装置本体１からの処理水３２の排出の後にあっても、処理装置本体１の内部をより確実に亜臨界雰囲気のままとでき、処理装置本体１の降圧を招かない。この結果、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、有機性汚泥３１に残存している液状成分の遠心分離による脱水の実効性と、その後の減圧による蒸発脱水の実効性とを、共に高めることができる。

本実施形態の水熱処理装置１００は、貯留タンク２に水蒸気供給機器群２００から亜臨界状態の水蒸気を導入してタンク加圧を図るので、貯留タンクを容易に処理装置本体１と等圧化できる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上記した実施形態の水熱処理装置１００では、圧縮脱水を受けた有機性汚泥３１に回転遠心力を付与して液状成分を脱水分離するが（再脱水工程：ステップＳＴ５：図７）、この再脱水工程を省略して、ステップＳＴ４の亜臨界中脱液工程に続いてステップＳＴ６の圧縮力の解除工程を行うようにしてもよい。こうしても、圧縮脱水済みの有機性汚泥３１を、その表面積の増大下で減圧蒸発に処すことができるので、含水率低減を図ることができる。

上記した本実施形態の水熱処理装置１００では、貯留タンク２の加圧を亜臨界状態の水蒸気導入により図るようにしたが、高圧空気を貯留タンク２に導入してタンク加圧を図るようにしてもよい。

上記した本実施形態の水熱処理装置１００では、圧縮力の解除工程（ステップＳＴ６）において、ピストン１２の後退スライドを行ったが、この後退スライドに加え、脱水管１１の揺動を起こすようにしてもよい。つまり、まずは既述したようにピストン１２を圧縮解除位置まで後退スライドさせ、このピストン位置において、回転スライド機構９によりシャフト１０を正逆回転させる。こうすると、ピストン１２を圧縮解除位置に位置させたまま、脱水管１１は、ピストン１２と共に正逆回転して揺動するので、ピストン１２の後退スライドにより圧縮形状を崩した有機性汚泥３１は、脱水管１１において攪拌されて形状がより崩れるので、表面積は更に拡大する。この際、処理装置本体１は、亜臨界雰囲気のままであるので、圧縮力の解除工程に続く脱気工程（ステップＳＴ７）での減圧脱水は、より一層促進される。よって、圧縮力の解除工程において、ピストン１２の後退スライドに加え、脱水管１１の揺動を起こす実施形態によれば、含水率をより一層、且つ確実に低減できる。

上記した本実施形態の水熱処理装置１００では、貯留タンク昇圧工程（ステップＳＴ３）において、貯留タンク２を加圧して処理装置本体１と等圧化を図ったが、亜臨界処理工程（ステップＳＴ１）の際に、貯留タンク２を処理装置本体１と等圧にしてもよい。つまり、亜臨界処理工程（ステップＳＴ１）の際に、排液管６の開閉バルブ２３を開放し、ドレン管２４の開閉バルブ２４ａと給排気管２１の開閉バルブ２１ａとを閉鎖しておき、水蒸気供給機器群２００から処理装置本体１に導入される亜臨界状態の水蒸気の一部を予め貯留タンク２に導入する。その上で、処理装置本体１での水熱処理のための回転スライド機構９の駆動前に、開閉バルブ２３を閉鎖する。こうすれば、水蒸気供給機器群２００から給排気管２１に到る管路を用いなくても、貯留タンク２を処理装置本体１と等圧化できる。

本実施形態の廃棄物処理システム１０００では、亜臨界環境下での再脱水を行う構成の水熱処理装置１００を用いたが、有機物含有廃棄物たる有機性汚泥３１を、亜臨界状態の水蒸気の導入を受けて亜臨界雰囲気とされた処理槽で水熱処理する既存の水熱処理装置としてもよい。

本実施形態の廃棄物処理システム１０００では、処理容器３０２で消化処理ガスＳｇの曝気を行い、消化槽４０２で嫌気性消化処理を行うようにしたが、処理容器３０２だけで、消化処理ガスＳｇの曝気と嫌気性消化処理を行うようにしてもよい。例えば、処理容器３０２を嫌気性環境とできる構成とした上で、この処理容器３０２にて消化処理ガスＳｇの曝気を行い、曝気後固液分離装置３６０で分離した曝気処理済み液状成分Ｂｅを、曝気後の処理容器３０２に環流させ、環流した曝気処理済み液状成分Ｂｅを処理容器３０２にて嫌気性最近による嫌気性消化処理に処す。

１…処理装置本体
２…貯留タンク
３…外筒
３ａ…フランジ部
４…排気管
４ａ…開閉バルブ
５…吸気管
６…排液管
７…蓋部
８…固定治具
９…回転スライド機構
１０…シャフト
１１…脱水管
１１ａ…脱水管蓋部
１１ｂ…開口部
１２…ピストン
２１…給排気管
２１ａ…開閉バルブ
２１ｂ…大気解放管
２２…給液管
２３…開閉バルブ
２４…ドレン管
２４ａ…開閉バルブ
３１…有機性汚泥
３２…処理水
３２ｒ…流出経路
３２ｒｕ…内部流出流
１００…水熱処理装置
１１０…水熱処理制御装置
２００…水蒸気供給機器群
３００…曝気処理装置
３０２…処理容器
３０４…ガス曝気機構
３０５…センサー
３０６…硫化水素ガス予備タンク
３０７…ガス管路
３０８…曝気管
３１０…攪拌機器
３３０…曝気制御装置
３６０…曝気後固液分離装置
３６２…導入管
３６４…バルブ
３６６…移送管
３６８…ポンプ
３７０…固形成分排出管
３７２…バルブ
３８０…ボイラー機器
３８２…ガス導入管
３８４…ガス吸引ファン
４００…消化処理装置
４０２…消化槽
４０４…攪拌機器
４１０…消化処理後固液分離装置
４１２…導入管
４１３…バルブ
４１４…固形成分排出管
４１５…バルブ
４１６…排出管
４１７…バルブ
４２０…ガス圧送機器
４２２…ガス放出管
４２４…ガス吸引ファン
４３０…消化制御装置
１０００…廃棄物処理システム
１１００…水熱処理ブロック
１２００…曝気ブロック
１３００…消化ブロック
Ｗｅ…水熱処理済み液状成分
Ｂｅ…曝気処理済み液状成分
Ｓｇ…消化処理ガス

Claims (5)

1. 有機物を含む有機物含有廃棄物の処理方法であって、
   前記有機物含有廃棄物を、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽で水熱処理する水熱処理工程と、
   該水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物から分離された液状成分を処理容器に貯留し、該処理容器に、硫化水素を含有したガスを導いて曝気する曝気工程と、
   該曝気の後に、前記処理容器の前記液状成分を固液分離する分離工程と、
   該固液分離を経て得られた液状成分を消化槽にて嫌気性消化処理すると共に、該嫌気性消化処理にて生成されて前記消化槽の前記液状成分から放出される消化処理ガスの少なくとも一部を、前記曝気工程における前記ガスの前記曝気のための管路に導く消化処理工程とを備える、
   有機物含有廃棄物の処理方法。
2. 有機物を含む有機物含有廃棄物の処理システムであって、
   亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽を有し、該処理槽に投入された前記有機物含有廃棄物を、前記処理槽で水熱処理する水熱処理装置と、
   該水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物から分離された液状成分を貯留する処理容器を有し、該処理容器に、硫化水素を含有したガスを導いて曝気する曝気機構と、
   該曝気の後に、前記処理容器の前記液状成分を固液分離する分離機構と、
   該固液分離を経て得られた液状成分を貯留する消化槽を備え、該消化槽にて前記液状成分を嫌気性消化処理する消化処理機構と、
   前記嫌気性消化処理にて生成されて前記消化槽の前記液状成分から放出される消化処理ガスの少なくとも一部を、前記曝気機構における前記ガスの前記曝気のための管路に導くガス放出機構とを備える、
   有機物含有廃棄物の処理システム。
3. 請求項２に記載の有機物含有廃棄物の処理システムであって、
   前記曝気機構による前記ガスの曝気を受けて前記処理容器の前記液状成分の液面から放出されるガスを燃焼させ、その燃焼熱を前記水熱処理装置における前記亜臨界雰囲気の発現または維持に用いる、有機物含有廃棄物の処理システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の有機物含有廃棄物の処理システムであって、
   硫化水素ガスを貯留し、前記消化処理ガスに含まれる硫化水素ガスが規定のガス量より少ないとき、または前記消化処理ガスのガス量自体が規定のガス量より少ないときには、前記貯留した硫化水素ガスを前記曝気機構の前記曝気のための管路に導く、有機物含有廃棄物の処理システム。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の有機物含有廃棄物の処理システムであって、
   前記消化槽にて前記嫌気性消化処理がなされた後に、前記消化槽の前記液状成分を固液分離する、有機物含有廃棄物の処理システム。

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