成果報告書詳細
管理番号20120000001015
タイトル平成22年度?平成23年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(実用化技術開発) 高窒素含有廃棄物に対応した無加水循環型メタン発酵システムを目指した脱アンモニアシステムの実用化研究
公開日2013/3/20
報告書年度2010 - 2011
委託先名株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約メタン発酵プラント商用化における技術課題は発酵液処理とアンモニアによるメタン発酵阻害防止技術の開発があげられる。特に高窒素含有有機物のメタン発酵あるいは乾式メタン発酵システムではアンモニアによるメタン発酵阻害が発生しやすいためメタン発酵普及の障害となっている。平成19?21年度NEDO共同研究事業において、嫌気性脱窒・メタン二段発酵実証プラントを建設、食品残渣とアンモニアの負荷の高い鶏糞を原料として、性能確認と長時間連続運転による信頼性評価を実施した。本事業では高窒素含有有機物に対して先のNEDO共同研究事業で開発した二段発酵を適用するが、原料中の窒素をアンモニア発酵・脱アンモニアする方法に加えて、消化液からアンモニア態窒素を除去する方法も組合せて、高効率・低コストでアンモニア態窒素を除去しメタン発酵阻害を抑制する技術を開発した。これにより無排水・無加水循環型メタン発酵システムを実現した。併せて、メタン発酵のランニングコスト低減につながる分解率向上、生物脱硫システムの高性能化についても検証した。(1)高窒素含有廃棄物である鶏糞100%を原料として、アンモニアによる発酵阻害を生じることなく無排水・無加水循環型メタン発酵を実証プラントで実現した。(2)閉鎖型・等温循環系アンモニア除去システムが効果的にアンモニアを除去するとともに硫酸アンモニウムとして分離・回収できることを確認できた。(a)スプレー塔とアンモニアスクラバーを組込んだ鶏糞アンモニア除去システムを用いて、TS濃度22%の発酵鶏糞中のアンモニアを30%以上除去できた。(b)放散塔とアンモニアスクラバーを組込んだ消化液アンモニア除去システムをメタン発酵槽に直結して消化液から直接アンモニアを除去することで消化液中のアンモニアを33%低減できた。これによりアンモニアによるメタン発酵阻害を生じることなく無加水循環型メタン発酵を実証プラントで実現した。(3)消化液のアンモニア態窒素濃度を低減できることから従来は制限されていた消化液の再利用が可能となり、発酵槽から排出される消化液の全量再利用による系外排出ゼロ(無排水)を実証プラントで実現した。(4)消化液中アンモニウム態窒素濃度が5,000mg/L前後でも発酵阻害を起こすことなくメタン発酵を継続できることを検証した。(5)生鶏糞を直接メタン発酵したときの発酵性能は、アンモニア・メタン二段発酵のケースと比べて劣ることはなかった。消化液アンモニア除去システムが組込まれていない試験装置で生鶏糞を直接メタン発酵すると消化液中のアンモニウム態窒素濃度が急速に上昇したが、投入原料のTS濃度を調整する(例えば8%)ことにより5,000mg/L程度に抑えることができ、生鶏糞の直接メタン発酵を実現するめどを得た。
英文要約Title:Bioenergy Technology Development, Project to Develop Next-generation Technology for Strategic Utilization of Biomass Energy, Practical research on a Deammoniation System for a Non-dilution Methane Fermentation System Corresponding to Highly Nitrogenous Waste (FY2010-FY2011) Final Report
Methane fermentation of chicken manure, which contains high levels of nitrogen, faces the challenge of fermentation inhibition due to ammonia, which is an obstacle to widespread diffusion. In this R&D, anaerobic denitrification/methane two-stage fermentation previously developed by NEDO is being improved. In addition to developing methods for ammonia conversion and deammoniation, practical application technology that eliminates ammonia from fermented chicken manure and digester sludge is being developed. (1)In case of using highly nitrogenous waste of chicken manure, no drainage and non-dilution methane fermentation process was achieved in the demonstration plant without the methane fermentation inhibition due to ammonia. (2)The closed isothermal circulatory systems for deammoniation demonstrated a successful ammonia elimination and recovery of ammonia as ammonium sulfate from fermented chicken manure or methane digestive sludge. (a)The deammoniation system for the ammonia fermented chicken manure was composed of a slurry spraying tower and a sulfuric acid sucrubber. The system was able to remove ammonia in fermented chicken manure by 30% or more. (b)The system for the digestive sludge incorporating a ammonia emission tower and a sulfuric acid scrubber was linked to methane fermenter, and was able to remove ammonia in the digestive sludge by 33% or more. By adopting the deammoniation technology, non-dilution methane fermentation was achieved in demonstration plant. (3) It has been restricted to re-use of digestive sludge in case of high ammonium concentration. But, the deammoniation technology enabled reuse of digestive sludge. Then, by recirculating the total amount of digestive sludge to be discharged from methane digester, no-drainage plant operation for methane fermentation was achieved in demonstration plant. (4)In case of ammonium-nitrogen concentration of about 5,000mg/L, methane fermentation was verified to continue without fermentation inhibition due to ammonia. (5)Comparing the simple methane fermentation of fresh chicken manure and the two-stage fermentation of chicken manure, fermentation performance of the simple process were not inferior to those of the two-stage process. In case of the simple process tested by laboratory scale equipment without the deammoniation system, concentration of ammonium-nitrogen increased rapidly to the range over 5,000mg/L. But, by reducing TS% of input raw material, ammonium concentration could be kept around 5,000mg/L, and methane fermentation could continue successfully.
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