(57)【要約】【課題】生ごみ、汚泥、木質バイオマスを効率的に嫌気性消化することができる有機性廃棄物の処理システムを提供することである。【解決手段】実施形態の有機性廃棄物の処理システムは、混和槽と、消化槽と、返送ラインとを持つ。混和槽は、生ごみ及び熱処理後の前記汚泥を混和する。消化槽は、前記混和槽において混和した混和物を嫌気性消化することによりバイオガスと消化汚泥とを生成させる。返送ラインは、前記消化汚泥の一部、または、前記消化汚泥を固液分離して得られた分離液の一部を前記混和槽に返送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を熱処理する熱処理装置と、
生ごみ及び熱処理後の前記汚泥を混和する混和槽と、
前記混和槽において混和した混和物を嫌気性消化することによりバイオガスと消化汚泥とを生成させる消化槽と、
前記消化汚泥の一部、または、前記消化汚泥を固液分離して得られた分離液の一部を前記混和槽に返送する返送ラインと、
を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
【請求項２】
木質バイオマスを破砕する破砕装置と、
破砕後の前記木質バイオマスの水分を調整する調整槽と、を更に備え、
前記混和槽は、生ごみ、熱処理後の前記汚泥及び水分調整後の前記木質バイオマスを混和して混和物とするものであることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項３】
前記消化槽において生成された前記消化汚泥を脱水する脱水機を更に備え、
前記脱水機において前記消化汚泥から分離された分離液の一部を前記混和槽に返送する返送ラインと、
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項４】
前記返送ラインは、前記消化汚泥の一部を前記混和槽及び前記調整槽に返送するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項５】
前記返送ラインは、前記脱水機において前記消化汚泥から分離された分離液の一部を、前記混和槽及び前記調整槽に返送するものであることを特徴とする請求項３に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項６】
前記熱処理装置は、
前記汚泥を移送するスクリューコンベアと、
前記汚泥を前記スクリューコンベアに圧送して供給するポンプと、
前記スクリューコンベアの一部または全部を覆うジャケットと、
前記ジャケットの内部に加熱媒体を供給する供給配管と、
前記スクリューコンベアの出口と前記混和槽とを接続する配管と、を備え、
前記スクリューコンベア及び前記配管が密閉されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項７】
前記熱処理装置は、
前記スクリューコンベアのうち、前記ジャケットに覆われた領域に設置された温度計と、
前記供給配管の途中に設けられたた流量調整バルブと、
前記スクリューコンベアにおける前記汚泥の搬送速度及び前記流量調整バルブの開度をそれぞれ調整する熱処理制御部と、を備え、
前記熱処理制御部は、前記温度計の測定結果に基づき、前記流量調整バルブの開度調整を行うか、または、前記スクリューコンベアによる前記汚泥の移送速度を調整することを特徴とする請求項６に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項８】
前記調整槽は、
前記調整槽内の前記木質バイオマスのｐＨを測定するｐＨ計と、
前記調整槽と前記混和槽との間に設置されたポンプと、
前記ｐＨ計によって測定された前記木質バイオマスのｐＨが閾値以下になった場合に前記ポンプを作動させて前記木質バイオマスを前記調整槽から前記混和槽に送出させるｐＨ制御部と、を備えていることを特徴とする請求項２乃至請求項７の何れか一項に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項９】
前記消化槽において生成したバイオガスを用いて発電する発電機が更に備えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項１０】
前記消化槽において生成したバイオガスを用いて発電する発電機が更に備えられ、
前記ジャケット内に供給される前記加熱媒体は、前記発電機の排熱を利用して生成された加熱空気または加熱水蒸気であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項１１】
前記破砕装置は、
回分式の蒸煮・爆砕処理によって前記木質バイオマスを破砕するものであることを特徴とする請求項２乃至請求項１０の何れか一項に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【請求項１２】
前記消化槽において生成したバイオガスを用いて発電する発電機が更に備えられ、
前記破砕装置の蒸煮・爆砕処理に供給される水蒸気は、前記発電機の排熱を利用して生成された加熱水蒸気であることを特徴とする請求項１１に記載の有機性廃棄物の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、有機性廃棄物の処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃棄物の処理方法の一つに嫌気性消化がある。嫌気性消化は、有機性廃棄物中の有機物を、消化槽で低分子化して、メタンと二酸化炭素を主成分とするバイオガスに転換する。
【０００３】
また、嫌気性消化は有機性廃棄物からのエネルギー回収にも利用される。嫌気消化によって得られたバイオガスには可燃性ガスであるメタンが約７０％含まれており、このメタンをガスボイラーで熱に変換して消化槽の加温に用いたり、メタンを利用したガス発電機により発電された電力を処理施設で使用することにより、処理施設全体の購入電力量を低減している。また、副生する排熱を熱エネルギーとして利用している。
【０００４】
有機性廃棄物には、生ごみ、汚泥、木質バイオマスなどがある。生ごみは食品廃棄物であり、具体的には、食品製造業から排出される動植物性残さ、食品流通業と外食産業から排出される売れ残り、廃棄食品、廃油、食べ残し、家庭から排出される調理くず、廃棄食品、等である。汚泥は上記産業の排水処理施設や上下水処理場から排出される余剰汚泥、余剰汚泥を脱水した脱水汚泥、等である。木質バイオマスは、剪定等によって生じた草、枝、葉、農業から排出される、わら等である。
上記の有機性廃棄物は、嫌気性消化によって処理可能であるが、含有成分、形状等が異なることから最適な処理プロセスは異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２８８７３０号公報
【特許文献２】特許第５２５０６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、生ごみ、汚泥、木質バイオマスを効率的に嫌気性消化することができる有機性廃棄物の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】
【０００７】
実施形態の有機性廃棄物の処理システムは、混和槽と、消化槽と、返送ラインとを持つ。混和槽は、生ごみ及び熱処理後の前記汚泥を混和する。消化槽は、前記混和槽において混和した混和物を嫌気性消化することによりバイオガスと消化汚泥とを生成させる。返送ラインは、前記消化汚泥の一部、または、前記消化汚泥を固液分離して得られた分離液の一部を前記混和槽に返送する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の処理システムを示す模式図。
【図２】第１の実施形態の処理システムに備えられた熱処理装置を示す模式図。
【図３】第２の実施形態の処理システムを示す模式図。
【図４】第３の実施形態の処理システムを示す模式図。
【図５】第４の実施形態の処理システムを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の有機性廃棄物の処理システムを、図面を参照して説明する。
実施形態の処理システムの処理対象である有機性廃棄物は、生ごみ、汚泥及び木質バイオマスである。
【００１０】
生ごみは、食品廃棄物であり、具体的には、食品製造業から排出される動植物性残さ、食品流通業と外食産業から排出される売れ残り、廃棄食品、廃油、食べ残し、家庭から排出される調理くず、廃棄食品、等である。生ごみは、汚泥と比較してＣ／Ｎ比（炭素／窒素比）が高く、メタン転換率も高いことから、汚泥よりもバイオガスの回収ポテンシャルは高い。その一方、嫌気性消化におけるメタン生成菌の増殖や活性促進効果がある微量金属（鉄、ニッケル、コバルト、等）は、汚泥よりも少ない。従って、本実施形態では、生ごみと汚泥を混合して嫌気性消化することで、これらを単独で嫌気性消化するよりも、より多くのバイオガスを回収できる可能性がある。
【００１１】
汚泥は、上記産業の排水処理施設や上下水処理場から排出される余剰汚泥、余剰汚泥を脱水した脱水汚泥、等である。汚泥は、タンパク質を多く含み、嫌気性消化率が悪い。そこで、本実施形態では、汚泥を熱処理することで汚泥を可溶化させ、嫌気性消化率を向上させる。
【００１２】
木質バイオマスは、剪定等によって生じた草、枝、葉、農業から排出されるわら、等である。木質バイオマスは、セルロースを多く含むものの、ヘミセルロースとリグニンに強固に保護されているため嫌気性消化率が悪い。木質バイオマスを破砕することで木質バイオマスが微細化するとともにヘミセルロースとリグニンが破砕されてセルロースが露出することで嫌気性消化率が向上する。
【００１３】
これらの有機性廃棄物は、含水率が低いため流動性が低く、消化槽内で分散混合しづらい。そこで、有機性廃棄物の含水率を消化槽の投入前に調整することで、有機廃棄物の流動性が増加し、消化槽内で分散混合しやすくなり、嫌気性消化率が向上するようになる。また、有機性廃棄物の嫌気性消化処理によって生成する消化汚泥や脱水ろ液は、嫌気性消化後の汚泥や液であることから、嫌気性消化前の汚泥と比較して性状が均一であり、また、その温度は、中温域であり、ｐＨは中性域で安定しているため、これらを、有機性廃棄物の含水率の調整に用いることで、消化槽に投入される有機性廃棄物の性状、温度、ｐＨを嫌気性消化に適した状態に調製でき、嫌気性消化率が向上するようになる。
【００１４】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示す有機性廃棄物の処理システム（以下、処理システムという）は、汚泥及び生ごみを処理する処理システムである。図１に示すように、本実施形態の処理システム１は、汚泥を熱処理する熱処理装置２と、熱処理後の汚泥と生ごみとを混和する混和槽３と、消化槽４と、消化槽４において生成した消化汚泥の一部を混和槽３に返送する返送ライン５と、が備えられている。返送ライン５の途中には、消化汚泥を混和槽３に送るポンプ６が備えられている。更に、ポンプ６を制御する制御装置７が備えられている。また、図１に示す処理システム１には、発電機８も備えられている。
【００１５】
熱処理装置２と混和槽３との間には熱処理後の汚泥を搬送する搬送ラインＬ１が設けられ、混和槽３と消化槽４の間には、生ごみと汚泥の混和物を搬送する搬送ラインＬ２が設けられ、消化槽４には消化汚泥を排出する排出ラインＬ３が設けられている。また、排出ラインＬ３の途中で返送ライン５が分岐している。返送ライン５は混和槽３に接続されている。
【００１６】
また、消化槽４と発電機８の間には、バイオガスを搬送する搬送ラインＬ４が設けられ、発電機８と熱処理装置２の間には、発電によって生成した加熱媒体を搬送する搬送ラインＬ５が設けられている。
【００１７】
図２には、熱処理装置２の断面模式図を示す。熱処理装置２は、図２に示すように、汚泥を移送するスクリューコンベア２１と、汚泥をスクリューコンベア２１に圧送して供給するポンプ２２と、スクリューコンベア２１の一部または全部を覆うジャケット２３と、ジャケット２３の内部に加熱媒体を供給する供給配管２４と、スクリューコンベア２１の出口２１ａと混和槽３とを接続する配管２５と、が備えられている。供給配管２４は、図１における搬送ラインＬ５であり、配管２５は、図１における搬送ラインＬ１である。
【００１８】
また、熱処理装置２には、スクリューコンベア２１のうち、ジャケット２３に覆われた領域に設置された温度計２６と、供給配管２４の途中に設けられたた流量調整バルブ２７と、スクリューコンベア２１における汚泥の搬送速度及び流量調整バルブ２７の開度をそれぞれ調整する熱処理制御部２８と、が備えられている。
【００１９】
スクリューコンベア２１には回動機２９が備えられており、汚泥を撹拌させつつ、スクリューコンベア２１の入口２１ｂ側から出口２１ａ側に向けて一定の移送速度で搬送させる。ジャケット２３は略筒状とされており、その内部にスクリューコンベア２１が配設されている。ジャケット２３には加熱媒体の供給部２３ａと排出部２３ｂが設けられている。加熱媒体は、発電機８の排熱を利用して生成された加熱空気または加熱水蒸気である。供給部２３ａは、スクリューコンベア２１の汚泥の移送方向の下流側（出口２１ａ側）に配設され、一方、排出部２３ｂは、スクリューコンベア２１の汚泥の移送方向の上流側（入口２１ｂ側）に配設されている。供給部２３ａには供給配管２４が接続されている。供給配管２４及び供給部２３ａを経てジャケット２３の内部に供給された加熱媒体は、汚泥の移送方向と逆方向に流れながら、スクリューコンベア２１内を移送される汚泥を加熱する。このため、汚泥は、スクリューコンベア２１の入口２１ｂ側から出口２１ａ側に向けて移送されながら徐々に温度上昇する。温度計２６は、スクリューコンベア２１のジャケット２３に覆われた領域に設置されており、汚泥の最高到達温度を測定する。熱処理制御部２８は、温度計２６の測定結果に基づき、流量調整バルブ２７の開度調整を行うとともに、回動機２９の回転数を制御することでスクリューコンベア２１による汚泥の移送速度を調整する。
【００２０】
熱処理装置２においては、スクリューコンベア２１及び配管２５が密閉されている。このため、汚泥に含まれる水分や揮発成分は、加熱されても熱処理装置２外に漏れることなく、その全量が搬送ラインＬ１（配管２５）によって混和槽３に送られる。
【００２１】
混和槽３には、図示しない攪拌機が備えられている。混和槽３は、生ごみと、熱処理装置２によって熱処理された汚泥とを攪拌機によって混和させて混和物とする。また、混和槽３には返送ライン５が接続されており、消化槽４において生成した消化汚泥の一部が供給される。供給された消化汚泥は、生ごみ及び汚泥とともに混和されて混和物とされる。混和物は、搬送ラインＬ２によって消化槽４に送られる。
【００２２】
消化槽４は、混和槽３において混和した混和物を嫌気性消化することにより、バイオガスと消化汚泥とを生成させる。生成したバイオガスは搬送ラインＬ４によって発電機８に送られ、消化汚泥は排出ラインＬ３によって消化槽４から排出される。排出された消化汚泥の一部は返送ライン５によって混和槽３に送られる。
【００２３】
返送ライン５は、消化槽４から排出された消化汚泥の一部を混和槽３に搬送する配管である。返送ライン５の途中にはポンプ６が備えられている。ポンプ６は、制御装置７によって制御されている。制御装置７は、混和槽３内の混和物の流動状態に基づき、ポンプ６を作動させて消化汚泥の返送量を調整する。
【００２４】
以下、本実施形態の処理システム１を用いた有機性廃棄物の処理方法を説明する。
まず、汚泥を熱処理装置２に供給し、ポンプ２２によって汚泥をスクリューコンベア２１に圧送する。次いで、スクリューコンベア２１を作動させて汚泥を入口２１ｂ側から出口２１ａ側に移送する。同時に、流量調整バルブ２７を開き、加熱媒体をジャケット２３内に導入して汚泥を加熱する。加熱媒体は、発電機８から排出された排熱を含む排ガス等を利用する。汚泥の温度は、スクリューコンベア２１に配置された温度計２６によって常時測定する。汚泥の温度は、熱処理制御部２８に入力される。
【００２５】
汚泥の温度が高すぎる場合、熱処理制御部２８は、流量調整バルブ２７の開度を小さくして加熱媒体の供給量を減らすか、回動機２９の回転数を高めてスクリューコンベア２１による汚泥の移送速度を速め、加熱媒体との接触時間を短縮する。また、汚泥の温度が低すぎる場合、熱処理制御部２８は、流量調整バルブ２７の開度を大きくして加熱媒体の供給量を増やすか、回動機２９の回転数を少なくしてスクリューコンベア２１による汚泥の移送速度を遅くし、加熱媒体との接触時間を長くする。
【００２６】
汚泥の最高到達温度は、８０℃以上２００℃以下の範囲が好ましい。また、汚泥のスクリューコンベア２１の入口２１ｂから出口２１ａまでの移送時間（加熱時間）は１５分以上とすることが好ましい。１５分以上であれば効果は飽和する。このようにして汚泥を熱処理することで、汚泥が可溶化され、消化槽４における嫌気性消化率が向上する。熱処理した汚泥は、配管２５を通して混和槽３に送られる。
【００２７】
また、スクリューコンベア２１の入口２１ｂは、ポンプ２２によって圧送される汚泥によって塞がれ、出口２１ａは密閉状態で混和槽３に接続されている。このため、汚泥の水分、揮発成分は、スクリューコンベア２１の移送によって失われることがなく、水分や揮発成分が保たれたまま、熱処理後の汚泥が混和槽３に移送される。
【００２８】
次に、混和槽３において、熱処理後の汚泥と生ごみとを混合する。熱処理後の汚泥は、密閉された熱処理装置２によって熱処理され、更に密閉された配管２５（搬送ラインＬ１）によって混和槽３に搬送されるため、混和槽３に供給される汚泥の含水率は、熱処理前から大きく変化せず、比較的高いままになっている。一方、生ごみの含水率は、汚泥よりも低くなっている。そのため、混和槽３において汚泥と生ごみを混合すると、流動性が著しく低下する。また、含水率が低い状態のまま、汚泥と生ごみを消化槽４に投入すると、嫌気性消化処理の効率が大幅に低下する。そこで、本実施形態では、返送ライン５によって、消化処理後に生成した消化汚泥の一部を、混和槽３に返送することで、水分を供給して汚泥と生ごみの混合物の含水率を高める。混和槽３における汚泥と生ごみの混合物の含水率は、８０〜９５％程度にするとよい。
【００２９】
次に、混和槽３において消化汚泥により水分調整された汚泥及び生ごみの混和物を、消化槽４に送る。消化槽４では、汚泥及び生ごみが嫌気性消化処理され、消化汚泥とバイオガスが生成する。消化汚泥の一部は返送ライン５を介して混和槽３に返送される。返送ライン５にはポンプ６が備えられている。制御装置７は、混和槽３の中の生ごみと汚泥の混和状況を監視しており、混和槽３に消化汚泥を返送すべきかどうかを判断する。混和槽３における混和状況は、例えば、混和槽３に備えられた撹拌機における撹拌抵抗や、生ごみ及び汚泥の含水率等によって把握する。制御装置７が混和槽３に消化汚泥を返送すると判断した場合は、ポンプ６を作動させて返送ライン５を経由して消化汚泥を混和槽３に返送する。このように、混和槽３には消化汚泥が供給されて水分調整がなされるので、処理システム１の外から、新たに水を供給する必要がない。
【００３０】
また、嫌気性消化処理によって生成したバイオガスは、搬送ラインＬ４によって発電機８に送られ、電気エネルギーに変換される。発電機８において生成した排熱は、加熱空気または加熱水蒸気を生成するための熱源として利用される。加熱空気または加熱水蒸気は、加熱媒体として返送ラインＬ５によって熱処理装置２に送られ、熱処理装置２における熱源として利用される。発電機８によって発電された電力は、処理システム１のエネルギーとして利用される。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、汚泥を熱処理する熱処理装置２と、混和槽３と、消化槽４と、消化汚泥の一部を混和槽３に返送する返送ライン５とが備えられており、消化汚泥を混和槽３に返送することで、本来は含水率が低い生ごみ及び汚泥の混合物の含水率を、８０〜９５％程度に高めることができ、流動性を確保するとともに、嫌気性消化処理の効率を高めることができる。また、処理システム１の外部から水を別途供給する必要がなく、処理システム１内において必要な水を確保できる。
【００３２】
また、本実施形態の処理システム１の熱処理装置２では、スクリューコンベア２１及び配管２５が密閉されているので、汚泥の水分が外部に漏れ出すことがなく、これにより、熱処理後に汚泥の含水率が減少することがなく、流動性を保ったまま、汚泥を混和槽３に供給することができる。
【００３３】
また、本実施形態の処理システム１の熱処理装置２では、スクリューコンベア２１のうちジャケット２３の覆われた箇所に設置された温度計２６と、流量調整バルブ２７と、熱処理制御部２８とを備えており、熱処理制御部２８は、温度計２６の測定結果に基づき、流量調整バルブ２７の開度調整を行うとともに、スクリューコンベア２１による汚泥の移送速度を調整することで、汚泥を最適な温度範囲で熱処理することができる。
【００３４】
更に、消化槽４において生成したバイオガスを用いて発電する発電機８が更に備えられており、発電機８によって発電された電力を、処理システム１のエネルギーとして利用することで、省エネ化を推進できる。
【００３５】
更に，発電機８で生成した加熱媒体を、汚泥の熱処理装置２の熱源に利用することで、処理システム１全体の熱効率を高めることができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３には、第２の実施形態の処理システム１１を示す。第２の実施形態の処理システム１１と、図１の処理システム１との違いは、次に述べるとおりである。
【００３７】
図３に示す処理システム１１には、消化槽４の後段に脱水機１２が備えられている。また、脱水機１２の後段に、返送ライン１５が接続されている。返送ライン１５は、混和槽３に接続されている。消化槽４と脱水機１２との間には、消化汚泥を搬送する搬送ラインＬ１３が設けられている。また、脱水機１２の後段には、脱水後の脱水汚泥を搬送する搬送ラインＬ１４が設けられている。更に、脱水機１２の後段には、脱水によって消化汚泥から分離された分離液を搬送するための搬送ラインＬ１５が設けられている。搬送ラインＬ１５の途中から、返送ライン１５が分岐している。返送ライン１５の途中には、ポンプ６と、ポンプを制御する制御装置７が備えられている。
【００３８】
脱水機１２は、消化槽４において生成した消化汚泥を脱水する。これにより、消化汚泥は、脱水汚泥と、分離液とに分離される。脱水機１２によって生成した分離液の一部は、搬送ラインＬ１５及び返送ライン１５によって、混和槽３に返送される。分離液の返送量の調整は、第１の実施形態の消化汚泥の返送量の調整方法と同様に、制御装置７によってポンプ６を制御することで調整する。
図３に示す処理システム１１のその他の構成は、図１に示す処理システム１と同じである。
【００３９】
図３に示す処理システム１１によれば、消化汚泥の脱水によって得られた分離液の一部を混和槽３に返送して、混和槽３における熱処理後の汚泥と生ごみとの含水率を調整するので、消化汚泥を返送して含水率を調整する場合に比べて、含水率の調整を容易に行うことができる。また、第１の実施形態における効果と同様の効果も得られる。
【００４０】
（第３の実施形態）
図４には、第３の実施形態の処理システム２１を示す。第３の実施形態の処理システム２１と、図１の処理システム１との違いは、次に述べるとおりである。
【００４１】
図４に示す処理システム２１には、木質バイオマスを破砕する破砕装置３２と、破砕後の木質バイオマスの含水率を調整する調整槽３３とが備えられている。調整槽３３には、ｐＨ計３３ａが備えられている。また、消化槽４の後段に、返送ライン２５が接続されている。返送ライン２５は、混和槽３及び調整槽３３に接続されている。発電機８と熱処理装置２及び破砕装置３２の間には、加熱媒体を搬送する搬送ラインＬ３５が設けられている。
【００４２】
破砕装置３２と調整槽３３の間には、破砕後の木質バイオマスを搬送する搬送ラインＬ２１が設けられ、調整槽３３と混和槽３との間には、含水率が調整されたバイオマスを搬送する搬送ラインＬ２２が設けられている。調整槽３３と混和槽３との間の搬送ラインＬ２２には、ポンプ３３ｂが設置されている。また、ｐＨ計３３ａ及びポンプ３３ｂは、ｐＨ制御部３３ｃに接続されている。ｐＨ制御部３３ｃは、ｐＨ計３３ａによって測定された木質バイオマスのｐＨが閾値以下になった場合に、ポンプ３３ｂを作動させて木質バイオマスを調整槽３３から混和槽３に送出させる。
【００４３】
図４に示す処理システム２１では、破砕装置３２によって破砕された木質バイオマスが、搬送ラインＬ２１によって調整槽３３に送られる。調整槽３３には、返送ライン２５によって消化汚泥が供給される。木質バイオマスは含水率が少なく、そのままの状態では分解されにくい。このため、消化汚泥を調整槽３３に供給して木質バイオマスの分解を促進させる。調整槽３３において含水率が調整され、分解が進んだ破砕後の木質バイオマスは、搬送ラインＬ２２によって混和槽３に送られる。混和槽３において、熱処理後の汚泥と生ごみと木質バイオマスとが混和される。混和された汚泥、生ごみ及び木質バイオマスは消化槽４に送られ、嫌気性消化処理がなされる。嫌気性消化処理によって生成した消化汚泥の一部は、返送ライン２５によって混和槽３と調整槽３３とに返送される。混和槽３への消化汚泥の返送量の調整は、第１の実施形態の場合と同様に調整すればよい。また、調整槽３３への消化汚泥の返送量の調整は、調整槽３３内における水量を一定にするように調整すればよい。
【００４４】
図３に示す処理システム２１のその他の構成は、図１に示す処理システム１と同じである。以下、効果について説明する。
【００４５】
破砕装置３２は、回分式の蒸煮・爆砕処理によって木質バイオマスを破砕するものである。搬送ラインＬ３５から搬送される加熱水蒸気が、木質バイオマスの蒸煮・爆砕処理に利用される。蒸煮・爆砕処理によって、木質バイオマスは破砕されるとともに、セルロース、ヘミセルロース、リグニンなどの一部が溶出し、可溶化する。可溶化によって蒸煮・爆砕処理された木質バイオマスは、ギ酸、酢酸などの揮発性脂肪酸を生成する。揮発性脂肪酸は嫌気性消化しやすい有機物であるため、蒸煮・爆砕処理した木質バイオマスを消化槽４に導入することにより、嫌気性消化率をより向上できる。
また、発電機８において生成した加熱媒体を、木質バイオマスの蒸煮・爆砕処理に利用することで、処理システム２１全体の熱効率を高めることができる。
【００４６】
また、安定して排出される生ごみや汚泥に対して、木質バイオマスは排出期間も限られ、また排出量も少ない場合が多い。そこで、破砕した木質バイオマスを生ごみ、熱処理汚泥と混合する前に、調整槽３３で予め水分調整しつつ一時的に貯留することで、木質バイオマスが不足する時期にも木質バイオマスを消化槽４に安定して供給できるようになる。また、調整槽３３において消化汚泥とともに木質バイオマスを貯留することで、木質バイオマスの分解を促して揮発性脂肪酸の生成を促進できる。揮発性脂肪酸のｐＨは酸性側であるから、ｐＨ計３３ａによりｐＨを計測することで揮発性脂肪酸の生成状況を把握することができる。更に、調整槽３３でｐＨを低下させた木質バイオマスを、混和槽３で生ごみ、熱処理汚泥と混合してから消化槽４に供給することで、嫌気性消化率をより向上できる。
【００４７】
上記のように、木質バイオマスは、水分の添加によって加水分解され、更に酸発酵して脂肪酸が生成する。脂肪酸生成によってｐＨが低下する。調整槽３３では、酸発酵が適度に進むようになる。そこで、本実施形態の処理システム２１では、調整槽３３内の木質バイオマスのｐＨをｐＨ計３３ａによって測定し、ある閾値に到達するまで、調整槽３３に木質バイオマスを留めて酸発酵を進ませるとよい。木質バイオマスのｐＨが閾値に到達したら、ｐＨ制御部３３ｃによって搬送ラインＬ２２の途中に設けたポンプ３３ｂを稼働させて、酸発酵が進んだ木質バイオマスを混和槽３に供給する。そして、酸発酵が進んだ木質バイオマスを消化槽４において嫌気性消化する。これにより、嫌気性消化処理の効率をより高めることができる。
【００４８】
更に、調整槽３３に消化汚泥の一部を返送することで、調整槽３３における木質バイオマスの分解を促進できる。また、混和槽３に消化汚泥の一部を返送することで、混和槽３における生ごみ、汚泥及び木質バイオマスの流動性を向上できる。
更に、第１〜第２の実施形態における効果と同様の効果も得られる。
【００４９】
（第４の実施形態）
図５には、第４の実施形態の処理システム３１を示す。図５に示す処理システム３１は、第３の実施形態において説明した処理システム２１に、脱水機１２を加えたものであり、脱水機１２によって得られた分離液を混和槽３及び調整槽３３に返送するものである。その他の構成は第３の実施形態と同様である。本実施形態の処理システム３１には、熱処理装置２、混和槽３、消化槽４、発電機８、破砕装置３２及び調整槽３３に加えて、脱水機１２及び返送ライン３５が備えられている。脱水機１２は、第２の実施形態において説明した脱水機１２と同様のものである。脱水機１２には、消化汚泥から脱水によって分離された分離液を排出するための搬送ラインＬ１５が接続されており、この搬送ラインＬ１５の途中から、返送ライン３５が分岐している。返送ライン３５は、第３の実施形態の場合と同様に、混和槽３及び調整槽３３に接続されている。
【００５０】
本実施形態の処理システム３１では、脱水機１２によって消化汚泥から分離された分離液を、混和槽３及び調整槽３３に返送する。これにより、混和槽３における生ごみ、汚泥及び木質バイオマスの流動性を向上させることができる。また、調整槽３３における木質バイオマスの分解を促進できる。更には、消化槽４における嫌気性消化処理の効率を高めることができる。
更にまた、第１〜第３の実施形態における効果と同様の効果も得られる。
【００５１】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、消化汚泥の一部、または、消化汚泥を固液分離して得られた分離液の一部を混和槽に返送する返送ラインを持つことにより、生ごみ、汚泥、木質バイオマスを効率的に嫌気性消化することができる。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
汚泥の熱処理条件と効果について検討した。
オートクレーブで汚泥の熱処理を行った。各熱処理温度に対して所定の温度に達した後の維持時間を熱処理温度とした。熱処理後の汚泥のＶＳＳ（浮遊物質の強熱減量）分析を行った。そのＶＳＳ分析値を用いて、未処理汚泥のＶＳＳに対する熱処理汚泥のＶＳＳの減少率を可溶化率として求めた。
【００５３】
この熱処理後の汚泥サンプルは、含水率が８０％程度しかなく、そのままでは流動性がなく、嫌気性消化が困難であったので、汚泥サンプルに消化汚泥を加えて撹拌して汚泥を消化汚泥中に分散させて、含水率を９５％程度の汚泥分散液に調製した。この汚泥分散液の嫌気性消化でのガス発生量を求めた。
【００５４】
バイアル瓶に、汚泥分散液と、種汚泥として消化槽から採取した消化汚泥とを入れ、気相部を窒素置換して封入し、３７℃の恒温振とう機にセットして振とうさせ、発生するガス量を３０日間測定した。測定値から汚泥サンプルのＶＳ（強熱減量）当たりのガス発生量と、未処理汚泥に対するガス増加倍率を算出した。
【００５５】
熱処理条件と実験結果を表１に示す。１００℃以上では熱処理によって溶出したタンパク質が、同時に熱凝固反応によって固体に変性したために、可溶化率とガス増加倍率が予想よりも低下したものと示唆された。ガス増加倍率は、８０℃と１２０℃とでそれぞれ１．４倍、１．５倍となり、未処理汚泥に対して熱処理汚泥のガス発生量は大きく増加することが分かった。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
（実施例２）
次に１２０℃の熱処理汚泥に、生ごみと、破砕処理した剪定枝（木質バイオマス）を加えて、それら混合物の３倍量の消化汚泥と混合撹拌し、含水率を約９５％に調製した分散液を得た。この分散液について、有機物濃度を揃えて実施例１と同様の消化試験を実施した。剪定枝としては、破砕して加熱処理した剪定枝に消化汚泥を加えてｐＨが４以下となるまで貯蔵したものを生ごみ及び汚泥に混合した。結果を表２に示す。熱処理汚泥に対して生ごみと破砕剪定枝を加えたサンプルは、ガス増加倍率が１．９倍となり、熱処理汚泥と生ごみと破砕した剪定枝を嫌気性消化することでバイオガスの回収量を増加できることが示唆された。
【００５８】
汚泥を連続して熱処理する装置として図２に示す装置を作成した。熱処理装置は汚泥を移送するスクリューコンベア２１と、汚泥をスクリューコンベア２１に圧送して供給するポンプ２２と、スクリューコンベア２１を覆うジャケット２３と、ジャケット２３の熱源として過熱水蒸気を供給し、スクリューコンベア２１の出口２１ａと混和槽３とを配管２５で密閉して接続した。スクリューコンベア２１には温度計２６を備え、汚泥の温度を計測した。汚泥の熱処理温度を、バルブ２７の開度で過熱水蒸気の供給量を調節して制御した。熱処理時間はポンプ２２及び回動機２９で汚泥の送泥量を調節してジャケット２３を通過する時間を制御した。熱処理によって汚泥の水分量が消失しないように熱処理装置は開放部分がなく密閉した配管２５で混和槽３まで送泥されるようにした。また処理温度は８０〜１２０℃程度であることから装置内は空気雰囲気のままとした。この装置により汚泥の連続熱処理が可能となった。
【００５９】
【表２】
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【００６０】
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】
【００６１】
１、１１、２１、３１…処理システム、２…熱処理装置、３…混和槽、４…消化槽、５、１５、２５、３５…返送ライン、８…発電機、１２…脱水機、２１…スクリューコンベア、２２…ポンプ、２３…ジャケット、２４…供給配管、２５…配管、２６…温度計、２７…流量調整バルブ、２８…熱処理制御部、３２…破砕装置、３３…調整槽、３３ａ…ｐＨ計、３３ｂ…ポンプ、３３ｃ…ｐＨ制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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