JP3808475B2 - 有機性汚泥の嫌気性消化システム - Google Patents
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Description
この発明は、例えば下水処理場から排出される生汚泥や生物性汚泥並びに食品工場や化学工場から排出される有機性高濃度汚泥など（以下、有機性汚泥という）の嫌気性菌による嫌気性消化方法と同消化システムに関し、とくに高温高濃度で消化する方法と同消化システムに関する。
この種の先行技術に、例えば、加温塔内で消化汚泥と濃縮汚泥とに加熱空気を接触させて同汚泥を加温し、これらの加温汚泥を高温消化槽へ供給して嫌気性消化する方法で、前記加温塔から排出される空気をガス熱交換器または消化ガス燃焼炉の少なくとも一方へ供給し、前記加熱空気として熱回収し、前記加温塔へ供給する有機性汚泥の消化方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
その他、有機性固形分を含有した廃水を沈殿槽で沈殿分離したのち、その有機性固形分の少ない上澄み液を嫌気性処理装置にて嫌気性処理するとともに、前記沈殿槽で沈殿分離した有機性固形物を含む沈殿固形物濃縮液を、高温で可溶化した後、この可溶化した可溶化処理液を嫌気性処理装置に導入する高濃度有機性廃水の嫌気性消化方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−３１９８９５号公報（段落番号０００５、図１〜図３）
特開平９−１１７９号公報（段落番号００１４、００２１、図１）
しかしながら、上記した先行技術の消化方法では、いずれも以下のような点で解決すべき課題が残されている。すなわち、
前者の場合、汚泥に加熱空気を直接に接触させるので、排気の際に脱臭処理を行う必要がある。また、加温過程では、消化槽からの消化汚泥は濃縮されずに加温されるので、かなりの熱量を必要とする。
前者の場合、汚泥に加熱空気を直接に接触させるので、排気の際に脱臭処理を行う必要がある。また、加温過程では、消化槽からの消化汚泥は濃縮されずに加温されるので、かなりの熱量を必要とする。
後者の場合、沈殿槽で上澄み液と沈殿固形物液とに分離し、上澄み液は嫌気性消化処理を行い、沈殿固形物液は高温条件で可溶化した後に嫌気性消化を行うから、消化工程が複雑で、消化処理に多くの日数がかかる。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、従来の嫌気性消化方法に比べて消化率を向上し、最終処理すべき汚泥の量を減らせるなど、主に下水処理場において水処理の負荷を増やさずに、消化工程から脱水工程にかけての作業の効率化を図れる有機性汚泥の嫌気性消化システムを提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために本発明にかかる有機性汚泥の嫌気性消化システムは、有機性汚泥を消化槽でメタン醗酵により嫌気性消化し、消化した汚泥を引き抜いて遠心脱水機により脱水した汚泥ケーキを焼却するなどして廃棄する消化システムにおいて、前記消化槽の下流側に消化汚泥の一部を加温するための加温塔を設け、この加温塔と前記消化槽との間に前記消化汚泥を濃縮するための濃縮機を介設するとともに、前記加温塔で加温した汚泥を前記消化槽へ循環するための循環路と、前記消化槽で発生する消化ガスの燃焼炉と、この燃焼熱により過熱水蒸気を発生させる熱交換器とをそれぞれ設け、前記加温塔内で濃縮した消化汚泥を過熱水蒸気に直接接触させて加温した後、凝縮させず水蒸気の状態で熱交換器に戻すようにしたことを特徴としている。
上記構成を有する本発明の消化システムによれば、従来はあらかじめ汚泥を加温して消化槽に投入していたが、本発明の有機性汚泥の嫌気性消化システムによれば、消化槽内に常温で汚泥を投入した後に、消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、濃縮つまり水分を除去してから加温し、加温・高濃度汚泥を再び消化槽に循環するので、消化槽内の汚泥の温度を、高温メタン生成菌による嫌気性消化に必要な５３℃前後まで容易に加温できるとともに、汚泥の濃度もかなり高くなる。したがって、消化速度が従来の中温（４０℃前後）メタン生成菌による嫌気性消化の２倍程度まで向上し作業効率が大幅にアップする。
また、過熱水蒸気を熱媒体とし、濃縮消化汚泥に直接接触で顕熱を与えて水分は与えないので、高効率の加温ができ、かつ汚泥の濃度を低下させることもない。さらに、汚泥を加温する水蒸気は熱交換器と加温塔との閉回路を循環するので、脱臭する必要がない。
請求項２に記載のように、前記消化槽内の消化汚泥の一部を引き抜き脱水処理するための前記遠心脱水機を前記濃縮機と兼用することができる。
請求項２記載の嫌気性消化システムによれば、従来から使用している遠心脱水機を濃縮機としても使用できるため、設備費が低減される。具体的には、例えば昼間は凝集剤を引き抜き汚泥の固形物量の１％程度投入し、遠心脱水して消化汚泥を廃棄処理し、夜間には循環させる汚泥を凝集剤を使わずに遠心脱水機で濃縮し、加温塔で加温して消化槽へ戻す。なお、濃縮後に生じる分離液に固形物量の０．５％程度の凝集剤を投入し、水処理する。
請求項３に記載のように、前記濃縮機にて消化汚泥の一部を濃縮して分離液を除去することにより、前記消化槽に汚泥の一時貯留槽としての機能をもたせることができる。
このようにすれば、前記消化槽を汚泥の一時貯留槽として使用することができる。
本発明にかかる消化システムは上記の構成からなるので、下記のような優れた効果を有する。すなわち、
1) 高温度・高濃度で汚泥を嫌気性消化するので、消化速度が従来の中温（４０℃前後）メタン生成菌による嫌気性消化の２倍程度まで向上し、消化率が従来の４０％前後から６０％以上になるため、最終処分すべき汚泥の量が大幅に減少する。
1) 高温度・高濃度で汚泥を嫌気性消化するので、消化速度が従来の中温（４０℃前後）メタン生成菌による嫌気性消化の２倍程度まで向上し、消化率が従来の４０％前後から６０％以上になるため、最終処分すべき汚泥の量が大幅に減少する。
2) 消化槽から抜き出した汚泥を高温を維持しながら直接濃縮機に供給することで、無薬注での濃縮が可能になる。
3) 上記2)の濃縮ろ液中には多少のＳＳ分が流出するが、ＳＳ回収装置を付帯させることで、水処理に返送させる固形物量を減少させることができる。また、ＳＳ回収装置に少量の凝集剤を添加することで、ＳＳ分を効率的に回収できる。
4) 汚泥循環ラインにおいて汚泥を濃縮（減量化）してから加温するので、加温に必要な熱量が少なくて済み経済的である。
5) 汚泥循環ラインにおいて濃縮機により汚泥の一部を濃縮して分離液を除去することにより、消化槽に汚泥の一時貯留槽としての機能をもたせられるので、脱水機以降の汚泥処理工程において予備機を設置しなくてもプラントの安定した運転が容易になる。
6) 消化槽を高温だけでなく高濃度に維持できるので、１槽当たりの汚泥処理能力を高められ、年々の汚泥発生量の増加に設備の増設なしに対応することも可能である。
以下、本発明にかかる有機性汚泥の嫌気性消化方法と消化システムについて最良の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明にかかる有機性汚泥の嫌気性消化システムの第１実施例を示すフローシートである。図に示すように、本例の消化システム１は消化槽２を備えており、この消化槽２の上流側には、消化処理するための汚泥を受け入れる汚泥受入れラインＡが、また下流側に、消化槽２から消化汚泥を引き抜いて処理する汚泥引抜きラインＢが接続される。
汚泥受入れラインＡには、水処理工程で分離された汚泥を貯留する汚泥貯留槽３が設けられ、ここで濃度３％、常温（例えば１０℃）の汚泥が消化槽２へポンプで送られて投入される。そして、汚泥引抜きラインＢには、遠心脱水機４が設けられており、定期的に消化槽２から定量ずつ引き抜いた消化汚泥を凝集剤を１重量％ずつ添加し、脱水する。分離液は水処理工程に戻され、脱水された汚泥ケーキ（脱水ケーキ）は本例では焼却して廃棄
処理される。
処理される。
上記ラインＡ・Ｂとは別に、本発明の特徴部分である、消化槽２内の汚泥を濃縮して加温することにより高温・高濃縮に保つための汚泥循環ラインＣを設けている。この汚泥循環ラインＣは、消化槽２を含み、遠心濃縮機５および加温塔６をこの順に循環路７にて一連に接続して構成されている。また、加温塔６には、汚泥の加温に必要な熱量を供給するために熱量供給ラインＤが接続されている。本例では、消化槽２で発生する消化ガス（主にメタンガス）を燃焼して間接的に水蒸気を発生させ、この水蒸気を熱媒体として加温塔６に導入し、消化汚泥と直接接触させて熱交換する構成とし、補助燃料を用いずに消化汚泥を高温（９０℃）にする。
熱量供給ラインＤは熱交換器８を備え、この熱交換器８で発生させる過熱蒸気を加温塔６へ供給する蒸気供給管１０ａと加温塔６からの過熱蒸気を熱交換器８に戻す蒸気戻し管１０ｂとからなる閉回路で、両者間を交互に接続する。熱交換器８には消化ガス燃焼炉９が併設され、消化槽２から排出される消化ガスが消化ガス供給管１１により消化ガス燃焼炉９に供給され、同時に押込送風機（図示せず）から空気供給管１４により燃焼用空気が供給される。また、熱交換器８から燃焼排ガスが排出されるが、この排出路１２は煙突１３に接続される。
上記のようにして本実施例の有機性汚泥の消化システム１が構成されるが、以下にその使用態様を消化方法と併せて説明する。
図１に示すように、本例の消化システム１では、汚泥受入れラインＡにおいて汚泥貯留槽３から濃縮汚泥（固形濃度３％、有機物濃度８０％、１０℃）が４３.５ｍ3／ｈのペースで連続的に消化槽２へ投入される。一方、消化槽２内では５３℃前後の高温でかつ固形濃度３．７％の高濃度で、高温メタン菌により嫌気性消化される。そして、汚泥引抜きラインＢにおいて消化槽２内の消化汚泥（固形濃度３．７％、有機物濃度６１．５％、５３℃）が１８ｍ3／ｈずつ引き抜かれ、凝集剤が固形物量の１％添加されて遠心脱水機４により脱水される。分離液は水処理工程へ戻され、脱水ケーキは焼却して廃棄処理される。本例では、消化率を６０％に仮定して上記数値を表示しているが、実際には６０％以上になると推測される。
そして、汚泥循環ラインＣにおいては、消化槽２内の消化汚泥（固形濃度３．７％、有機物濃度６１．５％、５３℃）を９８ｍ3／ｈずつ抜き出し、ポンプで遠心濃縮機５へ搬送する。遠心濃縮機５では、凝集剤を添加せず（つまり無薬注で）濃縮する。この作業により、分離液（５３℃）が２５．５ｍ3／ｈずつ生ずる。この分離液はＳＳ（固形分）が含有されているので、ここで固形物量の０．１％程度の凝集剤を分離液に添加し、ＳＳを除去したのちに分離液を水処理工程へ戻す。
遠心濃縮機５で濃縮された循環汚泥（固形濃度５．０％、有機物濃度６１．５％、５３℃）が、７２．５ｍ3／ｈずつ加温塔６へポンプで搬送される。加温塔６内では、循環汚泥をスプレーして噴霧し、熱交換器８から供給管１０ａにより供給した過熱水蒸気（５５０℃）と直接接触させて９０℃に加温する。このときの必要熱量は、2682500kcal/ｈになる。この熱量は、戻し管１０ｂで熱交換器８へ戻される過熱水蒸気の温度が１２０℃に低下することによる、温度差に相当する。消化ガス燃焼炉９には、消化ガスが６５２．５ｍ3Ｎ／ｈ供給され、同時に燃焼用空気が５６４０ｍ3Ｎ／ｈ供給されることにより燃焼し、熱交換器８を通って燃焼排ガスが６２９２．５ｍ3Ｎ／ｈ排出されることにより、3192000kcal/ｈの熱量が戻し管１０ｂの過熱水蒸気（１２０℃）に付与され、過熱水蒸気の温度が５５０℃に上昇する。
加温塔６で加温された循環汚泥（固形濃度５．０％、有機物濃度６１．５％、９０℃）は、７２．５ｍ3／ｈずつポンプにより循環路７にて消化槽２へ搬送され、汚泥貯留槽３からの濃縮汚泥（固形濃度３％、有機物濃度８０％、１０℃、４３.５ｍ3／ｈ）とともに消化槽２に投入される。このとき、両汚泥を併せた見かけ投入汚泥は、固形濃度４．２５％、有機物濃度６６．４％、６０℃、投入量１１６ｍ3／ｈになる。
上記実施例にかかる消化システム１および消化方法には、次のようなメリットがある。すなわち、
上記遠心濃縮機５は、消化汚泥を濃縮する作用のほかに、分離液（離脱液）を抽出させる分離槽の作用を有する。消化槽２内の汚泥を５３℃前後の高温で、かつ固形濃度３．７％の高濃度に保って高温・高濃度消化するので、消化効率が略２倍に向上して消化時間が短縮されるとともに、消化率が従来の４０〜５０％から６０％以上に向上する。さらに上記遠心濃縮機５にて汚泥循環ラインＣにおいて消化汚泥の一部を濃縮して分離液を除去することにより、消化槽２に汚泥の一時貯留槽としての機能をもたせることができる。
上記遠心濃縮機５は、消化汚泥を濃縮する作用のほかに、分離液（離脱液）を抽出させる分離槽の作用を有する。消化槽２内の汚泥を５３℃前後の高温で、かつ固形濃度３．７％の高濃度に保って高温・高濃度消化するので、消化効率が略２倍に向上して消化時間が短縮されるとともに、消化率が従来の４０〜５０％から６０％以上に向上する。さらに上記遠心濃縮機５にて汚泥循環ラインＣにおいて消化汚泥の一部を濃縮して分離液を除去することにより、消化槽２に汚泥の一時貯留槽としての機能をもたせることができる。
図２は本発明の別の実施例にかかる有機性汚泥の嫌気性消化システムを示すフローシートである。図２に示すように、本実施例の消化システム１’が上記実施例と相違するところは、脱水機４と濃縮機５とを１台の濃縮・脱水兼用機４’として、汚泥の濃縮と脱水を１台の装置で行うようにしたことである。この兼用機４’には遠心脱水機を使用する。その他の構成については共通するので、共通の部材については同一の符号を用いて図２に示し、詳しい説明は省略する。
本例の消化システム１’では、昼間は脱水機として使用するために、凝集剤を消化槽２から引き抜いた汚泥の固形物量の１％添加する。夜間は濃縮機として使用するために、凝集剤を添加せずに濃縮する。その他の使用態様については上記実施例と共通しているので、説明を省略する。とくに、既設の遠心脱水機４を備えた下水処理場などでは、濃縮機５を新規に導入して設置せずに、本発明の上記高温・高濃度消化システム１’を実施できる。
以上に本発明の有機性汚泥の消化システムに関する二つの実施例を示したが、本発明は例えば下記のように実施することもできる。
熱交換器８と消化ガス燃焼炉９に代えてボイラを設け、このボイラにより水蒸気を発生させて加温塔６に導入し、濃縮汚泥に対し水蒸気を噴霧して加温することができる。この場合、水蒸気が凝縮し、水分が濃縮汚泥に混入されるので、固形物濃度が僅かに低下するが、大きく影響されない。
１・１’消化システム
２ 消化槽
３ 汚泥貯留槽
４ 遠心脱水機
４’濃縮・脱水兼用機
５ 遠心濃縮機
６ 加温塔
７ 循環路
８ 熱交換器
９ 消化ガス燃焼炉
１０ａ蒸気供給管
１０ｂ蒸気戻し管
１１ 消化ガス供給管
１２ 排出路
１３ 煙突
１４ 空気供給管
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Claims (3)
- 有機性汚泥を消化槽でメタン醗酵により嫌気性消化し、消化した汚泥を引き抜いて遠心脱水機により脱水した汚泥ケーキを焼却するなどして廃棄する消化システムにおいて、
前記消化槽の下流側に消化汚泥の一部を加温するための加温塔を設け、この加温塔と前記消化槽との間に前記消化汚泥を濃縮するための濃縮機を介設するとともに、前記加温塔で加温した汚泥を前記消化槽へ循環するための循環路と、前記消化槽で発生する消化ガスの燃焼炉と、この燃焼熱により過熱水蒸気を発生させる熱交換器とをそれぞれ設け、
前記加温塔内で濃縮した消化汚泥を過熱水蒸気に直接接触させて加温した後、凝縮させず水蒸気の状態で熱交換器に戻すようにした
ことを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化システム。 - 前記消化槽内の消化汚泥の一部を引き抜き脱水処理するための前記遠心脱水機を前記濃縮機に兼用する請求項１記載の有機性汚泥の嫌気性消化システム。
- 前記濃縮機にて消化汚泥の一部を濃縮して分離液を除去することにより、前記消化槽に汚泥の一時貯留槽としての機能をもたせた請求項１または２記載の有機性汚泥の嫌気性消化システム。
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