(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不動産で用いるための電気及び廃棄熱エネルギーを産出するように構成された電力供給源；
電力供給源によって産出された廃棄熱エネルギーを動力源とする廃水処理設備；
一次水源を含む給水；及び
電力供給源によって産出された廃棄熱エネルギーを動力源とする、廃棄固形分を処理するためのスラッジ燃焼ユニット；
を含むオンサイト総合ユーティリティー設備。
【請求項２】
スラッジ燃焼ユニットが、マセレーターユニット、または濃縮化ユニットのうち一つまたは二つを出た廃棄固形分および／またはスラッジ材料を処理する、請求項１に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項３】
一次給水に添加して再使用するための水を再生するように廃水処理設備が構成されている、請求項１または２に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項４】
ａ）電力供給源が副生成物として廃棄熱エネルギーを放出する任意の発電デバイスを含み、及び／又は
ｂ）電力供給源を液体冷却し、そして該液体の廃棄熱エネルギーを廃水処理設備において用い、及び／又は
ｃ）電力供給源が更に電力貯蔵デバイスを含み、及び／又は
ｄ）電力供給源が、建物または不動産のための暖房設備と連結する、
請求項１〜３のいずれかに記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項５】
電力供給源によって発電された余剰のエネルギーを電力貯蔵デバイスに貯蔵する、請求項４に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項６】
電力供給源、廃水処理、およびエネルギー再利用設備の総合的な動作を、コンピュータ化された監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システムにより管理する、請求項１〜５のいずれかに記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項７】
ＳＣＡＤＡを遠隔監視のためにテレメトリーによって中央集中型のサービスサポート機能に接続する、請求項６に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項８】
一次給水が飲料として標準的である、請求項３〜７のいずれかに記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項９】
スラッジ燃焼ユニットが廃水処理設備に付随する、請求項１〜８のいずれかに記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１０】
廃水処理設備がスラッジ／固相から水相を分離する脱水ユニットを含み、脱水ユニットから産出される水相を処理するために廃水処理設備が水滅菌ユニットおよび水浄化ユニットを含む、請求項１〜９のいずれかに記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１１】
脱水ユニットから産出された水相の前処理を行うように構成された１つ以上の前処理ユニットをさらに含み、前処理はミクロろ過、化学酸化、逆浸透、イオン交換、及び炭素ろ過からなる群から選択され、前処理は滅菌ユニットの上流に位置し、そして前処理は固形分、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、窒素、およびリンの濃度を最小化するのに有効である、請求項１０に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１２】
廃水処理設備がスラッジ／固相から水相を分離する脱水ユニットを含み、脱水ユニットが機械式ネジプレス器、浄化器、上澄み遠心分離器、沈降濃縮器、および／または相分離を促進するための化学薬品添加のうちいずれか一つまたは二つ以上を含む、請求項２〜１１のいずれかに記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１３】
濃縮化ユニットが少なくとも８％の固形分含有量を有するスラッジを産出するように構成された、請求項２に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１４】
独立した固形分焼却炉がスラッジ燃焼ユニットに付随または連結する、請求項１〜１３のいずれかに記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１５】
１つ以上の前処理ユニットが放流を生じ、放流中のＢＯＤ、窒素、およびリンの濃度がそれぞれ１０、１０、および１ｍｇ／Ｌを超えない、請求項１１に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１６】
総合断熱滅菌器および給湯ユニットをさらに含み、ここで前処理により生ずる放流を滅菌する、請求項１１に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１７】
水浄化ユニットがナノろ過、逆浸透、活性炭素ろ過、および化学殺菌のうちいずれか一つまたは二つ以上を含む、請求項１０に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１８】
熱交換器をさらに含み、水浄化ユニットを出る水が熱交換器を通過する、請求項１０又は１７に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項１９】
廃水処理設備から回収した処理された水の少なくとも一つの流れを、熱交換器を通して不動産で再利用する、請求項１８に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項２０】
熱交換器からの廃棄熱エネルギーを脱水ユニットへ流入する廃水の前加熱に用いる、請求項１８又は１９に記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項２１】
スラッジ燃焼ユニットからの排気ガス放出物を電力供給源からの排気ガス放出物と組み合わせるように構成された、請求項１〜２０のいずれかに記載の総合ユーティリティー設備。
【請求項２２】
電力供給源からの廃棄熱エネルギーをオンサイトで用いるための方法であって、電力供給源からの廃棄熱エネルギーを廃水処理設備およびスラッジ燃焼ユニットに案内する段階を含み、ここで廃棄熱エネルギーを少なくとも部分的に利用して廃水および廃棄固形分をオンサイトで処理し、ならびに処理された廃水および電力供給源からの廃棄熱エネルギーを少なくとも部分的に回収して敷地で直接再使用することが可能な、前記方法。
【請求項２３】
電力供給源および廃水処理設備が請求項１〜２１のいずれかに記載の通りである、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総合ユーティリティー設備に関する。より特定的には、本発明の総合ユーティリティー設備は、廃水を既存の上水道と混合して再使用出来るような品質に処理するために、廃棄エネルギーを再利用することを意図している。
【背景技術】
【０００２】
家庭および非家庭の不動産は、電気、水道、給湯、下水処理などのユーティリティーを必要とする。殆どの不動産が、網の目状に送られるサービスへの接続に依存しているが、サービスは全ての将来的な建物の所在地で利用可能なわけではなく、特に都心から遠く離れた場所では利用できない。かかるサービスの提供のための基幹設備は、増大する需要を満たすことも出来なければ、無限に拡大しつづけることも出来ない。その上、人里離れた場所へのこれらユーティリティーの提供は、非効率であり費用がかさむ。更に、中央集中型の施設からのこれらユーティリティーサービスの提供は、自然災害および基幹設備の故障による途絶に対して脆弱である可能性もある。中央集中型の施設への損害は、住民が全員同一の施設に相互に接続している場合に、大部分の住民に潜在的に重大な影響を与える可能性がある。
【０００３】
電力供給源
従来の電力供給源は、中央集中型の大規模な発電所から、送電網および供給網を経由して居住区へと網の目状となった電気としてもたらされる。電力需要は絶え間なく増加し、この資本集約的な基幹設備に増大する能力を要求している。長期計画の要件は推定による見積もりに基づいており、能力増大の要求を典型的に生み出している地方のレベルで行う決定からは除かれている。
【０００４】
また、短期のピーク需要レベルを満たすことは、しばしば高い限界費用を強いる。発電および送電網の能力に対する投資の確実性を提供するために、消費者との電力供給契約は、変動消費課金制よりも定額課金制に重きを置くようになっている。この直接的でない供給対消費の関係は、消費者レベルにおいてエネルギー効率化に対する動機を減少させる。
【０００５】
発電の大部分は化石燃料による火力発電に依存しており、これは温室効果ガスの放出という結果をもたらす。バイオ燃料は大規模な中央集中型の発電に対しては一般的に競争力がなく、再生可能な代替エネルギーはより扱いにくく、より開発しにくく、ベースロード発電として依存することが出来ない。
【０００６】
オンサイト発電は長い歴史を持つ代替エネルギーであり、エンジン駆動の発電機を用いる。これらは典型的には性能において洗練されておらず、管理を必要とし、一般的に最後の選択肢である。家庭用サイズのスターリングエンジンおよびガスタービン装置などの改良品が現れ、適切に構成した場合には、不動産に熱と電気を組み合わせて供給可能であるが、相も変わらず化石燃料による発電である。更に、これらの発電設備の中に、水を消毒して家庭に再循環させる目的のために家庭用水および廃水の設備と相互に作用するように設計されているものはない。
【０００７】
個人住宅のための太陽および風力発電設備もまた一般的になってきており、低強度のエネルギー確保／発電のための許容可能な選択肢である。しかし、これらの設備を用いて供給が連続する保証、または需要と一致する保証は無く、これらの設備が経済的に高出力およびピークロードの需要を提供出来るわけでもない。
【０００８】
廃水処理
中央集中型の廃水処理は、各々の不動産が大きな中央集中型の廃水処理施設（ＷＷＴＰ）へ運搬するための下水道設備に接続されているもので、殆どの都心において比較的一般的である。生物学的処理、より特定的には主だった方法である活性スラッジ処理とともに、様々な処理工程が、廃水の処理のために利用されている。
【０００９】
最近まで、処理された放流下水の殆どは地域の下水道または海に排出されていた。より最近は、基本的な活性スラッジ処理に三次処理工程を加えて、放流の質を改善し、地下の帯水層への注入による放流の間接的な再使用や、飲料水源として用いられるダムへの再利用を可能にする傾向がある。
【００１０】
大きな中央集中型ＷＷＴＰからの余分なスラッジは、普通は機械的に脱水され、次いで埋立地に処分されるか、または農業において補助肥料として用いられるかのどちらかである。人口密度の高い市街地においては、好ましい処分の選択肢として、余分なスラッジはしばしば焼却される。今日では、殆どの大きな中央集中型ＷＷＴＰは、二つの不都合な排出物を環境に産出している。すなわち、処理された放流および余分なスラッジである。廃水およびスラッジ処理／処分工程は、特に土壌改良に用いられたかまたは埋め立てられたスラッジから時とともに発生する二酸化炭素およびメタンの両方の温室効果ガスの、相当に大きな発生源である。
【００１１】
中央集中型の廃水処理は高価であり、網の目状設備の導入は、新たな都市開発においては、より制限されてきている。メンブレンを基礎とした信頼できる処理工程の出現により、より中央集中型でない廃水処理設備が、現在は世界的な潮流となっている。
【００１２】
最も一般的な単一住宅用の廃水処理工程は、浄化槽設備である。これは機械的な構成部品を伴わないが、廃水を生物学的に粗処理しスラッジを保持するために、大きな容器を必要とする。このスラッジは、別の場所に埋め立て処分するために、典型的には約五年に一度かその程度の割合で汲み出される。浄化槽からの放流は次いで典型的にはフレンチドレイン設備によって地下に引かれ、廃水はしばしば最終的に下水道に排出されている。世界の多くの地域において、これらの排水は下水道を伝い、主に排水に関連した栄養分によって湖や池が富栄養化されることを通じて、深刻な環境影響の原因となっている。
【００１３】
これらの問題のいくつかを克服するために、好気性処理ユニット（ＡＴＵｓ）がよく提供される。これらは小さな機械的な生物学的処理ユニットであり、浄化槽よりも高いレベルの廃水処理を提供するが、依然として汚染された放流を環境へ処分することに依存しており、しばしばこの場合も影響を受けやすい湖や池などに影響が及ぶ。これらのＡＴＵｓは、設計仕様どおりに動作することを保証するために、日常的な保守管理および監視を必要とし、そして一般的に、典型的には数千リットルというオーダーの、大きなタンク容量の要件を伴う。また、特に、何らかの制御されていない嫌気性消化から発生するメタンという、温室効果ガスの放出に関する関心も存在する。
【００１４】
全てのこれらの処理設備に共通している生物学的処理の動作効率は、それらの保守管理条件および動作条件、ならびに特に一般に用いられる家庭用化学製品の過度の取り込みに対して非常に影響を受けやすい。
【００１５】
影響を受けやすい生態学的環境において、多くの場合土地への浸透を経由する、処理された廃水の地域の湖や池への処分は許容できるものではない。それ故に、単一住居用の、廃水が再利用可能なレベルに処理可能であり、結果として環境へのあらゆる不都合な排出を廃絶可能な、信頼できる堅固な廃水処理工程が必要とされている。これが適度な費用で達成されることが必要である。
【００１６】
中央集中型の廃水処理の仕組みに接続する可能性を欠くことは、地方の土地を居住区、とりわけ単一の敷地として解放することを承認するという地方の権限をしばしば大きく制限する。
【００１７】
水の保全
地域の自然環境から得られる、限られた供給量に対して需要が高まっており、水の限りある供給に高い世界的な関心がますます寄せられている。ほんの少しの割合の水しか実際には飲料目的に用いられていないにもかかわらず、従来の住宅開発は、全てが必然的に飲料品質に処理されている網の目状に送られるユーティリティーによる供給への接続を期待している。
【００１８】
市街地の外側に位置する地域は、上水道の幹線を利用することが出来ない。このため、それらの地域は自然の水路または帯水層から引いてくるか、あるいは屋根に溜まる雨水に頼ることのいずれかを要求されるだろう。場所による制限に加えて、各々の選択肢は、連続した供給を保障する際に、質と量の問題をもたらす。水の保全は、使用量の節約のために具体的に設計されたものを導入することで実行可能であるが、しかし正味の消費量を減少させる手段として、黒ずんだ廃水をその場で再利用するための方法は存在しない。
【００１９】
米国特許第４，０５２，８５８号は、電源からの廃棄熱の流れを水の滅菌に利用することについて開示している。しかし、この文献が提供する方法は、廃水を「ホワイトウォーター」品質にその場で滅菌し、続いてそれを一次給水に再び統合するための手段を提供してはいない。更にこの文献は、スラッジの分離および処理、あるいは水、建物または空間の暖房のための廃棄熱の利用について開示していない。すなわち、先行技術の廃水処理設備は、水およびエネルギーのその場での再循環および再使用のために提供される完全な総合設備を開示していない。
【００２０】
本発明の総合ユーティリティー設備は、先行技術における上述の問題を実質的に克服するか、または少なくともこれらの有用な代替物を提供するという、本発明の一つの目的を有している。
【００２１】
背景技術の説明は、専ら本発明のための文脈を提供するという目的のために盛り込まれている。この説明は、任意の言及された内容が優先日より前にオーストラリアまたはその他の地域において、本発明に関連する分野における技術常識であったことを確認したり自認したりするものでないことは、理解されるべきである。
【００２２】
本明細書を通して、文脈が別のことを要求しない限り、「含む」という単語、もしくは「含む（三人称単数）」または「含んでいる」などの変化形態は、述べられた値または値のグループを包含するが、その他の値または値のグループを排除しないことを意味していることが理解されよう。
本明細書を通して、「電力供給源」という単語は、エンジン／発電機、太陽および風力発電、ならびに燃焼炉／ボイラーといった火力発電を含むが、これらに限定されない発電設備を意味していることが理解される。
本明細書を通して、「廃棄エネルギー」と言う単語は、電力供給源からの副生成熱エネルギーまたは余剰の電気エネルギーのうち、一つまたはそれより多くのいずれかを意味していることが理解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第４，０５２，８５８号
【発明の概要】
【００２４】
本発明に従って、
ｉ）電力供給源；
ｉｉ）廃水処理設備；および
ｉｉｉ）固形分を有する廃棄材料を処理するためのスラッジ燃焼ユニット
を含み、電力供給源によって発電された電力を敷地に案内し、電力供給源からの廃棄エネルギーを敷地で再使用するために確保して再利用し、この再使用には廃水処理設備およびスラッジ燃焼ユニットにおける使用を含み、廃水処理設備から回収した処理された水を敷地で直接再使用することが可能な、オンサイト総合ユーティリティー設備を提供する。
【００２５】
好ましくは、廃水処理設備からの処理された水をオンサイトで直接再使用するために一次給水に添加して使用できる。

【００２６】
好ましくは、廃棄エネルギーは廃棄熱エネルギーの形態をとる。
好ましくは、スラッジ燃焼ユニットが、マセレーターユニット、または濃縮化ユニットのうち一つまたはそれより多くのいずれかを出た廃棄固形分および／またはスラッジ材料を処理する。
【００２７】
好ましくは、電力供給源は副生成物として廃棄エネルギーを放出する任意の発電デバイスを含む。
【００２８】
より好ましくは、電力供給源は燃焼エンジンまたは燃料電池のうち一つまたはそれより多くの任意のものを含む。電力供給源が燃焼エンジンである場合には、これは例えば、ディーゼルサイクル、オットーサイクルレシプロエンジン、スターリングサイクル、またはミニガスタービンのうち一つまたはそれより多くの任意のものを含む。
【００２９】
好ましくは、廃棄エネルギーを上水道および廃水処理設備に導くことが出来るように、電力供給源は水または液体で冷却する。
【００３０】
また好ましくは、電力供給源は更に、電力供給源が動作しているという要件なしに基準レベルの電力を供給するため、またはピーク需要時に補助電力を提供するために、例えばバッテリーといった電力貯蔵デバイスを含む。
【００３１】
また更に好ましくは、電力供給源を、燃料の消費および電力供給源への積載を最小化し、環境への影響を減少させるために、例えば太陽および風力発電といった、代替可能な補助電力供給源と連結する。
電力供給源によって発電され、敷地によって、あるいは廃水処理設備または固形分処理装置において利用されない余剰のエネルギーを、好ましくは貯蔵デバイスに貯蔵する。
【００３２】
電力供給源のための燃料源は、好ましくは電力供給源デバイスに適した任意の化学エネルギー媒体を含む。
【００３３】
より好ましくは、電力供給源のための燃料源は少なくとも部分的にバイオ燃料または水素のいずれか一つを含む。
【００３４】
好ましくは、電力供給源を給湯を包含する建物または不動産のための暖房設備と連結する。
【００３５】
電力供給源はまた、好ましくは、電力供給源が使用される特定の国によって定まる必要な電圧および周波数を伝送するために設計する。
【００３６】
電力供給源の動作を、好ましくはコンピュータ化された監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システムによって管理する。
【００３７】
廃水処理設備の動作を、好ましくはＳＣＡＤＡシステムによって管理する。
【００３８】
ＳＣＡＤＡを、好ましくは性能、信頼性、および故障診断の遠隔監視のためにテレメトリーによって中央集中型のサービスサポート機能に接続する。
【００３９】
好ましくは、電力供給源は、上水道または廃水処理設備のために廃棄エネルギーを特に産出する必要のある場合において、発電機負荷ゼロで動作させることが出来る。
【００４０】
また好ましくは、電力供給源は、ピーク需要時に追加の暖房および／または電気を提供するために、補助電力供給源も含む。
【００４１】
一次給水は、好ましくは網の目状に送られる供給接続部からアクセスするか、タンカーによって運ぶか、またはその場の貯蔵施設に雨水として集めるかであり、飲料として標準的である。一次給水が飲料として標準的でない場合には、一次給水は、好ましくは一次給水を飲料として標準的にまで処理するために、廃水処理設備を循環させる。
【００４２】
廃水処理設備は、好ましくは廃棄物を均質化するマセレーターユニット、スラッジ／固相から水相を分離する脱水ユニット、スラッジ相における固形分含有量を最大化する濃縮化ユニット、脱水ユニットからの水相を処理するための滅菌ユニット、および水浄化ユニットを含む。
【００４３】
好ましくは、水相は滅菌ユニットの前に前処理段階を経て、固形分の除去を最大化し、結果として第二のスラッジ相を生ずる。
【００４４】
好ましくは、第二のスラッジ相は脱水ユニットに再循環される。
【００４５】
保水タンクを、好ましくは任意の下流における回分処理の流速を管理するために、脱水ユニットの後に提供する。
【００４６】
マセレーターユニットを、好ましくは粗固形分の除去を補助するために、沈殿段階より前に、ふるいとともに備え付ける。ここで、粗固形分は生物学的に活性な固形分または無機固形分のうち一つまたはそれより多くのものである。
【００４７】
好ましくは、脱水ユニットは沈降濃縮器、機械式ネジプレス器、浄化器、上澄み遠心分離器、および／または相分離を促進するための化学薬品添加のうち一つまたはそれより多くの任意のものを含む。
【００４８】
また好ましくは、濃縮化ユニットから生ずるスラッジの固形分含有量は、少なくとも約８％である。
【００４９】
また更に好ましくは、スラッジ燃焼ユニットのための廃棄エネルギーは、電力供給源へ供給される燃料の流れからの補助燃料の燃焼により補うことが可能である。
【００５０】
スラッジ相および水相での工程は、好ましくは、電力供給源が動作しており、ＳＣＡＤＡシステムが制御している下で、回分式で行う。
【００５１】
好ましくは、独立した固形分焼却炉が、沈殿段階の前にふるいにかけられた粗固形分、および／または通常であればごみ収集によって処分されるはずのその他の廃棄物を破壊し、滅菌するために、スラッジ燃焼ユニットに付随または連結している。
【００５２】
固形分焼却炉および／またはスラッジ燃焼ユニットは、好ましくは排気管と連結している。排気管は、焼却および／または燃焼によって生じる滅菌された残灰の除去を促進するために、好ましくはサイクロン分離器あるいは静電沈降または粒子ろ過のいずれかの手段のうち少なくとも一つを包含する。
【００５３】
好ましくは、滅菌された残灰の化学組成は、その中にあるリンおよびカリウムなどの無機元素の濃度のために、肥料の形成に利用することが可能である。
【００５４】
好ましくは、マセレーターユニットを、廃水処理設備を通過する廃棄物の供給量を制御するために、ウェットウェルと連結する。
【００５５】
また好ましくは、マセレーターユニットは更に、例えば脱水段階における固形分の除去および／または沈降を促進するための化学凝固剤の投入といった、分離を促進するための機械的または化学的デバイスを含む。
【００５６】
前処理段階は、好ましくは固形物の除去を最大化するためにミクロろ過を含む。
【００５７】
好ましくは、前処理段階は、結果として生ずる放流における生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、窒素、およびリンの濃度の最小化をもたらす。
【００５８】
また好ましくは、ＢＯＤ、窒素、およびリンの濃度がそれぞれ１０、１０および１ｍｇ／Ｌを超えない。
【００５９】
また更に好ましくは、ＢＯＤ、ＣＯＤ、窒素、およびリンの濃度は、化学酸化、イオン交換、逆浸透、および炭素ろ過などの手法の使用によりさらに最小化される。
【００６０】
前処理段階により生ずる放流の滅菌は、好ましくは総合断熱滅菌器および給湯ユニットを使用することにより達成する。
【００６１】
好ましくは、総合滅菌器および給湯ユニットを少なくとも約７０℃の温度に保持する。
【００６２】
また好ましくは、総合滅菌器および給湯ユニットにおける放流の滞留時間は、少なくとも約３０分である。
【００６３】
好ましくは、滅菌設備を通過する放流の循環を、ＳＣＡＤＡシステムによって制御する。
【００６４】
水浄化ユニットは、好ましくはナノろ過、逆浸透、活性炭素ろ過、および化学滅菌のうち一つまたはそれより多くの任意のものを含む。浄化ユニットにおける水の保持時間は、使用される物理的および／または化学的工程に依存することになり、そして、一定の収容を付与するように、浄化ユニットの寸法を決めることを要するだろう。
【００６５】
浄化ユニットからの汚染された流れを、好ましくはスラッジ乾燥・焼却ユニットへと戻す。
【００６６】
好ましくは、水浄化ユニットからでた水は一次給水からの水と同じ品質である。
【００６７】
また好ましくは、冷却が要求される場合には、浄化水は熱交換器を通過する。このような方法で、熱交換器からの廃棄エネルギーを別のところで利用するために廃棄処理設備の中に保持することが可能である。
【００６８】
廃水処理設備によって処理したあとに、処理された廃水を好ましくは再使用するために不動産に再び利用する。
【００６９】
好ましくは、少なくとも一つの処理された廃水の流れが給湯ユニットを通って不動産に戻る。
【００７０】
また好ましくは、熱交換器からの廃棄エネルギーを、給湯ユニットに導入する処理された廃水の流れに案内する。別の態様では、熱交換器からの廃棄エネルギーは、相分離の効率を改良するために、脱水ユニットへ流入する廃棄物の前加熱に用いても良い。
【００７１】
好ましくは、再利用された廃水の流れを一次給水として補給する。
【００７２】
廃水処理設備におけるスラッジ乾燥・燃焼ユニットからの排気ガスの放出を、好ましくは発電機からの放出物と混合する。
【００７３】
好ましくは、排気ガスの放出温度をＳＣＡＤＡシステムによって監視し、管理する。
【００７４】
また好ましくは、放出レベルが地域排ガス規制の制限を超えた場合に、汚染を最小化するために放出物制御後処理法を使用する。
【００７５】
好ましくは、電力供給源からの廃棄エネルギーが任意の生物学的に活性な材料を滅菌し、不活性化する。
好ましくは、総合ユーティリティー設備は、網の目状に送られる、および／または中央集中型のユーティリティーサービスの供給から敷地が独立を保つことを可能にする。
【００７６】
本発明に従って、電力供給源からの廃棄エネルギーをオンサイトで用いるための方法であって、電力供給源からの廃棄エネルギーを廃水処理設備およびスラッジ燃焼ユニットに案内する段階を含み、ここで廃棄エネルギーを少なくとも部分的に利用して廃水および廃棄固形分をオンサイトで処理し、ならびに処理された廃水および電力供給源からの廃棄エネルギーを少なくとも部分的に回収して敷地で直接再使用することが可能な、前記方法を提供する。
【００７７】
電力供給源および廃水処理設備は前述のように構成できる。
本発明を、実施例のみによって、本発明の一つの実施形態および添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は本発明の総合ユーティリティー設備の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
総合ユーティリティー設備において利用するための廃水処理方法の性能を示すために、大都市の下水処理施設からの一次放流を用いて、ベンチスケールで処理工程の数を見積もった。処理方法は、ミクロろ過、化学酸化、逆浸透、および粒状活性炭素吸着を包含していた。
【００８０】
下水処理施設からの一次放流を、まず商用のミクロろ過カートリッジ（５ミクロンおよび次いで０．５ミクロンのカートリッジ）によりろ過した。４５℃にまで加熱したミクロろ過からの放流を、次いで過酸化水素とともに、完全混合反応器を用いて６０分の保持時間で化学的に酸化した。過酸化物は、化学的酸素要求量に基づいて、化学両論的な添加割合の１．５倍添加した。化学的に酸化した放流を、次いで商用のＲＯ（逆浸透）フィルターカートリッジを通過させ、最後にＲＯ放流を商用の粒状活性炭素（ＧＡＣ）に、投入量１０ｇ／Ｌ、保持時間６０分で接触させた。全てのサンプルを、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、懸濁固形分総量（ＴＳＳ）、窒素総量（ＴＮ）、ケルダール窒素総量（ＴＫＮ）、および窒素酸化物総量（ＮＯｔ）のために解析した。この試験運転の結果を以下の表１に示す。
【００８１】
【表１】
0005491183.tif 000002
【００８２】
これらの結果は明らかに、家庭において非飲料用水道水として再使用するために適した放流を産出するための処理操作の有効性を示している。処理された放流は、完全に無色透明であり、どうみても商用飲料水のようだった。
【００８３】
本発明を実施するための最良の形態
図１において、本発明に従った総合ユーティリティー設備１０の工程図を示す。例えば燃焼エンジンまたは燃料電池といった電力供給源１２は不動産のための電気を産出し、副生成物として廃棄熱エネルギー１４の形態で廃棄エネルギーを産出する。
【００８４】
電力供給源１２は、エンジンデバイスおよび作動周期に適した任意の化学エネルギー媒体を含む燃料供給１３を使用する。温室効果ガスの放出を減少するために、バイオ燃料を用いることが望ましい。
【００８５】
電力供給源１２はまた、環境への影響を減少させることに加えて、燃料の消費および電力供給源１２に必要とされる動作時間を最小化するために、例えばバッテリーといった電力貯蔵デバイス１６を備え、そして例えばソーラーパネルまたは風力発電装置といった補助代替電力供給源と連結する。電力供給源１２は、使用が意図されている国によって定まる必要な電圧および望ましい周波数を伝送するために設計することが出来る。
【００８６】
廃棄熱エネルギー１４を、次いで電力供給源１２から廃水処理設備２０へと導く。電力供給源１２はまた、廃水処理設備２０のために廃棄熱エネルギー１４を特に産出する必要のある場合において、発電機負荷ゼロで動作させることが出来る。電力供給源１２によって発電された余剰のエネルギーは、後の使用のために電力貯蔵デバイス１６に貯蔵する。
【００８７】
不動産２２からの廃水および廃棄物はマセレーターユニット２４を含有するウェットウェル２３へと迂回し、ここで廃棄物をまず粗いふるいから機械的なフィルターへと移動させて、粗固形分を取り去る。粗固形分は、非有機固形分とともに有機固形分を包含することが出来る。ふるいを通過した有機廃棄物を、次いで均質化し、脱水ユニット２６へと案内する。ここで、廃棄物を水相２８およびスラッジ相３０に分離する。マセレーターユニット２４は、脱水ユニット２６における分離を促進するために、例えば沈降を促進する化学凝固剤の添加といった、機械的または化学的デバイスを備えることが出来る。ウェットウェル２３は貯蔵タンクとして働き、廃水処理設備への廃棄物供給量を制御するために寸法が決められる。例えば、家庭の水の消費を９００Ｌ／日とすると、均等化タンクの容量は約２５０Ｌであるべきである。
【００８８】
スラッジ相３０は濃縮化ユニット３２で濃縮化し、最終固形分含有量は、少なくとも約８％である。濃縮化ユニット３２から出るスラッジをスラッジ乾燥・燃焼ユニット３６へと輸送する。
【００８９】
スラッジ燃焼ユニット３６は、スラッジ材料を乾燥、炭化および最終的に焼却するために、電力供給源１２からの廃棄熱エネルギー１４を利用する。必要な場合には、燃料供給１３からの補助燃料の燃焼によって補助加熱を生成する。結果として滅菌された残灰３８は、日常的な保守管理の間に直接廃棄物として処分、または収集される。滅菌された残灰３８は、リンおよびカリウムなどの有益な無機元素を含有することが可能であり、従って肥料として利用でき、それ故に最終廃棄産出物において任意の潜在的な化学値の再使用が可能である。ガス排気放出物４０は、電力供給源１２およびスラッジ燃焼ユニット３６からの混合排気を含む。
【００９０】
スラッジ相３０および水相２８での工程は、理想的には電力供給源が動作している時に、回分式で行う。スラッジ相３０および／または水相２８の処理のための廃棄熱エネルギー１４の利用により、最終的には、存在するあらゆる生物学的に活性な材料を滅菌し、不活性化する。
【００９１】
沈殿ユニット２６において産出された水相２８を、下流における回分処理の流速を管理するために保水タンク４１に輸送する。水相２８に次いで例えばミクロろ過といった前処理を施し、結果として放出流れ４４および第二のスラッジ相３４を生ずる。ここでの目的は、ＢＯＤ、窒素、およびリンの濃度が理想的にはそれぞれ１０ｍｇ／Ｌ、１０ｍｇ／Ｌ、および１ｍｇ／Ｌを超えないことに加えて、固形分含有量を最小化することである。第二のスラッジ相３４を脱水ユニット２６に再循環する。
【００９２】
放出流れ４４を滅菌ユニット４６に迂回させ、ここで廃棄熱エネルギーを再び利用する。滅菌ユニット４６は、順に総合断熱滅菌器４８および給湯ユニット５０を含む。廃棄熱エネルギー１４は、少なくとも約３０分の滞留時間の間、滅菌ユニットの温度を約７０℃またはそれより高く保持する。
【００９３】
滅菌された放出流れ５２は、次いで例えばナノろ過、逆浸透、活性炭素ろ過、および化学殺菌といった多数の手法の一つまたはそれより多くの使用を伴う水浄化ユニット５４へと進む。汚染された流れ５５はすべての残余汚染水をスラッジ乾燥・燃焼ユニット３６へと戻し、ここで流れに変換し、灰３８およびガス排気放出物４０とともに開放する。
【００９４】
浄化ユニットにおける水の保持時間は、使用する物理的および／または化学的工程に依存することになり、そして、一定の収容力を付与するように、浄化ユニットの寸法を決めることを要すると考えられる。
【００９５】
浄化ユニット５４の産出物は、ホワイトウォーター５６として知られている。ホワイトウォーターは、例えば雨水、タンカーによって運ばれた水、または網の目状に送られる供給接続部からの水といった一次給水５８から汲み上げられたような飲料品質にまで、再使用のために適した水として記載している。
【００９６】
ホワイトウォーター５６は不動産２２に直接的に、または給湯ユニット５０により再利用する。一次給水５８からの水もまた、廃水処理設備２０において生じた損失を補うために、ホワイトウォーターの流れ５６に供給することが出来る。ホワイトウォーター５６はまた、滅菌ユニット４６からの廃棄熱エネルギー１４をいくらか保持している場合には、不動産に直接案内する前に、熱交換器６０を通過させる必要があるかもしれない。熱交換器６０は、廃棄熱エネルギー１４を、給湯ユニット５０に導入されるホワイトウォーター５６に案内する。別の態様では、相分離の効率を改良するために、熱交換器６０は、廃棄熱エネルギー１４を沈殿ユニット２６に導入される廃棄物に直接案内する事が出来る。
【００９７】
一次給水５８は、不動産２２において直接使用するための独立したラインとして維持する。しかし、一次給水５８が飲料として標準的でない場合には、不動産２２に案内する前に、廃棄処理設備２０に案内し、そこで処理することが出来る。
【００９８】
総合ユーティリティー設備は、コンピュータ化されたシステム制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システムによって制御および管理することが出来ると考えられる。ＳＣＡＤＡシステムはまた、性能、信頼性、および故障診断の遠隔監視のためにテレメトリーによってサービスサポート機能に接続することが出来る。これはまた、バイオ燃料の使用によって生じる炭素クレジットを監視し、記録することになる。
【００９９】
電力供給源１２が燃焼エンジンである場合には、たとえば、ディーゼルサイクル、オットーサイクルレシプロエンジン、スターリングサイクル、またはミニガスタービンのうち一つまたはそれより多くの任意のものを含む事が出来る。
【０１００】
適切な場合には、電力供給源は１００％バイオ燃料または水素を使用することが出来、それによって総合ユーティリティー設備からの温室効果ガスの放出を排除することが出来ると期待される。ディーゼルまたはバイオディーゼルなどの不揮発性燃料を使用する場合には、燃料タンクを総合ユーティリティー設備の内部に包含することが考えられる。燃料タンクは、総合ユーティリティー設備の壁の一つを形成する平板型の容器として提供可能である。かかる構成要素内部の一般的な周囲温度は、遠隔の燃料タンクを用いた場合に、ディーゼルおよびバイオ燃料が極端な冬季条件において共通して遭遇する低温フローの問題を防ぐ際に有利であると考えられる。
【０１０１】
電力供給源１２を水または液体で冷却することが出来、冷却液フローは、廃棄熱エネルギー１４を廃水処理設備２０に導くための、追加のまたは別の態様の方法を提供することが更に考えられる。
【０１０２】
電力供給源１２からの廃棄熱エネルギー１４を、建物または不動産のための暖房設備において使用することが考えられる。
【０１０３】
当業者は、ピーク需要時に追加の暖房および／または電気を提供するために、補助電力供給源を用いることが出来ることを理解するだろう。
【０１０４】
脱水は、例えば機械式ネジプレス器、沈降濃縮器、浄化器、上澄み遠心分離器、または相分離を促進するための化学薬品添加といった多くの方法を用いて達成することが出来る。
【０１０５】
滅菌された放出流れ５２におけるＢＯＤ、ＣＯＤ、窒素、およびリンの処理は、一般的に化学酸化、イオン交換、逆浸透、および炭素ろ過を包含する手法を使用することにより達成するが、これらに限定されるものではない。
【０１０６】
独立した固形分焼却炉は、マセレーターユニット２４においてふるい落とされた固形分、および／または通常であればごみ収集によって処分されるはずのその他の有機廃棄物を焼却し、滅菌するために、スラッジ燃焼ユニット３６に付随または連結する。
【０１０７】
ガス排気放出物４０は、例えば触媒酸化、選択的触媒還元、粒子ろ過、排気ガススクラビングといった後処理法を経ることが出来る。汚染は元々非常に少ないと考えられるが、各々の処理法は、汚染を最小化するための補助となるだろう。
【０１０８】
焼却／燃焼によって生ずる無機残灰は、サイクロン分離、静電沈降、または粒子ろ過のいずれか一つによって、ガス排気放出物４０から分離することが出来る。無機残灰は、それが滅菌されており、不活性の性質であるために、直接処分することが出来、または、任意の日常的な保守管理手順の間に除去するために収集し、例えば肥料として使用することが出来る。
【０１０９】
総合ユーティリティー設備の組み込みは「特定地域向けの」設備の形態をとる事ができ、それにより、不動産が任意の網の目状に送られるユーティリティーサービスから独立した状態を保ち水の消費を節約することが可能になり、そしてまた、温室効果ガスおよび生物化学的に活性な汚染物質をはじめとする任意の不都合な汚染物質の環境への排出を未然に防ぐことができると考えられる。
【０１１０】
ある地域における正味の水の消費は、再利用される廃水の有意な量のために、９０％程度も減少するだろう。更に、電力および熱が必要に応じてのみ作られるために、全体のエネルギー効率は最大化され、潜在的には９０％よりも高い効率を達成する。本発明の総合ユーティリティー設備は、カーボントレードに適した説明責任のレベルにまで、炭素クレジットの監視および記録を補助することが期待される。リアルタイムの監視は、エネルギー消費の定期的な調査、および実行中のよりエネルギー効率を高める取り組みを促進する。結果として、不動産の全体の二酸化炭素排出量は有意に減少することが期待される。
【０１１１】
（大きな網の目状に送られるネットワークユーティリティーサービスから独立した）その場の施設として、総合ユーティリティー設備は基幹設備の機能停止に対する保障を提供することが考えられる。更に、総合ユーティリティー設備を直接監視しているために、何らかの故障の表示を自動的に送り、必要に応じてサービスサポートを派遣することになる。更に、設計および構成部品の性質は、迅速にその場で交換することが可能なように意図している。交換された部品は、修繕して再使用するために中央集中型の機関に運ぶことが可能なように意図している。
【０１１２】
総合ユーティリティー設備の導入は、より費用効率が高く、大きな網の目状に送られるユーティリティー設備への接続を必要としない十分に単純なものであることが期待される。更に、汚水処理設備からの放流排水路のために典型的に必要としていた土地の面積が実質的に減少する。
【０１１３】
総合ユーティリティー設備の重要な利点は、設備内での熱および化学エネルギーの再循環、ならびに不動産によって産出された有機廃棄物の流れの実質的に全てを滅菌し、生物的に活性な材料を不活性化し、そして結果として生ずる材料を例えば肥料として安全に再使用するための能力であると考えられる。
【０１１４】
当業者にとって明らかであろう修飾および変更は、本発明の範囲に包括されると考えられる。
【図１】
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