特許 5767047 水熱処理方法および水熱処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5767047

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】水熱処理方法および水熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 3/00 20060101AFI20150730BHJP

   C02F 11/08 20060101ALI20150730BHJP

   C02F 11/12 20060101ALI20150730BHJP

   B01J 3/02 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   B01J3/00 AZAB

   C02F11/08

   C02F11/12 C

   B01J3/02 A

   B01J3/02 101A

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-162223(P2011-162223)

(22)【出願日】2011年7月25日

(65)【公開番号】特開2013-22557(P2013-22557A)

(43)【公開日】2013年2月4日

【審査請求日】2014年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】507214083

【氏名又は名称】メタウォーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】坪井 博和

(72)【発明者】

【氏名】藤村 幸裕

【審査官】 池田 周士郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２２４１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０５４０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−００１４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０１０８８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００−１１／２０

Ｂ０１Ｊ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成された外管容器と、前記外管容器内に収容され、内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成された脱水管容器とを用いて、前記脱水管容器内に収容された有機性被処理物に対して、前記脱水管容器内を亜臨界雰囲気に維持しつつ亜臨界雰囲気の水蒸気により水熱処理を行う亜臨界処理工程と、
前記亜臨界処理工程後に、前記脱水管容器内に収容された前記有機性被処理物に対して、前記脱水管容器内を亜臨界雰囲気に維持しつつ前記脱水管容器の内部から外部に向けて圧力を作用させることにより前記有機性被処理物中の液体成分を分離して脱水処理を行う脱水処理工程と、を含む水熱処理方法であって、
前記亜臨界処理工程を、亜臨界雰囲気の水蒸気が冷却されて生じる凝縮水を前記有機性被処理物に対して非接触状態に維持しつつ行い、
前記脱水処理工程を、前記有機性被処理物から分離された液体成分を前記有機性被処理物に対して非接触状態に維持しつつ行う
ことを特徴とする水熱処理方法。

【請求項2】

前記脱水処理工程後に、亜臨界雰囲気に維持されていた前記有機性被処理物の雰囲気圧を大気圧まで減圧する脱気工程と、
前記脱気工程前に前記亜臨界処理工程において生じた前記凝縮水を前記外管容器内および前記脱水管容器内から排出する凝縮水排出工程と、
前記脱水処理工程において生じた前記液体成分を前記外管容器内および前記脱水管容器内から排出する分離ろ液排出工程と、をさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の水熱処理方法。

【請求項3】

内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成された外管容器を有し、内部に脱水管容器を収容可能に構成されているとともに前記脱水管容器の内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成され、前記脱水管容器内に収容された有機性被処理物に対して、前記脱水管容器内を亜臨界雰囲気に維持しつつ亜臨界雰囲気の水蒸気を用いて水熱処理を行う水熱処理手段と、
内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成された前記脱水管容器を有し、前記脱水管容器内を亜臨界雰囲気に維持して前記脱水管容器内に収容された有機性被処理物に対して前記脱水管容器の内部から外部に向けた圧力を作用させることにより前記有機性被処理物から液体成分を分離して脱水処理を行う脱水処理手段と、を有し、
前記水熱処理手段による水熱処理が実行された有機性被処理物に対して前記脱水処理手段による脱水処理を実行可能に構成された水熱処理装置であって、
前記脱水管容器が、前記水熱処理手段による水熱処理によって発生する凝縮水、および前記脱水処理手段による脱水処理によって発生する液体成分を、前記脱水管容器の外かつ前記外管容器内に排出可能に構成され、
前記外管容器は、前記水熱処理手段による水熱処理によって発生して前記脱水管容器外に排出される凝縮水、および前記脱水処理手段による脱水処理によって発生して前記脱水管容器の外部に排出される前記液体成分を前記外管容器外に排出可能に構成され、
前記脱水管容器が前記外管容器内における重力方向に沿った上部に配設されることにより、前記水熱処理手段による水熱処理によって前記外管容器内に貯留される凝縮水と、前記脱水処理手段による脱水処理によって前記外管容器内に貯留される液体成分との少なくとも一方が、前記脱水管容器に接触しないように構成されている
ことを特徴とする水熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機性の被処理物に対して行う水熱処理方法およびこの水熱処理を行う水熱処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水を３７４℃以上の温度かつ２２．１ＭＰａ以上の圧力とし、水の臨界点を超えた状態である、いわゆる水の超臨界状態が知られている。また、水の温度および圧力がこの臨界点に達しない高温高圧状態である、水の亜臨界状態についても研究が進められている。

【0003】

高温高圧状態での水熱処理としては、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１には、有機性汚泥に対して高温高圧処理を行ってスラリー状物質を生成し、このスラリー状物質を脱水処理して脱水固形物を回収し、一方で分離液を浄化する水処理を行う有機性汚泥の処理方法が開示されている。この処理方法においては、高温高圧処理として、有機性汚泥の一定量を処理装置に充填し、加圧スチーム吹き込み手段から加圧スチームを吹き込んで、加熱、加圧、および攪拌を行いながら所定時間反応させる回分式反応が採用されている。

【0004】

また、特許文献１に記載された高温高圧処理を行う処理装置は、いわゆる水熱処理装置として知られている。この水熱処理装置を用いて有機性汚泥を処理する際には、まず、有機性汚泥をスラリー状物質にし、続いて、このスラリー状物質を水熱処理装置から取り出して冷却装置に供給して冷却した後、最終的に脱水装置に供給して脱水し、脱水ケーキとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−０６１８６１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、上述した特許文献１に記載された水熱処理技術においては、高温高圧処理を行う水熱処理装置と、脱水処理を行う脱水装置とが別体に設けられていた。これにより、これらの水熱処理装置および脱水処理装置の設置スペースを広く確保する必要があった。

【0007】

また、特許文献１に記載された処理技術においては、有機性汚泥などの処理被処理物を水熱処理装置において亜臨界状態下でスラリー状物質とした後、このスラリー状物質を冷却装置で冷却し、脱水装置で脱水している。このことから、特許文献１においては、水熱処理装置における高温高圧状態をスラリー状物質の生成に利用しているだけであり、水熱処理装置の高温高圧状態でのエネルギーの有効利用が図られていなかった。

【0008】

そこで、本発明者は、図１６に示すような脱水機構を備えた水熱処理装置を想起した。すなわち、図１６に示すように、この水熱処理装置１００は、フランジ部１０１ａを有する外管容器１０１、開閉バルブ１０２ａを備えた排気管１０２、吸気管１０３、排液管１０４、蓋部１０５、固定治具１０６、シャフト１０７、脱水管蓋部１０８ａを備えた脱水管容器１０８、およびピストン１０９を有して構成されている。

【0009】

この水熱処理装置１００を用いて有機性汚泥に対して亜臨界処理を行う場合には、まず、外管容器１０１の内部の脱水管容器１０８に有機性汚泥を納入する。続いて、吸気管１０３を通じて外管容器１０１の内部に水蒸気を導入し、外管容器１０１および脱水管容器１０８の内部を亜臨界雰囲気として有機性汚泥に対して亜臨界処理を行う。

【0010】

次に、シャフト１０７を脱水管蓋部１０８ａに向けて押し込むことにより、ピストン１０９と脱水管蓋部１０８ａとにより有機性汚泥を圧縮して脱水処理を行う。続いて、開閉バルブ１０４ａを開けて、脱水処理で分離された液体成分を、排液管１０４を通じて外管容器１０１の外部に排出する。その後、開閉バルブ１０２ａを開けて排気管１０２を通じて蒸気を放出し、外管容器１０１の内部を大気圧まで減圧する。

【0011】

このように、水熱処理を行う外管容器１０１と脱水処理を行う脱水管容器１０８とを一体化させることにより、水熱処理に要する装置の省スペース化を図ることができる。また、同一の水熱処理装置において水熱処理と脱水処理とを行うので、これらの処理間での有機性汚泥の搬送が不要になり、水熱処理プロセスの工程数を削減することができる。さらに、脱水時に亜臨界雰囲気としていることにより、有機性汚泥に含まれる液体成分の粘性を低下させて脱水効率を向上させることができる。また、脱水処理後に外管容器１０１の内部の圧力を亜臨界雰囲気の圧力から大気圧まで低下させることにより、有機性汚泥に含まれている１００℃以上の水分を水蒸気として放出させて脱水を行うことができ、脱水効率をより一層向上させることができる。

【0012】

以上のような利点を有する水熱処理装置において、本発明者がさらに実験を行った結果、次のような問題が生じることを知見した。すなわち、脱水管容器１０８の内部に有機性汚泥を収納して亜臨界処理を行うと、外管容器１０１の内部に水蒸気の凝縮水が生じ、その凝縮水に脱水管容器１０８の内部の有機性汚泥が浸り、有機性汚泥中の有機物が凝縮水に漏出してしまう。また、この状態において、続けて脱水処理を行うと、脱水処理によって有機性汚泥から分離された有機物を多く含む分離ろ液が、凝縮水に混合されてしまう。凝縮水は、吸気管１０３を通じて導入された水蒸気が液相となったものであり、比較的清浄であることから、水蒸気の原料として再利用することが可能であるが、この凝縮水に有機物が混合されると、そのまま再利用することが困難になる。この場合、有機物を含有した凝縮水は、廃棄するか、有機物を分離する水処理を行う必要が生じる。

【0013】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、脱水機構を有する水熱処理装置において、使用する水蒸気の凝縮水に有機物が混合しないようにすることができる水熱処理方法および水熱処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る水熱処理方法は、内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成された外管容器と、外管容器内に収容され、内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成された脱水管容器とを用いて、脱水管容器内に収容された有機性被処理物に対して、脱水管容器内を亜臨界雰囲気に維持しつつ亜臨界雰囲気の水蒸気により水熱処理を行う亜臨界処理工程と、亜臨界処理工程後に、脱水管容器内に収容された有機性被処理物に対して、脱水管容器内を亜臨界雰囲気に維持しつつ脱水管容器の内部から外部に向けて圧力を作用させることにより有機性被処理物中の液体成分を分離して脱水処理を行う脱水処理工程と、を含む水熱処理方法であって、亜臨界処理工程を、亜臨界雰囲気の水蒸気が冷却されて生じる凝縮水を有機性被処理物に対して非接触状態に維持しつつ行い、脱水処理工程を、有機性被処理物から分離された液体成分を有機性被処理物に対して非接触状態に維持しつつ行うことを特徴とする。

【0015】

本発明に係る水熱処理方法は、上記の発明において、脱水処理工程後に、亜臨界雰囲気に維持されていた有機性被処理物の雰囲気圧を大気圧まで減圧する脱気工程と、脱気工程前に亜臨界処理工程において生じた凝縮水を外管容器内および脱水管容器内から排出する凝縮水排出工程と、脱水処理工程において生じた液体成分を外管容器内および脱水管容器内から排出する分離ろ液排出工程と、をさらに含むことを特徴とする。

【0016】

本発明に係る水熱処理装置は、内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成された外管容器を有し、内部に脱水管容器を収容可能に構成されているとともに脱水管容器の内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成され、脱水管容器内に収容された有機性被処理物に対して、脱水管容器内を亜臨界雰囲気に維持しつつ亜臨界雰囲気の水蒸気を用いて水熱処理を行う水熱処理手段と、内部を亜臨界雰囲気に維持可能かつ大気圧まで減圧可能に構成された脱水管容器を有し、脱水管容器内を亜臨界雰囲気に維持して脱水管容器内に収容された有機性被処理物に対して脱水管容器の内部から外部に向けた圧力を作用させることにより有機性被処理物から液体成分を分離して脱水処理を行う脱水処理手段と、を有し、水熱処理手段による水熱処理が実行された有機性被処理物に対して脱水処理手段による脱水処理を実行可能に構成された水熱処理装置であって、脱水管容器が、水熱処理手段による水熱処理によって発生する凝縮水、および脱水処理手段による脱水処理によって発生する液体成分を、脱水管容器の外かつ外管容器内に排出可能に構成され、外管容器は、水熱処理手段による水熱処理によって発生して脱水管容器外に排出される凝縮水、および脱水処理手段による脱水処理によって発生して脱水管容器の外部に排出される液体成分を外管容器外に排出可能に構成され、脱水管容器が外管容器内における重力方向に沿った上部に配設されることにより、水熱処理手段による水熱処理によって外管容器内に貯留される凝縮水と、脱水処理手段による脱水処理によって外管容器内に貯留される液体成分との少なくとも一方が、脱水管容器に接触しないように構成されていることを特徴とする。

【0017】

本発明において、水の亜臨界状態とは、温度が１００℃以上３７４℃以下、圧力が０．１ＭＰａ以上２２．１ＭＰａ以下の状態を言い、被対象物が有機性汚泥の場合には、好適には、温度は１２０℃以上２００℃以下、圧力は０．２ＭＰａ以上１．６ＭＰａ以下とする。また、本発明において、典型的には、有機性被処理物は有機性汚泥である。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係る水熱処理方法および水熱処理装置によれば、脱水機構を有する水熱処理装置において、使用する水蒸気の凝縮水に有機物が混合させないようにしつつ、水熱処理を実施することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態による水熱処理装置を示す図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態による水熱処理方法を示すフローチャートである。

【図3】図３は、本発明の第１の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図5】図５は、本発明の第１の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図6】図６は、本発明の第１の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図7】図７は、本発明の第１の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図8】図８は、本発明の第２の実施形態による水熱処理装置を示す図である。

【図9】図９は、本発明の第２の実施形態による水熱処理方法を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、本発明の第２の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図11】図１１は、本発明の第２の実施形態による水熱処理装置の脱水管容器の内部における押圧攪拌部による有機性汚泥の攪拌動作を説明するための略線図である。

【図12】図１２は、本発明の第２の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図13】図１３は、本発明の第２の実施形態による水熱処理装置の脱水管容器の内部における押圧攪拌部による有機性汚泥の脱水動作を説明するための略線図である。

【図14】図１４は、本発明の第２の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図15】図１５は、本発明の第２の実施形態による水熱処理装置の動作を説明するための略線図である。

【図16】図１６は、本発明の課題を説明するための水熱処理装置の略線図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

【0021】

まず、本発明の第１の実施形態による水熱処理装置について説明する。図１に、この第１の実施形態による水熱処理装置を示す。

【0022】

図１に示すように、この第１の実施形態による水熱処理装置は、水熱処理装置本体１と貯留タンク２とから構成されている。水熱処理装置本体１は、外管容器３、排気管４、吸気管５、排液管６、廃液管７、固定治具８、回転並進機構９、シャフト１０、および脱水管容器１１を有して構成されている。貯留タンク２には、排気管２１および給液管２２が設けられている。水熱処理装置本体１の排液管６と貯留タンク２の給液管２２とは、バルブ２３を介して連結されている。

【0023】

水熱処理装置本体１の外管容器３は、円筒形状の部分を有し、その長手方向が重力方向に対して垂直になるように設けられている。外管容器３の円筒部分の回転並進機構９側の一端にはフランジ部３ａが設けられているとともに、他端には蓋部３ｂが設けられている。蓋部３ｂは、固定治具８によって、外管容器３のフランジ部３ａとは反対側の一端に固定され、固定治具８を取り外すことにより、外管容器３から取り外すことができる。

【0024】

また、外管容器３の内部においては、重力方向に沿った上部に円筒形状の部分を有する脱水管容器１１が設けられており、重力方向に沿った下部には、凝縮水や分離ろ液などの液体を貯留可能な空間３ｃが形成されている。この空間３ｃの貯留容量は、あらかじめ計測された、外管容器３の内部に貯留される凝縮水や分離ろ液などの液体の最大量よりも大きくなるように構成されている。これにより、外管容器３は、その内部に凝縮水や分離ろ液が最大量貯留された場合であっても、この貯留された液体が脱水管容器１１に接触しないように構成されている。

【0025】

脱水管容器１１の一端には、脱水管容器１１と着脱可能で蓋部３ｂに連結された脱水管蓋部１１ａが設けられており、蓋部３ｂを外管容器３から取り外すときに、併せて脱水管蓋部１１ａも脱水管容器１１から取り外すことができるようになっている。なお、蓋部３ｂと脱水管蓋部１１ａとを連結させることなく、別々に取り外し可能に構成してもよい。

【0026】

また、脱水管容器１１の円筒部分の一部には、複数の開口部１１ｂが形成されている。この第１の実施形態において、これらの複数の開口部１１ｂは、円筒部分のうちの脱水管容器１１の長手方向に沿った帯状部分に形成されている。これらの開口部１１ｂが形成された帯状部分以外は、開口部１１ｂが設けられていない部分円筒曲面となっている。

【0027】

また、脱水管容器１１の内部には、その円筒の内面に部分的に沿った円柱形状のピストン１２が設けられている。このピストン１２には、フランジ部３ａおよび脱水管容器１１の一端を貫通したシャフト１０が連結されている。シャフト１０は、その一端が回転並進機構９に支持されており、回転並進機構９によって、長手方向に沿って並進運動可能に構成されているとともに、シャフト１０の軸を中心として回転運動可能に構成されている。回転並進機構９によってシャフト１０を並進させることにより、脱水管容器１１の内部においてピストン１２を並進させることができるように構成されている。また、回転並進機構９によってシャフト１０を軸中心に回転させることにより、脱水管容器１１を、その円筒形状の円断面の中心でシャフト１０の軸と一致した軸を中心に、回転させることができるように構成されている。

【0028】

また、排気管４の外気側の一端には、排気管４を通じて外管容器３の内部を外気や所定の外部装置に開放するための開閉バルブ４ａが設けられている。また、吸気管５ａは、気体供給装置（図示せず）から外管容器３の内部で脱水管容器１１の外部に水蒸気などの気体を供給可能に構成され、吸気管５ｂは、気体供給装置から脱水管容器１１の内部に水蒸気などの気体を供給可能に構成されている。

【0029】

また、排液管６は、外管容器３の内部の液体を、バルブ２３を介し給液管２２を通じて貯留タンク２に供給する配管である。また、廃液管７は、外管容器３の内部の液体を、開閉バルブ７ａを通じて外管容器３の外部に排出するための配管である。また、貯留タンク２の排気管２１の一端には、貯留タンク２の内部を外気や所定の外部装置に開放するための開閉バルブ２１ａが設けられている。

【0030】

次に、以上のように構成された水熱処理装置を用いた水熱処理方法について説明する。図２に水熱処理方法のフローチャートを示し、図３〜図７に水熱処理方法のそれぞれの工程における水熱処理装置の動作状態を示す。

【0031】

図２に示すように、この第１の実施形態による水熱処理方法においては、まず、亜臨界処理工程を行う（ステップＳＴ１）。この亜臨界処理工程においては、図３に示すように、まず固定治具８を外して蓋部３ｂおよび脱水管蓋部１１ａを取り外し、脱水管容器１１の内部に有機性被処理物としての有機性汚泥３１を収納した後、蓋部３ｂおよび脱水管蓋部１１ａを取り付けて固定治具８により外管容器３と蓋部３ｂとを密着固定させ、外管容器３の内部を密閉する。なお、有機性汚泥３１の収納時においては、脱水管容器１１の帯状部分に形成された複数の開口部１１ｂは、重力方向に沿って脱水管容器１１の下部に位置しており、有機性汚泥３１によって閉塞される。

【0032】

次に、開閉バルブ４ａ，７ａ，２１ａおよびバルブ２３を閉状態に維持しつつ、外部に設置された、例えばボイラーなどの水蒸気供給機構（図示せず）から吸気管５ａ，５ｂを通じて、高温高圧雰囲気の水蒸気をそれぞれ外管容器３の内部および脱水管容器１１の内部に供給する。ここで、この第１の実施形態においては、水蒸気供給機構から供給する水蒸気の温度を１３３℃以上２１２℃以下、具体的には例えば２１０℃とする。これによって、外管容器３の内部および脱水管容器１１の内部が、亜臨界状態で高温高圧雰囲気の水蒸気で満たされる。

【0033】

そして、外管容器３の内部および脱水管容器１１の内部を亜臨界状態で高温高圧雰囲気に維持しつつ、回転並進機構９によりシャフト１０をその軸中心に揺動させることにより、脱水管容器１１を揺動させる。これにより、脱水管容器１１の内部の有機性汚泥３１が攪拌されて有機性汚泥３１の全体に水蒸気が行き渡り、有機性汚泥３１に対する亜臨界処理が行われる。また、外管容器３の空間３ｃには、供給された水蒸気が凝集されて凝縮水３２が貯留される。このとき、この凝縮水３２は所定量発生するが、外管容器３の底部に形成された空間３ｃは、凝縮水３２が生じる最大量以上の貯留容量を有する。そのため、外管容器３の内部において、脱水管容器１１の部分が凝縮水３２に浸漬されず、有機性汚泥３１が凝縮水３２に浸漬されないので、凝縮水３２と有機性汚泥３１とは非接触状態に維持される。したがって、有機性汚泥３１に含まれる有機物が凝縮水３２に漏出しないようにすることができるので、凝縮水３２を比較的清浄に維持することができる。

【0034】

次に、図２に示すように、凝縮水排出工程を行う（ステップＳＴ２）。この凝縮水排出工程においては、図４に示すように、外管容器３の内部を亜臨界状態の高温高圧雰囲気に維持しつつ、バルブ２３を開けて開状態にする。これにより、外管容器３の内部の高圧雰囲気によって凝縮水３２に雰囲気圧力が作用し、凝縮水３２が外管容器３から排液管６および給液管２２を通じて貯留タンク２に急速に供給される。ここで、外管容器３の内部で生じた凝縮水３２は、有機性汚泥３１に接触していないことから、清浄なまま貯留タンク２に供給される。また、バルブ２３が開状態となっていることから、外管容器３の内部の凝縮水３２が貯留タンク２に供給されると、貯留タンク２の内部の雰囲気も外管容器３の内部と同様の高温高圧雰囲気となる。

【0035】

次に、図２に示すように、脱水工程を行う（ステップＳＴ３）。この脱水工程においては、図５に示すように、まず、バルブ２３を閉じて閉状態とする。その後、排気管４の開閉バルブ４ａおよび排気管２１の開閉バルブ２１ａを開けて開状態とする。これにより、外管容器３の内部で脱水管容器１１の外部の蒸気や貯留タンク２の内部の蒸気が外部に放出されて、外管容器３および貯留タンク２の内部の圧力が徐々に所定圧力、例えば大気圧まで減圧される。開閉バルブ４ａや開閉バルブ２１ａを介して排出された蒸気は、必要に応じて外気に放出されたり所定の外部装置に供給されたりする。

【0036】

また、脱水管容器１１においては、下部に帯状に設けられた複数の開口部１１ｂが有機性汚泥３１によって閉塞されており、脱水管容器１１の内部は、有機性汚泥３１と上部の部分円筒曲面とによって密封された閉空間となって高温高圧雰囲気が維持される。これによって、脱水管容器１１の内部の高圧雰囲気と、脱水管容器１１の外部の大気圧との間で圧力差が生じる。この圧力差により、有機性汚泥３１に対し、脱水管容器１１の内部から外部に向かって圧力が作用して圧縮され、脱水処理が行われる。有機性汚泥３１が脱水管容器１１の内部で圧縮されると、有機性汚泥３１に含まれる水分などの液体成分が脱水管容器１１の開口部１１ｂを通じて分離ろ液３３として外管容器３の内部に排出される。これにより、外管容器３の底部に分離ろ液３３が貯留される。ここで、空間３ｃの貯留容量は外管容器３の内部に生じる分離ろ液３３の最大量より大きくなるように構成されているので、空間３ｃに貯留した分離ろ液３３と有機性汚泥３１とが接しないようにすることができる。

【0037】

このとき、亜臨界状態の高温高圧雰囲気によって、有機性汚泥３１に含まれる液体状の水分の粘度は低下している。そのため、有機性汚泥３１の脱水において、圧縮による脱水性を向上させることができるとともに、脱水処理において高温高圧の状態を有効利用することができる。

【0038】

また、脱水管容器１１の内部の高温高圧雰囲気においては、有機性汚泥３１に含有された液体状の水分の多くが１００℃より高い温度となっている。この状態から、回転並進機構９によりシャフト１０を半回転させて、脱水管容器１１を帯状に設けられた複数の開口部１１ｂが重力方向に沿って上側に位置するように反転させる。複数の開口部１１ｂが上側に位置されると、有機性汚泥３１は重力によって下側に位置する部分円筒曲面側に移動され、開口部１１ｂの閉塞が解かれ、開口部１１ｂを通じて脱水管容器１１の内部の高圧雰囲気が外管容器３の内部の大気圧まで減圧される。この減圧によって、有機性汚泥３１に含まれる液体状の水分の沸点が低下し、圧縮された有機性汚泥３１に含有されている１００℃以上の水分が水蒸気となって蒸発する。これにより、脱水工程において脱水された有機性汚泥３１からさらに水分が除去され、脱水効率をより一層向上させることができる。

【0039】

次に、図２に示すように、分離ろ液排出工程を行う（ステップＳＴ４）。この分離ろ液排出工程においては、図６に示すように、脱水管容器１１を、その帯状に設けられた複数の開口部１１ｂが上側になるように維持しつつ、開閉バルブ７ａを開けて開状態とすることにより、分離ろ液３３を外管容器３から排出する。また、必要に応じて開閉バルブ２１ａを閉じて閉状態とする。

【0040】

次に、図２に示すように、取り出し工程を行う（ステップＳＴ５）。この取り出し工程においては、図７に示すように、まず、開閉バルブ７ａを閉じ、閉状態とすることにより、外管容器３を密閉させる。次に、外管容器３および蓋部３ｂから固定治具８を取り外し、蓋部３ｂを外管容器３から取り外すとともに脱水管蓋部１１ａを脱水管容器１１から取り外す。

【0041】

次に、回転並進機構９によりシャフト１０を外管容器３の内側の向き（図７中、押し方向）に押し入れることにより、圧縮され脱水された有機性汚泥３１の脱水ケーキが脱水管容器１１の内部から押し出される。この有機性汚泥３１の脱水ケーキは、必要に応じて埋め立て処理などが行われる。

【0042】

次に、回転並進機構９によりシャフト１０を外管容器３から外側の向き（図７中、戻し方向）に引くことにより、ピストン１２が連動して最初の位置に復帰される。その後、脱水管容器１１の内部に新たに処理される有機性汚泥３１を供給して、上述したステップＳＴ１〜ステップＳＴ５の工程を行って有機性汚泥に対する水熱処理を繰り返し行う。

【0043】

以上に説明した本発明の第１の実施形態によれば、亜臨界処理において、脱水管容器１１および内部に収納された有機性汚泥３１と凝縮水３２とを非接触状態に維持していることにより、有機性汚泥３１から有機物が凝縮水３２に漏出することがないため、外管容器３に貯留された凝縮水３２を比較的清浄な状態に維持することができる。また、凝縮水３２を外管容器３から貯留タンク２に供給した後に脱水工程を行っていることにより、凝縮水３２と分離ろ液３３とが混合されないため、凝縮水３２に有機物が混合することを防止することができる。

【0044】

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８に、本発明の第２の実施形態による水熱処理装置を示す。

【0045】

図８に示すように、この第２の実施形態による水熱処理装置は、水熱処理装置本体１と貯留タンク２とから構成されている。水熱処理装置本体１は、外管容器３、排気管４、吸気管５、排液管６、廃液管７、固定治具８、回転並進機構９、シャフト１０、および脱水管容器１１を有して構成されている。貯留タンク２には、排気管２１および給液管２２が設けられている。水熱処理装置本体１の排液管６と貯留タンク２の給液管２２とは、バルブ２３を介して連結されている。

【0046】

水熱処理装置本体１の外管容器３は円筒形状の部分を有し、その円筒形状の部分の回転並進機構９側の一端にフランジ部３ａが設けられているとともに、他端には蓋部３ｂが設けられている。この蓋部３ｂは、固定治具８によって、外管容器３のフランジ部３ａとは反対側の一端に固定され、固定治具８を取り外すことにより、外管容器３から取り外すことができる。

【0047】

また、外管容器３の内部に設けられた脱水管容器１１は、外管容器３に沿った円筒形状の部分を有し、この円筒形状の部分には複数の開口部１１ｂが形成されている。また、脱水管容器１１の蓋部３ｂ側の一端には、脱水管容器１１に着脱可能で蓋部３ｂに連結された脱水管蓋部１１ａが設けられている。このように脱水管蓋部１１ａが蓋部３ｂに連結されていることにより、蓋部３ｂを外管容器３から取り外すときに、併せて脱水管蓋部１１ａも脱水管容器１１から取り外すことができる。なお、蓋部３ｂと脱水管蓋部１１ａとを連結させずに、別々に取り外し可能に構成してもよい。

【0048】

また、脱水管容器１１の内部には、押圧攪拌部１３が設けられている。この押圧攪拌部１３は、脱水羽根部１３ａと送り攪拌羽根部１３ｂとからなる。脱水羽根部１３ａは、脱水管容器１１に沿った円筒形状をその長手方向に沿って帯状とした円筒状部からなり、送り攪拌羽根部１３ｂは、外周が脱水管容器１１の円筒の内面に沿った螺旋形状をほぼ半円状とし、その半径方向に沿って螺旋形状の部分を分割した螺旋形状の羽根部からなる（図１０および図１２参照）。そして、シャフト１０が、フランジ部３ａおよび脱水管容器１１の一端を貫通して、押圧攪拌部１３の軸とされている。

【0049】

また、図８に示すように、シャフト１０は、その一端が回転並進機構９に支持されており、回転並進機構９によって軸を中心として回転運動可能に構成されている。そして、回転並進機構９によってシャフト１０を軸中心に回転させることにより、脱水管容器１１の内部の押圧攪拌部１３を、シャフト１０の軸を中心に、回転可能に構成されている。

【0050】

また、排気管４の外気側の一端には、排気管４を通じて外管容器３の内部を外気や所定の外部装置に開放するための開閉バルブ４ａが設けられている。吸気管５は、水蒸気供給装置（図示せず）から水蒸気を吸気可能に構成されている。

【0051】

また、排液管６は、外管容器３の底部側に設けられており、外管容器３の内部の液体を、バルブ２３を介し給液管２２を通じて貯留タンク２に供給するための配管である。廃液管７は、外管容器３の底部側に設けられており、外管容器３の内部の液体を、開閉バルブ７ａを通じて外管容器３の外部に排出するための配管である。また、貯留タンク２の排気管２１の一端には、貯留タンク２の内部を外気や所定の外部装置に開放するための開閉バルブ２１ａが設けられている。

【0052】

次に、以上のように構成された水熱処理装置を用いた水熱処理方法について説明する。図９に水熱処理方法のフローチャートを示し、図１０〜図１５に水熱処理方法における水熱処理装置の動作を示す。

【0053】

図９に示すように、この第２の実施形態による水熱処理方法においては、まず、亜臨界処理工程を行う（ステップＳＴ１１）。この亜臨界処理工程においては、図１０に示すように、まず固定治具８を外して蓋部３ｂおよび脱水管蓋部１１ａを取り外し、脱水管容器１１の内部に有機性被処理物としての有機性汚泥３１を収納した後、蓋部３ｂおよび脱水管蓋部１１ａを閉めて固定治具８により外管容器３と蓋部３ｂとを密着固定させ、外管容器３の内部を密閉する。

【0054】

次に、開閉バルブ４ａを閉状態に維持しつつバルブ２３を開けて開状態にして、外管容器３と貯留タンク２の内部を連通させる。その後、外部に設置された、例えばボイラーなどの水蒸気供給装置（図示せず）から吸気管５を通じて、亜臨界状態で高温高圧雰囲気の水蒸気が外管容器３の内部に供給されるとともに、貯留タンク２にも同様の高温高圧雰囲気の水蒸気が供給される。ここで、この第２の実施形態においては、水蒸気供給機構から供給する水蒸気の温度を１３３℃以上２１２℃以下、具体的には例えば２１０℃とする。これによって、外管容器３の内部が亜臨界状態で高温高圧雰囲気の水蒸気で満たされるとともに、脱水管容器１１の内部にも開口部１１ｂを通じて水蒸気が流入し、亜臨界状態で高温高圧雰囲気の水蒸気で満たされる。

【0055】

そして、この高温高圧雰囲気において、回転並進機構９によりシャフト１０をその軸中心に１８０°〜２７０℃の範囲で往復揺動させることにより、図１１に示すように、押圧攪拌部１３の送り攪拌羽根部１３ｂが揺動されて有機性汚泥３１が攪拌され、有機性汚泥３１の全体に水蒸気が行き渡る。これにより、有機性汚泥３１に対する亜臨界処理が行われる。

【0056】

また、図１０に示すように、外管容器３の内部においては、供給された水蒸気が凝集されて凝縮水３２となり、この凝縮水３２は重力によって外管容器３の底部に流れる。外管容器３の底部に流れた凝縮水３２は、高圧雰囲気によって排液管６、バルブ２３、および給液管２２を通じて貯留タンク２に供給される。これにより、亜臨界処理工程中において、外管容器３の内部で生じた凝縮水３２は有機性汚泥３１に接触することなく、比較的清浄な状態で貯留タンク２に供給される。

【0057】

次に、図９に示すように、亜臨界中脱水工程を行う（ステップＳＴ１２）。この亜臨界中脱水工程においては、図１２に示すように、外管容器３および脱水管容器１１の内部を亜臨界状態で高温高圧雰囲気の水蒸気で満たしつつ、回転並進機構９によってシャフト１０をその軸を中心に半回転させる。そして、図１３に示すように、押圧攪拌部１３の脱水羽根部１３ａが有機性汚泥３１を脱水管容器１１の円筒部分に向けて押圧する。これにより、押圧攪拌部１３の脱水羽根部１３ａと脱水管容器１１の円筒部分との間において、有機性汚泥３１に対し脱水管容器１１の内部から外部に向けた圧力が作用して、有機性汚泥３１が圧縮され、脱水処理が行われる。

【0058】

このようにして有機性汚泥３１が脱水管容器１１の内部で圧縮されると、有機性汚泥３１に含まれる水分などの液体成分が、分離ろ液３３として開口部１１ｂを通じて脱水管容器１１の外部に排出される。そして、図１２に示すように、このような押圧攪拌部１３による脱水処理とほぼ同時に、廃液管７の開閉バルブ７ａを開けて開状態とすることにより、外管容器３の内部の高圧状態の雰囲気圧力が分離ろ液３３に作用して、この分離ろ液３３が外管容器３から排出される。これにより、分離ろ液３３を有機性汚泥３１に接触させることなく外部に排出させることができ、分離ろ液３３が有機性汚泥３１に再度浸入することを防止することができるので、脱水効率をより一層向上させることができる。また、亜臨界状態の高温高圧雰囲気によって、有機性汚泥３１に含有している水分の粘度が低下しているので、有機性汚泥３１を圧縮することによる脱水効率を向上させることができ、高温高圧の状態を脱水処理に有効利用することができる。

【0059】

次に、図９に示すように、脱気工程を行う（ステップＳＴ１３）。この脱気工程においては、図１４に示すように、まず、開閉バルブ７ａを閉じて閉状態とする。その後、排気管４の開閉バルブ４ａを開けて開状態とする。これにより、外管容器３の内部の高温高圧雰囲気の蒸気が外部に放出され、外管容器３の内部の圧力が徐々に所定圧力、例えば大気圧まで減圧される。他方、貯留タンク２においては、開閉バルブ２１ａを開けて開状態とする。これにより、貯留タンク２の内部の高温高圧雰囲気の蒸気が外部に放出され、貯留タンク２の内部の圧力が徐々に所定圧力、例えば大気圧まで減圧される。開閉バルブ４ａや開閉バルブ２１ａを介して排出された蒸気は、必要に応じて外気に放出されたり所定の外部装置に供給されたりする。

【0060】

また、上述した脱気工程前における外管容器３の内部の高温高圧雰囲気においては、有機性汚泥３１に含有された液体状の水分の多くが１００℃より高い温度となっている。そして、この状態から、脱気工程を行って外管容器３の内部を減圧すると、外管容器３の内部の水の沸点が低下して、圧縮された有機性汚泥３１に含有された１００℃以上の水分は水蒸気となって蒸発する。これにより、亜臨界中脱水工程において脱水処理がされた有機性汚泥３１からさらに水分が除去され、脱水効率をより一層向上させることができる。

【0061】

次に、図９に示すように、取り出し工程を行う（ステップＳＴ１４）。この取り出し工程においては、図１５に示すように、まず、開閉バルブ４ａ，２１ａを閉じ、閉状態とすることにより、外管容器３および貯留タンク２を密閉させる。次に、外管容器３および蓋部３ｂから固定治具８を取り外し、蓋部３ｂを外管容器３から取り外すとともに脱水管蓋部１１ａを脱水管容器１１から取り外す。

【0062】

次に、回転並進機構９によりシャフト１０をその軸を中心として、押圧攪拌部１３の送り攪拌羽根部１３ｂが有機性汚泥３１の送り出しを行うような所定の回転方向に回転させる。これにより、脱水された有機性汚泥３１に対して、送り攪拌羽根部１３ｂによる送り出しと、図１３に示す脱水羽根部１３ａによる脱水管容器１１の外部に向けた押圧とが順次繰り返される。この送り攪拌羽根部１３ｂの送り出しの作用によって、図１５に示すように、圧縮され脱水された有機性汚泥３１の脱水ケーキが脱水管容器１１から排出される。この有機性汚泥３１の脱水ケーキに対しては、必要に応じて埋め立て処理が行われる。

【0063】

次に、脱水管容器１１の内部に新たに処理される有機性汚泥３１を収納して、上述したステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４の工程を行うことにより有機性汚泥に対する水熱処理が引き続き行われる。

【0064】

以上に説明した本発明の第２の実施形態によれば、亜臨界処理工程中において、凝縮水３２が外管容器３の底部に貯留しないように排出して、脱水管容器１１の内部に収納された有機性汚泥３１と凝縮水３２とを非接触状態に維持していることにより、有機物が凝縮水３２に漏出することがないため、凝縮水３２を比較的清浄な状態で貯留タンク２に供給することができる。また、亜臨界処理工程において凝縮水３２を外管容器３から排出して貯留タンク２に供給し、脱水工程において分離ろ液３３を、廃液管７を通じて排液していることにより、凝縮水３２と分離ろ液３３とが混合されることがないため、凝縮水３２に有機物が混合することを防止することができる。

【0065】

なお、上述の第１の実施形態においては、２本の吸気管５ａ，５ｂを通じて、それぞれ外管容器３の内部と脱水管容器１１の内部とに高温高圧雰囲気の水蒸気を導入しているが、必ずしもこの方法に限定されるものではない。すなわち、吸気管５を１つとし、外管容器３の内部に高温高圧雰囲気の水蒸気を導入する際に、まず、シャフト１０により脱水管容器１１を帯状に設けられた複数の開口部１１ｂが上部に位置するように半回転させる。これにより、外管容器３の内部の水蒸気が、開口部１１ｂを通じて脱水管容器１１の内部に流入して、脱水管容器１１の内部も高温高圧雰囲気となる。その後、シャフト１０により脱水管容器１１を帯状に設けられた複数の開口部１１ｂが下部に位置するように半回転させて、重力により移動した有機性汚泥３１によって開口部１１ｂを閉塞させて脱水管容器１１の内部を閉じた空間とする。これにより、外管容器３の内部と脱水管容器１１の内部とを空間的に分離して、脱水管容器１１の内部が高温高圧雰囲気に維持されるようにしてもよい。また、２本の吸気管５ａ，５ｂを互いに独立して制御し、外管容器３の内部と脱水管容器１１の内部とに導入させる水蒸気の温度や圧力をそれぞれ独立して制御するようにしてもよい。

【0066】

また、上述の第２の実施形態においては、押圧攪拌部１３における脱水羽根部１３ａを円筒形状の部分的な帯状として一体に形成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、脱水羽根部１３ａを構成する帯状部分を長手方向に対して垂直に複数の帯状部分に分割して構成することも可能である。また、押圧攪拌部１３の送り攪拌羽根部１３ｂにおいては、螺旋形状を半円状して、その半円状の直径方向に沿って複数の羽根状部に分割させて構成しているが、このように分割させることなく螺旋形状を半円状として構成することも可能である。

【0067】

また、上述の第１および第２の実施形態においては、水熱処理装置を、外管容器３および脱水管容器１１の長手方向が重力に対して垂直になるような、いわゆる横型（横置き）に設置しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、外管容器３および脱水管容器１１を、その長手方向が重力方向に平行になるような、いわゆる縦型（縦置き）に設置することも可能である。

【0068】

また、上述の第１の実施形態における脱水方法を、第２の実施形態における脱水処理に適用してもよく、第２の実施形態における脱水方法を、第１の実施形態における脱水処理に適用してもよい。

【符号の説明】

【0069】

１ 水熱処理装置本体
２ 貯留タンク
３ 外管容器
３ａ フランジ部
３ｂ 蓋部
３ｃ 空間
４ 排気管
４ａ，７ａ，２１ａ 開閉バルブ
５，５ａ，５ｂ 吸気管
６ 排液管
７ 廃液管
８ 固定治具
９ 回転並進機構
１０ シャフト
１１ 脱水管容器
１１ａ 脱水管蓋部
１１ｂ 開口部
１２ ピストン
１３ 押圧攪拌部
１３ａ 脱水羽根部
１３ｂ 送り攪拌羽根部
２１ 排気管
２２ 給液管
２３ バルブ
３１ 有機性汚泥
３２ 凝縮水
３３ 分離ろ液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】