汚泥利用の評価システム
【課題】ボイラシステムにおいて下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を燃料として用いるに際し、経済性の観点から利用に適した汚泥を選択し得る汚泥利用の評価システムを提供する。
【解決手段】混合燃料に占める濃縮汚泥又は脱水汚泥の割合である汚泥混合率のうちボイラが運転可能な汚泥混合率の上限値に基づいて、ボイラで石炭と一緒に混焼可能な濃縮汚泥及び脱水汚泥の混焼可能量を算出し、ボイラシステム側が濃縮汚泥又は脱水汚泥を処理する費用として下水処理場側から徴収した処理費用と、ボイラシステムが下水処理場から濃縮汚泥又は脱水汚泥を搬送する際に掛かる輸送費用と、混焼可能量とに基づいて濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することにより得られる損益額を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この損益額が高いほうを利用に適した汚泥として表示する。
【解決手段】混合燃料に占める濃縮汚泥又は脱水汚泥の割合である汚泥混合率のうちボイラが運転可能な汚泥混合率の上限値に基づいて、ボイラで石炭と一緒に混焼可能な濃縮汚泥及び脱水汚泥の混焼可能量を算出し、ボイラシステム側が濃縮汚泥又は脱水汚泥を処理する費用として下水処理場側から徴収した処理費用と、ボイラシステムが下水処理場から濃縮汚泥又は脱水汚泥を搬送する際に掛かる輸送費用と、混焼可能量とに基づいて濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することにより得られる損益額を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この損益額が高いほうを利用に適した汚泥として表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥利用の評価システムに関し、特に、下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を燃料に含めて有効利用する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
下水処理施設では、家庭からの生活排水や雨水などの下水を処理する過程において、大量の有機性汚泥が発生する。このような下水処理施設では下水を浄化するための種々の処理が行われており、このような汚泥の処理も行われている。かかる汚泥処理は、一般に汚泥を濃縮し、そして脱水することで、汚泥を衛生的に減量している。
【０００３】
汚泥処理において、濃縮後の汚泥の組成のうち９８％程度は水分であり、脱水後では水分は汚泥の８０％程度となる。この濃縮後の汚泥は濃縮汚泥とも呼ばれ、脱水後の汚泥は脱水汚泥とも呼ばれる。脱水汚泥は湿った泥土状であるため搬送は容易であることから、下水処理施設から搬送されてセメントやレンガの材料、堆肥として利用されている。他にも、脱水汚泥はボイラの燃料として用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、加圧流動床ボイラを有する発電所等ではＣＷＰ（Coal Water Paste、石炭、水、石灰石からなるペースト状の燃料。）が用いられているが、脱水汚泥又は濃縮汚泥はこのＣＷＰに混合されて有効利用される場合もある。この場合、脱水汚泥はその乾燥熱量に着目してＣＷＰの石炭使用量を節約するために用いられ、濃縮汚泥はその水分量に着目してＣＷＰの水使用量を節約するために用いられる。
【０００５】
このように、エネルギーの有効利用の観点においては、このような脱水汚泥及び濃縮汚泥を積極的に利用することが望ましいが、経済性の観点においては、これらの汚泥をどの様に利用すべきかを判断することは容易ではない。なぜならば、下水処理場からの汚泥の輸送は、濃縮汚泥か脱水汚泥かといった汚泥の種類、さらには輸送距離によって輸送費用が異なり、また発電所における汚泥混合率上限値も汚泥の種類ごとに異なるため、経済的に最適な汚泥を選択するためには汚泥の種類ごとに経済性計算が必要だからである。さらに下水処理場での処理費用と発電所の損益の和、つまり地域全体の経済性の最適値や、複数の下水処理場から汚泥を輸送する場合を考えると、経済的な最適解の探索にはさらに複雑な計算を必要とするからである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２１１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、ボイラシステムにおいて下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を燃料として用いるに際し、経済性の観点から利用に適した汚泥を選択し得る汚泥利用の評価システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を主燃料に混合した混合燃料を焼却し得るボイラシステムで、前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することによる経済的な効果を算出して表示する汚泥利用の評価システムであって、混合燃料に占める濃縮汚泥又は脱水汚泥の割合である汚泥混合率のうち前記ボイラシステムのボイラが運転可能な汚泥混合率の上限値である汚泥混合率上限値に基づいて、前記ボイラで主燃料と一緒に混焼可能な濃縮汚泥及び脱水汚泥の混焼可能量を算出し、前記ボイラシステム側が濃縮汚泥又は脱水汚泥を処理する費用として下水処理施設側から徴収した処理費用と、前記ボイラシステムが前記下水処理施設から前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を搬送する際に掛かる輸送費用と、前記混焼可能量とに基づいて前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することにより得られる損益額を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この損益額が高いほうを利用に適した汚泥として表示する経済性評価手段を具備することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【０００９】
かかる第１の態様では、ボイラシステム側の損益額が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうがボイラシステム側にとって経済的であるか否かを判断することが容易となる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、前記経済性評価手段は、前記下水処理施設で生じる濃縮汚泥及び脱水汚泥のうち前記ボイラシステム側に処理させた分の処理費用を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この処理費用が安いほうを利用に適した汚泥として表示することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【００１１】
かかる第２の態様では、下水処理施設側の処理費用が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうが下水処理施設側にとって経済的であるか否かを判断することが容易となる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、前記経済性評価手段は、前記濃縮汚泥又は脱水汚泥のそれぞれを用いた場合について、前記損益額及び処理費用のそれぞれに所定の重み係数を乗じると共にその和を地域全体の経済負担額として算出し、これらの地域全体の経済負担額が安いほうを利用に適した汚泥として表示することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【００１３】
かかる第３の態様では、ボイラシステム側及び下水処理施設から構成される地域全体の経済負担額が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうが地域全体にとって経済的であるか否かを判断することが容易となる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、前記下水処理施設は、複数の下水処理施設から構成され、前記経済性評価手段は、前記地域全体の経済負担額が最小となるように、前記ボイラシステムに前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を供給する下水処理施設を特定すると共に、このときの前記損益額及び前記処分費用を算出することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【００１５】
かかる第４の態様では、下水処理施設が複数ある場合に適用することができ、より現実に近い環境を考慮した最適な汚泥利用を図ることができる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第１乃第４の何れか一つの態様に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、前記混合燃料を構成する複数の混合燃料組成物の当該混合燃料に占める各割合が、前記主燃料を構成する複数の主燃料組成物の当該主燃料に占める各割合を越えないように前記汚泥混合率を前記混合燃料組成物毎に算出し、この算出された汚泥混合率のうち最小のものを最大混合率として選出し、当該最大混合率と前記汚泥混合率上限値とを比較して小さいほうを許容最大混合率とする許容最大混合率算出手段とを具備し、前記経済性評価手段は、前記許容最大混合率に基づいて前記混焼可能量を算出することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【００１７】
かかる第５の態様では、混合燃料の汚泥混合率を、ボイラシステムが運転可能な範囲内で決定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ボイラシステム側の損益額、下水処理施設側の処理費用、及び地域全体の経済負担額が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうが経済的であるか否かを判断することが容易となる。このことは、既設のボイラシステムにおいて有用であることは勿論、ボイラシステムの設置を計画する際にも有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００２０】
〈実施形態１〉
本実施形態に係る汚泥利用の評価システムを説明するに先立ち、下水処理施設における下水処理により生じる濃縮汚泥、及び脱水汚泥と、これを利用するボイラシステムとを説明する。図１は、下水処理施設における汚泥処理のフローを示す概略図である。
【００２１】
まず、下水処理施設では、下水道を経由して集積された生活排水や雨水などの下水を沈殿池に貯留し、下水中に含まれる物質を沈殿させたり、エアレーション等の各種水処理を行う（ステップＳ１）。このような処理の結果、沈殿池などでは下水から汚泥が分離され、かかる汚泥は、汚泥処理装置に送られる。汚泥処理装置では、汚泥を濃縮処理して濃縮汚泥を生成する（ステップＳ２）。濃縮処理とは、汚泥を沈殿槽に滞留させ比重差と重力により濃縮を行う重力濃縮や、微細な気泡を固形物に付着させ、比重差を逆転し水面に浮き上がらせて濃縮する浮上濃縮などの処理である。こうして生成された濃縮汚泥は２％程度の有機物等の汚泥と、９８％程度の水分とからなる。また、この濃縮汚泥を脱水する装置が設けられている下水処理施設では、濃縮汚泥に高分子凝集剤を添加して、含水率を低下させた脱水汚泥を生成する場合もある（ステップＳ３）。
【００２２】
濃縮汚泥は、例えば、１ｋｇあたりの乾燥熱量が２０００ｋｃａｌであるのに対し、脱水汚泥は１ｋｇあたりの乾燥熱量が４０００ｋｃａｌ程度である。ここで乾燥熱量とは、汚泥から水分を蒸発させた後の乾燥分の熱量のことをいう。
【００２３】
ここで、火炉の一例である加圧流動床ボイラを用いたボイラシステムを具備する発電システム（発電所）について説明する。図２は、本実施形態に係るボイラシステムを備える発電システムの概略構成図である。この発電システムは、燃料を燃焼することにより蒸気を生成するボイラシステム１０と、この蒸気により駆動される蒸気タービン発電機７０を具備している。
【００２４】
ボイラシステム１０は、火炉の一例である加圧流動床ボイラ２０と、この加圧流動床ボイラ２０に混合燃料を供給する混合燃料供給手段３０とを具備している。
【００２５】
加圧流動床ボイラ２０は、圧力容器と、その内部に設けられた火炉本体とを有している（何れも図示せず）。火炉本体内には、石灰石を主成分とする流動媒体が所定量収容されている。この流動媒体は、図示しない空気供給手段により火炉本体底部から吹き込まれる加圧空気で流動化されて流動床を形成している。そして、混合燃料供給手段３０により流動床に投入された混合燃料は加圧状態（例えば約１ＭＰａ）で燃焼される。
【００２６】
加圧流動床ボイラ２０内には、蒸気タービン発電機７０と接続される伝熱管（図示せず）が引き回されており、加圧流動床ボイラ２０で混合燃料を燃焼することにより生じた熱を利用して伝熱管内に蒸気を発生させ、蒸気タービン発電機７０はこの蒸気で稼動し、発電する。なお、蒸気タービン発電機７０のみならず、加圧流動床ボイラ２０内の燃焼で生じた排ガスを利用するガスタービン発電機を用いてもよい。
【００２７】
混合燃料供給手段３０は、混合燃料を製造し、これを加圧流動床ボイラ２０へ供給するものである。ここで混合燃料とは、主燃料としての石炭と、水と、石灰石とからなるＣＷＰ（Coal Water Paste）に脱水汚泥又は濃縮汚泥を混合したものをいう。具体的には、混練機３１（混合装置）が石炭、水、石灰石に脱水汚泥又は濃縮汚泥を混合して混合燃料を製造する。一方、水を貯留するタンク３２と、石炭を貯蔵する石炭バンカ３３と、石灰石を貯蔵する石灰石バンカ３４とが設けられており、これらの装置が混合燃料の各原料を混練機３１に供給している。更に、混練機３１と石炭バンカ３３との間には、石炭を粉砕する粗粉砕機３５及び微粉砕機３６とが配設されている。石炭は、粗粉砕機３５により粗く砕かれた状態で混練機３１に供給されるか、若しくは、粗粉砕機３５で砕かれた後、微粉砕機３６に送られて更に細かく粉砕されると共に水と混ぜられた状態で混練機３１に供給される。
【００２８】
更に、混練機３１に濃縮汚泥を供給する場合には、スラリータンク３７とポンプ３８と流量制御弁３９とが設けられている。スラリータンク３７は、下水処理場４０で生成された濃縮汚泥を貯留するタンクである。本実施形態では、濃縮汚泥は運搬車両４１により搬送されてスラリータンク３７に貯留されているが、このような形態に限定されず、例えば下水処理場４０からスラリータンク３７へ至るパイプラインを設け、このパイプラインを介して直接的にスラリータンク３７に濃縮汚泥が供給されるようにしてもよい。
【００２９】
スラリータンク３７に貯留された濃縮汚泥は、スラリータンク３７と混練機３１との間に配設された管路を通じて、ポンプ３８により昇圧されて混練機３１に供給される。かかる管路には流量制御弁３９が介装されており、流量制御弁３９の開度を調節することで濃縮汚泥が一定の割合で混練機３１に供給されるようになっている。
【００３０】
なお、混練機３１に脱水汚泥を供給する場合には、スラリータンク３７の代わりに脱水汚泥を貯蔵するホッパ（図示せず）を設ける。この場合も、濃縮汚泥と同様に、脱水汚泥はポンプ３８により昇圧されて混練機３１に供給される。
【００３１】
また、ボイラシステム１０には、制御装置５０（粘度調整手段）が設けられている。制御装置５０は、一般的な機能を備える情報処理機器である。具体的にはＣＰＵと共に、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスクなどの記憶装置を具備し、液晶画面などの表示部及びキーボードなどの入力部を備えている（何れも図示せず）。
【００３２】
制御装置５０は、混練機３１で製造された混合燃料の粘度を検出するセンサーから、この粘度を示す信号に基づいて、混合燃料の粘度が所定値となるようにタンク３２から混練機３１に供給される注水量を制御する。
【００３３】
かかる構成のボイラシステム１０を具備する発電システムでは、下水処理場４０から搬送された脱水汚泥又は濃縮汚泥と、ボイラシステム１０に貯蔵された水、石炭、石灰石とが混練機３１により混合されて、混合燃料が製造される。加圧流動床ボイラ２０は混練機３１より混合燃料を供給され、火炉本体に形成された流動床内で混合燃料を燃焼する。そして、この燃焼により生じた熱エネルギーを利用して蒸気タービン発電機７０を駆動し発電する。
【００３４】
以上に説明したように、加圧流動床ボイラ２０で燃焼される混合燃料は、従来用いられていた水、石炭、石灰石からなるＣＷＰに脱水汚泥又は濃縮汚泥が混合されたものである。脱水汚泥を混合する場合は、その乾燥熱量により石炭の使用量を削減することができ、濃縮汚泥を混合する場合は、その水分量により水の使用量を削減することができる。
【００３５】
下水処理場４０側は、脱水汚泥又は濃縮汚泥の処理費用をボイラシステム１０側に支払ってこれらを処分する。一方、ボイラシステム１０側では、前記処理費用からこれらの汚泥を実際に搬送する際に掛かる輸送費用等を差し引いたものが損益額となる。このとき、脱水汚泥又は濃縮汚泥のどちらを用いることがボイラシステム１０及び下水処理場４０を含めた地域全体にとって最適であるかを判断するために、次に説明する汚泥利用の評価システムを用いる。
【００３６】
ここで、本発明に係る汚泥利用の評価システムについて説明する。図３は、汚泥利用の評価システムを示す概略構成図である。汚泥利用の評価システム（以下、単に「評価システム」と称する。）９０は、演算装置であるＣＰＵ８１と、記憶装置であるハードディスク（図中「ＨＤＤ」と略記）８２及びＲＡＭ８３と、キーボードやマウスなどの入力装置８４と、液晶ディスプレイなどの表示装置８５とを具備するコンピュータ８０と、ハードディスク８２に格納された汚泥利用の評価プログラム（以下、単に「評価プログラム」と称する。）８６とを備えて構成されている。
【００３７】
この評価プログラム８６は、ボイラシステム１０を稼働させるのに適した混合燃料の混合率を算出する許容最大混合率算出手段８７と、脱水汚泥又は濃縮汚泥のどちらを用いるべきかを経済的な観点から評価する経済性評価手段８８とを含み構成されるものであり、これらは、例えば評価プログラム８６中のサブルーチンとしてそれぞれ実装されている。
【００３８】
評価プログラム８６は、実行時にはＲＡＭ８３上に読み込まれ、ＣＰＵ８１により評価プログラム８６の実行コードが実行される。すなわち、入力装置８４を介して所定の入力情報が評価プログラム８６に入力され、この入力情報に基づいて許容最大混合率算出手段８７及び経済性評価手段８８により所定の処理の結果算出された出力情報が表示装置８５に表示される。以下、入力情報、計算結果、及び前記所定の処理について詳細に説明する。
【００３９】
〈入力情報〉
入力装置８４を介して、表１に示すような入力情報を取得する。
【００４０】
【表１】
【００４１】
「乾燥熱量」は、汚泥から水分を蒸発させた後の乾燥分の熱量である。「含水率」は、汚泥全体に含まれる水分の割合であり、「有効水分利用率」は、汚泥全体に含まれる水分のうち、ＣＷＰとして利用可能な水分の割合である。「輸送費用」は、下水処理場４０からボイラシステム１０へ輸送する際に掛かる費用であり、「処理費用」は、その際に下水処理場４０側がボイラシステム１０側へ支払う費用である。
【００４２】
「発電所の評価用重み係数」及び「下水処理場の評価用重み係数」は、ボイラシステム１０（発電所）側と下水処理場４０側のどちらの利益を重視するかを決定するための数値である。詳細は後述する。「汚泥混合率上限値」は、混合燃料のうち脱水汚泥又は濃縮汚泥の占める割合である汚泥混合率のうち、ボイラシステム１０の加圧流動床ボイラ２０が運転可能な汚泥混合率の上限値である。「発電所設備減価償却費」は、ボイラシステム１０の設備に関する減価償却費であり、「下水処理場設備減価償却費」は、下水処理場４０の設備に関する減価償却費である。これらの入力情報は、脱水汚泥及び濃縮汚泥のそれぞれについて入力される。
【００４３】
また、脱水汚泥の「元素分析結果」及び「重金属分析結果」は、脱水汚泥を構成する複数の組成物の脱水汚泥全体に占める各割合を示すものである。同様に濃縮汚泥の「元素分析結果」及び「重金属分析結果」についても、濃縮汚泥を構成する複数の組成物の脱水汚泥全体に占める各割合を示すものである。更に、石炭の「元素分析結果」及び「重金属分析結果」についても、石炭を構成する複数の組成物の石炭全体に示す各割合を示すものである。
【００４４】
表２に、石炭と脱水汚泥に関する各組成を例示する。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２中、「石炭１乃至石炭３」は、ボイラシステム１０で用いる石炭を３つランダムに抽出してそれぞれ組成を測定したデータである。「脱水汚泥」は、脱水汚泥の組成を測定したデータである。なお、これらの組成の単位は重量％である。
【００４７】
〈許容最大混合率算出手段での処理〉
許容最大混合率算出手段は、前記入力情報から許容最大混合率を算出する。上述したような元素分析結果等からより多くの脱水汚泥又は濃縮汚泥を利用するように汚泥混合率が算出されて、この値が原則として許容最大混合率となるが、当該値が汚泥混合率上限値を超えるならば、この汚泥混合率上限値が許容最大混合率となる。
【００４８】
許容最大混合率は、脱水汚泥又は濃縮汚泥の各組成を考慮して算出される。許容最大混合率は、脱水汚泥及び濃縮汚泥についてそれぞれ算出されるが、ここでは脱水汚泥について説明する。まず、サンプリングした石炭１乃至石炭３の各組成ごとにその比率の最大値を計算する。例えば表２に示した石炭１乃至石炭３の組成「窒素」に関しては、石炭２が最大である。これを窒素に関する石炭実績最大値（主燃料組成物の当該主燃料に占める各割合）といい、表３に全ての主燃料組成物についての石炭実績最大値を例示する。
【００４９】
【表３】
【００５０】
次に、実際の燃焼に用いる石炭（ＣＷＰ）と脱水汚泥とから混合燃料を製造する際の各組成物（混合燃料組成物）の混合燃料全体に占める各割合（組成比率）を算出する。このとき、混合燃料の混合比率は、例えば０％、５％、１０％、１５％、２０％としてそれぞれ計算する。例えば、実際の燃焼に用いる石炭は石炭１であり、且つ混合比率が５％である場合、混合燃料組成物の１つである窒素の混合燃料全体に占める割合は、
窒素の混合燃料全体に占める割合 ＝ 石炭１の窒素の組成比率＋
（脱水汚泥の窒素の組成比率−石炭１の窒素の組成比率）×混合比率（５％）
で求められる。表４に、全ての混合燃料組成物について混合燃料に占める各割合を、混合比率ごとに算出したものを示す。
【００５１】
【表４】
【００５２】
次に、混合燃料組成物の混合燃料に占める各割合が石炭実績最大値を超えないように汚泥混合率を混合燃料組成物ごとに算出する。図４は、窒素の組成比率と汚泥混合率との関係を示すグラフである。横軸は汚泥混合率、縦軸は窒素の組成比率を示している。図示するように、窒素の場合、汚泥混合率が高くなると窒素の組成比率も高くなるが、汚泥混合率が１３％付近で、窒素の組成比率は窒素に関する石炭実績最大値（本実施形態では「１．５」）を越えている。従って、窒素に関する汚泥混合率は１３％を超えない数値とする。本実施形態では、窒素に関する組成比率が石炭実績最大値と等しいときの汚泥混合率を用いる。
【００５３】
同様に、窒素以外の全ての混合燃料組成物について汚泥混合率を算出する。そして、これらの汚泥混合率のうち最小のものを「成分値を考慮した最大混合率（最大混合率）」とする。さらに、この成分値を考慮した最大混合率と、入力情報である汚泥混合率上限値と比較して、小さいほうを許容最大混合率とする。
【００５４】
上述のようにして、脱水汚泥に関する許容最大混合率が算出される。同様にして、濃縮汚泥に関しても許容最大混合率を算出する。
【００５５】
なお、この段階で、混合燃料組成物ごとの汚泥混合率、成分値を考慮した最大混合率、及び許容最大混合率を表示装置８５に表示してもよい。
【００５６】
〈経済性評価手段での処理〉
次に、脱水汚泥又は濃縮汚泥のどちらを用いることが、ボイラシステム１０と下水処理場４０とを含む地域全体にとって有利であるかを評価する。
【００５７】
まず、許容最大混合率から脱水汚泥及び濃縮汚泥について、それぞれの混焼可能量（Fsi）を算出する。具体的には次の式により算出する。
Fsi＝許容最大混合率 × 年間に使用する石炭量
【００５８】
次に、脱水汚泥及び濃縮汚泥について、ボイラシステム１０での損益額（Pi）をそれぞれ算出する。具体的には次の式により算出する。なお、Hriは汚泥から回収可能な熱量である。
Pi＝（Ｒｉ−Ｔｉ＋Hri／石炭発熱量）×Fsｉ−Mpi
Hri＝（−１）×（１００−汚泥初期温度＋５３３．８）×Wi×（１−ηｉ）
＋Hi×（１−Wi）
【００５９】
これにより、脱水汚泥を用いた場合の損益額（P1）及び濃縮汚泥を用いた場合の損益額（P2）が算出される。この段階で、P1とP2とを比較して高いほうの汚泥やその損益額を表示装置８５に表示してもよい。
【００６０】
次に、脱水汚泥及び濃縮汚泥について、下水処理場４０での処理費用（Li）をそれぞれ算出する。具体的には次の式により算出する。
Li＝Fsｉ×Ｒｉ−Msi
【００６１】
これにより、脱水汚泥を用いた場合の下水処理場の処理費用（L1）及び濃縮汚泥を用いた場合の下水処理場の処理費用（L2）が算出される。この段階で、L1とL2とを比較して小さいほうの汚泥やその処理費用を表示装置８５に表示してもよい。
【００６２】
そして、脱水汚泥及び濃縮汚泥について、地域全体の経済負担額（TMｉ）をそれぞれ算出する。具体的には次の式により算出する。
TMｉ＝Wpi×Pi―Wsi×Li
【００６３】
これにより、脱水汚泥を用いた場合の地域全体の経済負担額（TM１）及び濃縮汚泥を用いた場合の地域全体の経済負担額（TM２）が算出される。そしてTM１とTM２とを比較して小さいほうの汚泥やその地域全体の経済負担額を表示装置８５に表示してもよい。
【００６４】
表５に、ボイラシステム１０で脱水汚泥及び濃縮汚泥をそれぞれ用いた場合の損益額を例示する。
【００６５】
【表５】
【００６６】
表５に示すように、損益額は脱水汚泥を用いた場合のほうが高いので、脱水汚泥を用いることが経済性がよいと判断することができる。一方、表６に、下水処理場１０の経済負担額を考慮した場合の、脱水汚泥及び濃縮汚泥についての地域全体の経済負担額をそれぞれ例示する。
【００６７】
【表６】
【００６８】
表６に示すように、地域全体の経済負担額は脱水汚泥を用いた場合のほうが低いので、脱水汚泥を用いることが経済的であると判断することができる。
【００６９】
以上に説明したように、本実施形態に係る汚泥利用の評価システムでは、ボイラシステム１０側の損益額、下水処理場４０側の処理費用、及び地域全体の経済負担額が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうが経済的であるか否かを判断することが容易となる。このことは、既設のボイラシステム１０において有用であることは勿論、これからボイラシステム１０を設置する際にも有用である。
【００７０】
また、混合燃料の汚泥混合比率（許容最大混合率）は、ボイラシステム１０で運転可能な範囲（汚泥混合率上限値以下）で決定されるため、現実にボイラシステム１０を運転可能であり且つ経済性を考慮した最適な混合燃料をボイラシステム１０に供給することができる。
【００７１】
なお、混合燃料としては、水、石炭、石灰石からなるＣＷＰに脱水汚泥又は濃縮汚泥を混合したものを用いたが、これに限定されない。例えば、ＣＷＭ（Coal Water Mixture）やエマルジョン燃料に脱水汚泥や濃縮汚泥を混合したものでもよい。ＣＷＭは、石炭に水を混合したスラリー状の燃料であり、エマルジョン燃料は、重油、軽油などに水を添加して、エマルジョン化（乳化）を促進させる添加剤を添加した液体燃料である。
【００７２】
〈実施形態２〉
実施形態１に係る汚泥利用の評価システムでは、ボイラシステムは１つの下水処理場から汚泥を受け入れる場合を想定して経済性を評価したが、これに限定されない。すなわち複数の下水処理場から汚泥を受け入れる場合を想定してもよい。本実施形態においても、実施形態１と同様にボイラシステム側の損益額、下水処理場側の処理費用、及び地域全体の経済負担額を算出する。以下、実施形態１と異なる部分について説明する。
【００７３】
〈入力情報〉
本実施形態の入力情報は、実施形態１の入力情報のうち下水処理場に関するものが、複数個（ｎ個）存在している。表７に本実施形態の入力情報を具体的に示す。
【００７４】
【表７】
【００７５】
〈許容最大混合率算出手段での処理〉
許容最大混合率は、下水処理場ごとに実施形態１に記載した許容最大混合率算出手段での処理を行うことにより算出する。つまり、下水処理場の個数だけ許容最大混合率が算出される。
【００７６】
〈経済性評価手段での処理〉
本実施形態に係る経済性評価手段での処理は、最終的に算出される地域全体の経済負担額が最小となるように、脱水汚泥又は濃縮汚泥を供給する下水処理場を特定する。図５及び図６は地域全体の経済負担額を算出するフロー図である。
【００７７】
まず、許容最大混合率算出手段での処理で算出した各下水処理場の許容最大混合率に基づいて、次の式に示すように脱水汚泥及び濃縮汚泥のそれぞれの混焼可能量（Fsij）を算出する（ステップＳ１）。
Fsij＝許容最大混合率（ｊ）×年間に使用する石炭量
許容最大混合率（ｊ）とは、ｊ番目の下水処理場の許容最大混合率を示している。
【００７８】
次に、各下水処理場から受け入れる脱水汚泥量および濃縮汚泥量 Fstij を，混焼可能量 Fsijの範囲内で一時的に設定する（ステップＳ２）。そして、このFstijに対し、次式のように脱水汚泥総混焼量（Fs1total）と濃縮汚泥総混焼量（Fs2total）を算出する（ステップＳ３）。
【００７９】
次に、これらの脱水汚泥総混焼量及び濃縮汚泥総混焼量が混焼可能量を越えていないかを比較し（ステップＳ４）、超えているならば（ステップＳ４；Ｎｏ）ステップＳ２の処理を再度行い、超えていないならば（ステップＳ４；Ｙｅｓ）次の処理を行う。
【００８０】
次に、一時的に設定された Fstij に対し，下記の値を計算する（ステップＳ５）。
地域全体の経済負担額 TMtotal ＝ Wp × Ptotal − Ws × Ltotal
【００８１】
この地域全体の経済負担額TMtotalが前回計算したものよりも小さいか否かを比較し（ステップＳ６）、大きいならば（ステップＳ６；Ｎｏ）ステップＳ２の処理を再度行い、小さいならば（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、そのTMtotalとその時のFstijを記憶する（ステップＳ７）。
【００８２】
そして、十分な数のFstijが探索されたか、又は満足できるTMtotalが見つかったか否かを判断する（ステップＳ８）。この条件を満たすか否かは、例えば、前記十分な数を予め設定し、満足できるTMtotalを予め設定し、これと比較することで判定する。もしこの条件を満たさない場合は（ステップＳ８；Ｎｏ）、ステップＳ２の処理を再度行い、満たしている場合は（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、地域全体の経済負担額TMtotalの最小のときの各下水処理場に対する脱水汚泥及び濃縮汚泥の混焼量Fstij、ボイラシステム１０側の総損益額Ptotal、下水処理場の総処理費用Ltotal、地域全体の経済負担額TMtotalを表示装置８５に表示する（ステップＳ９）。
【００８３】
以上に説明したように、本実施形態に係る汚泥利用の評価システムによれば、地域全体の経済負担額が最小となるように、複数の下水処理場から生じる脱水汚泥又は濃縮汚泥の受け入れる量（Fstij）を算出することができる。この結果、複数の下水処理場が存在するという、より現実に近い環境を考慮した最適な汚泥利用を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、下水処理施設で生成される脱水汚泥又は濃縮汚泥を燃料として用いる産業で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】下水処理施設における汚泥処理のフローを示す概略図である。
【図２】本実施形態に係るボイラシステムを備える発電システムの概略構成図である。
【図３】汚泥利用の評価システムを示す概略構成図である。
【図４】窒素の組成比率と汚泥混合率との関係を示すグラフである。
【図５】地域全体の経済負担額を算出するフロー図である。
【図６】地域全体の経済負担額を算出するフロー図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０ ボイラシステム
２０ 加圧流動床ボイラ
３０ 混合燃料供給手段
３１ 混練機
３２ タンク
３３ 石炭バンカ
３４ 石灰石バンカ
３５ 粗粉砕機
３６ 微粉砕機
３７ スラリータンク
３８ ポンプ
３９ 流量制御弁
４０ 下水処理場
４１ 運搬車両
５０ 制御装置
７０ 蒸気タービン発電機
８０ コンピュータ
８６ 評価プログラム
９０ 汚泥利用の評価システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥利用の評価システムに関し、特に、下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を燃料に含めて有効利用する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
下水処理施設では、家庭からの生活排水や雨水などの下水を処理する過程において、大量の有機性汚泥が発生する。このような下水処理施設では下水を浄化するための種々の処理が行われており、このような汚泥の処理も行われている。かかる汚泥処理は、一般に汚泥を濃縮し、そして脱水することで、汚泥を衛生的に減量している。
【０００３】
汚泥処理において、濃縮後の汚泥の組成のうち９８％程度は水分であり、脱水後では水分は汚泥の８０％程度となる。この濃縮後の汚泥は濃縮汚泥とも呼ばれ、脱水後の汚泥は脱水汚泥とも呼ばれる。脱水汚泥は湿った泥土状であるため搬送は容易であることから、下水処理施設から搬送されてセメントやレンガの材料、堆肥として利用されている。他にも、脱水汚泥はボイラの燃料として用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、加圧流動床ボイラを有する発電所等ではＣＷＰ（Coal Water Paste、石炭、水、石灰石からなるペースト状の燃料。）が用いられているが、脱水汚泥又は濃縮汚泥はこのＣＷＰに混合されて有効利用される場合もある。この場合、脱水汚泥はその乾燥熱量に着目してＣＷＰの石炭使用量を節約するために用いられ、濃縮汚泥はその水分量に着目してＣＷＰの水使用量を節約するために用いられる。
【０００５】
このように、エネルギーの有効利用の観点においては、このような脱水汚泥及び濃縮汚泥を積極的に利用することが望ましいが、経済性の観点においては、これらの汚泥をどの様に利用すべきかを判断することは容易ではない。なぜならば、下水処理場からの汚泥の輸送は、濃縮汚泥か脱水汚泥かといった汚泥の種類、さらには輸送距離によって輸送費用が異なり、また発電所における汚泥混合率上限値も汚泥の種類ごとに異なるため、経済的に最適な汚泥を選択するためには汚泥の種類ごとに経済性計算が必要だからである。さらに下水処理場での処理費用と発電所の損益の和、つまり地域全体の経済性の最適値や、複数の下水処理場から汚泥を輸送する場合を考えると、経済的な最適解の探索にはさらに複雑な計算を必要とするからである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２１１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、ボイラシステムにおいて下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を燃料として用いるに際し、経済性の観点から利用に適した汚泥を選択し得る汚泥利用の評価システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を主燃料に混合した混合燃料を焼却し得るボイラシステムで、前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することによる経済的な効果を算出して表示する汚泥利用の評価システムであって、混合燃料に占める濃縮汚泥又は脱水汚泥の割合である汚泥混合率のうち前記ボイラシステムのボイラが運転可能な汚泥混合率の上限値である汚泥混合率上限値に基づいて、前記ボイラで主燃料と一緒に混焼可能な濃縮汚泥及び脱水汚泥の混焼可能量を算出し、前記ボイラシステム側が濃縮汚泥又は脱水汚泥を処理する費用として下水処理施設側から徴収した処理費用と、前記ボイラシステムが前記下水処理施設から前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を搬送する際に掛かる輸送費用と、前記混焼可能量とに基づいて前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することにより得られる損益額を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この損益額が高いほうを利用に適した汚泥として表示する経済性評価手段を具備することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【０００９】
かかる第１の態様では、ボイラシステム側の損益額が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうがボイラシステム側にとって経済的であるか否かを判断することが容易となる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、前記経済性評価手段は、前記下水処理施設で生じる濃縮汚泥及び脱水汚泥のうち前記ボイラシステム側に処理させた分の処理費用を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この処理費用が安いほうを利用に適した汚泥として表示することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【００１１】
かかる第２の態様では、下水処理施設側の処理費用が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうが下水処理施設側にとって経済的であるか否かを判断することが容易となる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、前記経済性評価手段は、前記濃縮汚泥又は脱水汚泥のそれぞれを用いた場合について、前記損益額及び処理費用のそれぞれに所定の重み係数を乗じると共にその和を地域全体の経済負担額として算出し、これらの地域全体の経済負担額が安いほうを利用に適した汚泥として表示することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【００１３】
かかる第３の態様では、ボイラシステム側及び下水処理施設から構成される地域全体の経済負担額が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうが地域全体にとって経済的であるか否かを判断することが容易となる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、前記下水処理施設は、複数の下水処理施設から構成され、前記経済性評価手段は、前記地域全体の経済負担額が最小となるように、前記ボイラシステムに前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を供給する下水処理施設を特定すると共に、このときの前記損益額及び前記処分費用を算出することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【００１５】
かかる第４の態様では、下水処理施設が複数ある場合に適用することができ、より現実に近い環境を考慮した最適な汚泥利用を図ることができる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第１乃第４の何れか一つの態様に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、前記混合燃料を構成する複数の混合燃料組成物の当該混合燃料に占める各割合が、前記主燃料を構成する複数の主燃料組成物の当該主燃料に占める各割合を越えないように前記汚泥混合率を前記混合燃料組成物毎に算出し、この算出された汚泥混合率のうち最小のものを最大混合率として選出し、当該最大混合率と前記汚泥混合率上限値とを比較して小さいほうを許容最大混合率とする許容最大混合率算出手段とを具備し、前記経済性評価手段は、前記許容最大混合率に基づいて前記混焼可能量を算出することを特徴とする汚泥利用の評価システムにある。
【００１７】
かかる第５の態様では、混合燃料の汚泥混合率を、ボイラシステムが運転可能な範囲内で決定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ボイラシステム側の損益額、下水処理施設側の処理費用、及び地域全体の経済負担額が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうが経済的であるか否かを判断することが容易となる。このことは、既設のボイラシステムにおいて有用であることは勿論、ボイラシステムの設置を計画する際にも有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００２０】
〈実施形態１〉
本実施形態に係る汚泥利用の評価システムを説明するに先立ち、下水処理施設における下水処理により生じる濃縮汚泥、及び脱水汚泥と、これを利用するボイラシステムとを説明する。図１は、下水処理施設における汚泥処理のフローを示す概略図である。
【００２１】
まず、下水処理施設では、下水道を経由して集積された生活排水や雨水などの下水を沈殿池に貯留し、下水中に含まれる物質を沈殿させたり、エアレーション等の各種水処理を行う（ステップＳ１）。このような処理の結果、沈殿池などでは下水から汚泥が分離され、かかる汚泥は、汚泥処理装置に送られる。汚泥処理装置では、汚泥を濃縮処理して濃縮汚泥を生成する（ステップＳ２）。濃縮処理とは、汚泥を沈殿槽に滞留させ比重差と重力により濃縮を行う重力濃縮や、微細な気泡を固形物に付着させ、比重差を逆転し水面に浮き上がらせて濃縮する浮上濃縮などの処理である。こうして生成された濃縮汚泥は２％程度の有機物等の汚泥と、９８％程度の水分とからなる。また、この濃縮汚泥を脱水する装置が設けられている下水処理施設では、濃縮汚泥に高分子凝集剤を添加して、含水率を低下させた脱水汚泥を生成する場合もある（ステップＳ３）。
【００２２】
濃縮汚泥は、例えば、１ｋｇあたりの乾燥熱量が２０００ｋｃａｌであるのに対し、脱水汚泥は１ｋｇあたりの乾燥熱量が４０００ｋｃａｌ程度である。ここで乾燥熱量とは、汚泥から水分を蒸発させた後の乾燥分の熱量のことをいう。
【００２３】
ここで、火炉の一例である加圧流動床ボイラを用いたボイラシステムを具備する発電システム（発電所）について説明する。図２は、本実施形態に係るボイラシステムを備える発電システムの概略構成図である。この発電システムは、燃料を燃焼することにより蒸気を生成するボイラシステム１０と、この蒸気により駆動される蒸気タービン発電機７０を具備している。
【００２４】
ボイラシステム１０は、火炉の一例である加圧流動床ボイラ２０と、この加圧流動床ボイラ２０に混合燃料を供給する混合燃料供給手段３０とを具備している。
【００２５】
加圧流動床ボイラ２０は、圧力容器と、その内部に設けられた火炉本体とを有している（何れも図示せず）。火炉本体内には、石灰石を主成分とする流動媒体が所定量収容されている。この流動媒体は、図示しない空気供給手段により火炉本体底部から吹き込まれる加圧空気で流動化されて流動床を形成している。そして、混合燃料供給手段３０により流動床に投入された混合燃料は加圧状態（例えば約１ＭＰａ）で燃焼される。
【００２６】
加圧流動床ボイラ２０内には、蒸気タービン発電機７０と接続される伝熱管（図示せず）が引き回されており、加圧流動床ボイラ２０で混合燃料を燃焼することにより生じた熱を利用して伝熱管内に蒸気を発生させ、蒸気タービン発電機７０はこの蒸気で稼動し、発電する。なお、蒸気タービン発電機７０のみならず、加圧流動床ボイラ２０内の燃焼で生じた排ガスを利用するガスタービン発電機を用いてもよい。
【００２７】
混合燃料供給手段３０は、混合燃料を製造し、これを加圧流動床ボイラ２０へ供給するものである。ここで混合燃料とは、主燃料としての石炭と、水と、石灰石とからなるＣＷＰ（Coal Water Paste）に脱水汚泥又は濃縮汚泥を混合したものをいう。具体的には、混練機３１（混合装置）が石炭、水、石灰石に脱水汚泥又は濃縮汚泥を混合して混合燃料を製造する。一方、水を貯留するタンク３２と、石炭を貯蔵する石炭バンカ３３と、石灰石を貯蔵する石灰石バンカ３４とが設けられており、これらの装置が混合燃料の各原料を混練機３１に供給している。更に、混練機３１と石炭バンカ３３との間には、石炭を粉砕する粗粉砕機３５及び微粉砕機３６とが配設されている。石炭は、粗粉砕機３５により粗く砕かれた状態で混練機３１に供給されるか、若しくは、粗粉砕機３５で砕かれた後、微粉砕機３６に送られて更に細かく粉砕されると共に水と混ぜられた状態で混練機３１に供給される。
【００２８】
更に、混練機３１に濃縮汚泥を供給する場合には、スラリータンク３７とポンプ３８と流量制御弁３９とが設けられている。スラリータンク３７は、下水処理場４０で生成された濃縮汚泥を貯留するタンクである。本実施形態では、濃縮汚泥は運搬車両４１により搬送されてスラリータンク３７に貯留されているが、このような形態に限定されず、例えば下水処理場４０からスラリータンク３７へ至るパイプラインを設け、このパイプラインを介して直接的にスラリータンク３７に濃縮汚泥が供給されるようにしてもよい。
【００２９】
スラリータンク３７に貯留された濃縮汚泥は、スラリータンク３７と混練機３１との間に配設された管路を通じて、ポンプ３８により昇圧されて混練機３１に供給される。かかる管路には流量制御弁３９が介装されており、流量制御弁３９の開度を調節することで濃縮汚泥が一定の割合で混練機３１に供給されるようになっている。
【００３０】
なお、混練機３１に脱水汚泥を供給する場合には、スラリータンク３７の代わりに脱水汚泥を貯蔵するホッパ（図示せず）を設ける。この場合も、濃縮汚泥と同様に、脱水汚泥はポンプ３８により昇圧されて混練機３１に供給される。
【００３１】
また、ボイラシステム１０には、制御装置５０（粘度調整手段）が設けられている。制御装置５０は、一般的な機能を備える情報処理機器である。具体的にはＣＰＵと共に、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスクなどの記憶装置を具備し、液晶画面などの表示部及びキーボードなどの入力部を備えている（何れも図示せず）。
【００３２】
制御装置５０は、混練機３１で製造された混合燃料の粘度を検出するセンサーから、この粘度を示す信号に基づいて、混合燃料の粘度が所定値となるようにタンク３２から混練機３１に供給される注水量を制御する。
【００３３】
かかる構成のボイラシステム１０を具備する発電システムでは、下水処理場４０から搬送された脱水汚泥又は濃縮汚泥と、ボイラシステム１０に貯蔵された水、石炭、石灰石とが混練機３１により混合されて、混合燃料が製造される。加圧流動床ボイラ２０は混練機３１より混合燃料を供給され、火炉本体に形成された流動床内で混合燃料を燃焼する。そして、この燃焼により生じた熱エネルギーを利用して蒸気タービン発電機７０を駆動し発電する。
【００３４】
以上に説明したように、加圧流動床ボイラ２０で燃焼される混合燃料は、従来用いられていた水、石炭、石灰石からなるＣＷＰに脱水汚泥又は濃縮汚泥が混合されたものである。脱水汚泥を混合する場合は、その乾燥熱量により石炭の使用量を削減することができ、濃縮汚泥を混合する場合は、その水分量により水の使用量を削減することができる。
【００３５】
下水処理場４０側は、脱水汚泥又は濃縮汚泥の処理費用をボイラシステム１０側に支払ってこれらを処分する。一方、ボイラシステム１０側では、前記処理費用からこれらの汚泥を実際に搬送する際に掛かる輸送費用等を差し引いたものが損益額となる。このとき、脱水汚泥又は濃縮汚泥のどちらを用いることがボイラシステム１０及び下水処理場４０を含めた地域全体にとって最適であるかを判断するために、次に説明する汚泥利用の評価システムを用いる。
【００３６】
ここで、本発明に係る汚泥利用の評価システムについて説明する。図３は、汚泥利用の評価システムを示す概略構成図である。汚泥利用の評価システム（以下、単に「評価システム」と称する。）９０は、演算装置であるＣＰＵ８１と、記憶装置であるハードディスク（図中「ＨＤＤ」と略記）８２及びＲＡＭ８３と、キーボードやマウスなどの入力装置８４と、液晶ディスプレイなどの表示装置８５とを具備するコンピュータ８０と、ハードディスク８２に格納された汚泥利用の評価プログラム（以下、単に「評価プログラム」と称する。）８６とを備えて構成されている。
【００３７】
この評価プログラム８６は、ボイラシステム１０を稼働させるのに適した混合燃料の混合率を算出する許容最大混合率算出手段８７と、脱水汚泥又は濃縮汚泥のどちらを用いるべきかを経済的な観点から評価する経済性評価手段８８とを含み構成されるものであり、これらは、例えば評価プログラム８６中のサブルーチンとしてそれぞれ実装されている。
【００３８】
評価プログラム８６は、実行時にはＲＡＭ８３上に読み込まれ、ＣＰＵ８１により評価プログラム８６の実行コードが実行される。すなわち、入力装置８４を介して所定の入力情報が評価プログラム８６に入力され、この入力情報に基づいて許容最大混合率算出手段８７及び経済性評価手段８８により所定の処理の結果算出された出力情報が表示装置８５に表示される。以下、入力情報、計算結果、及び前記所定の処理について詳細に説明する。
【００３９】
〈入力情報〉
入力装置８４を介して、表１に示すような入力情報を取得する。
【００４０】
【表１】
【００４１】
「乾燥熱量」は、汚泥から水分を蒸発させた後の乾燥分の熱量である。「含水率」は、汚泥全体に含まれる水分の割合であり、「有効水分利用率」は、汚泥全体に含まれる水分のうち、ＣＷＰとして利用可能な水分の割合である。「輸送費用」は、下水処理場４０からボイラシステム１０へ輸送する際に掛かる費用であり、「処理費用」は、その際に下水処理場４０側がボイラシステム１０側へ支払う費用である。
【００４２】
「発電所の評価用重み係数」及び「下水処理場の評価用重み係数」は、ボイラシステム１０（発電所）側と下水処理場４０側のどちらの利益を重視するかを決定するための数値である。詳細は後述する。「汚泥混合率上限値」は、混合燃料のうち脱水汚泥又は濃縮汚泥の占める割合である汚泥混合率のうち、ボイラシステム１０の加圧流動床ボイラ２０が運転可能な汚泥混合率の上限値である。「発電所設備減価償却費」は、ボイラシステム１０の設備に関する減価償却費であり、「下水処理場設備減価償却費」は、下水処理場４０の設備に関する減価償却費である。これらの入力情報は、脱水汚泥及び濃縮汚泥のそれぞれについて入力される。
【００４３】
また、脱水汚泥の「元素分析結果」及び「重金属分析結果」は、脱水汚泥を構成する複数の組成物の脱水汚泥全体に占める各割合を示すものである。同様に濃縮汚泥の「元素分析結果」及び「重金属分析結果」についても、濃縮汚泥を構成する複数の組成物の脱水汚泥全体に占める各割合を示すものである。更に、石炭の「元素分析結果」及び「重金属分析結果」についても、石炭を構成する複数の組成物の石炭全体に示す各割合を示すものである。
【００４４】
表２に、石炭と脱水汚泥に関する各組成を例示する。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２中、「石炭１乃至石炭３」は、ボイラシステム１０で用いる石炭を３つランダムに抽出してそれぞれ組成を測定したデータである。「脱水汚泥」は、脱水汚泥の組成を測定したデータである。なお、これらの組成の単位は重量％である。
【００４７】
〈許容最大混合率算出手段での処理〉
許容最大混合率算出手段は、前記入力情報から許容最大混合率を算出する。上述したような元素分析結果等からより多くの脱水汚泥又は濃縮汚泥を利用するように汚泥混合率が算出されて、この値が原則として許容最大混合率となるが、当該値が汚泥混合率上限値を超えるならば、この汚泥混合率上限値が許容最大混合率となる。
【００４８】
許容最大混合率は、脱水汚泥又は濃縮汚泥の各組成を考慮して算出される。許容最大混合率は、脱水汚泥及び濃縮汚泥についてそれぞれ算出されるが、ここでは脱水汚泥について説明する。まず、サンプリングした石炭１乃至石炭３の各組成ごとにその比率の最大値を計算する。例えば表２に示した石炭１乃至石炭３の組成「窒素」に関しては、石炭２が最大である。これを窒素に関する石炭実績最大値（主燃料組成物の当該主燃料に占める各割合）といい、表３に全ての主燃料組成物についての石炭実績最大値を例示する。
【００４９】
【表３】
【００５０】
次に、実際の燃焼に用いる石炭（ＣＷＰ）と脱水汚泥とから混合燃料を製造する際の各組成物（混合燃料組成物）の混合燃料全体に占める各割合（組成比率）を算出する。このとき、混合燃料の混合比率は、例えば０％、５％、１０％、１５％、２０％としてそれぞれ計算する。例えば、実際の燃焼に用いる石炭は石炭１であり、且つ混合比率が５％である場合、混合燃料組成物の１つである窒素の混合燃料全体に占める割合は、
窒素の混合燃料全体に占める割合 ＝ 石炭１の窒素の組成比率＋
（脱水汚泥の窒素の組成比率−石炭１の窒素の組成比率）×混合比率（５％）
で求められる。表４に、全ての混合燃料組成物について混合燃料に占める各割合を、混合比率ごとに算出したものを示す。
【００５１】
【表４】
【００５２】
次に、混合燃料組成物の混合燃料に占める各割合が石炭実績最大値を超えないように汚泥混合率を混合燃料組成物ごとに算出する。図４は、窒素の組成比率と汚泥混合率との関係を示すグラフである。横軸は汚泥混合率、縦軸は窒素の組成比率を示している。図示するように、窒素の場合、汚泥混合率が高くなると窒素の組成比率も高くなるが、汚泥混合率が１３％付近で、窒素の組成比率は窒素に関する石炭実績最大値（本実施形態では「１．５」）を越えている。従って、窒素に関する汚泥混合率は１３％を超えない数値とする。本実施形態では、窒素に関する組成比率が石炭実績最大値と等しいときの汚泥混合率を用いる。
【００５３】
同様に、窒素以外の全ての混合燃料組成物について汚泥混合率を算出する。そして、これらの汚泥混合率のうち最小のものを「成分値を考慮した最大混合率（最大混合率）」とする。さらに、この成分値を考慮した最大混合率と、入力情報である汚泥混合率上限値と比較して、小さいほうを許容最大混合率とする。
【００５４】
上述のようにして、脱水汚泥に関する許容最大混合率が算出される。同様にして、濃縮汚泥に関しても許容最大混合率を算出する。
【００５５】
なお、この段階で、混合燃料組成物ごとの汚泥混合率、成分値を考慮した最大混合率、及び許容最大混合率を表示装置８５に表示してもよい。
【００５６】
〈経済性評価手段での処理〉
次に、脱水汚泥又は濃縮汚泥のどちらを用いることが、ボイラシステム１０と下水処理場４０とを含む地域全体にとって有利であるかを評価する。
【００５７】
まず、許容最大混合率から脱水汚泥及び濃縮汚泥について、それぞれの混焼可能量（Fsi）を算出する。具体的には次の式により算出する。
Fsi＝許容最大混合率 × 年間に使用する石炭量
【００５８】
次に、脱水汚泥及び濃縮汚泥について、ボイラシステム１０での損益額（Pi）をそれぞれ算出する。具体的には次の式により算出する。なお、Hriは汚泥から回収可能な熱量である。
Pi＝（Ｒｉ−Ｔｉ＋Hri／石炭発熱量）×Fsｉ−Mpi
Hri＝（−１）×（１００−汚泥初期温度＋５３３．８）×Wi×（１−ηｉ）
＋Hi×（１−Wi）
【００５９】
これにより、脱水汚泥を用いた場合の損益額（P1）及び濃縮汚泥を用いた場合の損益額（P2）が算出される。この段階で、P1とP2とを比較して高いほうの汚泥やその損益額を表示装置８５に表示してもよい。
【００６０】
次に、脱水汚泥及び濃縮汚泥について、下水処理場４０での処理費用（Li）をそれぞれ算出する。具体的には次の式により算出する。
Li＝Fsｉ×Ｒｉ−Msi
【００６１】
これにより、脱水汚泥を用いた場合の下水処理場の処理費用（L1）及び濃縮汚泥を用いた場合の下水処理場の処理費用（L2）が算出される。この段階で、L1とL2とを比較して小さいほうの汚泥やその処理費用を表示装置８５に表示してもよい。
【００６２】
そして、脱水汚泥及び濃縮汚泥について、地域全体の経済負担額（TMｉ）をそれぞれ算出する。具体的には次の式により算出する。
TMｉ＝Wpi×Pi―Wsi×Li
【００６３】
これにより、脱水汚泥を用いた場合の地域全体の経済負担額（TM１）及び濃縮汚泥を用いた場合の地域全体の経済負担額（TM２）が算出される。そしてTM１とTM２とを比較して小さいほうの汚泥やその地域全体の経済負担額を表示装置８５に表示してもよい。
【００６４】
表５に、ボイラシステム１０で脱水汚泥及び濃縮汚泥をそれぞれ用いた場合の損益額を例示する。
【００６５】
【表５】
【００６６】
表５に示すように、損益額は脱水汚泥を用いた場合のほうが高いので、脱水汚泥を用いることが経済性がよいと判断することができる。一方、表６に、下水処理場１０の経済負担額を考慮した場合の、脱水汚泥及び濃縮汚泥についての地域全体の経済負担額をそれぞれ例示する。
【００６７】
【表６】
【００６８】
表６に示すように、地域全体の経済負担額は脱水汚泥を用いた場合のほうが低いので、脱水汚泥を用いることが経済的であると判断することができる。
【００６９】
以上に説明したように、本実施形態に係る汚泥利用の評価システムでは、ボイラシステム１０側の損益額、下水処理場４０側の処理費用、及び地域全体の経済負担額が脱水汚泥を利用する場合、及び濃縮汚泥を利用する場合のそれぞれについて算出される。これにより、脱水汚泥と濃縮汚泥のどちらを利用するほうが経済的であるか否かを判断することが容易となる。このことは、既設のボイラシステム１０において有用であることは勿論、これからボイラシステム１０を設置する際にも有用である。
【００７０】
また、混合燃料の汚泥混合比率（許容最大混合率）は、ボイラシステム１０で運転可能な範囲（汚泥混合率上限値以下）で決定されるため、現実にボイラシステム１０を運転可能であり且つ経済性を考慮した最適な混合燃料をボイラシステム１０に供給することができる。
【００７１】
なお、混合燃料としては、水、石炭、石灰石からなるＣＷＰに脱水汚泥又は濃縮汚泥を混合したものを用いたが、これに限定されない。例えば、ＣＷＭ（Coal Water Mixture）やエマルジョン燃料に脱水汚泥や濃縮汚泥を混合したものでもよい。ＣＷＭは、石炭に水を混合したスラリー状の燃料であり、エマルジョン燃料は、重油、軽油などに水を添加して、エマルジョン化（乳化）を促進させる添加剤を添加した液体燃料である。
【００７２】
〈実施形態２〉
実施形態１に係る汚泥利用の評価システムでは、ボイラシステムは１つの下水処理場から汚泥を受け入れる場合を想定して経済性を評価したが、これに限定されない。すなわち複数の下水処理場から汚泥を受け入れる場合を想定してもよい。本実施形態においても、実施形態１と同様にボイラシステム側の損益額、下水処理場側の処理費用、及び地域全体の経済負担額を算出する。以下、実施形態１と異なる部分について説明する。
【００７３】
〈入力情報〉
本実施形態の入力情報は、実施形態１の入力情報のうち下水処理場に関するものが、複数個（ｎ個）存在している。表７に本実施形態の入力情報を具体的に示す。
【００７４】
【表７】
【００７５】
〈許容最大混合率算出手段での処理〉
許容最大混合率は、下水処理場ごとに実施形態１に記載した許容最大混合率算出手段での処理を行うことにより算出する。つまり、下水処理場の個数だけ許容最大混合率が算出される。
【００７６】
〈経済性評価手段での処理〉
本実施形態に係る経済性評価手段での処理は、最終的に算出される地域全体の経済負担額が最小となるように、脱水汚泥又は濃縮汚泥を供給する下水処理場を特定する。図５及び図６は地域全体の経済負担額を算出するフロー図である。
【００７７】
まず、許容最大混合率算出手段での処理で算出した各下水処理場の許容最大混合率に基づいて、次の式に示すように脱水汚泥及び濃縮汚泥のそれぞれの混焼可能量（Fsij）を算出する（ステップＳ１）。
Fsij＝許容最大混合率（ｊ）×年間に使用する石炭量
許容最大混合率（ｊ）とは、ｊ番目の下水処理場の許容最大混合率を示している。
【００７８】
次に、各下水処理場から受け入れる脱水汚泥量および濃縮汚泥量 Fstij を，混焼可能量 Fsijの範囲内で一時的に設定する（ステップＳ２）。そして、このFstijに対し、次式のように脱水汚泥総混焼量（Fs1total）と濃縮汚泥総混焼量（Fs2total）を算出する（ステップＳ３）。
【００７９】
次に、これらの脱水汚泥総混焼量及び濃縮汚泥総混焼量が混焼可能量を越えていないかを比較し（ステップＳ４）、超えているならば（ステップＳ４；Ｎｏ）ステップＳ２の処理を再度行い、超えていないならば（ステップＳ４；Ｙｅｓ）次の処理を行う。
【００８０】
次に、一時的に設定された Fstij に対し，下記の値を計算する（ステップＳ５）。
地域全体の経済負担額 TMtotal ＝ Wp × Ptotal − Ws × Ltotal
【００８１】
この地域全体の経済負担額TMtotalが前回計算したものよりも小さいか否かを比較し（ステップＳ６）、大きいならば（ステップＳ６；Ｎｏ）ステップＳ２の処理を再度行い、小さいならば（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、そのTMtotalとその時のFstijを記憶する（ステップＳ７）。
【００８２】
そして、十分な数のFstijが探索されたか、又は満足できるTMtotalが見つかったか否かを判断する（ステップＳ８）。この条件を満たすか否かは、例えば、前記十分な数を予め設定し、満足できるTMtotalを予め設定し、これと比較することで判定する。もしこの条件を満たさない場合は（ステップＳ８；Ｎｏ）、ステップＳ２の処理を再度行い、満たしている場合は（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、地域全体の経済負担額TMtotalの最小のときの各下水処理場に対する脱水汚泥及び濃縮汚泥の混焼量Fstij、ボイラシステム１０側の総損益額Ptotal、下水処理場の総処理費用Ltotal、地域全体の経済負担額TMtotalを表示装置８５に表示する（ステップＳ９）。
【００８３】
以上に説明したように、本実施形態に係る汚泥利用の評価システムによれば、地域全体の経済負担額が最小となるように、複数の下水処理場から生じる脱水汚泥又は濃縮汚泥の受け入れる量（Fstij）を算出することができる。この結果、複数の下水処理場が存在するという、より現実に近い環境を考慮した最適な汚泥利用を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、下水処理施設で生成される脱水汚泥又は濃縮汚泥を燃料として用いる産業で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】下水処理施設における汚泥処理のフローを示す概略図である。
【図２】本実施形態に係るボイラシステムを備える発電システムの概略構成図である。
【図３】汚泥利用の評価システムを示す概略構成図である。
【図４】窒素の組成比率と汚泥混合率との関係を示すグラフである。
【図５】地域全体の経済負担額を算出するフロー図である。
【図６】地域全体の経済負担額を算出するフロー図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０ ボイラシステム
２０ 加圧流動床ボイラ
３０ 混合燃料供給手段
３１ 混練機
３２ タンク
３３ 石炭バンカ
３４ 石灰石バンカ
３５ 粗粉砕機
３６ 微粉砕機
３７ スラリータンク
３８ ポンプ
３９ 流量制御弁
４０ 下水処理場
４１ 運搬車両
５０ 制御装置
７０ 蒸気タービン発電機
８０ コンピュータ
８６ 評価プログラム
９０ 汚泥利用の評価システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を主燃料に混合した混合燃料を焼却し得るボイラシステムで、前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することによる経済的な効果を算出して表示する汚泥利用の評価システムであって、
混合燃料に占める濃縮汚泥又は脱水汚泥の割合である汚泥混合率のうち前記ボイラシステムのボイラが運転可能な汚泥混合率の上限値である汚泥混合率上限値に基づいて、前記ボイラで主燃料と一緒に混焼可能な濃縮汚泥及び脱水汚泥の混焼可能量を算出し、前記ボイラシステム側が濃縮汚泥又は脱水汚泥を処理する費用として下水処理施設側から徴収した処理費用と、前記ボイラシステムが前記下水処理施設から前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を搬送する際に掛かる輸送費用と、前記混焼可能量とに基づいて前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することにより得られる損益額を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この損益額が高いほうを利用に適した汚泥として表示する経済性評価手段を具備することを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項２】
請求項１に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、
前記経済性評価手段は、前記下水処理施設で生じる濃縮汚泥及び脱水汚泥のうち前記ボイラシステム側に処理させた分の処理費用を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この処理費用が安いほうを利用に適した汚泥として表示することを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項３】
請求項２に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、
前記経済性評価手段は、前記濃縮汚泥又は脱水汚泥のそれぞれを用いた場合について、前記損益額及び処理費用のそれぞれに所定の重み係数を乗じると共にその和を地域全体の経済負担額として算出し、これらの地域全体の経済負担額が安いほうを利用に適した汚泥として表示することを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項４】
請求項３に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、
前記下水処理施設は、複数の下水処理施設から構成され、
前記経済性評価手段は、前記地域全体の経済負担額が最小となるように、前記ボイラシステムに前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を供給する下水処理施設を特定すると共に、このときの前記損益額及び前記処分費用を算出することを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、
前記混合燃料を構成する複数の混合燃料組成物の当該混合燃料に占める各割合が、前記主燃料を構成する複数の主燃料組成物の当該主燃料に占める各割合を越えないように前記汚泥混合率を前記混合燃料組成物毎に算出し、この算出された汚泥混合率のうち最小のものを最大混合率として選出し、当該最大混合率と前記汚泥混合率上限値とを比較して小さいほうを許容最大混合率とする許容最大混合率算出手段とを具備し、
前記経済性評価手段は、前記許容最大混合率に基づいて前記混焼可能量を算出する
ことを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項１】
下水処理施設で生じる濃縮汚泥又は脱水汚泥を主燃料に混合した混合燃料を焼却し得るボイラシステムで、前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することによる経済的な効果を算出して表示する汚泥利用の評価システムであって、
混合燃料に占める濃縮汚泥又は脱水汚泥の割合である汚泥混合率のうち前記ボイラシステムのボイラが運転可能な汚泥混合率の上限値である汚泥混合率上限値に基づいて、前記ボイラで主燃料と一緒に混焼可能な濃縮汚泥及び脱水汚泥の混焼可能量を算出し、前記ボイラシステム側が濃縮汚泥又は脱水汚泥を処理する費用として下水処理施設側から徴収した処理費用と、前記ボイラシステムが前記下水処理施設から前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を搬送する際に掛かる輸送費用と、前記混焼可能量とに基づいて前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を利用することにより得られる損益額を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この損益額が高いほうを利用に適した汚泥として表示する経済性評価手段を具備することを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項２】
請求項１に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、
前記経済性評価手段は、前記下水処理施設で生じる濃縮汚泥及び脱水汚泥のうち前記ボイラシステム側に処理させた分の処理費用を濃縮汚泥及び脱水汚泥のそれぞれについて算出し、この処理費用が安いほうを利用に適した汚泥として表示することを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項３】
請求項２に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、
前記経済性評価手段は、前記濃縮汚泥又は脱水汚泥のそれぞれを用いた場合について、前記損益額及び処理費用のそれぞれに所定の重み係数を乗じると共にその和を地域全体の経済負担額として算出し、これらの地域全体の経済負担額が安いほうを利用に適した汚泥として表示することを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項４】
請求項３に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、
前記下水処理施設は、複数の下水処理施設から構成され、
前記経済性評価手段は、前記地域全体の経済負担額が最小となるように、前記ボイラシステムに前記濃縮汚泥又は脱水汚泥を供給する下水処理施設を特定すると共に、このときの前記損益額及び前記処分費用を算出することを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載する汚泥利用の評価システムにおいて、
前記混合燃料を構成する複数の混合燃料組成物の当該混合燃料に占める各割合が、前記主燃料を構成する複数の主燃料組成物の当該主燃料に占める各割合を越えないように前記汚泥混合率を前記混合燃料組成物毎に算出し、この算出された汚泥混合率のうち最小のものを最大混合率として選出し、当該最大混合率と前記汚泥混合率上限値とを比較して小さいほうを許容最大混合率とする許容最大混合率算出手段とを具備し、
前記経済性評価手段は、前記許容最大混合率に基づいて前記混焼可能量を算出する
ことを特徴とする汚泥利用の評価システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１９２０８５（Ｐ２００８−１９２０８５Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８５７９（Ｐ２００７−２８５７９）
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]