JPS5925640B2 - 有機性廃棄物の処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は有機性廃液、有機性汚泥などの有機性廃棄物
の処理装置、特に有機性廃棄物を嫌気性消化させて、メ
タンを含む消化ガスを発生させ、これを利用して高熱効
率で処理を行うことのできる有機性廃棄物の処理装置に
関するものである。

下水汚泥またはし尿などの高濃度有機性廃棄物の処理装
置として、消化槽において嫌気性消化を行う装置が採用
されている。

嫌気性消化は嫌気性細菌の活動を利用し、嫌気性下に有
機物を分解するもので、細菌の活動に適した温度に維持
する必要があり、通常は第１消化槽で約３５℃に加温し
、第２消化槽では加温を行わないで約３２℃に維持して
いる。

このような消化槽の加温のためには、消化槽から発生す
る消化ガスを利用することが行われ、主として消化ガス
を燃料とする廃熱ボイラで蒸気を発生させ、これを第１
消化槽に導入して加温を行っている。

また余剰の消化ガスを有効利用するために、ガスタービ
ンやガスエンジンにより発電機やブロアを駆動し、その
廃熱により加温を行うことも提案されている。

ところが、以上のような従来の加温方法は、消化ガスを
燃料とし、その際発生する熱を利用するものであるから
、消化ガスの持っている熱量からロスを差引いた分が加
温に利用できる限度であった。

この発明は、以上のような従来の処理装置の熱効率をさ
らに改善するためになされたもので、消化ガスを燃料と
してヒートポンプ駆動用のガスエメタンおよび発電機等
の他の負荷駆動用のガスエンジンを設け、ヒートポンプ
によって脱離液および消化汚泥から熱を回収するととも
に、ガスエンジンごとに冷却水および廃ガスから順次廃
熱を回収して温水を生成し、この温水によって有機性廃
棄物を加温することにより、熱を有効に回収利用すると
ともに、高熱効率で処理を行うことができる有機性廃棄
物の処理装置を提案することを目的としている。

本発明は有機性廃棄物を嫌気性消化させる消化槽と、こ
の消化槽から発生するメタンを含む消化ガスを貯留する
貯留槽と、この貯留槽からの消化ガスを燃料としてヒー
トポンプを駆動するガスエンジンと、同じ（消化ガスを
燃料として発電機を含む負荷を駆動する他のガスエンジ
ンと、前記消化槽から放出される脱離液および消化汚泥
から前記ヒートポンプにより熱を回収するための第１の
熱交換器と、前記各ガスエンジンの冷却水から熱を回収
する第２の熱交換器と、各ガスエンジンの廃ガスから熱
を回収する第３の熱交換器と、前記ヒートポンプから放
熱された熱を冷却水により吸収したのち前記各ガスエン
ジンごとに第１および第２の熱交換器から順次廃熱を回
収して生成する温水を貯留する温水槽と、この温水槽の
温水により前記有機性廃棄物を加温する加熱器とを含む
有機性廃棄物の処理装置である。

以下、この発明を図面の実施例について説明する。

図面はこの発明の一実施例を示す系統図であり、１は第
１消化槽、２は第２消化槽である。

第１消化槽１には導入管３が加熱器４を介して連絡し、
また連絡管５が第２消化槽２へ、循環液管６が導入管３
へ、ガス取出管７が脱硫器８へそれぞれ連絡している。

第２消化槽２から脱離液管９および排泥管１０が熱交換
器１１へ、返送管１２が第１消化槽１へ、ガス取出管１
３が脱硫器８へ連絡している。

脱硫器８から連絡管１４が貯留槽１５へ連絡している。

貯留槽１５からガス供給管１６が廃熱ボイラ１７、ガス
エンジン１８，１９に連絡している。

廃熱ボイラ１７は消化ガスを燃料として蒸気を発生させ
るもので、補助燃料管２０および廃ガス管２１を備え、
蒸気管２２が第１消化槽１へ連絡している。

ガスエンジン１８，１９はそれぞれ消化ガスを燃料とす
る内燃機関であり、廃ガス管２３゜２４が熱交換器２５
．２６に連絡し、エンジン冷却水管２７，２８が熱交換
器２９，３０との間で循環路を形成し、エンジン駆動軸
にはカップリング３１，３２を介してヒートポンプ３３
の圧縮機３４および発電機、ブロア等の負荷３５が接続
している。

なおガスエンジン１８．１９にも補助燃料管２０ａ 、
２０ｂを備えており、またガス供給管１６には天然ガス
等の補助ガス供給管１６ａが接続している。

ヒートポンプ３３では、圧縮機３４から熱媒管３６が凝
縮器３７、膨張弁３７ａ、蒸発器３８を通して循環路を
形成しており、蒸発器３８と熱交換器１１の間には熱吸
収管３９が循環路を形成している。

また凝縮器３７から熱回収管４０，４１が分岐し、熱交
換器２９．２５および熱交換器３０．２６を介して温水
タンク４２に連絡し、温水タンク４２から温水管４３が
加熱器４を介して凝縮器３７に連絡し、循環路を形成し
ている。

４４は給水管、４５〜５０は弁である。

なお容管１ におけるポンプ等は図示が省略されている
。

以上のように構成された有機性廃棄物の処理装置におい
て、し尿等の被処理有機性廃棄物は導入管３から導入さ
れ、加熱器４で加温されたのち第１消化槽１に投入され
、蒸気管２２から導入される蒸気によって消化に適した
温度（約３５℃）に加温されて、嫌気性下に数日間滞留
し、嫌気性消化を受ける。

この間槽内の内容物は連絡管５から間欠的に第２消化槽
２に移されるとともに、循環液管６から導入管３に循環
し、発生した消化ガス１ はガス取出管７から取出され
る。

第２消化槽２においては加温することな（数日間滞留さ
せられ、消化に適した温度（約３２℃）に維持されて、
嫌気性消化が続けられる。

そして第２消化槽２で消化を終った脱離液は脱離液管９
から熱交換器１１を経て排出され、活性汚泥処理装置（
図示省略）等へ送られ、さらに高度の処理を受ける。

第２消化槽２の消化汚泥の一部は返送管１２から第１消
化槽１へ返送され、残部は排泥管１０から熱交換器１１
を経て汚泥処理装置（図； 示省略）に排出され脱水、
焼却等の処理を受ける。

第１消化槽１および第２消化槽２において発生したメタ
ンを含んだ消化ガスはガス取出管７゜１３から取出され
、脱硫器８において硫化水素等のイオウ化合物が除去さ
れ、貯留槽１５に貯留される。

貯留槽１５の消化ガスはガス供給管１６から廃熱ボイラ
１７、ガスエンジン１８，１９へ供給され、燃料として
使用される。

廃熱ボイラ１７では、消化ガスおよび必要に応じて補助
燃料管２０からの補助燃料が燃焼されて蒸気が発生し、
蒸気管２２から第１消化槽１へ供給され、有機性廃棄物
の加温に使用される。

ガスエンジン１９では、消化ガスを燃料としてエンジン
が始動し、その駆動軸に接続する発電機、ブロア等の負
荷３５が駆動され、電力あるいは圧縮空気として有効利
用される。

ガスエンジン１９の廃ガスは廃ガス管２４から熱交換器
２６を経て排出され、また冷却水は冷却水管２８を通っ
て熱交換器３０との間を循環する。

ガスエンジン１８では、同様に消化ガスを燃料としてエ
ンジンが始動し、駆動軸に接続する圧縮機３４が駆動さ
れ、廃ガスは廃ガス管２３から熱交換器２５を経て排出
され、冷却水はエンジン冷却水管２７を通って熱交換器
２９との間を循環する。

圧縮機３４の駆動により、ヒートポンプ３３では熱媒管
３６内の熱媒が圧縮されて高圧ガスになり、凝縮器３７
において冷されて凝縮熱を棄て液体となり（放熱）、膨
張弁３７ａを通り減圧され、蒸発器３８で蒸発させて冷
凍作用を行い、吸熱して圧縮機３４に循環する。

熱吸収管３９内の熱媒（水）は、熱交換器１１において
、脱離液管９内の脱離液、排泥管１０内の消化汚泥およ
び給水管４４内の処理水その他の給水と熱交換して熱を
吸収し、蒸発器３８において熱媒管３６内の熱媒と熱交
換して放熱し循環する。

凝縮器３７においては、熱媒から放熱された熱は温水管
４３から循環する温水（熱媒）によって吸収され、昇温
した温水は熱回収管４０．４１に分流し、熱交換器２９
，３０において冷却水と熱交換し、熱交換器２５．２６
において廃ガスと熱交換してガスエンジン１８．１９か
ら廃熱を回収し、温水槽４２に貯留される。

そして温水タンク４２の温水は加熱器４において導入管
３および循環液管６内の有機性廃棄物を加温し、降温し
て凝縮器３７に循環する。

なお、この際導入管３からの投入がない場合は循環液管
６のみの加温となる。

また、必要に応じて循環液管６の流れを止めて、導入管
３のみを加温することも可能である。

このようにして、ヒートポンプ３３を駆動することによ
り、熱交換器１１において脱離液、消化汚泥、処理水等
から熱を回収し、この熱を凝縮器３７で放熱して温水を
加温し、この温水によりガスエンジン１８，１９の廃熱
を回収したのち、加熱器４において被処理有機性廃棄物
を加温することができる。

このため有機性廃棄物の加温には、消化ガス自体の熱量
のほかに、脱離液等から回収する熱を利用できるので、
総合熱効率は従来の装置の１５０〜３００％となり、熱
効率は高（、余剰の消化ガスは電力、圧縮空気等のエネ
ルギー源として有効に利用することができる。

なお、以上の実施例では、有機性廃棄物の加温のために
加熱器４を使用したが、第１消化槽１内で直接加温を行
うようにしてもよい。

また廃熱ボイラ１７は必ずしも必要ではないが、既設の
装置に本発明を実施する場合またはヒートポンプ系故障
時の予備用として設置する場合は消化ガスを供給するこ
とができる。

熱交換器１１においては、熱源として脱離液、消化汚泥
および処理水等の給水から熱を回収するようにしたが、
さらに他の熱源を利用してもよい。

脱離液および消化汚泥は高温で排出されるので、これか
ら熱回収すると、熱効率は極めて良好となるという利点
がある。

これに対して脱離液を活性汚泥処理等により処理した処
理水は若干温度は低下しているが、汚染のおそれは少な
いので熱源として組合せ利用できる。

このほか焼却場の熱廃水、工業用水等も熱源として利用
でき、場合によっては大気中より熱を回収することも可
能である。

以上の説明において、ガスエンジン、ヒートポンプ、熱
交換器等の形式、構造等は特に制限はなく、任意のもの
が使用可能である。

また消化槽およびそれに付随する設備の形式、構造、組
合せも適宜変更可能である。

さらに本発明の処理対象となる有機性廃棄物としては、
し尿、下水処理汚泥、紙パルプ工場廃液など、嫌気性消
化可能なものはすべて含まれる。

また給水管４４を遮断する場合は弁４５を閉じ、ガス供
給管１６から廃熱ボイラ１７、ガスエンジン１８．１９
への消化ガスの供給を停止するには弁４８〜５０を閉じ
、また熱回収管４０，４１への温水の供給を停止するに
は弁４６．４７を閉じ、各装置の運転を切換えることが
できる。

なお、消化ガス量が不足し天然ガス等のガス源がある場
合は、ガス供給管１６に補助ガス供給管１６ａからガス
を供給するようにする。

以上のとおり、本発明によれば、消化ガスを燃料として
ヒートポンプ駆動用のガスエンジンおよび発電機等の他
の負荷駆動用のガスエンジンを設け、ヒートポンプによ
って脱離液および消化汚泥から熱を回収するとともに、
ガスエンジンごとに冷却水および廃ガスから順次廃熱を
回収して温水を生成し、この温水によって有機性廃棄物
を加温するように構成したので、有機性廃棄物に加えた
熱を脱離液および消化汚泥から回収して再利用できると
ともに、ヒートポンプ駆動用および発電機等の負荷駆動
用のガスエンジンから廃熱を回収して消化に利用でき、
この場合ガスエンジン毎に熱を回収するため、ガスエン
ジンの運転状況に合わせて効率的に熱回収できるととも
に、ヒートポンプ、カスエンジン冷却水および廃ガスの
順序で回収するため、含まれる熱量に対応させて有効に
熱回収でき、さらに熱回収により生成した温水を貯留で
きるため、有機性廃棄物の流量に合わせて効率よ（加熱
を行うことができ、このため高熱効率で有機性廃棄物の
処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】 図面はこの発明の一実施例を示す系統図であり、１は第
１消化槽、２は第２消化槽、３は導入管、４は加熱器、
８は脱硫器、ＩＬ２５，２６゜２９．３０は熱交換器、
１５は貯留槽、１７は廃熱ボイラ、１８，１９はガスエ
ンジン、３３はヒートポンプ、３４は圧縮機、３５は負
荷、３７は凝縮器、３８は蒸発器、４２は温水タンクで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機性廃棄物を嫌気性消化させる消化槽と、この消
   化槽から発生するメタンを含む消化ガスを貯留する貯留
   槽と、この貯留槽からの消化ガスを燃料としてヒートポ
   ンプを駆動するガスエンジンと、同じ（消化ガスを燃料
   として発電機を含む負荷を駆動する他のガスエンジンと
   ！前記消化槽から放出される脱離液および消化汚泥から
   前記ヒートポンプにより熱を回収するための第１の熱交
   換器と、前記各ガスエンジンの冷却水から熱を回収する
   第２の熱交換器と、各ガスエンジンの廃ガスから熱を回
   収する第３の熱交換器と、前記ヒートポンプから放熱さ
   れた熱を冷却水により吸収したのち前記各ガスエンジン
   ごとに第１および第２の熱交換器から順次廃熱を回収し
   て生成する温水を貯留する温水槽と、この温水槽の温水
   により前記有機性廃棄物を加温する加熱器とを含む有機
   性廃棄物の処理装置。 ２ ヒートポンプは脱離液を処理した処理水から熱を吸
   収するようにされている特許請求の範囲第１項記載の有
   機性廃棄物の処理装置。