(57)【要約】【課題】下水処理時に発生するＮ２Ｏを容易且つ効果的に低減できるようにする。【解決手段】下水の沈殿処理を行う第１沈殿池と、第１沈殿池を経た水を処理する生物反応槽と、生物反応槽を経た水に対する沈殿処理を行う第２沈殿池と、第１沈殿池又は第２沈殿池の少なくとも一方で沈殿した汚泥を焼却する焼却炉とを備える下水汚泥焼却システムにおいて、生物反応槽から排出された排出ガスを、焼却炉に燃焼用ガスとして導入する導入路を有するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水の沈殿処理を行う第１沈殿池と、前記第１沈殿池を経た水を処理する生物反応槽と、前記生物反応槽を経た水に対する沈殿処理を行う第２沈殿池と、前記第１沈殿池又は前記第２沈殿池の少なくとも一方で沈殿した汚泥を焼却する焼却炉とを備える下水汚泥焼却システムであって、
前記生物反応槽から排出された排出ガスを、前記焼却炉に燃焼用ガスとして導入する導入路を有する下水汚泥焼却システム。
【請求項２】
前記生物反応槽は、空気を曝気する好気槽を有する請求項１に記載の下水汚泥焼却システム。
【請求項３】
前記焼却炉は、燃焼温度が８５０℃以上である請求項１又は請求項２に記載の下水汚泥焼却システム。
【請求項４】
前記排出ガスの脱臭処理を行うための脱臭設備と、
前記排出ガス中のＮ２Ｏの濃度を測定する濃度測定部と、
前記濃度測定部により測定されたＮ２Ｏの濃度に基づいて、前記排出ガスを前記導入路により焼却炉に導入するか、又は前記脱臭設備に導入するかを切り替える切替制御部と、を更に有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の下水汚泥焼却システム。
【請求項５】
前記切替制御部は、前記濃度測定部により測定されたＮ２Ｏの濃度が所定の閾値以上の場合に、前記排出ガスを前記導入路により前記焼却炉に導入するように切り替える請求項４に記載の下水汚泥焼却システム。
【請求項６】
前記閾値は、前記排出ガスを前記焼却炉に前記燃焼用ガスとして導入してＮ２Ｏ量を低減することによる地球温暖化の抑制効果が、前記排出ガスを前記焼却炉に導入するために排出されることとなる温室効果ガスによる地球温暖化への影響を上回ると想定される場合における、前記排出ガスに含まれるＮ２Ｏの濃度である請求項５に記載の下水汚泥焼却システム。
【請求項７】
下水の沈殿処理を行う第１沈殿池と、前記第１沈殿池を経た水を処理する生物反応槽と、前記生物反応槽を経た水に対する沈殿処理を行う第２沈殿池と、前記第１沈殿池又は前記第２沈殿池の少なくとも一方で沈殿した汚泥を焼却する焼却炉とを備える下水汚泥焼却システムにおける下水汚泥焼却方法であって、
前記生物反応槽から排出された排出ガスを、前記焼却炉に燃焼用ガスとして導入する下水汚泥焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水を処理する際に発生する一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の大気への放出を低減することのできる下水汚泥焼却システム及び下水汚泥焼却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場において下水を処理する際には、窒素酸化物の一種であるＮ２Ｏが発生している。Ｎ２Ｏの地球温暖化係数は、例えば、ＣＯ２の３１０倍とされているため、Ｎ２Ｏの排出量を削減することは地球温暖化防止の観点からは重要である。
【０００３】
非特許文献１においては、Ｎ２Ｏを含む温室効果ガスを算定の対象としており、下水道管理者は下水道温暖化防止計画を策定し、温室効果ガスの排出量を削減するための取り組みを推進することを定めている。
【０００４】
これに対して、生物反応槽の好気槽への空気の送風制御を適正化等することによりＮ２Ｏの生成自体を抑制する技術や、排出されたＮ２Ｏガスを反応槽内に再曝気して無酸素条件下で分解させる技術の開発が進められている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
一方、焼却炉において、下水汚泥を８５０℃以上で燃焼した場合に、Ｎ２Ｏの排出量を比較的高い割合（例えば、約７割）で削減可能であることが知られている（例えば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“下水道における地球温暖化防止推進計画策定の手引き”、平成２１年３月、下水道における地球温暖化防止対策検討委員会、［平成２６年５月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｃｏｍｍｏｎ／００００３６１７６．ｐｄｆ＞
【非特許文献２】“東京都下水道事業  経営計画２０１３”、平成２５年２月、東京都、１０４頁、［平成２６年５月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｓｕｉ．ｍｅｔｒｏ．ｔｏｋｙｏ．ｊｐ／ｊｉｇｙｏｕ／ｋｅｉｅｉｋｅｉｋａｋｕ／ｋｅｉｋａｋｕ２０１３／ｋｅｉｅｉｋｅｉｋａｋｕ２０１３．ｐｄｆ＞
【非特許文献３】“下水道における地球温暖化対策の取り組み〜一酸化二窒素の排出抑制対策の推進”、国土交通省、［平成２６年５月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｃｒｄ／ｃｉｔｙ／ｓｅｗｅｒａｇｅ／ｇｙｏｓｅｉ／ｉｍａｇｅ／ｎ２ｏ．ｐｄｆ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、非特許文献２に記載されている、排出されたＮ２Ｏガスを反応槽内に再曝気して無酸素条件下で分解させる技術を検討すると、好気槽における排ガスを嫌気槽に循環させて曝気させるだけでは、十分な量のＮ２Ｏを分解することができない。これは、活性汚泥によるＮ２Ｏの分解は、嫌気状態であることが必要条件であるため、循環させる曝気量を増やすと、ＤＯ（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  ｏｘｙｇｅｎ：溶存酸素濃度）濃度が上昇してしまって、嫌気状態を維持できないことに起因する。また、このように嫌気状態を維持できないことは、嫌気槽の本来の水処理機能を損なってしまうことにもつながる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、下水処理時に発生するＮ２Ｏを容易且つ効果的に低減することのできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的達成のため、本発明の一態様に係る下水汚泥焼却システムは、下水の沈殿処理を行う第１沈殿池と、第１沈殿池を経た水を処理する生物反応槽と、生物反応槽を経た水に対する沈殿処理を行う第２沈殿池と、第１沈殿池又は第２沈殿池の少なくとも一方で沈殿した汚泥を焼却する焼却炉とを備える下水汚泥焼却システムであって、生物反応槽から排出された排出ガスを、焼却炉に燃焼用ガスとして導入する導入路を有する。
【００１０】
また、本発明の他の態様に係る下水汚泥焼却システムは、更に、生物反応槽が空気を曝気する好気槽を有し、燃焼用ガスは、好気槽から排出される空気を含む。
【００１１】
また、本発明の他の態様に係る下水汚泥焼却システムは、焼却炉の燃焼温度が８５０℃以上である。
【００１２】
また、本発明の他の態様に係る下水汚泥焼却システムは、更に、排出ガスの脱臭処理を行うための脱臭設備と、排出ガス中のＮ２Ｏの濃度を測定する濃度測定部と、濃度測定部により測定されたＮ２Ｏの濃度に基づいて、排出ガスを導入路により焼却炉に導入するか、又は脱臭設備に導入するかを切り替える切替制御部と、を有する。
【００１３】
また、本発明の他の態様に係る下水汚泥焼却システムは、更に、切替制御部が、濃度測定部により測定されたＮ２Ｏの濃度が所定の閾値以上の場合に、排出ガスを導入路により焼却炉に導入するように切り替える。
【００１４】
また、本発明の他の態様に係る下水汚泥焼却システムは、更に、閾値が、排出ガスを焼却炉に燃焼用ガスとして導入してＮ２Ｏ量を低減することによる地球温暖化の抑制効果が、排出ガスを焼却炉に導入するために排出されることとなる温室効果ガスによる地球温暖化への影響を上回ると想定される場合における、排出ガスに含まれるＮ２Ｏの濃度である。
【００１５】
また、本発明の他の態様に係る下水汚泥焼却方法は、下水の沈殿処理を行う第１沈殿池と、前記第１沈殿池を経た水を処理する生物反応槽と、生物反応槽を経た水に対する沈殿処理を行う第２沈殿池と、第１沈殿池又は前記第２沈殿池の少なくとも一方で沈殿した汚泥、または他の下水処理施設から輸送された汚泥を含む下水汚泥を焼却する焼却炉とを備える下水汚泥焼却システムにおける下水汚泥焼却方法であって、生物反応槽から排出された排出ガスを、焼却炉に燃焼用ガスとして導入する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、下水処理時に発生するＮ２Ｏを容易且つ効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る下水汚泥焼却システムの一例としての下水処理システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１９】
＜一実施形態＞
【００２０】
まず、本発明の一実施形態に係る下水汚泥焼却システムの一例としての下水処理システムについて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る下水汚泥焼却システムの一例としての下水処理システムの構成図である。
【００２２】
下水処理システム１は、第１沈殿池（「下水道施設計画・設計指針と解説（後編）２００９年版」（社団法人日本下水道協会）における最初沈殿池に相当）１０と、生物反応槽２０と、第２沈殿池（「下水道施設計画・設計指針と解説（後編）２００９年版」（社団法人日本下水道協会）における最終沈殿池に相当）３０と、配管４０と、切替部４１と、脱臭設備側配管４２と、焼却炉側配管４３と、脱臭設備５０と、焼却炉６０と、Ｎ２Ｏ計７０と、切替制御部８０とを有する。
【００２３】
第１沈殿池１０は、流入した流入水（下水）に含まれる比重の大きい浮遊物質等を沈殿させる処理を行い、処理後の水を後段（下流）の生物反応槽２０に流す。第１沈殿池１０において沈殿した汚泥は、引抜かれて、濃縮処理、脱水処理等が行われた後、焼却炉６０に導入されて焼却される。
【００２４】
生物反応槽２０は、第１沈殿池１０から流入した水に対して、微生物を用いて、有機物除去、りん除去、窒素除去等を行い、処理後の水を後段の第２沈殿池３０に流す。具体的には、生物反応槽２０は、嫌気槽２１と、無酸素槽２２と、好気槽２３と、ブロワー２４とを有する。
【００２５】
嫌気槽２１は、処理対象の水に対して、活性汚泥（微生物を含む汚泥）中の微生物を用いて、有機物を除去する。嫌気槽２１においては、微生物内に蓄えられているりん（Ｐ）が水に放出される。無酸素槽２２は、嫌気槽２１を経由した水に対して、活性汚泥中の微生物を用いて、窒素除去（脱窒）を行う。無酸素槽２２においては、水中の硝酸イオン（ＮＯ３−）に対して脱窒が行われるので、Ｎ２ＯやＮ２が発生する。好気槽２３は、処理対象の水に対して、活性汚泥中の微生物を用いて、硝化を行う。好気槽２３においては、水中のアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）に対して硝化が行われるので、亜硝酸生成反応との競合反応により、Ｎ２Ｏが生成される。ブロワー２４は、生物反応槽２０の外側の空気を好気槽２３の水中（例えば、好気槽２３の底部位置又は好気槽２３が有効水深１０ｍ以上のような深槽反応槽の場合には中程度の深さ位置）に供給する、すなわち曝気する。これにより、好気槽２３の水は、十分な好気条件が維持される。好気槽２３の水中に供給された空気から、好気槽２３における生物反応に必要な成分（例えば酸素分子）が除かれ、また、生物反応により生じた成分（例えば、Ｎ２Ｏ分子、ＣＯ２分子、Ｈ２Ｏ分子等）が付加された空気が好気槽２３の水面から排出される。本実施形態では、生物反応槽２０の各槽２１，２２，２３の上側は、覆蓋２０ａによって覆われており、覆蓋２０ａの下の空間（ガス収容空間）Ｓには、生物反応槽２０から発生した各種ガスが存在することとなる。本実施形態では、ガス収容空間Ｓは、嫌気槽２１、無酸素槽２２、及び好気槽２３の間で繋がっている。また、これらガス収容空間Ｓは、生物反応槽２０の外界とも繋がっているので、周囲の空気が流入することもある。
【００２６】
第２沈殿池３０は、生物反応槽２０から流入した水に含まれる活性汚泥を沈殿させる処理を行い、処理後の水を下水処理システム１から排出する。第２沈殿池３０において沈殿した活性汚泥のうち、生物反応槽２０に必要な量については、生物反応槽２０の嫌気槽２１に返送され、残りは、余剰汚泥として引抜かれる。第２沈殿池３０から引抜かれた汚泥は、濃縮処理、脱水処理等が行われた後、焼却炉６０に導入されて焼却される。
【００２７】
生物反応槽２０の各槽（２１，２２，２３）のガス収容空間Ｓには、生物反応槽２０で排出された気体（排出ガス）を排出するための配管４０が接続されている。ここで、排出ガスには、嫌気槽２１や無酸素槽２２において発生するＮ２Ｏや、好気槽２３の水面から排出されたガスがある。配管４０には、ガス収容空間Ｓのガスを配管４０内に吸引するための図示しない吸引設備（例えば、送風機）が設けられており、ガス収容空間Ｓのガスが配管４０に吸引されるようになっている。この吸引設備の能力としては、例えば、好気槽２３における曝気量を上回る吸引量があれば良い。この吸引設備によれば、ガス収容空間Ｓが陰圧状態となり、嫌気槽２１、無酸素槽２２、及び好気槽２３で排出された各種ガスだけでなく、周囲の空気が配管４０に吸引されることとなる。配管４０は、切替部４１を介して、脱臭設備側配管４２と、焼却炉側配管４３とに接続されている。切替部４１は、配管４０と、脱臭設備側配管４２又は焼却炉側配管４３のいずれとの内部空間を連通させるか、すなわち、排出ガスを脱臭設備５０に供給する経路とするか、又は排出ガスを焼却炉６０に供給する経路とするかを切替可能となっている。なお、配管４０、脱臭設備側配管４２、及び焼却炉側配管４３のいずれかの部位において、排出ガスを生物反応槽２０から下流方向（脱臭設備５０又は焼却炉６０の方向）に流すための送風機構を設けるようにしても良い。
【００２８】
Ｎ２Ｏ計７０は、配管４０に流れる排出ガス中のＮ２Ｏの濃度を測定する。
【００２９】
切替制御部８０は、Ｎ２Ｏ計７０で測定されたＮ２Ｏの濃度に基づいて、切替部４１による排出ガスの経路の切替を制御する。例えば、切替制御部８０は、測定されたＮ２Ｏの濃度が所定の閾値以上の場合には、排出ガスを焼却炉６０で燃焼させることによるＮ２Ｏの低減による地球温暖化の抑制効果が得られるとして、排出ガスを焼却炉６０に供給する経路とするように切替部４１を制御し、所定の閾値未満の場合には、排出ガスを脱臭設備５０に供給する経路とするように切替部４１を制御する。
【００３０】
ここで、使用する閾値としては、排出ガスを焼却炉６０で焼却してＮ２Ｏ量を低減することによる地球温暖化の抑制効果が、排出ガスを焼却炉６０に導入するために排出されることとなる温室効果ガスによる地球温暖化への影響を上回ると想定される場合における、排出ガスに含まれるＮ２Ｏの濃度としても良い。例えば、排出ガスを焼却炉６０に導入するための送風等に電力を使用する場合においては、排出ガスを焼却炉６０に導入することにより削減できるＮ２Ｏの量と同様な温室効果をもたらすＣＯ２の量が、送風等に使用する電力を発電する際に排出されると想定されるＣＯ２の量を上回ると想定される場合におけるＮ２Ｏの濃度としても良い。このようにすると、消費する電力による地球温暖化への影響を含めた下水処理システム１全体として温室効果ガスによる地球温暖化を抑制することができる。なお、使用する閾値は、これに限られず、上記以外の所望する目的（例えば、所望するコスト、所望するＮ２Ｏの排出濃度等）を満たすと想定される場合に対応するＮ２Ｏの濃度としても良い。切替制御部８０は、専用の回路で構成しても良いし、例えば、プロセッサと、メモリとを有するコンピュータによって構成しても良い。
【００３１】
脱臭設備５０は、脱臭設備側配管４２を介して導入された排出ガスの臭気を除去する脱臭処理を行い、臭気を除いたガスを外部に排出する。
【００３２】
焼却炉６０は、例えば、流動床式の焼却炉であり、下水汚泥（例えば、脱水された下水汚泥）を焼却する。焼却炉６０が焼却対象とする下水汚泥としては、焼却炉６０が属する下水処理システム１の第１沈殿池１０又は第２沈殿池３０の少なくとも一方で発生した汚泥だけでなく、他の下水処理施設で発生した汚泥を含む場合がある。一般に、焼却炉では、下水汚泥を燃焼させるために炉内に導入する必要がある燃焼用ガスとして、例えば、外部の空気を導入するが、本実施形態の焼却炉６０では、焼却炉側配管４３を流れる排出ガスを燃焼用ガスとして炉内に導入するようにしている。なお、焼却炉６０で必要とするだけの燃焼用ガスを、排出ガスのみでは確保できない場合には、外部の空気により補うようにしても良い。ここで、排出ガスの成分としては、生物反応槽２０の周囲の空気も含まれているので、焼却炉６０において下水汚泥を燃焼させることに関しては、排出ガスを導入しても問題は発生しない。焼却炉６０による燃焼温度は、例えば、８５０℃以上、例えば、８５０℃以上９００℃以下である。ここで、下水汚泥を８５０℃以上で燃焼した場合には、Ｎ２Ｏの排出量を比較的高い割合（例えば、約７割）で削減可能であることが知られている（例えば、非特許文献３参照）。したがって、焼却炉側配管４３から導入された排出ガスに含まれているＮ２Ｏについても比較的高い割合で削減できることが想定できる。また、この燃焼温度によると、焼却炉側配管４３から導入された排出ガスに含まれている臭気成分の分解温度以上であるので、焼却炉６０においては、排出ガス用の臭気対策を別に行う必要がない。なお、焼却炉６０による燃焼温度は、８５０℃以上が好ましいが、Ｎ２Ｏを分解できる温度であれば、８５０℃未満であっても良い。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る下水処理システムにおける下水汚泥焼却方法について説明する。
【００３４】
下水道処理システム１の生物反応槽２０の嫌気槽２１及び無酸素槽２２では、Ｎ２Ｏが排出されるので、ガス収容空間Ｓには、Ｎ２Ｏが溜まる。また、好気槽２３では、ブロワー２４によって空気が曝気されるので、ガス収容空間Ｓには、好気槽２３から排出される上述のガスも溜まる。
【００３５】
ガス収容空間Ｓに溜まった空気やＮ２Ｏを含む排出ガスは、生物反応槽２０に接続された配管４０を通って生物反応槽２０から排出される。このとき、生物反応槽２０の周囲の空気も配管４０に吸引される。配管４０を流れる排出ガスにおけるＮ２Ｏの濃度がＮ２Ｏ計７０によって測定される。
【００３６】
Ｎ２Ｏ計７０で測定されたＮ２Ｏの濃度が所定の閾値未満の場合には、切替部４１は、配管４０と脱臭設備側配管４２とが連通するようになっている。従がって、配管４０を流れる排出ガスは、脱臭設備側配管４２を通って、脱臭設備５０に導入される。脱臭設備５０では、導入された排出ガスの臭気を除去し、外部に放出する。
【００３７】
一方、Ｎ２Ｏ計７０で測定されたＮ２Ｏの濃度が所定の閾値以上となった場合には、切替制御部８０が、切替部４１に対して切替制御を行うことによって、配管４０と焼却炉側配管４３とが連通するようにする。この結果、配管４０を流れる排出ガスは、焼却炉側配管４３を通って、焼却炉６０に導入される。焼却炉６０では、導入された排出ガスを燃焼用ガスとして用いて、下水汚泥を焼却する。ここで、焼却炉６０による燃焼温度は、例えば、８５０℃以上であるので、排出ガスに含まれるＮ２Ｏが比較的効率よく分解される。これにより、水道処理システム１から外部に放出されるＮ２Ｏの量を効果的に低減することができる。また、このように排出ガスの経路を切り替えるようにしているので、脱臭設備５０に供給するガス量を減らすことができ、脱臭設備５０で使用する活性炭を低減することができ、活性炭に要するコストを削減することができる。
【００３８】
＜その他の実施形態＞
【００３９】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限られず、他の様々な態様に適用可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態では、切替部４１を備え、排出ガスの経路を切り替えるようにしていたが、本発明はこれに限られず、生物反応槽２０で発生した排出ガスを常に焼却炉６０に供給するようにしても良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、排出ガスの経路を焼却炉６０と脱臭設備５０とのいずれか一方への経路に切り替えていたが、例えば、焼却炉６０と脱臭設備５０との双方への経路を並存させても良く、この場合には、焼却炉６０と脱臭設備５０とのそれぞれに供給される排出ガスの量を調整するようにしても良い。例えば、排出ガスの量が、焼却炉６０が必要とする燃焼用ガスの量を超える場合には、超える分の排出ガスを脱臭設備５０に導入するようにしても良い。
【００４２】
また、上記実施形態では、切替制御部８０が排出ガスの経路を切り替えるか否かを判断するようにしていたが、例えば、Ｎ２Ｏ計７０を参照した管理者が切り替えるか否かを判断し、それに応じて排出ガスの経路を切り替えるようにしても良い。
【００４３】
また、上記実施形態では、生物反応槽として、嫌気無酸素好気法（いわゆるＡ２Ｏ法）に従う生物反応槽を例に説明していたが、本発明はこれに限られず、例えば、標準法に従う、好気槽のみで構成される生物反応槽や、循環式硝化脱窒法に従う、無酸素槽と好気槽とで構成される生物反応槽等の他の方式に従う生物反応槽にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、焼却炉を有する下水汚泥焼却システムに利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  水処理システム（下水汚泥焼却システムの一例）
１０  第１沈殿池
２０  生物反応槽
２１  嫌気槽
２２  無酸素槽
２３  好気槽
２４  ブロワー
３０  第２沈殿池
４０  配管（導入路の一部）
４１  切替部
４２  脱臭設備側配管
４３  焼却炉側配管（導入路の一部）
５０  脱臭設備
６０  焼却炉
７０  Ｎ２Ｏ計（濃度測定部）
８０  切替制御部
【図１】
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