JP4186793B2 - 消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム - Google Patents
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Description
本発明は、汚泥処理のための消化槽を備えた汚水処理施設の運用システムに関するもので、詳細には、厨芥などの有機系廃棄物の有料受け入れとその消化処理、さらにはこの消化処理で生じた消化ガスの販売若しくは消化ガスで発電した電力の売電等を通じて、汚水処理事業の高い収益性を確保することができるビジネス方法を含む、汚水処理施設の運用システムを提供するものである。
下水等の汚水の処理を行うための下水処理施設や、し尿や浄化槽汚泥の処理を行うためのし尿処理施設では、沈殿や凝集分離等の物理化学処理、曝気等の生物処理を組み合わせた工程により汚水等の処理が行われ、分離された汚泥は、消化槽と呼ばれるメタン醗酵槽で有機分が分解（消化）処理される。この消化槽では、汚泥を嫌気性雰囲気下でメタン菌の働きによりメタン発酵させて汚泥中の有機分を分解し、メタン醗酵により生成した消化ガス（メタンと二酸化炭素を主成分とするガス）は発電設備の燃料などとして利用される。
従来、このような汚水処理事業の多くは自治体による行政サービスの一環として行われており、このため汚水処理のコスト削減という要請はあるものの、本質的に独立した事業としての採算性や収益性が求められることはなかった。また、民間企業の工場などに付設された工場排水などの汚水処理施設についても、本業の生産により不可避的に生じる排水の処理を目的としたものであるが故に、独立した事業としての採算性や収益性が問題とされることはなかった。
しかしながら、昨今の経済事情や行政の財政事情などから、自治体が運営している汚水処理事業や民間企業が行っている汚水処理にも事業としての採算性や収益性が求められるようになる可能性があり、また、急速に進みつつある規制緩和により、従来自治体が運営していた汚水処理事業にも民間企業が参入できるようになりつつある。
そこでは、理想的には汚水処理事業を独立採算で運用できるような運用システムが求められるが、元々汚水処理は採算性や収益性に馴染みにくい性質の事業であり、このため従来においても高い収益性を確保できるような運用システムは知られていない。一方、従来技術として消化槽の消化処理効率を向上させ或いはメタンガス発生量を増加させるといった提案（例えば、特許文献１〜３）がなされてはいるが、この程度の改善だけでは汚水処理を独立した収益事業として維持していくことは困難である。
そこでは、理想的には汚水処理事業を独立採算で運用できるような運用システムが求められるが、元々汚水処理は採算性や収益性に馴染みにくい性質の事業であり、このため従来においても高い収益性を確保できるような運用システムは知られていない。一方、従来技術として消化槽の消化処理効率を向上させ或いはメタンガス発生量を増加させるといった提案（例えば、特許文献１〜３）がなされてはいるが、この程度の改善だけでは汚水処理を独立した収益事業として維持していくことは困難である。
本発明はこのような事情に鑑み、汚水処理施設を高い収益性を確保しつつ運用することができる運用システムを提供することを目的とする。
上述したように、従来一般に行われている汚水処理は、汚水を物理化学処理と生物処理とによって浄化するとともに、この汚水浄化の過程で生じた汚泥を消化槽で消化処理するプロセスを保有する施設も多いが、このような一連の汚水・汚泥処理プロセスによって有用物として回収されるのは、汚泥の消化によって発生するメタン及び二酸化炭素を主成分とする消化ガスだけであり、従来の汚水処理施設ではこの消化ガスは熱源や発電用の燃料として用いられ、発電された電力は施設内のユーティリティーに利用されているに過ぎない。
そこで、本発明者らは汚水処理施設の収入源を十分に確保しつつ運用できるシステムについて検討を行い、その結果、次のような着想を得た。すなわち、(1)汚泥処理のための消化槽は汚泥以外の有機系物質の消化にも適用できるが、都市ゴミとして発生する厨芥などの有機系廃棄物をその処理のために有料で受け入れ、消化槽で汚泥とともに処理することにより、廃棄物の有料処理による収入が確保できる。(2)さらに、系内で発生する汚泥とともに系外から受け入れた有機系廃棄物を処理することにより、消化ガスの発生量が増大するとともにガス発生量も安定化し、消化ガスの大量且つ安定的な供給が可能となる。このため消化ガスを燃料として発電を行う場合にも、大電力の安定供給が可能となる。したがって、この電力を売電し（さらには、発電で生じた排熱を熱回収して温水や蒸気として販売する）或いは消化ガスそのものを販売することにより安定した収入を得ることができる。(3)よって、上記(1)，(2)の収入源が確保されることにより、汚水処理施設を資産とする独立採算の事業を成立させることが可能となる。
現在、都市ゴミとして発生する厨芥などの有機系廃棄物の多くは、一般廃棄物とともに埋め立て処分されるか焼却処分されているが、埋め立て処分場の不足や埋め立てによる土壌や水の汚染、焼却による炭酸ガスの排出やダイオキシン等の有害物質の発生が大きな社会問題となっており、このため消化槽を利用した厨芥などの有機系廃棄物の処理は社会的な要請に沿うものであり、且つ厨芥などの有料処理自体も社会的に受け入れやすい環境が整いつつあると言える。一方において、最近では電力小売りの規制緩和が進みつつあり、近い将来電力小売りの全面自由化がなされる可能性がある。また、２００３年４月１日に施行された所謂「新エネルギー法」により、電気事業者は、廃棄物発電やバイオマス発電等の新エネルギー電源による電気を法律で定められた量だけ購入する義務を負うことになった。したがって、このような状況の下で、汚泥とともに有機系廃棄物を処理することで消化ガスの発生量を増大且つ安定化させ、売電に十分な電力を安定的に供給できるようにすれば、汚水処理事業を独立採算の事業として運営することは十分に可能である。
本発明は以上のような着想に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［1］汚泥処理のための消化槽を備えた汚水処理施設に、系外で発生した有機系廃棄物をその処理のために有料で受け入れ、該有機系廃棄物を汚泥とともに前記消化槽で消化処理することにより消化槽からの消化ガス発生量を増大させる汚水処理施設の運用システムであって、
種類別に分別された有機系廃棄物を汚水処理施設に受け入れてそれぞれを貯留槽に一時貯留しておき、消化槽の操業条件に応じて決められた各種類別の有機系廃棄物の切り出し比率に基づき各貯留槽から有機系廃棄物を切り出し、消化槽に供給することを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［2］上記［1］の運用システムにおいて、消化槽で発生した消化ガスのうちの少なくとも一部を燃料として発電設備で発電を行い、該発電による電力を売電することにより、有機系廃棄物の有料受け入れと売電とによる事業収入を得ることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［3］上記［2］の運用システムにおいて、消化槽で発生した消化ガスをガスホルダーに貯留し、該ガスホルダーに貯留した消化ガスを燃料とする発電においては、売電価格の高い時間帯の発電量を他の時間帯よりも多くすることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［1］汚泥処理のための消化槽を備えた汚水処理施設に、系外で発生した有機系廃棄物をその処理のために有料で受け入れ、該有機系廃棄物を汚泥とともに前記消化槽で消化処理することにより消化槽からの消化ガス発生量を増大させる汚水処理施設の運用システムであって、
種類別に分別された有機系廃棄物を汚水処理施設に受け入れてそれぞれを貯留槽に一時貯留しておき、消化槽の操業条件に応じて決められた各種類別の有機系廃棄物の切り出し比率に基づき各貯留槽から有機系廃棄物を切り出し、消化槽に供給することを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［2］上記［1］の運用システムにおいて、消化槽で発生した消化ガスのうちの少なくとも一部を燃料として発電設備で発電を行い、該発電による電力を売電することにより、有機系廃棄物の有料受け入れと売電とによる事業収入を得ることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［3］上記［2］の運用システムにおいて、消化槽で発生した消化ガスをガスホルダーに貯留し、該ガスホルダーに貯留した消化ガスを燃料とする発電においては、売電価格の高い時間帯の発電量を他の時間帯よりも多くすることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
[4] 上記[2]又は[3]の運用システムにおいて、消化ガスを燃料とした発電で生じた排熱から熱回収を行い、該熱回収を行った熱媒体を販売することにより事業収入を得ることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
[5] 上記[2]〜[4]のいずれかの運用システムにおいて、汚水処理施設の端末機と電力購買家の端末機をネットワークを介して接続し、ネットワーク上で、汚水処理施設が発電した電力を時間帯単位で電子競争入札により販売することを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
[6] 上記[1]の運用システムにおいて、消化槽で発生した消化ガスのうちの少なくとも一部を、ガス精製した後販売することにより、有機系廃棄物の有料受け入れとガス販売とによる事業収入を得ることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
[7] 上記[1]〜[6]のいずれかの運用システムにおいて、有機系廃棄物が、当該施設外で発生する汚泥、生ゴミ、食品残さ、畜糞、し尿、木質系廃棄物の中から選ばれる１種以上であることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
[5] 上記[2]〜[4]のいずれかの運用システムにおいて、汚水処理施設の端末機と電力購買家の端末機をネットワークを介して接続し、ネットワーク上で、汚水処理施設が発電した電力を時間帯単位で電子競争入札により販売することを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
[6] 上記[1]の運用システムにおいて、消化槽で発生した消化ガスのうちの少なくとも一部を、ガス精製した後販売することにより、有機系廃棄物の有料受け入れとガス販売とによる事業収入を得ることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
[7] 上記[1]〜[6]のいずれかの運用システムにおいて、有機系廃棄物が、当該施設外で発生する汚泥、生ゴミ、食品残さ、畜糞、し尿、木質系廃棄物の中から選ばれる１種以上であることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの運用システムにおいて、有機系廃棄物を破砕処理した後、汚泥と混合された状態で消化槽に供給することを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［9］上記［1］〜［7］のいずれかの運用システムにおいて、有機系廃棄物を破砕処理し、次いで嫌気性雰囲気で予備発酵処理した後、汚泥と混合された状態で消化槽に供給することを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［10］上記［8］又は［9］の運用システムにおいて、有機系廃棄物を混合する汚泥が、被処理汚泥又は／及び消化循環汚泥であることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［9］上記［1］〜［7］のいずれかの運用システムにおいて、有機系廃棄物を破砕処理し、次いで嫌気性雰囲気で予備発酵処理した後、汚泥と混合された状態で消化槽に供給することを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［10］上記［8］又は［9］の運用システムにおいて、有機系廃棄物を混合する汚泥が、被処理汚泥又は／及び消化循環汚泥であることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［11］上記［1］〜［10］のいずれかの運用システムにおいて、汚水処理施設が有機系廃棄物の収集に関する情報センターを備えるとともに、該情報センターと有機系廃棄物の有料収集の需要家との間を通信手段で接続しておき、前記情報センターは、前記通信手段を通じて各需要家から送られた有機系廃棄物の排出情報に基づき、収集車両の台数と各収集車両の最短時間での収集経路を決定し、収集車両の配車を行うことを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［12］上記［11］の運用システムにおいて、有機系廃棄物を需要家から収集するための収集用容器には、各需要家又は需要家別の事前の排出情報を識別できる表示が付され、汚水処理施設では、前記収集用容器を介して収集された有機系廃棄物の量及び種類等を各需要家からの事前の排出情報と照合し、その結果を通信手段により各需要家に送信し、確認を求めることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
［12］上記［11］の運用システムにおいて、有機系廃棄物を需要家から収集するための収集用容器には、各需要家又は需要家別の事前の排出情報を識別できる表示が付され、汚水処理施設では、前記収集用容器を介して収集された有機系廃棄物の量及び種類等を各需要家からの事前の排出情報と照合し、その結果を通信手段により各需要家に送信し、確認を求めることを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
本発明による消化槽を備えた汚水処理施設の運用システムによれば、厨芥などの有機系廃棄物をその処理のために有料で受け入れて消化槽で消化処理することにより、廃棄物処理による収入を得ることができるとともに、消化ガスの大量且つ安定的な供給が可能となるために消化ガスを利用した発電による電力を売電し或いは消化ガスそのものを販売することによる安定した収入を得ることができ、この結果、汚水処理事業を高い収益性を確保しつつ運用することができる。
図１は、本発明による汚水処理施設の運用システムの一実施形態を示す構成図である。
図において、１は汚水処理施設であり、この汚水処理施設は、汚水中の汚泥の一次分離、汚水の曝気処理、最終沈澱による汚泥分離など一連の汚水浄化処理を行う水処理設備２（最初沈殿池、曝気槽、最終沈殿池などからなる設備）と、この水処理設備２から排出される汚泥（有機性汚泥）を処理するための消化槽３と、この消化槽３で発生した消化ガスを燃料として発電を行う発電設備４などから構成される。
本発明による汚水処理施設の運用システムでは、まず、系外で発生した有機系廃棄物をその処理のために汚水処理施設１に有料で受け入れ、この有機系廃棄物を汚泥とともに消化槽３で消化処理する。
図において、１は汚水処理施設であり、この汚水処理施設は、汚水中の汚泥の一次分離、汚水の曝気処理、最終沈澱による汚泥分離など一連の汚水浄化処理を行う水処理設備２（最初沈殿池、曝気槽、最終沈殿池などからなる設備）と、この水処理設備２から排出される汚泥（有機性汚泥）を処理するための消化槽３と、この消化槽３で発生した消化ガスを燃料として発電を行う発電設備４などから構成される。
本発明による汚水処理施設の運用システムでは、まず、系外で発生した有機系廃棄物をその処理のために汚水処理施設１に有料で受け入れ、この有機系廃棄物を汚泥とともに消化槽３で消化処理する。
ここで、有機系廃棄物としては、当該施設外で発生する汚泥、厨芥や産業廃棄物系生ゴミなどの生ゴミ、食品残さ、畜糞、し尿、木質系廃棄物などが挙げられるが、これに限定されるものではない。厨芥としては一般家庭、飲食店、テナント集合ビル、オフィスビルなどから排出されるもの、産業廃棄物系生ゴミや食品残さとしては食品関連工場、各種市場（青果市場、魚市場など）などから排出されるもの、木質系廃棄物としては街路樹の剪定枝などが挙げられる。これら有機系廃棄物の中から選ばれる１種以上がその処理（廃棄物処理）のために施設に有料で受け入れられ、この有機系廃棄物の有料受け入れが事業の収入源の一部となる。なお、有機系廃棄物の収集方法については後に詳述する。
施設内に受け入れられた有機系廃棄物は、必要に応じて貯留槽８に一時貯留され、さらに必要に応じて前処理設備５において消化に適した前処理を施した後、水処理設備２から排出される汚泥とともに消化槽３に供給される。前記貯留槽８は有機系廃棄物を一括して一時貯留するものであってもよいし、有機系廃棄物の種類別（例えば、一般食品系生ゴミ、生野菜系生ゴミ、畜糞などの別）に一時貯留するものであってもよい。また、一般に前記前処理設備５は少なくとも破砕装置を備えたものであり、この破砕装置で有機系廃棄物を破砕処理する。前処理設備５では、さらに後述するような可溶化装置による可溶化処理などを行ってもよい。なお、以上の前処理は有機系廃棄物の種類に応じて、必要に応じて行えばよい。
消化槽３内での消化を効率的に行うため、有機系廃棄物は汚泥と混合（好ましくは、混合・撹拌）した状態で消化槽３に供給されることが好ましい。また、有機系廃棄物と混合する汚泥は、水処理設備２から直接もたらされる被処理汚泥であってもよいし、汚泥攪拌や加温のために消化槽３の内外で循環させている消化循環汚泥であってもよく、また、それらの両方であってもよい。消化槽３では、汚泥と有機系廃棄物が嫌気性雰囲気下でメタン菌の働きによりメタン発酵し、汚泥中の有機分と有機系廃棄物が分解され、減容化される。消化槽３でのメタン醗酵により、メタンと二酸化炭素を主成分とする消化ガス（通常、メタン含有量：約６０％〜７０％）が生成する。本発明の運用システムでは、従来のように系内で排出される汚泥だけでなく、系外から受け入れた有機系廃棄物を汚泥とともに消化処理するので、消化ガスの発生量が従来に較べて増加するとともに、汚水処理操業上の制約から不可避的に変動する汚泥排出量に応じて有機系廃棄物の処理量を調整することができるので、消化ガスの発生量を高位に安定化させることができ、このため下工程での発電において大きな電力を安定的に発電することができる。
消化槽３から排出された消化ガスは、発電設備４に送られて発電用の燃料として用いられるが、発電設備４に送られる前に脱硫設備６で脱硫された後、ガスホルダー７で一時貯留され、このガスホルダー７から適宜発電設備４に送られる。発電設備４としては、ガスタービンやガスエンジンなどを備えたものが多いが、消化ガスを燃料としたボイラーと蒸気タービンを備えたものや燃料電池等を用いてもよい。本発明の運用システムでは、上記のように発電設備４への消化ガスの供給量が高位に安定化しているため、発電設備４では大電力を安定的に発電することができる。
一方、消化槽３で消化処理された汚泥及び有機系廃棄物は消化汚泥として槽外に排出された後、脱水機１４で脱水され、この脱水による脱水濾液は水処理設備２に返送される。
一方、消化槽３で消化処理された汚泥及び有機系廃棄物は消化汚泥として槽外に排出された後、脱水機１４で脱水され、この脱水による脱水濾液は水処理設備２に返送される。
本実施形態の運用システムでは、発電された電力の売電を行う。これによって先に述べた有機系廃棄物の有料受け入れによる収入に加え、売電による収入、それも有料受け入れした有機系廃棄物の消化により増加された電力による収入を得ることができる。つまり、この運用システムにおける大きな利点は、系外から有機系廃棄物を受け入れることによって、有料受け入れによる利得と、有機系廃棄物処理で増加した消化ガス（→発電量の増加）による利得が二重に得られる点にある。
なお、発電により得られた電力の一部は施設内のユーティリティーに使用してもよい。
なお、発電により得られた電力の一部は施設内のユーティリティーに使用してもよい。
以下、本発明の運用システムを用いた場合の事業収入を、現在稼動中の下水処理施設を例に説明する。すなわち、処理汚水量：６０万ｍ３／日、汚泥発生量：１５００ｍ３／日（濃度４％換算）、発電設備：２０００ｋｗガスエンジン×２台の下水処理施設において、消化槽で汚泥（系内で発生した汚泥）の処理のみを行った場合、消化ガス発生量は約３０，０００Ｎｍ３／日程度であり、この消化ガスを発電設備の燃料とした場合の発電量は約３０００ｋｗｈ／Ｈ程度である。これに対して本発明の運用システムにおいて、消化槽で汚泥とともに生ゴミを約１００Ｔ／Ｄ程度処理した場合、消化ガス発生量は３割増の約３９，０００Ｎｍ３／日程度となり、これによって発電量も約３割増の３９００ｋｗｈ／Ｈ程度となる。したがって、この電力を仮に１０円／ｋｗｈで売電した場合、消化槽で汚泥の処理のみを行う場合に較べて、電力収入だけで９００ｋｗｈ／Ｈ×２４ｈ／Ｄ×３００Ｄ×１０円／ｋｗｈ≒６，５００万円／年の収入増が見込めることになるが、さらに、本発明の運用システムでは生ゴミ等の有料受け入れによる収入があり、仮に上記のように生ゴミの受入れ・処理量を１００Ｔ／Ｄ、受け入れ料金を１万円／Ｔとすると、１００Ｔ／Ｄ×３００Ｄ×１万円／Ｔ＝３０，０００万円／年の収入が見込める。つまり、消化槽で汚泥の処理のみを行う場合に較べて、トータルで３６，５００万円／年の収入増が見込めることになる。
なお、消化ガスにより発電した電力を売電する方法などについては後に詳述する。
なお、消化ガスにより発電した電力を売電する方法などについては後に詳述する。
以上の説明では、本発明の運用システムにおいて消化ガスを燃料として発電を行い、その電力を売電する場合について述べたが、消化ガスの一部又は全部を精製して販売することもでき、この場合も、系外から有機系廃棄物を受け入れることによって、有料受け入れによる利得と有機系廃棄物処理で増加した消化ガスによる利得が二重に得られる。また、消化ガスの一部を販売し、残りを発電に用いてその電力を売電するようにしてもよい。また、消化ガスを燃料とした発電で生じた排熱から熱回収を行い、この熱回収による熱媒体（例えば、温水、蒸気）を販売してもよい。
以下、本発明の運用システムのより好ましい実施形態について説明する。
図２は、有機系廃棄物の施設への受け入れから消化ガスによる発電までのプロセスについて、より具体的な実施形態を示している。
この実施形態では、有機系廃棄物を種類別に収集して施設１内に受け入れるようにしたもので、有機系廃棄物は種類別（例えば、一般食品系生ゴミ、生野菜系生ゴミ、蓄糞などの別）に貯留槽８ａ〜８ｃに一時貯留され、これら貯留槽８ａ〜８ｃから前処理設備５に切り出される。有機系廃棄物は種類によって消化効率に差があるので、消化槽３内で最適な消化状態が維持されるよう、各貯留槽８ａ〜８ｃからの切り出し量を調整する。具体的には、汚泥の供給量、消化ガスの発生量（生産量）、現状の消化槽の消化効率などに基づいて消化槽の操業条件が決められ、この操業条件に応じて各種類別の有機系廃棄物の切り出し比率と全切り出し量が決められ、これに基づいて各貯留槽８ａ〜８ｃからの有機系廃棄物の切り出しが行われる。
図２は、有機系廃棄物の施設への受け入れから消化ガスによる発電までのプロセスについて、より具体的な実施形態を示している。
この実施形態では、有機系廃棄物を種類別に収集して施設１内に受け入れるようにしたもので、有機系廃棄物は種類別（例えば、一般食品系生ゴミ、生野菜系生ゴミ、蓄糞などの別）に貯留槽８ａ〜８ｃに一時貯留され、これら貯留槽８ａ〜８ｃから前処理設備５に切り出される。有機系廃棄物は種類によって消化効率に差があるので、消化槽３内で最適な消化状態が維持されるよう、各貯留槽８ａ〜８ｃからの切り出し量を調整する。具体的には、汚泥の供給量、消化ガスの発生量（生産量）、現状の消化槽の消化効率などに基づいて消化槽の操業条件が決められ、この操業条件に応じて各種類別の有機系廃棄物の切り出し比率と全切り出し量が決められ、これに基づいて各貯留槽８ａ〜８ｃからの有機系廃棄物の切り出しが行われる。
前記前処理設備５では、破砕装置９により有機系廃棄物を消化しやすい大きさに破砕処理し、さらに必要な場合には可溶化装置１０を設けて可溶化処理し、より消化しやすくする。この可溶化装置としては、例えば、機械的破砕（ミル、スリコギ等による破砕）、超音波照射、キャビテーション付加、衝撃波照射、加熱、凍結融解処理、薬品処理、電気分解、マイクロバブル照射、マイクロ波照射、加圧処理、減圧処理、腐敗処理、可溶化能力をもった微生物処理、亜臨界処理などの中から選ばれる１つ又は２つ以上の処理を行う装置を用いることができる。
上記可溶化装置１０として特に微生物処理を行う装置を設置し、この可溶化装置を嫌気的雰囲気に保持した場合には、同装置において予備発酵が行われることになり、消化槽の処理能力を上回る有機系廃棄物を受入れ処理する場合に有効である。また、可溶化装置１０内の有機系廃棄物の少なくとも一部を別の可溶化処理手段で処理し、次いで、この可溶化処理後の有機系廃棄物の少なくとも一部を前記可溶化装置１０内へ返送することにより、可溶化装置１０内における予備発酵を促進することができ、より大量の有機系廃棄物の処理が可能となる。また、可溶化装置１０内の有機系廃棄物を２０℃以上、好ましくは３０℃以上に維持することによっても、同装置内における予備発酵を促進することができる。
このようにして前処理された有機系廃棄物は混合槽１１に移送される。この混合槽１１には汚泥も供給され、ここで汚泥と有機系廃棄物が混合される。このように汚泥と有機系廃棄物を予め混合してから消化槽に供給するのは、有機系廃棄物の消化槽への輸送を容易にするとともに、消化槽内での有機系廃棄物の分散速度を高めるためである。また、混合槽１１は撹拌手段を有するものが好ましく、この撹拌手段によって汚泥と有機系廃棄物が十分に混合されることが好ましい。
このようにして前処理された有機系廃棄物は混合槽１１に移送される。この混合槽１１には汚泥も供給され、ここで汚泥と有機系廃棄物が混合される。このように汚泥と有機系廃棄物を予め混合してから消化槽に供給するのは、有機系廃棄物の消化槽への輸送を容易にするとともに、消化槽内での有機系廃棄物の分散速度を高めるためである。また、混合槽１１は撹拌手段を有するものが好ましく、この撹拌手段によって汚泥と有機系廃棄物が十分に混合されることが好ましい。
また、混合槽１１において有機系廃棄物と混合する汚泥としては、図２中の実線で示すような水処理設備２から直接もたらされる被処理汚泥（投入汚泥）であってもよいし、図２中の破線で示すような、消化槽３内の汚泥を撹拌したり、混合したり、加温したりするために循環用流路１２を通じて消化槽内外を循環させている消化循環汚泥であってもよく、またそれらの両方であってもよい。また、必要に応じて、図２の仮想線で示すように混合槽１１と消化槽３間の流路或いは循環用流路１２の途中に可溶化装置１０´を設け、消化を促進させるようにしてもよい。また、混合槽１１を設けることなく、汚泥の供給管を利用して汚泥と有機系廃棄物とを混合させてもよい。したがって、汚泥と有機系廃棄物とを混合して消化槽３に供給する方式としては、例えば、図３（ａ）〜（ｈ）のようなものが考えられる。
図３（ａ）〜（ｄ）は混合槽１１を用いる方式であり、このうち図３（ａ）は消化循環汚泥の循環用流路１２の途中に混合槽１１を設け、この混合槽１１を通過する消化循環汚泥に対して被処理汚泥と有機系廃棄物を混合するようにした方式、図３（ｂ）は混合槽１１で有機系廃棄物と被処理汚泥を混合した後、その混合物を循環用流路１２内に導入して消化循環汚泥と混合するようにした方式、図３（ｃ）は循環用流路１２の途中に混合槽１１を設け、この混合槽１１を通過する消化循環汚泥に対して有機系廃棄物を混合し、被処理汚泥は別途消化槽３に供給するようにした方式、図３（ｄ）は混合槽１１で有機系廃棄物と被処理汚泥を混合した後、その混合物を消化槽３に供給するようにした方式である。また、図３（ｅ）〜（ｈ）は混合槽を用いない方式であり、このうち図３（ｅ）は有機系廃棄物と被処理汚泥をそれぞれ循環用流路１２に導入して消化循環汚泥と混合するようにした方式、図３（ｆ）は有機系廃棄物を被処理汚泥の供給管に導入して被処理汚泥と混合した後、その混合物を循環用流路１２に導入して消化循環汚泥と混合するようにした方式、図３（ｇ）は有機系廃棄物を循環用流路１２に導入して消化循環汚泥と混合し、被処理汚泥は別途消化槽３に供給するようにした方式、図３（ｈ）は有機系廃棄物を被処理汚泥の供給管に導入して被処理汚泥と混合した後、その混合物を消化槽３に供給するようにした方式である。
有機系廃棄物と汚泥の混合物は消化槽３に供給され、嫌気性雰囲気下でメタン発酵することにより有機分が分解され、減容化される。一般に、消化槽３内の被処理物は消化を促進するため撹拌される。この撹拌方法又は手段としては、上記のような槽内外での汚泥の循環、槽内に設けられる機械的な撹拌手段、槽内へのガス（例えば、消化槽から排出された消化ガスの一部）の吹き込み、などが用いられる。
消化槽３内での有機系廃棄物と汚泥の消化により生成した消化ガスは、消化ガスは脱硫設備６に導かれ、一方、消化処理された汚泥は排出管１３を通じて槽外に排出される。消化ガスは、脱硫設備６で脱硫処理された後、ガスホルダー７で一時貯留され、このガスホルダー７から発電設備４に送られる。脱硫設備６でのガス精製は公知の方法で行えばよく、例えば、脱硫処理は固形脱硫剤を用いた乾式脱硫法、水洗やアルカリ洗浄等の湿式脱硫法などで行うことができる。また、必要に応じて脱硫後に脱二酸化炭素処理が行われ、この脱二酸化炭素処理を行う場合には、例えば、二酸化炭素吸着剤を充填した吸収塔を通気させる方法、気体分離膜を用いた真空脱気法、多孔質中空膜を用いた分離法などによる脱二酸化炭素処理のためのガス精製設備が付設される。
消化槽３内での有機系廃棄物と汚泥の消化により生成した消化ガスは、消化ガスは脱硫設備６に導かれ、一方、消化処理された汚泥は排出管１３を通じて槽外に排出される。消化ガスは、脱硫設備６で脱硫処理された後、ガスホルダー７で一時貯留され、このガスホルダー７から発電設備４に送られる。脱硫設備６でのガス精製は公知の方法で行えばよく、例えば、脱硫処理は固形脱硫剤を用いた乾式脱硫法、水洗やアルカリ洗浄等の湿式脱硫法などで行うことができる。また、必要に応じて脱硫後に脱二酸化炭素処理が行われ、この脱二酸化炭素処理を行う場合には、例えば、二酸化炭素吸着剤を充填した吸収塔を通気させる方法、気体分離膜を用いた真空脱気法、多孔質中空膜を用いた分離法などによる脱二酸化炭素処理のためのガス精製設備が付設される。
発電設備４では、例えば、消化ガスを燃料としてガスタービンやガスエンジンが駆動され、その動力で発電機が駆動することで発電がなされる。また、消化ガスを燃料電池に供給して発電を行ってもよい。
また、ガスタービン等の発電設備４で生じた排熱（燃焼排ガス等の顕熱）から熱回収を行い、この熱回収による熱媒体（例えば、温水、蒸気）の少なくとも一部で被処理汚泥や有機系廃棄物の予熱を行い、消化効率をさらに高めるようにしてもよい。また、上記熱回収による熱媒体（例えば、温水、蒸気）の少なくとも一部を販売してもよい。
また、ガスタービン等の発電設備４で生じた排熱（燃焼排ガス等の顕熱）から熱回収を行い、この熱回収による熱媒体（例えば、温水、蒸気）の少なくとも一部で被処理汚泥や有機系廃棄物の予熱を行い、消化効率をさらに高めるようにしてもよい。また、上記熱回収による熱媒体（例えば、温水、蒸気）の少なくとも一部を販売してもよい。
次に、系外から生ゴミなどの有機系廃棄物を収集する方法について説明する。
本発明の運用システムは、系外から受け入れる有機系廃棄物を消化ガス製造のための必須原料とするものであるため、有機系廃棄物が確実に且つ低コストに収集されることが重要であり、また、施設内の消化槽の運転とこれによる消化ガス発生量及び発電量を安定的に維持・制御するためには、有機系廃棄物の収集量や種類を事前に正確に把握しておくことが必要である。
本発明の運用システムは、系外から受け入れる有機系廃棄物を消化ガス製造のための必須原料とするものであるため、有機系廃棄物が確実に且つ低コストに収集されることが重要であり、また、施設内の消化槽の運転とこれによる消化ガス発生量及び発電量を安定的に維持・制御するためには、有機系廃棄物の収集量や種類を事前に正確に把握しておくことが必要である。
図４は、そのための有機系廃棄物の収集システムの一例を示している。
図において、Ａ１は施設内の情報センター、Ａ２は廃棄物回収を行う収集車両の配車部である。また、Ｂ１〜Ｂ８…は有機系廃棄物の排出源、すなわち廃棄物有料収集の需要家であり、例えば、一般家庭や飲食店の生ゴミ集積場、大型飲食店、テナント集合ビル、オフィスビル、食品関連工場、食品市場（青果市場、魚市場など）などが対象となる。これら需要家Ｂ１〜Ｂ８…と情報センターＡ１とは通信手段Ｃ（インターネット、Ｅメール、携帯電話など）で接続されており、そのための端末機がそれぞれ設置されている。各需要家Ｂ１〜Ｂ８…からは、通信手段Ｃにより収集を希望する有機系廃棄物の排出情報（廃棄物量、種類など）が逐次情報センターＡ１に送信される。情報センターＡ１では、これらの排出情報に基づいて必要な収集車両台数と各車両が最短時間で収集可能な収集経路が決定され、これに基づき配車部Ａ２から各収集場所への配車が行われる。また、情報センターＡ１では、上記排出情報に基づき施設に搬入される有機系廃棄物の量や種類（例えば、一般食品系生ゴミ、生野菜系生ゴミ、畜糞などの別）などを集計し、それらの一時貯留量の管理と使用計画の策定を行う。
図において、Ａ１は施設内の情報センター、Ａ２は廃棄物回収を行う収集車両の配車部である。また、Ｂ１〜Ｂ８…は有機系廃棄物の排出源、すなわち廃棄物有料収集の需要家であり、例えば、一般家庭や飲食店の生ゴミ集積場、大型飲食店、テナント集合ビル、オフィスビル、食品関連工場、食品市場（青果市場、魚市場など）などが対象となる。これら需要家Ｂ１〜Ｂ８…と情報センターＡ１とは通信手段Ｃ（インターネット、Ｅメール、携帯電話など）で接続されており、そのための端末機がそれぞれ設置されている。各需要家Ｂ１〜Ｂ８…からは、通信手段Ｃにより収集を希望する有機系廃棄物の排出情報（廃棄物量、種類など）が逐次情報センターＡ１に送信される。情報センターＡ１では、これらの排出情報に基づいて必要な収集車両台数と各車両が最短時間で収集可能な収集経路が決定され、これに基づき配車部Ａ２から各収集場所への配車が行われる。また、情報センターＡ１では、上記排出情報に基づき施設に搬入される有機系廃棄物の量や種類（例えば、一般食品系生ゴミ、生野菜系生ゴミ、畜糞などの別）などを集計し、それらの一時貯留量の管理と使用計画の策定を行う。
収集車両で収集された有機系廃棄物は、種類別に分別して収集されている場合には、施設内の各貯留槽８ａ〜８ｃに受け入れられて一時貯留された後、先に述べたような方法により消化槽３で消化処理するために順次切り出される。
なお、収集される有機系廃棄物の量と内容を管理するため、各需要家から収集される有機系廃棄物の収集用容器には、各需要家自体または需要家別の事前の排出情報を識別できる表示が付されており、施設に受け入れられた有機系廃棄物は量と内容（種類）がチェックされ、その情報が情報センターＡ１に送られて事前の排出情報と照合される。この照合の結果は、通信手段Ｃを通じて各需要家の端末機に送信され、確認が求められる。また、収集された有機系廃棄物中に相当量の異物が混入していたり、事前の排出情報と異なる種類の有機系廃棄物が相当量含まれていた場合などには、同時に、そのことを示す不具合指導データが需要家に送信される。
また、情報センターＡ１は、各需要家からの有機系廃棄物の収集量を集計して設定料金に基づいた徴収料金を計算し、例えば月毎に各需要家に対して通信手段Ｃを通じて費用請求を行う。
なお、収集される有機系廃棄物の量と内容を管理するため、各需要家から収集される有機系廃棄物の収集用容器には、各需要家自体または需要家別の事前の排出情報を識別できる表示が付されており、施設に受け入れられた有機系廃棄物は量と内容（種類）がチェックされ、その情報が情報センターＡ１に送られて事前の排出情報と照合される。この照合の結果は、通信手段Ｃを通じて各需要家の端末機に送信され、確認が求められる。また、収集された有機系廃棄物中に相当量の異物が混入していたり、事前の排出情報と異なる種類の有機系廃棄物が相当量含まれていた場合などには、同時に、そのことを示す不具合指導データが需要家に送信される。
また、情報センターＡ１は、各需要家からの有機系廃棄物の収集量を集計して設定料金に基づいた徴収料金を計算し、例えば月毎に各需要家に対して通信手段Ｃを通じて費用請求を行う。
次に、本発明の運用システムにおいて消化ガスを発電用の燃料として用いる場合の好ましい発電形態と、発電された電力を売電するための好ましい方法について説明する。
消化ガスを燃料として発電を行いこれを売電する場合、消化ガスを図２に示すようなガスホルダー７に貯留しておき、売電価格が最も高い時間帯に集中的に発電を行って売電することが好ましい。一方、売電単価が低い時間帯は発電量を縮小し、施設内で必要な電力は買電してもよい。
消化ガスを燃料として発電を行いこれを売電する場合、消化ガスを図２に示すようなガスホルダー７に貯留しておき、売電価格が最も高い時間帯に集中的に発電を行って売電することが好ましい。一方、売電単価が低い時間帯は発電量を縮小し、施設内で必要な電力は買電してもよい。
また、発電した電力の売電を行う具体的な方法としては、汚水処理施設の端末機と電力購買家（電力需要家や他の電力事業者などの電力購入希望者）の端末機をネットワークを介して接続し、ネットワーク上で、発電した電力を時間帯単位で電子競争入札を行うことにより販売することが好ましい。図５はそのための電子入札システムの構成図である。この電子入札システムＤは、汚水処理の施設事業者Ｅが販売する電力量及び販売希望価格（最低入札価格）を時間帯単位毎（例えば３０分毎）に入力する入力部ｄ１と、この情報を掲示する掲示部ｄ２と、電力購買家Ｆが入札のための入力を行う入札部ｄ３と、入札者及び販売条件を決定する入札決定部ｄ４と、この入札の結果を掲示する入札結果掲示部ｄ５と、インターフェース部ｄ６とを備えている。この電力入札システムＤは、インターフェース部ｄ６を介し、施設事業者Ｅの端末機と電力購買家Ｆの端末機とが接続されているインターネットＧ（ネットワーク）と接続されている。
施設事業者Ｅは、電子入札システムＤの入力部ｄ１に時間帯単位毎の販売希望電力量及び販売希望価格（最低入札価格）を当該対象時間帯の所定時間前（例えば、６時間前）までに入力し、これが掲示部ｄ２に掲示される。電力購入を希望する電力購買家は、当該対象時間帯の所定時間前（例えば、３０分前）までに、端末機を通じて購入希望時間帯、購入希望電力量、購入希望価格を入札部ｄ３に電子入札する。入札部ｄ３は、当該対象時間帯の所定時間前（すなわち、受け付け終了時刻前）であれば、同一時間帯単位について同一電力購買家からの入札（入力）を何度でも受け付ける。入札決定部ｄ４は、各対象時間帯について購入希望価格の高い電力購買家から順に入札者として選定するとともに、電力量の割り振りを行い、その結果が入札価格などとともに入札結果掲示部ｄ５に掲示される。なお、入札において、同一の時間帯単位に対して複数の電力購買家が同一価格で入札を行った場合には、先に入力（入札）したものを高順位とする。
１…汚水処理施設、２…汚水浄化設備、３…消化槽、４…発電設備、５…前処理設備、６…ガス精製設備、７…ガスホルダー、８，８ａ〜８ｃ…貯留槽、９…破砕装置、１０，１０´…可溶化装置、１１…混合槽、１２…循環用流路、１３…排出管、１４…脱水機、Ａ１…情報センター、Ｂ１〜Ｂ８…需要家、Ｃ…通信手段、Ｄ…電子入札システム、ｄ１…入力部、ｄ２…掲示部、ｄ３…入札部、ｄ４…入札決定部、ｄ５…入札結果掲示部、ｄ６…インターフェース部、Ｅ…施設事業者、Ｆ…電力購買家、Ｇ…インターネット
Claims (12)
- 汚泥処理のための消化槽を備えた汚水処理施設に、系外で発生した有機系廃棄物をその処理のために有料で受け入れ、該有機系廃棄物を汚泥とともに前記消化槽で消化処理することにより消化槽からの消化ガス発生量を増大させる汚水処理施設の運用システムであって、
種類別に分別された有機系廃棄物を汚水処理施設に受け入れてそれぞれを貯留槽に一時貯留しておき、消化槽の操業条件に応じて決められた各種類別の有機系廃棄物の切り出し比率に基づき各貯留槽から有機系廃棄物を切り出し、消化槽に供給することを特徴とする消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。 - 消化槽で発生した消化ガスのうちの少なくとも一部を燃料として発電設備で発電を行い、該発電による電力を売電することにより、有機系廃棄物の有料受け入れと売電とによる事業収入を得ることを特徴とする請求項１に記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 消化槽で発生した消化ガスをガスホルダーに貯留し、該ガスホルダーに貯留した消化ガスを燃料とする発電においては、売電価格の高い時間帯の発電量を他の時間帯よりも多くすることを特徴とする請求項２に記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 消化ガスを燃料とした発電で生じた排熱から熱回収を行い、該熱回収を行った熱媒体を販売することにより事業収入を得ることを特徴とする請求項２又は３に記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 汚水処理施設の端末機と電力購買家の端末機をネットワークを介して接続し、ネットワーク上で、汚水処理施設が発電した電力を時間帯単位で電子競争入札により販売することを特徴とする請求項２、３又は４に記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 消化槽で発生した消化ガスのうちの少なくとも一部を、ガス精製した後販売することにより、有機系廃棄物の有料受け入れとガス販売とによる事業収入を得ることを特徴とする請求項１に記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 有機系廃棄物が、当該施設外で発生する汚泥、生ゴミ、食品残さ、畜糞、し尿、木質系廃棄物の中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 有機系廃棄物を破砕処理した後、汚泥と混合された状態で消化槽に供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 有機系廃棄物を破砕処理し、次いで嫌気性雰囲気で予備発酵処理した後、汚泥と混合された状態で消化槽に供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 有機系廃棄物を混合する汚泥が、被処理汚泥又は／及び消化循環汚泥であることを特徴とする請求項８又は９に記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 汚水処理施設が有機系廃棄物の収集に関する情報センターを備えるとともに、該情報センターと有機系廃棄物の有料収集の需要家との間を通信手段で接続しておき、前記情報センターは、前記通信手段を通じて各需要家から送られた有機系廃棄物の排出情報に基づき、収集車両の台数と各収集車両の最短時間での収集経路を決定し、収集車両の配車を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
- 有機系廃棄物を需要家から収集するための収集用容器には、各需要家又は需要家別の事前の排出情報を識別できる表示が付され、汚水処理施設では、前記収集用容器を介して収集された有機系廃棄物の量及び種類等を各需要家からの事前の排出情報と照合し、その結果を通信手段により各需要家に送信し、確認を求めることを特徴とする請求項１１に記載の消化槽を備えた汚水処理施設の運用システム。
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