专利名称：污泥处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对包含许多有机物的污泥进行热处理而实现体积缩减的污泥处理系 统。
背景技术：
近年来，较多地采用通过甲烷生成菌等厌气微生物的作用使含有许多有机物的污 泥进行厌气发酵并回收消化气体的处理方法。在此情况下，由于成为厌气微生物的处理对 象的主要是比较低分子的有机物，所以如果要通过厌气处理对由污水处理等产生的剩余污 泥等的难分解的有机污泥进行处理，则污泥溶解花费时间，导致装置的大型化及处理效率 的恶化。所以，提出了在处理剩余污泥等的难分解的有机污泥时、预先实施可溶化处理、并 在短时间内有效地进行厌气微生物的消化处理的方法。在可溶化处理中，利用高温高压水 具有的非常高的反应性的水热处理法受到关注，提出了用于此的方法(例如参照专利文献 1)。上述提案中的水热可溶化处理装置具有第1热交换器和第2热交换器，这些热交 换器分别具有液体滞留部和热交换部。热交换部是将多个管与放热用翅片层叠的构造，液 体滞留部具有有机污泥能够滞留水热反映处理所需要的时间的容量。将有机污泥输送到第 1热交换器的热交换部，进行预加热。将通过预加热而成为中温高压的污泥导入到第2热交 换器的热交换部，在该热交换部中通过加热气体进行加热。将加热后的污泥作为高温高压 的水热可溶化污泥排出，导入到上述第1热交换器的水热反应空间(由热交换部及液体滞 留部构成)。将在该水热反应空间中水热可溶化反应后的污泥通过热交换部冷却，作为低温 高压的水热可溶化污泥排出。即，在第2热交换器的水热反应空间、以及第1热交换器的水 热反应空间中，有机污泥被暴露在高温高压条件下，进行水热可溶化反应。在这样的装置中，在第1热交换器中，对于热处理前的污泥与热处理后的污泥，在 热交换部以高压的状态经由传热面(多个管及放热用翅片等)进行热交换。在该第1热交 换器中预热后的污泥在第2热交换器中，在其热交换部中由加热气体加热，在包括该热交 换部的水热反应部中被进行污泥的可溶化处理。专利文献1 日本特开2005-254165号公报在上述以往技术中，经由热交换部中的与多个管层叠的放热用翅片的传热面进行 加温前污泥与加温后污泥的热交换。因此，如果例如污泥的蛋白质的凝固物及碳酸钙等的 水合物附着在传热面上，则热交换效率下降。此外，还担心由污泥带来的流路的网眼堵塞。
发明内容
本发明的目的是提供一种不会发生因污泥成分附着在传热面上而带来的热交换 效率的下降、并且也不会发生由污泥带来的流路的网眼堵塞而能够有效地对污泥进行热处 理的污泥处理系统。
本发明的污泥处理系统的特征在于，具备反应器，在规定的压力下对污泥加热而 进行热处理；以及预热装置，将连接在向上述反应器供给的污泥的供给路径上的直接热交 换器部、和连接在来自上述反应器的热处理后的污泥的排出路径上的蒸发器部一体化，并 将该直接热交换器部和蒸发器部的内部保持为比上述反应器内低的压力，使导入到上述直 接热交换器部的热处理前的污泥与从通过上述排出路径导入到上述蒸发器部的热处理后 的污泥产生的蒸气直接接触而进行加热。在本发明中，也可以做成以下的结构预热装置被多级串联连接在上述污泥的供 给路径上及热处理后污泥的排出路径上，将这些多个预热装置的内部压力设定为从上述反 应器看随着朝向下游方向而依次变低。
本发明也可以是以下的结构具备蒸发器，该蒸发器设置在上述预热装置被多级 串联连接的热处理后污泥的排出路径上的任意的两个预热装置之间，内部压力被设定为从 上述反应器看从上游侧的预热装置包括自己朝向下游侧的预热装置依次变低，通过与上游 侧的压力差，从由上述上游侧预热装置导入的热处理后污泥产生蒸气，并且具有用于将该 蒸气供给到上述上游侧预热装置的直接热交换器部的配管。本发明也可以是具备厌气处理装置的结构，该厌气处理装置对由反应器热处理、 并经由上述预热装置的蒸发器部排出的热处理后污泥进行厌气处理。在本发明中，也可以将从厌气处理装置产生的消化气体用作对上述反应槽的加热 源设备的燃料。本发明也可以是具备温度调节装置的结构，该温度调节装置将经由上述预热装置 的蒸发器部排出的热处理后污泥调节为适合于厌气处理的温度。在本发明中，温度调节装置可以由蒸发器构成，该蒸发器设定为比预热装置低的 内部压力，导入经由该预热装置的蒸发器部排出的热处理后的污泥，通过与预热装置的内 部压力差而产生蒸气并减低污泥温度。在本发明中，温度调节装置也可以是连接在从预热装置的热处理后污泥排出部向 厌气处理装置的管路上、对于在该管路中流通的排出污泥混合未进行热处理的污泥的装置。在本发明中，反应器也可以构成为，将从热处理后的污泥中分离了固态成分后的 液态成分通过上述排出路径供给到上述预热装置的蒸发器部。本发明也可以是具有将与液态成分分离后的热处理后的污泥的固态成分供给到 厌气处理装置中的配管的结构。本发明也可以构成为，具有对与液态成分分离了的热处理后的污泥的固态成分进 行浓缩的浓缩机，并且具有将通过浓缩产生的液态成分经由温度调节用蒸发器供给到厌气 处理装置的配管。在本发明中，反应器中的热处理只要是60°C 374°C之间的加热处理或加热加压 处理就可以。根据本发明，构造较简单，不易发生污泥的附着带来的热交换效率的下降及流路 的网眼堵塞以及故障，能够有效地对污泥进行热处理。
图1是表示本发明的污泥处理系统的一实施方式的系统结构图。
图2是表示将本发明的预热装置的压力调节机构变更后的实施方式的系统结构 图。图3是表示使本发明的反应器具有固液分离功能的实施方式的系统结构图。图4是表示将本发明的预热装置多级构成的实施方式的系统结构图。图5是表示将本发明的预热装置多级构成、并且采用了用来通过特定的预热装置一下子升温的结构的实施方式的系统结构图。图6是表示本发明的温度调节装置的另一例的实施方式的系统结构图。图7是表示使本发明的反应器具有固液分离功能、通过高速厌气反应器处理其液 态成分的实施方式的系统结构图。图8是表示饱和蒸气压与水温的关系的特性图。标号说明11处理对象的污泥13预热装置14反应器15直接热交换器部16蒸发器部22厌气处理装置(消化槽)
具体实施例方式以下，利用附图对本发明的污泥处理系统的一实施方式详细地说明。图1是表示该实施方式的结构的块图。图1所示的污泥处理系统具有对处理对象 的包含许多有机物的污泥11进行浓缩的浓缩机12、浓缩后的污泥的预热装置13、和在规定 的压力下将预热后的污泥加热并进行热处理的反应器14。预热装置13例如如日本特开2007-21300号公报所示，在共通的容器内的上部配 置直接热交换器部15、在下部配置蒸发器部16而将它们一体化，使在下部的蒸发器部16产 生的高温蒸气与导入到上部的直接热交换器部15中的污泥直接接触并加温而进行预热。该直接热交换器部15的入口部经由移送泵18与浓缩机12连接，出口部经由移送 泵19与反应器14连接。即，直接热交换器部15连接在向反应器14的污泥的供给路径上。 此外，蒸发器部16的入口部经由移送阀20与反应器14的热处理后污泥排出部连接，出口 部与达到后接的厌气处理装置22的配管连接。即，蒸发器部16连接在来自反应器14的热 处理后的污泥的排出路径上。对于预热装置13设有安全阀(relief valve) 25 (如果成为设定压力以上则打开 的机构的压力调节阀)，预热装置13的内部压力(直接热交换器部15及蒸发器部16中共 通的内部压力)被保持为比反应器14内低的压力。因而，导入到预热装置13的直接热交 换器部15中的热处理前的污泥由从上述排出路径导入到蒸发器部16中的热处理后的污泥 产生的蒸气直接加热。反应器14在规定的压力下对从预热装置13导入的预热后的污泥进行加热、热处 理、使其液态化。为此，将从加热源设备作即锅炉27产生的高温蒸气通过升压设备28升压 到规定压力而供给到该反应器14中，并对污泥进行加热加压。此外，作为加热用而设有加热器23。在锅炉27的燃料中，可以使用从厌气处理装置(以下作为消化槽进行说明)22通过其消化反应产生的包括甲烷的生物气体(消化气体)。在此情况下，将生物气体通过脱硫 装置29脱硫，供给到锅炉27中而使其燃烧。消化槽22通过厌气菌的作用将投入的污泥转换为生物气体，为了导入经由预热 装置13排出的排出污泥，其入口部经由移送阀30、作为温度调节装置的蒸发器31、移送泵 32而与蒸发器部16的出口部连接。作为上述温度调节装置的蒸发器31将经由预热装置 13排出的排出污泥调节为适合于厌气处理的温度，设定为比预热装置13低的内部压力，导 入经由该预热装置13排出的高温的污泥，通过与预热装置13的内部压力差来产生蒸气，使 污泥温度下降到适当的温度。所产生的蒸气只要经由压力调节阀33通过真空泵34导出、 并利用于装置内热源等就可以。另外，投入到消化槽22中的污泥的、转换为生物气体后的剩余的固态成分在通过 脱水机35脱水后，被进行焚烧或埋掉处理。在上述结构中，污泥11通过预热装置13的直接热交换器部15导入到热处理用的 反应器14。热处理后的污泥导入到预热装置13的蒸发器部16，通过了该蒸发器部16的污 泥导入到后接的消化槽22。在消化槽22中产生的包括许多甲烷气体的气体成分通过气体 配管通过脱硫设备29之后供给到锅炉27中并燃烧。在消化槽22中处理后的污泥的剩余 的固态成分在脱水处理后被丢弃。以下，详细地说明。污泥11 (设为温度20°C)首先被浓缩机12浓缩为含水率97% 以下。该浓缩污泥通过移送泵18导入到在预热装置13的上部构成的直接热交换器部15。 另一方面，在该直接热交换器部15的下部一体构成的蒸发器部16中，从反应器14导入通 过后述的热处理成为高温高压的热处理后的污泥。这里，预热装置13的一体型容器的内部压力通过安全阀25被设定为202kPa。 艮口，安全阀25是如果成为设定压力以上则打开的机构的阀，所以通过将其设定压力设定为 202kPa，能够容易地调节内部压力。该内部压力被设定为比反应器14的内部压力低。如周 知，在饱和蒸气压与水温之间存在如图8所示的关系。因此，通过导入到蒸发器部16中的 高温(设为220°C )，比蒸发器部16的内部压力高压的热处理后的污泥因周围压力的下降 而一边产生蒸气一边降温至120°C。使该蒸发热在上部的直接热交换器部15中直接接触 到热处理前的污泥。由此，将热处理前的污泥从20°C加温到(120-a)°C (α是热损失量， 1 5°C左右)并预热。由预热装置13预热后的污泥通过移送泵19导入到反应器14。在反应器14中， 从锅炉27得到的高温蒸气由升压器28升压后供给。此外，通过作为其他热源而用加热器 23加温，将反应器14内升温升压到220°C、2. 3MPa。通过这样的高温高压环境下的加压热 水处理(以下称作水热处理)，使高分子的固态有机物低分子化、液态化。例如，在将来自污 水处理厂的生物反应槽的抽取污泥即剩余污泥作为对象的情况下，通过水热处理将污泥的 固态成分的70 80%变换为液态成分。这样热处理后的液态化的220°C的高温污泥由于反应器14与预热装置13的内部 压力差，通过打开操作移送阀20而被移送、导入到蒸发器部16。导入到蒸发器部16中的 污泥通过从2. 3MPa减压到202kPa而气化，被带走热量，从而如上述那样从220°C降温到 120°C。该降温量成为高温蒸气，如上所述，在直接热交换器部15中与热处理前的污泥直接接触，将污泥加温到(120-a)°C而预热。在蒸发器部16中降温到120°C的污泥由于蒸发器部16与连接在其排出侧的别的 蒸发器31的压力差，通过对移送阀30进行开操作而被导入到蒸发器31。蒸发器31预先通 过真空泵34和压力调节阀33减压到74kPa。因此，导入到蒸发器31中的120°C的污泥由 于上述压力差，降温到适合于后接的消化槽22中的厌气处理的温度40°C。该降温到40°C的污泥由移送泵32从蒸发器31移送、投入到消化槽32。并且，在 消化槽32中，通过厌气菌的作用转换为生物气体。在消化槽32中产生的包含60%以上甲 烷的生物气体由脱硫设备29除去硫化氢之后，在锅炉27中燃烧。在锅炉27中产生的蒸气 的至少一部分如上所述利用于污泥的热处理的加温。当然，也可以作为其他热源使用。另 夕卜，转换为生物气体后的剩余的固态成分由脱水机35脱水后，被进行焚烧或埋掉处理。这样，使热处理后的污泥气化时的蒸气与热处理前的污泥不经由传热面而直接接 触，所以与以往的对热处理前的污泥与热处理后的污泥经由传热面进行热交换的热交换器 相比，能够得到高的热交换效率。在此情况下，作为从外部供给的热量，只要是在反应器14 中使污泥上升从(120-(1)1到2201的1001所需要的热量就可以，能够进行2001的量的 加温。此外，能够做成构造简单而不易发生故障的热交换装置。此外，通过热处理，污泥被低分子化而成为容易被微生物利用的成分，所以与不进 行热处理的情况相比，能够使甲烷气体的产生量增加。此外，由于被低分子化，所以分解速 度变快，所以能够将消化日数(消化槽的滞留时间)也削减到以往的1/3左右。S卩，能够以 以往的消化槽的约1/3的容积来进行处理。此外，通过220°C的热处理，污泥变得容易脱水， 并且固态成分分解为液态成分，由此产生污泥量与不进行热处理的情况相比被削减70 80%，能够大幅地削减废弃污泥的产生量。另外，各部的污泥温度并不限定于上述实施方式，只要是通过从热处理后的污泥 产生的气化热将热处理前的污泥加温的形态就可以。即，只要是作为亚临界状态的374°C以 下的温度范围，是以怎样的温度为对象的形态都可以。此外，也可以不是从升压器28对反应器14直接吹入水热处理用的蒸气的结构，而 是从直接热交换器部15将蒸气吹入到通往反应器14的配管中(移送泵19的下游侧)、将 移送中途的污泥加温的结构。进而，作为对于反应器14的热源，并不限于将消化气体通过锅炉27燃烧时的蒸 气，也可以是在通过生物气体使发电机工作的情况下产生的排热、例如气体涡轮的排气等， 此外，在将脱水后的污泥进行焚烧处理的情况下，也可以使用该焚烧炉的气体。接着，说明图2所示的实施方式。在该实施方式中，与图1的实施方式相比，预热装置13的内部压力调节部分不同。 艮口，不是如图1那样通过安全阀25调节预热装置13的内部压力的调节，而是如图2所示， 设置压力调节阀37，通过将其开放，使预热装置13的内部压力成为大气压。因此，在蒸发器 部16中，将从反应器14导入的热处理后的污泥降温到基于大气压的100°C，使此时产生的 蒸气在直接热交换器部15中直接接触到热处理前的污泥，加温到(100-α ) ！而预热。由预热装置13预热后的污泥通过移送泵19导入到反应器14。对导入到反应器14 中的污泥在高温高压环境下进行水热处理，高分子的固态有机物被低分子化，成为180°C的 液态化的污泥。这样通过热处理液态化的180°C的高温污泥因反应器14与预热装置13的内部压力差而导入到蒸发器部16并被气化、带走热量，如上所述降温到基于大气压的100°C。 该降温量成为高温蒸气，如上述那样在直接热交换器部15中与热处理前的污泥直接接触， 加温到(100-a) °C而预热。该降温到100°C的污泥导入到连接在蒸发器部16的排出侧的蒸发器31，通过压力 差而降温到适合于后接的消化槽22中的厌气处理的温度40°C。这以后的动作与图1所示 的实施方式相同，省略说明。这样，通过采用图2所示的结构，不再需要多余的设备，能够实现故障更少的系 统。另外，向适合于消化槽22中的厌气处理的温度40°C的降温是通过使用真空泵34 减压而降温的，但也可以另外设置冷却器而降温，也可以通过与更低温的水的热交换来进 行。接着，说明图3所示的实施方式。在该实施方式中，与图1的实施方式相比，从反应器14取出热处理后的污泥的固 态成分的结构不同。即，在反应器14的底部积存热处理后的污泥的固态成分，所以在其底 部上连接具有抽取阀38的固态成分抽取装置39，使反应器14具有固液分离功能。被固液 分离并由固态成分抽取装置39从反应器14中抽取的热处理后污泥的固态成分通过具有移 送泵40的配管供给到消化槽22中。此外，被固液分离的热处理后污泥的液态成分通过排 出管路供给到预热装置13的蒸发器部16中。S卩，图3的结构是具备从反应器14的下方抽 取固态成分的机构38、39、将液态成分导入到预热装置13的蒸发器部16中的结构。这里，热处理后的污泥的固液分离通过由连接在反应器14的底部上的抽取阀38 间歇地抽取固态成分来进行。热处理污泥的沉降性良好，固态成分沉降到下方。作为反应 器14的上方澄清部分的液态成分导入到预热装置13的蒸发器部16中。预先将包括该蒸 发器部16的预热装置13的容器内的压力调节为202kPa。由此，热处理后污泥的液态成分 降温到120°C。导入到预热装置13的蒸发器部16中的热处理后污泥的液态成分的在蒸发器部16 中减压时的温度上升的量的蒸气量减少相当于通过固液分离减少的固态成分的体积量的 量(设减少的体积为β :0. 2 0. 3)，对于热处理前污泥的直接热交换器部15中的预热量 下降。因此，相应地，与图1的实施方式的情况相比，从直接热交换器部15流出的污泥的温 度上升变小。即，从直接热交换器部15流出的污泥的温度成为(120-α)Χ(1-β) 。因 此，从外部对反应器14供给的需要热量变大。但是，从反应器14到包括预热装置13的蒸 发器部16的排出流路的网眼堵塞变少，能够做成稳定的系统。从预热装置13的蒸发器部16流出的液态成分导入到蒸发器31中，被降温到40°C 附近之后，投入到消化槽22。通过固液分离从反应器14抽取的固态成分与降温到40°C附 近的液态成分一起如上述那样投入到消化槽22。其他作用与图1的实施方式同样，省略说明。根据该实施方式，由于使热处理后的溶液气化时的蒸气不经由传热面而与热处 理前的污泥直接接触，所以能够得到比以往型的热交换器高的热交换效率，仅通过上升约 100°C所需要的热量就能够进行200°C量的加温。此外，为了预热，通过蒸发器部16排出的 热处理后的污泥的液态成分预先被除去固态成分，所以能够做成移送管及移送阀等的流路的堵塞较少的系统结构。另外，固液分离仅通过重力沉降就能够进行，并且不投入新的装置(膜、离心浓 缩)、高分子凝聚剂等的药品，所以能够以便宜的成本实现。当然，固液分离也可以通过离心 分离、膜分离来进行。但是，用于膜分离的膜只能是金属膜那样的具有高温耐受性的膜。此 夕卜，固液分离后的固态成分并不一定要投入到消化槽22中，为了对其一部分再次进行热处 理，也可以返送到设置在前级中的浓缩机12的后级。此外，也可以不用消化槽22处理而直 接进行脱水处理。接着，说明图4所示的实施方式。在该实施方式中，是将一体构成有直接热交换器部15和蒸发器部16的预热装置 13以多级(在图中的例子中是3级)设置的结构。即，多个预热装置(设为3台预热装置 13A、13B、13C)将它们的直接热交换器部15A、15B、15C串联连接在从浓缩机12的出口部到 反应器14的入口部的污泥的供给路径上，此外将它们的蒸发器部16A、16B、16C被多级串联 连接在从反应器14的出口部到蒸发器31的入口部的热处理后污泥的排出路径上。此外，将这些多个预热装置13A、13B、13C的内部压力设定为从反 应器14看随着朝 向下游方向(随着从图示右侧向着左侧)依次变低。即，进行压力调节，以使从反应器14看 最下游侧的预热装置13A(以下设为第1预热装置，朝向右侧依次设为第2、第3预热装置) 的内部压力最低。例如，将第1预热装置13A的内部压力通过压力调节阀42及与蒸发机31 共通的真空泵34控制为19. 9kPa。将第2预热装置13B的内部压力通过压力调节阀37的 大气开放而控制为lOOkPa。将第3预热装置13C的内部压力通过安全阀25控制为360kPa。 通过这些压力控制，能够将从反应器14供给、从各预热装置13A、13B、13C流出的蒸发后的 污泥温度分别控制为60°C、IOO0C、140°C。在上述结构中，污泥11 (设为温度20°C )由浓缩机12浓缩为含水率97%以下，并 通过与减压为大气压以下的第1预热装置13A的压力差经由移送阀41导入到直接热交换 器部15A中。导入到该直接热交换器部15A中的热处理前的污泥如后述那样由在下部的蒸 发器部16A产生的蒸气加热，从20°C预热到(60-aire ( a 1是第1预热装置13A的热损
失量)。由第1预热装置13A预热的热处理前的污泥通过第1移送泵19A导入到第2预热 装置13B的直接热交换器部15B中，并如后述那样由在下部的蒸发器部16B产生的蒸气进 行加热，预热到(100- a 1- a 2) °C ( α 2是第2预热装置13Β的热损失量)。同样，由第2预热装置13Β预热的热处理前的污泥通过第2移送泵19Β导入到第3 预热装置13C的直接热交换器部15C中，并如后述那样由在下部的蒸发器部16C产生的蒸 气进行加热，预热到(140- a 1- a 2- a 3 136) °C ( α 3是第3预热装置13C的热损失量)。进而，由第3预热装置13C预热的热处理前的污泥通过第3移送泵19C导入到反 应器14内。在反应器14中，高温排热通过升压器28升压到IMPa附近而被施加到其中，该 高温排热来自将从后接的消化槽22产生的生物气体经由脱硫装置29及硅氧烷除去装置42 而作为燃料的发电设备43。此外，作为其他热源而用加热器23加热。反应器14由此能够 使导入的污泥升温到180°C而进行水热处理。通过该水热处理，将高分子的固态有机物低分 子化、液态化。例如，在将污水处理厂的剩余污泥作为对象的情况下，通过水热处理将污泥 的固态成分的40 50%变换为液态成分。
这样热处理后的液态化的180°C的高温污泥由于反应器14与第3预热装置13C的 内部压力差，通过打开操作移送阀20C来被移送、导入到蒸发器部16C中。导入到蒸发器部 16C中的污泥从IMPa被减压到360kPa而气化，被带走热量，如上所述降温到140°C。该降 温量成为高温蒸气，如上所述，在直接热交换器部15C中与热处理前的污泥直接接触，加温 至 Ij (140-α 1-α 2-α 3 ^ 136) °C 而预热。降温到140°C的污泥由于第3预热装置13C与第2预热装置13B的内部压力差， 通过将移送阀20B打开操作来移送、导入到蒸发器部16B中。导入到蒸发器部16B中的污 泥从360kPa被减压到IOOkPa而气化，被带走热量，如上所述被降温到100°C。该降温量 成为高温蒸气，如上所述，在直接热交换器部15B中与热处理前的污泥直接接触，加温到 (100-α l-α 2)°C 而预热。
降温到100°C的污泥由于第2预热装置13B与第1预热装置13A的内部压力差，通 过将移送阀20A打开操作来移送、导入到蒸发器部16A中。导入到蒸发器部16A中的污泥从 IOOkPa被减压到19. 9kPa而气化，被带走热量，如上所述被降温到60°C。该降温量成为高温 蒸气，如上所述，在直接热交换器部15B中与热处理前的污泥直接接触，加温到(60-a 1)°C 而预热。降温到60°C的由于通过蒸发器部16A与连接在其排出侧的别的蒸发器31的压力 差，通过将移送阀30打开操作来导入到蒸发器31中，降温到适合于后接的消化槽22中的 厌气处理的温度40°C。以后的动作与上述各实施方式是同样的，省略说明。在该实施方式中，通过采用将多个预热装置13A、13B、13C的直接热交换器部15A、 15B、15C串联连接的结构，能够将热处理前的污泥预热到约136°C，所以在反应器14中，仅 从外部投入使得升温到180°C的44°C的量的热就可以。这样的升温到180°C的热处理带来 的可溶化率比将温度提高到220°C的情况低，但后级的消化槽22中的处理带来的最终的可 溶化率(污泥的减容化率)可以期待80%以上的减容化。此外，关于在提高了温度时成为 问题的色度，也比升温到220°C的情况好。此外，各预热装置13A、13B、13C的压力调节关于得到100°C以下的温度的第1预热 装置13A，只要用与蒸发器31共用的1台真空泵34减压就可以，关于得到100°C的第2预 热装置13B，通过释放到大气压来进行调节，所以压力调节用泵的初期投资较便宜。另外，预热装置13的连接台数并不限于3级，只要是2级以上，设为几级都可以。 在某种程度的级数以内，越是设为多级则从外部的投入能量需要越少，作为系统整体的热 回收率提高。但是，由于需要多个容器及泵、阀等，成为更复杂的结构，所以优选地选择两者 平衡的台数。此外，关于将热处理后污泥从60°C降温到适合于消化槽22中的处理的40°C的手 段，并不限于将蒸发器31通过真空泵34减压的手段，也可以是通过另外的冷却器来冷却的 手段。此外，也可以是将热处理前的20°C的污泥与热处理后污泥通过经由传热面的通常的 热交换方法热交换的手段。接着，说明图5所示的实施方式。该实施方式与图4的实施方式同样，是将多个(在此情况下也为3台)预热装置 13A、13B、13C串联连接的结构，但构成为，在某个特定的预热装置(在图中的例子中是第2 级预热装置13B)中使热处理前的污泥一下子升温。为此构成为，在任意的两个预热装置间(在此情况下是13A、13B间)的热处理后污泥的排出路径上设置蒸发器45，并连接配管，以 使在该蒸发器45生成的蒸气和从发电设备43产生的排热吹入到第2段的预热装置13B的 直接热交换器部15B。这里，蒸发器45的内部压力被设定为，从由反应器14看成为上游侧的预热装置 13B，包括自己朝向下游侧的预热装置13A依次变低。并且，设有配管，该配管如上所述用于 将由从上游侧蒸发器部16B导入的热处理后污泥通过与上游侧的压力差产生的蒸气供给 到预热装置13B的直接热交换器部15B中。这里，第1、第2、第3预热装置13A、13B、13C、以及设置在预热装置13A、13B之间的 蒸发器45的内部压力如以下这样设定。例如，第1预热装置13A通过真空泵34和压力调节 阀42将内部压力控制为19. 9kPa，将蒸发器45的内部压力通过大气开放而控制为IOOkPa, 第2、第3预热装置13B、13C的内部压力通过设定为不同的压力的安全阀25、46将压力控制 为360kPa、IMPa附近。由此，能够将热处理后的污泥的温度分别控制为60°C、100°C、140°C、 180 °C。
在反应器14中，用升压器28将来自发电设备43的高温排热升压到22MPa附近， 从而升温到220°C，将导入的污泥进行水热处理。在上述结构中，通过浓缩机12浓缩为含水率97%以下的20°C的污泥11导入到第 1预热装置13A的直接热交换器部15A中，由在下部的蒸发器部16A中产生的蒸气进行加 热，从20°C预热到(60- α 1) °C ( α 1是第1预热装置13Α的热损失量)。由第1预热装置13Α预热的热处理前的污泥导入到第2预热装置13Β的直接热交 换器部15Β中。对该直接热交换器部15Β，如上述那样注入从发电设备43产生的排热、由蒸 发器45产生的蒸气，并且在下部的蒸发器部16Β产生的蒸气分别与污泥直接接触，由此从 (60-α 1)°C一下子升温到 140°C。这样在第2预热装置13B中预热到140°C的热处理前的污泥导入到第3预热装 置13C的直接热交换器部15C中，由在下部的蒸发器部16C产生的蒸气进行加热，预热到 (180-α 3) 0C (0 3是第3预热装置13(的热损失量)。进而，在第3预热装置13C中预热到(180- α 3) V的热处理前的污泥导入到反应器 14内。反应器14如上述那样被升压到22MPa附近，所以使导入的污泥升温到220°C而进行 水热处理。通过该水热处理，将高分子的固态有机物低分子化、液态化。这样热处理后的液态化的220°C的高温污泥通过反应器14与第3预热装置13C的 内部压力差而导入到蒸发器部16C中，通过从22MPa被降压到IMPa而气化，降温到180°C。 该降温量成为高温蒸气，在直接热交换器部15C中与热处理前的污泥直接接触，如上述那 样加温到(180-α 3) °C而预热。降温到180°C的污泥通过第3预热装置13C与第2预热装置13B的内部压力差而 导入到蒸发器部16B中，通过从IMPa降压到360kPa而气化，降温到140°C。该降温量成为 高温蒸气，在直接热交换器部15B中，与来自蒸发器45的蒸气及来自发电设备43的排热一 起与热处理前的污泥直接接触而预热。降温到140°C的污泥通过第2预热装置13B与蒸发器45的内部压力差而导入到蒸 发器45中，通过从360kPa降压到IOOkPa而气化，降温到100°C。该降温量成为高温蒸气， 被吹入到从反应器14看成为上游侧的第2直接热交换器部15B，如上述那样与来自蒸发器部16B的蒸气、以及来自发电设备43的排热一起与热处理前的污泥直接接触，一下子升温到140°C而预热。降温到100°C的污泥通过蒸发器45与第1预热装置13A的内部压力差而导入到蒸 发器部16A，通过从IOOkPa降压到19. 9kPa而气化，降温到60°C。该降温量成为高温蒸气， 在直接热交换器部15B中与热处理前的污泥直接接触，加温到(60-a 1)°C而预热。降温到60°C的污泥导入到高温消化槽(基于60°C的高温菌进行的消化)，进一步 被减容化。以后的动作与上述各实施方式同样，省略说明。根据该实施方式，热处理前的污泥在第2预热装置13B的直接热交换器部15B中 从60°C—下子升温到140°C，所以将容易发生蛋白质凝固的60°C 100°C的区域一下子升 温，能够实现由蛋白质凝固物造成的配管的堵塞、向容器的附着较少的系统。此外，通过采用将由蒸发器45产生的蒸气吹入到第2直接热交换器部15B的结 构，能够有效利用在进行蒸发器45的减压时产生的热。进而，通过使后级的消化槽22为高温消化槽，不再需要将60°C的污泥降温到 40°C，所以不再需要用来将温度降温到40°C的设备，能够使结构简单化。另外，在后级的消化槽22中不使用高温消化槽的情况下，虽然需要将60°C的污泥 降温到40°C，但在此情况下，如图6所示，只要使较低温(20°C )的原污泥111混合到向消 化槽22供给的热处理后的污泥中就可以。即，作为热处理后污泥的温度调节装置，只要使 用连接到从预热装置13A的热处理后污泥排出部向消化槽22的管路上、对于在该管路中流 通的排出污泥混合未进行热处理的污泥的装置就可以。这里，在将热处理对象的污泥11作为从污水处理厂的生物反应槽产生的污泥(称 作剩余污泥)的情况下，将污水处理厂的生物处理前的从沉淀池产生的污泥111称作原污 泥。原污泥与剩余污泥的产生量大致是1比1，采用从预热装置13A的热处理后污泥排出部 流出的剩余污泥的热处理污泥与浓缩后的原污泥在配管中混合的结构。在图6的实施方式中，关于剩余污泥的热处理部分，与图5的实施方式是同样的。 在图6的实施方式中，通过将从预热装置13A的热处理后污泥排出部流出的60°C的热处理 后污泥与没有实施热处理的20°C的原污泥111以1比1的比例混合，降温到适合于消化槽 22中的处理的40°C。即，将原污泥与剩余污泥的混合污泥(40°C )导入到消化槽22。根据图6的实施方式，由于对消化槽22中的生物分解性较低的剩余污泥进行热处 理、对生物分解性较高的原污泥不进行热处理而投入，因此不需要用来将原污泥升温的设 备、能量，所以与将两者的污泥升温的情况相比经济性较好。此外，由于对生物分解性较低 的剩余污泥进行了热处理，因此能够实现消化槽22中的气体产生量的增大、消化槽容量的 削减、废弃污泥量的减容化。此外，由于通过原污泥与剩余污泥的混合从60°C降温到40°C，所以不需要用来将 剩余污泥从60°C降温到40°C的特别的设备，能够利用作为污水处理厂的已有设备的消化 槽(基于40°C的中温菌进行的消化)。另外，对象污泥也可以不是如上述那样的原污泥与剩余污泥的混合，例如也可以 采取将污泥的一半进行热处理、将一半不进行热处理的方法，通过热处理后的污泥与没有 热处理的污泥的混合来进行污泥的降温。此外，混合比也并不限于1 1，以怎样的比例混 合都可以。此外，在上述实施方式中，在配管中进行混合，但也可以设置设有搅拌器的混合槽，在该混合槽内进行混合。可以构成为，从图1至图4所示的蒸发器31产生的蒸气不是单单释放到外部、而 是例如作为热水供给设备的热源使用。如果这样构成，则有效利用剩余的热源，带来设施整 体的节能。当然，并不限于热水供给设备，只要是将从蒸发器31产生的蒸气及在被加温的 污泥减压时产生的蒸气用于制冷制暖设备等该污泥处理设施的附带设备的加温、降温的设 备，怎样的设备都可以。接着，说明图7的实施方式。在该实施方式中，在图3所示的包括固液分离的热处理中，设为将液态成分通过 高速厌气反应器46进行例如基于UASB (Upflow AnearobicSludge Blanket 上流式厌氧污 泥床)法的处理、对固态成分进行脱水处理的工艺流程。在上述结构中，反应器14通过在220°C下进行水热处理，如果是污水处理厂的剩 余污泥则固态成分的70 80%可熔化，所以固态成分量为不进行热处理的情况下的20 30%。将该水热处理后污泥的固态成分，用抽取阀38抽取并固液分离，将该固态成分再用 浓缩机48进行无药剂注入的浓缩后，通过脱水器35进行脱水处理并废弃。由于热处理污泥的沉降性较高，所以通过无药剂注入的离心浓缩能够得到较高的 浓缩性，能够降低固态成分的含水率，所以能够进一步削减固态成分的容量。此外，将由浓 缩机48产生的浓缩后的液态成分导入到蒸发器31中，由该蒸发器31降温后，在反应器46 进行UASB处理。另一方面，将从反应器14流出到预热装置13中的液态成分用其蒸发器部 16及蒸发器31降温后，用几乎不产生污泥的UASB工艺进行处理。在UASB工艺中，由于通 过积聚了甲烷生成菌的粒状的颗粒进行处理，所以与一般的消化槽相比，能够以更短的滞 留时间(容积)的处理槽来处理可溶化液。UASB的处理水通过水处理工艺(例如，如果是 污水处理厂，则返送到生物处理槽(曝气槽)之前)处理，最终释放到河流中。根据图7的实施方式，由于将溶液成分通过UASB法处理，所以与通常的消化槽 (滞留时间30天)相比，能够将容积减小到1/30左右，能够实现节省空间的污泥处理工艺。 此外，通过污泥的热处理，与不进行热处理的情况相比，通过热处理带来的可溶化、沉降性 提高，能够将废弃污泥的产生量在容积基础上削减80 90%。进而，通过将来自反应器14 的污泥以无药剂注入进行浓缩处理，能够实现药品的使用量较少、运行成本较低、无机污泥 的产生量较少的工艺。另外，也可以在反应器46的UASB处理工艺的后级，设置基于活性炭的色度处理工 艺。此外，色度处理工艺也可以是UASB处理的前级，进而，并不限于活性炭处理，也可以是 基于活性炭或凝聚剂(铁类的凝聚剂)或OH基或电分解处理等的单独或组合进行的色度 处理工艺。此外，也可以是将污泥脱水后的脱离液也一起进行色度处理的工艺。由此，能够 改善在进行热处理时成为问题的色度。此外，高速的厌气处理工艺的反应器46并不限于UASB工艺，也可以是 EGSB (Expanded Granular Sludge Bed 膨胀颗粒污泥床)反应器、IC (Internal Circulation 内循环)反应器等，只要是能够处理高负荷的有机物的高速反应器，是怎样 的厌气处理工艺都可以。此外，来自反应器14的固态成分的处理也可以不像如图7那样在 浓缩后脱水，而是在浓缩后、实施消化槽的厌气处理之后进行脱水处理。
权利要求
一种污泥处理系统，其特征在于，具备反应器，在规定的压力下对污泥加热而进行热处理；以及预热装置，将连接在向上述反应器供给的污泥的供给路径上的直接热交换器部、和连接在来自上述反应器的热处理后的污泥的排出路径上的蒸发器部一体化，并将该直接热交换器部和蒸发器部的内部保持为比上述反应器内低的压力，使导入到上述直接热交换器部的热处理前的污泥与从通过上述排出路径导入到上述蒸发器部的热处理后的污泥产生的蒸气直接接触而进行加热。
2.如权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，上述预热装置在上述污泥的供给路径上及热处理后污泥的排出路径上被多级串联连 接，将该多个预热装置的内部压力设定为从上述反应器看随着朝向下游方向而依次变低。
3.如权利要求2所述的污泥处理系统，其特征在于，具备蒸发器，该蒸发器设置在上述预热装置被多级串联连接的热处理后污泥的排出路 径上的任意的两个预热装置之间，内部压力被设定为从上述反应器看从上游侧的预热装置 包括自身朝向下游侧的预热装置而依次变低，通过与上游侧的压力差，从由上述上游侧预 热装置导入的热处理后污泥产生蒸气，并且具有用于将该蒸气供给到上述上游侧预热装置 的直接热交换器部的配管。
4.如权利要求1 3中任一项所述的污泥处理系统，其特征在于，具备厌气处理装置，该厌气处理装置对由上述反应器进行热处理、并经由上述预热装 置的蒸发器部排出的热处理后污泥进行厌气处理。
5.如权利要求4所述的污泥处理系统，其特征在于，将从上述厌气处理装置产生的消化气体用作对上述反应槽的加热源设备的燃料。
6.如权利要求4所述的污泥处理系统，其特征在于，具备温度调节装置，该温度调节装置将经由上述预热装置的蒸发器部排出的热处理后 污泥调节为适合于厌气处理的温度。
7.如权利要求6所述的污泥处理系统，其特征在于，上述温度调节装置使用蒸发器，该蒸发器设定为比上述预热装置低的内部压力，导入 经由该预热装置的蒸发器部排出的热处理后的污泥，通过与上述预热装置的内部压力差而 产生蒸气并降低污泥温度。
8.如权利要求6所述的污泥处理系统，其特征在于，上述温度调节装置是连接在从上述预热装置的热处理后污泥排出部向厌气处理装置 的管路上、对于在该管路中流通的排出污泥混合未进行热处理的污泥的装置。
9.如权利要求1 8中任一项所述的污泥处理系统，其特征在于，上述反应器将从热处理后的污泥中分离了固态成分的液态成分通过上述排出路径供 给到上述预热装置的蒸发器部。
10.如权利要求9所述的污泥处理系统，其特征在于，具有将与液态成分分离了的热处理后的污泥的固态成分供给到厌气处理装置的配管。
11.如权利要求9所述的污泥处理系统，其特征在于，具有对与液态成分分离了的热处理后的污泥的固态成分进行浓缩的浓缩机，并且具有 将通过浓缩产生的液态成分经由温度调节用蒸发器供给到厌气处理装置的配管。
12.如权利要求1 11中任一项所述的污泥处理系统，其特征在于， 上述反应器中的热处理是60°C 374°C之间的加热处理或加热加压处理。
全文摘要
不会发生由污泥成分向传热面的附着带来的热交换效率的下降，并且也不发生基于污泥的流路的网眼堵塞而有效地对污泥进行热处理。通过反应器(14)在规定的压力下将污泥加热并进行热处理。用预热装置(13)对于该反应器(14)的热处理前的污泥进行预热。该预热装置(13)是将连接在向反应器(14)供给的污泥的供给路径上的直接热交换器部(15)、和连接在来自反应器(14)的热处理后的污泥的排出路径上的蒸发器部(16)一体化的装置，它们的内部保持为比反应器(14)低的压力。导入到直接热交换器部(15)中的热处理前的污泥通过与从通过排出路径导入到蒸发器部(16)中的热处理后的污泥产生的蒸气直接接触而被预热。
文档编号C02F11/18GK101835715SQ200880112720
公开日2010年9月15日 申请日期2008年10月15日 优先权日2007年10月23日
发明者原口智, 小原卓巳, 山本胜也, 早见德介, 田村博, 足利伸行 申请人:株式会社东芝