JP4510782B2

JP4510782B2 - 汚泥の再資源化方法及びその装置。

Info

Publication number: JP4510782B2
Application number: JP2006167376A
Authority: JP
Inventors: 浩雅楠田; 和琴松山; 孝夫松内; 健一郎遠藤
Original assignee: Kawasaki Plant Systems Ltd
Current assignee: Kawasaki Plant Systems Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2007330918A

Description

本発明は、汚泥の再資源化方法及びその装置に関し、特に、下水処理場などで発生する汚泥の再資源化方法及びその装置に関する。さらに、詳しくは、工業的に有用な資源を経済的な方法で製造することができる、地球温暖化防止と循環型社会の形成に貢献することができる汚泥の再資源化方法及びその装置に関する。

地球温暖化防止対策の一つとして、カーボンニュートラルであるバイオマスが注目されているが、ウエット系バイオマスは含水率が高いことが問題となって、大半が埋め立て処理されるか又は化石燃料を使用して焼却処理されており、エネルギーとして利用されていない。ウエット系バイオマスを有用なエネルギーとして利用するためには、効率的且つ経済的に水分を除去することが必要である。その中で、性状や量が比較的安定している点や発生量が多いことで下水汚泥が注目されており、その効率的な再資源化方法が求められている。

既設の下水処理場の中には下水汚泥の消化槽（メタン発酵槽と同義）を備えているものがあるが、消化槽から発生する消化ガスの一部を消化槽の加温用蒸気または加温用温水を発生させるボイラの燃料として使用しているため、その処理場で発生する下水汚泥に脱水処理を施すことによって得られる脱水汚泥を乾燥させるための熱源として消化ガスのみでは不足することが多い。そこで、バイオマス燃料として乾燥汚泥やその炭化物を得る場合、その製造工程で灯油や重油や都市ガスや天然ガスなどの化石燃料が大量に使用されていることが殆どである。化石燃料の代替燃料を製造するために多量の化石燃料が使用されてしまっては、実質的なＣＯ₂の低減を図ることができず、地球環境にやさしいと言えない。例えば、この種の技術に関するものとして、特許文献１には、図１１に示すように、下水汚泥８１を脱水する脱水機８２と、脱水した下水汚泥に熱風を直接接触させて乾燥させる乾燥炉８３と、乾燥させた下水汚泥を炭化処理する炭化炉８４と、炭化炉８４で生成した熱分解ガスを燃焼する燃焼炉８５と、脱水された下水汚泥を焼却する汚泥焼却炉８６と、排ガス処理装置８７とから主に構成される汚泥の燃料化装置が開示されている。

この燃料化装置の汚泥焼却炉８６は化石燃料を燃焼させて汚泥を焼却するものであるが、その化石燃料の使用量を減少するために、ライン８８を経て炭化物８９の一部を汚泥焼却炉８６に供給するか、またはライン９０を経て乾燥汚泥の一部を汚泥焼却炉８６に供給している。これでは、得られるバイオマス量が少なくなる。

また、特許文献２には、図１２に示すように、採取池９１に後続して、最初沈澱池９２、エアレーションタンク９３および最終沈澱池９４と、最初沈澱池９２と最終沈澱池９４から排出された汚泥を濃縮する汚泥濃縮槽９５とを備え、汚泥濃縮槽９５で濃縮された汚泥を脱水装置９６と遠心分離装置９７に分離して供給し、食品廃棄物９８を粉砕フィーダー９９を経てスラリータンク１００に供給するとともに、上記遠心分離装置９７で遠心分離された汚泥もライン１０１を経てスラリータンク１００に供給し、スラリータンク１００内のスラリーを粉砕機１０２を経てバイオリアクター１０３に供給し、バイオリアクター１０３で発生させたバイオガスをガスホルダー１０４に供給し、このガスホルダー１０４内のガスを用いてガスエンジン１０５で発電し、ガスエンジン１０５で発電時の排ガスを用いて汚泥乾燥機１０６で汚泥を乾燥させてコンポストを得る食品廃棄物循環資源のリサイクルシステムが開示されている。

このシステムには、汚泥乾燥機１０６から排出されたガスを脱臭するための脱臭炉は図示されていないが、異臭防止に関する法規制に適合させるために汚泥乾燥機１０６の排ガスを燃焼して脱臭するための脱臭炉は必須の設備であって、この脱臭炉で使用するための多量の燃料が必要である。また、上記システムでは、汚泥濃縮槽９５で濃縮された汚泥の一部しかスラリータンク１００の水分調整用に使用されないので、バイオリアクター１０３でのバイオガスの発生量が十分に多くない。
特開２００５−３１９３７４号公報特開２００２−３２６０７１号公報

本発明は従来の技術の有する上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、汚泥を再資源化するに際して、そのために化石燃料のような余分な外部燃料を不要とするか又は低減し、汚泥の消化に伴って発生する消化ガス量を多くし、再資源を極力多く得ることができる汚泥の再資源化方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の汚泥の再資源化方法は、汚泥をメタン発酵させて消化ガスを生成する消化工程と、消化ガスを生成した消化汚泥を脱水処理する脱水工程と、脱水処理後の脱水汚泥を乾燥処理する乾燥工程と、上記消化ガスを燃焼させて燃焼生成ガスを生成する燃焼工程とを有する汚泥の再資源化方法において、燃焼工程で生成した燃焼生成ガスの保有熱を利用して乾燥処理のための高温のガスを得、乾燥処理に用いた後の高温のガスと直接的または間接的に接触させることにより汚泥を加温し、加温した汚泥に有機性廃棄物を加えた有機性廃棄物含有汚泥が消化工程に供給される汚泥であることを特徴としている。

乾燥工程に引き続いて乾燥汚泥を炭化処理する炭化工程を有することが好ましい。

汚泥が下水処理場由来の下水汚泥であることが好ましい。

消化工程に後続して、脱水工程に至る経路とは別の経路に消化ガスの熱源を利用して発電を行う発電工程を有することが好ましい。

また、本発明の汚泥の再資源化装置は、汚泥をメタン発酵させて消化ガスを生成する消化槽と、消化ガスを生成した消化汚泥を脱水処理する脱水機と、脱水処理後の脱水汚泥を乾燥処理する乾燥機と、上記消化ガスを燃焼させて燃焼生成ガスを生成する燃焼炉とを有する汚泥の再資源化装置において、有機性廃棄物を消化槽に供給するための有機性廃棄物供給経路と、燃焼炉で生成した燃焼生成ガスの保有熱を利用することによって得た高温のガスを乾燥機に供給する第一ガス供給経路と、上記乾燥機から排出されたガスと直接的または間接的に接触させることにより汚泥を加温するために乾燥機排ガスを供給する第二ガス供給経路とを有し、第二ガス供給経路を経て供給された乾燥機排ガスにより加温した汚泥に有機性廃棄物供給経路を経て供給された有機性廃棄物を加え、この有機性廃棄物含有汚泥が消化槽に供給される汚泥であることを特徴としている。

燃焼炉が乾燥機に後続して乾燥汚泥を炭化処理する炭化炉であることが好ましい。

炭化炉が活性炭化物製造炉であることが好ましい。

下水を受け入れて処理水と下水汚泥に分離する水処理設備を備え、この水処理設備から消化槽に至る下水汚泥供給経路を有し、汚泥としてこの下水汚泥を用いることが好ましい。

第一ガス供給経路と第二ガス供給経路がガスの循環ループの一部または全部を形成し、このガス循環ループに熱交換器を有し、この熱交換器において燃焼炉で生成した燃焼生成ガスとガス循環ループを循環するガスとを熱交換することにより第一ガス供給経路を流通する高温のガスを得ることが好ましい。

有機性廃棄物供給経路に破砕選別機と可溶化・酸発酵槽からなる前処理設備を有し、さらに、水処理設備から上記可溶化・酸発酵槽に至る下水汚泥供給経路に乾燥機から排出されたガスと可溶化・酸発酵槽に供給される下水汚泥を直接的または間接的に接触させることにより可溶化・酸発酵槽に供給される下水汚泥を加温するための加温設備を有することが好ましい。

ガス循環ループに加温設備とこの加温設備に後続して除湿設備を有し、燃焼炉から乾燥機と加温設備と除湿設備を経て同燃焼炉に戻るガスの循環ループを形成することが好ましい。

消化槽から加温設備に至る汚泥の引抜経路と、水処理設備から加温設備を経由せずに消化槽に至る下水汚泥の供給経路を有することが好ましい。

加温設備で加温した下水汚泥の一部を可溶化・酸発酵槽を経由せずに消化槽に供給する汚泥の供給経路を有することが好ましい。

消化槽に後続して、脱水機に至る経路とは別の経路に消化ガスの熱源を利用して発電を行う発電機を備えていることが好ましい。

本発明は上記のとおり構成されているので、次の効果を奏する。
（１）請求項１、４記載の発明によれば、有機性廃棄物を受け入れることにより消化ガス（バイオガス）発生量が増加し、可溶化、メタン発酵または乾燥処理のための熱源としての化石燃料の使用量を低減するか又は不要とすることができる。さらに、余剰のバイオガスにより、その熱量を発電等に有効利用することができる。また、有機性廃棄物を受け入れることにより、その受け入れ収入を獲得することができる。

また、請求項１、４記載の発明によれば、乾燥機（乾燥工程）の排ガスの顕熱およびその排ガスに含まれる水分の潜熱を利用して、汚泥の加温を行うと同時に水分が凝縮することにより、その排ガスの除湿も行うことができる。従って、従来は必要とされた消化槽加温のためのボイラ設備が不要となるので、そのボイラ設備で消化ガスを消費することもなくなる。その結果、消化ガスを脱水汚泥の乾燥および炭化のための熱源として有効に利用することができる。有機性廃棄物をメタン発酵すると、発酵残渣の処理が課題となるが、請求項１、４記載の発明によれば、下水処理場の既設の設備を用いて発酵残渣の排水を処理することができるので、発酵残渣の排水の処理に煩わされるという問題が生じない。本発明は汚泥の再資源化に関するものであり、循環ループを循環するガスは多量の水蒸気を含んでいる。一般に、循環ループをガスが循環しうるように設けるガス循環用の高速回転駆動部には負圧が生じやすく、この負圧発生部位においては不可避的に外気を吸引してしまう。この場合、請求項１、４記載の発明によれば、多量の水蒸気を含むガスを加温設備と除湿設備に導入してガス中の水分を除去し、このガスに不可避的に含まれる空気を燃焼炉における消化ガスの燃焼用空気として利用することにより、燃焼脱臭も行うことができる。
（２）請求項２、５記載の発明によれば、汚泥の有用な再資源化手段を提供することができる。特に、請求項６記載の発明によれば、経済的に一層有利な汚泥の再資源化手段を提供することができる。
（３）請求項３、１１記載の発明によれば、汚泥の有用な再資源化手段を提供することができる。
（４）請求項７記載の発明によれば、汚泥の加温と乾燥のために使用されるガスが循環ループを形成して外部に排出されないので、環境汚染の問題が生じない。
（５）請求項８記載の発明によれば、水処理設備から排出される下水汚泥を可溶化・酸発酵槽の固形物濃度を調整する希釈水として用い、同時にその汚泥を加温することで可溶化反応と酸発酵反応を促進するとともに、可溶化・酸発酵槽を加温するための外部熱源を必要としなくなる。
（６）請求項９記載の発明によれば、消化槽からの汚泥の引抜量と水処理設備から加温設備を経由せずに消化槽に至る下水汚泥の量をコントロールすることにより、消化槽内の汚泥の温度を適正温度に調整することができる。
（７）請求項１０記載の発明によれば、加温設備で加温した下水汚泥の中で可溶化・酸発酵槽を経由せずに消化槽に供給する汚泥量をコントロールすることにより、可溶化・酸発酵槽内の固形物濃度を適正濃度に調整することができる。

［実施例１］
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において適宜変更と修正が可能である。図１および後記する図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９および図１０において、実線の矢示は液状物、スラリー状物、懸濁状物または固形物およびこれらの混合物の経路を示し、点線の矢示はガスの経路を示す。

図１は本発明の汚泥の再資源化装置として好適な実施例の概略構成図である。図１において、１は主たる設備として沈澱槽と曝気槽と濃縮槽（図示せず）を有する水処理設備であり、水処理設備１に対して経路２より下水が供給され、水処理装置１において処理水と下水汚泥に分離され、処理水は経路３より排出され、下水汚泥は経路４より排出される。

５は破砕選別機であり、経路６より有機性廃棄物を受け入れて発酵不適物を経路７より排出する。破砕選別機５に後続して可溶化・酸発酵槽８があり、これら破砕選別機５と可溶化・酸発酵槽８から前処理設備が構成される。経路６と、破砕選別機５と可溶化・酸発酵槽８を接続する経路３０と、可溶化・酸発酵槽８と後記する消化槽１６を接続する経路３２とが有機性廃棄物供給経路に相当する。

９は加温塔、１０は除湿塔であり、加温塔９には後記する乾燥機２６から排出される高温の排ガス（約１２０℃）が経路１１（乾燥機排ガスを供給する第二ガス供給経路に相当）を経て供給され、この高温の排ガスと汚泥を直接的に接触させることによって汚泥の加温が行われる。加温塔９から経路１２を経て排出される湿潤ガスは除湿塔１０に導入される。除湿塔１０には経路１３を経て一部の処理水が供給されており、この処理水が塔内下方に向けてスプレーされ、上記湿潤ガスとこのスプレー水が直接的に接触することにより湿分が凝縮して、ガスの除湿が行われる。除湿されたガスは経路１４を経て排出され、スプレー水は経路１５および経路２を経て水処理設備１に戻される。

１６は消化槽であり、中温菌または高温菌により嫌気性消化（メタン発酵）が行われる。消化槽１６で発生したバイオガス（メタンを主成分とするガス）は経路１７を経てガス精製装置１８ａおよび貯留設備１８ｂへ送られる。このバイオガスの一部は経路２１を経て炭化炉２２へ供給されて炭化炉の燃料として使用され、後記するようにして燃焼ガスが生成する。残りのバイオガスは、経路１９を経て発電機２０へ供給される。

一方、消化槽１６でバイオガスを生成した後の消化汚泥は経路２３を経て脱水機２４で脱水処理される。脱水後の脱水汚泥は経路２５を経て乾燥機２６へ供給され、乾燥処理される。炭化炉２２で生成する燃焼生成ガスは経路２７を経て熱交換器２８に供給され、この燃焼生成ガスと循環ループ２９を循環するガスとが熱交換をし、熱交換後の高温ガス（約２００〜５００℃）は経路３６（第一ガス供給経路に相当）を経て乾燥機２６へ供給されて上記した乾燥処理に供され、乾燥汚泥を得ることができる。そして、この乾燥汚泥を、乾燥ゾーン、乾留炭化ゾーンおよび賦活ゾーンを有する炭化炉２２において後記する方法で炭化することにより活性炭化物を得ることができる。

上記した経路１１と、経路１２と、経路１４とは循環ループ２９に合流し、かくして、図１に示すように、第一ガス供給経路（経路３６）と、第二ガス供給経路（経路１１）はガスの循環ループの一部を形成している。
（Ａ）活性炭化物の製造
以上のように構成される汚泥の再資源化装置を用いることによって、以下に説明するようにして活性炭化物を得ることができる。
（１）下水の受け入れ
経路２より下水を受け入れて水処理設備１の沈澱槽において初沈汚泥が沈降分離された後、曝気槽において好気的に生物処理される。その後、濃縮槽で余剰汚泥が分離され、処理水は経路３から排出される。汚泥（初沈汚泥および余剰汚泥）の一部は経路４から経路３３を経て加温塔９に供給され、残りの汚泥は経路３３に分岐することなく直接消化槽１６に供給される。本発明は下水処理場などで発生する汚泥を再資源化するプロセスに関するものであるが、本発明は下水道法で定義される公共下水道、流域下水道の他に、農業集落排水処理施設や漁業集落排水処理施設や林業集落排水処理施設やコミュニティプラントなどにも適用することができる。

水処理設備１で生成した処理水の一部は経路１３を経て除湿塔１０に供給される。この処理水は除湿塔１０内下方に向けてスプレーされ、経路１２から除湿塔１０内に導入される湿潤ガスとこのスプレー水が直接的に接触して湿潤ガス中の湿分が凝縮することにより除湿され、除湿後のガスは経路１４から排出される。スプレー水は経路１５および経路２を経て水処理設備１に戻され、再び汚泥と処理水に分離される。
（２）有機性廃棄物の受け入れと破砕選別
生ゴミや食品工場廃棄物や賞味期限切れ食品や外食産業食品残渣などの有機性廃棄物を経路６から破砕選別機５に受け入れる。有機性廃棄物の受け入れ方法として、車による搬入以外に配管などによってディスポーザ排水を受け入れることもできる。破砕選別機５は、受け入れた有機性廃棄物を破砕する機能と、その破砕物を選別して可溶化・酸発酵の反応に適さない物質を取り除く機能（磁選による鉄類金属およびアルミ類金属の除去と、比重差による軽量樹脂包装物の除去など）を有しており、発酵不適物は経路７から排出される。
（３）可溶化・酸発酵
破砕選別機５で発酵不適物を除去された有機性廃棄物と加温塔９で加温された汚泥は、それぞれ経路３０と３１を経て可溶化・酸発酵槽８へ供給される。可溶化・酸発酵工程は、有機物を微生物で分解して低分子化し、酸発酵を促進させる工程である。この可溶化・酸発酵工程は、比較的温度が高いこと（約３０〜６０℃）と流動性を持たせること（固形物濃度が約３〜２０重量％）により反応が促進される傾向にあるので、加温塔９から汚泥を受け入れることにより、被可溶化物の希釈化効果と同時に加温効果が得られる。
（４）消化
可溶化・酸発酵を経た汚泥は消化槽１６において、中温（約３７℃）または高温（約５５℃）下で活発に働くメタン生成菌により嫌気性消化が行われる。本発明では、下水処理場で生成する下水汚泥に有機性廃棄物を加えた有機性廃棄物含有汚泥を可溶化・酸発酵させるので、嫌気性消化によって生成する消化ガス（メタンを主とするバイオガス）の発生量が多くなることが期待できる。そこで、このバイオガスの燃焼熱を利用することにより、可溶化、メタン発酵または乾燥処理のための熱源としての化石燃料の使用量を低減するか又は不要とすることができる。

水処理設備１から経路４を経て排出された下水汚泥の一部は経路３３を経て加温塔９に供給された後、一部の汚泥は経路３１を経て可溶化・酸発酵槽８に供給され、加温塔９で加温された残りの汚泥は経路３４を経て経路４の汚泥に付加されて消化槽１６に供給される。この場合、経路３３と経路３１と経路３４の汚泥量は上記した被可溶化物の希釈化効
果と加温効果が最適となるように選択される。

また、加温塔９で加温した下水汚泥の一部を可溶化・酸発酵槽を経由せずに経路３４を経て消化槽１６に供給し、加温塔９から可溶化・酸発酵槽８に供給する加温汚泥量を適宜コントロールすることにより、可溶化・酸発酵槽８内の固形物濃度を適正濃度に調整することができる。

さらに、消化槽１６内の消化汚泥の一部は経路３５を経て引き抜かれる。消化槽１６内の汚泥の滞留時間は約３０日と長いため、この間に消化槽１６内の汚泥の温度が低下することもあり、その結果、消化反応の促進が妨げられることがある。そこで、経路３５から引き抜く汚泥の量と、水処理装置１から加温塔９を経由せずに経路４を経て直接消化槽９に供給される汚泥量と、加温塔９で加温して可溶化・酸発酵槽８を経て消化槽１６に供給される加温汚泥量とを適宜コントロールすることにより、消化槽１６内の汚泥の温度を適正温度に保持することが可能になる。
（５）脱水処理
消化槽１６から経路２３を経て引き抜かれる消化汚泥は脱水機２４で脱水処理が行われ、脱水汚泥と脱離液に分離される。なお、図示していないが、脱離液は水処理設備１に返送されて処理される。
（６）乾燥処理
脱水機２４で脱水処理された脱水汚泥は経路２５を経て乾燥機２６に供給される。炭化炉２２の高温の燃焼生成ガスと循環ループ２９を循環するガスとが熱交換器２８において熱交換することによって得られる高温のガスが経路３６を経て乾燥機２６に供給される。乾燥機２６に供給された脱水汚泥はこの高温のガスにより乾燥される。乾燥機２６において脱水汚泥の乾燥に供された後の排ガスの一部は経路１１を経て加温塔９に供給され、残りのガスは循環ループ２９を循環する。さらに、加温塔９から除湿塔１０を経て排出される除湿ガスの一部は経路１４を経て循環ループ２９に合流し、残りのガスは経路３７を経て炭化炉２２に供給される。

本発明は汚泥の再資源化に関するものであり、循環ループを循環するガスは多量の水蒸気を含んでいる。一般に、循環ループをガスが循環しうるようにガス循環用の高速回転駆動部には負圧が生じやすく、この負圧発生部位においては不可避的に外気を吸引してしまう。乾燥機２６から経路１１を経て排出される多量の水蒸気を含むガスは加温塔９と除湿塔１０に導入されてガス中の水分が除去され、このガスに不可避的に含まれる空気は経路３７を経て炭化炉２２に供給され、炭化炉２２の燃焼用空気として利用することができる。
（７）炭化
乾燥機２６において乾燥処理を施された乾燥汚泥は、経路２６ａを経て炭化炉２２に供給されて炭化される。経路２１を経て炭化炉２２に供給されるバイオガスは炭化炉２２の燃料として使用され、経路３７を経て炭化炉２２に供給される空気は炭化炉２２の燃焼用空気として使用される。かくして、炭化炉２２においてバイオガスを燃焼させることによって生成する高温の燃焼生成ガスの顕熱により、以下に説明するように炭化物を製造することができる。また、バイオガスを燃焼させることによりバイオガスの燃焼脱臭も兼ねることができる。

炭化炉２２は、乾燥ゾーンと、乾留炭化ゾーンと、賦活ゾーンを備えているので、吸着能力のある活性炭化物を製造することができるが、必要に応じて処理温度を変えることで炭化物を製造することもできる。しかしながら、活性炭化物は経済的価値が炭化物の２０倍から６０倍もあり、その用途も広いので、活性炭化物を製造する方が有利である。

例えば、活性炭化物の製造装置としては、図２に示すように、炭化炉２２内に、上段のスクリューコンベヤ３８と下段のスクリューコンベヤ３９の２段のスクリューコンベヤが設置されているものを使用することができる。４０はスクリューコンベヤ３８または３９と炭化炉２２の炉体との間に設けられた仕切板で、燃焼排ガスが蛇行して流れるようなガス通路が形成されるように、すなわち、仕切板４０は燃焼排ガス整流用バッフルの役目を果たすべく設けられたものである。４１は燃料と空気の導入口、４２は空気の導入口である。４３は乾燥汚泥を貯留するホッパー、４４は乾燥汚泥の切り出しスクリュー、４５は冷却器、４６は水蒸気および還元ガスの排出口、４７は活性炭化物の排出口である。

以上のように構成される活性炭化物製造装置によれば、上段のスクリューコンベヤ３８の略前半部が主として乾燥ゾーン、上段のスクリューコンベヤ３８の略後半部および下段のスクリューコンベヤ３９の略前半部が主として乾留炭化ゾーン、下段のスクリューコンベヤ３９の略後半部が主として賦活ゾーンとなるように構成されており、乾燥汚泥貯留ホッパー４３から炉内に供給された汚泥は乾燥ゾーンで乾燥され、次いで、乾留炭化ゾーンで炭化され、乾燥ゾーンで発生した水蒸気および乾留炭化ゾーンで発生したＣＯ、ＣＨ₄、Ｈ₂等の還元ガスを炭化物とともに賦活ゾーンに導入して接触させることにより、炭化物を賦活・活性化するので、吸着力のある活性炭化物を効率よく製造することができる。

かくして、炭化炉２２で製造された活性炭化物は排出口４７から排出されて冷却器４５で冷却されて、製品活性炭化物を得ることができる。

このようにして得られる活性炭化物や炭化工程に供する前の乾燥汚泥は、例えば、発電所もしくは事業用ボイラの燃料、製鉄所または製鋼所での燃料もしくは保温材、セメント工場での原燃料、緑農地での土壌改良材もしくは土質改良材もしくはコンポスト副資材などに利用することができる。このように、本発明によれば、汚泥から得られた乾燥汚泥や炭化物を化石燃料の代替として利用したり、副資材等として利用することにより、地球温暖化の防止に貢献するとともに循環型社会の形成に貢献できる。
（８）余剰の消化ガス（バイオガス）による発電
消化槽１６から排出されてガス精製装置１８ａおよび貯留設備１８ｂへ送られたバイオガスの一部は経路２１を経て炭化炉２２へ供給され、余剰のバイオガスは経路１９を経て発電機２０へ供給される。発電機２０としては、ガスエンジン発電機またはガスタービン発電機を用いることができる。この発電機で得られた電力により、下水処理場内で必要とされる電力の一部または全部を賄うことができる。また、発電機２０に代えて燃料電池を用いることもできる。
（Ｂ）実際の下水処理場に本実施例１の装置を適用した場合の処理能力の評価
中規模の下水処理場において現実的に収集可能な有機性廃棄物（ここでは、生ゴミ）を投入した場合について熱計算を行ったので、その結果を説明する。以下に説明する内容は一例であって、下水処理場の規模や受け入れる有機性廃棄物の種類や量によって結果が異なることは、言うまでもない。

本実施例１および後記する各実施例ならびに各比較例における共通の試算条件は、下記のとおりである。

下水処理場の処理量は３００００ｍ³／日、濃縮汚泥の発生量は２００トン／日、濃縮汚泥の固形物濃度は２．９重量％、濃縮汚泥の有機物濃度は８２重量％（対固形物量）、濃縮汚泥の消化槽での有機物分解率は５５％、濃縮汚泥の消化槽での消化ガス発生量は９００Ｎｍ³／トン（分解有機物量より求めると、２３５４Ｎｍ³／日）、この消化ガス中のメタン濃度は６２％、有機性廃棄物の異物混入量は１０重量％、異物除去後の有機性廃棄物の固形物濃度は１５重量％、異物除去後の有機性廃棄物の有機物濃度は９２重量％（対固形物量）、異物除去後の有機性廃棄物の消化槽での消化ガス発生量は８１０Ｎｍ³／トン（分解有機物量より求めると、１２７０Ｎｍ³／日）、この消化ガス中のメタン濃度は５８％、消化汚泥の含水率は８２．０重量％、下水汚泥由来の消化汚泥脱水汚泥量は１７．２トン／日、有機性廃棄物由来の消化汚泥脱水汚泥量は２．９トン／日、有機性廃棄物の受け入れ量は１５トン／日、他の下水処理場の脱水汚泥受け入れ量は５０トン／日である。

そして、以下の表１に示すような処理能力の試算結果を得た。

〔比較例１〕
比較のために、図７に示すように、図１の装置から、破砕選別機５と可溶化・酸発酵槽８をなくし、発電機２０に代えてボイラ７１を有する汚泥の再資源化装置について、上記試算条件に基づいて、以下の表２に示すような処理能力の試算結果を得た。重複説明を避けるため、図７において実施例１と同じ構成要素には同一参照番号を付してその説明を省略する。

《実施例１の装置》
表１と表２を比較すると明かなように、実施例１の装置は有機性廃棄物の受け入れと、乾燥機排ガスの凝縮熱を利用して汚泥を加温するので、以下のような利点を享受できる。
（１）発電
炭化炉の燃焼に必要なガスを除いて大量の余剰消化ガスが発生するので、これを用いて発電できる。この電力（１４９ｋＷ）を用いれば、下水処理場内で必要とされる電力の一部または全部を賄うことができる。
（２）高温発酵
消化槽における発酵は、中温菌による発酵と高温菌による発酵のいずれでもよいが、高温菌による発酵の場合、病原性菌や雑菌が死滅し、比較的発酵速度が速いため、発酵効率も良いという点で、中温発酵に比べて有利である。実施例１の装置によれば、高温発酵（５５℃）もできるように汚泥を加温することができるという効果が期待できる。
（３）有機性廃棄物の受け入れ収入
有機性廃棄物の処理には一定の費用が必要なため、これを受け入れて処理することにより、有機性廃棄物の受け入れ費用を獲得することができる。
《比較例１の装置》
一方、表２に明かなように、比較例１の装置では、炭化炉の燃焼とボイラの燃焼に必要なガスを除いた後の余剰のガスからは、僅かに０．９ＧＪ(キ゛カ゛シ゛ュール)／日の熱量しか得られない。この程度の熱量では有効な用途もないので、大気中に放散せざるを得ない。実施例１と比較例１との間でこのように余剰ガス量に大きな差が発生した理由は、比較例１は、有機性廃棄物の受け入れがないので消化ガス量の発生量が少なく、その上、乾燥機排ガスの凝縮熱を利用するという構成がないため、汚泥を加温するためのボイラの燃料が必要であるという理由によるものである。しかも、ボイラの燃焼熱では、中温菌による発酵に適した温度（３７℃）にしか汚泥を加温することができない。
［実施例２−１］
図３は本発明の汚泥の再資源化装置として好適な別の実施例の概略構成図である。この実施例２−１は、炭化炉２２がなく、消化ガスを燃焼させる炉としてガス燃焼炉５１を有する点が実施例１と異なる。重複説明を避けるため、図３において実施例１と同じ構成要素には同一参照番号を付してその説明を省略する。

そして、実際の下水処理場に本実施例２−１の装置を適用した場合について、上記試算条件に基づいて、以下の表３に示すような処理能力の試算結果を得た。

〔比較例２〕
比較のために、図８に示すように、図３の装置から、破砕選別機５と可溶化・酸発酵槽８をなくし、発電機２０に代えてボイラ７１を有する汚泥の再資源化装置について、上記試算条件に基づいて、以下の表４に示すような処理能力の試算結果を得た。重複説明を避けるため、図８において実施例１と同じ構成要素には同一参照番号を付してその説明を省略する。

《実施例２−１の装置》
表３と表４を比較すると明かなように、実施例２−１の装置は有機性廃棄物の受け入れと、乾燥機排ガスの凝縮熱を利用して汚泥を加温するので、以下のような利点を享受できる。
（１）発電
炭化炉の燃焼に必要なガスを除いて余剰の消化ガスが発生するので、これを用いて発電できる。この電力を用いれば、下水処理場内で必要とされる電力の一部を賄うことができる。
（２）高温発酵
実施例１の装置と同じように、高温発酵（５５℃）もできるように汚泥を加温することができるという効果が期待できる。
（３）有機性廃棄物の受け入れ収入
実施例１の装置と同じように、有機性廃棄物の受け入れ費用を獲得することができる。
（４）補助燃料の不要化
ガス燃焼炉の燃焼のための補助燃料の使用が不要となる。
《比較例２の装置》
一方、表４に明かなように、比較例２の装置では、ガス燃焼炉の燃焼とボイラの燃焼に必要なガスを除いた後に、余剰のガスは得られない。実施例２−１と比較例２との間でこのように余剰ガスの発生の有無という差が発生した理由は、比較例２は、有機性廃棄物の受け入れがないので消化ガス量の発生量が少なく、その上、乾燥機排ガスの凝縮熱を利用するという構成がないため、汚泥を加温するためのボイラの燃焼が必要であるという理由によるものである。しかも、ガス燃焼炉の燃焼のために消化ガスの保有熱量だけでは賄うことができないため、大量の補助燃料が必要である。さらに、ボイラの燃焼熱では、中温菌による発酵に適した温度（３７℃）にしか汚泥を加温することができない。
［実施例２−２］
図４は本発明の汚泥の再資源化装置として好適な別の実施例の概略構成図である。この実施例２−２は実施例２−１と同じように、炭化炉２２がなく、消化ガスを燃焼させる炉としてガス燃焼炉５１を有する点が実施例１と異なる。さらに、実施例２−２では、熱交換器２８においてガス燃焼炉５１で生成する高温の燃焼生成ガスと循環ループ２９ａを循環するガスとを熱交換することによって得られる高温のガスが乾燥機２６へ供給されるのではなくガス燃焼炉５１へ返送され、ガス燃焼炉５１の燃焼生成ガスが直接乾燥機２６へ供給される点が実施例２−１と異なる。重複説明を避けるため、図４において実施例１と同じ構成要素には同一参照番号を付してその説明を省略する。
［実施例３］
図５は本発明の汚泥の再資源化装置として好適なさらに別の実施例の概略構成図である。この実施例３は他の下水処理場の脱水汚泥を受け入れる場合を示し、実施例１と異なり、発電機２０を有しない。経路６１は他の下水処理場の脱水汚泥の受け入れ経路を示し、経路６２は灯油または重油など化石燃料からなる補助燃料の受け入れ経路を示す。重複説明を避けるため、図５において実施例１と同じ構成要素には同一参照番号を付してその説明を省略する。

そして、実際の下水処理場に本実施例３の装置を適用した場合について、上記試算条件に基づいて、以下の表５に示すような処理能力の試算結果を得た。

〔比較例３〕
比較のために、図９に示すように、図５の装置から、破砕選別機５と可溶化・酸発酵槽８をなくし、ボイラ７１を有する汚泥の再資源化装置について、上記試算条件に基づいて、以下の表６に示すような処理能力の試算結果を得た。重複説明を避けるため、図９において実施例１と同じ構成要素には同一参照番号を付してその説明を省略する。

《実施例３の装置》
表５と表６を比較すると明かなように、実施例３の装置は有機性廃棄物の受け入れと、乾燥機排ガスの凝縮熱を利用して汚泥を加温するので、以下のような利点を享受できる。
（１）補助燃料の低減
消化ガスの生成量が多いので、炭化炉の燃焼のための補助燃料を比較例３の約半分に低減することができる。
（２）高温発酵
実施例１および実施例２−１の装置と同じように、高温発酵（５５℃）もできるように汚泥を加温することができるという効果が期待できる。
（３）有機性廃棄物の受け入れ収入
実施例１および実施例２−１の装置と同じように、有機性廃棄物の受け入れ費用を獲得することができる。
《比較例３の装置》
一方、表６に明かなように、比較例３の装置では、有機性廃棄物の受け入れがないので消化ガス量の発生量が少なく、その上、乾燥機排ガスの凝縮熱を利用するという構成がないため、炭化炉の燃焼のために消化ガスの保有熱量だけでは賄うことができないので、大量の補助燃料が必要である。さらに、ボイラの燃焼熱では、中温菌による発酵に適した温度（３７℃）にしか汚泥を加温することができない。
［実施例４］
図６は本発明の汚泥の再資源化装置として好適なさらに別の実施例の概略構成図である。この実施例４は実施例３と同じように、他の下水処理場の脱水汚泥を受け入れる場合を示す。また、発電機２０と炭化炉２２がなく、消化ガスを燃焼させる炉としてガス燃焼炉５１を有する点が実施例１と異なる。重複説明を避けるため、図６において実施例１と同じ構成要素には同一参照番号を付してその説明を省略する。

そして、実際の下水処理場に本実施例４の装置を適用した場合について、上記試算条件に基づいて、以下の表７に示すような処理能力の試算結果を得た。

〔比較例４〕
比較のために、図１０に示すように、図６の装置から、破砕選別機５と可溶化・酸発酵槽８をなくし、ボイラ７１を有する汚泥の再資源化装置について、上記試算条件に基づいて、以下の表８に示すような処理能力の試算結果を得た。重複説明を避けるため、図１０において実施例１と同じ構成要素には同一参照番号を付してその説明を省略する。

《実施例４の装置》
表７と表８を比較すると明かなように、実施例４の装置は有機性廃棄物の受け入れと、乾燥機排ガスの凝縮熱を利用して汚泥を加温するので、以下のような利点を享受できる。
（１）補助燃料の低減
消化ガスの生成量が多いので、ガス燃焼炉の燃焼のための補助燃料を比較例４の約８０％に低減することができる。
（２）高温発酵
実施例１、実施例２−１および実施例３の装置と同じように、高温発酵（５５℃）もできるように汚泥を加温することができるという効果が期待できる。
（３）有機性廃棄物の受け入れ収入
実施例１、実施例２−１および実施例３の装置と同じように、有機性廃棄物の受け入れ費用を獲得することができる。
《比較例４の装置》
一方、表８に明かなように、比較例４の装置では、有機性廃棄物の受け入れがないので消化ガス量の発生量が少なく、その上、乾燥機排ガスの凝縮熱を利用するという構成がないため、ガス燃焼炉の燃焼のために消化ガスの保有熱量だけでは賄うことができないので、大量の補助燃料が必要である。さらに、ボイラの燃焼熱では、中温菌による発酵に適した温度（３７℃）にしか汚泥を加温することができない。

本発明は以上のように構成されているので、下水処理場などで発生する汚泥から、工業的に有用な資源を経済的な方法で製造することができるとともに、地球温暖化防止と循環型社会の形成に貢献することができる画期的な発明である。

本発明の汚泥の再資源化装置の実施例１の概略構成図である。活性炭化物の製造装置の概略構成を示す断面図である。本発明の汚泥の再資源化装置の実施例２−１の概略構成図である。本発明の汚泥の再資源化装置の実施例２−２の概略構成図である。本発明の汚泥の再資源化装置の実施例３の概略構成図である。本発明の汚泥の再資源化装置の実施例４の概略構成図である。本発明の汚泥の再資源化装置の実施例１に対応する比較例１の概略構成図である。本発明の汚泥の再資源化装置の実施例２−１に対応する比較例２の概略構成図である。本発明の汚泥の再資源化装置の実施例３に対応する比較例３の概略構成図である。本発明の汚泥の再資源化装置の実施例４に対応する比較例４の概略構成図である。従来の汚泥の燃料化装置の概略構成図である。従来の食品廃棄物等循環資源のリサイクルシステムを示す図である。

符号の説明

１水処理設備
５破砕選別機
６経路
８可溶化・酸発酵槽
９加温塔
１０除湿塔
１１第二ガス供給経路
１６消化槽
１８ａガス精製装置
１８ｂ貯留設備
２０発電機
２２炭化炉
２４脱水機
２６乾燥機
２８熱交換器
３６第一ガス供給経路
３８上段のスクリューコンベヤ
３９下段のスクリューコンベヤ
４０仕切板
４１燃料と空気の導入口
４２空気の導入口
４３乾燥汚泥貯留ホッパー
４４乾燥汚泥の切り出しスクリュー
４５冷却器
４６水蒸気および還元ガスの排出口
４７活性炭化物排出口
５１ガス燃焼炉
６１他の下水処理場の脱水汚泥の受け入れ経路
６２補助燃料の受け入れ経路
７１ボイラ
８１下水汚泥
８２脱水機
８３乾燥炉
８４炭化炉
８５燃焼炉
８６汚泥焼却炉
８７排ガス処理装置
８９炭化物
９１採取池
９２最初沈澱池
９３エアレーションタンク
９４最終沈澱池
９５汚泥濃縮槽
９６脱水装置
９７遠心分離装置
９８食品廃棄物
９９粉砕フィーダー
１００スラリータンク
１０２粉砕機
１０３バイオリアクター
１０４ガスホルダー
１０５ガスエンジン
１０６汚泥乾燥機

Claims

下水処理設備で発生した汚泥をメタン発酵させて消化ガスを生成する消化工程と、消化ガスを生成した消化汚泥を脱水処理する脱水工程と、脱水処理後の脱水汚泥を乾燥処理する乾燥工程と、上記消化ガスを燃焼させて燃焼生成ガスを生成する燃焼工程とを有する汚泥の再資源化方法において、
燃焼工程で生成した燃焼生成ガスの保有熱を利用して乾燥処理のための高温のガスを得、
乾燥処理に用いた後の高温のガスと直接的または間接的に接触させることにより下水処理設備で発生した全汚泥の一部を加温し、
下水処理設備で発生した全汚泥の一部を加温するために用いた上記ガスを除湿後に燃焼工程における消化ガスの燃焼用空気として用い、
下水処理設備で発生した全汚泥の中で加温されなかった汚泥と加温した汚泥に有機性廃棄物を加えた有機性廃棄物含有汚泥が消化工程に供給される汚泥であり、
さらに、他の下水処理設備で発生した脱水汚泥が乾燥工程に供給されることを特徴とする汚泥の再資源化方法。
乾燥工程に引き続いて乾燥汚泥を炭化処理する炭化工程を有することを特徴とする請求項１記載の汚泥の再資源化方法。
消化工程に後続して、脱水工程に至る経路とは別の経路に消化ガスの熱源を利用して発電を行う発電工程を有することを特徴とする請求項１または２記載の汚泥の再資源化方法。
下水を処理水と汚泥に分離する下水処理設備と、上記汚泥をメタン発酵させて消化ガスを生成する消化槽と、消化ガスを生成した消化汚泥を脱水処理する脱水機と、脱水処理後の脱水汚泥を乾燥処理する乾燥機と、上記消化ガスを燃焼させて燃焼生成ガスを生成する燃焼炉とを有する汚泥の再資源化装置において、
有機性廃棄物を消化槽に供給するための有機性廃棄物供給経路と、
燃焼炉で生成した燃焼生成ガスの保有熱を利用することによって得た高温のガスを乾燥機に供給する第一ガス供給経路と、
上記乾燥機から排出されたガスと直接的または間接的に接触させることにより汚泥を加温するための加温設備とこの加温設備に後続するガス除湿設備と、
汚泥を加温するための乾燥機排ガスを上記加温設備に供給する第二ガス供給経路と、下水処理設備で発生した全汚泥の一部を上記加温設備に供給する経路と、
下水処理設備で発生した全汚泥の中で加温設備に供給しなかった汚泥を消化槽に供給する経路と、
燃焼炉から第一ガス供給経路、第二ガス供給経路、加温設備およびガス除湿設備を経て燃焼炉に至るガスの循環ループとを有し、
下水処理設備で発生した全汚泥の中で加温しなかった汚泥と加温した汚泥に有機性廃棄物供給経路を経て供給された有機性廃棄物を加えた有機性廃棄物含有汚泥が消化槽に供給される汚泥であり、
さらに、他の下水処理設備で発生した脱水汚泥を乾燥機に供給する経路を有することを特徴とする汚泥の再資源化装置。
燃焼炉が乾燥機に後続して乾燥汚泥を炭化処理する炭化炉であることを特徴とする請求項４記載の汚泥の再資源化装置。
炭化炉が活性炭化物製造炉であることを特徴とする請求項５記載の汚泥の再資源化装置。
乾燥機から排出されたガスと燃焼炉で生成した燃焼生成ガスとを熱交換するための熱交換器と、上記乾燥機から熱交換器を経て乾燥機に至るガス循環ループとを有し、上記熱交換器において燃焼炉で生成した燃焼生成ガスとガス循環ループを循環するガスとを熱交換することにより第一ガス供給経路を流通する高温のガスを得ることを特徴とする請求項４、５または６記載の汚泥の再資源化装置。
有機性廃棄物供給経路に破砕選別機と可溶化・酸発酵槽からなる前処理設備を有し、さらに、加温設備が下水処理設備から上記可溶化・酸発酵槽に至る下水汚泥供給経路に乾燥機から排出されたガスと可溶化・酸発酵槽に供給される下水汚泥を直接的または間接的に接触させることにより可溶化・酸発酵槽に供給される下水汚泥を加温するための加温設備であることを特徴とする請求項４、５、６または７記載の汚泥の再資源化装置。
消化槽から加温設備に至る汚泥の引抜経路を有することを特徴とする請求項４、５、６、７または８記載の汚泥の再資源化装置。
加温設備で加温した下水汚泥の一部を可溶化・酸発酵槽を経由せずに消化槽に供給する汚泥の供給経路を有することを特徴とする請求項８または９記載の汚泥の再資源化装置。
消化槽に後続して、脱水機に至る経路とは別の経路に消化ガスの熱源を利用して発電を行う発電機を備えていることを特徴とする請求項４、５、６、７、８、９または１０記載の汚泥の再資源化装置。