成果報告書詳細
管理番号20150000000477
タイトル平成23年度-平成26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) 馬鈴薯澱粉製造時に発生する廃水・廃棄物をモデル原料とする水熱可溶化技術を組み合わせたコンパクトメタン発酵システムの研究開発
公開日2015/9/1
報告書年度2011 - 2014
委託先名株式会社竹中土木 株式会社竹中工務店
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成23年度-平成26年度成果報告書 「馬鈴薯澱粉製造時に発生する廃水・廃棄物をモデル原料とする水熱可溶化技術を組み合わせたコンパクトメタン発酵システムの研究開発」

本研究では、馬鈴薯澱粉製造時に発生するハイドロサイクロン廃水と澱粉粕を原料に有機物の低分子化と濃縮技術を組み合わせたコンパクトメタン発酵システムの開発を実施した。(1)浸漬膜分離システムの開発:2011年にシステムの設計及び製作を完了した。2012年からビホロ農工連にて実証試験を開始し、2012年の運転の結果を踏まえ、2013年には、ろ過液の引き抜き配管を増設し、より精密にろ過液を引き抜くことで膜に生じる差圧の管理を徹底した。また、エアレーションに伴う発泡を防止するために消泡ポンプを導入し、レベル計の誤作動と泡の槽外流失を防止した。2014年には、凍結に伴うセラミック膜の破損部位交換と破損したポンプの交換を行った。(2)水熱可溶化システムの開発:2011年にシステムの設計及び製作を完了した。2012年の実証試験の結果より、2つの反応容器への原料供給の偏りを防止するための原料供給配管の改造、圧力開放部のつまりを防止するための減圧弁部の改造を実施した。また、冷却水槽の除熱容量増強のために、冷却水槽の増強を実施した。澱粉粕を工場から実証施設まで搬送するポンプの増強及び原料タンクの改造により、原料の供給を安定することができた。(3)多段膜分離システムの開発:2011年にシステムの設計を、2012年に製作を完了した。2012、2013年の実証試験の結果を踏まえ、2014年にシステムの統合化のために、原料及び処理液用にタンクを設置し、完全自動化を達成した。2013年冬季、工場停止後に急激な気温の低下が起こり、膜容器、分離ポンプ及び洗浄ポンプが破損したため、2014年には修繕及び交換を行った。(4)コンパクトメタン発酵システムの開発:2011年にシステムの設計を2012年に製作を完了した。2012年の実証試験においては、発酵槽に必要な保温能力を把握するために、保温の施工をせずにヒーターのみで加温を行った。その結果、10月中旬以降、発酵に必要な所定の温度を得ることができなかった。そこで、2013年に発酵槽外部に保温を設置した。また、剥き出しになっていた小径配管にも保温を施した。さらに、2014年には、循環ラインのヒーター管の改造を行い、気温低下時においても安定した発酵温度を維持することができた。(5)統合システムの構築と評価: 2012、2013年の実証運転の結果を踏まえ、システム統合のために、各原料及び処理水のタンクを設置し、そのレベルによって自動制御を構築した。また、24時間運転のために運転データをモニターに取り込み監視可能とした。その結果、全てのシステムをほぼ一人の運転員で運転管理できた。(6)現地実証試験及びその対応:2012年から実証試験を北海道のビホロ農工連で開始した。2012年は主に、各システムの単体運転試験を実施し、不定期ではあるが24時間連続運転を実施した。2013年は2012年の実証試験の結果を踏まえた改造の成果を確認するために、各システムの単体運転試験、全システムの連続運転試験を実施した。システムの統合を行った2014年においては、澱粉工場稼働期間、80日のうち、50日間、24時間2交代での連続運転試験を実施し、安定した運転を達成した。(7)まとめ:我々が製作したコンパクトメタン発酵システムの実証試験により、ハイドロサイクロン廃水144トン/日及び澱粉粕9トン/日から約250m3/日のメタンガスを安定的に得ることができた。また、工場稼働期間の80日において、安定した運転を達成し、当初の目標を全て達成することができた。
英文要約Title: Research and development of a compact methane fermentation system combining hydrothermal solubilization technologies and utilizing wastewater and solid waste generated during potato starch manufacturing as model materials
FY2011-FY2014 report
We developed a compact system capable of methane fermentation of hydrocyclone wastewater and potato starch residue, which are generated from potato starch production, by combining molecular size reduction and organic matter condensation. (1) Development of a submerged membrane separation system: System design and development were completed in 2011. Piping was newly installed to drain the filtered water from the submerged membrane in 2013 to ensure the control of pressure difference in the membrane due to drainage through more accurate drainage of filtered water, on the basis of operation in the previous year. (2) Development of a hydrothermal solubilization system: System design and development were completed in 2011. Based on the results of verification tests in 2012, material supply piping was renovated to prevent a difference in material supply to two reaction containers, and the pressure reduction valves were renovated to prevent the clogging of pressure release sections. (3) Development of a multi-stage separation system: System design and development were completed in 2011 and 2012, respectively. Based on the results of verification tests in 2012 and 2013, tanks were installed for materials and processing liquid in 2014 for systems integration. As a result, the process was fully automated. (4) Development of a compact methane fermentation system: System design and development were completed in 2011 and 2012, respectively. In the verification tests in 2012, no temperature required for fermentation was obtained in and after mid-October. Then, in 2013, thermal insulation systems were installed outside the fermentation tank. In 2014, renovating heater piping in the circulation line enabled stable temperature for fermentation even at low temperature. (5) System integration and evaluation: Based on the results of verification operation in 2012 and 2013, materials and processing water tanks were installed for system integration and automatic control systems were built at respective levels. Operation data was incorporated into a monitor to enable monitoring for around-the-clock operation. (6) Field test and follow-up: Field testing was started at the Bihoro potato starch factory, Hokkaido in 2012. In 2013, in an attempt to verify the results of renovation based on the results of verification tests in 2012, independent tests were conducted for each system and all the systems were operated continuously. In 2014 when the systems were integrated, they were operated continuously 24 hours a day and on two shifts for 50 days out of 80 days during which the starch factory operated, and stable operation was achieved. (7) Summary: In the verification tests of the compact methane fermentation system that we developed, methane gas of approximately 250 m3/day was obtained stably from hydrocyclone wastewater of 144 tons/day and potato starch residue of nine tons/day. Stable operation was achieved for 80 days during which the factor was in operation. The designated objectives were fully achieved.
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