成果報告書詳細
管理番号20100000000209
タイトル平成20年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業/濃縮塩水と下水処理水を利用した濃度差発電の技術開発
公開日2010/3/13
報告書年度2008 - 2008
委託先名協和機電工業株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名研究開発推進部 技術革新・基盤技術グループ
和文要約本研究は海洋および河川に廃棄されつづけている海水淡水化施設からの濃縮塩水および下水処理場からの下水処理水を利用して発電するものである。また、このプロセスには放流される濃縮塩水の塩分濃度を薄める効果もあることから環境負荷低減にも貢献する技術であるといえる。我々は、2002年に海水淡水化施設の濃縮塩水とRO膜処理水を用いて発電出力2kWの試験を行っていたが商業的に成立する競合単価を実現するには至らなかった。今回はいままでの研究結果から中空糸タイプの膜モジュールが有利であると判断し、主に研究を進め、発電効率を上げるべく、浸透水量の向上および浸透性能の低下抑制を目指した。浸透性能向上には膜モジュールの構造を最適化し、膜面に効率的に供給水が行き渡ることが重要であると考えられる。また、塩類の濃度分極と蛋白質等溶存有機物の膜への吸着による浸透性能低下についてもそれぞれに対策が必要である。濃度差発電で濃度分極と不純物吸着は両者とも透過水量の低下という点では共通しているが、原因物質、発生原理が異なる。従って、この二つは別々の問題として捉えることが重要である。実際に、試験・計算解析を行った結果、試験、計算ともに膜モジュールには塩濃度の偏りがあるという結果がでており、現行の膜構造にはまだ浸透量を向上させる余地があると言える。特にモジュール外周部を積極的に使うことが効率改善につながるということがわかった。さらに濃度分極抑制についても研究を進めたいところだったのだが、残念ながら今回用意した膜モジュールが製造環境の問題から所定の塩分除去率を有しておらず、試験環境を整えることができなかった。したがって、適性なデータを得ることは不可能であると判断し、濃度分極抑制試験の実施を取りやめた。もう一つの浸透水量低下の原因である不純物吸着については、浸透水である下水処理水の前処理を行うことが重要であると考え、カーボンファイバーを活用した吸着物質の生物酸化処理やUF膜によるSS分除去を実施し、その水質から有用性を確認した。ただし、長期の試験は行っていないため継続的な性能確認は別途必要である。実際に異なる施設の下水処理水の浸透性も確認したが、当然、下水処理水場によって水質が異なり、電気伝導度を調べたかぎりでは数値が大きいほど浸透性能の低下が早いという結果となった。一方、平膜についてもその特性と性能の確認を行った。結果としては、同クラスの中空糸型モジュールと比較した場合、浸透性能は大きく水をあけられている状況となっており、現状では実用化には遠いと言わざるを得ない。競合技術調査についてはオランダでの国際膜サミットに参加し、各研究グループの発表を聞くことができた。内容は主として膜自体の性能に関するものであり、その理論モデルの概説やそれに基づく様々な膜の評価が発表された。さらに、新たな膜4について特に支持膜の構造について、開発の現状が述べられた。同一の膜を逆浸透と正浸透で用いると、大幅に浸透性能が異なることから、新たな膜の開発の必要性とその提案がなされた。これらは膜そのものの研究・評価であり、実際に使用される膜モジュールという形で論じられているものはなかった。研究されている膜タイプも平膜に関するものが大部分を占めている。この国際会議より以前にStatkraft社は実際のモデルプラントをアナウンスしていたのだが、構想のみを発表するだけにとどまった。設置場所となる世界の大型海水淡水化施設とその近隣にある下水処理施設の情報も収集した。
英文要約This study is the power generation technology using final effluent from sewage treatmentplants and concentrated brine from the desalination plant has been discarded in the ocean and rivers. In addition, this process is a technology that contributes to reducing the environmental impact because of the effect of salt concentration a dilution of concentrated brine that is released. In 2002, we tested 2kW power output of the device, using a concentrated brine and permeate water was supplied from the desalination plant. However, cost could not achieve into a commercial competitive price. From the results of previous study, hollow fiber membrane is advantaged. The purpose of this study is, using hollow fiber membrane, to improve generation efficiency by improvement of the permeate water quantity and restraint of lowered permeation performance. It is important to spread the film on the surface of the water supply efficiently and optimize the structure of the membrane module in improvement of permeation performance. In addition, the measures, the concentration polarization and the fall restraint of the permeation performance by the adsorption to membrane of organic matter such as the protein , are required respectively. A concentration polarization and the impurities adsorption at this power generating system are common at the point that permeation quantity of water falls, but causative agent, outbreak principles are different. Therefore, it is important to evaluate and understand these two are separately problem. As a result of having analyzed it with an examination, a result that there was deflection of the salt density to a membrane module both appeared, the current structure is fair to say there is room for improvement in order to increase the amount of infiltration. Therefore we judged that it was impossible to get adequate data and dropped a concentration polarization restraint examination. We understood that the efficiency to utilize module circumference part positively is effective improving. Furthermore, we wanted to push forward a study about the concentration polarization restraint, but could not fix the examination environment because unfortunately the membrane module which prepared this time did not have appointed salt rejection by a problem of the production environment. About the impurities adsorption that was the cause of another permeation quantity of water fall, I thought that it was important to pretreatment the sewage treatment water which was permeate water and carried out the baiological oxidation processing of the adsorption material which utilized carbon fiver and the removal of suspended solids by UF membrane, and was confirmed by utility from the water quality. But it is necessary to carry out continuous performance confirmation at separate stage for the examination in long term. The permeation performance of the sewerage treatment water of the real different plant was confirmed. Understandably, water quality from sewerage treatment plants is different . From the results of examined an electric conductivity, a fall of the permeation performance show as early as EC value is big. On the other hand, we investigated the characteristic and performance about the thin film composite membrane. In comparison with the hollow fiber type module of the equal class, the permeation performance is very low. As a result, practical use is very difficult under the present conditions.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る