TWI391334B - Organic waste disposal equipment and treatment methods - Google Patents

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TWI391334B
TWI391334B TW95110575A TW95110575A TWI391334B TW I391334 B TWI391334 B TW I391334B TW 95110575 A TW95110575 A TW 95110575A TW 95110575 A TW95110575 A TW 95110575A TW I391334 B TWI391334 B TW I391334B
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Akiteru Noguchi
Koichi Doi
Katsuhiro Tsubai
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Mitsubishi Kakoki Kk
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Description

有機性廢棄物的處理設備及處理方法
本發明為對有機性廢棄物執行高溫高壓處理而使其形成泥漿化後，執行脫水而作為可燃性固態原料回收，並作為燃料等有效利用的有機性廢棄物的處理設備及其處理方法。
傳統上，由處理污水、屎尿及各種事業性排廢水的水處理裝置所產生的有機性污泥、動植物殘渣或者食物殘渣之類的有機性廢棄物的處理方法，一般是採用焚化或掩埋的方式執行。特別是有機性污泥，是在對污泥執行濃縮、脫水後執行焚化或掩埋。但是在上述的方法中，即使對污泥施以濃縮、脫水後，由於其含水率高達75~82重量%故體積龐大，當委託廢棄物業者處理時，處理的成本大增，且在現今的狀況中排水處理全體所需的費用就占了大部分。
此外，在掩埋的方式中，事業廢棄物掩埋場的剩餘使用年限減少，且處理的成本也逐年高漲。此外，在掩埋的方式中，由於含水量高促使燃料的消耗量增加而導致能源成本大增，不僅如此，近年來由於排放的廢氣或燒卻灰中含有的戴奧辛的問題，使得焚化處理本身也處於難上加難的狀況。
有鑑於上述的問題，有一種可達成利用高溫高壓條件 來處理有機性污泥，使其形成液體化或固體化而作為燃料活用的方法。其中一例為污泥油化裝置，該污泥油化裝置是由：可對有機性污泥脫水的脫水裝置；和用來將脫水污泥直列地朝後述之預熱器、反應器、冷卻器壓入的壓入裝置；和利用後段的冷卻器加熱後之熱媒體對所壓入的脫水污泥執行預熱的預熱器；和利用熱媒體對經預熱的脫水污泥加熱，並利用250℃以上的溫度及該溫度時之水蒸氣壓以上的壓力而產生反應的反應槽；和利用熱媒體對反應物冷卻的冷卻器；和將經冷卻的反應物開放成大氣壓的大氣開放裝置；和可回收經開放的反應物中之可燃性液體的回收裝置；及可使回收後的可燃性液體形成燃燒，並間接地對熱媒體加熱的加熱爐所構成(譬如，請參考專利文獻1)。
此外，其他的例子，是使各種垃圾或褐碳之類的低級碳素物質形成泥漿化，於執行高溫高壓處理後使碳素物質中的氧氣形成二氧化碳而分離，並產生碳素泥漿，再將所產生的氣體及碳素泥漿作為燃料而有效利用的方法(譬如，請參考專利文獻2)。
不僅如此，其他的例子，是對污水污泥執行強力脫水處理，並對脫水污泥執行高溫高壓(約150~340℃)處理而產生污水污泥的泥漿，利用快速蒸發(flash evaporation)來使水分蒸發分離後與輔助燃料混合而製作經熱量調節之泥漿燃料的方法(譬如，請參考專利文獻3)。
但是在專利文獻1所記載之使污泥油化的方法及裝置中，從污泥形成油狀物質的油化反應，當利用低溫或低壓促使反應產生時，反應速度緩慢且反應時間形成極長的時間，不僅使能源成本高，還具有由於形成大型的設備而導致設備成本及設備的設置面積大增的問題。因此為了獲得有效率的反應速度，通常是利用高溫高壓條件執行處理，但由於其溫度與壓力過高，而具有昇溫能源成本高、及因為反應槽的高壓設計、預熱器或加熱器等而使設備成本高的問題。
此外，在專利文獻2所記載的方法中，由於並非是產生油化物質的反應，故可降低必要的能源成本，可達成將各種垃圾或污泥等廢棄物作為燃料利用的方法而成為有效的手段，但是為了形成污泥化，必須由外部提供大量的黏性調整水。特別是供給污水污泥等作為脫水污泥，含水率大約為78~82重量%而為高黏質，因此使供給配管或各種裝置內的壓力損失提高，不僅輸送效率低，且使加熱時的總導熱係數降低。因此，為了獲得具有流動性的污泥，而具有因為需要更大量的黏性調整水而導致設備過於大型化的問題。
不僅如此，在專利文獻3所記載的方法中，由於對脫水污泥進一步實施高度脫水後的固態物執行高溫高壓處理，因此如上所述，相較於流體的輸送，供給配管或各種裝置內的壓力損失提高，由於輸送效率低且加熱時間的總導熱係數低，因此具有能源效率不彰，且能源成本及設備費 用高的問題。
此外，由於所處理之有機性廢棄物的種類不同，有機性廢棄物有時會局部性地形成大的塊狀，含有木質物、纖維質物、毛髮等夾雜物的場合占絕大多數。在該場合中，當利用後續工程對有機性廢棄物執行高溫高壓處理時，相較於不含上述物質的場合中，需要更高的加熱溫度、更高的壓力以及更長的處理時間等。
[專利文獻1]
日本特公平7-80000號公報
[專利文獻2]
日本特表平9-505878號公報
[專利文獻3]
日本特開平6-246297號公報
本發明是有鑑於上述問題所研發的發明，本發明的目的是提供一種有機性廢棄物的處理設備及其處理方法，本發明所提供的有機性廢棄物的處理設備及其處理方法，可於對有機性廢棄物執行高壓高溫處理使其形成泥漿化後作為可燃性固形原料回收，作為燃料等而有效利用，不僅可降低所需的設備，並可盡力減少用於反應的能源及黏性調整水等的使用量，而使能源成本或設備成本低廉化，此外，可防止各設備的鏽垢，不僅如此，即使有機性廢棄物中 存在大型污泥塊或夾雜物，也能使高溫高壓處理步驟中的有機性廢棄物的加熱溫度、處理壓力、處理時間，與不含上述物質的場合大致相等。
可達成上述目的之第1項所記載的發明，是具備：可對有機性廢棄物執行高溫高壓處理而產生泥漿狀物質的高溫高壓處理裝置；和可對上述泥漿狀物質執行脫水處理並回收脫水固態物的脫水處理裝置；及可對經上述脫水處理裝置所分離的分離液執行淨化處理的水處理裝置之有機性廢棄物的處理設備，其特徵為：具有可於高溫高壓處理前粉碎上述有機性廢棄物的粉碎裝置，且在上述高溫高壓處理裝置，設有可對該高溫高壓處理裝置內的有機性廢棄物吹入蒸氣的蒸氣吹入手段，上述的高溫高壓處理裝置是形成：可被連續供給上述的有機性廢棄物，且可由上述蒸氣吹入手段來吹入蒸氣，一邊加熱、加壓及攪拌並一邊形成反應的連續式反應槽，在上述的水處理裝置，設有可透過分離膜將上述分離液中的殘留固態物作為濃縮液而執行分離處理的膜分離處理裝置。
第2項所記載的發明，如第1項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中設有可在由上述粉碎裝置執行粉碎後起到供給至上述反應槽為止之間，對上述有機性廢棄物執行預熱的預熱槽，在該預熱槽內收納有螺旋狀的熱交換攪拌管，該螺旋狀的熱交換攪拌管可藉由使熱媒體一邊流動 於管內並一邊迴旋的方式，利用上述熱媒體的熱量一邊對供給於上述預熱槽內的有機性廢棄物執行預熱，並一邊執行攪拌。
第3項所記載的發明，如第1或2項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中上述的蒸氣吹入手段具有切線方向噴射噴嘴，該切線方向噴射噴嘴，可在上述有機性廢棄物中，藉由從形成於外周壁的噴射口將上述蒸氣噴射至切線方向的方式，對有機性廢棄物旋轉攪拌的。
第4項所記載的發明，如第1項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中具有熱回收裝置，該熱回收裝置可利用與熱媒體之間的熱交換而回收由上述反應槽所產生之泥漿狀物質的熱量，並冷卻泥漿狀物質。
第5項所記載的發明，如第4項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中上述的熱回收裝置是由：對上述泥漿狀物質減壓而使其快速蒸發，並使所產生的蒸氣與熱媒體形成熱交換的第1冷卻器；及使經第1冷卻器冷卻的泥漿狀物質與熱媒體形成熱交換的第2冷卻器所構成。
第6項所記載的發明，如第1項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中具有泥漿貯留槽，該泥漿貯留槽可暫時貯留上述泥漿狀物質，並可對該泥漿狀物質加水而執行攪拌混合。
第7項所記載的發明，如第1項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中具有甲烷發酵裝置，該甲烷發酵裝置可使上述分離液中的有機物形成甲烷發酵，而產生甲烷的 氣體。
第8項所記載的發明，是具備：可對有機性廢棄物執行高溫高壓處理而產生泥漿狀物質的高溫高壓處理步驟；和可對上述高溫高壓處理步驟所產生的泥漿狀物質執行脫水處理並回收脫水固態物的脫水處理步驟；及可對經上述脫水處理步驟所分離的分離液執行淨化處理的水處理步驟之有機性廢棄物的處理方法，其特徵為：具有可於高溫高壓處理前粉碎上述有機性廢棄物的粉碎步驟，上述的高溫高壓處理步驟是形成：可對連續供應至反應槽的上述有機性廢棄物一邊吹入蒸氣一邊進行攪拌，並以溫度為150~250℃，且該溫度狀態之水蒸氣壓以上的壓力，執行5~120分鐘之反應的連續式反應步驟，在上述的水處理步驟中，具有可將上述分離液中的殘留固態物作為濃縮液而執行膜分離的膜分離處理步驟。
第9項所記載的發明，如第8項所記載之有機性廢棄物的處理方法，其中是將上述有機性廢棄物粉碎成5mm以下。
第10項所記載的發明，如第8或9項所記載之有機性廢棄物的處理方法，其中在上述粉碎步驟與連續式反應步驟之間，具有可在預熱槽內對上述有機性廢棄物執行連續預熱的預熱步驟，在該預熱槽內收納有螺旋狀的熱交換攪拌管，該螺旋狀的熱交換攪拌管可藉由使熱媒體一邊流動於管內並一邊迴旋的方式，利用上述熱媒體的熱量一邊對供給於上述預熱槽內的有機性廢棄物執行預熱，並一邊 執行攪拌。
第11項所記載的發明，如第8項所記載之有機性廢棄物的處理方法，其中在上述反應槽設有可從形成於外周壁的噴射口，將上述蒸氣噴射至切線方向的切線方向噴射噴嘴，並利用從上述噴射口噴射蒸氣的方式，一邊對上述反應槽內有機性廢棄物加熱並一邊旋轉攪拌。
第12項所記載的發明，如第8項所記載之有機性廢棄物的處理方法，其中對上述泥漿狀物質加水並攪拌混合，而使上述泥漿狀物質內的磷分與氯分之類的水溶性無機鹽分被溶析(elution)。
第13項所記載的發明，如第8項所記載之有機性廢棄物的處理方法，其中使上述分離液中的有機物形成甲烷發酵，而產生甲烷的氣體。
根據第1項所記載的發明，在高溫高壓處理裝置的高溫高壓處理步驟中，不需要傳統上所需要的有機性廢棄物的加熱器，可達成系統構造的簡略化及設備費用的減低化。此外，由於在高溫高壓處理前利用粉碎裝置對有機性廢棄物執行粉碎，即使有機性廢棄物中存在大型污泥塊或夾雜物，也能使高溫高壓處理步驟中的有機性廢棄物之加熱溫度、處理壓力、處理時間與不含上述污泥塊或夾雜物的場合大致相等。不僅如此，由於配設蒸氣吹入手段而可執行加熱、加壓及攪拌，故可藉由對反應槽內的污泥執行一 致的加熱及一致的攪拌而達成反應的有效率化。此外，所獲得的可燃性固態原料，可作為各種石灰替代燃料而有效利用，特別是將污水污泥作為有機性廢棄物執行處理，所獲得的可燃性固態原料，由於含有大量可作為水泥原料的黏土，可作為水泥原料或燒成燃料而極有效的利用。此外，由於在水處理裝置中設有膜分離處理裝置，因此可執行去除高溫高壓處理所產生之難分解性的COD成分，並可執行溶解性有機物的回收。
根據第2項所記載的發明，經粉碎後的有機性廢棄物，是在供給至反應槽之前供給至預熱槽，並在預熱槽預熱至預定的溫度為止。此時在預熱槽內，流通著熱媒體的螺旋狀熱交換攪拌管是形成迴旋，並對有機性廢棄物進行攪拌。如此一來，可提高預熱槽內之熱媒體的熱效率，並可防止鏽垢。
根據第3項所記載的發明，在反應槽內的有機廢棄物中，藉由將蒸氣從外周壁的噴射口噴射至旋轉噴嘴的切線方向，可一邊形成旋轉一邊對有機性廢棄物加熱而執行攪拌。
根據第4項所記載的發明，由於可利用與熱媒體之間的熱交換來回收反應槽所使用的熱量，故可降低能源成本。
根據第5項所記載的發明，可分別從第1冷卻器及第2冷卻器獲得溫度不同的熱媒體，並藉由將所獲得的熱媒體分別在適合其溫度的用途中循環使用，可達成熱量的有 效率利用。此外，由於階段性地降低泥漿狀物質的溫度，因此鏽垢不易產生。
根據第6項所記載的發明，由於在泥漿貯留槽內對泥漿狀物質加水並執行攪拌混合，因此可從泥漿狀物質中溶析出磷分及氯分之類的水溶性無機鹽分。
根據第7項所記載的發明，由於可利用甲烷發酵裝置使分離液中的有機物形成發酵，故可產生含有甲烷的氣體來作為譬如鍋爐的燃料而有效地利用。
根據第8項所記載的發明，在高溫高壓處理中，不需要傳統上所需要的有機性廢棄物的加熱器，可達成系統構造的簡略化及設備費用的減低化。此外，由於在高溫高壓處理前利用粉碎裝置對有機性廢棄物執行粉碎，即使有機性廢棄物中存在大型污泥塊或夾雜物，也能使高溫高壓處理步驟中的有機性廢棄物之加熱溫度、處理壓力、處理時間與不含上述污泥塊或夾雜物的場合大致相等。不僅如此，由於高溫高壓處理步驟，是一邊對連續供給至反應槽的上述有機性廢棄物吹入蒸氣並一邊攪拌，並利用150~250℃的溫度、及該溫度時之水蒸氣壓以上的壓力形成5~120分鐘的反應，故可藉由對反應槽內之污泥的一致加熱及一致攪拌而達成反應的效率化。特別是將污水污泥作為有機性廢棄物執行處理，所獲得的可燃性固態原料，由於含有大量可作為水泥原料的黏土，可作為水泥原料或燒成燃料而極有效的利用。此外，由於在水處理步驟中具有膜分離處理步驟，因此可去除高溫高壓處理所產生之難分 解性的COD成分，並可執行溶解性有機物的回收。
根據第9項所記載的發明，由於有機性廢棄物粉碎成5mm以下，即使有機性廢棄物中存在大型污泥塊或夾雜物，也能使實際上高溫高壓處理步驟中的有機性廢棄物之加熱溫度、處理壓力、處理時間與不含上述污泥塊或夾雜物的場合大致相等。
根據第10項所記載的發明，經粉碎後的有機性廢棄物，是在供給至反應槽之前供給至預熱槽，並在預熱槽預熱至預定的溫度為止。此時在預熱槽內，流通著熱媒體的螺旋狀熱交換攪拌管是形成迴旋，並對有機性廢棄物進行攪拌。如此一來，可提高預熱槽內之熱媒體的熱效率，並可防止鏽垢。
根據第11項所記載的發明，在反應槽內的有機廢棄物中，藉由將蒸氣從外周壁的噴射口噴射至旋轉噴嘴的切線方向，可一邊形成旋轉一邊對有機性廢棄物加熱而執行攪拌。
根據第12項所記載的發明，由於對泥漿狀物質加水並執行攪拌混合，因此可從泥漿狀物質中溶析出磷分及氯分之類的水溶性無機鹽分。
根據第13項所記載的發明，由於可分離液中的有機物形成甲烷發酵，故可產生含有甲烷的氣體來作為譬如鍋爐的燃料而有效地利用。
本發明的目的是提供一種有機性廢棄物的處理設備及其處理方法，本發明所提供的有機性廢棄物的處理設備及其處理方法，可於對有機性廢棄物執行高壓高溫處理使其形成泥漿化後作為可燃性固形原料回收，作為燃料等而有效利用，不僅可降低所需的設備，並可盡力減少用於反應的能源及黏性調整水等的使用量，而使能源成本或設備成本低廉化。在本發明中，是利用設有蒸氣吹入手段的連續式，充填一定數量的有機性廢棄物，並利用從蒸氣吹入手段穿入蒸氣的方式一邊加熱、加壓及攪拌並形成預定時間之反應的連續反應方法，來達成本發明的目的。此外，由於利用甲烷發酵裝置使分離液中的有機物形成甲烷發酵，故可產生含有甲烷的氣體來作為譬如鍋爐的燃料而有效地利用。不僅如此，藉由在處理設備的局部設置膜處理設備，可去除高溫高壓處理所產生之難分解性的COD成分，並可執行溶解性有機物的回收。
根據圖面來說明本發明的實施型態。第1圖是本發明其中一種實施型態之有機性污泥處理設備的系統圖。
在第1圖中，1為接收有機性污泥設備的污泥貯留槽，污泥貯留槽1可接收含水率為70~85重量%的污泥。 上述污泥是由處理污水、屎尿及各種事業性排廢水的水處理裝置所產生的有機性污泥。1a是以預定流量將所貯留的有機性污泥供給至後段裝置的污泥排出機。
2為粉碎有機性污泥的粉碎裝置。由於欲處理之被處理污泥(有機性污泥)的種類不同，有時污泥會局部性地 形成大的塊狀，或含有木質物、纖維質物、毛髮等夾雜物。在粉碎裝置2可將其粉碎成5mm以下，而使污泥形成均質化。
而粉碎裝置2可採用微粒裁斷機、粉碎泵、均質機(homogenizer)等。但由於微粒裁斷機具有較佳的粉碎性能、有機性污泥之均質化及處理能力，故採用微粒裁斷機的場合較佳。而粉碎裝置2可僅配設單段的粉碎機，亦可構成在利用粗粉碎機執行粉碎後設置微粉碎機的2段粉碎構造。
3為預熱槽，藉由令經後述第2冷卻器8加熱的循環熱媒(90~120℃)，流通於利用圖面未顯示之迴旋馬達而產生迴旋的螺旋狀加熱線圈3a的方式，可由加熱線圈3a平均地將粉碎污泥加熱至60~80℃。如此一來，由於加熱線圈3a形成可迴旋的構造，故可提高預熱槽3內之循環熱媒的效率，此外，可防止鏽垢。
4為污泥供給泵，利用2.0~6.0MPa．G的壓力將經預熱槽3加熱的預熱污泥連續供給至反應槽5的底部。
反應槽5，可藉由將蒸氣吹入由污泥供給泵所供給的的加壓污泥(有機性污泥)中，並利用150~250℃的溫度、及該溫度時之水蒸氣壓以上的壓力，一邊攪拌並一邊反應地執行5~120分鐘，而使有機性污泥形成液態化。
在反應槽5的上部及下部設置複數段(層)的蒸氣吹入手段6，使蒸氣的吹入能儘可能地平均加熱及攪拌。蒸氣吹入手段6具有切線方向噴射噴嘴6a(請參考第2圖 )，該噴射噴嘴6a可一邊從形成於外周壁上各120度的噴射口將蒸氣噴射至切線方向，並一邊攪拌有機性污泥。此外，蒸氣吹入手段6的配設段數(層數)，當反應槽5為小型時可設為單段(層)，或亦可視反應槽5的容積作適當的設定。
由用於平均加熱及攪拌而吹入的過剩蒸氣及反應所產生的氣體，將隨著反應槽5的壓力調整而排出，並吹入後述的第1冷卻器7，而用於液態化污泥的攪拌。
吹入反應槽5的蒸氣，利用後述的冷卻器7、8形成冷凝。該冷凝水可溶析污泥中的磷分及氯分等。磷分及氯分將對石灰替代燃料製品的品質形成不良影響。因此，冷凝水可提高製品的品質。
7為第1冷卻器，將冷卻器內的壓力調整成0.1~1.0MPa．G，利用快速蒸發使液狀化污泥冷卻至120~180℃的溫度，並使循環熱媒流通於冷卻線圈7a，利用循環熱媒來回收使快速蒸氣形成凝縮的熱量。
8為第2冷卻器，將冷卻器內的壓力調整成0.1MPa．G，利用快速蒸發使液狀化污泥冷卻至80~120℃的溫度，並使循環熱媒流通於冷卻線圈8a，利用循環熱媒回收污泥的熱量。
在第1冷卻器7可由所產生的大量冷凝水來洗淨第1冷卻線圈7a，在第2冷卻器8由於冷凝水量少而使自我洗淨的效果不彰，因此加熱線圈8a形成與預熱槽3相同的旋轉構造。藉此，可提高第2冷卻器8內之循環熱媒的 熱效率，並可防止鏽垢。
9為泥漿貯留槽，將液狀化污泥、反應槽5所產生的氣體等送至泥漿貯留槽9。所產生的氣體在由冷凝器10形成冷卻後，經由脫臭裝置11排放至大氣中。為了防止伴隨著氣體產生的固態物成分在冷凝器10成為阻塞的原因，利用由後述膜分離裝置22所分離的淨化水來洗淨冷凝器10，並使冷凝水流入泥漿貯留槽9。
在泥漿貯留槽9，一邊利用攪拌葉片9a使脫水所形成的分離液部分形成旋轉，一邊混合液狀化污泥與淨化水而進行攪拌。
12為脫水裝置，將利用泥漿供給泵13從泥漿貯留槽9下部所壓送泥漿化污泥分離成固態物與液體部分。固態物的含水率形成45~60重量%左右。
脫水裝置12可採用傾析型離心分離機、螺旋式壓榨機、皮帶式壓榨機等，其中最好使用傾析型離心分離機。
14為脫水固態物貯留槽，可暫時貯留經脫水後的脫水污泥(脫水固態物)。
15為乾燥裝置，可對利用脫水固態物泵16從固態物貯留槽14下部所壓送的脫水固態物加熱而使水分蒸發，來作為固態燃料的製品。乾燥裝置15的熱源，可採用經第1冷卻器7加熱的循環熱媒、甚至可採用在熱媒加熱器17利用鍋爐18的熱所加熱的循環熱媒。利用所供給的循環熱媒加熱脫水污泥並使水分蒸發，形成固態燃料的製品。蒸發的水分，在利用洗滌器(scrubber)或冷凝器等凝 縮後送至燃燒脫臭裝置並排出至大氣中。
19為分離液槽(水處理裝置)，可一邊使攪拌葉片19a旋轉一邊暫時貯留脫水所形成的分離液，並可兼任作為後述甲烷發酵裝置20之前置處理的酸性發酵(acid fermentation)槽。
20為甲烷發酵裝置，可使利用分離液供給泵21從分離液槽19下部所壓送的分離液形成甲烷發酵。由於在來自於脫水裝置12的分離液中含有高濃度的有機物，故可利用甲烷發酵從有機物形成含有甲烷的氣體，而作為鍋爐18的燃料有效地利用。
作為甲烷發酵裝置20之本體的甲烷發酵槽，可採用上流式厭氣處理設備(Upflow Anaerobic Sludge Blanket；UASB)、浮游式甲烷發酵槽等，但由於CODcr高達20,000~80,000，從初期及運作成本的觀點來看，採用高速UASB處理設備較合適。
22為膜分離裝置，利用分離膜對甲烷發酵處理後的消化液執行分離處理，濃縮液在可維持石炭替代燃料品質的場合中，是供給至脫水固態物貯留槽14，在品質上具有問題的場合中，則作為事業性廢棄物處理。透過液被作為淨化水排出，一部分如上所述在泥漿貯留槽9內循環。
膜分離裝置22所使用的分離膜模組，可採用筒狀模組、平板狀模組、中空絲狀模組等，而分離膜可適當地選擇RO膜(逆滲透膜)、UF膜(超過濾膜)、MO膜(精密過濾膜)、NF膜(毫微過濾膜)等來使用，但對應於 排水的條件最好是採用UF膜或RO膜。再者，膜分離裝置22最好是使複數個平板狀模組保持一定間隔地形成堆疊，使模組形成振動或者旋轉之結構的裝置可防止膜表面的積垢(fouling)，而達成分離膜數量的降低。
在第1圖中，23是調整從反應槽5供給至第1冷卻器7之泥漿化污泥流量的第1閥，24是調整從第1冷卻器7供給至第2冷卻器8之第1冷卻泥漿流量的第2閥。在第1圖中，1點鎖線是表示循環熱媒的的循環通路。經熱媒加熱器17所加熱的循環熱媒，是經由乾燥裝置15、第1冷卻7後回到熱媒加熱器17。此外，其他循環熱媒的循環通路，是經第2冷卻器8所加熱的循環熱媒經由預熱槽3而再度回到第2冷卻器8。
[實施例]
接下來，針對採用上述構成的有機性污泥的處理設備，來處理污水污泥等之有機性污泥(以下簡稱為污泥)的處理方法，列舉以下的例子進行詳細地說明。
使水處理裝置所產生之含水率為70~85重量%污泥，以1000kg/h收入污泥貯槽1。此外，由於通常將脫水裝置配設於水處理裝置，因此從脫水裝置獲得：含水率80重量%、可燃部分(C)16重量%、灰(ash)的部分(A)4重量%的污泥，但是上述所收入的污泥並不侷限於此。
利用污泥排出機1a從污泥貯留槽1取出的污泥，經 由管路L1供給至粉碎裝置2。在此，是將欲處理的被處理污泥粉碎成5mm以下。藉此，即使污泥形成大塊狀，或者含有木質物、纖維質物、毛髮之類的夾雜物，都能將其粉碎而形成均質化的污泥。如此一來，藉由粉碎有機性污泥並形成均質化的方式，可降低稍後於反應槽5的溫度、壓力及反應時間等。
由粉碎裝置2所排出的粉碎污泥，是經由管路L2供給至預熱槽3。在此，是使經第2冷卻器8加熱後的熱媒(90~120℃)流通於內設的加熱線圈3a，並由加熱線圈3a將粉碎污泥加熱至60~80℃。
由預熱槽3所加熱的預熱污泥，是從預熱槽3的底部由管路L3排出，並由污泥供給泵4以2.0~6.0MPa．G的壓力，經由配管L4連續供給至反應槽5的底部。
在反應槽5內，經由管路L5將蒸氣吹入由污泥供給泵4所供給的加壓污泥(有機性污泥)中，並以150~250℃的溫度、該溫度狀態下的水蒸氣飽和壓以上的壓力(0.4~4.0MPa．G)，形成5~120分鐘的反應。藉此，可使有機性污泥形成液狀化，並對該液狀化污泥攪拌。藉由該攪拌，可在10分鐘內完成污泥的加熱，急速的溫度上升可使反應溫度、壓力及反應時間下降。此外攪拌可防止質量較重之成分的下沉。
反應槽5上部及下部的蒸氣吹入，是從形成於外周壁上每120度的噴射口，由切線方向噴射噴嘴6執行將蒸氣朝切線方向噴射。
由平均地加熱及攪拌用所吹入的過剩蒸氣或反應所產生的氣體，將隨著反應槽5的壓力調整而排出，並吹入後述的第1冷卻器7，而用來攪拌液狀化污泥。
吹入反應槽5的蒸氣，是由後述的冷卻器7、8所凝縮。其凝縮水可溶析污泥中的磷分及氯分。磷分及氯分對石灰替代燃料的製品形成不良的影響。因此，凝縮水可提高製品的品質。在反應槽5的出口以1252kg/h壓送含水率為89.71重量%的污泥。在此的污泥成分為可燃部分(C)7.09重量%，灰的部分(A)3.19重量%。
在此之後，從反應槽5的液面附近，經由設有第1閥23的管路L6，將泥漿化污泥供給至第1冷卻器7。在此，將冷卻器內壓力調整為0.1~1.0MPa，利用快速蒸發使液狀化污泥冷卻至120~180℃的溫度為止，並使循環熱媒流通於冷卻線圈7a而使快速蒸氣形成凝縮，進而回收熱量。
通過第1冷卻器7的第1冷卻泥漿，是經由設有第2閥24的管路L7供給至第2冷卻器8。在此，是將冷卻器內的壓力調整成大氣壓~0.1MPa，利用快速蒸發使第1冷卻泥漿冷卻至80~120℃的溫度為止，並使循環熱媒流通於冷卻線圈8a而使快速蒸氣形成凝縮，進而回收熱量。在第2冷卻器8之出口的污泥成分為：含水率90.53重量%、可燃部分(C)6.53重量%、灰的部分(A)2.94重量%。
由通過第2冷卻器8之第2冷卻泥漿或由反應槽5所 產生的氣體等，是經由管路L8供給至泥漿貯留槽9。在此所發生的氣體是經由管路L9而由冷凝器10所冷卻，在此之後，經由脫臭裝置11排放至大氣中。為了防止伴隨著氣體產生的固態物成分在冷凝器10成為阻塞的原因，利用由後述膜分離裝置22所分離的淨化水來洗淨冷凝器10，並使冷凝水流入泥漿貯留槽9。
在泥漿貯留槽9，一邊利用攪拌葉片9a使脫水所形成的分離液部分形成旋轉，一邊混合液狀化污泥與淨化水而進行攪拌。藉此，可溶析出污泥中的磷分或氯分等水溶性無機鹽分。這個步驟是為了提高固體燃料製品的品質所執行。淨化水的量可根據泥漿中之磷分、氯分等的濃度作調整。在泥漿貯留槽9之出口的污泥成分為：含水率90.24重量%、可燃部分(C)6.73重量%、灰的部分(A)3.03重量%。
從泥漿貯留槽9底部經由管路10排出的泥漿化污泥，是由泥漿供給泵13壓送至脫水裝置12。在此，使泥漿化污泥分離成固態物及液體。固態物的含水率為45~60重量%。
利用脫水裝置12脫水的脫水污泥(脫水固態物)，是經由管路11而暫時貯留於脫水固態物貯留槽14。在此之後，經由管路L12，從脫水固態物貯留槽14的下部，利用脫水固態物泵16經由管路13壓送至乾燥裝置15。在脫水裝置12之出口的污泥成分為：含水率60重量%、可燃部分(C)27.58重量%、灰的部分(A)12.42重量 %。
在乾燥裝置15，對脫水固態物加熱而使水分蒸發，來作為固態燃料的製品。乾燥裝置15的熱源，是採用經第1冷卻器7加熱的循環熱媒、甚至可採用在熱媒加熱器17利用鍋爐18的熱所加熱的循環熱媒。利用所供給的循環熱媒加熱脫水污泥並使水分蒸發，形成固態燃料的製品。蒸發的水分，在利用洗滌器(scrubber)或冷凝器等凝縮後送至燃燒脫臭裝置並排出至大氣中。在乾燥裝置15的出口，以133kg/h壓送含水率10重量%的污泥。在此的污泥成分為：可燃部分(C)63.08重量%、灰的部分(A)26.92重量%。
由脫水裝置12所分離的分離液，是經由管路L14供給至分離液槽19。在此，是一邊使攪拌葉片19a旋轉一邊暫時貯留脫水所形成的分離液。分離液槽19，可兼任甲烷發酵裝置20之前置處理的酸性發酵(acid fermentation)槽。
從分離液槽19的底部，利用分離液供給泵21透過管路L15導出的分離液，是供給至甲烷發酵裝置20。在此，使分離液形成甲烷發酵。在來自於脫水裝置12的分離液中含有高濃度的有機物。因此，可利用甲烷發酵從有機物產生含有甲烷的氣體，並經由管路L16作為鍋爐18的燃料而有效利用。藉由甲烷發酵，燃料的使用量根據以下的計算式(1)僅改善27.6%。
(68.2-18.8)/68.2=0.724………(1)
甲烷發酵處理後的消化液，是經由管路L17供給至膜分離裝置22。在此，可利用分離膜對消化液執行分離處理，並將濃縮液作為石灰替代燃料，經由管線L18在可維持品質的場合中供給至脫水固態物貯留槽14。但是，在品質上形成問題的場合中，則將濃縮液作為事業廢棄物處理。此外，分離膜的透過液是經由管路L19而作為淨化水排出，其中一部分則如上所述，經由管路L20而在泥漿貯留槽9內循環。
[產業上的利用性]
根據本發明，可作為處理污水污泥、事業性排水處理污泥之類的有機性廢棄物，並回收作為水泥原料、燒成燃料、石灰替代燃料的有機性廢棄物的處理設備。
2‧‧‧粉碎裝置
5‧‧‧反應槽(高溫高壓處理裝置)
6‧‧‧蒸氣吹入手段
6a‧‧‧切線方向噴射噴嘴
9‧‧‧泥漿貯留槽
12‧‧‧脫水裝置(脫水處理裝置)
19‧‧‧分離液槽(水處理裝置)
20‧‧‧甲烷發酵裝置
22‧‧‧膜分離處理裝置
第1圖：為本發明之實施例1中有機性污泥的處理設備的系統圖。
第2圖：為本發明之實施例1中設於蒸氣吹入手段之切線方向噴射噴嘴的放大平面圖。
L1~L20‧‧‧管路
1‧‧‧污泥貯流槽
1a‧‧‧污泥排出機
2‧‧‧粉碎裝置
3‧‧‧預熱槽
3a‧‧‧加熱線圈
4‧‧‧污泥供給泵
5‧‧‧反應槽(高溫高壓處理裝置)
6‧‧‧蒸氣吹入手段
6a‧‧‧切線方向噴射噴嘴
7‧‧‧第1冷卻器
7a‧‧‧冷卻線圈
8‧‧‧第2冷卻器
8a‧‧‧冷卻線圈
9‧‧‧泥漿貯留槽
9a‧‧‧攪拌葉片
10‧‧‧冷凝器
11‧‧‧脫臭裝置
12‧‧‧脫水裝置(脫水處理裝置)
13‧‧‧泥漿供給泵
14‧‧‧脫水固態物貯留槽
15‧‧‧乾燥裝置
16‧‧‧脫水固態物供給泵
17‧‧‧熱媒加熱器
18‧‧‧鍋爐
19‧‧‧分離液槽(水處理裝置)
20‧‧‧甲烷發酵裝置
21‧‧‧分離液供給泵
22‧‧‧膜分離處理裝置
23‧‧‧第1閥
24‧‧‧第2閥

Claims (11)

  1. 一種有機性廢棄物的處理設備，是具備：可對有機性廢棄物執行高溫高壓處理而產生泥漿狀物質的高溫高壓處理裝置；和可對上述泥漿狀物質執行脫水處理並回收脫水固態物的脫水處理裝置；及可對經上述脫水處理裝置所分離的分離液執行淨化處理的水處理裝置之有機性廢棄物的處理設備，其特徵為：具有可於高溫高壓處理前粉碎上述有機性廢棄物的粉碎裝置，在上述高溫高壓處理裝置，設有可對該高溫高壓處理裝置內的有機性廢棄物吹入蒸氣的蒸氣吹入手段，上述的高溫高壓處理裝置是形成：可被連續供給上述的有機性廢棄物，且可由上述蒸氣吹入手段來吹入蒸氣，一邊加熱、加壓及攪拌並一邊形成反應的連續式反應槽，在上述的水處理裝置，設有可透過分離膜將上述分離液中的殘留固態物作為濃縮液而執行分離處理的膜分離處理裝置；上述的蒸氣吹入手段具有切線方向噴射噴嘴，該切線方向噴射噴嘴，可在上述有機性廢棄物中，藉由從形成於外周壁的噴射口將上述蒸氣噴射至切線方向的方式，對有機性廢棄物旋轉攪拌。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中設有：在由上述粉碎裝置執行粉碎後起到 供給至上述反應槽為止之間，可對上述有機性廢棄物執行預熱的預熱槽，在該預熱槽內收納有螺旋狀的熱交換攪拌管，該螺旋狀的熱交換攪拌管可藉由使熱媒體一邊流動於管內並一邊迴旋的方式，利用上述熱媒體的熱量一邊對供給於上述預熱槽內的有機性廢棄物執行預熱，並一邊執行攪拌。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中具有熱回收裝置，該熱回收裝置可利用與熱媒體之間的熱交換而回收由上述反應槽所產生之泥漿狀物質的熱量，並冷卻泥漿狀物質。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中上述的熱回收裝置是由：對上述泥漿狀物質減壓而使其快速蒸發，並使所產生的蒸氣與熱媒體形成熱交換的第1冷卻器；及使經第1冷卻器冷卻的泥漿狀物質與熱媒體形成熱交換的第2冷卻器所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中具有泥漿貯留槽，該泥漿貯留槽可暫時貯留上述泥漿狀物質，並可對該泥漿狀物質加水而執行攪拌混合。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之有機性廢棄物的處理設備，其中具有甲烷發酵裝置，該甲烷發酵裝置可使上述分離液中的有機物形成甲烷發酵，而產生含有甲烷的氣體。
  7. 一種有機性廢棄物的處理方法，是具備：可對有 機性廢棄物執行高溫高壓處理而產生泥漿狀物質的高溫高壓處理步驟；和可對上述高溫高壓處理步驟所產生的泥漿狀物質執行脫水處理並回收脫水固態物的脫水處理步驟；及可對經上述脫水處理步驟所分離的分離液執行淨化處理的水處理步驟之有機性廢棄物的處理方法，其特徵為：具有可於高溫高壓處理前粉碎上述有機性廢棄物的粉碎步驟，上述的高溫高壓處理步驟是形成：可對連續供應至反應槽的上述有機性廢棄物一邊吹入蒸氣一邊進行攪拌，並以溫度為150~250℃，且該溫度狀態之水蒸氣壓以上的壓力，執行5~120分鐘之反應的連續式反應步驟，在上述的水處理步驟中，具有可將上述分離液中的殘留固態物作為濃縮液而執行膜分離的膜分離處理步驟；是將上述有機性廢棄物粉碎成5mm以下。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之有機性廢棄物的處理方法，其中在上述粉碎步驟與連續式反應步驟之間，具有可在預熱槽內對上述有機性廢棄物執行連續預熱的預熱步驟，在該預熱槽內收納有螺旋狀的熱交換攪拌管，該螺旋狀的熱交換攪拌管可藉由使熱媒體一邊流動於管內並一邊迴旋的方式，利用上述熱媒體的熱量一邊對供給於上述預熱槽內的有機性廢棄物執行預熱，並一邊執行攪拌。
  9. 如申請專利範圍第7項所記載之有機性廢棄物的 處理方法，其中在上述反應槽設有可從形成於外周壁的噴射口，將上述蒸氣噴射至切線方向的切線方向噴射噴嘴，利用從上述噴射口噴射蒸氣的方式，一邊對上述反應槽內有機性廢棄物加熱並一邊旋轉攪拌。
  10. 如申請專利範圍第7項所記載之有機性廢棄物的處理方法，其中對上述泥漿狀物質加水並攪拌混合，而使上述泥漿狀物質內的磷分與氯分類的水溶性無機鹽分被溶析。
  11. 如申請專利範圍第7項所記載之有機性廢棄物的處理方法，其中使上述分離液中的有機物形成甲烷發酵，而產生含有甲烷的氣體。
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