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公開番号2025025856
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-21
出願番号2023131045
出願日2023-08-10
発明の名称汚泥処理システム、汚泥処理制御装置及び汚泥処理方法
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類C02F 11/04 20060101AFI20250214BHJP(水,廃水,下水または汚泥の処理)
要約【課題】消化ガス発電の廃熱を有効利用し、温室効果ガスを削減する。
【解決手段】汚泥処理システムは、濃縮汚泥を消化槽に投入して嫌気性消化し、発生した消化ガスを燃料としてガス発電するとともに、消化槽から引き抜いた消化汚泥に凝集剤を添加して凝集脱水して脱水汚泥を排出し、ガス発電で生じた燃焼排ガス廃熱を用いて濃縮余剰汚泥を第1所定温度まで加熱する第1加熱部と、燃焼排ガス廃熱を用いて消化槽を第2所定温度に加熱する第2加熱部と、燃焼排ガス廃熱を用いて消化汚泥の温度が第3所定温度以下、かつ、温度変化が第4所定温度となるまで加熱する第3加熱部と、廃熱量を演算する第1演算部と、各加熱部の必要加熱熱量を演算する第2演算部と、加熱部全体で必要とされる加熱熱量の合計が、燃焼排ガス廃熱の廃熱量より少なくなるように、少なくとも何れか一つの加熱部による加熱の実施および加熱温度を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
下水処理で発生し、濃縮された初沈汚泥と余剰汚泥とを含む濃縮汚泥を消化槽に投入して嫌気性消化し、濃縮汚泥を消化槽に投入して嫌気性消化し、発生した消化ガスを燃料としてガス発電するとともに、消化槽から引き抜いた消化汚泥に凝集剤を添加して凝集脱水して脱水汚泥を排出する汚泥処理システムであって、
前記ガス発電で生じた燃焼排ガス廃熱を用いて余剰汚泥を濃縮した濃縮余剰汚泥を第１所定温度まで加熱する第１加熱部と、
前記燃焼排ガス廃熱を用いて前記消化槽を第２所定温度に加熱する第２加熱部と、
前記燃焼排ガス廃熱を用いて前記消化汚泥を、消化汚泥の温度が第３所定温度以下、かつ、温度変化が第４所定温度となるまで加熱する第３加熱部と、
前記燃焼排ガス廃熱の廃熱量を演算する第１演算部と、
前記第１加熱部、前記第２加熱部及び前記第３加熱部のそれぞれにおいて必要とされる加熱熱量を演算する第２演算部と、
前記第１加熱部、前記第２加熱部及び前記第３加熱部全体で必要とされる加熱熱量の合計が、前記燃焼排ガス廃熱の廃熱量より少なくなるように、前記第１加熱部～前記第３加熱部のうち、少なくとも何れか一つの加熱部による加熱の実施および加熱温度を制御する制御部と、
を備えた、汚泥処理システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記第１加熱部において、前記第１所定温度を、最大５０℃として加熱を行うように制御する、
請求項１に記載の汚泥処理システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２加熱部において、前記第２所定温度を、４０℃～５０℃の温度範囲内として、加熱を行うように制御する、
請求項１に記載の汚泥処理システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記第３加熱部において、前記第３所定温度を、最大７０℃とし、かつ、前記第４所定温度が２０℃となるまで加熱を行うように制御する、
請求項１に記載の汚泥処理システム。
【請求項５】
下水処理で発生し、濃縮された初沈汚泥と余剰汚泥とを含む濃縮汚泥を消化槽に投入して嫌気性消化し、濃縮汚泥を消化槽に投入して嫌気性消化し、発生した消化ガスを燃料としてガス発電するとともに、消化槽から引き抜いた消化汚泥に凝集剤を添加して凝集脱水して脱水汚泥を排出する汚泥処理システムの制御を行う汚泥処理制御装置であって、
前記汚泥処理システムは、前記ガス発電で生じた燃焼排ガス廃熱を用いて余剰汚泥を濃縮した濃縮余剰汚泥を第１所定温度まで加熱する第１加熱部と、前記燃焼排ガス廃熱を用いて前記消化槽を第２所定温度に加熱する第２加熱部と、前記燃焼排ガス廃熱を用いて前記消化汚泥を、消化汚泥の温度が第３所定温度以下、かつ、温度変化が第４所定温度となるまで加熱する第３加熱部と、を備えており、
前記汚泥処理制御装置は、前記燃焼排ガス廃熱の廃熱量を演算する第１演算部と、
前記第１加熱部、前記第２加熱部及び前記第３加熱部のそれぞれにおいて必要とされる加熱熱量を演算する第２演算部と、
前記第１加熱部、前記第２加熱部及び前記第３加熱部全体で必要とされる加熱熱量の合計が、前記燃焼排ガス廃熱の廃熱量より少なくなるように、前記第１加熱部～前記第３加熱部のうち、少なくとも何れか一つの加熱部による加熱の実施および加熱温度を制御する制御部と、
を備えた、汚泥処理制御装置。
【請求項６】
下水処理で発生し、濃縮された初沈汚泥と余剰汚泥とを含む濃縮汚泥を消化槽に投入して嫌気性消化し、濃縮汚泥を消化槽に投入して嫌気性消化し、発生した消化ガスを燃料としてガス発電するとともに、消化槽から引き抜いた消化汚泥に凝集剤を添加して凝集脱水して脱水汚泥を排出する汚泥処理方法であって、
前記ガス発電で生じた燃焼排ガス廃熱を用いて余剰汚泥を濃縮した濃縮余剰汚泥を第１所定温度まで加熱する第１加熱過程と、
前記燃焼排ガス廃熱を用いて前記消化槽を第２所定温度に加熱する第２加熱過程と、
前記燃焼排ガス廃熱を用いて前記消化汚泥を、消化汚泥の温度が第３所定温度以下、かつ、温度変化が第４所定温度となるまで加熱する第３加熱過程と、
前記燃焼排ガス廃熱の廃熱量を演算する第１演算過程と、
前記第１加熱過程、前記第２加熱過程及び前記第３加熱過程のそれぞれにおいて必要とされる加熱熱量を演算する第２演算過程と、
前記第１加熱過程、前記第２加熱過程及び全体で必要とされる加熱熱量の合計が、前記燃焼排ガス廃熱の廃熱量より少なくなるように、前記第１加熱過程～前記第３加熱過程のうち、少なくとも何れか一つの加熱過程における加熱の実施および加熱温度を制御する制御過程と、
を備えた、汚泥処理方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、汚泥処理システム、汚泥処理制御装置及び汚泥処理方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥からエネルギーを回収する手段の一つとして、下水汚泥から発生する消化ガスを用いた消化ガス発電が知られている。
【０００３】
下水汚泥には約８０％の有機物が含まれ、嫌気性消化することでメタンを約６０％含む消化ガスが生成される。消化ガスは化石燃料に由来しないカーボンニュートラルな燃料であることから、消化ガス発電で得られた電力は再生可能エネルギーとなり温室効果ガスを増加させないものとみなされる。
【０００４】
また、再生可能エネルギーを使用することで化石燃料由来のエネルギーの使用量が低減でき、これにより温室効果ガスの削減に寄与する。世界的に温室効果ガス削減が課題とされており、削減目標が設定されている。
したがって、今後消化ガス発電が普及、拡大していくことが予想される。加えて、下水汚泥からより多くの消化ガスを回収するための、汚泥可溶化などの技術も採用が進んでいくことも予想される。すなわち、今後消化ガス発電量は増加すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１５－１３１２６３号公報
特開２０１７－２１３４７９号公報
特開２０１７－２１３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、消化ガス発電では、消化ガスを燃焼させるため、発電に伴い燃焼排ガスが発生する。この燃焼排ガスは数百度の高温の熱エネルギー（廃熱）であり、排ガス熱交換器や廃熱ボイラを介して、燃焼排ガスの廃熱が消化タンクの加温や冷房・暖房用熱源、給湯に用いられている。
前述したように今後温室効果ガス削減を目的に消化ガス発電量が増加した場合、比例して燃焼排ガス廃熱量も増加する。
しかし、廃熱利用が従来のままでは、増加した燃焼排ガス廃熱量を消費しきれないことが懸念される。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消化ガス発電で生じる燃焼排ガス廃熱を有効利用し、従来よりも温室効果ガスを削減可能な汚泥処理システム、汚泥処理制御装置及び汚泥処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の汚泥処理システムは、下水処理で発生し、濃縮された初沈汚泥と余剰汚泥とを含む濃縮汚泥を消化槽に投入して嫌気性消化し、発生した消化ガスを燃料としてガス発電するとともに、消化槽から引き抜いた消化汚泥に凝集剤を添加して凝集脱水して脱水汚泥を排出する汚泥処理システムであって、前記ガス発電で生じた燃焼排ガス廃熱を用いて余剰汚泥を濃縮した濃縮余剰汚泥を第１所定温度まで加熱する第１加熱部と、前記燃焼排ガス廃熱を用いて前記消化槽を第２所定温度に加熱する第２加熱部と、前記燃焼排ガス廃熱を用いて前記消化汚泥を、消化汚泥の温度が第３所定温度以下、かつ、温度変化が第４所定温度となるまで加熱する第３加熱部と、前記燃焼排ガス廃熱の廃熱量を演算する第１演算部と、前記第１加熱部、前記第２加熱部及び前記第３加熱部のそれぞれにおいて必要とされる加熱熱量を演算する第２演算部と、前記第１加熱部、前記第２加熱部及び前記第３加熱部全体で必要とされる加熱熱量の合計が、前記燃焼排ガス廃熱の廃熱量より少なくなるように、前記第１加熱部～前記第３加熱部のうち、少なくとも何れか一つの加熱部による加熱の実施および加熱温度を制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施形態の汚泥処理システムの概要構成ブロック図である。
図２は、濃縮余剰汚泥の加熱処理実験結果の説明図である。
図３は、連続消化試験の結果の説明図である。
図４は、凝集脱水実験結果の説明図である。
図５は、モデル処理場の説明図である。
図６は、燃焼排ガス廃熱量と加熱に伴う廃熱消費量との関係の説明図である。
図７は、加熱を実施した場合のＣＯ
２
排出削減量の説明図である。
図８は、燃焼排ガス廃熱量と、燃焼排ガス廃熱による加熱処理の組合せに伴う加熱熱量合計と、の関係の説明図である。
図９は、燃焼排ガス廃熱量と、燃焼排ガス廃熱による加熱処理の組合せに伴う加熱熱量合計と、ＣＯ
２
排出削減量と、の関係の説明図である。
図１０は、実施形態の汚泥処理システムの制御処理の説明図である。
図１１は、実施形態の汚泥処理システムのＣＯ２削減量の算出処理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、実施形態の汚泥処理システムの概要構成ブロック図である。
汚泥処理システム１０は、濃縮設備（重力式）１１と、濃縮設備（機械式）１２と、第１熱交換器１３と、第１流量計１４と、第１バルブ１５と、第１濃縮余剰汚泥温度計１６と、濃縮汚泥槽１７と、第２濃縮余剰汚泥温度計１８と、濃縮汚泥温度計１９と、消化槽２０と、消化槽温度計２１と、第２熱交換器２２と、第２流量計２３と、第２バルブ２４と、消化ガス流量計２５と、ガス発電機２６と、燃焼排ガス温度計２７と、廃熱ボイラ２８と、ポンプ２９と、第３バルブ３０と、第３流量計３１と、第３熱交換器３２と、第４流量計３３と、第４バルブ３４と、消化汚泥温度計３５と、汚泥凝集槽３６と、汚泥脱水機３７と、システムコントローラ３８と、を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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