(57)【要約】  本発明は、非腐敗性スラッジおよびエネルギーを生成する方法に関する。この方法は、（ｉ）スラッジの一次消化によって、消化スラッジを生じるステップと、（ｉｉ）ステップ（ｉ）において生じた消化スラッジの第１の固液分離によって、少なくとも部分的に脱水された消化スラッジおよび第１の廃液を生じるステップと、（ｉｉｉ）ステップ（ｉｉ）において生じた少なくとも部分的に脱水された消化スラッジの熱加水分解によって、少なくとも部分的に脱水および加水分解された消化スラッジを生じるステップと、（ｉｖ）ステップ（ｉｉｉ）において生じた少なくとも部分的に脱水および加水分解された消化スラッジを消化するステップを含む。この方法は、前記一次消化ステップおよび前記消化ステップで生成したバイオガスを回収するステップと、このバイオガスからエネルギーを生成するステップであって、前記熱加水分解を実施するために必要なエネルギーを生成するサブステップと、余剰エネルギーを生成するサブステップを含むステップとを更に含む。バイオガスは、その全てが電気を生成するために用いられる。
2012519578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に非腐敗性のスラッジおよびエネルギーを生成する方法であって、
（ｉ）スラッジの一次消化によって、消化スラッジを得るステップと、
（ｉｉ）前記ステップ（ｉ）において得られた前記消化スラッジに対して第１の固液分離を行うことによって、少なくとも部分的に脱水された消化スラッジおよび第１の廃液を得るステップと、
（ｉｉｉ）前記ステップ（ｉｉ）において得られた前記少なくとも部分的に脱水された消化スラッジを熱加水分解することによって、少なくとも部分的に脱水され及び加水分解された消化スラッジを得るステップと、
（ｉｖ）前記ステップ（ｉｉｉ）において得られた前記少なくとも部分的に脱水され及び加水分解された消化スラッジを消化するステップと
を含むとともに、更に、
前記一次消化ステップおよび前記消化ステップにおいて生成したバイオガスを回収するステップと、
前記バイオガスからエネルギーを生成するステップであって、前記熱加水分解を実施するために必要なエネルギーを生成するサブステップと、余剰エネルギーを生成するサブステップとを含むステップと
を含み、前記バイオガスの全てが電気を生成するために用いられる方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｉｖ）において得られたスラッジに対して第２の固液分離を行うことによって、第２の廃液および処理されたスラッジを得るステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱加水分解が、２０〜１２０分間にわたって１〜２０バールの圧力および１２０℃〜１８０℃の温度で行われる請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱加水分解が、３０分間にわたって飽和蒸気圧と等しい圧力および１６５℃の温度で行われる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記一次消化および／または前記消化が、中温嫌気性消化である請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記一次消化および／または前記消化が、高温嫌気性消化である請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記一次消化に先立って、前記スラッジを解繊するステップが行われる請求項１〜６に記載のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施するためのスラッジ処理プラントであって、
入口および出口を有する熱加水分解手段（１６，３６）と、前記スラッジを消化する手段（１０，１１，３０）とを備えており、
前記消化手段（１０，１１，３０）が、スラッジを取り込む手段（１２，３１）に連通しており、前記加水分解手段（１６，３６）の前記入口および前記出口が、前記消化手段（１０，１１，３０）に連通しており、
前記プラントが、前記消化手段（１０，１１，３０）の前記出口に位置する第１の固液分離手段（１３，３３）と、前記消化手段（１０，１１，３０）によってもたらされるバイオガスを回収する手段（２０，２８）とを備えており、
前記消化手段が、蒸気および電気を生成する手段に連結された収集器（２０，３８）を備えるバイオガス回収手段に接続されており、前記蒸気および電気を生成する手段が、電気を生成する交流発電機に連結された熱電併給モータ（２１，３９）を備えており、前記熱電併給モータ（２１，３９）の排気ライン（２２，４０）が、蒸気を生成する空気／水熱交換器（２３，４１）の入口と、前記熱加水分解手段（１６，３６）に蒸気を移送するために用いられる配管（２７，４５）とに通じているプラント。
【請求項９】
前記消化手段が、少なくとも１つの入口および１つの出口を有する消化槽（３０）を備えており、前記出口が、前記加水分解手段（３６）の前記入口に連通しており、前記入口は、前記加水分解手段（３６）の前記出口に連通している請求項８に記載のプラント。
【請求項１０】
前記消化手段が一次消化槽（１０）および二次消化槽（１１）を備えており、前記一次消化槽（１０）および前記二次消化槽（１１）が各々、入口および出口を有しており、前記一次消化槽（１０）の前記入口が、前記スラッジを取り込む手段（１２）に連通しており、前記一次消化槽（１０）の前記出口が、前記加水分解手段（１６）の前記入口に連通しており、前記二次消化槽（１１）の前記入口は、前記加水分解手段（１６）の前記出口に連通している請求項８に記載のプラント。
【請求項１１】
前記第１の固液分離手段（１３）が、１２％以上の乾燥度レベルを得ることができるものである請求項８〜１０のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１２】
前記二次消化層（１１）の前記出口に位置する第２の固液分離手段（１７）を備える請求項１０又は１１に記載のプラント。
【請求項１３】
前記消化槽（３０）または前記一次消化槽（１０）の上流に配置された解繊手段（２８，４６）を備える請求項１１又は１２に記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、有機廃棄物、特に、水処理中に生じる有機廃棄物の処理に関する技術分野である。
【０００２】
さらに詳細には、本発明は、特に、エネルギー、例えば、電気を生成することを目的として、都市用水および工業用水の処理によって生じるスラッジを処理するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
都市汚水または工業汚水は、可溶性有機汚染物質および粒状有機汚染物質をある割合で含んでいる。
【０００４】
汚染物質の粒状部分は、単純な上澄み流出（デカンテーション）によって部分的に除去されることが可能である。この水の上澄み流出に伴って、有機廃棄物を構成する粒子と水との混合物からなる「一次スラッジ」として知られているスラッジが生じることになる
【０００５】
汚染物質の可溶性有機部分は、その少なくとも大部分が生物学的処理プロセスを用いることによって処理されることが可能である。
【０００６】
水の生物学的処理は、被処理水を微生物に接触させることからなっており、この処理において、微生物は、その成長を確保するために、この水に溶解している有機汚染物質を消費する。
【０００７】
水の生物学的処理に伴って、有機廃棄物を構成する「生物学的スラッジ」または「二次スラッジ」として知られているスラッジが生じることになる。
【０００８】
一次スラッジと二次スラッジとの混合物は、「混合スラッジ」を構成する。これらの混合スラッジを分解し、非腐敗性でかつ無害なものとすることを目的とし、この混合スラッジを処理するために、種々の技術が提案されている。
【０００９】
有機廃棄物の消化またはメタン生成は、有機廃棄物を嫌気性発酵させることによってこの有機廃棄物を生物学的に分解する自然作用である。
【００１０】
消化は、
・一種または複数種のエネルギーに変換可能なガス（バイオガス）と、
・例えば、施肥材として使用可能な消化残渣（有機化合物の消化の残留物）と、
・比較的限定的な量の溶解した低生分解性または非生分解性の化合物と
の複合生成物をもたらすという点において、特に有効である。
【００１１】
しかし、このようにして得られた消化残渣は、難生分解成分、すなわち、生物学的に分解し難い成分を含んでいる。
【００１２】
この欠点を解消するために、消化を実施する前にスラッジの熱加水分解を実施する技術が開発されてきている。
【００１３】
この技術は、熱加水分解がスラッジの難発酵性（すなわち、発酵し難い）成分を少なくとも大幅に分解することができるので、特に有利である。
【００１４】
［背景技術の欠点］
しかし、熱加水分解は、スラッジの難発酵成分を排除する上でかなりの改良をもたらしているが、その見返りとして、旧来の消化におけるよりも多くの（高ＣＯＤ、すなわち、高化学的酸素要求量を有する）低分解性または非分解性の可溶性化合物の生成を伴うことになる。これは、効率的な消化を確実なものとするために、消化槽内に入るスラッジの量が制限されることを意味している。
【００１５】
一方、効率的な熱加水分解を得るのに必要な条件として、高エネルギー消費が必要になる。
【００１６】
このエネルギー消費に関して、加水分解に必要な蒸気を生成するために、消化によってもたらされるバイオガスの半分が旧来のボイラーに供給されるようになっている。バイオガスの残りは、電気を生成するために、交流発電機に接続された熱電併給モータに供給されるようになっている。バイオガスの残りは、例えば、建物を直接暖房するために用いられることもある。
【００１７】
従って、この技術は、確かに比較的低濃度の難発酵性成分を含む消化残渣の生成を可能にするが、以下の欠点、すなわち、
・低生分解性または非生分解性の可溶性化合物を生じさせ、
・効率的な消化を確実なものとするために、消化槽の大型化を必要とし、および
・加水分解に必要な蒸気を直接生成するために、バイオガスの大半を消費する必要があり、その結果、スラッジ処理プロセス自体を実施する目的以外の目的に使用可能な電気、熱、などの形態にある余剰エネルギーをわずかな量しか生成することができない
という欠点をもたらすことになる。
［発明が解決しようとする課題］
【００１８】
特に、従来技術のこれらの欠点を解消することが、本発明の目的である。
【００１９】
さらに具体的には、少なくとも一実施形態において、低エネルギー消費しか必要としないこの種の技術を提供することが、本発明の目的である。
【００２０】
特に、少なくとも一実施形態において、本発明は、加水分解の条件を達成するのに必要なバイオガスの消費を制限し、スラッジ処理プロセスを実施する目的以外の目的に使用可能な余剰エネルギーを生成するのに用いられるバイオガスの割合を高めるために実施されるこの種の技術を提供することを目的としている。
【００２１】
少なくとも一実施形態において、少なくともかなりの量の難発酵成分を排除することができる、水処理から生じるスラッジを処理するための技術を提供することが、本発明の他の目的である。
【００２２】
特に、本発明の少なくとも一実施形態において、従来技術と比較して低減された難発酵性残滓成分を含む廃棄物を生じさせることができるように、この種の技術を実施することが、本発明の目的である。
【００２３】
また、本発明の少なくとも一実施形態において、本発明は、低生分解性または非生分解性の可溶性化合物の生成を制限することを目的としている。
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態において、多量のスラッジを処理するためのこの種の技術を提供することが、本発明のさらに他の目的である。
【００２５】
また、本発明の少なくとも一実施形態において、本発明は、確実かつ容易に実施することができ、かつ比較的経済的であるこの種の技術を提供することを目的としている。
【発明の概要】
【００２６】
これらの目的および以下に述べる他の目的は、実質的に非腐敗性のスラッジおよびエネルギーを生成する方法であって、
（ｉ）スラッジの一次消化によって、消化スラッジを得るステップと、
（ｉｉ）前記ステップ（ｉ）において得られた前記消化スラッジに対して第１の固液分離を行うことによって、少なくとも部分的に脱水された消化スラッジおよび第１の廃液を得るステップと、
（ｉｉｉ）前記ステップ（ｉｉ）において得られた前記少なくとも部分的に脱水された消化スラッジを熱加水分解することによって、少なくとも部分的に脱水され及び加水分解された消化スラッジを得るステップと、
（ｉｖ）前記ステップ（ｉｉｉ）において得られた前記少なくとも部分的に脱水され及び加水分解された消化スラッジを消化するステップと
を含むとともに、更に、
前記一次消化ステップおよび前記消化ステップにおいて生成したバイオガスを回収するステップと、
前記バイオガスからエネルギーを生成するステップであって、前記熱加水分解を実施するために必要なエネルギーを生成するサブステップと、余剰エネルギーを生成するサブステップとを含むステップと
を含み、前記バイオガスの全てが電気を生成するために用いられる方法によって、達成される。
【００２７】
本発明において理解されるように、「熱加水分解」という用語は、明確に非生物学的である加水分解の手法を意味すると理解されるべきであることに留意されたい。
【００２８】
従って、本発明は、スラッジの第１の消化、スラッジの（非生物学的な）熱加水分解、およびスラッジの第２の消化を連続的に組み合わせて実施する独自の方法に基づいている。
【００２９】
第１の消化（または一次消化）は、スラッジの易発酵成分の少なくとも大半を分解し、難分解性消化残渣を生じさせるのに用いられる。
【００３０】
分離ステップを実施することによって、消化中に生じた低生分解性または非生分解性の有機物質を含む廃液を排出することができる。従って、加水分解ステップの入口における低生分解性または非生分解性の有機物質の量が低下する。これによって、最終的に、加水分解中に生じる低生分解性または非生分解性の有機物質の量が減少する。加えて、これによって、下流に配置される機器の大きさを縮小することができ、熱加水分解を行うのに必要なエネルギー消費を少なくすることができる。
【００３１】
熱加水分解は、スラッジの難発酵成分のみを処理するために行われる。その結果、本発明に係る熱加水分解を実施するのに必要なエネルギーは、従来技術における熱加水分解に必要なエネルギーよりも少なくなる。実際、従来技術では、熱加水分解は、全てのスラッジ、すなわち、その発酵性部分および難発酵性部分の両方を処理するために行われている。これは、大きなエネルギー入力を必要とする。
【００３２】
熱加水分解によって、難発酵性消化残渣を加水分解された易発酵性消化残渣に分解することができる。
【００３３】
次いで、これらの発酵性スラッジは、第２の消化中に消化され、これによって、その少なくとも大半が発酵性成分を含んでいない消化残渣を生じることになるが、この消化残渣は、難分解性（refractory）または難反応性（hard）成分とも呼ばれる極めて発酵し難い部分を含んでいる。
【００３４】
さらに、熱加水分解は、スラッジの難発酵性成分に対してのみ行われるので、その実施によって、従来技術におけるよりも少量の低生分解性または非生分解性の可溶性化合物しか生じさせないことになる。
【００３５】
本発明に係るプロセスは、多量のバイオガスを生成することができる。加えて、加水分解がスラッジの難発酵性部分に対してのみ行われているので、加水分解を行うのに必要なエネルギーが比較的少ない。従って、本発明の技術を用いることによって、第１に、特に加水分解の圧力および温度の条件を達成するのに必要なエネルギー、第２に、スラッジを処理するプロセス自体を実施する目的以外の目的に使用可能な余剰エネルギーのかなりの部分（例えば、プラントなどに電力を供給されるために電力会社に転売される電気、建物を暖房する熱（加熱流体（液体または気体）など）を生成することができる。
【００３６】
１つの有利な特徴によれば、本発明に係るプロセスは、前記バイオガスを再変換するステップを含んでいる。前記再変換ステップは、前記加水分解ステップを実施するのに必要なエネルギーを生成するために、および余剰エネルギーを生成するために、熱電併給システムにバイオガスを送給するステップを含んでいる。
【００３７】
従って、熱電併給システムにバイオガスを送給することによって、第１に、特に加水分解の圧力および温度の条件を達成するのに必要なエネルギー、第２に、スラッジ処理プロセス自体を実施する目的以外の目的に使用可能な余剰エネルギーの大部分（例えば、プラントなどに電力を供給するために電力会社に転売される電気、建物を暖房する熱（加熱流体（液体または気体）など）を生成することができる。
【００３８】
他の有利な特徴によれば、前記再変換ステップは、電気生成手段に連結されたモータにバイオガスを送給するためのステップと、前記加水分解ステップの温度および圧力の条件を得るために、前記モータによって放出された熱を再変換するステップと、を含んでいる。
【００３９】
消化中に生成されたバイオガスの全体が、交流発電機のような電気生成手段に接続された熱電併給モータに送給されるようになっている。モータによって放出された熱の回収（例えば、排気ガスおよび／または油および／または冷却流体）からの熱の回収）によって、熱加水分解を行うのに必要な熱流体の全てを生成することができる。従って、本発明によれば、（バイオガスの少なくとも５０％が熱電併給モータの作動によって電気を生成するのに用いられ、残りのガスの大部分が加水分解を行うのに必要な圧力および温度の条件を得るために用いられる熱流体を生成するために旧来のボイラーに送給される）従来技術と違って、バイオガスの全体が電気を生成するのに用いられることになる。
【００４０】
好ましくは、本発明に係るプロセスは、前記ステップ（ｉｖ）において得られたスラッジの第２の固液分離によって、第２の廃液および処理スラッジを得るためのステップを含んでいる。
【００４１】
この分離ステップを実施することによって、消化中に生じた低生分解性または非生分解性の有機物質を含む廃液と、易発酵性有機物質を含んでいない脱水された消化スラッジと、を排出することができる。
【００４２】
有利には、前記熱加水分解は、２０〜１２０分間、１〜２０バールの圧力および５０℃〜２００℃、好ましくは、１２０℃〜１８０℃の温度で行われる。
【００４３】
これらの範囲内において選択された熱加水分解の条件によって、スラッジの難発酵性部分を効率的に低減させることができる。
【００４４】
１つの有益な変更形態によれば、前記熱加水分解は、３０分間、飽和蒸気圧と等しい圧力および１６５℃の温度で行われる。
【００４５】
熱加水分解のこれらの特定の条件によって、スラッジの難発酵性部分の最適な低減が可能になる。
【００４６】
１つの有利な特徴によれば、前記一次消化および／または前記消化は、中温嫌気性消化である。
【００４７】
この場合、１つまたは複数の消化過程が、５日〜１５日の間、３２℃〜３８℃の範囲内の温度で行われる。
【００４８】
他の有利な特徴によれば、前記一次消化および／または前記消化は、高温嫌気性消化である。
【００４９】
この場合、１つまたは複数の消化過程が、５日〜１５日の間、５２℃〜５８℃の範囲内の温度で行われる。
【００５０】
一次消化過程の入口における懸濁物質の濃度は、２５〜２６ｇのＭＩＳ（懸濁物質）／１リットルのスラッジの範囲内にある。
【００５１】
消化過程の入口における懸濁物質の濃度は、１００ｇ〜１５０ｇのＭＩＳ／１リットルのスラッジの範囲内にある。
【００５２】
１つの有利な特徴によれば、一次消化の後、前記スラッジを解繊するためのステップが前記固液分離ステップに先立って行われる。
【００５３】
１つの変形形態では、解繊ステップは、一次消化ステップの前に行われてもよい。
【００５４】
解繊によって、特に、
・従来技術では不可能であると当業者によって見なされていたスラッジを処理し、
・上流または下流に配置される消化槽の大きさを縮小し、
・スラッジの他の有機成分の滞留時間を増大させる
ことが可能になる。
【００５５】
本発明は、本発明に係る方法を実施するスラッジ処理プラントも対象としている。このプラントは、入口および出口を有する熱加水分解手段と、前記スラッジを消化するための手段と、を備えている。
【００５６】
本発明によれば、前記消化手段は、スラッジを取り込むための手段に連通しており、前記加水分解手段の前記入口および前記出口は、前記消化手段に連通している。また、前記プラントは、前記消化手段の出口に位置する第１の固液分離手段と、前記消化手段からもたらされるバイオガスを回収するための手段と、を備えている。
【００５７】
本発明によれば、前記消化手段は、蒸気および電気を生成するための手段に連結された収集器を備えるバイオガス回収手段に接続されている。蒸気および電気を生成するための手段は、電気を生成する交流発電機に連結された熱電併給モータを備えている。熱電併給モータの排気ラインは、蒸気を生成する空気／水熱交換器の入口と、前記熱加水分解手段に蒸気を移送するために用いられる配管と、に通じている。
【００５８】
このようなプラントによれば、スラッジの第１の消化、スラッジの熱加水分解、およびスラッジの第２の消化を組み合わせて実施することを原理とする本発明に係るプロセスを実施することができる。
【００５９】
分離手段の実施によって、消化中に生じた低生分解性または非生分解性の有機物質を含む廃液を放出することができる。従って、加水分解ステップの入口における低生分解性または非生分解性の可溶性有機物の量が低減し、これによって、最終的に、この加水分解中に生じる低生分解性または非生分解性の有機物質の量を低減させる傾向にある。
【００６０】
本発明に係るプラントは、熱電併給システムを備えており、前記バイオガス回収手段が、前記熱電併給システムに連通している。
【００６１】
熱電併給システムにバイオガスを送給することによって、特に加水分解の圧力および温度の条件を達成するのに必要なエネルギーおよびスラッジ処理プロセス自体を実施する目的以外の目的に使用可能な（例えば、電気および／または熱（高温流体（空気および／または水））の形態にある）余剰エネルギーのかなりの部分を生成することができる。
【００６２】
好ましくは、前記熱電併給システムは、熱電併給モータを備えており、前記バイオガス回収手段が前記モータに通じており、前記熱電併給モータは、電気生成手段に連結されており、かつ蒸気を生成するために前記モータによって放出された熱を水に伝達する手段を有している。
【００６３】
消化過程中に生じたバイオガスの全体が、交流発電機のような電気生成手段に連結された熱電併給モータに送給されるようになっている。モータによって放出された熱の回収（例えば、排気ガスおよび／または油および／または冷却流体からの熱の回収）によって、熱加水分解を行うのに必要な熱流体（例えば、蒸気）の全てを生成することができる。従って、本発明によれば、（バイオガスの少なくとも５０％が、熱電併給モータの実施によって電気を生成するために用いられ、残りのバイオガスが、加水分解を行うのに必要な圧力および温度の条件を得るために用いられる熱流体の大部分を生成するために、旧来のボイラーに送給される）従来技術と違って、バイオガスの全体が、電気を生成するのに用いられるようになっている。
【００６４】
有利な特徴によれば、前記消化手段は、少なくとも１つの入口および１つの出口を有する消化槽を備えており、前記出口は、前記加水分解手段の前記入口に連通しており、前記入口は、前記加水分解手段の前記出口に連通している
【００６５】
他の有利な特徴によれば、前記消化手段は、一次消化槽および二次消化槽を備えており、  前記一次消化槽および前記二次消化槽は、各々、入口および出口を有している。前記一次消化槽の前記入口は、スラッジを取り込むための前記手段に連通しており、前記一次消化槽の前記出口は、前記加水分解手段の入口に連通している。前記二次消化槽の前記入口は、前記加水分解手段の出口に連通している。
【００６６】
好ましくは、前記第１の固液分離手段は、１２％以上の乾燥度レベルを達成することが可能になるように構成されている。
【００６７】
有利には、本発明に係るプラントは、前記二次消化槽の出口に位置する第２の固液分離手段を備えておる。
【００６８】
これらの第２の分離手段を実施することによって、消化中に生じた低生分解性または非生分解性の可溶性有機物質を含む廃液と、発酵性有機物質を含まない脱水された消化スラッジと、を排出することができる。
【００６９】
好ましい特徴によれば、本発明に係るプラントは、前記消化槽と前記分離手段との間または前記一次消化槽と前記第１の分離手段との間に位置する解繊手段を備えている。
【００７０】
一変更形態では、解繊手段は、前記消化槽または一次消化槽の上流に配置されている。
【００７１】
このような解繊手段を実施することによって、特に、
・従来技術では不可能であると当業者によって見なされていたスラッジを処理し、
・上流または下流に配置された消化槽の大きさを縮小し、
・または、スラッジの他の有機成分の滞留時間を増大させる
ことが可能になる。
【００７２】
有利には、前記熱電併給モータは、前記熱加水分解手段に接続された蒸気排出口を有する空気−水熱交換器に通じている排気ラインを有している。
【００７３】
この実施によって、熱加水分解を行うのに必要な蒸気を単純かつ効率的に生成することができる。
【００７４】
本発明の他の特徴および他の利点は、簡単な例示的かつ非制限的実施例によって提示される以下の好ましい実施形態の説明および添付の図面から、さらに明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係るプラントの第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係るプラントの第２の実施形態を示す図である。
【図３】第１の消化の前後のスラッジ内の糖類含量を示すグラフである。
【図４】第１の消化の前後のスラッジ内の糖類含量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
［１．発明の原理の確認］
本発明は、スラッジ処理のプロセスに関する。本発明において理解されるように、「スラッジ」という用語は、一次スラッジ、二次スラッジ、さらに、混合されたスラッジを含んでいる。
【００７７】
本発明の一般原理は、スラッジの第１の消化、スラッジの熱加水分解、およびスラッジの第２の消化を組み合わせて実施することに基づいている。
【００７８】
第１の消化は、スラッジの易発酵性成分の少なくとも大半を分解し、難発酵性消化残渣を生じさせることができる。
【００７９】
次いで、スラッジのこの難発酵性成分を処理するためにのみ、熱加水分解が実施されるようになっている。
【００８０】
一方、従来技術では、熱加水分解は、スラッジの全て、すなわち、発酵性部分および難発酵性部分の両方を処理するために行われている。
【００８１】
その結果、本発明に係る熱加水分解を実施するのに必要なエネルギーは、従来技術による熱加水分解を行うのに必要なエネルギーよりも少なくなる。
【００８２】
熱加水分解は、スラッジの難発酵性成分から構成された一次消化残渣に基づく消化残渣を分解し、易発酵性スラッジからなる脱水された消化残渣を生じさせることができる。
【００８３】
次いで、第２の消化が、これらの発酵性スラッジを消化し、どのような発酵性成分も少なくともその大半を含むことなく、わずかな量の難分解性の非発酵性部分のみを含んでいる消化残渣を生じさせることができる。
【００８４】
［２．本発明に係るプラントの第１の実施形態の例］
図１に、本発明に係るスラッジ処理プラントの一実施の形態を示す。
【００８５】
図１に示すように、このプラントは、一次消化槽１０と二次消化槽１１とを具備する消化手段を備える。
【００８６】
一次消化槽１０は、入口および出口を有している。入口は、被処理スラッジを導入するためのスラッジ移送手段に接続されており、このスラッジ移送手段は、配管１２によって構成されている。出口は、第１の固液分離手段１３に通じており、第１の消化残渣がこの固液分離手段１３内に注入されることを可能にしている。
【００８７】
第１の固液分離手段１３は、１２％以上の乾燥度を得るために用いられる遠心分離機を備えている。一変形形態では、この目的のために、どのような他の同等の手段、例えば、薄膜が用いられてもよい。これらの第１の分離手段１３は、配管１４を備える第１の廃液を排出するための手段と、配管１５を備える第１の脱水された消化残渣を排出するための手段と、を有している。この配管１５は、熱加水分解手段１６に通じている。
【００８８】
熱加水分解手段１６は、熱加水分解を行うための条件を達成するために、圧力および温度が制御された条件下で稼働する反応器を備えている。用いられる熱加水分解手段は、本出願人によって出願された国際特許公開第０２／０６４５１６号パンフレットに記載されているものとすることができる。
【００８９】
熱加水分解手段１６は、加水分解された消化残渣を排出するための出口を有しており、この出口は、二次消化槽１１に通じている
【００９０】
二次消化槽１１は、入口および出口を有している。入口は、熱加水分解手段１６の出口に接続されている。出口は、第２の固液分離手段１７に通じており、加水分解された消化残渣がこの分離手段１７内に注入されることを可能にしている。
【００９１】
第２の分離手段１７は、有利には、第１の分離手段１３と同様である。第２の分離手段１７は、配管１８を備える第２の廃液を排出するための手段と、配管１９を備える脱水された消化残渣を排出するための手段と、を有している。
【００９２】
一変形形態では、これらの第２の分離手段は、スラッジを処理するための手段、例えば、湿式酸化によって置き換えられていてもよい。
【００９３】
他の変形形態では、第１の分離手段および第２の分離手段は、必ずしも同じでなくてもよく、ベルトフィルター、フィルター薄膜、電気浸透手段、などによって構成されていてもよい。
【００９４】
一次消化槽１０および二次消化槽１１は、バイオガス回収手段に連結されている。これらのバイオガス回収手段は、収集器２０を備えている。収集器２０は、蒸気および電気を生成する手段に接続されている。
【００９５】
蒸気生成手段は、熱電併給モータ２１を備えている。このモータは、電気を生成するためにモータを駆動することができる交流発電機に連結されている。
【００９６】
このモータは、空気−水熱交換器２３の入口に通じている排気ライン２２を有している。
【００９７】
熱交換器２３は、２つの入口として、
・熱電併給機２１によって生じた熱が配管２２を通って到達する１つの入口と、
・水パイプ２４が通じている１つの入口と
を有している。
【００９８】
また、熱交換器２３は、２つの出口として、
・蒸気の排出用の１つの出口２５と、
・煙の排出用の１つの出口２６と
を有している。
【００９９】
蒸気排出用出口２５は、配管２７を介して熱加水分解手段１６に接続されている。
【０１００】
一変形形態では、この設備は、一次消化槽１０と第１の固液分離手段１３との間に位置する解繊手段２８を備えている。これらの解繊手段２８は、機械的なクラッシャーを備えている。一変形形態では、解繊手段２８は、第１の消化槽１０によってもたらされる第１の消化残渣を機械的に分解する（すなわち、この消化残渣の非生分解性繊維成分を除去する）ためのどのような他の同等の手段を備えていてもよい。当業者に知られている解繊手段は、米国特許出願公開第２００７／００５１６７７号明細書に記載されている。他の変形態様では、解繊手段２８は、一次消化槽の上流に配置されていてもよい。
【０１０１】
一変形形態では、二次消化に必要な温度条件を得ることを目的として、加水分解手段から排出されるスラッジを冷却するために、交換器が加水分解手段１６と二次消化槽１１との間に設けられている。
【０１０２】
［３．本発明に係る設備の第２の実施形態の例］
図２に、本発明に係るスラッジ処理プラントの第２の実施形態を示す。
【０１０３】
図２に示すように、このようなプラントは、単一の消化槽３０を備えている。この消化槽３０は、被処理スラッジを取り入れるための配管３１に接続された第１の入口を有している。また、消化槽３０は、消化残渣を排出するための出口を有しており、この出口は、配管３２に接続されている。配管３２は、固液分離手段３３に通じている。
【０１０４】
固液分離手段３３は、第１の実施形態に用いられた固液分離手段の構造と同じ構造を有している。これらの分離手段３３は、配管３４を備える廃液を排出するための手段と、配管３５を備える脱水された消化残渣を排出するための手段と、を有している。この配管３５は、熱加水分解手段３６に通じている。
【０１０５】
熱加水分解手段３６は、第１の実施形態に用いられた加水分解手段と同様である。熱加水分解手段３６は、加水分解された消化残渣を排出するための出口を有しており、この出口は、配管３７によって、消化槽３０の第２の入口に接続されている。
【０１０６】
消化槽３０は、バイオガス回収手段に接続されている。これらのバイオガス回収手段は、配管３８を備えている。この配管３８は、蒸気および電気を生成するための手段に接続されている。
【０１０７】
配管３５は、処理されたスラッジを排出する配管４７に連通している。
【０１０８】
蒸気生成手段は、熱電併給モータ３９を備えている。このモータは、電気を生成するためにモータを駆動することができる交流発電機に連結されている。
【０１０９】
このモータは、空気−水熱交換器４１の入口に通じている排気ライン４０を有している。
【０１１０】
熱交換器４１は、２つの入口：
−熱電併給機３９によって生じた熱が配管４０を通って到達する１つの入口と、
−水パイプ４２が通じている入口と、
を有している。
【０１１１】
また、熱交換器４１は、２つの出口として、
・蒸気を排出するための出口４３と、
・煙を排出するための出口４４と、
を有している。
【０１１２】
蒸気排出出口４３は、配管４５を介して熱加水分解手段３６に接続されている。
【０１１３】
一変形形態では、第２の実施形態によるプラントは、消化槽３０と固液分離手段３３との間に位置する解繊手段４６を備えている。これらの解繊手段４６は、機械的なクラッシャー、または消化残渣を機械的に分解するためのどのような他の同等の手段を備えていてもよい。他の変形態様では、解繊手段は、一次消化槽の上流に配置されていてもよい。
【０１１４】
一変形形態では、二次消化に必要な温度の条件を得ることを目的として、加水分解手段から排出されたスラッジを冷却するために、交換器が加水分解手段３６と消化槽３０との間に設けられている。従って、スラッジを冷却することによって温水を回収することができる。
【０１１５】
［４．本発明に係るプロセスの第１の実施形態の例］
図１に、本発明に係るスラッジを処理するプロセスの第１の実施形態を示す。
【０１１６】
このプロセスでは、被処理スラッジは、一次消化槽１０内に移送され、一次消化ステップに供される。この実施形態では、この消化の期間は、約１０日である。代替的実施形態では、この期間は、５日〜１５日の範囲内とすることができる。
【０１１７】
この消化中、
・スラッジの発酵成分の低減、従って、処理されるべき乾物の低減と、
・（窒素および燐のような）非発酵性無機物の一部の生物学的な加水分解と、
・スラッジに含まれている多量の糖類の排除（この態様は、第１の消化が実施される前および後のそれぞれのスラッジの糖類含量を示す図３，４に明瞭に示されている）と、
・高ＣＯＤ物質および難分解性窒素のような低生分解性または非生分解性の可溶有機物質の生成と、
・揮発性脂肪酸の可溶化と
が生じている。
【０１１８】
この消化プロセスの終了時には、スラッジの発酵成分が消化されているので、一次消化槽１０の出口から排出される第１の消化残渣は、スラッジの非発酵性成分によって実質的に構成されている。
【０１１９】
この第１の消化残渣は、第１の固液分離手段１３に移送される。この分離手段を稼働させることによって、固液分離ステップを実施することができ、これによって、以下の
・配管１４内を流れる第１の廃液と、
・１２％を超える乾燥度を有する第１の脱水された消化残渣と
が生じることになる。
【０１２０】
スラッジの乾燥度は、スラッジの湿度の百分率（％）を１００％から減算することによって計算される、スラッジの乾物含量に対応している。
【０１２１】
第１の廃液は、一次消化中に生じた低生分解性または非生分解性の可溶化合物を多く含んでいる。これらの化合物の例として、
・窒素またはリンの溶解によって生じた無機物と、
・高ＣＯＤ化合物のような有機化合物および有機窒素によって生じた化合物（実際、旧来の消化では、消化槽に入る窒素の２０％〜５０％が、ＮＨ３の形態で消化槽から排出されている）、
・一次消化中に生じた揮発性脂肪酸を含む化合物と
が挙げられる。
【０１２２】
固液分離中に達成された乾燥度を考慮に入れると、脱水された消化残渣は、より濃縮されており、これによって、その後続の処理は、より小形の機器を用いることができ、低エネルギー消費をもたらすことになる。これら全てが、スラッジの処理コストを低減させる傾向にある。
【０１２３】
第１の脱水された消化残渣は、蒸気を用いる熱加水分解ステップに供されるために、熱加水分解手段１６内に移送される。熱加水分解は、３０分間、１６５℃の温度および飽和蒸気圧で行われる。他の実施形態では、加水分解は、２０分〜１２０分の間、１バール〜２０バールの圧力および１２０℃〜１８０℃の温度で行われる。
【０１２４】
第１の脱水された消化残渣がスラッジの非発酵成分から実質的になっているので（すなわち、発酵成分が一次消化槽１０内において予備的に消化されているので）、加水分解手段の容積は、従来技術において用いられている加水分解手段の容積と比較して、約２０％〜５０％、最も一般的には、約４０％小さくなっている。
【０１２５】
さらに、熱加水分解処理は、非発酵性部分のみに施されている。その結果、熱加水分解を行うのに必要なエネルギー量も、かなり少なくなっている。
【０１２６】
さらに、第１の消化残渣に施された固液分離によって、一次消化中に生物学的に溶解した低生分解性または非生分解性の生成物が第１の廃液内に排出されているという事実を考慮に入れると、熱加水分解中に処理されるこれらの生成物の量は、低減されていることになる。
【０１２７】
加水分解されるスラッジ内の糖類の量が、第１の消化ステップによって低減されていることによって、熱加水分解ステップにおいて極めて高いＣＯＤ材料をもたらすメイラード化合物の生成が低減されることになる。実際、メイラード反応は、還元糖およびタンパク質が１２０℃を超える温度で相互作用し、とりわけ、難生分解性の可溶化合物を生じさせる反応である。
【０１２８】
このように、熱加水分解は、低生分解性または非生分解性の可溶有機化合物を生じさせるが、これらの化合物は、比較的少量である。従って、一次消化、分離、および熱加水分解を好ましく実施することによって、従来技術による熱加水分解および消化を連続的に実施する最中に生じるよりも少量の低生分解性または非生分解性の可溶有機化合物しか生じないことになる。
【０１２９】
熱加水分解によって発酵可能とされた第１の脱水された消化残渣は、１０日間の第２の消化ステップに供されるために、二次消化槽１１に移送される。変更形態では、この期間は、７日から１５日の間で変更可能である。
【０１３０】
一次消化中に生じた低生分解性または非生分解性の可溶化合物は、二次消化に対して不利に作用する傾向にある。従って、低生分解性または非生分解性の可溶化合物を予備的に排除し、加水分解中に生じるこれらの生成物の量を制限することによって、一次消化の効率をさらに増大させることができる。
【０１３１】
二次消化は、第２の消化残渣を生成するが、この第２の消化残渣は、その少なくとも大半が、発酵成分を含んでおらず、作用を受け難い難生分解性部分および少量の低生分解性または非生分解性の可溶化合物を含んでいる。
【０１３２】
この混合物は、固液分離ステップ１７に供せられるために、第２の分離手段に移送され、
・配管１８内を流れる第２の廃液と、
・第２の加水分解された消化残渣と
を生じることになる。
【０１３３】
少なくとも大半がどのような発酵性成分も含んでいない第２の消化残渣は、再利用可能である。
【０１３４】
例えば、この第２の消化残渣によって構成されている消化スラッジは、脱水され、次いで、湿式酸化ステップのような他の処理ステップに排出または移送されてもよい。
【０１３５】
熱加水分解の手順が実施されると、予備的な熱処理によって、スラッジの脱水性が改良される。具体的には、第１の消化ステップからもたらされる消化残渣を熱加水分解すると、スラッジの脱水性も改良される。このように、追加的な消化を実施することによって、生スラッジの脱水性と比較して、消化スラッジの脱水性が１％〜２％改良されることになる。従って、脱水のレベルは、
・生スラッジの場合、１９％〜２５％の範囲内にあり、
・消化スラッジの場合、２１％〜３０％の範囲内にあり、
・加水分解されたスラッジの場合、２９％〜４０％の範囲内にある
ことになる。
【０１３６】
第２の廃液は、第２の消化中に生じた低生分解性または非生分解性の可溶有機化合物を多く含んでいる。
【０１３７】
第１の廃液および第２の廃液は、その時点で処理が切り上げられてもよいし、または本発明の方法によって処理されるべきスラッジを生成する水処理プラントの出発点に再循環されてもよい。難生分解性の可溶化合物が、従来技術と比較して、プロセスの実施中にわずかな量しか生じていないので、この再循環は、生じた処理水に限定的な影響しか及ぼさない。
【０１３８】
第１の消化ステップおよび第２の消化ステップの実施に伴って、バイオガスが生成される。加水分解を行うのに必要な蒸気を生成すると共に、電気を生成することを目的とし、バイオガスを変換ステップに供するために、回収ステップによって、これらのバイオガスを収集することができる。この目的のため、バイオガスは、熱電併給モータ２１内に移送される。このモータを用いて、このモータが接続された交流発電機を駆動し、電気を生成することになる。このモータからの排気ガスは、熱交換器２３に移送され、蒸気を生成するために、水が熱交換器２３内に巡回される。このようにして生じた蒸気は、第１の脱水された消化残渣の熱加水分解ステップの実行を可能とするために、配管１７を介して、熱加水手段１６に移送される。
【０１３９】
熱交換器２３内に生じた煙は、配管２６を通って排出される。
【０１４０】
［５．本発明に係るプロセスの第２の実施形態の例］
図２に、本発明に係るスラッジ処理プロセスの第２の実施形態を示す。
【０１４１】
このプロセスでは、被処理スラッジは、消化槽３０内に移送され、約１０日間、一次消化ステップに供される。代替的実施形態では、このステップは、５日〜１５日の範囲内とすることができる。
【０１４２】
この一次消化中、
・スラッジの発酵成分の低減、従って、処理されるべき乾物の低減と、
・（窒素および燐のような）非発酵性無機物の一部の生物学的な加水分解と、
・スラッジに含まれている多量の糖類の排除と、
・高ＣＯＤ物質および難分解性窒素のような低生分解性または非生分解性の有機物質の生成と、
・揮発性脂肪酸の可溶化と
が生じている。
【０１４３】
この消化プロセスの終了時に、スラッジの発酵成分が消化されているので、消化槽３０の出口から排出される消化残渣は、スラッジの非発酵性成分によって実質的に構成されている。
【０１４４】
次いで、この消化残渣は、固液分離ステップに供されるために、分離手段３３に移送される。これらの分離手段を実施することによって、
・配管３４内を流れる廃液と、
・加水分解された消化残渣と
を生じさせることができる。
【０１４５】
廃液は、一次消化中に生じた低生分解性または非生分解性の可溶有機化合物を多く含んでいる。これらの化合物の例として、
・窒素または燐の溶解によって生じた無機物と、
・高ＣＯＤ化合物のような有機化合物または有機窒素によって生じた化合物（実際、旧来の消化では、消化槽に入る窒素の２０％〜５０％が、ＮＨ３の形態でこの消化槽から排出されている）と、
・一次消化中に生じた揮発性脂肪酸を含む化合物と
が挙げられる。
【０１４６】
固液分離中に達成された乾燥度を考慮に入れると、脱水された消化残渣は、より濃縮されており、これによって、その後続の処理は、より小形の機器を用いることができ、低エネルギー消費をもたらすことになる。これら全てが、スラッジの処理コストを低減させる傾向にある。
【０１４７】
脱水された消化残渣は、蒸気による熱加水分解ステップに供されるために、熱加水分解手段３６内に移送される。熱加水分解は、３０分間、１６５℃の温度および飽和蒸気圧で行われる。代替的実施形態では、加水分解は、２０分〜１２０分の間、１バール〜２０バールの圧力および１２０℃〜１８０℃の温度で行われる。
【０１４８】
脱水された消化残渣がスラッジの非発酵性成分から実質的になっているので（すなわち、発酵性成分が消化槽３０内において予備的に消化されているので）、加水分解手段の容積は、従来技術において用いられている加水分解手段の容積と比較して、約２０％〜５０％、最も一般的には、約４０％小さくなっている。
【０１４９】
さらに、熱加水分解処理は、初期スラッジの非発酵性部分のみに施されている。その結果、この処理を行うのに必要なエネルギー量も、かなり小さくなっている。
【０１５０】
さらに、消化残渣に施された固液分離によって、一次消化中に生じた低生分解性または非生分解性の可溶化合物が廃液内に排出されているので、熱加水分解中に処理されるこれらの生成物の量は、低減されている。
【０１５１】
加水分解されるスラッジ内の糖類の量が、第１の消化ステップによって低減されていることによって、熱加水分解ステップにおいて極めて高いＣＯＤ含量をもたらすメイラード化合物の生成が低減されている。実際、メイラード反応は、還元糖およびタンパク質が１２０℃を超える温度で相互作用し、とりわけ、難生分解性の可溶化合物を生じさせる反応である。
【０１５２】
このように、熱加水分解は、低生分解性または非生分解性の可溶有機化合物を生じさせるが、これらの化合物は、比較的少量である。従って、一次消化、分離、および熱加水分解を連続的に実施することによって、従来技術による熱加水分解および消化を連続的に実施する最中に生じるよりも少量の低生分解性または非生分解性の可溶有機化合物しか生じないことになる。
【０１５３】
熱加水分解処理によって発酵可能とされた脱水された消化残渣は、消化槽３０に再循環され、この消化槽３０において、他の消化ステップを行うために、新しいスラッジと混合される。
【０１５４】
次に生じる消化は、実際、新しいスラッジの第１の消化が予備的に消化されて加水分解されたスラッジの第２の消化と組み合わされたものである。この組合せによって、スラッジと消化スラッジとの混合物の発酵性部分が低減しているので、その結果、少なくとも大半が発酵性成分を含んでおらず、分解し難い難発酵性成分および少量の低生分解性または非生分解性の有機化合物を含む消化残渣の混合物を生じることになる。
【０１５５】
加水分解手段に導入される消化残渣の割合は、１００％であることに留意されたい。換言すれば、消化槽の出口で得られた消化残渣の全体が、加水分解処理に供されることになる。変更形態では、加水分解手段への消化残渣の再循環率は、３０％から３００％の間で変更されてもよい。
【０１５６】
この消化残渣の混合物は、固液分離のステップに供されるために、分離手段３３に移送され、前述したように、
・配管３４内を流れる廃液と、
・脱水された消化残渣と
を生じることになる。
【０１５７】
この方法は、少なくとも１つのループを設定することによって、すなわち、予備的に消化され、かつ加水分解されたスラッジの消化を行うことによって、達成される。
【０１５８】
処理の後、すなわち、少なくとも１つのループの後に得られた消化残渣の一部は、再利用されるために、配管４７内に排出される。
【０１５９】
この消化残渣は、例えば、脱水され、次いで、湿式酸化ステップのような他の処理ステップに排出または送出されてもよい。
【０１６０】
熱加水分解の手順が実施されると、熱的な前処理によって、スラッジの脱水性が改良される。具体的には、第１の消化ステップからもたらされる消化残渣を熱加水分解すると、スラッジの脱水性も改良される。このように、追加的な消化を実施することによって、生スラッジの脱水性と比較して、消化スラッジの脱水性が１％〜２％改良されることになる。従って、脱水のレベルは、
・生スラッジの場合、１９％〜２５％の範囲内にあり、
・消化スラッジの場合、２１％〜３０％の範囲内にあり、
・加水分解されたスラッジの場合、２９％〜４０％の範囲にあることになる。
【０１６１】
収集された廃液は、第２の消化中に生じた低生分解性または非生分解性の可溶有機化合物を多く含んでいる。また、この廃液は、その時点で処理が切り上げられてもよいし、または本発明の方法によって処理されるべきスラッジを生成する水処理プラントの出発点に再循環されてもよい。難生分解性の可溶化合物が、従来技術と比較して、プロセスの実施中にわずかな量しか生じていないので、この再循環は、生じた処理水に限定的な影響しか及ぼさない。
【０１６２】
第１の消化ステップおよび第２の消化ステップの実施に伴って、バイオガスが生成される。加水分解を行うのに必要な蒸気を生成することを目的とし、かつ電気を生成することを目的とし、バイオガスを変換ステップに供するために、回収ステップによって、これらのバイオガスを収集することができる。この目的のため、バイオガスが熱電併給モータ３９内に移送される。このモータを用いて、このモータが接続された交流発電機を駆動し、電気を生成することになる。このモータからの排気ガスは、熱交換器４１に移送され、蒸気を生成するために、水が熱交換器４１内に巡回される。このようにして生じた蒸気は、第１の脱水された消化残渣の熱加水分解ステップの実行を可能とするために、配管４５を介して、熱加水手段３６に移送される。
【０１６３】
熱交換器４１に生じた煙は、配管４４内に排出される。
【０１６４】
［６．他の特性］
本発明の技術において実施される消化の手法は、嫌気性消化の手法である。被処理スラッジの特性に依存して、嫌気性消化の手法は、中温性であってもよいし、または高温性であってもよい。中温消化が行われる温度は、３２℃〜３８℃の範囲内にある。高温消化が行われる温度は、５２℃〜５８℃の範囲内にある。第１の消化槽の入口の濃度は、有利には、スラッジの１リットル当たり２５ｇ〜６５ｇのＭＩＳ（懸濁物質）の範囲内にある。第２の消化槽の入口における濃度は、有利には、スラッジの１リットル当たり１００ｇ〜１５０ｇのＭＩＳ（懸濁物質）の範囲内にある。もしこれらの消化過程の両方が異なる消化槽で実施される場合、これらの消化過程の各々の特性が異なっていてもよい。変更形態では、実施される１つまたは複数の消化過程が嫌気性であることが想定されている。変更形態では、実施される消化のいずれもが、嫌気性であってもよい。
【０１６５】
変更形態では、前述した本発明の方法は、解繊装置２８または４６を用いることによって、消化槽（第１の消化槽または単一消化槽）内に最初に入る前のスラッジまたは第１の消化残渣に解繊措置を施すためのステップを含んでいてもよい。
【０１６６】
スラッジは、典型的な嫌気性消化の条件下において極めて生分解し難い繊維成分を含んでいる。消化槽の出口において、この成分は、消化残渣内に存在する有機物質の３０％〜６０％を占めることもある。この成分は、熱加水分解によって殆ど分解されない。解繊を実施することによって、有利には、解繊後に、とりわけ、スラッジの粘度を３０％を超える乾燥度を有する程度まで低減させことができる。
【０１６７】
従って、解繊によって、
・従来技術では不可能であると当業者によって見なされていたスラッジを処理し、
・上流または下流に配置される消化槽の大きさを縮小し、
・または、スラッジの他の有機成分の滞留時間を増大させる（実際、同一の消化槽の大きさの場合、解繊によって、繊維成分、従って、消化槽に入る乾物の量を低減させ、これによって、滞留時間を増大させる）ことが可能になる。
【０１６８】
第１の実施形態および第２の実施形態の一変形形態では、第１の固液分離は、熱加水分解と第２の消化との間で実施されてもよい。
【０１６９】
［７．エネルギー利得］
従来技術の１つの方法によれば、熱加水分解に続く消化中に生じるバイオガスは、以下のように、すなわち、
・生じたバイオガスの少なくとも５０％が、加水分解に必要な蒸気を生成するために、ボイラーに送給され、
・残りのバイオガスは、この方法を実施する目的以外の目的に使用可能な電気を生成するために、交流発電機に付随する熱電併給モータ内に送給される
ように、用いられている。
【０１７０】
熱電併給モータからの排気ガスの熱は、熱加水分解に必要な蒸気の一部を生成するために、回収することができる。これによって、典型的なボイラーによって蒸気を生成するのに用いられるバイオガスの割合が、約３５％〜４０％に低下する。
【０１７１】
熱電併給モータから放出した熱も、蒸気を生成するのに必要な水を加熱するために、回収することができる。これによって、典型的なボイラーによってこの蒸気を生成するのに用いられるバイオガスの割合が、３０％から３５％に低下する。
【０１７２】
従って、従来技術を最適に実施することによって、消化によって生じたバイオガスの６５％〜７０％を用いて、スラッジ処理方法を実施する目的以外の目的に使用可能なエネルギーを生成させることが可能である。
【０１７３】
本発明によれば、一次消化からもたらされる消化残渣は、初期スラッジに含まれる乾物の６０％〜８０％しか含んでいない。さらに、消化スラッジは、同じ乾物量の生スラッジの粘度よりも低い粘度を有している。これによって、第１の固液分離ステップの後に得られる消化残渣の乾燥度を容易に増大させることができる。その結果、本発明に係る熱加水分解によって処理されるスラッジの量は、従来技術による熱加水分解によって処理されるスラッジの量よりもかなり少ない。加水分解の熱要求が加水分解される乾物量に比例するので、本発明を実施することによって、これらの熱要求が３０％から４０％低減されることになる。
【０１７４】
さらに、本発明を用いることによって、取り込まれるスラッジの種類および消化槽内におけるスラッジの滞留時間にもよるが、２つの消化過程中に生じるバイオガスの量を２０％まで増大させることができる。
【０１７５】
さらに、加水分解手段に送給される消化残渣の温度は、この消化残渣をもたらす消化プロセスが中温性であるかまたは高温性であるかによって、約３５℃または５５℃に等しい温度である。
【０１７６】
最終的に、本発明を用いることによって、熱加水分解に必要な蒸気の要求が、従来技術と比較して、約４０％〜５５％低減されることになる。従って、この要求は、熱電併給装置のモータの排気ガスから回収される熱から得られる蒸気によって、完全に満たされることになる。その結果として、消化過程中に生じたバイオガスの殆ど全てによって、スラッジ処理方法を単に稼働する目的以外の目的に使用可能な電気エネルギーを生成することができる。但し、生じたバイオガスの少量が、処理を開始するための蒸気を生成するのに用いられてもよい。
【０１７７】
しかし、もし蒸気の要件が、第１の実施形態において、このように完全に満たされない場合、
−加水分解反応器内に送給される消化残渣が、分離手段の出口において、（加水分解反応器の出口における加水分解されたスラッジまたは熱電併給装置のモータの冷却流体および油のいずれかまたは両方から回収された熱から生じた）温水と混合されることによって、加熱されてもよいし、
−第１の消化槽に送給されるスラッジが、加水分解反応器の出口における加水分解されたスラッジからの熱の回収によって生じた温水と混合されることによって、加熱されてもよい。
【０１７８】
さらに、第２の消化槽内に送給されるスラッジが、第２の消化過程の能力を改良することを目的とし、最適な乾燥度を得るために、水と混合されてもよい。
【０１７９】
従来技術では、消化槽の入口におけるスラッジのＭＩＳ濃度は、１００ｇ〜１４０ｇ／Ｌに制限されている。実際、スラッジ内に存在する窒素は、消化中にＮＨ３に変換されるが、ＮＨ３は、消化に対する阻止化合物である。従って、消化を最適化するために、消化槽の入口におけるスラッジのＭＩＳ濃度を制限する必要がある。本発明に係る第１の消化は、スラッジ内に含まれる窒素の量を大幅に低減する。スラッジの熱加水分解が、スラッジの粘度を低下させる傾向にあるので、二次消化槽の入口におけるＭＩＳ濃度は、１１０ｇ〜１６０ｇ／Ｌの値まで増大することになる。従って、これらのスラッジは、同様のＭＩＳ濃度を得るために、水と混合されてもよい。
【０１８０】
しかし、もし蒸気の要求が、第２の実施形態において、このように完全に満たされない場合、
−加水分解反応器内に送給される消化残渣が、分離手段の出口において、（加水分解反応器の出口における加水分解されたスラッジまたは熱電併給装置のモータの冷却流体および油のいずれかまたは両方から回収された熱から生じた）温水と混合されることによって、加熱されてもよいし、
−第１の消化槽に送給されるスラッジが、（加水分解反応器の出口における加水分解されたスラッジまたは熱電併給装置のモータの冷却流体および油のいずれかまたは両方から回収された熱から生じた）温水と混合されることによって、加熱されてもよい。
【図１】
2012519578.tif 000003
【図２】
2012519578.tif 000004
【図３】
2012519578.tif 000005
【図４】
2012519578.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月8日(2011.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
これらの目的および以下に述べる他の目的は、実質的に非腐敗性のスラッジおよびエネルギーを生成する方法であって、
（ｉ）スラッジの一次消化によって、消化スラッジを得るステップと、
（ｉｉ）前記ステップ（ｉ）において得られた前記消化スラッジに対して第１の固液分離を行うことによって、少なくとも部分的に脱水された消化スラッジおよび第１の廃液を得るステップと、
（ｉｉｉ）前記ステップ（ｉｉ）において得られた前記少なくとも部分的に脱水された消化スラッジを１２０℃〜１８０℃の温度で熱加水分解することによって、少なくとも部分的に脱水され及び加水分解された消化スラッジを得るステップと、
（ｉｖ）前記ステップ（ｉｉｉ）において得られた前記少なくとも部分的に脱水され及び加水分解された消化スラッジを消化するステップと
を含むとともに、更に、
前記一次消化ステップおよび前記消化ステップにおいて生成したバイオガスを回収するステップと、
前記バイオガスからエネルギーを生成するステップであって、前記熱加水分解を実施するために必要なエネルギーを生成するサブステップと、余剰エネルギーを生成するサブステップとを含むステップと
を含み、前記バイオガスの全てが電気を生成するために用いられる方法によって、達成される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
有利には、前記熱加水分解は、２０〜１２０分間、１〜２０バールの圧力で行われる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に非腐敗性のスラッジおよびエネルギーを生成する方法であって、
（ｉ）スラッジの一次消化によって、消化スラッジを得るステップと、
（ｉｉ）前記ステップ（ｉ）において得られた前記消化スラッジに対して第１の固液分離を行うことによって、少なくとも部分的に脱水された消化スラッジおよび第１の廃液を得るステップと、
（ｉｉｉ）前記ステップ（ｉｉ）において得られた前記少なくとも部分的に脱水された消化スラッジを１２０℃〜１８０℃の温度で熱加水分解することによって、少なくとも部分的に脱水され及び加水分解された消化スラッジを得るステップと、
（ｉｖ）前記ステップ（ｉｉｉ）において得られた前記少なくとも部分的に脱水され及び加水分解された消化スラッジを消化するステップと
を含むとともに、更に、
前記一次消化ステップおよび前記消化ステップにおいて生成したバイオガスを回収するステップと、
前記バイオガスからエネルギーを生成するステップであって、前記熱加水分解を実施するために必要なエネルギーを生成するサブステップと、余剰エネルギーを生成するサブステップとを含むステップと
を含み、前記バイオガスの全てが電気を生成するために用いられる方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｉｖ）において得られたスラッジに対して第２の固液分離を行うことによって、第２の廃液および処理されたスラッジを得るステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱加水分解が、２０〜１２０分間にわたって１〜２０バールの圧力で行われる請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱加水分解が、３０分間にわたって飽和蒸気圧と等しい圧力および１６５℃の温度で行われる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記一次消化および／または前記消化が、中温嫌気性消化である請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記一次消化および／または前記消化が、高温嫌気性消化である請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記一次消化に先立って、前記スラッジを解繊するステップが行われる請求項１〜６に記載のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施するためのスラッジ処理プラントであって、
入口および出口を有する熱加水分解手段（１６，３６）と、前記スラッジを消化する手段（１０，１１，３０）とを備えており、
前記消化手段（１０，１１，３０）が、スラッジを取り込む手段（１２，３１）に連通しており、前記加水分解手段（１６，３６）の前記入口および前記出口が、前記消化手段（１０，１１，３０）に連通しており、
前記プラントが、前記消化手段（１０，１１，３０）の前記出口に位置する第１の固液分離手段（１３，３３）と、前記消化手段（１０，１１，３０）によってもたらされるバイオガスを回収する手段（２０，２８）とを備えており、
前記消化手段が、蒸気および電気を生成する手段に連結された収集器（２０，３８）を備えるバイオガス回収手段に接続されており、前記蒸気および電気を生成する手段が、電気を生成する交流発電機に連結された熱電併給モータ（２１，３９）を備えており、前記熱電併給モータ（２１，３９）の排気ライン（２２，４０）が、蒸気を生成する空気／水熱交換器（２３，４１）の入口と、前記熱加水分解手段（１６，３６）に蒸気を移送するために用いられる配管（２７，４５）とに通じているプラント。
【請求項９】
前記消化手段が、少なくとも１つの入口および１つの出口を有する消化槽（３０）を備えており、前記出口が、前記加水分解手段（３６）の前記入口に連通しており、前記入口は、前記加水分解手段（３６）の前記出口に連通している請求項８に記載のプラント。
【請求項１０】
前記消化手段が一次消化槽（１０）および二次消化槽（１１）を備えており、前記一次消化槽（１０）および前記二次消化槽（１１）が各々、入口および出口を有しており、前記一次消化槽（１０）の前記入口が、前記スラッジを取り込む手段（１２）に連通しており、前記一次消化槽（１０）の前記出口が、前記加水分解手段（１６）の前記入口に連通しており、前記二次消化槽（１１）の前記入口は、前記加水分解手段（１６）の前記出口に連通している請求項８に記載のプラント。
【請求項１１】
前記第１の固液分離手段（１３）が、１２％以上の乾燥度レベルを得ることができるものである請求項８〜１０のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１２】
前記二次消化層（１１）の前記出口に位置する第２の固液分離手段（１７）を備える請求項１０又は１１に記載のプラント。
【請求項１３】
前記消化槽（３０）または前記一次消化槽（１０）の上流に配置された解繊手段（２８，４６）を備える請求項１１又は１２に記載のプラント。
【国際調査報告】
2012519578.tif 000007
2012519578.tif 000008
2012519578.tif 000009
2012519578.tif 000010
2012519578.tif 000011
2012519578.tif 000012