(57)【要約】【課題】システム内全体で用いられる補助燃料の量を低減でき、設備の小型化が可能でＣＯ2排出量の低減が可能な汚泥処理システム及び汚泥処理方法を提供する。【解決手段】ＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させる消化槽１と、消化汚泥を脱水して脱水ケーキを得る脱水機３と、脱水ケーキを乾燥させて乾燥汚泥を得る乾燥機４と、消化ガスを用いて消化槽１を加温する加温装置２と、消化ガスを用いて乾燥機に熱を供給する熱供給装置５と、消化槽１で発生した消化ガスを加温装置２及び熱供給装置５へ供給可能な消化ガス供給ラインＧＬ１〜ＧＬ３とを備える汚泥処理システムであって、消化槽１から発生する消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽１の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と乾燥機４による脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要乾燥熱量との和よりも大きい。【選択図】図１
2015051417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、前記汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させる消化槽と、
前記消化汚泥を脱水して脱水ケーキを得る脱水機と、
前記脱水ケーキを乾燥させて乾燥汚泥を得る乾燥機と、
前記消化ガスを用いて前記消化槽を加温する加温装置と、
前記消化ガスを用いて前記乾燥機に熱を供給する熱供給装置と、
前記消化槽で発生した消化ガスを前記加温装置及び前記熱供給装置へ供給可能な消化ガス供給ラインと
を備える汚泥処理システムであって、
前記消化槽から発生する前記消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、前記消化槽の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と前記乾燥機による前記脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要乾燥熱量との和よりも大きいことを特徴とする汚泥処理システム。
【請求項２】
前記消化槽の水理学的滞留時間が２０日以下である請求項１に記載の汚泥処理システム。
【請求項３】
前記消化槽における前記汚泥の分解率が５０〜６０％である請求項１又は２に記載の汚泥処理システム。
【請求項４】
前記脱水機が、含水率７０〜８３％の脱水ケーキを生成させることを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項５】
前記乾燥機の乾燥効率が５０％以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項６】
前記消化ガス供給ラインが、前記加温装置と前記熱供給装置とに供給する消化ガス以外の余剰の消化ガスを発電設備に供給するための供給ラインを備えることを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項７】
前記乾燥汚泥を前記熱供給装置へ投入するための乾燥汚泥投入ラインを更に備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項８】
前記乾燥機から排出される排気ガスを処理可能な曝気槽を更に備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項９】
前記消化槽で発生した前記消化ガスを貯蔵するガスホルダと、
前記必要加温熱量を外気温に基づいて算出し、前記必要乾燥熱量を前記乾燥汚泥の含水率と前記乾燥機の乾燥効率に基づいて算出し、算出された前記必要加温熱量及び前記必要乾燥熱量に対応する換算消化ガス量をそれぞれ換算し、前記換算消化ガス量に基づいて、前記ガスホルダから前記消化ガス供給ラインを介して前記加温装置及び前記熱供給装置へそれぞれ供給する消化ガス量を制御する制御手段と
を更に備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項１０】
ＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、前記汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを得る消化槽と、
前記消化汚泥を脱水して脱水ケーキを得る脱水機と、
前記脱水ケーキを炭化させて炭化汚泥を得る炭化設備と、
前記消化ガスを用いて前記消化槽を加温する加温装置と、
前記消化ガスを用いて前記炭化設備に熱を供給する熱供給装置と、
前記消化槽で発生した消化ガスを前記加温装置及び前記熱供給装置へ供給可能な消化ガス供給ラインと
を備える汚泥処理システムであって、
前記消化槽から発生する前記消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、前記消化槽の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と、前記炭化設備による前記脱水ケーキの炭化に必要な１日当たりの必要炭化熱量との和よりも大きいことを特徴とする汚泥処理システム。
【請求項１１】
前記消化槽の水理学的滞留時間が２０日以下である請求項１０に記載の汚泥処理システム。
【請求項１２】
前記脱水機が、含水率７０〜８３％の脱水ケーキを生成させることを含む請求項１０又は１１に記載の汚泥処理システム。
【請求項１３】
前記消化ガス供給ラインが、前記加温装置と前記熱供給装置とに供給する消化ガス以外の余剰の消化ガスを発電設備に供給するための発電供給ラインを備えることを含む請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項１４】
前記炭化汚泥を前記熱供給装置へ投入するための炭化汚泥投入ラインを更に備える請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項１５】
前記炭化設備から排出される排気ガスを処理可能な曝気槽を更に備える請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項１６】
前記消化槽で発生した消化ガスを貯蔵するガスホルダと、
前記必要加温熱量を外気温に基づいて算出し、前記必要炭化熱量を前記脱水ケーキの含水率に基づいて算出し、算出された前記必要加温熱量及び前記必要炭化熱量に対応する換算消化ガス量をそれぞれ算出し、前記換算消化ガス量に基づいて、前記ガスホルダから前記消化ガス供給ラインを介して前記加温装置及び前記熱供給装置へそれぞれ供給する消化ガス量を制御する制御手段と
を更に備える請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
【請求項１７】
消化槽内にＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、前記汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させることと、
脱水機により前記消化汚泥を脱水して脱水ケーキを生成させることと、
乾燥機により前記脱水ケーキを乾燥させて乾燥汚泥を生成させることと、
加温装置により前記消化ガスを用いて前記消化槽を加温することと、
熱供給装置により前記消化ガスを用いて前記乾燥機に熱を供給することと、
前記消化槽で発生した消化ガスを、消化ガス供給ラインを通じて前記加温装置及び前記熱供給装置へ供給することと
を含む汚泥処理方法であって、
前記消化槽から発生する前記消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、前記消化槽の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と前記乾燥機による前記脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要乾燥熱量との和よりも大きいことを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項１８】
消化槽内にＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、前記汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させることと、
脱水機により前記消化汚泥を脱水して脱水ケーキを生成させることと、
炭化設備により前記脱水ケーキを炭化させて炭化汚泥を生成させることと、
加温装置により前記消化ガスを用いて前記消化槽を加温することと、
熱供給装置により前記消化ガスを用いて前記炭化設備に熱を供給することと、
前記消化槽で発生した消化ガスを、消化ガス供給ラインを通じて前記加温装置及び前記熱供給装置へ供給することと
を含む汚泥処理方法であって、
前記消化槽から発生する前記消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、前記消化槽の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と前記炭化設備による前記脱水ケーキの炭化に必要な１日当たりの必要炭化熱量との和よりも大きいことを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項１９】
前記汚泥の水理学的滞留時間を２０日以下で処理する請求項１７又は１８に記載の汚泥処理方法。
【請求項２０】
前記脱水ケーキの含水率を７０〜８３％に調整することを含む請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥処理システム及び汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水処理施設などで発生する汚泥を発酵させてメタンガスを含む消化ガスを発生させ、この消化ガスを発電機の燃料などに有効利用する技術が知られている。例えば、特開２００２−３１０４１９号公報（特許文献１）では、有機物発酵によるメタンガスを含む消化ガスを発電施設の燃焼器に投入することによって電力を得て、熱分解炉の追い炊きバーナーに添加して燃焼させることにより、熱分解炉の熱源を補う技術が開示されている。
【０００３】
特開２００４−６６０９４号公報(特許文献２)には、メタン発酵により得られた消化ガスを発電に利用するとともにガス発電で発生した排熱を乾燥機の熱源として利用する技術が開示されている。特開２００７−２６０５３８号公報（特許文献３）には、液状有機物をメタン発酵処理してメタン発酵ガスを生成し、生成したメタン発酵ガスを発電用燃料等として供給するための技術が開示されている。
【０００４】
特開２００４−２８４９１７号公報（特許文献４）及び特開２００５−３１９３７３号公報（特許文献５）には、メタン発酵によって発生する消化ガスを炭化処理における燃料として使用する技術が開示されている。
【０００５】
嫌気性消化設備を小型化可能な技術として、国際公開第２０１２／０７７７７８号（特許文献６）及び国際公開第２０１２／１４７４６７号（特許文献７）が提案されている。特許文献６及び７の技術によれば、汚泥濃度４〜１２ｗｔ％もの高濃度の汚泥濃縮物を短時間で嫌気性消化できるため、消化槽容量を縮小でき、設備の小型化が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３１０４１９号公報
【特許文献２】特開２００４−６６０９４号公報
【特許文献３】特開２００７−２６０５３８号公報
【特許文献４】特開２００４−２８４９１７号公報
【特許文献５】特開２００５−３１９３７３号公報
【特許文献６】国際公開第２０１２／０７７７７８号
【特許文献７】国際公開第２０１２／１４７４６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、汚泥から発生する消化ガスを有効利用するための技術はまだ改善の余地がある。例えば、特許文献１〜６に記載されるような従来のメタン発酵処理技術では、汚泥を処理するために大容量の嫌気性消化設備を利用していたため、大容量の消化設備を加温するために多くの補助燃料を要していた。
【０００８】
また、特許文献６及び７に記載された発明も、システム全体の補助燃料を少なくするための具体的な考察が不足している。例えば、特許文献７では、汚泥を簡易に高濃度に濃縮する技術については詳述されているが、汚泥から得られるバイオガスの用途については具体的言及が無い。特許文献６では、嫌気性消化装置から発生するバイオガスをガスタービン、バイオガスボイラ、ガス燈、乾燥機熱源などに利用可能であることが一応示唆されてはいるが、システム内の補助燃料を低減するための具体的対策は講じられていない。
【０００９】
上記課題を鑑み、本発明は、システム内全体で用いられる補助燃料の量を低減でき、設備の小型化が可能でＣＯ2排出量の低減が可能な汚泥処理システム及び汚泥処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は鋭意検討を重ねた結果、従来メタン発酵に一般的に利用される汚泥よりも高濃度に濃縮した汚泥を短期間で処理可能な小型の消化槽を配置し、消化槽から得られたガスを消化槽の加温装置及び乾燥機の熱供給装置に供給する消化ガス供給ラインを設けることにより、消化槽から得られた消化ガスによって消化槽自身の加温と乾燥機の加熱に必要な熱量を賄うことができ、補助燃料の使用を低減できることを見出した。
【００１１】
以上の知見を基礎として完成した本発明は、一側面において、ＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させる消化槽と、消化汚泥を脱水して脱水ケーキを得る脱水機と、脱水ケーキを乾燥させて乾燥汚泥を得る乾燥機と、消化ガスを用いて消化槽を加温する加温装置と、消化ガスを用いて乾燥機に熱を供給する熱供給装置と、消化槽で発生した消化ガスを加温装置及び熱供給装置へ供給可能な消化ガス供給ラインとを備える汚泥処理システムであって、消化槽から発生する消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と乾燥機による脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要乾燥熱量との和よりも大きい汚泥処理システムである。
【００１２】
本発明に係る汚泥処理システムは一実施態様において、消化槽の水理学的滞留時間が２０日以下である。
【００１３】
本発明に係る汚泥処理システムは別の一実施態様において、消化槽における汚泥の分解率が５０〜６０％である。
【００１４】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、脱水機が、含水率７０〜８３％の脱水ケーキを生成させる。
【００１５】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、乾燥機の乾燥効率が５０％以上である。
【００１６】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、消化ガス供給ラインが、加温装置と熱供給装置とに供給する消化ガス以外の余剰の消化ガスを発電設備に供給するための供給ラインを備える。
【００１７】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、乾燥汚泥を熱供給装置へ投入するための乾燥汚泥投入ラインを更に備える。
【００１８】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、乾燥機から排出される排気ガスを処理可能な曝気槽を更に備える。
【００１９】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、消化槽で発生した消化ガスを貯蔵するガスホルダと、必要加温熱量を外気温に基づいて算出し、必要乾燥熱量を乾燥汚泥の含水率と乾燥機の乾燥効率に基づいて算出し、算出された必要加温熱量及び必要乾燥熱量に対応する換算消化ガス量をそれぞれ換算し、換算消化ガス量に基づいて、ガスホルダから消化ガス供給ラインを介して加温装置及び熱供給装置へそれぞれ供給する消化ガス量を制御する制御手段とを更に備える。
【００２０】
本発明は別の一側面において、ＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを得る消化槽と、消化汚泥を脱水して脱水ケーキを得る脱水機と、脱水ケーキを炭化させて炭化汚泥を得る炭化設備と、消化ガスを用いて消化槽を加温する加温装置と、消化ガスを用いて炭化設備に熱を供給する熱供給装置と、消化槽で発生した消化ガスを加温装置及び熱供給装置へ供給可能な消化ガス供給ラインとを備える汚泥処理システムであって、消化槽から発生する消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と、炭化設備による脱水ケーキの炭化に必要な１日当たりの必要炭化熱量との和よりも大きい汚泥処理システムである。
【００２１】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、消化槽の水理学的滞留時間が２０日以下である。
【００２２】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、脱水機が、含水率７０〜８３％の脱水ケーキを生成させる。
【００２３】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、消化ガス供給ラインが、加温装置と熱供給装置とに供給する消化ガス以外の余剰の消化ガスを発電設備に供給するための発電供給ラインを備える。
【００２４】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、炭化汚泥を熱供給装置へ投入するための炭化汚泥投入ラインを更に備える。
【００２５】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、炭化設備から排出される排気ガスを処理可能な曝気槽を更に備える。
【００２６】
本発明に係る汚泥処理システムは更に別の一実施態様において、消化槽で発生した消化ガスを貯蔵するガスホルダと、必要加温熱量を外気温に基づいて算出し、必要炭化熱量を脱水ケーキの含水率に基づいて算出し、算出された必要加温熱量及び必要炭化熱量に対応する換算消化ガス量をそれぞれ算出し、換算消化ガス量に基づいて、ガスホルダから消化ガス供給ラインを介して加温装置及び熱供給装置へそれぞれ供給する消化ガス量を制御する制御手段とを更に備える。
【００２７】
本発明は更に別の一側面において、消化槽内にＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させることと、脱水機により消化汚泥を脱水して脱水ケーキを生成させることと、乾燥機により脱水ケーキを乾燥させて乾燥汚泥を生成させることと、加温装置により消化ガスを用いて消化槽を加温することと、熱供給装置により消化ガスを用いて乾燥機に熱を供給することと、消化槽で発生した消化ガスを、消化ガス供給ラインを通じて加温装置及び熱供給装置へ供給することを含む汚泥処理方法であって、消化槽から発生する消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と乾燥機による脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要乾燥熱量との和よりも大きい汚泥処理方法である。
【００２８】
本発明は更に別の一側面において、消化槽内にＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、汚泥を嫌気性消化することにより、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させることと、脱水機により消化汚泥を脱水して脱水ケーキを生成させることと、炭化設備により脱水ケーキを炭化させて炭化汚泥を生成させることと、加温装置により消化ガスを用いて消化槽を加温することと、熱供給装置により消化ガスを用いて炭化設備に熱を供給することと、消化槽で発生した消化ガスを、消化ガス供給ラインを通じて加温装置及び熱供給装置へ供給することを含む汚泥処理方法であって、消化槽から発生する消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と炭化設備による脱水ケーキの炭化に必要な１日当たりの必要乾燥熱量との和よりも大きい汚泥処理方法である。
【００２９】
本発明に係る汚泥処理方法は一実施態様において、汚泥の水理学的滞留時間を２０日以下で処理する。
【００３０】
本発明に係る汚泥処理方法は別の一実施態様において、脱水ケーキの含水率を７０〜８３％に調整することを含む。
【００３１】
本発明において「％」は、特に言及がない限り「質量％」を意味する。本発明に係る汚泥処理システムは、各固有の装置間に汚泥を送るための手段、例えば、配管、ポンプ、バルブ等を適宜有することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、システム内全体で用いられる補助燃料の量を低減でき、設備の小型化が可能で、ＣＯ2排出量の低減が可能な汚泥処理システム及び汚泥処理方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理システムの一例を示す概略図である。
【図２】図１の制御手段の制御アルゴリズムの一例を示すフロー図である。
【図３】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を７０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その１）である。
【図４】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を７０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その２）である。
【図５】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を７０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その３）である。
【図６】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を６０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その１）である。
【図７】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を６０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その２）である。
【図８】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を６０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その３）である。
【図９】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を５０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その１）である。
【図１０】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を５０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その２）である。
【図１１】第１の実施の形態に係る汚泥処理システムを年間を通して運転し、乾燥効率を５０％と仮定した場合に、消化槽に供給すべき好適な供給汚泥濃度と脱水ケーキ含水率との関係を表す表（その３）である。
【図１２】図１の消化槽に従来の汚泥処理の消化槽を適用した場合の試算結果を表す表である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に掛かる汚泥処理システムの一例を表す概略図である。
【図１４】図１３の制御手段の制御アルゴリズムの一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【００３５】
（第１の実施の形態）
＜汚泥処理システム＞
本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理システムは、図１に示すように、汚泥を嫌気性消化することによりメタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させる消化槽１と、消化槽１を加温する加温装置２と、消化汚泥を脱水して脱水ケーキを得る脱水機３と、脱水ケーキを乾燥させて乾燥汚泥を得る乾燥機４と、乾燥機４に熱を供給する熱供給装置５と、消化槽１で発生した消化ガスを加温装置２及び熱供給装置５へ供給可能な消化ガス供給ラインＧＬ（ＧＬ１〜ＧＬ３）を備える。
【００３６】
本発明において「汚泥」とは、下水、屎尿、厨芥などの有機性物質を処理する工程で排出される汚泥を意味する。汚泥としては、廃水処理設備の最初沈殿池から発生する初沈汚泥と最終沈殿池から発生する余剰汚泥とから選択される少なくとも１種であることが好ましく、両者からの混合汚泥であることが更に好ましい。
【００３７】
汚泥は、貯留槽に貯留され、重力濃縮されて得られた汚泥であることが好ましい。汚泥には、ポリ硫酸第二鉄、ＰＡＣ、硫酸バンドなどの無機系凝集剤または有機高分子凝集剤等が単独又は組み合わせて添加されることが好ましい。廃水処理場の系外から搬入した有機性廃液又は廃棄物も汚泥として更に含むことができる。外部から搬入した有機性廃液又は廃棄物とは、工場、下水処理場等の設備から排出される有機化合物を少なくとも含み、汚泥、草本類などを含んでもよい。
【００３８】
消化槽１としては、特に限定されないが、完全混合型消化槽を用いることが好ましい。嫌気性消化槽は、槽内液の均質化や温度分布の均一化とともに、スカムの発生を防止するために撹拌が必須である。撹拌方法としては、機械撹拌方式を用いることが最も効果的であるが、設備環境や処理条件に応じて、ポンプ撹拌方式又はガス撹拌方式を付属させることも効果的である。これらの要件を備えた水密かつ気密な構造の消化槽１であれば、鉄筋コンクリート造または鋼板製のいずれで製造されてもよく、既設の嫌気性消化槽を処理条件に合わせて改造又は更新することによっても適用可能である。
【００３９】
図１の消化槽１内には、ＴＳ（Total Solids）濃度が４〜１２ｗｔ％、好ましくは６〜１２ｗｔ％の汚泥が導入される。現在一般的な汚泥の嫌気性消化技術では、供給汚泥のＴＳ濃度は２〜３ｗｔ％であるが、本実施形態では、従来よりも高濃度なＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を消化槽１へ導入することで、高濃度の汚泥を小容量で投入でき、小容量の消化槽１から多量の消化ガスを発生させることができる。
【００４０】
汚泥の嫌気性消化は処理温度３０〜６０℃、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）２０日以下、より好ましくは１５日以下、更に好ましくは１２日以下で処理される。この場合の汚泥の分解率は５０〜６０％であり、より具体的には５５〜５８％である。消化槽１の容量は、一般に、投入原料（汚泥）の容量とＨＲＴにより決定される。そのため、本実施形態のようにＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥をＨＲＴ２０日以下で実施可能な消化槽１を配置することにより、ＴＳ濃度２〜３ｗｔ％程度の汚泥を約３０日かけて処理する従来の汚泥消化の消化槽よりも、消化槽１の容積を１／２〜１／８程度に縮小できるため、設置スペースを低減でき、システム全体の小型化が図られる。
【００４１】
本発明は以下の条件に制限されるものではないが、消化槽１における汚泥の嫌気性消化は、汚泥を可溶化及び酸発酵処理する前段消化工程と、前段消化工程で処理された汚泥をメタン発酵処理して消化汚泥を調整するメタン発酵工程とにより行ってもよい。前段消化工程は、メタン発酵工程の嫌気性処理を促進する機能を有するため、その後のメタン発酵工程でのＨＲＴを低減することができるとともに、消化ガス（バイオガス）の回収を効率化且つ安定化させ、粗浮遊物含有率を高く安定に維持し、発酵液粘度を低減させることができる。
【００４２】
前段消化工程は例えば処理温度３０〜６０℃、ＨＲＴ１〜３日の条件で行うことができる。メタン発酵工程は例えば処理温度３０〜６０℃、ＨＲＴ１７日以下、より好ましくは１０〜１５日程度で行うことが好ましく、汚泥のＳＳ（懸濁粒子）に対する粗浮遊物含有率が３〜２０質量％、好ましくは５〜１８質量％となるように調整されることが好ましい。粗浮遊物とはセルロース等の繊維状又は粒状物質等を意味する。これにより消化汚泥濃縮物の脱水性を改善し脱水ケーキの含水率低減を図ることができる。
【００４３】
消化槽１で生成された消化汚泥は脱水機３で脱水され、脱水ケーキが得られる。脱水機３としては、特に制限されず公知の装置が利用可能である。例えば、フィルタープレス機、遠心分離機、スクリュープレス機、ベルトプレス機、真空脱水機などによって消化汚泥を脱水することができる。なお、脱水ケーキの生成時に消化汚泥から分離された分離液は水処理設備９ａで水処理することができる。
【００４４】
一般的には、脱水機３により含水率の低い脱水ケーキを製造するほど乾燥機４での乾燥に必要な熱量を低減できる。しかしながら、消化汚泥の含水率を過度に低下させようとすると脱水時間が長くなり、処理効率が悪化する場合がある。また、汚泥が難脱水性である場合は、脱水時間を長くしても汚泥含水率が十分に下がらない場合もある。一方で、脱水ケーキの含水率が高すぎると、消化ガスによって、加温装置２による消化槽１の加温と熱供給装置５による乾燥機４の熱供給に必要な熱を全て賄い切れなくなる場合がある。
【００４５】
よって、消化槽１で得られた消化ガスを、加温装置２の加温及び熱供給装置５の熱供給により有効に利用するためには、脱水ケーキの含水率は８３％以下とすることができ、より好ましくは８１％以下、更に好ましくは７９％以下である。含水率の下限値は一般的には低いほど好ましいため以下に制限されるものではないが、典型的には６０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは７５％以上、更に好ましくは７８％以上である。
【００４６】
本システムによれば、脱水ケーキの含水率をそれほど低く調整しなくとも、消化槽１から得られる消化ガスの熱量によって、本システム運転時の消化槽１の加温及び乾燥機４への熱供給に必要な熱をほぼ１００％まかなうことができる。これにより、加温装置２及び熱供給装置５へ供給される補助燃料は原則不要となるため、補助燃料の使用量を低減できる。
【００４７】
乾燥機４では、脱水機３で生成された脱水ケーキを加熱して、含水率１０〜４０  ％程度の乾燥汚泥を生成させる。乾燥機４としては、特に制限されず公知の装置が利用可能である。
【００４８】
本システムで得られる消化ガスのみにより消化槽１及び乾燥機４への熱供給を補って、補助燃料を極力使用しない態様を考慮すると、乾燥機４の乾燥効率は５０％以上、より好ましくは６０％以上、更に好ましくは７０％以上とするのが好ましい。「乾燥効率」とは、熱供給装置５から乾燥機４に供給される熱量に対して実際の脱水ケーキに含有する水分の蒸発に必要とされる熱量の割合を意味する。
【００４９】
乾燥機４で得られた乾燥汚泥は、造粒機８により所定の形状及び粒径に造粒された後に場外搬出される。或いは、乾燥機４で得られた乾燥汚泥は、配管等で構成された乾燥汚泥ラインＤＳＬを介して熱供給装置５へ供給されることが可能である。乾燥汚泥を熱供給装置５で使用することにより、乾燥汚泥を焼却灰とすることができるため、乾燥汚泥をすべて場外搬出する場合に比べて、乾燥汚泥の場外搬出量を減らすもしくは無くすことができ、システムの更なる効率化が図れる。また、乾燥汚泥の燃焼熱利用により消化ガスを発電等に利用できる量を増やせる等の環境面におけるシステムの更なる効率化も図れる。なお、第１の実施の形態に係る汚泥処理システムにおいては、造粒機８は必須ではなく、特に配置しなくても構わない。
【００５０】
乾燥機４で発生した排ガスは、排ガス処理設備９ｂへ送られる。ここで、乾燥機４で発生した排ガスの一部または全部を水処理設備９ａへ送ることも可能である。水処理設備９ａ内には曝気槽（図示せず）が設けられている。乾燥機４で発生した排ガスを水処理設備９ａが具備するこの曝気槽へ導入することによって、排ガスを水処理することも可能である。
【００５１】
一方、図１の消化槽１の汚泥の消化によって生成された消化ガスは、配管等を介して一次精製設備１１へ供給され、硫黄分等の不純物が除去される。一次精製設備１１で精製された消化ガスは、配管等を介してガスホルダ１２内へと供給される。ガスホルダ１２は、一次精製設備１１から供給された精製後の消化ガスを一時的に保持する。
【００５２】
ガスホルダ１２には、消化槽１で発生した消化ガスを加温装置２へ供給可能な消化ガス供給ラインＧＬ１と、消化槽１で発生した消化ガスを熱供給装置５へ供給可能な消化ガス供給ラインＧＬ２と、加温装置２と熱供給装置５とに供給する消化ガス以外の余剰の消化ガスを発電設備７に供給するための消化ガス供給ラインＧＬ３が接続されている。
【００５３】
加温装置２は、消化ガスを利用して消化槽１を一定温度（例えば３５℃）に加温する。加温装置２の種類は特に制限されず、様々な装置が利用可能である。例えば、加温装置２が、消化ガスを燃焼させて得た熱を水に伝え水蒸気や温水に換えるボイラーなどの熱源機器であってもよい。
【００５４】
熱供給装置５は、消化ガスを利用して乾燥機４に熱を供給する装置であれば特に制限されない。例えば、熱供給装置５は、消化ガスを燃焼させて熱風ガスを得るための熱風炉であってもよいし、消化ガスを利用して蒸気を発生させるボイラーなどであってもよい。発電設備７は公知の発電設備を利用することができる。
【００５５】
ガスホルダ１２には、ガスホルダ１２から各消化ガス供給ラインＧＬ１〜３へ供給する消化ガスのガス量を調整するための制御手段３ａが接続されていてもよい。制御手段３ａとしては、例えば本発明に係る制御アルゴリズムに基づいて、所定の動作指令を送出する汎用又は専用の計算機（コンピュータ）が利用可能である。
【００５６】
制御手段３ａは、図示しないが、外気温の測定結果を抽出する抽出部と、消化槽１の１日当たりの加温に必要な熱量（以下「必要加熱熱量」という）を外気温に基づいて算出し、乾燥機４が処理する脱水ケーキの乾燥に必要な一日当たりの熱量（以下「必要乾燥熱量」という）を乾燥汚泥の含水率と乾燥機の乾燥効率に基づいて算出するための算出部と、算出部が算出した必要加熱熱量と必要乾燥熱量とを消化ガスの発熱量で補うために必要な消化ガスの容量に換算する換算部と、換算結果をガスホルダ１２へ出力し、ガスホルダから消化ガス供給ラインＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３を介して、加温装置２、熱供給装置５及び余剰のガスを発電設備７へそれぞれ供給する消化ガス量を調整するための信号を生成する調整部とを備えることができる。
【００５７】
第１の実施の形態に係る汚泥処理システムによれば、ＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を導入し、この汚泥を嫌気性消化することによりメタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させる消化槽１が配置される。この消化槽１は、汚泥をＨＲＴ２０日以下、より好ましくは１５日以下で分解率５０〜６０％程度にまで消化可能な小型消化槽であるので、従来の汚泥処理に用いられていた大型消化槽に比べ、消化槽１の加温に必要な熱量を小さくできる。その結果、消化槽１から発生した消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽１の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と乾燥機４による脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要乾燥熱量との和より大きくなるため、消化ガスにより消化槽１と乾燥機４に必要な熱を１００％補うことが可能となり、補助燃料が原則的に不要なシステムが構築できる。補助燃料の使用が削減されることで、システム全体としてのＣＯ2使用量も低減される。また、ＨＲＴ２０日以下で処理する小型の消化槽１が配置されることで、システム全体の小型化も図られる。
【００５８】
＜汚泥処理方法＞
次に、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理方法について説明する。第１の実施の形態に係る汚泥処理方法では、まずＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を消化槽１へ導入する。消化槽１は加温装置２により処理温度３０〜６０℃に加温され、消化槽１内に供給された汚泥を撹拌しながらＨＲＴ２０日以下、好ましくは１２〜１７日程度、更に好ましくは１５日程度処理することにより、消化汚泥と消化ガスが発生する。この際の汚泥の分解率は５０〜６０％程度である。発生した消化ガスは、一次精製設備１１で脱硫処理等が施され、ガスホルダ１２へ貯蔵される。消化汚泥は脱水機３へ供給される。
【００５９】
脱水機３では、消化汚泥が固液分離され、脱水ケーキと分離液とが生成される。含水率の調整は、乾燥機４の乾燥効率を考慮するとより低い方が好ましいが、本システムにおける脱水処理では、例えば脱水ケーキの含水率を７０〜８３％となるように調整すれば十分である。脱水機３で得られた脱水ケーキは乾燥機４へ投入される。分離液は水処理設備９ａへ送られる。
【００６０】
乾燥機４では、熱供給装置５から供給される例えば熱風ガス等の熱により脱水ケーキを乾燥させ、含水率１０〜４０％程度の乾燥汚泥を生成させる。得られた乾燥汚泥は、必要に応じて造粒機８により所定の大きさ及び形状に造粒した後、場外搬出する。或いは、得られた乾燥汚泥は熱供給装置５に投入することができる。乾燥機４で発生した排ガスは、排ガス処理設備９ｂへ送るか、或いは水処理設備９ａの曝気槽内に供給することで浄化させる。
【００６１】
ガスホルダ１２に貯蔵された消化ガスは、消化ガス供給ラインＧＬ１〜ＧＬ３を介して加温装置２、熱供給装置５及び必要に応じて発電設備７へと供給される。制御手段３ａは、ガスホルダ１２から消化ガス供給ラインＧＬ１〜ＧＬ３を介して加温装置２及び熱供給装置５へ供給する消化ガス量を制御するために、供給すべき消化ガス量を算出する。ここで図２のフローチャートを利用しながら、制御手段３ａによる消化ガス量の算出方法の一例を説明する。
【００６２】
図２のステップＳ１１において、制御手段３ａの抽出部により、汚泥処理システム周囲の外気温が抽出される。ステップＳ１２において、制御手段３ａの算出部は、消化槽１の設定温度と外気温とを比較して消化槽１の温度を何度昇温すべきか（昇温温度）を決定する。算出部は更に、消化槽１に投入される汚泥の容量、消化槽１の昇温温度、消化槽１からの放熱量及び消化槽１の昇温効率に基づき、消化槽１の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量を算出する。ステップＳ１３において、制御手段３ａの算出部は、乾燥機４に投入される脱水ケーキの重量及び含水率と乾燥に必要な蒸発水分量と乾燥汚泥の含水率と乾燥機４の乾燥効率に基づき、乾燥機４内の脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要乾燥熱量を算出する。ステップＳ１４において、制御手段３ａの換算部は、算出部により算出された必要加温熱量及び必要乾燥熱量に相当する発熱量を有する消化ガスの容量を換算する。ステップＳ１５において、制御手段３ａの調整部は、換算結果をガスホルダ１２へ出力する。その結果、ガスホルダ１２から加温装置２及び熱供給装置５への消化ガスの振り分けが行われる。
【００６３】
第１の実施の形態に係る汚泥処理方法によれば、消化槽１から発生した消化ガスが、消化槽１を加温する加温装置２及び乾燥機４に熱を供給する熱供給装置５へ供給される。図１の消化槽１は、汚泥濃度２〜３％程度の汚泥を処理する消化槽に比べて小型であるため、加温に必要な熱量が少なくて済む。その結果、消化槽１の加温と乾燥機４の熱供給に必要な熱を消化ガスの燃焼等により生成される熱によって全て補うことができる。よって定常運転時の消化槽１及び乾燥機４への加熱には、補助燃料を利用することがないので、システム全体としてＣＯ2排出量の低減が図られる。
【００６４】
（第１の試算結果）
図１に示す汚泥処理システムを導入して生汚泥を処理した場合の試算結果の例を以下に示す。
【００６５】
１．処理すべき生汚泥
処理すべき生汚泥等の条件を以下の通りと想定した。
年間汚泥量  ５０３８８３ｔ／年（１３８１ｍ3／日）
汚泥含水率  ９９％  
ＴＳ  １００００ｍｇ／Ｌ（１３．８１ｔＴＳ／日）
ＶＳ  ８０００ｍｇ／Ｌ（１１．０４ｔＶＳ／日）
メタンガス発生率  ５５０Ｌ／ｋｇΔＶＳ
メタンガス発熱量  ３５．８  ＭＪ／ｍ3Ｎ−ＣＨ4
【００６６】
２．消化槽１へ供給する供給汚泥
生汚泥を濃縮して高濃度化及び低容量化し、供給汚泥とした。
ＴＳ  ８００００ｍｇ／Ｌ（１３．８１ｔＴＳ／日）
ＶＳ  ６４０００ｍｇ／Ｌ（１１．０４ｔＶＳ／日）
供給汚泥有機分率（ＶＳ／ＴＳ）  ０．８
供給汚泥ＴＳ濃度  ８％
供給汚泥容量      約１７３ｍ3／日
【００６７】
３．消化
高濃度化及び低容量化した供給汚泥を図１の消化槽１へ供給し、加温装置２を用いて消化槽１を３５℃に加温し、処理日数（ＨＲＴ）１５日、分解率５８％での汚泥の嫌気性処理を実施することを想定し、消化槽容量を決定した。
消化槽容量＝投入原料容量×ＨＲＴ＝１７３×１５＝約２６００ｍ3
【００６８】
４．消化汚泥と消化ガスの試算結果
上記の容量の消化槽１で汚泥を嫌気性消化した結果得られる消化汚泥、消化ガス量及び消化ガスから１日当たりに得られる熱量（発熱量）を試算した。
＜消化汚泥＞
消化汚泥容量  約１７３ｍ3／日  
消化汚泥ＴＳ＝（供給汚泥ＴＳ−供給汚泥ＶＳ×分解率）
＝１３．８１−１１．０４×０．５８＝約７．４ｔＴＳ／日
＜消化ガス＞
硫化水素含有量  ２０００ｐｐｍ以下
メタンガス発生量＝（供給汚泥ＶＳ×分解率×メタンガス発生率）
＝約３５２３ｍ3／日
メタンガス含有率６０％と想定した場合の消化ガス発生容量＝約５８７２ｍ3／日
低位発熱量＝メタンガス発熱量×メタンガス分率＝２１４８０ｋＪ／ｍ3
消化ガスから一日当たりに得られる熱量（発熱量）＝
低位発熱量×消化ガス発生容量＝約１２６１２５ＭＪ／日
【００６９】
５．脱水
脱水機３により得られる脱水ケーキの含水率と脱水機３からの脱水ケーキの回収率を下記値と想定した結果、以下の脱水ケーキが得られたものと試算した。
脱水ケーキ含水率  ７７％
脱水ケーキ回収率  ９５％
回収した脱水ケーキＴＳ＝消化汚泥ＴＳ×回収率＝約７．０ｔＴＳ／日
回収した脱水ケーキ重量＝消化汚泥ＴＳ／（１−含水率）＝約３１ｔ／日
【００７０】
６．乾燥
脱水機３から取り出された脱水ケーキから得る乾燥汚泥の含水率を２０％と仮定し、乾燥汚泥の重量を試算した。
一日当たりに得られる乾燥汚泥重量＝脱水ケーキＴＳ／（１−含水率）
＝約８．８ｔ／日
【００７１】
７．加温装置２の必要加温熱量
加温装置２の消化槽１の加温に必要な１日当たりの熱量（必要加温熱量）を試算した。
消化槽１の昇温温度  ２０℃  （消化汚泥温度１５℃の場合を想定）
放熱量  ０．３０℃／ｍ3日
昇温効率  ８０％
必要加温熱量＝（供給汚泥容量×昇温温度＋消化槽１の容量×放熱量）／昇温効率
＝約２２１４０ＭＪ／日
【００７２】
８．消化槽１の昇温に利用すべき換算消化ガス量（容量）
昇温のための換算消化ガス量＝必要加温熱量／消化ガス低位発熱量＝約１０３１ｍ3／日
【００７３】
９．熱供給装置５の必要乾燥熱量
熱供給装置５による乾燥機４の熱供給に１日当たりに必要な熱量（必要乾燥熱量）を試算した。
脱水ケーキ温度  ２０℃から１００℃へ昇温
潜熱  ２．２５８ｋＪ／ｋｇ
顕熱  ４．１８６ｋＪ／ｋｇ・℃
乾燥効率  ７０％
蒸発水分量＝回収した脱水ケーキ−乾燥汚泥＝２２ｔ／日
必要乾燥熱量＝｛蒸発水分量×潜熱＋（脱水ケーキ中水分）×（脱水ケーキ温度変化）×顕熱｝／乾燥効率
＝約８１５０２ＭＪ／日
【００７４】
１０．熱供給装置５に利用すべき換算消化ガス量（容量）
熱供給のための換算消化ガス量＝熱供給装置の熱量／低位発熱量
＝約３７９４ｍ3／日
【００７５】
１１．余剰ガス（発電施設等へ供給可能なガス量）
消化槽１で得られる消化ガスを加温装置２及び熱供給装置５へ供給した後の余剰ガスについて試算した。
余剰ガス＝消化ガス発生容量−消化槽１の昇温に利用すべき換算ガス量−熱供給装置５に利用すべき換算消化ガス量
＝約１０４７ｍ3／日
【００７６】
上記の試算結果によれば、消化槽１から発生した消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽１の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と乾燥機による脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要乾燥熱量との和よりも大きくなる。即ち、消化槽１から発生する消化ガスにより、消化槽１の加温と乾燥機４による脱水ケーキの乾燥に必要な熱を全て補うことができることが分かる。
【００７７】
１２．年間収支
月毎の平均気温に基づいて、消化槽１で発生した消化ガスを用いて、年間を通して、消化槽１の加温と乾燥機４の乾燥に必要な熱量を補えるか否かを試算した。ここでは、愛知県蒲郡市の各月毎の平均気温データを用いて試算した。消化槽１内の汚泥温度を外気温１５度未満の場合は１５℃、外気温が１５℃以上の場合は外気温と想定し、消化槽設定温度を３５℃と想定した。消化槽１からの放熱量は、気温差２０℃の場合を０．３℃／ｍ3日とし、汚泥温度と消化槽設定温度（３５℃）との関係に基づいて、各月毎に昇温温度と放熱量をそれぞれ算出した。得られた各月毎の昇温温度と放熱量に基づいて、消化槽１の加温に必要な必要加温熱量と必要乾燥熱量を各月毎にそれぞれ算出した。得られた必要加温熱量と必要乾燥熱量とを、消化槽１から得られる消化ガスの発熱量から減算し、余剰ガス量を試算した。試算結果を表１に示す。
【００７８】
【表１】
2015051417.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、ＴＳ濃度約８％の汚泥を容量約２６００ｍ3の消化槽１を用いてＨＲＴ１５日（分解率５８％）で運転し、脱水ケーキの含水率を７７％、乾燥効率７０％で運転した場合、消化槽１の加温と乾燥機４の熱供給のために消化槽１から発生した消化ガスを利用したとしても、年間を通して余剰ガスが発生していることが分かる。第１の実施の形態によれば、消化槽１から発生する消化ガスにより、消化槽１の加温と乾燥機４の熱供給に必要な熱量を１００％補うことができるため、システム系内の補助燃料の使用をより少なくして、システムの効率化を図れる。
【００８０】
（第２の試算結果）
図１の汚泥処理システムにおいて、消化槽１へ供給する汚泥の濃度、汚泥処理日数（ＨＲＴ）、汚泥の分解率、供給汚泥の有機分率、脱水ケーキの脱水率、乾燥機の乾燥効率をそれぞれ変化させた場合について、消化槽１から発生する消化ガスにより、消化槽１への加温と乾燥機４への熱供給に必要な熱を年間を通して１００％補えるか否かを試算した。試算結果を図３〜図１１に示す。なお、図３〜図１１においては、年間を通して、消化ガスにより生成可能な熱で消化槽１の加温と乾燥機４への熱供給に必要な熱をすべて補える場合を「○」、一部の月だけ補える場合を「△」、補えない場合を「×」として表す。
【００８１】
（第３の試算結果）
処理すべき生汚泥の量を第１の試算結果と同量とし、消化槽１へ供給する供給汚泥を一般的な供給濃度である３％（供給汚泥容量４６０ｍ3／日）に濃縮して、ＨＲＴ３０日で汚泥を嫌気性消化した場合以外は、上記第１の試算結果と同様な手順及び条件で熱量バランスを試算した結果、消化槽１の容量が１３９００ｍ3と大きくなり、システムが大型化した。更に、第１の試算結果と同様な手順でシステム全体の熱量バランスを試算した結果、消化槽１から発生する消化ガスのみでは消化槽１の加温と乾燥機４の熱供給に必要な熱量を１００％補うことはできなかった。
【００８２】
更に、汚泥の分解効率、脱水ケーキ含水率、汚泥の有機分率、乾燥機４の乾燥効率を変化させた場合において、第２の試算結果と同様な手順で年間収支を試算した。結果を図１２に示す。第３の試算結果では消化槽の容量が第１の実施の形態に係る消化槽１と比べて顕著に大きくなるとともに、システム全体の補助燃料の使用量を減らすためには脱水ケーキの含水率をおおむね７０％以下、場合によっては６０〜６５％程度にまで低減させる必要が生じ、第２の試算結果に比べて脱水機に高い負荷がかかる試算となった。
【００８３】
（第２の実施の形態）
＜汚泥処理システム＞
図１３に示すように、第２の実施の形態に係る汚泥処理システムは、脱水ケーキを乾燥させる乾燥機４の代わりに、脱水ケーキを炭化させて炭化汚泥を得る炭化設備６が配置されている点が、図１に示す汚泥処理システムと異なる。更に、制御手段３ｂが、炭化設備６による脱水ケーキの炭化に必要な１日当たりの必要炭化熱量を算出する点が、図１に示す制御手段３ａと異なる。他は図１に示す汚泥システムと実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。炭化設備６としては特に制限されず公知の装置が利用可能である。
【００８４】
炭化設備６で得られた炭化汚泥は場外搬出される。或いは、炭化設備６で得られた炭化汚泥は、配管等で構成された炭化汚泥ラインＣＳＬを介して熱供給装置５へ供給されることが可能である。炭化汚泥を熱供給装置５で使用することにより、炭化汚泥を焼却灰とすることができるため、炭化汚泥をすべて場外搬出する場合に比べて、炭化汚泥の場外搬出量を減らすもしくは無くすことができ、システムの更なる効率化が図れる。また、炭化汚泥の燃焼熱利用により消化ガスを発電等に利用できる量を増やせる等の環境面におけるシステムの更なる効率化も図れる。
【００８５】
炭化設備６で発生した排ガスは、排ガス処理設備９ｂへ送られる。ここで、炭化設備６で発生した排ガスの一部または全部を水処理設備９ａへ送ることも可能である。水処理設備９ａ内には曝気槽（図示せず）が設けられている。炭化設備６で発生した排ガスを水処理設備９ａが具備するこの曝気槽へ導入することによって、排ガスを水処理することも可能である。
【００８６】
制御手段３ｂは、図示しないが、外気温の測定結果を抽出する抽出部と、消化槽１の１日当たりの加温に必要な熱量（以下「必要加熱熱量」という）を外気温に基づいて算出するとともに、炭化設備６が処理する脱水ケーキの炭化に必要な一日当たりの熱量（以下「必要炭化熱量」という）を脱水ケーキの含水率及び重量に基づいて算出するための算出部と、算出部が算出した必要加熱熱量と必要炭化熱量とを消化ガスの発熱量で補うために必要な消化ガスの容量に換算する換算部と、換算結果をガスホルダ１２へ出力し、ガスホルダから消化ガス供給ラインＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３を介して加温装置２、熱供給装置５及び余剰のガスを発電設備７へ供給する消化ガス量を調整するための信号を生成する調整部とを備えることができる。
【００８７】
第２の実施の形態に係る汚泥処理システムによれば、消化槽１から発生した消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽１の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と炭化設備６による脱水ケーキの炭化に必要な１日当たりの必要炭化熱量との和より大きくなるため、消化ガスにより消化槽１と炭化設備６に必要な熱を１００％補うことが可能となり、補助燃料が原則的に不要なシステムが構築できる。補助燃料の使用が削減されることで、システム全体としてのＣＯ2使用量も低減される。また、ＨＲＴ２０日以下で処理する小型の消化槽１が配置されることで、システム全体の小型化も図られる。
【００８８】
＜汚泥処理方法＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理方法について説明する。第２の実施の形態に係る汚泥処理方法では、まずＴＳ濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を消化槽１へ導入する。消化槽１は加温装置２により処理温度３０〜６０℃に加温され、消化槽１内に供給された汚泥を撹拌しながらＨＲＴ２０日以下、好ましくは１２〜１７日程度、更に好ましくは１５日程度処理することにより、消化汚泥と消化ガスが発生する。この際の汚泥の分解率は５０〜６０％程度である。発生した消化ガスは、一次精製設備１１で脱硫処理等が施され、ガスホルダ１２へ貯蔵される。消化汚泥は脱水機３へ供給される。
【００８９】
脱水機３では、消化汚泥が固液分離され、脱水ケーキと分離液とが生成される。含水率の調整は、炭化設備６の炭化効率を考慮するとより低い方が好ましいが、本システムにおける脱水処理では、例えば脱水ケーキの含水率を７０〜８３％となるように調整すれば十分である。脱水機３で得られた脱水ケーキは炭化設備６へ投入される。
【００９０】
炭化設備６では、熱供給装置５から供給される例えば熱風などの熱を利用して脱水ケーキを炭化させて炭化汚泥を生成させる。得られた炭化汚泥は場外搬出する。或いは、得られた炭化汚泥を、炭化汚泥供給ラインＣＳＬを介して熱供給装置５に投入することができる。炭化設備６で発生した排ガスは排ガス処理施設９ｂ及び／又は水処理設備９ａが備える曝気槽へ送られる。
【００９１】
ガスホルダ１２に貯蔵された消化ガスは、消化ガス供給ラインＧＬ１〜ＧＬ３を介して加温装置２、熱供給装置５及び必要に応じて発電設備７へと供給される。制御手段３ｂは、ガスホルダ１２から消化ガス供給ラインＧＬ１〜ＧＬ３を介して加温装置２及び熱供給装置５へ供給する消化ガス量を制御するために、供給すべき消化ガス量を算出する。ここで図１４のフローチャートを利用しながら、制御手段３ｂによる算出方法の一例を説明する。
【００９２】
図１４のステップＳ２１において、制御手段３ｂの抽出部により、汚泥処理システム周囲の外気温が抽出される。ステップＳ２２において、制御手段３ｂの算出部は、消化槽１の設定温度と外気温とを比較して消化槽１の温度を何度昇温すべきか（昇温温度）を決定する。算出部は更に、消化槽１に投入される汚泥の容量、消化槽１の昇温温度、消化槽１からの放熱量及び消化槽１の昇温効率に基づき、消化槽１の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量を算出する。ステップＳ２３において、制御手段３ｂの算出部は、炭化設備６に投入される脱水ケーキの重量及び含水率に基づき、炭化設備６内の脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要炭化熱量を算出する。ステップＳ２４において、制御手段３ｂの換算部は、算出部により算出された必要加温熱量及び必要炭化熱量に相当する発熱量を有する消化ガスの容量を換算する。ステップＳ２５において、制御手段３ｂの調整部は、換算結果をガスホルダ１２へ出力し、ガスホルダ１２から消化ガスの振り分けが行われる。
【００９３】
第２の実施の形態に係る汚泥処理方法によれば、消化槽１から発生した消化ガスが、消化槽１を加温する加温装置２及び炭化設備６に熱を供給する熱供給装置５へ供給される。図１の消化槽１は、汚泥濃度２〜３％程度の汚泥を処理する消化槽に比べて小型であるため、加温に必要な熱量が少なくて済む。これにより、消化槽１の加温と炭化設備６の熱供給に必要な熱を、消化ガスの燃焼等により生成される熱によって全て補うことができる。その結果、定常運転時の消化槽１及び炭化設備６への加熱に補助燃料を利用することがないので、システム全体としてＣＯ2排出量の低減が図られる。
【００９４】
（第４の試算結果）
図１３に示す汚泥処理システムを導入して生汚泥を処理した場合の第２の実施形態に係る試算結果の例を以下に示す。
１．処理すべき生汚泥
処理すべき生汚泥を以下の通りと想定した。
年間汚泥量  ５０３８８３ｔ／年（１３８１ｍ3／日）
汚泥含水率  ９９％  
ＴＳ  １００００ｍｇ／Ｌ（１３．８１ｔＴＳ／日）
ＶＳ  ８０００ｍｇ／Ｌ（１１．０４ｔＶＳ／日）
メタンガス発生率  ５５０Ｌ／ｋｇΔＶＳ
メタンガス発熱量  ３５．８  ＭＪ／ｍ3Ｎ−ＣＨ4
【００９５】
２．消化槽１へ供給する供給汚泥
生汚泥を濃縮して高濃度化及び低容量化し、供給汚泥とした。
ＴＳ  ８００００ｍｇ／Ｌ（１３．８１ｔＴＳ／日）
ＶＳ  ６４０００ｍｇ／Ｌ（１１．０４ｔＶＳ／日）
供給汚泥有機分率（ＶＳ／ＴＳ）  ０．８
供給汚泥ＴＳ濃度  ８％
供給汚泥容量      約１７３ｍ3／日
【００９６】
３．消化
高濃度化及び低容量化した上記供給汚泥を図１３の消化槽１へ供給し、加温装置２を用いて消化槽１を３５℃に加温し、処理日数（ＨＲＴ）１５日、分解率５８％での汚泥の嫌気性処理を実施することを想定し、消化槽容量を決定した。
消化槽容量＝投入原料容量×ＨＲＴ＝１７３×１５＝約２６００ｍ3
【００９７】
４．消化汚泥と消化ガスの試算結果
上記の容量の消化槽で汚泥を嫌気性消化した結果得られる消化汚泥、消化ガス量及び消化ガスから１日当たりに得られる熱量（発熱量）を試算した。
＜消化汚泥＞
消化汚泥容量  １７３ｍ3／日  
消化汚泥ＴＳ＝（供給汚泥ＴＳ−供給汚泥ＶＳ×分解率）
＝１３．８１−１１．０４×０．５８＝約７．４ｔＴＳ／日
＜消化ガス＞
硫化水素含有量  ２０００ｐｐｍ以下
メタンガス発生量＝（供給汚泥ＶＳ×分解率×メタンガス発生率）
＝約３５２３ｍ3／日
メタンガス含有率６０％と想定した場合の消化ガス発生量＝約５８７２ｍ3／日
低位発熱量＝メタンガス発熱量×メタンガス分率＝２１４８０ｋＪ／ｍ3
消化ガスから一日当たりに得られる熱量（発熱量）＝
低位発熱量×消化ガス発生量＝約１２６１２５ＭＪ／日
【００９８】
５．脱水
脱水機３により得られる脱水ケーキの含水率と脱水ケーキの脱水機３からの回収率を下記値と想定した結果、以下の脱水ケーキが得られたものと試算した。
脱水ケーキ含水率  ８２％
脱水ケーキ回収率  ９５％
回収した脱水ケーキＴＳ＝消化汚泥ＴＳ×回収率＝約７．０ｔＴＳ／日
回収した脱水ケーキ重量＝消化汚泥ＴＳ／（１−含水率）＝約３９ｔ／日
【００９９】
６．炭化
炭化設備６から１日当たりに得られる炭化汚泥重量は、脱水ケーキのＴＳと仮定した。
炭化汚泥重量  約７．０ｔ／日
【０１００】
７．加温装置２の必要加温熱量
加温装置２による消化槽１の加温に１日当たりに必要な熱量を試算した。
消化槽１の昇温温度  ２０℃  （消化汚泥温度１５℃の場合を想定）
放熱量  ０．３０℃／ｍ3日
昇温効率  ８０％
必要加温熱量＝（供給汚泥容量×昇温温度＋消化槽１の容量×放熱量）／昇温効率
＝約２２１０８ＭＪ／日
【０１０１】
８．消化槽１の昇温に利用すべき換算消化ガス量
昇温のための換算消化ガス量＝必要加温熱量／消化ガス低位発熱量＝約１０２９ｍ3／日
【０１０２】
９．熱供給装置５の必要炭化熱量
炭化設備６による脱水ケーキの炭化に１日当たりに必要な熱量（必要炭化熱量）を、Ａ重油を用いて所定の含水率の脱水ケーキを炭化処理した場合のＡ重油使用量と乾燥汚泥固形物量との関係の実証データに基づいて試算した。この実証データは、炭化設備メーカーによる試算結果を使用したものである。処理能力８０ｔ／日の炭化設備を用いた場合（強熱減量８５％と仮定する）の脱水ケーキの含水率とＡ重油使用量及び炭化汚泥の固形物量との関係を表２に示す。
【０１０３】
【表２】
2015051417.tif 000004
【０１０４】
表２より、固形物量が１３．８ｔ−ＴＳ／日の場合の各含水率における相当脱水ケーキ量を試算し、８０ｔ／日に対する比例計算で各含水率に対する燃費及び必要炭化熱量を算出した。Ａ重油熱量低位発熱量は３６．５ＭＪ／Ｌとした。結果を表３に示す。
【０１０５】
【表３】
2015051417.tif 000005
【０１０６】
表３の試算結果より、含水率８２％の脱水ケーキの炭化に１日当たり必要な熱量（必要炭化熱量）は９２３４５ＭＪ／日と試算した。
【０１０７】
１０．熱供給装置５に利用すべき換算消化ガス量（容量）
熱供給のための換算消化ガス量＝必要炭化熱量／低位発熱量
＝約４３０６ｍ3／日
【０１０８】
１１．余剰ガス（発電施設等へ供給可能なガス量）
消化槽１で得られる消化ガスを加温装置２及び熱供給装置５へ供給した後の余剰ガスについて試算した。
余剰ガス＝消化ガス発生量−消化槽１の昇温に利用すべき換算ガス量−熱供給装置５に利用すべき換算消化ガス量
＝約５３９ｍ3／日
【０１０９】
上記の試算結果によれば、消化槽１から発生した消化ガスにより生成可能な１日当たりの熱量が、消化槽１の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と炭化設備６による脱水ケーキの乾燥に必要な１日当たりの必要炭化熱量との和よりも大きくなっている。即ち、消化槽１から発生する消化ガスにより、消化槽１の加温と炭化設備６による脱水ケーキの炭化に必要な熱を全て補うことができる。
【０１１０】
１２．年間収支
月毎の平均気温に基づいて、消化槽１で発生した消化ガスを用いて、年間を通して、消化槽１の加温と炭化設備６の炭化に必要な熱量を補えるか否かを試算した。第１の実施の形態と同様に、愛知県蒲郡市の各月毎の平均気温データを用いて試算した。ここでは、消化槽１内の汚泥温度を外気温１５度未満の場合は１５℃、外気温が１５℃以上の場合は外気温と想定し、消化槽設定温度を３５℃と想定した。消化槽１からの放熱量は、気温差２０℃の場合を０．３℃／ｍ3日とし、汚泥温度と消化槽設定温度（３５℃）との関係に基づいて、各月毎に昇温温度と放熱量をそれぞれ設定した。得られた各月毎の昇温温度と放熱量に基づいて、消化槽１の加温に必要な必要加温熱量と必要炭化熱量を各月毎にそれぞれ計算した。得られた必要加温熱量と必要炭化熱量とを、消化槽１から得られる消化ガスの発熱量から減算し、余剰ガス量を試算した。余剰ガスを試算した。試算結果を表４に示す。
【０１１１】
【表４】
2015051417.tif 000006
【０１１２】
表４に示すように、ＴＳ濃度約８％の汚泥を容量約２６００ｍ3の消化槽１を用いてＨＲＴ１５日（分解率５８％）で運転し、脱水ケーキの含水率を８２％とした場合、消化槽１の加温と炭化設備６の熱供給のために消化槽１から発生した消化ガスを利用したとしても、年間を通して余剰ガスが発生することが分かる。第２の実施の形態によれば、消化槽１から発生する消化ガスにより、消化槽１の加温と炭化設備６の炭化のための熱供給に必要な熱量を１００％補うことができるため、システム系内の補助燃料の使用をより少なくして、システムの効率化を図れることが分かる。
【０１１３】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。
【０１１４】
図１及び図１３に示す汚泥処理システムにおいては、制御手段３ａ、３ｂを使用して、消化槽１の加温に必要な１日当たりの必要加温熱量と乾燥機４又は炭化設備６による脱水ケーキの乾燥又は炭化に必要な必要乾燥熱量又は必要炭化熱量を自動計算する方法を説明している。しかしながら、制御手段３ａ、３ｂによって各熱量を自動計算する構成は特に配置せずとも例えば消化槽１の温度条件のみに基づいて操作者が手動でシステム内の各条件を設定して運転することも可能である。
【０１１５】
このように、本発明は上記の開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲において変形し具体化し得るものである。
【符号の説明】
【０１１６】
１…消化槽
２…加温装置
３…脱水機
３ａ、３ｂ…制御手段
４…乾燥機
５…熱供給装置
６…炭化設備
７…発電設備
８…造粒機
９ａ…水処理設備
９ｂ…排ガス処理設備
１１…一次精製設備
１２…ガスホルダ
ＧＬ１〜ＧＬ３…消化ガス供給ライン
【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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【図６】
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【図７】
2015051417.tif 000013
【図８】
2015051417.tif 000014
【図９】
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【図１０】
2015051417.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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