JP2016514046A - 汚泥を処理するためのエネルギー効率のよいシステムおよびプロセス - Google Patents

Abstract

装置およびプロセスは、水処理からの汚泥を加水分解するために、および加水分解された汚泥を嫌気性消化に適切なように調整するために提供される。提供される方法は、脱水された汚泥を生じるための脱水、蒸気供給プロセスにおける脱水された汚泥の加水分解、加水分解の前の汚泥間の熱伝達を伴う脱水された汚泥の予備加熱、および汚泥と水との間の熱伝達および水の注入を用いる汚泥の冷却および希釈、および加水分解された汚泥の嫌気的な消化を含む。提供される装置は、通常、垂直に方向付けられた向流式汚泥間熱交換器、加水分解反応器および付属する蒸気源、汚泥と水との間の熱交換器、および希釈ユニットを含む。いくつかの可変フローポンプおよびバルブに、プロセスを制御するために命令を出せるように温度および圧力検出器が配置される。

Description

（発明の分野）
本発明は、汚泥を処理するためのシステムおよびプロセス、とりわけ、脱水された汚泥が加水分解反応器を通って、次に嫌気性消化槽に導かれる、エネルギー効率のために設計されるシステムおよびプロセスに関する。

（背景）
嫌気性消化は、汚泥の中の固体物質からバイオガスを生じさせることができ、廃棄物の排出を減らすことができるエネルギー変換プロセスである。バイオガスは、汚泥処理全体、または廃水処理システムもしくは他の領域におけるエネルギー需要のために使用することができる。汚泥の消化は、汚泥の中の生物の存在に起因して嫌気的に起こり、少なくとも２つの一般的な温度領域で起こることで知られている。約３２〜３８℃の温度において、中温性の生物は、活発であり、消化に寄与し、その一方で、５０〜６０℃の温度において、高温性の生物は、汚泥を消化するように機能する。処理される汚泥のタイプに依存して、異なる個体数分布プロファイルの生物が含まれ得、嫌気性消化は、通常、汚泥のタイプおよび汚泥の中の生物のプロファイルに適応する範囲において行われる。通常は、３０〜６０℃の範囲内で嫌気性消化槽を運転させることが望ましい。消化槽からの熱損失を補うために、および消化槽の運転温度を、所望の範囲内に維持することを保証するために、所望の嫌気性消化槽の運転温度を、おおよそ１〜１０℃上回る温度で供給汚泥を消化槽へと供給することが知られている。また、汚泥の嫌気性消化のための最適な乾燥固体濃度は、約３％〜１０％の乾燥固体濃度である。

嫌気性消化のための原料汚泥の準備において、汚泥を加水分解に付すことは知られている。加水分解は、汚泥の中の有機物の生分解性を増加させる。この生分解性は、バイオガスの生成を向上させて、嫌気性消化から排出される廃棄物を減らす。汚泥の加水分解は、それぞれ１５０〜１７０℃および６〜１２ｂａｒの温度および圧力の範囲において実施される。反応器の容積およびエネルギー消費を最小化するために、汚泥を加水分解反応器の中へと供給する前に、約２０重量％〜３０重量％の乾燥固体まで、汚泥を脱水するのが好ましい。

汚泥の加水分解のために望ましい範囲の温度および圧力は、典型的には、汚泥と蒸気ととを加水分解反応器内に注入することによって付与される。蒸気の注入は、高エネルギー集約型の汚泥加水分解の態様であり、廃棄物のエネルギー回収は、汚泥加水分解に関して重視される事柄である。場合により、バッチ加水分解プロセスにおいて流入する汚泥のなかに蒸気をフラッシュオフする（ｆｌａｓｈｉｎｇ ｏｆｆ）ことによって、または新たな蒸気の生成のためにボイラ供給水を加熱することによって、部分的にエネルギーを回収することが知られている。これらのプロセスは、望まれるよりも効率が低く、非常に高コストであることを特徴とする。

汚泥を加水分解して、その後、汚泥を嫌気的に消化するためのプロセスを含む汚泥処理システムのエネルギー効率を向上させることは、必要とされ続けてきた。

（要旨）
本発明は、汚泥を加水分解し、その加水分解された汚泥をエネルギー効率のよい方法で嫌気的に消化するためのシステムおよびプロセスを提供する。

一実施形態において、本発明は、脱水された汚泥を、ほぼ垂直な、またはわずかに傾斜配向した熱交換器へと導くことを含む。ここで、熱交換器は、熱交換器の下方部分に位置する汚泥用の入口と、熱交換器の上方部分に位置する汚泥用の出口とを含む。熱交換器は、熱交換器の上方部分に位置する加水分解された汚泥用の入口と、熱交換器の下方部分に位置する加水分解された汚泥用の出口とをさらに含む。この方法またはプロセスは、汚泥間（スラッジ・トゥ・スラッジ）の熱交換を提供するように、加水分解された汚泥を熱交換器を通して下方に導きながら、汚泥を熱交換器を通して上方へと導くことを含む。ここでは、加水分解された汚泥は、流入または脱水された汚泥を効果的に加熱する。熱交換器を出る加水分解された汚泥は、嫌気性消化槽へと導かれる。嫌気性消化槽に到達する前に、加水分解された汚泥の温度および乾燥固体含量を調節することで、加水分解された汚泥を調整（又はコンディショニング）することができる。

本発明の別の実施形態において、汚泥を処理するための方法は、脱水された汚泥を加水分解反応器へと導くこと、および脱水された汚泥を加水分解することを含む。加水分解された汚泥は、汚泥を嫌気的に消化する嫌気性消化槽へと導かれる。熱交換器は、加水分解反応器の出口側に設置され、脱水された汚泥を加水分解反応器へと入れる前に、脱水された汚泥を加熱するために使用される。熱交換器は、加水分解された汚泥と、脱水された汚泥との間の汚泥間の熱伝達を提供する。この方法は、汚泥処理の所定期間の間に熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを変化させることを含む。スタートアップモードの間において、この方法は、例えば、脱水された汚泥の大部分を、熱交換器バイパスラインを通して、加水分解反応器へと導くことを含み、定常状態モードの間、脱水された汚泥の少なくとも一部分を、熱交換器を通して、次いで、加水分解反応器へと導くことを含む。

さらに別の実施形態において、本発明は、汚泥処理のためのシステムであって：
汚泥を脱水するように構成されている汚泥脱水ユニットと；
脱水された汚泥を加水分解するように構成されている汚泥加水分解反応器と；
脱水された汚泥を加水分解反応器に入れる前に、脱水された汚泥の少なくとも一部を加熱するように構成されている熱交換器であって、加水分解された汚泥と、脱水された汚泥との間の汚泥間熱伝達のために構成されている熱交換器と；
加水分解された汚泥を、嫌気的に消化するように構成されている嫌気性消化槽と；
制御装置と
を含み、
上記の制御装置が
スタートアップモードの間において、脱水された汚泥の少なくとも一部を、熱交換器バイパスラインを通して、加水分解反応器へと導くことによって；および
定常状態モードの間において、脱水された汚泥の大部分を、熱交換器を通して、次いで、加水分解反応器へと導くことによって、
汚泥処理の所定期間の間において、熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを変化させることで汚泥の処理を制御するように適合されている、
システムを提供する。

本発明の第１および第２の実施形態と組み合わせて記載される特徴は、本発明の第３の要旨とも組み合わせることができ、逆もまた同様であるということは当業者に容易に理解されると解されるべきである。

本発明の他の目的および利点は、以下に記載の調査および当該発明の単なる説明である添付の図面から明白かつ明らかになり得る。

本発明の実施形態は、図面に関連してさらに説明される。

図１は、汚泥の加水分解および嫌気性消化のための調整のシステムの全体図式表現である。 図２は、汚泥の加水分解および嫌気性消化のための調整のシステムの図式表現である。 図３は、汚泥の加水分解および嫌気性消化のための調整のシステムのための汚泥間の熱交換器の断面図である。 図４Ａは、汚泥加水分解および嫌気性消化のための調整のシステムのための制御システムの例示の実施形態に関するシステム制御ロジックダイアグラムの第１部分である。 図４Ｂは、汚泥加水分解および嫌気性消化のための調整のシステムのための制御システムの例示の実施形態に関するシステム制御ロジックダイアグラムの第２部分である。 図４Ｃは、汚泥加水分解および嫌気性消化のための調整のシステムのための制御システムの例示の実施形態に関するシステム制御ロジックダイアグラムの第３部分である。

（詳細な説明）
本発明の主旨および範囲のなかでの様々な変更および改良が、この詳細な説明の記載から当業者にとって明白になるため、本発明の実施形態を示す詳細な記載および具体例は、例示のみを目的として与えられると理解されるべきである。

本発明は、汚泥（又はスラッジ）を処理するためのシステムおよびプロセスを含む。システムは、図１および２に示され、通常、数字１００で示される。システム１００は、原料汚泥を受け、バイオガスおよび廃棄流を生成する。特に、システム１００は、汚泥を脱水するための脱水ユニット１１０を含む。ここで、汚泥の中の乾燥固体（ＤＳＩＮ）は、約２０重量％〜３０重量％まで増加する。さらに、システム１００は、通常は、数字２００で示されるサブシステムを含む。サブシステム２００は、汚泥加水分解システム２１０および、数字２５０で示される加水分解された汚泥を調整（又はコンディショニング）するためのシステムならびにプロセスを含む。加水分解プロセスは、図２に示され数字２１４で示される加水分解反応器の中で汚泥を約１４０〜約１６５℃の範囲内に加熱することを含む。一実施形態において、反応器２１４の中の圧力は、プロセスの温度に依存して、約８ｂａｒに維持される。このことは、汚泥の加水分解をサポートし、汚泥の中の乾燥固体濃度の低減をもたらす。汚泥を加水分解プロセスに付した後、汚泥は、嫌気性消化槽１２０へと導かれる。しかしながら、嫌気性消化槽に到達する前に、加水分解された汚泥は、調整に付される。調整の目的は、嫌気性消化槽１２０の中で実施される嫌気性消化プロセスの最適化である。従って、本開示の後続の部分から分かるように、調整システムおよびプロセスは、主として、加水分解された汚泥の温度ならびに加水分解された汚泥の乾燥固体濃度を適切に調節することを含む。一連の熱交換器によって温度調節を達成することができ、加水分解された汚泥への希釈水の注入によって、乾燥固体濃度が調節される。通常は、調整プロセスにおいて、加水分解された汚泥の温度を約４０℃まで下げ、汚泥の乾燥固体濃度を、消化槽１２０へと導かれている汚泥の乾燥固体濃度（ＤＳＯＵＴ）が、約６重量％〜１４重量％であるように減らす。調整された加水分解された汚泥は、嫌気性消化槽１２０へと導かれる。ここでは、中温性および／または高温性の生物が、バイオガスおよび廃棄流体を生じるように、固体をさらに分解および転化する。消化槽が中温性条件の下で作動するか、又は高温性条件の下で作動するかどうかに依存して、約３０℃から６０℃の最適な温度範囲において消化槽が作動するように、加水分解された汚泥が嫌気性消化槽１２０に入る温度を制御することによって、消化槽の熱損失の補償を提供することは好ましい。乾燥固体濃度を約６重量％〜１４重量％に調節することもまた、効率が良く効果的な嫌気性消化をサポートする傾向にある。

とりわけ、図２に示すように、サブシステム２００を考えれば、このサブシステムは、ライン１１を経由する脱水された汚泥をホッパー１２によって受ける。ホッパー１２は、脱水ユニット１１０の一部にすることができ、この機能は、廃棄物処理および汚泥の取り扱いの当業者によく知られている。スタートアップ期間の後、可変フロー容積型汚泥ポンプ１４は、ライン１５を経由して加水分解反応器２１４へと脱水された汚泥を、通常は、連続的に供給する。スタートアップ期間の後の運転のモードの１つにおいて、脱水された汚泥は、バイパス可変フロー制御バルブ１８を経由してライン１９の中へ、そこからライン２５を通って加水分解反応器２１４の中へと導かれる。蒸気発生器２１２は、加水分解反応器２１４に付属する。加水分解プロセスの間、蒸気発生器２１２を、バルブ（Ｖ４）２４ならびにライン２３および２５を通して、蒸気を加水分解反応器２１４の中に連続的に導くように運転させることができる。しかしながら、この蒸気は、あるいは、外部の供給源から供給することができることが分かっている。しかしながら、消化槽１２０より生じるバイオガスからのエネルギーを使用して、蒸気発生器２１２を使用することは有益なことであり得、この場合には、蒸気のための熱交換器２７０を使用する汚泥から水への熱回収によって、典型的には、約１０％のエネルギー消費を減らすことが可能であり得る。加水分解された温かい汚泥は、ライン２７を経由して、熱交換器２１６の加水分解された汚泥用の入口２２８へと導かれ、そこから熱交換器を通って、通常は、下方へと導かれ、その加水分解された汚泥用の出口２２６へと導かれる。そして、それから、ライン２９を経由して、嫌気性消化槽における適切な処理のために、加水分解された汚泥が調整される場所を含むシステム全体におけるいくつかの部分へと導かれる。

別の運転モードにおいて、脱水された汚泥は、ライン１７を経由して、可変フロー制御バルブ２０の中へと導かれ、そこから、ライン３１を経由して、熱交換器２１６の脱水された汚泥用の入口２２２へと導かれる。いくつかの実施形態においては、点線１７Ａにより示されるように、バルブ２０を省略することができる。脱水された汚泥は、通常、熱交換器２１６内の上方へ、脱水された汚泥用の出口２２４に向かって導かれ、そこから、ライン２１を経由してライン１９へと、およびライン２５を通して加水分解反応器２１４へと導かれる。

脱水された汚泥の少なくとも一部分を熱交換器２１６を通して導くことは、加水分解された汚泥の冷却を補助し、加水分解の間に加えられるエネルギーの一部の回収に共に役立ち得ることが分かっている。加水分解された汚泥の少なくとも一部分は、熱交換器２１６で、流入する脱水された汚泥によって部分的に冷却され、その回収した温熱は、汚泥が反応器２１４へと導かれる前に、流入する汚泥を暖める。この「汚泥間（ｓｌｕｄｇｅ−ｔｏ−ｓｌｕｄｇｅ）」の熱交換のアプローチは、蒸気生成のために必要なエネルギーを減らすことができ、それにより加水分解および嫌気性消化のための汚泥調整の費用を減らすことができる。

熱交換器２１６は、向流熱交換器として運転する。図３を参照のこと。このことは、流入する脱水された汚泥と、加水分解された温かい汚泥との２つの流体が、熱交換器２１６を通って、通常は対向する方向に流れることを意味する。本願の場合には、加水分解反応器２１４からの加水分解された温かい汚泥は、熱交換器２１６を通って下方へ流れ、流入する脱水された汚泥へと熱を移動させる。この流入する脱水された汚泥は、熱交換器を通って上方へと流れる。一実施形態において、熱交換器２１６は、図３に示されるようなチューブインシェル熱交換器である。熱交換器２１６は、この実施形態において、垂直に方向付けられた細長い管状シェル２１７を含む。ここで、加水分解された汚泥用入口２２８は、反応器２１４からの汚泥を受け、その汚泥を熱交換器のシェル２１７の中へと導くように構成される。加水分解された汚泥用の出口２２６は、通常、そこへ下方に向かって流れてきた加水分解された汚泥を受けるように、そして部分的に冷却された加水分解された汚泥を排出するように構成される。内部に設置され、概して熱交換器の下方部分から上方部分まで延在するように、シェル２１７と概して平行である１つ以上のほぼ平行なチューブ２１９が、熱交換器２１６にさらに含まれる。どのチューブ２１９も熱交換器２１６の脱水された汚泥用の入口２２２および脱水された汚泥用の出口２２４にそれぞれ流体連結にある対向端部を有している。脱水された汚泥用の入口２２２は、流入する脱水された汚泥を受けるように、そして、その汚泥をチューブ２１９の下方端部に導くように構成される。脱水された汚泥用の出口２２４は、チューブ２１９の上方端部からの温められた脱水された汚泥を受けるように、そして、その汚泥を反応器２１４に向かって排出するように構成される。いくつかの実施形態において、チューブ表面に近接する原料汚泥と、チューブ（ｓｔｕｂ）表面どうしの間の温かい汚泥との間の熱伝達を向上させるために、熱交換器２１６を垂直配向から少なくともわずかに傾けることができる。いくつかの場合において、熱交換器２１６の垂直配向は、チューブ２９１の周囲に境界層の形成をもたらし得ることが分かっている。このチューブ２１９の周囲の境界層は、チューブ間でのより高温の加水分解された汚泥からチューブを隔てる傾向にある。熱交換器２１６を傾けることで、チューブ２１９の外側の加水分解された汚泥の混合が促進され、通常、チューブの周囲の境界層の形成の抑制が促進され、加水分解された汚泥から、チューブ壁を通る、通常はチューブの中を上方へと流れるより冷たい脱水された汚泥への熱伝達の向上が促進される。垂直に対する傾斜角は、約１５°程度が有利であり得ることがさらに分かっている。

ホッパー１２からの脱水されたより冷たい汚泥が熱交換器を通って、通常は、上方へと送り込まれる間に、反応器２１４からの加水分解された温かい汚泥が熱交換器において、通常は、下方へ流入するように、熱交換器２１６は、上述のように、ほぼ垂直に方向付けられている。そのため、流入する脱水された汚泥は、熱交換器２１６にその底部から入り、通常は、上方へと流れ、加水分解された温かい汚泥と接触する。この加水分解された温かい汚泥は、熱交換器のトップ部に供給され、通常、その下方へと流れる。この配置は、加水分解された温かい汚泥中のいかなる粒子状物をも熱交換器シェル２１７の下方部分へと運ぶことを確実にする傾向にある。脱水された原料汚泥の加熱を止めるように、加水分解された汚泥を少なくとも部分的に冷却することで、汚泥が熱交換器２１６にある間に加水分解された汚泥の密度を変更することもできる。加水分解された汚泥の密度の約４％〜８％の増加を観測することができ、この増加は、熱交換器２１６におけるトップ部から底部への重力プロファイルの増加を引き起こし得る。また、この重力プロファイルは、加水分解された温かい汚泥と、流入する脱水された汚泥との間の熱伝達を向上させることもできる。

反応器２１４の効果的な運転に必要とされる圧力によって、望ましくは、これが、反応器２１４を、実際には全てのシステムを、容積型ポンプ、特にポンプ１４および５６などの典型的な使用による圧力サージから保護する方法となり得ることが分かっている。反応器２１４は、反応器のトップ部分に位置するエアポケットまたはセクションを含み、これは、圧力サージから生じ得る衝撃を吸収または減衰するための圧縮方法として役立つ。

加水分解プロセスは、長鎖分子のより小さい分子への分解と、これによる二酸化炭素および窒素などの様々な非凝縮性ガスの発生を含む。これらのガスは、反応器２１４の中の容積を占め、これにより、反応器の汚泥の有効滞留時間を減らすことができ、これらのガスは、システムにおける熱交換効率を減らす。これら非凝縮性ガスの除去は、システムの効率の良い運転に役立ち得る。従って、本発明は、前記ガスを放散するために反応器２１４の放出能を含む。

システム１００の制御、特にサブシステム２００の制御を促進するために、それぞれの検出器がその中に配置されている。流入する脱水された汚泥の圧力（Ｐ１）を検知するように、圧力検出器１６がライン１５に設置される。加水分解反応器２１４に入る汚泥の圧力（Ｐ２）を検知するように圧力検出器２２がライン１９に設置される。圧力差ΔΡ＝Ｐ１−Ｐ２は、通常、熱交換器２１６のチューブ２１９における圧力損失を表すことがわかった。いくつかの実施形態において、この圧力差は、熱交換器２１６を迂回するフローパスと、加水分解反応器２１４へ行く途中に熱交換器を通るフローパスとの間において、脱水された原料汚泥のフローの分配に寄与する。

圧力検出器５８および温度検出器５０は、運転中の反応器の圧力（Ｐ３）および温度（Ｔ３）を検知するように反応器２１４の中に配置される。ポンプ流量が、システム圧力、そのため反応器内の圧力を維持するように調節され得る圧力設定点に基づいて、ポンプ５６を制御することによって、反応器２１４の圧力（Ｐ３）は、所望の設定点レベルに維持される。沸騰を防ぐようなＰ３の圧力設定点を反応器温度から計算することができる。反応器２１４中の圧力の設定点をもたらすために、計算した沸騰圧力に、必要な安全マージンが加算される。蒸気発生器２１２によるライン２５への蒸気の送出は、Ｔ３に基づいてバルブ２４によって制御される。

一方、汚泥調整システム２５０について、このシステムは、下記にて説明される通り、蒸気発生器２１２への供給水の予備加熱のための熱交換器２７０を含み得る。これが存在する場合には、熱交換器２７０は、加水分解反応器２１４から、ライン２９を経由して供給された加水分解された温かい汚泥を冷却するためにも役立ち得る。加水分解されて部分的に冷却された汚泥は、熱交換器２７０からライン５９を経由して、汚泥冷却熱交換器ユニット２８０へと導かれる。このユニットは、一実施形態において、加圧ループボイラ（ｌｏｏｐ ｂｏｉｌｅｒ）給水熱交換器ユニットであり得る。加水分解された汚泥は、熱交換器ユニット２８０からライン６３を経由して、可変フロー容積型ポンプ５６へと導かれ、ポンプ５６の背圧は、システム圧力、およびそのため反応器２１４内の圧力を維持するように調節することができる。同時に、ポンプ５６は、加水分解された温かい汚泥を嫌気性消化槽１２０へと供給する（図１を参照のこと）。

調整システム２５０には、さらに希釈ユニット７０が含まれる。希釈ユニット７０は、ライン７１およびポンプ７２を経由して（一実施形態においては、外部供給源から）、希釈水を受ける。希釈は、汚泥における乾燥固体濃度を消化槽１２０で必要とされる通りに減らすための手段である。典型的には、受けた希釈水は、低温殺菌された処理廃水でよく、これは、通常、汚泥よりも実質的に冷たい。そのため、希釈水が加えられたときには、汚泥中の固体濃度を減らすだけでなく、加水分解された汚泥の温度を下げることもできる。ポンプ７２からの希釈水は、ライン７５と７７との間の希釈水フローを分割することができる三方フロー制御バルブ７４へと導かれる。ライン７５および７７を通るフロー、ならびに、それにより、制御バルブ７４による分割フローは、いずれの場合にも、検出器５２および５４の温度設定点を満たすように選択される。このとき、希釈ユニット７０は、通過中の加水分解された汚泥の温度を調節すること、ならびに汚泥の中の乾燥固体の百分率（又はパーセンテージ）を調節することの両方に役立ち得ることが分かっている。いくつかの実施形態において、希釈水を汚泥の中へ導く前に、希釈水を加熱することによって、加水分解された汚泥を加熱することができる。例えば、熱交換器２９０に供給されるボイラ水を使用する希釈水の加熱は、反応器がスタートアップ段階の間になされ得る。このような実施形態において、希釈水は、熱交換器２９０を通るように導かれ、ポンプ７８を経由して供給されるボイラ水によって、汚泥中に導かれる前に加熱される。このような実施形態において、バルブ２０を省略してもよく、従って、熱交換器２１６を通る脱水された汚泥の通常の連続フローが可能になってもよい。このような実施形態において、熱交換器２１６を通る脱水された汚泥の通常の連続フローがライン２９へと入る加水分解された汚泥の過剰な冷却をもたらし得、加熱された希釈水の注入が、必要に応じて、加水分解された汚泥のさらなる加熱を提供する。

上述のように、嫌気性消化で必要とされるレベルまで、加熱および加水分解された汚泥の乾燥固体含有量を調節するように、希釈水を加えることができる。また、上述のように、通常、希釈水の添加は、加熱され加水分解された汚泥に、さらなる冷気または熱を供給することができる。いくつかの条件の下、例えば、希釈水は、かなり冷たい。これらの状況の下、脱水された汚泥が同様にかなり冷たいこともまた一般的である。これらの条件の下、上述のように、流入する脱水された汚泥は、反応器２１４から排出されている加熱されて加水分解された汚泥の過剰な冷却を防ぐために、スタートアップの間の少なくとも一定期間において、熱交換器２１６のまわりで迂回することができる。本発明の実施形態は、希釈水を注入することによって、加水分解された汚泥の温度を増加させることができるように、上記のように希釈水を熱することによって、このようなスタートアップ状況に対処することができる。このことは、熱交換器２１６を迂回する脱水された汚泥の量を低減することを可能にし得、それにより、熱交換器２１６を通過する加水分解された汚泥のいくらかの過剰な冷却という代償（又はコスト）を払って、蒸気発生器２１２で必要とする蒸気を低減することが可能である。この過剰な冷却は、熱交換器２１６から流れる加水分解された汚泥の中への加熱された希釈水の注入によって補うことができる。スタートアップ条件において、消化槽１２０に入る加水分解された汚泥の幾らかの一時的な過度の希釈が生じ得る場合であっても、この特徴は、有益であり得る。このような一時的な過度の希釈は、希釈水を加熱するための費用が、蒸気の生成の費用と比べて低いことに起因して容認され得る。しかしながら、周囲の希釈水のおよび／または脱水された汚泥の温度が十分に暖まっていてもよい状況において、脱水された汚泥を、熱交換器２１６のまわりで選択的に迂回させることでスタートアッププロセスを効果的に実施することができる。

上述のように、熱交換器２７０は、使用される場合、蒸気発生器２１２のための供給水を予め加熱する。水を、蒸気発生器２１２のための供給水として役立つように処理するために水処理ユニット２６０が含まれてもよい。外部の供給源から水処理ユニット２６０に供給され得る水は、蒸気発生器２１２での使用に適した水となるように処理される。ライン５３、熱交換器２７０およびライン５５を経由して、蒸気発生器２１２へと水を導くことができる。蒸気発生器２１２のための供給水の予備加熱において、熱交換器２７０は、反応器２１４から供給された加水分解された温かい汚泥を冷却することもできることが分かっている。上述の通り、蒸気の代替の供給源を使用することを選択する場合、システム１００は、蒸気発生器２１２および熱交換器２７０なしで運転させることができる。

熱交換器ユニット２８０は、一実施形態において、第１熱交換器２８０Ａおよび第２熱交換器２８０Ｂを含む。熱交換器２８０Ａおよび２８０Ｂは、可変フローポンプ８２によって水を循環させているループ８７によって相互接続している。この配置は、加圧ループ熱交換器と称されることもある。熱交換器２８０Ａは、加水分解された汚泥を、必要とされる場合、冷却するように機能することが好ましい。交換器２８０Ａを通過する加水分解された汚泥の所望の冷却を提供するために、ループ８７における水の温度は調節することができる。ループ８７の水の温度は、熱交換器２８０Ｂの中で処理廃水を加熱することによって調節することができる。熱交換器２８０Ｂの中で、処理廃水は、加熱され、ループ８７の水は冷却される。図２を参照のこと。処理廃水は、ライン９１を経由して、可変フローポンプ８８を通り、そこからライン９３を通って、熱交換器２８０Ｂに入ることができる。交換器２８０Ｂからの処理廃水を、ライン９５を経由してドレン８４へと導くことができる。熱交換器から排出されている処理廃水の温度は、スケーリングを防ぐために、特定の最高温度（例えば、約４５℃）以下に保たれることが好ましい。ループ８７の水は、交換器２８０Ｂで冷却され、このループ水は、加水分解された汚泥を冷却するために、交換器と熱交換器２８０Ａとの間を循環する。一実施形態において、ループ８７の水の温度は、ループの中にボイラ水を注入することによって調節することができる。適切な外部の供給源から導入され得るボイラ水を、ライン８３を経由し、可変フローボイラ水ポンプ８６を通り、そこからライン８５を経由してループ８７へと導く。水を他の場所でも使用することができるように、ブリードライン８９を経由してループ８７から排出することができる。ボイラ水による加熱の利用は、任意であり、近位でシステムの外部を加熱する必要性がある場合に使用することができる。例えば、他の近接した空間部分または近くの熱を必要としている処理もしくは処理システムが存在する場合には、ボイラ水による加熱の特徴を図２に示すように加えることができる。ボイラ水の加熱が使用されるとき、熱交換機２８０による冷却が必要とされる場合、これは、通常、従事すべき最優先事項であるということが分かっている。

様々な検出器が調整システム２５０に含まれる。汚泥が調整システム２５０に入る際、加水分解された汚泥の温度（Ｔ１）を検知するために、温度検出器５２がライン２９に設置される。汚泥が消化槽１２０へと導かれる際、加水分解された汚泥の温度（Ｔ２）を検知するために、温度検出器５４が、ライン６３に設置される。温度検出器６２は、ループ８７の水の温度（Ｔ５）を検知するために、ブリードライン８９に位置する。温度検出器６４は、熱交換器２８０Ｂから排出される加熱された廃水の温度（Ｔ６）を検知するためにライン９５に位置する。フロー検出器６６、６８および７６は、それぞれ、調整されて加水分解された汚泥の消化槽１２０への流量（Ｆ１）、処理ユニット２６０からの蒸気発生器の供給水の流量（Ｆ２）およびライン７１を通る希釈水の流量（Ｆ３）を検知するために設置される。加えて、ポンプ１４の速度（Ｈｚ１４）は、圧力降下ΔΡ＝Ｐ１−Ｐ２であるシステム変数である。

上記の検出器は、システムに変数データを提供し、このデータを使用してシステム１００、および特にサブシステム２００を、上記した様々な可変フローポンプおよびバルブによって検査（又はモニタリング）および制御してもよい。制御アプローチの一般的な目的は、汚泥が特定の温度、またはその付近の温度および乾燥固体の百分率のレベルであるように、加水分解された汚泥を消化槽１２０に供給することである。これらのレベルは、原料汚泥の組成および他の環境条件の知見に基づいて選択可能である。制御システムの実施において、様々な設定点の値（このうちいくつかに関しては上記したもの）が設定される。制御システムの記述を目的として、システム変数の記号および関連する設定点を表Ｉに記載する。表ＩＩは、選択した設定点（又はセットポイント）の典型的な値および定数を提供する。

制御システム１００に含まれるプロセスの記載のために、ホッパー１２からの脱水された汚泥が処理されるべき典型的なプロセスの状況を考慮することは有益であり得る。説明のために、ある実施形態（ここでは、スタートアップのマネジメント（又は管理）は、熱交換器２１６と反応器２１４との間での脱水された汚泥フローの分割を制御することを含む）を説明する。上記で述べたように、脱水された汚泥は、乾燥固体を２０％〜３０％（重量％）の範囲で含み得、汚泥の温度は、約５℃から約４０℃の範囲内にあり得る。処理の目的は、３０℃〜６０℃および６％〜１４％（重量％）の乾燥固体における加水分解された汚泥の通常の連続フローを嫌気性消化槽１２０へと移送することである。前述のとおり、このプロセスを確立するために、処理プロセスの最初の又はスタートアップのステージまたはモードが必要である。スタートアップモードを開始するために、バルブ１８および２０を制御システムによって全開に作動させ、ポンプ８８を上記のように、その最低速度で運転されるように駆動させる。システムを加圧設定するために、消化槽１２０からシステム１００へと液体を送り出すように汚泥ポンプ５６を作動および運転させる。消化槽１２０から送り出されるシステムの加圧設定用の液体は、水または汚泥を有する消化槽の初充填からのものであり得、この初充填は、消化槽において加熱されている。消化槽を液体で充填すること、およびバイオガスの消化および生成のために加水分解された汚泥を加える前に、その液体を加熱することは、よく知られている。反応器２１４への蒸気の注入は、最低レベルにおいて開始される。前述のように、ポンプ８８は、熱交換器における孔食を防ぐために、最低フローでの運転を維持される（システムが作動していない停止時であっても維持される）。Ｔ３が設定点（Ｔ_３ＳＥＴ）に近づいている場合には、脱水された汚泥の流入を開始するために、および希釈水システムを稼働させるためにポンプ１４をポンプ７２と共に駆動を開始する。次に、システム全体が加熱されて、Ｔ２がＴ_２ＳＥＴに近くなるまで、ポンプ１４を最低速度で連続的に運転させる。その後、ポンプ１４の速度Ｈｚ１４は、最大でその設定点（Ｈｚ１４ＳＥＴ）まで調節することができるようにする。同様に、バルブＶ４を反応器２１４の中への蒸気の流入の制御に必要なように使用することができる。反応器２１４への蒸気の流入の制御は、反応器における所望の運転温度（Ｔ３ＳＥＴ）および温度検出器５０によって検知される実際の反応器温度Ｔ３に基づく。

流入する脱水された汚泥は、原料汚泥の比較的低い温度と、その中に含まれる乾燥固体の濃度との両方に起因して、非常に粘性であり得る。スタートアップの間、流入する汚泥の粘性に起因して、流入する脱水された汚泥のほとんど又は大部分が、熱交換器２１６を迂回して、熱交換器に流入する原料汚泥のより少ない部分と一緒に加水分解反応器２１４に流入する。加水分解された温かい汚泥が、反応器２１４から熱交換器２１６へと流入するとき、熱交換器を通過して流入する脱水された汚泥のより少ない部分は、温められる。このことは、熱交換器チューブ２１９の流れ抵抗を段階的に低下させて、検出器１６および２２で検知される圧力差（ΔΡ）の段階的な低減を生じさせて、熱交換器チューブ２１９を通るフローのために、汚泥の迂回フローの段階的な低減を生じさせる。ΔΡが許容レベルに達したとき、通常の定常状態条件を生じさせるためにバルブが完全に閉じられるように、ΔΡが徐々に減るにつれてバルブ１８（Ｖ１）を徐々に閉じる。このとき全て又は実質的に全ての流入する脱水された汚泥が反応器２１４に流入する前に熱交換器２１６を通過する。このようにして、加水分解において加えられた熱の一部が回収され、流入する脱水された汚泥を温めるために、または予備加熱するために使用される。このプロセスにおいて、加水分解された汚泥は、調整システム２５０に入る前に部分的に冷却される。典型的な通常の定常状態条件において、蒸気発生器２１２からの蒸気との混合の直前の汚泥の温度は、約８５℃〜１１０℃である。これは、流入する汚泥が熱交換器２１６によって加熱されている結果である。加水分解された汚泥は、約１４０〜１６５℃、約１０ｂａｒ、および約１７〜２７％の乾燥固体で加水分解反応器２１４から出る。これが、調整システム２５０に入るとき、汚泥温度Ｔ１は、約８０℃〜１１０℃まで低下する。

希釈水の注入は、加水分解された汚泥の温度をさらに減らすことができ、同様にして、加水分解された汚泥の中の固体濃度を減らすことができる。希釈水は、ライン７７および７５をそれぞれ経由してライン２９および６３で汚泥を希釈するためにバルブ７４を経由して導かれ得る。ポンプ１４が駆動する際、ポンプ７２は、駆動され、Ｔ２ＳＥＴに関するＴ２に基づいて、およびＦ３ＳＥＴに関するＦ３に基づいて制御される。バルブ７４は、Ｔ１ＳＥＴに関するＴ１に基づいて制御される。Ｔ１がＴ１ＳＥＴより低いとき、希釈水を、ライン７７を通してライン２９には加えない。むしろこの条件下では、すべての希釈水を、ライン７５を経由してライン６３へと加える。別の条件下、Ｔ１がＴ１ＳＥＴよりも高いとき、Ｔ１がＴ１ＳＥＴよりも降下するまで、より多くの希釈水を、ライン７７を通してライン２９へと導くためにバルブ７４を作動することができる。システムへの希釈水の流量（Ｆ３）は、ホッパー１２中の乾燥固体濃度、消化槽１２０へと導かれている加水分解されて調整された汚泥の所望の乾燥固体濃度、消化槽への測定された汚泥の流量（Ｆｌ）、および蒸気発生器２１２への測定された水の流量（Ｆ２）の減衰平均値に基づいて制御される。希釈水ポンプ７２は、Ｆ３ＳＥＴに関してＦ３を制御することに基づいて制御される。

ライン２９への希釈水の注入は、これが熱交換器２７０へと入る際、汚泥の温度もまた、必要であれば、約１００℃まで減らすことができる。熱交換器２７０において、蒸気発生器２１２への供給水の予備加熱もまた、加水分解された汚泥を冷却することができる。例えば、熱交換器２７０を使用する際、ライン５３を経由して提供される処理水は、約８℃にすることができ、廃水の加熱において、汚泥温度を約７０℃〜９０℃まで下げることができる。汚泥が熱交換器２８０Ａを通過した際（これは、第２の側では、まだ動作していない）、必要であれば追加の希釈水をライン７５を通して加えることができる。希釈された汚泥の温度（Ｔ_２）は、スタートアップの間に増加し、所定のマージン内でＴ_２がそのＴ２ＳＥＴに到達した際には、スタートアップフェーズは完了したと見なすことができ、システムを通常運転に移す。通常運転の間、Ｔ_２は、Ｔ２ＳＥＴに関してバルブ２０（Ｖ２）を制御することによって制御される。ポンプ８６、ポンプ８２およびポンプ８８も同様にＴ２ＳＥＴに関するＴ_２に基づいて制御される。定常状態での運転の結果、ライン５９の加水分解された汚泥が、７０℃〜９０℃の範囲の下端付近の温度、または約７０℃の温度を有する場合、さらなる冷却の必要性は、通常、希釈によってのみ達成される。従って、そのような場合において、ポンプ８２および８６を停止して、ユニットが汚泥を冷却するために使用されていない間、必要であれば、熱交換器ユニット２８０Ｂの表面の腐食を防ぐために所望の最小速度までポンプ８８を弱める。定常状態の運転が、おおよそ７０℃〜９０℃の範囲の上端付近、または約９０℃であるＴ１をもたらす場合、汚泥の十分な冷却は、通常、希釈にのみによって効率良く達成され得ない。この場合、ポンプ８６を、熱交換器ユニット２８０のループ８７へとボイラ水を約４０℃で提供するために作動させることができ、さらなる冷却のために、Ｔ６ＳＥＴに関するＴ６に基づいて、ポンプ８８を制御して処理廃水の必要なフローを提供することができ、汚泥が、熱交換器２８０Ａを通過する場合、加水分解された汚泥の温度は約７０℃まで低下する。上記の通り、この温度は、希釈によって、約４０℃まで、さらに下げることができる。７０℃〜９０℃の範囲内の汚泥温度において、熱交換ユニット２８０による除熱率（ｈｅａｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）または冷却は、それぞれの設定点であるＴ２ＳＥＴ、Ｔ５ＳＥＴおよびＴ６ＳＥＴに関するＴ２、Ｔ５およびＴ６によって情報が与えられるポンプ８２、８６および８８の制御によって調節することができる。

上記のように、一実施形態において、希釈水は加熱することができ、汚泥が消化槽１２０へと導かれる前に、加水分解された汚泥を加熱するために注入することができる。こうすることは、確実に非常に冷えたスタートアップおよび運転の条件下であって、流入する汚泥が高いレベルで熱交換器２１２のまわりを迂回することで、低減された運転効率をもたらし得る条件の下、有益な点であり得る。制御プロセスは、システム１００の任意の特徴として、この実施形態に影響を与えるように、制御技術の当業者によって簡単に修正することができることが好ましい。

加水分解からの加熱された汚泥の全てが、流入する汚泥を予備加熱するために使用される必要はなくてもよいことが理解される。消化槽１２０で必要とされる場合、上記の方法によっては達成され得ない場合に、加熱された汚泥が下流で希釈に関連して使用され得るように、任意に自動制御されるバイパスラインが含まれ得る。

ある制御システムの一実施形態を図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示し、この制御システムのロジックを、通常は、数字４００で示す。この実施形態は、熱交換器２１６と反応器２１４との間の脱水された汚泥フローの分割を制御することによって、スタートアップのマネジメント（又は管理）を実行している。制御システムロジック４００は、制御システム設計における当業者が理解する通り、ポンプおよびバルブのＰＩＤ制御を実行する。通常の運転条件および一般的に理解される目的に基づいて選択される一連の状態（又はステータス）の指示数および定数は、制御システム４００に含まれる。状態の指示数であるＫｌ、Ｋ２およびＫ３は、様々なバルブおよびポンプの制御の状態を示すために０または１に設定される。定数であるＫ２_Ｔ２、Ｋ２_Ｔ３、Ｋ４_Ｔ２、Ｋ５_Ｔ２およびＫ６_Ｔ２は、時間の値であり、これらは、特有の比較基準が評価される間の時間の期間を提供するために利用される。これらの定数は、それぞれの設定点に関する様々なシステム変数の試験の観点から安定した運転を可能にする１に近い値、１をわずかに上回るか、１をわずかに下回る値をとり得る。定数であるＫ_ｔは、同様に、システムの要素の調整が必要かどうかを決定するために、設定した時間の期間内に事象（又はイベント）が起こらないかどうかを試験するために使用される時間の値である。これらの時間の値は、いずれも、典型的には、約２秒であってよい。定数であるＫ１_Ｔ２、Ｋ３_Ｔ２、Ｋ３_Ｔ３およびＫ７_Ｔ２は、設定点に十分に到達する前において事象を実行すること、または所定のマージンによって拡張された設定点まで事象を遅らせることを可能にする。これら後者の定数は、いずれも無次元量であり、典型的には、約１又はとりわけ約０．９６から約１．０４までの値を有し得る。状態の指示数および定数は、このため、シグナル送信を提供し、制御システムの安定性をサポートする。さらに、当業者は、モーターが短い間隔で何度も停止および始動すること、およびそのような短い間隔の場合に生じ得る温度サイクリングを避けるために、これらの定数がどのようにシステム４００の中に配置されるかを明らかにする。追加の定数（Ｈｚ１４ｍｉｎ）は、汚泥供給の連続性を保証するためのポンプ１４の最小運転速度を確立するために使用される。

従って、システム４００には、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに数字４１０、４２０、４２５、４３０、４４０、４５０、４６０、４７０および４８０で表されるように、９つのＰＩＤ制御機（又はレギュレータ）が含まれる。これらのＰＩＤ制御機は、いずれも、１つ以上のシステム変数およびそれぞれの設定点の値に基づいて、ポンプまたはバルブのいずれか一方を制御する。図４ＣにおいてＰＩＤ制御機４８０を２つの仮想位置に表わしたが、これが１つの制御機であることは明らかである。この配置は、図の簡略化のために使用される。例のように、制御機４１０は、ポンプ５６の速度および方向を制御する。以下のことが、上記の記載から想起される。システムのスタートアップモードの間において、ポンプ８６は、実際には、システムの圧力を設定するために、消化槽１２０から汚泥を供給するように逆方向に供給してもよい。図４Ａから分かるように、ＰＩＤ制御機４１０は、Ｐ１ＳＥＴに関するＰ１に基づいて、ポンプ５６を制御する。同様にして、別の例として、ＰＩＤ制御機４８０は、ΔＰＳＥＴに関するΔΡに基づいて、バルブ１８（Ｖ１）の状態を制御する。ＰＩＤ制御機または制御装置の使用における当業者によって理解される通り、比例、積分および差の制御の相対的な重さの調整が、通常は必要とされ、それぞれの既知の手順のいずれかによって達成され得る。

バルブ１８および２０（Ｖ１およびＶ２）のＰＩＤ制御が、ＰＩＤ制御装置をもって全体的に達成され得ると同時に、もともと、本システムによって、ＰＩＤ制御と増加制御（又はインクリメンタルコントロール）との組み合わせを使用することが実施可能となる。増加制御は、ブロック４３５、４３６および４３７に示される。実際には、増加制御は、バルブ２０（Ｖ２）の場合においてのみ要求される。Ｖ２は、出力制御シグナルの特定の組を有する決定ブロック４１１、４１５、４１６、４１７、４１８、４１９、４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２７、４２８および４２９によって示されるような状況の下で、ブロック４３５において増加することによって制御される。しかし、ブロック４２９における決定が、Ｖ２の増加が起こる場合と異なる場合、なおかつ決定ブロック４３１がバルブ１８（Ｖ１）が全開であると決定する場合には、同様に、Ｖ２は、ブロック４３７において、同じ決定の連続によって示されるように、減少することによって制御される。

上述の記載から、システムロジック３００が、上述したものに加えて、決定ブロック４２６を含む一連の決定ブロックを含むことは明白である。どの決定ブロックも、特定の制御可変値に適用されるブロックにて表されている基準に基づいて、制御の動作ステップの特定の選択を実行する。例えば、決定ブロック４２６は、質問：「Ｔ３は、Ｋ３Ｔ３を乗じたＴ３ＳＥＴを上回る温度をＫ２Ｔ３よりも長い時間有していたか？」に答える。この質問に答えることが、反応器２１４の温度が所望の値に近づいているかどうかを効果的に判定する。Ｔ３がＴ３ＳＥＴに近い場合には、制御動作ブロック４３２に示されるように、ポンプ１４および７２が起動され、制御ステップは、ブロック４３３、４３４および４８０を通ってブロック４１０へと戻る。Ｔ３がＴ３ＳＥＴに十分に近くなる場合には、ポンプ１４および７２を起動させず、制御をブロック４１０へと返す。

上記の議論から、ロジック３００が、ＰＩＤ制御機または制御装置に加えて、一連の制御動作ブロックを含むことは明白である。これらは、ブロック４０１、４０２、４１２、４１３、４１４、４３８、４３９、４４１などを含む。一例として、制御動作ブロック４３２は、上記で論じた。別の例として、制御動作ブロック４１４は、蒸気発生器２１２が起動されたことを示すために、状態指示器Ｋ３を値１に設定する。当業者に認識されるように、ロジック３００は、このロジック図において、ブロックで表される物理的要素とインターフェース結合するコンピューターで運転するプログラムと関連して理解され得る。このようなインターフェース結合は、コンピューターが命令を出すことを可能にし、例えば、バルブを開く（又は増加もしくはインクリメント）または閉じる（又は減少もしくはデクリメント）するようにバルブ２０（Ｖ２）に関連する動力装置（又はモータ）を増加させる。さらに、このプログラムは、反復サイクルにおいて、このロジックを通してステップ実行するようにして、デジタルループのなかで作動する。それぞれのステップにおいて、ロジックは、それぞれの決定ブロックで至った決定に基づく動作を、これがサイクルの中で達成されるように導く。このような決定は、ロジックの異なる分岐に沿った、それぞれのポイントでの決定に基づくプログラムステップの経過を導く。制御サイクルの反復は、システムが運転される限り、連続的に反復させる。図４Ａ、ＢおよびＣから、当業者であれば、ブロック４１０で開始して、決定ブロックの決定に従ってロジックをたどる制御ループが、そこから次のサイクルが始まるブロック４１０への制御を返すことによって終了されるサイクルに遭遇することが理解できることが好ましい。

汚泥の温度を制御するための様々なアプローチに代わる代替の実施形態が本発明の範囲内に存在することが分かる。前述した通り、一実施形態は、汚泥の温度制御の代替のアプローチとして、希釈水の予備加熱を含む。周知の制御システムの改良を用いることで、図４Ａ、４Ｃおよび４Ｃのロジックをこの代替の制御のストラテジーを実行するように構成することができる。

本発明は、ひいては制御システムおよび、汚泥の効果的な嫌気性消化をサポートするような最適な温度および乾燥固体濃度における加水分解された汚泥を提供するための一連の冷却および希釈のサブプロセスを伴う加水分解を用いて、脱水された汚泥を連続的に処理する方法を提供する。開示したような制御手法の適用は、最適な温度における加水分解された汚泥の制御を提供する。このような制御システムを用いて効率良く運転されるとき、嫌気性消化はバイオガスのような燃料の供給源を提供する。本発明は、当然に、ここに特に示したものとは別の方法で、本発明の基本的な特徴から逸脱すること無く実施され得る。本態様は、あらゆる点で例示的であり、限定されるものではないと考えられ、あらゆる変更が意義の範囲内に含まれ、添付のクレームの等価な範囲は、そこへ受け入れられるように意図されている。

本発明は、汚泥（又はスラッジ）を処理するためのシステムおよびプロセスを含む。システムは、図１および２に示され、通常、数字１００で示される。システム１００は、原料汚泥を受け、バイオガスおよび廃棄流を生成する。特に、システム１００は、汚泥を脱水するための脱水ユニット１１０を含む。ここで、汚泥の中の乾燥固体（ＤＳＩＮ）は、約２０重量％〜３０重量％まで増加する。さらに、システム１００は、通常は、数字２００で示されるサブシステムを含む。サブシステム２００は、汚泥加水分解システム２１０を含み、数字２５０で示される加水分解された汚泥を調整（又はコンディショニング）するためのシステムならびにプロセスを含み得る。加水分解プロセスは、図２に示され数字２１４で示される加水分解反応器の中で汚泥を約１４０〜約１６５℃の範囲内に加熱することを含む。一実施形態において、反応器２１４の中の圧力は、プロセスの温度に依存して、約８ｂａｒに維持される。このことは、汚泥の加水分解をサポートし、汚泥の中の乾燥固体濃度の低減をもたらす。汚泥を加水分解プロセスに付した後、汚泥は、嫌気性消化槽１２０へと導かれる。しかしながら、嫌気性消化槽に到達する前に、加水分解された汚泥は、調整に付され得る。調整の目的は、嫌気性消化槽１２０の中で実施される嫌気性消化プロセスの最適化である。従って、本開示の後続の部分から分かるように、調整システムおよびプロセスは、主として、加水分解された汚泥の温度ならびに加水分解された汚泥の乾燥固体濃度を適切に調節することを含む。一連の熱交換器によって温度調節を達成することができ、加水分解された汚泥への希釈水の注入によって、乾燥固体濃度が調節される。通常は、調整プロセスにおいて、加水分解された汚泥の温度を約４０℃まで下げ、汚泥の乾燥固体濃度を、消化槽１２０へと導かれている汚泥の乾燥固体濃度（ＤＳＯＵＴ）が、約６重量％〜１４重量％であるように減らす。調整された加水分解された汚泥は、嫌気性消化槽１２０へと導かれる。ここでは、中温性および／または高温性の生物が、バイオガスおよび廃棄流体を生じるように、固体をさらに分解および転化する。消化槽が中温性条件の下で作動するか、又は高温性条件の下で作動するかどうかに依存して、約３０℃から６０℃の最適な温度範囲において消化槽が作動するように、加水分解された汚泥が嫌気性消化槽１２０に入る温度を制御することによって、消化槽の熱損失の補償を提供することは好ましい。乾燥固体濃度を約６重量％〜１４重量％に調節することもまた、効率が良く効果的な嫌気性消化をサポートする傾向にある。

本発明は、ひいては制御システムおよび、汚泥の効果的な嫌気性消化をサポートするような最適な温度および乾燥固体濃度における加水分解された汚泥を提供するための一連の冷却および希釈のサブプロセスを伴う加水分解を用いて、脱水された汚泥を連続的に処理する方法を提供する。開示したような制御手法の適用は、最適な温度における加水分解された汚泥の制御を提供する。このような制御システムを用いて効率良く運転されるとき、嫌気性消化はバイオガスのような燃料の供給源を提供する。本発明は、当然に、ここに特に示したものとは別の方法で、本発明の基本的な特徴から逸脱すること無く実施され得る。本態様は、あらゆる点で例示的であり、限定されるものではないと考えられ、あらゆる変更が意義の範囲内に含まれ、添付のクレームの等価な範囲は、そこへ受け入れられるように意図されている。
本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。
（態様１）
汚泥処理のための方法であって：
（ａ）汚泥を脱水すること；
（ｂ）ほぼ垂直に方向付けられた熱交換器であって、汚泥用の入口が熱交換器の下方部分に位置し、汚泥用の出口が熱交換器の上方部分に位置し、加水分解された汚泥用の入口が熱交換器の上方部分に位置し、加水分解された汚泥用の出口が熱交換器の下方部分に位置している熱交換器へと、脱水された汚泥を導くこと；
（ｃ）汚泥を、汚泥用の入口の中へ、熱交換器を通して上方へ、汚泥用の出口から外へ、加水分解反応器の中へと導くこと；
（ｄ）加水分解反応器の中で汚泥を加水分解すること；
（ｅ）加水分解された汚泥を、熱交換器の加水分解された汚泥用の入口の中へと送ること；
（ｆ）加水分解された汚泥を、汚泥が熱交換器を通って上方へ移動するときに熱交換器を通して下方へ導くことによって、汚泥間熱伝達を提供すること；
（ｇ）熱交換器の加水分解された汚泥用の出口から出てきた加水分解された汚泥を嫌気性消化槽へと導くこと；および
（ｈ）嫌気性消化槽において、加水分解された汚泥を嫌気的に消化すること
を含む、方法。
（態様２）
脱水された汚泥の少なくとも一部を熱交換器のまわりに導き、汚泥を熱交換器に通すことなく、加水分解反応器へと導くことを含む、態様１に記載の方法。
（態様３）
脱水された汚泥の少なくとも一部を熱交換器のまわりに導き、嫌気性消化槽に入る加水分解された汚泥の温度を増加させるために、加水分解反応器へと導くことを含む、態様１または２に記載の方法。
（態様４）
汚泥中の乾燥物の割合を調節するために、加水分解された汚泥に希釈水を導くことを含む、態様１〜３のいずれか１項に記載の方法。
（態様５）
加水分解された汚泥を冷却するために、加水分解された汚泥に希釈水を導くことを含む、態様１〜４のいずれか１項に記載の方法。
（態様６）
希釈水を加熱すること、および加水分解された汚泥を加熱するために、加熱された希釈水を加水分解された汚泥に導くことを含む、態様１〜４のいずれか１項に記載の方法。
（態様７）
当該方法におけるスタートアップ期間の間において、加熱された希釈水が、加水分解された汚泥へと導かれる、態様６に記載の方法。
（態様８）
加水分解された汚泥をシリンダのトップ部分へと、シリンダを通して下方へと導くこと；および脱水された汚泥を、シリンダを通して延在する間隔を空けた一連の導管を通して、汚泥間熱伝達が、熱がシリンダを通過する加水分解された汚泥からシリンダ中の導管を上方へ通過する脱水された汚泥へと伝達されるようにして生じるように、上方へと導くことを含む、態様１〜７のいずれか１項に記載の方法。
（態様９）
加水分解された汚泥を嫌気性消化槽の上流に設置される１つ以上の熱交換器を通して導くことによって、嫌気性消化槽の上流で、加水分解された汚泥を冷却すること；および加水分解反応器と嫌気性消化槽との間のポイントで、希釈水を加水分解された汚泥と混合することによって、加水分解された汚泥の乾燥固体濃度を減らすことを含む、態様１〜８のいずれか１項に記載の方法。
（態様１０）
加水分解反応器を蒸気発生器によって生じる蒸気と一緒に加熱すること；および蒸気発生器への供給水および加水分解された汚泥を、加水分解反応器の下流に設置された熱交換器へと導くこと、ならびに加水分解された汚泥から蒸気発生器への供給水へと熱を伝達することによって、加水分解された汚泥の温度を下げることを含む、態様１〜９のいずれか１項に記載の方法。
（態様１１）
加水分解された汚泥から脱水された汚泥への熱伝達を増加させるために、ほぼ垂直な熱交換器が垂直から傾けられている、態様１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
（態様１２）
脱水された汚泥を、熱交換器を通して導く熱交換器の中に設置されたチューブの周りで、加水分解された汚泥における境界層の形成を防ぐように、熱交換器が垂直に対して約１５°傾けられている、態様１１に記載の方法。
（態様１３）
圧力サージの緩和のために反応器が熱交換器のトップ部分に設置されたエアポケットを含む、態様１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
（態様１４）
加水分解反応器が、加水分解反応器から非凝縮性ガスを放出するための換気システムを含む、態様１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
（態様１５）
汚泥処理の方法であって：
（ａ）汚泥を脱水すること；
（ｂ）脱水された汚泥を加水分解反応器へと導くこと、およびその脱水された汚泥を加水分解すること；
（ｃ）加水分解された汚泥を嫌気性消化槽へと導くこと；
（ｄ）加水分解された汚泥を嫌気的に消化すること；
（ｅ）脱水された汚泥の少なくとも一部を、その脱水された汚泥が加水分解反応器に入る前に加熱するために、加水分解反応器の出口側に、加水分解された汚泥と脱水された汚泥との間の汚泥間熱伝達を提供する熱交換器を提供すること；
（ｆ）（ｉ）スタートアップモードの間において、脱水された汚泥の少なくとも一部を熱交換器バイパスラインを通して、加水分解反応器へと導くこと；および
（ｉｉ）定常状態モードの間において、脱水された汚泥の大部分を、熱交換器を通して、次いで、加水分解反応器へと導くこと
によって、汚泥処理の所定期間の間に熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを変化させること
を含む、方法。
（態様１６）
スタートアップモードの初期部分の間において、実質的に全ての脱水された汚泥を、熱交換器バイパスラインを通して、加水分解反応器へと導くことを含む、態様１５に記載の方法。
（態様１７）
スタートアップモード初期部分の後、熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを経時的に増加させて、スタートアップモードの間に熱交換器バイパスラインを通る脱水された汚泥のフローを減少させる、態様１６に記載の方法。
（態様１８）
定常状態モードの選択期間の間において、実質的に全ての脱水された汚泥を、加水分解反応器に到達する前に熱交換器を通して導くことをさらに含む、態様１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
（態様１９）
定常状態モードの間に、熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを減少させることによって、および熱交換バイパスラインを通る脱水された汚泥のフローを増加させることによって、嫌気性消化槽へと導かれる加水分解された汚泥の温度を増加させることを含む、態様１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
（態様２０）
汚泥の中の乾燥物の割合を調節するために、加水分解された汚泥に希釈水を導くことを含む、態様１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
（態様２１）
加水分解された汚泥への希釈水の誘導が、希釈水に起因して、加水分解された汚泥を冷却することを含む、態様２０に記載の方法。
（態様２２）
汚泥の温度を調節するために、または汚泥の乾燥物の割合を調製するために、加水分解された汚泥に希釈水を導くことを含む、態様１５〜２１のいずれか１項に記載の方法。
（態様２３）
加水分解された汚泥への希釈水の誘導が、汚泥に希釈水を導く前に希釈水を加熱すること、および加熱された希釈水と一緒に汚泥を加熱することを含む、態様２２に記載の方法。
（態様２４）
汚泥処理のためのシステムであって：
（ａ）汚泥を脱水するように構成されている汚泥脱水ユニットと；
（ｂ）脱水された汚泥を加水分解するように構成されている汚泥加水分解反応器と；
（ｃ）脱水された汚泥を加水分解反応器に入れる前に、脱水された汚泥の少なくとも一部を加熱するように構成されている熱交換器であって、加水分解された汚泥と、脱水された汚泥との間の汚泥間熱伝達のために構成される熱交換器と；
（ｄ）加水分解された汚泥を、嫌気的に消化するように構成されている嫌気性消化槽と；
（ｅ）制御装置と
を含み、
該制御装置は、
（ｉ）スタートアップモードの間において、脱水された汚泥の少なくとも一部を、熱交換器バイパスラインを通して、加水分解反応器へと導くこと；および
（ｉｉ）定常状態モードの間において、脱水された汚泥の大部分を、熱交換器を通して、次いで、加水分解反応器へと導くこと
によって、汚泥処理の所定期間の間において、熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを変化させることで汚泥の処理を制御するように適合されている、
システム。

Claims (24)

1. 汚泥処理のための方法であって：
   （ａ）汚泥を脱水すること；
   （ｂ）ほぼ垂直に方向付けられた熱交換器であって、汚泥用の入口が熱交換器の下方部分に位置し、汚泥用の出口が熱交換器の上方部分に位置し、加水分解された汚泥用の入口が熱交換器の上方部分に位置し、加水分解された汚泥用の出口が熱交換器の下方部分に位置している熱交換器へと、脱水された汚泥を導くこと；
   （ｃ）汚泥を、汚泥用の入口の中へ、熱交換器を通して上方へ、汚泥用の出口から外へ、加水分解反応器の中へと導くこと；
   （ｄ）加水分解反応器の中で汚泥を加水分解すること；
   （ｅ）加水分解された汚泥を、熱交換器の加水分解された汚泥用の入口の中へと送ること；
   （ｆ）加水分解された汚泥を、汚泥が熱交換器を通って上方へ移動するときに熱交換器を通して下方へ導くことによって、汚泥間熱伝達を提供すること；
   （ｇ）熱交換器の加水分解された汚泥用の出口から出てきた加水分解された汚泥を嫌気性消化槽へと導くこと；および
   （ｈ）嫌気性消化槽において、加水分解された汚泥を嫌気的に消化すること
   を含む、方法。
2. 脱水された汚泥の少なくとも一部を熱交換器のまわりに導き、汚泥を熱交換器に通すことなく、加水分解反応器へと導くことを含む、請求項１に記載の方法。
3. 脱水された汚泥の少なくとも一部を熱交換器のまわりに導き、嫌気性消化槽に入る加水分解された汚泥の温度を増加させるために、加水分解反応器へと導くことを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 汚泥中の乾燥物の割合を調節するために、加水分解された汚泥に希釈水を導くことを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 加水分解された汚泥を冷却するために、加水分解された汚泥に希釈水を導くことを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 希釈水を加熱すること、および加水分解された汚泥を加熱するために、加熱された希釈水を加水分解された汚泥に導くことを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
7. 当該方法におけるスタートアップ期間の間において、加熱された希釈水が、加水分解された汚泥へと導かれる、請求項６に記載の方法。
8. 加水分解された汚泥をシリンダのトップ部分へと、シリンダを通して下方へと導くこと；および脱水された汚泥を、シリンダを通して延在する間隔を空けた一連の導管を通して、汚泥間熱伝達が、熱がシリンダを通過する加水分解された汚泥からシリンダ中の導管を上方へ通過する脱水された汚泥へと伝達されるようにして生じるように、上方へと導くことを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 加水分解された汚泥を嫌気性消化槽の上流に設置される１つ以上の熱交換器を通して導くことによって、嫌気性消化槽の上流で、加水分解された汚泥を冷却すること；および加水分解反応器と嫌気性消化槽との間のポイントで、希釈水を加水分解された汚泥と混合することによって、加水分解された汚泥の乾燥固体濃度を減らすことを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 加水分解反応器を蒸気発生器によって生じる蒸気と一緒に加熱すること；および蒸気発生器への供給水および加水分解された汚泥を、加水分解反応器の下流に設置された熱交換器へと導くこと、ならびに加水分解された汚泥から蒸気発生器への供給水へと熱を伝達することによって、加水分解された汚泥の温度を下げることを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 加水分解された汚泥から脱水された汚泥への熱伝達を増加させるために、ほぼ垂直な熱交換器が垂直から傾けられている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 脱水された汚泥を熱交換器を通して導く熱交換器の中に設置されたチューブの周りで、加水分解された汚泥における境界層の形成を防ぐように、熱交換器が垂直に対して約１５°傾けられている、請求項１１に記載の方法。
13. 圧力サージの緩和のために反応器が熱交換器のトップ部分に設置されたエアポケットを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 加水分解反応器が、加水分解反応器から非凝縮性ガスを放出するための換気システムを含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 汚泥処理の方法であって：
    （ａ）汚泥を脱水すること；
    （ｂ）脱水された汚泥を加水分解反応器へと導くこと、およびその脱水された汚泥を加水分解すること；
    （ｃ）加水分解された汚泥を嫌気性消化槽へと導くこと；
    （ｄ）加水分解された汚泥を嫌気的に消化すること；
    （ｅ）脱水された汚泥の少なくとも一部を、その脱水された汚泥が加水分解反応器に入る前に加熱するために、加水分解反応器の出口側に、加水分解された汚泥と脱水された汚泥との間の汚泥間熱伝達を提供する熱交換器を提供すること；
    （ｆ）（ｉ）スタートアップモードの間において、脱水された汚泥の少なくとも一部を熱交換器バイパスラインを通して、加水分解反応器へと導くこと；および
    （ｉｉ）定常状態モードの間において、脱水された汚泥の大部分を、熱交換器を通して、次いで、加水分解反応器へと導くこと
    によって、汚泥処理の所定期間の間に熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを変化させること
    を含む、方法。
16. スタートアップモードの初期部分の間において、実質的に全ての脱水された汚泥を、熱交換器バイパスラインを通して、加水分解反応器へと導くことを含む、請求項１５に記載の方法。
17. スタートアップモード初期部分の後、熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを経時的に増加させて、スタートアップモードの間に熱交換器バイパスラインを通る脱水された汚泥のフローを減少させる、請求項１６に記載の方法。
18. 定常状態モードの選択期間の間において、実質的に全ての脱水された汚泥を、加水分解反応器に到達する前に熱交換器を通して導くことをさらに含む、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 定常状態モードの間に、熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを減少させることによって、および熱交換バイパスラインを通る脱水された汚泥のフローを増加させることによって、嫌気性消化槽へと導かれる加水分解された汚泥の温度を増加させることを含む、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
20. 汚泥の中の乾燥物の割合を調節するために、加水分解された汚泥に希釈水を導くことを含む、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 加水分解された汚泥への希釈水の誘導が、希釈水に起因して、加水分解された汚泥を冷却することを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 汚泥の温度を調節するために、または汚泥の乾燥物の割合を調製するために、加水分解された汚泥に希釈水を導くことを含む、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 加水分解された汚泥への希釈水の誘導が、汚泥に希釈水を導く前に希釈水を加熱すること、および加熱された希釈水と一緒に汚泥を加熱することを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 汚泥処理のためのシステムであって：
    （ａ）汚泥を脱水するように構成されている汚泥脱水ユニットと；
    （ｂ）脱水された汚泥を加水分解するように構成されている汚泥加水分解反応器と；
    （ｃ）脱水された汚泥を加水分解反応器に入れる前に、脱水された汚泥の少なくとも一部を加熱するように構成されている熱交換器であって、加水分解された汚泥と、脱水された汚泥との間の汚泥間熱伝達のために構成される熱交換器と；
    （ｄ）加水分解された汚泥を、嫌気的に消化するように構成されている嫌気性消化槽と；
    （ｅ）制御装置と
    を含み、
    該制御装置は、
    （ｉ）スタートアップモードの間において、脱水された汚泥の少なくとも一部を、熱交換器バイパスラインを通して、加水分解反応器へと導くこと；および
    （ｉｉ）定常状態モードの間において、脱水された汚泥の大部分を、熱交換器を通して、次いで、加水分解反応器へと導くこと
    によって、汚泥処理の所定期間の間において、熱交換器を通る脱水された汚泥のフローを変化させることで汚泥の処理を制御するように適合されている、
    システム。

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