JP5711895B2 - 生ゴミの水熱処理方法 - Google Patents
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Description
〔1〕生ゴミを水熱処理するための少なくとも一対の反応器、
前記反応器内に水蒸気を導入するための水蒸気導入手段、
前記各反応器間を連結し、一方の反応器から他方の反応器へ廃蒸気が移動するための配管、
前記配管に設けられ、該配管内を移動する廃蒸気と、生ゴミの水熱処理によって生じる水熱処理液とを分離するための濾体、及び
前記反応器から水熱処理液を排出するための水熱処理液排出手段、
を備える、生ゴミを水熱処理して水熱処理液を得るための水熱処理装置;
〔2〕前記〔1〕に記載の水熱処理装置と、前記反応器から排出された水熱処理液を生物処理して生物処理液を得るための生物処理装置とを備える、生ゴミの処理装置;
〔3〕少なくとも一対の反応器のうちの一方の反応器(反応器A)に生ゴミを供給し、生ゴミの水熱処理を行う工程(工程1)、
工程1の処理前、処理中又は処理後に、少なくとも一対の反応器のうちの他方の反応器(反応器B)に生ゴミを供給する工程(工程2)、
反応器Aにおける水熱処理後、反応器Aの廃蒸気の少なくとも一部を反応器Bに予熱用水蒸気として移動させる工程であって、廃蒸気はそれが移動するための配管を経由して反応器Aから反応器Bに移動し、該廃蒸気は、該配管に備えられた濾体により水熱処理液と分離された水蒸気である工程(工程3)、
生じた水熱処理液を反応器Aから排出する工程(工程4)、及び
工程4の処理前、処理中又は処理後に、反応器Bに追加の水蒸気を供給し、生ゴミの水熱処理を行う工程(工程5)、
をこの順で含む、生ゴミの水熱処理方法;並びに
〔4〕前記〔3〕に記載の生ゴミの水熱処理方法によって得られた生ゴミの水熱処理液を、さらに生物処理して生物処理液を得る工程を含む、生ゴミの処理方法;に関するものである。
次に、図面に基づいて、本実施形態に係る水熱処理装置を詳細に説明する。
図示するように、本実施形態に係る水熱処理装置100は、反応器としての一対の耐圧容器110と、ボイラ120と、コンプレッサ135と、熱交換釜140と、廃棄物(生ゴミ)投入ホッパ160と、制御装置170とを備える。耐圧容器110は生ゴミを処理するための中空の耐圧容器であり、耐圧性と耐温性を備えた鋼製の容器、或いはステンレス製の容器である。各耐圧容器110は、該容器の上下に生ゴミの投入口111と水熱処理液の排出口112を備えている。投入口111は、制御装置170の制御を受けて駆動する開口開閉機器114により開閉し、生ゴミの投入時において開口し、次回の生ゴミ投入時まで閉鎖状態とされる。排出口112は、制御装置170の制御を受けて駆動する開口開閉機器115により開閉し、生ゴミの処理(水熱処理)完了時において開口し、水熱処理の間に亘って閉鎖状態とされる。排出口112から排出された水熱処理液は、図示しない搬送装置にて外部に搬送される。本実施形態における水熱処理液排出手段は、排出口112を備えている。
以下に、本実施形態に係る生ゴミの水熱処理フローを説明する。説明の便宜上、一方の耐圧容器を耐圧容器Aとし、他方の耐圧容器を耐圧容器Bとする。耐圧容器が三つ以上の場合も本発明に包含され、その場合、耐圧容器Bが複数の耐圧容器から構成されると想定することにより、本実施形態を実施することができる。本実施形態に係る生ゴミの水熱処理方法は、以下の各工程(工程1〜工程5)を下記の順序で行うことにより実施される。
図8に示されるように、耐圧容器A内に生ゴミ11を供給する。このとき、各耐圧容器に連結された水蒸気導入管3、4に設けられたバルブ7、8および配管5に設けられたバルブ6cは閉じられている。この段階において、耐圧容器A内の圧力と耐圧容器B内の圧力と大気圧とは等しい。
図9に示されるように、耐圧容器B(耐圧容器2)内に生ゴミ11を供給する。このとき、耐圧容器Bに連結された水蒸気導入管4に設けられたバルブ8は閉じられている。
図10に示されるように、配管5のバルブ6cを開き、該配管5を経由して耐圧容器Aから耐圧容器B内に廃蒸気21が移動する。当該廃蒸気21は、配管5に備えられた濾体6により水熱処理液と分離された水蒸気である。耐圧容器Aの廃蒸気が移動するとき、水蒸気と共に、液体のみ又は液体と固体との混合物からなる水熱処理液の一部が耐圧容器A内から耐圧容器B内へ移動しようとする。脱気時間を短縮するためには廃蒸気の移動速度は速ければ速いほど好ましいが、廃蒸気の移動速度の上昇に伴って水熱処理液が耐圧容器B内へ移動しようとする傾向も強くなる。そのため、配管5に濾体6を設けて水蒸気と水熱処理液とを分離し、水蒸気のみを廃蒸気21として移動させる。この工程において、耐圧容器A内の圧力は耐圧容器B内の圧力と等しく、各耐圧容器A、B内の圧力は大気圧よりも高くなる。本願において、「脱気時間」とは、水熱処理が終了時から、廃蒸気21を別の耐圧容器に移動させることにより所定の圧力(例えば常圧近傍)に低下させるまでに要する時間をいう。
図11に示されるように、耐圧容器A内に残留する廃蒸気の残部を水蒸気放出管(図1における193)を介して脱気タンク(図示せず)へ脱気させた後、排出口(図1における112)を開いて水熱処理液12を耐圧容器Aから排出する。
耐圧容器Bにおいては、予熱用水蒸気として移動された廃蒸気21だけでは反応圧力に達しない。そのため、図11に示されるように、水蒸気導入管4のバルブ8を開き、水蒸気導入管4を経由して耐圧容器B内に追加の水蒸気22を供給する。この工程において、耐圧容器B内の圧力は耐圧容器A内の圧力よりも高く、耐圧容器A内の圧力は大気圧に等しい。次いで、耐圧容器B内で生ゴミ11の水熱処理を進行させる。耐圧容器B内で生ゴミの水熱処理の進行は、上記工程1における耐圧容器A内で生ゴミの水熱処理の進行と同様に実施すればよい。
図12に示されるように、耐圧容器Aに新たに生ゴミ11を供給する。このとき、耐圧容器Aに連結された水蒸気導入管3に設けられたバルブ7は閉じられている。
本工程は、上記の工程3とは逆向きに予熱用水蒸気が移動する。図13に示されるように、配管5のバルブ6cを開き、該配管5を経由して耐圧容器Bから耐圧容器A内に廃蒸気21が移動する。この工程において、耐圧容器A内の圧力は耐圧容器B内の圧力と等しく、各耐圧容器A、B内の圧力は大気圧よりも高くなる。
図14に示されるように、耐圧容器B内に残留する廃蒸気の残部を水蒸気放出管(図1における193)を介して脱気タンク(図示せず)へ脱気させた後、排出口(図1における112)を開いて水熱処理液12を耐圧容器Bから排出する。
上記工程5と同じく、耐圧容器Aにおいては、予熱用水蒸気として移動された廃蒸気だけでは反応圧力に達しない。そのため、図14に示されるように、水蒸気導入管3のバルブ7を開き、水蒸気導入管3を経由して耐圧容器A内に追加の水蒸気22を供給する。この工程において、耐圧容器A内の圧力は耐圧容器B内の圧力よりも高く、耐圧容器B内の圧力は大気圧に等しい。次いで、耐圧容器A内で生ゴミ11の水熱処理を進行させる。耐圧容器A内で生ゴミの水熱処理の進行は、上記工程3における耐圧容器B内で生ゴミの水熱処理の進行と同様に実施すればよい。
図15に示されるように、耐圧容器Bに新たに生ゴミ11を供給する。このとき、耐圧容器Bに連結された水蒸気導入管4に設けられたバルブ8は閉じられている。
本実施形態の生ゴミの水熱処理方法で得られた水熱処理液を、さらに生物処理して生物処理液を得てもよい。かかる生物処理液は、有機物等の量が大幅に低減したものであるので、下水等への放流基準を満たすことを確認した後、下水等へ放流することができる。生ゴミの水熱処理液をさらに生物処理して生物処理液を得る工程((c)工程とする)を含む生ゴミの処理方法も、本発明に包含される。以下、本実施形態における(c)工程について説明する。
固液分離により水熱処理液から分離された固形分は、そのまま焼却処分してもよいし、例えば乾燥及びペレット化を経て固形燃料とすることができる。
水熱処理後の液体を図16に示される処理装置で処理する。以下、各部材の符号は、図16に基づく。具体的には、水熱処理工程で得られた水熱処理液、又は固液分離後の液体を、一旦流量調整槽301に貯蔵し、次いで生物処理槽302に供給する。ここでの生物処理槽302は、曝気のための散気管303を具備する曝気槽である。なお、図16に示す処理装置においては、生物処理槽302は一槽であるが、複数の生物処理槽302を設けてもよい。生物処理槽302においては、pH計304、DO計305及び/又はORP計306を設けて、各測定値をモニタリングしてもよい。生物処理槽302においては、25重量%水酸化ナトリウム又は18重量%硫酸を適宜添加することにより、pHを所定値に調整することができる。
本実施形態の水熱処理装置と、当該水熱処理装置の耐圧容器から排出された水熱処理液を生物処理して生物処理液を得るための生物処理装置を備えてなる生ゴミの処理装置も、本発明に包含される。
生ゴミは供給ロット間の組成が大きく異なるのが通常なので、下記の組成の生ゴミを標準生ゴミとして調製し、以下の実験に用いた。
<水熱処理装置>
小型の耐圧容器(容積:2L)を耐圧容器とする水熱処理装置を用いて、生ゴミの水熱処理に影響する種々の要因を検討した。小型の耐圧容器には水蒸気導入管が連結されており、水熱処理液を排出するための排出口を備えるとともに内部に攪拌羽根を備えていた。さらに、耐圧容器の上部には、耐圧容器からは廃蒸気排出用の配管が延びており、該配管の先端は脱気タンクに連結されていた。
耐圧容器に標準生ゴミ400gを投入後、水蒸気を導入した。耐圧容器の上部温度が反応温度(180℃又は200℃)になった時を0時とし、そこから規定の反応時間(3分間又は9分間)、生ゴミを攪拌しながら水熱処理を行った。水熱処理終了後、耐圧容器から脱気タンクへ廃蒸気を排出し、耐圧容器内の圧力が0.02MPaとなるまでの時間を脱気時間とした。そして、反応後の水熱処理液を回収して下記項目に関して分析した。
被処理物:400gの標準生ゴミ
耐圧容器の反応温度:180℃又は200℃
水熱処理時の耐圧容器の圧力:1.8〜2.0MPa
攪拌羽根の回転:42rpm
攪拌羽根の先端と耐圧容器の内周面との間隔:0.5〜1cm
反応時間:3分間、9分間
脱気時間:3分間、9分間(脱気終了時の容器内の圧力:0.02MPa)
評価項目:
実施例1〜4:水熱処理液のCODに対するBODの比率(BOD/COD)、生ゴミの液状化率(%)及び水熱処理液の色度
実施例5〜10:水熱処理液のTOC、水熱処理液の全糖量、水熱処理液の全有機炭素中の糖の割合(TOC換算全糖量/TOC)(%)及び廃蒸気と共に移動した水熱処理液の量(固形分の乾燥重量)
液状化率=(水熱処理前の生ゴミの固体有機物重量(g)−水熱処理後の生ゴミの固体有機物重量(g))/水熱処理前の生ゴミの固体有機物重量(g)×100(%)
固体有機物重量=SS(g)×熱灼減量(%)
SS:昭和46環告第59号付表8に記載の方法で測定した。
熱灼減量:600℃で加熱した時の重量法によって測定した。
TOCはJIS K0102 22.1に記載の測定方法により測定した。
全糖量はグルコース換算値としてフェノール硫酸法により測定した。
結果を表2及び表3に示す。
2 耐圧容器(耐圧容器B)
3 水蒸気導入手段(配管)
4 水蒸気導入手段(配管)
5 廃蒸気移動用の配管
5a 開口
6 濾体
6a バルブ
6b バルブ
6c バルブ
7 バルブ
8 バルブ
11 生ゴミ
12 水熱処理液
21 廃蒸気
22 追加の水蒸気
23 水蒸気
100 水熱処理装置
110 耐圧容器
111 投入口
112 排出口
113 攪拌羽根
114 開口開閉機器
115 開口開閉機器
116 モータ
120 ボイラ
135 コンプレッサ
136 バルブ
140 熱交換釜
141 流体導入部
143 排出管
145 バルブ
160 廃棄物投入ホッパ
170 制御装置
180 水蒸気導入管
180a 分岐水蒸気導入管
180b 分岐水蒸気導入管
180c 分岐水蒸気導入管
181 分岐水蒸気導入管
182 噴出孔
183 バルブ
190 センサ
192 センサ
193 水蒸気放出管
194 バルブ
195 サイレンサ
200 温度センサ
201 圧力センサ
301 流量調整槽
302 生物処理槽
303 散気管
304 pH計
305 DO計
306 ORP計
307 汚泥返送ライン
311 膜処理槽
312 中空糸膜ユニット
313 処理水槽
B 水再生プロセス
C 下水
P ポンプ
Claims (4)
- 少なくとも一対の反応器のうちの一方の反応器(反応器A)に生ゴミを供給し、水熱処理の反応温度が100〜300℃、水熱処理の反応時間が1〜30分間、かつ水熱処理の圧力が1.8〜2.0MPa(ゲージ圧)の条件で生ゴミの水熱処理を行う工程(工程1)、
工程1の処理前、処理中又は処理後に、少なくとも一対の反応器のうちの他方の反応器(反応器B)に生ゴミを供給する工程(工程2)、
反応器Aにおける水熱処理後、反応器Aの廃蒸気の少なくとも一部を反応器Bに予熱用水蒸気として移動させる工程であって、廃蒸気はそれが移動するための配管を経由して反応器Aから反応器Bに移動し、該廃蒸気の脱気時間は1〜15分間であり、該廃蒸気は、該配管に備えられた濾体により水熱処理液と分離された水蒸気である工程(工程3)、
生じた水熱処理液を反応器Aから排出する工程(工程4)、及び
工程4の処理前、処理中又は処理後に、反応器Bに追加の水蒸気を供給し、水熱処理の反応温度が100〜300℃、水熱処理の反応時間が1〜30分間、かつ水熱処理の圧力が1.8〜2.0MPa(ゲージ圧)の条件で生ゴミの水熱処理を行う工程(工程5)、
をこの順で含む、生ゴミの水熱処理方法。 - 工程5の処理前、処理中又は処理後に、反応器Aに新たに生ゴミを供給する工程(工程6)、
反応器Bにおける水熱処理後、反応器Bの廃蒸気の少なくとも一部を反応器Aに予熱用水蒸気として移動させる工程であって、廃蒸気はそれが移動するための配管を経由して反応器Bから反応器Aに移動し、該廃蒸気の脱気時間は1〜15分間であり、該廃蒸気は、該配管に備えられた濾体により水熱処理液と分離された水蒸気である工程(工程7)、
生じた水熱処理液を反応器Bから排出する工程(工程8)、及び
工程8の処理前、処理中又は処理後に、反応器Aに追加の水蒸気を供給し、水熱処理の反応温度が100〜300℃、水熱処理の反応時間が1〜30分間、かつ水熱処理の圧力が1.8〜2.0MPa(ゲージ圧)の条件で生ゴミの水熱処理を行う工程(工程9)、
をこの順序で更に含む、請求項1に記載の生ゴミの水熱処理方法。 - 工程9の処理前、処理中又は処理後に、反応器Bに新たに生ゴミを供給する工程(工程10)を更に含み、
工程10の後に工程3に戻り、工程3〜工程10を繰り返し行う、請求項2に記載の生ゴミの水熱処理方法。 - 請求項1〜3いずれか1項に記載の生ゴミの水熱処理方法によって得られた生ゴミの水熱処理液を、さらに生物処理して生物処理液を得る工程を含む、生ゴミの処理方法。
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