JP2009034569A - Food waste, and system for recovering energy from sludge - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、食品の生産、流通および消費の各段階で廃棄される食品廃棄物と下水処理場、工業排水処理場等から排出される汚泥との双方からエネルギーを回収し、電力、熱、およびコンポストとして利用可能な乾燥汚泥として産出する、食品廃棄物および汚泥からのエネルギー回収システムに関する。 The present invention recovers energy from both food waste discarded at each stage of food production, distribution and consumption and sludge discharged from sewage treatment plants, industrial wastewater treatment plants, etc. The present invention relates to an energy recovery system for food waste and sludge produced as dry sludge that can be used as compost.
従来、食品の生産、流通および消費の各段階で廃棄される生ごみその他の食品廃棄物は、その大部分が焼却後、埋め立て処分されていた。しかし、平成13年5月には「食品循環資源の再生利用等の促進に関する法律」(通称、食品リサイクル法)が施行され、事業系生ごみの一部はリサイクルが義務付けられることになり、資源循環型社会システム構築への取り組みが推進されてきた。 Conventionally, most garbage and other food wastes discarded at each stage of food production, distribution and consumption have been disposed of in landfills after incineration. However, in May 2001, the “Law Concerning the Promotion of Recycling of Food Recycling Resources” (commonly called the Food Recycling Law) was enacted, and part of business-related garbage was required to be recycled. Efforts to build a recycling-oriented social system have been promoted.
一方、下水道の普及とともに下水処理場から発生する汚泥も増加しているが、これらの下水汚泥等の汚泥もその多くは有効利用されず、焼却後に埋め立て処分されていた。しかしながら、汚泥は年々増加しており、各自治体ともその処理に多額の費用を費やしており、また、最終処分場における許容量が減少するとともにその立地条件が厳しく制限されるようになってきており、汚泥の処理はまさに逼迫した社会問題となっている。 On the other hand, sludge generated from sewage treatment plants is increasing with the spread of sewerage, but most of these sludge such as sewage sludge was not used effectively and was disposed of in landfill after incineration. However, sludge is increasing year by year, and each local government spends a lot of money on its disposal, and the allowable amount at the final disposal site is decreasing and its location conditions are becoming severely restricted. The treatment of sludge has become a tight social problem.
そこで、食品廃棄物および汚泥から効果的にエネルギーを回収するとともに減量化を図り、資源循環型社会システム構築に貢献することを目的とし、食品廃棄物および汚泥のバイオガス化やコンポスト化の検討が行われてきた。 Therefore, with the aim of effectively recovering energy from food waste and sludge, reducing the amount, and contributing to the construction of a resource-recycling social system, studies are being conducted on biogas and composting of food waste and sludge. Has been done.
例えば、特開2002−326071号公報(特許文献1)は、食品廃棄物を粉砕スラリー化処理し、有機性汚泥を濃縮して上記スラリーとスラリータンクで混合して食品廃棄物等循環資源スラリーを調整し、得られた食品廃棄物等循環資源スラリーを粉砕機を介してバイオリアクターに導入し、バイオリアクター内でメタン発酵処理してバイオガスと残留汚泥を生成し、バイオガスを脱硫後ガスエンジン又はマイクロガスタービンで燃焼させて電力および熱を発生させるとともに、残留汚泥を有機物系廃液処理施設の脱水装置へ圧送して脱水ケーキを発生させ、この脱水ケーキをガスエンジン又はマイクロガスタービンからの排熱により乾燥・減量化処理する、食品廃棄物等循環資源のリサイクル方法およびそのための装置を開示している。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-326071 (Patent Document 1) pulverizes food waste into a slurry, concentrates organic sludge, mixes the slurry with a slurry tank, and circulates a slurry of food resources such as food waste. The circulated resource slurry such as food waste that has been adjusted is introduced into the bioreactor via a pulverizer, and methane fermentation is performed in the bioreactor to produce biogas and residual sludge. After desulfurizing the biogas, the gas engine Or, it is burned by a micro gas turbine to generate electric power and heat, and the residual sludge is pumped to a dehydrator at an organic waste liquid treatment facility to generate a dehydrated cake, which is discharged from a gas engine or a micro gas turbine. Discloses a recycling method and equipment for recycling food waste and other resources that are dried and reduced by heat.
また、下水処理場等で脱水処理された後の含水率の低い固形状の塊の汚泥(以下、本明細書において、「濃縮汚泥」と表す。)をメタン発酵させてバイオガスを得る方法も検討されており、例えば、特開2003−103299号公報(特許文献2)は、含水率90%以下の濃縮汚泥を十分にメタン発酵させるために、濃縮汚泥に対して爆砕処理、すなわち濃縮汚泥を耐圧容器中で高温・高圧の水蒸気によって短時間蒸煮した後急激に大気圧下に放出して断熱膨張させる処理、または超臨界水(温度374.1℃以上、圧力22.04MPa以上の水)もしくは亜臨界水(温度150〜374℃、圧力2〜22MPaの水)といった高温高圧の領域内で処理する高温高圧処理を施した後にメタン発酵する、濃縮汚泥の処理方法およびそのための装置を開示している。 Also, there is a method of obtaining biogas by subjecting solid sludge having a low water content after dewatering treatment in a sewage treatment plant or the like (hereinafter referred to as “concentrated sludge” in this specification) to methane fermentation. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-103299 (Patent Document 2) discloses that a concentrated sludge is subjected to an explosion treatment, that is, a concentrated sludge is used to sufficiently ferment a concentrated sludge having a water content of 90% or less. A process of steaming in a pressure-resistant vessel for a short time with high-temperature and high-pressure steam and then suddenly releasing it under atmospheric pressure to adiabatic expansion, or supercritical water (water with a temperature of 374.1 ° C. or higher, pressure of 22.04 MPa or higher) or Concentrated sludge treatment method for methane fermentation after high-temperature and high-pressure treatment in a high-temperature and high-pressure region such as subcritical water (water at a temperature of 150 to 374 ° C. and a pressure of 2 to 22 MPa) and therefore It discloses an apparatus.
特許文献1に開示された方法によると、現在焼却埋め立て処分されている食品廃棄物と汚泥の両方からエネルギーを回収することができるため、最終処分場への負荷を低減することができ、資源循環型社会システム構築に貢献することができる。しかしながら、下水処理場等で脱水処理された後の含水率の低い固形状の塊濃縮汚泥は固形状の塊となっており、スラリータンクにおける食品廃棄物スラリーとの混合工程および得られた混合物の粉砕機での粉砕工程によっても、汚泥中の微生物細胞の細胞壁まで十分に破壊することができなかった。そのため、バイオリアクター内での汚泥のバイオガス転化率が低くなり、汚泥からのエネルギー回収率が十分でないという問題があった。 According to the method disclosed in Patent Document 1, energy can be recovered from both food waste and sludge that are currently incinerated in landfills, so the load on the final disposal site can be reduced, and resource circulation Can contribute to the construction of social networks. However, the solid lump concentrated sludge having a low water content after being dehydrated at a sewage treatment plant or the like is a solid lump, and the mixing step with the food waste slurry in the slurry tank and the resulting mixture Even the pulverization process in the pulverizer could not sufficiently destroy the cell walls of the microbial cells in the sludge. Therefore, the biogas conversion rate of sludge in the bioreactor is low, and there is a problem that the energy recovery rate from the sludge is not sufficient.
一方、特許文献2に開示された方法によると、濃縮汚泥が固形状の塊のままでも、爆砕処理または超臨界水もしくは亜臨界水といった高温高圧の領域内での処理によりメタン発酵させることが可能である。しかし、この文献は、生ごみ等の食品廃棄物からのエネルギー回収、および、装置全体としてのエネルギー収支に関して何ら記載していない。
On the other hand, according to the method disclosed in
そこで、本発明の課題は、食品廃棄物と汚泥の双方を原料としてメタン発酵させてバイオガスを得るエネルギー回収システムを基礎とし、固形状の塊となった濃縮汚泥を原料として使用した場合でも良好なバイオガス転化率を達成することができ、システム全体として良好なエネルギー収支を示す、効率的なエネルギー回収システムを提供することである。 Therefore, the object of the present invention is based on an energy recovery system that obtains biogas by methane fermentation using both food waste and sludge as raw materials, and is good even when concentrated sludge that is a solid lump is used as a raw material It is to provide an efficient energy recovery system that can achieve a high biogas conversion rate and exhibits a good energy balance as a whole system.
上述の課題は、食品廃棄物を破砕して廃棄物スラリーとして排出する破砕機、汚泥を高温高圧水蒸気と接触させることにより可溶化して可溶化物として排出する可溶化装置、上記廃棄物スラリーと上記可溶化物とを混合して混合スラリーとして排出する混合槽、上記混合スラリーをメタン発酵してバイオガスと消化汚泥を生成して排出する所定温度に保温されたメタン発酵槽、上記メタン発酵槽から排出されたバイオガスを燃料として電力および高温高圧水蒸気を発生するコ・ジェネレーション機関、上記メタン発酵槽から排出された消化汚泥を脱水して脱水汚泥として排出する脱水機、および、上記脱水汚泥を高温高圧水蒸気により乾燥する乾燥装置を備えており、かつ、上記コ・ジェネレーション機関から排出された高温高圧水蒸気を可溶化装置、乾燥装置およびメタン発酵槽に供給し、それぞれ、可溶化物の生成、脱水汚泥の乾燥、およびメタン発酵槽の保温のために使用するようになっていることを特徴とする、食品廃棄物および汚泥からのエネルギー回収システムによって達成される。 The above-mentioned problems include a crusher that crushes food waste and discharges it as a waste slurry, a solubilizer that solubilizes sludge by contacting it with high-temperature and high-pressure steam and discharges it as a solubilizate, and the waste slurry A mixing tank that mixes the solubilized product and discharges it as a mixed slurry, a methane fermenter that is kept at a predetermined temperature that generates and discharges biogas and digested sludge by methane fermentation of the mixed slurry, and the methane fermenter A co-generation engine that generates electricity and high-temperature high-pressure steam using biogas discharged from the fuel, a dehydrator that dehydrates the digested sludge discharged from the methane fermentation tank and discharges it as dehydrated sludge, and the dehydrated sludge Equipped with a drying device that dries with high-temperature and high-pressure steam, and allows high-temperature and high-pressure steam discharged from the cogeneration engine. Food waste, characterized in that it is supplied to the saccharifier, dryer and methane fermenter and is used for the production of solubilized products, drying of dehydrated sludge, and heat retention of the methane fermenter, respectively. Achieved by energy recovery system from waste and sludge.
上記構成では、コ・ジェネレーション機関から排出された高温高圧水蒸気が可溶化装置、乾燥装置およびメタン発酵槽に供給され、それぞれ、汚泥の可溶化物の生成、脱水汚泥の乾燥、およびメタン発酵槽の保温のために使用される。可溶化装置内における汚泥の高温高圧水蒸気との接触処理および処理物の大気圧下への開放により、固形状の塊の濃縮汚泥が可溶化装置に供給された場合でも、濃縮汚泥中の粘着性物質や微生物細胞の細胞壁が破壊され、細胞質が浸出するため、汚泥が可溶化するとともに低粘度化し、可溶化装置から粉末状の形態で排出される。そのため、この粉末状の可溶化物と廃棄物スラリーとを混合槽内で混合すると、汚泥が良好に分散した混合スラリーが得られ、メタン発酵槽内での汚泥のバイオガス転化率が向上する。また、コ・ジェネレーション機関から排出された高温高圧水蒸気が乾燥装置に供給されることにより、脱水汚泥が粉末状の乾燥汚泥として排出され、汚泥の量を大幅に減量することができ、また得られた乾燥汚泥はコンポストとして有効に利用することができる。本発明ではさらに、コ・ジェネレーション機関から排出された高温高圧水蒸気はメタン発酵槽の保温のためにも使用される。このことによりメタン発酵槽の温度をメタン発酵のために好適な温度に均一に維持することができるため、食品廃棄物および汚泥のバイオガス転化率が高くなる。 In the above configuration, the high-temperature and high-pressure steam discharged from the cogeneration engine is supplied to the solubilizer, drying device, and methane fermentation tank. Used for heat insulation. Even if the sludge is supplied to the solubilizer by contacting the sludge with high-temperature and high-pressure steam in the solubilizer and releasing the treated product to atmospheric pressure, the stickiness in the concentrated sludge Since the cell walls of the substance and microbial cells are destroyed and the cytoplasm is leached, the sludge is solubilized and reduced in viscosity, and discharged from the solubilizer in a powder form. Therefore, when this powdery solubilized product and waste slurry are mixed in a mixing tank, a mixed slurry in which sludge is well dispersed is obtained, and the biogas conversion rate of sludge in the methane fermentation tank is improved. Also, by supplying high-temperature and high-pressure steam discharged from the cogeneration engine to the drying device, dewatered sludge is discharged as powdered dry sludge, and the amount of sludge can be greatly reduced. The dried sludge can be effectively used as compost. In the present invention, the high-temperature and high-pressure steam discharged from the cogeneration engine is also used for keeping the temperature of the methane fermentation tank. As a result, the temperature of the methane fermenter can be uniformly maintained at a temperature suitable for methane fermentation, so that the biogas conversion rate of food waste and sludge is increased.
従って、本発明のエネルギー回収システムによると、固形状の塊となった濃縮汚泥を原料としてメタン発酵した場合でも、十分なバイオガス転化率を達成することができるため、食料廃棄物および汚泥の双方から効率的にエネルギーを回収することができ、全体として良好なエネルギー収支を示すエネルギー回収システムが構築される。本発明のエネルギー回収システムによると、システム全体に含まれる機器の動作を行ってもなお余剰の電力および熱量が発生するため、余剰の電力および熱量を他の目的のために使用することができる。また、脱水汚泥を乾燥させることにより汚泥の量を大幅に減量することができ、得られた乾燥汚泥はコンポストとして有効に利用することができる。 Therefore, according to the energy recovery system of the present invention, a sufficient biogas conversion rate can be achieved even when methane fermentation is performed using the concentrated sludge in a solid mass as a raw material, so that both food waste and sludge can be achieved. Thus, energy can be efficiently recovered, and an energy recovery system showing a good energy balance as a whole is constructed. According to the energy recovery system of the present invention, even if the devices included in the entire system are operated, surplus power and heat are still generated, so that surplus power and heat can be used for other purposes. In addition, the amount of sludge can be greatly reduced by drying the dewatered sludge, and the obtained dried sludge can be effectively used as compost.
コ・ジェネレーション機関において発生した熱を、高温高圧水蒸気に加えて温水としても回収できる場合には、可溶化装置および乾燥装置に高温高圧水蒸気を供給し、メタン発酵槽には水蒸気に代えて温水を供給するようにしてもよい。このようにすることにより、コ・ジェネレーション機関において発生した熱を効率的に本発明のエネルギー回収システムにおいて利用することができる。 If the heat generated in the co-generation engine can be recovered as hot water in addition to high-temperature and high-pressure steam, high-temperature and high-pressure steam is supplied to the solubilizer and dryer, and hot water is supplied to the methane fermentation tank instead of steam. You may make it supply. By doing in this way, the heat generated in the cogeneration engine can be efficiently utilized in the energy recovery system of the present invention.
一方、比較的発電量の少ないコ・ジェネレーション機関のなかには、発生した熱を水蒸気として回収するのが難しく、温水としてしか回収できないものも存在する。このような場合には、本発明のエネルギー回収システムにさらにコ・ジェネレーション機関から排出された温水を加熱して高温高圧水蒸気として排出する蒸発装置を付設し、該蒸発装置から排出された高温高圧水蒸気を可溶化装置および乾燥装置に供給し、コ・ジェネレーション機関から排出された温水をメタン発酵槽に供給することにより、同様に効率的なエネルギー回収システムを構築することができる。 On the other hand, some co-generation engines with relatively small amounts of power generation are difficult to recover the generated heat as water vapor and can only be recovered as hot water. In such a case, the energy recovery system of the present invention is further provided with an evaporator that heats the hot water discharged from the cogeneration engine and discharges it as high-temperature and high-pressure steam, and the high-temperature and high-pressure steam discharged from the evaporator Is supplied to the solubilization device and the drying device, and the hot water discharged from the co-generation engine is supplied to the methane fermentation tank, so that an efficient energy recovery system can be similarly constructed.
本発明のエネルギー回収システムに、さらに、前記メタン発酵槽から排出されたバイオガスの一部を燃料として高温高圧水蒸気を発生する蒸気ボイラーを付設し、バイオガスの残部をコ・ジェネレーション機関において燃料として使用し、蒸気ボイラーから排出された水蒸気とコ・ジェネレーション機関もしくは上記蒸発装置から排出された水蒸気とを併せて可溶化装置および/または乾燥装置に供給するようにしてもよい。この構成により、コ・ジェネレーション機関による電力発生量は若干減るものの、蒸気ボイラーにより熱効率よく高温高圧水蒸気を発生させることができるため、可溶化装置および/または乾燥装置への高温高圧水蒸気の供給を効率よく行うことができる。尚、メタン発酵槽にも得られた高温高圧水蒸気を供給するようにしてもよい。 The energy recovery system of the present invention is further provided with a steam boiler that generates high-temperature and high-pressure steam using a part of the biogas discharged from the methane fermentation tank as a fuel, and the remainder of the biogas is used as a fuel in the co-generation engine The water vapor discharged from the steam boiler and the water vapor discharged from the co-generation engine or the evaporation device may be combined and supplied to the solubilizer and / or the drying device. With this configuration, although the amount of power generated by the cogeneration engine is slightly reduced, high-temperature and high-pressure steam can be generated with high efficiency by the steam boiler, so efficient supply of high-temperature and high-pressure steam to the solubilizer and / or dryer Can be done well. In addition, you may make it supply the high temperature / high pressure steam obtained also to the methane fermentation tank.
尚、本発明において、「高温高圧水蒸気」とは、メタン燃料により駆動されうる一般的なコ・ジェネレーション機関、例えば、ガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービン、メタンから水素への改質装置を備えた燃料電池から排出される水蒸気、および、一般的な蒸気ボイラーから排出されうる水蒸気と同等の温度および圧力を有する水蒸気を意味し、「高温高圧水蒸気」の温度は約130〜300℃であり、圧力は約0.2〜5MPaである。また、メタン発酵槽が保温される「所定温度」とは、内部のメタン菌が良好な活性を示す温度を意味し、中温メタン菌を使用する場合には約35〜37℃であり、高温メタン菌を使用する場合には約50〜60℃である。 In the present invention, “high-temperature high-pressure steam” means a general co-generation engine that can be driven by methane fuel, such as a gas engine, a gas turbine, a micro gas turbine, and a methane-to-hydrogen reformer. Water vapor discharged from the fuel cell, and water vapor having a temperature and pressure equivalent to that of water vapor that can be discharged from a general steam boiler, the temperature of the “high temperature high pressure steam” is about 130 to 300 ° C., The pressure is about 0.2-5 MPa. The “predetermined temperature” at which the methane fermenter is kept warm means a temperature at which the internal methane bacterium exhibits good activity, and is about 35 to 37 ° C. when the medium temperature methane bacterium is used. When using bacteria, it is about 50-60 degreeC.
本発明のエネルギー回収システムにおいて、可溶化装置および/または乾燥装置における処理は、160〜250℃の範囲の温度および1.5〜3MPaの範囲の圧力の条件下で行うのが好ましく、また、0.5〜1時間処理を継続するのが好ましい。これらの条件下で、粉末状の可溶化物および乾燥物が好適に形成される。 In the energy recovery system of the present invention, the treatment in the solubilizer and / or the dryer is preferably performed under conditions of a temperature in the range of 160 to 250 ° C. and a pressure in the range of 1.5 to 3 MPa. It is preferable to continue the treatment for 5 to 1 hour. Under these conditions, a powdery solubilized product and a dried product are suitably formed.
本発明のエネルギー回収システムにおいて、さらに、コ・ジェネレーション機関もしくは蒸発装置から排出された水蒸気、または蒸気ボイラーが存在する場合にはコ・ジェネレーション機関もしくは蒸発装置から排出された水蒸気に蒸気ボイラーから排出された水蒸気を併せた後の水蒸気を昇温および/または昇圧する昇温昇圧機を付設し、この昇温昇圧機から排出された水蒸気を可溶化装置および/または乾燥装置に供給するようにしてもよい。昇温昇圧機のために燃料が必要となるが、昇温昇圧機に導入される水蒸気が既に高い温度および圧力を有しているため、燃料の量を抑えることができる。この構成により、可溶化装置における固形状の塊となった汚泥の可溶化および低粘度化を好適な条件下で行うことができ、また、脱水汚泥の乾燥効率および速度をさらに促進することができ、粉末状のコンポストとして利用しやすい乾燥汚泥を得ることができる。 In the energy recovery system of the present invention, the steam discharged from the cogeneration engine or the evaporator, or the steam discharged from the cogeneration engine or the evaporator when there is a steam boiler, is discharged from the steam boiler. In addition, a temperature-rising and boosting device for raising and / or boosting the steam after the combined steam is provided, and the steam discharged from the temperature-rising and boosting device is supplied to the solubilization device and / or the drying device. Good. Fuel is required for the temperature booster, but the amount of fuel can be reduced because the water vapor introduced into the temperature booster already has a high temperature and pressure. With this configuration, it is possible to solubilize and lower the viscosity of sludge that has become a solid mass in the solubilizer, and to further promote the drying efficiency and speed of the dewatered sludge. Thus, it is possible to obtain dry sludge that is easy to use as powdery compost.
本発明のエネルギー回収システムの構成では、汚泥の可溶化処理をバッチ法により行うことにより、可溶化工程を終了した可溶化装置を、脱水汚泥を乾燥するための乾燥装置として使用することもできる。すなわち、一台の装置を切り替えて可溶化装置および乾燥装置として使用することもできる。この構成により、システム全体を安価に構築できる上に、一台の装置の稼働時間を増やすことができ、より効率的なエネルギー回収システムが構築できる。 In the configuration of the energy recovery system of the present invention, the solubilization apparatus that has completed the solubilization step can be used as a drying apparatus for drying the dewatered sludge by performing the sludge solubilization process by a batch method. That is, a single device can be switched and used as a solubilizing device and a drying device. With this configuration, the entire system can be constructed at low cost, and the operating time of one device can be increased, so that a more efficient energy recovery system can be constructed.
本発明のエネルギー回収システムによると、固形状の塊となった汚泥を原料としてメタン発酵した場合にも十分なバイオガス転化率を達成することができ、食料廃棄物および汚泥の双方からのエネルギー回収率を高めることができる。その上、システム全体としても良好なエネルギー収支を示し、本発明のシステム全体の動作を行ってもなお余剰の電力および熱量を発生することが可能となる。 According to the energy recovery system of the present invention, a sufficient biogas conversion rate can be achieved even when methane fermentation is performed using sludge in a solid mass as a raw material, and energy recovery from both food waste and sludge is achieved. The rate can be increased. In addition, the overall system exhibits a good energy balance, and it is possible to generate surplus power and heat even when the entire system of the present invention is operated.
以下、図面を参照しながら本発明のエネルギー回収システムの実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the energy recovery system of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明のエネルギー回収システムにおける基本的な実施の形態の構成を示した概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a basic embodiment in the energy recovery system of the present invention.
本実施の形態のシステムは、まず、食品の生産、流通および消費の各段階で廃棄される生ごみその他の食品廃棄物を破砕してスラリー化するための破砕機1を備えている。破砕機1としては、当業者に公知の慣用のものを使用することができ、例えば回転ブレード等による粉砕部と回転スクリーン等による選別部とを有する破砕分別機を好適に使用することができる。 The system according to the present embodiment is provided with a crusher 1 for crushing and slurrying food waste and other food wastes discarded at each stage of production, distribution and consumption of food. As the crusher 1, a conventional one known to those skilled in the art can be used, and for example, a crushing / separating machine having a crushing part by a rotating blade or the like and a sorting part by a rotating screen or the like can be suitably used.
一方、例えば下水処理場から排出された含水率80%程度の濃縮汚泥は、可溶化装置2において処理される。可溶化装置2は、汚泥導入口と水蒸気導入口と処理後の可溶化物排出口と使用後の水蒸気排出口を備えた耐圧容器を備えている。耐圧容器内に汚泥導入口を介して濃縮汚泥が導入され、後述するコ・ジェネレーション機関から供給される高温高圧水蒸気が水蒸気導入口を介して導入され、汚泥と水蒸気との接触により汚泥の可溶化が進行するようになっている。水蒸気との接触処理後の汚泥は可溶化物排出口から大気圧に開放され、可溶化物として排出されるようになっている。一方、処理後の水蒸気は水蒸気排出口から大気圧に開放され、凝縮水として排出されるようになっている。なお、可溶化装置は、上述のような回分式の装置に換えて、連続式の装置にしてもよい。連続式の装置は、汚泥を入り口から出口に所定滞留時間に応じて移動させるスクリューを内部に有する耐圧バレルを有しており、汚泥フィーダーにより濃縮汚泥を入り口から上記耐圧バレルに供給し、高温高圧水蒸気を供給して汚泥と接触させながら上記スクリューにより汚泥を出口まで移動させ、連続式の圧力開放取り出し口より処理後の汚泥を連続的に大気圧に開放するように構成される。
On the other hand, for example, concentrated sludge having a water content of about 80% discharged from a sewage treatment plant is treated in the
本実施の形態のエネルギー回収システムはさらに、破砕機1から排出された廃棄物のスラリーと、可溶化装置2から排出された可溶化物とを混合して混合スラリーとするための混合槽3を有する。混合槽3としては、撹拌器を備えた当業者に公知の慣用の槽を使用することができ、混合スラリーの粘度を調節するための希釈水供給口が備えられているのが好ましい。
The energy recovery system according to the present embodiment further includes a
混合槽で形成された混合スラリーは、メタン発酵槽4で所定期間処理される。メタン発酵槽4は、メタン菌と混合スラリーとを混合する醗酵室を備えており、発酵後のバイオガス(メタン:二酸化炭素=6:4)および消化汚泥が排出されるようになっている。メタン発酵により発生したバイオガスは、速やかにメタン発酵槽4から取り出され、脱硫器8で処理されて精製された後にガスホルダー9に貯蔵される。尚、発酵室には、高濃度の反応系を効率よく攪拌するための機能が備わっているのが好ましい。メタン醗酵室は、後述するコ・ジェネレーション機関から供給される高温高圧水蒸気により、メタン菌の活性が良好な温度に維持されるようになっている。中温域で活性の高い中温メタン菌は、高温域で活性に高い高温メタン菌に比較してアンモニア耐性が高く、食品廃棄物を余り希釈する必要がないという利点を有するが、このような中温メタン菌を使用する場合には、醗酵室は約35〜37℃に維持される。一方、高温メタン菌は、中温メタン菌に比較して活性が高く醗酵室を小型にできるという利点を有するが、このような高温メタン菌を使用する場合には、醗酵室は約50〜60℃に維持される。
The mixed slurry formed in the mixing tank is processed in the
本実施の形態では、ガスホルダーに貯蔵されたバイオガスを燃料として駆動し、電力および熱(高温高圧水蒸気)に変換するコ・ジェネレーション機関5を備えている。コ・ジェネレーション機関5としては、当業者に公知の慣用のものを使用することができ、例えば、一般的なガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービン、メタンから水素への改質装置を備えた燃料電池式の機関を使用することができる。
In the present embodiment, a
一方、メタン発酵層4から排出された消化汚泥は、脱水機6によって脱水され、固形状の脱水汚泥および脱離液(水)として排出される。脱水機6としては、遠心分離式、ベルトプレス式、スクリュープレス式等の慣用の脱水機を使用することができる。さらに、本実施の形態のエネルギー回収システムは、固形状の脱水汚泥を粉末状の乾燥汚泥として産出するための乾燥装置7を有している。乾燥装置7の構成は、上述の可溶化装置2と基本的に同じである。
On the other hand, the digested sludge discharged from the
上述の構成を有する本実施の形態のエネルギー回収システムは、以下のように動作する。 The energy recovery system of the present embodiment having the above-described configuration operates as follows.
含水率80%程度の生ごみ等の食品廃棄物は、破砕機1に投入されてスラリー化され、プラスチック、ビニール袋等の異物と分別され、廃棄物スラリーとして排出される。一方、下水処理場等の含水率80%程度の濃縮汚泥は、可溶化装置2に投入され、コ・ジェネレーション機関5から供給された高温高圧水蒸気(可溶化蒸気)と耐圧容器内で混合され、所定温度、好ましくは160〜250℃、および所定圧力、好ましくは1.5〜3MPaの条件下で、バッチ法の場合には所定時間、好ましくは0.5〜1時間処理され、または、連続法により処理される。この間、汚泥の可溶化が進行する。処理後の水蒸気は、大気圧に開放されて凝縮水として回収され、以下の混合槽3での混合スラリー調整用の希釈水として利用される。処理後の汚泥は、含水率55%程度の粉末の可溶化物として排出され、混合槽3に移送される。
Food waste such as garbage with a water content of about 80% is put into the crusher 1 to be slurried, separated from foreign matters such as plastic and plastic bags, and discharged as waste slurry. On the other hand, concentrated sludge having a water content of about 80%, such as a sewage treatment plant, is charged into the
混合槽3中で、可溶化装置2から移送された粉末状の可溶化物が粉砕機1から排出された廃棄物スラリーおよび希釈水と混合され、含水率90%程度の混合スラリーが形成される。このとき、希釈水として、上述の可溶化装置2、脱水機6、および乾燥装置7から回収された凝縮水または脱離液が使用される。
In the
混合スラリーは、コ・ジェネレーション機関5から排出された高温高圧水蒸気(加熱蒸気)によって所定温度に維持されたメタン発酵槽4に移送され、醗酵室内でメタン菌の作用により所定期間、好ましくは5〜15日間発酵される。発生したバイオガスは速やかに回収され、脱硫器8介してガスホルダー9に一旦貯蔵され、コ・ジェネレーション機関5の燃料として供され、コ・ジェネレーション機関5から電力および高温高圧水蒸気の形態での熱が排出される。発生された高温高圧水蒸気の一部は、可溶化装置2、乾燥装置7、およびメタン発酵槽3に供給され、電力の一部は、本実施の形態のエネルギー回収システムに含まれる各機器の駆動のために供給される。
The mixed slurry is transferred to a
一方、メタン発酵槽4から排出された含水率96%程度の消化汚泥は、脱水機6に移送され、脱水され、固形状の含水率80%程度の脱水汚泥および脱離液(水)として排出される。脱離液の一部は混合スラリー調製用の希釈水として使用され、残部は下水道に放流される。脱水汚泥は、乾燥装置7に供給され、コ・ジェネレーション機関5から供給された高温高圧水蒸気(乾燥蒸気)と耐圧容器内で混合され、所定温度、好ましくは160〜250℃、および所定圧力、1.5〜3MPaの条件下で、バッチ法では所定時間、好ましくは0.5〜1時間処理され、または、連続法により処理される。この間、固形状の脱水汚泥は粉末状に形状を変え、含水率20%程度の乾燥汚泥として排出される。処理後の水蒸気は、大気圧に開放されて凝縮水として回収され、混合槽3での混合スラリー調製用希釈水として利用される。
On the other hand, the digested sludge having a water content of about 96% discharged from the
本実施の形態のエネルギー回収システムによると、食料廃棄物および汚泥の双方からのエネルギー回収率を高めることができる上、システム全体としても良好なエネルギー収支が得られる。 According to the energy recovery system of the present embodiment, it is possible to increase the energy recovery rate from both food waste and sludge, and to obtain a good energy balance as a whole system.
図2は、上述の基本的な実施の形態に変形が加えられた形態の構成を示している。以下、異なる点のみ説明する。 FIG. 2 shows a configuration of a form obtained by modifying the above-described basic embodiment. Only different points will be described below.
図2に示す実施の形態のエネルギー回収システムは、メタン発酵槽4から回収され、脱硫器8を介してガスホルダー9に貯蔵されたバイオガスの一部を燃料として高温高圧水蒸気を発生する蒸気ボイラー10を有する。この実施の形態は、高温高圧水蒸気量が不足するような場合に使用される。例えば、蒸気ボイラー10は、コ・ジェネレーション機関5として使用されるガスエンジン式機関に比較すると、同量のバイオガスを燃料として約2倍の熱量の高温高圧水蒸気を発生するため、本発明の実施において特に有効に利用される。
The energy recovery system of the embodiment shown in FIG. 2 is a steam boiler that generates high-temperature and high-pressure steam by using a part of biogas recovered from the
本実施の形態では、蒸気ボイラー10から排出された高温高圧水蒸気は、コ・ジェネレーション機関5から排出された高温高圧水蒸気と併せられ、可溶化装置2および乾燥装置7に供給する前に、さらに水蒸気を昇温および/または昇圧するために昇温昇圧機11に供給される。昇温昇圧機11としては慣用のものを使用することができ、例えば貫流式ボイラーを使用することができる。昇温昇圧機11により、例えばコ・ジェネレーション機関5および蒸気ボイラー8からの0.5〜1.0MPaの水蒸気は、可溶化および乾燥のために好適な圧力、例えば1.8MPa程度の圧力に昇圧され、可溶化装置2または乾燥装置7に供給される。この構成により、可溶化工程および乾燥工程がさらに円滑に進められる。
In the present embodiment, the high-temperature and high-pressure steam discharged from the
図3は、図2に示した形態にさらに変更が加えられた実施の形態の構成を示している。以下、異なる点のみ説明する。 FIG. 3 shows a configuration of an embodiment in which further changes are added to the configuration shown in FIG. Only different points will be described below.
汚泥の可溶化処理をバッチ法により行うことにより、可溶化工程を終了した可溶化装置を、脱水汚泥を乾燥するための乾燥装置として使用することもできる。図3に示す実施の形態のエネルギー回収システムでは、一台の装置を切り替えることにより可溶化装置2または乾燥装置7として使用可能なように構成されている。可溶化装置2は、可溶化物を排出した後、乾燥装置7として使用される。この構成により、高価な装置を有効に稼動させることができる。
By performing the sludge solubilization treatment by the batch method, the solubilization apparatus that has completed the solubilization step can be used as a drying apparatus for drying the dewatered sludge. The energy recovery system of the embodiment shown in FIG. 3 is configured to be usable as the
図4は、図1に示す基本的な実施の形態において異なるコ・ジェネレーション機関を使用した実施の形態の構成を示している。以下、異なる点のみ説明する。 FIG. 4 shows a configuration of an embodiment using a different co-generation engine in the basic embodiment shown in FIG. Only different points will be described below.
図4に示す実施の形態では、メタン発酵槽4から回収され、脱硫器8を介してガスホルダー9に貯蔵されたバイオガスが、電力および高温高圧水蒸気に加えて温水も発生するコ・ジェネレーション機関5において燃料として使用される。そして、排出された高温高圧水蒸気が可溶化装置2および乾燥装置7に供給され、排出された温水がメタン発酵槽4に供給されてこの槽4の保温のために使用される。この構成により、コ・ジェネレーション機関5から発生する熱が効率よく使用される。
In the embodiment shown in FIG. 4, the co-generation engine in which the biogas recovered from the
図5は、図1に示す基本的な実施の形態においてさらに別のコ・ジェネレーション機関を使用した実施の形態の構成を示している。以下、異なる点のみ説明する。 FIG. 5 shows a configuration of an embodiment in which another co-generation engine is used in the basic embodiment shown in FIG. Only different points will be described below.
図5に示す実施の形態のエネルギー回収システムでは、メタン発酵槽4から回収され、脱硫器8を介してガスホルダー9に貯蔵されたバイオガスが、電力および温水を発生し、高温高圧水蒸気を発生しないコ・ジェネレーション機関5において燃料として使用される。そして、排出された温水の一部がメタン発酵槽4に供給され、この槽4の保温のために使用される。一方、この実施の形態のエネルギー回収システムは、コ・ジェネレーション機関5から排出された温水を加温して高温高圧水蒸気を発生する蒸発装置12を備えている。蒸発装置12としては温水を加熱して高温高圧水蒸気に変えることが可能なものであれば特に限定がなく、例えば貫流ボイラーを使用することができる。本実施の形態では、蒸発装置12から排出された高温高圧水蒸気が可溶化装置2および乾燥装置7に供給される。この構成により、コ・ジェネレーション機関5から発生する温水が効率よく利用される。
In the energy recovery system of the embodiment shown in FIG. 5, the biogas recovered from the
図6に、図3に示した構成であって、ただし、コ・ジェネレーション機関としてガスエンジン式機関5´を使用した実施例のエネルギー収支を示す。尚、本発明は以下の実施例に限定されず、食品廃棄物および下水汚泥の処理量、メタン発酵槽の容量等の数値もあくまで一例に過ぎない。
FIG. 6 shows an energy balance of the embodiment having the configuration shown in FIG. 3 except that a gas
実施例では、含水率80%の生ごみを1日に付き17t(トン)の割合で破砕し、下水処理場の含水率80%の濃縮汚泥を1日に付き15tの割合で可溶化し、メタン発酵槽で10日間発酵させた。生ごみ(含水率80%)のCODcr(重クロム酸カリウムによるCOD測定値)は320kg/wet−t、生ごみ分解率は80%、下水汚泥のCODcrは240kg/wet−t、汚泥分解率は70%(有機分分解率80%)であった。濃縮汚泥の可溶化および脱水汚泥の乾燥は、210℃および1.8MPaの条件の水蒸気を供給して、一台の装置を切り替えて行った。バイオガスは、一日に付き2890m3Nの割合で得られ、一日に付き2.9tの乾燥汚泥が採集された。乾燥汚泥はコンポストとして有効利用された。
In the examples, raw waste with a water content of 80% is crushed at a rate of 17 t (tons) per day, and concentrated sludge with a water content of 80% at a sewage treatment plant is solubilized at a rate of 15 t per day, Fermented for 10 days in a methane fermenter. CODcr (COD measured with potassium dichromate) of raw garbage (
蒸気ボイラー8およびガスエンジン式機関5´から発生した熱量(高温高圧水蒸気)は1日に付き9.2×106kcalであり、可溶化、乾燥、およびメタン発酵槽のための熱量(高温高圧水蒸気)は7.8×106kcalであり、余剰の熱量が回収された。一方、ガスエンジン式機関5´から1日に付き150kWの電力が得られ、一部は本システムの駆動のために用いられ、残部は売電された。
The amount of heat (high temperature and high pressure steam) generated from the steam boiler 8 and the gas
尚、可溶化装置2を使用しないで下水汚泥を混合槽に直接投入し、混合スラリーを粉砕機を介してメタン発酵槽4に投入したところ、汚泥の有機分分解率は40〜50%であった。本発明により、汚泥からの効果的なエネルギー回収および消化汚泥の減量化が達成されたことがわかった。
In addition, when the sewage sludge was directly charged into the mixing tank without using the
1 破砕機
1´ 破砕分別機
2 可溶化装置
3 混合槽
4 メタン発酵槽
5 コ・ジェネレーション機関
5´ ガスエンジン式機関
6 脱水機
7 乾燥装置
8 脱硫器
9 ガスホルダー
10 蒸気ボイラー
11 昇温昇圧機
12 蒸発装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crusher 1 '
Claims (9)
汚泥を高温高圧水蒸気と接触させることにより可溶化して可溶化物として排出する可溶化装置、
前記廃棄物スラリーと前記可溶化物とを混合して混合スラリーとして排出する混合槽、
前記混合スラリーをメタン発酵してバイオガスと消化汚泥を生成して排出する、所定温度に保温されたメタン発酵槽、
前記メタン発酵槽から排出されたバイオガスを燃料として電力および高温高圧水蒸気を発生するコ・ジェネレーション機関、
前記メタン発酵槽から排出された消化汚泥を脱水して脱水汚泥として排出する脱水機、および、
前記脱水汚泥を高温高圧水蒸気により乾燥する乾燥装置、
を備えており、かつ、
前記コ・ジェネレーション機関から排出された高温高圧水蒸気を可溶化装置、乾燥装置およびメタン発酵槽に供給し、それぞれ、可溶化物の生成、脱水汚泥の乾燥、およびメタン発酵槽の保温のために使用するようになっていることを特徴とする、食品廃棄物および汚泥からのエネルギー回収システム。 Crusher that crushes food waste and discharges it as waste slurry,
A solubilizer that solubilizes sludge by contacting it with high-temperature high-pressure steam and discharges it as a solubilizate,
A mixing tank for mixing the waste slurry and the solubilized product and discharging it as a mixed slurry;
A methane fermentation tank kept at a predetermined temperature for producing and discharging biogas and digested sludge by methane fermentation of the mixed slurry,
A co-generation engine that generates electric power and high-temperature and high-pressure steam using the biogas discharged from the methane fermentation tank as fuel,
A dehydrator for dewatering the digested sludge discharged from the methane fermentation tank and discharging it as dehydrated sludge; and
A drying device for drying the dewatered sludge with high-temperature and high-pressure steam;
And
The high-temperature and high-pressure steam discharged from the cogeneration engine is supplied to the solubilizer, dryer and methane fermenter, and used to generate solubilizate, dry dehydrated sludge, and keep the methane fermenter warm. An energy recovery system from food waste and sludge, characterized in that
汚泥を高温高圧水蒸気と接触させることにより可溶化して可溶化物として排出する可溶化装置、
前記廃棄物スラリーと前記可溶化物とを混合して混合スラリーとして排出する混合槽、
前記混合スラリーをメタン発酵してバイオガスと消化汚泥を生成して排出する、所定温度に保温されたメタン発酵槽、
前記メタン発酵槽から排出されたバイオガスを燃料として電力、高温高圧水蒸気、および温水を発生するコ・ジェネレーション機関、
前記メタン発酵槽から排出された消化汚泥を脱水して脱水汚泥として排出する脱水機、および、
前記脱水汚泥を高温高圧水蒸気により乾燥する乾燥装置、
を備えており、かつ、
前記コ・ジェネレーション機関から排出された高温高圧水蒸気を可溶化装置および乾燥装置に、温水をメタン発酵槽に供給し、それぞれ、可溶化物の生成、脱水汚泥の乾燥、およびメタン発酵槽の保温のために使用するようになっていることを特徴とする、食品廃棄物および汚泥からのエネルギー回収システム。 Crusher that crushes food waste and discharges it as waste slurry,
A solubilizer that solubilizes sludge by contacting it with high-temperature high-pressure steam and discharges it as a solubilizate,
A mixing tank for mixing the waste slurry and the solubilized product and discharging it as a mixed slurry;
A methane fermentation tank kept at a predetermined temperature for producing and discharging biogas and digested sludge by methane fermentation of the mixed slurry,
A co-generation engine that generates electricity, high-temperature and high-pressure steam, and hot water using the biogas discharged from the methane fermenter as fuel,
A dehydrator for dewatering the digested sludge discharged from the methane fermentation tank and discharging it as dehydrated sludge; and
A drying device for drying the dewatered sludge with high-temperature and high-pressure steam;
And
The high-temperature and high-pressure steam discharged from the co-generation engine is supplied to the solubilizer and dryer, and hot water is supplied to the methane fermentation tank, where the solubilized product is produced, the dehydrated sludge is dried, and the methane fermentation tank is kept warm. Energy recovery system from food waste and sludge, characterized in that it is used for
汚泥を高温高圧水蒸気と接触させることにより可溶化して可溶化物として排出する可溶化装置、
前記廃棄物スラリーと前記可溶化物とを混合して混合スラリーとして排出する混合槽、
前記混合スラリーをメタン発酵してバイオガスと消化汚泥を生成して排出する、所定温度に保温されたメタン発酵槽、
前記メタン発酵槽から排出されたバイオガスを燃料として電力および温水を発生するコ・ジェネレーション機関、
前記コ・ジェネレーション機関から排出された温水を加熱して高温高圧水蒸気として排出する蒸発装置、
前記メタン発酵槽から排出された消化汚泥を脱水して脱水汚泥として排出する脱水機、および、
前記脱水汚泥を高温高圧水蒸気により乾燥する乾燥装置、
を備えており、かつ、
前記蒸発装置から排出された高温高圧水蒸気を可溶化装置および乾燥装置に供給し、前記コ・ジェネレーション機関から排出された温水をメタン発酵槽に供給し、それぞれ、可溶化物の生成、脱水汚泥の乾燥、およびメタン発酵槽の保温のために使用するようになっていることを特徴とする、食品廃棄物および汚泥からのエネルギー回収システム。 Crusher that crushes food waste and discharges it as waste slurry,
A solubilizer that solubilizes sludge by contacting it with high-temperature high-pressure steam and discharges it as a solubilizate,
A mixing tank for mixing the waste slurry and the solubilized product and discharging it as a mixed slurry;
A methane fermentation tank kept at a predetermined temperature for producing and discharging biogas and digested sludge by methane fermentation of the mixed slurry,
A co-generation engine that generates electricity and hot water using the biogas discharged from the methane fermentation tank as fuel,
An evaporator that heats the hot water discharged from the co-generation engine and discharges it as high-temperature and high-pressure steam;
A dehydrator for dewatering the digested sludge discharged from the methane fermentation tank and discharging it as dehydrated sludge; and
A drying device for drying the dewatered sludge with high-temperature and high-pressure steam;
And
The high-temperature and high-pressure steam discharged from the evaporator is supplied to a solubilizer and a drying device, and the hot water discharged from the cogeneration engine is supplied to a methane fermentation tank. Energy recovery system from food waste and sludge, characterized in that it is intended to be used for drying and heat insulation of methane fermenters.
バイオガスの残部をコ・ジェネレーション機関において燃料として使用し、
蒸気ボイラーから排出された水蒸気とコ・ジェネレーション機関もしくは蒸発装置から排出された水蒸気とを併せて可溶化装置および/または乾燥装置に供給するようになっていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のエネルギー回収システム。 The energy recovery system further includes a steam boiler that generates high-temperature and high-pressure steam by using a part of the biogas discharged from the methane fermentation tank as a fuel,
The remainder of the biogas is used as fuel in the cogeneration engine,
The steam discharged from the steam boiler and the steam discharged from the cogeneration engine or the evaporator are combined and supplied to the solubilizer and / or the drying device. 4. The energy recovery system according to any one of items 3.
該昇温昇圧機から排出された水蒸気を可溶化装置および/または乾燥装置に供給するようになっていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のエネルギー回収システム。 The steam recovered by the energy recovery system is further discharged from the co-generation engine or evaporator, or, if a steam boiler is present, the steam discharged from the steam boiler into the steam discharged from the co-generation engine or evaporator. Is equipped with a temperature raising and boosting device for raising and / or raising the pressure of water vapor after being combined,
The energy recovery system according to any one of claims 1 to 4, wherein water vapor discharged from the temperature raising pressure booster is supplied to a solubilizing device and / or a drying device.
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