2018 Fiscal Year Annual Research Report
Cooperation between municipal solid waste incinerator and wastewater treatment plant by the integrated methane fermentation of sewage sludge and kitchen waste
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17H01920
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大下 和徹 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90346081)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤森 崇 京都大学, 工学研究科, 助教 (20583248)
日高 平 京都大学, 工学研究科, 講師 (30346093)
高岡 昌輝 京都大学, 工学研究科, 教授 (80252485)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 都市ごみ焼却施設 / 下水処理施設 / し尿処理施設 / 下水汚泥 / 厨芥類 / 脱水 / メタン発酵 / し尿汚泥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
下水汚泥を受け入れ混焼を行っている都市ごみ焼却施設を、国土交通省のデータから再調査したところ、その数は、全体の約2.4%から5.2%に増加し、この値が最新の状況を示しているものと推定された。これら施設へのアンケート追加調査から、両施設が連携するための施設間距離は、22km以内、混焼率は22%以内、焼却施設の稼働率は86%以内であることが必要と計算された。これらの値と、平成29年度に構築したGoogle MAPデータベースを用いて、下水汚泥の最大混焼可能量を見積もったところ、年間汚泥発生量の約半分を混焼でき、さらに、単独焼却後、リサイクルされていない下水汚泥の34.7%を混焼処理できることが明らかとなった。また、混焼のためには都市ごみ焼却施設が100t/day以上の規模であること、その地域の道路の占める面積割合が高いことが重要であることが示された。
農業集落排水処理設備や浄化槽から排出される汚泥についてメタン発酵により回収可能なエネルギー量を把握した。易分解性成分が少ないことからバイオガス発生率0.1 NL/g有機物(VS)-投入程度と低く、VS濃度比や水処理系の運転条件などを指標としたモデルにより、都市下水処理場の汚泥の場合と同様に比較可能であることが示された。
また、下水汚泥と模擬紙ごみ、模擬厨芥類の組成を変えた高温湿式メタン発酵実験および残渣の脱水実験を有機物負荷を統一させて行った。その結果、VS分解率、汚泥の脱水性、残渣の発熱量は、下水汚泥が混合されると低下した。特に、脱水性の低下は、脱水性に正の影響を与える紙類由来の繊維分やリグニンの割合が相対的に減少していることによると推測された。得られた脱水汚泥を都市ごみを想定したプラスチック主体の模擬ごみと混合させ、熱重量示差熱分析を行ったところ、組成の違いによりプラスチック等との燃焼速度や、重量減少にはあまり差がなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
以下に5つのサブテーマごとに進捗状況を示すが、これらを総合的に判断し、研究全体として、おおむね順調に進展していると考えている。
１．都市代謝施設間の連携可能性：全国の都市ごみ焼却施設や下水処理施設、し尿処理施設の連携として、都市ごみと汚泥との混焼ポテンシャルを明らかにしている。当初の計画通り進展している。２．農業集落排水処理設備や浄化槽から排出される汚泥についてメタン発酵特性を把握しており、おおむね順調に進展している。３．発酵残渣の脱水とそのメカニズムの解明：上記で得られた、メタン発酵残渣の脱水特性を評価し、各廃棄物の影響評価を完了している。おおむね順調に進展している。４．都市ごみと下水汚泥の混焼実験やそれにより得られる焼却灰組成の変化：混合燃焼実験を行ったが、灰組成については評価まで至っておらず、本年度中に実験を終える。５．連携システム全体のライフサイクルアセスメント（LCA)：サブテーマ１～４の解析、および実験結果が、本項目の基礎データとなる上、検討に必要な種々の文献データの収集は完了しており、概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
都市代謝施設間の連携可能性の検討は、平成30年度までに混焼の検討を終えたため、平成31年度は、混合メタン発酵を方策とした連携ポテンシャルを求める。
厨芥類（紙ごみを含む場合も想定）と下水汚泥に加え、平成31年度はディスポーザー導入を含めて厨芥類を浄化槽汚泥とあわせて回収するなど、積極的な排水処理汚泥の活用を想定したメタン発酵実験を行う。評価指標としては、有機物分解率、バイオガス、およびメタン収率を明らかにし、また貯留中の腐敗進捗状況なども確認する。混合比率や組成をパラメーターとしてガス発生量や発酵残渣発生量を予測できるモデルによりこれまでの成果を集約しながら、最適条件やその適用範囲を示す。
次に、この実験にて発生した混合メタン発酵残渣について、平成30年度に引き続き脱水性を評価するため脱水実験を行う。下水汚泥単独や、厨芥類単独のメタン発酵残渣に比較し、混合系において、適合する高分子凝集剤の変化や含水率の変化を評価する。
また、平成30年度に引き続き、発酵残渣と都市ごみとの混焼による、燃焼特性や、N2O排出特性、得られた焼却灰のキャラクタリゼーション、および重金属等の溶出挙動、ダイオキシン類の再合成能を評価する。得られた灰の性状把握には、重金属を含む各元素の含有量に加え、X線吸収分光分析により灰中重金属の化学形態を測定する。
最終的に、平成30年度までに得られた結果を用いて、システム全体におけるLCAを行う。連携をしない場合、連携を行った場合について比較評価し、研究をとりまとめる。
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