(57)【要約】【課題】  有機性廃棄物の処理能力を向上させつつ、有機性廃棄物の処理量の増減に対して柔軟に対応可能な湿式酸化処理装置を提供する。【解決手段】  湿式酸化処理装置は、シリンダ８ａとシリンダ８ａ内で回転駆動させられるスクリュ９とを有する湿式酸化処理部と、湿式酸化処理部の一端に接続され、湿式酸化処理部で処理されるスラリー状の有機性廃棄物が投入される投入槽１ｂと、湿式酸化処理部に酸素を含むガスを導入するガス導入口５ａと、を備えている。【選択図】  図１
2006305440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー状の有機性廃棄物の湿式酸化処理を行う湿式酸化処理装置であって、
シリンダ（８ａ）と該シリンダ（８ａ）内で回転駆動させられるスクリュ（９）とを有する湿式酸化処理部（Ａ１）と、
前記湿式酸化処理部（Ａ１）の一端に接続され、前記湿式酸化処理部（Ａ１）で処理される前記有機性廃棄物が投入される投入部（Ａ０）と、
前記湿式酸化処理部（Ａ１）に酸素を含むガスを導入するガス導入手段（５ａ，５ｂ）と、
を備えていることを特徴とする湿式酸化処理装置。
【請求項２】
前記湿式酸化処理部（Ａ１）の他端には、処理済みの前記有機性廃棄物を貯留し、かつ気液分離する貯留部（Ａ２）が接続されている、請求項１に記載の湿式酸化処理装置。
【請求項３】
前記貯留部（Ａ２）には熱交換部（１１）が備えられており、前記投入部（Ａ０）から前記湿式酸化処理部（Ａ１）に至る前記有機性廃棄物の供給路が前記熱交換部（１１）を経由している、請求項２に記載の湿式酸化処理装置。
【請求項４】
前記湿式酸化処理部（Ａ１）を加熱する加熱手段（７）と、前記湿式酸化処理部（Ａ１）の温度を測定する温度測定手段（６）と、該温度測定手段（６）による測定結果に基づいて前記加熱手段（７）を制御して前記湿式酸化処理部（Ａ１）の温度を所定の温度に維持する温度制御手段（１４）とを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の湿式酸化処理装置。
【請求項５】
前記所定の温度は１００〜２００℃である、請求項４に記載の湿式酸化処理装置。
【請求項６】
前記湿式酸化処理部（Ａ１）および前記貯留部（Ａ２）内の圧力を所定の圧力に調節する圧力調節手段（１５）を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の湿式酸化処理装置。
【請求項７】
前記所定の圧力は大気圧以上、２．５Ｍｐａ以下の圧力である、請求項６に記載の湿式酸化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラリー状の有機性廃棄物の湿式酸化処理を行う湿式酸化処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に開示されている、反応容器内にスラリー状の有機性廃棄物や酸素、酸化促進剤などを導入して有機性廃棄物を湿式酸化処理する方法および装置が知られている。図６は、特許文献１に開示された従来の湿式酸化処理装置を示す図である。
【０００３】
図６に示す従来の湿式酸化処理装置では、金属製反応容器１０１が、天井蓋部１１１と、逆円錐形状の底部１１２を有する円筒形状の側壁部１１３とから構成されており、天井蓋部１１１には、有機性廃棄物の供給フィーダ１２１に接続された供給口１１４が設けられ、この供給口１１４には、酸化剤供給機１３１も接続されている。さらに、自動調圧機１４１に接続されたガス排出口１１５も設けられている。反応容器１０１内部には、撹拌翼１５２が配設されている。反応容器１０１の外周には、３７４℃まで加熱できる加熱ヒーター１６１が配設されている。反応容器１０１の底部１１２は、逆円錐形状に形成され、その下端部には、昇降操作される開閉栓１７１を備えた内容物排出口１１６が形成されている。
【０００４】
このように、図６に示した従来の処理装置では、反応容器１０１内に導入された有機性廃棄物は、加熱ヒーター１６１で加熱しながら撹拌翼１５２によって撹拌することで湿式酸化処理され、湿式酸化処理された廃棄物は、容器１０１の下端部の開閉栓１７１を開くことで内容物排出口１１６から回収される。
【０００５】
なお、容器内で処理を行った廃棄物の回収手法としては、この他にも、いわゆるオーバーフロー方式が知られている。
【０００６】
また、特許文献２には、他の構成からなる従来の湿式酸化処理装置が開示されている。図７は、特許文献２に開示された従来の他の湿式酸化処理装置を示す図である。
【０００７】
図７に示す従来の他の湿式酸化処理装置は、内部にピストン２０２が軸芯方向に扇動自在に設けられ、ピストン２０２を挟んで反応槽２０３と加圧槽２０４とに区画されたシリンダ２０１と、反応槽２０３に有機性廃棄物を含む汚水を酸化剤と共に供給する供給手段と、加圧槽２０４に流体を圧送してピストン２０２の移動により反応槽２０３内の汚水を圧縮して湿式酸化処理を行うと共に、処理液を反応槽２０３から外部に排出する加圧手段と、湿式酸化処理を行う反応槽２０３の部位を加圧する加熱手段２２３とを備えている。加圧手段は、流体を貯留する流体貯留タンク２１５と、流体貯留タンク２１５内の流体を加圧槽２０４に圧送する圧送ポンプ２１８とを備えている一方、供給手段より汚水が流体貯留タンク２１５内の流体と熱交換された後に反応槽２０３に供給されるように構成されている。
【０００８】
このように構成された図７の処理装置によれば、シリンダ２０１内がピストン２０２で反応槽２０３と加圧槽２０４とに隔てられ、シリンダ２０１内でピストン２０２を移動させることで反応槽２０３を加圧させることで、処理液を反応槽２０３の外に排出させることができるようになっている。
【特許文献１】特開２００３―０５３２９６号公報
【特許文献２】特開２００３―２７５７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６に示した従来の湿式酸化処理装置は、廃棄物を処理する反応容器の容積が一定であるため、有機性廃棄物や酸素を含むガスの導入量が限られている。また、図７に示した従来の他の湿式酸化処理装置は、シリンダ内のピストンを移動させることで反応槽の容積を変えることができる構成であるが、シリンダ自体の容積は一定であるため、同様に、有機性廃棄物や酸素を含むガスの導入量は限られている。そのため、これらの従来の湿式酸化処理装置では、有機性廃棄物の処理量が多い場合には処理工程を断続的に複数回繰り返して行う必要があるなど、処理量の変動がある場合に対応しにくい。
【００１０】
反応容器の規模を大きくして一回の処理工程による処理量を増やすことも考えられるが、この場合には、処理装置のコストが高くなる上に、反応容器内の有機性廃棄物の全体に熱が伝わりにくくなり、有機性廃棄物の昇温に時間がかかったり、処理温度の制御が困難になるという問題がある。
【００１１】
また、従来の湿式酸化処理装置のような反応容器を用いた構成では、その内部に導入された有機性廃棄物と酸素を含むガスとの接触効率が悪い。そのため、有機性廃棄物と酸素を含むガスとを良好に接触させるために、反応容器内で有機性廃棄物を撹拌する手段を備えている必要がある。従来の湿式酸化処理装置は、そのような手段を備える必要があるために、装置が大型化し、かつ動作が複雑になっている。
【００１２】
処理装置の稼働中に、処理済みの廃棄物を排出口から回収したりオーバーフローによって回収したりする一方で、未処理の廃棄物を反応容器内に導入する動作を繰り返すことで、複数回の処理工程を断続的に繰り返すのではなく、処理工程を連続して行うことも可能である。しかしながら、この場合には、反応容器内に導入した廃棄物が完全に処理される前に回収されてしまう、いわゆるショートパスが起こり得るため、廃棄物の処理効率が低下してしまう。また、このようにして連続的に処理を行う場合には、廃棄物を反応容器内に導入してから排出するまでの処理時間を正確に管理することは困難である。
【００１３】
そこで本発明は、有機性廃棄物の処理能力を向上させつつ、有機性廃棄物の処理量の増減に対して柔軟に対応可能な湿式酸化処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の湿式酸化処理装置は、スラリー状の有機性廃棄物の湿式酸化処理を行う湿式酸化処理装置であって、シリンダと該シリンダ内で回転駆動させられるスクリュとを有する湿式酸化処理部と、前記湿式酸化処理部の一端に接続され、前記湿式酸化処理部で処理される前記有機性廃棄物が投入される投入部と、前記湿式酸化処理部に酸素を含むガスを導入するガス導入手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の湿式酸化処理装置は、シリンダとスクリュとを有する湿式酸化処理部を備えていることにより、有機廃棄物を湿式酸化処理部に連続的に導入して処理することが可能である。そのため、反応容器を備えた従来の装置では困難であった処理量の変動に柔軟に対応することができる。また、スクリュの回転速度を調節することで有機廃棄物が湿式酸化処理部を通過する時間（処理時間）を正確に管理することができ、処理途中の有機性廃棄物がショートパスして排出されてしまうことが無くなる。さらに、本発明の湿式酸化処理装置は、スクリュの回転運動によって、シリンダ内における有機性廃棄物の昇温、せん断破砕、撹拌、および移送の全ての工程を効率的に行うことができ、その結果、従来の装置よりも高い有機性廃棄物の可溶化能力を得ることができる。また、スクリュで有機性廃棄物を移送する間に有機性廃棄物が撹拌され、有機性廃棄物にガスが良好に接触することから、有機性廃棄物の酸化処理を促進することが可能である。
【００１６】
また、前記湿式酸化処理部の他端には、処理済みの有機性廃棄物を貯留し、かつ気液分離する貯留部が接続されている構成としてもよい。
【００１７】
さらに、前記貯留部には熱交換部が備えられており、前記投入部から前記湿式酸化処理部に至る有機性廃棄物の供給路が前記熱交換部を経由している構成としてもよい。この構成によれば、投入部から湿式酸化処理部に導入される有機性廃棄物は、比較的高温の処理済みの廃棄物が貯留されている貯留部の熱交換部で昇温されて、湿式酸化処理部に送られることとなる。そのため、湿式酸化処理部において有機性廃棄物を昇温させるために必要なエネルギーを少なくすることができる。
【００１８】
また、前記湿式酸化処理部を加熱する加熱手段と、前記湿式酸化処理部の温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段による測定結果に基づいて前記加熱手段を制御して前記湿式酸化処理部の温度を所定の温度に維持する温度制御手段とを有する構成としてもよく、この場合、所定の温度は１００〜２００℃であることが好ましい。
【００１９】
また、前記湿式酸化処理部および前記貯留部内の圧力を所定の圧力に調節する圧力調節手段を有する構成としてもよく、この場合、所定の圧力は大気圧以上、２．５Ｍｐａ以下の圧力であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、有機性廃棄物の処理能力を向上させつつ、有機性廃棄物の処理量の増減に対して柔軟に対応可能な湿式酸化処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明の湿式酸化処理装置の一実施形態の概略構成を示す図であり、図２は図１に示した湿式酸化処理装置による処理フローを示す図である。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態の湿式酸化処理装置は、大きく分けて、スラリー状の有機性廃棄物が投入される投入部Ａ０と、投入部Ａ０に投入された有機性廃棄物を湿式酸化処理する湿式酸化処理部Ａ１と、湿式酸化処理部Ａ１で処理された廃棄物を貯留する貯留部Ａ２とで構成されている。
【００２４】
図１および図２を参照すると、投入部Ａ０は、投入槽１ｂと、これを覆う蓋１ａとによって構成されている。投入部Ａ０は湿式酸化処理部Ａ１に至る有機性廃棄物の供給路によって湿式酸化処理部Ａ１の一端に接続されている。投入部Ａ０に投入された有機性廃棄物は、ポンプ２によって湿式酸化処理部Ａ１に送られるようになっている。供給路は貯留部Ａ２に設けられた熱交換部１１を経由しており、有機性廃棄物は、熱交換部１１を通過する際に、貯留部Ａ２の貯留槽１２に貯留されている比較的温度が高い処理後の有機性廃棄物から熱を回収して昇温する。
【００２５】
湿式酸化処理部Ａ１は、主に、シリンダ８ａと、シリンダ８ａ内で回転駆動されるように設けられたスクリュ９とで構成されている。スクリュ９は、軸９ｂと、その周囲に形成された羽根９ａとからなる。以下、シリンダ８ａとスクリュ９とを総称して加熱管と呼ぶ。スクリュ９は、モーター３によって軸９ｂを中心に回転させられ、その羽根９ａによってシリンダ８ａ内で有機性廃棄物のせん断破砕、撹拌、および移送を行う。
【００２６】
加熱管の一方の端部には、投入部Ａ０から送られてきた有機性廃棄物を加熱管内に導入する試料導入部４と、酸素を含むガスを加熱管内に導入するガス導入口５ａとが設けられている。酸素を含むガスは、エアコンプレッサ５ｂによって必要量が加熱管内に導入される。加熱管の他方の端部は、処理済みの有機性廃棄物を貯留する貯留槽１２に接続している。
【００２７】
加熱管の外部は保温材１０で覆われている。保温材１０の中にはヒーター７が設置されており、加熱管およびその中に導入されている有機性廃棄物を所定の温度まで昇温させることができるようになっている。加熱管の内部には、加熱管および有機性廃棄物の温度を測定するための熱電対６が、スクリュ９の回転を妨げないような配置で３箇所以上設置されている。ヒーター７と熱電対６は温度制御部１４に接続されており、温度制御部１４は、加熱管内の有機性廃棄物の温度が所定の湿式酸化処理温度になるように、熱電対６で測定した温度に基づいてヒーター７を制御する。ここで、複数ある熱電対６のうち、両端にある２つの熱電対６に挟まれた範囲の加熱管を処理条件到達域とし、これを均熱帯８ｂと呼ぶ。有機廃棄物が均熱帯８ｂを通過する時間（処理時間）は、モーター３の回転数を変えることで調節することができる。
【００２８】
加熱管で湿式酸化処理された有機廃棄物とガスは、貯留槽１２内で気液分離される。貯留槽１２内およびこれに連通している加熱管内の圧力は、処理後の余分なガスを排圧弁１５から排出することで所定の圧力に調節することができる。また、貯留槽１２内の有機廃棄物とガスは、貯留槽１２内に貯留されている間に、自然放熱や、あるいは投入部Ａ０から湿式酸化処理部Ａ１に送られる有機廃棄物に対して熱交換部１１によって熱交換が行われることで、冷却される。貯留槽１２内の有機廃棄物は、排出口１３を通じて貯留槽１２の外に排出される。
【００２９】
以上のように、本実施形態の湿式酸化処理装置は、シリンダ８ａとスクリュ９とを有する湿式酸化処理部Ａ１を備えていることにより、有機廃棄物を湿式酸化処理部Ａ１に連続的に導入して処理することができる。そのため、反応容器型の従来の装置では困難であった処理量の変動に柔軟に対応することができる。また、モーター３によるスクリュ９の回転速度を調節することで有機廃棄物が湿式酸化処理部Ａ１を通過する時間（処理時間）を正確に管理することができ、処理の有機性廃棄物がショートパスして排出されてしまうことが無くなる。さらに、本実施形態の湿式酸化処理装置は、スクリュ９の回転運動によって、シリンダ８ａ内における有機性廃棄物の昇温、せん断破砕、撹拌、および移送の全ての工程を効率的に行うことができ、その結果、従来の装置よりも高い有機性廃棄物の可溶化能力を得られるという利点がある。また、スクリュ９で有機性廃棄物を移送する間に有機性廃棄物が撹拌され、有機性廃棄物とガスとの接触効率が向上することから、有機性廃棄物の酸化処理を促進することができる。
【００３０】
ここで湿式酸化処理について改めて説明すると、湿式酸化処理とは、加熱と加圧および酸素の存在によって、水分の多い物質を、水の蒸発を防ぎつつ、その物質中に含まれている有機物を酸化、可溶化する処理をいう。このような湿式酸化処理は、超臨界処理や亜臨界処理ほど高い温度や圧力を必要としないことを特徴としており、湿式酸化処理の条件は一般に、処理温度が３４０℃以下、処理圧力が２０Ｍｐａ以下という条件になっている。処理温度や処理圧力を高くすれば処理能力は高まるが、処理に要するエネルギーもそれに応じて多くなる。
【００３１】
これに対し、本実施形態の湿式酸化処理は、できるだけ低い温度および圧力の条件、すなわちできるだけ少ないエネルギーでも、効果的に処理を行うことを可能にするものである。具体的には、本実施形態の湿式酸化処理によれば、処理温度が１００〜２００℃の範囲、処理圧力が大気圧から２．５Ｍｐａの範囲において、有機性廃棄物を良好に酸化処理することができた。
【００３２】
図３〜図５に、本実施形態の湿式酸化処理装置によって、有機性廃棄物である汚泥を処理温度１７０℃、処理時間１時間で処理した結果を、反応容器型の従来の処理装置で処理した結果と比較して示す。
【００３３】
図３は、汚泥中の全ＣＯＤのうち、懸濁性ＣＯＤおよび溶解性ＣＯＤが示す割合を示したものである。すなわち、全ＣＯＤは下記のように表される。
【００３４】
全ＣＯＤ［１００％］＝懸濁性ＣＯＤの割合＋溶解性ＣＯＤの割合
ＣＯＤとは化学的酸素要求量のことであり、有機物料の指標の一つである。ここでは、重クロム酸を用いてＣＯＤを測定した。
【００３５】
処理前の汚泥では懸濁性ＣＯＤの割合が全ＣＯＤのうちの７０％以上を占めていたが、懸濁性ＣＯＤの割合は湿式酸化処理することで大きく減少することがわかる。特に、本実施形態の湿式酸化処理装置で処理した場合には、従来の装置で処理した場合に比べて懸濁性ＣＯＤの割合が顕著に減少することがわかる。
【００３６】
図４は、ＭＬＶＳＳ消化率を比較して示している。ＭＬＶＳＳとは、活性汚泥中の有機物量を示したものであり、消化率とはＭＬＶＳＳがどれだけ減少したかを示したものである。したがって、ＭＬＶＳＳ消化率が高いほど可溶化が進んでいるといえる。ＭＬＶＳＳ消化率は下記のように表される。
【００３７】
ＭＬＶＳＳ消化率＝｛（処理前のＭＬＶＳＳ量−処理後のＭＬＶＳＳ量）／（処理前のＭＬＶＳＳ量）｝×１００
図４に示す結果から、本実施形態の湿式酸化処理装置で処理した場合のＭＬＶＳＳ消化率の方が、反応容器型の従来の処理装置で処理した場合よりも１０％以上高く、活性汚泥の可溶化が進むことがわかる。
【００３８】
図５は、代表的な低分子有機物であるＶＦＡ（揮発性脂肪酸）の量を比較して示している。図５に示す結果から、汚泥を湿式酸化処理することでＶＦＡ量が増加し、さらに、本実施形態の湿式酸化処理装置で処理した場合にＶＦＡの増加量がより増えることがわかる。
【００３９】
なお、図３〜図５に示す処理における処理圧力は、従来型の装置では１．８Ｍｐａであったのに対し、本実施形態の装置では０．９５Ｍｐａであった。つまり、本実施形態の装置によれば、従来よりも低い圧力で処理した場合であっても、高い処理能力が得られることがわかった。
【００４０】
このように、本実施形態の湿式酸化処理装置を用いて汚泥を湿式酸化すると、溶解性成分が一層増加し、汚泥の固液分離がより容易になることから、廃水処理の余剰汚泥対策に好適である。
【００４１】
なお、これまでに、生ゴミなどを原料としたメタン発酵において、メタン発酵の前処理として湿式酸化処理を行うことで、メタン発酵の滞留日数を大幅に短縮できることがわかっている。本実施形態の湿式酸化処理装置は、このような生ゴミなどを原料としたメタン発酵の前処理にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の湿式酸化処理装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した湿式酸化処理装置による処理フローを示す図である。
【図３】図１に示した湿式酸化処理装置によって汚泥を処理した結果を、従来の処理装置で処理した結果と比較して示すグラフである。
【図４】図１に示した湿式酸化処理装置によって汚泥を処理した結果を、従来の処理装置で処理した結果と比較して示すグラフである。
【図５】図１に示した湿式酸化処理装置によって汚泥を処理した結果を、従来の処理装置で処理した結果と比較して示すグラフである。
【図６】従来の湿式酸化処理装置を示す図である。
【図７】従来の他の湿式酸化処理装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ａ０    投入部
Ａ１    湿式酸化処理部
Ａ２    貯留部
１ａ    蓋
１ｂ    投入槽
２    ポンプ
３    モーター
４    試料導入部
５ａ  ガス導入口
５ｂ  エアコンプレッサ
６    熱電対
７    ヒーター
８ａ  シリンダ
８ｂ  均熱帯
９    スクリュ
９ａ  羽根
９ｂ  軸
１０  保温材
１１  熱交換部
１２  貯留槽
１３  排出口
１４  温度制御部
１５  排圧弁
【図１】
2006305440.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006305440.tif 000007
【図６】
2006305440.tif 000008
【図７】
2006305440.tif 000009