JP3804507B2 - 有機性廃棄物のバイオガス化処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は家庭から排出される厨芥やし尿、し尿処理場や下水処理場から排出される汚泥、あるいは、畜産廃棄物といわれる畜産糞尿等の有機性廃棄物の単独あるいは混合物を有機成分原料として嫌気性消化処理することにより、メタンガスを主成分とするバイオガスを発生させる有機性廃棄物のバイオガス化処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
有機性廃棄物を処理するための手法の1つとして、有機性廃棄物をバイオマス資源とみなし、有機性廃棄物中の有機成分を原料としてメタン菌等の嫌気性菌の働きによって消化処理させることにより、各種ボイラや発電設備等のエネルギー源として利用可能なバイオガス(メタン含有量50〜70%)を生産させてエネルギーの回収を図る方法がある。
【0003】
このように有機性廃棄物を原料として、嫌気性菌の働きによりバイオガスを生成させる消化処理では、上記嫌気性菌の消化処理対象となるのが主として水中に溶解した比較的低分子の有機物であるため、有機性廃棄物の固形物を含むスラリーを処理しようとすると、該スラリー中の固形物が溶けるのに時間がかかり、そのため消化槽における滞留時間が長くなり1箇月程度の処理期間が必要であった。
【0004】
このために、有機性廃棄物を予め可溶化処理した後、嫌気性菌による消化処理を短時間で効率的に行なわせる方法として、たとえば、有機性汚泥にアルカリ性物質を添加してpHを7.3〜9.2に調整すると共に、処理温度を50〜100℃に維持することで前処理を行って高負荷消化処理を可能とするようにしたもの(特開平5−345200号公報)、あるいは、都市ごみ中の厨芥を、酵素を用いて可溶化し、厨芥のスラリー(厨芥固形物と水との混合物)中のセルロール性繊維を微細化してから比重差によって三相に分離し、厨芥を多く含む相を消化処理することで消化処理を容易に行うようにしたもの(特公昭60−9879号公報)等が従来提案されている。
【0005】
又、近年では、臨界点(374℃、220atm)以下の亜臨界の領域における水は、誘電率が下がって有機物質の誘電率に近付くため、水が有機溶媒となり得ると同時に、イオン積の増加による激しい加水分解作用が生じるようになることから、有機物に亜臨界水を作用させて水熱処理することにより、有機物を低分子へ分解させ、低粘度化させて可溶化できるという特徴を利用して、図8にその一例の概略を示す如く、図示しない原料供給部から供給管1を通して供給される有機性廃棄物スラリーとしての下水汚泥2を、図示しない加圧容器に加熱手段(図示せず)や加圧装入するためのピストンポンプの如き昇圧ポンプ(図示せず)や減圧排出させるための減圧弁(図示せず)を装備してなる水熱処理装置3に装入して、該水熱処理装置3にて上記下水汚泥2を水の存在下で150〜250℃に加熱することにより、下水汚泥2に高温高圧の亜臨界水を作用させて水熱処理して可溶化させ、この際、該水熱処理によれば、十数分程度の処理で原料となる下水汚泥2中の固形物の80%以上が可溶化できるため、上記水熱処理装置3より取り出される下水汚泥の可溶化処理液4を消化槽5へ移して、該消化槽5にて嫌気性菌による消化処理を行わせて高効率にバイオガス6を発生させるようにすることで、可溶化処理をより短時間で行ってバイオガス化処理全体の高速化を図ることができる共に、嫌気性消化処理後の最終残渣を極端に少なくすることができるようにした有機性廃棄物のバイオガス化処理方法が開発されてきている。
【0006】
なお、図8中、7は消化槽5の下流側に設けた排水処理装置である。上記消化槽5においては、下水汚泥2に含まれている窒素が嫌気性消化処理時にアンモニア性窒素に転化されることから、消化槽5より排出される消化処理液を図示しない固液分離装置により固液分離してなる消化脱離液8を、上記排水処理装置7に導いて、該排水処理装置7にて硝化菌の存在下で曝気することにより、該消化脱離液8中のアンモニア性窒素を、好気条件下で硝化菌により硝酸性窒素に転化させた後、この硝酸性窒素を含む消化脱離液8を、嫌気条件下において炭素源(一般にメタノール)を供給しながら硝酸イオン中の酸素を硝化菌の呼吸により消費させ、これにより遊離の窒素ガスを発生させて大気中に放散させることで、生物学的硝化脱窒処理を行うようにするか、或いは、上記消化脱離液8を蒸気により加熱して、アンモニアを放散(ストリッピング)させることにより脱窒処理するようにし、しかる後、脱窒処理されてアンモニア性窒素の除去された処理水9を外部に放流させるようにしてある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した特開平5−345200号公報に示されている方法の場合、アルカリ処理のpHを7.3から9.2に調整するため多くのアルカリ性物質を消費すると共に、より効果的に汚泥を可溶化しようとすると、pHを9以上に調整する必要があるため、可溶化した処理液を消化槽に投入する時点で酸を用いて逆中和する必要があり、操業容易性や運転コストの点で数々の問題点を有するため、実際にこの方法を具現化するにはかなりの困難が伴う。
【0008】
又、特公昭60−9879号公報に示されている方法の場合には、使用する酵素の価格は非常に高いものであり、効果を見出す濃度の酵素を添加することは実際のプラントで実施を考えた場合全く採用し得ないものである。又、三相に比重分離し厨芥を多く含む相を消化処理することは、消化処理自体を簡略化するが、その他の廃水や残渣の処理をあわせて考慮すると、この方法を実現することははなはだ難しい。
【0009】
更に、水熱処理による可溶化処理を嫌気性消化処理の前段に設けた図8に示した如き従来の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法では、下水汚泥2を直接水熱処理装置3に供給しているが、上記下水汚泥2等の有機性廃棄物スラリーは常温では粘度が高いために、水熱処理装置3における加熱の際の伝熱効率が低く、そのため伝熱面積を大きくする必要があることから、水熱処理装置3が大型化して設備コストが嵩むという問題があり、又、下水汚泥2の固形物濃度が3%未満と低い場合(通常の下水汚泥は0.3〜2%程度)は、水分が97%以上と多いため、この多量の水分を水熱処理装置4にて水熱処理温度である150〜250℃まで加熱するために要する加熱コストが嵩むという問題がある。
【0010】
因みに、上記加熱コストの引き下げを図るための一つの手段としては、水熱処理装置3における水熱処理温度を、通常採用されている150〜250℃から、100〜150℃以下に低下させることが考えられるが、この場合、下水汚泥2中の固形物の可溶化率が低下し、水熱処理装置3より取り出される下水汚泥の可溶化処理液4中に固形の有機物が多く残って残渣量が増加するという問題が生じる。
【0011】
又、水熱処理装置3における加熱コストの引き下げを図るための他の手段としては、同伴水分を減らすために下水汚泥2を凝集剤を用いて予め濃縮し、該水分量の低下した下水汚泥2の濃縮物を水熱処理装置3へ供給させるようにすることが考えられるが、この場合には、凝集剤に高いコストを要するという問題が発生し、更に、凝集剤として無機系凝集剤を用いた場合には、水熱処理後の残渣量が増加し、又、高分子系凝集剤を用いた場合には、下水汚泥2の粘度が更に増加し、この高粘度スラリーとなる下水汚泥2の濃縮物では伝熱物性が低下して、水熱処理装置3にて加熱する際の伝熱効率が更に低下するため、水熱処理装置3に更に大きな伝熱面積が必要になり、このため水熱処理装置が更に大型化するという問題が生じる。更に、凝集剤を用いて沈殿法や遠心濃縮法によって下水汚泥2の濃縮を図る方法では、原料となる下水汚泥2中に土砂等の無機固形物が含まれていた場合には、該無機固形物は下水汚泥2の濃縮物に混入した状態で回収され、下水汚泥2の濃縮物と一緒に水熱処理装置4に導入されるようになり、その結果、上記無機固形物が、水熱処理装置4に付属する昇圧ポンプや減圧弁等の配管可動部分に対して摩耗、閉塞等の機械的障害を引き起こして、多大なメンテナンス費用を要する虞が生じるという問題もある。
【0012】
このように、原料となる有機性廃棄物を予め可溶化することにより、高速に消化処理を実施する方法として従来提案されているものでは、いずれの方法においてもランニングコストや設備コスト等の面で未だ十分なものではなく、更なる改良が望まれているのが現状である。
【0013】
そこで、本発明は、有機性廃棄物を予め可溶化して嫌気性消化によるバイオガス化処理を高速に行うことができ、且つランニングコストや設備コスト等の削減を図ることができる有機性廃棄物のバイオガス化処理方法を提供しようとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、原料となる有機性廃棄物スラリーを浮上濃縮槽にて40〜80℃に加熱して所要時間保持することにより有機性廃棄物の浮上濃縮物と希薄スラリーに分離させ、上記浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて取り出される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、水熱処理装置に供給して高温高圧の亜臨界水を作用させて水熱処理することにより可溶化させ、該浮上濃縮物の可溶化処理液を減圧させると共に所要温度まで冷却させた後、該減圧、冷却された可溶化処理液と、上記浮上濃縮槽より浮上濃縮物と分離されて取り出される希薄スラリーを消化槽に移し、該消化槽内にて嫌気性消化処理してバイオガスを発生させる有機性廃棄物のバイオガス化処理方法とする。
【0017】
浮上濃縮槽にて有機性廃棄物スラリーを濃縮して、後段の水熱処理装置にて水熱処理すべき対象を、有機性廃棄物の浮上濃縮物のみとして水熱処理すべき量を低減させることができると共に、上記浮上濃縮物は、浮上濃縮槽にて温度が40〜80℃に保持されているため、低粘度化させて伝熱効率を高めた状態で水熱処理装置に供給することができ、水熱処理装置を伝熱面積の小さいコンパクトなものとすることができて、設備コストの削減を図ることができる。又、上記浮上濃縮槽内では、有機性廃棄物スラリーが低粘度化されるため、有機性廃棄物スラリーに土砂等の無機固形物が含まれていたとしても、比重差により沈降分離させて除去できるため、該無機固形分が後段の水熱処理装置における配管可動部分に機械的障害を引き起こす虞はない。
【0018】
更に又、浮上濃縮槽より有機性廃棄物の浮上濃縮物と分離されて回収される希薄スラリーを、消化槽に移して嫌気性消化処理させることに代えて、上記希薄スラリーを、消化槽より排出される消化脱離液の生物学的消化脱窒処理を行う排水処理装置に炭素源として供給するようにすることにより、消化槽より排出される消化脱離液を生物学的消化脱窒処理する際に供給するための炭素源に要するコストを削減することができる。
【0019】
更に又、浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて回収される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、遠心濃縮器にて遠心濃縮した後、水熱処理装置に供給するようにすることにより、有機性廃棄物の浮上濃縮物に含まれる水分量を更に低減させてから水熱処理装置に供給できるため、浮上濃縮のみでは固形物濃度を高めることが困難な固形物濃度の低い有機性廃棄物スラリーの処理に有利なものとすることができる。
【0020】
更に又、水熱処理装置より取り出される高温の可溶化処理液の保有する熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにするか、又は、消化槽にて発生するバイオガスの燃焼熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにすることにより、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱に要するコストを削減できると共に、該浮上濃縮槽の加熱用熱源を別途用意する必要をなくすことができて、設備コストの削減を図ることができる。
【0021】
更に又、バイオガスの燃焼により発生する燃焼排ガスを、浮上濃縮槽に吹き込むことにより、該浮上濃縮槽内に気泡を発生させるようにすることにより、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの浮上濃縮効率を向上させることができて、該浮上濃縮槽における浮上濃縮時間の短縮を図ることが可能になる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0023】
図1は本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の基本的な考え方を示す装置の一例を示すもので、図8に示した有機性廃棄物のバイオガス化処理装置と同様に、水熱処理装置3と消化槽5と排水処理装置7を上流側から順に設けた構成において、上記水熱処理装置3の上流側に、原料となる有機性廃棄物スラリー10を予熱するための予熱装置11を設置し、該予熱装置11と上記水熱処理装置3とを、低粘度スラリー移送ライン12を介して接続して、予熱装置11により有機性廃棄物スラリー10を40〜80℃に予熱処理して粘度を低下させた後、該有機性廃棄物の低粘度スラリー13を、低粘度スラリー移送ライン12を通して水熱処理装置3に移送して水熱処理させ、これにより固形物に亜臨界水を作用させて可溶化させ、しかる後、該低粘度スラリーの可溶化処理液14を、消化槽5に移して、該消化槽にて速やかに嫌気性消化処理させてバイオガス6を発生させるようにする。
【0024】
詳述すると、上記予熱装置11は、図示しない原料供給部より供給管1を通して供給される有機性廃棄物スラリー10を受け入れる容器15と、外部より所要の高温流体を流通させることにより上記容器15内の有機性廃棄物スラリー10を加熱できるようにした伝熱管16とを備えてなる構成とし、上記伝熱管16の一端部には、水熱処理装置3の出口側に一端を接続した可溶化処理液移送ライン17aの他端を接続し、且つ伝熱管16の他端部を、可溶化処理液移送ライン17bを介して消化槽5に接続して、上記水熱処理装置3にて150〜250℃に加熱されて水熱処理された後、可溶化処理液移送ライン17aへ取り出される高温の可溶化処理液14を、予熱装置11の伝熱管16に導いて、容器15内の有機性廃棄物スラリー10と熱交換させることにより、該有機性廃棄物スラリー10を所要の予熱温度にまで間接加熱するための熱源として使用できるようにし、一方、該予熱装置11にて上記有機性廃棄物スラリー10の予熱に供して冷却させた可溶化処理液14を、可溶化処理液移送ライン17bを通して消化槽5に送ることができるようにしてある。
【0025】
上記予熱装置11において有機性廃棄物スラリー10の予熱に供された後も、可溶化処理液14の温度が後段の消化槽5における嫌気性消化処理の至適温度よりも高い場合には、図1に二点鎖線で示す如く、処理液移送ライン17bの途中位置に、流通する可溶化処理液14の温度を、消化槽5における嫌気性消化処理の至適温度以下まで冷却するためのクーラー18を設けるようにする。
【0026】
上記水熱処理装置3は、図1に示す如く、管状の加圧容器としての水熱処理容器19をヒータの如き加熱手段(図示せず)により加熱できるように備えると共に、該水熱処理容器19の上流側の流路にピストンポンプの如き昇圧ポンプ20を備え、且つ下流側流路に減圧弁21をそれぞれ備えた構成としてあり、上記予熱装置11にて低粘度化された後、低粘度スラリー移送ライン12を通して送られる有機性廃棄物の低粘度スラリー13を、昇圧ポンプ20にて所要圧力まで昇圧させながら水熱処理容器19に連続的に装入させると共に、加熱手段により150〜250℃に加熱して、上記低粘度スラリー13に亜臨界水を作用させて固形物を可溶化させ、しかる後、可溶化処理液14を減圧弁21により減圧させながら可溶化処理液移送ライン17aへ連続的に送り出すことにより、水熱処理を連続的に行うことができるようにしてある。
【0027】
その他、図8に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【0028】
上記装置を用いて有機性廃棄物のバイオガス化処理を行う場合は、先ず、原料供給部より供給管1aを通して導いた常温(10〜30℃程度)の有機性廃棄物スラリー10を、予熱装置11に供給して40〜80℃に予熱して粘度を低下させる。この際、予熱温度は上記温度範囲内であれば高いほうが好ましい。なお予熱温度を40〜80℃としたのは、40℃未満及び80℃を越える場合には、粘度低減の効果が顕著ではなくなるためである。又、有機性廃棄物スラリー10の上記予熱温度における保持時間は、数分程度でよく、長くても20〜30分程度にする。次に、上記予熱装置11より低粘度スラリー移送ライン12を通して導いた低粘度スラリー13を、水熱処理装置3にて昇圧ポンプ20にて所要圧力まで加圧すると共に加熱手段により150〜250℃に加熱して、低粘度スラリー13に高温高圧の亜臨界水を作用させて固形物を可溶化させる。次いで、可溶化処理液14を、減圧弁21にて可溶化処理液移送ライン17a,17bを通して消化槽5に移送させるときに、予熱装置11の伝熱管16を経由させて有機性廃棄物スラリー10と熱交換させることにより冷却させると共に、必要に応じてクーラー18にて所要温度まで冷却させた後消化槽5に流入させ、該消化槽5にて上記可溶化処理液14を嫌気性消化処理させることによりバイオガス6を発生させるようにする。消化槽5より排出される消化脱離液8は、図8に示したものと同様に、排水処理装置7にて脱窒処理してアンモニア性窒素の除去された処理液9とさせてから外部に放流させる。
【0029】
上記において、有機性廃棄物スラリー10を予熱装置にて常温から40〜80℃に予熱すると、たとえば、有機性廃棄物スラリー10としての2〜5%固形物濃度の下水汚泥では、常温では400〜1000cPの粘度を有するが、80℃に熱した場合には100〜200cPに粘度低下するというように、常温においては高粘度となる有機性廃棄物スラリー10は、その粘度が低下させられて低粘度スラリー13とされる。この粘度の低下に伴って、該低粘度スラリー13では、伝熱効率を示す総括伝熱係数が、常温の有機性廃棄物スラリー10の場合に比して数倍から10倍程度に大きくなるため、上記低粘度スラリー13を水熱処理装置3に移して水熱処理するときに、より容易に水熱処理温度まで加熱されるようになる。又、消化槽5には、予め固形分の可溶化された可溶化処理液14を供給するようにしてあることから、該消化槽5内にて有機成分の嫌気性消化処理が速やかに行われてバイオガス6が発生させられる。
【0030】
このように、高粘度で伝熱効率の低い有機性廃棄物スラリー10を、低粘度スラリー13とすることにより伝熱効率を大幅に向上させてから水熱処理装置3に供給できるため、該水熱処理装置3における加熱を容易に実施でき、このため低粘度スラリー13とさせることに伴う上記総括伝熱係数の拡大に反比例するように水熱処理装置3の伝熱面積を縮小することが可能になることから、水熱処理装置3の小型化を図ることができて、設備コストを削減することが可能になる。
【0031】
又、予熱装置11における有機性廃棄物スラリー10の予熱は、水熱処理装置3より取り出される高温の可溶化処理液14を熱源として用いるようにしてあることから、予熱装置11における有機性廃棄物スラリー10の予熱に要するコストを削減できると共に、予熱用熱源を別途用意する必要がないため、設備コストの削減を図ることができる。
【0032】
次に、図2は本発明の基本的な考え方を示す装置の他の例を示すもので、図1に示した構成において、予熱装置11の伝熱管16に、水熱処理装置3より高温の可溶化処理液14を導く可溶化物移送ライン17aを接続して、上記高温の可溶化処理液14を有機性廃棄物スラリー10の予熱用熱源として上記伝熱管16に流通させるようにしたことに代えて、予熱装置11の伝熱管16の両端部に、温水ボイラ22を、温水供給管23と温水回収管24を介して接続して、温水ボイラ22にて発生させる高温の温水25を、温水供給管23、伝熱管16、温水回収管24の順に循環させることにより予熱装置11における有機性廃棄物スラリー10の予熱用熱源として用いることができるようにし、更に、上記温水ボイラ22には、消化槽5に一端を接続したガス取出管26の他端を接続して、消化槽5における有機成分の嫌気性消化により発生するバイオガス6を、ガス取出管26へ取り出して回収すると共に、温水ボイラ22へ燃料として供給して燃焼させ、このバイオガス6の燃焼熱により、上記温水ボイラ22にて、予熱装置11における有機性廃棄物スラリー10の予熱用熱源として用いるための高温の温水25を発生させるようにしたものである。
【0033】
上記温水ボイラ22において、消化槽5より回収されるバイオガス6のみでは燃料に不足が生じる虞がある場合は、図2に二点鎖線で示す如く、温水ボイラ22に、図示しない燃料供給部より各種燃料を補助燃料27として導くための燃料供給管28を接続して、温水ボイラ22に、燃料供給部より燃料不足分に相当する補助燃料27を供給させるようにする。又、水熱処理装置3と消化槽5はクーラー18を備えた可溶化物移送ライン17を介して直接接続して、上記水熱処理装置3より取り出される高温の可溶化処理液14は、クーラー18にて後段の嫌気性消化処理の至適温度以下になるように冷却させた後、可溶化物移送ライン17を通して消化槽5へ送るようにしてある。その他の構成は図1に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【0034】
本実施の形態によれば、バイオガス化処理を行うべく有機性廃棄物スラリー10を供給管1aを通して予熱装置11に供給すると、該有機性廃棄物スラリー10は、温水ボイラ22より温水供給管23を通して伝熱管16に導かれる高温の温水25により所要の予熱温度に予熱され、これにより粘度が低く且つ伝熱効率の高められた低粘度スラリー13とされた後、水熱処理装置3にて高温高圧にされることにより、亜臨界水の作用により水熱処理されて可溶化される。しかる後、該可溶化処理液14は、減圧弁21にて減圧され、クーラー18にて冷却された後、消化槽5へ移されて、該消化槽5にて速やかに嫌気性消化処理が行われることによりバイオガス化が行われる。この際発生するバイオガス6は、温水ボイラ22にて燃料として燃焼され、その燃焼熱により上記予熱装置11にて有機性廃棄物スラリー10の予熱用熱源として用いる温水25の加熱が行われるようになる。
【0035】
このように、予熱装置11にて、温水25を熱源として有機性廃棄物スラリー10を所要の予熱温度に予熱して伝熱効率の高い低粘度スラリー13とした後、水熱処理装置3に供給することができるため、上記実施の形態と同様に、水熱処理装置3における水熱処理の対象の伝熱効率を高めることができて、水熱処理装置3の小型化を図って設備コストを削減することができる。又、上記予熱装置11における有機性廃棄物スラリー10の予熱用熱源としては、消化槽5にて発生させるバイオガス6の温水ボイラ22における燃焼熱により加熱した温水25を使用できることから、上記実施の形態と同様に、予熱装置11における有機性廃棄物スラリー10の予熱に要するコストを削減できると共に、予熱用熱源を別途用意する必要がないため、設備コストの削減を図ることも可能となる。
【0036】
上述した考えに基づき、本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法について説明する。図3は本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の実施の一形態に用いる装置の一例を示すもので、図1と同様な構成において、水熱処理装置3の上流側に予熱装置11を設けることに代えて、水熱処理装置3の上流側に浮上濃縮槽29を設けて、該浮上濃縮槽29にて、原料となる有機性廃棄物スラリー10を40〜80℃に所要時間保持することにより、固形物を浮上濃縮させ、該浮上濃縮槽29にて固形物濃度が高められると同時に加熱されて粘度が低下させられた有機性廃棄物の浮上濃縮物30を、水熱処理装置3に供給して水熱処理させるようにしたものである。
【0037】
上記浮上濃縮槽29は、上下方向に延びるタンク31の側壁上部位置に、浮上濃縮物取出口32を、又、上下方向中間部位置に希薄スラリー取出口33をそれぞれ設けると共に、タンク底部に図示しない開閉装置により開閉可能としてある無機固形物取出口34を設け、且つタンク頂部に、図1に示した供給管1aと同様に図示しない原料供給部から有機性廃棄物スラリー10を導くための供給管1aが接続してあり、更に、上下方向中間部所要位置に、外部より所要の高温流体を流通させることにより上記タンク31内に収容した有機性廃棄物スラリー10を間接加熱するための伝熱管35を備えた構成としてなり、上記浮上濃縮物取出口32には、図1に示した水熱処理装置3と同様の水熱処理装置3を浮上濃縮物移送ライン36を介して接続し、又、上記伝熱管35の入口側となる一端部と、水熱処理装置3の出口側とを可溶化物移送ライン17aにて接続すると共に、伝熱管35の出口側となる他端部と、消化槽5とを可溶化物移送ライン17bを介して接続した構成としてある。更に、希薄スラリー取出口33に接続した希薄スラリー移送ライン37を、上記可溶化物移送ライン17bの途中位置に接続した構成としてある。更に又、上記浮上濃縮槽29は、供給管1aを通して供給される有機性廃棄物スラリー10を所要時間、たとえば、少なくとも30分以上、好ましくは1〜2時間程度滞留させることができる容積のものとしてある。なお、上記の如く浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の滞留時間を少なくとも30分以上としたのは、常温の有機性廃棄物スラリー10を40〜80℃に加熱すると、図1に示した場合と同様に、スラリー全体の粘度が低下させられ、同時に有機性廃棄物スラリー10中の固形物の物性が変化してその比重が軽くなるため、上記固形物は徐々に浮上させられるようになるが、保持時間が30分未満では、上記固形物の表層への浮上が十分に行われず、したがって浮上分離による濃縮が十分に行われないためである。
【0038】
その他、図1に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【0039】
上記装置を用いて有機性廃棄物のバイオガス化処理を行う場合は、先ず、原料供給部より供給管1aを通して導いた有機性廃棄物スラリー10を浮上濃縮槽29に投入して、40〜80℃にて所要時間滞留させる。これにより、上述した如く、有機性廃棄物スラリー10中の固形物は、浮上濃縮槽29内にて表層へ浮上させられて浮上濃縮物30とされると共に、その粘度が低下させられ、たとえば、有機性廃棄物スラリー10として1.5〜2.5%固形物濃度の下水汚泥の場合には、浮上濃縮槽にて60℃に加熱して1〜2時間保持すると、固形物濃度が4〜8%に濃縮されると共に、粘度が100〜200cPとなる浮上濃縮物30が浮上分離されるため、固形物濃度が低くてそのまま嫌気性消化処理可能な希薄スラリー38と上下方向に分離されるようになる。
【0040】
又、この際、原料となる有機性廃棄物スラリー10に土砂等の無機固形物39が含まれていた場合には、該無機固形物39は粘度の低下したスラリー中を比重差により沈降させられるため、上記浮上濃縮槽29内では、表層の浮上濃縮物30と、中間層の希薄スラリー38と、底層に沈降分離される無機固形物39の3相に分離される。その後、浮上濃縮物取出口32より取り出される浮上濃縮物30は、浮上濃縮物移送ライン36を介して水熱処理装置3に移送し、図1に示した低粘度スラリー13の水熱処理と同様に水熱処理することにより固形物を可溶化させる。その後、可溶化処理液移送ライン17aに取り出される高温状態の浮上濃縮物の可溶化処理液40は、浮上濃縮槽29の伝熱管35に導いて流通させることにより、該浮上濃縮槽29において有機性廃棄物スラリー10を上記所要温度まで間接加熱するための熱源として使用させ、その後、該有機性廃棄物スラリー10と熱交換することにより冷却された可溶化処理液40は、図1に示した可溶化処理液14と同様に、可溶化処理液移送ライン17bを通して消化槽5へ送るようにし、この際、浮上濃縮槽29にて浮上濃縮物30と分離される希薄スラリー38を、希薄スラリー取出口33より希薄スラリー移送ライン37に取り出すとともに、上記可溶化処理液移送ライン17bを通して消化槽5へ送られる可溶化処理液40に混入させて消化槽5へ送るようにし、しかる後、該消化槽5にて、上記可溶化処理液40と希薄スラリー38を速やかに嫌気性消化させることによりバイオガスを発生させるようにする。上記消化槽5より取り出される消化脱離液8は、図1に示した消化脱離液8と同様に、消化処理装置7て脱窒処理した後、処理水9として外部へ放流させるようにする。
【0041】
一方、浮上濃縮槽29にて底層に沈降分離される無機固形物39は、適宜時期若しくは定期的に浮上濃縮槽29底部の無機固形物取出口34より取り出して除去するようにする。
【0042】
このように、本実施の形態によれば、有機性廃棄物スラリー10中の固形物を、一旦浮上濃縮槽29にて濃縮させて浮上濃縮物30のみを水熱処理装置3に供給して水熱処理させるようにしていることから、該水熱処理装置3における処理量を減少させることができると共に、上記浮上濃縮物30を低粘度化して伝熱効率が高められた状態で水熱処理装置3に供給できるため、該水熱処理装置3における伝熱効率を高めることができ、水熱処理装置3の更なる小型化を図って設備コストを削減することができる。又、浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の加熱用熱源としては、水熱処理装置3より高温状態で取り出される可溶化処理液40を用いるようにしてあることから、上記浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の加熱に要するコストを削減できると共に、加熱用熱源を別途用意する必要がないため、設備コストの削減を図ることができる。更に、浮上濃縮槽29では、有機性廃棄物スラリー10中の固形物濃度を浮上濃縮により高めることができるため、固形物濃度の比較的薄い有機性廃棄物スラリー10のバイオガス化処理に有利なものとすることができ、又、原料となる有機性廃棄物スラリー10に無機固形物39が含まれていた場合には、該無機固形物39を浮上濃縮槽29にて沈降分離させて除去できるため、水熱処理装置3における昇圧ポンプ20や減圧弁21等の配管可動部分に対して上記無機固形物39が摩耗、閉塞等の機械的障害を引き起こす虞を解消できる。
【0043】
更に、図4は本発明の実施の他の形態を示すもので、図3に示したものと同様な構成において、希薄スラリー移送ライン37の他端を、可溶化物移送ライン17bの途中位置に接続することに代えて、排水処理装置7に接続すると共に、該排水処理装置7を、生物学的消化脱窒処理法による脱窒処理を行うものとして、浮上濃縮槽29にて浮上濃縮物30や無機固形物39と分離されて希薄スラリー取出口33より取り出される希薄スラリー38を、廃水処理装置7に、消化脱離液8を生物学的消化脱窒処理するための炭素源として供給するようにしたものである。
【0044】
その他の構成は図3に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【0045】
本実施の形態によれば、消化槽5より排出される消化脱離液8を生物学的消化脱窒処理する際に供給すべき炭素源のために要するコストを削減することができる。
【0046】
更に又、図5は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図3に示したものと同様な構成において、浮上濃縮槽29に伝熱管35を設けて、該伝熱管35に、水熱処理装置3より高温の可溶化処理液40を導く可溶化物移送ライン17aを接続して、上記高温の可溶化処理液40を浮上濃縮槽29の加熱用熱源とするようにしたことに代えて、浮上濃縮槽29に、上下方向に延びて上端部がタンク31の頂部中心部を貫通し且つ下端部がタンク31内の下部所要位置に達する蒸気吹込管41を設置し、該蒸気吹込管41の上端に、蒸気ボイラ42より蒸気43を導くための蒸気配管44を接続して、蒸気ボイラ42にて発生させた蒸気43を蒸気配管44、蒸気吹込管41を通して導いて、浮上濃縮槽29にて所要時間滞留させる有機性廃棄物スラリー10内に直接噴出させることにより、該有機性廃棄物スラリー10を40〜80℃に加熱できるようにし、更に、上記蒸気ボイラ42には、消化槽5に一端を接続したガス取出管26の他端を接続して、消化槽5における有機成分の嫌気性消化により発生するバイオガス6を、上記ガス取出管26を介して蒸気ボイラ42へ燃料として供給して燃焼させ、このバイオガス6の燃焼熱により、上記蒸気ボイラ42にて、浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の加熱用熱源として用いるための蒸気43を発生させるようにしたものである。
【0047】
上記蒸気ボイラ42において、消化槽5より回収されるバイオガス6のみでは燃料に不足が生じる虞がある場合には、図5に二点鎖線で示す如く、蒸気ボイラ42に、図示しない燃料供給部より各種燃料を補助燃料27として導くための燃料供給管28を接続して、燃料供給部より蒸気ボイラ42へ燃料不足分に相当する補助燃料27を供給して燃焼させるようにする。又、水熱処理装置3と消化槽5はクーラー18を備えた可溶化物移送ライン17を介して直接接続して、上記水熱処理装置3より取り出される高温の可溶化処理液40は、上記クーラー18にて後工程の嫌気性消化処理の至適温度以下になるように冷却させた後、可溶化物移送ライン17を通して消化槽5へ送るようにしてある。その他の構成は図3に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【0048】
本実施の形態によれば、消化槽5における嫌気性消化の際に発生するバイオガス6を蒸気ボイラ42にて燃料として燃焼させ、その燃焼熱により浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の直接加熱に用いるための蒸気43を発生させるようにしてあるため、図3に示した実施の形態と同様に、浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の所要温度までの加熱に要するコストを削減できると共に、加熱用熱源を別途用意する必要がないため、設備コストの削減を図ることも可能となる。
【0049】
更に、図6は、本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図5に示したものと同様な構成において、浮上濃縮物移送ライン36の途中位置に、遠心濃縮器45を設置すると共に、該遠心濃縮器45より固形物と遠心分離されるろ液46を排出させるためのろ液排出ライン47を、希薄スラリー移送ライン37の途中位置に接続した構成として、浮上濃縮槽29より浮上濃縮物移送ライン36を通して導かれる浮上濃縮物30を、遠心濃縮器45にて遠心分離させることにより、水分をろ液46として更に分離させて浮上濃縮物30の固形物濃度を更に高めた後、水熱処理装置3へ送ることができるようにし、一方、上記遠心濃縮器45における遠心濃縮により上記浮上濃縮物30と分離されるろ液46は、ろ液排出ライン47を通して希薄スラリー移送ライン37に導いて、該希薄スラリー移送ライン37を通して消化槽5へ移送される希薄スラリー37に混入させるようにして、消化槽5にて嫌気性消化させることにより、バイオガス化処理を行わせるようにしたものである。
【0050】
その他の構成は、図5に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【0051】
本実施の形態によれば、有機性廃棄物スラリー10は、浮上濃縮槽29にて図5に示したものと同様にして固形物濃度が高められた浮上濃縮物とされた後、遠心濃縮器45にて含まれる水分量が更に減少させられて、更に固形物濃度を高めた状態の浮上濃縮物30、すなわち、たとえば、原料の有機性廃棄物スラリー10として0.5%固形物濃度の下水汚泥を処理した場合には、浮上濃縮槽29にて60℃に加熱して1〜2時間保持すると、1.5〜3%まで固形物濃度が濃縮された浮上濃縮物30が得られ、これを遠心濃縮器45にて更に遠心濃縮することにより、4〜8%固形物濃度の浮上濃縮物30が得られ、且つ該浮上濃縮物30は上記温度までの加熱されることにより、粘度が低下させられて伝熱効率が高められた状態で水熱処理装置3に供給されるようになるため、浮上濃縮槽29における浮上濃縮のみでは固形物濃度を高めることが難しい固形物濃度の低い有機性廃棄物スラリー10の処理に有利なものとすることができる。
【0052】
更に、図7は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図6に示したものと同様な構成において、浮上濃縮槽29に、蒸気吹込管41を設置し、該蒸気吹込管41に、蒸気ボイラ42より蒸気43を導くための蒸気配管44を接続し、且つ該蒸気ボイラ42には、消化槽5に一端を接続したガス取出管26の他端を接続した構成とすることに代えて、浮上濃縮槽29を、タンク31の上下方向中間部所要位置に、外部より所要の高温流体を流通させることにより上記タンク31内に収容した有機性廃棄物スラリー10を間接加熱するための伝熱管48を備えると共に、該浮上濃縮槽29内の下端部に、外部より後述する燃焼ガス49を導いて散気させるための散気装置50を設けた構成とし、且つ上記浮上濃縮槽29の伝熱管48の両端部には、図2に示した温水ボイラ22と同様に、消化槽5よりガス取出管26を介してバイオガス6を導いて燃料として燃焼させることにより高温の温水25を発生させるようにしてある温水ボイラ22を、温水供給管23と温水回収管24を介して接続して、温水ボイラ22にて発生させる高温の温水25を、温水供給管23、伝熱管48、温水回収管24の順に循環させることにより浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の加熱用熱源として用いることができるようにし、更に、上記散気装置50には、上記温水ボイラ22の排ガスライン51より分岐させた分岐管52の先端部を接続して、温水ボイラ22より排ガスライン51を通して排出される燃焼排ガス49の一部を、分岐管を通して散気装置50に導き、該散気装置50より浮上濃縮槽29に収容した有機性廃棄物スラリー10内に噴出させることにより、該有機性廃棄物スラリー10内に気泡を発生させることができるようにしたものである。
【0053】
その他の構成は図6に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【0054】
本実施の形態によれば、浮上濃縮槽29において、消化槽5より回収したバイオガス6を燃料として温水ボイラ22にて発生させる高温の温水25を、伝熱管に流通させることにより浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の間接加熱が行われると共に、温水ボイラ22の燃焼排ガス49の一部が散気装置50より直接吹き込まれることによる有機性廃棄物スラリー10の直接加熱も行われるため、たとえば、1tの有機性廃棄物スラリー10に対して、上記温水25との加熱割合を鑑みて燃焼排ガス49の噴出量を0.5〜10m3の範囲で調整することにより、有機性廃棄物スラリー10を40〜80℃に加熱して浮上濃縮を行わせることができるため、浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の加熱時間を短縮できる。又、燃焼排ガス49を有機性廃棄物スラリー10に吹き込んで気泡を発生させることができるため、浮上濃縮槽29における固形物の浮上分離を促進して浮上濃縮効率を向上させることができ、該浮上濃縮槽29における浮上濃縮に要する時間を短縮することも可能になる。
【0055】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図5乃至図7に示した実施の形態において、希薄スラリー移送ライン37の他端を、図4に示した実施の形態と同様に排水処理装置7に接続して、浮上濃縮槽29より回収される希薄スラリー38を、消化脱離液8の生物学的消化脱窒処理を行うための炭素源として排水処理装置7へ供給するようにしてもよいこと、図5及び図6に示した実施の形態において、蒸気ボイラ42の燃焼排ガスを、図7に示した実施の形態と同様に、浮上濃縮槽29における気泡発生用のガスとして用いるようにしてもよいこと、図7に示したものでは、浮上濃縮槽29における有機性廃棄物スラリー10の加熱用熱源としては、温水25と燃焼排ガス49を併用したものとして示したが、いずれか一方のみにより有機性廃棄物スラリー10の加熱を行うようにしてもよいこと、水熱処理装置3は、供給される有機性廃棄物の低粘度スラリー13や、浮上濃縮物30を高温高圧にして亜臨界水を作用させることにより有機成分の固形物を可溶化できれば、いかなる形式のものを採用してもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0056】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
(1)原料となる有機性廃棄物スラリーを浮上濃縮槽にて40〜80℃に加熱して所要時間保持することにより有機性廃棄物の浮上濃縮物と希薄スラリーに分離させ、上記浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて取り出される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、水熱処理装置に供給して高温高圧の亜臨界水を作用させて水熱処理することにより可溶化させ、該浮上濃縮物の可溶化処理液を減圧させると共に所要温度まで冷却させた後、該減圧、冷却された可溶化処理液と、上記浮上濃縮槽より浮上濃縮物と分離されて取り出される希薄スラリーを消化槽に移し、該消化槽内にて嫌気性消化処理してバイオガスを発生させるようにしてあるので、浮上濃縮槽にて有機性廃棄物スラリーを濃縮して、後段の水熱処理装置にて水熱処理すべき対象を、有機性廃棄物の浮上濃縮物のみとして水熱処理量を低減させることができて、水熱処理に要する加熱コストを削減できると共に、上記浮上濃縮物は、浮上濃縮槽にて温度が40〜80℃に保持されているため、低粘度化させて伝熱効率を高めた状態で水熱処理装置に供給することができ、水熱処理装置を伝熱面積の小さいコンパクトなものとすることができて、設備コストの削減を図ることができる。又、上記浮上濃縮槽内では、有機性廃棄物スラリーが低粘度化されるため、有機性廃棄物スラリーに土砂等の無機固形物が含まれていたとしても、比重差により沈降分離させて除去できるため、該無機固形分が後段の水熱処理装置における配管可動部分に機械的障害を引き起こす虞はなく、したがって、土砂等の無機固形分の混入した有機性廃棄物スラリーのバイオガス化処理に有利なものとすることができる。
(2)浮上濃縮槽より有機性廃棄物の浮上濃縮物と分離されて回収される希薄スラリーを、消化槽に移して嫌気性消化処理させることに代えて、上記希薄スラリーを、消化槽より排出される消化脱離液の生物学的消化脱窒処理を行う排水処理装置に炭素源として供給するようにすることにより、消化槽より排出される消化脱離液を生物学的消化脱窒処理する際に供給するための炭素源に要するコストを削減することができる。
(3)浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて回収される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、遠心濃縮器にて遠心濃縮した後、水熱処理装置に供給するようにすることにより、有機性廃棄物の浮上濃縮物に含まれる水分量を更に低減させてから水熱処理装置に供給できるため、浮上濃縮のみでは固形物濃度を高めることが困難な固形物濃度の低い有機性廃棄物スラリーの処理に有利なものとすることができる。
(4)水熱処理装置より取り出される高温の可溶化処理液の保有する熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにするか、又は、消化槽にて発生するバイオガスの燃焼熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにすることにより、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱に要するコストを削減できると共に、該浮上濃縮槽の加熱用熱源を別途用意する必要をなくすことができて、設備コストの削減を図ることができる。
(5)バイオガスの燃焼により発生する燃焼排ガスを、浮上濃縮槽に吹き込むことにより、該浮上濃縮槽内に気泡を発生させるようにすることにより、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの浮上濃縮効率を向上させることができて、該浮上濃縮槽における浮上濃縮時間の短縮を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の基本的な考え方を示す装置の一例を示す概要図である。
【図2】 本発明の基本的な考え方を示す装置の他の例を示す概要図である。
【図3】 本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の実施の一形態を示す概要図である。
【図4】 本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図5】 本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図6】 本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図7】 本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図8】 従来の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の一例を示す概要図である。
Claims (6)
- 原料となる有機性廃棄物スラリーを浮上濃縮槽にて40〜80℃に加熱して所要時間保持することにより有機性廃棄物の浮上濃縮物と希薄スラリーに分離させ、上記浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて取り出される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、水熱処理装置に供給して高温高圧の亜臨界水を作用させて水熱処理することにより可溶化させ、該浮上濃縮物の可溶化処理液を減圧させると共に所要温度まで冷却させた後、該減圧、冷却された可溶化処理液と、上記浮上濃縮槽より浮上濃縮物と分離されて取り出される希薄スラリーを消化槽に移し、該消化槽内にて嫌気性消化処理してバイオガスを発生させることを特徴とする有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
- 浮上濃縮槽より有機性廃棄物の浮上濃縮物と分離されて回収される希薄スラリーを、消化槽に移して嫌気性消化処理させることに代えて、上記希薄スラリーを、消化槽より排出される消化脱離液の生物学的消化脱窒処理を行う排水処理装置に炭素源として供給するようにした請求項1記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
- 浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて回収される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、遠心濃縮器にて遠心濃縮した後、水熱処理装置に供給するようにした請求項1又は2記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
- 水熱処理装置より取り出される高温の可溶化処理液の保有する熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにした請求項1、2又は3記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
- 消化槽にて発生するバイオガスの燃焼熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにした請求項1、2又は3記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
- バイオガスの燃焼により発生する燃焼排ガスを、浮上濃縮槽に吹き込むことにより、該浮上濃縮槽内に気泡を発生させるようにした請求項5記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
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