成果報告書詳細
管理番号20100000001767
タイトル平成14年度-平成18年度成果報告書 基盤技術研究促進事業 資源循環型エネルギー・リン回収型システムの開発
公開日2010/9/30
報告書年度2002 - 2006
委託先名三菱電機株式会社
プロジェクト番号P01016
部署名環境技術開発部
和文要約 資源やエネルギーの消費を低減し、再利用するという観点から循環型社会システムの構築が望まれている。本試験研究(平成14年-18年の5年間)では、下水処理場から排出される余剰スラッジから、リンとメタン(エネルギーとして利用可)を高速・高効率に回収するシステムを開発した。具体的には、まずリン回収、エネルギー回収の要素技術を開発し、これら要素技術にもとづき同時回収のシステム化を検討した後、実証試験(下水処理場で実施)によって各性能を実証した。この過程で開発前に掲げたリン回収、エネルギー回収、装置動力に対する各目標値を達成した。
1.有機スラッジからの高速リン回収技術の開発
 下水処理場の余剰スラッジに対してオゾン処理後にアルカリ処理を行う併用処理(以下、オゾン+アルカリ処理とする)において、オゾン注入時の発泡を促進する処理を検討し、90%以上の高いリン溶出率を得(処理時間30分)、スラッジ中の大部分のリンを溶出させることに成功した。オゾン+アルカリ処理後のリン溶出液から固形状のリンを回収する方法については、カルシウムを用いた凝集・沈殿法を適用し、90%以上のリン回収率(処理時間30分)を得た。
2.有機スラッジからのエネルギー高効率回収技術の開発
 オゾン+アルカリ処理によるスラッジ溶解についても、オゾン処理時の発泡を促進することで50%のスラッジ(有機物)溶解率を得、後段の消化処理とあわせると90%以上のスラッジ溶解率を得(処理時間5日)、スラッジの大部分を溶解することを達成した。これと同時にメタンガス発生量も増大し、オゾン+アルカリ処理を導入しない場合に比べ約1.9倍の発生量を得(処理時間10日)、本処理がスラッジ溶解、メタンガス発生増大に大きな効果を有することを明らかにした。
3.エネルギー・リン同時回収基本システムの開発
 オゾン+アルカリ処理後のスラッジを、リン含有溶液とスラッジ固形成分に連続的に分離する方式として遠心分離機(スクリューデカンタ)が対応可能なこと、リン含有溶液中にスラッジや有機物が共存してもリン回収に悪影響を及ぼさないことを明らかにした。また、スケールアップしたオゾン+アルカリ処理装置(処理流量:約500L/日、リン回収、エネルギー回収に共通)で処理を行い、リン回収、スラッジ溶解、メタンガス発生の性能を検証した。
4.実証試験
 下水処理場に処理能力5m3/日規模の試験装置を設置し、性能実証と安定性の評価を実施した。リン回収、スラッジ溶解、メタンガス発生はいずれもラボ実験での値と同等の結果を得、本システムの性能を実証するとともに最終目標値*を達成した。また、スラッジの性状が変動した場合でもオゾン+アルカリ処理によるスラッジ溶解率は約50%を維持し、安定性に優れることも実証した。
 
 今後は、実証試験にもとづきスラッジ処理に最適なオゾン反応槽を設計するとともに、装置費用の削減、機械メーカーとの連携体制の構築等に注力し、事業化を進める予定である。

*最終目標値  
1)リン回収 回収率:90%以上、処理時間:1時間以内
2)エネルギー回収 スラッジ溶解率:90%以上、メタン発生量:従来比180%以上、処理時間:10日以内
3)処理装置動力:1.7kWh/kg-DS以下
英文要約Recently, the construction of the circulatory system for urban area is expected from the viewpoint of the resources recovery and energy saving. We have established the recovery system of energy and phosphorus from such organic sludge as sewage sludge. In this project (2002-2006), firstly the element technologies as for phosphorus recovery and energy recovery were developed, and simultaneous recovery system was constructed in laboratory, and finally the functions of this system was proved in the demonstration plant. In these developments the all target values as for phosphorus recovery, sludge solibilization, methane formation and electric power of equipments were achieved.
1. High-speed phosphorus recovery from organic sludge
More than 90% amount of phosphorus in sewage sludge was eluted by the enhanced sludge foaming at alkali treatment after ozonation (ozone/alkali treatment), and the almost complete elution of the phosphorus in sludge was achieved (treatment period: 30 minutes). And about 90% amount of phosphorus eluted by ozone/alkali treatment was recovered by the coagulation using calcium addition and precipitation (treatment period: 30 minutes).
2. Efficient energy recovery from organic sludge
Regarding the sludge solubilization by ozone/alkali treatment, the effect of sludge foaming was large, and 50% amount of sludge (VSS) was dissolved. Totally the high sludge solubilization rate of over 90% was obtained by ozone/alkali treatment and anaerobic digestion (treatment period: 5 days), and the nearly complete solubilization of sludge was achieved. Simultaneously the methane production in anaerobic digestion was enhanced, and 190% methane production of that in the conventional process was achieved (treatment period: 10 days).
3. Elementary system for simultaneous recovery of energy and phosphorus
In order to clarify the specification of the system, the solid-liquid separation process for ozone/alkali-treated sludge and the phosphorus recovery process were investigated. As sludge separation process, a screw decanter was applicable, and as for phosphorus recovery process, the influence of the coexisting sludge was found to be very slight. The function of the system for phosphorus recovery, sludge solubilization and methane formation was verified using the large-scale experimental apparatus (treatment ability: 500L/day ), which was common for phosphorus recovery and energy recovery.
4. Demonstration experiment
The large scale demonstration plant (treatment ability:5m3/day ) was set in the real sewage plant. From the demonstration experiments for about 1.5year, the functions of this system was proved and the all target values* as for phosphorus recovery, sludge solibilization, methane formation and electric power of equipments were achieved. In addition, the stability of ozone/alkali treatment was verified.
In the next step, we will execute the design of the real scale ozone reactor based on the demonstration experiment, the reduction in manufacturing cost and the construction of cooperation relation with plant makers, and advance the business.
* Final target values  
1) phosphorus recovery recovery rate: above 90%, treatment period: within 1hr
2) energy recovery sludge solubilization rate: above 90%, methane production increase rate (methane production after introduction of ozone/alkali treatment for that in the conventional process) : above 180%, treatment period: within 10days
3) Electric power of equipments:below 1.7kWh/kg-DS
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