成果報告書詳細
管理番号20090000000309
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 無曝気・省エネルギー型次世代水資源循環技術の開発
公開日2009/8/21
報告書年度2006 - 2008
委託先名三機工業株式会社 株式会社荏原製作所 独立行政法人土木研究所 財団法人造水促進センター
プロジェクト番号P06039
部署名環境技術開発部
和文要約嫌気性生物処理法であるUASB(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket;上昇流嫌気性汚泥床)と無曝気好気性生物処理法であるDHS(Down-flow Hanging Sponge;下向流懸垂型スポンジ)の組み合わせにより、既存技術である標準活性汚泥法と比較して同等の処理水質を確保するとともに、汚泥発生量70%削減、所要エネルギー量70%削減、二酸化炭素発生量70%削減を達成することを目的とした。この目的を果たすため、(1)前段嫌気性処理に関する研究開発、(2)後段無曝気好気性処理に関する研究開発、(3)廃水処理トータルシステムの開発、(4)下水処理分野への適用に関する研究開発、(5)嫌気性処理技術の動向と国内産業における適用性総合調査研究、に取り組んだ。(1)では、消化汚泥を種汚泥としてUASBパイロットプラントを立上げ、運転データを採取するとともに、ラボテストにおいて下水を基質としたメタン発酵の特性および嫌気性生物の生態評価を行った。ラボテストからは、下水に含まれる固形有機物の分解がメタン発酵に至る一連の生分解プロセスの律速となりやすく、その分解速度は水温の影響を受けることが明らかとなった。しかしながら、パイロットプラントでの運転結果から、汚泥の沈降性を確保しUASB槽内汚泥濃度を維持できれば、低水温条件においても安定した処理が行えることが示された。汚泥の沈降性確保には、鉄塩の添加が有効であることも示唆された。(2)では、DHSパイロットプラントの運転データおよび先行して行ったラボスケールの実験にて、キューブ型2種類とカーテン型3種類の計5種類の担体の性能調査を行った。処理水質は担体間で大きな差はなかったものの、高密度キューブ型担体(G3-2)が、充填率、生物保持量、施工性の面で優れることを明らかにした。G3-2を適用したDHSパイロットプラント長期モニタリングおよびラボテストを行い、DHSは好気性処理に十分な酸素供給能を備え、BOD(特に溶解性BOD)除去能に卓越することが示された。(3)では、UASB-DHSを用いた廃水処理システムの確立に向けた取り組みを行った。パイロットプラントでは、SSの安定的な除去のためUASB-DHS-砂ろ過システムを構築し、水質、汚泥発生量、消費エネルギー量、二酸化炭素排出量を調査し、所期の目標を達成できることを実証した。また、広範な廃水種へのUASB-DHS適用検討として、染色廃水、フェノール廃水を模擬工場排水としたラボスケール実験を行い、一定の馴致期間と滞留時間を設けることで良好な処理水質が得られることを示した。(4)では、UASB-DHSに付加するのに最適な砂ろ過器の仕様検討、阻害の恐れのある下水への適応性調査、コスト試算から下水処理分野への適用性評価を行った。DHS後段処理としての砂ろ過器の処理特性について明らかにするとともに、UASB-DHSが下水で想定される範囲のpH等の変動にも十分対応できることが示された。コスト試算からは、維持管理費において、標準活性汚泥法比で約2割の削減が可能であることが示された。(5)では、文献調査、統計調査、廃水処理ユーザを対象にしたアンケート調査から、本開発技術の実用化のロードマップを作成した。本事業で得られた結果から、省エネルギー性、汚泥発生量の面から、UASB-DHSは既存技術に対して優位であり、早々に実用化にできると考えられる。生活排水と産業排水の両分野での普及が進めば、56万kL原油/年の省エネルギー効果が期待される
英文要約By combining an UASB (up-flow anaerobic sludge blanket) with a DHS (down-flow hanging sponge), an effluent quality equivalent to a conventional activated sludge process was obtained. The intent was to obtain a 70% reduction in sludge production, and reductions in energy consumption and carbon dioxide production. We achieved this by the following: (1) Research and development of an UASB, (2) Research and development of a DHS, (3) Development of a system combining UASB with DHS, (4) Research and development of an application for these techniques in sewage treatment, (5) A comprehensive investigation surveying trends in wastewater treatment processes. In (l), operational data have been collected in the UASB pilot plant. In laboratory tests, characteristics of methane fermentation were estimated, and the community structure of anaerobic microorganisms involved was assessed. These tests indicate that the decomposition of SS present in sewage are likely a bottle-neck in a series of bio-degradation processes toward methane fermentation, and the decomposition rate is affected by water temperature. However, a stable process can be achieved even at the low temperature, provided that the settlement property and sludge concentration in the UASB were properly maintained. Iron salt was also shown to be efficient for maintenance of sludge settlement. In (2), operational data collected in the DHS pilot plant and in previous lab-scale experiments examined efficiency for two cube-type carriers and three curtain-type carriers. The high-density cube-type carrier (G3-2) was superior in filling rate, biological preservation and operational execution. Long-term monitoring of the DHS pilot plant and lab-test indicated that it is furnished with an oxygen supply adequate for aerobic processes and excels in removing BOD. In (3), we established a wastewater processing system by using an UASB-DHS. In the pilot plant, an UASB-DHS-sand filtration system was constructed for safe remov al of SS. By examining water quality, sludge production, energy consumption and discharge of carbon dioxide, anticipated goals were confirmed. The applicability of an UASB-DHS for a variety of wastewaters was examined by a lab-scale experiment using dye or phenol waste. The results indicated that good quality processed water is obtained by setting up the acclimatization period of the reactor and HRT. In (4), we estimated the adaptability of the system to the field of sewage treatment processes. The results showed that an UASB-DHS is well-adapted for changes in pH within estimated ranges for sewage. And cost estimates indicate about a 20% reduction in maintenance is possible compared to conventional activated sludge processes. In (5), a road map for practical use of an UASB-DHS has been developed by literature and statistical research. The results suggest that an energy saving of 560,000 tons of crude oil yearly is possible if UASB-DHS technology is utilized in both sewage and industrial wastewater.
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