JP6472125B2

JP6472125B2 - 有機物含有廃棄物の処理方法

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Publication number: JP6472125B2
Application number: JP2014151712A
Authority: JP
Inventors: 洋一熱田; 裕人横手; 裕之大門; 基徳網谷; 克久長谷川; 信彦杤本; 鈴木　邦彦; 邦彦鈴木; 嘉豊小島
Original assignee: DA INVENT CO., LTD.; Toyohashi University of Technology NUC
Current assignee: DA INVENT CO., LTD.; Toyohashi University of Technology NUC
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: JP2016028800A

Description

本発明は、有機物含有廃棄物の処理方法と処理システムに関する。

近年、有機物含有廃棄物としての畜産糞尿や食品残渣を嫌気性消化処理に処して処理することが提案されている（例えば、非特許文献１）。その一方、食品残渣、木くず、紙くず、生ゴミ、食料残飯等を亜臨界状態の水蒸気にて水熱処理する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

ふん尿・食品残渣の中温および高温メタン発酵の性能比較に関する研究, 廃棄物学会論文誌, 16, 45-54, 2005.

特許第４８９８９７０号公報

ところで、下水汚泥にあっても、有機物含有廃棄物に変わりはなく、嫌気性消化処理に処されるべきであるが、処理対象汚泥量が甚大であるので、短期間での嫌気性消化処理の進行を可能とする処理基質の選定等において、改善の余地がある。特許文献１で提案された手法は、高い加水分解性により、有機物を低分子化させるものの、繊維質などの一部が可溶化されずに固形成分に残ることから、水熱処理を経た被処理物を、嫌気性消化のための処理基質にそのまま用いると効率が低下するのが実情である。こうしたことから、嫌気性消化処理との併用という観点から、水熱処理の運用を図ることが要請されるに到った。この他、下水汚泥を初めとする有機物含有廃棄物の肥料転用化や、その製造コスト低減を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、有機物含有廃棄物の処理方法が提供される。この有機物含有廃棄物の処理方法は、前記有機物含有廃棄物を、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽で水熱処理する水熱処理工程と、嫌気性消化処理の処理基質と嫌気性消化処理の対象となる消化対象廃棄物とを貯留する消化槽に、前記水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物を固液分離して得られた水熱処理済み液状成分を前記処理基質として前記消化対象廃棄物と共に貯留させ、前記消化槽にて前記嫌気性消化処理に処する消化処理工程と、前記嫌気性消化処理を受けた前記消化対象廃棄物と前記処理基質としての前記水熱処理済み液状成分とを固液分離する最終固液分離工程とを備える。

上記の形態の有機物含有廃棄物の処理方法は、亜臨界雰囲気において有機物含有廃棄物を水熱処理した後に固液分離を経て得られた水熱処理済み液状成分を、嫌気性消化処理の処理基質として、消化対象廃棄物を消化槽にて嫌気性消化処理する。処理基質として用いた水熱処理済み液状成分は、水熱処理により、有機物を低分子の状態で混じり込ませていることから、嫌気性細菌による有機物の嫌気性消化は速やかに進行し、これに応じて消化対象廃棄物の嫌気性細菌による嫌気性消化も進む。よって、上記の形態の有機物含有廃棄物の処理方法によれば、消化対象廃棄物の嫌気性消化に要する期間の短縮化が可能となる。また、上記の形態の有機物含有廃棄物の処理方法では、最終固液分離工程により固液分離した固形成分に、嫌気性消化を受けたことにより窒素が有機態或いは無機態として含まれる。よって、上記の形態の有機物含有廃棄物の処理方法によれば、最終固液分離工程により固液分離した固形成分を農作物の固形堆肥として提供できる。なお、処理対象となる有機物含有廃棄物が放射性物質に汚染されていることも有り得るが、放射性物質に汚染された有機物含有廃棄物を亜臨界雰囲気において水熱処理すると、放射性物質は水熱処理済み液状成分に含まれる。よって、水熱処理で得られた固形成分では、放射性物質が低減される。これにより、固形成分の有効利用が可能となる。

（２）上記形態の有機物含有廃棄物の処理方法において、前記有機物含有廃棄物を下水汚泥にしてもよい。こうすれば、短期間で下水汚泥を嫌気性消化処理できる。

（３）上記のいずれかの形態の有機物含有廃棄物の処理方法において、前記消化処理工程の前工程において、前記水熱処理済み液状成分に含まれる重金属を前記水熱処理済み液状成分から固液分離し、前記重金属が分離された前記水熱処理済み液状成分を前記消化処理工程の前記消化槽に送り込むようにしてもよい。こうすれば、重金属の有効利用が可能となると共に、最終固液分離工程により固液分離した固形成分に重金属を混じり込ませないので、固形堆肥としての有益性の向上や、人体への悪影響回避を図ることができる。

（４）上記のいずれかの形態の有機物含有廃棄物の処理方法において、前記最終固液分離工程では、前記水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物を固液分離して得られた固形成分を、前記嫌気性消化処理を受けた前記消化対象廃棄物と前記処理基質としての前記水熱処理済み液状成分との固液分離の際の脱水助剤として配合して固液分離を行うようにしてもよい。こうすれば、水熱処理で得られた固形成分の有効利用が可能である。

（５）本発明の他の形態によれば、有機物含有廃棄物の処理システムが提供される。この有機物含有廃棄物の処理システムは、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽を有し、該処理槽に投入された前記有機物含有廃棄物を、前記処理槽で水熱処理する水熱処理装置と、該水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物を固液分離して得られた液状成分と、嫌気性細菌による嫌気性消化処理の対象となる消化対象廃棄物とを、前記液状成分を嫌気性消化処理の処理基質として貯留する消化槽を備え、該消化槽にて前記嫌気性消化処理を進行させる消化処理機構と、前記嫌気性消化処理を受けた前記消化対象廃棄物と前記処理基質としての前記液状成分とを固液分離する最終固液分離機構とを備える。この形態の有機物含有廃棄物の処理システムによっても、既述した効果を奏することができる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、下水処理装置や下水処理システム等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての廃棄物処理システム１０００の全体構成をブロック視して示す説明図である。水熱処理ブロック１１００に含まれる水熱処理装置１００の概略構成を示す説明図である。曝気ブロック１２００に含まれる曝気処理装置３００の概略構成を示す説明図である。消化ブロック１３００に含まれる消化処理装置４００の概略構成を示す説明図である。嫌気性消化処理の処理基質としての曝気処理済み脱離液Ｂｅの評価試験の概要を示す説明図である。汚泥におけるＶＳ分解率を５日目と１０日目とで示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての廃棄物処理システム１０００の全体構成をブロック視して示す説明図である。図示するように、本実施形態の廃棄物処理システム１０００は、水熱処理ブロック１１００と、第１固液分離機構１１５０と、曝気ブロック１２００と、第２固液分離機構１２５０と、消化ブロック１３００と、第３固液分離機構１３５０とを備え、各ブロック間において液状成分或いはガス成分を移送しつつ、被処理物である有機物含有廃棄物を処理する。この被処理物は、水熱処理ブロック１１００に投入され、水熱処理ブロック１１００に含まれる後述の水熱処理装置１００にて水熱処理される。水熱処理と第１固液分離機構１１５０による固液分離を経て得られた液状成分は、曝気ブロック１２００に含まれる後述の曝気処理装置３００に移送される。以下、水熱処理装置１００による水熱処理と第１固液分離機構１１５０による固液分離を経て得られた液状成分を、脱離液と並記する。

曝気処理装置３００に移送された液状成分（脱離液）は、当該装置にて後述するように重金属が除去され、重金属除去後の液状成分（脱離液）は、消化ブロック１３００に含まれる後述の消化処理装置４００に、第２固液分離機構１２５０を経て移送される。この消化処理装置４００に移送された液状成分（脱離液）は、当該装置にて後述するように嫌気性消化処理を受ける。以下、各ブロックの機器構成について説明する。図２は水熱処理ブロック１１００に含まれる水熱処理装置１００の概略構成を示す説明図、図３は曝気ブロック１２００に含まれる曝気処理装置３００の概略構成を示す説明図、図４は消化ブロック１３００に含まれる消化処理装置４００の概略構成を示す説明図である。

図２に示すように、本実施形態の水熱処理ブロック１１００には、水熱処理装置１００と、水蒸気供給系１４０とが含まれる。水熱処理処置１００は、水蒸気の水成分と熱を利用して被処理物を水熱処理する水熱処理装置であり、処理槽１１０と、廃棄物投入系１２０と、処理物排出系１３０と、制御装置２００とを備える。処理槽１１０は、下水汚泥や食品残渣等の有機物含有廃棄物を被処理物として水熱処理するための中空の処理釜であり、耐圧性と耐温性を備えた鋼製の或いはステンレス製の釜である。この処理槽１１０は、釜の上下に被処理物の投入口１１１と排出口１１２を備え、釜内部には複数の攪拌羽根１１３を回転自在に備えている。なお、処理槽１１０における図中の右方側は、水密・気密式の開閉扉とされ、この扉は、釜内の保守点検時に開閉される。

攪拌羽根１１３は、処理槽１１０の外部のモーター１１４の回転軸から釜内に延び、モーター１１４の回転に伴って処理槽１１０の内部にて回転し、処理槽１１０の内部に投入済みの被処理物を攪拌する。後述するように、処理槽１１０の内部は、高温高圧の水蒸気が導入されて水蒸気で充満されていることから、攪拌羽根１１３は、回転して被処理物を攪拌することで、被処理物を満遍なく水蒸気に接触させつつ、被処理物へのより一律な熱の伝搬を図る。

廃棄物投入系１２０は、処理槽１１０の投入口１１１に繋がる投入経路１２１を廃棄物投入ホッパ１２８に到るまで備え、当該経路に、第１バルブ１２２と第２バルブ１２３とを有し、両バルブの間をバルブ間経路１２４とする。第１、第２の両バルブにはバルブ駆動機器１２５、１２６がそれぞれ装着され、これら開閉機器が制御装置２００の制御を受けて駆動することで、上記両バルブは、開閉する。つまり、被処理物の投入時においては、第１、第２の両バルブは共に開口し、このバルブ状態において、廃棄物投入ホッパ１２８は、被処理物を搬送しつつ、投入口１１１に投入する。そして、水熱処理の継続期間において、両バルブは、通常、閉弁状態とされる。なお、バルブ間経路１２４には、圧力開放弁１２７が装着されており、当該開放弁により、バルブ間経路１２４は大気開放される。

処理物排出系１３０は、排出口１１２に繋がる排出経路１３１を備え、当該経路に排出バルブ１３２を有する。この排出バルブ１３２は、そのバルブ駆動機器１３３が制御装置２００の制御を受けて駆動することで開閉し、被処理物の処理（水熱処理）完了時において開口し、水熱処理の間に亘って閉鎖状態とされる。排出口１１２から排出された処理完了物、即ち水熱処理を受けた有機物含有廃棄物は、第１固液分離機構１１５０に移送され、この第１固液分離機構１１５０にて固液分離される。

水蒸気供給系１４０は、水蒸気供給源１４１と、処理槽１１０に到る蒸気供給管路１４３と、当該管路の開閉バルブ１４４とを備える。水蒸気供給源１４１は、昇温昇圧機器群１４２を備え、当該機器群により、水蒸気を処理槽１１０における水熱処理に適した温度および圧力（例えば、２００℃前後で２ＭＰａ程度の圧力）まで加熱および加圧する。こうした水蒸気の加熱と加圧を図る昇温昇圧機器群１４２は、ボイラーや蒸気過熱ヒーター、コンプレッサー等から構成される。昇温昇圧機器群１４２は、制御装置２００の制御を受けて駆動することで、上記した高温高圧の水蒸気を生成し、水蒸気供給源１４１は、この高温高圧の水蒸気を、蒸気供給管路１４３を経て処理槽１１０の内部に水熱処理の間に亘って継続して圧送供給する。図２においては、蒸気供給管路１４３は単一管路として図示されているが、処理釜内への均一な水蒸気供給を図るため、蒸気供給管路１４３を分岐配管として、各分岐官の先端から処理釜内に高温高圧の水蒸気を供給している。よって、処理槽１１０は、複数の分岐管のそれぞれに対応する噴出孔から同時に噴出された高温高圧の水蒸気により、速やかに且つくまなく充満されて、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされ、有機物含有廃棄物を水熱処理する。なお、水熱処理処置１００は、水熱処理の完了後に処理釜内の水蒸気を大気放出する排出系を備えるが、本発明の要旨と直接関係しないので、その図示および説明は省略する。

この他、水熱処理処置１００は、処理槽１１０の内部温度を検出する三つの釜温度センサー１６１〜１６３を備え、これらのセンサーは制御装置２００に検出信号を出力する。第１の釜温度センサー１６１は、図示するように処理槽１１０の上部内壁に装着され、釜内の上部温度を検出する。第２の釜温度センサー１６２は、処理槽１１０の中央付近の内壁に装着され、釜内の中央付近、即ち釜内の液状成分の液面近傍の温度を検出する。第３の釜温度センサー１６３は、処理槽１１０の底部内壁に装着され、釜内の液状成分の温度（液温）を検出する。

制御装置２００は、本実施例の水熱処理処置１００の制御を統括的に行うものであり、論理演算を実行するＣＰＵやプログラムやデータを記憶したＲＯＭ、データの一時的な読み書きを可能とするＲＡＭ等を有するコンピュータで構成される。そして、制御装置２００は、既述した種々のセンサーからの検出信号を入力し、こうした検出信号や図示しない操作盤からの運転条件設定パラメータに応じて、処理槽１１０のバルブ開閉制御、水蒸気供給系１４０の昇温昇圧機器群１４２や開閉バルブ１４４の駆動制御、酸素供給系１５０の開閉バルブ１５４等の駆動制御、モーター１１４の駆動制御等を実行し、有機物含有廃棄物を亜臨界雰囲気下で水熱処理する。

本実施形態では、地方自治体の下水浄化処理施設で処理される下水汚泥を有機物含有廃棄物として、水熱処理装置１００にて水熱処理する。この際の下水汚泥は、下水浄化処理施設の最初沈殿池の汚泥と最終沈殿池の汚泥を混合した混合汚泥を重力濃縮し、ベルトプレスによる脱水後の脱水ケーキ（汚泥濃度２２％）とした。そして、この脱水ケーキに対して、１６０℃で４５分の１次水熱処理を行い、その後、１８０℃で１５分の２次水熱処理を行った。

上記した水熱処理装置１００から水熱処理を受けた有機物含有廃棄物が移送される第１固液分離機構１１５０は、水熱処理固液分離装置２６０を備える。この水熱処理固液分離装置２６０は、処理槽１１０の底部に繋がった排出経路１３１の排出バルブ１３２の開放を経て、処理槽１１０から水熱処理済みの有機物含有廃棄物を受け入れ、これを固液分離する。この場合、排出バルブ１３２の開放制御は、制御装置２００にて上記の１次、２次の水熱処理の終了のタイミングに合わせてなされる。そして、この水熱処理固液分離装置２６０は、水熱処理済みの有機物含有廃棄物の固液分離を経て得た固形成分を、後述の第３固液分離機構１３５０（図１参照）にバルブ２６２の開放制御を経て固形成分排出管２６４から排出（移送）する。また、水熱処理固液分離装置２６０は、水熱処理済みの有機物含有廃棄物の固液分離を経て得た液状成分（脱離液）を、移送管２６６を経て曝気ブロック１２００の後述の曝気処理装置３００（詳しくは、その処理容器３０２）に移送する。この移送は、曝気制御装置３３０の制御を受けたポンプ２６８にて所定のタイミングでなされる。

図３に示すように、本実施形態の曝気ブロック１２００には、曝気処理装置３００と、ボイラー機器３８０とが含まれる。曝気処理装置３００は、中空密閉状の処理容器３０２と、ガス曝気機構３０４と、硫化水素ガス予備タンク３０６と、曝気管３０８と、攪拌機器３１０と、曝気制御装置３３０とを備える。処理容器３０２は、第１固液分離機構１１５０における水熱処理固液分離装置２６０の移送管２６６と接続されている。そして、この処理容器３０２には、水熱処理装置１００にて水熱処理を受けた後に第１固液分離機構１１５０にて固液分離された液状成分（以下、脱離液Ｗｅと称する）が、移送管２６６を経て移送され、処理容器３０２は、この脱離液Ｗｅを貯留する。

ガス曝気機構３０４は、後述の消化処理装置４００の消化槽４０２とガス放出管４２２を介して接続されている。そして、このガス曝気機構３０４は、ガス放出管４２２を経て消化槽４０２から移送されてきたガス（後述の消化処理ガスＳｇ）を、処理容器３０２の底部まで延びる曝気管３０８に導いて処理容器底部から曝気し、処理容器３０２に貯留された脱離液Ｗｅに消化処理ガスＳｇを接触させる。この際の消化処理ガスＳｇの曝気量や継続時間は、水熱処理装置１００から処理容器３０２に移送されて当該容器に貯留された脱離液Ｗｅの液量に応じて定められている。この他、ガス曝気機構３０４は、ガス放出管４２２から移送される消化処理ガスＳｇのガス量と当該ガスに含まれる硫化水素ガス量（硫化水素濃度）とを検出するセンサー３０５を備え、そのセンサー出力により、次のように働く。センサー出力から、消化処理ガスＳｇに含まれる硫化水素ガス量が規定ガス量より少ない、或いは消化処理ガスＳｇのガス量自体が規定ガス量より少ないと、ガス曝気機構３０４は、後述の曝気制御装置３３０の制御を受けて、硫化水素ガス予備タンク３０６に貯留済みの硫化水素ガスを、ガス管路３０７を経て、曝気管３０８に導く。硫化水素ガス予備タンク３０６からの硫化水素ガス導入を定める上記の規定ガス量は、既述した脱離液Ｗｅの液量に応じて定められている。

ボイラー機器３８０は、ガス導入管３８２を介して処理容器３０２の液面上部と連通し、ガス吸引ファン３８４の吸引回転を経て、処理容器３０２の液面上部からガスを吸引する。処理容器３０２の液面上部のガスは、処理容器３０２の底部から曝気されて脱離液Ｗｅを浮上して液面から放出された消化処理ガスＳｇであり、この消化処理ガスＳｇは、後述の嫌気性消化処理により生成されたバイオガスであって、ガス中にメタン等の可燃性ガスを含む。よって、ボイラー機器３８０は、吸引した消化処理ガスＳｇを燃焼させ、その燃焼熱を、水熱処理装置１００の水蒸気供給源１４１に伝搬することで、水熱処理装置１００の処理槽１１０における亜臨界雰囲気の発現または維持に用いる。この場合、ガス吸引ファン３８４の回転制御は、曝気制御装置３３０にて消化処理ガスＳｇの曝気開始のタイミングに合わせてなされる。なお、ボイラー機器３８０を水蒸気供給源１４１に近接すれば、燃焼熱の伝搬効率が高まるので、ボイラー機器３８０を水蒸気供給源１４１の付属機器としてもよい。

曝気制御装置３３０は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、曝気処理装置３００と曝気後固液分離装置３６０やボイラー機器３８０を統括制御する。つまり、この曝気制御装置３３０は、図示しない各種スイッチやセンサー３０５の入力を受けつつ、既述したガス曝気機構３０４による曝気や、硫化水素ガスの補給、各管路のバルブ開閉の他、水熱処理装置１００からの脱離液Ｗｅの移送、攪拌機器３１０の駆動等を統括制御する。そして、この曝気制御装置３３０は、所定の継続時間に亘って消化処理ガスＳｇを曝気すると、曝気後固液分離装置３６０のバルブ３６４を開弁制御して、曝気後の脱離液Ｗｅを処理容器３０２から第２固液分離機構１２５０（図１参照）に排出（移送）する。

上記した曝気処理装置３００から曝気後の脱離液Ｗｅが移送される第２固液分離機構１２５０は、曝気後固液分離装置３６０を備える。この曝気後固液分離装置３６０は、導入管３６２を介して処理容器３０２の底部と連通し、バルブ３６４の開放を経て、処理容器３０２から脱離液Ｗｅを受け入れ、この脱離液Ｗｅを凝集法や濾過機器等を用いて固液分離に処する。この場合、バルブ３６４の開放制御は、曝気制御装置３３０にて消化処理ガスＳｇの曝気終了のタイミングに合わせてなされる。そして、この曝気後固液分離装置３６０は、脱離液Ｗｅの固液分離を経て得た固形成分を、バルブ３７２の開放制御を経て固形成分排出管３７０から排出する。また、曝気後固液分離装置３６０は、脱離液Ｗｅの固液分離を経て得た液状成分（以下、曝気処理済み脱離液Ｂｅ）を、移送管３６６を経て後述の消化処理装置４００（詳しくは、その消化槽４０２）に移送する。この移送は、曝気制御装置３３０の制御を受けたポンプ３６８にて所定のタイミングでなされる。

曝気処理装置３００での曝気処理プロセスは、図２に示す水熱処理装置１００での水熱処理の完了に合わせてバッチ的に同時並行的に実行され、その一つ前のバッチにおいて水熱処理装置１００の水熱処理を経た脱離液Ｗｅを処理する。消化処理ガスＳｇの曝気を受ける脱離液Ｗｅは、水熱処理を受けた有機物含有廃棄物かれ得られたものであることから、この有機物含有廃棄物（下水汚泥）に含まれる重金属、例えば、鉄、鉛、金、白金、銀、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、錫等が溶解している。そして、曝気される消化処理ガスＳｇは、後述の消化処理装置４００での嫌気性消化処理で得られたものであるため硫化水素を含有する。よって、曝気処理装置３００での消化処理ガスＳｇの曝気により、脱離液Ｗｅに溶解している重金属は硫化水素との接触により金属硫化物に変遷し、金属硫化物として曝気後固液分離装置３６０にて固液分離され、固形成分として排出される。排出された重金属は、金属分離機器を用いて、再利用され得る。

図４に示すように、本実施形態の消化ブロック１３００には、消化処理装置４００と、ガス圧送機器４２０とが含まれる。消化処理装置４００は、中空密閉状の消化槽４０２と、攪拌機器４０４と、消化制御装置４３０とを備える。消化処理装置４００は、消化槽４０２の内部を嫌気性に維持して、消化槽内を、例えば嫌気性メタン発酵菌等の各種の嫌気性細菌の生育環境とする。消化処理装置４００は、こうした嫌気性細菌を担持した担体を適宜、消化槽４０２に補充等することで、これら嫌気性細菌による嫌気性消化処理を消化槽４０２にて継続維持する。消化槽４０２は、第２固液分離機構１２５０における曝気後固液分離装置３６０（図３参照）と移送管３６６を介して接続されている。そして、この消化槽４０２には、曝気処理装置３００にて消化処理ガスＳｇの曝気を受けた後に曝気後固液分離装置３６０にて固液分離された曝気処理済み脱離液Ｂｅが移送管３６６を経て移送され、消化槽４０２は、この曝気処理済み脱離液Ｂｅを嫌気性消化処理の処理基質として貯留する。また、消化槽４０２には、液密な開閉が可能な蓋体４０５の開閉を経て、処理汚泥（種汚泥）が投入され、この処理汚泥を嫌気性消化処理の対象とする（消化対象廃棄物）。本実施形態では、地方自治体の下水浄化処理施設における中温消化槽での消化処理対象とされている処理汚泥（種汚泥）を、消化槽４０２における嫌気性消化処理の対象とする。この際の処理汚泥（種汚泥）は、未脱水の状態の汚泥でもよく、重力濃縮とベルトプレスを経た半固形状の脱水ケーキでもよい。未脱水汚泥であれば、蓋体４０５を消化槽４０２の上部に設けて投入すればよい。つまり、消化処理装置４００は、嫌気性消化処理の処理基質としての曝気処理済み脱離液Ｂｅと嫌気性消化処理の対象となる処理汚泥（種汚泥）とを消化槽４０２に貯留し、この消化槽４０２にて嫌気性消化処理を進行させる。こうすることで、消化処理装置４００は、処理汚泥（種汚泥）および曝気処理済み脱離液Ｂｅに含まれる有機成分を生物分解し、その分解の結果として消化処理ガスＳｇを曝気処理済み脱離液Ｂｅの液面から放出する。

ガス圧送機器４２０は、ガス放出管４２２を介して消化槽４０２の液面上部と連通し、ガス吸引ファン４２４の吸引回転を経て、消化槽４０２の液面上部からガスを吸引する。消化槽４０２の液面上部のガスは、曝気処理済み脱離液Ｂｅに含まれる有機成分を嫌気性消化処理により生物分解した結果として生成され、曝気処理済み脱離液Ｂｅを浮上して液面から放出された消化処理ガスＳｇであり、この消化処理ガスＳｇは、嫌気性消化処理により生成されたバイオガスであって、ガス中にメタン等の可燃性ガスの他、硫化水素を含有する。そして、ガス圧送機器４２０は、硫化水素含有のバイオガスたる消化処理ガスＳｇの総てを、曝気処理装置３００のガス曝気機構３０４（図３参照）に移送する。この場合、ガス吸引ファン４２４の回転制御は、消化制御装置４３０にて、消化槽４０２での嫌気性消化処理の進行状況に応じてなされる。なお、ガス圧送機器４２０によるガス曝気機構３０４への消化処理ガスＳｇの移送を、その一部のガスの移送とするようにしてもよく、未移送の消化処理ガスＳｇについては、これを曝気処理装置３００のボイラー機器３８０に送るようにしてもよい。

消化制御装置４３０は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、消化処理装置４００と消化処理後固液分離装置４１０やガス圧送機器４２０を統括制御する。つまり、この消化制御装置４３０は、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、各管路のバルブやファンの駆動の他、攪拌機器４０４や消化処理後固液分離装置４１０等を駆動制御する。そして、この消化処理装置４００は、所定の継続時間に亘って嫌気性消化処理を継続すると、消化処理後固液分離装置４１０のバルブ４１３を開弁制御して、嫌気性消化処理済みの消化液を第３固液分離機構１３５０（図１参照）に排出（移送）する。

上記した消化処理装置４００から嫌気性消化処理済みの消化液が移送される第３固液分離機構１３５０は、消化処理後固液分離装置４１０を備える。この消化処理後固液分離装置４１０は、導入管４１２を介して消化槽４０２の底部と連通し、バルブ４１３の開放を経て、消化槽４０２から嫌気性消化処理済みの消化液を受け入れ、当該消化液を凝集法や濾過機器等を用いて固液分離に処する。この場合、バルブ４１３の開放制御は、消化制御装置４３０にて、消化槽４０２における嫌気性消化処理の進行状況に合わせてなされる。また、消化処理後固液分離装置４１０は、水熱処理装置１００での水熱処理を受けた有機物含有廃棄物から第１固液分離機構１１５０を経て得られた固形成分の投入を受け、この固形成分を、固液分離の際の脱水助剤として再利用する。そして、この消化処理後固液分離装置４１０は、嫌気性消化処理済みの消化液の固液分離を経て得た固形成分を、バルブ４１５の開放制御を経て固形成分排出管４１４から排出する。また、消化処理後固液分離装置４１０は、嫌気性消化処理済みの消化液の固液分離を経て得た液状成分（処理完了液状成分）を、排出管４１６を経て排出する。この固形成分や処理完了液状成分の排出は、消化制御装置４３０の制御を受けたバルブ４１３とバルブ４１７にて所定のタイミングでなされる。

消化処理装置４００での嫌気性消化処理プロセスにあっても、図２に示す水熱処理装置１００での水熱処理の完了に合わせてバッチ的に同時並行的に実行され、その二つ前のバッチにおいて水熱処理装置１００の水熱処理を経た脱離液Ｗｅを処理する。消化処理装置４００で嫌気性消化処理を受ける消化液は、それ以前の曝気処理装置３００の曝気処理により重金属が除去済み出ることから、重金属を殆ど含まない。よって、嫌気性消化処理済みの消化液を消化処理後固液分離装置４１０にて固液分離された固形成分と液状成分は、共に重金属を殆ど含まないものとなる。

次に、消化処理装置４００での嫌気性消化処理プロセスにおいて嫌気性消化処理の処理基質として用いる曝気処理済み脱離液Ｂｅの評価について説明する。図５嫌気性消化処理の処理基質としての曝気処理済み脱離液Ｂｅの評価試験の概要を示す説明図である。図５に示す実験機器Ｅは、既述した消化処理装置４００を模した機器であり、中空密閉状のバイアル瓶Ｅｖを複数用意し、一つのバイアル瓶Ｅｖには、既述した処理汚泥（種汚泥：地方自治体の下水浄化処理施設における中温消化槽での消化処理汚泥）と曝気処理済み脱離液Ｂｅ（試料Ｋ１）とを入れ、他のバイアル瓶Ｅｖには、上記の処理汚泥（種汚泥）と水熱処理装置１００での水熱処理対象となる汚泥（水熱処理対象汚泥：試料Ｋ２）とを入れた。そして、処理汚泥（種汚泥）と試料をいれたそれぞれのバイアル瓶Ｅｖを、恒温槽内で３８℃に保ち、５日間および１０日間の消化試験を行った。この場合、負荷量は種汚泥のＶＳ（強熱減量：Volatile Solids）量に対し各試料のＶＳ量が０．４倍となるよう調整し、水で５００ｍＬになるように調整した。そして、バイアル瓶Ｅｖにはガス収集袋を接続し、５日目と１０日目にガス収集袋に収集したガスを分析した。処理汚泥（種汚泥）に対して処理基質として曝気処理済み脱離液Ｂｅ（試料Ｋ１）を入れたバイアル瓶Ｅｖにあっても、処理汚泥（種汚泥）に対して処理基質として水熱処理対象汚泥（試料Ｋ２）を入れたバイアル瓶Ｅｖにあっても、嫌気性細菌による嫌気性消化処理の進行に伴うバイオガスたる消化処理ガスＳｇの生成が観察された。そして、この消化処理ガスＳｇには、メタンガスが含まれていることが確認された。

また、上記のそれぞれのバイアル瓶Ｅｖの汚泥におけるＶＳ分解率を５日目と１０日目とで測定した。図６は汚泥におけるＶＳ分解率を５日目と１０日目とで示すグラフである。このグラフから、処理汚泥（種汚泥）に対して処理基質として曝気処理済み脱離液Ｂｅ（試料Ｋ１）を入れたバイアル瓶Ｅｖでは、５日目から高いＶＳ分解率が得られた。このことから、曝気処理済み脱離液Ｂｅは、処理汚泥（種汚泥）に対して良質な処理基質であることが判明した。

以上説明した本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法は、まず、水熱処理ブロック１１００における水熱処理装置１００の処理槽１１０（図２参照）にて、有機物含有廃棄物たる下水汚泥を亜臨界雰囲気において水熱処理する。その後、水熱処理済みの有機物含有廃棄物（下水汚泥）から第１固液分離機構１１５０にて固液分離して得た脱離液Ｗｅを、曝気ブロック１２００での曝気処理を経て、消化ブロック１３００の消化処理装置４００における嫌気性消化処理の処理基質とする。その上で、本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法は、有機物含有廃棄物たる下水汚泥（消化対象廃棄物）を消化槽４０２に脱離液Ｗｅと共に貯留して嫌気性消化処理する。処理基質として用いた脱離液Ｗｅは、水熱処理により、有機物を低分子の状態で混じり込ませていることから、嫌気性細菌による有機物の嫌気性消化を速やかに進行させ、これに応じて有機物含有廃棄物たる下水汚泥（消化対象廃棄物）の嫌気性細菌による嫌気性消化も進む。このことは、図６にグラフからも推認される。よって、本実施形態の廃棄物処理システム１０００による有機物含有廃棄物の処理方法によれば、有機物含有廃棄物たる下水汚泥（消化対象廃棄物）の嫌気性消化に要する期間を短縮できる。また、消化処理装置４００では、嫌気性細菌を担持した担体を消化槽４０２に追加投入するので、有機物含有廃棄物たる下水汚泥（消化対象廃棄物）の嫌気性消化に要する期間をより一層短縮できる。こうした結果、本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法によれば、亜臨界状態の水蒸気を用いた水熱処理を嫌気性消化処理に併用できる。

本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法は、消化ブロック１３００における消化処理装置４００にて嫌気性消化処理済みの消化液を第３固液分離機構１３５０にて固液分離する。こうして得られた固形成分は、嫌気性消化を受けたことにより窒素を有機態或いは無機態として含む。よって、本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法によれば、第３固液分離機構１３５０により固液分離した固形成分を窒素含有の固形堆肥として有益に利用できる。

本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法は、消化ブロック１３００における消化処理装置４００での嫌気性消化処理に先立ち、水熱処理済みの脱離液Ｗｅを曝気ブロック１２００における曝気処理装置３００にて硫化水素ガスによる曝気に処する。そして、本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法は、水熱処理済み脱離液Ｗｅに含まれる重金属を硫化水素ガス曝気により水熱処理済み脱離液Ｗｅから固液分離して、重金属が分離された水熱処理済み脱離液Ｗｅを消化処理装置４００の消化槽４０２に送り込む。よって、本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法によれば、曝気ブロック１２００での曝気プロセス後の第２固液分離機構１２５０による固液分離した固形成分たる重金属を回収して、その有効利用を図ることができる。これに加え、本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法によれば、第３固液分離機構１３５０にて固液分離した固形成分に重金属を混じり込ませないので、固形堆肥としての有益性を高めることができると共に、人体への悪影響を回避できる。また、第３固液分離機構１３５０にて固液分離した液状成分についても、重金属を混じり込ませないので、この液状成分を液状堆肥として利用できる。

本実施形態の有機物含有廃棄物の処理方法は、水熱処理ブロック１１００における水熱処理装置１００にて水熱処理済みの有機物含有廃棄物（下水汚泥）を第１固液分離機構１１５０で固液分離して得られた固形成分を、消化ブロック１３００における消化処理装置４００での嫌気性消化処理を受けた消化対象廃棄物たる処理汚泥と処理基質としての曝気処理済み脱離液Ｂｅとの固液分離の際の脱水助剤として、第３固液分離機構１３５０に配合して固液分離を行う。こうすれば、水熱処理で得られた固形成分を有効利用できる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上記した実施形態の廃棄物処理システム１０００では、固液分離機能を有しない水熱処理装置１００を用いたが、特許文献１で示されるような圧縮脱水や回転遠心力による遠心分離にて固液分離を図る水熱処理装置としてもよい。

上記した本実施形態の廃棄物処理システム１０００では、水熱処理装置１００にて下水汚泥を有機物含有廃棄物として水熱処理したが、畜産糞尿や食品残渣を水熱処理装置１００にて水熱処理し、得られた液状成分（水熱処理済み脱離液Ｗｅ）を処理基質として消化ブロック１３００にて用いるようにしてもよい。

上記した本実施形態の廃棄物処理システム１０００では、放射性物質に汚染された有機物含有廃棄物を水熱処理装置１００にて水熱処理してもよい。こうすれば、有機物含有廃棄物を汚染していた放射性物質は、有機物含有廃棄物の亜臨界雰囲気下での水熱処理の間に、水熱処理済み液状成分に含まれることになる。よって、水熱処理を経た後の固液分離で得られた固形成分は、放射性物質が低減されて除染状態となるので、固形成分の有効利用が可能となる。この場合、除染された固形成分については、埋め立て土壌への混合物として利用し、液状成分については、嫌気性消化に処してエネルギーの回収を図る。その上で、嫌気性消化した後の排水（消化液）は、放射性物質の中間貯蔵場等に運んで保存したり、ゼオライト等の放射性物質吸着剤に排水中の放射性物質を吸着し、ゼオライト等の放射性物質吸着剤だけ保存するようにできる。

１００…水熱処理処置
１１０…処理槽
１１１…投入口
１１２…排出口
１１３…攪拌羽根
１１４…モーター
１２０…廃棄物投入系
１２１…投入経路
１２２…第１バルブ
１２３…第２バルブ
１２４…バルブ間経路
１２５…バルブ駆動機器
１２７…圧力開放弁
１２８…廃棄物投入ホッパ
１３０…処理物排出系
１３１…排出経路
１３２…排出バルブ
１３３…バルブ駆動機器
１４０…水蒸気供給系
１４１…水蒸気供給源
１４２…昇温昇圧機器群
１４３…蒸気供給管路
１４４…開閉バルブ
１５０…酸素供給系
１５４…開閉バルブ
１６１…第１の釜温度センサー
１６２…第２の釜温度センサー
１６３…第３の釜温度センサー
２００…制御装置
２６０…水熱処理固液分離装置
２６２…バルブ
２６４…固形成分排出管
２６６…移送管
２６８…ポンプ
３００…曝気処理装置
３０２…処理容器
３０４…ガス曝気機構
３０５…センサー
３０６…硫化水素ガス予備タンク
３０７…ガス管路
３０８…曝気管
３１０…攪拌機器
３３０…曝気制御装置
３６０…曝気後固液分離装置
３６２…導入管
３６４…バルブ
３６６…移送管
３６８…ポンプ
３７０…固形成分排出管
３７２…バルブ
３８０…ボイラー機器
３８２…ガス導入管
３８４…ガス吸引ファン
４００…消化処理装置
４０２…消化槽
４０４…攪拌機器
４０５…蓋体
４１０…消化処理後固液分離装置
４１２…導入管
４１３…バルブ
４１４…固形成分排出管
４１５…バルブ
４１６…排出管
４１７…バルブ
４２０…ガス圧送機器
４２２…ガス放出管
４２４…ガス吸引ファン
４３０…消化制御装置
１０００…廃棄物処理システム
１１００…水熱処理ブロック
１１５０…第１固液分離機構
１２００…曝気ブロック
１２５０…第２固液分離機構
１３００…消化ブロック
１３５０…第３固液分離機構
Ｅ…実験機器
Ｅｖ…バイアル瓶
Ｓｇ…消化処理ガス

Claims

有機物含有廃棄物の処理方法であって、
前記有機物含有廃棄物を、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽で水熱処理する水熱処理工程と、
嫌気性消化処理の処理基質と嫌気性消化処理の対象となる消化対象廃棄物とを貯留する消化槽に、前記水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物を固液分離して得られた水熱処理済み液状成分を前記処理基質として前記消化対象廃棄物と共に貯留させ、前記消化槽にて前記嫌気性消化処理に処する消化処理工程と、
前記嫌気性消化処理を受けた前記消化対象廃棄物と前記処理基質としての前記水熱処理済み液状成分とを固液分離する最終固液分離工程とを備え、
前記消化処理工程の前工程において、前記水熱処理済み液状成分に含まれる重金属を前記水熱処理済み液状成分から固液分離し、前記重金属が分離された前記水熱処理済み液状成分を前記消化処理工程の前記消化槽に送り込む、有機物含有廃棄物の処理方法。
前記有機物含有廃棄物は、下水汚泥である請求項１に記載の有機物含有廃棄物の処理方法。
請求項１または請求項２に記載の有機物含有廃棄物の処理方法であって、
前記最終固液分離工程では、
前記水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物を固液分離して得られた固形成分を、前記嫌気性消化処理を受けた前記消化対象廃棄物と前記処理基質としての前記水熱処理済み液状成分との固液分離の際の脱水助剤として配合して固液分離を行う、有機物含有廃棄物の処理方法。
有機物含有廃棄物の処理方法であって、
前記有機物含有廃棄物を、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気とされた処理槽で水熱処理する水熱処理工程と、
嫌気性消化処理の処理基質と嫌気性消化処理の対象となる消化対象廃棄物とを貯留する消化槽に、前記水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物を固液分離して得られた水熱処理済み液状成分を前記処理基質として前記消化対象廃棄物と共に貯留させ、前記消化槽にて前記嫌気性消化処理に処する消化処理工程と、
前記嫌気性消化処理を受けた前記消化対象廃棄物と前記処理基質としての前記水熱処理済み液状成分とを固液分離する最終固液分離工程とを備え、
前記最終固液分離工程では、
前記水熱処理を受けた前記有機物含有廃棄物を固液分離して得られた固形成分を、前記嫌気性消化処理を受けた前記消化対象廃棄物と前記処理基質としての前記水熱処理済み液状成分との固液分離の際の脱水助剤として配合して固液分離を行う、有機物含有廃棄物の処理方法。