(57)【要約】      （修正有）【課題】既設の処理設備に有用な改善設備として利用でき、燃料費の高騰を抑制できる汚泥処理方法の提供。【解決手段】原汚泥Ａの脱水工程ＳＴＰ１と、脱水汚泥Ｂに加水したスラリー状汚泥Ｃをメタン発酵させ消化汚泥Ｄを得るメタン発酵工程ＳＴＰ３と、消化汚泥Ｄを第１消化汚泥Ｄ１と第２消化汚泥Ｄ２とに分ける工程ＳＴＰ４と、第１消化汚泥Ｄ１の減圧脱気工程ＳＴＰ５と、高温蒸気Ｆで真空状態を形成しＳＴＰ６、濃縮消化汚泥を高温蒸気と共にメタン発酵工程ＳＴＰ３に戻す工程ＳＴＰ７と、第２消化汚泥Ｄ２を消化脱水汚泥Ｇと汚泥分離液Ｈとに分離する脱水分離処理工程ＳＴＰ８とを有する方法。或いは、メタン発酵から出る消化汚泥の減圧脱気工程ＳＴＰ５と、高温蒸気で真空状態を形成し得られた混相流体Ｅを分岐する工程と、分岐された第１混相流体をメタン発酵に戻す工程と、第２混相流体を脱水分離処理に戻す工程とを有する方法。【選択図】図１
2016019966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水工程と、
前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化工程と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵工程と、
前記メタン発酵工程から出る前記消化汚泥を第１消化汚泥と第２消化汚泥に分岐する分岐工程と、
前記分岐工程で分岐された前記第１消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気工程と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成工程と、
前記脱気汚泥を前記高温蒸気及び前記脱気ガスとともに前記メタン発酵工程に戻す工程と、
前記分岐工程において分岐した第２消化汚泥を消化脱水汚泥と汚泥分離液に分離する脱水分離処理工程と、
を有する汚泥処理方法。
【請求項２】
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水工程と、
前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化工程と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵工程と、
前記メタン発酵工程から出る前記消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気工程と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成工程と、
前記脱気汚泥、前記高温蒸気及び前記脱気ガスからなる混相流体を第１混相流体と第２混相流体とに分岐する混相流体分岐工程と、
前記混相流体分岐工程によって分岐された第１混相流体を前記メタン発酵工程に戻す工程と、
前記混相流体分岐工程によって分岐された第２混相流体を脱水分離処理工程に導入する移行処理工程と、
前記移行処理工程により供給された第２混相流体から消化脱水汚泥と汚泥分離液とを分離する脱水分離処理工程と、
を有する汚泥処理方法。
【請求項３】
前記脱水分離処理工程において発生する処理後の前記汚泥分離液を、常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に移動させて分離汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記固液分離工程の下流において、減圧下で前記分離汚泥中の溶存ガスを発泡させ、この分離汚泥を発泡ガスと同伴させて浮上を図り、濃縮汚泥を得る浮上濃縮工程とからなる減圧濃縮工程と、
前記減圧濃縮工程で分離された前記濃縮汚泥を脱気し、脱気汚泥と分離気体を得る固気分離工程と、
前記固液分離工程によって得られた分離液を加圧して、その加圧分離液を動作流体として用いて、前記固液分離工程での減圧及び前記固気分離工程での脱気に利用するための真空状態を形成する第２真空形成工程と、
前記第２真空形成工程での分離液と前記固気分離工程での分離気体が一体となった気液体に対して気液分離処理を施し、その処理後の分離液を前記液化工程に戻す工程と、
を有する請求項１又は２記載の汚泥処理方法。
【請求項４】
さらに、前記固気分離工程で得られた脱気汚泥を前記脱水分離処理工程に戻す第３再処理工程を有する請求項３記載の汚泥処理方法。
【請求項５】
さらに、前記脱水工程において処理後の前記脱水汚泥に、粉砕炭化物を混入させる第１炭化物供給工程を備える請求項１〜４のいずれか一項記載の汚泥処理方法。
【請求項６】
さらに、前記脱水分離処理工程において処理後の前記汚泥分離液に、粉砕炭化物を混入させる第２炭化物供給工程を備える請求項１〜５のいずれか一項記載の汚泥処理方法。
【請求項７】
さらに、前記分岐工程で分岐された前記第１消化汚泥又は前記メタン発酵工程から出る前記消化汚泥に、粉砕炭化物を混入させる第３炭化物供給工程を備える請求項１〜６のいずれか一項記載の汚泥処理方法。
【請求項８】
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水装置と、
前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化装置と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵装置と、
前記メタン発酵装置から出る前記消化汚泥を第１消化汚泥と第２消化汚泥とに分岐する分岐装置と、
前記分岐装置で分岐された第１消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気装置と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成装置と、
前記脱気汚泥を前記高温蒸気及び前記脱気ガスとともに前記メタン発酵装置に戻す経路と、
前記分岐装置において分岐した第２消化汚泥を消化脱水汚泥と汚泥分離液とに分離する脱水分離処理装置と、
を有する汚泥処理システム。
【請求項９】
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水装置と、
前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化装置と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵装置と、
前記メタン発酵装置から出る前記消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気装置と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成装置と、
前記脱気汚泥、前記高温蒸気及び前記脱気ガスからなる混相流体を第１混相流体と第２混相流体とに分岐する混相流体分岐装置と、
前記混相流体分岐装置によって分岐された第１混相流体を前記メタン発酵装置に戻す経路と、
前記混相流体分岐装置によって分岐された第２混相流体を脱水分離処理装置に戻す移行処理経路と、
前記移行処理経路を介して供給された第２混相流体から消化脱水汚泥と汚泥分離液とを分離する脱水分離処理装置と、
を有する汚泥処理システム。
【請求項１０】
前記脱水分離処理装置において発生する処理後の前記汚泥分離液を、常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に移動させて分離汚泥と分離液に分離する固液分離装置と、前記固液分離装置の下流において、減圧下で前記分離汚泥中の溶存ガスを発泡させ、この分離汚泥を発泡ガスと同伴させて浮上を図り、濃縮汚泥を得る浮上濃縮装置とからなる減圧濃縮装置と、
前記減圧濃縮工程で分離された前記濃縮汚泥を脱気し、脱気汚泥と分離気体を得る固気分離装置と、
前記固液分離装置によって得られた分離液を加圧して、その加圧分離液を動作流体として用いて、前記固液分離工程での減圧及び前記固気分離工程での脱気に利用するための真空状態を形成する第２真空形成装置と、
前記第２真空形成装置での分離液と前記固気分離工程での分離気体が一体となった気液体に対して気液分離処理を施し、その処理後の分離液を前記液化装置に戻す経路と、
を有する請求項８又は９記載の汚泥処理システム。
【請求項１１】
さらに、前記固気分離装置で得られた脱気汚泥を前記脱水分離処理装置に戻す第３再処理経路を有する請求項１０記載の汚泥処理システム。
【請求項１２】
さらに、前記脱水装置において処理後の前記脱水汚泥に、粉砕炭化物を混入させる第１炭化物供給装置を備える請求項８〜１１のいずれか一項記載の汚泥処理システム。
【請求項１３】
さらに、前記脱水分離処理装置から送り出される処理後の前記汚泥分離液に、粉砕炭化物を混入させる第２炭化物供給装置を備える請求項８〜１２のいずれか一項記載の汚泥処理システム。
【請求項１４】
さらに、前記分岐装置で分岐された前記第１消化汚泥又は前記メタン発酵装置から出る前記消化汚泥に、粉砕炭化物を混入させる第３炭化物供給装置を備える請求項８〜１３のいずれか一項記載の汚泥処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥処理方法及び汚泥処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥等から乾燥汚泥にするのに、従来は、汚泥脱水槽に貯留した脱水汚泥を原汚泥として、直接乾燥する処理が行われていた。具体的には、図１に示すフローで説明すると、脱水工程ＳＴＰ１から排出される脱水汚泥Ｂ（湿重基準で含水率約８０％）をいきなり乾燥工程ＳＴＰ９において乾燥汚泥Ｊにして、排出していた。
また、メタン発酵を利用して、原汚泥の固形量を減少させると共に、発生したメタンガス等の消化ガスを燃料として利用する方法もある。その構成としては、汚泥を消化槽において消化処理し、消化汚泥を脱水する脱水機と、脱水汚泥を乾燥する乾燥機とを備え、乾燥後に乾燥汚泥として排出するものである（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成においては、消化槽において消化処理し得る汚泥の固形量の減少にも限度があり、その後、消化汚泥を脱水機で脱水処理し、乾燥機によって乾燥して、乾燥汚泥として排出するにあたり、乾燥機に使用するＬＮＧ燃料や重油等の燃料費が嵩む現状があった。
【０００５】
本発明の目的は、下水汚泥等の原汚泥を脱水汚泥として回収集積する工程と、それらを乾燥汚泥として排出する工程との間に、効果的な処理工程を介在させることによって、回収集積した脱水汚泥をそのまま乾燥して排出していた既設の処理設備においても、有用な改善設備として利用でき、燃料費の高騰を抑制できる汚泥処理方法及び汚泥処理システムを提供する点にある。また、本発明で生成される消化ガスの利用方法としては、乾燥用の補助燃料に利用する方法に限定するものではなく、消化ガス発電用の燃料として利用する場合も想定される。この場合は、本発明は消化ガス発電システムにおける省コスト化や発電量増大策として有効である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（構成）
本発明の請求項１に記載の発明は、
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水工程と、
前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化工程と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵工程と、
前記メタン発酵工程から出る前記消化汚泥を第１消化汚泥と第２消化汚泥とに分岐する分岐工程と、
前記分岐工程で分岐された前記第１消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気工程と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成工程と、
前記脱気汚泥を前記高温蒸気及び前記脱気ガスとともに前記メタン発酵工程に戻す工程（第１再処理工程）と、
前記分岐工程において分岐した第２消化汚泥を消化脱水汚泥と汚泥分離液に分離する脱水分離処理工程と、
を有することを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【０００７】
〔作用効果〕
（１）原汚泥の脱水工程から直ちに乾燥工程に移るのではなく、上記のように、メタン発酵工程を経ることにより、乾燥工程における汚泥の処理量を少なくできる。また、メタン発酵工程の前に液化工程を導入することによって、脱水工程において処理された脱水汚泥の含水率をメタン発酵に最適な状態にすることができる。
【０００８】
（２）さらに、メタン発酵工程において処理された消化汚泥を分割して、分割した一方の第１消化汚泥を減圧脱気工程において脱気する。これにより、汚泥中のメタン発酵を阻害するアンモニアガス濃度が低下するので、メタン発酵の消化率を向上させ得る。脱気された汚泥（脱気汚泥）とその汚泥から抽出されたガス（脱気ガス）は、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成している第１真空形成工程に、その真空状態を利用して減圧吸引される。この脱気汚泥を噴出された高温蒸気と真空条件下で接触させ、次いで大気圧下に解放することで、高温蒸気の凝縮発熱と凝縮衝撃作用により、前記脱気汚泥の加熱と分解が生じ、加熱及び可溶化された脱気汚泥が得られると同時に、メタン菌の細胞破壊が生じる。  
このように、脱気汚泥を加熱及び可溶化することにより、メタン発酵に適した温度条件で、低粘度で流動性が高い汚泥が得られ、メタン発酵における消化速度や消化率を飛躍的に向上させることができる。また、汚泥中のメタン菌細胞を細胞破壊することにより、細胞内物質が再びメタン菌の餌として有機物分解される。
以上のとおり、第１真空形成工程は、高温蒸気を高速で噴出させるという一つの操作で、減圧脱気工程における第一消化汚泥の脱気及び減圧吸引に加え、さらに、メタン発酵促進につながる汚泥の加熱及び可溶化並びにメタン菌の細胞破壊を生じ、エネルギーの効果的かつ効率的な利用を達成するものである。
【０００９】
（３）一方、前記可溶化された脱気汚泥は、前記高温蒸気と前記脱気ガスともに、第１再処理工程により前記メタン発酵工程に戻され、メタン発酵工程には、加熱された可溶化脱気汚泥とともに、脱気抽出されたメタンガス、炭酸ガスやアンモニアガスが投入される。加熱された可溶化脱気汚泥がメタン発酵工程に投入されると、発酵槽内の温度が上昇して、高温メタン発酵が可能になり、消化槽内のスラリー状汚泥に可溶化された脱気汚泥を混入しても、処理対象となる汚泥の粘性は余り高くならない。
従って、メタン発酵を受ける処理汚泥の撹拌抵抗が小さくなり、撹拌による混合が普く全域に行き渡り、高温状態と相俟って、メタン発酵作用が促進されて、短期間でメタン発酵が終了し、固形物の減量化が達成される。
【００１０】
〔構成〕
本発明の請求項２に記載の発明は、
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水工程と、
前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化工程と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵工程と、
前記メタン発酵工程から出る前記消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気工程と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成工程と、
前記脱気汚泥、前記高温蒸気及び前記脱気ガスからなる混相流体を第１混相流体と第２混相流体とに分岐する混相流体分岐工程と、
前記混相流体分岐工程によって分岐された第１混相流体を前記メタン発酵工程に戻す工程（第４再処理工程）と、
前記混相流体分岐工程によって分岐された第２混相流体を脱水分離処理工程に導入する移行処理工程と、
前記移行処理工程により供給された第２混相流体から消化脱水汚泥と汚泥分離液とを分離する脱水分離処理工程と、
を有することを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００１１】
〔作用効果〕
第１真空形成工程において高温蒸気の凝縮作用等を受けた脱気汚泥、高温蒸気及び脱気ガスからなる混相流体は、混相流体分岐装置において第１混相流体及び第２混相流体に分岐されるが、前記混相流体は下記のような効果を有する。
【００１２】
（１）第４再処理工程により第１混相流体が供給されたメタン発酵装置内では、処理汚泥の粘性が低下し、低圧に維持されるので、撹拌抵抗が低い。従って、混練効果を高めることができ、メタン菌が幅広く汚泥に作用する。また、高温蒸気による凝縮発熱作用により、メタン発酵の最適温度が維持される。このように、メタン発酵工程では、高温で、かつ撹拌効果によって効率的に消化が促進され、発酵処理日数の短縮が可能になる。
（２）メタン発酵工程には第１真空形成工程で減圧脱気されたアンモニアガスを含むガスと汚泥が分離して流入するため、消化槽上部空間内においてメタン発酵の促進を害するアンモニアガスが排出される。所謂、アンモニアストリッピングの効果を奏する。
【００１３】
（３）移行処理工程により脱水分離処理工程に供給された第２混相流体は、単にメタン発酵工程から排出されるものとは異なり、第１真空形成工程での作用を受けているので、脱水分離処理装置での脱水効率を高めるものである。
つまり、第１真空形成工程において、消化汚泥は蒸気が発する超音波等の凝縮衝撃（キャビデーション）を受け、組織が破壊されている。その為に、第２混相流体に含まれる汚泥の含水率が５〜１０％低下しており、消化汚泥の脱水性が改善され、容易に脱水されやすくなっている。
【００１４】
〔構成〕
本発明の請求項３に記載の発明は、
前記脱水分離処理工程において発生する処理後の前記汚泥分離液を、常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に移動させて分離汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記固液分離工程の下流において、減圧下で前記分離汚泥中の溶存ガスを発泡させ、この分離汚泥を発泡ガスと同伴させて浮上を図り、濃縮汚泥を得る浮上濃縮工程とからなる減圧濃縮工程と、
前記減圧濃縮工程で分離された前記濃縮汚泥を脱気し、脱気汚泥と分離気体を得る固気分離工程と、
前記固液分離工程によって得られた分離液を加圧して、その加圧分離液を動作流体として用いて、前記固液分離工程での減圧及び前記固気分離工程での脱気に利用するための真空状態を形成する第２真空形成工程と、
前記第２真空形成工程での分離液と前記固気分離工程での分離気体が一体となった気液体に対して気液分離処理を施し、その処理後の分離液を前記液化工程に戻す工程（第２再処理工程）と、
を有することを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００１５】
〔作用効果〕
（１）脱水分離処理工程において分離された汚泥分離液をそのまま外部に排出するのではなく、固液分離工程及び浮上濃縮工程からなる減圧濃縮工程で減圧濃縮を行って、再度、濃縮汚泥と分離液を分けて取り出す。
【００１６】
（２）減圧濃縮工程における固液分離工程で得られた分離液は、第２真空形成工程に送られて、真空状態を作り出す動作流体として機能する。従って、第２真空形成工程において、動作流体を系外から調達する必要はない。
【００１７】
（３）減圧濃縮工程における固液分離工程及び浮上濃縮工程を経て得られた濃縮汚泥は固気分離工程に送られ、更に、気体（分離気体）と固体（脱気汚泥）とに分離される。分離気体は、第２真空形成工程に吸入され、固液分離工程から投入された分離液とともに第２真空形成工程から気液分離工程に送られ、分離液と脱気ガスに分離される。
この分離液は、液化工程に戻されて、液化の為に使用されるが、一部は第２真空形成工程において還流させるためにも使用される。また、液化工程はこの戻り分離液のみで賄われているので、ここでも、系外からの補給は必要ではない。
以上のとおり、上記の汚泥濃縮方法は、固液分離工程及び浮上濃縮工程からなる減圧濃縮工程、固気分離工程並びに真空形成工程を組合わせて処理することにより、十分な汚泥濃縮の効率化、汚泥濃縮操作の連続高速化、エネルギーの効果的かつ効率的利用を、簡素でコンパクトな構成により達成することができる。
【００１８】
〔構成〕
本発明の請求項４に記載の発明は、
さらに、前記固気分離工程で得られた脱気汚泥を前記脱水分離処理工程に戻す第３再処理工程、
を有することを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００１９】
〔作用効果〕
減圧濃縮工程で得られた濃縮汚泥は固気分離工程に送られ、更に、分離気体と脱気汚泥とに分離される。分離された脱気汚泥の凝集体は、再度、脱水分離処理工程に戻されて、汚泥の回収効率を上げることができる。
特に、脱水分離処理工程から排出される汚泥分離水の浮遊物（ｓｓ）の凝集度に比べて、減圧濃縮工程を経て脱水分離処理工程に戻ってくる脱気汚泥は浮遊物（ｓｓ）の凝集度が高いので、濾過等を利用した脱水処理の効率を向上させて、脱水分離処理工程での消化脱水汚泥の生成を容易にする。
【００２０】
本発明の請求項５に記載の発明は、
さらに、前記脱水工程において処理後の前記脱水汚泥に、粉砕炭化物を混入させる第１炭化物供給工程を備えることを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００２１】
〔作用効果〕
脱水汚泥に混入させた粉砕炭化物は液化工程に投入され、スラリー状汚泥に混ざってメタン発酵槽内に入ることによって、次のような効果が生じる。
（１）粉砕炭化物にメタン菌が付着し、メタン発酵槽内のメタン菌の濃度を高めてメタン発酵を良好に進めることができる。
（２）炭化物が有機物と混合されることによって、消化される汚泥の粘性抵抗が低下し、撹拌抵抗が小さくなる。
【００２２】
本発明の請求項６に記載の発明は、
さらに、前記脱水分離処理工程から送り出される処理後の前記汚泥分離液に、粉砕炭化物を混入させる第２炭化物供給工程を備えることを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００２３】
〔作用効果〕
粉砕炭化物が汚泥分離液に混ざって減圧濃縮工程に送り込まれると、炭化物が核となって、次のような効果が生じる。
（１）固液分離工程において、汚泥分離液内の有機物の凝集を良くして、固液固液分離を迅速に行い得る。
（２）浮上濃縮工程において、凝集物を拡大にさせ、浮上濃縮を良好に行い得る。
【００２４】
本発明の請求項７に記載の発明は、
さらに、前記分岐工程で分岐された前記第１消化汚泥又は前記メタン発酵工程から出る前記消化汚泥に、粉砕炭化物を混入させる第３炭化物供給工程を備えることを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００２５】
〔作用効果〕
粉砕炭化物が、分岐工程で分岐された第１消化汚泥に混ざって、第１再処理工程より再びメタン発酵工程に入ること、又はメタン発酵工程から出る消化汚泥に混ざって、第４再処理工程より再びメタン発酵工程に入ることによって、次のような効果が生じる。
（１）この粉砕炭化物が第１消化汚泥又は消化汚泥に混合されることによって、汚泥の粘性が低下し、減圧脱気工程を行う減圧脱気装置へ搬送しやすい。
（２）一方、メタン発酵工程においては、粉砕炭化物にメタン菌が住み込むことによって、メタン菌を保有した状態の炭化物に変化させることができるので、担体としての機能を高めることができる。また、炭化物と汚泥との混合により汚泥の粘性が低下することになり、メタン発酵装置内での撹拌抵抗の低下によるエネルギー消費の低減並びにメタン発酵期間の短縮等に寄与できる。
【００２６】
〔構成〕
本発明の請求項８に記載の発明は、
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水装置と、
前記脱水汚泥に対して加水してスラリー状汚泥を得る液化装置と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵装置と、
前記メタン発酵装置から出る前記消化汚泥を第１消化汚泥と第２消化汚泥とに分岐する分岐装置と、
前記分岐装置で分岐された第１消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気装置と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成装置と、
前記脱気汚泥を前記高温蒸気及び前記脱気ガスとともに前記メタン発酵装置に戻す経路（第１再処理管路）と、
前記分岐装置において分岐した第２消化汚泥を消化脱水汚泥と汚泥分離液とに分離する脱水分離処理装置と、
を有することを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００２７】
〔作用効果〕
（１）原汚泥を、脱水装置から直ちに乾燥装置で処理するのではなく、上記のように、メタン発酵装置での処理を行うことによって、乾燥装置における汚泥の処理量を少なくできる。また、脱水装置において処理された脱水汚泥を、メタン発酵装置で処理する前に液化装置で加水することによって、脱水汚泥の含水率をメタン発酵に最適な状態にすることができる。
【００２８】
（２）さらに、メタン発酵装置から排出される消化汚泥を分割して、分割した一方の第１消化汚泥から減圧脱気装置によってアンモニアガス等の溶解ガスを脱気する。これにより、汚泥中のメタン発酵を阻害するアンモニアガス濃度が低下するので、メタン発酵の消化率を向上させ得る。さらに、脱気された汚泥（脱気汚泥）とその汚泥から抽出されたガス(脱気ガス)は、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成している第１真空形成装置に、その真空状態を利用して減圧吸引される。この脱気汚泥を噴出された高温蒸気と真空条件下で接触させ、次いで大気圧下に解放することで、高温蒸気の凝縮発熱と凝縮衝撃作用により、前記脱気汚泥の加熱と分解が生じ、加熱及び可溶化された脱気汚泥が得られると同時に、メタン菌の細胞破壊が生じる。このように、脱気汚泥を加熱及び可溶化することにより、メタン発酵に適した温度条件で、低粘度で流動性が高い汚泥が得られ、メタン発酵における消化速度や消化率を飛躍的に向上させることができる。また、汚泥中のメタン菌細胞を細胞破壊することにより、細胞内物質が再びメタン菌の餌として有機物分解される。
以上のとおり、第１真空形成装置は、高温蒸気を高速で噴出させるという一つの操作で、減圧脱気工程における第一消化汚泥の脱気及び減圧吸引に加え、さらに、メタン発酵促進につながる汚泥の加熱及び可溶化並びにメタン菌の細胞破壊を生じ、エネルギーの効果的かつ効率的な利用を達成するものである。
【００２９】
（３）一方、前記可溶化された脱気汚泥は、前記高温蒸気と前記脱気ガスともに、第１再処理管路により前記メタン発酵装置に戻され、メタン発酵工程には、加熱された可溶化脱気汚泥とともに、脱気抽出されたメタンガス、炭酸ガスやアンモニアガスが投入される。
加熱された可溶化脱気汚泥がメタン発酵工程に投入されると、発酵槽内の温度が上昇して、高温メタン発酵が可能になり、消化槽内のスラリー状汚泥に可溶化された脱気汚泥を混入したとしても、処理対象となる汚泥の粘性は余り高くならない。
従って、メタン発酵を受ける処理汚泥の撹拌抵抗が小さくなるので、撹拌による混合が普く全域に行き渡り、さらに、高温状態と相俟って、メタン発酵作用が促進されて短期間でメタン発酵が終了し、固形物の減量化が達成される。
【００３０】
〔構成〕
本発明の請求項９に記載の発明は、
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水装置と、
前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化装置と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵装置と、
前記メタン発酵装置から出る前記消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気装置と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成装置と、
前記脱気汚泥、前記高温蒸気及び前記脱気ガスからなる混相流体を第１混相流体と第２混相流体とに分岐する混相流体分岐装置と、
前記混相流体分岐装置によって分岐された第１混相流体を前記メタン発酵装置に戻す経路（第４再処理経路）と、
前記混相流体分岐装置によって分岐された第２混相流体を脱水分離処理装置に戻す移行処理経路と、
前記移行処理経路を介して供給された第２混相流体から消化脱水汚泥と汚泥分離液とを分離する脱水分離処理装置と、
を有することを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００３１】
〔作用効果〕
第１真空形成工程において高温蒸気の凝縮作用等を受けた脱気汚泥、高温蒸気及び脱気ガスからなる混相流体は、混相流体分岐装置において第１混相流体及び第２混相流体に分岐されるが、前記混相流体は下記のような効果を有する。
（１）第４再処理経路を介して第１混相流体が供給されたメタン発酵装置内では、処理汚泥の粘性が低下し、低圧に維持されるので、撹拌抵抗が低い。従って、混練効果を高めることができ、メタン菌が幅広く汚泥に作用する。また、高温蒸気による凝縮発熱作用により、メタン発酵の最適温度が維持される。このように、メタン発酵装置では、高温で、かつ撹拌効果によって効率的に消化が促進され、発酵処理日数の短縮が可能になる。
（２）メタン発酵装置には第１真空形成装置で減圧脱気されたアンモニアガスを含むガスと汚泥が分離して流入するため、消化槽上部空間内においてメタン発酵の促進を害するアンモニアガスが排出される。所謂、アンモニアストリッピングの効果を奏する。
【００３２】
（３）移行処理経路を介して脱水分離処理装置に供給された第２混相流体は、単にメタン発酵装置から排出されるものとは異なり、第１真空形成装置での作用を受けているので、脱水分離処理装置での脱水効率を高めるものである。
つまり、第１真空形成装置において、消化汚泥は蒸気が発する超音波等の凝縮衝撃（キャビデーション）を受け、組織が破壊されている。その為に、第２混相流体に含まれる汚泥の含水率が５〜１０％低下しており、消化汚泥の脱水性が改善され、容易に脱水されやすくなっている。
【００３３】
〔構成〕
本発明の請求項１０に記載の発明は、
前記脱水分離処理装置において発生する処理後の前記汚泥分離液を、常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に移動させて分離汚泥と分離液に分離する固液分離装置と、前記固液分離装置の下流において、減圧下で前記分離汚泥中の溶存ガスを発泡させ、この分離汚泥を発泡ガスと同伴させて浮上を図り、濃縮汚泥を得る浮上濃縮装置とからなる減圧濃縮装置と、
前記減圧濃縮工程で分離された前記濃縮汚泥を脱気し、脱気汚泥と分離気体を得る固気分離装置と、
前記固液分離装置によって得られた分離液を加圧して、その加圧分離液を動作流体として用いて、前記固液分離装置での減圧及び前記固気分離装置での脱気に利用するための真空状態を形成する第２真空形成装置と、
前記第２真空形成装置での分離液と前記固気分離装置での分離気体が一体となった気液体に対して気液分離処理を施し、その処理後の分離液を前記液化装置に戻す経路（第２再処理経路）と、
を有することを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００３４】
〔作用効果〕
（１）脱水分離処理装置において分離された汚泥分離液をそのまま外部に排出するのではなく、固液分離装置及び浮上濃縮装置からなる減圧濃縮装置で減圧濃縮を行って、再度、濃縮汚泥と分離液を分けて取り出す。
【００３５】
（２）減圧濃縮装置における固液分離装置で得られた分離液は、第２真空形成装置に送られて、真空状態を作り出す動作流体として機能する。従って、第２真空形成装置において、動作流体を系外から調達する必要はない。
【００３６】
（３）減圧濃縮装置を構成する固液分離装置及び浮上濃縮装置より得られた濃縮汚泥は固気分離装置に送られ、更に、気体（分離気体）と固体（脱気汚泥）とに分離される。分離気体は、第２真空形成装置によって吸入され、固液分離装置から投入された分離液とともに第２真空形成装置から気液分離装置に送られ、分離液と脱気ガスに分離される。
この分離液は、液化装置に戻されて、液化の為に使用されるが、一部は第２真空形成装置において還流させるためにも使用される。また、液化装置はこの戻り分離液のみで賄われているので、ここでも、系外からの補給は必要ではない。
以上のとおり、上記の汚泥濃縮システムは、固液分離装置及び浮上濃縮装置からなる減圧濃縮装置、固気分離装置並びに真空形成装置を組合わせて処理することにより、十分な汚泥濃縮の効率化、汚泥濃縮操作の連続高速化、エネルギーの効果的かつ効率的利用を、簡素でコンパクトな構成により達成することができる。
【００３７】
本発明の請求項１１に記載の発明は、
さらに、前記固気分離装置で得られた脱気汚泥を前記脱水分離処理装置に戻す第３再処理経路、
を有することを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００３８】
〔作用効果〕
減圧濃縮装置で得られた濃縮汚泥は固気分離装置に送られ、更に、分離気体と脱気汚泥固体とに分離される。分離された脱気汚泥の凝集体は、再度、脱水分離処理装置に戻されて、汚泥の回収効率を上げることができる。
特に、脱水分離処理装置から排出される汚泥分離水の浮遊物（ｓｓ）の凝集度に比べて、減圧濃縮装置を経て脱水分離処理装置に戻ってくる脱気汚泥は浮遊物（ｓｓ）の凝集度が高いので、濾過や遠心分離等の方法を利用した脱水処理の効率を向上させて、脱水分離処理装置での消化脱水汚泥の生成を容易にする。
【００３９】
本発明の請求項１２に記載の発明は、
さらに、前記脱水装置において処理後の前記脱水汚泥に、粉砕炭化物を混入させる第１炭化物供給装置を備えることを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００４０】
〔作用効果〕
脱水汚泥に混入させた粉砕炭化物は液化装置に投入され、スラリー状汚泥に混ざってメタン発酵槽内に入ることによって、次のような効果が生じる。
（１）粉砕炭化物にメタン菌が付着し、メタン発酵槽内のメタン菌の濃度を高めてメタン発酵を良好に進めることができる。
（２）炭化物が有機物と混合されることによって、消化される汚泥の粘性抵抗が低下し、撹拌抵抗が小さくなる。
【００４１】
本発明の請求項１３に記載の発明は、
さらに、前記脱水分離処理装置から送り出される処理後の前記汚泥分離液に、粉砕炭化物を混入させる第２炭化物供給装置を備えることを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００４２】
〔作用効果〕
粉砕炭化物が汚泥分離液に混ざって減圧濃縮装置に送り込まれると、炭化物が核となって、次のような効果が生じる。
（１）固液分離装置において、汚泥分離液内の有機物の凝集を良くして、固液固液分離を迅速に行い得る。
（２）浮上濃縮装置において、凝集物を拡大にさせ、浮上濃縮を良好に行い得る。
【００４３】
本発明の請求項１４に記載の発明は、
さらに、前記分岐装置で分岐された前記第１消化汚泥又は前記メタン発酵装置から出る前記消化汚泥に、粉砕炭化物を混入させる第３炭化物供給装置を備えることを特徴とし、その作用効果は次の通りである。
【００４４】
〔作用効果〕
粉砕炭化物が、分岐装置で分岐された第１消化汚泥に混ざって、第１再処理経路より再びメタン発酵槽内に入ること、又はメタン発酵装置から出る消化汚泥に混ざって、第４再処理経路より再びメタン発酵槽内に入ることによって、次のような効果が生じる。
（１）この粉砕炭化物が第１消化汚泥又は消化汚泥に混合されることによって、汚泥の粘性が低下し、減圧脱気装置へ搬送しやすい。
（２）一方、メタン発酵装置においては、粉砕炭化物にメタン菌が住み込むことによって、メタン菌を保有した状態の炭化物に変化させることができるので、担体としての機能を高めることができる。また、炭化物と汚泥との混合により汚泥の粘性が低下することになり、メタン発酵装置内での撹拌抵抗の低下によるエネルギー消費の低減並びにメタン発酵期間の短縮等に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る汚泥処理方法を示すフロー図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る汚泥処理システムの前半部（第１段階）を示す概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る汚泥処理システムの後半部（第２段階）を示す概略構成図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係る汚泥処理方法を示すフロー図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る汚泥処理システムの前半部（第１段階）を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
（第１実施形態）
本発明の汚泥処理方法について以下で詳細に説明する。汚泥処理方法は、二段階に構成されている。第１段階は、原汚泥より乾燥汚泥を作り出すものである。第２段階は、脱水分離処理工程で処理された消化汚泥より分離した汚泥分離液を第１段階の処理系内で再利用するものについて言及する。
【００４７】
（第１段階）
汚泥処理方法の第１段階は、
脱水装置の汚泥ホッパに集積された下水汚泥等を原汚泥として、それらに脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水工程と、
前記脱水汚泥に粉砕炭化物を混合する第１炭化物供給工程と、
前記粉砕炭化物が混合された前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化工程と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵工程と、
前記メタン発酵工程から出る前記消化汚泥を第１消化汚泥と第２消化汚泥とに分岐する分岐工程と、
前記分岐工程で分岐された第１消化汚泥に粉砕炭化物を混合する第３炭化物供給工程と、
前記粉砕炭化物が混合された前記第１消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気工程と、
前  記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成工程と、
前記脱気汚泥と前記高温蒸気及び前記脱気ガスからなる混相流体を前記メタン発酵工程に戻す第１再処理工程と、
前記分岐工程において分岐した第２消化汚泥を消化脱水汚泥と汚泥分離液に分離する脱水分離処理工程と、
前記消化脱水汚泥を乾燥し乾燥汚泥とする乾燥工程と、
を有する。
【００４８】
（第２段階）
汚泥処理方法の第２段階は、
前記脱水分離処理工程において発生する処理後の前記汚泥分離液に粉砕炭化物を供給する第２炭化物供給工程と、
前記粉砕炭化物が混合された前記汚泥分離液を、常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に移動させて分離汚泥と分離液に分離する固液分離工程と、前記固液分離工程の下流において、減圧下で前記分離汚泥中の溶存ガスを発泡させ、この分離汚泥を発泡ガスと同伴させて浮上を図り、濃縮汚泥を得る浮上濃縮工程とからなる減圧濃縮工程と、
前記減圧濃縮工程で分離された前記濃縮汚泥を脱気し、脱気汚泥と分離気体を得る固気分離工程と、
前記固液分離工程によって得られた分離液を加圧して、その加圧分離液を動作流体として用いて、前記固液分離工程での減圧及び前記固気分離工程での脱気に利用するための真空状態を形成する第２真空形成工程と、  
前記第２真空形成工程での分離液と前記固気工程での分離気体が一体となった気液体に対して気液分離処理を施し、その処理後の分離液を前記液化工程に戻す第２再処理工程と、
前記固気分離工程で得られた脱気汚泥を前記脱水分離処理工程に戻す第３再処理工程と、
を有する。
【００４９】
（脱水工程）
脱水工程ＳＴＰ１は、含水率９５％以上の原汚泥Ａとしての下水汚泥等に対して脱水処理を施す工程である。下水汚泥等の原汚泥Ａが汚泥脱水貯留槽内に集積され、その原汚泥Ａに遠心分離、又は、圧縮等の作用を加える。それによって、汚泥から水分を表出させて固形物と分離し、脱水汚泥Ｂを得ることができる。脱水汚泥Ｂは、含水率約８０％のケーキ状に固まったものとして、次の工程に移される。
【００５０】
原汚泥Ａの種類としては、特に限定されず、例えば、活性汚泥、初沈汚泥、余剰汚泥、凝集沈殿汚泥、浄化槽汚泥、有機性汚泥等が挙げられるが、活性汚泥が好ましい。なお、「活性汚泥」とは、微生物の集合体に汚水中の浮遊性の有機物、無機物及び種々の原生動物等が吸着又は付着して泥状となったものを意味する。  
【００５１】
（液化工程）
液化工程ＳＴＰ２は、脱水工程ＳＴＰ１から移された脱水汚泥Ｂをスラリー状汚泥にする工程である。原汚泥Ａの状態では水分含量が高いので乾燥工程への運搬が不便なので、脱水汚泥Ｂとして運搬される。ところが本発明では、脱水した汚泥に再度水を加えるという工程を含む。脱水汚泥Ｂ自体はケーキ状の固体であり、この状態ではメタン発酵工程ＳＴＰ３が行えないので、あえて水分を加えてスラリー状の汚泥Ｃとする。スラリー状汚泥Ｃの含水率は約９０％である。このように、流動性の高い汚泥として、メタン発酵工程ＳＴＰ３に送られる。
【００５２】
（汚泥混合工程）
液化工程ＳＴＰ２からメタン発酵工程ＳＴＰ３にスラリー状汚泥Ｃを投入するが、液化工程ＳＴＰ２とメタン発酵工程ＳＴＰ３の間に汚泥混合工程を設けてもよい。この汚泥混合工程においては、後記する第１再処理工程から送られてくる脱気ガス、可溶化された脱気汚泥及び高温蒸気からなる混相流体を前記スラリー状汚泥Ｃと混合する。
このことによって、スラリー状汚泥Ｃと前記混相流体を別個に投入するよりも、予め混合することによって、スラリー状汚泥Ｃをより溶体化することができる。これによってスラリー状汚泥のメタン発酵工程でのメタン菌との接触度合いを高め、メタン発酵による消化度を更に高める。
【００５３】
（第１炭化物供給工程）
第１炭化物供給工程は、液化工程ＳＴＰ２を介して、粉砕炭化物をメタン発酵槽へ供給するための工程である。この粉砕炭化物は水等の液体に懸濁させるとメタン発酵漕に供給しやすい。メタン発酵工程ＳＴＰ３において、粉砕炭化物にメタン菌が住み込むことによって、メタン菌を保有した状態の炭化物に変化させることができる。これによって、担体としての機能を高めた存在にできる。また、炭化物と汚泥との混合により汚泥の粘性が低下することになり、メタン発酵装置内での撹拌抵抗の低下によるエネルギー消費の低減並びにメタン発酵期間の短縮等に寄与できる。
本発明は第１乃至第３炭化物供給工程を含むものであるが、これら炭化物供給工程の各々又は全ては、所望に応じて本発明の基本方法又はシステムに付加的な組込むことができる。
【００５４】
（メタン発酵工程）
メタン発酵工程ＳＴＰ３は、スラリー状汚泥Ｃを嫌気性条件下でメタン発酵させ、消化汚泥Ｄを得るための工程である。前記液化工程ＳＴＰ２によって、メタン発酵工程ＳＴＰ３における処理対象であるスラリー状汚泥Ｃは粘性が低下しているため、撹拌時の撹拌抵抗を抑えることができ、汚泥全般に亘ってメタン菌を広く行き渡らせることができる。これによって、メタン発酵の消化速度を上げることが可能となり、高い作業能率を得る。また、生成される消化汚泥Ｄの粘性も低く自己流出力が高く排出も円滑である。
なお、このメタン発酵工程ＳＴＰ３において、硫化水素ガス、メタンガス、アンモニアガス、二酸化炭素ガス等の消化ガスＱが発生する。
【００５５】
（分岐工程）
分岐工程ＳＴＰ４は、メタン発酵工程ＳＴＰ３から出る消化汚泥Ｄを第１消化汚泥Ｄ１と第２消化汚泥Ｄ２とに分岐する工程である。通常は、このような分岐工程を経ることなく、消化汚泥Ｄは脱水分離処理工程ＳＴＰ８を行うものである。
第１消化汚泥Ｄ１は、後記する減圧脱気工程ＳＴＰ５に送って脱気処理を行う。また、第２消化汚泥Ｄ２は、脱水分離処理工程ＳＴＰ６に送って固液分離を行う。これは分割した消化汚泥Ｄ１及びＤ２に各々異なる付加的な処理を加えて、メタン発酵での消化率向上により固形物の減量を促進させるための処理（第１消化汚泥Ｄ１）、及び、更なる含水率の低い脱水汚泥を得るための処理（第２消化汚泥Ｄ２）を行うためである。
【００５６】
（第３炭化物供給工程）
第３炭化物供給工程は、分岐工程ＳＴＰ４で分岐された第１消化汚泥Ｄ１に、粉砕炭化物Ｕと水を混入させる工程である。
この粉砕炭化物Ｕを第１消化汚泥Ｄ１に混合することによって、汚泥の粘性が低下し、減圧脱気工程ＳＴＰ５を行う減圧脱気装置５へ搬送抵抗が軽減する。
一方、この粉砕炭化物Ｕが第１消化汚泥Ｄ１とともにメタン発酵工程ＳＴＰ３に再供給された場合においては、粉砕炭化物Ｕにメタン菌が住み込むことによって、メタン菌を保有した状態の炭化物に変化させることができるので、担体としての機能を高めることができる。また、炭化物と汚泥との混合により汚泥の粘性が低下することになり、メタン発酵装置内での撹拌抵抗の低下によるエネルギー消費の低減並びにメタン発酵期間の短縮等に寄与できる。
【００５７】
（減圧脱気工程）
減圧脱気工程ＳＴＰ５は、メタン発酵工程ＳＴＰ３から出る消化汚泥Ｄを分岐した第１消化汚泥Ｄ１を、減圧下で発泡させ、第１消化汚泥Ｄ１からガスを取り出す工程である。この工程では、第１消化汚泥Ｄ１から含有するガスを脱気することによって、高い流動性を損なうことなく汚泥密度を高めることができる。含有するガスとしては、アンモニアガス、水素ガス、硫化水素ガス、メタンガス、二酸化炭素ガス等の混合ガスであり、後記する第１再処理工程により、汚泥・ガス・蒸気混相流体Ｅとしてメタン発酵工程ＳＴＰ４に戻したときに、消化ガスＱとして回収される。従って、この減圧脱気工程において前記ガスを除去する手間が省ける。また、メタン発酵を阻害する要因となるアンモニアガスを汚泥内から分離することができ、メタン発酵の消化率向上へとつながる。
【００５８】
（高温蒸気発生工程）
高温蒸気発生工程ＳＴＰ１５は、メタン発酵工程ＳＴＰ３において回収される消化ガスＱを動力源として利用し、蒸気ボイラーによって高温蒸気Ｆを発生させる工程である。この工程により発生した高温蒸気は、第１真空形成工程ＳＴＰ６におけるエジェクターの動作流体として機能する。
【００５９】
前記メタン発酵工程ＳＴＰ３においては、上記メタン発酵等により発生するガス及び上記減圧脱気工程ＳＴＰ５において第１消化汚泥Ｄ１より脱気されたガス等を消化ガスＱとして回収し、その消化ガスＱに脱硫作用を施して硫化ガスを取り除いた後、メタンガスをエネルギー源として利用することができる。例えば、第１真空形成工程ＳＴＰ６における高温蒸気Ｆの噴出を行う蒸気ボイラーや、消化ガス発電設備等の動力源として利用することができ、エネルギーの効果的かつ効率的な利用を達成するものである。
【００６０】
（第１真空形成工程）
第１真空形成工程ＳＴＰ６は、高温蒸気発生工程ＳＴＦ１５によって得られた高温蒸気Ｆを高速で噴出させ、この高温蒸気Ｆを動作流体として真空状態を形成するための工程である。具体的には、この第１真空形成工程ＳＴＰ６は、高速で噴出された高温蒸気Ｆをエジェクターに通過させることで、高温蒸気Ｆの流速が増す代わりに圧力が低下し、かかる圧力損失により真空状態を容易に発生させることができ、上述した減圧脱気工程ＳＴＰ５で得られる脱気汚泥及び脱気ガスを容易に減圧吸引することができる。また、第１真空形成工程ＳＴＰ６で噴出される高温蒸気Ｆの凝縮発熱と凝縮衝撃作用により、前記脱気汚泥を容易に可溶化することができる。
【００６１】
（第１再処理工程）
可溶化した脱気汚泥と高温蒸気Ｆと脱気ガスを含む混相流体Ｅをメタン発酵工程ＳＴＰ３に戻す第１再処理工程ＳＴＰ７について説明する。
前述したように、高温蒸気Ｆと可溶化した脱気汚泥と脱気ガスと一体となって、高温蒸気Ｆの噴出速度を利用して、メタン発酵工程ＳＴＰ３に戻される。つまり、メタン発酵工程ＳＴＰ３においては、高温蒸気Ｆと高温かつ可容化した脱気汚泥とが還流してくるので、反応槽内温度が高温化し、かつ粘性が低下する。
【００６２】
そうすると、高濃度の可溶化脱気汚泥が嫌気性条件下でのメタン発酵の消化速度や消化率を向上させることから、高濃度汚泥のメタン発酵の効率化を実現する。また、この可溶化脱気汚泥は、上述の通り加熱された高熱蒸気Ｆとの接触により可溶化されたものであるので、メタン発酵に最適な温度を維持できることから、特段の加熱手段を設ける必要はない。
【００６３】
メタン発酵工程ＳＴＰ３におけるメタン発酵の温度としては、例えば、中温発酵の場合は約３５℃〜４０℃程度に、高温発酵の場合は約５０℃〜５５℃程度に調整することができる。このように各発酵方式に適した最適温度に調整することで、メタン発酵工程ＳＴＰ３におけるメタン発酵による汚泥の消化を効果的かつ安定的に実現することができる。
【００６４】
第１再処理工程ＳＴＰ７によってメタン発酵工程３に戻されて来た混相流体Ｅの可溶化脱気汚泥は、高温蒸気の凝縮衝撃によりメタン菌の組織が破壊されており、メタン菌自身の自己消化が促進される。また、メタン発酵工程ＳＴＰ３で得られる第１消化汚泥Ｄ１を原汚泥として用いることで、減圧下で沸点降下による沸騰蒸発現象により水蒸気やメタンガス等に同伴して第１消化汚泥Ｄ１に溶解していたアンモニアガスが脱気され、汚泥中のメタン発酵の阻害要因となるアンモニア濃度が低下し、メタン発酵の消化が促進される。更に、高温蒸気Ｆの凝縮発熱作用により、メタン発酵の最適温度を維持するための特段の加熱操作の必要がなくなり、省エネルギー化やエネルギーの効率的な回収及び利用を単純な手段により確実に実現することができる。なお、このようにメタン発酵工程ＳＴＰ３で得られる消化汚泥Ｄを原汚泥として用いる場合であっても、当該汚泥処理方法は、上述の各工程で説明した作用効果を十分に発揮することができ、また、減圧手段等について、それぞれ同様の手段を用いることができる。
【００６５】
（脱水分離処理工程）
脱水分離処理工程ＳＴＰ８は、分岐工程ＳＴＰ４において分岐した第２消化汚泥Ｄ２を消化脱水汚泥Ｇと汚泥分離液Ｈとに分離する工程である。
具体的には、分岐工程ＳＴＰ４から導入された第２消化汚泥Ｄ２を、系内で差動機構の回転差による抵抗を作用させて、消化脱水汚泥Ｇと汚泥分離液Ｈとに分離する。
【００６６】
ここでの主眼は、消化脱水汚泥Ｇの含水率を湿重基準で約７０％以下に設定するように運転することであり、これは後述する乾燥汚泥Ｊを所定の含水率とするためである。但し、消化脱水汚泥Ｇの含水率と汚泥分離液Ｈの浮遊物（ｓｓ）の含有率とは相互関係にあるので、汚泥分離液Ｈのｓｓ濃度が通常の値より高くなり、ｓｓ回収率としては多少悪くなる点は否めない。
【００６７】
（乾燥工程）
乾燥工程ＳＴＰ９は、脱水分離処理工程ＳＴＰ８から排出される消化脱水汚泥Ｇに対して、乾燥して乾燥汚泥Ｊを得る工程である。乾燥汚泥Ｊの含水率は湿重基準で約１０％である。
【００６８】
（第２炭化物供給工程）
第２炭化物供給工程は、前記脱水分離処理工程ＳＴＰ８において処理後の前記汚泥分離液Ｈに、粉砕炭化物Ｕを混入させる工程である。
粉砕炭化物Ｕが汚泥分離液Ｈに混ざって減圧濃縮工程ＳＴＰ１０に送り込まれると、炭化物が核となって、次のような効果が生じる。
（１）固液分離工程において、汚泥分離液Ｈ内の有機物の凝集を良くして、固液分離を迅速に行い得る。
（２）浮上濃縮工程において、凝集物を拡大にさせ、浮上濃縮を良好に行い得る。
【００６９】
（減圧濃縮工程）
減圧濃縮工程ＳＴＰ１０は、脱水分離処理工程ＳＴＰ８において発生する処理後の汚泥分離液Ｈを、常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に移動させて分離汚泥と分離液Ｋに分離する固液分離工程と、固液分離工程の下流において、減圧下で分離汚泥を発泡させ、発泡ガスと同伴させて浮上させ、濃縮汚泥を得る浮上濃縮工程とからなる。
【００７０】
（固液分離工程）
前記固液分離工程は、汚泥分離液Ｈを減圧下で水平又は略水平方向に灌流させ、分離汚泥と分離液Ｋとの固液分離を行う工程である。この固液分離工程において、減圧下で汚泥分離液Ｈを水平又は略水平方向に灌流させるにつれ、汚泥分離液Ｈ中の溶存ガスが発泡し、汚泥分離液Ｈはかかる発泡ガスを含む固体成分と液体成分とに徐々に分離していく。そして、最終的にはかかる汚泥分離液Ｈの流れの下流において、汚泥分離液Ｈは発泡ガスを含む分離汚泥と分離液Ｋとに固液分離する。つまり、固液分離工程は、汚泥分離液Ｈを減圧下で水平又は略水平方向に灌流させるという簡易な手段により、汚泥分離液Ｈの固液分離を実現することができる。また、かかる固液分離工程は、上述した汚泥分離液Ｈの灌流操作を連続して行うことで、汚泥分離液Ｈの固液分離を停止させることなく連続的かつ高速に行うことができる。
【００７１】
上記汚泥分離液Ｈの灌流が減圧下で行われる場合において、かかる減圧状態における負圧としては、例えばマイナス８５ｋＰａ程度であれば上述した汚泥分離液Ｈの固液分離を行うことができる。また、この場合における汚泥分離液Ｈの灌流速度についても特に限定されず、例えば０．０１ｍ／ｓｅｃ程度であれば汚泥分離液Ｈの灌流が滞ることなく、固液分離を確実に行うことができる。
【００７２】
汚泥分離液Ｈを水平又は略水平方向に灌流させるための手段としては、後述する第２真空形成工程ＳＴＰ１２の真空状態を利用して汚泥分離液Ｈを減圧吸引する手段や、汚泥分離液Ｈを加圧により押し出して灌流させる手段等が挙げられる。また、固液分離工程における減圧手段としては、後述する第２真空形成工程ＳＴＰ１２の真空状態を利用する手段が挙げられる。
【００７３】
（浮上濃縮工程）
浮上濃縮工程は、固液分離工程の下流において、減圧下で上記分離汚泥を発泡ガスと同伴させ、垂直又は略垂直方向に浮上させて濃縮化を図り、濃縮汚泥Ｒを得るための工程である。この浮上濃縮工程において、固液分離工程の下流で得られる分離汚泥は、発泡する溶存ガスを含む成分であり、減圧下において分離汚泥中の溶存ガスの発泡が促進されることから、かかる発泡ガスと同伴して垂直又は略垂直方向に浮上する。
つまり、浮上濃縮工程は、固液分離工程で得られる分離汚泥を減圧下において垂直又は略垂直方向にガスを同伴させて浮上させるという簡易な手段により、浮上した分離汚泥の層が厚く形成され、この分離汚泥の圧密による濃縮効果により高濃度の濃縮汚泥Ｒ得ることができ、その結果、汚泥濃縮効果を一層向上させることができる。
【００７４】
また、この浮上した濃縮汚泥Ｒは、垂直又は略垂直方向への浮上移動の最終地点の位置、即ち、最上部に蓄積されることから、高濃度かつ高粘度の濃縮汚泥Ｒの排出や回収を上方から容易に達成することができる。
さらに、上述した固液分離工程の下流に浮上濃縮工程を有することで、当該汚泥濃縮方法は、汚泥分離液Ｈの灌流及び分離汚泥の浮上という一連の過程において汚泥分離液Ｈの固液分離及び分離汚泥の浮上濃縮を達成できることから、汚泥分離液Ｈの給泥操作を連続して行うことができ、その結果、汚泥濃縮操作の連続高速化を実現することができる。つまり、当該汚泥濃縮方法は、上記固液分離工程と浮上濃縮工程とを組み合わせて有することで、十分な汚泥濃縮効果、濃縮汚泥の排出の容易化、汚泥濃縮操作の連続高速化を、簡素でコンパクトな構成により達成することができる。
【００７５】
浮上濃縮工程における減圧手段としては、特に限定されず、例えば、後述する第２真空形成工程ＳＴＰ１２の真空状態を利用する手段が挙げられる。
【００７６】
一方、固液分離工程において減圧下で汚泥分離液Ｈを水平又は略水平方向に灌流させる場合、浮上濃縮工程における最上部の負圧としては、マイナス６５ｋＰａ以上マイナス９５ｋＰａ以下が好ましく、マイナス７５ｋＰａ以上マイナス８５ｋＰａ以下がより好ましい。このように、浮上濃縮工程における最上部の負圧を上記範囲とすることで、発泡ガスを含む分離汚泥の浮上速度を向上させ、その結果、上述した分離汚泥の圧密による濃縮効果の向上を確実なものとすることができると共に、濃縮汚泥Ｒの排出や回収の容易性を向上させることができる。
かかる負圧が上記上限を超えると、汚泥中のガスの発泡が過度に促進され、分離汚泥及び発泡ガスの同伴浮上の効率性が低下し、上述した汚泥濃縮効果が低減する。また、かかる負圧が上記下限未満であると、汚泥中の溶存ガスの発泡が不十分となり、分離汚泥の浮上効果が低減し、上述した濃縮効果が低減する。
【００７７】
（固気分離工程）
固気分離工程ＳＴＰ１１は、減圧濃縮工程ＳＴＰ１０で分離された濃縮汚泥Ｒを滞留させて脱気し、脱気汚泥（ｓｓ凝集体）Ｓを得る工程である。
浮上濃縮工程から直接送り込まれる濃縮汚泥Ｒを貯留した状態で、後記する第２真空形成工程ＳＴＰ１２からの真空を利用して脱気する。脱気された分離気体Ｔは、後記する第２真空形成工程ＳＴＰ１２に導入される。
【００７８】
（第２真空形成工程）
第２真空形成工程ＳＴＰ１２は、高圧の水を動作流体として用いて真空状態を形成する工程である。第１真空形成工程ＳＴＰ６で説明したように、具体的にはエジェクターを使用する。但し、この場合は、第１真空形成工程ＳＴＰ６のように高温の蒸気を動作流体とする蒸気エジェクターではなく、高圧の水を利用する水エジェクターである。
なお、第２真空形成工程ＳＴＰ１２において動作流体として利用する水は、二つの工程から供給される。一つは、減圧濃縮工程ＳＴＰ１０の固液分離工程から排出される分離液Ｋをポンプ等で高圧にして、ＳＴＰ１２の水エジェクターに送り込むものであり、もう一つは、気液分離工程ＳＴＰ１４の貯留槽１７に溜まった分離液Ｙの一部を水エジェクターに還流させるものである。
【００７９】
（気液分離工程）
気液分離工程ＳＴＰ１４は、第２真空形成工程ＳＴＰ１２のエジェクターから排出される高圧水と気体とが一体となった気液体Ｘを気液分離工程ＳＴＰ１４の貯留槽１７内に貯留し、特に、手段を用いずに自然の気圧内で気体を分離する工程である。
貯留槽１７内には、分離液Ｙが溜まっており、脱気ガスが放出されると同時に分離液Ｙが回収されて、次の分離液回収工程ＳＴＰ１３に送られる。
【００８０】
（第２再処理工程）
第２再処理工程は、気液分離工程ＳＴＰ１４で分離された分離液Ｙを貯留する分離液回収工程ＳＴＰ１３から、ポンプ１５Ａによって液化工程ＳＴＰ２に戻す工程である。従って、液化工程ＳＴＰ２においては、系外からの追加的な水の供給は必要でないので、水資源を節約することができる。
【００８１】
(第３再処理工程)
第３再処理工程は、固気分離工程ＳＴＰ１１において貯留されて脱気された脱気汚泥Ｓは、搬出されて、浮遊物ｓｓを凝集した凝集体として再度脱水分離処理工程ＳＴＰ８に戻す工程である。このように、汚泥濃度を上げて、再処理することにより、脱水分離処理工程ＳＴＰ８において固液分離率を良くすることができる。
【００８２】
以上、各工程について、説明してきたが、次に、使用機器について簡単に説明する。使用機器については、図２及び図３に示す。
【００８３】
以下、主として図２に示すが、図１の符号等も引用して説明する。
（脱水装置）
脱水装置１は、含水率９５％以上の原汚泥Ａに脱水処理を施して脱水汚泥Ｂを得るものであり、原汚泥Ａを収納する貯留ホッパー１に攪拌や排出の為のスクリュー（図示せず）等を備える。原汚泥を脱水し、湿重含水率が約８０パーセントのケーキ状の脱水汚泥Ｂを排出する。
【００８４】
（第１炭化物供給装置）
第１炭化物供給装置１９は、第１炭化物供給工程において、液化装置２に供給される処理前の脱水汚泥Ｂに粉砕炭化物Ｕを混入する装置である。その後、液化装置２の粉砕炭化物Ｕを混合したスラリー状汚泥Ｃはメタン発酵装置３に投入される。
第１炭化物供給装置１９は、撹拌装置を備えており、タンク内の貯留水に粉砕炭化物Ｕを供給して撹拌混合するものである。第１炭化物供給工程で言及した効果がある。
【００８５】
（液化装置）
液化装置２は、前記第１炭化物供給装置において粉砕炭化物Ｕを混合された脱水汚泥Ｂに更に、加水してスラリー状汚泥Ｃを得るものである。つまり、ケーキ状の脱水汚泥Ｂを液化装置２に投入し、図示はしていないが水を加え混ぜながら、水と汚泥とを混合部のスクリュー等によって混練し、含水率が約９０％のスラリー状汚泥Ｃを作り出す。
【００８６】
（メタン発酵装置）
メタン発酵装置３は、前記メタン発酵工程において使用される装置である。すなわち、前工程から供給されるスラリー状汚泥Ｃをメタン発酵槽３Ａに収納して、嫌気性条件下でメタン発酵させ、消化汚泥を得る。なお、メタン発酵槽３Ａの中心位置に備えた撹拌用羽根３Ｂによって、撹拌し反応を速めている。
【００８７】
後記するように、第１再処理工程ＳＴＰ７における可溶化脱気汚泥及び脱気ガスを、高温蒸気とともにメタン発酵装置３に戻す。このことによって、メタン発酵装置３が高温・低圧に維持され、下記のような効果がある。
（１）処理汚泥の粘性が低下するので、撹拌抵抗が低い。従って、混練効果を高めることができ、メタン菌が幅広く汚泥に作用する。このように、高温で撹拌効果によって効率消化が可能になり、発酵処理日数の短縮が可能になる。
（２）メタン発酵槽３Ａには第１真空形成装置６で減圧脱気したアンモニアガスを含むガスと汚泥が分離して流入するため、メタン発酵槽３Ａの上部空間内においてメタン発酵の促進を害するアンモニアガスが消化ガスタンク７Ａへ導入される。所謂、アンモニアストリッピングの効果を奏する。
【００８８】
（分岐装置）
分岐装置４は、三又状の接続配管４Ａと、二つの配管に取り付けられている切換弁４Ｂとからなっている。切換弁４Ｂの開閉操作によって、消化汚泥の移動先を切り替えることができる。これら切換弁４Ｂに流量調整機構（図示せず）を付与すれば、後記する減圧脱気装置５へ送る第１消化汚泥Ｄ１と脱水分離処理装置９へ送る第２消化汚泥Ｄ２の振り分け量を調節できる。
【００８９】
（減圧脱気装置）
減圧脱気装置５は、メタン発酵工程ＳＴＰ３から出る第１消化汚泥Ｄ１を貯留する減圧脱気槽であり、減圧下で汚泥を発泡させ、発泡で取り出されたガスと伴に脱気された汚泥を得る装置である。つまり、減圧脱気槽内に貯留した第１消化汚泥Ｄ１を、後記する第１真空形成装置６の吸引力によって吸い上げる。この吸引による減圧によって汚泥から気体が脱気される。
なお、ここでは、第１消化汚泥Ｄ１の固形物濃度が高いことから分離液も少なく、減圧脱気槽の底部よりその分離液を取り出す必要はなく、汚泥とガスを一緒に第１真空形成装置６で吸い上げればよい。
【００９０】
（第３炭化物供給装置）
第３炭化物供給装置２０は、メタン発酵装置３から送り出される第１消化汚泥Ｄ１に対して、粉砕炭化物Ｕと水との混相流体を減圧脱気装置（減圧脱気槽）５に投入する装置である。
撹拌バネを装備した第３炭化物供給装置２０の貯水槽内に粉砕炭化物と水を投入し、撹拌によって両者を混合して、その混相流体を減圧脱気槽５内に投入する。
粉砕炭化物を水に混ぜて投入すると、炭化物が担体として機能する為に汚泥内の微生物が炭化物に付着し、消化槽内のメタン菌の濃度を高めると共に、無機物が投入されることにより、汚泥の粘性が低下し、攪拌効率が上がることから、メタン発酵の消化速度や消化率を向上させることができる。
【００９１】
（第１真空形成装置）
第１真空形成装置６は、高温蒸気Ｆを高速で噴出させ、この高温蒸気Ｆを動作流体として真空状態を形成する。
ここでは、高温蒸気Ｆを蒸気エジェクター６の動作流体として利用して、真空状態を作り出す工程について説明する。まず、後記する消化ガスボイラ７Ｃから供給される高温蒸気Ｆは、蒸気エジェクター６のノズル部６Ａに投入されると、ノズル部６Ａの流路が狭くなるにつれて絞られて流速を増す。次に、高温蒸気Ｆはノド部を通過した後、流路が拡大するディフューザ部６Ｂに入り圧力が低下するが、この圧力低下によって真空状態を作り出し、ノド部に連通した減圧脱気装置５に負圧を作用させる。また、高温蒸気Ｆは、ディフューザー部６Ｂに入り流路が拡大するが、投入時の速度を余り低下させずに、減圧脱気装置６からノド部を通じて吸い上げた脱気汚泥と脱気ガスとともに、ディフューザー部６Ｂより、後記する第１再処理経路８に送られる。
【００９２】
（高温蒸気等発生設備）
高温蒸気等発生設備７は、メタン発酵槽３Ａより排出される消化ガスＱを収納するガスタンク７Ａと、ガスタンク７Ａから供給されるガス中の硫化水素を取り除く脱硫装置７Ｂと、脱硫装置７Ｂからの消化ガス（メタンガス等）を燃料とする消化ガスボイラ７Ｃからなる。更に、脱硫装置７Ｂからの消化ガスを燃料とする消化ガス発電設備７Ｄを付設してもよい。
また、消化ガスボイラ７Ｃからの高温蒸気Ｆは、前記した第１真空形成装置６の蒸気エジェクターに送られ、真空状態の形成に利用される。
消化ガス発電設備７Ｄは、メタンガス等の消化ガスを燃料として、発電する設備である。この装置によって発電された電力は、汚泥から発生させた消化ガスＱを利用するものであり、環境に好ましいものである。この発電された電力は、本発明汚泥処理装置の動力源として利用することができる他、適宜他の用途にも使用できる。
【００９３】
（第１再処理経路）
第１再処理経路８は、減圧脱気装置５から出る脱気汚泥とガスを、第１真空形成装置６で使用した高温蒸気Ｆとともに前記メタン発酵装置３に戻すべく、第１真空形成装置６（蒸気エジェクター）とメタン発酵装置３を連結するものである。
【００９４】
（脱水分離処理装置）
脱水分離処理装置９は、分岐装置４において分岐した第２消化汚泥を消化脱水汚泥Ｇと汚泥分離液Ｈとに分離する。この脱水分離処理装置９は、ケーシング９Ｃ内にボールと称される回転容器９Ａと回転容器９Ａの内部に位置する汚泥搬送用の回転スクリュー９Ｂとで構成される。図示していないが駆動モータと差動モータ及び差動ギヤとによって、回転容器９Ａと回転スクリュー９Ｂとに回転速度差を持たせ、回転容器９Ａの内周壁の後端側に消化脱水汚泥Ｇを集め、回転中心側に汚泥分離液Ｈを集める。
【００９５】
回転容器９Ａの内周壁の後端側に集められる消化脱水汚泥Ｇは、ケーシング９Ｃの後端下方に形成されている汚泥排出口９ａ（脱水ケーキ排出口）より排出される。一方、回転中心側に集められた汚泥分離液Ｈはケーシング９Ｃの前端下方に形成されている分離液排出口９ｂより排出される。消化脱水汚泥Ｇは、前記したように、湿分基準で含水率約７０％以下のケーキ状脱水汚泥である。
【００９６】
以下、主として図３に示すが、図１の符号等も引用して説明する。
（乾燥装置）
乾燥装置１０は、前記脱水分離処理装置９において分離されたケーキ状の消化脱水汚泥Ｇを乾燥し乾燥汚泥とする装置である。乾燥装置１０は、液化天然ガス（ＬＮＧ）や重油等を燃料とするバーナー式燃焼炉であり、消化脱水汚泥Ｇを加熱して含水率を約１０％にまで減少させる機能を有する。
【００９７】
（第２炭化物供給装置）
第２炭化物供給装置１１は、脱水分離処理装置９から送り出される処理後の汚泥分離液Ｈに、粉砕炭化物Ｕを混入させる装置である。粉砕炭化物Ｕを混合した汚泥分離液Ｈは減圧濃縮装置１２に送られる。粉砕炭化物Ｕは、前記第１及び第３炭化物供給装置における処理と同様にして使用することができる。
【００９８】
（減圧濃縮装置）
減圧濃縮装置１２は、脱水分離処理装置９において発生する処理後の汚泥分離液Ｈを、常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に移動させて汚泥と液との分離を行う固液分離装置１２Ａと、固液分離装置１２Ａの下流において、減圧下で発泡させ、発泡ガスと同伴させて浮上を図り、濃縮汚泥Ｒを得る浮上濃縮装置１２Ｂとでなる。
【００９９】
固液分離装置１２Ａは、パイプ状部材を水平に配置したもので、内部空間内に粉砕炭化物Ｕを混合した汚泥分離液Ｈを導き、後記する第２真空形成装置１４の吸引力によって、浮上濃縮装置１２Ｂとの接続部位に向けて汚泥分離液Ｈを灌流する。その灌流過程で汚泥と液とが分離され、汚泥が表層に浮上してくる。
【０１００】
浮上濃縮装置１２Ｂは、パイプ状部材を上下方向に沿って配置したもので、内部空間内に固液分離された分離汚泥と分離液が導かれる。そして分離汚泥は、後記する第２真空形成装置１４の吸引力によって、第２真空形成装置１４に向けて浮上させる。浮上した汚泥は更に減圧状態によって汚泥分から吸引表出された発泡ガスの浮上力も得て浮上し、最上部の天井部分で濃縮層を形成する。この浮上した分離汚泥は、圧密による濃縮効果により高濃度の濃縮汚泥Ｒを得ることができ、浮上濃縮装置１２Ｂの上方から回収排出される。
【０１０１】
（固気分離装置）
固気分離装置１３は、減圧濃縮装置１２で分離された濃縮汚泥Ｒを滞留させて脱気し、脱気汚泥Ｓを得る装置である。
減圧濃縮装置１２の浮上濃縮装置１２Ｂの後端に、貯留ホッパー１３Ａの中段位置を連結し、浮上濃縮装置１２Ｂからの濃縮汚泥Ｒを貯留ホッパー１３Ａ内に取り入れる。貯留ホッパー１３Ａ内では、後記する第２真空形成装置１４の吸引力によって、濃縮汚泥Ｒ内の内包ガスが吸い出されて、第２真空形成装置１４であるエジェクター内に導入される。
【０１０２】
貯留ホッパー１３Ａの下端出口からは残留した脱気汚泥Ｓが凝集体となって、取り出される。この脱気汚泥Ｓ（凝集体）はポンプ１３Ｂによって脱水分離処理装置９に戻される。
【０１０３】
（第２真空形成装置）
第２真空形成装置１４は、高圧水を高速で噴出させ、この高圧水を動作流体として真空状態を形成する。
浮上濃縮装置１２Ｂの底部より分離液Ｋをポンプ１２Ｃで高圧水にする。その高圧水をエジェクターのノズル部１４Ａに投入する。そうすると、ノズル部１４Ａを通過する高圧水は、流路が狭くなるにつれて絞られて流速を増す。高圧水は、ノズル部１４Ａとディフューザー部１４Ｂの間のノド部を通過し、流路が拡大するディフューザー部１４Ｂに入り圧力が低下する。この圧力低下によって真空状態を作り出し、ノド部に連通した固気分離装置１３の貯留ホッパー１３Ａ内は負圧となる。高圧水は、ディフューザー部１４Ｂに入り流路が拡大するが、投入時の速度を余り低下させずに、ノド部より吸い上げた分離気体Ｔは高圧水とともに、ディフューザー部１４Ｂより放出される。
【０１０４】
（気液分離装置）
気液分離装置１７は、第２真空形成装置１４のディフューザ部１４Ｂより放出される高圧の分離液Ｋと分離気体Ｔを含む気液体Ｘを、気液分離槽１７内に貯留し、自然開放で空気中に溶存ガスを放出すると同時に、下端取り出し口より分離液Ｙを取り出す装置である。その分離液Ｙは湿分換算で含水率がほぼ１００％の液であり、更に、分離液回収槽１８に一旦貯留された後に、後記する第２再処理経路１５に送られる。
【０１０５】
（第２再処理経路）
第２再処理経路１５は、分離液回収槽１８に貯留されている分離液Ｙをポンプ１５Ａによって液化装置２に戻す経路である。従って、液化装置２においては、系外からの追加的な水の供給は必要でないので、水資源を節約することができる。
【０１０６】
（第３再処理経路）
第３再処理経路１６は、固気分離装置１３で得られた脱気汚泥（ｓｓ凝集体）Ｓを前記脱水分離処理装置９の処理始端部に戻す経路である。このように、ｓｓ凝集体を脱水分離処理装置９に戻すことによって、固体の比率をさらに高めて、乾燥処理の容易さを確保することができる。
【０１０７】
（第２実施形態）
ここでは、第１実施形態とは異なる第１段階をとる第２実施形態の汚泥処理方法と汚泥処理システムについて説明する。なお、第２段階については第１実施形態と第２実施形態で実質的に同じである。
【０１０８】
（第１段階の別実施形態）
第２実施形態の汚泥処理方法の第１段階は、
原汚泥に対して脱水処理を施して脱水汚泥を得る脱水工程と、
前記脱水汚泥に粉砕炭化物を混合する第１炭化物供給工程と、
前記粉砕炭化物が混合された前記脱水汚泥に加水してスラリー状汚泥を得る液化工程と、
前記スラリー状汚泥をメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵工程と、
前記消化汚泥に粉末炭化物を混合する第３炭化物供給工程と、
前記メタン発酵工程から出て前記粉砕炭化物が混合された前記消化汚泥を減圧下で脱気処理し、脱気汚泥及び脱気ガスを得る減圧脱気工程と、
前記脱気汚泥及び前記脱気ガスを減圧吸引するために、高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として真空状態を形成する第１真空形成工程と、を備える点は、メタン発酵工程から出る消化汚泥を第１消化汚泥と第２消化汚泥とに分岐する分岐工程を備えない点を除いて、第１実施形態とほぼ同様の工程をとる。
次の工程において第１実施形態とは異なってくる。
つまり、前記脱気汚泥、前記高温蒸気及び前記脱気ガスからなる混相流体を第１混相流体と第２混相流体とに分岐する混相流体分岐工程と、
前記混相流体分岐工程によって分岐された第１混合汚泥を前記メタン発酵工程に戻す第４再処理工程と、
前記混相流体分岐工程によって分岐された第２混相流体を脱水分離処理工程に導入する移行処理工程と、
前記移行処理工程により供給された第２混相流体から消化脱水汚泥と汚泥分離液とを分離する脱水分離処理工程と、
前記消化脱水汚泥を乾燥し乾燥汚泥とする乾燥工程と、
を有する。
【０１０９】
以下、図４に基づいて、前記した第２実施形態の第１段階の各工程について、第１実施形態とは異なる、脱水工程ＳＴＰ１、第１炭化物供給工程、液化工程ＳＴＰ２、メタン発酵工程ＳＴＰ３、減圧脱気工程ＳＴＰ５、第１真空形成工程ＳＴＰ６以外の工程について説明する。
【０１１０】
（混相流体分岐工程）
第１真空形成工程ＳＴＰ６で処理を受けたものは、消化汚泥Ｄに基づく脱気汚泥と、消化汚泥Ｄより吸引抽出された脱気ガスと、真空形成に使用された蒸気とが混在する混相流体Ｅである。この混相流体Ｅが第１真空形成工程ＳＴＰ６より排出される。
この混相流体Ｅを、混相流体分岐工程ＳＴＰ２０において、第１混相流体Ｅ１と第２混相流体Ｅ２に分岐する。
【０１１１】
（第４再処理工程）
第４再処理工程ＳＴＰ２１においては、混相流体分岐工程ＳＴＰ２０において分岐された第１混相流体Ｅ１をメタン発酵工程ＳＴＰ３に再投入する。
前記したように、第１混相流体Ｅ１は、第１真空形成工程ＳＴＰ６での凝縮作用等を受けているので、メタン発酵装置３が高温・低圧に維持され、下記のような効果がある。
（１）処理汚泥の粘性が低下するので、撹拌抵抗が低い。従って、混練効果を高めることができ、メタン菌が幅広く汚泥に作用する。このように、メタン発酵装置３では、高温で、かつ撹拌効果によって効率的に消化が促進さ、発酵処理日数の短縮が可能になる。
（２）メタン発酵槽３Ａには第１真空形成装置で減圧脱気されたアンモニアガスを含むガスと汚泥が分離して流入するため、消化槽上部空間内においてメタン発酵の促進を害するアンモニアガスが消化ガスタンク７Ａへ導入される。所謂、アンモニアストリッピングの効果を奏する。
【０１１２】
（移行処理工程）
移行処理工程ＳＴＰ２２は、混相流体分岐工程ＳＴＰ２０において分岐された第２混相流体Ｅ２を脱水分離処理工程ＳＴＰ８に投入する工程である。
混相流体分岐工程ＳＴＰ２０において分岐された第２混相流体Ｅ２は、移行処理工程ＳＴＰ２２を介して脱水分離処理工程ＳＴＰ８に送られる。
第２混相流体Ｅ２は、単にメタン発酵工程ＳＴＰ３から排出するものとは異なり、第１真空形成工程ＳＴＰ６での作用を受けているので、脱水分離処理工程ＳＴＰ８での脱水効率を高めるものである。
つまり、第１真空形成工程ＳＴＰ６において、消化汚泥Ｄは蒸気が発する超音波等の凝縮衝撃（キャビデーション）を受け、組織が破壊されている。その為に、汚泥の含水率が５〜１０％低下し、消化汚泥Ｄの脱水性が改善され、容易に脱水されやすくなっている。
【０１１３】
次に、図５に基づいて、前記した第２実施形態の第１段階に使用される装置について説明する。
【０１１４】
（混相流体分岐装置）
混相流体分岐装置２２は、第１真空形成装置６から噴出する混相流体Ｅを、第１混相流体Ｅ１と、第２混相流体Ｅ２に分岐する。
混相流体分岐装置２２は、三又状の接続配管２２Ａと、二つの配管に取り付けられている切換弁２２Ｂとからなっている。切換弁２２Ｂの開閉操作によって、混相流体Ｅの移動先を切り替えることができる。これら切換弁２２Ｂに流量調整機構（図示せず）を付与すれば、メタン発酵装置３へ戻す第１混相流体Ｅ１と脱水分離処理装置９へ送る第２混相流体Ｅ２の振り分け量を調節できる。
【０１１５】
（第４再処理経路）
第４再処理経路２１は、混相流体分岐装置２２の接続配管２２Ａに接続されており、混相流体分岐装置２２において分岐された第１混相流体Ｅ１をメタン発酵装置３に導入する経路である。
前記したように、第１混相流体Ｅ１は、第１真空形成工程ＳＴＰ６での凝縮作用等を受けているので、メタン発酵装置３が高温・低圧に維持され、下記のような効果がある。
（１）処理汚泥の粘性が低下するので、撹拌抵抗が低い。従って、混練効果を高めることができ、メタン菌が幅広く汚泥に作用する。このように、メタン発酵装置３では、高温で、かつ撹拌効果によって効率的に消化が促進され、発酵処理日数の短縮が可能になる。
（２）メタン発酵槽３Ａには第１真空形成装置で減圧脱気されたアンモニアガスを含むガスと汚泥が分離して流入するため、消化槽上部空間内においてメタン発酵の促進を害するアンモニアガスが消化ガスタンク７Ａへ導入される。所謂、アンモニアストリッピングの効果を奏する。
【０１１６】
（移行処理経路）
移行処理経路２３は、混相流体分岐装置２２において分岐された第２混相流体Ｅ２を脱水分離処理装置９に投入する経路である。
混相流体分岐装置２２において分岐された第２混相流体Ｅ２は、移行処理経路２３を介して脱水分離処理装置９に送られる。
第２混相流体Ｅ２は、単にメタン発酵装置３から排出するものとは異なり、第１真空形成装置６での作用を受けているので、脱水分離処理装置９での脱水効率を高めるものである。
つまり、第１真空形成装置６において、消化汚泥Ｄは蒸気が発する超音波等の凝縮衝撃（キャビデーション）を受け、組織が破壊されている。その為に、汚泥の含水率が５〜１０％低下し、消化汚泥Ｄの脱水性が改善され、容易に脱水されやすくなっている。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上のように、本発明の汚泥処理方法及び汚泥処理システムは、活性汚泥、初沈汚泥、余剰汚泥、凝集沈殿汚泥、浄化槽汚泥、有機性汚泥等の処理に使用され得る。
【符号の説明】
【０１１８】
１        脱水装置
２        液化装置
３        メタン発酵装置
４        分岐装置
５        減圧脱気装置
６        第１真空形成装置
７        高温蒸気等発生設備
８        第１再処理経路
９        脱水分離処理装置
１０      乾燥機
１１      第１炭化物供給装置
１２      減圧濃縮装置
１３      固気分離装置
１４      第２真空形成装置
１５      第２再処理経路
１６      第３再処理経路
２１      第４再処理経路
２２      混相流体分岐装置
２３      移行処理経路
Ａ        原汚泥
Ｂ        脱水汚泥
Ｃ        スラリー状汚泥
Ｄ        消化汚泥
Ｄ１      第１消化汚泥
Ｄ２      第２消化汚泥
Ｅ        混相流体（脱気汚泥・脱気ガス・高温蒸気）
Ｅ１      第１混相流体
Ｅ２      第２混相流体
Ｆ        高温蒸気
Ｇ        消化脱水汚泥
Ｈ        汚泥分離液
Ｊ        乾燥汚泥
Ｋ、Ｙ    分離液
Ｑ        消化ガス
Ｒ        濃縮汚泥
Ｓ        ｓｓ凝集体（脱気汚泥）
Ｔ        分離気体
Ｕ        粉砕炭化物
【図１】
2016019966.tif 000003
【図２】
2016019966.tif 000004
【図３】
2016019966.tif 000005
【図４】
2016019966.tif 000006
【図５】
2016019966.tif 000007