(57)【要約】【課題】より具体的な有機廃棄物処理の効率化方法を提供すると共に、さらなる効率化を図る。【解決手段】有機廃棄物を含む原料液Ｘを亜臨界状態まで加圧・加熱して水熱反応させることによって上記原料液を液状化し、処理済液Ｙとして排出する水熱反応工程を有する有機廃棄物処理方法であって、上記水熱反応工程における反応率が所定値以上となるように、上記処理済液Ｙを上記原料液Ｘにフィードバックして上記原料液Ｘを予熱する。【選択図】            図１
2005058824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を含む原料液を亜臨界状態まで加圧・加熱して水熱反応させることによって前記原料液を液状化し、処理済液として排出する水熱反応工程を有する有機廃棄物処理方法であって、
前記水熱反応工程における反応率が所定値以上となるように、前記処理済液を前記原料液にフィードバックして前記原料液を予熱することを特徴とする有機廃棄物処理方法。
【請求項２】
前記原料液の流量に対して５〜５０倍の流量の前記処理済液を前記原料液にフィードバックすることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物処理方法。
【請求項３】
前記反応率は、７０％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の有機廃棄物処理方法。
【請求項４】
前記水熱反応工程における前記原料液及び前記処理済液の流速は、前記原料液及び前記処理済液中に存在する固形物が沈降しないような流速とされることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の有機廃棄物処理方法。
【請求項５】
前記原料液及び前記処理済液の流速は、該原料液及び処理済液が流れる配管においてエロ−ジョンが生じないような流速とされることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の有機廃棄物処理方法。
【請求項６】
前記原料液及び前記処理済液の流速は、１〜３ｍ／ｓの範囲であることを特徴とする請求項４または５記載の有機廃棄物処理方法。
【請求項７】
有機廃棄物を含む原料液を亜臨界まで加圧・加熱した状態で水熱反応処理することによって前記原料液を液状化して処理済液として排出する水熱反応系を備えた有機廃棄物処理装置であって、
前記水熱反応系は、
前記原料液を水熱反応処理することによって液状化して処理済液として排出する水熱反応器と、
該水熱反応器における反応率が所定値以上となるように前記熱反応器から排出された前記処理済液を前記原料液にフィードバックする循環系とを備えることを特徴とする有機廃棄物処理装置。
【請求項８】
前記循環系は、前記原料液の流量に対して５〜５０倍の流量の前記処理済液を前記原料液にフィードバックする循環ポンプを備えることを特徴とする請求項７記載の有機廃棄物処理装置。
【請求項９】
前記水熱反応器は、
前記原料液及び前記処理済液を加熱する熱媒が流れる第１配管と、
前記原料液及び前記処理済液が流れ前記第１配管内を挿通する第２配管とを備えることを特徴とする請求項７または８記載の有機廃棄物処理装置。
【請求項１０】
前記第２配管は、前記原料液及び前記処理済液が該原料液及び処理済液中に存在する固形分を沈降させないような流速となるように、その管径が規定されることを特徴とする請求項９記載の有機廃棄物処理装置。
【請求項１１】
前記第２配管は、前記原料液及び前記処理済液が自らにおいてエロ−ジョンが生じないような流速となるように、その管径が規定されることを特徴とする請求項９または１０記載の有機廃棄物処理装置。
【請求項１２】
前記第２配管は、前記水熱反応処理が所望の時間行われるように、その長さが規定されることを特徴とする請求項９〜１１いずれかに記載の有機廃棄物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機廃棄物処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、生ごみ等の有機廃棄物が含まれた原料液を亜臨界状態まで加圧・加熱した状態で水熱反応器において水熱反応処理を行うことによって液状化して処理済液として排出する有機廃棄物処理技術が提案されている。この技術によれば、有機廃棄物を液状化できるため、この液状化した処理済液を例えば生物反応槽等に供給することによって無害化することができる。
ところが、このような有機廃棄物処理技術は、水熱反応処理に必要な温度に至らしめるために有機廃棄物を予熱する必要がある。また、固形分の沈降防止、熱伝達率促進のために反応器流路断面積を小さくすることで流速を高めようとすると、反応時間を確保するためには反応器流路を長くする必要がある。
この問題を解決するために、水熱反応器から排出された処理済液の一部を原料液にフィードバックさせることによって、流路断面積を小さくすることなく水熱反応器における流速を早め、これによって水熱反応器における伝熱効果を高めることで効率的に水熱反応器の負担を軽減させる技術（特開２００１−１４５８６０号公報）が開示されている。しかしながら、ただ単に、処理済液の一部を原料液にフィードバックしたのでは、水熱反応器における反応率の低下やエロージョンの発生等の問題が生じる可能性がある。特開２００１−１４５８６０号公報に開示された技術は、伝熱効果を高めることで効率的に水熱反応器の負担を軽減させる点において有用なものであるが、反応率の低下やエロージョンの発生等の問題に対する具体的な解決手段については開示されていない。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４５８６０号公報
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、より具体的な有機廃棄物処理の効率化方法を提供すると共に、さらなる効率化を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、有機廃棄物処理方法に係る第１の手段として、有機廃棄物を含む原料液を亜臨界状態まで加圧・加熱して水熱反応させることによって上記原料液を液状化し、処理済液として排出する水熱反応工程を有する有機廃棄物処理方法であって、上記水熱反応工程における反応率が所定値以上となるように、上記処理済液を上記原料液にフィードバックして上記原料液を予熱するという構成を採用する。
【０００６】
有機廃棄物処理方法に係る第２の手段として、上記第１の手段において、上記原料液の流量に対して５〜５０倍の流量の上記処理済液を上記原料液にフィードバックするという構成を採用する。
【０００７】
有機廃棄物処理方法に係る第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記反応率は、７０％以上であるという構成を採用する。
【０００８】
有機廃棄物処理方法に係る第４の手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、上記水熱反応工程における上記原料液及び上記処理済液の流速は、上記原料液及び上記処理済液中に存在する固形物が沈降しないような流速とされるという構成を採用する。
【０００９】
有機廃棄物処理方法に係る第５の手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、上記原料液及び上記処理済液の流速は、この原料液及び処理済液が流れる配管においてエロ−ジョンが生じないような流速とされるという構成を採用する。
【００１０】
有機廃棄物処理方法に係る第６の手段として、上記第４または第５の手段において、上記原料液及び上記処理済液の流速は、１〜３ｍ／ｓの範囲であるという構成を採用する。
【００１１】
有機廃棄物処理装置に係る第１の手段として、有機廃棄物を含む原料液を亜臨界まで加圧・加熱した状態で水熱反応処理することによって上記原料液を液状化して処理済液として排出する水熱反応系を備えた有機廃棄物処理装置であって、上記水熱反応系は、上記原料液を水熱反応処理することによって液状化して処理済液として排出する水熱反応器と、この水熱反応器における反応率が所定値以上となるように上記熱反応器から排出された上記処理済液を上記原料液にフィードバックする循環系とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
有機廃棄物処理装置に係る第２の手段として、上記第１の手段において、上記循環系は、上記原料液の流量に対して５〜５０倍の流量の上記処理済液を上記原料液にフィードバックする循環ポンプを備えるという構成を採用する。
【００１３】
有機廃棄物処理装置に係る第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記水熱反応器は、上記原料液及び上記処理済液を加熱する熱媒が流れる第１配管と、上記原料液及び上記処理済液が流れ上記第１配管内を挿通する第２配管とを備えるという構成を採用する。
【００１４】
有機廃棄物処理装置に係る第４の手段として、上記第３の手段において、上記第２配管は、上記原料液及び上記処理済液がこの原料液及び処理済液中に存在する固形分を沈降させないような流速となるように、その管径が規定されるという構成を採用する。
【００１５】
有機廃棄物処理装置に係る第５の手段として、上記第３または第４の手段において、上記第２配管は、上記原料液及び上記処理済液が自らにおいてエロ−ジョンが生じないような流速となるように、その管径が規定されるという構成を採用する。
【００１６】
有機廃棄物処理装置に係る第６の手段として、上記第３〜第５いずれかの手段において、上記第２配管は、上記水熱反応処理が所望の時間行われるように、その長さが規定されるという構成を採用する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る有機廃棄物処理方法及び装置の一実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係わる有機廃棄物処理装置の概略構成図である。この図において、符号１はホッパ、２は払出ポンプ、３は加圧ポンプ、４は水熱反応系、５は冷却器、６は減圧バルブ、７は貯留槽、また、Ｘは原料液、Ｙは処理済液である。
【００１９】
ホッパ１は、外部から供給された原料液Ｘを一時的に貯留するものである。このホッパ１の下端は、開口端として形成されており、払出ポンプ２が接続されている。この払出ポンプ２は、原料液Ｘの排出量を規定するものであり、ホッパ１に貯留された原料液Ｘを配管ａを介して加圧ポンプ３に供給するものである。
なお、原料液Ｘは、例えば、有機廃棄物を含む水であり、スラリー状の流動体である。
【００２０】
加圧ポンプ３は、払出ポンプ２から供給された原料液Ｘを、所定の圧力に加圧して配管ｂを介して下流側に向け排出するものである。
加圧ポンプ３の下流側には、図示するように、循環ポンプ４１、水熱反応器４２及び配管ｃからなる水熱反応系４が配置されている。
図２は、水熱反応系４の模式図である。
水熱反応器４２は、自らに供給される原料液Ｘを亜臨界の高温・高圧状態（１５０〜３００℃かつその温度における飽和水蒸気圧以上の圧力）で水熱反応処理することによって液状化し、処理済液Ｙとして排出するものである。そして、この水熱反応器４２は、図示するように、熱媒が流れる第１配管４２ａと、この第１配管内を挿通する第２配管４２ｂとによって構成される、いわゆる二重管構造となっている。第２配管４２ｂの各々の端部には、流体の循環経路となる配管ｃの各々の端部が接続されている。また、第１配管４２ａ内には、第２配管４２ｂ内を流れる原料液Ｘ及び処理済液Ｙとを間接的に加熱する熱媒が流れている。
なお、後に詳説するが、第２配管４２ｂは、原料液Ｘ及び処理済液Ｙがこれらの液中に存在する固形分を沈降させないよう、かつ、第２配管４２ｂ内においてエロ−ジョンが生じないような流速となるように、その管径Ｄが規定されている。また、第２配管４２ｂは、水熱反応処理が所望の時間行われるように、その長さＬが規定されている。
【００２１】
循環ポンプ４１は、水熱反応器４２の上流側に位置する配管ｃの途中部位に設置されており、配管ｂを介して流入される原料液Ｘの流量に対して５〜５０倍の流量の処理済液Ｙを原料液Ｘにフィードバックするものである。
なお、本実施形態において、本発明に係る循環系は、循環ポンプ４１及び配管ｃによって構成されている。
【００２２】
図１に戻り、水熱反応系４は、途中部位に冷却器５を備えられた配管ｄと接続されている。冷却器５は、加圧・加熱状態の処理済液Ｙを減圧後に突沸しないような温度にまで冷却するものである。
【００２３】
減圧バルブ６は、冷却器５の下流側に位置する配管ｄの端部と接続されており、処理済液Ｙを減圧して配管ｅを介して排出するものである。そして、この減圧バルブ６の下流側には、処理済液Ｙを一時的に貯留する貯留槽７が配管ｅと接続された状態で配されている。
【００２４】
次に、上記第２配管４２ｂの管径Ｄ及び長さＬ、並びに原料液Ｘにフィードバックする処理済液Ｙの流量Ｇの設定条件について、図３〜図７を参照して説明する。
【００２５】
図３は、水熱反応系４に供給される原料液Ｘの流量ｇに対するフィードバックする処理済液の流量Ｇの倍率を示した流量比Ｇ／ｇと水熱反応器４２における反応率との関係を示した図である。
【００２６】
なお、ここで言う反応率とは、水熱反応器４２に供給された原料液Ｘがどの程度の割合で処理済液Ｙ化されたかを示す値である。一般的に、反応率は、水熱反応器４２に供給される流動体の温度が水熱反応器４２内における温度よりも低ければ低いほど低下する。したがって、フィードバックする処理済液Ｙの流量Ｇを多くすればするほど、原料液Ｘと処理済液Ｙとの混合体の温度が上昇し、反応率が高くなる図３に示すように、流量比Ｇ／ｇが大きくなればなる程、反応率が高くなる。また、この図３から分かるように、流量比Ｇ／ｇがある程度から小さい場合には、急激に反応率が低下する。このため、少なくとも反応率は７０％以上に設定することが好ましい。なお、反応率を７０％以上に設定した場合には、例えば、原料液Ｘと処理済液Ｙとの混合体の温度と水熱反応器４２内における温度との差が５０℃以内となり、フィードバックする処理済液Ｙの流量Ｇは、原料液Ｘの流量に対して５〜５０倍となる。そして、配管ｃには水熱反応系４に供給される原料液の流量に対して５〜５０倍の流量の処理済液Ｙが循環することとなる。
【００２７】
図４は、ある配管における流速ｖと圧力損失Δｐとの関係を示した図である。この図に示すように、浮遊限界速度は、一般的に速度カーブに対する圧力損失Δｐが最低となる流速（臨界流速）と同じ場合が多い。したがって、第２配管４２ｂ内の原料液Ｘ及び処理済液Ｙの平均流速ｖが浮遊限界速度以上となるように、第２配管４２ｂの管径Ｄを設定する。
【００２８】
なお、浮遊限界速度とは、流体中に存在する固体粒子（固形分）が撒き上げられ、流体が懸濁状態となる最小流速である。したがって、第２配管４２ｂ内の原料液Ｘ及び処理済液Ｙの平均流速ｖを浮遊限界速度以上とすることで、第２配管４２ｂ内の原料液Ｘ及び処理済液Ｙ中に存在する固形分が沈降することが防止される。
この浮遊限界速度（ＶＭ）は、下式（１）によって算出される。なお、下式（１）において、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ２］、ｄは粒子径［ｍ］、Ｃ０は抗力係数、σは固体密度［ｋｇ／ｍ３］、ρｓはスラリ密度［ｋｇ／ｍ３］を表している。
【００２９】
【数１】
2005058824.tif 000003
【００３０】
図５は、第２配管４２ｂの容積と滞留時間Ｔとの関係を示した図である。この図５に示すように、滞留時間Ｔは、第２配管４２ｂの容積（π／４・Ｄ２・Ｌ）に比例する。このため、滞留時間Ｔを予め設定することで、長さＬを一義的に規定することができる。なお、この滞留時間Ｔは、１０分以上程度であることが好ましい。
【００３１】
図６は、平均流速ｖと第２配管４２ｂの必要伝熱面積との関係を示す図である。必要伝熱面積とは、熱媒の温度を原料液Ｘ及び処理済液Ｙに十分に伝達するのに必要な面積のことである。この図６に示すように、必要伝熱面積は、平均流速ｖに対して反比例する。これは、平均流速ｖが早まれば、熱媒と原料液Ｘ及び処理済液Ｙとの熱交換効率が向上するためである。
【００３２】
図７は、配管内を流れる流体の流速ｖと、その配管におけるエロージョンによる損傷度合との関係を表した図である。周知のように、エロージョンによる損傷度合がこの図に示した許容値以下であれば、配管の耐侵食性は十分であると判断される。このため本実施形態に係る有機廃棄物処理装置においても、エロージョンによる損傷度合が図７に示した許容値以下となるように、平均流速ｖを設定する。
なお、上述の浮遊限界速度及びエロージョン限界流速以下となる平均流速ｖは、１〜３ｍ／ｓである。
【００３３】
これら図３〜図７に示した条件によって、第２配管４２ｂの管径Ｄ及び長さＬ、並びに原料液Ｘにフィードバックする処理済液Ｙの流量Ｇが設定される。
また、この他に、第２配管４２ｂにおける圧力損失を考慮して第２配管４２ｂの管径Ｄ及び長さＬ、並びに原料液Ｘにフィードバックする処理済液Ｙの流量Ｇが設定しても良い。この圧力損失を所定値以下にすることで、循環ポンプ４１として特別な仕様のポンプではなく、既存のポンプを使用することができる。
【００３４】
次に、このように構成された本実施形態に係る有機廃棄物処理装置における有機廃棄物処理方法について説明する。
【００３５】
ホッパ１に供給された原料液Ｘは、ホッパ１によって一時的に貯留された後に、払出ポンプ２によって、所定量が連続的に配管ａを介して下流側の加圧ポンプ３に供給される。そして、原料液Ｘは、この加圧ポンプ３によって所定の圧力に加圧され、さらに配管ｂを介して循環ポンプ４１、水熱反応器４２及び配管ｃから構成される水熱反応系４に供給される。
【００３６】
配管ｃには、先に水熱反応器４２によって水熱処理された処理済液Ｙが水熱反応用循環ポンプ４１によって原料液Ｘに対して５〜５０倍の流量で循環されている。原料液Ｘは、この循環経路を循環する処理済液Ｙと混合される、すなわち処理済液Ｙをフィードバックされることによって、例えば２１０℃程度にまで予熱されて水熱反応器４２に供給される。水熱反応器４２内は、第１配管４２ａ内を流れる熱媒によって、例えば２３０℃程度に設定されており、原料液Ｘは、この水熱反応器４２において亜臨界状態で所定の滞留時間Ｔ分だけ水熱処理されることによって液状化され、例えば２３０℃の処理済液Ｙとして水熱反応器４２から排出される（水熱反応工程）。
【００３７】
ここで、原料液Ｘ及び処理済液Ｙは、上述のように、その平均流速が液中に存在する固形分を沈降させないよう、かつ、第２配管４２ｂ内においてエロ−ジョンが生じないような流速となるように設定されているために、水熱反応器４２の劣化が抑止される。
また、上述のように、原料液Ｘは、処理済液Ｙがフィードバックされることによって予熱されるため、従来のように、水熱反応系４の上流側に予熱器を設置する必要がなくなり、装置コストを低下させることができ、有機廃棄物処理のさらなる効率化を図ることが可能となる。
【００３８】
そして、水熱反応器４２から排出された処理済液Ｙは、その一部が循環ポンプ４１によって原料液Ｘにフィードバックされ、残りが水熱反応系４から配管ｄを介して排出される。
なお、水熱反応系４から排出される処理済液Ｙの流量は、水熱反応系４に供給される原料液Ｘの流量と同量である。
【００３９】
水熱反応系４から排出された処理済液Ｙは、配管ｄの途中部位に設置された冷却器５によって、減圧後に突沸しない温度にまで冷却された後、減圧バルブ６によって減圧される。そして、減圧バルブ６によって減圧された処理済液Ｙは、配管ｅを介して貯留槽７に供給され、一時的に貯留された後に外部に排出される。
【００４０】
このようにして、本実施形態に係る有機廃棄物処理装置から排出された処理済液Ｙは、例えば生物反応槽等に供給されることによって、自らに含む有機物を分解された後、無害化された廃水として海や河川等に放流される。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る廃棄物処理方法及び装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有機廃棄物を含む原料液を亜臨界状態まで加圧・加熱して水熱反応させることによって上記原料液を液状化し、処理済液として排出する水熱反応工程を有する有機廃棄物処理方法であって、上記水熱反応工程における反応率が所定値以上となるように、上記処理済液を上記原料液にフィードバックして上記原料液を予熱するので、より具体的な有機廃棄物処理の効率化方法を提供すると共に、さらなる効率化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機廃棄物処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る水熱反応系４の模式図である。
【図３】流量比Ｇ／ｇと反応率との関係を示した図である。
【図４】原料液Ｘ及び処理済液Ｙの流速と圧力損失との関係を示した図である。
【図５】水熱反応器４における滞留時間Ｔと、第２配管４２ｂの容積との関係を示した図である。
【図６】原料液Ｘ及び処理済液Ｙの平均流速ｖと第２配管４２ｂの必要伝達面積との関係を示した図である。
【図７】配管内を流れる流体の流速と、その配管におけるエロージョンによる損傷度合との関係を表した図である。
【符号の説明】
１……ホッパ
２……払出ポンプ
３……加圧ポンプ
４……水熱反応器
４１……循環ポンプ
４２……水熱反応器
５……冷却器
６……減圧バルブ
７……貯留槽
【図１】
2005058824.tif 000004
【図２】
2005058824.tif 000005
【図３】
2005058824.tif 000006
【図４】
2005058824.tif 000007
【図５】
2005058824.tif 000008
【図６】
2005058824.tif 000009
【図７】
2005058824.tif 000010