TWI795126B - 水熱處理系統 - Google Patents
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Abstract
水熱處理系統(1)具有：使含有有機物之廢棄物進行水熱反應的水熱處理裝置(10)；將進行了水熱反應之水熱處理物加濕的調整槽(11)；移送已被加濕的水熱處理物之第一移送裝置(21)；將被移送的水熱處理物加壓而分離成水熱處理液與殘餘物之加壓分離裝置(12)；儲存已被分離的水熱處理液並進行加溫之溶解化槽(13)；將已被加溫且溶解化的水熱處理液回送至調整槽(11)之第二移送裝置(22)；使用儲存於溶解化槽(13)之水熱處理液，生成甲烷氣體和消化液之甲烷發酵裝置(14)；將消化液分離成脫水汙泥和脫水分離液之脫水機(15)；及脫水分離液進行硝化及脫氮，生成再利用水之廢棄液處理裝置(16)。第二移送裝置(22)在儲存於溶解化槽(13)之水熱處理液所含有的有機物之濃度為預定濃度的情況，將水熱處理液移送至甲烷發酵裝置(14)。
Description
本發明係關於從含有有機物之廢棄物生成甲烷氣體的水熱處理系統。
以往，開發有一種系統，其藉由高溫高壓的水蒸氣，將從城市垃圾等從住家排出的殘羹(廚餘)、紙、草木等的木質系廢棄物、家畜糞尿、汙泥等之含有有機物之廢棄物進行水熱反應而進行溶解化(水熱處理)，從水熱處理後的含有有機物之廢棄物(水熱處理物)分離溶液、漿體等的液體(水熱處理液)，再使用該液體進行藉由微生物、菌類等之氣體生成例如甲烷發酵之系統(例如專利文獻1、2)。為了從水熱處理物分離水熱處理液，在此系統，可使用例如篩網、專利文獻3所記載的螺旋壓機等。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-119378號公報
[專利文獻2]日本特開2019-181397號公報
[專利文獻3]日本特開2011-200836號公報
[發明所欲解決之問題]
通常，在以垃圾車所回收的含有有機物之廢棄物、儲存在垃圾清掃工場的垃圾坑之含有有機物之廢棄物，除了有助於氣體產生之有機物外，無助於氣體產生或不易助於氣體產生的有機物(例如塑膠)、金屬或玻璃等的無機物也有無法完全去除而殘留。又，依據區域、季節、時日，回收或儲存的含有有機物之廢棄物所含的有機物與無機物之比例、有機物中之殘羹與紙的比例、有助於氣體產生的有機物與幾乎無助於氣體產生的有機物之比例等(亦即，在預定量的含有有機物之廢棄物中所佔的複數個內容物各自的比例)會有不同。
又，通常，在含有有機物之廢棄物所佔的各內容物之比例，無論為何，在水熱處理裝置，預定量的含有有機物之廢棄物在被預先訂定的一定時間(預定時間)內進行水熱處理，在該預定時間結束後，立即結束水熱處理，再從水熱處理裝置取出水熱處理物。因此，依據在含有有機物之廢棄物所佔的各內容物之比例，被取出的水熱處理物之性狀不同。例如，有獲得水分少且呈沙狀或粉末狀的水熱處理物之情況，亦有水分多且呈泥狀或液狀的水熱處理物的情況。
另外，在藉由使用水熱處理液而進行甲烷發酵，生成甲烷氣體的情況，期望水熱處理物中所含有的細微的有機物，盡可能大量含於水熱處理液中。因此，如專利文獻3所記載，當從水熱處理物分離水熱處理液時，採用加壓式的螺旋壓機為佳。但，以螺旋壓機將低水分量(例如沙狀)的水熱處理物進行加壓，會使電力消耗量大增，又，亦有誘發故障之虞，因此並不理想。
且，在使用水熱處理液，生成甲烷氣體的情況，水熱處理液所含有的細微的有機物之濃度，在提升氣體生成效率上為重要的因素。但，由於該有機物的濃度，在水分多的水熱處理物與水分少的水熱處理物中會有大幅地差異，故，在甲烷發酵裝置，不易穩定地生成氣體。
因此，在本發明，其目的係在於提供不受含有有機物之廢棄物中所含的內容物之比例影響，能夠穩定地生成甲烷氣體的水熱處理系統。
[解決問題之技術手段]
本發明的水熱處理系統，係具有：水熱處理裝置，其係使含有有機物之廢棄物進行水熱反應；調整槽，其係將進行了前述水熱反應的水熱處理物進行加濕；第一移送裝置，其係用來移送在前述調整槽進行了加濕的水熱處理物；加壓分離裝置，其係將被前述第一移送裝置移送的水熱處理物進行加壓，並分離成水熱處理液與殘餘物；溶解化槽，其係儲存被前述加壓分離裝置分離後的水熱處理液並予以加溫；第二移送裝置，其係將被前述溶解化槽加溫且溶解化後的水熱處理液回送至前述調整槽；甲烷發酵裝置，其係使用儲存於前述溶解化槽的水熱處理液來生成甲烷氣體與消化液；脫水機，其係將前述消化液分離成脫水汙泥與脫水分離液；及廢棄液處理裝置，其係將前述脫水分離液至少進行硝化及脫氮，生成再利用水，前述第二移送裝置，係在儲存於前述溶解化槽之水熱處理液所含有的有機物的濃度未滿適合進行藉由微生物或菌之甲烷氣體生成的有機物的濃度亦即預定濃度之情況，將前述水熱處理液回送至前述調整槽，在前述有機物的濃度為前述預定濃度以上之情況，將前述水熱處理液移送至前述甲烷發酵裝置。
[發明效果]
若依據本發明，不受含有有機物之廢棄物中所含的各內容物之比例影響，能夠穩定地生成甲烷氣體。
以下，參照圖面等說明關於本發明的水熱處理系統。在以下所示的結構，僅為舉例說明，並非用來排除未明確記載之各種變形、技術的運用等。在以下所示的結構等，在不超出本發明之必要的構成要件及其技術思想的範圍內，可進行各種變形並加以實施。
圖1係顯示本實施形態之水熱處理系統1的示意圖。水熱處理系統1係為將含有有機物之廢棄物以高溫高壓的水蒸氣進行水熱反應而溶解化(以下稱為「水熱處理」)，使用從進行了水熱處理的含有有機物之廢棄物(以下稱為「水熱處理物」)分離之溶液、混合液、或漿體等的液體(以下稱為「水熱處理液」)，進行藉由微生物、菌等之氣體生成的系統。
水熱處理系統1的結構，至少包含：水熱處理裝置10、調整槽11、第一移送裝置21、加壓分離裝置12、溶解化槽13、第二移送裝置22、甲烷發酵裝置14、脫水機15及廢棄液處理裝置16。
因此，針對圖1所示的水熱處理系統1之所有的結構，詳細說明如下。
水熱處理裝置10係為將含有有機物之廢棄物進行水熱處理的裝置。作為投入至水熱處理裝置10的含有有機物之廢棄物，可舉出從家庭排出之殘羹(廚餘)、木質系廢棄物、家畜糞尿、汙泥等。可將被垃圾車回收的含有有機物之廢棄物、儲存在垃圾清掃場的垃圾坑之含有有機物之廢棄物直接投入至水熱處理裝置10，亦可將從該等含有有機物之廢棄物去除無機物後，再投入至水熱處理裝置10。亦可從該等含有有機物之廢棄物中，選擇性地取出含有適合於氣體生成的有機物之殘羹類、紙類、草木類，再將取出的殘羹類、紙類或草木類投入至水熱處理裝置10。近年，水熱處理裝置10，亦可將在高齡者設施等有處理問題的紙尿布進行水熱處理。
詳細如後述，在水熱處理系統1，在1次的水熱處理中水熱處理裝置10所處理之預定量的含有有機物之廢棄物中所佔有的各內容物之比例，即使在以複數次實施的各個水熱處理所處理之各別的含有有機物之廢棄物有很大的不同，也能夠藉由後述的甲烷發酵裝置14穩定地產生甲烷氣體(生質氣)。
以水熱處理裝置10進行預定時間的水熱處理且從水熱處理裝置10排出之水熱處理物，被儲存於調整槽11。
調整槽11係將自水熱處理裝置10排出的水熱處理物進行加濕，調整水熱處理物的性狀之裝置。再者，在此，將水熱處理物進行[加濕]，除了以水、液體等將水熱處理物弄濕以外，亦包含將水熱處理物浸漬於水、液體等之意思。
在調整槽11，被注入有儲存於後述的溶解化槽13的水熱處理液，因此，儲存於調整槽11之水熱處理物被加濕。在調整槽11，除了該水熱處理液以外，亦可適宜地注入自來水(未圖示)、後述的再利用水等。
又，亦可在調整槽11設置攪拌裝置，將儲存於調整槽11的水熱處理物與被注液或注水之該等液體或水進行攪拌混合。在設有攪拌裝置的情況，調整槽11能在短時間調整水熱處理物的性狀。例如，在儲存於調整槽11的水熱處理物為沙狀的情況，藉由進行前述注液或前述注水，並且使攪拌裝置作動，能夠在短時間將該水熱處理物改變成漿體狀。
攪拌裝置，如空氣攪拌、機械攪拌等，可將儲存於調整槽11的水熱處理物與被注液或注水之該等液體或水進行攪拌混合的裝置的話，無論何種裝置皆可。
再者，水熱處理裝置10及調整槽11，係為將含有有機物之廢棄物進行水熱處理，且，對進行水熱處理所獲得的水熱處理物進行加濕並儲存之設備，為水熱處理系統1之進行第一階段的處理之第一設備2的構成要件。
又，如後詳述，將以第一設備2所儲存的水熱處理物進行加壓而分離水熱處理液(以下稱為[加壓分離])，再將藉由該加壓分離所獲得的水熱處理液進行溶解化的設備，係為水熱處理系統1之進行第二階段的處理之第二設備3。且，使用在第二設備3進行了溶解化的水熱處理液，進行氣體生成之設備，係為水熱處理系統1之進行第三階段的處理之第三設備4。
第一移送裝置21係為將在第一設備2的調整槽11進行加濕後的水熱處理物移送至第二設備3的裝置。在第一設備2與第二設備3以互相接近的方式設置的情況，設在例如第一設備2與第二設備3之距離未滿約500m之相同或鄰近的地區的情況，期望第一移送裝置21係連接於第一設備2的調整槽11與第二設備3的加壓分離裝置12，且，具備將被調整槽11調整了性狀的水熱處理物壓送至加壓分離裝置12之粉碎泵浦的管線。一般，管線係以形成一個路徑的方式，將複數個配管連接而構成。
在此情況，透過管線，一邊藉由粉碎泵浦將儲存於第一設備2的調整槽11之水熱處理物粉碎，一邊朝第二設備3的加壓分離裝置12移送。當進行水熱處理物的移送時，可藉由粉碎泵浦將水熱處理物細微化，因此，可減低後述的加壓分離裝置12(例如螺旋壓機)之負載。
再者，以下，在第一設備2、第二設備3、及第三設備4中的2個設備[接近]設置的情況，係指設在該2個設備彼此的距離未滿約500m的相同或不同的地區。
另外，在第一設備2與第二設備3互相設在遠方的情況，期望第一移送裝置21為具備儲存槽的車子(例如真空車等)。例如，若將第一設備2與第二設備3互相設在分離約500m以上的話，不論為相同的地區或不同的地區，皆視為設在[遠方]。在此情況，將儲存於第一設備2的調整槽11之水熱處理物載置於車子，再搬運至第二設備3的加壓分離裝置12，然後將所搬運的水熱處理物投入至加壓分離裝置12。
在此，車子可為人力運轉的車子，亦可為非人力而是以人工智慧(Artificial Intelligence、所謂的AI)等的電腦控制運轉之自動駕駛車。
又，亦可在水熱處理系統1設置中央控制室，利用監視用照相機，操作者一邊進行遠程監控一邊控制車子的運轉。在此情況，在水熱處理系統1包含的設備、裝置以及設施設置監視用照相機的話，能夠在中央控制室進行該等的遠程監控，可使水熱處理系統1的運轉安全性提升。
且，水熱處理系統1亦可為在中央控制室控制水熱處理系統1所包含的設備、裝置以及設施各自的運轉，亦可利用AI，將水熱處理系統1的運轉作成全自動化。
再者，以下，在第一設備2、第二設備3、及第三設備4中的2個設備[遠方]設置的情況，係指設在該2個設備彼此的距離約500m以上的相同或不同的地區。
又，以下，在稱為[車子]的情況，該車子可為人力運轉的車子，亦可為該自動駕駛車。該車子亦可為人工遠程監控而控制運轉之車。
第二設備3的加壓分離裝置12，係將從第一設備2的調整槽11以第一移送裝置21移送的水熱處理物進行加壓，並分離成水熱處理液與殘餘物(從水熱處理物將水熱處理液分離而剩下之物)的裝置。再者，水熱處理液亦被稱為適合發酵物、殘餘物被稱為不適合發酵物。
加壓分離裝置12的結構，例如，可如圖2所示，在前段配置有旋轉式滾筒絲網12A，在後段配置有螺旋壓機12B。旋轉式滾筒絲網12A，可為例如，三菱重工環境-化學工程(股)的日本專利第6384015號之准專例公報所記載的衝孔金屬滾筒絲網裝置。又，螺旋壓機12B係可為例如，三菱重工環境-化學工程(股)的日本專利第6734496號之准專例公報之圖13所記載的脫水系統。
加壓分離裝置12係依據水熱處理物的含水率、黏性等，在水熱處理液的回收率、不適合發酵物等的去除率上會有影響，因此，網眼、開口率、螺桿間距(螺桿與排出口之距離)等需要慎重地設定。前述日本專利第6734496號之准專利公報的圖13所記載之脫水系統，對應於水熱處理物的性狀之變化，變更網眼，因此，可理想適用於加壓分離裝置12。加壓分離裝置12，亦可對應於水熱處理物的性狀之變化，例如使排出口的大小增減，變更裝置內的壓力。
又，加壓分離裝置12亦可與圖2不同，僅以螺旋壓機之單體構成。
在圖2的加壓分離裝置12，從第一設備2的調整槽11以第一移送裝置21移送之水熱處理物，首先，被投入至旋轉式滾筒絲網12A。然後，以旋轉式滾筒絲網12A，從水熱處理物將一部分的水熱處理液分離。然後，從旋轉式滾筒絲網12A排出的水熱處理物投入至螺旋壓機12B。
因此，比起未在前段配置旋轉式滾筒絲網12A的情況(加壓分離裝置12僅為螺旋壓機之單體的情況)，後段的螺旋壓機12B將較被第一移送裝置21所移送的水熱處理物之總量減量後的水熱處理物進行加壓，並分離成水熱處理液與殘餘物。因此，圖2的加壓分離裝置12，能夠達到螺旋壓機12B的動力減低(省電化)。
再者，被旋轉式滾筒絲網12A分離之一部分的水熱處理液、和被螺旋壓機12B分離之水熱處理液，皆儲存於第二設備3的溶解化槽13。
第二設備3的溶解化槽13，係儲存被加壓分離裝置12分離後的水熱處理液並予以加溫，將水熱處理液進行溶解化之裝置。加溫的溫度，可設為例如約40℃~60℃。
藉由在溶解化槽13將水熱處理液進行溶解化，使浮游於水熱處理液中的不溶性固態物(Suspended Solids，以下稱為「SS」)變化成溶解於水熱處理液之固態物(Dissolved Solids，以下稱為「DS」)。因此，儲存於溶解化槽13的水熱處理液所含有之固態物全體量(Total Solids，以下稱為「TS」；TS=SS+DS)佔有的SS減少。因此，溶解化槽13亦可稱為將儲存的水熱處理液之SS減量且將DS增量，促進酸發酵之裝置。
通常，TS之有機物的DS的量較多，有助於藉由微生物、菌類等之氣體生成。儲存於溶解化槽13之水熱處理液的TS、SS、或DS，可藉由專用的測定裝置(未圖示)進行測量。
又，在溶解化槽13，亦可與調整槽11同樣地，設置攪拌裝置，將儲存於溶解化槽13之水熱處理液攪拌，以促進水熱處理液的溶解化。
第二移送裝置22係在儲存於第二設備3的溶解化槽13之水熱處理液所含有的有機物的濃度未滿預定濃度(例如，TS約10%、DS約6%)的情況，將該水熱處理液從溶解化槽13回送至第一設備2的調整槽11，在到達該預定濃度的情況(包含能實質上為該預定濃度以上的情況。又，該預定濃度亦可為例如TS約10%~12%、DS約6%~8%等之具有範圍的濃度)，將該水熱處理液從溶解化槽13移送至第三設備4的甲烷發酵裝置14之裝置。
第二移送裝置22的結構，亦可為依據前述的測定裝置之測定結果，將調整槽11與甲烷發酵裝置14中的其中一方作為移送對象而自動地選擇，將儲存於溶解化槽13的水熱處理液朝該選擇的移送對象進行移送。
再者，該預定濃度，在後述的甲烷發酵裝置14，設定為適合於甲烷發酵之有機物的濃度，亦即，適合於藉由微生物或菌之甲烷氣體生成的有機物之濃度。在該預定濃度，儲存於溶解化槽13的水熱處理液之pH值(酸鹼值)呈未滿7的酸性，期望為pH值5以下。
第二移送裝置22係與第一移送裝置21同樣地，在第一設備2與第二設備3互相接近設置的情況，期望為連接於第一設備2的調整槽11與第二設備3的溶解化槽13，且，具備將溶解化槽13的水熱處理液壓送至調整槽11的泵浦之管線。
另外，在第一設備2與第二設備3互相設在遠方的情況，期望第二移送裝置22為具備儲存槽的車子(例如真空車等)。在此情況，藉由車子，從溶解化槽13朝調整槽11搬運水熱處理液。
無論為哪一種情況，均是藉由第二移送裝置22，使水熱處理液在第一設備2與第二設備3之間循環。
又，第二移送裝置22係在第二設備3與第三設備4互相接近設置的情況，期望為連接於第二設備3的溶解化槽13與第三設備4的甲烷發酵裝置14，且，具備將溶解化槽13的水熱處理液壓送至甲烷發酵裝置14的投入口的泵浦之管線。
再者，在第一設備2、第二設備3及第三設備4互相接近設置的情況，第二移送裝置22係例如在將第二設備3的溶解化槽13與第一設備2的調整槽11連接的管線之途中具備切換裝置，將從該管線分歧的其他管線連接於該切換裝置與第三設備4的甲烷發酵裝置14之投入口。
如前述般，因應儲存於第二設備3的溶解化槽13之水熱處理液所含有的有機物之濃度，以將第二設備3的溶解化槽13與第一設備2的調整槽11連接的管線、和前述其他管線中的任一方，移送儲存於溶解化槽13之水熱處理液的方式，第二移送裝置22能藉由切換裝置擇一地選擇。
另外，在第二設備3與第三設備4互相設在遠方的情況，期望第二移送裝置22為具備儲存槽的車子(例如真空車等)。在此情況，藉由車子，從溶解化槽13朝甲烷發酵裝置14搬運水熱處理液，朝甲烷發酵裝置14的投入口投入該水熱處理液。
再者，在第一設備2與第二設備3互相接近設置，且第二設備3與第三設備4互相設在遠方的情況，作為第二移送裝置22，亦可為第一設備2與第二設備3之間的水熱處理液的移送是藉由管線，又，第二設備3與第三設備4之間的水熱處理液的移送是藉由車子。亦即，第二移送裝置22亦可兼作為管線及車子之2種的移送裝置。
同樣地，在第一設備2與第二設備3互相設在遠方且第二設備3與第三設備4互相接近設置的情況，作為第二移送裝置22，第一設備2與第二設備3之間的水熱處理液的移送可藉由車子，又，第二設備3與第三設備4之間的水熱處理液的移送可藉由管線。
第二移送裝置22係直到儲存於第二設備3的溶解化槽13之水熱處理液所含有的有機物的濃度成為前述預定濃度為止，將該水熱處理液回送至第一設備2的調整槽11。
因此，能夠將儲存於第一設備2的調整槽11之水熱處理物加濕，故，容易藉由第一移送裝置21進行水熱處理物的移送，能夠減低第二設備3的加壓分離裝置12之動力。
又，從第二設備3的溶解化槽13回送至第一設備2的調整槽11之水熱處理液被溶解化槽13加溫，所以，即使在該加溫的溫度之狀態或因自然散熱等稍許冷卻，也能在維持較常溫高的溫度的狀態下朝調整槽11注液。
在此情況，該被回送的水熱處理液，可促進儲存於調整槽11的水熱處理物之至少一部分的溶解化等，有助於該水熱處理物的性狀之調整。
並且，在水熱處理系統1，時間上依序進行複數次水熱處理，但，即使第一設備2的水熱處理裝置10所進行水熱處理的含有有機物之廢棄物中佔有的各內容物之比例會在每次的水熱處理大幅不同，在各水熱處理所獲得的水熱處理液中含有的有機物之濃度有很大的參差不齊，也能藉由前述回送，使水熱處理液在第一設備2與第二設備3之間循環，藉此，可將儲存於溶解化槽13的水熱處理液中所含有的有機物之濃度平均化。
又，在儲存於溶解化槽13之水熱處理液所含有的有機物之濃度形成為預定濃度的情況，該預定濃度的水熱處理液藉由第二移送裝置22移送至甲烷發酵裝置14。因此，投入於甲烷發酵裝置14的水熱處理液所含有的有機物之濃度實質上始終為一定而變化小，且該水熱處理液含有多數有助於甲烷氣體產生之有機物。因此，甲烷發酵裝置14可穩定地生成甲烷氣體。
在以有機物作為原料，藉由微生物、菌類等生成甲烷氣體之甲烷發酵裝置，通常，在該裝置內部，首先，需要進行有機物的溶解化與酸發酵的2個製程。
但，在水熱處理系統1，在儲存於溶解化槽13的水熱處理液所含有的有機物之濃度形成為該預定濃度的情況，在溶解化槽13，已經執行且完成前述2個製程。因此，甲烷發酵裝置14可省略溶解化的製程與酸發酵的製程，故，能高速地生成甲烷氣體。
第三設備4的甲烷發酵裝置14，係為使用儲存於第二設備3的溶解化槽13的水熱處理液來生成甲烷氣體與消化液的裝置。甲烷發酵裝置14將該水熱處理液加溫(約37℃或約55℃)，藉由甲烷發酵，生成甲烷氣體。甲烷氣體生成後所剩餘的液體肥料(亦有被稱為發酵殘渣、消化汙泥)為消化液。
在儲存於第二設備3的溶解化槽13之水熱處理液，含有例如大量的紙類之纖維成分的情況，該纖維成分無法被甲烷發酵裝置14完全地分解而有一部分殘留，含於消化液而排出。因此，在消化液含有大量的纖維成分的情況，不需要為了在提升後述的脫水機15的脫水效率的目的上而設置後述的解纖液供給裝置17、後述的屎尿接收槽18等。
脫水機15係為將從甲烷發酵裝置14排出的消化液分離成脫水汙泥與脫水分離液之裝置(例如，螺旋壓機)。分離的脫水汙泥被移送至後述的廢棄物焚燒設施20，在廢棄物焚燒設施20進行焚燒處理。另外，分離的脫水分離液被移送至廢棄液處理裝置16。
廢棄液處理裝置16係為對由脫水機15分離的脫水分離液至少進行硝化及脫氮處理，亦即，進行生物處理而將脫水分離液淨化，以生成再利用水之裝置。作為廢棄液處理裝置16，可舉出例如進行硝化及脫氮處理的生物處理裝置、屎尿處理設施等。
以廢棄液處理裝置16生成的再利用水，透過藉由供給路25(例如管線)，能供給至第一設備2的調整槽11。
水熱處理系統1之剛開始運轉後，由於在第二設備3的溶解化槽13未儲存有水熱處理液，故，水熱處理系統1無法將該水熱處理液回送至調整槽11，不能藉由該水熱處理液，將儲存於調整槽11的水熱處理物進行加濕。因此，在此情況，水熱處理系統1係藉由將再利用水從廢棄液處理裝置16供給至調整槽11，可將儲存於調整槽11的水熱處理物進行加濕，從水熱處理系統1剛開始運轉後，能夠圓滑地進行藉由第一移送裝置21之水熱處理物的移送、第二設備3的加壓分離裝置12之運轉等。
在無法進行前述回送的情況，水熱處理系統1亦可將自來水注入至調整槽11而將水熱處理物進行加濕。但，為了使水熱處理系統1的成本效率良好，期望並非使用自來水而是使用再利用水。
以上，說明了關於水熱處理系統1至少具備的結構。但，水熱處理系統1亦可如圖1所示，進一步具備下述的裝置、設施等。
解纖液供給裝置17係為將紙類(例如舊報紙等的廢紙)進行解纖，再將作成為液狀的解纖液供給至自甲烷發酵裝置14排出的消化液之裝置。
因解纖液供給裝置17將解纖液混入消化液，所以，在脫水機15，將消化液與解纖液之混合液進行脫水。由於在解纖液含有大量的纖維成分，故，該混合液所含有的纖維成分作為脫水輔助劑的替代品發揮作用，吸取前述混合液的水分。因此，可使脫水機15中之該混合液的脫水效率提升。再者，該纖維成分是作為脫水汙泥的一部分而從脫水機15排出，因此，比起不使解纖液混入消化液的情況，可使脫水汙泥的體積增加。
且，解纖液所含有的纖維成分不含氮成分，又，當吸取前述混合液的水分時，亦吸取該混合液所含有的氮成分，因此，由脫水機15所分離的脫水分離液中的氮濃度變稀。因此，能夠減低廢棄液處理裝置16中之生物處理的負載。解纖液供給裝置17能以例如三菱重工環境・化學工程(股)公司的日本專利第5905364號登錄公報所記載的紙類供給裝置、解纖裝置、解纖廢紙儲存槽、及解纖廢紙供給泵浦所構成。
屎尿接收槽18係為儲存屎尿的水槽。在水熱處理系統1，可利用屎尿的[C/N比](液體中所含有的氮量與生物處理之脫氮時微生物作為營養源之碳量的比例)為約3~5之特性、及在屎尿含有纖維成分之特性。
具體而言，在水熱處理系統1，將儲存於屎尿接收槽18的屎尿供給至甲烷發酵裝置14、或從甲烷發酵裝置14排出的消化液、或者廢棄液處理裝置16。再者，不僅可供給該等三處中的其中一處，亦可對兩處或三處皆供給屎尿。
在甲烷發酵裝置14為了有效率地進行甲烷發酵，需要水熱處理液所含有的氮量為約1000mg/L以上且約3000mg/L以下。但，有可能從溶解化槽13移送至甲烷發酵裝置14之水熱處理液中所含有的氮量不足此範圍之情況。
在此情況，藉由將屎尿接收槽18的屎尿供給至甲烷發酵裝置14並與水熱處理液混合，能以屎尿補充被移送至甲烷發酵裝置14的水熱處理液所含有之氮量的不足。亦即，為了調整甲烷發酵時的氮量之平衡，供給屎尿。
再者，藉由對甲烷發酵裝置14供給屎尿，會使儲存於甲烷發酵裝置14的水熱處理液所含有的碳量增加，但，在甲烷發酵裝置14內，大部分的碳會變化成甲烷氣體，因此，不會對水熱處理系統1造成壞影響。
又，屎尿接收槽18的屎尿，亦可不直接供給至甲烷發酵裝置14，而是供給至甲烷發酵裝置14的上游例如第一設備2的調整槽11、第二設備3的溶解化槽13等。在此情況，屎尿被間接地供給至甲烷發酵裝置14。
又，在將屎尿接收槽18的屎尿供給至從甲烷發酵裝置14排出的消化液而作成為混合液的情況，與前述的解纖液所含有的纖維成分同樣地，屎尿所含有的纖維成分作為脫水輔助劑的替代品發揮作用，能使脫水機15之該混合液的脫水效率提升。
若為具備解纖液供給裝置17與屎尿接收槽18雙方的水熱處理系統1的話，則在消化液所含有的纖維成分少，為了使前述脫水效率提升而需要補足纖維成分的情況，可藉由解纖液、屎尿等的纖維成分，補足該不足量。再者，水熱處理系統1，可具備解纖液供給裝置17與屎尿接收槽18中的其中一方，亦可具備雙方。
又，通常在進行液體的脫氮之生物處理時，若該液體的C/N比為約2~3的話，則可有效率地進行處理。因此，在以廢棄液處理裝置16進行脫水分離液的生物處理的情況，當脫水分離液的C/N比未滿2時，藉由將屎尿接收槽18的屎尿供給至脫水分離液並混合，使C/N比的值上升為佳。
當將脫水分離液與屎尿混合而作成為混合液時，因對脫水分離液追加屎尿，會造成碳量、氮量增加，但，如上述般，因屎尿的C/N比為約3~5，所以，碳量的增加量較氮量的增加量大。因此，即使脫水分離液的C/N比未滿2，藉由與屎尿混合，亦可容易將該混合液的C/N比作成為約2~3。亦即，在此，為了調整進行生物處理之脫水分離液的C/N比之平衡，供給屎尿。
第三移送裝置23係為將在第三設備4的甲烷發酵裝置14所生成的甲烷氣體移送至後述的氣體利用設施19之裝置。
在甲烷發酵裝置14與氣體利用設施19互相接近設置的情況，期望第三移送裝置23係為連接於甲烷發酵裝置14與氣體利用設施19，且將在甲烷發酵裝置14所生成的甲烷氣體移送至氣體利用設施19之管線。
另外，在甲烷發酵裝置14與氣體利用設施19互相設在遠方的情況，期望第三移送裝置23係為具備可載置氣體鋼瓶之載物台的車子(卡車)、搭載有氣槽之車子等。在此情況，能夠將在甲烷發酵裝置14所生成的甲烷氣體填充於氣體鋼瓶、氣槽等而載置或搭載於車子，再移送至氣體利用設施19。
氣體利用設施19係為利用在第三設備4的甲烷發酵裝置14所生成的甲烷氣體之設施。氣體利用設施19係為例如，藉由將該甲烷氣體或該甲烷氣體與其他氣體混合之混合氣體以鍋爐進行燃燒而生成的熱來產生水蒸氣，再以此水蒸氣使蒸氣渦輪運轉而進行發電之發電廠。近年，在火力發電廠，為了減低燃燒時的二氧化碳排出量，以甲烷為主成分的液化天然氣LNG(Liquefied Natural Gas)作為燃料之火力發電廠為主流，氣體利用設施19也可作成為依據該火力發電廠之發電廠。
氣體利用設施19亦可為具備氣輪機、燃氣引擎、或燃料電池等之發電廠，將該甲烷氣體進行改質而生成城市燃氣等之設施。
在氣體利用設施19為具備燃氣引擎之發電廠的情況，通常，具備在燃氣引擎所產生的廢氣之熱回收裝置。該熱回收裝置係可從該廢氣生成溫水。
在氣體利用設施19為藉由蒸氣渦輪進行發電的發電廠，且，第一設備2及第二設備3及第三設備4中的至少一方與氣體利用設施19互相接近設置的情況，可將在氣體利用設施19的蒸氣渦輪利用於發電後的高溫水蒸氣亦即廢水蒸氣在該近接的第一設備2、第二設備3或第三設備4加以利用。
例如，在具備蒸氣渦輪之氣體利用設施19為與第一設備2接近設置的情況，藉由管線將氣體利用設施19與第一設備2連接，再經由該管線，將廢水蒸氣移送至第一設備2的水熱處理裝置10，作為供水熱處理裝置10使用之高溫高壓的水蒸氣或其一部分加以利用。
又，在具備蒸氣渦輪之氣體利用設施19為與第二設備3接近設置的情況，藉由管線將氣體利用設施19與第二設備3連接，再經由該管線，將廢水蒸氣移送至第二設備3的溶解化槽13，利用於被儲存於溶解化槽13的水熱處理液之加溫。
且，在具備蒸氣渦輪之氣體利用設施19為與第三設備4接近設置的情況，藉由管線將氣體利用設施19與第三設備4連接，再經由該管線，將廢水蒸氣移送至第三設備4的甲烷發酵裝置14，利用於被儲存於甲烷發酵裝置14的水熱處理液之加溫。
且，在具備燃氣引擎之氣體利用設施19為與第二設備3接近設置的情況，藉由管線將氣體利用設施19與第二設備3連接，再經由該管線，將在前述熱回收裝置所生成的溫水移送至第二設備3的溶解化槽13，利用於被儲存於溶解化槽13的水熱處理液之加溫。
同樣地，在具備燃氣引擎之氣體利用設施19為與第三設備4接近設置的情況，又，藉由管線將氣體利用設施19與第三設備4連接，再經由該管線，將該溫水移送至第三設備4的甲烷發酵裝置14，利用於被儲存在甲烷發酵裝置14的水熱處理液之加溫。
如上述般，溶解化槽13的加溫之溫度約40℃~60℃，又，甲烷發酵裝置14的加溫之溫度約37℃或約55℃，因此，為了將溶解化槽13、甲烷發酵裝置14等加溫，比起廢水蒸氣，溫水較容易處理。
如此，在氣體利用設施19具備蒸氣渦輪的情況，能夠將從蒸氣渦輪排出的廢水蒸氣作為熱源，在水熱處理系統1內加以利用，又，在氣體利用設施19為具備燃氣引擎的情況，能夠將在前述熱回收裝置所生成的溫水作為熱源，在水熱處理系統1內加以利用，因此，可進一步提升水熱處理系統1的成本效率。
第四移送裝置24係為將在第二設備3的加壓分離裝置12所分離的殘餘物移送至後述的廢棄物焚燒設施20之裝置。
在第二設備3與廢棄物焚燒設施20互相接近設置的情況，期望第四移送裝置24係為連接於加壓分離裝置12之殘餘物排出口與廢棄物焚燒設施20之垃圾坑，且，將加壓分離裝置12所排出的殘餘物朝垃圾坑移送之輸送機。
另外，在第二設備3與廢棄物焚燒設施20互相設在遠方的情況，期望第四移送裝置24係為卡車、垃圾車等的車子。在此情況，能將自加壓分離裝置12排出的殘餘物載置或儲存至卡車的車廂、垃圾車內，再移送至廢棄物焚燒設施20。
廢棄物焚燒設施20係為藉由焚化爐將廢棄物進行焚燒之設施，亦可焚燒自第二設備3的加壓分離裝置12所排出的殘餘物及被脫水機15分離的脫水汙泥。廢棄物焚燒設施20藉由在焚化爐所產生的熱，在鍋爐生成高溫高壓的水蒸氣，再以高溫高壓的水蒸氣使蒸氣渦輪運轉，可進行發電。
在第一設備2及第二設備3以及第三設備4中的至少一方與廢棄物焚燒設施20互相接近設置的情況，可將在廢棄物焚燒設施20的蒸氣渦輪用於發電後的高溫水蒸氣亦即廢水蒸氣，在該接近的第一設備2、第二設備3或第三設備4加以利用。
例如，在廢棄物焚燒設施20為與第一設備2接近設置的情況，藉由管線將廢棄物焚燒設施20與第一設備2連接，再經由該管線，將廢水蒸氣移送至第一設備2的水熱處理裝置10，作為供水熱處理裝置10使用之高溫高壓的水蒸氣或其一部分加以利用。
又，在廢棄物焚燒設施20為與第二設備3接近設置的情況，藉由管線將廢棄物焚燒設施20與第二設備3連接，再經由該管線，將廢水蒸氣移送至第二設備3的溶解化槽13，利用於被儲存於溶解化槽13的水熱處理液之加溫。
且，在廢棄物焚燒設施20與第三設備4接近設置的情況，以管線將廢棄物焚燒設施20與第三設備4連接，再經由該管線將廢水蒸氣移送至第三設備4的甲烷發酵裝置14，能夠利用於儲存在甲烷發酵裝置14的水熱處理液之加溫。
如此，可將廢棄物焚燒設施20的廢水蒸氣作為熱源，在水熱處理系統1內有效地利用，因此，可使水熱處理系統1的成本效率進一步提升。
再者，水熱處理系統1，亦可為不具備(1)解纖液供給裝置17、(2)屎尿接收槽18、(3)第三移送裝置23及氣體利用設施19、(4)第四移送裝置24及廢棄物焚燒設施20的四個中任一者之系統，亦可為僅具備其中一個、兩個或三個的系統，亦可為四個都具備的系統。
1:水熱處理系統
2:第一設備
3:第二設備
4:第三設備
10:水熱處理裝置
11:調整槽
12:加壓分離裝置
12A:旋轉式滾筒絲網
12B:螺旋壓機
13:溶解化槽
14:甲烷發酵裝置
15:脫水機
16:廢棄液處理裝置(屎尿處理設施)
17:解纖液供給裝置
18:屎尿接收槽
19:氣體利用設施
20:廢棄物焚燒設施
21:第一移送裝置
22:第二移送裝置
23:第三移送裝置
24:第四移送裝置
25:供給路
[圖1]係顯示實施形態之水熱處理系統的示意圖。
[圖2]係顯示實施形態之水熱處理系統的第二設備的一例之示意圖。
1:水熱處理系統
2:第一設備
3:第二設備
4:第三設備
10:水熱處理裝置
11:調整槽
12:加壓分離裝置
13:溶解化槽
14:甲烷發酵裝置
15:脫水機
16:廢棄液處理裝置(屎尿處理設施)
17:解纖液供給裝置
18:屎尿接收槽
19:氣體利用設施
20:廢棄物焚燒設施
21:第一移送裝置
22:第二移送裝置
23:第三移送裝置
24:第四移送裝置
25:供給路
Claims (5)
- 一種水熱處理系統，係具有：水熱處理裝置，其係使含有有機物之廢棄物進行水熱反應； 調整槽，其係將進行了前述水熱反應的水熱處理物進行加濕； 第一移送裝置，其係用來移送在前述調整槽進行了加濕的水熱處理物； 加壓分離裝置，其係將被前述第一移送裝置移送的水熱處理物進行加壓，並分離成水熱處理液與殘餘物； 溶解化槽，其係儲存被前述加壓分離裝置分離後的水熱處理液並予以加溫； 第二移送裝置，其係將被前述溶解化槽加溫且溶解化後的水熱處理液回送至前述調整槽； 甲烷發酵裝置，其係使用儲存於前述溶解化槽的水熱處理液來生成甲烷氣體與消化液； 脫水機，其係將前述消化液分離成脫水汙泥與脫水分離液；及 廢棄液處理裝置，其係將前述脫水分離液至少進行硝化及脫氮，生成再利用水， 前述第二移送裝置，係在儲存於前述溶解化槽之水熱處理液所含有的有機物的濃度未滿適合進行藉由微生物或菌之甲烷氣體生成的有機物的濃度亦即預定濃度之情況，將前述水熱處理液回送至前述調整槽，在前述有機物的濃度為前述預定濃度以上之情況，將前述水熱處理液移送至前述甲烷發酵裝置。
- 如請求項1的水熱處理系統，其中，還具有解纖液供給裝置，其係將紙類進行解繊後的解纖液供給至前述消化液。
- 如請求項1或2的水熱處理系統，其中，還具有儲存屎尿之屎尿接收槽， 將前述屎尿接收槽的屎尿供給至前述甲烷發酵裝置，並與前述水熱處理液混合， 或，將前述屎尿接收槽的屎尿與前述消化液混合， 或，將前述屎尿接收槽的屎尿與前述脫水分離液混合。
- 如請求項3的水熱處理系統，其中，前述加壓分離裝置係 在前段具備旋轉式滾筒絲網，及在後段具備螺旋壓機， 將以前述旋轉式滾筒絲網所分離的水熱處理液、和以前述螺旋壓機所分離的水熱處理液被儲存於前述溶解化槽。
- 如請求項4的水熱處理系統，其中，還具有：將在前述甲烷發酵裝置所生成的甲烷氣體移送之第三移送裝置及利用以前述第三移送裝置所移送的甲烷氣體之氣體利用設施， 或者， 將在前述加壓分離裝置所分離的殘餘物移送的第四移送裝置及將以前述第四移送裝置所移送的殘餘物進行焚燒之廢棄物焚燒設施， 在前述水熱處理裝置及前述調整槽、與前述加壓分離裝置及前述溶解化槽接近設置的情況，前述第一移送裝置係為具備粉碎泵浦之管線，前述第二移送裝置係為具備泵浦之管線， 在前述水熱處理裝置及前述調整槽、與前述加壓分離裝置及前述溶解化槽互相設在遠方的情況，前述第一移送裝置及前述第二移送裝置皆為車子， 在前述甲烷發酵裝置與前述氣體利用設施接近設置的情況，前述第三移送裝置係為管線， 在前述甲烷發酵裝置與前述氣體利用設施互相設在遠方的情況，前述第三移送裝置係為車子， 在前述廢棄物焚燒設施、與前述加壓分離裝置及前述溶解化槽接近設置的情況，前述第四移送裝置係為輸送機， 在前述廢棄物焚燒設施、與前述加壓分離裝置及前述溶解化槽互相設在遠方的情況，前述第四移送裝置係為車子， 前述氣體利用設施具備蒸氣渦輪或燃氣引擎，將在前述蒸氣渦輪用於發電之水蒸氣供給至前述水熱處理裝置及前述溶解化槽以及前述甲烷發酵裝置中的其中至少一個，或，將自在前述燃氣引擎所產生的廢氣生成的溫水供給至前述溶解化槽及前述甲烷發酵裝置中的至少一方， 前述廢棄物焚燒設施具備蒸氣渦輪，將在前述蒸氣渦輪用於發電之水蒸氣供給至前述水熱處理裝置及前述溶解化槽以及前述甲烷發酵裝置中的其中至少一個， 前述廢棄液處理裝置係為屎尿處理設施，前述再利用水被供給至前述調整槽。
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