JPH08117799A

JPH08117799A - 有機性汚泥の処理方法

Info

Publication number: JPH08117799A
Application number: JP26051694A
Authority: JP
Inventors: Shinya Yokoyama; 伸也横山; Tomoko Ogi; 知子小木; Shigeki Sawayama; 茂樹澤山; Seiichi Inoue; 誠一井上
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1996-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】有機性汚泥を脱水処理して得られる固形状の
含水汚泥を経済的に処理し得る新しい方法を提供する。【構成】固形状の含水有機性汚泥を高圧高温下で流動
化し、得られた流動化物を固液分離処理し、この固液分
離処理により得られた分離水を嫌気的に消化させると同
時にメタンを回収することを特徴とする有機性汚泥の処
理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固形状の含水有機性汚
泥の無害化処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場等から排出される有機性汚泥
は、直接又は濃縮して嫌気性消化法により処理されてき
た。しかし、この従来法では、有機性汚泥中の有機物濃
度が低く、しかも難分解性固形分の比率が高いため、そ
の嫌気消化速度が遅く、消化タンクは大きなスペースを
占有し、保温のエネルギー必要量が大きくなっていた。
有機性汚泥を脱水して得られる固体状の含水汚泥は含水
率が低く体積も飛躍的に減少しているが、その嫌気性消
化速度は、固形状の難分解成分が多いため非常に遅い。
脱水汚泥を熱化学的に流動化し、この流動化物をそのま
ま嫌気性消化する方法（特開平５−３３７４９７）が提
案されているが、この方法においても、その消化速度や
消化率は余り改善されたものではない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、有機性汚泥
を脱水処理して得られる固形状の含水汚泥を経済的に処
理し得る新しい方法を提供することをその課題とする。

【０００４】

【発明を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、固形状の含水有機
性汚泥を熱化学的に反応させて得られる流動化物から分
離された分離水は嫌気消化反応性の非常にすぐれたもの
であることを見出し、本発明を完成するに至った。即
ち、本発明によれば、固形状の含水有機性汚泥を高圧高
温下で流動化し、得られた流動化物を固液分離処理し、
この固液分離処理により得られた分離水を嫌気的に消化
させると同時にメタンを回収することを特徴とする有機
性汚泥の処理方法が提供される。

【０００５】本発明で被処理原料として用いる固形状の
含水汚泥には、一般の下水処理物から排出される初沈汚
泥や終沈汚泥、消化汚泥等の液状の有機性汚泥を脱水処
理して得られる汚泥の他、工場から排出された液状の有
機性汚泥の脱水処理物等が包含される。本発明で被処理
原料として用いる固形状の含水汚泥において、その水分
含有量は、５０〜９０重量％、好ましくは７５〜８５重
量％である。

【０００６】本発明の有機汚泥の処理方法は、固形状の
含水有機性汚泥（以下、これを単に汚泥とも言う）を熱
化学的に反応させて流動化させる反応工程を含むことを
特徴とする。この汚泥を流動化させるための反応は、高
温、加圧下で行われる。反応温度は、１００〜４００
℃、好ましくは１５０〜２００℃である。反応圧力は、
その反応温度における飽和水蒸気圧以上の圧力であれば
よく、１０〜２２０気圧、好ましくは３０〜５０気圧で
ある。反応圧力は、汚泥の加熱により生じる水蒸気によ
る自己発生圧を利用することができるが、必要に応じ、
窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等を用いて加圧する
こともできる。

【０００７】本発明において、汚泥の高圧高温下での反
応は、汚泥が流動化物となるまで行うが、この場合、反
応が進みすぎると、汚泥の炭化量が多くなるとともに、
油状物質が生成するようになり、流動化物の嫌気消化性
が悪くなるので好ましくない。本発明においては、汚泥
の流動化は、流動化物中に含まれる有機物の少なくとも
２０重量％：好ましくは３０〜８０重量％、より好まし
くは５０〜６０重量％が水溶性を有するようになるまで
行う。本発明により得られる流動化物中の有機物はその
元素分析値において、炭素：２０〜８０重量％、好まし
くは４０〜６０重量％、水素：２〜１５重量％、好まし
くは５〜７重量％、酸素：１０〜７０重量％、好ましく
は３０〜５０重量％を示すものである。このような有機
物を含む流動化物を効率よく得るには、反応温度を１５
０〜２００℃の範囲に保持し、反応圧力を３０〜５０気
圧に保持して反応を行うのが好ましい。反応時間は、水
溶性有機物を含む流動化物が得られるような時間であれ
ばよく、反応条件との関係で適宜選定されるが、一般的
には、１〜７２０分、好ましくは３０〜９０分である。

【０００８】前記のようにして汚泥の高圧高温下の反応
により得られる流動化物は、これを固液分離し、その固
液分離により得られる分離水を嫌気消化させる。流動化
物の固液分離は、遠心分離や沈降分離、ベルトプレス分
離、濾過分離等の従来公知の方法を採用することができ
る。前記流動化物の固液分離により得られる液相（分離
水）は、水溶性有機物を２重量％以上、通常、４〜１０
重量％含有するもので、高い嫌気的消化反応性を有する
ものである。また、前記固液分離により得られる固相
は、実質上、有機物，無機物と水からなる含水固形物
で、その有機物含有率は２０重量％以上、通常、２０〜
４０重量％である。この固相は補助燃料なしに燃焼させ
ることができるので、そのまま焼却処理することができ
るし、必要に応じ、さらに脱水した後焼却処理すること
ができる。また、前記固相は、有機性肥料化（コンポス
ト化）することができる。この場合の固相の有機性肥料
化は、従来公知の方法に従い、固相を発酵させることに
より行うことができる。

【０００９】前記のようにして得られる流動化物からの
分離水の嫌気的消化反応は、通常のメタン発酵やＵＡＳ
Ｂ法等の方法を用いて行うことができる。この嫌気的消
化反応は、原料液を反応槽に流通させながら実施される
が、この場合の有機物負荷は、０．１〜１００ｇ／Ｌ／
ｄａｙ、好ましくは２〜３０ｇ／Ｌ／ｄａｙである。こ
の嫌気的消化反応では、メタンが発生するが、このメタ
ンは燃料や化学原料として利用することができる。

【００１０】次に本発明を図面により説明する。図１は
本発明の方法を実施する場合のフローシートの１例を示
す。この図において、１は汚泥貯留タンク、３は反応
器、５は冷却器、６は気液分離器、９は固液分離器、１
２は第１嫌気性消化反応槽、１６は第２嫌気性消化反応
槽を示す。被処理原料としての汚泥は、貯留タンク１内
に貯留され、ここからライン２を通って反応器３に導入
される。反応器３は２重管構造の密封筒体からなり、内
管を上方に移動する汚泥は、外管を流通する熱媒体によ
って加熱される。そして、汚泥は、その加熱によって生
じる水蒸気の自己発生圧により高圧に加圧される。ま
た、汚泥は、内管を上方に移動する間に高圧高温下に保
持されて反応し、流動化され、流動化物はライン４を通
って反応器３から抜出され、冷却器５で１００℃以下に
冷却された後、気液分離器６に導入され、ここで気液分
離され、気体はライン７を通って抜出され、流動化物は
ライン８を通って固液分離器９に導入され、ここで固液
分離される。固液分離器９で得られた分離水はライン１
１を通って第１嫌気性消化反応槽１２に導入され、固相
はライン１０を通って回収される。分離水は、反応槽１
２において、メタン発酵菌の存在下で嫌気的消化反応
（メタン発酵）を受け、この反応により発生したメタン
はライン１４を通って抜出され、消化液は、必要に応
じ、第２嫌気性消化反応槽１５に導入され、ここでさら
に消化反応を受ける。第２嫌気性消火反応槽１６で発生
したメタンはライン１８を通って抜出され、消化液はラ
イン１７を通って抜出される。各消化性反応槽１２及び
１６からは、消化汚泥がそれぞれライン１５及び１９を
通して回収されるが、この消化汚泥は、必要に応じ、固
液分離し、得られた汚泥はこれを反応器３の底部に導入
することができる。

【００１１】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。なお、以下において用いたメタン発酵種菌及び脱
水汚泥は、下水処理場由来のものである。

【００１２】実施例１ステンレス製オートクレーブ（内容量１Ｌ）において、
１７５℃、４０気圧の条件で、脱水した下水汚泥（初沈
汚泥と余剰汚泥の混合物）（含水率８３．８ｗｔ％、有
機物量１２．４ｗｔ％）を６０分間反応させて流動化し
た。流動化汚泥の含水率は８４．４ｗｔ％、有機物量１
１．５ｗｔ％であった。この流動化汚泥を、遠心分離に
より、５８ｗｔ％の液相（含水率：９２．３ｗｔ％、有
機物：７．０ｗｔ％）と、４２ｗｔ％の固相（含水率：
７１．６ｗｔ％、有機物：１８．９ｗｔ％）とに分離し
た。２Ｌ発酵槽において、３５℃の条件で培養した嫌気
性消化の種菌２Ｌに、流動化後遠心分離して得た液相を
有機物負荷濃度２．２ｇ／Ｌ加え、同条件で消化した。
発生したガスを水上置換法で集め定量し、メタンの量を
ガスクロマトグラフで分析した。前記消化反応を行った
結果９日間で投入有機物１ｇ当り４４０ｍｌのガスが発
生し、そのうち３２８ｍｌはメタンであった。９日間で
投入した有機物の消化率は、６５ｗｔ％であった。表１
に投入有機物１ｇ当りの全ガス発生量とメタン発生量を
示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】実施例２脱水した消化汚泥（含水率８４．３ｗｔ％、有機物量１
０．７ｗｔ％）を、実施例１と同条件で流動化した。流
動化した汚泥の含水率は８５．４ｗｔ％、有機物９．６
ｗｔ％であった。遠心により４６ｗｔ％の液相（含水
率：９４．３ｗｔ％、有機物：５．４ｗｔ％）と、５４
ｗｔ％の固相（含水率：７６．３ｗｔ％、有機物：１
４．０ｗｔ％）に分離した。嫌気性消化の種菌に、流動
化後遠心分離した液相を有機物負荷濃度２．１ｇ／Ｌで
加え、実施例１と同条件で消化した。消化反応の結果、
８日間で投入有機物１ｇ当り３３９ｍｌのガスが発生
し、そのうち２５３ｍｌはメタンであった。８日間で投
入した有機物の消化率は６２％であった。表２に投入有
機物１ｇ当りの全ガス発生量とメタン発生量を示す。

【００１５】

【表２】

【００１６】比較例１嫌気性消化の種菌に、脱水した下水汚泥を有機物負荷濃
度２．０ｇ／Ｌで加え、実施例１と同条件で消化した。
消化の結果９日間で投入有機物１ｇ当り２５７ｍｌのガ
スが発生し、そのうち１９８ｍｌはメタンであった。９
日間で投入した有機物の消化率は４８ｗｔ％であった。
表３に投入有機物１ｇ当りの全ガス発生量とメタン発生
量を示す。

【００１７】

【表３】

【００１８】比較例２嫌気性消化の種菌に、脱水した消化汚泥を有機物負荷濃
度１．９ｇ／Ｌで加え、実施例１と同条件で消化した。
消化の結果８日間で投入有機物１ｇ当り１５４ｍｌのガ
スが発生し、そのうち１０６ｍｌはメタンであった。８
日間で投入した有機物の消化率は２８ｗｔ％であった。
表４に投入有機物１ｇ当りの全ガス発生量とメタン発生
量を示す。

【００１９】

【表４】

【００２０】

【発明の効果】本発明は、脱水減容化された固形状の有
機性汚泥を熱化学的に反応させて得られる流動化物を固
液分離し、その固液分離により得られる分離水のみを嫌
気的に消化させるので、その消化時間が非常に短いとい
う特徴を有する。また、分離水は固形分濃度が非常に低
いことから、効率の良い消化法であるＵＡＳＢ法を採用
できるという利点がある。また、前記流動化物から分離
された固相は、原料汚泥に比べてその含水率は低下して
いるので、その焼成処分や有機肥料化の実施は著しく容
易である。本発明により、有機性汚泥を、処理困難な廃
棄物を排出させることなく、迅速に無害化処理すること
ができ、その産業的意義は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施する場合のフローシートの
１例を示す。

【符号の説明】

１汚泥貯留タンク３反応器５冷却器６気液分離器９固液分離器１２第１嫌気性消化反応槽１６第２嫌気性消化反応槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上誠一茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固形状の含水有機性汚泥を高圧高温下で
流動化し、得られた流動化物を固液分離処理し、この固
液分離処理により得られた分離水を嫌気的に消化させる
と同時にメタンを回収することを特徴とする有機性汚泥
の処理方法。