(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料となる有機性廃棄物スラリーを浮上濃縮槽にて４０〜８０℃に加熱して所要時間保持することにより有機性廃棄物の浮上濃縮物と希薄スラリーに分離させ、上記浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて取り出される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、水熱処理装置に供給して高温高圧の亜臨界水を作用させて水熱処理することにより可溶化させ、該浮上濃縮物の可溶化処理液を減圧させると共に所要温度まで冷却させた後、該減圧、冷却された可溶化処理液と、上記浮上濃縮槽より浮上濃縮物と分離されて取り出される希薄スラリーを消化槽に移し、該消化槽内にて嫌気性消化処理してバイオガスを発生させることを特徴とする有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
【請求項２】
浮上濃縮槽より有機性廃棄物の浮上濃縮物と分離されて回収される希薄スラリーを、消化槽に移して嫌気性消化処理させることに代えて、上記希薄スラリーを、消化槽より排出される消化脱離液の生物学的消化脱窒処理を行う排水処理装置に炭素源として供給するようにした請求項１記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
【請求項３】
浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて回収される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、遠心濃縮器にて遠心濃縮した後、水熱処理装置に供給するようにした請求項１又は２記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
【請求項４】
水熱処理装置より取り出される高温の可溶化処理液の保有する熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにした請求項１、２又は３記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
【請求項５】
消化槽にて発生するバイオガスの燃焼熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにした請求項１、２又は３記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
【請求項６】
バイオガスの燃焼により発生する燃焼排ガスを、浮上濃縮槽に吹き込むことにより、該浮上濃縮槽内に気泡を発生させるようにした請求項５記載の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は家庭から排出される厨芥やし尿、し尿処理場や下水処理場から排出される汚泥、あるいは、畜産廃棄物といわれる畜産糞尿等の有機性廃棄物の単独あるいは混合物を有機成分原料として嫌気性消化処理することにより、メタンガスを主成分とするバイオガスを発生させる有機性廃棄物のバイオガス化処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃棄物を処理するための手法の１つとして、有機性廃棄物をバイオマス資源とみなし、有機性廃棄物中の有機成分を原料としてメタン菌等の嫌気性菌の働きによって消化処理させることにより、各種ボイラや発電設備等のエネルギー源として利用可能なバイオガス（メタン含有量５０〜７０％）を生産させてエネルギーの回収を図る方法がある。
【０００３】
このように有機性廃棄物を原料として、嫌気性菌の働きによりバイオガスを生成させる消化処理では、上記嫌気性菌の消化処理対象となるのが主として水中に溶解した比較的低分子の有機物であるため、有機性廃棄物の固形物を含むスラリーを処理しようとすると、該スラリー中の固形物が溶けるのに時間がかかり、そのため消化槽における滞留時間が長くなり１箇月程度の処理期間が必要であった。
【０００４】
このために、有機性廃棄物を予め可溶化処理した後、嫌気性菌による消化処理を短時間で効率的に行なわせる方法として、たとえば、有機性汚泥にアルカリ性物質を添加してｐＨを７．３〜９．２に調整すると共に、処理温度を５０〜１００℃に維持することで前処理を行って高負荷消化処理を可能とするようにしたもの（特開平５−３４５２００号公報）、あるいは、都市ごみ中の厨芥を、酵素を用いて可溶化し、厨芥のスラリー（厨芥固形物と水との混合物）中のセルロール性繊維を微細化してから比重差によって三相に分離し、厨芥を多く含む相を消化処理することで消化処理を容易に行うようにしたもの（特公昭６０−９８７９号公報）等が従来提案されている。
【０００５】
又、近年では、臨界点（３７４℃、２２０ａｔｍ）以下の亜臨界の領域における水は、誘電率が下がって有機物質の誘電率に近付くため、水が有機溶媒となり得ると同時に、イオン積の増加による激しい加水分解作用が生じるようになることから、有機物に亜臨界水を作用させて水熱処理することにより、有機物を低分子へ分解させ、低粘度化させて可溶化できるという特徴を利用して、図８にその一例の概略を示す如く、図示しない原料供給部から供給管１を通して供給される有機性廃棄物スラリーとしての下水汚泥２を、図示しない加圧容器に加熱手段（図示せず）や加圧装入するためのピストンポンプの如き昇圧ポンプ（図示せず）や減圧排出させるための減圧弁（図示せず）を装備してなる水熱処理装置３に装入して、該水熱処理装置３にて上記下水汚泥２を水の存在下で１５０〜２５０℃に加熱することにより、下水汚泥２に高温高圧の亜臨界水を作用させて水熱処理して可溶化させ、この際、該水熱処理によれば、十数分程度の処理で原料となる下水汚泥２中の固形物の８０％以上が可溶化できるため、上記水熱処理装置３より取り出される下水汚泥の可溶化処理液４を消化槽５へ移して、該消化槽５にて嫌気性菌による消化処理を行わせて高効率にバイオガス６を発生させるようにすることで、可溶化処理をより短時間で行ってバイオガス化処理全体の高速化を図ることができる共に、嫌気性消化処理後の最終残渣を極端に少なくすることができるようにした有機性廃棄物のバイオガス化処理方法が開発されてきている。
【０００６】
なお、図８中、７は消化槽５の下流側に設けた排水処理装置である。上記消化槽５においては、下水汚泥２に含まれている窒素が嫌気性消化処理時にアンモニア性窒素に転化されることから、消化槽５より排出される消化処理液を図示しない固液分離装置により固液分離してなる消化脱離液８を、上記排水処理装置７に導いて、該排水処理装置７にて硝化菌の存在下で曝気することにより、該消化脱離液８中のアンモニア性窒素を、好気条件下で硝化菌により硝酸性窒素に転化させた後、この硝酸性窒素を含む消化脱離液８を、嫌気条件下において炭素源（一般にメタノール）を供給しながら硝酸イオン中の酸素を硝化菌の呼吸により消費させ、これにより遊離の窒素ガスを発生させて大気中に放散させることで、生物学的硝化脱窒処理を行うようにするか、或いは、上記消化脱離液８を蒸気により加熱して、アンモニアを放散（ストリッピング）させることにより脱窒処理するようにし、しかる後、脱窒処理されてアンモニア性窒素の除去された処理水９を外部に放流させるようにしてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した特開平５−３４５２００号公報に示されている方法の場合、アルカリ処理のｐＨを７．３から９．２に調整するため多くのアルカリ性物質を消費すると共に、より効果的に汚泥を可溶化しようとすると、ｐＨを９以上に調整する必要があるため、可溶化した処理液を消化槽に投入する時点で酸を用いて逆中和する必要があり、操業容易性や運転コストの点で数々の問題点を有するため、実際にこの方法を具現化するにはかなりの困難が伴う。
【０００８】
又、特公昭６０−９８７９号公報に示されている方法の場合には、使用する酵素の価格は非常に高いものであり、効果を見出す濃度の酵素を添加することは実際のプラントで実施を考えた場合全く採用し得ないものである。又、三相に比重分離し厨芥を多く含む相を消化処理することは、消化処理自体を簡略化するが、その他の廃水や残渣の処理をあわせて考慮すると、この方法を実現することははなはだ難しい。
【０００９】
更に、水熱処理による可溶化処理を嫌気性消化処理の前段に設けた図８に示した如き従来の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法では、下水汚泥２を直接水熱処理装置３に供給しているが、上記下水汚泥２等の有機性廃棄物スラリーは常温では粘度が高いために、水熱処理装置３における加熱の際の伝熱効率が低く、そのため伝熱面積を大きくする必要があることから、水熱処理装置３が大型化して設備コストが嵩むという問題があり、又、下水汚泥２の固形物濃度が３％未満と低い場合（通常の下水汚泥は０．３〜２％程度）は、水分が９７％以上と多いため、この多量の水分を水熱処理装置４にて水熱処理温度である１５０〜２５０℃まで加熱するために要する加熱コストが嵩むという問題がある。
【００１０】
因みに、上記加熱コストの引き下げを図るための一つの手段としては、水熱処理装置３における水熱処理温度を、通常採用されている１５０〜２５０℃から、１００〜１５０℃以下に低下させることが考えられるが、この場合、下水汚泥２中の固形物の可溶化率が低下し、水熱処理装置３より取り出される下水汚泥の可溶化処理液４中に固形の有機物が多く残って残渣量が増加するという問題が生じる。
【００１１】
又、水熱処理装置３における加熱コストの引き下げを図るための他の手段としては、同伴水分を減らすために下水汚泥２を凝集剤を用いて予め濃縮し、該水分量の低下した下水汚泥２の濃縮物を水熱処理装置３へ供給させるようにすることが考えられるが、この場合には、凝集剤に高いコストを要するという問題が発生し、更に、凝集剤として無機系凝集剤を用いた場合には、水熱処理後の残渣量が増加し、又、高分子系凝集剤を用いた場合には、下水汚泥２の粘度が更に増加し、この高粘度スラリーとなる下水汚泥２の濃縮物では伝熱物性が低下して、水熱処理装置３にて加熱する際の伝熱効率が更に低下するため、水熱処理装置３に更に大きな伝熱面積が必要になり、このため水熱処理装置が更に大型化するという問題が生じる。更に、凝集剤を用いて沈殿法や遠心濃縮法によって下水汚泥２の濃縮を図る方法では、原料となる下水汚泥２中に土砂等の無機固形物が含まれていた場合には、該無機固形物は下水汚泥２の濃縮物に混入した状態で回収され、下水汚泥２の濃縮物と一緒に水熱処理装置４に導入されるようになり、その結果、上記無機固形物が、水熱処理装置４に付属する昇圧ポンプや減圧弁等の配管可動部分に対して摩耗、閉塞等の機械的障害を引き起こして、多大なメンテナンス費用を要する虞が生じるという問題もある。
【００１２】
このように、原料となる有機性廃棄物を予め可溶化することにより、高速に消化処理を実施する方法として従来提案されているものでは、いずれの方法においてもランニングコストや設備コスト等の面で未だ十分なものではなく、更なる改良が望まれているのが現状である。
【００１３】
そこで、本発明は、有機性廃棄物を予め可溶化して嫌気性消化によるバイオガス化処理を高速に行うことができ、且つランニングコストや設備コスト等の削減を図ることができる有機性廃棄物のバイオガス化処理方法を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、原料となる有機性廃棄物スラリーを浮上濃縮槽にて４０〜８０℃に加熱して所要時間保持することにより有機性廃棄物の浮上濃縮物と希薄スラリーに分離させ、上記浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて取り出される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、水熱処理装置に供給して高温高圧の亜臨界水を作用させて水熱処理することにより可溶化させ、該浮上濃縮物の可溶化処理液を減圧させると共に所要温度まで冷却させた後、該減圧、冷却された可溶化処理液と、上記浮上濃縮槽より浮上濃縮物と分離されて取り出される希薄スラリーを消化槽に移し、該消化槽内にて嫌気性消化処理してバイオガスを発生させる有機性廃棄物のバイオガス化処理方法とする。
【００１７】
浮上濃縮槽にて有機性廃棄物スラリーを濃縮して、後段の水熱処理装置にて水熱処理すべき対象を、有機性廃棄物の浮上濃縮物のみとして水熱処理すべき量を低減させることができると共に、上記浮上濃縮物は、浮上濃縮槽にて温度が４０〜８０℃に保持されているため、低粘度化させて伝熱効率を高めた状態で水熱処理装置に供給することができ、水熱処理装置を伝熱面積の小さいコンパクトなものとすることができて、設備コストの削減を図ることができる。又、上記浮上濃縮槽内では、有機性廃棄物スラリーが低粘度化されるため、有機性廃棄物スラリーに土砂等の無機固形物が含まれていたとしても、比重差により沈降分離させて除去できるため、該無機固形分が後段の水熱処理装置における配管可動部分に機械的障害を引き起こす虞はない。
【００１８】
更に又、浮上濃縮槽より有機性廃棄物の浮上濃縮物と分離されて回収される希薄スラリーを、消化槽に移して嫌気性消化処理させることに代えて、上記希薄スラリーを、消化槽より排出される消化脱離液の生物学的消化脱窒処理を行う排水処理装置に炭素源として供給するようにすることにより、消化槽より排出される消化脱離液を生物学的消化脱窒処理する際に供給するための炭素源に要するコストを削減することができる。
【００１９】
更に又、浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて回収される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、遠心濃縮器にて遠心濃縮した後、水熱処理装置に供給するようにすることにより、有機性廃棄物の浮上濃縮物に含まれる水分量を更に低減させてから水熱処理装置に供給できるため、浮上濃縮のみでは固形物濃度を高めることが困難な固形物濃度の低い有機性廃棄物スラリーの処理に有利なものとすることができる。
【００２０】
更に又、水熱処理装置より取り出される高温の可溶化処理液の保有する熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにするか、又は、消化槽にて発生するバイオガスの燃焼熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにすることにより、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱に要するコストを削減できると共に、該浮上濃縮槽の加熱用熱源を別途用意する必要をなくすことができて、設備コストの削減を図ることができる。
【００２１】
更に又、バイオガスの燃焼により発生する燃焼排ガスを、浮上濃縮槽に吹き込むことにより、該浮上濃縮槽内に気泡を発生させるようにすることにより、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの浮上濃縮効率を向上させることができて、該浮上濃縮槽における浮上濃縮時間の短縮を図ることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の基本的な考え方を示す装置の一例を示すもので、図８に示した有機性廃棄物のバイオガス化処理装置と同様に、水熱処理装置３と消化槽５と排水処理装置７を上流側から順に設けた構成において、上記水熱処理装置３の上流側に、原料となる有機性廃棄物スラリー１０を予熱するための予熱装置１１を設置し、該予熱装置１１と上記水熱処理装置３とを、低粘度スラリー移送ライン１２を介して接続して、予熱装置１１により有機性廃棄物スラリー１０を４０〜８０℃に予熱処理して粘度を低下させた後、該有機性廃棄物の低粘度スラリー１３を、低粘度スラリー移送ライン１２を通して水熱処理装置３に移送して水熱処理させ、これにより固形物に亜臨界水を作用させて可溶化させ、しかる後、該低粘度スラリーの可溶化処理液１４を、消化槽５に移して、該消化槽にて速やかに嫌気性消化処理させてバイオガス６を発生させるようにする。
【００２４】
詳述すると、上記予熱装置１１は、図示しない原料供給部より供給管１を通して供給される有機性廃棄物スラリー１０を受け入れる容器１５と、外部より所要の高温流体を流通させることにより上記容器１５内の有機性廃棄物スラリー１０を加熱できるようにした伝熱管１６とを備えてなる構成とし、上記伝熱管１６の一端部には、水熱処理装置３の出口側に一端を接続した可溶化処理液移送ライン１７ａの他端を接続し、且つ伝熱管１６の他端部を、可溶化処理液移送ライン１７ｂを介して消化槽５に接続して、上記水熱処理装置３にて１５０〜２５０℃に加熱されて水熱処理された後、可溶化処理液移送ライン１７ａへ取り出される高温の可溶化処理液１４を、予熱装置１１の伝熱管１６に導いて、容器１５内の有機性廃棄物スラリー１０と熱交換させることにより、該有機性廃棄物スラリー１０を所要の予熱温度にまで間接加熱するための熱源として使用できるようにし、一方、該予熱装置１１にて上記有機性廃棄物スラリー１０の予熱に供して冷却させた可溶化処理液１４を、可溶化処理液移送ライン１７ｂを通して消化槽５に送ることができるようにしてある。
【００２５】
上記予熱装置１１において有機性廃棄物スラリー１０の予熱に供された後も、可溶化処理液１４の温度が後段の消化槽５における嫌気性消化処理の至適温度よりも高い場合には、図１に二点鎖線で示す如く、処理液移送ライン１７ｂの途中位置に、流通する可溶化処理液１４の温度を、消化槽５における嫌気性消化処理の至適温度以下まで冷却するためのクーラー１８を設けるようにする。
【００２６】
上記水熱処理装置３は、図１に示す如く、管状の加圧容器としての水熱処理容器１９をヒータの如き加熱手段（図示せず）により加熱できるように備えると共に、該水熱処理容器１９の上流側の流路にピストンポンプの如き昇圧ポンプ２０を備え、且つ下流側流路に減圧弁２１をそれぞれ備えた構成としてあり、上記予熱装置１１にて低粘度化された後、低粘度スラリー移送ライン１２を通して送られる有機性廃棄物の低粘度スラリー１３を、昇圧ポンプ２０にて所要圧力まで昇圧させながら水熱処理容器１９に連続的に装入させると共に、加熱手段により１５０〜２５０℃に加熱して、上記低粘度スラリー１３に亜臨界水を作用させて固形物を可溶化させ、しかる後、可溶化処理液１４を減圧弁２１により減圧させながら可溶化処理液移送ライン１７ａへ連続的に送り出すことにより、水熱処理を連続的に行うことができるようにしてある。
【００２７】
その他、図８に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００２８】
上記装置を用いて有機性廃棄物のバイオガス化処理を行う場合は、先ず、原料供給部より供給管１ａを通して導いた常温（１０〜３０℃程度）の有機性廃棄物スラリー１０を、予熱装置１１に供給して４０〜８０℃に予熱して粘度を低下させる。この際、予熱温度は上記温度範囲内であれば高いほうが好ましい。なお予熱温度を４０〜８０℃としたのは、４０℃未満及び８０℃を越える場合には、粘度低減の効果が顕著ではなくなるためである。又、有機性廃棄物スラリー１０の上記予熱温度における保持時間は、数分程度でよく、長くても２０〜３０分程度にする。次に、上記予熱装置１１より低粘度スラリー移送ライン１２を通して導いた低粘度スラリー１３を、水熱処理装置３にて昇圧ポンプ２０にて所要圧力まで加圧すると共に加熱手段により１５０〜２５０℃に加熱して、低粘度スラリー１３に高温高圧の亜臨界水を作用させて固形物を可溶化させる。次いで、可溶化処理液１４を、減圧弁２１にて可溶化処理液移送ライン１７ａ，１７ｂを通して消化槽５に移送させるときに、予熱装置１１の伝熱管１６を経由させて有機性廃棄物スラリー１０と熱交換させることにより冷却させると共に、必要に応じてクーラー１８にて所要温度まで冷却させた後消化槽５に流入させ、該消化槽５にて上記可溶化処理液１４を嫌気性消化処理させることによりバイオガス６を発生させるようにする。消化槽５より排出される消化脱離液８は、図８に示したものと同様に、排水処理装置７にて脱窒処理してアンモニア性窒素の除去された処理液９とさせてから外部に放流させる。
【００２９】
上記において、有機性廃棄物スラリー１０を予熱装置にて常温から４０〜８０℃に予熱すると、たとえば、有機性廃棄物スラリー１０としての２〜５％固形物濃度の下水汚泥では、常温では４００〜１０００ｃＰの粘度を有するが、８０℃に熱した場合には１００〜２００ｃＰに粘度低下するというように、常温においては高粘度となる有機性廃棄物スラリー１０は、その粘度が低下させられて低粘度スラリー１３とされる。この粘度の低下に伴って、該低粘度スラリー１３では、伝熱効率を示す総括伝熱係数が、常温の有機性廃棄物スラリー１０の場合に比して数倍から１０倍程度に大きくなるため、上記低粘度スラリー１３を水熱処理装置３に移して水熱処理するときに、より容易に水熱処理温度まで加熱されるようになる。又、消化槽５には、予め固形分の可溶化された可溶化処理液１４を供給するようにしてあることから、該消化槽５内にて有機成分の嫌気性消化処理が速やかに行われてバイオガス６が発生させられる。
【００３０】
このように、高粘度で伝熱効率の低い有機性廃棄物スラリー１０を、低粘度スラリー１３とすることにより伝熱効率を大幅に向上させてから水熱処理装置３に供給できるため、該水熱処理装置３における加熱を容易に実施でき、このため低粘度スラリー１３とさせることに伴う上記総括伝熱係数の拡大に反比例するように水熱処理装置３の伝熱面積を縮小することが可能になることから、水熱処理装置３の小型化を図ることができて、設備コストを削減することが可能になる。
【００３１】
又、予熱装置１１における有機性廃棄物スラリー１０の予熱は、水熱処理装置３より取り出される高温の可溶化処理液１４を熱源として用いるようにしてあることから、予熱装置１１における有機性廃棄物スラリー１０の予熱に要するコストを削減できると共に、予熱用熱源を別途用意する必要がないため、設備コストの削減を図ることができる。
【００３２】
次に、図２は本発明の基本的な考え方を示す装置の他の例を示すもので、図１に示した構成において、予熱装置１１の伝熱管１６に、水熱処理装置３より高温の可溶化処理液１４を導く可溶化物移送ライン１７ａを接続して、上記高温の可溶化処理液１４を有機性廃棄物スラリー１０の予熱用熱源として上記伝熱管１６に流通させるようにしたことに代えて、予熱装置１１の伝熱管１６の両端部に、温水ボイラ２２を、温水供給管２３と温水回収管２４を介して接続して、温水ボイラ２２にて発生させる高温の温水２５を、温水供給管２３、伝熱管１６、温水回収管２４の順に循環させることにより予熱装置１１における有機性廃棄物スラリー１０の予熱用熱源として用いることができるようにし、更に、上記温水ボイラ２２には、消化槽５に一端を接続したガス取出管２６の他端を接続して、消化槽５における有機成分の嫌気性消化により発生するバイオガス６を、ガス取出管２６へ取り出して回収すると共に、温水ボイラ２２へ燃料として供給して燃焼させ、このバイオガス６の燃焼熱により、上記温水ボイラ２２にて、予熱装置１１における有機性廃棄物スラリー１０の予熱用熱源として用いるための高温の温水２５を発生させるようにしたものである。
【００３３】
上記温水ボイラ２２において、消化槽５より回収されるバイオガス６のみでは燃料に不足が生じる虞がある場合は、図２に二点鎖線で示す如く、温水ボイラ２２に、図示しない燃料供給部より各種燃料を補助燃料２７として導くための燃料供給管２８を接続して、温水ボイラ２２に、燃料供給部より燃料不足分に相当する補助燃料２７を供給させるようにする。又、水熱処理装置３と消化槽５はクーラー１８を備えた可溶化物移送ライン１７を介して直接接続して、上記水熱処理装置３より取り出される高温の可溶化処理液１４は、クーラー１８にて後段の嫌気性消化処理の至適温度以下になるように冷却させた後、可溶化物移送ライン１７を通して消化槽５へ送るようにしてある。その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【００３４】
本実施の形態によれば、バイオガス化処理を行うべく有機性廃棄物スラリー１０を供給管１ａを通して予熱装置１１に供給すると、該有機性廃棄物スラリー１０は、温水ボイラ２２より温水供給管２３を通して伝熱管１６に導かれる高温の温水２５により所要の予熱温度に予熱され、これにより粘度が低く且つ伝熱効率の高められた低粘度スラリー１３とされた後、水熱処理装置３にて高温高圧にされることにより、亜臨界水の作用により水熱処理されて可溶化される。しかる後、該可溶化処理液１４は、減圧弁２１にて減圧され、クーラー１８にて冷却された後、消化槽５へ移されて、該消化槽５にて速やかに嫌気性消化処理が行われることによりバイオガス化が行われる。この際発生するバイオガス６は、温水ボイラ２２にて燃料として燃焼され、その燃焼熱により上記予熱装置１１にて有機性廃棄物スラリー１０の予熱用熱源として用いる温水２５の加熱が行われるようになる。
【００３５】
このように、予熱装置１１にて、温水２５を熱源として有機性廃棄物スラリー１０を所要の予熱温度に予熱して伝熱効率の高い低粘度スラリー１３とした後、水熱処理装置３に供給することができるため、上記実施の形態と同様に、水熱処理装置３における水熱処理の対象の伝熱効率を高めることができて、水熱処理装置３の小型化を図って設備コストを削減することができる。又、上記予熱装置１１における有機性廃棄物スラリー１０の予熱用熱源としては、消化槽５にて発生させるバイオガス６の温水ボイラ２２における燃焼熱により加熱した温水２５を使用できることから、上記実施の形態と同様に、予熱装置１１における有機性廃棄物スラリー１０の予熱に要するコストを削減できると共に、予熱用熱源を別途用意する必要がないため、設備コストの削減を図ることも可能となる。
【００３６】
上述した考えに基づき、本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法について説明する。図３は本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の実施の一形態に用いる装置の一例を示すもので、図１と同様な構成において、水熱処理装置３の上流側に予熱装置１１を設けることに代えて、水熱処理装置３の上流側に浮上濃縮槽２９を設けて、該浮上濃縮槽２９にて、原料となる有機性廃棄物スラリー１０を４０〜８０℃に所要時間保持することにより、固形物を浮上濃縮させ、該浮上濃縮槽２９にて固形物濃度が高められると同時に加熱されて粘度が低下させられた有機性廃棄物の浮上濃縮物３０を、水熱処理装置３に供給して水熱処理させるようにしたものである。
【００３７】
上記浮上濃縮槽２９は、上下方向に延びるタンク３１の側壁上部位置に、浮上濃縮物取出口３２を、又、上下方向中間部位置に希薄スラリー取出口３３をそれぞれ設けると共に、タンク底部に図示しない開閉装置により開閉可能としてある無機固形物取出口３４を設け、且つタンク頂部に、図１に示した供給管１ａと同様に図示しない原料供給部から有機性廃棄物スラリー１０を導くための供給管１ａが接続してあり、更に、上下方向中間部所要位置に、外部より所要の高温流体を流通させることにより上記タンク３１内に収容した有機性廃棄物スラリー１０を間接加熱するための伝熱管３５を備えた構成としてなり、上記浮上濃縮物取出口３２には、図１に示した水熱処理装置３と同様の水熱処理装置３を浮上濃縮物移送ライン３６を介して接続し、又、上記伝熱管３５の入口側となる一端部と、水熱処理装置３の出口側とを可溶化物移送ライン１７ａにて接続すると共に、伝熱管３５の出口側となる他端部と、消化槽５とを可溶化物移送ライン１７ｂを介して接続した構成としてある。更に、希薄スラリー取出口３３に接続した希薄スラリー移送ライン３７を、上記可溶化物移送ライン１７ｂの途中位置に接続した構成としてある。更に又、上記浮上濃縮槽２９は、供給管１ａを通して供給される有機性廃棄物スラリー１０を所要時間、たとえば、少なくとも３０分以上、好ましくは１〜２時間程度滞留させることができる容積のものとしてある。なお、上記の如く浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の滞留時間を少なくとも３０分以上としたのは、常温の有機性廃棄物スラリー１０を４０〜８０℃に加熱すると、図１に示した場合と同様に、スラリー全体の粘度が低下させられ、同時に有機性廃棄物スラリー１０中の固形物の物性が変化してその比重が軽くなるため、上記固形物は徐々に浮上させられるようになるが、保持時間が３０分未満では、上記固形物の表層への浮上が十分に行われず、したがって浮上分離による濃縮が十分に行われないためである。
【００３８】
その他、図１に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００３９】
上記装置を用いて有機性廃棄物のバイオガス化処理を行う場合は、先ず、原料供給部より供給管１ａを通して導いた有機性廃棄物スラリー１０を浮上濃縮槽２９に投入して、４０〜８０℃にて所要時間滞留させる。これにより、上述した如く、有機性廃棄物スラリー１０中の固形物は、浮上濃縮槽２９内にて表層へ浮上させられて浮上濃縮物３０とされると共に、その粘度が低下させられ、たとえば、有機性廃棄物スラリー１０として１．５〜２．５％固形物濃度の下水汚泥の場合には、浮上濃縮槽にて６０℃に加熱して１〜２時間保持すると、固形物濃度が４〜８％に濃縮されると共に、粘度が１００〜２００ｃＰとなる浮上濃縮物３０が浮上分離されるため、固形物濃度が低くてそのまま嫌気性消化処理可能な希薄スラリー３８と上下方向に分離されるようになる。
【００４０】
又、この際、原料となる有機性廃棄物スラリー１０に土砂等の無機固形物３９が含まれていた場合には、該無機固形物３９は粘度の低下したスラリー中を比重差により沈降させられるため、上記浮上濃縮槽２９内では、表層の浮上濃縮物３０と、中間層の希薄スラリー３８と、底層に沈降分離される無機固形物３９の３相に分離される。その後、浮上濃縮物取出口３２より取り出される浮上濃縮物３０は、浮上濃縮物移送ライン３６を介して水熱処理装置３に移送し、図１に示した低粘度スラリー１３の水熱処理と同様に水熱処理することにより固形物を可溶化させる。その後、可溶化処理液移送ライン１７ａに取り出される高温状態の浮上濃縮物の可溶化処理液４０は、浮上濃縮槽２９の伝熱管３５に導いて流通させることにより、該浮上濃縮槽２９において有機性廃棄物スラリー１０を上記所要温度まで間接加熱するための熱源として使用させ、その後、該有機性廃棄物スラリー１０と熱交換することにより冷却された可溶化処理液４０は、図１に示した可溶化処理液１４と同様に、可溶化処理液移送ライン１７ｂを通して消化槽５へ送るようにし、この際、浮上濃縮槽２９にて浮上濃縮物３０と分離される希薄スラリー３８を、希薄スラリー取出口３３より希薄スラリー移送ライン３７に取り出すとともに、上記可溶化処理液移送ライン１７ｂを通して消化槽５へ送られる可溶化処理液４０に混入させて消化槽５へ送るようにし、しかる後、該消化槽５にて、上記可溶化処理液４０と希薄スラリー３８を速やかに嫌気性消化させることによりバイオガスを発生させるようにする。上記消化槽５より取り出される消化脱離液８は、図１に示した消化脱離液８と同様に、消化処理装置７て脱窒処理した後、処理水９として外部へ放流させるようにする。
【００４１】
一方、浮上濃縮槽２９にて底層に沈降分離される無機固形物３９は、適宜時期若しくは定期的に浮上濃縮槽２９底部の無機固形物取出口３４より取り出して除去するようにする。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、有機性廃棄物スラリー１０中の固形物を、一旦浮上濃縮槽２９にて濃縮させて浮上濃縮物３０のみを水熱処理装置３に供給して水熱処理させるようにしていることから、該水熱処理装置３における処理量を減少させることができると共に、上記浮上濃縮物３０を低粘度化して伝熱効率が高められた状態で水熱処理装置３に供給できるため、該水熱処理装置３における伝熱効率を高めることができ、水熱処理装置３の更なる小型化を図って設備コストを削減することができる。又、浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の加熱用熱源としては、水熱処理装置３より高温状態で取り出される可溶化処理液４０を用いるようにしてあることから、上記浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の加熱に要するコストを削減できると共に、加熱用熱源を別途用意する必要がないため、設備コストの削減を図ることができる。更に、浮上濃縮槽２９では、有機性廃棄物スラリー１０中の固形物濃度を浮上濃縮により高めることができるため、固形物濃度の比較的薄い有機性廃棄物スラリー１０のバイオガス化処理に有利なものとすることができ、又、原料となる有機性廃棄物スラリー１０に無機固形物３９が含まれていた場合には、該無機固形物３９を浮上濃縮槽２９にて沈降分離させて除去できるため、水熱処理装置３における昇圧ポンプ２０や減圧弁２１等の配管可動部分に対して上記無機固形物３９が摩耗、閉塞等の機械的障害を引き起こす虞を解消できる。
【００４３】
更に、図４は本発明の実施の他の形態を示すもので、図３に示したものと同様な構成において、希薄スラリー移送ライン３７の他端を、可溶化物移送ライン１７ｂの途中位置に接続することに代えて、排水処理装置７に接続すると共に、該排水処理装置７を、生物学的消化脱窒処理法による脱窒処理を行うものとして、浮上濃縮槽２９にて浮上濃縮物３０や無機固形物３９と分離されて希薄スラリー取出口３３より取り出される希薄スラリー３８を、廃水処理装置７に、消化脱離液８を生物学的消化脱窒処理するための炭素源として供給するようにしたものである。
【００４４】
その他の構成は図３に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【００４５】
本実施の形態によれば、消化槽５より排出される消化脱離液８を生物学的消化脱窒処理する際に供給すべき炭素源のために要するコストを削減することができる。
【００４６】
更に又、図５は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図３に示したものと同様な構成において、浮上濃縮槽２９に伝熱管３５を設けて、該伝熱管３５に、水熱処理装置３より高温の可溶化処理液４０を導く可溶化物移送ライン１７ａを接続して、上記高温の可溶化処理液４０を浮上濃縮槽２９の加熱用熱源とするようにしたことに代えて、浮上濃縮槽２９に、上下方向に延びて上端部がタンク３１の頂部中心部を貫通し且つ下端部がタンク３１内の下部所要位置に達する蒸気吹込管４１を設置し、該蒸気吹込管４１の上端に、蒸気ボイラ４２より蒸気４３を導くための蒸気配管４４を接続して、蒸気ボイラ４２にて発生させた蒸気４３を蒸気配管４４、蒸気吹込管４１を通して導いて、浮上濃縮槽２９にて所要時間滞留させる有機性廃棄物スラリー１０内に直接噴出させることにより、該有機性廃棄物スラリー１０を４０〜８０℃に加熱できるようにし、更に、上記蒸気ボイラ４２には、消化槽５に一端を接続したガス取出管２６の他端を接続して、消化槽５における有機成分の嫌気性消化により発生するバイオガス６を、上記ガス取出管２６を介して蒸気ボイラ４２へ燃料として供給して燃焼させ、このバイオガス６の燃焼熱により、上記蒸気ボイラ４２にて、浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の加熱用熱源として用いるための蒸気４３を発生させるようにしたものである。
【００４７】
上記蒸気ボイラ４２において、消化槽５より回収されるバイオガス６のみでは燃料に不足が生じる虞がある場合には、図５に二点鎖線で示す如く、蒸気ボイラ４２に、図示しない燃料供給部より各種燃料を補助燃料２７として導くための燃料供給管２８を接続して、燃料供給部より蒸気ボイラ４２へ燃料不足分に相当する補助燃料２７を供給して燃焼させるようにする。又、水熱処理装置３と消化槽５はクーラー１８を備えた可溶化物移送ライン１７を介して直接接続して、上記水熱処理装置３より取り出される高温の可溶化処理液４０は、上記クーラー１８にて後工程の嫌気性消化処理の至適温度以下になるように冷却させた後、可溶化物移送ライン１７を通して消化槽５へ送るようにしてある。その他の構成は図３に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【００４８】
本実施の形態によれば、消化槽５における嫌気性消化の際に発生するバイオガス６を蒸気ボイラ４２にて燃料として燃焼させ、その燃焼熱により浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の直接加熱に用いるための蒸気４３を発生させるようにしてあるため、図３に示した実施の形態と同様に、浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の所要温度までの加熱に要するコストを削減できると共に、加熱用熱源を別途用意する必要がないため、設備コストの削減を図ることも可能となる。
【００４９】
更に、図６は、本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図５に示したものと同様な構成において、浮上濃縮物移送ライン３６の途中位置に、遠心濃縮器４５を設置すると共に、該遠心濃縮器４５より固形物と遠心分離されるろ液４６を排出させるためのろ液排出ライン４７を、希薄スラリー移送ライン３７の途中位置に接続した構成として、浮上濃縮槽２９より浮上濃縮物移送ライン３６を通して導かれる浮上濃縮物３０を、遠心濃縮器４５にて遠心分離させることにより、水分をろ液４６として更に分離させて浮上濃縮物３０の固形物濃度を更に高めた後、水熱処理装置３へ送ることができるようにし、一方、上記遠心濃縮器４５における遠心濃縮により上記浮上濃縮物３０と分離されるろ液４６は、ろ液排出ライン４７を通して希薄スラリー移送ライン３７に導いて、該希薄スラリー移送ライン３７を通して消化槽５へ移送される希薄スラリー３７に混入させるようにして、消化槽５にて嫌気性消化させることにより、バイオガス化処理を行わせるようにしたものである。
【００５０】
その他の構成は、図５に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【００５１】
本実施の形態によれば、有機性廃棄物スラリー１０は、浮上濃縮槽２９にて図５に示したものと同様にして固形物濃度が高められた浮上濃縮物とされた後、遠心濃縮器４５にて含まれる水分量が更に減少させられて、更に固形物濃度を高めた状態の浮上濃縮物３０、すなわち、たとえば、原料の有機性廃棄物スラリー１０として０．５％固形物濃度の下水汚泥を処理した場合には、浮上濃縮槽２９にて６０℃に加熱して１〜２時間保持すると、１．５〜３％まで固形物濃度が濃縮された浮上濃縮物３０が得られ、これを遠心濃縮器４５にて更に遠心濃縮することにより、４〜８％固形物濃度の浮上濃縮物３０が得られ、且つ該浮上濃縮物３０は上記温度までの加熱されることにより、粘度が低下させられて伝熱効率が高められた状態で水熱処理装置３に供給されるようになるため、浮上濃縮槽２９における浮上濃縮のみでは固形物濃度を高めることが難しい固形物濃度の低い有機性廃棄物スラリー１０の処理に有利なものとすることができる。
【００５２】
更に、図７は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図６に示したものと同様な構成において、浮上濃縮槽２９に、蒸気吹込管４１を設置し、該蒸気吹込管４１に、蒸気ボイラ４２より蒸気４３を導くための蒸気配管４４を接続し、且つ該蒸気ボイラ４２には、消化槽５に一端を接続したガス取出管２６の他端を接続した構成とすることに代えて、浮上濃縮槽２９を、タンク３１の上下方向中間部所要位置に、外部より所要の高温流体を流通させることにより上記タンク３１内に収容した有機性廃棄物スラリー１０を間接加熱するための伝熱管４８を備えると共に、該浮上濃縮槽２９内の下端部に、外部より後述する燃焼ガス４９を導いて散気させるための散気装置５０を設けた構成とし、且つ上記浮上濃縮槽２９の伝熱管４８の両端部には、図２に示した温水ボイラ２２と同様に、消化槽５よりガス取出管２６を介してバイオガス６を導いて燃料として燃焼させることにより高温の温水２５を発生させるようにしてある温水ボイラ２２を、温水供給管２３と温水回収管２４を介して接続して、温水ボイラ２２にて発生させる高温の温水２５を、温水供給管２３、伝熱管４８、温水回収管２４の順に循環させることにより浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の加熱用熱源として用いることができるようにし、更に、上記散気装置５０には、上記温水ボイラ２２の排ガスライン５１より分岐させた分岐管５２の先端部を接続して、温水ボイラ２２より排ガスライン５１を通して排出される燃焼排ガス４９の一部を、分岐管を通して散気装置５０に導き、該散気装置５０より浮上濃縮槽２９に収容した有機性廃棄物スラリー１０内に噴出させることにより、該有機性廃棄物スラリー１０内に気泡を発生させることができるようにしたものである。
【００５３】
その他の構成は図６に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【００５４】
本実施の形態によれば、浮上濃縮槽２９において、消化槽５より回収したバイオガス６を燃料として温水ボイラ２２にて発生させる高温の温水２５を、伝熱管に流通させることにより浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の間接加熱が行われると共に、温水ボイラ２２の燃焼排ガス４９の一部が散気装置５０より直接吹き込まれることによる有機性廃棄物スラリー１０の直接加熱も行われるため、たとえば、１ｔの有機性廃棄物スラリー１０に対して、上記温水２５との加熱割合を鑑みて燃焼排ガス４９の噴出量を０．５〜１０ｍ３の範囲で調整することにより、有機性廃棄物スラリー１０を４０〜８０℃に加熱して浮上濃縮を行わせることができるため、浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の加熱時間を短縮できる。又、燃焼排ガス４９を有機性廃棄物スラリー１０に吹き込んで気泡を発生させることができるため、浮上濃縮槽２９における固形物の浮上分離を促進して浮上濃縮効率を向上させることができ、該浮上濃縮槽２９における浮上濃縮に要する時間を短縮することも可能になる。
【００５５】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図５乃至図７に示した実施の形態において、希薄スラリー移送ライン３７の他端を、図４に示した実施の形態と同様に排水処理装置７に接続して、浮上濃縮槽２９より回収される希薄スラリー３８を、消化脱離液８の生物学的消化脱窒処理を行うための炭素源として排水処理装置７へ供給するようにしてもよいこと、図５及び図６に示した実施の形態において、蒸気ボイラ４２の燃焼排ガスを、図７に示した実施の形態と同様に、浮上濃縮槽２９における気泡発生用のガスとして用いるようにしてもよいこと、図７に示したものでは、浮上濃縮槽２９における有機性廃棄物スラリー１０の加熱用熱源としては、温水２５と燃焼排ガス４９を併用したものとして示したが、いずれか一方のみにより有機性廃棄物スラリー１０の加熱を行うようにしてもよいこと、水熱処理装置３は、供給される有機性廃棄物の低粘度スラリー１３や、浮上濃縮物３０を高温高圧にして亜臨界水を作用させることにより有機成分の固形物を可溶化できれば、いかなる形式のものを採用してもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）原料となる有機性廃棄物スラリーを浮上濃縮槽にて４０〜８０℃に加熱して所要時間保持することにより有機性廃棄物の浮上濃縮物と希薄スラリーに分離させ、上記浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて取り出される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、水熱処理装置に供給して高温高圧の亜臨界水を作用させて水熱処理することにより可溶化させ、該浮上濃縮物の可溶化処理液を減圧させると共に所要温度まで冷却させた後、該減圧、冷却された可溶化処理液と、上記浮上濃縮槽より浮上濃縮物と分離されて取り出される希薄スラリーを消化槽に移し、該消化槽内にて嫌気性消化処理してバイオガスを発生させるようにしてあるので、浮上濃縮槽にて有機性廃棄物スラリーを濃縮して、後段の水熱処理装置にて水熱処理すべき対象を、有機性廃棄物の浮上濃縮物のみとして水熱処理量を低減させることができて、水熱処理に要する加熱コストを削減できると共に、上記浮上濃縮物は、浮上濃縮槽にて温度が４０〜８０℃に保持されているため、低粘度化させて伝熱効率を高めた状態で水熱処理装置に供給することができ、水熱処理装置を伝熱面積の小さいコンパクトなものとすることができて、設備コストの削減を図ることができる。又、上記浮上濃縮槽内では、有機性廃棄物スラリーが低粘度化されるため、有機性廃棄物スラリーに土砂等の無機固形物が含まれていたとしても、比重差により沈降分離させて除去できるため、該無機固形分が後段の水熱処理装置における配管可動部分に機械的障害を引き起こす虞はなく、したがって、土砂等の無機固形分の混入した有機性廃棄物スラリーのバイオガス化処理に有利なものとすることができる。
（２）浮上濃縮槽より有機性廃棄物の浮上濃縮物と分離されて回収される希薄スラリーを、消化槽に移して嫌気性消化処理させることに代えて、上記希薄スラリーを、消化槽より排出される消化脱離液の生物学的消化脱窒処理を行う排水処理装置に炭素源として供給するようにすることにより、消化槽より排出される消化脱離液を生物学的消化脱窒処理する際に供給するための炭素源に要するコストを削減することができる。
（３）浮上濃縮槽より希薄スラリーと分離されて回収される有機性廃棄物の浮上濃縮物を、遠心濃縮器にて遠心濃縮した後、水熱処理装置に供給するようにすることにより、有機性廃棄物の浮上濃縮物に含まれる水分量を更に低減させてから水熱処理装置に供給できるため、浮上濃縮のみでは固形物濃度を高めることが困難な固形物濃度の低い有機性廃棄物スラリーの処理に有利なものとすることができる。
（４）水熱処理装置より取り出される高温の可溶化処理液の保有する熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにするか、又は、消化槽にて発生するバイオガスの燃焼熱を、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱用熱源として用いるようにすることにより、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの加熱に要するコストを削減できると共に、該浮上濃縮槽の加熱用熱源を別途用意する必要をなくすことができて、設備コストの削減を図ることができる。
（５）バイオガスの燃焼により発生する燃焼排ガスを、浮上濃縮槽に吹き込むことにより、該浮上濃縮槽内に気泡を発生させるようにすることにより、浮上濃縮槽における有機性廃棄物スラリーの浮上濃縮効率を向上させることができて、該浮上濃縮槽における浮上濃縮時間の短縮を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の基本的な考え方を示す装置の一例を示す概要図である。
【図２】  本発明の基本的な考え方を示す装置の他の例を示す概要図である。
【図３】  本発明の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の実施の一形態を示す概要図である。
【図４】  本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図５】  本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図６】  本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図７】  本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図８】  従来の有機性廃棄物のバイオガス化処理方法の一例を示す概要図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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