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成果報告書詳細
管理番号20180000000034
タイトル平成28年度ー平成29年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム/省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討 自動活性炭再生技術とフェントン水熱酸化法技術を複合化した省エネルギー先進排水・排ガス処理技術の開発に関する調査
公開日2018/3/16
報告書年度2016 - 2017
委託先名Jトップ株式会社
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約件名:平成28年度ー平成29年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム 省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討 自動活性炭再生技術とフェントン水熱酸化法技術を複合化した省エネルギー先進排水・排ガス処理技術の開発に関する調査

(1)模擬排水の調査
PRTR制度で指定される第1種特定物質に関して、平成26年度の全国の大気、公共用水域の届出排出量では、54物質が1,4-ジオキサンの届出排出量を上回ることがわかった。
(2)現状の技術で難分解性有機物を処理した時にかかるエネルギー量の調査
既存技術の促進酸化法で排水処理を行った際の排水1m3当たりの処理エネルギー量を調査した。AOP設備の販売実績があるS社のAOP設備の処理エネルギー量が10m3当たり約400kWh程度、つまり排水1m3あたりの処理に必要なエネルギー量が約40kWh程度(約400kWh÷10m3)である事が分かった。
(3)小型液化DME(ジメチルエーテル)装置の検討
名古屋大学で保有されている設備を参考に弊社が実証機化を視野に入れ、小型液化DME装置を試作する為の部品選定を行い設備全体のフロー図を作成した。小型液化DME装置のフロー図、構成図に基づいて、エネルギー使用量を約160W程度と算出した。
(4)安価な省エネ代替酸化剤の検討(再委託先:公立大学法人 大阪市立大学)
本調査用に酸素生成装置とコンプレッサーを組み込んだラボスケールのフェントン・水熱酸化反応実験用小型試験機を用いて、模擬排水処理を実施した。しかし超高濃度排水(1,4-ジオキサンTOC10,000mg/L)の処理については望んだ結果が得られず、ほとんど分解できない結果(TOC9,960mg/L)となった。(処理目標は、1,4-ジオキサン、TOC 約0.3mg/L未満)
(5)DMEによる省エネ効果の調査・検討(再委託先:国立大学法人 名古屋大学)
廃水200 m3で、濃縮廃液2.4 m3とした場合の処理条件において、従来の過熱水蒸気を利用したシステムの所要エネルギーは約1,295ー1,795 kWhである。これに対して、DMEを用いた活性炭再生による汚染物質の無害化システムの所要エネルギーは約498 kWhと推算された。
 このように、従来の過熱水蒸気を利用したシステムに要するエネルギー量に対し、DMEを利用したシステムはエネルギー量を約1/3に改善できるとの試算を得た。DME凝縮装置が想定以上にエネルギーを消費すると試算されたため、目標であったエネルギー量1/4には至らなかった。
(6)DMEによる活性炭再生装置の検討
活性炭再生を目標のエネルギー使用量で行う為、DMEを使用した活性炭再生装置の基本設計(特に現在の照射管機能に相当する部分)と小型化検討(活性炭濾過装置内部に収まるサイズの検討)を行った。(3)で検討した小型液化DME装置を弊社の活性炭濾過装置の再生機能に組み込んで濃縮減容化工程のフロー図を作成した。そして装置の運用期間は7年を目標に信頼性や、長期運用性、量産性を考慮して部品や材料選定を行った。また調査の結果、DMEは高圧ガス保安法(昭和26年法律第204号)が適応されることがわかった。
(7)実験用小型試験機の改善検討 
名古屋大学でのDME設備の知見を基に、Jトップ社内で実験用小型機を検討し、作製した。まず、DMEによる活性炭からの脱水試験を行い、活性炭が含水した水分を脱水することができるか確認を行った。その過程で、装置の改善・改良点を見出しながら、適宜、装置の改善・改良を行った。その結果、活性炭が含水した水分を脱水することが確認できた。
(8)液化DME技術とフェントン・水熱酸化法技術のハイブリッド化技術の検証
フェントン・水熱酸化技術で1,4‐ジオキサン(処理前濃度:TOC10,000mg/L)の無害化を試みたが、分解率は極めて低かった。(処理後濃度:TOC9,960mg/L)。現状のオゾン供給方法では、1,4‐ジオキサン(処理前濃度:TOC10,000mg/L)を無害化処理することは困難であるので、今後、酸化剤及び供給方法を検討しなければならない。
(9)ハイブリッド化技術の省エネ効果検証
実験用小型機による実験データから将来実証機化した装置で目標の省エネルギー効果が得られるか検証を行った。フェントン・水熱酸化処理で有害物質を無害化処理できたと想定した場合、従来の過熱水蒸気を利用したシステムに要するエネルギー量に対し、DMEを利用したシステムはエネルギー量を約1/3に改善できるとの試算を得た。しかし、本調査にて高濃度1,4‐ジオキサンを無害化処理することはできなかったため、従来設備(AOP設備)と比較を行い、石油換算での省エネルギー効果の検証を行うに至らなかった。
英文要約Title:Investigation of Advanced Energy Conservation Technology for Wastewater and Exhaust Gas Treatment by Conjugation of Automatic Activated Carbon Regeneration Technique and Fenton-Hydrothermal Oxidation Method

(1) Survey of artificial wastewater
In reference to class 1 specified chemical substances of PRTR rule, it was found that the reported discharge to air and waters of 54 substances was larger than that of 1,4-dioxane.
(2) Investigation of energy consumption required for existing technologies. Energy consumption required for the treatment of 1 m3 wastewater by existing advanced oxidation process (AOP) was investigated. It was found that energy consumption of an AOP equipment manufactured by S company which have sales performance was about 400kWh per 10 m3, i.e., about 40kWh per 1 m3 wastewater (400kWh ÷ 10 m3).
(3) Investigation of a compact liquid-DME machine
With a view to practical application of a machine developed in Nagoya University, some component parts were selected to experimentally manufacture a compact liquid-DME machine and a flowchart diagram of the whole system was prepared. Based on the flowchart and configuration diagram of the compact liquid-DME machine, energy consumption was estimated to be about 160W.
(4) Examination of an inexpensive alternative oxidant
The treatment of model wastewater was performed using a test instrument of compact
Fenton-hydrothermal oxidation reactor system equipped with an oxygen condenser and compressor for this survey. Unfortunately, the treatment of extremely high concentration wastewater (1,4-dioxane, TOC=10,000 mg/L) led to undesired results, little removal of TOC (TOC=9,960 mg/L). (The goal was TOC < 0.3 mg/L for 1,4-dioxane after treatment.) Since it was estimated that the DME concentrating device more energy than expected, it did not reach 1/4 of the target amount of energy.
(5) Investigation and examination of energy saving effect by DME
Energy consumption of conventional system using superheated steam is around 1,295~1,795 kWh under the treatment condition of 200 m3 of wastewater and 2.4 m3 of concentrated waste solution. In contrast, energy consumption was estimated to be about 498 kWh for a treatment system using the regeneration technique of activated carbon with DME.
In this manner, it is concluded that energy consumption can be reduced to about 1/3 by using DME system with respect to the conventional system with superheated steam.
(6) Examination of activated-carbon regeneration system with DME
A basic design of activated-carbon regeneration system with DME (particularly, the function corresponding to a part of current injection tube) was made and the method of downsizing (a size to fit within a activated-carbon filtration equipment) was examined.
A flowchart diagram of the process of concentration and volume reduction was prepared, in which a compact liquid-DME machine investigated in (3) was installed to the regeneration part of activated-carbon filtration equipment of Jtop company. In the hope of 7 years operation period, the component parts and materials of the system were selected, considering reliability,long-term operativity and mass productivity. It was also noticed that
High Pressure Gas Safety Law was applied to DME.
(7) Examination of improvement of a compact test instrument for experiment
(8) Verification of hybrid technique of liquid-DME technique and Fenton-hydrothermal oxidation technique
(9) Verification of energy saving effect of hybrid technique
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