特許 6567837 資源・エネルギーの利用方法

(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】6567837

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28日

(54)【発明の名称】資源・エネルギーの利用方法

(51)【国際特許分類】

   A01G 9/18 20060101AFI20190819BHJP

   A01G 7/02 20060101ALI20190819BHJP

   A01G 9/24 20060101ALI20190819BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20190819BHJP

【ＦＩ】

   A01G9/18

   A01G7/02

   A01G9/24 Q

   F25B27/02 R

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-36759(P2015-36759)

(22)【出願日】2015年2月26日

(65)【公開番号】特開2016-119896(P2016-119896A)

(43)【公開日】2016年7月7日

【審査請求日】2018年1月18日

(31)【優先権主張番号】特願2014-260361(P2014-260361)

(32)【優先日】2014年12月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】595053777

【氏名又は名称】吉佳エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000718

【氏名又は名称】特許業務法人中川国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 宏

(72)【発明者】

【氏名】大岡 伸吉

(72)【発明者】

【氏名】山本 勝利

(72)【発明者】

【氏名】姫野 修司

(72)【発明者】

【氏名】張 満良

【審査官】 田辺 義拓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２９０７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３６７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２８２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５８３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１３４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９３７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７１３１５４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００９３０４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−２３６７２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｇ ７／０２

Ａ０１Ｇ ９／１８−９／２４

Ｃ０２Ｆ ３／００，１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下水処理施設で発生する二酸化炭素及び熱からなる資源・エネルギーを利用する方法であって、
下水の処理過程で曝気により下水に溶存した有機物を分解するのに伴って曝気槽に於いて生成した二酸化炭素を含むガス、及び下水を処理した処理水が下水処理施設を流通する過程で該処理水との熱交換を行うと共にヒートポンプを介して採取した熱を温室に供給し、該温室内の二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度よりも高く且つ予め設定された濃度の範囲にあるように制御して植物を栽培することを特徴とする資源・エネルギーの利用方法。

【請求項2】

前記二酸化炭素を含むガスに加えて高度処理水を温室に供給することを特徴とする請求項１に記載した資源・エネルギーの利用方法。

【請求項3】

前記二酸化炭素を含むガス及び前記ヒートポンプを介して採取した熱を温室に供給する際に、少なくとも一部を該温室の地面下に埋設した供給管を介して噴射させることを特徴とする請求項１に記載した資源・エネルギーの利用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各種燃料を燃焼させることで発生した二酸化炭素及び熱、又は下水処理施設に於ける下水処理の過程で生成した二酸化炭素を含むガスや汚泥から発生した二酸化炭素、及び下水を処理した後の処理水又は再生水の熱を資源・エネルギーとして利用する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、火力発電所では石炭やガス或いは液体燃料を燃焼させて発電する過程で、二酸化炭素や水蒸気を含んだ比較的高温の排気ガスが生成される。

【0003】

一方、下水処理施設では、大量の下水を集中して処理して下水汚泥と処理水に分離し、下水汚泥は肥料として利用し、或いは焼却した後の焼却灰をコンクリートの骨材や道路の舗装材として利用し、処理水は河川等に放流している。

【0004】

地中に敷設された下水道管路を介して下水処理施設に流れ込んだ下水の温度は、四季を通して大気の温度の変化幅よりも小さいことが知られている。即ち、夏季の下水温度は大気温度よりも低く、冬季の下水温度は大気温度よりも高いことが知られている。このため、下水道管路の場合、内部を流れる下水との温度差を利用した熱交換を行うことで新たな熱エネルギー源とすることが提案されている。

【0005】

例えば、特許文献１に記載された発明は、下水道管の外周のうち少なくとも上方に高熱伝導率材料で形成された採熱管を配設して構成されている。そして、この採熱管に熱原水を通流させることで、内部を流れる下水の熱を下水道管の管壁を介して採取し、熱エネルギーとして利用している。

【0006】

また、特許文献２に記載された発明は、下水道管路を更生する際に、下水道管路の内周に於ける底面と更生管の間に熱交換部材を配置し、この熱交換部材に形成された流路に熱交換媒体を流通させることで、内部を流れる下水の熱を更生管の管壁を介して採取し、熱エネルギーとして利用している。

【0007】

また、下水は多くの有機物を含んでいることから、肥料資源としても利用されている。この肥料として利用する方法は、下水から沈殿した沈殿汚泥、及び曝気槽の中で下水中の有機物を分解・消化する過程で増殖した活性汚泥からなる下水汚泥をコンポスト化して利用する方法である。このように、下水汚泥を直接的な資源として利用する方法が中心であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−２４１２２６号公報

【特許文献2】特開２０１３−１００９３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

燃焼施設に於ける熱効率は比較的低く、かなりのエネルギーが排気ガスとして排出されるのが実情である。このため、排出される二酸化炭素を含む高温の排気ガスを利用する方法を開発することは、資源・エネルギーの有効利用をはかる上で有利である。

【0010】

また、特許文献１、２に記載されているように、下水は熱源となり得る可能性を有している。しかし、特許文献１、２に記載された発明は何れも下水処理施設から分散して敷設されている個々の下水道管路の一部区間を対象としており、熱エネルギーを採取し得たとしても、下水の全体量からすれば少量であり、効率が悪いという問題を有している。

【0011】

即ち、分散した下水道管路が集中した下水処理施設では、大量の下水が集中することで大きな熱エネルギー源としてとらえることができる。また、下水処理の過程で発生した下水汚泥も、肥料、骨材等に利用する以外の資源として活用できると有利である。更に、下水処理の過程で曝気槽に於いて曝気しつつ活性汚泥によって有機物を分解するが、このとき二酸化炭素を含む曝気後の空気（以下「処理ガス」という）が生成される。この処理ガスも資源として活用できると有利である。このため、集中した大量の下水を処理した下水汚泥や処理水を総合的な資源・エネルギー源として利用する方法を開発することが要求されている。

【0012】

本発明の目的は、燃焼施設から排出される排気ガスを資源・エネルギーとして利用する方法、下水の処理過程で発生する資源及びエネルギーを利用する方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するために本発明に係る資源・エネルギーの利用方法は、下水処理施設で発生する二酸化炭素及び熱からなる資源・エネルギーを利用する方法であって、下水の処理過程で曝気により下水に溶存した有機物を分解するのに伴って曝気槽に於いて生成した二酸化炭素を含むガス、及び下水を処理した処理水が下水処理施設を流通する過程で該処理水との熱交換を行うと共にヒートポンプを介して採取した熱を温室に供給し、該温室内の二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度よりも高く且つ予め設定された濃度の範囲にあるように制御して植物を栽培することを特徴とするものである。

【0014】

上記資源・エネルギーの利用方法において、前記二酸化炭素を含むガスに加えて高度処理水を温室に供給することが好ましい。

【0015】

また、上記資源・エネルギーの利用方法において、前記二酸化炭素を含むガス及び前記ヒートポンプを介して採取した熱を温室に供給する際に、少なくとも一部を該温室の地面下に埋設した供給管を介して噴射させることが好ましい、

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る資源・エネルギーの利用方法では、燃焼施設から排出される二酸化炭素を含む排気ガス、又は下水処理施設から排出される二酸化炭素を含む処理ガスを温室に供給して植物を栽培することで、温室内を高濃度の二酸化炭素雰囲気とすることが可能となり、且つ排気ガスの有する熱によって温室内を加温することができる。このため、温室内の植物の成長を促進することができる。

【0017】

また、下水処理の過程で発生する下水汚泥を消化してメタンガスを含む消化ガスを発生し、この消化ガスを燃焼させることで、二酸化炭素を含んだ高い温度を有する排気ガスを生成することができる。そして、この排気ガスを温室に供給することで、温室の内部を高濃度の二酸化炭素雰囲気で且つ高い温度に保持することが可能となり、植物の栽培に利用することができる。

【0018】

また、上記排気ガスに加えて、下水を処理した処理水が流通する過程で該処理水との熱交換を行い、ヒートポンプを介して採取した熱を温室に供給することで、温室内の二酸化炭素の濃度とのバランスをはかると共に温度の安定化をはかることができる。このため、効率の良い温室栽培を実現することができる。

【0019】

上記の如く、消化汚泥を燃焼させて発生した排気ガスと、処理水から採取した熱エネルギーと、を利用することで、消化汚泥をクリーンな資源として、処理水をエネルギーとして総合的に利用することができる。

【0020】

また、二酸化炭素を含む排気ガス及び、又はヒートポンプを介して採取した熱を温室に供給する際に、少なくとも一部を温室の地面下に埋設した供給管を介して噴射させることで、地面を構成する土壌を加温することが可能であり、且つ二酸化炭素を土壌の空隙を通過させて温室内に供給することができる。このため、排気ガスの熱又はヒートポンプを介して採取した熱によって土壌を効率良く加温することができる。

【0021】

また、消化ガスを燃焼させて二酸化炭素を生成する際にガス発電を行い、発電した電力によってヒートポンプを駆動することで、下水処理施設の消費電力を軽減することができる。

【0022】

また、下水処理過程で曝気槽に於いて下水を曝気しつつ活性汚泥によって有機物を分解するのに伴って二酸化炭素を含む処理ガスが生成する。この処理ガスの二酸化炭素濃度は大気よりも高いものの、人体に悪影響を及ぼすほどではなく、且つ下水の有する熱の影響を受けて変動範囲の狭い比較的安定した温度となる。このため、この処理ガスを温室に供給することで温室栽培を実現することができる。

【0023】

また、上記処理ガスに加えて、下水を処理した処理水が処理水管路を流通する過程で該処理水との熱交換を行うと共にヒートポンプを介して採取した熱を温室に供給することによって、温度の安定化をはかることができる。このため、効率の良い温室栽培を実現することができる。

【0024】

また、下水を処理した高度処理水を処理ガスに加えて温室に供給し、栽培植物の成長に必要な水として活用できる。この高度処理水にはリン成分、チッソ成分が含まれるので、温室栽培の際の肥料として利用することができる。

【0025】

また、排気ガスが供給された温室の二酸化炭素濃度が大気中の二酸化炭素濃度よりも高いことで、植物の成長を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】下水処理施設に於ける資源・エネルギーの利用方法を説明するブロック図である。

【図2】温室に処理水から採取した熱のみを供給する方法を説明する図である。

【図3】本実施例に係る下水処理施設に於ける資源・エネルギーの利用方法を説明するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明に係る資源・エネルギーの利用方法について説明する。本発明に係る資源・エネルギーの利用方法は、例えば、燃焼施設から排出される排気ガスに含まれる二酸化炭素を資源とし、排気ガスの熱をエネルギーとして利用しようとするものであり、特に、下水を処理した過程で発生した下水汚泥をクリーンな資源とし、下水を処理した処理水を熱エネルギー源として総合的に利用しようとするものである。

【0028】

また、下水処理施設では、下水処理の過程で曝気槽に於いて曝気しつつ活性汚泥によって下水中に存在する有機物を分解することが行われている。このとき排出された処理ガスに含まれる有機物の分解に由来する二酸化炭素を資源とし、曝気に伴って下水との間で交換された処理ガスの熱をエネルギーとして利用しようとするものである。更に、高度処理された高度処理水を散水用の水として、或いは養分を含んだ水性肥料として利用しようとするものである。

【0029】

以下、本発明に係る資源・エネルギーの利用方法について、下水処理施設に於ける例として説明する。下水処理施設では、下水を処理する過程で発生した下水汚泥を消化してメタンガスを含む消化ガスを発生させ、この消化ガスを燃焼させて生成した二酸化炭素を含む排気ガスを温室に供給することで二酸化炭素濃度の高い雰囲気とし、この二酸化炭素と高い温度とにより、温室内の植物の成長を促進することが可能である。

【0030】

更に、下水を処理した処理水と熱交換することで該処理水の持つ熱エネルギーを採取し、ヒートポンプを介して温室に排気ガスに加えて供給することによって、温室内の二酸化炭素の濃度とのバランスをはかると共に、温度の安定化をはかることが可能となり、温室内の植物の生長を安定した状態で促進することが可能である。

【0031】

即ち、メタンガスを含む消化ガスを燃焼させた排気ガスでは、該排気ガスに於ける二酸化炭素の濃度や温度は略一定である。しかし、排気ガスが供給された温室では、植物の生育状況や扉の開閉等の稼働状況によって二酸化炭素の濃度や温度が変化することを避けることは不可能である。このため、処理水から採取した熱或いは加温した空気を、温室内の二酸化炭素の濃度や温度に対応させえて供給することによって、該温室内の二酸化炭素の濃度や温度のバランスを適切な状態に保持することが可能である。

【0032】

処理水から採取した熱を温室に供給する際に、どのように供給するかを限定するものではない。例えば、温室内に設けた室内機とヒートポンプとに熱伝達媒体を流通させて熱のみを供給し得るように構成することが可能である。また、ヒートポンプで加温した空気を発生させて直接供給し得るように構成することも可能である。

【0033】

下水処理施設に流入する下水には有機物が溶存しているため、この有機物を分解するために空気による曝気が行われる。このとき、活性汚泥による有機物の分解に伴って二酸化炭素が生成され、この二酸化炭素を含んだ空気が排出される。このため、曝気槽から排出された処理ガスは大気の二酸化炭素濃度よりも高い二酸化炭素濃度となり、且つ下水中を通過する際に熱交換が行われる。

【0034】

上記の如く、下水処理の過程である曝気槽から排出された処理ガスは、大気よりも高い二酸化炭素濃度と、季節に応じて変化はあるものの年間を通じて比較的変動幅の狭い温度を保有することとなる。このような処理ガスを温室に供給することによって、温室内の植物の成長を促進することが可能である。

【0035】

温室内の二酸化炭素濃度は大気の二酸化炭素濃度よりも高ければ良く、濃度自体を限定するものではない。通常、大気の二酸化炭素の濃度は、０．０３５％〜０．０４％程度である。このため、温室内の二酸化炭素濃度は０．０４％以上０．０５％程度の範囲であれば好ましく、０．０４％以上０．０４５％程度の範囲であればより好ましい。しかし、作業のために温室に入る作業員の健康に障害を与えてはならず上限は存在する。

【0036】

温室内を高濃度の二酸化炭素雰囲気とした場合、二酸化炭素濃度とのバランスをはかるように、土壌中のチッソ、リン酸、カリ等の栄養分濃度を調整することが好ましい。

【0037】

また、温室内の温度は栽培する植物に応じて適宜設定することが好ましい。このため、植物の成長促進に対応させて予め設定された温室の温度、供給された二酸化炭素を含む排気ガスの温度、大気温度、等の条件に応じて、温室に供給する処理水から採取した熱エネルギーを調整することが好ましい。

【0038】

従って、本発明に係る資源・エネルギーの利用方法では、下水を処理して得られた下水汚泥をクリーンな資源としてとらえることが可能であり、処理水を熱エネルギー源としてとらえて利用することが可能である。

【0039】

次に、図１により、資源・エネルギーの利用方法の例について説明する。

【0040】

図に於いて、１１は沈砂池であり、多数の下水道管１１ａが集中して大量の下水が流入し、大きなゴミや砂が分離されて排出路１１ｂから排出される。そして、大きなゴミや砂が分離された下水は管渠１１ｃを経て第１沈澱池１２に供給される。

【0041】

第１沈澱池１２では、沈殿した固形状の有機物からなる沈殿汚泥を分離し、沈殿汚泥を分離した下水は管渠１２ａを経て曝気槽１３に供給される。分離された沈殿汚泥は汚泥配管１８から濃縮槽１７に供給される。

【0042】

曝気槽１３には空気配管２１ａを介してブロワ２１が接続され、該ブロワ２１から供給された空気が下水中に曝気する。そして、この環境条件下で好気性微生物等から構成される活性汚泥は下水中の有機物を分解し、消費して下水を浄化すると共に自身も増殖する。曝気槽１３で処理され、微生物と有機物とが凝集した活性汚泥を含む下水は管渠１３ａを経て第２沈澱池１４に供給され、該第２沈澱池１４で活性汚泥が沈殿して分離され、汚泥配管１８を経て排出される。

【0043】

第２沈澱池１４で活性汚泥を分離することで下水は透明な処理水となり、処理水管路１５を経て滅菌槽１６に供給され、所定の方法で滅菌処理が施されて管路１６ａを経て河川に放流され、或いは工業用水として、又は農業用水として利用される。

【0044】

上記第１沈澱池１２、曝気槽１３、第２沈澱池１４は、所定位置に図示しない開閉弁を配置した汚泥管路１８によって接続されており、該汚泥管路１８の下流側に濃縮槽１７が接続されている。そして、第１沈澱池１２で分離された沈殿汚泥は汚泥管路１８を経て直接濃縮槽１７に供給される。

【0045】

また、第２沈澱池１４で分離された活性汚泥の一部は汚泥管路１８を経て曝気槽１３に供給され、該曝気層１３で下水中の有機物を分解し、消費することで再度増殖して新たな活性汚泥が生じ、この活性汚泥を含んだ下水が第２沈殿槽１４に供給される。即ち、曝気層１３と第２沈殿池１４との間では活性汚泥の一部が循環して微生物の増殖を繰り返している。

【0046】

第２沈殿池１４から分離された活性汚泥の残りの部分、即ち、曝気槽で増殖した量に相当する部分は、余剰汚泥となり汚泥管路１８で沈殿汚泥と合流して下水汚泥として濃縮層１７に供給される。濃縮槽１７では供給された下水汚泥の水分を排除して濃縮し、該下水汚泥を管路１７ａを経て消化槽１９に供給する。

【0047】

消化槽１９では、供給された下水汚泥に嫌気性菌を作用させてメタンガスを含む消化ガスを発生させると共に消化汚泥とする。消化槽１９で発生した消化ガスは、約６０％のメタンガスと、約４０％の二酸化炭素とによって構成されている。そして、発生した消化ガスはガス配管１９ａを流通し、図示しない脱硫装置を経て脱硫されてガス発電部２０に供給される。また、消化汚泥は配管１９ｂから排出され、堆肥（コンポスト）として利用される。

【0048】

ガス発電部２０は消化ガスを燃料とする発電機が設置されており、消化ガスの燃焼によって発生した高い温度を有する燃焼生成ガスによって発電機を稼働させて発電し得るように構成されている。また、発電機を稼働させた燃焼生成ガスは、約１４％〜約１６％程度の二酸化炭素と窒素ガス及び水蒸気とが混合した約２００℃〜３００℃の温度を有する排気ガスとして、煙道２０ａを経て脱硫装置２２に供給される。

【0049】

脱硫装置２２を経た排気ガスは、排気ガス配管２を通って温室１に供給される。しかし、ガス発電部２０で発生した排気ガスを脱硫装置２２を通過させることなく、直接排気ガス配管２を経て温室１に供給しても良いことは当然である。

【0050】

温室１の規模（面積や容積）は限定するものではなく、下水処理施設に於ける利用可能な平面の大きさや、下水処理量に伴う消化ガスの発生量等の条件に応じて適宜設定することが好ましい。

【0051】

植物の成長に有効な二酸化炭素濃度は大気に於ける二酸化炭素濃度よりも高い。このため、温室１内の二酸化炭素濃度は、植物の成長に有効で、且つ人体に悪影響を与えることのない範囲とすることが必要となる。このような二酸化炭素濃度の範囲としては、前述したように０．０４％〜０．０５％程度であることが好ましい。

【0052】

このため、温室１には二酸化炭素濃度を検出するガスセンサ１ａが設けられており、該ガスセンサ１ａは制御部１ｃに接続されている。そして、ガスセンサ１ａによって検出した二酸化炭素濃度が、予め設定された上限値を超えたとき、制御部１ｃから信号を発生して温室１に供給される排気ガスの一部を大気に放出し得るように構成されている。また、二酸化炭素濃度が予め設定された下限値以下になったとき、温室１に供給する排気ガスの量を増加させるように構成されている。

【0053】

前述したように、温室１に供給される排気ガスは消化ガスの燃焼により高い温度を有している。しかし、植物の成長に適した温度は植物ごとに異なることが多く、必ずしも排気ガスの有する熱量が温室１の内部を植物の成長に充分な温度まで高めることが可能であるとはいえない。

【0054】

また、排気ガスを温室１に供給する際には高温状態で直接供給することは好ましいことではなく、栽培する植物に対応させて適度な温度であることが好ましい。このため、脱硫装置２２から温室１に至る排気ガス配管２の途中で適度な温度まで下げることが好ましい場合もある。このような排気ガスの温度を下げるための構造は特に限定するものではなく、例えば温室１の内部の空気を排気ガス配管２に吸引して排気ガスと温室内の空気を混合させて下げる方法や、排気ガス配管２に直接大気を混合させる方法がある。更に、排気ガス配管２に熱交換部３と連結された配管４を接続し、熱交換部３で加温した空気を混合させる方法もある。

【0055】

また、温室１の内部温度を上昇させるのに排気ガスの有する熱量では少ないことが見込めるような場合、下水を処理した処理水との熱交換を行って採取した熱エネルギーを温室１に供給し得るように構成することが好ましい。即ち、本実施例では、処理水管路１５に熱交換部３が接続されており、該熱交換部３によって処理水管路１５を流通する処理水の熱を採取して温室１に供給している。

【0056】

熱交換部３は、熱交換器３ａと、ヒートポンプ３ｂを有しており、配管３ｃに熱交換媒体を流通させることで、処理水との熱交換を実現し得るように構成されている。熱交換器３ａ、熱交換器３ｂは一般的に利用される熱交換装置をそのまま利用することが可能である。

【0057】

また、配管３ｃの構成は特に限定するものではなく、内部を流通する熱交換媒体と処理水との間で効率の良い熱交換が行えれば良い。例えば、銅やアルミニウム或いはステンレス等の熱伝導率の良い材料からなる管を処理水管路１５の外周面に巻き付け、或いは蛇腹状に接触させて構成したもので良く、また前記した管を処理水管路１５の内部に挿入して構成しても良い。

【0058】

配管３ｃの内部を流通する熱交換媒体としても特に限定するものではなく、配管３ｃの管壁を介して円滑な熱交換を行うことが可能であれば良い。このような熱交換媒体として、水を利用することが可能であり、水にアルコール或いはエチレングリコールを混合させた所謂不凍液であることが好ましい。

【0059】

上記の如く構成した熱交換部３では、熱交換器３ａによって配管３ｃに熱交換媒体を流通させると、処理水管路１５を介して或いは直接処理水との熱交換が行われる。そして、処理水との熱交換を行った熱交換媒体はヒートポンプ３ｂで熱の授受を行うことが可能である。

【0060】

例えば、処理水管路１５に流れる処理水の温度は冬季には１５℃〜１８℃程度である。そして、配管３ｃから供給された熱交換媒体の温度が３℃〜９℃程度とし、排出するときの温度が８℃〜１５℃程度となるような熱交換が行えるように、配管３ｃの長さや熱交換媒体の流量、流速等が設定されている。この結果、熱交換媒体は処理水管路１５を流れる処理水から熱を受けることとなり、熱交換媒体の吸熱作用が実行されることになる。更に、ヒートポンプ３ｂから排出される熱伝達媒体の温度を約３０℃〜４０℃程度とすることが可能であり、温室１の内部温度を上昇させる際に利用することが可能である。

【0061】

尚、熱伝達媒体としては通常利用される液体、或いは空気を利用することが可能であり、ヒートポンプ３ｂから温室１に対する熱の伝達方式に応じて適宜設定することが好ましい。例えば、温室１に対し熱のみを供給する場合には熱伝達媒体として液体を利用して循環させることが好ましく、温室１に温風を供給する場合には空気であることが好ましい。

【0062】

また、処理水管路１５に流れる処理水の温度は夏季には２０℃〜２５℃程度である。そして、配管３ｃから供給された熱交換媒体の温度が３０℃〜３５℃程度とし、配管３ｃに排出するときの温度が２５℃〜３０℃程度となるような熱交換が行えるように、配管３ｃの長さや熱交換媒体の流量、流速等が設定されている。この結果、熱交換媒体から処理水管路１５を流れる処理水に対して熱を伝えることとなり、熱交換媒体の排熱作用が実行されることになる。

【0063】

例えば、温室１で栽培する植物の成長に有効な温度が比較的低く、内部温度が上昇したときに冷却する必要のある場合、温室１から熱を採取し、この採取した熱を熱交換部３を介して処理水に放棄することが可能である。

【0064】

上記例では、ヒートポンプ３ｂで採取した熱によって熱伝達媒体としての空気を加温し、加温した空気を配管４を介して温室１に設けた室内機４ｃから供給し得るように構成している。即ち、ヒートポンプ３ｂで加温した空気を直接温室１に送風することで、熱を供給することが可能となり、温室１内の二酸化炭素の濃度の変化や、温室１の内部温度の変化に対応させて風量を調整することで、二酸化炭素の濃度や温度のバランスを保持することが可能である。

【0065】

温室１の温度を制御するために、温室１には制御部１ｃと接続された温度センサ１ｂが設けられている。この制御部１ｃには温室１で栽培する植物に対応させて適当な温度の範囲が設定されている。そして、温度センサ１ｂで検出した温室１の温度が設定温度の上限を超えたとき、熱交換部３から供給される熱量を軽減或いは停止させるように制御し、設定温度の下限以下になったとき、供給される熱量を増加させるように制御している。

【0066】

更に、ガス発電部２０で発電された電力は、送電線５を介して熱交換部３のヒートポンプ３ｂに伝えられて該ヒートポンプ３ｂを駆動し得るように構成されている。また、送電線５は曝気槽１３に曝気用空気を供給するブロワ２１にも接続されており、ガス発電部２０で発電した電力を有効利用することが可能である。このため、外部電力を削減することが可能となる。

【0067】

上記した例では排気ガス配管２を温室１の建屋に接続して直接温室１の内部に供給し得るように構成した。しかし、この構成に限定するものではなく、温室１の地面下に供給管６を埋設しておき、この供給管６に排気ガス配管２を接続することで二酸化炭素を含む排気ガスの少なくとも一部を地面下から供給し得るように構成しても良い。

【0068】

上記の如く構成した場合、温室１の地面が直接排気ガスによって、又は排気ガスと熱伝達媒体によって加温することが可能となり、植物の成長により効果的である。

【0069】

供給管６の構造は特に限定するものではなく、ステンレス等の金属管或いは耐食性と耐熱性を有する合成樹脂管等を採用することが可能である。そして、供給管６の管壁に多数の小孔を形成しておくことで、排気ガス配管２から供給された排気ガスを噴射して地面を加温しつつ、温室１の内部に二酸化炭素を供給することが可能である。

【0070】

供給管６を地面下に埋設する際の深さは限定するものではなく、栽培すべき植物の根の張り方を考慮して設定することが好ましい。栽培すべき植物が葉菜である場合、供給管６の埋設深さは１５ｃｍ〜２０ｃｍ程度であることが好ましいが、この深さに限定するものではないことは当然である。

【0071】

また、供給管６が地面下に埋設されていることから、排気ガス配管２を経て供給管６に供給された排気ガスの円滑な噴射が阻害される虞がある。この場合、排気ガス配管２にブロワ等を設置して集塵機２２及び、又はヒートポンプ３ｂから吸引すると共に、吸引した排気ガス又は熱伝達媒体としての加温空気を昇圧させることで、温室１に於ける地面に対する円滑な噴射が可能である。

【0072】

上記例では、供給管６から排気ガスを噴射して地面を加温しつつ、二酸化炭素を温室１に供給し得るように構成したが、供給管６から排気ガスを噴射する際に、処理水から採取した熱で加温した空気を混合させて噴射し得るように構成しても良い。

【0073】

また、熱交換部３に於いて処理水から採取した熱を温室１に供給する際に必ずしも熱伝達媒体として空気を利用することに限定するものではなく、水に代表される液体を熱伝達媒体として利用することも可能である。

【0074】

即ち、図２に示すように、温室１の内部に設けた室内機４ｃに、熱伝達媒体を供給する供給配管４ａと戻り配管４ｂを接続して構成しても良い。この場合、ヒートポンプ３ｂで採取した熱によって熱伝達媒体を加温し、加温した熱伝達媒体を供給配管４ａを介して温室１に設けた室内機４ｃに供給し、温室１で熱を放出した熱伝達媒体を戻り配管４ｂを経てヒートポンプ３ｂに戻すように循環させている。この構成では、処理水から採取した熱を効率的に温室１に供給して該温室１の室内温度を上昇させることが可能である。

【0075】

次に、図３により、本実施例に係る資源・エネルギーの利用方法について説明する。尚、図に於いて前述の例と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【0076】

前述したように、下水処理の過程に設けられた曝気槽１３にはブロワ２１から空気配管２１ａを介して空気が供給されて下水中に曝気し、水面から放出されて曝気槽１３の上部に蓄積される。曝気槽１３に於いて、活性汚泥を構成する好気性微生物が下水中に溶存した有機物を分解する。そして、有機物の分解に伴って二酸化炭素が生成し、曝気に含有され、下水表面から放出される。

【0077】

このため、曝気槽１３の上部に存在する空気の二酸化炭素濃度は大気の二酸化炭素濃度よりも高くなる。この空気の二酸化炭素濃度は燃料を燃焼させたときの排気ガス程高いものではなく、植物の成長を促進する空気として好ましく利用することが可能である。

【0078】

また、一年を通した下水の温度の変動幅は、大気の変動幅よりも狭い。即ち、冬季では下水の温度は大気温度よりも高く略１５℃程度であり、夏季では大気温度よりも低く略１８℃程度である。このため、曝気槽１３を通過した空気は、該曝気槽１３に於ける下水との間で熱交換が行われることとなり、冬季では大気温度よりも高い温度となり、夏季では低い温度となる。

【0079】

上記の如く、曝気層１３から排出される処理ガスは、大気よりも二酸化炭素濃度が高く、且つ下水との熱交換が行われて大気温度との間に温度差を有する。このため、処理ガスを温室１に供給することによって、該温室１に於ける植物の成長を促進することが可能である。

【0080】

例えば、温室１で栽培する植物の成長に対する適正温度が前述の略１５℃〜略１８℃よりも高い場合、図１に示す例で説明した熱交換部３を構成するヒートポンプ３ｂと温室１を配管４を介して接続し、該ヒートポンプ３ｂから熱を供給して所望の温度に設定し得るように構成することが好ましい。

【0081】

本実施例では、曝気槽１３と温室１の間に脱臭装置２６を介して処理ガス配管２５が配置されている。曝気槽１３で生成した処理ガスは、脱臭装置２６に導かれて脱臭された後、処理ガス配管２５を経て温室１に設けた室内機４ｃの吹出口から供給される。そして、温室１内の二酸化炭素濃度や温度は各センサー１ａ、１ｂによって検出され、制御部１ｃによって処理ガスの供給量を制御し得るように構成されている。

【0082】

第１沈澱池１２、曝気槽１３、第２沈澱池１４を経る一連の下水処理の過程で処理された処理水は微細な懸濁物が存在しており、このままで散水したり、水性肥料として利用することは好ましくはない。このため、処理水を更に高度処理することによって高度処理水とし、この高度処理水を温室１に供給している。

【0083】

即ち、本実施例では、処理水配管１５から高度処理水配管２７を分岐させ、この高度処理水配管２７を高度処理装置２８を介して温室１に接続している。高度処理装置２８の構成は限定するものではなく、通常利用されている砂、活性炭からなる濾過装置であって良い。

【0084】

また、温室１に於ける高度処理水配管２７との接続構造は限定するものではなく、水栓や水槽であって良く、スプリンクラーであっても良い。高度処理水配管２７が水栓やスプリンクラーに接続されている場合、処理水を散水用に利用することが可能であり、水槽に接続されている場合、水耕栽培に利用することが可能である。

【0085】

上記の如く本実施例では、下水処理の過程で生成した二酸化炭素を含み大気温度との間に温度差を有する処理ガスを温室１に供給して資源、エネルギーとして利用し、高度処理水を散水用に、或いは水耕栽培用に利用することが可能である。

【0086】

以上、本発明の実施例に係る資源・エネルギーの利用方法について説明したが、これらの実施例に係る方法は互いに独立させて実施しても良く、同時に実施しても良いことは当然である。

【0087】

例えば、温室１に前述の例に係る脱硫装置２２と接続された配管２、熱交換部３と接続された配管４、及び本実施例に係る曝気槽１３と接続された処理ガス配管２５、高度処理装置２８を介して処理水配管１５と接続された高度処理水配管２７を接続して構成することが可能である。そして、温室１に設けたガスセンサ１ａ、温度センサ１ｂによって該温室１の内部に於ける二酸化炭素濃度や室温を検出し、制御部１ｃによって各配管から供給されるガスの流量や加温空気の量を制御することで、二酸化炭素の濃度や温度のバランスを保持することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0088】

本発明に係る資源・エネルギーの利用方法は、燃焼施設から排出された排気ガスに含まれる二酸化炭素を資源として、熱をエネルギーとして利用することが可能である。特に、下水処置施設に適用した場合、下水を処理した発生した下水汚泥をクリーンな資源として利用し、処理水を熱エネルギー源として利用することが可能である。

【符号の説明】

【0089】

１ 温室
１ａ ガスセンサ
１ｂ 温度センサ
１ｃ 制御部
２ 排気ガス配管
３ 熱交換部
３ａ 熱交換器
３ｂ ヒートポンプ
３ｃ 配管
４ 配管
４ａ 供給配管
４ｂ 戻り配管
４ｃ 室内機
５ 送電線
６ 供給管
１１ 沈砂池
１１ａ 下水道管
１１ｂ 排出路
１１ｃ、１２ａ、１３ａ 管渠
１２ 第１沈澱池
１３ 曝気槽
１４ 第２沈澱池
１５ 処理水管路
１６ 滅菌槽
１６ａ、１７ａ、１９ｂ 管路
１８ 汚泥管路
１７ 濃縮槽
１９ 消化槽
１９ａ ガス配管
２０ ガス発電部
２０ａ 煙道
２１ ブロワ
２１ａ 空気配管
２２ 脱硫装置
２５ 処理ガス配管
２６ 脱臭装置
２７ 高度処理水配管
２８ 高度処理装置

【図1】

【図2】

【図3】