JP2023111577A

JP2023111577A - Method for treating organic waste using hydrothermal carbonization treatment and facility for treating organic waste using hydrothermal carbonization treatment

Info

Publication number: JP2023111577A
Application number: JP2022013491A
Authority: JP
Inventors: 晃彦隅; Akihiko Sumi; 尚弘竹田; Hisahiro Takeda; 裕大田中; Yuta Tanaka; 朋弘佐藤; Tomohiro Sato; 博司宮本; Hiroshi Miyamoto; マーク・バットマン; Batman Mark
Original assignee: TERRANOVA ENERGY GmbH; Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: TERRANOVA ENERGY GmbH; Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2023-08-10

Abstract

To provide a method and facility for treating organic waste that can make the hydrothermal carbonization reaction more efficient.SOLUTION: The method for treating organic waste includes a methane fermentation step of anaerobically fermenting organic waste in a digestion tank 1 (methane fermentation tank), a first dewatering step of dewatering the fermentation-treated sludge after the methane fermentation step by a dewaterer 2, a sludge carbonization step of hydrothermal carbonization treating the dewatered sludge obtained in the first dewatering step in a hydrothermal carbonization unit 3, and a second dewatering step of dewatering the carbonized sludge slurry obtained in the sludge carbonization step by a second dewaterer 4, and in which, in the sludge carbonization step, a predetermined amount of acid is added to the dewatered sludge.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水熱炭化処理を用いた有機性廃棄物の処理方法、および水熱炭化処理を用いた有機性廃棄物の処理設備に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for treating organic waste using hydrothermal carbonization, and an organic waste treatment facility using hydrothermal carbonization.

有機性廃棄物の処理方法に関する技術として、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の有機性廃棄物の処理方法は、有機廃棄物が、有機廃棄物源から湿潤廃棄物タンク、および湿潤廃棄物混合タンクに供給され、その後、混合湿潤廃棄物の第１のバッチが、第１の熱反応器へ供給されて加熱および加圧を受け、混合湿潤廃棄物の第２のバッチが、第２の熱反応器に供給されて加熱および加圧を受け、加水分解プロセスバイオチャースラッジ（ＢＣＳ）が、第１の熱反応器（５）または第２の熱反応器（６）からバイオチャー冷却器へ交互に排出される。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200000 discloses a technique related to a method for treating organic waste. The method for treating organic waste described in US Pat. A batch is fed to a first thermal reactor and subjected to heat and pressure and a second batch of mixed wet waste is fed to a second thermal reactor and subjected to heat and pressure for hydrolysis. Process biochar sludge (BCS) is alternately discharged from the first thermal reactor (5) or the second thermal reactor (6) to the biochar cooler.

特許文献１の明細書の段落００４１には、「この配置により、システム自体の中でのエネルギーの使用を最適化するコンパクトなシステムを実現することができる。」と記載されている。 Paragraph 0041 of the specification of US Pat.

特開２０１９－１２６８０５号公報JP 2019-126805 A

しかしながら、特許文献１に記載の有機性廃棄物の処理方法において、混合湿潤廃棄物のバッチが、熱反応器へ供給されて加熱および加圧を受ける熱加水分解プロセスは、２００～２５０℃、２０～２５バール、３～５時間の条件下で行われ、高温高圧かつ長時間のプロセスであることから、熱加水分解するためのコストがかかるとともに、処理に時間がかかるという問題がある。 However, in the organic waste treatment method described in Patent Document 1, the thermal hydrolysis process, in which a batch of mixed wet waste is supplied to a thermal reactor and subjected to heating and pressure, is carried out at 200-250°C, 20 It is carried out under conditions of up to 25 bar and 3 to 5 hours, and since it is a high-temperature, high-pressure and long-time process, there is a problem that the cost for thermal hydrolysis is high and the treatment takes a long time.

そこで、本発明は、水熱炭化反応を効率化することができる有機性廃棄物の処理方法および処理設備を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and equipment for treating organic waste, which can make the hydrothermal carbonization reaction more efficient.

本願で開示する有機性廃棄物の処理方法は、水熱炭化処理を用いた有機性廃棄物の処理方法であって、有機性廃棄物をメタン発酵槽の中で嫌気性発酵処理するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程後の発酵処理汚泥を脱水する第１脱水工程と、前記第１脱水工程で得られた脱水汚泥を水熱炭化処理する汚泥炭化工程と、前記汚泥炭化工程で得られた炭化汚泥スラリーを脱水する第２脱水工程と、を備え、前記汚泥炭化工程において、前記脱水汚泥に所定量の酸を添加する。 The method for treating organic waste disclosed in the present application is a method for treating organic waste using hydrothermal carbonization, which is a methane fermentation process in which organic waste is anaerobicly fermented in a methane fermentation tank. and a first dehydration step of dehydrating the fermented sludge after the methane fermentation step, a sludge carbonization step of hydrothermally carbonizing the dehydrated sludge obtained in the first dehydration step, and the sludge carbonization step. and a second dehydration step for dewatering the carbonized sludge slurry, wherein a predetermined amount of acid is added to the dewatered sludge in the sludge carbonization step.

第１脱水工程で得られた脱水汚泥に所定量の酸を添加して水熱炭化処理することで、酸が水熱炭化の初期反応である有機物分解の触媒として機能することから、反応温度を低下させたり、処理時間を短縮させたりしても、水熱炭化反応が進行し、水熱炭化処理を効率化することができる。 By adding a predetermined amount of acid to the dehydrated sludge obtained in the first dehydration step and subjecting it to hydrothermal carbonization, the acid functions as a catalyst for decomposition of organic matter, which is the initial reaction of hydrothermal carbonization. Even if the temperature is lowered or the treatment time is shortened, the hydrothermal carbonization reaction proceeds and the efficiency of the hydrothermal carbonization treatment can be improved.

また、前記第２脱水工程で前記炭化汚泥スラリーから分離した水熱炭化脱水ろ液を、前記メタン発酵槽に戻すろ液返送工程と、前記第１脱水工程で前記発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液を、鉄系無機凝集剤を用いて酸性凝集沈殿処理する分離液処理工程と、をさらに備えてもよい。 In addition, a filtrate returning step of returning the hydrothermal dewatering filtrate separated from the carbonized sludge slurry in the second dehydration step to the methane fermentation tank, and a fermentation treatment separated from the fermentation sludge in the first dehydration step. A separation liquid treatment step of subjecting the dehydrated filtrate to an acidic coagulation sedimentation treatment using an iron-based inorganic coagulant may be further provided.

この構成によると、ｐＨの低い水熱炭化脱水ろ液をメタン発酵槽に戻すことで、第１脱水工程で発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液のｐＨが低くなることから、分離液処理工程において、発酵処理脱水ろ液への酸添加量を削減することができる。また、水熱炭化脱水ろ液に含まれる有機物がメタン発酵の原料となることからエネルギー回収量が増える。有機物はその分、処理系から減少するので、処理水のＣＯＤ上昇が抑制される。さらに、発酵処理脱水ろ液を、鉄系無機凝集剤を用いて酸性凝集沈殿処理することによって、リンや重金属類が除去され、処理水のＣＯＤ上昇も抑制される。その結果、放流水質の悪化を抑制することができる。 According to this configuration, by returning the hydrothermally dehydrated filtrate with a low pH to the methane fermentation tank, the pH of the fermentation dehydrated filtrate separated from the fermentation sludge in the first dehydration step is lowered. In the process, the amount of acid added to the dehydrated filtrate of fermentation treatment can be reduced. In addition, the amount of energy recovered increases because the organic matter contained in the hydrothermal carbonization filtrate is used as a raw material for methane fermentation. Since the amount of organic matter is reduced from the treatment system by that amount, the increase in COD of the treated water is suppressed. Furthermore, by subjecting the fermentation-treated dewatered filtrate to an acidic coagulation-sedimentation treatment using an iron-based inorganic coagulant, phosphorus and heavy metals are removed, and an increase in the COD of the treated water is suppressed. As a result, deterioration of effluent water quality can be suppressed.

また、前記炭化汚泥スラリーのｐＨを測定するｐＨ測定工程と、前記ｐＨ測定工程で得られた前記炭化汚泥スラリーのｐＨの値に基づいて、前記脱水汚泥への前記酸の添加量を調整する酸添加量調整工程と、をさらに備えてもよい。 Further, a pH measuring step of measuring the pH of the carbonized sludge slurry, and an acid for adjusting the amount of the acid added to the dehydrated sludge based on the pH value of the carbonized sludge slurry obtained in the pH measuring step. and an addition amount adjusting step.

この構成によると、酸の添加不足により水熱炭化反応が十分に進行しなかったり、酸の過剰投入によりコストが増大したり、後段の処理への悪影響が生じたりすることを回避することができる。 According to this configuration, it is possible to avoid insufficient hydrothermal carbonization reaction due to insufficient addition of acid, increase in cost due to excessive addition of acid, and adverse effects on subsequent processes. .

また、前記酸は硫酸であってもよい。 Alternatively, the acid may be sulfuric acid.

この構成によると、酸として硫酸を使用することで、炭化汚泥中の塩素濃度が上昇することがないため、炭化汚泥を固形燃料として利用する場合、燃料品質の低下を防ぐことができる。また、処理水の窒素濃度やＣＯＤ（化学的酸素要求量）も上昇することがないため、放流水質の悪化を回避することで、環境への負荷を小さくすることができる。 According to this configuration, by using sulfuric acid as an acid, the chlorine concentration in the carbonized sludge does not increase, so when the carbonized sludge is used as a solid fuel, deterioration of fuel quality can be prevented. In addition, the nitrogen concentration and COD (Chemical Oxygen Demand) of the treated water do not increase, so it is possible to reduce the load on the environment by avoiding the deterioration of the quality of the effluent.

また、前記第１脱水工程において、鉄系無機凝集剤を用いて前記発酵処理汚泥を脱水してもよい。 Moreover, in the first dehydration step, the fermentation-treated sludge may be dehydrated using an iron-based inorganic flocculant.

この構成によると、硫酸塩を含む水熱炭化脱水ろ液をメタン発酵槽に返送しても、同時に含まれている鉄イオンが、硫酸還元菌によって生成した硫化物イオンと反応して硫化鉄となるため、硫化水素の生成を抑制することができる。 According to this configuration, even if the hydrothermal carbonization filtrate containing sulfate is returned to the methane fermentation tank, the iron ions contained at the same time react with the sulfide ions produced by the sulfate-reducing bacteria to form iron sulfide. Therefore, generation of hydrogen sulfide can be suppressed.

また、前記汚泥炭化工程において、前記脱水汚泥への前記硫酸の添加量が２０～１４０ｇ‐Ｈ₂ＳＯ₄／ｋｇ‐ＤＳであってもよい。 Further, in the sludge carbonization step, the amount of sulfuric acid added to the dehydrated sludge may be 20 to 140 g-H ₂ SO ₄ /kg-DS.

この構成によると、水熱炭化処理をより効率化することができる。 According to this configuration, the hydrothermal carbonization process can be made more efficient.

本願で開示する有機性廃棄物の処理設備は、水熱炭化処理を用いた有機性廃棄物の処理設備であって、有機性廃棄物を嫌気性発酵処理するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽から排出された発酵処理汚泥を脱水する第１脱水機と、前記第１脱水機で得られた脱水汚泥を水熱炭化処理する水熱炭化装置と、前記水熱炭化装置で得られた炭化汚泥スラリーを脱水する第２脱水機と、を備え、前記水熱炭化装置は、前記脱水汚泥に所定量の酸を添加する酸添加装置を有する。 The organic waste treatment facility disclosed in the present application is an organic waste treatment facility using hydrothermal carbonization, comprising a methane fermentation tank for anaerobic fermentation treatment of organic waste, and the methane fermentation tank A first dehydrator for dehydrating the fermented sludge discharged from the first dehydrator, a hydrothermal carbonization device for hydrothermally carbonizing the dewatered sludge obtained by the first dehydrator, and the carbonized sludge obtained by the hydrothermal carbonization device. a second dehydrator for dewatering the slurry, and the hydrothermal carbonization device has an acid addition device for adding a predetermined amount of acid to the dewatered sludge.

第１脱水機で得られた脱水汚泥に所定量の酸を添加して水熱炭化処理することで、酸が水熱炭化の初期反応である有機物分解の触媒として機能することから、反応温度を低下させたり、処理時間を短縮させたりしても、水熱炭化反応が進行し、水熱炭化処理を効率化することができる。 By adding a predetermined amount of acid to the dehydrated sludge obtained by the first dehydrator and subjecting it to hydrothermal carbonization, the acid functions as a catalyst for the decomposition of organic matter, which is the initial reaction of hydrothermal carbonization. Even if the temperature is lowered or the treatment time is shortened, the hydrothermal carbonization reaction proceeds and the efficiency of the hydrothermal carbonization treatment can be improved.

前記水熱炭化装置は、前記脱水汚泥を、酸素を含有しない又は酸素濃度が低いガス雰囲気下にて又は酸素を遮断した状態にて高温高圧処理するリアクターを備え、前記脱水汚泥は、断続的に脱水汚泥供給ポンプにより前記リアクターに供給され、前記酸添加装置は、前記脱水汚泥供給ポンプの運転中に前記脱水汚泥に前記酸を添加してもよい。 The hydrothermal carbonization apparatus includes a reactor for high-temperature and high-pressure treatment of the dehydrated sludge in an oxygen-free or low-oxygen-concentration gas atmosphere or in a state in which oxygen is shut off, and the dehydrated sludge is intermittently The acid may be supplied to the reactor by a dewatered sludge supply pump, and the acid addition device may add the acid to the dewatered sludge during operation of the dewatered sludge supply pump.

この構成によると、脱水汚泥供給ポンプの運転中に酸の全量が確実にリアクターに移送されるため、脱水汚泥供給ポンプ停止中に酸がその注入口からリアクターまでの配管に留まることを防ぐことができる。そのため、配管において腐食が発生することを回避することができる。 According to this configuration, the entire amount of acid is reliably transferred to the reactor while the dehydrated sludge supply pump is in operation, so it is possible to prevent the acid from remaining in the piping from the inlet to the reactor while the dehydrated sludge supply pump is stopped. can. Therefore, it is possible to avoid corrosion in the piping.

また、前記水熱炭化装置は、前記炭化汚泥スラリーのｐＨを測定するｐＨ測定手段をさらに有し、前記酸添加装置は、前記ｐＨ測定手段で得られた前記炭化汚泥スラリーのｐＨの値に基づいて、前記脱水汚泥への前記酸の添加量を調整してもよい。 Further, the hydrothermal carbonization device further has pH measuring means for measuring the pH of the carbonized sludge slurry, and the acid addition device measures the pH value of the carbonized sludge slurry obtained by the pH measurement means. The amount of the acid added to the dewatered sludge may be adjusted accordingly.

前記構成の有機性廃棄物の処理方法、または有機性廃棄物の処理設備によれば、水熱炭化反応を効率化することができる。 According to the organic waste treatment method or the organic waste treatment facility configured as described above, the hydrothermal carbonization reaction can be made more efficient.

水熱炭化処理を用いた有機性廃棄物の処理設備の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of an organic waste treatment facility using hydrothermal carbonization; FIG. 図１中に示す水熱炭化装置の具体的構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a specific configuration of the hydrothermal carbonization apparatus shown in FIG. 1; 発酵処理汚泥を脱水することにより得られた脱水汚泥への硫酸添加量と脱水汚泥を水熱炭化処理した後の炭化汚泥スラリーを脱水することにより得られた炭化汚泥の含水率との関係を示すグラフである。Fig. 1 shows the relationship between the amount of sulfuric acid added to dehydrated sludge obtained by dehydrating fermentation-treated sludge and the water content of carbonized sludge obtained by dehydrating the carbonized sludge slurry after hydrothermally carbonizing the dehydrated sludge. graph.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, it demonstrates, referring drawings for the form for implementing this invention.

本発明の処理方法における処理対象の有機性廃棄物は、下水汚泥、し尿汚泥、農業集落排水汚泥、浄化槽汚泥、生ごみなどの食品廃棄物（食品系バイオマス）、古紙・廃紙などのリグノセルロース系廃棄物、農業残渣、および家畜糞尿などである。これらの有機性廃棄物は、それぞれ単独で処理されてもよいし、混合処理されてもよい。以下では、処理対象として下水汚泥を例にとって、その処理について説明する。 The organic waste to be treated in the treatment method of the present invention includes sewage sludge, night soil sludge, agricultural community effluent sludge, septic tank sludge, food waste (food-based biomass) such as garbage, and lignocellulose such as used paper and waste paper. industrial waste, agricultural residues, and livestock manure. These organic wastes may be treated individually or mixed. The treatment of sewage sludge will be described below as an example of an object to be treated.

図１に示すように、有機性廃棄物の処理設備は、メタン発酵槽としての消化槽１と、第１脱水機２と、水熱炭化装置３と、第２脱水機４と、養生容器５と、分離液処理装置６と、を備える。消化槽１、第１脱水機２、水熱炭化装置３、第２脱水機４、および養生容器５は、処理工程の上流側から順に、この順で設けられる。分離液処理装置６は、処理工程において、第１脱水機２の下流側に設けられる。 As shown in FIG. 1, the organic waste treatment facility includes a digestion tank 1 as a methane fermentation tank, a first dehydrator 2, a hydrothermal carbonization device 3, a second dehydrator 4, and a curing container 5. and a separated liquid processing device 6. The digestion tank 1, the first dehydrator 2, the hydrothermal carbonization device 3, the second dehydrator 4, and the curing vessel 5 are provided in this order from the upstream side of the treatment process. The separated liquid treatment device 6 is provided downstream of the first dehydrator 2 in the treatment process.

（消化槽、およびメタン発酵工程）
消化槽１は、下水汚泥を嫌気性発酵処理するタンクである。メタン発酵工程は、下水汚泥を消化槽１の中で嫌気性発酵処理する工程である。消化槽１に投入される下水汚泥の固形物濃度は、例えば３～９質量％である。消化槽１は、中温発酵処理においては温度約３０～４２℃で滞留時間１５～３０日程度、高温発酵処理においては温度約５０～６０℃で滞留時間７～２０日程度で運転される。 (Digestion tank and methane fermentation process)
The digestion tank 1 is a tank for anaerobic fermentation treatment of sewage sludge. The methane fermentation step is a step of anaerobic fermentation treatment of sewage sludge in the digestion tank 1 . The solid matter concentration of sewage sludge introduced into the digestion tank 1 is, for example, 3 to 9% by mass. The digestion tank 1 is operated at a temperature of about 30 to 42° C. for a retention time of about 15 to 30 days for mesophilic fermentation, and at a temperature of about 50 to 60° C. for a retention time of about 7 to 20 days for high temperature fermentation.

下水汚泥の嫌気性発酵により消化槽１の中で消化ガスが発生する。消化ガスは、メタンが約６０容量％、二酸化炭素が約４０容量％のガス（バイオガス）である。発生した消化ガスは、消化槽１の中から取り出され、消化槽１や水熱炭化装置３の加温のための燃料として利用されたり、発電設備（不図示）の燃料として利用されたりする。すなわち、下水汚泥を嫌気性発酵処理することで、下水汚泥が有するエネルギーを消化ガス（ガスエネルギー）として回収することができる。 Digestion gas is generated in the digestion tank 1 by anaerobic fermentation of sewage sludge. Digestion gas is a gas (biogas) containing about 60% by volume methane and about 40% by volume carbon dioxide. The generated digestion gas is taken out from the digestion tank 1 and used as fuel for heating the digestion tank 1 and the hydrothermal carbonization device 3, or used as fuel for power generation equipment (not shown). That is, by subjecting sewage sludge to anaerobic fermentation treatment, the energy possessed by sewage sludge can be recovered as digestion gas (gas energy).

嫌気性発酵処理後の下水汚泥の発酵残渣、すなわち発酵処理汚泥は、消化槽１の中から外部へ排出される。 Fermentation residue of sewage sludge after the anaerobic fermentation treatment, that is, fermentation sludge is discharged from the digestion tank 1 to the outside.

（第１脱水機、および第１脱水工程）
消化槽１の中から外部へ排出された発酵処理汚泥は、第１脱水機２に供給される。第１脱水機２は、消化槽１から排出された発酵処理汚泥を脱水する機械である。第１脱水工程は、メタン発酵工程後の発酵処理汚泥を脱水する工程である。発酵処理汚泥の固形物濃度は、例えば１．５～５質量％である。第１脱水機２は、ベルトプレス脱水機、フィルタープレス脱水機、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機、ベルト濃縮機、または遠心濃縮機などである。 (First dehydrator and first dehydration step)
Fermented sludge discharged from the digestion tank 1 to the outside is supplied to the first dehydrator 2 . The first dehydrator 2 is a machine for dehydrating the fermented sludge discharged from the digestion tank 1 . The first dewatering step is a step of dewatering the fermented sludge after the methane fermentation step. The solid matter concentration of the fermentation sludge is, for example, 1.5 to 5% by mass. The first dehydrator 2 is a belt press dehydrator, a filter press dehydrator, a centrifugal dehydrator, a screw press dehydrator, a belt concentrator, a centrifugal concentrator, or the like.

第１脱水機２に供給された発酵処理汚泥は、鉄系無機凝集剤を用いて脱水してもよく、鉄系無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用して脱水してもよい。鉄系無機凝集剤として、例えば、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄などの無機凝集剤を使用することができる。また、高分子凝集剤としては、例えば、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤などの他、ノニオン系高分子凝集剤や両性高分子凝集剤などを用いることができるが、ここではカチオン系高分子凝集剤を用いることが好ましい。 The fermented sludge supplied to the first dehydrator 2 may be dehydrated using an iron-based inorganic flocculant, or may be dehydrated using both an iron-based inorganic flocculant and a polymer flocculant. As the iron-based inorganic flocculant, for example, inorganic flocculants such as polyferric sulfate, ferric chloride, and ferrous sulfate can be used. As the polymer flocculant, for example, in addition to cationic polymer flocculants and anionic polymer flocculants, nonionic polymer flocculants and amphoteric polymer flocculants can be used. It is preferable to use a cationic polymer flocculant.

第１脱水機２（第１脱水工程）により、発酵処理汚泥は、例えば含水率が８０質量％程度の脱水汚泥となる。第１脱水機２によって発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液（消化脱水ろ液）は、分離液処理装置６に送られる。 By the first dehydrator 2 (first dehydration step), the fermented sludge becomes dehydrated sludge having a water content of about 80% by mass, for example. Fermented dehydrated filtrate (digested dehydrated filtrate) separated from the fermented sludge by the first dehydrator 2 is sent to the separated liquid treatment device 6 .

（分離液処理装置、および分離液処理工程）
発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液（消化脱水ろ液）は、分離液処理装置６に供給される。分離液処理装置６は、第１脱水機２で発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液（消化脱水ろ液）を処理する装置である。分離液処理工程は、第１脱水工程で発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液（消化脱水ろ液）を処理する工程である。分離液処理装置６で得られた処理水は、水処理設備（不図示）へ返送される。 (Separated liquid treatment device and separated liquid treatment process)
Fermented dehydrated filtrate (digested dehydrated filtrate) separated from the fermented sludge is supplied to the separated liquid treatment device 6 . The separated liquid treatment device 6 is a device for treating the fermentation dehydrated filtrate (digested dehydrated filtrate) separated from the fermentation sludge by the first dehydrator 2 . The separated liquid treatment step is a step of treating the fermentation dehydrated filtrate (digested dehydrated filtrate) separated from the fermentation sludge in the first dehydration step. Treated water obtained in the separated liquid treatment device 6 is returned to a water treatment facility (not shown).

分離液処理装置６は、例えば、上記発酵処理脱水ろ液（消化脱水ろ液）を凝集沈殿処理する装置である。分離液処理工程は、例えば、上記発酵処理脱水ろ液（消化脱水ろ液）を凝集沈殿処理する工程である。凝集沈殿処理は、酸性凝集沈殿処理であることが好ましい。酸性凝集沈殿処理とは、必要に応じて被処理水のｐＨを調整後、鉄系無機凝集剤を注入し、酸性条件下で凝集沈殿処理するものである。酸性凝集沈殿処理により、発酵処理脱水ろ液（消化脱水ろ液）に含まれる汚濁物質を凝集沈殿させることでリンや重金属類が除去され、処理水のＣＯＤ上昇も抑制される。その結果、放流水質の悪化を抑制することができる。鉄系無機凝集剤として、例えば、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄などの無機凝集剤を使用することができる。また、凝集沈殿処理による沈殿物（沈澱汚泥）を炭化汚泥スラリーに混合してもよい。これにより、沈澱汚泥の処理量を削減するとともに炭化汚泥（燃料）として有効利用できる。なお、上記発酵処理脱水ろ液（消化脱水ろ液）の処理は、凝集沈殿処理に限られず、凝集浮上分離処理、または凝集ろ過処理などであってもよい。 The separated liquid treatment device 6 is, for example, a device for coagulating and sedimentating the dehydrated filtrate from the fermentation process (dehydrated digested filtrate). The separated liquid treatment step is, for example, a step of subjecting the fermentation dehydrated filtrate (digested dehydrated filtrate) to coagulation sedimentation treatment. The coagulation-sedimentation treatment is preferably an acidic coagulation-sedimentation treatment. The acidic coagulation-sedimentation treatment is performed by injecting an iron-based inorganic coagulant after adjusting the pH of the water to be treated as necessary, and performing coagulation-sedimentation treatment under acidic conditions. The acidic coagulation-sedimentation treatment coagulates and sediments contaminants contained in the dehydrated fermentation filtrate (digestion-dehydrated filtrate), thereby removing phosphorus and heavy metals and suppressing an increase in the COD of the treated water. As a result, deterioration of effluent water quality can be suppressed. As the iron-based inorganic flocculant, for example, inorganic flocculants such as polyferric sulfate, ferric chloride, and ferrous sulfate can be used. In addition, sediment (settled sludge) from the coagulating sedimentation treatment may be mixed with the carbonized sludge slurry. As a result, the amount of sedimentation sludge treated can be reduced and it can be effectively used as carbonized sludge (fuel). In addition, the treatment of the fermentation-treated dewatered filtrate (digestion-dehydrated filtrate) is not limited to coagulation-sedimentation treatment, and may be coagulation flotation separation treatment, coagulation filtration treatment, or the like.

（水熱炭化装置、および汚泥炭化工程）
脱水汚泥は、水熱炭化装置３に供給される。水熱炭化装置３は、第１脱水機２で得られた脱水汚泥に所定量の酸を添加して水熱炭化処理する装置である。汚泥炭化工程は、第１脱水工程で得られた脱水汚泥に所定量の酸を添加して水熱炭化処理する工程である。水熱炭化処理とは、水を含む処理対象物を、酸素を含有しない又は酸素濃度が低いガス雰囲気下にて又は酸素を遮断した状態にて高温高圧処理することで、炭化させる処理のことをいう。 (Hydrothermal carbonization device and sludge carbonization process)
Dewatered sludge is supplied to the hydrothermal carbonization device 3 . The hydrothermal carbonization device 3 is a device that adds a predetermined amount of acid to the dewatered sludge obtained by the first dehydrator 2 and performs a hydrothermal carbonization treatment. The sludge carbonization step is a step of hydrothermally carbonizing the dewatered sludge obtained in the first dewatering step by adding a predetermined amount of acid to the dehydrated sludge. Hydrothermal carbonization is a process of carbonizing an object containing water by high-temperature and high-pressure treatment in a gas atmosphere that does not contain oxygen or has a low oxygen concentration, or in a state where oxygen is shut off. say.

図２に示すように、水熱炭化装置３は、脱水汚泥に酸を添加する酸添加装置１３を備え、例えば、加熱熱交換器８と、リアクター７と、冷却熱交換器９と、を備える。水熱炭化装置３は、ｐＨ測定手段１４をさらに備えていてもよい。なお、水熱炭化装置３の構成は、これに限定されるものではない。 As shown in FIG. 2, the hydrothermal carbonization device 3 includes an acid addition device 13 that adds acid to dehydrated sludge, and includes, for example, a heating heat exchanger 8, a reactor 7, and a cooling heat exchanger 9. . The hydrothermal carbonization device 3 may further include pH measuring means 14 . In addition, the structure of the hydrothermal carbonization apparatus 3 is not limited to this.

加熱熱交換器８は、第１脱水機２で得られた脱水汚泥をリアクター７に供給する前に、脱水汚泥を予熱する加熱器である。加熱熱交換器８には、例えば含水率が８０質量％程度の脱水汚泥が第１脱水機２から脱水汚泥供給ポンプ１２により供給される。 The heating heat exchanger 8 is a heater for preheating the dehydrated sludge obtained by the first dehydrator 2 before the dehydrated sludge is supplied to the reactor 7 . Dehydrated sludge having a water content of about 80% by mass, for example, is supplied from the first dehydrator 2 to the heating heat exchanger 8 by a dehydrated sludge supply pump 12 .

酸添加装置１３は、酸を収容させた薬品槽およびこの槽から酸を供給するポンプを含み、この槽から加熱熱交換器８とリアクター７とを連結する配管に酸を供給するように構成されてもよく、リアクター７に酸を供給するように構成されてもよい。また、酸添加装置１３は、酸添加量を調整するためのバルブなどから構成されてもよい。脱水汚泥が、断続的に脱水汚泥供給ポンプ１２によりリアクター７に供給される場合、脱水汚泥供給ポンプ１２の運転中に脱水汚泥に酸を添加することが好ましい。また、脱水汚泥供給ポンプ１２の運転開始後、所定時間経過後に、脱水汚泥への酸の添加を開始し、酸の添加を停止後、所定時間経過後に、脱水汚泥供給ポンプ１２の運転を停止してもよい。このように、脱水汚泥供給ポンプ１２の運転中に酸添加を行うことにより、酸の全量が確実にリアクター７に移送されるため、脱水汚泥供給ポンプ１２の停止中に酸が注入口からリアクター７までの配管に留まることを防ぐことができる。そのため、配管や加熱熱交換器８において腐食が発生することを回避することができる。 The acid addition device 13 includes a chemical tank containing acid and a pump for supplying acid from this tank, and is configured to supply acid from this tank to the piping connecting the heating heat exchanger 8 and the reactor 7. and may be configured to supply acid to the reactor 7 . Further, the acid adding device 13 may be configured with a valve or the like for adjusting the amount of acid added. When dewatered sludge is intermittently supplied to the reactor 7 by the dewatered sludge supply pump 12, it is preferable to add acid to the dewatered sludge while the dehydrated sludge supply pump 12 is in operation. In addition, after the dewatered sludge supply pump 12 starts operating, the addition of acid to the dehydrated sludge is started after a predetermined time has elapsed, and after the acid addition is stopped and the dewatered sludge supply pump 12 is stopped after a predetermined time has elapsed. may By adding acid while the dewatered sludge supply pump 12 is in operation, the entire amount of acid is reliably transferred to the reactor 7. Therefore, when the dewatered sludge supply pump 12 is stopped, the acid is supplied from the inlet to the reactor 7. It is possible to prevent it from staying in the piping up to. Therefore, the occurrence of corrosion in the piping and the heating heat exchanger 8 can be avoided.

酸としては、硫酸、塩酸や硝酸あるいは有機酸を薬品槽に収容して、水熱炭化処理に使用することが可能であるが、塩酸を使用すると、炭化汚泥中の塩素濃度が上昇し、炭化汚泥を固形燃料として利用する場合、燃料品質に影響を及ぼす虞があり、硝酸あるいは有機酸を使用すると、処理水の窒素濃度あるいはＣＯＤ（化学的酸素要求量）が上昇することから、放流水質が悪化し、環境への負荷が大きくなる虞がある。そのため、本発明における水熱炭化処理への使用には塩酸や硝酸あるいは有機酸よりも硫酸が好ましい。 As an acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or an organic acid can be stored in a chemical tank and used for hydrothermal carbonization. When sludge is used as solid fuel, the fuel quality may be affected, and if nitric acid or organic acid is used, the nitrogen concentration or COD (Chemical Oxygen Demand) of the treated water will increase. There is a risk that it will deteriorate and the load on the environment will increase. Therefore, sulfuric acid is preferred over hydrochloric acid, nitric acid, or organic acids for use in the hydrothermal carbonization process of the present invention.

リアクター７は、酸素を含有しない又は酸素濃度が低いガス雰囲気下にて又は酸素を遮断した状態にて脱水汚泥を高温高圧処理する容器である。一例としてリアクター７は酸素濃度５体積％以下のガス雰囲気下にて脱水汚泥を高温高圧処理する。不活性ガスによって置換した状態で前記高温高圧処理をスタートするか、若しくはスタート時が空気（酸素濃度２１体積％）であったとしても被処理物中の易分解性の有機物の酸化にて速やかに酸素が消費されてその後に空気が供給されることがないため、スタート直後を除いて、反応中のリアクター７内気相の酸素濃度は略０体積％に保たれる。リアクター７は、撹拌機７ａを有する。リアクター７の中の炭化汚泥スラリーと、リアクター７に供給された脱水汚泥とは、撹拌機７ａによって混合・撹拌される。リアクター７の外周に筒状のジャケット７ｂが設けられる。熱媒油熱交換器１０で加熱された熱媒油は、熱媒油循環ポンプ１１によって、ジャケット７ｂに循環供給される。リアクター７の中の炭化汚泥スラリーは、循環供給される熱媒油によって間接加熱される。なお、前記熱媒油に替えて他の熱媒が使用されてもよい。 The reactor 7 is a vessel for high-temperature and high-pressure treatment of dehydrated sludge in a gas atmosphere containing no oxygen or with a low oxygen concentration or in a state in which oxygen is shut off. As an example, the reactor 7 treats the dehydrated sludge at high temperature and high pressure in a gas atmosphere with an oxygen concentration of 5% by volume or less. The high-temperature and high-pressure treatment is started in a state of being replaced with an inert gas, or even if the air (oxygen concentration 21% by volume) is used at the start, the easily decomposable organic matter in the object to be treated is quickly oxidized. Since oxygen is consumed and air is not supplied thereafter, the oxygen concentration in the gas phase inside the reactor 7 during the reaction is kept at approximately 0% by volume except immediately after the start. The reactor 7 has an agitator 7a. The carbonized sludge slurry in the reactor 7 and the dehydrated sludge supplied to the reactor 7 are mixed and stirred by the stirrer 7a. A tubular jacket 7 b is provided around the outer periphery of the reactor 7 . The heat medium oil heated by the heat medium oil heat exchanger 10 is circulated and supplied to the jacket 7 b by the heat medium oil circulation pump 11 . The carbonized sludge slurry in the reactor 7 is indirectly heated by the circulating heat transfer oil. In addition, another heat medium may be used instead of the heat medium oil.

水熱炭化処理において、酸が水熱炭化の初期反応である有機物分解の触媒として機能することから、リアクター７内の脱水汚泥の温度（反応温度）を低下させたり、脱水汚泥の滞留時間（処理時間）を短縮させたりしても、水熱炭化反応が進行し、水熱炭化処理を効率化することができる。通常の水熱炭化処理は、反応温度２００～２５０℃、圧力（ゲージ圧）２．０～２．５ＭＰａ、滞留時間１８０～３００分のように、高温高圧かつ長時間のプロセスで行われることで、低含水率の炭化汚泥が得られる。それに対し、所定量の酸を脱水汚泥に添加すると、反応温度１８０℃程度、圧力（ゲージ圧）１．５ＭＰａ程度、滞留時間１２０分程度であっても、水熱炭化反応が進行することから、熱加水分解するためのコストを削減することができるとともに、処理時間を短縮することができる。なお、脱水汚泥を高温高圧処理するとは、脱水汚泥の温度が１６０℃以上２５０℃以下、且つ、リアクター７内の圧力がゲージ圧０．６ＭＰａ以上ゲージ圧３ＭＰａ以下で脱水汚泥を処理することをいう。 In the hydrothermal carbonization process, the acid functions as a catalyst for decomposition of organic matter, which is the initial reaction of hydrothermal carbonization. Even if the time) is shortened, the hydrothermal carbonization reaction proceeds and the efficiency of the hydrothermal carbonization process can be improved. Normal hydrothermal carbonization is carried out in a high-temperature, high-pressure and long-time process with a reaction temperature of 200 to 250° C., a pressure (gauge pressure) of 2.0 to 2.5 MPa, and a residence time of 180 to 300 minutes. , a carbonized sludge with a low moisture content is obtained. On the other hand, when a predetermined amount of acid is added to the dehydrated sludge, the hydrothermal carbonization reaction proceeds even at a reaction temperature of about 180°C, a pressure (gauge pressure) of about 1.5 MPa, and a residence time of about 120 minutes. The cost for thermal hydrolysis can be reduced, and the treatment time can be shortened. The high-temperature and high-pressure treatment of the dehydrated sludge means that the dehydrated sludge is treated at a temperature of 160° C. or higher and 250° C. or lower and a pressure in the reactor 7 at a gauge pressure of 0.6 MPa or higher and a gauge pressure of 3 MPa or lower. .

リアクター７内に供給された脱水汚泥は、上記圧力および温度で、上記処理時間、処理されることで炭化汚泥スラリーとなる。 The dehydrated sludge supplied into the reactor 7 is treated at the above pressure and temperature for the above treatment time to form a carbonized sludge slurry.

冷却熱交換器９は、リアクター７の中で水熱炭化処理により得られた炭化汚泥スラリーを冷却する冷却器である。冷却熱交換器９において、炭化汚泥スラリーの温度が取扱いに適した領域に調整される。炭化汚泥スラリーの温度が調整されることで、炭化汚泥スラリーの粘性を調整することができ、炭化汚泥スラリーの移送を行い易くすることができるとともに、炭化汚泥スラリーの脱水性を向上させることができる。 The cooling heat exchanger 9 is a cooler for cooling the carbonized sludge slurry obtained by hydrothermal carbonization in the reactor 7 . In the cooling heat exchanger 9, the temperature of the carbonized sludge slurry is adjusted to a region suitable for handling. By adjusting the temperature of the carbonized sludge slurry, the viscosity of the carbonized sludge slurry can be adjusted, the transfer of the carbonized sludge slurry can be facilitated, and the dewaterability of the carbonized sludge slurry can be improved. .

（ｐＨ測定手段、およびｐＨ測定工程）
ｐＨ測定手段１４は、リアクター７の中で水熱炭化処理により得られた炭化汚泥スラリーのｐＨを測定する測定器である。ｐＨ測定工程は、リアクター７の中で水熱炭化処理により得られた炭化汚泥スラリーのｐＨを測定する工程である。炭化汚泥スラリーのｐＨに基づいて、脱水汚泥への酸添加量を調整することで、酸の添加不足により水熱炭化反応が十分に進行しなかったり、酸の過剰投入によりコストが増大したり、後段の処理への悪影響が生じたりすることを回避することができる。例えば、炭化汚泥スラリーのｐＨの設定値を４．０とする場合は、脱水汚泥への酸添加量の初期値を例えば７０ｇ‐Ｈ₂ＳＯ₄／ｋｇ‐ＤＳとし、炭化汚泥スラリーのｐＨの測定値が４．０付近である場合は、その酸添加量を維持し、炭化汚泥スラリーのｐＨの測定値が４．０付近でない場合は、脱水汚泥への酸添加量を初期値の約２０％ずつ増加または減少させたりすることで、脱水汚泥への酸添加量を調整することができる。なお、図２において、ｐＨ測定手段１４は、冷却後の炭化汚泥スラリーのｐＨを測定することが示されているが、第２脱水工程で得られた炭化汚泥のｐＨを測定してもよく、リアクター７の中の炭化汚泥スラリーのｐＨを測定してもよい（不図示）。 (pH measuring means and pH measuring step)
The pH measuring means 14 is a measuring instrument for measuring the pH of the carbonized sludge slurry obtained by hydrothermal carbonization in the reactor 7 . The pH measurement step is a step of measuring the pH of the carbonized sludge slurry obtained by hydrothermal carbonization in the reactor 7 . By adjusting the amount of acid added to the dewatered sludge based on the pH of the carbonized sludge slurry, the hydrothermal carbonization reaction may not proceed sufficiently due to insufficient addition of acid, or the cost may increase due to excessive addition of acid. It is possible to avoid adverse effects on subsequent processing. For example, when the pH of the carbonized sludge slurry is set to 4.0, the initial value of the acid addition amount to the dewatered sludge is set to, for example, 70 g-H ₂ SO ₄ /kg-DS, and the pH of the carbonized sludge slurry is measured. If the value is around 4.0, the acid addition amount is maintained, and if the measured pH value of the carbonized sludge slurry is not around 4.0, the acid addition amount to the dewatered sludge is reduced to about 20% of the initial value. The amount of acid added to the dewatered sludge can be adjusted by increasing or decreasing the amount by increments. Although FIG. 2 shows that the pH measuring means 14 measures the pH of the carbonized sludge slurry after cooling, the pH of the carbonized sludge obtained in the second dehydration step may be measured. The pH of the carbonized sludge slurry in reactor 7 may be measured (not shown).

（酸添加量調整工程）
酸添加量調整工程は、脱水汚泥への硫酸添加量を調整する工程である。酸添加量調整工程は、ｐＨ測定手段１４（ｐＨ測定工程）と連携して、炭化汚泥スラリーや炭化汚泥のｐＨの値に基づいて脱水汚泥への酸の供給量を調整してもよい。 (Acid addition amount adjustment step)
The acid addition amount adjustment step is a step of adjusting the amount of sulfuric acid added to the dehydrated sludge. The acid addition amount adjusting step may adjust the acid supply amount to the dewatered sludge based on the carbonized sludge slurry or the pH value of the carbonized sludge in cooperation with the pH measuring means 14 (pH measuring step).

（第２脱水機、および第２脱水工程）
第２脱水機４は、水熱炭化装置３で得られた炭化汚泥スラリーを脱水する機械である。第２脱水工程は、汚泥炭化工程で得られた炭化汚泥スラリーを第２脱水機４により脱水する工程である。第２脱水機４は、フィルタープレス脱水機、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機、ベルト濃縮機、または遠心濃縮機などである。 (Second dehydrator and second dehydration step)
The second dehydrator 4 is a machine for dewatering the carbonized sludge slurry obtained in the hydrothermal carbonization device 3 . The second dehydration step is a step of dewatering the carbonized sludge slurry obtained in the sludge carbonization step with the second dehydrator 4 . The second dehydrator 4 is a filter press dehydrator, a centrifugal dehydrator, a screw press dehydrator, a belt concentrator, a centrifugal concentrator, or the like.

（ろ液返送工程）
ろ液返送工程は、第２脱水機４（第２脱水工程）で炭化汚泥スラリーから分離した水熱炭化脱水ろ液を消化槽１に送る（戻す）工程である。ｐＨの低い水熱炭化脱水ろ液をメタン発酵槽に戻すことで、第１脱水工程で発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液のｐＨが低くなることから、分離液処理工程において、発酵処理脱水ろ液への酸添加量を削減することができる。また、水熱炭化処理によって、脱水汚泥中の微生物の細胞が破壊されて、脱水汚泥中の有機物がろ液（水熱炭化脱水ろ液）中に溶出する。水熱炭化脱水ろ液に含まれる有機物が消化ガスの原料となるので、水熱炭化脱水ろ液を消化槽１に投入すると、消化ガスの発生量はその分増加する。消化ガスは燃料として利用することが可能な、下水汚泥から回収されるエネルギー（ガスエネルギー）である。すなわち、第２脱水工程で炭化汚泥スラリーから分離した脱水ろ液（水熱炭化脱水ろ液）を消化槽１に戻すことで、消化ガスの発生量を増加させることができ、エネルギー回収量を増加させることができる。 (Filtrate return step)
The filtrate return step is a step of sending (returning) the hydrothermally carbonized dehydrated filtrate separated from the carbonized sludge slurry in the second dehydrator 4 (second dehydration step) to the digestion tank 1 . By returning the hydrothermally dehydrated filtrate with a low pH to the methane fermentation tank, the pH of the fermentation dehydrated filtrate separated from the fermentation sludge in the first dehydration step is lowered. The amount of acid added to the dehydrated filtrate can be reduced. In addition, the hydrothermal carbonization treatment destroys the cells of microorganisms in the dehydrated sludge, and the organic matter in the dehydrated sludge is eluted into the filtrate (hydrothermal carbonization dewatered filtrate). Since the organic matter contained in the hydrothermally carbonized and dehydrated filtrate is used as a raw material for digestion gas, when the hydrothermally carbonized and dehydrated filtrate is put into the digestion tank 1, the amount of digestion gas generated increases accordingly. Digestion gas is energy recovered from sewage sludge (gas energy) that can be used as fuel. That is, by returning the dehydrated filtrate (hydrothermal carbonized dehydrated filtrate) separated from the carbonized sludge slurry in the second dehydration step to the digestion tank 1, the amount of digestion gas generated can be increased, and the amount of energy recovery can be increased. can be made

また、水熱炭化脱水ろ液に含まれる有機物の一部が消化ガスとなるので、有機物はその分、処理系から減少する。その結果、処理水のＣＯＤ上昇が抑制され、下水処理場からの放流水質の悪化を抑制することができる。詳しくは、次のとおりである。水熱炭化脱水ろ液をそのまま水処理系に送って処理すると、水処理系のＣＯＤ負荷が上昇し、放流水質が悪化する可能性があるが、メタン発酵によって有機物が分解されることで、水処理系のＣＯＤ負荷上昇が抑制され、放流水質の悪化を抑制することができる。 In addition, since part of the organic matter contained in the hydrothermal carbonization filtrate becomes the digestive gas, the organic matter is reduced from the treatment system accordingly. As a result, an increase in the COD of the treated water is suppressed, and deterioration of the quality of the water discharged from the sewage treatment plant can be suppressed. Details are as follows. If the hydrothermally carbonized dewatering filtrate is directly sent to the water treatment system for treatment, the COD load in the water treatment system may increase and the discharged water quality may deteriorate. The COD load increase in the treatment system is suppressed, and the deterioration of effluent water quality can be suppressed.

図３は、発酵処理汚泥を脱水することにより得られた脱水汚泥への硫酸添加量と脱水汚泥を水熱炭化処理した後の炭化汚泥スラリーを脱水することにより得られた炭化汚泥の含水率との関係を示すグラフである。リアクター７に供給する脱水汚泥の固形物濃度は１２質量％であり、リアクター７内の脱水汚泥の温度は１９０℃、圧力はゲージ圧１．９ＭＰａ、脱水汚泥の滞留時間は１２０分である。第２脱水機４として、フィルタープレス脱水機を用いて、ゲージ圧２．０ＭＰａの圧力で脱水した。 FIG. 3 shows the amount of sulfuric acid added to the dehydrated sludge obtained by dehydrating the fermented sludge and the water content of the carbonized sludge obtained by dehydrating the carbonized sludge slurry after hydrothermally carbonizing the dehydrated sludge. is a graph showing the relationship of The dehydrated sludge supplied to the reactor 7 has a solids concentration of 12% by mass, the temperature of the dewatered sludge in the reactor 7 is 190° C., the gauge pressure is 1.9 MPa, and the retention time of the dehydrated sludge is 120 minutes. A filter press dehydrator was used as the second dehydrator 4 to dehydrate at a gauge pressure of 2.0 MPa.

図３に示すグラフの横軸は、発酵処理汚泥を脱水することにより得られた脱水汚泥の固形物量１ｋｇ当たりの硫酸添加量（ｇ‐Ｈ₂ＳＯ₄／ｋｇ‐ＤＳ）であり、縦軸は、脱水汚泥を水熱炭化処理した後の炭化汚泥スラリーを脱水することにより得られた炭化汚泥の含水率（％）である。 The horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 is the amount of sulfuric acid added per 1 kg of solid matter in the dewatered sludge obtained by dehydrating the fermented sludge (g-H ₂ SO ₄ /kg-DS), and the vertical axis is , is the water content (%) of the carbonized sludge obtained by dewatering the carbonized sludge after hydrothermally carbonizing the dehydrated sludge.

図３からわかるように、硫酸添加量が７０ｇ‐Ｈ₂ＳＯ₄／ｋｇ‐ＤＳである脱水汚泥の水熱炭化処理後の炭化汚泥スラリーを脱水することにより得られた炭化汚泥の含水率は、２５．９％であった。一方、硫酸添加量が３５ｇ‐Ｈ₂ＳＯ₄／ｋｇ‐ＤＳである脱水汚泥の水熱炭化処理後の炭化汚泥スラリーを脱水することにより得られた炭化汚泥の含水率は、３４．２％であった。図３のグラフから、脱水汚泥への硫酸添加量（脱水汚泥中の硫酸含有量）が５０ｇ‐Ｈ₂ＳＯ₄／ｋｇ‐ＤＳを超えると、含水率が３０％以下である低含水率の炭化汚泥が得られることが予測される。 As can be seen from FIG. 3, the water content of the carbonized sludge obtained by dehydrating the carbonized sludge after the hydrothermal carbonization treatment of the dewatered sludge with the sulfuric acid addition amount of 70 g-H ₂ SO ₄ /kg-DS is It was 25.9%. On the other hand, the water content of the carbonized sludge obtained by dewatering the carbonized sludge after the hydrothermal carbonization treatment of the dewatered sludge in which the amount of sulfuric acid added was 35 g-H ₂ SO ₄ /kg-DS was 34.2%. there were. From the graph in FIG. 3, when the amount of sulfuric acid added to the dewatered sludge (sulfuric acid content in the dewatered sludge) exceeds 50 g-H ₂ SO ₄ /kg-DS, carbonization with a low water content of 30% or less occurs. Sludge is expected to be obtained.

（養生容器、および養生工程）
養生容器５は、第２脱水機４で得られた炭化汚泥の乾燥、および炭化汚泥の発熱発火性の低減を行う容器である。養生工程は、第２脱水工程で得られた炭化汚泥の乾燥、および炭化汚泥の発熱発火性の低減を行う工程である。養生容器５は、一般にホッパと呼ばれる容器である。 (curing container and curing process)
The curing container 5 is a container for drying the carbonized sludge obtained by the second dehydrator 4 and reducing the exothermic ignitability of the carbonized sludge. The curing step is a step of drying the carbonized sludge obtained in the second dehydration step and reducing the exothermic ignitability of the carbonized sludge. The curing container 5 is a container generally called a hopper.

第２脱水機４からの炭化汚泥は養生容器５に投入される。養生容器５には、例えば、その下部の側面から養生容器５の中に空気（酸素含有ガス）が吹き込まれる。養生容器５内の炭化汚泥は、吹き込まれた空気と接触することで、乾燥するとともに、部分的に酸化する。部分的に酸化することで、炭化汚泥の発熱発火性は低減する。 Carbonized sludge from the second dehydrator 4 is put into the curing container 5 . Air (oxygen-containing gas) is blown into the curing container 5 from, for example, the lower side surface of the curing container 5 . The carbonized sludge in the curing container 5 is dried and partially oxidized by contact with the blown air. Partial oxidation reduces the exothermic ignitability of the carbonized sludge.

なお、養生工程は、養生容器５（ホッパ）を用いた工程に限られることはない。例えば、その周囲を囲ったコンベヤ（養生部）の上に、第２脱水機４で得られた炭化汚泥を投下し、空気などの酸素含有ガスを通すことで養生工程を実施してもよい。また、酸素含有ガスは、乾燥をより促進するために予め加熱されていてもよいし、その加熱の熱源として冷却熱交換器９で回収した熱エネルギーを使用するようにしてもよい。 The curing process is not limited to the process using the curing container 5 (hopper). For example, the carbonized sludge obtained by the second dehydrator 4 may be dropped onto a conveyor (curing section) surrounding it, and the curing step may be performed by passing an oxygen-containing gas such as air through the sludge. In addition, the oxygen-containing gas may be heated in advance in order to further promote drying, or the heat energy recovered by the cooling heat exchanger 9 may be used as the heat source for the heating.

（効果）
本実施形態の有機性廃棄物の処理方法は、下水汚泥（有機性廃棄物）を消化槽１（メタン発酵槽）の中で嫌気性発酵処理するメタン発酵工程、メタン発酵工程後の発酵処理汚泥を脱水する第１脱水工程、第１脱水工程で得られた脱水汚泥を水熱炭化処理する汚泥炭化工程、および、汚泥炭化工程で得られた炭化汚泥スラリーを脱水する第２脱水工程を備え、汚泥炭化工程において、脱水汚泥に所定量の酸を添加する。 (effect)
The organic waste treatment method of the present embodiment includes a methane fermentation process in which sewage sludge (organic waste) is anaerobicly fermented in a digestion tank 1 (methane fermentation tank), and fermented sludge after the methane fermentation process. , a sludge carbonization step of hydrothermally carbonizing the dewatered sludge obtained in the first dehydration step, and a second dehydration step of dewatering the carbonized sludge slurry obtained in the sludge carbonization step, In the sludge carbonization step, a predetermined amount of acid is added to the dehydrated sludge.

上記処理方法によると、次のような効果が得られる。 According to the above processing method, the following effects are obtained.

上記第１脱水工程で得られた脱水汚泥に所定量の酸を添加して水熱炭化処理することで、酸が水熱炭化の初期反応である有機物分解の触媒として機能することから、反応温度を低下させたり、処理時間を短縮させたりしても、水熱炭化反応が進行し、水熱炭化処理を効率化することができる。 By adding a predetermined amount of acid to the dehydrated sludge obtained in the first dehydration step and subjecting it to hydrothermal carbonization, the acid functions as a catalyst for decomposition of organic matter, which is the initial reaction of hydrothermal carbonization. or shortening the treatment time, the hydrothermal carbonization reaction proceeds and the efficiency of the hydrothermal carbonization treatment can be improved.

上記第２脱水工程で炭化汚泥スラリーから分離した水熱炭化脱水ろ液を、メタン発酵槽に戻すろ液返送工程と、上記第１脱水工程で発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液を、鉄系無機凝集剤を用いて酸性凝集沈殿処理する分離液処理工程と、をさらに備えることが好ましい。ｐＨの低い水熱炭化脱水ろ液をメタン発酵槽に戻すことで、第１脱水工程で発酵処理汚泥から分離した発酵処理脱水ろ液のｐＨが低くなることから、分離液処理工程において、発酵処理脱水ろ液への酸添加量を削減することができる。また、水熱炭化脱水ろ液に含まれる有機物がメタン発酵の原料となることからエネルギー回収量が増える。有機物はその分、処理系から減少するので、処理水のＣＯＤ上昇が抑制される。さらに、発酵処理脱水ろ液を、鉄系無機凝集剤を用いて酸性凝集沈殿処理することによって、リンや重金属類が除去され、処理水のＣＯＤ上昇も抑制される。その結果、放流水質の悪化を抑制することができる。 A filtrate return step of returning the hydrothermally carbonized dehydrated filtrate separated from the carbonized sludge slurry in the second dehydration step to the methane fermentation tank, and a fermentation dehydrated filtrate separated from the fermentation treated sludge in the first dehydration step, It is preferable to further include a separation liquid treatment step of performing acidic coagulation sedimentation treatment using an iron-based inorganic coagulant. By returning the hydrothermally dehydrated filtrate with a low pH to the methane fermentation tank, the pH of the fermentation dehydrated filtrate separated from the fermentation sludge in the first dehydration step is lowered. The amount of acid added to the dehydrated filtrate can be reduced. In addition, the amount of energy recovered increases because the organic matter contained in the hydrothermal carbonization filtrate is used as a raw material for methane fermentation. Since the amount of organic matter is reduced from the treatment system by that amount, the increase in COD of the treated water is suppressed. Furthermore, by subjecting the fermentation-treated dewatered filtrate to an acidic coagulation-sedimentation treatment using an iron-based inorganic coagulant, phosphorus and heavy metals are removed, and an increase in the COD of the treated water is suppressed. As a result, deterioration of effluent water quality can be suppressed.

また、前記第１脱水工程において、鉄系無機凝集剤を用いて前記発酵処理汚泥を脱水することが好ましい。これによれば、硫酸塩を含む水熱炭化脱水ろ液をメタン発酵槽に返送しても、同時に含まれている鉄イオンが、硫酸還元菌によって生成した硫化物イオンと反応して硫化鉄となるため、硫化水素の生成を抑制することができる。 Moreover, in the first dehydration step, it is preferable to dehydrate the fermentation-treated sludge using an iron-based inorganic flocculant. According to this, even if the hydrothermal carbonization filtrate containing sulfate is returned to the methane fermentation tank, the iron ions contained at the same time react with the sulfide ions produced by the sulfate-reducing bacteria to form iron sulfide. Therefore, generation of hydrogen sulfide can be suppressed.

また、上記汚泥炭化工程において、前記脱水汚泥への前記硫酸の添加量が２０～１４０ｇ‐Ｈ₂ＳＯ₄／ｋｇ‐ＤＳであることが好ましい。これにより、水熱炭化処理をより効率化することができる。 Further, in the sludge carbonization step, the amount of sulfuric acid added to the dehydrated sludge is preferably 20 to 140 g-H ₂ SO ₄ /kg-DS. Thereby, the hydrothermal carbonization treatment can be made more efficient.

さらには、本実施形態の有機性廃棄物の処理方法は、上記炭化汚泥スラリーや炭化汚泥のｐＨを測定するｐＨ測定工程と、ｐＨ測定工程で得られた炭化汚泥スラリーや炭化汚泥のｐＨの値に基づいて、脱水汚泥への酸の添加量を調整する酸添加量調整工程とを備えている。これによれば、酸の添加不足により水熱炭化反応が十分に進行しなかったり、酸の過剰投入によりコストが増大したり、後段の処理への悪影響が生じたりすることを回避することができる。 Furthermore, the organic waste treatment method of the present embodiment includes a pH measurement step of measuring the pH of the carbonized sludge slurry or the carbonized sludge, and a pH value of the carbonized sludge slurry or the carbonized sludge obtained in the pH measurement step. and an acid addition amount adjusting step of adjusting the amount of acid added to the dewatered sludge based on. According to this, it is possible to avoid insufficient progress of the hydrothermal carbonization reaction due to insufficient addition of acid, increase in cost due to excessive addition of acid, and adverse effects on the subsequent treatment. .

上記の実施形態は次のように変更可能である。 The above embodiment can be modified as follows.

上記の実施形態は、複数の消化槽１を並列に設置して運用してもよい。例えば、消化槽１が複数設置され、複数の消化槽１内の発酵処理汚泥が一つの第１脱水機２に供給されるように構成されてもよく、消化槽１と消化槽１内の発酵処理汚泥が供給される第１脱水機２とがそれぞれ複数設置され、複数の第１脱水機２から脱水汚泥が一つの水熱炭化装置３に供給されるように構成されてもよく、消化槽１と消化槽１から発酵処理汚泥が供給される第１脱水機２と第１脱水機２から脱水汚泥が供給される水熱炭化装置３とがそれぞれ複数設置され、複数の水熱炭化装置３から炭化汚泥スラリーが一つの第２脱水機４に供給されるように構成されてもよい。また、消化槽１と消化槽１内の発酵処理汚泥が供給される第１脱水機２とがそれぞれ複数設置され、一つ又は他の第１脱水機２からの脱水汚泥は一つの水熱炭化装置３に供給され、他の又は一つの第１脱水機２からの脱水汚泥は焼却処分されるように構成されてもよい。これらの実施形態において、ろ液返送工程は、第２脱水機２で炭化汚泥スラリーから分離した水熱炭化脱水ろ液を複数設置された消化槽１のうち少なくともいずれか一つに戻すように構成されていればよい。 The above-described embodiment may be operated by installing a plurality of digestion tanks 1 in parallel. For example, a plurality of digestion tanks 1 may be installed, and the fermented sludge in the plurality of digestion tanks 1 may be configured to be supplied to one first dehydrator 2. A plurality of first dehydrators 2 to which treated sludge is supplied may be installed, and the dehydrated sludge may be supplied from the plurality of first dehydrators 2 to one hydrothermal carbonization device 3. 1, a first dehydrator 2 to which fermented sludge is supplied from the digestion tank 1, and a plurality of hydrothermal carbonization devices 3 to which dehydrated sludge is supplied from the first dehydrator 2, respectively. It may be configured such that the carbonized sludge slurry is supplied to one second dehydrator 4 . In addition, a plurality of digestion tanks 1 and first dewatering machines 2 to which the fermented sludge in the digestion tank 1 is supplied are installed, and the dehydrated sludge from one or other first dehydrators 2 is one hydrothermal carbonization. The dehydrated sludge supplied to the device 3 and from the other or one of the first dewatering machines 2 may be configured to be incinerated. In these embodiments, the filtrate returning step is configured to return the hydrothermally carbonized dehydrated filtrate separated from the carbonized sludge slurry in the second dehydrator 2 to at least one of the plurality of digestion tanks 1 installed. It is good if it is.

上記の実施形態は、ろ液返送工程を備える。本発明において、ろ液返送工程は、必須ではない。 The above embodiments comprise a filtrate return step. In the present invention, the filtrate return step is not essential.

上記の実施形態は、分離液処理装置６、および分離液処理工程を備える。本発明において、分離液処理装置６、および分離液処理工程は、必須ではない。 The above embodiment includes the separated liquid treatment device 6 and the separated liquid treatment step. In the present invention, the separated liquid treatment device 6 and the separated liquid treatment step are not essential.

上記の実施形態は、ｐＨ測定手段１４、およびｐＨ測定工程を備える。本発明において、ｐＨ測定手段１４、およびｐＨ測定工程は、必須ではない。 The above embodiments comprise pH measuring means 14 and a pH measuring step. In the present invention, the pH measuring means 14 and the pH measuring step are not essential.

上記の実施形態は、養生容器５、および養生工程を備える。本発明において、養生容器５、および養生工程は、必須ではない。 The above embodiment comprises the curing container 5 and the curing process. In the present invention, the curing container 5 and the curing process are not essential.

処理対象の有機性廃棄物は、下水汚泥に限られるものではない。本発明は、下水汚泥、し尿汚泥、農業集落排水汚泥、浄化槽汚泥、生ごみなどの食品廃棄物（食品系バイオマス）、古紙・廃止などの紙などのリグノセルロース系廃棄物、農業残渣、および家畜糞尿などの様々な有機性廃棄物を処理対象とすることができる。前記のとおり、これらの有機性廃棄物は、それぞれ単独で処理されてもよいし、混合処理されてもよい。 Organic waste to be treated is not limited to sewage sludge. The present invention can be applied to sewage sludge, night soil sludge, agricultural village effluent sludge, septic tank sludge, food waste (food biomass) such as kitchen garbage, lignocellulosic waste such as waste paper and discarded paper, agricultural residue, and livestock Various organic wastes such as manure can be targeted for treatment. As described above, these organic wastes may be treated individually or mixed.

１：消化槽（メタン発酵槽）
２：第１脱水機
３：水熱炭化装置
４：第２脱水機
５：養生容器
６：分離液処理装置
７：リアクター
１２：脱水汚泥供給ポンプ
１３：酸添加装置
１４：ｐＨ測定手段 1: Digestion tank (methane fermentation tank)
2: First dehydrator 3: Hydrothermal carbonization device 4: Second dehydrator 5: Curing vessel 6: Separated liquid treatment device 7: Reactor 12: Dehydrated sludge supply pump 13: Acid addition device 14: pH measuring means

Claims

A methane fermentation process in which organic waste is anaerobicly fermented in a methane fermentation tank;
a first dehydration step of dewatering the fermented sludge after the methane fermentation step;
a sludge carbonization step of hydrothermally carbonizing the dewatered sludge obtained in the first dehydration step;
a second dehydration step for dewatering the carbonized sludge slurry obtained in the sludge carbonization step;
with
adding a predetermined amount of acid to the dehydrated sludge in the sludge carbonization step;
A method of treating organic waste using hydrothermal carbonization.

In the method for treating organic waste using the hydrothermal carbonization treatment according to claim 1,
a filtrate returning step of returning the hydrothermally carbonized dewatering filtrate separated from the carbonized sludge slurry in the second dehydration step to the methane fermentation tank;
A separated liquid treatment step of subjecting the fermentation-treated dehydrated filtrate separated from the fermentation-treated sludge in the first dehydration step to an acidic coagulation-sedimentation treatment using an iron-based inorganic coagulant;
further comprising
A method of treating organic waste using hydrothermal carbonization.

In the method for treating organic waste using the hydrothermal carbonization treatment according to any one of claims 1 and 2,
a pH measuring step of measuring the pH of the carbonized sludge slurry;
an acid addition amount adjustment step of adjusting the addition amount of the acid to the dewatered sludge based on the pH value of the carbonized sludge slurry obtained in the pH measurement step;
further comprising
A method of treating organic waste using hydrothermal carbonization.

In the method for treating organic waste using the hydrothermal carbonization treatment according to any one of claims 1 to 3,
the acid is sulfuric acid,
A method of treating organic waste using hydrothermal carbonization.

In the method for treating organic waste using the hydrothermal carbonization treatment according to claim 4,
In the first dehydration step, the fermentation sludge is dehydrated using an iron-based inorganic flocculant.
A method of treating organic waste using hydrothermal carbonization.

In the method for treating organic waste using the hydrothermal carbonization treatment according to any one of claims 4 and 5,
In the sludge carbonization step, the amount of sulfuric acid added to the dewatered sludge is 20 to 140 g-H ₂ SO ₄ /kg-DS.
A method of treating organic waste using hydrothermal carbonization.

a methane fermentation tank for anaerobic fermentation of organic waste;
a first dehydrator for dehydrating fermentation-treated sludge discharged from the methane fermentation tank;
a hydrothermal carbonization device for hydrothermally carbonizing dehydrated sludge obtained from the first dehydrator;
a second dehydrator for dewatering the carbonized sludge slurry obtained in the hydrothermal carbonization device;
with
The hydrothermal carbonization device has an acid addition device that adds a predetermined amount of acid to the dehydrated sludge.
Equipment for treating organic waste using hydrothermal carbonization.

In the organic waste treatment facility using the hydrothermal carbonization treatment according to claim 7,
The hydrothermal carbonization device is
A reactor for high-temperature and high-pressure treatment of the dehydrated sludge in a gas atmosphere containing no oxygen or with a low oxygen concentration or in a state where oxygen is blocked,
The dewatered sludge is intermittently supplied to the reactor by a dehydrated sludge supply pump,
The acid addition device adds the acid to the dewatered sludge during operation of the dehydrated sludge supply pump.
Equipment for treating organic waste using hydrothermal carbonization.

In the organic waste treatment facility using the hydrothermal carbonization treatment according to any one of claims 7 and 8,
The hydrothermal carbonization device further has pH measuring means for measuring the pH of the carbonized sludge slurry,
The acid addition device adjusts the amount of acid added to the dehydrated sludge based on the pH value of the carbonized sludge slurry obtained by the pH measurement means.
Equipment for treating organic waste using hydrothermal carbonization.

In the organic waste treatment facility using the hydrothermal carbonization treatment according to any one of claims 7 to 9,
the acid is sulfuric acid,
Equipment for treating organic waste using hydrothermal carbonization.