JP5329369B2 - Sludge solubilizer and sludge solubilization method - Google Patents

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Description

本発明は、下水等の廃水処理設備から生じる汚泥の消化に供される可溶化汚泥を形成するために好適に用いられる汚泥可溶化装置、及び汚泥可溶化方法に関する。   The present invention relates to a sludge solubilizer and a sludge solubilization method that are preferably used to form a solubilized sludge used for digestion of sludge generated from wastewater treatment facilities such as sewage.

下水等の有機性廃水の活性汚泥による廃水処理設備から生じる余剰汚泥は、脱水・焼却して減量後に埋め立て処分されてきた。しかし、汚泥の大量化に伴ない、焼却後の灰を処分する埋立地の確保が年々困難な状況となっている。余剰汚泥の建設資材などへの再利用も行なわれているものの、経済性、流通システムなどの課題により、社会全体に広がるには至っていない。   Surplus sludge generated from wastewater treatment facilities using activated sludge from organic wastewater such as sewage has been disposed of in landfills after dehydration and incineration and after reduction. However, with the increase in sludge volume, it has become difficult year by year to secure a landfill site for disposal of ash after incineration. Although excess sludge has been reused for construction materials, it has not spread to society as a whole due to problems such as economic efficiency and distribution systems.

一方、近年、地球環境保護への意識の高まりから、廃棄物のリサイクルやエネルギー回収等を推進する資源循環型社会システムへの転換が求められている。そこで、下水や工場排水等の活性汚泥を用いた廃水処理設備から生じる余剰汚泥からエネルギー(電気、熱、燃料)を回収する基礎技術として、従来から利用されてきたメタン発酵などの嫌気性消化処理が再び見直されつつある。また、嫌気性消化処理によるエネルギー回収・発電を、民活を利用したPFI事業の形で進める自治体が増加している。このような消化処理を用いることにより、メタン発酵から生じたメタンを回収し、燃焼させることによって発電を行うことが可能である。また、余剰汚泥を分解・消化することによって、固形物を減量することができる。   On the other hand, in recent years, with the growing awareness of global environmental protection, there is a need for a shift to a resource recycling social system that promotes recycling of waste and energy recovery. Therefore, anaerobic digestion treatment such as methane fermentation has been used as a basic technology for recovering energy (electricity, heat, fuel) from surplus sludge generated from wastewater treatment facilities using activated sludge such as sewage and industrial wastewater. Is being reviewed again. In addition, an increasing number of local governments are proceeding with energy recovery and power generation through anaerobic digestion in the form of PFI projects using private life. By using such a digestion process, it is possible to generate electricity by collecting and burning methane generated from methane fermentation. In addition, solid matter can be reduced by decomposing and digesting excess sludge.

従来から用いられている汚泥消化設備の一般的なプロセスフローを、図4に示す。図4の汚泥消化設備は、濃縮装置50、消化槽51、加温用ボイラ52、脱水装置53及び発電機54を備える。活性汚泥を用いた廃水処理設備における最終沈殿池で沈殿した活性汚泥は、一部が返送汚泥として生物処理層に戻され、残りが余剰汚泥として、遠心濃縮機、浮上濃縮機などの濃縮装置50により、2〜5%程度の固形分濃度にまで濃縮される。廃水処理設備における最初沈殿池で沈殿した生汚泥もまた、上記同様に濃縮される。これらの濃縮された汚泥は、消化槽51に蓄えられ、ここで加温用ボイラ52によって適温(通常54〜57℃)に加熱されて、酸生成菌による酸発酵及びメタン生成菌によるメタン発酵を含む嫌気性消化処理に供され、主成分としてメタンを含む消化ガスを発生する。   FIG. 4 shows a general process flow of a conventionally used sludge digestion facility. The sludge digestion facility of FIG. 4 includes a concentrator 50, a digester tank 51, a heating boiler 52, a dehydrator 53, and a generator 54. A part of the activated sludge precipitated in the final settling basin in the wastewater treatment facility using activated sludge is returned to the biological treatment layer as return sludge, and the remainder as surplus sludge is used as a concentrator 50 such as a centrifugal concentrator or a flotation concentrator. To concentrate to a solids concentration of about 2-5%. The raw sludge precipitated in the first settling tank in the wastewater treatment facility is also concentrated in the same manner as described above. These concentrated sludge is stored in the digestion tank 51 where it is heated to an appropriate temperature (usually 54 to 57 ° C.) by a heating boiler 52 to perform acid fermentation by acid-producing bacteria and methane fermentation by methanogenic bacteria. It is used for the anaerobic digestion process that contains it, generating digestive gas containing methane as the main component.

この嫌気性消化処理で生じた消化汚泥(消化液)は、例えば、べルトプレス脱水機からなる脱水装置53によって脱水処理される。脱水汚泥は、トラックで下水処理施設外の処理場へ搬出され、他方の脱水分離液は、返流水として最初沈殿池の入口側に返送される。一方、消化槽51からの消化ガスは、脱硫塔で硫化水素が除去された後、ガスホルダーに蓄えられ、必要に応じて、発電機54を駆動するためのガスエンジンに燃料として供給される。発電機54から得られた電力は、一般的な電力として利用するために設備外に送電され、あるいは加温用ボイラ52を駆動するための電力としても用いられる。すなわち、このような余剰汚泥消化設備によって、余剰汚泥からの固形物を減量すると同時に、消化ガスをエネルギー源として利用することができる。   Digested sludge (digested liquid) produced by this anaerobic digestion process is dehydrated by a dehydrator 53 comprising, for example, a belt press dehydrator. The dewatered sludge is transported by truck to a treatment plant outside the sewage treatment facility, and the other dewatered separation liquid is first returned to the inlet side of the settling basin as return water. On the other hand, digestion gas from the digestion tank 51 is stored in a gas holder after hydrogen sulfide is removed by a desulfurization tower, and is supplied as fuel to a gas engine for driving the generator 54 as necessary. The electric power obtained from the generator 54 is transmitted outside the facility for use as general electric power, or is used as electric power for driving the heating boiler 52. That is, such excess sludge digestion equipment can reduce the amount of solid matter from excess sludge and simultaneously use digestion gas as an energy source.

しかし、食品廃棄物、家畜糞尿などの生ゴミの消化槽でのメタン発酵による消化率(有機物分解率)は約90〜95%である一方、上記のような汚泥消化設備での汚泥のメタン発酵による消化率は約50%にとどまっている。これは、活性汚泥を用いた廃水処理設備から得られる余剰汚泥の、メタン発酵の前段階である酸発酵による可溶化速度が小さいためであると考えられている。従って、濃縮された余剰汚泥を消化槽に供給する前段階で、余剰汚泥の可溶化を促進することによって、余剰汚泥からの固形物のより一層の減量及び消化ガスのさらなる増量(消化率の向上)を可能とするような技術の開発が要求されている。ここでの余剰汚泥の「可溶化」とは、汚泥の細胞群内部の水分及び有機分が水に溶解する状態になることを意味する。   However, the digestibility of organic waste such as food waste and livestock manure by digestion with methane fermentation (decomposition rate of organic matter) is about 90-95%, while sludge methane fermentation in the above sludge digestion equipment. The digestibility by is only about 50%. This is thought to be due to the low solubilization rate of surplus sludge obtained from wastewater treatment equipment using activated sludge by acid fermentation, which is the previous stage of methane fermentation. Therefore, before the concentrated excess sludge is supplied to the digester, the solubilization of the excess sludge is promoted to further reduce the solids from the excess sludge and further increase the digestion gas (improve the digestibility). ) Is required to develop technology. “Solubilization” of surplus sludge here means that water and organic components inside the sludge cell group are dissolved in water.

また、メタン発酵などの嫌気性消化処理を利用した発電施設では、人件費等のコスト削減の観点から、運転資格の不要な簡易ボイラでの加熱による24時間連続の無人運転設備が普及している。しかし、上述のように汚泥消化設備でのメタン発酵による消化率(ガス化率)は、汚泥の可溶化速度が小さいことから約50%にとどまっている。結果として、このような嫌気性消化処理を利用した発電施設では、発電効率が低いため、事業の採算をとるのが困難となっている。従って、このような事業の採算性の観点からも、運転資格が不要である簡易かつ安価な汚泥加熱(安価な装置を用いた無人運転による汚泥加熱)と、汚泥の可溶化の促進による消化率の向上(汚泥の可溶化促進によるガス化率の向上)とを同時に達成可能な汚泥可溶化のための装置の開発が、強く求められている。   In addition, in power generation facilities using anaerobic digestion treatment such as methane fermentation, unmanned operation equipment for 24 hours by heating with a simple boiler that does not require operation qualification is widespread from the viewpoint of cost reduction such as labor costs. . However, as described above, the digestibility (gasification rate) by methane fermentation in the sludge digestion facility is only about 50% because the sludge solubilization rate is small. As a result, power generation facilities using such anaerobic digestion treatment have low power generation efficiency, making it difficult to make a profit. Therefore, from the viewpoint of profitability of such business, simple and inexpensive sludge heating that does not require operating qualification (sludge heating by unmanned operation using inexpensive equipment) and digestibility by promoting sludge solubilization Development of a device for solubilization of sludge that can simultaneously achieve improvement (improvement of gasification rate by promoting solubilization of sludge) is strongly demanded.

なお、特開2007−117801号公報には、有機性廃棄物を高温メタン発酵処理するに際し、ほぼ一定のある温度設定値で安定してメタン発酵を行うことが可能なメタン発酵処理方法が、開示されている。当該文献のメタン発酵処理方法は、有機性廃棄物を高温可溶化処理する工程、及びこの可溶化処理物と冷却媒体との熱交換により可溶化処理物を冷却する工程を含んでいる。このメタン発酵処理方法は、発酵温度の変動を出来る限り小さくすることによって、安定したメタン発酵を可能とする技術に関するが、汚泥の高温可溶化装置としては、高温・高圧の状態下で汚泥を可溶化するためのタンクであるリアクター、及び可溶化処理物としての可溶化汚泥を貯留し、消化槽に連続投入するためのタンクであるフラッシュタンクを備えた複雑な装置のみが例示されている。また、特許第3808475号には、消化汚泥を濃縮するための濃縮機が介設された加温塔、消化槽で発生する消化ガスの燃焼炉、及びこの燃焼熱により高温高圧水蒸気を発生させる熱交換器を備え、加熱塔内で濃縮した消化汚泥を高温高圧水蒸気に直接接触させて加温することを特徴とする嫌気性消化システムが開示されている。当該文献の嫌気性消化システムは、消化槽から得られた消化汚泥を濃縮し、高温高圧水蒸気で加温してから消化槽に循環することによって、消化率の向上を図る技術に関する。しかし、当該文献には、廃水処理装置から回収された余剰汚泥などの消化槽に送られる前の汚泥の加熱・可溶化処理については、何ら具体的に説明されていない。   JP 2007-117801 A discloses a methane fermentation treatment method capable of stably performing methane fermentation at a substantially constant temperature setting value when organic waste is subjected to high temperature methane fermentation treatment. Has been. The methane fermentation treatment method of this document includes a step of high-temperature solubilization treatment of organic waste, and a step of cooling the solubilization treatment product by heat exchange between the solubilization treatment product and a cooling medium. This methane fermentation treatment method relates to a technology that enables stable methane fermentation by minimizing the fluctuation of the fermentation temperature, but as a high-temperature solubilizer for sludge, sludge can be used under high-temperature and high-pressure conditions. Only a complex apparatus having a reactor that is a tank for solubilization and a flash tank that is a tank for storing solubilized sludge as a solubilized product and continuously charging it into a digester is illustrated. Japanese Patent No. 3808475 discloses a heating tower provided with a concentrator for concentrating digested sludge, a digestion gas combustion furnace generated in a digestion tank, and heat for generating high-temperature and high-pressure steam by the combustion heat. An anaerobic digestion system comprising an exchanger and heating digested sludge concentrated in a heating tower by direct contact with high-temperature and high-pressure steam is disclosed. The anaerobic digestion system of the said literature is related with the technique which aims at the improvement of a digestibility by concentrating the digested sludge obtained from the digester, heating with high temperature / high pressure steam, and circulating to a digester. However, this document does not specifically explain the heating and solubilization treatment of sludge before it is sent to a digestion tank such as excess sludge recovered from a wastewater treatment apparatus.

特開2007−117801号公報JP 2007-117801 A 特許第3808475号Japanese Patent No. 3808475

本発明は、これらの不都合に鑑みてなされたものであり、濃縮された余剰汚泥を消化槽に供給する前段階において余剰汚泥の可溶化を促進することで、余剰汚泥からの固形物のより一層の減量及び消化率のさらなる向上を可能とし、かつ、安価な装置を用いた無人運転によって汚泥を加熱・可溶化することができる汚泥可溶化装置、及び汚泥可溶化方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these disadvantages, and promotes solubilization of surplus sludge in the previous stage of supplying concentrated surplus sludge to the digestion tank, thereby further solidifying the surplus sludge. An object of the present invention is to provide a sludge solubilization device and a sludge solubilization method that can further reduce the weight loss and digestibility, and can heat and solubilize sludge by unmanned operation using an inexpensive device. To do.

上記課題を解決するためになされた本発明の第一の態様は、
濃縮汚泥からメタン発酵用の可溶化汚泥を形成するための汚泥可溶化装置であって、
濃縮汚泥の流れと可溶化汚泥の流れとの熱交換によって、濃縮汚泥を加熱し、かつ可溶化汚泥を冷却する熱交換器と、
この加熱された濃縮汚泥の流れの中に、この流れと対向するように高温高圧水蒸気を噴出することによって、100℃以上に加熱された可溶化汚泥を形成する可溶化手段と
を備えることを特徴とする汚泥可溶化装置である。
The first aspect of the present invention made to solve the above problems is as follows.
A sludge solubilizer for forming solubilized sludge for methane fermentation from concentrated sludge,
A heat exchanger for heating the concentrated sludge and cooling the solubilized sludge by heat exchange between the flow of the concentrated sludge and the flow of the solubilized sludge;
Solubilizing means for forming solubilized sludge heated to 100 ° C. or higher by jetting high-temperature and high-pressure steam into the heated concentrated sludge flow so as to face the flow. The sludge solubilizing device.

当該汚泥可溶化装置によれば、熱交換器を用いて、濃縮汚泥の流れと可溶化汚泥の流れとの熱交換を行うことから、外部からエネルギーを加えることなく効率的に、可溶化手段への供給原料に適した温度(例えば60℃前後)まで濃縮汚泥を加熱することができ、同時に、100℃以上に加熱された可溶化汚泥をメタン発酵に適した温度である50℃以上60℃以下にまで確実に冷却することができる。また、当該汚泥可溶化装置によれば、この可溶化手段への供給原料に適した温度にまで加熱された濃縮汚泥の流れの中に、対向方向から高温高圧水蒸気を噴出することによって、100℃以上に加熱された可溶化汚泥を形成する可溶化手段を備えることから、このような可溶化手段は、圧力容器(密閉容器)ではなく大気開放容器であるため、運転資格が必要なく、安価かつ安全な連続無人運転によって、加熱・可溶化された汚泥を形成することができる。当該汚泥可溶化装置においては、この100℃以上に加熱された可溶化汚泥の形成が、高温高圧水蒸気の噴出により濃縮汚泥の一部に大気圧以上の動圧を発生させると同時に、高温高圧水蒸気の顕熱と凝縮潜熱とを用いて加熱を促進し、かつ、水蒸気の凝縮衝撃により濃縮汚泥の分解を促進することによって行われることから、形成された可溶化汚泥の消化率を向上させることができると共に、汚泥から生じる固形物量を飛躍的に減量することが可能となる。   According to the sludge solubilization apparatus, heat exchange is performed between the flow of concentrated sludge and the flow of solubilized sludge using a heat exchanger. The concentrated sludge can be heated to a temperature suitable for the feedstock (for example, around 60 ° C), and at the same time, the solubilized sludge heated to 100 ° C or higher is a temperature suitable for methane fermentation of 50 ° C or higher and 60 ° C or lower. It is possible to cool down to a certain level. In addition, according to the sludge solubilizer, 100 ° C. is obtained by ejecting high-temperature high-pressure steam from the opposite direction into the flow of concentrated sludge heated to a temperature suitable for the feedstock to the solubilization means. Since the above-described solubilization means for forming the solubilized sludge heated is provided, such a solubilization means is not a pressure vessel (sealed vessel) but an open air vessel, and therefore does not require an operating qualification, is inexpensive and Heated and solubilized sludge can be formed by safe continuous unattended operation. In the sludge solubilizer, the formation of the solubilized sludge heated to 100 ° C. or higher generates a dynamic pressure of atmospheric pressure or higher in a part of the concentrated sludge by jetting the high-temperature high-pressure steam, and at the same time, It is possible to improve the digestibility of the solubilized sludge formed by accelerating the heating using the sensible heat and latent heat of condensation and promoting the decomposition of the concentrated sludge by the condensation impact of water vapor. In addition, it is possible to drastically reduce the amount of solid matter generated from sludge.

当該汚泥可溶化装置に備えられた熱交換器として、二重管式の熱交換器を用いることができる。このような二重管式の熱交換器を用い、濃縮汚泥の流れと可溶化汚泥の流れとの熱交換を行うことによって、効率的な熱伝達が可能となり、100℃以上に加熱された可溶化汚泥を確実に50℃以上60℃以下にまで冷却することができると同時に、濃縮汚泥を可溶化手段への供給原料に適した温度まで十分加熱することができる。   As the heat exchanger provided in the sludge solubilizer, a double-pipe heat exchanger can be used. By using such a double-pipe heat exchanger, heat exchange between the concentrated sludge flow and the solubilized sludge flow enables efficient heat transfer and can be heated to 100 ° C or higher. The solubilized sludge can be reliably cooled to 50 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and at the same time, the concentrated sludge can be sufficiently heated to a temperature suitable for the feedstock to the solubilizing means.

当該汚泥可溶化装置は、熱交換器として多管式の熱交換器を用い、上記可溶化手段により、この多管式熱交換器の複数の管のそれぞれに高温高圧水蒸気が噴出するよう構成されていてよい。多管式熱交換器の複数の管内に、可溶化手段への供給原料に適した温度まで加熱された濃縮汚泥の流れが存在する場合に、それらの管のそれぞれに、可溶化手段により高温高圧水蒸気が対向方向から噴出されることによって、十分に加熱・可溶化された汚泥を効率的に形成することができる。   The sludge solubilization apparatus is configured to use a multi-tube heat exchanger as a heat exchanger, and high-temperature high-pressure steam is ejected to each of a plurality of tubes of the multi-tube heat exchanger by the solubilizing means. It may be. If there is a flow of concentrated sludge heated to a temperature suitable for the feedstock to the solubilization means in multiple tubes of the multi-tube heat exchanger, each of these tubes is heated to high temperature and pressure by the solubilization means. By ejecting water vapor from the opposite direction, sludge sufficiently heated and solubilized can be efficiently formed.

当該汚泥可溶化装置における可溶化手段からの高温高圧水蒸気の噴出速度は、これと対向する濃縮汚泥の流速の5倍以上100倍以下であることが好ましい。このような大きな相対速度で、濃縮汚泥の流れに対向方向から高温高圧水蒸気を噴出することによって、水蒸気の動圧効果による加熱及び水蒸気の凝縮衝撃による汚泥の可溶化を、より一層促進することが可能となる。   The ejection speed of the high-temperature and high-pressure steam from the solubilizing means in the sludge solubilizer is preferably 5 to 100 times the flow rate of the concentrated sludge facing this. By jetting high-temperature and high-pressure steam from the opposite direction to the flow of concentrated sludge at such a large relative speed, it is possible to further promote the solubilization of sludge by the dynamic pressure effect of steam and the condensation impact of steam. It becomes possible.

当該汚泥可溶化装置に供給される濃縮汚泥は、典型的には、活性汚泥による廃水処理装置から回収された余剰汚泥を濃縮したものを含む。例えば、下水や工場排水などの活性汚泥による廃水処理装置からの余剰汚泥を濃縮したものを、当該汚泥可溶化装置で処理することによって、加熱・可溶化された汚泥の消化率を高めると共に、固形物量を効果的に減量することが可能となり、エネルギー効率の向上及び環境への負荷の低減を達成することができる。   The concentrated sludge supplied to the sludge solubilizer typically includes a concentrated sludge recovered from a wastewater treatment apparatus using activated sludge. For example, by condensing excess sludge from wastewater treatment equipment using activated sludge such as sewage and industrial wastewater with the sludge solubilizer, the digestibility of the heated and solubilized sludge can be increased, It is possible to effectively reduce the amount of material, and it is possible to achieve improvement in energy efficiency and reduction in environmental load.

当該汚泥可溶化装置に供給される濃縮汚泥は、活性汚泥による廃水処理装置から回収された余剰汚泥を濃縮したものに加えて、メタン発酵後の一部が消化された汚泥を再濃縮したものを含んでいてもよい。このように、メタン発酵後の一部が消化された汚泥を再濃縮し、汚泥可溶化装置に供給するための濃縮汚泥として再度利用することによって、最終的に処分される固形物量をさらに減らし、それによって汚泥の利用効率を一層高めることができる。   Concentrated sludge supplied to the sludge solubilizer is not only concentrated concentrated sludge recovered from wastewater treatment equipment using activated sludge, but also reconcentrated sludge partially digested after methane fermentation. May be included. In this way, by re-concentrating sludge partially digested after methane fermentation and reusing it as concentrated sludge for supply to the sludge solubilizer, the amount of solids finally disposed of is further reduced. Thereby, the utilization efficiency of sludge can be further improved.

当該汚泥可溶化装置と、汚泥を脱水することによって汚泥可溶化装置に供給するための濃縮汚泥を形成する濃縮装置と、汚泥可溶化装置によって形成された可溶化汚泥に対してメタン発酵を含む消化処理を行う消化槽とを組み合わせることによって、汚泥処理システムを構築することができる。このような汚泥処理システムは、上記の汚泥可溶化装置を備えていることから、濃縮装置で濃縮された余剰汚泥を消化処理するための消化槽に供給する前段階で、余剰汚泥の可溶化を促進し、それによって余剰汚泥からの固形物の減量及び消化率の向上を同時に達成し、また、安価な装置を用いた無人運転で汚泥を効率的に加熱・可溶化することが可能となる。   Digestion including methane fermentation for the sludge solubilization apparatus, the concentration apparatus for forming the concentrated sludge to be supplied to the sludge solubilization apparatus by dehydrating the sludge, and the solubilized sludge formed by the sludge solubilization apparatus A sludge treatment system can be constructed by combining with a digester that performs treatment. Since such a sludge treatment system is equipped with the sludge solubilization device described above, solubilization of excess sludge is performed in a stage prior to supplying the excess sludge concentrated by the concentration device to the digestion tank for digestion treatment. This makes it possible to simultaneously reduce the amount of solids from the excess sludge and improve the digestibility, and to efficiently heat and solubilize the sludge by unmanned operation using an inexpensive device.

上記課題を解決するためになされた本発明の第二の態様は、
メタン発酵用の可溶化汚泥を形成するための汚泥可溶化方法であって、
活性汚泥による廃水処理装置から回収された余剰汚泥を濃縮したものを含む濃縮汚泥の流れと可溶化汚泥の流れとの熱交換を行うことによって、濃縮汚泥を加熱する工程と、
この加熱された濃縮汚泥の流れの中に、この流れと対向するように高温高圧水蒸気を噴出することによって、100℃以上に加熱された可溶化汚泥を形成する工程と、
この100℃以上に加熱された可溶化汚泥の流れと濃縮汚泥の流れとの熱交換を行うことによって、可溶化汚泥を50℃以上60℃以下にまで冷却する工程と
を有することを特徴とする汚泥可溶化方法である。
The second aspect of the present invention made to solve the above problems is as follows.
A sludge solubilization method for forming a solubilized sludge for methane fermentation,
A step of heating the concentrated sludge by performing heat exchange between the flow of the concentrated sludge including the concentrated excess sludge collected from the wastewater treatment apparatus using activated sludge and the flow of the solubilized sludge;
Forming a solubilized sludge heated to 100 ° C. or higher by spraying high-temperature high-pressure steam in the heated concentrated sludge flow so as to face the flow;
A step of cooling the solubilized sludge to 50 ° C. or higher and 60 ° C. or lower by performing heat exchange between the flow of the solubilized sludge heated to 100 ° C. or higher and the flow of the concentrated sludge. This is a sludge solubilization method.

当該汚泥可溶化方法によれば、活性汚泥による廃水処理装置から回収された余剰汚泥を濃縮したものを含む濃縮汚泥の流れと可溶化汚泥の流れとの熱交換を行うことによって、濃縮汚泥を加熱する工程を有することから、外部からエネルギーを加えることなく効率的に、可溶化汚泥形成工程への供給原料に適した温度(例えば60℃前後)まで濃縮汚泥を加熱することができる。また当該汚泥可溶化方法は、この加熱された濃縮汚泥の流れの中に、この流れと対向するように高温高圧水蒸気を噴出することによって、100℃以上に加熱された可溶化汚泥を形成する工程を有することから、このような高温高圧水蒸気の噴出手段は圧力容器(密閉容器)ではなく大気開放容器であってよいため、運転資格が必要なく、安価かつ安全な連続無人運転によって、加熱・可溶化された汚泥を形成することができる。また、当該汚泥可溶化装置によれば、この100℃以上に加熱された可溶化汚泥の流れと濃縮汚泥の流れとの熱交換を行うことによって、可溶化汚泥を50℃以上60℃以下にまで冷却する工程を有することから、100℃以上に加熱された可溶化汚泥をメタン発酵に適した温度にまで確実に冷却することができる。当該汚泥可溶化方法においては、可溶化汚泥形成工程において、100℃以上に加熱された可溶化汚泥の形成が、高温高圧水蒸気噴出により濃縮汚泥の一部に大気圧以上の動圧を発生させると同時に、高温高圧水蒸気の顕熱と凝縮潜熱とを用いて加熱を促進し、かつ、水蒸気の凝縮衝撃により濃縮汚泥の分解を促進することによって行われることから、形成された可溶化汚泥の消化率を向上させることができると共に、汚泥から生じる固形物量を顕著に減量することが可能となる。   According to the sludge solubilization method, the concentrated sludge is heated by exchanging heat between the flow of the concentrated sludge containing the concentrated excess sludge recovered from the wastewater treatment apparatus using activated sludge and the flow of the solubilized sludge. Therefore, the concentrated sludge can be efficiently heated to a temperature suitable for the feedstock to the solubilized sludge forming step (for example, around 60 ° C.) without applying energy from the outside. Moreover, the said sludge solubilization method is the process of forming the solubilized sludge heated at 100 degreeC or more in the flow of this heated concentrated sludge by spouting high temperature / high pressure steam so as to oppose this flow. Therefore, the high-temperature and high-pressure steam jetting means may be an open-air container rather than a pressure vessel (sealed vessel). Solubilized sludge can be formed. Moreover, according to the said sludge solubilization apparatus, by performing heat exchange with the flow of this solubilized sludge heated to 100 degreeC or more, and the flow of concentrated sludge, solubilized sludge is 50 degreeC or more and 60 degrees C or less. Since it has the process to cool, the solubilized sludge heated at 100 degreeC or more can be reliably cooled to the temperature suitable for methane fermentation. In the sludge solubilization method, when the solubilized sludge heated to 100 ° C. or more in the solubilized sludge forming step generates a dynamic pressure of atmospheric pressure or higher in a part of the concentrated sludge by high-temperature high-pressure steam jetting. At the same time, the digestion rate of the solubilized sludge formed is achieved by accelerating the heating using the sensible heat and latent heat of condensation of the high-temperature and high-pressure steam, and by promoting the decomposition of the concentrated sludge by the condensation impact of the steam. Can be improved, and the amount of solid matter produced from sludge can be significantly reduced.

以上説明したように、本発明の汚泥可溶化装置及び汚泥可溶化方法によれば、濃縮された余剰汚泥を消化槽に供給する前段階において、高温高圧水蒸気噴出による動圧効果と水蒸気の凝縮衝撃とによる汚泥の可溶化を促進にすることで、余剰汚泥からの固形物のより一層の減量及び消化率のさらなる向上、並びに安価かつ簡易な連続無人運転による汚泥の加熱・可溶化が可能となる。   As described above, according to the sludge solubilization apparatus and the sludge solubilization method of the present invention, the dynamic pressure effect and steam condensation impact due to high-temperature and high-pressure steam jetting in the previous stage of supplying concentrated excess sludge to the digestion tank By promoting the solubilization of sludge due to the above, it becomes possible to further reduce the amount of solids from the excess sludge, further improve the digestibility, and heat and solubilize the sludge by cheap and simple continuous unattended operation. .

図1は、本発明の一実施形態に係る汚泥可溶化装置を示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a sludge solubilizer according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の図1とは別の実施形態に係る汚泥可溶化装置を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a sludge solubilizer according to an embodiment different from FIG. 1 of the present invention. 図3は、本発明に係る汚泥可溶化装置を用いた汚泥処理システムのプロセスフロー図である。FIG. 3 is a process flow diagram of the sludge treatment system using the sludge solubilizer according to the present invention. 図4は、従来の汚泥消化設備のプロセスフロー図である。FIG. 4 is a process flow diagram of a conventional sludge digestion facility.

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。
図1に示された第一の実施形態に係る汚泥可溶化装置1は、主に、二重管式熱交換器2及び可溶化手段3を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
The sludge solubilizer 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 mainly has a double-pipe heat exchanger 2 and a solubilizing means 3.

二重管式熱交換器2は、横断面円形の外管5と、外管5の内側に間隔をおいて同心状に挿入された横断面円形の内管4とを有する。内管4及び外管5の材質は、特に限定されないが、例えばアルミニウム押出形材製が用いられる。内管4の両端部は外管5の両端部よりも外側に突出している。内管4及び外管5のサイズは、プロセスの処理容量等によって制限なく設計することが可能であるが、標準規格として設定されているサイズから選択するのが安価であり好ましい。   The double-pipe heat exchanger 2 includes an outer tube 5 having a circular cross section and an inner tube 4 having a circular cross section that is inserted concentrically inside the outer tube 5 at intervals. Although the material of the inner tube 4 and the outer tube 5 is not particularly limited, for example, an aluminum extruded profile is used. Both end portions of the inner tube 4 protrude outward from both end portions of the outer tube 5. The sizes of the inner tube 4 and the outer tube 5 can be designed without limitation depending on the processing capacity of the process, but it is preferable to select from the sizes set as standard specifications because they are inexpensive.

活性汚泥を用いた廃水処理設備における最終沈殿池から得られる余剰汚泥は、公知の濃縮装置により、通常固形分濃度が約2〜5%程度になるまで濃縮され、濃縮汚泥が形成される。この濃縮汚泥が、汚泥可溶化装置1のフィードとして、二重管式熱交換器2の内管4の一方の端部から送入される(図中A)。濃縮汚泥Aは、内管4の一方の端部において、一般的に15℃以上30℃以下程度の温度及び250kPa以上350kPa以下程度の圧力を有する。濃縮汚泥Aは、内管4中を流れるにつれて、後述する可溶化手段3から送出された可溶化汚泥の流れ(図中B)と対向的に熱交換することによって、徐々に加熱される。このように加熱された濃縮汚泥Aは、内管4の他方の端部に至る時点で(可溶化手段3にフィードとして提供される時点で)、例えば50℃以上70℃以下程度の温度を有する。   The surplus sludge obtained from the final sedimentation basin in the wastewater treatment facility using activated sludge is concentrated by a known concentrating device until the solid content concentration is usually about 2 to 5% to form concentrated sludge. This concentrated sludge is fed from one end of the inner pipe 4 of the double pipe heat exchanger 2 as a feed of the sludge solubilizer 1 (A in the figure). The concentrated sludge A generally has a temperature of about 15 ° C. to 30 ° C. and a pressure of about 250 kPa to 350 kPa at one end of the inner pipe 4. As the concentrated sludge A flows through the inner pipe 4, it is gradually heated by exchanging heat with the flow of solubilized sludge sent from the solubilizing means 3 described later (B in the figure). The concentrated sludge A thus heated has a temperature of, for example, about 50 ° C. or more and 70 ° C. or less when reaching the other end of the inner tube 4 (when provided as feed to the solubilizing means 3). .

一方、後述の可溶化手段3から送出された可溶化汚泥Bは、二重管式熱交換器2の外管5の一方の端部(内管4の出口側)から送入される。可溶化汚泥Bは、外管5の一方の端部において、例えば110℃以上140℃以下程度の温度及び200kPa以上300kPa以下程度の圧力を有する。可溶化汚泥Bは、外管5中を流れるにつれて、濃縮汚泥Aの流れと対向的に熱交換することによって、徐々に冷却される。このように冷却された可溶化汚泥Bは、外管5の他方の端部に至る時点で(下流の消化槽にフィードとして提供される前の時点で)、メタン発酵に適した温度である50℃以上60℃以下程度の温度を有する。   On the other hand, the solubilized sludge B sent out from the solubilizing means 3 described later is sent from one end of the outer tube 5 of the double-tube heat exchanger 2 (the outlet side of the inner tube 4). The solubilized sludge B has, for example, a temperature of about 110 ° C. to 140 ° C. and a pressure of about 200 kPa to 300 kPa at one end of the outer tube 5. As the solubilized sludge B flows through the outer pipe 5, it is gradually cooled by exchanging heat with the flow of the concentrated sludge A. The solubilized sludge B cooled in this way has a temperature suitable for methane fermentation when it reaches the other end of the outer pipe 5 (before being provided as a feed to the downstream digester) 50. It has a temperature of not less than about 60 ° C. and not more than 60 ° C.

可溶化手段3は、エジェクタ(高温高圧水蒸気噴出部)6、高温高圧水蒸気供給部7、及び可溶化汚泥送出部8を有する。可溶化手段3において、二重管式熱交換器2の内管4から供給された濃縮汚泥Aに、これと対向する方向から、エジェクタ6を通じて高温高圧水蒸気の流れ(図中C)が高速で噴出・吹き込みされる。ここでの高温高圧水蒸気は、例えば150℃以上200℃以下の温度及び600kPa以上900kPa程度の圧力を有する。濃縮汚泥Aは、高温高圧水蒸気Cが高速で吹き込まれることによって、その一部に大気圧以上の動圧が発生し、それと同時に高温高圧水蒸気の顕熱と凝縮潜熱とによって加熱が促進され、上述のように110℃以上140℃以下程度の温度及び200kPa以上300kPa以下程度の圧力を有する状態となって、可溶化汚泥Bの流れが形成される。形成された可溶化汚泥Bは、可溶化汚泥送出部8から送出され、二重管式熱交換器2の外管5に供給される。また濃縮汚泥Aに高温高圧水蒸気Cを高速で吹き込むことによって、水蒸気の凝縮衝撃により汚泥の細胞群の分解・可溶化が促進される。高温高圧水蒸気Cの噴出速度(吹き込み速度)は、これと対向する濃縮汚泥Aの流速の5倍以上100倍以下であることが好ましい。このような大きな相対速度で、濃縮汚泥Aの流れに対向する方向から高温高圧水蒸気Cを噴出することによって、水蒸気の動圧効果による加熱及び水蒸気の凝縮衝撃(キャビテーション)による汚泥の可溶化を一層促進することができ、ひいては下流の消化槽における消化率の向上及び固形物の減量を達成することが可能となる。   The solubilizing means 3 includes an ejector (high temperature / high pressure steam jetting part) 6, a high temperature / high pressure steam supply part 7, and a solubilized sludge delivery part 8. In the solubilizing means 3, the flow of high-temperature and high-pressure steam (C in the figure) flows through the ejector 6 from the opposite direction to the concentrated sludge A supplied from the inner pipe 4 of the double-pipe heat exchanger 2. Spouted and blown. The high-temperature and high-pressure steam here has, for example, a temperature of 150 to 200 ° C. and a pressure of 600 to 900 kPa. Concentrated sludge A is heated at a high speed by high-temperature and high-pressure steam C at a high speed, and at the same time, dynamic pressure of atmospheric pressure or higher is generated. Thus, the flow of the solubilized sludge B is formed with a temperature of about 110 ° C. to 140 ° C. and a pressure of about 200 kPa to 300 kPa. The formed solubilized sludge B is delivered from the solubilized sludge delivery section 8 and supplied to the outer tube 5 of the double-tube heat exchanger 2. Further, by blowing high-temperature high-pressure steam C into the concentrated sludge A at a high speed, decomposition and solubilization of sludge cell groups is promoted by condensation impact of the steam. The jetting speed (blowing speed) of the high-temperature and high-pressure steam C is preferably 5 to 100 times the flow rate of the concentrated sludge A facing it. By jetting high-temperature and high-pressure steam C from the direction opposite to the flow of the concentrated sludge A at such a large relative speed, further solubilization of sludge due to the dynamic pressure effect of steam and condensation impact (cavitation) of steam is further achieved. As a result, it is possible to improve the digestibility in the downstream digester and to reduce the solids.

本実施形態の汚泥可溶化装置によれば、外部からエネルギーを加えることなく、効率的に可溶化手段への供給原料に適した温度(例えば50℃以上70℃以下程度)まで濃縮汚泥を加熱することができると同時に、100℃以上に加熱された可溶化汚泥をメタン発酵に適した温度である50℃以上60℃以下まで確実に冷却することが可能となる。また、この汚泥可溶化装置では、可溶化手段が、圧力容器(密閉容器)ではなく大気開放容器であるため、運転資格が必要なく、安全な24時間連続の無人運転によって、加熱・可溶化された汚泥を低コストで形成することができる。特に、24時間連続の無人運転が可能であることから、消化槽の加熱用ボイラーを簡易・小型化することができ、消化設備の建設費及び運営のための人件費を削減することができる。さらに、この汚泥可溶化装置では、高温高圧水蒸気の高速吹き込みによって汚泥の加熱・可溶化を大幅に促進することができるため、形成された可溶化汚泥の消化率の一層の向上と、汚泥から生じる固形物量の飛躍的な減量とを同時に達成することが可能となる。   According to the sludge solubilization apparatus of this embodiment, the concentrated sludge is efficiently heated to a temperature suitable for the feedstock to the solubilization means (for example, about 50 ° C. or more and about 70 ° C. or less) without applying energy from the outside. At the same time, the solubilized sludge heated to 100 ° C. or higher can be reliably cooled to 50 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, which is a temperature suitable for methane fermentation. Further, in this sludge solubilizer, the solubilizing means is not a pressure vessel (sealed vessel) but an open-air vessel, so there is no need for operation qualification and it is heated and solubilized by safe unmanned operation for 24 hours. Sludge can be formed at low cost. In particular, since unmanned operation for 24 hours is possible, the boiler for heating the digester can be simplified and downsized, and the construction cost and operation cost of the digestion facility can be reduced. Furthermore, in this sludge solubilizer, heating and solubilization of sludge can be greatly promoted by high-speed blowing of high-temperature and high-pressure steam, so that the digestibility of the formed solubilized sludge is further improved and the sludge is generated It is possible to simultaneously achieve a dramatic reduction in the amount of solid matter.

図2に示された第二の実施形態に係る汚泥可溶化装置10は、主に、多管式熱交換器11及び可溶化手段12を有する。なお、本実施形態においては、多管式熱交換器11と可溶化手段12の構造の一部(後述する高温高圧水蒸気噴出部17の一部)とは、単一の筐体内に形成されている。   The sludge solubilizer 10 according to the second embodiment shown in FIG. 2 mainly includes a multi-tube heat exchanger 11 and a solubilizing means 12. In the present embodiment, a part of the structure of the multi-tubular heat exchanger 11 and the solubilizing means 12 (a part of the high-temperature and high-pressure steam jetting portion 17 described later) is formed in a single casing. Yes.

多管式熱交換器11は、主に、円筒形の外筒内に複数の管13、その周囲部(空隙)14、及び複数のバッフル15を有する。管13は、横断面円形であり、略均一な間隔で多数配設される。管13の材質は、特に限定されないが、例えばアルミニウム押出形材製が用いられる。また、内管13のサイズは、プロセスの処理容量等によって制限なく設計することが可能であるが、標準規格として設定されているサイズから選択するのが安価であり好ましい。   The multi-tube heat exchanger 11 mainly includes a plurality of tubes 13, a peripheral portion (gap) 14, and a plurality of baffles 15 in a cylindrical outer cylinder. The tubes 13 have a circular cross section, and a large number are arranged at substantially uniform intervals. Although the material of the pipe | tube 13 is not specifically limited, For example, the product made from an aluminum extrusion shape material is used. The size of the inner tube 13 can be designed without any limitation depending on the processing capacity of the process, but it is preferable to select from the size set as a standard because it is inexpensive.

廃水処理設備で得られた余剰汚泥から形成された濃縮汚泥は、汚泥可溶化装置10のフィードとして、多管式熱交換器11の管13の各々の一方の端部から送入される(図中A)。濃縮汚泥Aは、管13の一方の端部において、一般的に15℃以上30℃以下程度の温度及び250kPa以上350kPa以下程度の圧力を有する。濃縮汚泥Aは、管13中を流れるにつれて、後述する可溶化手段12で高温高圧水蒸気によって処理された可溶化汚泥の流れ(図中B)と対向的に熱交換することによって、徐々に加熱される。このように加熱された濃縮汚泥Aは、可溶化手段12から高温高圧水蒸気の高速吹き込みを受ける直前の時点で、例えば50℃以上70℃以下程度の温度を有する。   Concentrated sludge formed from excess sludge obtained in the wastewater treatment facility is fed from one end of each of the tubes 13 of the multi-tube heat exchanger 11 as a feed of the sludge solubilizer 10 (FIG. Middle A). The concentrated sludge A generally has a temperature of about 15 ° C. to 30 ° C. and a pressure of about 250 kPa to 350 kPa at one end of the tube 13. As the concentrated sludge A flows through the pipe 13, it is gradually heated by exchanging heat with the flow of solubilized sludge (B in the figure) treated with high-temperature and high-pressure steam in the solubilizing means 12 described later. The The concentrated sludge A thus heated has a temperature of, for example, about 50 ° C. or more and 70 ° C. or less immediately before receiving the high-speed high-pressure steam blown from the solubilizing means 12.

一方、後述の可溶化手段12で高温高圧水蒸気によって処理された可溶化汚泥Bは、管13の各々の他方の端部から送出された後、逆方向への流れを形成するように、管13の周囲部14内に送入される。可溶化汚泥Bは、可溶化手段12から高温高圧水蒸気の高速吹き込みを受け加熱・可溶化された時点で、例えば110℃以上140℃以下程度の温度及び200kPa以上300kPa以下程度の圧力を有する。可溶化汚泥Bは、複数のバッフル15によって整流されながら周囲部14内を流れるにつれて、濃縮汚泥Aの流れと熱交換することによって、徐々に冷却される。このように冷却された可溶化汚泥Bは、周囲部14の排出箇所に至る時点で(下流の消化槽にフィードとして提供される前の時点で)、メタン発酵に適した温度である50℃以上60℃以下程度の温度を有する。   On the other hand, the solubilized sludge B treated by the high-temperature and high-pressure steam in the solubilizing means 12 described later is sent from the other end of each of the tubes 13 and then forms a flow in the opposite direction. It is sent into the peripheral part 14 of. When the solubilized sludge B is heated and solubilized by receiving high-speed high-pressure steam blown from the solubilizing means 12, it has a temperature of about 110 ° C. to 140 ° C. and a pressure of about 200 kPa to 300 kPa, for example. The solubilized sludge B is gradually cooled by exchanging heat with the flow of the concentrated sludge A as it flows through the peripheral portion 14 while being rectified by the plurality of baffles 15. The solubilized sludge B cooled in this way has a temperature suitable for methane fermentation of 50 ° C. or higher when it reaches the discharge point of the surrounding portion 14 (before being provided as a feed to the downstream digester). It has a temperature of about 60 ° C. or less.

可溶化手段12は、高温高圧水蒸気送路16及び高温高圧水蒸気噴出部17を有する。この高温高圧水蒸気噴出部17は、多管式熱交換器11の複数の管13のそれぞれに、高温高圧水蒸気送路16を通じて高温高圧水蒸気が噴出・吹き込みされるよう構成されている。すなわち、可溶化手段12においては、多管式熱交換器11の複数の管13の各々に、高温高圧水蒸気噴出部17が挿通されている。濃縮汚泥Aへの高温高圧水蒸気の流れ(図中C)の供給は、高温高圧水蒸気送路16を経由した高温高圧水蒸気が高温高圧水蒸気噴出部17を通じ、濃縮汚泥Aと対向する方向から高速で吹き込まれることによって行われる。ここでの高温高圧水蒸気は、第一の実施形態と同様、例えば100℃以上200℃以下の温度(対応する圧力は100kPa程度以上1600kPa程度以下の圧力)を有する。濃縮汚泥Aは、高温高圧水蒸気Cが高速で吹き込まれることによって、その一部に大気圧以上の動圧が発生し、それと同時に高温高圧水蒸気の顕熱と凝縮潜熱とによって加熱が促進され、110℃以上140℃以下程度の温度(対応する圧力は100kPa程度以上400kPa程度以下の圧力)有する状態となって、可溶化汚泥Bの流れが形成される。形成された可溶化汚泥Bは、管13の端部から送出された後、管13の周囲部14内に送入され、濃縮汚泥Aとの熱交換に供される。また、上述のように、濃縮汚泥Aに高温高圧水蒸気Cを高速で吹き込むことによって、水蒸気の凝縮衝撃により汚泥の細胞群の分解・可溶化が促進される。高温高圧水蒸気Cの噴出速度は、これと対向する濃縮汚泥Aの流速の5倍以上100倍以下であることが好ましい。このような大きな相対速度で、濃縮汚泥Aの流れに対向方向から高温高圧水蒸気Cを供給することによって、第一の実施形態の場合と同様に、水蒸気の動圧効果による加熱及び水蒸気の凝縮衝撃(キャビテーション)による汚泥の可溶化を一層促進することができ、ひいては下流の消化槽における消化率の向上及び固形物の減量を達成することが可能となる。   The solubilizing means 12 has a high-temperature and high-pressure steam feed path 16 and a high-temperature and high-pressure steam jet part 17. The high-temperature and high-pressure steam spraying portion 17 is configured such that the high-temperature and high-pressure steam is ejected and blown into each of the plurality of tubes 13 of the multi-tube heat exchanger 11 through the high-temperature and high-pressure steam feed path 16. That is, in the solubilizing means 12, the high-temperature and high-pressure steam jetting portion 17 is inserted into each of the plurality of tubes 13 of the multitubular heat exchanger 11. The high-temperature and high-pressure steam flow (C in the figure) is supplied to the concentrated sludge A at a high speed from the direction in which the high-temperature and high-pressure steam passing through the high-temperature and high-pressure steam feed path 16 faces the concentrated sludge A through the high-temperature and high-pressure steam jet part 17. It is done by being blown. The high-temperature and high-pressure steam here has a temperature of, for example, 100 ° C. or more and 200 ° C. or less (corresponding pressure is a pressure of about 100 kPa or more and about 1600 kPa or less), as in the first embodiment. Concentrated sludge A is heated at a high speed by high-temperature and high-pressure steam C being blown at a high speed, and at the same time, a dynamic pressure higher than atmospheric pressure is generated. The flow of the solubilized sludge B is formed in a state of having a temperature of about 100 ° C. to 140 ° C. (corresponding pressure is about 100 kPa to about 400 kPa). The solubilized sludge B thus formed is fed from the end of the tube 13 and then fed into the peripheral portion 14 of the tube 13 to be used for heat exchange with the concentrated sludge A. Further, as described above, by blowing high-temperature high-pressure steam C into the concentrated sludge A at a high speed, decomposition and solubilization of sludge cell groups is promoted by the condensation impact of the steam. The ejection speed of the high-temperature and high-pressure steam C is preferably 5 to 100 times the flow rate of the concentrated sludge A facing it. By supplying the high-temperature and high-pressure steam C from the opposite direction to the flow of the concentrated sludge A at such a large relative speed, heating by the dynamic pressure effect of steam and the condensation impact of steam as in the first embodiment. The solubilization of sludge by (cavitation) can be further promoted, and as a result, the digestibility in the downstream digester can be improved and the solids can be reduced.

本実施形態の汚泥可溶化装置によれば、上記第一の実施形態の場合と同様の効果が得られる。また、本実施形態の汚泥可溶化装置では、多管式熱交換器の複数の管の各々に、可溶化手段からの高温高圧水蒸気が噴出するよう構成されていることによって、十分に加熱・可溶化された汚泥を効率的に形成することが可能である。   According to the sludge solubilization apparatus of the present embodiment, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained. Further, in the sludge solubilization apparatus of the present embodiment, the high-temperature and high-pressure steam from the solubilizing means is ejected to each of the plurality of tubes of the multi-tube heat exchanger, so that sufficient heating and enabling are possible. It is possible to efficiently form solubilized sludge.

図3の汚泥処理システム20のプロセスフローは、最初沈殿池21、生物処理槽22及び最終沈殿池23からなる廃水処理設備、濃縮装置24、汚泥可溶化装置25、消化槽26、並びに脱水装置27を有する汚泥処理システムにおける処理のフローである。   The process flow of the sludge treatment system 20 in FIG. 3 includes a wastewater treatment facility comprising a first settling tank 21, a biological treatment tank 22 and a final settling tank 23, a concentrating device 24, a sludge solubilizing device 25, a digesting tank 26, and a dehydrating device 27. It is the flow of the process in the sludge processing system which has this.

下水等の廃水は、最初沈殿池21に流入し、この最初沈殿池21において沈殿しやすい浮遊物が沈殿除去され、次いで生物処理槽22において好気性微生物の作用により廃水中の有機物などが分解除去され、その後、最終沈殿池23にて活性汚泥を沈殿させ、清浄化された上澄み水が処理水として外部に放流される。最初沈殿池21、生物処理槽22及び最終沈殿池23は、廃水処理設備を構成している。最初沈殿池21からの固形物を回収することで得られた生汚泥(最初沈殿池汚泥)は、無加温のまま直接消化槽26に供給される。   Wastewater such as sewage flows into the first sedimentation basin 21, and suspended solids that are likely to settle in the first sedimentation basin 21 are removed by sedimentation. Thereafter, activated sludge is precipitated in the final settling basin 23, and the purified supernatant water is discharged to the outside as treated water. The first settling basin 21, the biological treatment tank 22, and the final settling basin 23 constitute a wastewater treatment facility. The raw sludge (first sedimentation basin sludge) obtained by collecting the solid matter from the primary sedimentation basin 21 is directly supplied to the digester 26 without heating.

最終沈殿池23で沈殿した活性汚泥は、その一部が返送汚泥として生物処理槽22に戻される一方、残りの余剰汚泥が減容化のため、例えば遠心濃縮機,浮上濃縮機などの濃縮装置24に送られ、固形物濃度が2〜5%程度となるまで濃縮される。このようにして得られた濃縮汚泥は、本発明による汚泥可溶化装置25に供給され、加熱かつ可溶化された汚泥が生成される。この可溶化汚泥は、生汚泥(最初沈殿池汚泥)と共に消化槽26へ供給され、ここで酸生成菌やメタン生成菌等の嫌気性細菌の作用による高温嫌気性消化処理されることによって、メタン約60%、二酸化炭素約40%の混合ガスである消化ガスが生成される。この消化ガスは、脱硫された後、発電用の燃料として利用される。消化槽26には、メタン発酵に適した温度を維持するためにボイラーが併設される。ただし、この汚泥処理システムは、24時間連続の無人運転が可能な本発明による汚泥可溶化装置25を含んで構成されているため、消化槽の加熱用ボイラーを簡易・小型化することができ、消化設備に関する建設費及び人件費を削減することができる。   A part of the activated sludge settled in the final sedimentation basin 23 is returned to the biological treatment tank 22 as a return sludge, while the remaining surplus sludge is reduced in volume, for example, a concentrator such as a centrifugal concentrator or a flotation concentrator. 24 and is concentrated until the solid concentration is about 2 to 5%. The concentrated sludge thus obtained is supplied to the sludge solubilizer 25 according to the present invention, and heated and solubilized sludge is generated. This solubilized sludge is supplied to the digestion tank 26 together with raw sludge (first sedimentation basin sludge), where it is subjected to high-temperature anaerobic digestion by the action of anaerobic bacteria such as acid-producing bacteria and methanogens. Digestion gas which is a mixed gas of about 60% and carbon dioxide about 40% is produced. This digested gas is desulfurized and then used as a fuel for power generation. The digester 26 is provided with a boiler in order to maintain a temperature suitable for methane fermentation. However, since this sludge treatment system is configured to include the sludge solubilizer 25 according to the present invention capable of continuous unmanned operation for 24 hours, the boiler for heating the digester can be simplified and miniaturized. Construction costs and labor costs related to digestion facilities can be reduced.

消化槽26における高温嫌気性消化処理で生じた消化液(一部消化汚泥)は、例えばべルトプレス脱水機からなる脱水装置27で脱水処理されることによって、脱水汚泥が形成される。この脱水汚泥は、廃棄処分される一方、脱水によって消化液から分離された脱水分離液(脱水ろ液)は、返流水として最初沈殿池21の入口側に返送される。また、消化槽26から得られた消化液(一部消化汚泥)の一部分は、濃縮装置24に戻され、再度濃縮され、後続の処理にかけられる。   The digested liquid (partially digested sludge) generated by the high-temperature anaerobic digestion process in the digestion tank 26 is dehydrated by a dehydrator 27 composed of, for example, a belt press dehydrator, thereby forming dehydrated sludge. While this dewatered sludge is discarded, the dehydrated separated liquid (dehydrated filtrate) separated from the digested liquid by dehydration is first returned to the inlet side of the settling basin 21 as return water. Further, a part of the digested liquid (partially digested sludge) obtained from the digestion tank 26 is returned to the concentrating device 24, concentrated again, and subjected to subsequent processing.

本実施形態の汚泥処理システムによれば、本発明に係る汚泥可溶化装置を備えていることから、濃縮された余剰汚泥を消化処理(嫌気性処理)するための消化槽に供給する前の段階で、高温高圧水蒸気を用いて余剰汚泥の加熱・可溶化を促進し、それによって余剰汚泥からの固形物の減量及び消化率の向上を同時に達成し、さらには、安価な装置を用いた無人運転で汚泥を効率的に加熱・可溶化することが可能である。また、この汚泥処理システムに含まれる汚泥可溶化装置は、24時間連続の無人運転が可能であることから、消化槽の加熱用ボイラーを簡易・小型化することができ、消化設備に関する諸経費を大幅に削減することができる。   According to the sludge treatment system of this embodiment, since the sludge solubilization apparatus according to the present invention is provided, the stage before supplying the concentrated excess sludge to the digestion tank for digestion treatment (anaerobic treatment) In addition, high-temperature and high-pressure steam is used to promote heating and solubilization of surplus sludge, thereby simultaneously reducing the amount of solids from surplus sludge and improving digestibility, and further, unattended operation using inexpensive equipment It is possible to efficiently heat and solubilize sludge. In addition, the sludge solubilizer included in this sludge treatment system can be operated unattended for 24 hours, so the boiler for heating the digester can be simplified and miniaturized, and the overhead for digestion equipment can be reduced. It can be greatly reduced.

本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。例えば、二重管式の熱交換器を用い、この熱交換器の複数の管のそれぞれに、可溶化手段からの高温高圧水蒸気が噴出するよう構成してもよい。また、バッフルを有する多管式の熱交換器を用い、熱交換器と可溶化手段が分離した構造体としてもよい。   The present invention is not limited to these embodiments. For example, a double-pipe heat exchanger may be used so that high-temperature and high-pressure steam from the solubilizing means is ejected to each of a plurality of tubes of the heat exchanger. Moreover, it is good also as a structure which the heat exchanger and the solubilization means isolate | separated using the multitubular heat exchanger which has a baffle.

本発明の汚泥可溶化装置及び方法によれば、余剰汚泥からの固形物のより一層の減量及び消化率のさらなる向上、並びに安価かつ簡易な連続無人運転による汚泥の加熱・可溶化が可能となるため、工場や地方自治体の下水処理場の廃水処理設備に併設された消化処理を利用した発電施設等において、好適に用いることができる。   According to the sludge solubilization apparatus and method of the present invention, it is possible to further reduce the amount of solids from excess sludge and further improve the digestibility, and to heat and solubilize sludge by cheap and simple continuous unattended operation. Therefore, it can be suitably used in a power generation facility that uses digestion treatment provided in a wastewater treatment facility of a factory or a local government sewage treatment plant.

1 汚泥可溶化装置
2 熱交換器
3 可溶化手段
4 内管
5 外管
6 エジェクタ(高温高圧水蒸気噴出部)
7 高温高圧水蒸気供給部
8 可溶化汚泥送出部
10 汚泥可溶化装置
11 熱交換器
12 可溶化手段
13 管
14 周囲部
15 バッフル
16 高温高圧水蒸気送路
17 高温高圧水蒸気噴出部
20 汚泥処理システム
21 最初沈殿池
22 生物処理槽
23 最終沈殿池
24 濃縮装置
25 汚泥可溶化装置
26 消化槽
27 脱水装置
50 濃縮装置
51 消化槽
52 加温用ボイラ
53 脱水装置
54 発電機
1 Sludge solubilizer 2 Heat exchanger 3 Solubilization means 4 Inner pipe 5 Outer pipe 6 Ejector (high-temperature high-pressure steam jet part)
7 High-temperature and high-pressure steam supply section 8 Solubilized sludge delivery section 10 Sludge solubilizer 11 Heat exchanger 12 Solubilization means 13 Pipe 14 Surrounding section 15 Baffle 16 High-temperature and high-pressure steam feed section 17 High-temperature and high-pressure steam ejection section 20 Sludge treatment system
21 First sedimentation tank 22 Biological treatment tank 23 Final sedimentation tank 24 Concentration device 25 Sludge solubilization device 26 Digestion tank 27 Dehydration apparatus 50 Concentration apparatus 51 Digestion tank 52 Heating boiler 53 Dehydration apparatus 54 Generator

Claims (8)

濃縮汚泥からメタン発酵用の可溶化汚泥を形成するための汚泥可溶化装置であって、
濃縮汚泥の流れと可溶化汚泥の流れとの熱交換によって、濃縮汚泥を加熱し、かつ可溶化汚泥を冷却する熱交換器と、
この加熱された濃縮汚泥の流れの中に、この流れと対向するように高温高圧水蒸気を噴出することによって、100℃以上に加熱された可溶化汚泥を形成する可溶化手段と
を備えることを特徴とする汚泥可溶化装置。
A sludge solubilizer for forming solubilized sludge for methane fermentation from concentrated sludge,
A heat exchanger for heating the concentrated sludge and cooling the solubilized sludge by heat exchange between the flow of the concentrated sludge and the flow of the solubilized sludge;
Solubilizing means for forming solubilized sludge heated to 100 ° C. or higher by jetting high-temperature and high-pressure steam into the heated concentrated sludge flow so as to face the flow. Sludge solubilizer.
上記熱交換器として二重管式熱交換器が用いられる請求項1に記載の汚泥可溶化装置。   The sludge solubilizer according to claim 1, wherein a double-pipe heat exchanger is used as the heat exchanger. 上記熱交換器として、多管式熱交換器が用いられ、上記可溶化手段によりこの多管式熱交換器の複数の管のそれぞれに、高温高圧水蒸気が噴出するよう構成されている請求項1に記載の汚泥可溶化装置。   A multi-tube heat exchanger is used as the heat exchanger, and high-temperature high-pressure steam is jetted to each of a plurality of tubes of the multi-tube heat exchanger by the solubilizing means. The sludge solubilizer described in 1. 上記高温高圧水蒸気の噴出速度は、これと対向する上記濃縮汚泥の流速の5倍以上100倍以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の汚泥可溶化装置。   The sludge solubilizer according to claim 1, 2 or 3, wherein a jet speed of the high-temperature and high-pressure steam is 5 to 100 times the flow rate of the concentrated sludge facing the high-temperature and high-pressure steam. 上記濃縮汚泥が、活性汚泥による廃水処理装置から回収された余剰汚泥を濃縮したものを含む請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の汚泥可溶化装置。   The sludge solubilizer according to any one of claims 1 to 4, wherein the concentrated sludge includes a concentrate of excess sludge recovered from a wastewater treatment apparatus using activated sludge. 上記濃縮汚泥が、メタン発酵後の一部が消化された汚泥を再濃縮したものを含む請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の汚泥可溶化装置。   The sludge solubilizer according to any one of claims 1 to 5, wherein the concentrated sludge includes a product obtained by re-concentrating sludge partially digested after methane fermentation. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の汚泥可溶化装置、
汚泥を脱水することによって上記汚泥可溶化装置に供給するための濃縮汚泥を形成する濃縮装置、及び
上記汚泥可溶化装置によって形成された可溶化汚泥に対して、メタン発酵を含む消化処理を行う消化槽
を備える汚泥処理システム。
The sludge solubilizer according to any one of claims 1 to 6,
Digestion which performs digestion processing including methane fermentation on the concentration device which forms concentrated sludge for supplying to the sludge solubilizer by dehydrating sludge, and the solubilized sludge formed by the sludge solubilizer Sludge treatment system with tank.
メタン発酵用の可溶化汚泥を形成するための汚泥可溶化方法であって、
活性汚泥による廃水処理装置から回収された余剰汚泥を濃縮したものを含む濃縮汚泥の流れと可溶化汚泥の流れとの熱交換を行うことによって、濃縮汚泥を加熱する工程と、
この加熱された濃縮汚泥の流れの中に、この流れと対向するように高温高圧水蒸気を噴出することによって、100℃以上に加熱された可溶化汚泥を形成する工程と、
この100℃以上に加熱された可溶化汚泥の流れと濃縮汚泥の流れとの熱交換を行うことによって、可溶化汚泥を50℃以上60℃以下にまで冷却する工程と
を有することを特徴とする汚泥可溶化方法。
A sludge solubilization method for forming a solubilized sludge for methane fermentation,
A step of heating the concentrated sludge by performing heat exchange between the flow of the concentrated sludge including the concentrated excess sludge collected from the wastewater treatment apparatus using activated sludge and the flow of the solubilized sludge;
Forming a solubilized sludge heated to 100 ° C. or higher by spraying high-temperature high-pressure steam in the heated concentrated sludge flow so as to face the flow;
A step of cooling the solubilized sludge to 50 ° C. or higher and 60 ° C. or lower by performing heat exchange between the flow of the solubilized sludge heated to 100 ° C. or higher and the flow of the concentrated sludge. Sludge solubilization method.
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