特許 6971639 汚泥処理システムおよび汚泥処理方法

(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】6971639

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】汚泥処理システムおよび汚泥処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/04 20060101AFI20211111BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20211111BHJP

   C02F 1/20 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/04 ZZAB

   B01D53/22

   C02F1/20 B

【請求項の数】13

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-110852(P2017-110852)

(22)【出願日】2017年6月5日

(65)【公開番号】特開2018-202326(P2018-202326A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2020年5月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】毛受 卓

(72)【発明者】

【氏名】大月 伸浩

(72)【発明者】

【氏名】大江 真理

(72)【発明者】

【氏名】猪俣 吉範

(72)【発明者】

【氏名】早見 徳介

(72)【発明者】

【氏名】赤岩 真梨子

【審査官】 松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−１８３９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２０３１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５３３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６６５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−３１０７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０１０８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１３９５４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２７３４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１５０１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０３４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９５４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３７０５６６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００− １１／２０

Ｂ０９Ｂ １／００− ５／００

Ｂ０９Ｃ １／００− １／１０

Ｂ０１Ｄ ５３／３４− ５３／７３

Ｂ０１Ｄ ５３／７４− ５３／８５

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

Ｂ０１Ｄ ５３／９６

Ｃ０１Ｃ １／００− ３／２０

Ｈ０１Ｍ ８／００− ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８− ８／２４９５

Ｆ０２Ｃ １／００− ９／５８

Ｆ２３Ｒ ３／００− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機性廃棄物を嫌気性微生物により消化処理してバイオガスおよび消化汚泥を得る消化槽と、
前記バイオガスまたは前記消化汚泥の一方または両方に含まれるアンモニアを回収するアンモニア回収手段と、
前記アンモニア回収手段により回収されたアンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、を備え、
前記アンモニア回収手段が、
前記消化槽内に設けられ、前記消化汚泥を曝気する曝気管と、
前記曝気によって得られたガスをアンモニアと脱アンモニアガスとに分離するアンモニア分離器と、を備え、
前記曝気管は、前記脱アンモニアガスを用いて前記消化汚泥を曝気する汚泥処理システム。

【請求項2】

有機性廃棄物を嫌気性微生物により消化処理してバイオガスおよび消化汚泥を得る消化槽と、
前記バイオガスまたは前記消化汚泥の一方または両方に含まれるアンモニアを回収するアンモニア回収手段と、
前記アンモニア回収手段により回収されたアンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、を備え、
前記アンモニア回収手段が、
前記消化槽から送られた前記消化汚泥を収容する膜分離装置と、
前記膜分離装置内に設けられ、前記消化汚泥を曝気する散気部と、
前記消化槽において発生したバイオガスおよび前記曝気により得られた分離ガスをアンモニアと脱アンモニアガスとに分離するアンモニア分離器と、を備え、
前記散気部は、前記脱アンモニアガスを用いて前記消化汚泥を曝気する汚泥処理システム。

【請求項3】

有機性廃棄物を嫌気性微生物により消化処理してバイオガスおよび消化汚泥を得る消化槽と、
前記消化槽から送られた前記消化汚泥を収容すると共に前記消化汚泥を膜分離汚泥と分離液とに分離する膜分離槽と、
前記分離液に含まれるアンモニアを回収するアンモニア回収手段と、
前記アンモニア回収手段により回収されたアンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、を備え、
前記アンモニア回収手段が、
前記膜分離槽から送られた前記分離液を収容する曝気装置と、
前記曝気装置内に設けられ、前記分離液を曝気する曝気部と、
前記曝気により得られた分離ガスをアンモニアと脱アンモニアガスとに分離するアンモニア分離器と、を備え、
前記曝気部は、前記脱アンモニアガスを用いて前記分離液を曝気する汚泥処理システム。

【請求項4】

前記エネルギー変換装置で発生した熱を用いて、前記膜分離装置に前記消化汚泥を送る消化汚泥送泥管を加温する消化汚泥加温手段を備える請求項２に記載の汚泥処理システム。

【請求項5】

前記エネルギー変換装置で発生した熱を用いて、前記曝気装置に分離液を送る分離液送液管を加温する分離液加温手段を備える請求項３に記載の汚泥処理システム。

【請求項6】

前記エネルギー変換装置で発生した熱を用いて、前記消化槽に前記有機性廃棄物を送る有機性廃棄物送泥管を加温する有機性廃棄物加温手段を備える請求項１に記載の汚泥処理システム。

【請求項7】

前記エネルギー変換装置で発生した熱を用いて、前記消化槽を加温する消化槽加温手段を備える請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の汚泥処理システム。

【請求項8】

前記アンモニア分離器が、前記バイオガスまたは前記消化汚泥の一方または両方に含まれるアンモニアを分離回収するアンモニア分離膜である請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の汚泥処理システム。

【請求項9】

前記エネルギー変換装置がアンモニア燃料電池である請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の汚泥処理システム。

【請求項10】

前記エネルギー変換装置が、アンモニアを燃料として発電する発電機である請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の汚泥処理システム。

【請求項11】

有機性廃棄物を嫌気性微生物により消化処理してバイオガスおよび消化汚泥を得る消化処理工程と、
前記バイオガスまたは前記消化汚泥の一方または両方に含まれるアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、
前記アンモニア回収工程により回収された前記アンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換工程と、を備え、
前記アンモニア回収工程が、
前記消化汚泥を曝気する工程と、
前記曝気により得られたガスをアンモニアと脱アンモニアガスとに分離する工程と、を備え、
前記消化汚泥を曝気する前記工程では、前記脱アンモニアガスを用いて前記消化汚泥を曝気する汚泥処理方法。

【請求項12】

有機性廃棄物を嫌気性微生物により消化処理してバイオガスおよび消化汚泥を得る消化処理工程と、
前記バイオガスまたは前記消化汚泥の一方または両方に含まれるアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、
前記アンモニア回収工程により回収された前記アンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換工程と、を備え、
前記アンモニア回収工程が、
前記消化汚泥を曝気することで前記アンモニアを含む分離ガスを得る膜分離工程と、
前記消化処理工程で発生したバイオガスおよび前記アンモニアを含む分離ガスをアンモニアと脱アンモニアガスとに分離する工程と、を備え、
前記膜分離工程では、前記脱アンモニアガスを用いて前記消化汚泥を曝気する汚泥処理方法。

【請求項13】

有機性廃棄物を嫌気性微生物により消化処理してバイオガスおよび消化汚泥を得る消化処理工程と、
前記消化汚泥を膜分離汚泥と分離液とに分離する膜分離工程と、
前記分離液に含まれるアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、
前記アンモニア回収工程により回収された前記アンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換工程と、を備え、
前記アンモニア回収工程が、
前記分離液を曝気してアンモニアを含むガスを取り出す曝気工程と、
前記アンモニアを含むガスから前記アンモニアを分離回収する工程と、を備え、
前記曝気工程では、前記アンモニアを分離回収する工程でアンモニアが回収された後の脱アンモニアガスを用いて前記分離液を曝気する汚泥処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、汚泥処理システムおよび汚泥処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

汚泥処理施設において、有機性廃棄物等を消化槽内の嫌気性微生物によって消化処理する場合、有機性廃棄物中の有機物の一部は二酸化炭素およびメタンを含むバイオガスとなる。また、有機性廃棄物中にタンパク質等のような窒素化合物が含まれている場合には、その大半が消化処理によってアンモニア等低分子の窒素化合物まで分解される。消化槽で生じたアンモニアは、一部がバイオガスの一成分となり、残部が消化汚泥中の水分に溶解する。

【0003】

アンモニアを含む消化汚泥は、消化槽から脱水装置に送られる。その後、消化汚泥は、脱水装置によって脱水され、消化汚泥中の水分である脱離液と脱水汚泥とに分離される。この脱離液は、アンモニアを多量に含む。脱離液の一部は排水処理施設に送られて処理され、残部が消化槽に返送される。アンモニアを多量に含む脱離液を排水処理施設に送ると、排水処理施設の窒素負荷が増大する。また、アンモニア濃度が高い脱離液を消化槽に送ると、消化槽内のアンモニア濃度が高くなり、消化槽内の消化処理効率が低下する。

【0004】

脱離液中のアンモニアを除去する処理としては、一般に、アンモニアストリッピング処理が知られている。アンモニアストリッピング処理は、アンモニアを含む脱離液に蒸気または空気を散気して、脱離液中のアンモニアを放散する処理である。アンモニアストリッピング処理によって脱離液から放散したアンモニアは、大気中に放出されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１−２２１５４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、消化槽内のアンモニア濃度を低減でき、また排水処理施設における窒素負荷を低減でき、さらに汚泥処理において生じるアンモニアを回収し、このアンモニアをエネルギーに変換することができる汚泥処理システムおよび汚泥処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の汚泥処理システムは、消化槽と、アンモニア回収手段と、エネルギー変換装置と、を持つ。
消化槽は、有機性廃棄物を嫌気性微生物により消化処理してバイオガスおよび消化汚泥を得る。
アンモニア回収手段は、前記バイオガスまたは前記消化汚泥の一方または両方に含まれるアンモニアを回収する。
エネルギー変換装置は、前記アンモニア回収手段により回収されたアンモニアをエネルギーに変換する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態における汚泥処理システムの概略図。

【図2】第２の実施形態における汚泥処理システムの概略図。

【図3】第３の実施形態における汚泥処理システムの概略図。

【図4】第４の実施形態における汚泥処理システムの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態の汚泥処理システムおよび汚泥処理方法を、図面を参照して説明する。

【0010】

まず、汚泥処理において生じるアンモニアの形態について説明する。
実施形態の汚泥処理方法では、有機性廃棄物を嫌気性微生物によって消化処理することで、二酸化炭素、メタンおよびアンモニアと、消化汚泥とが得られる。二酸化炭素、メタンおよび一部のアンモニアは、バイオガスとして得られる。また、アンモニアの残部は、消化汚泥中に含まれる水分に溶解することで、消化汚泥に含まれる状態になる。

【0011】

このように、実施形態の汚泥処理方法では、アンモニアを含むバイオガスと、アンモニアを含む消化汚泥とが得られる。以下に説明する実施形態の汚泥処理方法では、消化処理で生じたアンモニアを含む、バイオガスまたは消化汚泥の一方または両方からアンモニア回収するアンモニア回収手段と、回収したアンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換装置とを備える。以下、各実施形態について詳細に説明する。

【0012】

（第１の実施形態）
図１に示す実施形態の汚泥処理システム１００は、消化槽２と、アンモニア回収手段３０と、エネルギー変換装置４と、を備える。なお、アンモニア回収手段３０は、曝気管６と、アンモニア分離器３と、を備える。
また、汚泥処理システム１００は、図１に示すように、汚泥濃縮槽１と、脱水装置５と、ミストセパレータ７と、脱硫塔８と、ガス貯留タンク９と、ガスエネルギー変換装置１０と、送気部１１と、を備えていてもよい。

【0013】

汚泥濃縮槽１は、有機性廃棄物流入管Ｌ１を介して排水処理施設から送られた有機性廃棄物を濃縮して、有機性廃棄物の体積を減少させる槽である。
汚泥濃縮槽１は、有機性廃棄物流入管Ｌ１を介して図示略の排水処理施設と接続されている。また、汚泥濃縮槽１は、有機性廃棄物送泥管Ｌ２を介して消化槽２と接続されている。

【0014】

消化槽２は、汚泥濃縮槽１から送られた有機性廃棄物を、嫌気性微生物の活動によって、二酸化炭素、メタンおよびアンモニア並びに消化汚泥に分解する、消化処理を行う槽である。消化槽２は、後述するアンモニア回収手段３０を構成する曝気管６を有する。
消化槽２は、消化汚泥送泥管Ｌ１１を介して脱水装置５と接続されている。

【0015】

消化槽２は、ガス第２送気管Ｌ６を介してガス貯留タンク９と接続されている。また、消化槽２は、ガス第１送気管Ｌ３を介してミストセパレータ７と接続されている。これにより、消化槽２は、消化槽２内のガスを消化槽２外に排出できるようになっている。なお、消化槽２から排出されるガスは、後述する曝気管６が消化槽２内を曝気して得たアンモニアを含むガスと、嫌気性微生物の消化処理によって生じたバイオガスと、を含む。

【0016】

本実施形態のアンモニア回収手段３０は、バイオガスおよび消化汚泥に含まれるアンモニアを回収する手段である。より詳細には、アンモニア回収手段３０は、消化槽２内の消化汚泥を曝気して、消化汚泥に含まれるアンモニアを取り出す曝気管６を備える。また、アンモニア回収手段３０は、消化槽２内の曝気後のガス、すなわち、消化槽２内の消化汚泥を曝気管６によって曝気したガスと消化槽２における消化処理で生じたバイオガスとからなるガスから、アンモニアを取り出すアンモニア分離器３を備える。

【0017】

アンモニア回収手段３０を構成する曝気管６は、消化槽２内に送気部１１から送気された脱アンモニアガスを曝気する手段である。この脱アンモニアガスについては後述する。なお、曝気管６としては、例えば、単管、穴あき配管、多孔質散気材、マイクロバブル発生器等が挙げられる。曝気管６は、消化槽２内に設置されている。

【0018】

アンモニア回収手段３０を構成するアンモニア分離器３は、脱硫塔８から送気されたガスからアンモニアを分離回収する分離器である。
アンモニア分離器３は、アンモニア送気管Ｌ８を介してエネルギー変換装置４と接続されている。また、アンモニア分離器３は、脱アンモニアガス第１送気管Ｌ９を介して送気部１１と接続されている。

【0019】

ミストセパレータ７は、消化槽２から送気されたガスに含まれるミスト（液滴）を除去する装置である。
ミストセパレータ７は、ガス第３送気管Ｌ４を介して脱硫塔８と接続されている。

【0020】

脱硫塔８は、ミストセパレータ７から送気されたガスに含まれる硫化水素等の硫黄分を除去する装置である。
脱硫塔８は、ガス第４送気管Ｌ５を介してアンモニア分離器３に接続されている。

【0021】

エネルギー変換装置４は、アンモニア分離器３から送られたアンモニアをエネルギーに変換する装置である。エネルギー変換装置４としては、例えば、アンモニアを燃焼して熱エネルギーを得るガスボイラ、アンモニアを燃焼して発電し、電気エネルギーおよび熱エネルギーを得るガスタービン発電機、アンモニアを原料として発電して、電気エネルギーおよび熱エネルギーを得るアンモニア燃料電池等が挙げられる。

【0022】

送気部１１は、アンモニア分離器３から送気された脱アンモニアガスを、必要に応じて圧縮して、消化槽２内の曝気管６に送気する。なお、本実施形態において脱アンモニアガスとは、アンモニア分離器３によってアンモニアが分離回収された後のガスをいう。
送気部１１としては、例えば、ブロワ、コンプレッサ等が挙げられる。送気部１１は、脱アンモニアガス第２送気管Ｌ１０を介して曝気管６と接続されている。

【0023】

脱水装置５は、消化槽２から消化汚泥送泥管Ｌ１１を介して送られた消化汚泥を脱水して、脱水汚泥と脱離液とに分離させる装置である。なお、脱水装置５としては、例えば、ベルトプレス脱水機、フィルタープレス脱水機、ロータリープレス脱水機、スクリュープレス脱水機、遠心分離脱水機、多重円板脱水機等を用いることができる。
脱水装置５は、脱水汚泥送泥管Ｌ１２を介して図示略の乾燥装置と接続されている。また、脱水装置５は、脱離液送液管Ｌ１３を介して図示略の排水処理施設と接続されている。

【0024】

ガス貯留タンク９は、消化槽２からガス第２送気管Ｌ６を介して送気されたガスを貯留するタンクである。
ガス貯留タンク９は、ガス第５送気管Ｌ７を介してガスエネルギー変換装置１０と接続されている。

【0025】

ガスエネルギー変換装置１０は、ガス貯留タンク９からガス第５送気管Ｌ７を介して送られたガスをエネルギーに変換する装置である。ガスエネルギー変換装置１０としては、例えば、ガスを燃焼して熱エネルギーを得るガスボイラ、ガスを燃焼して発電し、熱エネルギーおよび電気エネルギーを得るガスタービン発電機が挙げられる。

【0026】

次に、本実施形態の汚泥処理システム１００のそれぞれの構成要素の作用を説明すると共に、当該汚泥処理システムを用いた汚泥処理方法について説明する。

【0027】

本実施形態の汚泥処理方法は、有機性廃棄物を嫌気性微生物により消化処理して、メタン、二酸化炭素およびアンモニア並びに消化汚泥を得る消化処理工程と、消化汚泥を曝気して得たアンモニアを含むガスおよび消化処理によって発生したバイオガスとからアンモニアを分離回収するアンモニア回収工程と、アンモニア回収工程により回収されたアンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換工程と、から構成される。

【0028】

また、本実施形態の汚泥処理方法は、汚泥濃縮槽１により、排水処理施設から送られた有機性廃棄物を濃縮する濃縮工程と、ミストセパレータ７により、消化槽２により得られたガスに含まれるミストを除去するミスト除去工程と、脱硫塔８により、ミストセパレータ７から送気されたガスに含まれる硫黄分を除去する硫黄分除去工程と、ガスエネルギー変換装置１０により、消化槽２により得られたガスをエネルギーに変換するガスエネルギー変換工程と、脱水装置５により、消化槽２により得られた消化汚泥を脱水して脱離液および脱水汚泥を得る脱水工程と、を有していてもよい。
以下、各工程について説明する。

【0029】

まず、汚泥濃縮工程では、排水処理施設から有機性廃棄物流入管Ｌ１を介して汚泥濃縮槽１に送られた有機性廃棄物を濃縮することで、有機性廃棄物の水分量を減少させる。なお、汚泥濃縮槽１における汚泥濃縮方法としては、重力式濃縮や機械式濃縮を用いることができる。

【0030】

有機性廃棄物は、通常、水分を９９％程度含む。有機性廃棄物が濃縮されることによって、有機性廃棄物の含水率が９７％程度となる。有機性廃棄物を濃縮して得られた上澄み液は、図示略の上澄み液送液管を介して、図示略の排水処理施設へ送られる。一方、濃縮された有機性廃棄物は、有機性廃棄物送泥管Ｌ２を介して消化槽２に送られる。

【0031】

消化処理工程では、汚泥濃縮槽１から消化槽２に送られた有機性廃棄物を、消化槽２内に保持した嫌気性微生物によって消化処理することで、二酸化炭素、メタンおよびアンモニア並びに消化汚泥を得る。消化処理工程では、一部のアンモニアがメタンおよび二酸化炭素とともにバイオガスとなる。また、残部のアンモニアは、消化汚泥中に含まれる。この消化汚泥は、９５％以上の水分を含み、この水分中にアンモニアが溶解する。消化汚泥の水分以外の成分は、嫌気性微生物が分解しきれなかった有機性廃棄物（有機物）の残渣および嫌気性微生物である。

【0032】

次に、アンモニア回収工程について説明する。アンモニア回収工程では、消化槽２内を曝気管６によって曝気することで、消化汚泥に含まれるアンモニアを遊離させてバイオガスに含ませ、その後、遊離したアンモニアを含むガスからアンモニアを分離回収する。

【0033】

具体的には、アンモニアが溶解した消化槽２内の消化汚泥に、曝気管６によって脱アンモニアガスを吹き込む。これにより、消化汚泥に含まれるアンモニア態窒素（ＮＨ_４^＋）と水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とが反応し、遊離アンモニア（ＮＨ_３）と水（Ｈ_２Ｏ）とが生成される。この遊離アンモニアは、消化汚泥から放散され、バイオガスと混合されて、アンモニアを含むガスとなる。これにより、消化汚泥中のアンモニアが除去される。

【0034】

曝気後の消化槽２内にあるガス（消化汚泥を曝気して得られたガスとバイオガスとからなるガス）は、一部がガス第１送気管Ｌ３を介してミストセパレータ７に送られる。消化槽２で生じたガスの残部は、ガス第２送気管Ｌ６を介してガス貯留タンク９に送られる。
一方、消化槽２で生成した消化汚泥は、消化汚泥送泥管Ｌ１１を介して脱水装置５に送られる。

【0035】

消化槽２からミストセパレータ７に送られたガスは、ミストセパレータ７および脱硫塔８を経由して、アンモニア分離器３に送られる。アンモニア分離器３において、アンモニアを含むガスからアンモニアを分離回収する。アンモニアを分離回収する方法としては、化学吸着法、物理吸着法、膜分離法等を用いることができる。

【0036】

なお、ミストセパレータ７では、消化槽２から送気されたガスに含まれるミストを除去する（ミスト除去工程）。ミストが除去されたガスは、ガス第３送気管Ｌ４を介して脱硫塔８に送気される。脱硫塔８では、ミスト除去工程後のガスから硫化水素等の硫黄分を除去する（脱硫工程）。硫黄分が除去されたガスが、ガス第４送気管Ｌ５を介してアンモニア分離器３に送気されてアンモニアが分離回収される。アンモニア分離器３で得られたアンモニアは、アンモニア送気管Ｌ８を介してエネルギー変換装置４に送気される。一方、アンモニアが分離回収された後の脱アンモニアガスは、脱アンモニアガス第１送気管Ｌ９を介して、送気部１１に送気される。送気部１１に送気された脱アンモニアガスは、必要に応じて圧縮されて、脱アンモニアガス第２送気管Ｌ１０を介して、曝気管６に送気される。

【0037】

次に、エネルギー変換工程について説明する。エネルギー変換工程では、アンモニア分離器３から送られたアンモニアをエネルギーに変換する。エネルギー変換装置４によって得られるエネルギーとしては、例えば、熱エネルギーや電気エネルギーが挙げられる。エネルギー変換装置４で得られた電気エネルギーは、汚泥処理システム１００の運転に要する電力として使用してもよく、売電してもよい。

【0038】

また、消化槽２からガス貯留タンク９に送られたガスは、必要に応じて圧縮されて、ガスエネルギー変換装置１０に送気される。ガスエネルギー変換装置１０は、ガス貯留タンク９から送気されたガスをエネルギーに変換する（ガスエネルギー変換工程）。ガスエネルギー変換装置１０で得られるエネルギーとしては、熱エネルギーや電気エネルギーが挙げられる。ガスエネルギー変換装置１０により得られた電気エネルギーは、汚泥処理システム１００の運転に要する電力として使用してもよく、売電してもよい。

【0039】

以上説明した構成によれば、アンモニア回収手段３０を構成する曝気管６によって、消化槽２を曝気することで、消化汚泥に含まれるアンモニアを放散することができる。これにより、消化槽２内のアンモニア濃度が低減され、アンモニアによる嫌気性微生物の活性を阻害することを抑制できる。また、消化汚泥中のアンモニアを分離回収して、エネルギー変換工程に供することができ、効率よくエネルギーを取り出すことができる。

【0040】

また、曝気管６により曝気された消化汚泥はアンモニア濃度が低いため、これを脱水装置５に送り、脱水して得られる脱離液のアンモニア濃度（アンモニア態窒素濃度）を低減できる。これにより、脱離液を排水処理施設に送った場合に、排水処理施設における窒素濃度が低減し、窒素負荷を低減できる。そのため、排水処理施設における窒素除去に要する曝気等の運転コストを削減できる。

【0041】

また、アンモニア回収手段を構成するアンモニア分離器３により、消化槽２内にあるガスからアンモニアを分離回収することができる。さらに、エネルギー変換装置４により、アンモニア分離器３により回収したアンモニアをエネルギーに変換することができる。エネルギー変換装置４により得られたエネルギーを、汚泥処理システム１００の運転に要するエネルギーとして利用することで、汚泥処理システム１００外から供給するエネルギー量を削減することができる。

【0042】

（第２の実施形態）
図２に示す本実施形態の汚泥処理システム２００は、汚泥処理システム１００と同様に、消化槽２と、アンモニア回収手段３０と、エネルギー変換装置４と、を備える。なお、アンモニア回収手段３０は、曝気管６と、アンモニア分離器３と、を備える。
また、汚泥処理システム２００は、図２に示すように、汚泥濃縮槽１と、脱水装置５と、ミストセパレータ７と、脱硫塔８と、ガス貯留タンク９と、ガスエネルギー変換装置１０と、送気部１１と、を備えていてもよい。
また、汚泥処理システム２００は、加温装置１２および第１熱回収手段４０を備える有機性廃棄物加温手段５０と、第２熱回収手段４１と、を備える点において、汚泥処理システム１００と相違する。以下、この相違点について説明する。

【0043】

有機性廃棄物加温手段５０を構成する加温装置１２は、汚泥濃縮槽１から消化槽２に有機性廃棄物を送る有機性廃棄物送泥管Ｌ２を加温する装置である。加温装置１２は、汚泥濃縮槽１と消化槽２とを接続する有機性廃棄物送泥管Ｌ２の途中に設けられている。
加温装置１２は、第１熱回収手段４０を介してエネルギー変換装置４と接続されている。また、加温装置１２は、第２熱回収手段４１を介してガスエネルギー変換装置１０と接続されている。

【0044】

有機性廃棄物加温手段５０を構成する第１熱回収手段４０は、エネルギー変換装置４で得られた熱エネルギーを加温装置１２に送る手段である。第１熱回収手段４０としては、例えば、エネルギー変換装置４で発生した高温の排気ガスやエネルギー変換装置４の冷却水として使用された高温の排水を送る配管等が挙げられる。

【0045】

第２熱回収手段４１は、ガスエネルギー変換装置１０で得られた熱エネルギーを加温装置１２に送る手段である。第２熱回収手段４１としては、例えば、ガスエネルギー変換装置１０で発生した高温の排気ガスやガスエネルギー変換装置１０の冷却水として使用された高温の排水を送る配管等が挙げられる。

【0046】

次に、本実施形態の汚泥処理システム２００のそれぞれの構成要素の作用を説明すると共に、当該汚泥処理システムを用いた汚泥処理方法について説明する。

【0047】

本実施形態の汚泥処理方法は、汚泥濃縮工程と消化処理工程との間に、有機性廃棄物加温手段５０によって、汚泥濃縮槽１から消化槽２に送る有機性廃棄物を加温する有機性廃棄物加温工程を有する点で、第１の実施形態における汚泥処理方法と相違する。以下、この相違点について説明する。

【0048】

汚泥濃縮槽１において濃縮された有機性廃棄物は、有機性廃棄物送泥管Ｌ２を介して消化槽２に送られるが、このときに、有機性廃棄物送泥管Ｌ２の途中に設けられた有機性廃棄物加温手段５０を通過する。このとき、有機性廃棄物加温手段５０を構成する加温装置１２によって、有機性廃棄物を加熱する。加熱されて温度が上昇した有機性廃棄物は、有機性廃棄物送泥管Ｌ２を介して消化槽２に送られる。

【0049】

加温装置１２には、エネルギー変換装置４から第１熱回収手段４０によって熱エネルギーが送られるとともに、ガスエネルギー変換装置１０から第２熱回収手段４１によって熱エネルギーが送られる。これらの熱エネルギーを利用して有機性廃棄物を加熱することができる。エネルギー変換装置４およびガスエネルギー変換装置１０から送られる熱エネルギーとしては、例えば、装置の冷却水として使用された水（高温の排水）や高温の排気ガス等が挙げられる。

【0050】

有機性廃棄物加温手段５０によって有機性廃棄物送泥管Ｌ２を加温することで、消化槽２に送られる有機性廃棄物の温度を上昇させることができる。有機性廃棄物の温度が上昇されることで、消化槽２における有機性廃棄物の消化処理効率を向上させることができる。また、有機性廃棄物の温度が高まることで消化槽２内の温度が上昇し、消化汚泥中の遊離アンモニアの存在比率を増加させることができる。そのため、曝気管６によるアンモニアの放散効率をより一層向上できる。

【0051】

また、第１熱回収手段４０によって、エネルギー変換装置４から排出された熱エネルギーを加温装置１２に送るというエネルギー循環を実現することで、汚泥処理システム２００外からのエネルギー供給量を削減できる。同様に、第２熱回収手段４１によって、ガスエネルギー変換装置１０から排出された熱エネルギーを加温装置１２に送るというエネルギー循環を実現することで、汚泥処理システム２００外からのエネルギー供給量を削減できる。

【0052】

（第３の実施形態）
図３に示す本実施形態の汚泥処理システム３００は、第１の実施形態の汚泥処理システム１００と同様に、消化槽２と、アンモニア回収手段３１と、エネルギー変換装置４と、を備える。本実施形態のアンモニア回収手段３１は、分離膜部１４および散気部１５を備える膜分離装置１３と、アンモニア分離器３と、から構成される。
また、本実施形態の汚泥処理システム３００は、図３に示すように、汚泥濃縮槽１と、ミストセパレータ７と、脱硫塔８と、ガス貯留タンク９と、ガスエネルギー変換装置１０と、加温装置１７及び第３熱回収手段４２を備える消化汚泥加温手段５１と、送気部１６と、第４熱回収手段４３と、を備えていてもよい。図３に示す汚泥処理システム３００の構成要素のうち、第１の実施形態の汚泥処理システム１００の構成要素と同一の構成要素には、図１と同一の符号を付してその説明を省略する。

【0053】

本実施形態のアンモニア回収手段３１は、バイオガスおよび消化汚泥に含まれるアンモニアを回収する手段である。より詳細には、アンモニア回収手段３１は、膜分離装置１３とアンモニア分離器３とを備える。膜分離装置１３は、消化槽２から送られた消化汚泥を受け入れ、この消化汚泥から膜分離法によりアンモニアを含む分離ガスを得る。また、アンモニア分離器３は、消化槽２において発生したバイオガスと、膜分離装置１３において取り出されたアンモニアを含む分離ガスとから、アンモニアを分離回収する。

【0054】

膜分離装置１３は、消化汚泥を分離液および膜分離汚泥に分離する分離膜部１４と、分離膜部１４の一次側の表面に向けて脱アンモニアガスを散気する散気部１５とを有する。消化槽２から送られたアンモニアを含む消化汚泥を膜分離法により固液分離しつつ更に脱アンモニアガスを散気することで、分離液、膜分離汚泥および分離ガスを得る。ここで、分離ガスとは、膜分離装置１３内の分離膜部１４を散気して得られたガスをいう。また、膜分離汚泥は、消化汚泥を固液分離することにより含水量が消化汚泥よりも低減された汚泥である。更に、分離液は、消化汚泥を固液分離することにより得られた液である。

【0055】

また、散気部１５は、脱アンモニアガス第４送気管Ｌ２０を介して、送気部１６と接続されている。この送気部１６は、脱アンモニアガス第３送気管Ｌ１９を介してアンモニア分離器３と接続されている。

【0056】

また、膜分離装置１３は、消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して消化槽２と接続されており、消化汚泥を受け入れるようになっている。更に、膜分離装置１３は、分離ガス送気管Ｌ１７を介してミストセパレータ７に接続されており、分離ガスをミストセパレータ７に排出できるようになっている。更に、膜分離装置１３は、分離液返送管Ｌ１５を介して消化槽２に接続されており、分離液の一部を消化槽２に返送できるようになっている。また、膜分離装置１３は、分離液排出管Ｌ１６を介して図示略の排水処理施設と接続されており、分離液の残部を図示略の排水処理施設に排出できるようになっている。さらに、膜分離装置１３は、膜分離汚泥送泥管Ｌ１８を介して、図示略の乾燥装置と接続されている。

【0057】

また、アンモニア回収手段３１を構成するアンモニア分離器３は、脱硫塔８から送気されたガスからアンモニアを分離回収する分離器であり、第１の実施形態のアンモニア分離器と同じ構成である。なお、脱硫塔８から送気されるガスは、消化槽２で発生したバイオガスと、膜分離装置１３により得られた分離ガスと、からなる。

【0058】

また、消化槽２から膜分離装置１３に消化汚泥を送る消化汚泥送泥管Ｌ１４の途中には、消化汚泥加温手段５１を構成する加温装置１７が設けられている。加温装置１７によって、消化汚泥送泥管Ｌ１４が加温される。加温装置１７は、消化汚泥加温手段５１を構成する第３熱回収手段４２を介してエネルギー変換装置４と接続されている。また、加温装置１７は、第４熱回収手段４３を介してガスエネルギー変換装置１０と接続されている。第３熱回収手段４２は、エネルギー変換装置４で発生した熱エネルギーを加温装置１７に送る手段である。また、第４熱回収手段４３は、ガスエネルギー変換装置１０で発生した熱エネルギーを加温装置１７に送る手段である。

【0059】

次に、本実施形態の汚泥処理システム３００のそれぞれの構成要素の作用を説明すると共に、当該汚泥処理システムを用いた汚泥処理方法について説明する。

【0060】

本実施形態の汚泥処理方法は、有機性廃棄物を消化処理して、メタン、二酸化炭素およびアンモニア並びに消化汚泥を得る消化処理工程と、バイオガスおよび消化汚泥に含まれるアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、アンモニア回収工程で得られたアンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換工程と、を有する。なお、上記アンモニア回収工程は、アンモニアを含む消化汚泥を膜分離しつつ散気して、膜分離汚泥および分離液並びにアンモニアを含む分離ガスを得る膜分離工程と、消化処理工程で得られたバイオガスおよび膜分離工程で得られた分離ガスからアンモニアを分離回収する工程と、から構成される。

【0061】

また、本実施形態の汚泥処理方法は、汚泥濃縮槽１により、排水処理施設から送られた有機性廃棄物を濃縮する濃縮工程と、消化汚泥加温手段５１により、消化槽２から膜分離装置１３に送る消化汚泥を加温する消化汚泥加温工程と、消化槽２により得られたバイオガスおよび膜分離装置１３により得られた分離ガスに含まれるミストを、ミストセパレータ７により除去するミスト除去工程と、消化槽２により得られたバイオガスおよび膜分離装置１３により得られた分離ガスに含まれる硫黄分を、脱硫塔８により除去する硫黄分除去工程と、ガスエネルギー変換装置１０により、消化槽２により得られたバイオガスの一部をエネルギーに変換するガスエネルギー変換工程と、を有していてもよい。
以下、それぞれの工程のうち、第１の実施形態と同じものについては、説明を省略または簡略する。

【0062】

まず、消化槽２により有機性廃棄物を消化処理することで、メタン、二酸化炭素およびアンモニア並びに消化汚泥を得る（消化処理工程）。アンモニアの一部は、メタン、二酸化炭素とともにバイオガスとなる。また、残部のアンモニアは、消化汚泥に含まれることになる。

【0063】

バイオガスは、一部がガス第２送気管Ｌ６を介してガス貯留タンク９に送られる。バイオガスの残部は、ガス第１送気管Ｌ３を介してミストセパレータ７に送られる。一方、アンモニアを含む消化汚泥は、消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して膜分離装置１３に送られる。

【0064】

ガス貯留タンク９に送られたバイオガスは、必要に応じて圧縮されて、ガスエネルギー変換装置１０に送られる。ガスエネルギー変換装置１０は、ガス貯留タンクから送られたバイオガスをエネルギーに変換する（ガスエネルギー変換工程）。

【0065】

消化槽２において生じた消化汚泥は、消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して膜分離装置１３に送られるが、このときに、消化汚泥送泥管Ｌ１４の途中に設けられた消化汚泥加温手段５１を通過する。このとき、消化汚泥加温手段５１を構成する加温装置１７によって、消化汚泥を加熱する。加熱されて温度が上昇した消化汚泥は、消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して膜分離装置１３に送られる。

【0066】

加温装置１７には、エネルギー変換装置４から第３熱回収手段４２によって熱エネルギーが送られるとともに、ガスエネルギー変換装置１０から第４熱回収手段４３によって熱エネルギーが送られる。これらの熱エネルギーを用いて、消化汚泥を加熱することができる。

【0067】

次に、消化槽２から膜分離装置１３に送られた消化汚泥は、アンモニア回収工程に供される。本実施形態のアンモニア回収工程は、膜分離工程と分離回収する工程とを有する。膜分離工程では、消化槽２から送られた消化汚泥を膜分離しつつ、脱アンモニアガスを散気することで、膜分離汚泥、分離液及びアンモニアを含む分離ガスを得る。また、分離回収工程では、膜分離工程で得られた分離ガスと、消化処理工程で得られたバイオガスとから、アンモニアを分離回収する。

【0068】

膜分離工程では、膜分離法により固液分離しつつ更に脱アンモニアガスを散気することで、膜分離汚泥、分離液および分離ガスを得る。詳細には、膜分離工程では、消化汚泥が、膜分離装置１３内に設置された分離膜部１４を透過しない膜分離汚泥と、分離膜部１４を透過する分離液とに膜分離されることで、膜分離汚泥および分離液を得る。また、膜分離工程では、膜分離装置１３内の散気部１５が、分離膜部１４の一次側の表面に向けて脱アンモニアガスを散気して、消化汚泥に含まれるアンモニアを遊離させて脱アンモニアガスに含ませることで、アンモニアを含む分離ガスを得る。

【0069】

膜分離汚泥は、膜分離汚泥送泥管Ｌ１８を介して図示略の乾燥装置に送られる。一方、分離液は、一部が分離液返送管Ｌ１５を介して消化槽２に送られ、残部が分離液排出管Ｌ１６を介して図示略の排水処理施設に送られる。
また、アンモニアを含む分離ガスは、分離ガス送気管Ｌ１７を介してミストセパレータ７に送気される。

【0070】

膜分離装置１３からミストセパレータ７に送られた分離ガスは、消化槽２から送気されたバイオガスとともに、ミストセパレータ７および脱硫塔８を経由して、アンモニア分離器３に送られる。

【0071】

次に、脱硫塔８から送られたバイオガスおよび分離ガスから、アンモニアを分離回収する。回収したアンモニアは、エネルギー変換装置４に送られて、エネルギー変換工程に供される。一方、アンモニアを回収した後の脱アンモニアガスは、脱アンモニアガス第３送気管Ｌ１９を介して送気部１６に送気される。送気部１６に送気された脱アンモニアガスは、必要に応じて圧縮されて、散気部１５に送気される。散気部１５に送気された脱アンモニアガスは、散気部１５により膜分離装置１３内に散気される。

【0072】

以上説明した構成によれば、アンモニア回収手段３１を構成する膜分離装置１３によって、分離膜部１４を散気することで、膜分離装置１３内の消化汚泥に含まれるアンモニアを放散することができる。これにより、膜分離装置１３から排出される分離液中のアンモニア濃度（窒素濃度）を低減できる。このアンモニア濃度が低減した脱離液を消化槽２に返送することにより、消化槽２内のアンモニア濃度を低減できる。これにより、消化槽２内のアンモニア濃度が上昇することによる、嫌気性微生物の活性阻害を抑制できる。
また、アンモニア濃度（アンモニア態窒素濃度）が低減された脱離液を排水処理施設に送った場合に、排水処理施設における窒素濃度が低減し、窒素負荷を低減できる。そのため、排水処理施設における窒素除去に要する曝気等の運転コストを削減できる。また、消化汚泥中のアンモニアを分離回収して、エネルギー変換工程に供することができ、効率よくエネルギーを取り出すことができる。

【0073】

また、アンモニア回収手段３１を構成するアンモニア分離器３により、消化槽２により得られたバイオガスと、膜分離装置１３により得られた分離ガスとから、アンモニアを分離回収することができる。さらに、エネルギー変換装置４により、アンモニア分離器３により回収したアンモニアをエネルギーに変換することができる。エネルギー変換装置４により得られたエネルギーを、汚泥処理システム３００の運転に要するエネルギーとして利用することで、汚泥処理システム３００外から供給するエネルギー量を削減することができる。

【0074】

また、膜分離装置１３内の散気部１５により、分離膜部１４の一次側の表面を散気することによって、分離膜部１４に閉塞物質（膜分離汚泥）が付着することを抑制できる。

【0075】

また、消化汚泥加温手段５１によって、消化槽２から膜分離装置１３に消化汚泥を送る消化汚泥送泥管Ｌ１４を加温することで、消化汚泥が加温され、消化汚泥中の遊離アンモニアの存在比率を増加できる。そのため、消化汚泥中のアンモニアが放散され易い状態となり、膜分離装置１３におけるアンモニアの放散効率を向上できる。これにより、消化汚泥に含まれるアンモニアを効率的に回収することができる。さらに、分離ガス中に含まれるアンモニアの量を多くすることができ、エネルギー変換装置４で得られるエネルギー量を多くすることができる。

【0076】

また、第３熱回収手段４２によって、エネルギー変換装置４から送られた熱エネルギーを加温装置１７に送るため、汚泥処理システム３００外から加温装置１７に供給するエネルギー量を削減することができる。さらに、第４熱回収手段４３によって、ガスエネルギー変換装置１０から送られた熱エネルギーを加温装置１７に送るため、汚泥処理システム３００外から加温装置１７に供給するエネルギー量をより削減することができる。

【0077】

（第４の実施形態）
図４に示す実施形態の汚泥処理システム４００は、第１の実施形態の汚泥処理システム１００と同様に、消化槽２と、アンモニア回収手段３２と、エネルギー変換装置４と、を備える。本実施形態のアンモニア回収手段３２は、曝気部２１を有する曝気装置２０と、アンモニア分離器３と、から構成される。
また、本実施形態の汚泥処理システム４００は、図４に示すように、汚泥濃縮槽１と、ミストセパレータ７と、脱硫塔８と、ガス貯留タンク９と、ガスエネルギー変換装置１０と、加温装置１７および第３熱回収手段４２を有する消化汚泥加温手段５１と、膜分離槽１８と、送気部２２と、加温装置２３および第５熱回収手段４４を有する分離液加温手段５２と、第４熱回収手段４３と、第６熱回収手段４５と、を備えていてもよい。図４に示す汚泥処理システム４００の構成要素のうち、第１の実施形態の汚泥処理システム１００の構成要素と同一の構成要素には、図１と同一の符号を付してその説明を省略する。

【0078】

膜分離槽１８は、消化槽２から送られたアンモニアを含む消化汚泥を膜分離法により固液分離して、膜分離汚泥と分離液とを得る。膜分離槽１８は、消化汚泥を分離液および膜分離汚泥に分離する分離膜部１９を有する。
膜分離槽１８は、消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して消化槽２と接続されており、消化汚泥を受け入れるようになっている。また、膜分離槽１８は、分離液送液管Ｌ２１を介して曝気装置２０と接続されており、分離液を排出できるようになっている。更に、膜分離槽１８は、膜分離汚泥送泥管Ｌ１８を介して、図示略の乾燥装置と接続されている。

【0079】

本実施形態のアンモニア回収手段３２は、消化汚泥に含まれるアンモニアを回収する手段である。より詳細には、アンモニア回収手段３２は、曝気装置２０と、アンモニア分離器３とを備える。曝気装置２０は、膜分離槽１８から送られた分離液を受け入れ、この分離液を曝気してアンモニアを含むガスを取り出す。また、アンモニア分離器３は、曝気装置２０において取り出されたアンモニアを含むガスから、アンモニアを分離回収する。

【0080】

曝気装置２０は、曝気装置２０内に貯留された分離液を曝気する曝気部２１を有している。曝気部２１は、脱アンモニアガスを用いて、膜分離槽１８から送られた分離液を曝気してアンモニアを含むガスを取り出す。 また、曝気装置２０は、ガス送気管Ｌ２２を介してミストセパレータ７と接続されており、アンモニアを含むガスをミストセパレータ７に排出できるようになっている。また、曝気装置２０は、分離液排出管Ｌ２５を介して図示略の排水処理施設と接続されており、曝気後の分離液の一部を排水処理施設に送液できるようになっている。さらに、曝気装置２０は、分離液返送管Ｌ２６を介して消化槽２と接続されており、曝気後の分離液の残部を消化槽２に送液できるようになっている。

【0081】

また、曝気装置２０内の曝気部２１は、脱アンモニアガス第６送気管Ｌ２４を介して送気部２２と接続されている。なお、送気部２２は、脱アンモニアガス第５送気管Ｌ２３を介してアンモニア分離器３と接続されている。

【0082】

アンモニア回収手段３２を構成するアンモニア分離器３は、脱硫塔８から送気されたガスからアンモニアを分離回収する分離器であり、第１の実施形態のアンモニア分離器と同じ構成である。なお、脱硫塔８から送気されるガスは、曝気装置２０により得られたアンモニアを含むガスである。

【0083】

また、膜分離槽１８から曝気装置２０に分離液を送る分離液送液管Ｌ２１の途中には、消化汚泥加温手段５２を構成する加温装置２３が設けられている。加温装置２３によって、分離液送液管Ｌ２１が加温される。加温装置２３は、第５熱回収手段４４を介してエネルギー変換装置４と接続されている。また、加温装置２３は、第６熱回収手段４５を介してガスエネルギー変換装置１０と接続されている。

【0084】

次に、本実施形態の汚泥処理システム４００のそれぞれの構成要素の作用を説明すると共に、当該汚泥処理システムを用いた汚泥処理方法について説明する。

【0085】

本実施形態の汚泥処理方法は、有機性廃棄物を消化処理して、メタン、二酸化炭素およびアンモニア並びに消化汚泥を得る消化処理工程と、消化汚泥に含まれるアンモニアを回収するアンモニア回収工程と、アンモニア回収工程で得られたアンモニアをエネルギーに変換するエネルギー変換工程と、を有する。なお、上記アンモニア回収工程は、消化汚泥を固液分離して得たアンモニアを含む分離液を曝気して、アンモニアを含むガスを取り出す曝気工程と、アンモニアを含むガスからアンモニアを分離回収する工程と、から構成される。

【0086】

また、本実施形態の汚泥処理方法は、汚泥濃縮槽１により、排水処理施設から送られた有機性廃棄物を濃縮する濃縮工程と、消化汚泥加温手段５１により、消化槽２から膜分離槽１８に送られる消化汚泥を加温する消化汚泥加温工程と、膜分離槽１８により、消化槽２から送られた消化汚泥を膜分離することで、膜分離汚泥および分離液を得る膜分離工程と、加温装置２３により、膜分離槽１８から曝気装置２０に送られる分離液を加温する分離液加温工程と、ミストセパレータ７により、曝気装置２０により得られたガスに含まれるミストを除去するミスト除去工程と、脱硫塔８により、曝気装置２０により得られたガスに含まれる硫黄分を除去する硫黄分除去工程と、ガスエネルギー変換装置１０により、消化槽２により得られたバイオガスをエネルギーに変換するガスエネルギー変換工程と、を有していてもよい。
以下、それぞれの工程のうち、第１の実施形態と同じものについては、説明を省略または簡略する。

【0087】

消化処理工程では、消化槽２により有機性廃棄物を消化処理することで、メタン、二酸化炭素およびアンモニア並びに消化汚泥を得る。アンモニアの一部は、メタン、二酸化炭素とともにバイオガスとなる。また、残部のアンモニアは、消化汚泥に含まれることになる。

【0088】

アンモニアを含むバイオガスは、一部がガス第２送気管Ｌ６を介してガス貯留タンク９に送られる。バイオガスの残部は、ガス第１送気管Ｌ３を介してミストセパレータ７に送られる。一方、アンモニアを含む消化汚泥は、消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して膜分離槽１８に送られる。

【0089】

ガス貯留タンク９に送られたバイオガスは、必要に応じて圧縮されて、ガスエネルギー変換装置１０に送られる。ガスエネルギー変換装置１０は、ガス貯留タンク９から送られたバイオガスをエネルギーに変換する。

【0090】

消化槽２において生じた消化汚泥は、消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して膜分離槽１８に送られるが、このときに、消化汚泥送泥管Ｌ１４の途中に設けられた消化汚泥加温手段５１を通過する。このとき、消化汚泥加温手段５１を構成する加温装置１７によって、消化汚泥を加熱する。加熱されて温度が上昇した消化汚泥は、消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して膜分離槽１８に送られる。

【0091】

次に、消化槽２から消化汚泥送泥管Ｌ１４を介して膜分離槽１８に送られた消化汚泥を膜分離することで、膜分離汚泥と分離液とを得る（膜分離工程）。膜分離工程で得られた膜分離汚泥は、膜分離汚泥送泥管Ｌ１８を介して図示略の乾燥装置に送られる。一方、分離液は、分離液送液管Ｌ２１を介して曝気装置２０に送られる。

【0092】

膜分離槽１８において生じた分離液は、分離液送液管Ｌ２１を介して曝気装置２０に送られるが、このときに、分離液送液管Ｌ２１の途中に設けられた分離液加温手段５２を通過する。このとき、分離液加温手段５２を構成する加温装置２３によって分離液を加熱する。加熱されて温度が上昇した分離液は、分離液送液管Ｌ２１を介して曝気装置２０に送られる。

【0093】

加温装置２３は、エネルギー変換装置４から第５熱回収手段４４によって熱エネルギーが送られるとともに、ガスエネルギー変換装置１０から第６熱回収手段４５によって、熱エネルギーが送られる。これらの熱エネルギーを用いて、分離液を加温することができる。

【0094】

曝気装置２０に送られた分離液は、アンモニア回収工程に供される。本実施形態のアンモニア回収工程は、曝気工程と分離回収する工程とを有する。曝気工程では、消化汚泥を膜分離して得られた分離液を曝気して、アンモニアを含むガスを取り出す。分離回収する工程では、曝気工程で得られたアンモニアを含むガスからアンモニアを分離回収する。

【0095】

曝気工程では、曝気装置２０において、膜分離槽１８から送られた分離液を曝気部２１によって曝気することで、アンモニアを含むガスを得る。曝気部２１は、脱アンモニアガス第６送気管Ｌ２４を介して送気部２２から送気された脱アンモニアガスを用いて、曝気装置２０内の分離液を曝気する。曝気工程では、曝気部２１が曝気装置２０内の分離液を曝気して、分離液中のアンモニアを放散させて脱アンモニアガスに含ませることで、アンモニアガスを含むガスを得る。このアンモニアを含むガスは、ガス送気管Ｌ２２を介してミストセパレータ７に送気される。

【0096】

一方、アンモニアを放散した後の分離液は、一部が分離液排出管Ｌ２５を介して、図示略の排水処理施設に送られる。また、分離液の残部は分離液返送管Ｌ２６を介して消化槽２に返送される。

【0097】

ミストセパレータ７に送気されたアンモニアを含むガスは、ミストセパレータ７および脱硫塔８を経由して、アンモニア分離器３に送られる。

【0098】

次に、脱硫塔８から送られたアンモニア分離器３により、アンモニアを含むガスから、アンモニアを回収する。回収したアンモニアは、エネルギー変換装置４に送られて、エネルギー変換工程に供される。アンモニアを回収した後の脱アンモニアガスは、脱アンモニアガス第５送気管Ｌ２３を介して送気部２２に送気される。送気部２２に送気された脱アンモニアガスは、必要に応じて圧縮されて、曝気部２１に送気される。曝気部２１に送気された脱アンモニアガスは、曝気部２１により曝気装置２０内の曝気に使用される。

【0099】

以上説明した構成によれば、アンモニア回収手段３２を構成する曝気装置２０によって、消化汚泥を膜分離して得られた分離液に含まれるアンモニアを放散することができる。これにより、曝気装置２０から排出される分離液中のアンモニア濃度（アンモニア態窒素濃度）を低減できる。このアンモニア濃度が低減した脱離液を消化槽２に返送することにより、消化槽２内のアンモニア濃度を低減できる。これにより、消化槽２内のアンモニア濃度が上昇することによる、嫌気性微生物の活性阻害を抑制できる。
また、窒素濃度が低減された脱離液を排水処理施設に送った場合に、排水処理施設における窒素濃度が低減し、窒素負荷を低減できる。そのため、排水処理施設における窒素除去に要する曝気等の運転コストを削減できる。また、消化汚泥中のアンモニアを分離回収して、エネルギー変換工程に供することができ、効率よくエネルギーを取り出すことができる。

【0100】

また、アンモニア回収手段３２を構成するアンモニア分離器３により、曝気装置２０により得られたアンモニアを含むガスから、アンモニアを分離回収することができる。さらに、エネルギー変換装置４により、アンモニア分離器３により回収したアンモニアをエネルギーに変換することができる。エネルギー変換装置４により得られたエネルギーを汚泥処理システム４００の運転に要するエネルギーとして利用することで、汚泥処理システム４００外から供給するエネルギー量を削減することができる。

【0101】

また、膜分離して固形物を除去した分離液を曝気しているため、消化汚泥を曝気した場合と比べて、アンモニアの放散効率を向上することができる。アンモニアの放散効率が向上されると、アンモニア分離器３でより多くのアンモニアを回収することができる。また、固形物を除去した分離液を曝気して、アンモニアを含むガスを得ているため、ガスに含まれる不純物の量を低減できる。ガスに含まれる不純物量が低減されると、ミストセパレータ７、脱硫塔８、アンモニア分離器３およびエネルギー変換装置４の不純物負荷を低減することができる。

【0102】

また、分離液加温手段５２によって、膜分離槽１８から曝気装置２０に分離液を送る分離液送液管Ｌ２１を加温することで、分離液の温度を上昇することができ、分離液中の遊離アンモニアの存在比率を上昇できる。そのため、曝気装置２０におけるアンモニアの放散効率を向上することができる。これにより、分離液中のアンモニアを効率的に回収することができ、エネルギー変換装置４で得られるエネルギー量を多くすることができる。

【0103】

また、第５熱回収手段４４によって、エネルギー変換装置４から排出された熱エネルギーを加温装置２３に送るため、汚泥処理システム４００外から加温装置２３に供給するエネルギー量を削減することができる。さらに、第６熱回収手段４５によって、ガスエネルギー変換装置１０から排出された熱エネルギーを加温装置２３に送るため、汚泥処理システム４００外から加温装置２３に供給するエネルギー量を削減することができる。

【0104】

また、上述した実施形態では、アンモニア分離器３とエネルギー変換装置４とを接続するアンモニア送気管Ｌ８の途中に、濃縮器、分離膜、選択的吸着剤を利用した高度ガス処理器等を設置してもよい。
濃縮器は、アンモニア分離器３から送られるアンモニアのアンモニア濃度が低い場合に設置するとよい。濃縮器を設置した場合は、エネルギー変換装置４に送られるアンモニアのアンモニア濃度が上昇することにより、エネルギー変換装置４により得られるエネルギー量を多くすることが可能になる。
分離膜や選択的吸着剤を利用した高度ガス処理器は、アンモニア分離器３から送られるアンモニア中の不純物量が多い場合に設置するとよい。分離膜や高度ガス処理器を設置した場合は、ミストセパレータ７や脱硫塔８で除去されなかったアンモニア中の不純物を除去することができる。そのため、エネルギー変換装置４における不純物による負荷を低減することが可能になる。

【0105】

また、上述した実施形態では、エネルギー変換装置４およびガスエネルギー変換装置１０から排出された熱エネルギーを用いて消化槽２を加温する、消化槽加温手段を備えていてもよい。この場合は、消化槽２内の温度を上昇できるため、嫌気性微生物の消化処理効率を向上できる。これにより、バイオガスの発生量を増加できる。

【0106】

また、上述した実施形態では、アンモニア分離器３が、バイオガスをアンモニアと脱アンモニアガスとに分離する分離膜であってもよい。アンモニア分離器３としてアンモニア分離膜を用いた場合、バイオガスに含まれるアンモニアのみを、効率的に回収することが可能になる。

【0107】

また、上述した実施形態では、エネルギー変換装置４が、アンモニアを燃料として発電するアンモニア燃料電池であってもよい。エネルギー変換装置４としてアンモニア燃料電池を用いた場合、有機性廃棄物から回収したアンモニアを、効率的に電気エネルギーに変換することが可能になる。

【0108】

また、上述した実施形態では、エネルギー変換装置４が、アンモニアを燃料として発電する発電機であってもよい。この発電機としては、例えば、アンモニアを燃焼させてタービンを回転させることにより発電する、ガスタービンが挙げられる。エネルギー変換装置４としてガスタービンを用いた場合、有機性廃棄物から回収したアンモニアを、効率的に電気エネルギーに変換することが可能になる。

【0109】

以上に述べた少なくとも一つの実施形態によれば、消化槽内のアンモニア濃度を低減できると共に、排水処理施設における窒素負荷が低減でき、さらに汚泥処理において生じるアンモニアを回収し、このアンモニアをエネルギーに変換することができる。

【0110】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0111】

１００，２００，３００，４００…汚泥処理システム、２…消化槽、３…アンモニア分離器、４…エネルギー変換装置、６…曝気管、１３…膜分離装置、２０…曝気装置、３０，３１，３２…アンモニア回収手段、５０…有機性廃棄物加温手段、５１…消化汚泥加温手段、５２…分離液加温手段、Ｌ２…有機性廃棄物送泥管、Ｌ１４…消化汚泥送泥管、Ｌ２１…分離液送液管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】