(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
し尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物を、種晶を添加して蒸発濃縮させる濃縮工程と、
被処理物の濃縮物を浄化する浄化工程とを含む
し尿および／または浄化槽汚泥の処理方法。
【請求項２】
濃縮工程はｐＨ６以下で蒸発濃縮を行う請求項１記載の方法。
【請求項３】
浄化工程は焼却工程である請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
し尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物を、種晶を添加して蒸発濃縮する濃縮装置と、
被処理物の濃縮物を浄化する浄化装置とを含む
し尿および／または浄化槽汚泥の処理装置。
【請求項５】
濃縮装置は加熱した被処理物を熱交換器を通して循環し、発生蒸気を圧縮して熱交換器に供給して、循環する被処理物を加熱するものである請求項４記載の装置。
【請求項６】
浄化装置は焼却装置である請求項４または５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はし尿および／または浄化槽汚泥を濃縮して浄化する処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
し尿は家庭、施設等からバキューム車で汲み取ってし尿処理場に集められ、集中的に処理されている。家庭、施設等にし尿の浄化槽が設置される場合は浄化槽汚泥をバキューム車で汲み取ってし尿処理場に集められ、し尿と混合して処理されている。このようなし尿処理場におけるし尿および／または浄化槽汚泥の処理方法は、嫌気性処理、好気性処理等の生物学的処理方法が一般的である。
【０００３】
し尿は、糞由来の固形物を含む他、種々の有機物、アンモニア、リン酸やカルシウム、マグネシウム等が溶解しており、ｐＨが７〜９、ＴＯＣが数千ｐｐｍが一般的である。このようなし尿を生物処理する場合、高濃度であるため、嫌気性処理では長期間の処理が必要であり、好気性処理では高希釈が必要であり、このため装置も大型化する。
【０００４】
このようなし尿および／または浄化槽汚泥は燃焼するには有機物濃度が低いため、これを脱水して焼却する試みもあるが、脱水のためには多量の凝集剤を必要とし、また脱水液は生物処理等により別途処理する必要がある。
下水等に適用されている液中燃焼による有機物の分解方法等をし尿および／または浄化槽汚泥に適用する場合でも、し尿および／または浄化槽汚泥は有機物濃度が低いため、効率は低く実用的でない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な装置と操作により短時間で、凝集剤を使用することなく少ないエネルギーでし尿および／または浄化槽汚泥を高分解率で処理して無害化することができ、発生汚泥量を少なくできるとともに、装置のスケール化を防止することができ、かつ処理水の再利用も可能なし尿および／または浄化槽汚泥の処理方法および装置を提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のし尿および／または浄化槽汚泥の処理方法および装置である。
（１）  し尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物を、種晶を添加して蒸発濃縮させる濃縮工程と、
被処理物の濃縮物を浄化する浄化工程とを含む
し尿および／または浄化槽汚泥の処理方法。
（２）  濃縮工程はｐＨ６以下で蒸発濃縮を行う上記（１）記載の方法。
（３）  浄化工程は焼却工程である上記（１）または（２）記載の方法。
（４）  し尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物を、種晶を添加して蒸発濃縮する濃縮装置と、
被処理物の濃縮物を浄化する浄化装置とを含む
し尿および／または浄化槽汚泥の処理装置。
（５）  濃縮装置は加熱した被処理物を熱交換器を通して循環し、発生蒸気を圧縮して熱交換器に供給して、循環する被処理物を加熱するものである上記（４）記載の装置。
（６）  浄化装置は焼却装置である上記（４）または（５）記載の装置。
【０００７】
本発明において処理の対象となる被処理物はし尿および／または浄化槽汚泥である。し尿は家庭または施設等からバキューム車で汲み取られた生し尿またはその前処理物などがあげられる。浄化槽汚泥は家庭または施設等において、し尿処理用に設置される浄化槽に堆積する汚泥であって、し尿と同様にバキューム車で汲み取って集められる汚泥またはその前処理物などがあげられる。これらのし尿および浄化槽汚泥は両者を任意の割合で混合して被処理物としてもよく、また別々に被処理物としてもよい。また他の有機性排液やゴミ等を混合して被処理物としてもよい。
【０００８】
本発明ではこのようなし尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物を濃縮工程において、種晶を添加して蒸発濃縮する。濃縮工程で使用する濃縮装置は被処理物を蒸発により濃縮できるものであれば制限なく、液膜式、浸管式、フラッシュ式など、任意の濃縮装置を用いることができるが、加熱した被処理物を熱交換部を通して循環し、発生蒸気を必要によりミストを除去して圧縮し、熱交換部に供給することにより、循環する被処理物を加熱する循環式のものが好ましい。このような循環式の濃縮装置は最初に加熱を行えば、その後は圧縮のためのエネルギーを加えるだけで蒸発濃縮を行うことができ好ましい。被処理物の加熱に必要な熱は濃縮装置および／または浄化装置から排出される処理物から回収して使用することができる。
【０００９】
被処理物は粉砕装置により粉砕して均質化し、蒸発濃縮を行うのが好ましい。粉砕手段としてはポンプや粉砕機が使用できる。通常１ｍｍ程度に粉砕することにより伝熱管の閉塞を防止できる。このような被処理物を塩酸、硫酸等の酸や酸性塩の添加によりｐＨ６以下、好ましくは５以下に調整して蒸発濃縮を行うと、アンモニアの蒸発を防止するとともに、発泡を防止して消泡剤の使用量を少なくすることができる。ｐＨの下限はないが、腐食防止および薬剤使用量の点からｐＨ４以上が好ましく、ｐＨ５付近で濃縮を行うのが最も好ましい。
【００１０】
濃縮工程において種晶を添加して蒸発濃縮を行うと、被処理物中のリン酸、カルシウム、マグネシウム等が種晶上に析出するため、濃縮装置および浄化装置のスケール化を防止することができる。種晶としては特に制限はなく、硫酸カルシウム、リン酸カルシウムなどが使用できる。このような種晶その他の固形物は濃縮工程後に除去してもよく、また除去することなく浄化工程を行い、その後除去してもよい。
【００１１】
濃縮工程における濃縮倍率は任意であるが、浄化工程において、含まれる有機物の燃焼により燃焼を維持できる程度、または補助燃料を制限できる程度の濃度まで濃縮するのが好ましく、これにより処理コストを低減することができる。濃縮倍率を高めすぎると濃縮物の流動性が低下する場合があるので、この場合は濃縮倍率を低くし、補助燃料を増加することができる。
【００１２】
上記により生成する濃縮物は浄化工程に送られる。蒸発した蒸気の凝縮水にも有機物、アンモニア、固形物等の不純物が移行しているので、逆浸透膜を用いる膜分離等により有機物その他の不純物を濃縮し、その濃縮液を上記被処理物の濃縮物と合せて浄化工程へ送るのが好ましい。膜分離による分離液は活性炭処理等により有機物その他の不純物を除去することにより回収、使用することができる。
【００１３】
濃縮工程においてｐＨ６以下で蒸発濃縮を行うことにより、アンモニアの蒸発は抑制されるが、それでも一部のアンモニアは蒸発し、その一部は凝縮水に移行し、一部は非凝縮ガスとともに排気される。この場合蒸発したアンモニアの分解装置を設けることにより、後処理が容易になる。アンモニア分解工程としては触媒分解装置が好ましく、蒸気または凝縮水の状態で酸化剤の存在下に触媒層を通すことにより、アンモニアを分解することができる。触媒としては貴金属類を担持させた触媒、好ましくは白金担持アルミナ触媒が望ましく、蒸気の状態で分解する場合は３００〜４００℃、凝縮させてから分解するためには１５０〜２００℃が好適である。アンモニアの分解と同時に有機物等も分解されるので、凝縮水はそのまま洗浄水等として再利用が可能である。
【００１４】
浄化工程では濃縮工程で得られる被処理物の濃縮物を浄化装置に導入して燃焼等により有機物の分解を行う。このとき前述のように凝縮液の膜分離による濃縮液を合せて浄化工程により分解することができる。
浄化工程は濃縮物に含まれる有機物を分解して浄化する工程であり、焼却、液中燃焼等で有機物を酸化分解することにより浄化する方法を採用すると蒸発による濃縮の効果を発揮できるので好ましい。焼却は濃縮物をそのまま焼却炉に導入し、必要により補助燃料を加えて燃焼させて有機物を分解する。液中燃焼の場合も燃焼ガス等の加熱手段により加熱を行い、液相で有機物を燃焼させて浄化する。
【００１５】
上記の処理では予め濃縮工程において被処理物であるし尿および／または浄化槽汚泥を濃縮することにより、高濃度の濃縮物を浄化工程に導入して酸化分解等により浄化を行うことができる。酸化分解の場合被反応物の熱量により有機物とともにアンモニアも分解することができ、外部から加える熱量を少なくして高分解率で有機物およびアンモニアを分解することが可能になる。この場合蒸発による濃縮は凝集剤等を使用することなく高濃縮できるので、熱量の高い状態での酸化による浄化が可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、し尿および／または浄化槽汚泥を濃縮工程で、種晶を添加して蒸発濃縮させて濃縮後、濃縮物を浄化工程において浄化するようにしたので、簡単な装置と操作により短時間で、凝集剤を使用することなく少ないエネルギーでし尿および／または浄化槽汚泥を高分解率で処理して無害化することができ、発生汚泥量を少なくできるとともに、装置のスケール化を防止することができ、生成する水の再利用も可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１、図２は別の実施形態の処理装置のフロー図である。
【００１８】
図１において、１は被処理物槽、２は濃縮装置、３は濃縮物槽、４は焼却炉、５は排煙処理装置である。被処理物槽１にはし尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物１０を粉砕して供給するための粉砕機６を有する被処理物供給路７とともに、ｐＨ調整剤供給路８および種晶供給路９が連絡している。また被処理物槽１から系路１１が熱交換器１２を介して濃縮装置２の下部に連絡している。
【００１９】
濃縮装置２は循環式の蒸発濃縮装置であり、被処理物１３と蒸気１４を収容する本体１５の上部に、複数の熱交換管１６を垂直方向に配置した熱交換部１７、およびさらにその上に分配部１８を有し、本体１５の下部から系路１９を通してポンプ２１により被処理物１３を分配部１８に送り、分配器２２により被処理物を熱交換管１６の内壁に沿って膜状に流下させて循環するように構成されている。また本体１５の上部と熱交換部１７間に設けられたミスト除去部材２３を通して、本体１５上部から蒸気を系路２４に吸引し、コンプレッサ２５で圧縮して熱交換部１７の熱交換管１６の外側に供給するように構成されている。系路１９から分岐する系路２６が濃縮物槽３に連絡している。
【００２０】
濃縮装置２の熱交換部１７から系路２７が熱交換器１２を介して膜分離装置２８の濃縮室２９に連絡している。膜分離装置２８は内部に設けられた逆浸透膜３１により濃縮室２９と透過室３２に区画されている。濃縮室２９から系路３３が濃縮物槽３に連絡している。また透過室３２から系路３４が活性炭３５を充填した吸着槽３６を介して系外に連絡している。
【００２１】
濃縮物槽３から濃縮物３０を供給するポンプ３７を有する系路３８が焼却炉４に設けられた供給装置４１に連絡している。供給装置４１には空気供給路４２および燃料供給路４３が連絡している。この供給装置４１は濃縮物と空気および補助燃料の混合流を焼却炉４に供給して燃焼させるように焼却炉４に取付けられている。
【００２２】
焼却炉４から煙道４４が排煙処理装置５に連絡している。排煙処理装置５はスクラバからなり、洗煙水路５１、排ガス路５２および洗煙排水路５３が連絡している。なお上記の装置においてポンプ、弁等が必要であるが、省略して図示されている。
【００２３】
上記の装置における処理は以下のように行われる。まずし尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物を被処理物供給路７から供給し、粉砕機６で粉砕して被処理物槽１に導入する。被処理物槽１にはｐＨ調整剤供給路８からｐＨ調整剤を供給してｐＨ６以下に調整し、また種晶供給路９から種晶を供給して被処理物１０と混合する。
【００２４】
被処理物槽１内の被処理物１０は系路１１から熱交換器１２を通して加熱し、濃縮装置２の本体１５に導入する。濃縮装置２ではポンプ２１を駆動することにより系路１９を通して被処理物１３を分配部１８に送り、分配器２２により熱交換管１６の内壁に膜状に分配して流下させることにより水分を蒸発させ、蒸気および濃縮物を本体１５に循環させる。
【００２５】
一方、蒸気１４はミスト除去部材２３を通してミストを除去し、コンプレッサ２５により圧縮して系路２４から熱交換部１７に供給する。圧縮により温度上昇した蒸気は熱交換管１６の外側に至り、熱交換管１６の内壁を膜状に流下する被処理物を加熱して蒸発させ、自身は凝縮して凝縮水となり、系路２７から熱交換器１２に入って新しい被処理物と熱交換して膜分離装置２８に入る。
【００２６】
上記の濃縮工程では、運転開始時に熱交換器１２に蒸気等の熱源を供給して被処理物を加熱して蒸発を開始すれば、その後はコンプレッサ２５の圧縮によって温度上昇させて蒸発を行い、被処理物を効率よく濃縮することができる。濃縮物は系路２６から濃縮物槽３に送られる。ミスト除去部材２３で除去されたミストはそのまま本体１５に戻り、凝縮水の汚染を防止する。
【００２７】
濃縮工程においてｐＨ６以下の条件で被処理物から水を蒸発させることによりアンモニアの気化を防止することができるが、一部のアンモニアは気化するので、ミスト除去部材２３を通過する固形物、有機物等の不純物とともに膜分離装置２８で膜分離を行う。膜分離装置２８では凝縮液を系路２７から濃縮室２９に高圧で供給し、逆浸透膜３１を通して水を透過室３２に透過させ、濃縮液は系路３３から濃縮物槽３に送り、濃縮物３０と混合する。透過液は吸着槽３６に供給し、活性炭３５により有機物その他の不純物を除去し、系路３４から排出し、必要により回収水として使用される。
【００２８】
濃縮物槽３の濃縮物３０はポンプ３７により系路３８から供給装置４１に送り、ここで空気供給路４２から送られる空気および必要により燃料供給路４３から送られる補助燃料と混合し、混合流を焼却炉４に供給して燃焼を行う。
供給装置４１から供給される混合流は高温の焼却炉内で着火して燃焼する。これにより濃縮物中の有機物、アンモニアその他の可燃物は焼却される。この焼却工程では前の濃縮工程で濃縮されて熱量の高くなった濃縮物が燃焼するため、濃縮物の持つ熱量だけで燃焼可能なときは補助燃料を使うことなく燃焼を行い、有機物とともにアンモニアも分解することができる。
燃焼炉の燃焼ガスは煙道４４から排煙処理装置５に入り、ここで洗煙水路５１から入る洗煙水と接触して洗煙され、有害物を除去された排ガスは排ガス路５２から排出され、洗煙排水は洗煙排水路５３から排出され、別途処理される。
【００２９】
図２は他の実施形態の処理装置を示すフロー図である。この実施形態では基本的な構成は図１とほぼ同様となっており、相違点は濃縮装置２から凝縮水を取り出す系路２７に熱交換器５６、５７および触媒反応槽５８が設けられていることと、図１における膜分離装置２８、吸着槽３６および系路３３、３４が省略されていることである。
【００３０】
図２の装置による処理方法は、図１の場合とほぼ同様に行われるが、濃縮装置２から取り出される凝縮水は熱交換器５６で加熱した後、熱交換器５７において蒸気供給路６０から供給する蒸気により加熱して触媒反応槽５８において触媒層５９を通過させることにより、アンモニアおよび有機物が分解し、熱交換器５６、１２を通して系路３９から凝縮水を排出する点が相違している。これにより膜分離の操作は省略される。
【００３１】
上記の実施形態において、濃縮装置２として循環式の蒸発濃縮装置を示したが液膜式、浸管式、フラッシュ式など他の蒸発形式の蒸発濃縮装置を用いてもよい。また濃縮装置から得られる凝縮水の処理には、図１および図２に示される膜分離、触媒酸化のほかに、イオン交換、凝縮、生物処理など他の処理手段が採用できる。また焼却炉４に代えて液中燃焼法その他の浄化装置が使用できる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３３】
実施例１
し尿処理場から採取した生し尿と浄化槽汚泥の混合物（表１に性状を示す）のｐＨを調整して１literのフラスコにとり、マントルヒーターで加熱して沸騰させ濃縮した。蒸気は水を流した冷却器で冷却し、凝縮水を回収し分析した。濃縮試験結果を表２に示す。
【００３４】
表２に示すように、生し尿および浄化槽汚泥の混合物をそのまま蒸発処理すると（Ｒｕｎ−１）、沸騰直前から発泡が始まった。沸騰開始とともに著しく発泡し、混合物はフラスコから冷却管側にまで移行し、濃縮作業を続けることはできなかった。これに対して、消泡剤としてクリレス７１０（栗田工業（株）製、商標）を２００ｍｇ／ｌ添加して蒸発を行った場合（Ｒｕｎ−２）は、発泡せず、通常の沸騰状態を示した。
【００３５】
また塩酸でｐＨ６．０〜４．５（Ｒｕｎ−３、４、６）、硫酸でｐＨ５．０（Ｒｕｎ−５）とした場合には発泡せず、通常の沸騰状態を示した。本実施例では７倍濃縮としたが、濃縮倍数をさらに高くすることも可能であった。凝縮水中のアンモニア濃度を比較すると、ｐＨが低いほど低くなっているが、ｐＨ５．０以下で特に低くなり、アンモニアの蒸発抑制ができていることがわかる。Ｒｕｎ−５では、フラスコと冷却器の間にガラス製でらせん状の充填物を含む分留管を設置した。凝縮水中のＴＯＣが低減できていることがわかる。
【００３６】
【表１】
0004465786.tif 000002
【００３７】
【表２】
0004465786.tif 000003
【００３８】
実施例２
実施例１のＲｕｎ−５で得られた濃縮物（ＴＯＣ：２６６００ｍｇ／ｌ、ＮＨ4+：１２７００ｍｇ／ｌ）について、流動床式焼却炉を用いて焼却試験を行ったところ、有機物、アンモニア等の可燃物を焼却することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の処理装置のフロー図である。
【図２】他の実施形態の処理装置のフロー図である。
【符号の説明】
１  被処理物槽
２  濃縮装置
３  濃縮物槽
４  焼却炉
５  排煙処理装置
６  粉砕機
７  被処理物供給路
８  ｐＨ調整剤供給路
９  種晶供給路
１０、１３  被処理物
１２、５６、５７  熱交換器
１４  蒸気
１５  本体
１６  熱交換管
１７  熱交換部
１８  分配部
２１、３７、４２  ポンプ
２２  分配器
２３  ミスト除去部材
２５  コンプレッサ
２８  膜分離装置
２９  濃縮室
３０  濃縮物
３１  逆浸透膜
３２  透過室
３５  活性炭
３６  吸着槽
４１  供給装置
４２  空気供給路
４３  燃料供給路
４４  煙道
５１  洗煙水路
５２  排ガス路
５３  洗煙排水路
５８  触媒反応槽
５９  触媒層
【図１】
0004465786.tif 000004
【図２】
0004465786.tif 000005