JS 下水道展 14 大阪 新技術の最新状況 - 省エネ 創エネ技術の 開発動向 - 日本下水道事業団 技術戦略部 水処理技術開発課長 橋本 敏一 本日の発表内容 2 はじめに -JS の技術開発 - JS 技術開発基本計画 JS における新技術登録制度 制度概要

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1 JS 下水道展 14 大阪 新技術の最新状況 - 省エネ 創エネ技術の 開発動向 - 日本下水道事業団 技術戦略部 水処理技術開発課長 橋本 敏一 本日の発表内容 2 はじめに -JS の技術開発 - JS 技術開発基本計画 JS における新技術登録制度 制度概要 選定済み技術 B-DASH プロジェクトの実施 実施状況 平成 26 年度新規採択概要 JS における水処理技術の開発動向 自動制御技術 処理能力増強技術 MBR の省エネ化 合流式対応

2 3 はじめに -JS の技術開発 - JS 技術開発基本計画 (3 次計画 ) 4 計画期間 : 平成 23~28 28 年度 計画骨子 : 実用化を目指した技術開発 B-DASH プロジェクトへの参画等 新技術の導入促進 新技術導入制度 技術の善循環 開発 実用化 普及 評価 基準化 技術戦略部の創設 3 つの開発分野 ( 基本目標 )

3 基本目標 5 分野 省エネ 創エネシステム技術 水再生システム技術 サスティナブル下水道技術 基本目標 エネルギー 資源回収を目的とした下水処理場の最適化 汚泥中の放射性物質対策 膜分離活性汚泥法 (MBR) 技術の体系化 次世代水処理技術の実用化 改築更新のための水処理技術の再評価 改善 管路マネジメントシステムの開発 処理場 管路の防食手法のアップデイト 防災技術の確立 代表的な基本目標の主な開発要素 6 エネルギー 資源回収を目的とした下水処理場の最適化 バイオマスエネルギー回収技術 低含水率脱水技術 次世代焼却システム等 次世代水処理技術の実用化 水質センサー技術を応用した運転最適化技術 省エネ 創エネが主要な開発課題 低エネルギー化を目的とした新たな水処理技術等 民間企業等との共同研究の推進 新技術登録制度の活用 B-DASH プロジェクトの実施等

4 7 JS における 新技術登録制度 JS における新技術導入制度

5 選定済み新技術一覧 (H26.7 現在 ) 9 区分技術名称開発者 Ⅰ 類 アナモックス反応を利用した窒素除去技術 JS 大阪市 タクマ 日立プラントテクノロジー メタウォーター Ⅰ 類 高速吸着剤を利用したリン除去 回収技術 JS 旭化成ケミカルズ Ⅰ 類 循環型多層燃焼炉 JS メタウォーター Ⅰ 類 熱改質高効率嫌気性消化システム JS 三菱化工機 Ⅰ 類 担体充填型高速メタン発酵システム JS メタウォーター Ⅰ 類 圧入式スクリュープレス脱水機 (Ⅲ 型 ) JS 石垣 Ⅱ 類 多層燃焼流動炉 東京都下水道局 メタウォーター Ⅱ 類 Ⅱ 類 Ⅱ 類 過給式流動燃焼システム 気泡式高効率二段焼却炉 パッケージ型鋼板製消化タンク ( 独 ) 土木研究所 ( 独 ) 産業技術総合研究所 月島機械 三機工業 ( 株 ) 神鋼環境ソリューション ( 公財 ) 下水道新技術推進機構 ( 株 ) 神鋼環境ソリューション ( 公財 ) 下水道新技術推進機構 Ⅲ 類高効率二段燃焼焼却炉 神鋼環境ソリューション Ⅲ 類高速砂ろ過システム ( 高速上向流移床式砂ろ過 ) タクマ 選定済み新技術一覧 (H26.7 現在 ) 10 最初沈殿池 反応タンク 最終沈殿池 下水 M M 処理水 資源の回収リサイクル 低コストで窒素除去! アナモックス 濃縮 消化 脱水 濃縮 リン吸着回収高速砂ろ過 返流水 資源の有効利用発電へ 汚泥の低含水化で処分コスト低減 圧入スクリューフ レス Ⅲ 焼却 省エネ温暖化防止 熱改質高効率 多層燃焼流動 担体充填高速 循環型多層 気泡式二段 ハ ッケーシ 鋼板製 過給式流動 高効率二段

6 11 B-DASH プロジェクトの 実施 B-DASH プロジェクトの採択 実施状況 12 実施年度公募テーマ実証事業名実施者 H23 ~ H24 バイオガス回収 精製 発電水処理 ( 固液分離 ) 超高効率固液分離技術を用いたエネルギーマネジメントシステム技術実証事業 メタウォーター 日本下水道事業団共同研究体 H24 ~ H25 栄養塩 ( 窒素 ) 除去 固定床型アナモックスプロセスによる高効率窒素除去技術実証事業 熊本市 日本下水道事業団 ( 株 ) タクマ共同研究体 H25 ~ H26 バイオマス発電 下水道バイオマスからの電力創造システム実証事業 和歌山市 日本下水道事業団 京都大学 西原環境 ( 株 ) ( 株 ) タクマ共同研究体 H25 管きょマネジメント 高度な画像認識技術を活用した効率的な管路マネジメントシステム技術実証事業 船橋市 日本下水道事業団 日本電気 ( 株 ) 共同研究体 H26 省エネ型水処理 ( 標準活性汚泥法代替技術 ) 無曝気循環式水処理技術実証事業 高知市 高知大学 日本下水道事業団 メタウォーター共同研究体 H26 省エネ型水処理 ( 高度処理代替技術 ) 高効率固液分離技術と二点 DO 制御技術を用いた省エネ型水処理技術実証事業 前澤工業 ( 株 ) ( 株 ) 石垣 日本下水道事業団 埼玉県共同研究体 H26 ICTを活用した戦略的維持管理 ICT を活用したプロセス制御とリモート診断による効率的水処理運転管理技術実証事業 ( 株 ) 東芝 日本下水道事業団 福岡県 ( 公財 ) 福岡県下水道管理センター共同研究体

7 固定床型アナモックスプロセスによる高効率窒素除去技術に関する技術実証研究 (H25( 年度完了 ) 実証研究の概要 国土交通省国土技術政策総合研究所の委託研究として実施 汚泥処理の返流水等からの窒素除去に 固定床方式を用いた高効率なアナモックス反応技術を適用させることによるコスト縮減効果や省エネルギー効果等に関する実証研究を実施する 13 実証期間 : 平成 24~25 年度 実証体制 : 熊本市 地方共同法人日本下水道事業団 株式会社タクマ共同研究体 実証場所 : 熊本市東部浄化センター 実証施設 : 実規模 ( 処理能力 :50m 3 / 日 ) 対象排水 : 嫌気性消化後の脱水ろ液 固定床型アナモックスプロセスの概要 アナモックス反応を利用した生物学的窒素除去プロセス 返流水個別処理 ( 脱水ろ液からの窒素除去 ) に適用 亜硝酸化槽およびアナモックス槽に固定床型反応槽を使用 2 槽式 + バイパス方式の採用 固定床担体 ( 亜硝酸化槽 ) 前処理工程 (SS や BOD を除去 ) 部分亜硝酸化工程 ( アンモニアの一部を亜硝酸へ変換 ) アナモックス工程 ( アンモニアと亜硝酸を窒素ガスへ変換 ) 固定床担体 ( アナモックス槽 ) 実証施設の外観 実証施設の処理フロー 従来技術と比較したメリット 送風量の低減 有機物 ( メタノール等 ) 添加が不要 反応タンク容量の縮小 余剰汚泥発生量の低減 従来技術 : 硝化脱窒法 固定床型アナモックスプロセスによる高効率窒素除去技術に関する技術実証研究 (H25( 年度完了 ) 14 実証結果実証結果 処理機能 : 実証施設において 四季を通して窒素除去率 80% 以上を達成 導入効果 : 従来技術 ( 硝化脱窒法 ) と比較して 建設コスト 維持管理コスト ライフサイクルコスト 温室効果ガス (GHG) 排出量の削減効果を確認 本実証結果に基づき 本技術導入に係るガイドラインを作成 建設コスト ( 年価 ) 削減率 :20 : 20% 従来技術 67.8( 百万円 / 年 ) 革新的技術 54.6( 百万円 / 年 ) 相対比 ( ) 従来技術 土木 建築電気機械 革新的技術 平成 26 年度の検討内容 維持管理コスト削減率 :35 : 35% 熊本市 JS ( 株 ) タクマによる共同研究を継続 ( 実証施設の連続運転を継続 ) 窒素除去機能に係るデータを蓄積すると共に 運転条件 制御パラメータの最適化 ユーティリティ費の低減などに係る検討を実施 窒素濃度 T N 濃度 [mg-n/l] [mg/l] 従来技術 84.0( 百万円 / 年 ) 革新的技術 54.3( 百万円 / 年 ) 相対比 ( ) 従来技術 本革新的技術および従来技術の建設コスト 維持管理コスト ライフサイクルコストの試算結果 点検補修薬品電力 革新的技術 org N NO3 N NO2 N NH4 N プロセス流入水 亜硝酸化槽流入水 アナモックス槽流入水 プロセス流出水 (1 流量調整槽 ) (2 分配槽 ) (3 調整槽 ) ライフサイクルコスト削減率 :27 : 27% (4 処理水槽 ) 従来技術 163.7( 百万円 / 年 ) 革新的技術 118.8( 百万円 / 年 ) 相対比 ( ) 実証施設の処理過程における窒素濃度の変化の例 従来技術 スクラップコスト維持管理コスト 革新的技術 撤去コスト建設コスト 下水量 5 万 m 3 / 日 ( 脱水ろ液量 235m 3 / 日 ) の仮想下水処理場を対象としたケーススタディに基づく 従来技術 : 担体添加ステップ流入式 2 段硝化脱窒法

8 下水道バイオマスからの電力創造システムに関する技術実証研究 (H25 年度採択 ) 15 和歌山市 日本下水道事業団 京都大学 西原環境 タクマ 実証期間 : 平成 25 年度 ~( 継続中 ) 実証フィールド : 和歌山市中央終末処理場 共同研究体 実証研究概要 下水汚泥バイオマス発電技術下記の 3 技術を組合わせることで 中小規模焼却炉でも電力エネルギーの回収を実現 下水汚泥の低含水率化技術 エネルギー回収技術 ( 次世代型階段炉 ) エネルギー変換技術 ( スクリュ式 + バイナリ式の蒸気発電 ) 電力回収 ( 場内利用 ) 実証プラントの概要と基本フロー標準処理能力 :35t-wet/ 日発電量 :100kWh/h 以上 バイナリ発電機 スクリュ式発電機 蒸気 混合生汚泥 低動力型濃縮機 低含水率脱水機 次世代型階段炉 廃熱ボイラ 排ガス 下水道バイオマスからの電力創造システムに関する技術実証研究 (H25 年度採択 ) 16 高分子 供給汚泥 高分子凝集剤 分離液 供給汚泥 無機凝集剤 ドライビーチ部 機内二液調質遠心脱水機 平成 25 年度の研究成果 標準処理能力 35t/ 日の連続焼却試験の結果 以下の研究成果が得られた ( 実証試験期間約 1ヶ月 ) 1 低含水率化技術で含水率平均 70% 以下を確認 2 エネルギー回収技術で発生蒸気量 1.5t/hを確認 3 エネルギー変換技術で発電量約 120kWh/hを達成 ( 焼却発電システム消費電力のほぼ全量に相当 ) 4 温室効果ガス (N 2 O) 発生量が従来の1/6を確認 実証施設の全景写真 平成 26 年度の試験計画 季節的な汚泥性状の変動に対する運転性能の確認長期スパンでの連続運転による処理安定性の確認他処理場へ適用させるための各種データの取得 スクリュ式 ( 左 ) とハ イナリ式 ( 右 ) 発電機

9 無曝気循環式水処理技術実証事業 (H26 新規 ) 17 事業概要 標準活性汚泥法施設の代替技術として 水中ばっ気方式から大気圧中での気液接触 ( 無曝気 ) による酸素供給方式へ転換し 水処理の省エネ化を実証する また 標準活性汚泥法の既存施設を活用して 第一バイオリアクター 第二バイオリアクター ファイナルフィルター に改造し 高級処理水質確保を実証する 本技術の先駆技術である先進的 高知市 高知大学 JS メタウォーター共同研究体省エネ型下水処理システムは JS 海外技術確認第一号 実証フィールド : 高知市下知水再生センター 標準活性汚泥法 ( 既設 ) 無曝気循環式処理技術 原水 ブロワ送風 B 処理水 循環 溶存酸素を循環し 1 池目から BOD 分解 改造 初沈汚泥 P 最初沈殿池生物反応タンク最終沈殿池 技術の革新性 無曝気 での酸素供給による消費電力の削減 循環 による安定した処理水質確保 自動化 によるシステムの安定性確保 標準活性汚泥法処理場に設置可能 P P 余剰汚泥 沈殿からろ過 生物処理へ 自動化担体は自動洗浄 ブロワを使わない低ランニング生物処理 無曝気大気圧中の気液接触方式により消費電力を削減 沈殿からろ過へ 自動化 ろ材は自動洗浄 剥離 SS を物理除去 自動化 担体は自動洗浄 衛生問題( ろ床蝿等 ) を解決 高効率固液分離技術と二点 DO 制御技術を用いた省エネ型水処理技術実証事業 (H26 新規 ) 18 事業概要 最初沈殿池を改造した高効率固液分離装置と 無終端水路に改造した反応タンクでの二点 DO 制御技術により 好気ゾーンと無酸素ゾーンを安定して形成し 標準活性汚泥法と同等のHRTでの高度処理と省エネ化を実証 前澤工業 石垣 JS 埼玉県共同研究体 実証フィールド : 埼玉県利根川右岸流域下水道小山川水循環センター二点 DO 制御技術は JS 高知大 前澤工業の共同研究により OD 法 技術の革新性 への適用を実用化したものです 高効率固液分離技術 : 省スペースで安定した高いSS 除去が可能 既設躯体を活用し 同等のHRTでの高度処理 二点 DO 制御技術 : 曝気風量の最適化による窒素除去の安定化と省エネ化を実現 無終端水路型反応タンク : 高い硝化液循環倍率による窒素除去性能の向上と硝化液循環ポンプ不要による省エネ化

10 ICT を活用したプロセス制御とリモート診断による効率的水処理運転管理技術実証事業 (H26 新規 ) 19 事業概要 既存反応タンクに NH 4 Nセンサーを活用した曝気風量制御技術 と当制御技術の支援技術を導入し 要求水質に応じた水処理機能の確保と省エネ効果を実証する 東芝 JS 福岡県 ( 公財 ) 福岡県下水道管理センター共同研究体 実証フィールド : 福岡県宝満川流域下水道宝満川浄化センター 技術の革新性 NH 4 Nセンサーを活用した曝気風量制御技術処理水質を維持しながら消費エネルギーを抑制 制御性能改善技術制御パラメータの自動調整により 曝気風量の効率化を実現 多変量統計的プロセス監視 (MSPC) 技術 プロセスの異常兆候を検出し 水処理運転の安定化を実現 MSPC 技術は JS 東芝の共同研究により開発したものです 20 JS における水処理技術の開発動向

11 水質センサーを用いた自動制御技術 21 更なる水処理の省エネ化の実現 省エネ機器の採用に加えて 流入負荷変動に応じた送風量の適正化が必要 近年の水質センサーの性能向上水質センサーの性能向上等により 流入負荷変動に追随した制御が可能となりつつある 民間企業等との共同研究等により 実規模での制御性 省エネ効果等を実証 OR( 必要酸素量 ) 制御 : ウォーターエージェンシー 二点 DO 制御 : 前澤工業 高知大学 / 前澤工業 (B-DASH) NH 4 -N 濃度制御 : 西原環境 / 前澤工業 / 東芝 (B-DASH) 下線 : 現在実施中 平成 26 年度に技術評価を実施 ( 予定 ) 実用化を推進 既存施設の処理能力増強技術 22 一時的な流入水量増加等による処理能力の不足 普及率上昇 施設統合等に伴う流入水量の増加 将来的な人口減少等に伴う流入水量の減少 長期的な流入水量等の変動流入水量等の変動に対して 柔軟に対応可能な水処理技術の開発が必要 既存施設 ( 土木躯体 ) を利用して処理能力増強 改築更新や増設に係る建設コストの縮減 民間企業等との共同研究の推進 最初沈殿池 高速固液分離装置 ( メタウォーター / 石垣 ) 反応タンク 担体添加 ( 西原環境 ) ひも状ろ材 ( 同前 ) 最終沈殿池 傾斜板沈殿池 ( 積水アクアシステム他 ) 下線 : 共同研究実施中

12 MBR の省エネ化 合流式対応 23 第 4 期共同研究 5 者 提案型共同研究 3 者を実施中 消費電力量 0.4kWh/m 3 以下 (= 従来の高度処理法 + 急速ろ過と同程度 ) を目標 JS 技術開発実験センター ( 栃木県真岡市 ) ダイセン メンブレン システムズ ( 株 ) 飯能市浄化センター ( 埼玉県飯能市 ) 日立製作所 ( 株 ) 日立プラントサービス ( 株 ) 日油 ( 株 ) 飯能市 ( 株 ) 明電舎 三菱レイヨン G 積水化学工業 ( 株 ) 前澤工業 ( 株 ) 住友電工 ( 株 ) 三菱レイヨン ( 株 ) 水 ing( 株 ) 三菱化工機 ( 株 ) 日本錬水 ( 株 ) 第 2 次技術評価 ( 平成 25 年 4 月答申 ) に次いで 第 3 次技術評価 ( 平成 28 年度予定 ) を実施し MBR 技術を集大成 24 ご清聴ありがとうございました 写真 :JS 技術開発実験センター ( 栃木県真岡市 )

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