特許 6197997 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】6197997

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】水熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/08 20060101AFI20170911BHJP

   C02F 11/12 20060101ALI20170911BHJP

   B09B 3/00 20060101ALI20170911BHJP

   B01J 3/00 20060101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/08ZAB

   C02F11/12 D

   B09B3/00 304H

   B09B3/00 304Z

   B01J3/00 A

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-199322(P2013-199322)

(22)【出願日】2013年9月26日

(65)【公開番号】特開2015-62875(P2015-62875A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2016年9月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】510119577

【氏名又は名称】フジムラインベント株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100102989

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 佳知

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 克久

(72)【発明者】

【氏名】杤本 信彦

(72)【発明者】

【氏名】大門 裕之

(72)【発明者】

【氏名】熱田 洋一

【審査官】 菊地 寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０２２５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２２５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２２５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０３７１７５４０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００

Ｂ０９Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

亜臨界状態の水蒸気を用いた被処理物の水熱処理装置であって、
中空の処理装置本体と、
前記被処理物が投入された状態で前記処理装置本体に収納される中空の脱水管と、
前記被処理物が投入済みの前記脱水管と前記処理装置本体とに前記亜臨界状態の水蒸気を導入して前記処理装置本体の内部を亜臨界雰囲気とし、該亜臨界雰囲気下で前記被処理物を水熱処理する水熱処理部と、
前記脱水管に投入済みで前記亜臨界雰囲気下での前記水熱処理を受けた前記被処理物に圧縮力を付与して液体成分を脱水分離し、該分離した液体成分を前記処理装置本体の底部の側に導く脱水処理部と、
前記処理装置本体の下方側に配設された貯留タンクと前記処理装置本体の底部とを結ぶ管路の開閉を実行して、前記処理装置本体の底部から前記貯留タンクへの前記液体成分の排出を制御する制御部とを備え、
前記脱水処理部は、前記制御部による前記貯留タンクへの前記液体成分の排出がなされた後に、前記圧縮力を解放し、
前記水熱処理部は、前記脱水処理部による前記圧縮力の解放がなされた後に、前記処理装置本体の内部を大気解放して前記亜臨界雰囲気を解消する
水熱処理装置。

【請求項2】

前記脱水処理部は、前記制御部による前記管路の開放がなされた後においても、前記亜臨界雰囲気における前記被処理物に遠心力を付与して液体成分の脱水分離を図る２次脱水を実行し、該２次脱水の後に、前記圧縮力を解放する請求項１に記載の水熱処理装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記貯留タンクへの前記液体成分の排出を行うに当たり、前記貯留タンクの内部を加圧して前記処理装置本体の前記亜臨界雰囲気と等圧化を図り、該等圧化の後に前記管路を開放する請求項１または請求項２に記載の水熱処理装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記貯留タンクに前記亜臨界状態の水蒸気を導入して、前記貯留タンクの前記加圧を図る請求項３に記載の水熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水熱処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、食品残渣、木くず、紙くず、生ゴミ、食料残飯等の一般廃棄物のみならず、有機性汚泥をも被処理物として、亜臨界状態の水蒸気にて水熱処理する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４８９８９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この特許文献１で提案された手法では、被処理物の水熱処理とその後の脱水処理とを、共通する処理装置本体内での亜臨界雰囲気において順次実行して、装置の省スペース化や、水熱処理と脱水処理とを受けた被処理物（以下、脱水ケーキと称する）の含水率の低減をもたらしている。特許文献１では、処理装置本体内の減圧を起こし、この減圧による脱水ケーキからの水分蒸発を図っているが、脱水ケーキの含水率の低減は、脱水ケーキの取扱の簡便化や重量低減をもたらすので、含水率をより低減することが要請されるに到った。この他、脱水ケーキの含水率低減の簡略化や、被処理物の水熱処理と脱水処理のコスト低減を可能とすることも要請されている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

【0006】

（１）本発明の一形態によれば、水熱処理装置が提供される。この水熱処理装置は、亜臨界状態の水蒸気を用いた被処理物の水熱処理装置であって、中空の処理装置本体と、前記被処理物が投入された状態で前記処理装置本体に収納される中空の脱水管と、前記被処理物が投入済みの前記脱水管と前記処理装置本体とに前記亜臨界状態の水蒸気を導入して前記処理装置本体の内部を亜臨界雰囲気とし、該亜臨界雰囲気下で前記被処理物を水熱処理する水熱処理部と、前記脱水管に投入済みで前記亜臨界雰囲気下での前記水熱処理を受けた前記被処理物に圧縮力を付与して液体成分を脱水分離し、該分離した液体成分を前記処理装置本体の底部の側に導く脱水処理部と、
前記処理装置本体の下方側に配設された貯留タンクと前記処理装置本体の底部とを結ぶ管路の開閉を実行して、前記処理装置本体の底部から前記貯留タンクへの前記液体成分の排出を制御する制御部とを備える。そして、前記脱水処理部は、前記制御部による前記貯留タンクへの前記液体成分の排出がなされた後に、前記圧縮力を解放し、前記水熱処理部は、前記脱水処理部による前記圧縮力の解放がなされた後に、前記処理装置本体の内部を大気解放して前記亜臨界雰囲気を解消する。

【0007】

上記の形態の水熱処理装置は、亜臨界雰囲気において水熱処理を受けた被処理物に圧縮力を付与して液体成分を脱水分離し、この脱水分離した液体成分を処理装置本体下方の貯留タンクに排出する。これにより、上記の形態の水熱処理装置は、処理装置本体においては、脱水済みの被処理物を、亜臨界雰囲気においたまま、液体成分との接触を断つ。その上で、上記の形態の水熱処理装置は、被処理物を圧縮力から解放するので、被処理物は、亜臨界雰囲気におかれているとは言え、その固形成分が非圧縮となることにより、圧縮形状から崩れ、亜臨界雰囲気下で表面積が拡大する。上記の形態の水熱処理装置は、こうして表面積の拡大した被処理物が残った処理装置本体の内部を大気解放して亜臨界雰囲気を解消するので、被処理物に残存している液体成分の減圧による蒸発は、被処理物の表面積拡大により促進される。この結果、上記の形態の水熱処理装置によれば、水熱処理と脱水処理とを受けた被処理物たる脱水ケーキの含水率をより確実に低減できる。

【0008】

（２）上記形態の水熱処理装置において、前記脱水処理部は、前記制御部による前記管路の開放がなされた後においても、前記亜臨界雰囲気における前記被処理物に遠心力を付与して液体成分の脱水分離を図る２次脱水を実行し、該２次脱水の後に、前記圧縮力を解放するようにしてもよい。被処理物に圧縮力を付与して脱水を図る場合、圧縮の程度は、被処理物に含まれる固形分の割合や物性等により定まり、圧縮による脱水を経ても被処理物には液体成分が残り得る。上記形態の水熱処理装置によれば、圧縮脱水後の被処理物に残った液体成分を、被処理物に遠心力を付与して脱水分離するので、その分だけ、脱水ケーキの含水率をより一層低減できる。

【0009】

（３）上記のいずれかの形態の水熱処理装置において、前記制御部は、前記貯留タンクへの前記液体成分の排出を行うに当たり、前記貯留タンクの内部を加圧して前記処理装置本体の前記亜臨界雰囲気と等圧化を図り、該等圧化の後に前記管路を開放するようにしてもよい。こうすれば、液体成分の自重により、貯留タンクに液体成分を支障なく排出できると共に、この液体成分排出の際は元より、液体成分排出の後にあっても、処理装置本体の内部をより確実に亜臨界雰囲気のままとでき、処理装置本体の降圧を回避できる。よって、この形態の水熱処理装置によれば、被処理物に残存している液体成分を処理装置本体を減圧して脱水する場合、その減圧による蒸発の実効性を高めることができる。

【0010】

（４）上記の形態の水熱処理装置において、前記制御部は、前記貯留タンクに前記亜臨界状態の水蒸気を導入して、前記貯留タンクの前記加圧を図るようにしてもよい。こうすれば、貯留タンクの加圧を経た等圧化が簡便となる。

【0011】

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、亜臨界状態の水蒸気を用いた被処理物の水熱処理方法等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態としての水熱処理装置１００の概略構成を示す説明図である。

【図2】水熱処理方法の手順を示すフローチャートである。

【図3】亜臨界処理工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

【図4】亜臨界中圧縮脱水工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

【図5】貯留タンク昇圧工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

【図6】亜臨界中脱液工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

【図7】亜臨界環境下での再脱水工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

【図8】圧縮力の解除工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

【図9】脱気工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

【図10】取り出し工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての水熱処理装置１００の概略構成を示す説明図である。図示するように、本実施形態による水熱処理装置１００は、中空の処理装置本体１と、貯留タンク２と、中空の脱水管１１と、制御装置１１０と、水蒸気供給機器群２００とを備える。処理装置本体１は、筒状の外筒３と、排気管４と、吸気管５と、排液管６と、蓋部７と、固定治具８と、回転スライド機構９と、シャフト１０と、脱水管１１とを有して構成されている。貯留タンク２は、処理装置本体１の下方側に配設され、処理装置本体１の底部から排出される液体、即ち被処理物から脱水分離した液体成分を貯留する。そして、この貯留タンク２は、給排気管２１と給液管２２とを備え、給液管２２を開閉バルブ２３を介して処理装置本体１の排液管６と連結させている。この他、貯留タンク２は、重力方向に沿った下部側に、ドレン管２４を備え、管路途中の開閉バルブ２４ａの開弁を経て、タンク内の液体を外部に排出する。

【0014】

処理装置本体１の外筒３は円筒形状の部分を有し、その円筒形状の回転スライド機構９側の一端にフランジ部３ａが設けられている。外筒３のフランジ部３ａとは反対側の一端には、固定治具８によって、蓋部７が固定されている。そして、この固定治具８で蓋部７が固定された状態において、処理装置本体１は、外筒３の内部領域において中空となり、固定治具８にて、蓋部７を後述の脱水管蓋部１１ａと共に外筒３から取り外すことができる。

【0015】

脱水管１１は、外筒３に沿った有底の円筒形状をなし、外筒３の内部に正逆回転自在に配設される。この脱水管１１は、その円筒周壁に、複数の開口部１１ｂを備え、固定治具８の側の解放端の側に脱水管蓋部１１ａを着脱自在に備える。脱水管蓋部１１ａは、外筒３の蓋部７に連結されており、蓋部７を外筒３から取り外すときに、併せて脱水管蓋部１１ａも脱水管１１から取り外すことができる。よって、脱水管蓋部１１ａが固定治具８にて蓋部７と共に取り外された状態で、脱水管１１には被処理物が投入可能となり、脱水管１１は、被処理物が投入された状態で処理装置本体１に収納され、後述の水蒸気供給機器群２００により、外筒３の内部において、被処理物と共に亜臨界雰囲気下に置かれる。脱水管１１の内部には、ピストン１２が配設されており、このピストン１２は、ピストン外周壁と脱水管内周壁のキーとキー溝等により脱水管１１と係合された上、脱水管１１の円筒の内面に沿って摺動（スライド）自在とされている。そして、シャフト１０が、フランジ部３ａおよび脱水管１１の底部を貫通して、このピストン１２に連結されている。外筒３および脱水管１１は、その長手方向が水平であり、この長手方向に平行なシャフト１０の長手方向が重力に対してほぼ垂直になる横型に設置されており、外筒３の内部においては、重力に従った下側の円筒部分が外筒３の底部となる。

【0016】

回転スライド機構９は、ピストン１２から延びたシャフト１０と係合し、内蔵する図示しないギヤ機構により、シャフト１０の長手方向に沿った前後退のスライド運動とシャフト１０の軸を中心とした正逆の回転運動とを、それぞれ単独で、或いは並行して実行可能に構成されている。ピストン１２は、既述したように脱水管１１と係合していることから、回転スライド機構９によるシャフト１０の回転運動により、脱水管１１は、ピストン１２と共に回転する。ピストン１２と脱水管１１の係合は、図１に示す脱水管１１の底部の原位置の他、後述の圧縮終端位置、圧縮解放位置においても維持されるので、図１の原位置での回転スライド機構９によるシャフト１０の回転運動により、脱水管１１は、ピストン１２と共に回転し、投入済みの被処理物を攪拌する。後述の圧縮終端位置や圧縮解放位置においても、脱水管１１は、ピストン１２と共に、回転スライド機構９により回転運動する。この他、ピストン１２は、回転スライド機構９によって、シャフト１０の長手方向に沿って単独で、脱水管１１の内部をスライド駆動する。なお、回転スライド機構９による上記したスライド運動や回転運動は、後述の制御装置１１０の制御下でなされる。

【0017】

排気管４は、外気側の一端に開閉バルブ４ａを備え、当該バルブの開弁を経て、外筒３の内部を外気や外部装置に開放する。吸気管５は、水蒸気供給機器群２００と接続されており、水蒸気供給機器群２００が生成する高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を処理装置本体１の内部に導入する。この水蒸気導入のタイミングは、後述の制御装置１１０にて設定され、制御装置１１０の制御下で、処理装置本体１の内部は、亜臨界状態の水蒸気により亜臨界雰囲気となる。排液管６は、処理装置本体１の下方側に配設された貯留タンク２と処理装置本体１の底部とを結ぶ管路を給液管２２と共に形成し、開閉バルブ２３の開弁を経て、外筒３の内部の液体、即ち被処理物から脱水分離した液体成分を貯留タンク２に導く。また、貯留タンク２の給排気管２１は、その一端に開閉バルブ２１ａを備え、当該バルブを介して水蒸気供給機器群２００と接続されており、水蒸気供給機器群２００が生成する高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を貯留タンク２の内部に導入する。この水蒸気導入のタイミングは、後述の制御装置１１０にて設定され、制御装置１１０の制御下で、貯留タンク２の内部は亜臨界状態の水蒸気により加圧され、貯留タンク２は、処理装置本体１の亜臨界雰囲気と等圧とされる。開閉バルブ２１ａは、いわゆる三方弁として構成されて給排気管２１を水蒸気供給機器群２００に繋ぐほか、給排気管２１を大気解放管２１ｂとも接続し、貯留タンク２の内部の水蒸気を給排気管２１と大気解放管２１ｂを経て大気放出する。上記した各種バルブは、制御装置１１０にて駆動制御される。

【0018】

制御装置１１０は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、水熱処理装置１００を統括制御する。つまり、この制御装置１１０は、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、既述した各種バルブを開閉制御すると共に、水蒸気供給機器群２００からの亜臨界状態の水蒸気の導入制御、回転スライド機構９の駆動制御を実行する。

【0019】

次に、以上のように構成された本実施形態の水熱処理装置１００を用いた水熱処理方法について説明する。図２は水熱処理方法の手順を示すフローチャートである。なお、図２に示す水熱処理の実行に先立って、制御装置１１０は、開閉バルブ２３等の各種バルブを閉弁制御し、図示しないスタートスイッチの操作を経て、図２の水熱処理を実行する。

【0020】

図２に示すように、本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）。図３は亜臨界処理工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。なお、図３では、理解の便を図るため、処理装置本体１については、透視して内部の様子を示している。図４以降においても同様である。この亜臨界処理工程の開始前において、蓋部７および脱水管蓋部１１ａを取り外して、脱水管１１の内部に被処理物としての有機性汚泥３１を収納した後、図３に示すように、蓋部７および脱水管蓋部１１ａを閉めて固定治具８により外筒３と蓋部７とを密着固定させて外筒３の内部を密閉する。これ以降において、亜臨界処理工程がなされる。

【0021】

制御装置１１０は、排気管４の開閉バルブ４ａ、排液管６の開閉バルブ２３、給排気管２１の開閉バルブ２１ａ、およびドレン管２４の開閉バルブ２４ａを閉状態に維持しつつ、水蒸気供給機器群２００から吸気管５を通じて、高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を処理装置本体１の内部、詳しくは外筒３の内部に導入する。ここで、本実施形態においては、水蒸気供給機器群２００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、外筒３の内部が高温・高圧で亜臨界状態の水蒸気で満たされるとともに、脱水管１１の内部にも円筒部分の開口部１１ｂを通じて水蒸気が浸入して、高温高圧で亜臨界状態の水蒸気で満たされる。つまり、処理装置本体１は、導入された亜臨界状態の水蒸気により、その内部が亜臨界雰囲気とされ、脱水管１１にあっては、有機性汚泥３１が投入された状態で処理装置本体１に収納されて、有機性汚泥３１と共に亜臨界雰囲気下に置かれることになる。本実施形態では、この亜臨界雰囲気を亜臨界処理工程に亘って維持しており、その圧力は、０．１ＭＰａ以上２２．１ＭＰａ以下、好適には、０．２ＭＰａ以上１．６ＭＰａ以下、より好適には、０．７ＭＰａ以上１．１ＭＰａ以下、具体的には例えば０．９ＭＰａとし、温度については、これを、１２０℃以上２００℃以下、好適には、１６０℃以上１８０℃以下、具体的には例えば１７０℃とした。

【0022】

制御装置１１０は、この亜臨界雰囲気において、回転スライド機構９を駆動制御して、シャフト１０をその軸中心に正逆回転させる。ピストン１２は、図示する原位置に位置して脱水管１１と既述したように係合していることから、シャフト１０の正逆回転は、ピストン１２を介して脱水管１１に伝達される。これにより、脱水管１１は、有機性汚泥３１を収納したまま正逆回転、即ち揺動し、有機性汚泥３１を攪拌するので、有機性汚泥３１の全体に亜臨界状態の水蒸気が有機性汚泥３１の各所に行き渡る。これによって、有機性汚泥３１に対する亜臨界処理、即ち亜臨界雰囲気下での有機性汚泥３１の水熱処理が行われる。よって、制御装置１１０とその制御下で駆動する回転スライド機構９により、本発明における「水熱処理部」が構築される。この亜臨界処理工程がなされている間において、外筒３の底部には、供給された水蒸気が凝集したり、有機性汚泥３１から水分などの液体成分が漏出したりすることによって、処理水３２が貯留する。

【0023】

次に、図２に示すように、亜臨界中圧縮脱水工程を行う（ステップＳＴ２）。亜臨界処理工程から亜臨界中圧縮脱水工程への推移は、制御装置１１０の計測した経過時間等に応じてなされる。図４は亜臨界中圧縮脱水工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この亜臨界中圧縮脱水工程においては、既述した亜臨界処理工程で発現させた亜臨界雰囲気を処理装置本体１にて維持したまま、制御装置１１０は、回転スライド機構９を駆動制御してシャフト１０を外筒３の内部に向けて前進スライドさせる。この際、制御装置１１０は、回転スライド機構９によるシャフト１０の回転を起こさない。これにより、ピストン１２が脱水管蓋部１１ａに向かってスライド移動して、ピストン１２と脱水管蓋部１１ａとの間で有機性汚泥３１が圧縮され、脱水処理が行われる。この際のピストン１２の位置が既述した圧縮終端位置となる。この圧縮終端位置まで前進スライドしたピストン１２により有機性汚泥３１が脱水管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（脱水ろ液）が脱水管１１の開口部１１ｂを通じて排出される。これにより、外筒３内にさらに処理水３２が貯留される。この亜臨界雰囲気を維持したままの亜臨界中圧縮脱水工程では、亜臨界雰囲気においてステップＳＴ１の水熱処理（亜臨界処理）を受けた有機性汚泥３１から液体成分が圧縮を経て脱水分離され、その分離した液体成分を処理水３２として処理装置本体１の底部に導くことになる。よって、ステップＳＴ２の亜臨界中圧縮脱水工程に関与する制御装置１１０とその制御下で駆動する回転スライド機構９やピストン１２、シャフト１０等により、本発明における「脱水処理部」が構築される。

【0024】

このとき、亜臨界処理がされた有機性汚泥３１の内部に含まれる液体状の水分の粘度は、処理装置本体１が亜臨界雰囲気下にあって高温高圧である故に、見かけ上、低下する。このため、亜臨界処理がされた有機性汚泥３１を、亜臨界状態の高温高圧雰囲気において圧縮脱水することにより、圧縮による脱水性を向上させることができ、高温高圧の亜臨界状態を脱水処理に有効利用することができる。

【0025】

次に、貯留タンク昇圧工程を行う（ステップＳＴ３）。亜臨界中圧縮脱水工程から貯留タンク昇圧工程への推移は、制御装置１１０の計測した経過時間等に応じてなされる。図５は貯留タンク昇圧工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この貯留タンク昇圧工程においては、処理装置本体１の内部にあっては既述した亜臨界雰囲気を維持したまま、制御装置１１０は、給排気管２１の開閉バルブ２１ａを駆動制御して、水蒸気供給機器群２００から給排気管２１を通じて、高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を貯留タンク２の内部に導入する。これにより、貯留タンク２の内部は、加圧され、処理装置本体１における亜臨界雰囲気と等圧となる。

【0026】

次に、図２に示すように、亜臨界中脱液工程を行う（ステップＳＴ４）。貯留タンク昇圧工程から亜臨界中脱液工程への推移は、制御装置１１０の計測した経過時間、或いは図示しないセンサーにて計測した処理装置本体１と貯留タンク２の内圧対比（等圧化）等に応じてなされる。図６は亜臨界中脱液工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この亜臨界中脱液工程においては、制御装置１１０は、まず、開閉バルブ２１ａを閉弁制御して、貯留タンク２への水蒸気導入を停止し、その後、開閉バルブ２３を開弁制御する。これにより、処理装置本体１にあっては既述した亜臨界雰囲気が維持されたまま、処理装置本体１と貯留タンク２とが等圧の状況下で、処理装置本体１の底部から、ここに貯まっていた処理水３２が、自重により排液管６と給液管２２を結ぶ流出経路３２ｒに沿って貯留タンク２に排出される。よって、制御装置１１０とその制御下で駆動する開閉バルブ２１ａや開閉バルブ２３、および排液管６等により、本発明における「制御部」が構築される。貯留タンク２では、処理装置本体１からの処理水３２の排水に伴い、タンク内の処理水３２の水位が上昇し、処理装置本体１の底部に貯まっていた処理水３２は、全て貯留タンク２に排出される。

【0027】

次に、図２に示すように、亜臨界環境下での再脱水工程を行う（ステップＳＴ５）。亜臨界中脱液工程から亜臨界環境下での再脱水工程への推移は、制御装置１１０の計測した経過時間、或いは図示しないセンサーにて計測した処理装置本体１と貯留タンク２の処理水３２の水位変化等に応じてなされる。図７は亜臨界環境下での再脱水工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この亜臨界環境下での再脱水工程においては、制御装置１１０は、開閉バルブ２１ａの閉弁制御と開閉バルブ２３の開弁制御を継続して亜臨界雰囲気のまま、回転スライド機構９を駆動制御して、シャフト１０をその軸中心に例えば正回転させる。ピストン１２は、図示する圧縮終端位置に位置して脱水管１１と既述したように係合していることから、シャフト１０の回転は、ピストン１２を介して脱水管１１に伝達される。これにより、脱水管１１は、有機性汚泥３１をピストン１２にて圧縮したまま回転する。制御装置１１０は、この亜臨界環境下での再脱水工程でシャフト１０を高速回転させるので、ピストン１２にて圧縮状態の有機性汚泥３１には大きな遠心力が作用する。これにより、有機性汚泥３１に残存していた液体成分は、有機性汚泥３１から遠心脱水されて開口部１１ｂを通過し、図示する内部流出流３２ｒｕのように処理装置本体１の底部に到って、既述した流出経路３２ｒを経て貯留タンク２に流れ込む。この際、貯留タンク２は、処理装置本体１と等圧状況であることから、有機性汚泥３１から遠心脱水された液体成分は、脱水管１１の開口部１１ｂおよび流出経路３２ｒを経て円滑に貯留タンク２に流れ込む。また、処理装置本体１は、亜臨界雰囲気下にあり高圧であることから、有機性汚泥３１に残存する液体成分には既述したように見かけ上の粘度低下が起きるので、このことからも、有機性汚泥３１からの液体成分の遠心脱水は促進される。なお、制御装置１１０は、亜臨界環境下での再脱水工程の完了に合わせて、回転スライド機構９によるシャフト１０の高速回転を停止制御する。

【0028】

次に、図２に示すように、脱水に関与していた圧縮力を解除する解除工程を行う（ステップＳＴ６）。亜臨界環境下での再脱水工程から圧縮力の解除工程への推移は、制御装置１１０の計測した経過時間等に応じてなされる。図８は圧縮力の解除工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この圧縮力の解除工程においては、制御装置１１０は、まず、開閉バルブ２３を閉弁制御して処理装置本体１を亜臨界雰囲気に維持したまま、回転スライド機構９を駆動制御してシャフト１０を既述した図７の圧縮終端位置から後退スライドさせる。これにより、ピストン１２は圧縮終端位置よりも脱水管蓋部１１ａから離れるので、ピストン１２により有機性汚泥３１に付与されていた圧縮力は解除される。こうして圧縮力が解除されたピストン１２の位置は、圧縮解除位置となる。なお、シャフト１０の高速回転に伴う遠心力は、亜臨界環境下での再脱水工程の完了時点で既に解除されている。そして、上記した圧縮力解除により、有機性汚泥３１は、亜臨界雰囲気下におかれているとは言え、汚泥の固形成分が非圧縮となることにより、その自重により圧縮形状を崩して脱水管１１の底部に広がり、その表面積は拡大する。

【0029】

次に、図２に示すように、脱気工程を行う（ステップＳＴ７）。圧縮力の解除工程から脱気工程への推移は、制御装置１１０の計測した経過時間等に応じてなされる。図９は脱気工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この脱気工程においては、制御装置１１０は、排気管４の開閉バルブ４ａの開弁制御と、給排気管２１の開閉バルブ２１ａの切換制御と、ドレン管２４の開閉バルブ２４ａの開弁制御とを行う。開閉バルブ２１ａの切換制御は、給排気管２１を大気解放管２１ｂに連通する切換制御である。これらバルブ制御は、同時になされてもよく、時系列的になされてもよい。この場合、開閉バルブ２１ａの切換制御と開閉バルブ２４ａの開弁制御とをこの順で行えば、貯留タンク２における処理水３２の液面より上に残る水蒸気が先に大気解放管２１ｂを経て大気放出され、貯留タンク２の内圧が大気圧程度に低下してから、貯留タンク２の処理水３２は、ドレン管２４を経て排出されるので、排出時の処理水飛散を防止できる。その一方、開閉バルブ２４ａの開弁制御を開閉バルブ２１ａの切換制御より先に行えば、貯留タンク２の処理水３２を、その液面より上に残る水蒸気の圧力により急速にドレン管２４を経て排出できる。なお、ドレン管２４を図示しない配管経路に接続しておけば、急速な処理水排出であっても、処理水飛散については問題とならない。上記したバルブ制御を伴う脱気工程では、外筒３の内部の水蒸気放出がなされ、外筒３の内部は、その内圧が亜臨界状態の高温高圧雰囲気による雰囲気圧未満の所定の圧力、具体的には例えば大気圧まで低下する。一方、貯留タンク２においては、既述したように水蒸気放出と処理水排出がなされる。

【0030】

次に、図２に示すように、取り出し工程を行う（ステップＳＴ８）。脱気工程から取り出し工程への推移は、制御装置１１０の計測した経過時間、或いは図示しないセンサーにて計測した処理装置本体１の内圧（大気圧化）、図示しないセンサーにて計測した貯留タンク２の処理水水位（＝ゼロ）等に応じてなされる。図１０は取り出し工程における水熱処理装置１００の駆動の様子を模式的に示す説明図である。この取り出し工程においては、制御装置１１０は、固定治具８による蓋部７の固定解除制御と、回転スライド機構９の駆動制御によるシャフト１０の後退スライドとを行う。この両制御は、同時並行的になされてもよく、順次実行されてもよい。固定治具８の固定解除制御により、外筒３からの蓋部７の取り外しと、脱水管１１からの脱水管蓋部１１ａの取り外しがなされるので、圧縮脱水と遠心脱水を受けた有機性汚泥３１の脱水ケーキが脱水管１１から取り出される。この有機性汚泥３１の脱水ケーキは、焼却処分又は埋め立て処理がされる。また、シャフト１０の後退スライドにより、ピストン１２は、図に示す原位置に復帰するので、次回の水熱処理に備え、脱水管１１へは新たに処理される有機性汚泥３１の投入が可能となる。上記した脱水管蓋部１１ａの取り外し後の脱水ケーキの取り出しの際、制御装置１１０の制御下で回転スライド機構９によりシャフト１０を前進スライドさせ、ピストン１２にて脱水ケーキを脱水管１１の開口端側に押し出すことができる。こうすれば、脱水ケーキの取り出しが容易となる。そして、この押出のための前進スライドを行った後、後退スライドによりピストン１２を原位置に復帰させればよい。なお、制御装置１１０は、開閉バルブ４ａ等の各種バルブを全て閉状態に駆動制御し、次回の亜臨界処理工程の開始に備える。

【0031】

以上説明した構成を備える本実施形態の水熱処理装置１００は、水蒸気供給機器群２００から高温・高圧の亜臨界状態の水蒸気を処理装置本体１に導入して、脱水管１１に投入済みの有機性汚泥３１を、亜臨界雰囲気において水熱処理する（ステップＳＴ１：図３）。そして、こうして水熱処理を受けた有機性汚泥３１にピストン１２により圧縮力を付与して液体成分を脱水分離し（ステップＳＴ２：図４）、この脱水分離した液体成分たる処理水３２を処理装置本体１の下方の貯留タンク２に排出する（ステップＳＴ４：図６）。これにより、本実施形態の水熱処理装置１００は、処理装置本体１においては、圧縮脱水済みの有機性汚泥３１を、亜臨界雰囲気においたまま、液体成分との接触を断つ。その上で、本実施形態の水熱処理装置１００は、圧縮脱水済みの有機性汚泥３１を圧縮力から解放するので（ステップＳＴ６：図８）、有機性汚泥３１を、亜臨界雰囲気におかれているとは言え、その固形成分が非圧縮となることにより、圧縮形状から崩し、亜臨界雰囲気下で有機性汚泥３１の表面積を拡大させる。本実施形態の水熱処理装置１００は、こうして形状が崩れて表面積の拡大した有機性汚泥３１が残った処理装置本体１の内部を大気解放して亜臨界雰囲気を解消する（ステップＳＴ７：図９）。

【0032】

有機性汚泥３１が残った処理装置本体１の内部を大気解放して亜臨界雰囲気を解消する以前において、有機性汚泥３１に残存している液体成分の多くは、亜臨界雰囲気下である故に１００℃より高い温度となっている。そして、この状態から、亜臨界雰囲気が解消されて処理装置本体１、詳しくは外筒３の内圧が大気圧まで減圧されるので、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減圧蒸発し、外筒３の外部に放出される。これにより、亜臨界中圧縮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、脱水効率は高まる。その上で、本実施形態の水熱処理装置１００は、有機性汚泥３１の表面積を拡大させているので、有機性汚泥３１に残存している液体成分の減圧蒸発を、有機性汚泥３１の表面積拡大により促進させる。この結果、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、水熱処理と脱水処理とを受けた有機性汚泥３１の脱水ケーキの含水率を確実により一層低減できる。

【0033】

本実施形態の水熱処理装置１００は、処理水３２を処理装置本体１の下方の貯留タンク２に排出した（ステップＳＴ４：図６）においても、圧縮脱水を受けた有機性汚泥３１に回転遠心力を付与して、液体成分を脱水分離し（ステップＳＴ５：図７）、その後に、圧縮力を解放する。有機性汚泥３１にピストン１２により圧縮力を付与して脱水を図る場合、圧縮の程度は、有機性汚泥３１に含まれる固形分の割合や物性等により定まり、圧縮による脱水を経ても有機性汚泥３１には液体成分が残り得る。しかしながら、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、圧縮脱水後の有機性汚泥３１に残存していた液体成分を、有機性汚泥３１に遠心力を付与して脱水分離するので、その分だけ、脱水ケーキの含水率をより一層低減できる。しかも、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、遠心力による液体成分（処理水３２）の脱水分離についても、これを亜臨界雰囲気下の高圧環境にて実行するので、液体成分の見かけ上の粘度低下により、有機性汚泥３１からの液体成分の遠心脱水を促進でき、更なる含水率の低減を図ることができる。

【0034】

本実施形態の水熱処理装置１００は、処理水３２を処理装置本体１の下方の貯留タンク２に排出するに当たり（ステップＳＴ４：図６）、貯留タンク２の内部を加圧して処理装置本体１の亜臨界雰囲気と等圧化を図る。よって、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、処理装置本体１の底部に貯まった処理水３２を、その自重により、支障なく貯留タンク２に排出できると共に、この有機性汚泥３１の排出の際は元より、処理装置本体１からの処理水３２の排出の後にあっても、処理装置本体１の内部をより確実に亜臨界雰囲気のままとでき、処理装置本体１の降圧を招かない。この結果、本実施形態の水熱処理装置１００によれば、有機性汚泥３１に残存している液体成分の遠心分離による脱水の実効性と、その後の減圧による蒸発脱水の実効性とを、共に高めることができる。

【0035】

本実施形態の水熱処理装置１００は、貯留タンク２に水蒸気供給機器群２００から亜臨界状態の水蒸気を導入してタンク加圧を図るので、貯留タンクを容易に処理装置本体１と等圧化できる。

【0036】

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0037】

上記した実施形態の水熱処理装置１００では、圧縮脱水を受けた有機性汚泥３１に回転遠心力を付与して液体成分を脱水分離するが（再脱水工程：ステップＳＴ５：図７）、この再脱水工程を省略して、ステップＳＴ４の亜臨界中脱液工程に続いてステップＳＴ６の圧縮力の解除工程を行うようにしてもよい。こうしても、圧縮脱水済みの有機性汚泥３１を、その表面積の増大下で減圧蒸発に処すことができるので、含水率低減を図ることができる。

【0038】

上記した本実施形態の水熱処理装置１００では、貯留タンク２の加圧を亜臨界状態の水蒸気導入により図るようにしたが、高圧空気を貯留タンク２に導入してタンク加圧を図るようにしてもよい。

【0039】

上記した本実施形態の水熱処理装置１００では、圧縮力の解除工程（ステップＳＴ６）において、ピストン１２の後退スライドを行ったが、この後退スライドに加え、脱水管１１の揺動を起こすようにしてもよい。つまり、まずは既述したようにピストン１２を圧縮解除位置まで後退スライドさせ、このピストン位置において、回転スライド機構９によりシャフト１０を正逆回転させる。こうすると、ピストン１２を圧縮解除位置に位置させたまま、脱水管１１は、ピストン１２と共に正逆回転して揺動するので、ピストン１２の後退スライドにより圧縮形状を崩した有機性汚泥３１は、脱水管１１において攪拌されて形状がより崩れるので、表面積は更に拡大する。この際、処理装置本体１は、亜臨界雰囲気のままであるので、圧縮力の解除工程に続く脱気工程（ステップＳＴ７）での減圧脱水は、より一層促進される。よって、圧縮力の解除工程において、ピストン１２の後退スライドに加え、脱水管１１の揺動を起こす実施形態によれば、含水率をより一層、且つ確実に低減できる。

【0040】

上記した本実施形態の水熱処理装置１００では、貯留タンク昇圧工程（ステップＳＴ３）において、貯留タンク２を加圧して処理装置本体１と等圧化を図ったが、亜臨界処理工程（ステップＳＴ１）の際に、貯留タンク２を処理装置本体１と等圧にしてもよい。つまり、亜臨界処理工程（ステップＳＴ１）の際に、排液管６の開閉バルブ２３を開放し、ドレン管２４の開閉バルブ２４ａと給排気管２１の開閉バルブ２１ａとを閉鎖しておき、水蒸気供給機器群２００から処理装置本体１に導入される亜臨界状態の水蒸気の一部を予め貯留タンク２に導入する。その上で、処理装置本体１での水熱処理のための回転スライド機構９の駆動前に、開閉バルブ２３を閉鎖する。こうすれば、水蒸気供給機器群２００から給排気管２１に到る管路を用いなくても、貯留タンク２を処理装置本体１と等圧化できる。

【符号の説明】

【0041】

１…処理装置本体
２…貯留タンク
３…外筒
３ａ…フランジ部
４…排気管
４ａ…開閉バルブ
５…吸気管
６…排液管
７…蓋部
８…固定治具
９…回転スライド機構
１０…シャフト
１１…脱水管
１１ａ…脱水管蓋部
１１ｂ…開口部
１２…ピストン
２１…給排気管
２１ａ…開閉バルブ
２１ｂ…大気解放管
２２…給液管
２３…開閉バルブ
２４…ドレン管
２４ａ…開閉バルブ
３１…有機性汚泥
３２…処理水
３２ｒ…流出経路
３２ｒｕ…内部流出流
１００…水熱処理装置
１１０…制御装置
２００…水蒸気供給機器群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】