(57)【要約】【課題】有機性排水処理で発生する汚泥からより効率良くエネルギー資源を回収することができる汚泥処理システム、汚泥処理方法及び有機排水処理システムを提供することである。【解決手段】実施形態の汚泥処理システムは、最初沈澱池、生物反応槽及び最終沈澱池を備える有機排水処理設備において生じる汚泥からエネルギー資源を回収する汚泥処理システムであって、第１汚泥処理部と、第２汚泥処理部と、を持つ。第１汚泥処理部は、前記最初沈澱池由来の汚泥を、嫌気性消化処理によって消化ガスと消化汚泥とに分解する。第２汚泥処理部は、前記第１汚泥処理部において生じた前記消化汚泥と、前記最終沈澱池由来の汚泥であって嫌気性消化処理がされていない余剰汚泥とからエネルギー資源を回収する、又は前記消化汚泥及び前記余剰汚泥の廃棄処理を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初沈澱池、生物反応槽及び最終沈澱池を備える有機排水処理設備において生じる汚泥からエネルギー資源を回収する汚泥処理システムであって、
前記最初沈澱池由来の汚泥を、嫌気性消化処理によって消化ガスと消化汚泥とに分解する第１汚泥処理部と、
前記第１汚泥処理部において生じた前記消化汚泥と、前記最終沈澱池由来の汚泥であって嫌気性消化処理がされていない余剰汚泥とからエネルギー資源を回収する、又は前記消化汚泥及び前記余剰汚泥の廃棄処理を行う第２汚泥処理部と、
を備える汚泥処理システム。
【請求項２】
前記余剰汚泥を濃縮する濃縮機と、
前記消化汚泥と前記濃縮機によって濃縮された前記余剰汚泥とを脱水して前記第２汚泥処理部に供給する脱水機と、
をさらに備える、
請求項１に記載の汚泥処理システム。
【請求項３】
前記濃縮機によって得られた分離液と、前記脱水機によって得られた脱離液とを前記最初沈澱池に返送する、
請求項２に記載の汚泥処理システム。
【請求項４】
前記濃縮機によって得られた分離液と、前記脱水機によって得られた脱離液とを前記生物反応槽に返送する、
請求項２に記載の汚泥処理システム。
【請求項５】
前記消化汚泥を脱水して前記第２汚泥処理部に供給する第１脱水機と、
前記余剰汚泥を濃縮する濃縮機と、
前記濃縮機によって濃縮された前記余剰汚泥を脱水して前記第２汚泥処理部に供給する第２脱水機と、
をさらに備える、
請求項１に記載の汚泥処理システム。
【請求項６】
前記濃縮機によって得られた分離液と、前記第１脱水機及び第２脱水機によって得られた脱離液とを前記最初沈澱池に返送する、
請求項５に記載の汚泥処理システム。
【請求項７】
前記濃縮機によって得られた分離液と、前記第１脱水機及び第２脱水機によって得られた脱離液とを前記生物反応槽に返送する、
請求項５に記載の汚泥処理システム。
【請求項８】
前記嫌気性消化部において生じた前記消化汚泥と、前記最終沈澱池由来の汚泥であって嫌気性消化処理がされていない余剰汚泥とを炭化する炭化部を前記第２汚泥処理部としてさらに備える、
請求項１から７のいずれか一項に記載の汚泥処理システム。
【請求項９】
最初沈澱池、生物反応槽及び最終沈澱池を備える有機排水処理設備において生じる汚泥からエネルギー資源を回収する汚泥処理方法であって、
前記最初沈澱池由来の汚泥を、嫌気性消化処理によって消化ガスと消化汚泥とに分解する第１汚泥処理ステップと、
前記第１汚泥処理ステップにおいて生じた前記消化汚泥と、前記最終沈澱池由来の汚泥であって嫌気性消化処理がされていない余剰汚泥とからエネルギー資源を回収する、又は前記消化汚泥及び前記余剰汚泥の廃棄処理を行う第２汚泥処理ステップと、
を有する汚泥処理方法。
【請求項１０】
最初沈澱池、生物反応槽及び最終沈澱池を備える有機排水処理設備と、
請求項１から８のいずれか一項に記載の汚泥処理システムであって、前記有機排水処理設備において生じる汚泥からエネルギー資源を回収する汚泥処理システムと、
を備える有機排水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、汚泥処理システム、汚泥処理方法及び有機排水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性排水処理で発生する汚泥からエネルギー資源を回収する試みがなされている。有機性排水処理施設は、排水中の汚濁物質を微生物の働きを利用して分解する生物反応槽を備える。また、固形物を多く含む排水を処理する場合には、生物反応槽の前段に比較的大きな固形物を分離するための前処理設備（例えば最初沈澱池など）が設けられることも多い。このような前処理設備を備える有機排水処理施設において、生物反応槽及び前処理設備の両方で発生する汚泥からエネルギー資源を回収しようとした場合、従来の方法では、エネルギー資源の回収のために投資するコストに対して十分なエネルギー資源を回収できない可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８０１７６９号公報
【特許文献２】特許第３３９１９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、有機性排水処理で発生する汚泥からより効率良くエネルギー資源を回収することができる汚泥処理システム、汚泥処理方法及び有機排水処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の汚泥処理システムは、最初沈澱池、生物反応槽及び最終沈澱池を備える有機排水処理設備において生じる汚泥からエネルギー資源を回収する汚泥処理システムであって、第１汚泥処理部と、第２汚泥処理部と、を持つ。第１汚泥処理部は、前記最初沈澱池由来の汚泥を、嫌気性消化処理によって消化ガスと消化汚泥とに分解する。第２汚泥処理部は、前記第１汚泥処理部において生じた前記消化汚泥と、前記最終沈澱池由来の汚泥であって嫌気性消化処理がされていない余剰汚泥とからエネルギー資源を回収する、又は前記消化汚泥及び前記余剰汚泥の廃棄処理を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】従来の汚泥処理システム９０の構成例を示す図。
【図２】第１の実施形態の汚泥処理システム１００ａの構成例を示す図。
【図３】第２の実施形態の汚泥処理システム１００ｂの構成例を示す図。
【図４】第３の実施形態の汚泥処理システム１００ｃの構成例を示す図。
【図５】第４の実施形態の汚泥処理システム１００ｄの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の汚泥処理システム、汚泥処理方法及び有機排水処理システムを、図面を参照して説明する。
【０００８】
（概略）
図１は、従来の汚泥処理システム９０の構成例を示す図である。汚泥処理システム９０は、有機排水処理システム８０から供給される汚泥を嫌気性消化法によって処理することにより、汚泥からエネルギー資源を回収するシステムである。嫌気性消化とは、酸素の存在しない嫌気性条件下で有機物が微生物によって分解されることをいう。例えば、汚泥処理システム９０は、汚泥の嫌気性消化、濃縮、脱水及び炭化によって生成される消化ガス及び炭をエネルギー資源として回収する。
【０００９】
まず、有機排水処理システム８０の構成について説明する。有機排水処理システム８０は、最初沈澱池１、生物反応槽２及び最終沈澱池３を備える。最初沈澱池１は、有機排水処理システム８０による浄化処理の対象となる有機性排水が流入する貯水池である。以下、最初沈澱池１に流入してから処理済みとなるまでの有機性排水を「被処理水」といい、処理済みとなった被処理水を「処理水」という。最初沈澱池１では、比較的比重の大きな固形物が重力沈降して沈澱することにより被処理水から分離される。最初沈澱池１において固形物が分離された上澄水は後段の生物反応槽２に送られる。また、沈澱した汚泥（初沈汚泥）は最初沈澱池１から引き抜かれて汚泥処理システム９０に送られる。
【００１０】
生物反応槽２では、活性汚泥中に含まれる微生物の働きによって被処理水に含まれる汚濁物質が分解される。汚濁物質が分解された被処理水は後段の最終沈澱池３に送られる。
【００１１】
最終沈澱池３では、被処理水中に残存する活性汚泥等の固形物が重力沈降して沈澱することにより被処理水から分離される。最終沈澱池３において固形物が分離された上澄水は、必要に応じて砂濾過や塩素処理等の高度処理が施された後に、処理水として公共用水域等に放流される。なお、最終沈澱池３の底部に堆積する汚泥の一部（返送汚泥）は、生物処理における再利用のために生物反応槽２の上流部に返送される。また、返送汚泥を除く余剰分の汚泥（余剰汚泥）は最終沈澱池３から引き抜かれて汚泥処理システム９０に送られる。
【００１２】
続いて、汚泥処理システム９０の構成について説明する。汚泥処理システム９０は、初沈汚泥濃縮槽４、余剰汚泥濃縮機５、嫌気性消化槽６、汚泥脱水機７及び炭化炉８を備える。初沈汚泥濃縮槽４は、最初沈澱池１から送られてくる初沈汚泥の濃縮槽である。初沈汚泥濃縮槽４は、濃縮汚泥を嫌気性消化槽６に送るとともに、濃縮によって得られた分離液を最初沈澱池１に返送する。
【００１３】
余剰汚泥濃縮機５は、最終沈澱池３から送られてくる余剰汚泥を濃縮する装置である。余剰汚泥濃縮機５は、濃縮汚泥を嫌気性消化槽６に送るとともに、濃縮によって得られた分離液を最終沈澱池１に返送する。
【００１４】
嫌気性消化槽６は、初沈汚泥濃縮槽４及び余剰汚泥濃縮機５から送られてくる濃縮汚泥の消化槽である。濃縮汚泥は、嫌気性消化によって、消化汚泥と、メタン、炭酸ガス、水素等を含む消化ガスとに分解される。生成された消化ガスがエネルギー資源として回収される一方で、消化汚泥は汚泥脱水機７に送られる。
【００１５】
汚泥脱水機７は、嫌気性消化槽６から送られてくる消化汚泥を脱水する装置である。汚泥脱水機７は、脱水後の汚泥（脱水汚泥）を炭化炉８に送るとともに、脱水によって得られた脱離液を最初沈澱池１に返送する。
【００１６】
炭化炉８は、汚泥脱水機７から送られてくる脱水汚泥を炭化する装置である。炭化炉８によって生成された炭はエネルギー資源として回収される。
【００１７】
このような構成を備える従来の汚泥処理システム９０によれば、有機排水処理システム８０において発生する汚泥からエネルギー資源を回収することができる。しかしながら、従来の汚泥処理システム９０では、最初沈澱池１から引き抜かれる初沈汚泥と、最終沈澱池３から引き抜かれる余剰汚泥とを嫌気性消化槽６で同様に処理することにより、エネルギー資源を効率よく回収できない場合があった。
【００１８】
以下の各実施形態の汚泥処理システムによれば、上述した従来の汚泥処理システム９０よりも効率良くエネルギー資源を回収することが可能になる。
【００１９】
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態の汚泥処理システム１００ａの構成例を示す図である。汚泥処理システム１００ａは、余剰汚泥濃縮機５、嫌気性消化槽６及び汚泥脱水機７に送られる汚泥、又はそれらが送り出す汚泥の送り元又は送り先が異なる点で従来の汚泥処理システム９０と異なる。その他の汚泥処理システム１００ａの構成は従来の汚泥処理システム９０と同様であるため、同様の構成については図１と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００２０】
具体的には、汚泥処理システム１００ａは、余剰汚泥濃縮機５の濃縮汚泥を汚泥脱水機７に送る点、嫌気性消化槽６が初沈汚泥濃縮槽４から送られてくる初沈汚泥専用の消化槽として用いられる点、汚泥脱水機７が嫌気性消化槽６から送られてくる消化汚泥に加えて、余剰汚泥濃縮機５から送られてくる濃縮汚泥を脱水する点で従来の汚泥処理システム９０と異なる。
【００２１】
なお、初沈汚泥濃縮槽４は、遠心濃縮機であってもよい。また、余剰汚泥濃縮機５は遠心濃縮機であってもよいし、汚泥濃縮槽であってもよい。また、汚泥脱水機７は、遠心脱水機であってもよいし、ベルトプレスやスクリュープレス、フィルタープレス等のプレス機であってもよい。また、炭化炉８は、焼却炉や汚泥堆肥化設備などであってもよい。
【００２２】
このように構成された第１の実施形態の汚泥処理システム１００ａによれば、従来構成の汚泥処理システム９０よりも効率良くエネルギー資源を回収することが可能になる。
【００２３】
一般に、最初沈澱池の初沈汚泥は嫌気性微生物にとって分解しやすい性状であることが多く、最終沈澱池の余剰汚泥は嫌気性微生物にとって分解しにくい性状であることが多い。そのため、初沈汚泥と余剰汚泥とを混合して消化分解する場合には、嫌気性消化槽における汚泥の滞留時間を嫌気性微生物によって分解されにくい余剰汚泥の分解速度に合わせて確保する必要がある。これはすなわち、本来、余剰汚泥よりも短時間で分解される初沈汚泥を余剰汚泥が分解されるまで嫌気性消化槽に滞留させる必要があることを意味する。そのため、従来の汚泥処理システムでは嫌気性消化槽の容積を必要以上に大きくせざるを得なかった。
【００２４】
これに対して、第１の実施形態の汚泥処理システム１００ａでは、嫌気性消化槽６を初沈汚泥専用の消化槽として用いることで、汚泥の分解速度を高めることができる。これにより、嫌気性消化槽６の設備規模を小さくすることができる。また、嫌気性消化槽６を初沈汚泥専用の消化槽として用いることで、汚泥の分解率の向上も見込まれる。これにより、分解効率を維持することを目的として行われる嫌気性消化槽６の加温に要するエネルギーを低減することが可能になる。
【００２５】
このように、第１の実施形態の汚泥処理システム１００ａでは、汚泥処理にかかる設備コスト又は運用コストを抑えることができるため、エネルギー資源の回収効率を向上させることができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態の汚泥処理システム１００ｂの構成例を示す図である。汚泥処理システム１００ｂは、消化汚泥脱水機９をさらに備える点、汚泥脱水機７に代えて余剰汚泥脱水機１０を備える点で第１の実施形態の汚泥処理システム１００ａと異なる。その他の汚泥処理システム１００ｂの構成は第１の実施形態の汚泥処理システム１００ａと同様であるため、同様の構成については図２と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００２７】
具体的には、消化汚泥脱水機９は、嫌気性消化槽６で生成された消化汚泥を脱水し、脱水汚泥を炭化炉８に送る。また、余剰汚泥脱水機１０は、余剰汚泥濃縮機５で生成された濃縮汚泥専用の脱水機として用いられる点で第１の実施形態における汚泥脱水機７と異なる。消化汚泥脱水機９及び余剰汚泥脱水機１０は、遠心脱水機であってもよいし、ベルトプレスやスクリュープレス、フィルタープレス等のプレス機であってもよい。この場合、炭化炉８には、余剰汚泥脱水機１０と消化汚泥脱水機９とのそれぞれで生成された脱水汚泥が送られる。
【００２８】
このように構成された第２の実施形態の汚泥処理システム１００ｂによれば、従来構成の汚泥処理システム９０よりも効率良くエネルギー資源を回収することが可能になる。
【００２９】
具体的には、一般に、初沈汚泥の消化分解によって生成される消化汚泥は脱水性が比較的高い一方で、余剰汚泥由来の濃縮汚泥に関しては、凝集剤による凝集も安定せず、良好な脱水性が得られないことが多い。これは、初沈汚泥と余剰汚泥とでは、季節変動などの影響も受けて性状が大きく異なるためである。このような性状の違いは、脱水の前処理として汚泥に添加される凝集剤の種類や添加率等の条件に影響を与える。そのため、初沈汚泥由来の消化汚泥と余剰汚泥由来の濃縮汚泥とを同じ汚泥脱水機７で脱水する第１の実施形態の汚泥処理システム１００ａでは、消化汚泥及び濃縮汚泥の性状や混合比の変動により、汚泥の脱水処理が困難になる可能性があった。
【００３０】
これに対して、第２の実施形態の汚泥処理システム１００ｂは、初沈汚泥由来の消化汚泥と、余剰汚泥とを異なる脱水機（消化汚泥脱水機９及び余剰汚泥脱水機１０）で脱水する構成を備えることにより、汚泥の脱水を安定して行うことができる。具体的には、脱水方式や、汚泥に添加する凝集剤、ｐＨ調整剤等の薬品の種類又は注入率を、汚泥の種類（初沈汚泥由来の消化汚泥、又は余剰汚泥由来の濃縮汚泥）に応じて適正化することができる。これにより、薬品注入率の削減や、処理効率向上による脱水機の小型化などが可能になる。
【００３１】
このように、第２の実施形態の汚泥処理システム１００ｂでは、汚泥の脱水に関する設備コスト又は運用コストを抑えることができるため、エネルギー資源の回収効率をより向上させることができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態の汚泥処理システム１００ｃの構成例を示す図である。汚泥処理システム１００ｃは、余剰汚泥濃縮機５の分離液及び汚泥脱水機７の脱離液の送り先がが異なる点で従来の汚泥処理システム９０と異なる。その他の汚泥処理システム１００ｃの構成は従来の汚泥処理システム９０と同様であるため、同様の構成については図１と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００３３】
具体的には、汚泥処理システム１００ｃは、余剰汚泥濃縮機５の分離液と、汚泥脱水機７の脱離液とを、最初沈澱池１ではなく生物反応槽２に返送する点で従来の汚泥処理システム９０と異なる。
【００３４】
このように構成された第３の実施形態の汚泥処理システム１００ｃによれば、従来構成の汚泥処理システム９０よりも効率良くエネルギー資源を回収することが可能になる。
【００３５】
一般に、余剰汚泥濃縮機５や汚泥脱水機７において固形物が完全に回収されることはなく、その一部は脱離液（又は分離液）に残留するため、脱離液を処理水として放流することはできない。そのため、従来構成の汚泥処理システム９０では、脱離液を最初沈澱池１に返送して浄化処理を行った上で最終沈澱池３から処理水として放流していた。しかしながら、脱離液には余剰汚泥や嫌気性消化槽６における嫌気性消化の残渣等の難分解性の固形物が多く含まれるため、これを再度嫌気性消化槽６に送ったとしても、十分なエネルギー資源を回収できる見込みは小さい。また、難分解性の固形物を循環させることは、最初沈澱池１、初沈汚泥濃縮槽４及び嫌気性消化槽６の処理負荷を高めることにもなる。
【００３６】
これに対して、第３の実施形態の汚泥処理システム１００ｃでは、余剰汚泥濃縮機５の分離液及び汚泥脱水機７の脱離液を、最初沈澱池１ではなく生物反応槽２に返送することにより、最初沈澱池１、初沈汚泥濃縮槽４及び嫌気性消化槽６の処理負荷を低減するとともに、エネルギー資源の回収効率を向上させることができる。
【００３７】
（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態の汚泥処理システム１００ｄの構成例を示す図である。汚泥処理システム１００ｄは、余剰汚泥濃縮機５の分離液と、消化汚泥脱水機９及び余剰汚泥脱水機１０の脱離液と、の送り先が異なる点で第２の汚泥処理システム１００ｂと異なる。その他の汚泥処理システム１００ｄの構成は第２の汚泥処理システム１００ｂと同様であるため、同様の構成については図３と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００３８】
具体的には、汚泥処理システム１００ｄは、余剰汚泥濃縮機５の分離液と、消化汚泥脱水機９及び余剰汚泥脱水機１０の脱離液と、最初沈澱池１ではなく生物反応槽２に返送する点で第２の実施形態の汚泥処理システム１００ｂと異なる。
【００３９】
このように構成された第４の実施形態の汚泥処理システム１００ｄによれば、従来構成の汚泥処理システム９０よりも効率良くエネルギー資源を回収することが可能になる。
【００４０】
具体的には、第４の実施形態の汚泥処理システム１００ｄでは、余剰汚泥濃縮機５の分離液と、消化汚泥脱水機９及び余剰汚泥脱水機１０の脱離液を、最初沈澱池１ではなく生物反応槽２に返送することにより、第３の実施形態と同様に、最初沈澱池１、初沈汚泥濃縮槽４及び嫌気性消化槽６の処理負荷を低減するとともに、エネルギー資源の回収効率を向上させることができる。
【００４１】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、最初沈澱池１由来の汚泥を、嫌気性消化処理によって消化ガスと消化汚泥とに分解する嫌気性消化槽６（第１汚泥処理部の一例）と、嫌気性消化槽６において生じた消化汚泥と、最終沈澱池１由来の汚泥であって嫌気性消化処理がされていない余剰汚泥とからエネルギー資源を回収する炭化部８（第２汚泥処理部の一例）、又は消化汚泥及び余剰汚泥の廃棄処理を行う焼却炉や汚泥堆肥化設備等の設備（第２汚泥処理部の一例）を持つことにより、有機性排水処理で発生する汚泥からより効率良くエネルギー資源を回収することができる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…実施形態の汚泥処理システム、８０…有機排水処理システム、９０…従来構成の汚泥処理システム、１…最初沈澱池、２…生物反応槽、３…最終沈澱池、４…初沈汚泥濃縮槽、５…余剰汚泥濃縮機、６…嫌気性消化槽、７…汚泥脱水機、８…炭化炉、９…消化汚泥脱水機、１０…余剰汚泥脱水機
【図１】
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【図２】
2020015028.tif 000004
【図３】
2020015028.tif 000005
【図４】
2020015028.tif 000006
【図５】
2020015028.tif 000007