JP3318483B2 - 有機性汚泥の超臨界水酸化方法及びこれに用いる有機性汚泥の供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃水を生物
処理する装置から発生する余剰汚泥等の有機性汚泥、特
に下水等の有機性廃水を生物処理する装置で発生する余
剰汚泥の酸化分解処理方法、並びにこの方法の実施に用
いられる装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】有機性汚泥として代表的な下水の生物処理
装置で発生する余剰汚泥（以下「下水汚泥」という）を
例にして本発明の背景技術と従来技術を以下説明する。

【０００３】「下水汚泥」は、下水に含まれる有機物を
生物学的に処理するために設置されている種々の方式の
設備において発生し、一般的には最初沈澱池として設け
られた槽の沈澱物および最終沈殿池として設けられた槽
の沈殿物の全部あるいは一部が下水汚泥（余剰汚泥）と
なり、通常は脱水して廃棄されることが知られている。

【０００４】しかし上記のように脱水して廃棄される下
水汚泥の処理は必ずしも簡単ではなく、また処理すべき
量は我が国においては年間約５０００万ｍ³ （濃縮汚泥
基準：含水率９８重量％）という莫大な量に達し、しか
もこれは年々増加の傾向にある。また下水汚泥は、水分
と共に蛋白質、脂肪及び炭水化物等の有機物を多量に含
むために腐敗し易く、悪臭の防止上あるいは公衆衛生上
の観点から、一般に安定化，無害化が求められる。また
大都市の多くの下水処理場等では埋立地確保が容易でな
いために、上記の要望とは別に減容化が強く求められ、
これらのことから余剰汚泥の処理については焼却法を採
用して焼却後の灰分のみを埋め立てる方式を採用する場
合が多い。

【０００５】上記の焼却処理では、汚泥中の有機物の完
全分解や悪臭対策などを考慮して通常８００℃前後での
焼却が行われる。しかしこの温度域では汚泥中の窒素分
や硫黄分が酸化物を形成し、窒素酸化物（ＮＯ_X ），硫
黄酸化物（ＳＯ_X ）となって排ガス中に同伴するという
問題がある。また多くの場合は焼却後の灰分も排ガスに
同伴して排出されるため、このような温度域での焼却処
理を行う場合には脱硝設備，脱硫設備及び電気集塵機等
の排ガス処理設備の設置が必要になって設備コスト（初
期投資費用や維持費用）が嵩み、設備の設置面積も大き
くなることが従来から大きな解決課題の一つとされてい
た。また重油等を用いて８００℃前後で焼却するエネル
ギー多消費型の設備であるため、省エネルギー，資源節
約が求められる一般的な観点から考えても改善が望まれ
ている。

【０００６】また、化学工場の廃液，し尿，下水汚泥の
処理などのために採用されている従来技術として汚泥中
の有機物を温度２００〜３００℃、圧力２〜１０ＭＰａ
の条件下で酸素により酸化する方法、すなわち一般には
「湿式酸化法」と呼ばれる方法が知られており、実際に
も多数実施されている。

【０００７】しかしこの湿式酸化法は有機物の分解が完
全には行われない場合が多く、そのために周囲に悪臭を
発するという問題が避けられないことや、有機物の完全
な分解処理のためには湿式酸化処理設備の後段に更に種
々の処理設備を設置することが必要になる。さらに湿式
酸化法では汚泥中に固定された窒素成分がアンモニア性
窒素や硝酸性窒素として処理水に含まれるため、周辺水
域の富栄養化を招くという問題がある。

【０００８】以上のように従来から工業的に実施されて
いる上記の方法が知られている他、ＮＯ_X ，ＳＯ_X を発
生させないで汚泥を完全に分解できる方法として、有機
性汚泥を超臨界水酸化で分解処理する提案がある（特公
平１−３８５３２号公報等）。

【０００９】この超臨界水酸化方法は物理化学的な方法
であるため、生物学的な処理ができない塩素化合物，窒
素化合物，硫黄化合物等を含む有機性汚泥についても特
に問題なく利用できる利点がある他、水の臨界条件すな
わち臨界温度３７４℃及び臨界圧力２２ＭＰａを越えた
条件下の水（超臨界水）は、その極性が温度と圧力で制
御可能となってパラフィン系炭化水素やベンゼン等の非
極性物質も溶解することができ、また酸素等のガスとも
任意の割合で単一相で混合するという有機物酸化分解用
の反応溶媒として極めて優れた特性を示すこと、分解対
象物の炭素含有率が数重量％あれば酸化熱（自燃）だけ
で臨界温度以上にまで昇温可能であるため熱エネルギー
的に非常に優れていること、超臨界水中で酸化反応に加
え加水分解反応や熱分解反応により殆どの難分解性有機
物や有毒有機物等をほぼ完全に分解できること、などの
極めて優れた利点があるため注目を集めている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した有
機物を物理化学的に完全に分解できる方法として注目さ
れている上記超臨界水酸化の処理方法は、実験室やパイ
ロット規模の研究では安全でクリーンなプロセスの有効
性が既に確認されているが、工業的規模の設備で実施す
るための技術の確立は必ずしも十分でない。しかし既に
工業的に実施されている従来の下水汚泥等を分解処理す
る上記焼却処理法や湿式酸化法等は、これらの方法にお
いて問題とされる課題の解決が技術的に必ずしも容易で
ないため、全く異なる手法の上記超臨界水酸化処理法に
よる有機性汚泥の処理技術が確立されれば極めて有益で
ある。

【００１１】本発明者はかかる観点から鋭意研究を重ね
た。そしてその過程で、上記のような実施技術を確立す
る場合に考慮すべき課題の一つとして、水の臨界温度
（３７４℃）及び臨界圧力（２２ＭＰａ）を越えた超臨
界領域での超臨界水酸化を行わせるためには高度の耐圧
密閉式反応器が必要となるが、他方において、処理すべ
き下水汚泥の量が極めて大量であることが問題になるこ
とが分かった。つまり大量処理のためには一般に装置の
大型化が必要になるが、高度の耐圧密閉式反応器を大型
化するのは必ずしも容易でないために極めて高価とな
り、工業的規模の設備，装置では無視できない経済性の
観点からすれば、設備，装置のイニシャルコストや交換
時の費用が嵩むという問題が工業化の上で非常に大きな
課題の一つになっているのである。

【００１２】本発明は、以上のような従来技術とその課
題の下で、大量に排出される有機性汚泥の分解処理を効
率よく行うのに適した工業的規模の設備，装置を提供す
るためになされたものである。

【００１３】また本発明の別の目的は、超臨界水酸化に
よる処理を工業的規模で実施するのに適した方法，装置
を提供することによって、ＮＯ_X ，ＳＯ_X の発生がな
く、したがって脱硝設備，脱硫設備が不要であり、更に
灰分が排ガスに随伴しないために電気集塵機等の排ガス
処理設備も不要とできる有機性汚泥の分解処理方法及び
装置、特に多量に発生する下水汚泥の減容化処理に適し
た方法及び装置を提供するところにある。

【００１４】本発明の更に別の目的は、超臨界水酸化の
反応装置（容器）に供給する汚泥を減容化することで、
設備される反応器の大きさを小さくでき、したがって当
初設置費用の軽減、あるいは反応器交換等で要する維
持，運用費用の軽減に有効な方法及び装置を提供すると
ころにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明の特徴は、上記特許請求の範囲の各請
求項に記載したところにある。

【００１６】本願の請求項１に記載した発明は、有機性
汚泥を超臨界水酸化するに際し、有機性汚泥を脱水して
固形状化し、次いで加熱，加圧により有機性汚泥を液状
化させた後、超臨界水酸化処理の反応装置に供給する方
法であることを特徴とする。本発明において、超臨界水
酸化処理に供する有機性汚泥を脱水する前段の固形状化
プロセス、次いで該汚泥（ケーク）を液状化する後段の
液状化プロセスを経た後、超臨界水酸化処理装置に供給
するようにしているのは次の理由による。

【００１７】すなわち、有機性汚泥、例えば下水汚泥は
一般に含水率９８重量％前後（固形物濃度２重量％前
後）という極めて含水率の高い液状物（流体）である
が、これを脱水して例えば固形物濃度１０〜３０重量％
程度のケーク（固形状物）とすればその容積は１／５〜
１／１５程度に減容化される。したがって、このケーク
を被処理物とすれば、水の臨界圧力を越えた条件下で反
応を行わせる超臨界水酸化のための耐圧密閉式容器の大
きさは、９８重量％前後の有機性汚泥をそのまま供給す
ることに比べてその減容化分だけ容器容積を小さくでき
るため極めて有利である。しかし一方において、超臨界
水酸化の処理を好適にかつ連続的に行うためには、反応
器に供給する有機性汚泥は、実質的に超臨界水と均一に
混合する流体（流動体）であることが必要であり、上記
のように有機性汚泥を脱水して固形状化することは必ず
しも適当でない。そこで本発明においては、被処理物を
脱水する固形状化プロセスにより有機性汚泥の固形分濃
度を高めることで処理物をできるだけ減容化することを
実現しながら、固形状化した汚泥に加水することなく液
状化する液状化プロセスを後段に設けることで、超臨界
水酸化処理の反応器に有機性汚泥を流体として供給でき
るようにし、このことによって有機性汚泥の減容化と超
臨界水酸化の安定した反応処理を実現するという課題を
解決したものである。このような有機性汚泥の固形状化
とこれに続く液状化を行う操作は、目的は異なるが本出
願人が提案した特開平７−３５３１８号公報に記載の方
法を参考にして行うことができるが、本発明においては
被処理物の有機性汚泥を完全分解するために、後述のよ
うに脱水は該汚泥に含まれる微生物の細胞膜を破壊しな
い範囲の負荷圧力で行うことが特に望ましい。このよう
に超臨界水酸化のために有機性汚泥を固形状化するプロ
セスと液状化するプロセスを段階的に行うことによって
超臨界水酸化処理の反応装置に供給する有機性汚泥の性
状を調整することは、本発明により初めて提案される。
なお、脱水処理する有機性汚泥は、特に限定されるもの
ではないが、好気性微生物処理，嫌気性似生物処理など
の設備終端に設けられる沈殿池等で濃縮された汚泥が主
な対象となるが、かかる沈殿処理後の汚泥に限定される
ことなく、沈殿処理前の処理水を直接に機械的に濃縮脱
水したものであってもよいし、沈殿濃縮した汚泥と沈殿
濃縮する前のものを混合して濃度調整することもでき
る。

【００１８】本発明の上記構成において、固形状化プロ
セスに用いることができる脱水手段としては、真空脱水
機、加圧脱水機、ベルトプレス脱水機、スクリュウプレ
ス脱水機、遠心脱水機等の機械式脱水装置が特に制約な
く用いられるが、脱水前に有機性汚泥を脱水し易くする
ために汚泥調質薬品（例えば高分子凝集剤）を添加する
のが望ましい場合が多く、このような高分子凝集剤等の
調質薬品を添加する場合には、薬品添加が容易であるな
どの点からベルトプレス脱水機が特に好ましく用いられ
る。

【００１９】脱水の程度は、有機性汚泥に含まれる有機
物の種類，組成、調質薬品の添加などにより必ずしも一
律ではなく、脱水された汚泥が次段における液状化プロ
セスにおいて超臨界水酸化の反応領域に供するのに適し
た状態に液状化できるものであれば脱水後の性状（固形
状等）を特に限定されるものではないが、特には、固形
分濃度として１０〜３０重量％、好ましくは２０〜２５
重量％とするのが、含まれる微生物の細胞膜を破壊しな
い負荷圧力での脱水として適当である場合が多い。固形
分濃度が低くすぎると超臨界水酸化装置に供給する汚泥
容量の減容化の効果が不十分であり、反対に固形分濃度
があまり高くすると、液状化が困難となる他、微生物を
含む有機性汚泥を強度に圧搾する結果として該微生物の
細胞膜が圧力的に破壊され細胞内の有機物がろ過側に流
出してしまい、ろ過水処理の設備を別途設けることが必
要になって設備的、容積的、コスト的に不利となり、放
置すれば周辺水域の富栄養化の不具合を招く虞れがあっ
て、閉鎖系内で被処理物の完全分解ができる超臨界水酸
化反応の利点が有効に生かされないからであり、上記の
範囲とされる。上記において「含まれる微生物の細胞膜
を破壊しない負荷圧力」というのは、処理対象とする有
機性汚泥の種類，性質にもよって一律的には言えない
が、脱水の結果として生ずるろ過水を別に準備した過大
な水処理設備で処理しなければならない場合を除くもの
であり、簡単な活性汚泥処理等の水処理設備を設ける場
合までも除外するものではない。

【００２０】脱水により固形状化された汚泥は、次の液
状化プロセスにおいて液状化される。この「液状化」と
は、上記脱水プロセスで固形状化された有機物を液状物
（流動物）として取り扱うこと（具体的には超臨界水酸
化処理の反応装置にポンプで圧送供給できる程度の流動
性をもつこと）ができ、かつ超臨界水酸化処理の反応装
置に導入した際に超臨界水と効率よく均一に混合できる
程度の状態をいい、このような液状化のためには、加
熱，加圧操作が行われる。この液状化プロセスにおける
加熱，加圧により、該汚泥中に含まれる微生物の細胞膜
の破壊、汚泥中に含まれる高分子有機物の分解等によっ
て、固形状化した汚泥（ケーク）は流動性を示す液状化
状態となり、ポンプによる圧送ができ、かつ超臨界水酸
化装置に供給するのが可能な流体となる。そしてこの液
状化された有機性汚泥は水を十分に含むため、臨界温
度，臨界圧力を越えた条件を与えることによて超臨界水
酸化の分散媒となる超臨界水としてそのまま利用でき
る。

【００２１】加熱，加圧の程度は、固形状化した汚泥
（ケーク）を液状化できるものであればよく、温度，圧
力が限定されるものではないが、例えば本願の請求項４
に記載した発明は、上記液状化のための処理を、１５０
℃以上の温度、好ましくは２００〜２５０℃の温度にお
いて、該温度の飽和水蒸気圧以上の圧力（臨界圧力以
下）、好ましくは２．０〜５．０ＭＰａの圧力とするも
のであることを特徴とする。飽和水蒸気圧以上の圧力と
は、例えば温度が２００℃の場合は１．６ＭＰａ以上、
好ましくは１．８〜２．０ＭＰａの圧力をいう。

【００２２】この発明によれば、臨界温度以下で臨界圧
力以下の条件下で液状化した流動体（高濃度汚泥）を、
液状化装置の後段でポンプで圧送することができる。

【００２３】液状化した汚泥は、加熱，加圧した状態を
保持したまま超臨界水酸化装置に供給することもできる
が、液状化した汚泥は、圧力及び温度を下げても液状化
状態を維持するので、例えば本願の請求項５に記載した
発明のように、大気圧，常温まで温度，圧力を下げた
後、超臨界水酸化装置に供給することもできる。

【００２４】このようにすることで、例えば下水処理場
等の有機性汚泥の発生場所と、超臨界水酸化の処理を行
う場所が近接していない場合には、固形状化により減容
した汚泥を、タンク等に密閉して輸送、あるいは長尺の
パイプラインで圧送することができ、かつ汚泥が大気
圧，常温という通常の状態であるためこれらの輸送に用
いる装置，設備を簡易なものとできる利点がある。なお
固形状化した汚泥の液状化は、輸送方式（タンク輸送方
式，パイプライン輸送方式）にもよるが、汚泥を固形状
化した場所において行ってもよいし、該汚泥を輸送した
後の超臨界水酸化処理を行う場所において行ってもよ
く、特に制限されるものではない。汚泥の温度，圧力を
下げる程度は必ずしも大気圧，常温とまでしなくともよ
く、取り扱い上の便宜に支障のない範囲で設定すること
ができる。例えば温度は積極的に冷却等の操作をせずに
放置してもよいし、圧力も積極的に大気圧まで下げずに
数気圧程度としても差し支えない。

【００２５】また本願の請求項６に記載した発明は、上
記液状化のための処理を、１５０℃以上の温度、好まし
くは２００〜２５０℃の温度、水の臨界圧力以上の圧
力、好ましくは２３〜２５ＭＰａの圧力で、固形状有機
性汚泥を液状化することを特徴とする。

【００２６】この発明は、上記請求項４の発明における
液状化の圧力を、水の臨界圧力以上としたものであり、
このようにすることによって液状化した汚泥を更に加圧
することなく超臨界水酸化の反応器に直接供給すること
ができて、処理を連続的に行わせることができる利点が
得られる。

【００２７】固形状化した有機性汚泥の液状化処理は、
一般的には上記の温度，圧力の条件下に一般的には１〜
６０分、好ましくは２０〜３０分保持することにより行
われる。温度を上記１５０℃以上とするためには、間接
加熱方式の熱交換器が好ましく用いられ、固形状化した
有機性汚泥を取り扱うものであることから、内部にスク
レーパを有する掻面式熱交換器，ヘリカル翼を有するス
クリュウ型熱交換器等が特に好ましく用いられる。

【００２８】また液状化のためには、液状化促進のため
に薬剤を添加する手段を利用することもでき、使用する
薬剤としては、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，炭
酸ナトリウム，炭酸カリウム，炭酸水素ナトリウム，炭
酸水素カリウム，ギ酸ナトリウム，ギ酸カリウム等のア
ルカリ金属化合物や、酸化カルシウム，水酸化カルシウ
ム，水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属化合物な
どのアルカリ性物質を挙げることができる。なおこれら
のアルカリ物質は乾燥固形物に対して２〜１０重量％、
通常５重量％前後添加すれば十分である。

【００２９】上記した各発明において分解処理される有
機性汚泥としては、例えば化学工場等の廃水，し尿，下
水を生物処理した後の余剰汚泥（「下水汚泥」という）
等を挙げることができ、本願の請求項７に記載した発明
は、特に下水を生物学的に処理する下水処理設備におい
て発生した余剰汚泥を超臨界水酸化装置に供給すること
を特徴とする。

【００３０】本発明において脱水による固形状化プロセ
ス、次いで液状化プロセスを経て液状化した状態の有機
性汚泥を供給して酸化分解処理するために用いられる超
臨界水酸化装置は、基本的には、水と分解対象物を含む
有機性汚泥と酸素等の酸化剤流体とが予め混合状態にさ
れるかあるいは反応器の直前ないし供給口で混合された
状態とされて供給される反応器を有し、この反応器の超
臨界水酸化反応のために超臨界条件に維持された領域で
有機性汚泥を酸化分解し、分解されたガス（主に炭酸ガ
ス）と水を分離し、系外に排出するように構成され、超
臨界水酸化反応を行わせる反応器、上記液状化された有
機性汚泥及び酸化剤を反応器に供給する供給系、分解生
成物を系外に排出する排出系を有するものであればその
型式，構造は特に制限されない。本発明において用いら
れる超臨界水酸化装置では、被処理対象物が有機性汚泥
という含水率７０％以上の流体であるため、超臨界水の
ために有機性汚泥に含まれる水がそのまま利用でき、し
たがって超臨界水生成用として別途の水供給系を必要と
しない場合が多い。但し必要に応じて超臨界水酸化のた
めに水（亜臨界水，超臨界水）を有機性汚泥とは別に供
給することを除外するものではない。この有機性汚泥と
は別に水を供給する場合には該水に空気等の酸化剤を混
入させることもできる。

【００３１】上記超臨界水酸化装置の他の構成、反応器
の改良した構成等については特に限定されることなく必
要に応じて適宜採用することができる。例えば上記の有
機性汚泥及び酸化剤の他に、必要に応じて補助燃料を供
給する供給系、あるいは反応器内のｐＨを低下させない
ようにアルカリ剤を有機性汚泥に添加する供給系等を適
宜必要に応じて設けることができる。反応器の形式は、
米国特許第５３８７３９８号公報，特公平１−３８５３
２号公報等で知られるパイプ型構造の反応器、あるいは
特表平３−５００２６４号公報等で知られるベッセル型
構造の反応器のいずれであってもよい。反応器内の超臨
界水酸化反応の反応条件は、限定されるものではない
が、有機性汚泥の分解反応としては一般に４００℃以
上、好ましくは６００〜６５０℃の温度で、２２〜５０
ＭＰａ、好ましくは２２〜２５ＭＰａの圧力で反応を行
わせることがよい場合が多い。超臨界水酸化の反応時間
は一般に１〜１０分程度、好ましくは１〜２分程度であ
る。

【００３２】本発明において上記液状化した有機性汚泥
と共に反応器に供給される酸化剤としては、空気，酸素
ガス，酸素富化空気等のほか過酸化水素水等の液相酸化
剤を用いることもできる。

【００３３】本発明によれば、脱水固形状化により有機
性汚泥を高濃度化して著しく減容化できると共に、固形
状化した汚泥を液状化することにより流動性が著しく良
好となって超臨界水酸化処理装置へのポンプ圧送が可能
となる。

【００３４】本願の請求項８の発明は、超臨界水酸化処
理装置への有機性汚泥の供給装置に関するもので、有機
性汚泥を超臨界水酸化処理するために、該有機性汚泥を
超臨界水酸化処理装置に供給する供給装置であって、上
記有機性汚泥を脱水する脱水手段と、脱水された有機性
汚泥を液状化する液状化手段とを備えたことを特徴とす
る。また請求項９の発明は、かかる構成に加えて、液状
化手段が、汚泥を１５０℃以上に加熱する加熱手段と、
該温度の水の飽和水蒸気圧以上に加圧する加圧手段とを
含むことを特徴とする。

【００３５】これらの有機性汚泥の供給装置により、上
述した請求項１ないし７の方法発明を実施するための超
臨界水酸化処理装置を好適に構成することができる。

【００３６】また本願の請求項１０の発明は、上記の加
圧手段が、有機性汚泥を水の臨界圧力以上に加圧するも
のであることを特徴とする。

【００３７】このような加圧手段を用いることにより、
上記請求項６の方法発明を実施するための超臨界水酸化
装置を好適に構成することができる。

【００３８】なおこれらの供給装置の発明における脱水
手段、液状化手段、加熱手段、加圧手段としては、上述
した各脱水機、液状化装置、加熱器、加圧器などを挙げ
ることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明すると、図１は、代表的な有機性汚泥である下水
汚泥を超臨界水酸化処理するための装置のフローシート
を示したものであり、この図において、１はベルトプレ
ス脱水機等の脱水装置であり、例えば含水率９８重量％
前後の濃縮状態の下水汚泥が汚泥ライン１０から導入さ
れて、含まれる微生物の細胞膜が破壊されない負荷圧力
で脱水され、ろ液はろ液ライン１１から所定の水処理設
備に排出される。

【００４０】この脱水装置１で脱水されて固形状化され
た下水汚泥（ケーク）は、汚泥ライン１２を通して高圧
ポンプ２により例えば水の臨界圧力以上の圧（例えば２
２〜２５ＭＰａ）に昇圧され、汚泥ライン１３を通して
加熱装置３に送給され、１５０℃以上の温度（例えば２
００〜２５０℃）に加熱される。これら高圧ポンプ２及
び加熱装置３によって液状化装置３０が構成される。な
お、固形状化した高濃度下水汚泥の高圧ポンプにかえ
て、例えば特公平７−７３７１５号公報に開示された汚
泥圧入装置を用いることができる。

【００４１】本例の上記加熱装置３は、図示の如く超臨
界水酸化の反応器４の後段に設置した熱交換器５で熱回
収した熱媒体を循環させる熱交換型の装置であり、掻面
式熱交換器又はスクリュウ型熱交換器が用いられ、後段
の熱交換器５から熱回収した熱媒体を循環往路ライン１
５を通して導入し、熱交換後に循環復路ライン１６を通
して上記後段の熱交換器５に戻すようになっている。

【００４２】高圧ポンプ２及び加熱装置３で構成された
液状化装置３０で液状化された高濃度下水汚泥は、水の
臨界圧力以上でかつ例えば温度２００〜２５０℃の状態
で液状化物供給ライン１４を通して超臨界水酸化の反応
器４に供給され、また同時に、空気供給ライン１７から
空気圧縮機９により水の臨界圧力以上に昇圧された高圧
空気が高圧空気供給ライン１８を通して反応器４に供給
される。これにより、反応器４内に形成された超臨界領
域で高濃度の下水汚泥と酸素が超臨界水と単一相の状態
に混合し、超臨界水酸化の反応が行われる。

【００４３】反応器４内においては、上記超臨界水酸化
の反応により液状化下水汚泥中の有機物は水と二酸化炭
素にまでほぼ完全に分解され、高温高圧のガスおよび処
理水として排出ライン１９を通して上記後段の熱交換器
５に導入して、上述の熱交換（熱媒体への熱回収）によ
り亜臨界域まで温度が低下され、この処理水を更に排出
ライン２０を通して冷却器６に導入して、例えば１００
℃以下まで冷却される。なお符号２１，２２のラインは
冷却器６で熱交換するための冷却水の供給，排出系を示
している。

【００４４】なお上記の熱交換器５，冷却器６は、限定
されるものではないが、例えば二重管式熱交換器，多管
式熱交換器，蛇管式熱交換器等が好ましく用いられる。

【００４５】上記冷却器６で１００℃以下に冷却された
処理水は、排出ライン２３を通して減圧器７に導入され
大気圧まで減圧されて、ガスは排気し、処理水は排出ラ
イン２４を通して固液分離装置８に導入され、処理水中
の無機固形物を分離し、該無機固形物は固形物分離ライ
ン２６から系外に排出され、分離された処理水は処理水
排出ライン２５を通して同様に系外に排出される。

【００４６】なお、上記の減圧器７としては、限定され
るものではないが、連続式の減圧装置を用いることがで
きる他、液体サイクロンにより分離した上部上澄を連続
減圧する減圧装置と、含固体処理水をバッチ減圧する減
圧装置の２系統に設けることもでき、例えば連続式減圧
装置としてはニードル式の減圧バルブ等を挙げることが
できる。また、上記の固液分離装置８としては、同じく
限定されるものではないが、上記液体サイクロンや静置
分離装置，遠心分離装置等の比重差分離手段が用いられ
る他、フィルタープレス，ベルトプレス等の脱水機を好
ましく用いることができる。

【００４７】

【実施例】各段階における汚泥の状態を確認するために
図１の装置を模擬した試験装置（超臨界水酸化処理の反
応器はパイプ型）を用いて本願発明の一例をバッチで実
施した。なお各数値は以下の方法により測定した。

【００４８】（含水率）汚泥を乾燥器で１０５℃、一昼
夜加熱し、乾燥減量から求めた。

【００４９】（固形物中の有機物比）乾燥汚泥を電気炉
で６００℃、１時間加熱し強熱減量から求めた。

【００５０】（発熱量）ボンブ熱量計により乾燥汚泥を
純酸素中で燃焼させ、一定量の水の温度の上昇を測定し
て求めた。

【００５１】実施例１ 下水汚泥として既知の標準活性汚泥汚泥法を実施してい
る下水処理場から排出された混合生汚泥（沈殿地で堆積
した汚泥の一部を引き抜いた余剰汚泥：含水率９８重量
％）の２５００ｋｇに、高分子凝集剤を０．８重量％添
加し、脱水装置としてのベルトプレス機により含水率７
８重量％とした。なおこの固形状化した有機性汚泥（ケ
ーク）の固形分中の有機物比は７９重量％、乾燥汚泥の
発熱量は４３００ｋｃａｌ／ｋｇであった。

【００５２】上記固形状化した汚泥（ケーク）を、高圧
ポンプ、及び掻面式熱交換器からなる加熱装置で構成し
た液状化装置に導入し、閉塞防止と伝熱促進のためのス
クレーピングを実施しながら圧力５ＭＰａで、２５０℃
まで加熱し、滞留時間を６０分として連続液状化処理を
５時間行った。得られた液状化汚泥は流動性を示し、１
００℃まで冷却した後、大気圧まで減圧してドラム缶に
回収した後の状態でも十分な流動性を示した。

【００５３】上記により得られた液状化状態の汚泥２０
０ｋｇを、超臨界水酸化装置に供給して超臨界水酸化処
理を行った。すなわち、液状化汚泥を高圧ポンプで２４
ＭＰａまで昇圧し、２００〜３００℃に加熱した後、超
臨界水酸化処理の反応器に、二流体ノズルの内管を通し
て注入し、外管を通して酸化剤として同じ圧力に昇圧し
た空気を注入した。なお液状化汚泥の注入量は、反応器
内の温度が６００℃となるように流量をコントロール
し、空気量は排ガス中の酸素濃度をモニターしながらそ
の濃度が３％以上となるようにコントロールした。なお
この時ＮＯ_X ，ＳＯ_X の発生は認められなかった。

【００５４】反応器から排出された処理液を１００℃ま
で冷却し、圧力を大気圧まで減圧して取出した。処理液
は無色透明、無臭であり、有機体炭素濃度を測定したと
ころ１ｐｐｍ以下であり、下水汚泥が略完全に分解され
たことが確認された。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が奏され
る。すなわち （１）：請求項１の発明によれば、多量に排出される有
機性汚泥の減容化を実現しながら、有機性汚泥を実質的
に完全に分解可能な超臨界水酸化装置に、該減容化した
有機性汚泥を安定して供給できる。

【００５６】（２）：また、有機性汚泥の超臨界水酸化
による分解処理を実施するのに適した方法を工業的規模
の装置として初めて提供することにより、従来法で問題
となっていたＮＯ_X ，ＳＯ_X の発生がないことによる脱
硝設備，脱硫設備の不要化、灰分が排ガスに随伴しない
ことによる電気集塵機等の排ガス処理設備の不要化を実
現した安価な設備を提供できる。

【００５７】（３）：超臨界水酸化の反応器に供給する
汚泥を減容化できるので、設備される反応器の大きさを
小さくでき、したがって当初設置費用の軽減、あるいは
反応器交換等で要する維持，運用費用の軽減に極めて有
効である。

【００５８】（４）：請求項２又は３の発明によれば、
上記（１）〜（３）の効果に加えて、有機性汚泥を上述
したように安価にかつ効率よく分解処理するにあたり、
超臨界水酸化の系で処理するのに適した有機物を、その
前段で脱水ろ過側に漏出させることなく該超臨界水酸化
の系に導入させることができ、脱水プロセスのろ過水を
処理するための負担の大きな処理設備が必要ないという
利点が得られる。

【００５９】（５）：請求項４の発明は、水の亜臨界条
件下で固形状化した汚泥（ケーク）を液状化する具体的
な方法を与え、また請求項５によれば、この亜臨界条件
下で液状化した汚泥の温度，圧力を下げる（例えば大気
圧，常温まで下げる）ことによって、有機性汚泥の脱水
固形状化処理、液状化処理、及び超臨界水酸化処理の装
置，設備の空間を必ずしも近接させずに設置することを
可能とでき、これによって工業的に有利な実施状況を選
択できる利点が得られる。

【００６０】（６）：請求項６の発明によれば、液状化
を臨界圧力以上の圧力で行うため、超臨界水酸化の反応
を行う反応器に液状化した有機性汚泥を直接供給する連
続処理が可能となる利点が得られる。

【００６１】（７）：請求項７の発明によれば、下水汚
泥の減容化により、多量に発生する下水汚泥を比較的小
さな超臨界水酸化のための反応器で分解処理でき、これ
により当初設置費用の軽減、反応器交換等で要する維
持，運用費用の軽減が得られる他、従来の特に都市部に
おける下水処理場などで大きな問題となっていた汚泥埋
め立て地をほとんど不要とできる利点が得られる。

【００６２】（８）：請求項８〜１０の装置発明によれ
ば、上述した各請求項記載の方法発明を好適に実施でき
る装置を提供できるという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】下水汚泥を超臨界水酸化処理するための装置の
一実施形態のフローシートを示した図。

【符号の説明】

１・・・脱水装置、２・・・高圧ポンプ、３・・・加熱
装置、４・・・反応器（超臨界水酸化装置）、５・・・
熱交換器、６・・・冷却器、７・・・減圧器、８・・・
固液分離装置、９・・・高圧空気圧縮器、３０・・・液
状化装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安生 徳幸 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オル ガノ株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平７−35318（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−502390（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 11/06 C02F 1/74 101

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性汚泥を超臨界水酸化するに際し、
   有機性汚泥を圧力負荷により脱水して固形状化し、次い
   で該汚泥を加熱，加圧により液状化させた後超臨界水酸
   化処理の反応装置に供給することを特徴とする有機性汚
   泥の超臨界水酸化方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、有機性汚泥の脱水
   は、該有機性汚泥に含まれる微生物の細胞膜を破壊しな
   い負荷圧力条件で行うことを特徴とする有機性汚泥の超
   臨界水酸化方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、有機性汚泥の脱水
   は、該有機性汚泥の固形分濃度を１５〜３０重量％にす
   る、含まれる微生物の細胞膜を破壊しない負荷圧力条件
   で行うものであることを特徴とする有機性汚泥の超臨界
   水酸化方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   脱水により固形状化した有機性汚泥を液状化する方法
   が、該有機性汚泥を、１５０℃以上の温度でかつ該温度
   の飽和水蒸気以上の圧力の条件下に保持するものである
   ことを特徴とする有機性汚泥の超臨界水酸化方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、液状化した有機性汚
   泥を、大気圧下、常温にした後、超臨界水酸化処理の反
   応装置に供給することを特徴とする有機性汚泥の超臨界
   水酸化方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   脱水により固形状化した有機性汚泥を液状化する方法
   が、該有機性汚泥を、１５０℃以上の温度でかつ水の臨
   界圧力以上の圧力の条件下に保持するものであることを
   特徴とする有機性汚泥の超臨界水酸化方法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   超臨界水酸化処理装置に供給する有機性汚泥が、下水を
   生物学的に処理する下水処理設備で発生する余剰汚泥で
   あることを特徴とする有機性汚泥の超臨界水酸化方法。
8. 【請求項８】 有機性汚泥を超臨界水酸化処理するため
   に、該有機性汚泥を超臨界水酸化処理装置に供給する供
   給装置であって、上記有機性汚泥を圧力負荷方式で脱水
   する脱水手段と、脱水された有機性汚泥を加熱，加圧に
   より液状化する液状化手段とを備えたことを特徴とする
   超臨界水酸化処理装置への有機性汚泥の供給装置。
9. 【請求項９】 請求項８において、液状化手段は、有機
   性汚泥を１５０℃以上に加熱する加熱手段と、該加熱温
   度の水の飽和水蒸気圧以上に加圧する加圧手段とを含む
   ことを特徴とする超臨界水酸化処理装置への有機性汚泥
   の供給装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、液状化手段は、有
    機性汚泥を１５０℃以上に加熱する加熱手段と、水の臨
    界圧力以上に加圧する加圧手段とを含むことを特徴とす
    る超臨界水酸化処理装置への有機性汚泥の供給装置。