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1 ISSN No Vol 主 要 目 次 口 絵 巻 頭 言 論 説 名 古 屋 市 上 下 水 道 局 空 見 スラッジリサイクルセンターの 紹 介 平 成 25 年 度 下 水 汚 泥 のリサイクル 推 進 に 関 する 講 演 会 大 規 模 農 業 地 帯 の 再 生 利 用 伊 藤 修 一 インフラ 設 備 を 活 用 した 未 利 用 バイオマスの 有 効 利 用 システムのLCA 大 村 健 太 / 小 野 田 弘 士 / 清 水 康 / 中 嶋 崇 史 / 永 田 勝 也 特 集 平 成 26 年 度 下 水 汚 泥 資 源 利 用 等 に 関 する 予 算 及 び 研 究 内 容 と 今 後 の 方 針 の 解 説 解 説 平 成 26 年 度 の 下 水 道 事 業 予 算 について 末 益 大 嗣 農 林 水 産 省 におけるバイオマスの 総 合 的 な 活 用 推 進 について 鈴 村 和 也 日 本 下 水 道 事 業 団 における 汚 泥 の 処 理 有 効 利 用 に 関 する 業 務 及 び 調 査 研 究 の 概 要 島 田 正 夫 ( 独 ) 土 木 研 究 所 における 下 水 汚 泥 等 バイオマス 利 用 に 関 する 研 究 津 森 ジュン 資 源 循 環 研 究 部 における 技 術 開 発 について 石 田 貴 発 行 公 益 社 団 法 人 日 本 下 水 道 協 会 研 究 紹 介 Q&A 現 場 からの 声 文 献 紹 介 講 座 特 別 報 告 投 稿 報 告 コラム 報 告 ニューススポット 資 料 水 素 発 酵 法 の 盲 点 大 西 章 博 太 陽 光 を 利 用 した 活 性 汚 泥 の 可 溶 化 促 進 及 び 光 メタン 発 酵 システムの 開 発 楊 英 男 田 畑 輪 換 で 生 じる 地 力 の 変 化 と 対 策 西 田 瑞 彦 山 形 市 浄 化 センターにおける 消 化 ガス 発 電 の 運 用 について 工 藤 守 下 水 灰 由 来 のりん 酸 質 肥 料 におけるクロムの 化 学 形 態 川 崎 晃 種 々の 汚 泥 処 理 技 術 における 消 毒 性 能 に 与 える 温 度 の 影 響 岩 崎 旬 エネルギー 化 技 術 の 最 新 動 向 について 講 座 開 設 にあたって 再 生 と 利 用 編 集 委 員 会 事 務 局 農 業 集 落 排 水 汚 泥 利 活 用 実 証 事 業 の 紹 介 福 田 和 吉 / 石 田 実 / 五 十 嵐 春 子 熊 本 市 における 下 水 処 理 水 の 農 業 用 水 利 用 について 岩 本 英 紀 グレート サイクル プラットフォーム(GCP) 董 仁 杰 老 师 下 水 汚 泥 利 用 促 進 マニュアル( 仮 称 )の 発 刊 に 向 けて 前 田 明 徳 / 高 橋 幸 彦 バンドン 市 (インドネシア)の 水 環 境 衛 生 改 善 プロジェクト 大 林 重 信 下 水 汚 泥 由 来 の 堆 肥 から 花 を 育 て 販 売 再 生 と 利 用 編 集 委 員 会 事 務 局 おしらせ( 投 稿 のご 案 内 広 告 掲 載 依 頼 ) 汚 泥 再 資 源 化 活 動 日 誌 次 号 予 告 編 集 委 員 会 委 員 名 簿 編 集 後 記

2 名 古 屋 市 上 下 水 道 局 空 見 スラッジリサイクルセンターの 紹 介 名 古 屋 市 では 市 内 15 箇 所 の 水 処 理 センターで 発 生 する 汚 泥 を 山 崎 柴 田 汚 泥 処 理 場 空 見 スラッジ リサイクルセンターの3 箇 所 で 集 約 処 理 しています 空 見 スラッジリサイクルセンターは 平 成 18 年 度 に 事 業 認 可 を 受 け 平 成 20 年 度 から 平 成 26 年 度 にか けて 建 設 を 行 い 平 成 25 年 10 月 から 汚 泥 処 理 を 開 始 しています 当 センターの 処 理 汚 泥 量 は 日 平 均 で5,000m 3 であり 汚 泥 の 濃 縮 脱 水 を 経 て 全 量 焼 却 し その 汚 泥 焼 却 灰 の 大 部 分 をセメント 原 料 等 に 有 効 利 用 しています また 脱 水 ろ 液 等 の 高 濃 度 排 水 は 凝 集 沈 殿 処 理 を 行 った 後 宝 神 水 処 理 センターに 返 送 しています なお 環 境 への 配 慮 の 一 つとして 焼 却 により 発 生 する 熱 を 回 収 し 建 物 内 の 空 調 や 発 電 に 利 用 すること で 省 エネルギーに 努 めています ( 施 設 諸 元 ) 濃 縮 設 備 ベルト 濃 縮 機 (80m 3 /h 6 台 ) 脱 水 設 備 スクリュープレス 脱 水 機 (20m 3 /h 3 台 ) 遠 心 脱 水 機 (20m 3 /h 3 台 ) 焼 却 設 備 流 動 床 焼 却 炉 (200t/ 日 2 基 ) 返 流 水 処 理 設 備 凝 集 沈 殿 池 2 池 ベルト 濃 縮 機 スクリュープレス 脱 水 機 遠 心 脱 水 機 流 動 床 焼 却 炉 廃 熱 ボイラ 蒸 気 発 電 機

3 平 成 25 年 度 下 水 汚 泥 のリサイクル 推 進 に 関 する 講 演 会 青 少 年 総 合 センター センター 棟 4 階 417 号 室 平 成 26 年 1 月 30 日 日 本 下 水 道 協 会 では 毎 年 各 関 連 団 体 の 取 組 や 最 新 技 術 の 動 向 などの 情 報 を 収 集 し 様 々な 形 で 発 信 の 一 環 として 下 水 汚 泥 のリサイクル 推 進 に 関 するセミナーや 講 演 会 を 実 施 しています その 中 で 本 年 1 月 に 下 水 汚 泥 のリサイクル 推 進 に 関 する 講 演 会 を 開 催 し 4 人 の 講 師 陣 により 下 水 汚 泥 資 源 に 対 するエネルギー 利 用 や 他 バイオマスとの 複 合 利 用 などの 取 組 に 対 して 講 演 い ただきました 講 師 陣 高 知 大 学 教 育 研 究 部 自 然 科 学 系 農 学 部 門 教 授 藤 原 拓 氏 テーマ 下 水 汚 泥 の 利 用 推 進 に 向 けて 農 業 地 域 の 面 的 水 管 理 カスケード 型 資 源 循 環 システムから 考 える 国 土 交 通 省 下 水 道 企 画 課 資 源 利 用 係 長 安 陪 達 哉 氏 テーマ 下 水 道 資 源 利 用 の 現 状 と 推 進 に 向 けた 取 組 熊 本 市 上 下 水 道 局 水 再 生 課 審 議 員 齊 田 誠 治 氏 テーマ 熊 本 市 の 下 水 汚 泥 固 形 燃 料 化 事 業 について 新 潟 市 下 水 道 計 画 課 係 長 橋 本 康 弘 氏 テーマ 新 潟 市 バイオマス 産 業 都 市 構 想 の 取 組 について

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6 巻 頭 言 巻 頭 言 大 規 模 農 業 地 帯 の 再 生 利 用 帯 広 市 公 営 企 業 管 理 者 伊 藤 修 一 北 海 道 十 勝 は 帯 広 市 を 含 む19 市 町 村 で 構 成 され 北 海 道 の 南 東 部 に 位 置 し 周 囲 を 大 雪 山 国 立 公 園 阿 寒 国 立 公 園 日 高 山 脈 襟 裳 国 定 公 園 に 囲 まれており その 中 央 部 には 十 勝 の 母 なる 川 十 勝 川 が 貫 流 し 流 域 には 十 勝 農 業 の 中 心 をなす 十 勝 平 野 が 広 がっています 本 地 域 の 人 口 は 約 35 万 人 総 面 積 は 約 1,083,124ヘクタールで 岐 阜 県 とほぼ 同 じで 北 海 道 全 面 積 の13%を 占 めています 十 勝 の 耕 地 面 積 は 約 255,000ヘクタールで 農 家 1 戸 当 たり 平 均 耕 地 面 積 は 約 41.7ヘクタールとなっており カロリーベー スでの 食 料 自 給 率 は 約 1,100% 約 400 万 人 分 の 食 料 を 生 産 しているといわれています 帯 広 市 は 十 勝 の 中 央 部 に 位 置 し 明 治 16 年 民 間 開 拓 団 である 晩 成 社 により はじめて 鍬 が 入 れられて 以 来 医 療 教 育 文 化 情 報 などの 都 市 機 能 が 集 積 する 人 口 約 17 万 人 の 十 勝 の 中 心 都 市 として 発 展 してきました 現 在 帯 広 市 を 中 心 に 十 勝 では 地 域 が 持 つ 価 値 を 再 認 識 し 食 と 農 林 漁 業 を 柱 とした 経 済 活 動 を 行 うため の 旗 印 として フードバレーとかち を 掲 げ 農 林 漁 業 の 成 長 産 業 化 食 の 価 値 の 創 出 十 勝 の 魅 力 を 売 り 込 む を キーワードにオール 十 勝 の 取 り 組 みを 進 めています その 推 進 ツールとして 2011 年 7 月 に 十 勝 定 住 自 立 圏 を 形 成 し 2011 年 12 月 には 北 海 道 フードコンプレックス 国 際 戦 略 総 合 特 区 2013 年 6 月 にはバイオマス 産 業 都 市 としてそれぞれ 十 勝 全 域 を 対 象 に 指 定 を 受 けています 帯 広 市 の 下 水 道 事 業 は 昭 和 34 年 3 月 に 市 街 地 約 216haの 事 業 認 可 により 始 まりました その 後 の 人 口 増 加 に 対 応 するた め 昭 和 52 年 からスタートした 十 勝 川 流 域 下 水 道 事 業 に 参 画 し 施 設 整 備 を 進 め 平 成 7 年 度 からは 郊 外 部 を 特 定 環 境 保 全 公 共 下 水 道 として 整 備 してきており 現 在 では 公 共 下 水 道 の 帯 広 川 処 理 区 806ha 流 域 下 水 道 の 十 勝 川 処 理 区 3,529haの 認 可 区 域 において 事 業 を 進 めています 一 方 下 水 汚 泥 については 昭 和 49 年 から 大 規 模 農 業 地 帯 という 地 域 特 性 を 背 景 に 緑 農 地 利 用 の 試 行 が 始 まり 昭 和 56 年 には 下 水 汚 泥 農 業 利 用 協 議 会 を 設 立 し 現 在 では3 利 用 組 合 28 戸 1,220haの 農 地 で 年 間 に 発 生 する3,700トンほどの 乾 燥 汚 泥 と 牛 ふん 堆 肥 等 を 混 合 発 酵 させた 堆 肥 を 製 造 し 十 勝 を 代 表 する 小 麦 や 馬 鈴 薯 甜 菜 豆 類 など 主 要 農 産 物 を 中 心 に 全 量 利 用 されており バイオマス 産 業 都 市 構 想 の 推 進 に 寄 与 しています なお 下 水 汚 泥 の 緑 農 地 利 用 にあたっては 各 種 法 令 通 達 等 により 規 制 されていることから 施 用 土 壌 の 追 跡 調 査 を 継 続 して 行 っているが 基 準 値 を 下 回 る 値 で 推 移 しており 長 期 間 畑 地 に 施 用 しても 十 分 に 安 全 な 水 準 であることが 確 認 され ています 帯 広 市 は 国 等 が 進 める 食 と 下 水 道 の 連 携 強 化 策 BISTRO 下 水 道 に 参 画 させていただくとともに 平 成 25 年 11 月 に は 第 2 回 会 合 を 本 市 で 開 催 する 機 会 をいただきました 下 水 道 と 食 農 業 利 用 の 連 携 活 動 の 事 例 報 告 や 収 穫 された 食 材 に よる 試 食 会 現 地 視 察 のほか 下 水 処 理 場 に 集 約 される 地 域 の 水 や 有 機 物 窒 素 リン 熱 などを 資 源 として 農 業 利 用 して 循 環 させている 他 都 市 の 方 々とも 意 見 交 換 でき 本 市 が 進 めてきたバイオマス 資 源 を 活 用 した 循 環 型 環 境 保 全 型 の 地 域 づ くりの 必 要 性 を 再 認 識 したところです また 帯 広 市 は 平 成 20 年 7 月 に 環 境 モデル 都 市 として 選 定 され 低 炭 素 社 会 づくりをめざし さまざまな 取 り 組 みを 進 め ていますが 下 水 道 分 野 においても 余 剰 消 化 ガスを 有 効 活 用 したコージェネレーションシステムによる 発 電 設 備 を 平 成 25 年 度 に 完 成 させ 環 境 負 荷 軽 減 に 努 めています 今 後 十 勝 全 域 のし 尿 等 を 流 域 下 水 道 浄 化 センターに 集 約 し 効 率 的 に 処 理 するMICS 事 業 にも 着 手 することになりまし たので 下 水 汚 泥 のリスクとメリットの 正 しい 知 識 を 広 め 引 き 続 き 再 生 利 用 の 取 り 組 みを 広 げてまいりますので 関 係 機 関 の 皆 様 のご 支 援 ご 協 力 をお 願 いします ( 5 )

7 Vol. 38 No /07 再 生 と 利 用 論 説 インフラ 設 備 を 活 用 した 未 利 用 バイオマスの 有 効 利 用 システムのLCA 早 稲 田 大 学 環 境 エネルギー 研 究 科 大 村 健 太 小 野 田 弘 士 清 水 康 中 嶋 崇 史 永 田 勝 也 キーワード: 焼 却 施 設 メタン 発 酵 生 ごみ LCA 1.はじめに 未 利 用 バイオマス( 下 水 汚 泥 食 品 系 廃 棄 物 木 質 バイオマスなど)は 地 域 の 資 源 として 熱 利 用 や 発 電 利 用 素 材 利 用 などの 様 々な 活 用 が 期 待 されているも のの 有 効 利 用 技 術 単 体 では 設 備 が 過 剰 となり 事 業 継 続 性 の 観 点 から 普 及 の 障 壁 となっている 一 方 下 水 処 理 施 設 や 焼 却 施 設 などの 既 存 インフラ に 関 しては 技 術 向 上 や 様 々な 研 究 が 進 められており 施 設 内 でのエネルギーや 資 源 の 有 効 利 用 が 進 められて いるが 単 独 施 設 では 未 利 用 エネルギーを 持 て 余 し 余 力 を 残 している 施 設 が 大 半 である そこで 筆 者 らは 技 術 向 上 としての 次 世 代 型 ストー カ 式 焼 却 炉 と 下 水 汚 泥 消 化 発 電 システムの 効 果 を 定 量 的 に 評 価 するとともに 既 存 インフラと 連 携 した 未 利 用 バイオマスの 利 用 促 進 方 法 を 評 価 した これによ り 資 源 循 環 システムの 高 度 化 に 寄 与 することを 目 的 とする 2.LCAの 前 提 条 件 の 設 定 資 源 循 環 システムの 高 度 化 を 図 るための 指 針 のひと つとして 環 境 負 荷 経 済 性 の 観 点 から 客 観 的 にシス テム 全 体 を 定 量 評 価 することが 可 能 な 手 法 の 構 築 が 求 められている そこで 本 稿 では 主 流 の 手 法 である LCA(Life Cycle Assessment)の 考 え 方 を 採 用 し 気 候 変 動 の 要 因 とされるCO2 排 出 量 による 評 価 を 実 施 した (1) 提 案 技 術 の 概 要 本 稿 において 未 利 用 バイオマスの 有 効 利 用 システ ムを 検 討 する 際 の 対 象 技 術 の 概 要 を 以 下 に 記 載 する 次 世 代 型 ストーカ 式 焼 却 システム 次 世 代 型 ストーカ 式 焼 却 炉 は 炉 内 において 高 温 空 気 と 再 循 環 ガスを 混 合 させた 高 温 混 合 気 を 二 回 流 式 焼 却 炉 の 燃 焼 開 始 領 域 に 供 給 する これにより 従 来 の ストーカ 炉 と 比 較 して 低 空 気 比 燃 焼 によって 排 ガス 中 のNOx 濃 度 低 減 や 発 電 効 率 向 上 を 実 現 した (2) 下 水 汚 泥 消 化 発 電 システム 汚 泥 消 化 発 電 システムは 下 水 汚 泥 を 脱 水 濃 縮 後 に 消 化 槽 へと 投 入 し 発 生 した 消 化 ガスによる 発 電 を 行 うシステムである ガスエンジンからの 排 熱 は 消 化 槽 の 加 温 に 利 用 される 一 部 の 消 化 ガスは, 消 化 汚 泥 とともに 汚 泥 焼 却 炉 において 焼 却 を 行 う 消 化 プロセ スによって 汚 泥 は40% 削 減 される メタン 発 酵 施 設 メタン 発 酵 施 設 は 下 水 汚 泥 や 生 ごみを 投 入 し 発 生 したメタンガスによって 発 電 を 行 う 施 設 である 下 ( 6 )

8 Vol. 38 No /07 インフラ 設 備 を 活 用 した 未 利 用 バイオマスの 有 効 利 用 システムのLCA 水 汚 泥 消 化 発 電 システムと 同 様 の 効 果 が 得 られるが 異 なる 点 がある まず 下 水 処 理 施 設 の 消 化 槽 への 生 ごみの 投 入 量 は 下 水 汚 泥 の 投 入 量 に 対 して1 割 程 度 と 設 計 的 に 制 限 されているのに 対 し メタン 発 酵 施 設 は 新 規 建 設 が 前 提 となるため 生 ごみと 下 水 汚 泥 の 投 入 割 合 は 発 生 状 況 に 合 わせて 柔 軟 に 対 応 することが 可 能 である その 他 に 消 化 槽 を 設 置 した 下 水 処 理 施 設 が 少 ないため 対 象 地 域 が 限 られてしまうが そのよ うな 制 限 も 必 要 なくなる 表 1 CO2 排 出 原 単 位 の 一 覧 (2) 評 価 範 囲 の 決 定 本 稿 は 廃 棄 物 やバイオマスの 処 理 にかかるエネル ギー 資 源 と 薬 品 等 の 環 境 負 荷 を 対 象 として 試 算 してい る また 処 理 の 副 産 物 として 生 成 される 電 力 や 炭 化 物 は 有 効 利 用 として 環 境 負 荷 の 削 減 効 果 として 試 算 し ている しかし 可 燃 ごみや 下 水 等 の 収 集 運 搬 にかかる 環 境 負 荷 と 処 理 施 設 の 建 設 にかかる 環 境 負 荷 は 評 価 範 囲 の 対 象 外 としているため 純 粋 に 処 理 時 の 優 位 性 を 評 価 するための 比 較 検 討 となっている (3) 評 価 指 標 環 境 負 荷 評 価 は 先 に 示 した 評 価 範 囲 におけるエネ ルギー 起 源 や 薬 品 由 来 のCO2 排 出 量 を 比 較 することに よって 行 った 評 価 に 用 いたCO2 排 出 係 数 を 表 1に 示 す 基 本 的 には 温 室 効 果 ガス 算 定 報 告 公 表 制 度 で 定 められたデータを 用 いた (4)シナリオ 評 価 の 設 定 システム 全 体 としてのさらなる 効 率 化 を 目 指 し 下 水 汚 泥 消 化 発 電 システムとストーカ 炉 の 併 設 を 行 った 場 合 の 評 価 を 行 った 評 価 を 行 う 際 に 消 化 汚 泥 の 乾 燥 燃 料 化 炭 化 燃 料 化 を 行 った 場 合 の 検 討 を 行 うとと もに 発 生 した 消 化 ガスの 利 用 方 法 消 化 汚 泥 の 処 理 方 法 に 関 しても 検 討 した 比 較 対 象 とした 各 CASEの 概 要 を 以 下 に 示 す また 各 ケースのフローを 図 1に 示 す CASE1: 下 水 汚 泥 消 化 発 電 施 設 と 一 般 廃 棄 物 用 焼 却 施 設 (ス トーカ 炉 )を 非 併 設 とした 図 1 シナリオ 評 価 の 簡 易 フロー ( 7 )

9 Vol. 38 No /07 再 生 と 利 用 CASE2: 下 水 汚 泥 消 化 発 電 施 設 と 一 般 廃 棄 物 用 焼 却 施 設 (ス トーカ 炉 )を 併 設 する ストーカ 炉 からの 排 熱 を 消 化 槽 へ 供 給 し 消 化 ガスを 汚 泥 乾 燥 燃 料 化 に 用 い 汚 泥 乾 燥 燃 料 はストーカ 炉 での 焼 却 発 電 に 用 いる 残 りの 消 化 ガスは 発 電 に 利 用 する CASE3: CASE2で 製 造 された 汚 泥 乾 燥 燃 料 を 石 炭 代 替 として 他 の 施 設 へ 供 給 する CASE4: ストーカ 炉 からの 排 熱 を 消 化 に 利 用 し 発 生 した 消 化 ガスを 全 量 汚 泥 の 炭 化 燃 料 化 に 使 用 し, 製 造 された 炭 化 燃 料 は 石 炭 の 代 替 として 他 の 施 設 へ 供 給 する た 発 電 による 環 境 負 荷 削 減 効 果 と 焼 却 処 分 される 汚 泥 の 量 が 削 減 されるため 汚 泥 焼 却 過 程 で 発 生 する CH4 N2O 量 が 減 少 する これより CO2 排 出 量 が 32.5%の 削 減 が 見 込 める 結 果 となった (3)メタン 発 酵 システム 下 水 汚 泥 と 生 ごみのメタン 発 酵 施 設 に 投 入 した 場 合 と 焼 却 処 理 した 場 合 の 評 価 結 果 を 図 4に 示 す メタン 発 酵 施 設 の 規 模 は100t/dとし 下 水 汚 泥 の 処 理 量 が 70t/d 生 ごみの 処 理 量 が30t/dとする 評 価 結 果 より 発 電 による 環 境 負 荷 削 減 効 果 と 焼 却 処 分 される 汚 泥 の 量 が 削 減 されるため CO2 排 出 量 が21.8%の 削 減 が 見 込 める 結 果 となった 4. 併 設 システムの 結 果 CASE5: メタン 発 酵 施 設 を 新 設 し 下 水 汚 泥 と 生 ごみを 処 理 す る ストーカ 炉 からの 排 熱 をメタン 発 酵 槽 へ 供 給 し メタンガスはガスエンジンでの 発 電 に 用 い 脱 水 ろ 液 は 下 水 処 理 施 設 で 処 理 し 発 酵 残 渣 は 焼 却 処 理 する 3. 個 別 技 術 の 評 価 (1) 次 世 代 型 ストーカ 式 焼 却 システム 施 設 処 理 規 模 を280t/d 年 間 運 転 日 数 は280D/Yと した 場 合 の 新 旧 のストーカ 炉 のCO2 排 出 量 を 比 較 した 結 果 を 図 2に 示 した 同 図 より 発 電 量 の 増 加 とアン モニア 製 造 の 回 避 によって10.5%のCO2 排 出 量 削 減 と なっており 次 世 代 型 ストーカ 式 焼 却 炉 の 環 境 負 荷 削 減 効 果 を 確 認 することができた (2) 下 水 汚 泥 消 化 発 電 システム 下 水 汚 泥 消 化 発 電 システムを 導 入 した 場 合 と 下 水 汚 泥 を 全 量 焼 却 処 分 した 場 合 の 評 価 結 果 を 図 3に 示 し 各 CASEのCO2 排 出 量 を 比 較 した 結 果 を 図 5に 示 す CASE1に 比 べてCASE2では 乾 燥 汚 泥 を 製 造 し ス トーカ 炉 において 焼 却 することによって 焼 却 時 の 消 費 電 力 が 削 減 されるとともに 発 電 量 が 増 加 する 削 減 効 果 は 従 来 に 比 べ2% 増 加 するため, 全 体 で27.5% 削 減 さ れる CASE3では 汚 泥 乾 燥 燃 料 による 石 炭 代 替 の 効 果 が 大 きい CASE4についても 炭 化 燃 料 による 削 減 効 果 が 確 認 できるが 消 化 ガス 全 量 を 炭 化 燃 料 化 に 利 用 しているため ガスエンジンによる 発 電 の 効 果 が 得 られていないためCASE3と 比 べて 削 減 量 は 少 なく なっている 今 回 示 したCASEのなかでは CASE3の 下 水 汚 泥 に 対 して 消 化 乾 燥 燃 料 化 を 行 い 製 造 された 乾 燥 燃 料 は 石 炭 の 代 替 として 利 用 することが 最 もCO2 排 出 量 が 削 減 されるという 結 果 となった しかし CASE5のメタン 発 酵 施 設 を 新 設 すること によって ガスエンジンによる 発 電 量 が 増 加 するとと もに 焼 却 施 設 での 生 ごみ 削 減 による 発 電 量 の 増 加 の 効 果 も 得 られていることがわかる また 今 回 はメタ 図 2 次 世 代 型 ストーカ 式 焼 却 炉 のLCA 図 3 下 水 汚 泥 消 化 発 電 システムのLCA 図 4 メタン 発 酵 施 設 のLCA ( 8 )

10 Vol. 38 No /07 インフラ 設 備 を 活 用 した 未 利 用 バイオマスの 有 効 利 用 システムのLCA 図 5 各 CASEのCO2 排 出 量 の 比 較 結 果 ン 発 酵 施 設 からの 残 渣 を 焼 却 処 理 しているため CASE3に 劣 った 結 果 となったが 乾 燥 燃 料 化 を 行 い 製 造 された 乾 燥 燃 料 は 石 炭 の 代 替 として 利 用 すること でCASE3よりもCO2の 削 減 効 果 が 得 られることが 推 測 される 5.まとめ 本 稿 においては 以 下 の 知 見 が 得 られたことを 記 載 し ている 次 世 代 型 ストーカ 式 焼 却 システムは 従 来 型 と 比 較 して10.5%のCO2 排 出 量 削 減 となった 下 水 汚 泥 消 化 発 電 システムを 導 入 することによっ て 下 水 汚 泥 を 全 量 焼 却 した 場 合 と 比 較 して CO2 排 出 量 では32.5%となった 下 水 汚 泥 消 化 発 電 施 設 と 一 般 廃 棄 物 用 焼 却 施 設 を 併 設 することの 効 果 を 定 量 的 に 示 した 相 互 の 熱 融 通 と 消 化 ガス 発 電 を 行 い 製 造 された 汚 泥 乾 燥 燃 料 を 外 部 供 給 する 場 合 のCO2 排 出 量 が 最 も 小 さい メタン 発 酵 施 設 を 新 設 することの 効 果 を 客 観 的 に 評 価 し 下 水 処 理 施 設 や 焼 却 施 設 に 併 設 することの 優 位 性 を 示 した 6. 参 考 文 献 (1) 小 野 田 弘 士, 焼 却 灰 の 処 理 及 びリサイクルに 係 る LCA 的 評 価, 都 市 清 掃,Vol.63, No.297(2010), pp (2) 中 山 剛, 傳 田 知 広, 木 ノ 下 誠 二, 中 川 知 紀, 鮎 川 将, 次 世 代 型 ストーカ 式 焼 却 炉 の 運 転 状 況 報 告, 日 本 機 械 学 会 第 20 回 環 境 工 学 総 合 シンポジウム 2010 講 演 論 文 集,No.10-15(2010),pp (3) 小 野 田 弘 士, 使 用 済 み 製 品 からの 効 率 的 な 資 源 回 収 を 促 進 するために 製 品 設 計 段 階 から 必 要 な 視 点, 環 境 研 究 2011 No.162(2011),pp (4) 環 境 省, 経 済 産 業 省, 算 定 報 告 公 表 制 度 にお ける 算 定 方 法 排 出 係 数 一 覧, 平 成 19 年 度 (5) 社 団 法 人 産 業 環 境 管 理 協 会,カーボンフットプリ ントコミュニケーションプログラム, 利 用 可 能 データ ( 9 )

11 Vol. 38 No /07 再 生 と 利 用 特 集 : 平 成 26 年 度 下 水 汚 泥 資 源 利 用 等 に 関 する 予 算 及 び 研 究 内 容 と 今 後 の 方 針 の 解 説 解 説 平 成 26 年 度 の 下 水 道 事 業 予 算 について 国 土 交 通 省 水 管 理 国 土 保 全 局 下 水 道 部 下 水 道 事 業 課 計 画 調 整 係 長 末 益 大 嗣 キーワード: 戦 略 的 維 持 管 理 更 新 都 市 の 新 産 業 社 会 の 創 出 1. 平 成 26 年 度 下 水 道 事 業 関 連 予 算 我 が 国 は 脆 弱 な 国 土 であり 巨 大 台 風 や 巨 大 地 震 に 備 えるための 防 災 減 災 対 策 が 必 要 であるとともに 高 度 成 長 期 以 降 に 集 中 的 に 整 備 されたインフラが 今 後 一 斉 に 高 齢 化 することから 老 朽 化 対 策 が 必 要 となって いる またアジア 諸 国 の 成 長 が 著 しい 中 激 化 する 都 市 間 競 争 に 勝 ち 抜 くための 国 際 競 争 力 の 強 化 が 必 要 で ある こうした 考 え 方 の 下 国 土 交 通 省 における 平 成 26 年 度 予 算 については 東 日 本 大 震 災 からの 復 興 加 速 国 民 の 安 全 安 心 の 確 保 及 び 経 済 地 域 活 性 化 の3 分 野 に 重 点 化 し これら 課 題 に 対 応 した 施 策 の 効 果 の 早 期 実 現 を 図 る これに 加 え インフラシステム 輸 出 の 推 進 等 による 我 が 国 の 国 際 競 争 力 の 強 化 都 市 の 再 興 等 による 地 域 の 活 性 化 と 豊 かな 暮 らしの 実 現 を 図 ることとしている 平 成 26 年 度 予 算 においては 社 会 資 本 整 備 総 合 交 付 金 及 び 防 災 安 全 交 付 金 を 表 1のとおり 計 上 してお り 下 水 道 事 業 に 係 る 費 用 は それぞれの 内 数 であ る また 資 源 エネルギーの 有 効 活 用 アセットマネ ジメント リスクマネジメント 効 率 的 かつ 計 画 的 な 浸 水 対 策 津 波 対 策 等 の 推 進 を 図 るために 必 要 な 下 水 道 事 業 における 技 術 開 発 調 査 研 究 等 を 実 施 するた めの 経 費 を 計 上 している ( 表 2) その 他 下 水 道 事 業 に 関 連 する 予 算 として 内 閣 府 に 一 括 計 上 されている 地 域 再 生 基 盤 強 化 交 付 金 表 1 社 会 資 本 整 備 総 合 交 付 金 および 防 災 安 全 交 付 金 の 平 成 26 年 度 予 算 額 表 2 下 水 道 事 業 関 連 予 算 の 平 成 26 年 度 予 算 額 ( 10 )

12 Vol. 38 No /07 平 成 26 年 度 の 下 水 道 事 業 予 算 について 図 1 平 成 26 年 度 下 水 道 事 業 予 算 主 要 事 項 沖 縄 振 興 公 共 投 資 交 付 金 及 び 東 日 本 大 震 災 により 著 しい 被 害 を 受 けた 地 域 の 復 興 を 進 めることを 目 的 に 復 興 庁 に 一 括 計 上 されている 東 日 本 大 震 災 復 興 交 付 金 があり それぞれ451 億 円 ( 対 前 年 度 比 0.90)933 億 円 ( 対 前 年 度 比 1.15) 3,638 億 円 である なお 下 水 道 事 業 に 係 る 費 用 は それぞれの 内 数 である 2. 平 成 26 年 度 下 水 道 事 業 予 算 に 関 する 新 規 事 項 等 国 土 交 通 省 水 管 理 国 土 保 全 局 下 水 道 部 としては 国 土 交 通 省 の 基 本 方 針 である 東 日 本 大 震 災 からの 復 興 加 速 国 民 の 安 全 安 心 の 確 保 及 び 経 済 地 域 の 活 性 化 の3 分 野 に 加 え 下 水 道 部 として 重 点 的 に 取 り 組 んでいる7 大 テーマの 各 施 策 を 効 果 的 効 率 的 に 推 進 していくために 必 要 となる 経 費 を 計 上 してい る ( 図 1) 以 下 に 平 成 26 年 度 下 水 道 事 業 予 算 の 主 要 な 内 容 に ついて 詳 述 する 業 を 実 現 していくためには PPP/PFIの 事 業 手 法 を 用 いた 民 間 活 力 の 活 用 を 積 極 的 に 実 施 することが 求 め られている また エネルギー 需 給 の 逼 迫 といった 社 会 背 景 を 踏 まえ エネルギー 利 活 用 の 効 率 化 等 を 推 進 する 必 要 がある このため PPP/PFIの 事 業 手 法 を 活 用 する 下 水 道 事 業 を 支 援 する 補 助 制 度 を 新 たに 創 設 し 民 間 参 入 を 積 極 的 に 推 進 するとともに 再 生 可 能 エネルギーの 利 用 等 を 促 進 し 都 市 における 新 産 業 社 会 の 創 出 を 図 る 2 下 水 道 革 新 的 技 術 実 証 事 業 (B-DASHプロジェクト) エネルギー 需 給 の 逼 迫 や 下 水 道 ストックの 増 大 と いった 社 会 背 景 を 踏 まえ 下 水 汚 泥 から 水 素 を 創 出 す る 創 エネ 技 術 ( 図 2) 省 エネ 低 コスト 処 理 シス テム ICT 活 用 による 戦 略 的 維 持 管 理 に 係 る 革 新 的 技 術 について 国 が 主 体 となって 実 規 模 レベルに て 技 術 検 証 を 行 い 全 国 の 下 水 道 施 設 への 導 入 促 進 を 図 る (1) 下 水 道 事 業 関 連 主 要 事 項 1 民 間 活 力 イノベーション 推 進 下 水 道 事 業 の 創 設 地 方 公 共 団 体 の 負 担 を 軽 減 し 持 続 可 能 な 下 水 道 事 (2) 社 会 資 本 総 合 整 備 関 連 主 要 事 項 1 下 水 道 老 朽 管 の 緊 急 改 築 推 進 事 業 ( 図 3) 老 朽 化 により 下 水 道 管 きょが 損 傷 すれば 道 路 陥 没 ( 11 )

13 Vol. 38 No /07 再 生 と 利 用 図 2 下 水 汚 泥 から 水 素 を 創 出 する 創 エネ 技 術 災 減 災 の 観 点 からの 総 合 的 な 浸 水 対 策 を 推 進 するた め 下 水 道 浸 水 被 害 軽 減 総 合 事 業 の 拡 充 を 行 う 3 合 流 式 下 水 道 緊 急 改 善 事 業 の 拡 充 平 成 15 年 度 に 下 水 道 法 施 行 令 が 改 正 され 処 理 区 域 の 面 積 が 大 きい 都 市 に 対 して 平 成 35 年 度 までの20 年 間 に 所 要 の 合 流 式 下 水 道 の 改 善 対 策 を 実 施 することを 義 務 づけている この 目 標 を 達 成 させるため 合 流 式 下 水 道 緊 急 改 善 事 業 の 制 度 期 間 を 延 伸 すること 等 によ り 確 実 な 改 善 対 策 の 完 了 を 図 る 3.おわりに 図 3 50 年 以 上 経 過 管 の 老 朽 化 対 策 に 係 る 交 付 対 象 イメージ の 発 生 や 下 水 道 の 使 用 停 止 など 国 民 の 安 全 安 心 や 社 会 経 済 活 動 に 重 大 な 影 響 を 及 ぼす 可 能 性 があるた め 布 設 から50 年 以 上 経 過 した 下 水 道 管 きょの 老 朽 化 対 策 を 緊 急 的 に 推 進 する 2 下 水 道 浸 水 被 害 軽 減 総 合 事 業 の 拡 充 近 年 全 国 各 地 で 局 地 的 な 大 雨 (ゲリラ 豪 雨 )が 頻 発 していることを 踏 まえ 100mm/h 安 心 プランに 登 録 された 地 域 についての 交 付 要 件 等 を 拡 充 し 事 前 防 東 日 本 大 震 災 からの 復 旧 復 興 と 全 国 的 な 安 全 安 心 対 策 を 実 施 するとともに 老 朽 化 の 進 む 膨 大 な 下 水 道 施 設 のストックマネジメントのための 礎 を 築 くこと 等 が 喫 緊 の 課 題 となっている こうした 課 題 に 対 応 するため 平 成 26 年 度 予 算 において PPP/PFIの 事 業 手 法 を 活 用 する 下 水 道 事 業 を 支 援 する 補 助 制 度 の 創 設 と 布 設 後 50 年 以 上 経 過 した 管 きょの 老 朽 化 対 策 事 前 防 災 減 災 の 観 点 を 取 り 入 れた 浸 水 対 策 合 流 式 下 水 道 の 改 善 対 策 に 係 る 交 付 対 象 の 拡 充 を 行 っている 今 後 各 地 方 公 共 団 体 においては それぞれの 制 度 を 十 分 に 理 解 の 上 積 極 的 にご 活 用 頂 き 持 続 可 能 な 下 水 道 事 業 運 営 を 進 めてもらいたい ( 12 )

14 Vol. 38 No /07 農 林 水 産 省 におけるバイオマスの 総 合 的 な 活 用 推 進 について 特 集 : 平 成 26 年 度 下 水 汚 泥 資 源 利 用 等 に 関 する 予 算 及 び 研 究 内 容 と 今 後 の 方 針 の 解 説 解 説 農 林 水 産 省 におけるバイオマスの 総 合 的 な 活 用 推 進 について 農 林 水 産 省 食 料 産 業 局 バイオマス 循 環 資 源 課 バイオマス 事 業 推 進 室 長 鈴 村 和 也 キーワード:バイオマス 再 生 可 能 エネルギー 1.はじめに バイオマスに 関 する 政 策 として バイオマスの 利 活 用 状 況 や 京 都 議 定 書 等 を 踏 まえて 平 成 18 年 3 月 に バ イオマス ニッポン 総 合 戦 略 が 閣 議 決 定 され バイ オマスの 利 活 用 による 地 球 温 暖 化 防 止 循 環 型 社 会 の 形 成 地 域 の 活 性 化 競 争 力 のある 新 産 業 の 育 成 に 向 けた 方 針 等 が 示 された 続 いて バイオマス 活 用 推 進 基 本 法 ( 平 成 21 年 法 律 第 52 号 )に 基 づき バイオマス 活 用 推 進 基 本 計 画 が 平 成 22 年 12 月 に 閣 議 決 定 され バイオマス ニッポン 総 合 戦 略 の 総 括 の 上 バイオマスの 活 用 の 推 進 に 関 する 基 本 的 方 針 国 が 達 成 すべき 目 標 や 講 ずべき 施 策 等 が 示 された こうした 中 平 成 23 年 3 月 の 東 日 本 大 震 災 の 経 験 か ら 自 立 分 散 型 エネルギーの 確 保 が 重 要 な 課 題 とな り 農 山 漁 村 に 豊 富 に 存 在 する 家 畜 排 せつ 物 食 品 廃 棄 物 林 地 残 材 等 の 未 利 用 のバイオマスの 有 効 活 用 が 一 層 必 要 になってきた このような 状 況 を 踏 まえ 関 係 7 府 省 ( 内 閣 府 総 務 省 文 部 科 学 省 農 林 水 産 省 経 済 産 業 省 国 土 交 通 省 環 境 省 )の 連 携 の 下 バイオマス 活 用 推 進 基 本 計 画 の 目 標 達 成 に 向 けて コスト 低 減 と 安 定 供 給 持 続 可 能 性 基 準 を 踏 まえつつ 技 術 とバイオマスの 選 択 と 集 中 によるバイオマスを 活 用 した 事 業 化 を 重 点 的 に 推 進 し 地 域 におけるグリーン 産 業 の 創 出 と 自 立 分 散 型 エネルギー( 電 気 熱 燃 料 ) 供 給 体 制 の 強 化 を 実 現 していくための 指 針 として 平 成 24 年 9 月 に バイオマス 事 業 化 戦 略 が 策 定 された 2.バイオマス 産 業 都 市 の 構 築 この バイオマス 事 業 化 戦 略 において 総 合 支 援 戦 略 として 地 域 のバイオマスを 活 用 した 産 業 創 出 と 地 域 循 環 型 エネルギーシステムの 構 築 により バイオマ ス 産 業 を 軸 とした 環 境 にやさしく 災 害 に 強 いまち む らづくりを 目 指 す バイオマス 産 業 都 市 ( 図 1)の 構 築 が 位 置 付 けられたことから 平 成 25 年 度 より 関 係 7 府 省 連 携 の 下 バイオマス 産 業 都 市 の 構 築 に 向 けた 取 組 を 開 始 した また 平 成 25 年 6 月 に 閣 議 決 定 された 日 本 再 興 戦 略 においては 2018 年 までに 約 100 地 域 においてバ イオマスを 活 用 するなど 産 業 化 とエネルギー 導 入 を 重 点 的 に 推 進 することとされており 同 年 12 月 に 政 府 が 決 定 した 農 林 水 産 業 地 域 の 活 力 創 造 プラン にお ( 13 )

15 Vol. 38 No /07 再 生 と 利 用 図 1 図 2 いても 2018 年 までに 約 100 地 域 でバイオマス 産 業 都 市 を 構 築 する 目 標 が 位 置 付 けられたところである バイオマス 産 業 都 市 の 構 築 には 実 用 化 技 術 とそれ らの 技 術 で 変 換 できるバイオマスをターゲットに 原 料 生 産 から 収 集 運 搬 製 造 利 用 までの 一 貫 システ ムを 構 築 するとともに 限 られた 人 的 資 金 的 資 源 を 集 中 することが 必 要 である 具 体 的 には バイオマス 事 業 化 戦 略 において 技 術 ロードマップ で 示 されているが 実 用 化 技 術 及 び バイオマスは 以 下 のとおりである 技 術 :メタン 発 酵 堆 肥 化 直 接 燃 焼 固 形 燃 料 化 液 体 燃 料 化 バイオマス: 木 質 食 品 廃 棄 物 下 水 汚 泥 家 畜 排 せつ 物 等 これらの 技 術 及 びバイオマスの 利 活 用 を 念 頭 に 地 域 に 豊 富 に 存 在 するバイオマスを 活 用 した 産 業 化 を 目 ( 14 )

16 Vol. 38 No /07 農 林 水 産 省 におけるバイオマスの 総 合 的 な 活 用 推 進 について 図 3 指 す 市 町 村 等 の 構 想 に 基 づく 地 域 の 取 組 を 支 援 すると ともに バイオマスを 活 用 した 産 業 化 による 地 域 活 性 化 のモデル 地 域 を 育 成 するため バイオマス 産 業 都 市 構 想 の 策 定 と 実 現 を 推 進 することとしている なお 地 域 のバイオマス 活 用 による 産 業 化 に 伴 い 地 域 住 民 の 所 得 拡 大 雇 用 の 機 会 確 保 等 により 地 域 に 利 潤 が 還 元 され 地 域 活 性 化 につながるものであ り 市 町 村 等 の 政 策 と 密 接 に 関 連 していること 原 料 調 達 等 に 係 る 許 認 可 調 整 が 必 要 であり 民 間 企 業 単 独 で 策 定 した 事 業 計 画 ではその 構 想 実 現 に 係 る 担 保 が 難 しいものと 考 えられることから バイオマス 産 業 都 市 構 想 の 作 成 主 体 は 市 町 村 ( 複 数 市 町 村 連 携 含 む) 又 は 市 町 村 と 民 間 企 業 等 との 共 同 体 等 としており 市 町 村 の 参 画 を 必 須 条 件 としている 3.バイオマス 産 業 都 市 の 選 定 バイオマス 産 業 都 市 選 定 の 手 続 きは 図 2に 示 すと おり まずバイオマス 産 業 都 市 構 想 の 公 募 を 行 い 応 募 された 構 想 について 有 識 者 からなるバイオマス 産 業 都 市 選 定 委 員 会 において 審 査 ヒアリングが 行 わ れ 推 薦 案 が 決 定 される その 後 関 係 7 府 省 により バイオマス 産 業 都 市 が 選 定 され 関 係 府 省 の 連 携 支 援 の 下 バイオマス 産 業 都 市 構 想 の 実 行 具 体 化 に 向 け た 取 組 が 進 められることとなる 平 成 25 年 度 には 上 記 の 選 定 手 続 きを2 回 にわたっ て 実 施 し 16 地 域 (34 市 町 村 )を 選 定 ( 平 成 25 年 6 月 平 成 26 年 3 月 )したところである なお バイオマス 産 業 都 市 選 定 委 員 会 における 審 査 では 1 先 導 性 2 実 現 可 能 性 3 地 域 波 及 効 果 4 実 施 体 制 の 視 点 から 総 合 的 に 評 価 しており 具 体 的 な 内 容 は 次 のとおりである 1 先 導 性 :バイオマス 産 業 都 市 が 目 指 す 将 来 像 と 目 標 を 実 現 し 全 国 のモデルとなるような 取 組 であ るか 2 実 現 可 能 性 : 自 治 体 事 業 者 等 の 地 域 の 関 係 者 の 連 携 の 下 で 経 済 性 が 確 保 された 一 貫 システムの 構 築 が 見 込 まれるなど 地 域 のバイオマスを 活 用 し た 産 業 創 出 と 地 域 循 環 型 のエネルギーの 強 化 の 実 現 可 能 性 が 高 いか 3 地 域 波 及 効 果 : 地 域 のバイオマスの 利 用 促 進 地 域 循 環 型 のエネルギーの 強 化 地 域 産 業 振 興 雇 用 創 出 温 室 効 果 ガス 削 減 などの 地 域 波 及 効 果 が 高 いか 4 実 施 体 制 : 自 治 体 事 業 者 等 の 地 域 の 関 係 者 の 連 携 の 下 でバイオマス 産 業 都 市 構 想 の 具 体 化 評 価 等 を 適 確 に 実 施 していくための 実 施 体 制 ができて いるか 4. 平 成 25 年 度 に 選 定 されたバイオマス 産 業 都 市 の 特 徴 平 成 25 年 度 に 選 定 された16 地 域 のバイオマス 産 業 都 市 の 構 想 ( 図 3)を 見 ると 平 成 24 年 に 導 入 された 固 ( 15 )

17 Vol. 38 No /07 再 生 と 利 用 定 価 格 買 取 制 度 (FIT)が 契 機 となり 地 域 に 存 在 す るバイオマスを 活 用 した 発 電 の 取 組 が 多 い バイオマスの 種 類 については 酪 農 地 帯 では 大 量 に 発 生 する 家 畜 排 せつ 物 山 村 地 域 では 林 地 残 材 等 の 木 質 バイオマス 都 市 地 域 では 人 口 が 多 く 集 積 しやすい 食 品 廃 棄 物 下 水 汚 泥 等 によるバイオマス 発 電 を 主 体 とした 構 想 が 多 く 見 られ また 地 域 の 拠 点 となる 大 規 模 なもの 地 域 内 に 複 数 の 施 設 を 分 散 して 設 置 する もの 等 施 設 規 模 についても 地 域 の 原 料 調 達 に 係 る 関 係 者 製 造 する 事 業 者 等 の 連 携 体 制 等 で 異 なってい る その 他 の 取 組 として 農 山 村 地 域 では 家 畜 排 せつ 物 等 のメタン 発 酵 により 発 生 する 消 化 液 の 液 肥 利 用 や 廃 熱 利 用 によるハウス 栽 培 都 市 部 では 下 水 汚 泥 の 堆 肥 化 や 固 形 燃 料 化 食 品 産 業 や 家 庭 から 発 生 する 廃 食 用 油 によるBDFの 生 産 等 地 域 に 適 合 したバイオマ スの 多 様 な 活 用 を 図 る 構 想 となっている また これ らの 取 組 を 観 光 業 等 に 活 かし 地 域 への 波 及 効 果 の 拡 大 を 図 る 地 域 もいくつか 見 られる 5. 農 林 水 産 省 の 支 援 策 バイオマス 産 業 都 市 の 構 築 を 推 進 するため 関 係 府 省 において 様 々な 支 援 策 を 措 置 している 農 林 水 産 省 では 平 成 24 年 度 補 正 予 算 から 地 域 バ イオマス 産 業 化 推 進 事 業 により バイオマス 産 業 都 市 の 構 築 を 目 指 す 地 域 を 対 象 に 地 域 の 構 想 取 りまと めに 対 して 定 額 補 助 により 支 援 している また バイ オマス 産 業 都 市 に 選 定 された 地 域 を 対 象 に 構 想 に 位 置 付 けられたプロジェクト 実 現 のため バイオマス 活 用 に 必 要 な 施 設 整 備 に 対 して 事 業 費 の2 分 の1 以 内 の 補 助 を 行 っている ただし 関 係 府 省 の 各 施 策 の 活 用 に 当 たっては バ イオマス 産 業 都 市 の 選 定 手 続 きとは 別 に 各 施 策 それ ぞれの 審 査 採 択 手 続 きが 必 要 である 6.おわりに 再 生 可 能 エネルギーに 対 する 関 心 が 高 まる 中 地 域 に 豊 富 に 存 在 するバイオマスを 利 活 用 することは 重 要 な 取 組 である バイオマスは 地 域 によって 存 在 する 種 類 が 異 なり 効 果 的 な 利 活 用 方 法 も 異 なることから その 地 域 に 適 合 した 取 組 を 進 めることが 必 要 である そのため バイオマス 産 業 都 市 を 成 功 事 例 としてバイ オマス 利 活 用 のモデルケースを 構 築 し これらの 取 組 を 全 国 に 波 及 させていけるよう 支 援 していかなければ ならない 今 後 とも 関 係 府 省 の 連 携 を 密 にしつつ バイオマ ス 産 業 都 市 の 構 築 の 取 組 を 一 層 支 援 し 地 域 の 活 性 化 に 貢 献 してまいりたい ( 16 )

18 日 本 下 水 道 事 業 団 における 汚 泥 の 処 理 有 効 利 用 に 関 する 業 務 及 び 調 査 研 究 の 概 要 特 集 : 平 成 26 年 度 下 水 汚 泥 資 源 利 用 等 に 関 する 予 算 及 び 研 究 内 容 と 今 後 の 方 針 の 解 説 解 説 日 本 下 水 道 事 業 団 における 汚 泥 の 処 理 有 効 利 用 に 関 する 業 務 及 び 調 査 研 究 の 概 要 日 本 下 水 道 事 業 団 技 術 戦 略 部 島 田 正 夫 キーワード:JS 新 技 術 導 入 制 度 次 世 代 型 階 段 炉 バイナリ 発 電 常 温 乾 燥 熱 改 質 嫌 気 性 消 化 1.はじめに 近 年 世 界 の 資 源 エネルギー 需 要 は 急 速 に 増 え 続 けこれらの 枯 渇 が 懸 念 されている わが 国 はこれらの 供 給 源 を 海 外 に 依 存 していることから 資 源 エネル ギー 安 全 保 障 の 確 立 が 不 可 欠 であり 加 えて 東 日 本 大 震 災 を 契 機 とした 福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 事 故 による エネルギー 需 給 の 逼 迫 への 対 応 が 急 務 となっている また 資 源 エネルギーの 消 費 の 増 加 により 環 境 負 荷 が 増 大 し 地 球 温 暖 化 による 影 響 が 増 大 してきたこと から 温 室 効 果 ガスの 発 生 抑 制 に 対 する 国 際 的 取 り 決 め がなされ 地 球 温 暖 化 対 策 の 推 進 に 関 する 法 律 ( 平 成 10 年 )が 制 定 されるなど 国 を 挙 げて 低 炭 素 型 社 会 の 構 築 を 目 指 している 国 土 交 通 省 においてもこれらの 課 題 に 対 応 すべく 今 後 の 下 水 道 の 方 向 性 を 見 据 えた 下 水 道 ビジョン 2100 のなかで 持 続 可 能 な 循 環 型 社 会 を 構 築 するた めに これまでの 汚 れた 水 をきれいにすること 中 心 の20 世 紀 型 下 水 道 から 現 代 社 会 の 資 源 循 環 の 要 となる21 世 紀 型 下 水 道 への 転 換 をめざすべきとして 循 環 のみち を 基 本 コンセプトに 掲 げて 各 種 の 施 策 を 展 開 している このような 背 景 のもと 日 本 下 水 道 事 業 団 ( 以 下 JS という)における 平 成 26 事 業 年 度 経 営 の 基 本 方 針 にお いても 技 術 開 発 新 技 術 導 入 に 関 しては 地 方 公 共 団 体 へのソリューション 提 供 のための 技 術 に 重 点 を 置 き 都 市 の 低 炭 素 化 資 源 循 環 型 都 市 の 形 成 へ 寄 与 す る 下 水 道 からの 創 エネルギー 資 源 回 収 温 室 効 果 ガスの 削 減 に 係 る 技 術 の 実 用 化 を 積 極 的 に 推 進 す ることにしている ここでは JSにおける 新 技 術 導 入 制 度 に 加 え 平 成 26 年 度 に 予 定 している 下 水 汚 泥 の 有 効 利 用 処 理 技 術 に 関 する 業 務 および 調 査 研 究 テーマの 概 要 について 報 告 する 2.JSにおける 新 技 術 導 入 制 度 JSでは 新 技 術 を 受 託 建 設 事 業 に 積 極 的 に 導 入 し 技 術 の 善 循 環 を 円 滑 に 廻 すため 従 来 の 新 技 術 導 入 制 度 (いわゆるA 技 術 B 技 術 )の 制 度 を 拡 充 した 制 度 を 平 成 23 年 から 運 用 している この 制 度 では 新 技 術 を Ⅰ 類 JSが 固 有 共 同 研 究 によって 開 発 した 技 術 Ⅱ 類 公 的 な 機 関 により 開 発 評 価 された 技 術 Ⅲ 類 民 間 企 業 が 独 自 に 開 発 した 技 術 に 分 けて 登 録 することとしている ( 17 )

19 再 生 と 利 用 て 平 成 23 年 度 24 年 度 にかけて 実 施 してきた 下 水 道 革 新 的 技 術 実 証 研 究 (B-DASHプロジェクト)の 成 果 として 平 成 25 年 7 月 に 国 土 交 通 省 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 から 導 入 ガイドラインもまとめられている コン パクトで 導 入 コスト 低 減 が 期 待 できることから 主 に 新 規 でメタン 発 酵 プロセスの 導 入 を 検 討 している 処 理 場 を 中 心 に 働 きかけていくことにしている 本 システム も 平 成 25 年 7 月 にJSⅠ 類 技 術 として 登 録 されている 図 1 JSの 新 技 術 導 入 (Ⅰ 類 )の 基 本 フロー 図 民 間 企 業 との 共 同 研 究 などによりJSが 開 発 した 新 技 術 Ⅰ 類 を 導 入 するフローを 図 1に 示 す 迅 速 な 導 入 を 図 るため JSが 開 発 した 新 技 術 のうち 有 望 な 技 術 につ いては 中 間 評 価 の 段 階 でJSの 技 術 委 員 会 の 審 議 を 経 て 新 技 術 に 選 定 し 総 合 事 務 所 等 と 連 携 し 案 件 形 成 を 進 めることにしている JS 以 外 の 組 織 により 開 発 された 新 技 術 についても 積 極 的 に 導 入 を 促 進 することとしているが JS 開 発 技 術 である 新 技 術 Ⅰ 類 とはフローが 異 なり 技 術 確 認 を 経 て 新 技 術 に 選 定 することにしている 技 術 確 認 は 開 発 者 の 申 請 に 基 づいてその 技 術 に 信 頼 性 がある ことに 加 え JSの 受 託 建 設 事 業 に 適 応 可 能 かどうかを 確 認 するために 実 施 するものである 平 成 25 年 度 末 の 登 録 技 術 は 汚 泥 処 理 技 術 以 外 も 含 めてⅠ 類 が7 件 Ⅱ 類 が2 件 Ⅲ 類 が2 件 となってい る 紙 面 の 都 合 上 詳 細 な 説 明 は 省 略 するが JSの WEBで 公 開 しているので 参 照 されたい 3. 今 年 度 業 務 及 び 調 査 研 究 テーマ 3.1 固 有 テーマ JSが 独 自 に 課 題 を 定 めて 実 施 する 調 査 研 究 業 務 で 汚 泥 処 理 関 係 では 従 来 よりエネルギー 利 用 に 関 する テーマを 中 心 に 取 り 組 んでいる 今 年 度 は 新 技 術 の 事 後 評 価 に 関 する 調 査 として 近 年 導 入 実 績 が 増 えている 下 水 汚 泥 固 形 燃 料 化 プラン トの 実 態 について 調 査 する 予 定 にしている なお 研 究 テーマとしては 終 了 しているが 熱 改 質 高 効 率 嫌 気 性 消 化 システムについては 高 い 分 解 ガス 化 率 と 汚 泥 減 量 化 が 期 待 できることから 今 後 普 及 促 進 を 図 るべき 技 術 としてJS1 類 技 術 に 登 録 ( 平 成 25 年 3 月 ) し 主 に 改 築 更 新 を 計 画 している 既 存 嫌 気 性 消 化 プロ セスへの 導 入 を 働 きかけることにしている また 担 体 充 填 式 高 速 嫌 気 性 消 化 システムについ 3.2 受 託 テーマ 国 や 地 方 自 治 体 等 からの 委 託 要 請 等 により 実 施 する 研 究 調 査 業 務 で 汚 泥 の 処 理 有 効 利 用 に 関 するテー マのみでも 毎 年 5 10 件 程 度 実 施 している 本 年 度 の 受 託 箇 所 及 び 実 施 内 容 については 現 在 調 整 中 である が 国 受 託 の 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 について 紹 介 する 平 成 25 年 度 下 水 道 革 新 的 技 術 実 証 事 業 (B-DASH プロジェクト) として 採 択 された 国 土 交 通 省 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 からの 委 託 研 究 事 業 で 和 歌 山 市 日 本 下 水 道 事 業 団 京 都 大 学 西 原 環 境 タクマ の 共 同 研 究 体 により 実 施 している 本 実 証 研 究 は 下 水 道 処 理 施 設 において 機 内 二 液 調 質 型 遠 心 脱 水 機 による 脱 水 汚 泥 低 含 水 率 化 技 術 廃 熱 ボイラー 付 次 世 代 型 階 段 炉 によるエネルギー 回 収 技 術 スクリュ 式 とバイナリ 式 を 組 合 わせた 高 効 率 蒸 気 発 電 によるエネルギー 変 換 技 術 の3つの 技 術 からなる 下 水 汚 泥 焼 却 廃 熱 発 電 システム を 実 規 模 プラントにおいて 実 証 するものである 昨 年 ( 平 成 25 年 )7 月 和 歌 山 市 中 央 終 末 処 理 場 内 にて 実 証 設 備 の 建 設 工 事 ( 焼 却 炉 能 力 :35t-wet/ 日 発 電 能 力 : 100kWh/h 以 上 )に 着 手 今 年 1 月 に 完 成 し 各 設 備 ご との 調 整 運 転 を 経 たのち 2 月 中 旬 に 焼 却 炉 に 火 を 入 れ 実 際 の 下 水 汚 泥 を 対 象 とする 実 証 研 究 を 進 めてき た 初 年 度 の 実 証 運 転 は1ヶ 月 に 満 たない 短 期 間 であっ 写 真 1 実 証 試 験 プラントの 全 景 ( 18 )

20 日 本 下 水 道 事 業 団 における 汚 泥 の 処 理 有 効 利 用 に 関 する 業 務 及 び 調 査 研 究 の 概 要 表 1 平 成 26 年 度 実 施 予 定 の 共 同 研 究 テーマ たが 低 含 水 率 化 技 術 で 含 水 率 平 均 70% 以 下 エネル ギー 回 収 技 術 で 発 生 蒸 気 量 1.5t/h エネルギー 変 換 技 術 で 発 電 量 約 120kWh/h 温 室 効 果 ガス 削 減 効 果 とし てN2O 排 出 量 が 従 来 の 概 ね1/6 焼 却 発 電 システムに おける 消 費 電 力 の 大 部 分 を 賄 うことが 可 能 など 良 好 な 実 証 運 転 結 果 が 得 られた 今 年 度 は 季 節 的 な 汚 泥 性 状 の 変 動 等 に 対 し 年 間 を 通 した 長 期 スパンで 安 定 した 運 転 が 可 能 であることを 確 認 するとともに 他 の 下 水 処 理 場 へ 適 用 させるため の 各 種 データの 取 得 を 進 める 予 定 にしている 3.3 共 同 研 究 テーマ JSと 民 間 企 業 が 共 同 で 実 施 する 研 究 調 査 業 務 で JSが 公 募 した 研 究 課 題 について 行 う 公 募 型 共 同 研 究 と 民 間 企 業 が 提 案 してきた 研 究 課 題 について 行 う 提 案 型 共 同 研 究 があるが 最 近 は 提 案 型 が 多 くなってい る 平 成 26 年 度 実 施 予 定 の 共 同 研 究 テーマを 表 1に 示 した (1) 汚 泥 燃 料 化 技 術 下 水 汚 泥 のバイオマスエネルギー 資 源 利 用 として メタン 発 酵 によるバイオガス 化 とともに 固 形 燃 料 化 が 注 目 されている 固 形 燃 料 としては 乾 燥 燃 料 と 炭 化 燃 料 があり 汚 泥 の 有 している 潜 在 的 エネルギー 価 値 を 有 効 に 利 用 するには 乾 燥 燃 料 として 利 用 する 方 が 望 ま しいが 炭 化 燃 料 に 比 べ 保 管 や 運 搬 時 における 臭 気 発 生 の 問 題 が 指 摘 されている そこで 写 真 2に 示 すように 乾 燥 した 汚 泥 をフィル ムで 包 み 込 むことで 臭 気 の 発 生 を 抑 制 するバリアフィ ルム 無 臭 化 技 術 の 実 用 化 に 取 り 組 んでいる 今 年 度 写 真 2 バリアフィルムによる 無 臭 化 燃 料 は 昨 年 度 に 引 き 続 いて 木 質 バイオマスとの 混 焼 条 件 の 調 査 燃 料 受 入 先 など 事 業 化 に 関 する 検 討 を 行 うこ とにしている (2)エネルギー 回 収 型 焼 却 処 理 技 術 下 水 汚 泥 焼 却 廃 熱 からのエネルギー 回 収 技 術 につい ては 先 述 したB-DASH 事 業 として 和 歌 山 市 中 央 終 末 処 理 場 で 実 施 しているが 本 技 術 ( 図 2 参 照 )を 幅 広 く 普 及 展 開 を 図 るための 導 入 効 果 に 係 るFS 調 査 等 を 中 心 に 別 途 共 同 研 究 として 検 討 を 進 めている (3) 省 エネ 型 乾 燥 技 術 従 来 の 乾 燥 技 術 では 乾 燥 熱 源 に 高 温 高 圧 な 空 気 や 蒸 気 を 利 用 していたため 燃 料 コストが 多 くかかり ま ( 19 )

21 再 生 と 利 用 図 2 エネルギー 回 収 型 焼 却 処 理 技 術 の 基 本 フロー 図 た 加 温 することにより 臭 気 成 分 が 蒸 発 水 分 中 に 溶 け 出 すため 能 力 の 高 い 脱 臭 設 備 を 設 ける 必 要 があるなど の 課 題 を 有 していた 本 研 究 では 過 年 度 にJSで 開 発 した 機 内 二 液 調 質 型 遠 心 脱 水 により 脱 水 された 汚 泥 の 低 含 水 顆 粒 状 低 臭 気 という3つの 特 徴 を 活 か し 常 温 空 気 を 用 い 簡 易 な 脱 臭 設 備 ですむ 低 コストな 乾 燥 技 術 を 開 発 するものである 昨 年 度 はベンチスケールで 汚 泥 形 状 と 乾 燥 特 性 の 研 究 流 動 層 式 と 回 転 ドラム 式 の 小 型 実 験 装 置 を 用 いて の 乾 燥 特 性 について 調 査 研 究 を 実 施 し 条 件 を 整 えれ ば 常 温 空 気 でも20% 以 下 にまで 乾 燥 が 可 能 であること を 確 認 した 今 年 度 は 装 置 のスケールアップの 検 討 と 実 証 試 験 を 行 い 設 計 指 針 の 検 討 に 必 要 なデータの 取 得 等 を 行 う 予 定 である (4) 高 効 率 脱 水 処 理 技 術 下 水 汚 泥 の 処 理 処 分 や 有 効 利 用 を 図 る 上 で 脱 水 汚 泥 の 低 含 水 率 化 は 最 も 重 要 な 課 題 となる JSではこれ まで 機 内 二 液 調 質 型 遠 心 脱 水 機 圧 入 式 スクリュー 濃 縮 脱 水 機 の2つのタイプの 脱 水 機 を 対 象 に 省 エネ 低 含 水 率 化 を 目 的 とする 技 術 開 発 を 行 い その 性 能 を 確 認 してきた 今 年 度 は 昨 年 に 引 き 続 き ベルトプレス 型 脱 水 機 の 低 含 水 率 化 について 共 同 研 究 を 進 めてい る ベルトプレス 式 は 性 状 変 動 に 強 く 間 欠 運 転 にも 追 従 し 操 作 性 維 持 管 理 性 も 良 好 なことからわが 国 で は 最 も 多 く 導 入 されている 脱 水 機 である 今 回 対 象 と する 機 種 を 図 3に 示 す 2 液 法 によるベルトプレス 脱 水 で ベルトの 濃 縮 工 程 をろ 布 濃 縮 工 程 と 一 次 脱 水 工 程 の2つに 分 け ろ 布 濃 縮 を 行 った 後 にポリ 鉄 を 注 入 し 効 率 よく 混 合 し 一 次 脱 水 を 行 うことで 従 来 より 大 幅 に 濃 縮 濃 度 が 増 加 し 汚 泥 量 が 減 少 する これにより 二 次 脱 水 工 程 でベルト 速 度 を 低 下 させることが 可 能 と なり 脱 水 時 間 の 増 加 により 脱 水 汚 泥 の 低 含 水 率 化 を 目 指 すものである 図 3 後 注 入 2 液 型 ベルトプレス 脱 水 機 従 来 の1 液 法 と 比 較 してケーキ 含 水 率 を7ポイント 以 上 低 下 させることを 目 標 とし 難 脱 水 汚 泥 の 一 つで ある 消 化 汚 泥 でもケーキ 含 水 率 75% 程 度 が 期 待 される (5) 省 エネ 型 消 化 槽 撹 拌 技 術 消 化 日 数 わずか5 日 間 で 処 理 する 担 体 充 填 型 高 速 メ タン 発 酵 システムについては 平 成 23 年 度 採 択 のB- DASH 事 業 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に 関 する 実 証 事 業 (H23 H24 年 度 : 大 阪 市 中 浜 下 水 処 理 場 )の 中 で 要 素 技 術 の 1つとして 採 用 され その 性 能 が 十 分 に 確 認 されてい る 本 システムにおいては 従 来 ドラフトチューブと 循 環 ポンプによる 消 化 槽 撹 拌 システムをベースに 実 施 し てきたが 担 体 充 填 型 消 化 タンクに 適 したより 省 エネ 型 撹 拌 装 置 の 開 発 実 用 化 を 目 標 に 共 同 研 究 を 進 めてい る 昨 年 度 は 新 しいタイプの 撹 拌 装 置 によるベンチス ケールでの 試 験 とともに 同 B-DASH 実 証 プラントの 施 設 ( 消 化 タンク 容 量 50m 3 )にての 流 動 撹 拌 特 性 の 予 備 試 験 を 実 施 した 今 年 度 は 担 体 充 填 の 有 無 による 撹 拌 特 性 の 把 握 と ともに 実 際 の 汚 泥 を 投 入 してのメタン 発 酵 特 性 省 ( 20 )

22 日 本 下 水 道 事 業 団 における 汚 泥 の 処 理 有 効 利 用 に 関 する 業 務 及 び 調 査 研 究 の 概 要 図 4 濃 縮 機 能 を 具 備 した 脱 水 機 の 基 本 フロー 写 真 3 B-DASH 実 験 施 設 ( 中 浜 ) エネ 性 について 調 査 研 究 を 進 める 予 定 にしている( 写 真 3 参 照 ) (6) 濃 縮 槽 省 略 の 低 コスト 型 汚 泥 処 理 技 術 過 年 度 の 濃 縮 機 能 を 具 備 する 圧 入 式 スクリュー 濃 縮 脱 水 機 ( 図 4 参 照 )の 開 発 共 同 研 究 において 重 力 濃 縮 混 合 生 汚 泥 や 消 化 汚 泥 を 対 象 とした 試 験 で 脱 水 性 能 が 大 幅 に 向 上 することが 確 認 された そこで 本 共 同 研 究 では 従 来 の 汚 泥 濃 縮 プロセスを 省 略 し 沈 殿 池 引 抜 き 汚 泥 を 直 接 当 圧 入 式 スクリュー 濃 縮 脱 水 機 で 脱 水 処 理 することにより 処 理 工 程 を 簡 素 化 し 汚 泥 処 理 プロセス 全 体 のイニシャルコスト ランニングコスト 及 びCO2 排 出 量 の 削 減 を 図 る 技 術 開 発 を 目 標 に 調 査 を 進 めている 本 研 究 では コスト 及 びCO2 排 出 量 の 削 減 効 果 を 確 認 するとともに 汚 泥 性 状 変 動 に 対 する 処 理 の 安 定 性 についても 実 証 し 技 術 の 確 立 を 目 指 している 4.おわりに 国 連 の 気 候 変 動 に 関 する 政 府 間 パネル(IPCC)は この4 月 に 温 室 効 果 ガスの 削 減 策 について 研 究 成 果 をまとめた 第 5 次 報 告 書 ( 案 )を 公 表 した これによ ると 世 界 の 排 出 量 はいまだ 増 加 傾 向 にあり 本 格 的 な 削 減 に 取 り 組 まないと 今 世 紀 末 には 気 温 は 上 昇 するとしている 産 業 革 命 前 と 比 べた 平 均 気 温 の 上 昇 を 環 境 の 激 変 を 避 けるために 必 要 とされる 2 以 内 に 抑 えるには 世 界 の 排 出 量 を50 年 には10 年 比 で40 70% 削 減 し 2100 年 にはほぼゼロかマイナス にする 必 要 があると 指 摘 している ドイツを 始 め 世 界 の 環 境 先 進 国 では 再 生 可 能 エネ ルギーの 明 確 な 導 入 目 標 を 定 め 温 室 効 果 ガス 削 減 に 積 極 的 に 取 り 組 んでいる 昨 年 12 月 ポーランドのワ ルシャワで 開 催 されたCOP19で 各 国 から20 年 の 温 室 効 果 ガス 削 減 目 標 が 報 告 され 多 くの 先 進 国 がマイ ナス15 25%(90 年 比 又 は05 年 比 )という 目 標 を 示 し たのに 対 し 日 本 国 は05 年 比 でマイナス3.8%( 京 都 議 定 書 基 準 年 の90 年 比 ではプラス3.5%)と 発 表 し 世 界 中 から 削 減 目 標 ではなく 増 加 目 標 と 大 きな 批 判 をあびた 下 水 汚 泥 や 生 ごみなどは 多 くの 国 で 貴 重 なバイオ マス 資 源 とみなされメタン 発 酵 によるバイオガス 化 や 有 機 質 肥 料 資 源 として 積 極 的 に 有 効 利 用 されているの に 対 し わが 国 では 廃 棄 物 としてその 多 くが 焼 却 処 分 されている 下 水 汚 泥 を 貴 重 なバイオマス 資 源 として 有 効 利 用 し 地 球 環 境 保 全 に 少 しでも 貢 献 しようと 取 り 組 む 自 治 体 に 対 し ソリューションパートナーとし て JSでは 今 後 も 積 極 的 に 支 援 することにしている ( 21 )

23 再 生 と 利 用 特 集 : 平 成 26 年 度 下 水 汚 泥 資 源 利 用 等 に 関 する 予 算 及 び 研 究 内 容 と 今 後 の 方 針 の 解 説 解 説 ( 独 ) 土 木 研 究 所 における 下 水 汚 泥 等 バイオマス 利 用 に 関 する 研 究 独 立 行 政 法 人 土 木 研 究 所 材 料 資 源 研 究 グループリサイクルチーム 上 席 研 究 員 津 森 ジュン キーワード:バイオマス エネルギー 回 収 温 室 効 果 ガス 高 濃 度 消 化 1.はじめに 独 立 行 政 法 人 土 木 研 究 所 は 国 の 研 究 機 関 であった 国 土 交 通 省 土 木 研 究 所 が 平 成 13 年 4 月 に 国 の 機 関 ( 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 )と 独 立 行 政 法 人 とに 再 編 されることにより 発 足 した 研 究 機 関 である 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 が 政 策 の 企 画 立 案 に 関 する 研 究 等 を 行 うのに 対 し 独 立 行 政 法 人 土 木 研 究 所 ( 以 下 土 木 研 究 所 という)は 土 木 技 術 に 関 する 先 端 的 基 礎 的 な 研 究 開 発 と 技 術 指 導 を 行 う 機 関 として 位 置 づけられ ている 現 在 の 中 期 計 画 ( 計 画 期 間 平 成 年 平 成 23 年 3 月 国 土 土 交 通 大 臣 及 び 農 林 水 産 大 臣 認 可 )では 4 つの 目 標 のうちの 一 つである グリーンイノベーショ ンによる 持 続 可 能 な 社 会 の 実 現 に 対 応 して 下 水 汚 泥 等 バイオマスの 有 効 活 用 に 関 するプロジェクト 研 究 を 実 施 することとなっている 本 稿 では その 概 要 実 施 状 況 と 研 究 成 果 の 社 会 への 還 元 に 関 する 活 動 につ いて 紹 介 する 2. 下 水 汚 泥 等 バイオマスの 有 効 活 用 に 関 する プロジェクト 研 究 都 市 や 農 村 から 発 生 するバイオマスを 資 源 やエネル ギー 源 として 地 域 で 有 効 活 用 するため バイオマスの 効 率 的 回 収 生 産 利 用 技 術 および バイオマスの 地 域 循 環 型 利 用 システムについて 検 討 するプロジェクト 研 究 が 再 生 可 能 エネルギーや 廃 棄 物 系 バイオマス 由 来 肥 料 の 利 活 用 技 術 地 域 への 導 入 技 術 の 研 究 である このプロジェクト 研 究 は バイオマスとして 下 水 汚 泥 だけではなく 公 共 緑 地 から 発 生 する 刈 草 等 も 対 象 とし また 都 市 域 だけではなく 農 村 域 も 含 んだ 広 域 をバイオマス 利 活 用 システムの 検 討 範 囲 として 設 定 していることが 特 徴 である このプロジェクト 研 究 において リサイクルチーム は 以 下 の3 課 題 を 実 施 している 1 低 炭 素 型 水 処 理 バイオマス 利 用 技 術 の 開 発 に 関 す る 研 究 2 下 水 道 を 核 とした 資 源 回 収 生 産 利 用 技 術 に 関 す る 研 究 3 地 域 バイオマスの 資 源 管 理 と 地 域 モデル 構 築 に 関 す る 研 究 ( 22 )

24 ( 独 ) 土 木 研 究 所 における 下 水 汚 泥 等 バイオマス 利 用 に 関 する 研 究 3.リサイクルチームの 下 水 汚 泥 等 バイオマス に 関 する 研 究 概 要 3.1 低 炭 素 型 水 処 理 バイオマス 利 用 技 術 の 開 発 に 関 する 研 究 本 研 究 では 下 水 汚 泥 の 濃 縮 消 化 焼 却 等 のプロ セスの 効 率 化 省 エネルギー 化 等 をさらに 促 進 するた めの 技 術 開 発 を 行 うとともに これと 一 体 的 なバイオ マス 利 用 技 術 を 開 発 することを 目 的 としている ま た これらの 技 術 適 用 による 水 処 理 系 への 影 響 や GHG 排 出 抑 制 効 果 等 も 評 価 する( 図 -1) 研 究 内 容 の 一 つとして 高 濃 度 の 下 水 汚 泥 のメタン 発 酵 技 術 について 実 験 的 検 討 を 行 っている これ は 小 規 模 下 水 処 理 場 で 発 生 する 汚 泥 を 拠 点 となる 下 水 処 理 場 に 効 率 的 に 輸 送 集 約 して 嫌 気 性 消 化 を 行 い メタンガスとしてエネルギー 回 収 することを 意 図 している これまで TS 7.5% 10.0 % 程 度 の 下 水 混 合 汚 泥 を 対 象 とした 嫌 気 性 消 化 の 連 続 式 実 験 を 行 っている( 図 -2) 中 温 (35 ) 条 件 下 では 安 定 した 処 理 が 可 能 で あり 60% 程 度 のメタン 転 換 率 が 得 られた 一 方 高 温 (55 ) 条 件 下 での 運 転 はやや 不 安 定 となった こ の 原 因 として アンモニアなどの 阻 害 物 質 蓄 積 が 可 能 性 として 考 えられる 26 年 度 は 更 なる 高 濃 度 化 について 基 礎 的 知 見 や 課 題 の 解 明 を 検 討 するとともに 幅 広 い 廃 棄 物 系 バイオ マスとの 混 合 消 化 についても 検 討 を 進 めることによ り 下 水 処 理 場 におけるメタンガス 回 収 量 増 加 につな がることを 期 待 して 研 究 を 進 めている 3.2 下 水 道 を 核 とした 資 源 回 収 生 産 利 用 技 術 に 関 する 研 究 本 研 究 では 下 水 処 理 場 の 有 する 資 源 に 着 目 し バ イオマスとして 利 用 価 値 の 高 い 藻 類 の 培 養 などによ り 高 度 な 資 源 回 収 生 産 を 行 うための 技 術 開 発 を 行 うことを 目 的 としている また 回 収 生 産 資 源 の 利 用 可 能 性 や 安 全 性 を 検 証 し 最 適 な 資 源 利 用 方 法 の 提 案 を 行 うための 研 究 を 進 めている( 図 -3) 図 -1 低 炭 素 型 水 処 理 バイオマス 利 用 技 術 の 開 発 に 関 する 研 究 の 概 要 図 -2 中 温 連 続 実 験 における 有 機 物 除 去 率 図 -3 下 水 道 を 核 とした 資 源 回 収 生 産 利 用 技 術 に 関 する 研 究 の 概 要 ( 23 )

25 再 生 と 利 用 このうち 下 水 流 入 水 および 下 水 二 次 処 理 水 を 用 い 2 Lフラスコによる 室 内 培 養 や20 Lタンクによる 屋 外 培 養 を 行 い 藻 類 中 の 脂 肪 酸 や 発 熱 量 の 定 量 から 下 水 培 養 された 藻 類 バイオマスのエネルギー 利 用 の 可 能 性 を 示 してきた 25 年 度 からはさらにスケールアッ プを 図 り 下 水 処 理 場 実 施 設 に380 L 規 模 の 培 養 水 槽 を 設 置 し 下 水 二 次 処 理 水 を 用 いた 藻 類 の 屋 外 培 養 実 験 を 実 施 し 培 養 に 伴 う 栄 養 塩 の 低 減 や 回 収 した 藻 類 の 熱 量 等 の 特 性 について 評 価 を 行 っている 380 L 規 模 の 培 養 実 験 では 培 養 量 や 高 位 発 熱 量 が 低 く 培 養 水 供 給 速 度 や 撹 拌 速 度 など 運 転 条 件 の 重 要 性 が 明 らかになった( 図 -4) 26 年 度 は 培 養 条 件 の 最 適 化 と 回 収 藻 類 利 用 技 術 に 関 し 実 験 や 検 討 を 進 め る 予 定 である マス 利 用 方 策 を 適 用 するための 地 域 モデルを 構 築 する ( 図 -5) これまでに 道 路 や 河 川 の 管 理 上 生 じる 刈 草 の 処 理 方 法 について 温 室 効 果 ガス 排 出 量 算 定 モデルを 開 発 し モデルの 改 良 パラメータ 定 数 の 検 討 を 実 施 して いる また 刈 草 と 下 水 汚 泥 の 混 合 物 を 中 温 高 温 で の 連 続 消 化 実 験 ( 図 -6)を 行 った 結 果 高 温 消 化 が 適 切 なことが 明 らかとなっている また 超 高 温 前 処 理 ( 日 間 )を 行 ってからの 消 化 実 験 では 中 温 高 温 とも 処 理 効 率 の 向 上 が 明 らかになった 26 年 度 は 下 水 処 理 場 で 発 生 する 様 々な 排 熱 を 活 用 した 超 高 温 前 処 理 手 法 の 検 討 に 着 手 する 予 定 である 4. 研 究 開 発 成 果 の 社 会 への 還 元 3.3 地 域 バイオマスの 資 源 管 理 と 地 域 モデル 構 築 に 関 する 研 究 本 研 究 では 公 共 緑 地 管 理 に 由 来 するバイオマスに ついて 各 種 利 用 技 術 のCO2 排 出 量 を 評 価 する 手 法 を 確 立 するとともに バイオマスの 有 効 な 利 用 方 法 を 提 案 することを 目 的 としている また 望 ましいバイオ リサイクルチームでは 自 治 体 や 民 間 企 業 との 共 同 研 究 による 技 術 開 発 も 行 っており これまでに 下 水 処 理 場 に 導 入 された 技 術 も 少 なくない こうした 土 木 研 究 所 開 発 技 術 の 紹 介 と 現 場 技 術 者 の 方 々との 意 見 交 換 図 -4 培 養 藻 類 の 高 位 発 熱 量 図 -6 刈 草 の 下 水 汚 泥 混 合 メタン 発 酵 実 験 図 -5 地 域 バイオマスの 資 源 管 理 と 地 域 モデル 構 築 に 関 する 研 究 の 概 要 ( 24 )

26 ( 独 ) 土 木 研 究 所 における 下 水 汚 泥 等 バイオマス 利 用 に 関 する 研 究 を 行 うことにより 下 水 道 の 現 場 が 抱 える 課 題 解 決 の ヒントやアイデアを 考 える 機 会 とするため 平 成 25 年 度 に 北 海 道 と 熊 本 県 の2カ 所 で 北 海 道 恵 庭 市 熊 本 県 と 熊 本 市 のご 協 力 のもと 下 水 汚 泥 などのバイオマ ス 資 源 有 効 活 用 技 術 講 習 会 ( 図 -7)を 開 催 した リサイクルチームからは 下 水 汚 泥 焼 却 灰 中 の 重 金 属 の 低 減 についての 研 究 成 果 を 紹 介 するとともに 開 発 技 術 である 消 化 ガスエンジン 過 給 式 流 動 燃 焼 シ ステム バイオ 天 然 ガス 化 装 置 およびみずみち 棒 を 用 いた 下 水 汚 泥 の 重 力 濃 縮 技 術 について 紹 介 した ま た 熊 本 市 の 下 水 処 理 場 に 導 入 されている みずみち 棒 による 重 力 濃 縮 槽 やその 他 の 処 理 施 設 を 見 学 する ことにより 具 体 の 導 入 状 況 について 熊 本 市 担 当 者 と 参 加 者 との 意 見 交 換 も 行 われ 関 係 技 術 のみならず 現 場 における 様 々な 技 術 上 の 課 題 や 工 夫 など 幅 広 い 情 報 交 換 も 行 われ 汚 泥 処 理 やバイオマス 利 用 に 関 する 参 加 者 の 理 解 を 深 めることに 貢 献 できたと 考 えている 技 術 の 発 展 や 普 及 には こうした 現 場 からの 声 を 引 き 出 し 活 かす 活 動 が 必 要 不 可 欠 と 考 えており 平 成 26 年 度 も 引 き 続 き 同 様 の 取 り 組 みを 行 う 予 定 である 5.おわりに 土 木 研 究 所 リサイクルチームは 下 水 汚 泥 等 バイオ 図 -7 土 木 研 究 所 技 術 みずみち 棒 の 見 学 状 況 マスの 処 理 有 効 利 用 について 対 象 範 囲 を 広 げて 研 究 を 実 施 しており これにより 地 域 における 有 効 な バイオマス 利 用 システムの 構 築 を 目 指 している 引 き 続 き 研 究 の 進 展 に 努 めていきたいと 考 えている また 土 木 研 究 所 は これまでの 経 験 や 研 究 資 源 を 社 会 に 還 元 していくことが 重 要 と 考 えているので 技 術 上 の 相 談 があれば 下 記 宛 ご 連 絡 いただければ 幸 い である(リサイクルチーム メールアドレス ( 25 )

27 再 生 と 利 用 特 集 : 平 成 26 年 度 下 水 汚 泥 資 源 利 用 等 に 関 する 予 算 及 び 研 究 内 容 と 今 後 の 方 針 の 解 説 解 説 資 源 循 環 研 究 部 における 技 術 開 発 について 公 益 財 団 法 人 日 本 下 水 道 新 技 術 機 構 資 源 循 環 研 究 部 長 石 田 貴 キーワード: 自 燃 焼 却 システム バイナリー 発 電 酸 化 剤 塩 化 揮 発 法 1.はじめに 資 源 循 環 研 究 部 では 平 成 20 年 4 月 の 発 足 以 来 主 と して 下 水 汚 泥 のエネルギー 化 技 術 の 普 及 促 進 地 域 バイオマスの 下 水 処 理 場 への 受 け 入 れによる 資 源 基 地 化 下 水 汚 泥 中 のリン 資 源 の 活 用 に 取 り 組 んでき た また 汚 泥 減 量 化 技 術 や 最 近 では 水 処 理 の 省 エネ ルギー 化 にも 取 り 組 んでいる 下 水 汚 泥 のエネルギー 化 や 地 域 バイオマスの 受 け 入 れによる 利 用 エネルギーの 増 大 水 処 理 の 省 エネル ギー 化 は 東 日 本 大 震 災 以 降 の 電 力 料 金 の 高 騰 や 燃 料 価 格 の 高 騰 に 対 して 有 効 な 手 段 となっており ますま すの 普 及 促 進 が 望 まれる また リン 鉱 石 価 格 の 高 騰 に 伴 う 肥 料 価 格 の 上 昇 は 農 家 経 営 を 窮 地 に 追 い 込 ん でおり 下 水 汚 泥 中 のリンの 資 源 化 により 低 価 格 で 質 の 良 い 肥 料 原 料 の 提 供 が 望 まれている 2. 今 夏 発 刊 の 技 術 マニュアル 及 び 技 術 資 料 1 下 水 汚 泥 自 燃 焼 却 システム 技 術 資 料 本 技 術 資 料 は 管 理 者 参 加 型 共 同 研 究 として 岐 阜 市 月 島 機 械 ( 株 ) メタウォーター( 株 )と 実 施 し た 成 果 である 温 室 効 果 ガス 削 減 のため 850 の 高 温 焼 却 への 移 行 が 進 められているが 補 助 燃 料 の 増 加 が 維 持 管 理 費 の 増 加 等 を 招 いている そこで 脱 水 汚 泥 の 低 含 水 率 化 による 自 燃 焼 却 により 補 助 燃 料 ゼロを 目 指 し 脱 水 焼 却 システムを 再 構 築 した 既 存 設 備 ( 気 泡 式 流 動 焼 却 炉 :50t/ 日 )を 使 用 した 基 礎 実 験 及 び 実 証 試 験 をとおしてシステムの 検 証 を 行 うとともに 計 画 設 計 維 持 管 理 上 の 留 意 事 項 を 整 理 し 技 術 資 料 としてま とめた 二 重 円 筒 加 圧 脱 水 機 により 高 分 子 凝 集 剤 一 液 で 安 定 した 低 含 水 率 汚 泥 (72%±2%)の 製 造 が 可 能 であ ることが 確 認 できた また このような 低 含 水 率 汚 泥 の 搬 送 には 一 軸 ネジ 式 ポンプの 電 動 機 容 量 を 増 やすこ とで 対 応 が 可 能 なことを 明 らかにするとともに 電 磁 流 量 計 による 計 測 制 御 が 行 えることを 確 認 した 焼 却 炉 においては 流 動 空 気 冷 却 器 と 冷 却 ファンに より 入 熱 量 を 制 御 することで 低 含 水 率 汚 泥 の 安 定 的 な 自 燃 焼 却 ができることを 改 造 後 の 施 設 で 確 認 し た 図 1に 既 設 焼 却 設 備 の 改 造 内 容 を 示 す また 自 燃 運 転 から 補 燃 運 転 への 切 り 替 えも 炉 内 温 度 の 乱 れ なく 行 えることを 確 認 した さらに 自 燃 運 転 では 補 燃 運 転 時 よりも N2O 排 出 量 が70% 以 上 削 減 された ( 26 )

28 資 源 循 環 研 究 部 における 技 術 開 発 について 図 1 既 設 焼 却 設 備 改 造 フロー 2 下 水 処 理 場 における 小 型 バイナリー 発 電 の 導 入 マ ニュアル 本 導 入 マニュアルは ( 株 ) 神 鋼 環 境 ソリューション と 実 施 した 共 同 研 究 の 成 果 である 下 水 汚 泥 焼 却 炉 から 排 出 されるスクラバー 排 水 は 熱 量 的 には 大 きいが 温 度 が 低 いため これまでエネル ギーとして 利 用 されてこなかった 低 沸 点 の 不 燃 性 不 活 性 ガスを 作 動 媒 体 とし 排 煙 処 理 塔 の 循 環 水 を 加 熱 源 二 次 処 理 水 を 冷 却 源 とした 本 実 証 試 験 の 小 型 バイ ナリー 発 電 機 を 写 真 1に 示 す 発 電 機 の 最 大 出 力 は72kw( 正 味 の 発 電 量 = 送 電 端 出 力 60kw)である 発 電 能 力 は 加 熱 源 の 循 環 水 の 温 度 及 び 流 量 冷 却 源 の 二 次 処 理 水 の 温 度 及 び 流 量 に より 異 なるが 90t/ 日 の 気 泡 式 流 動 焼 却 炉 に 適 用 し て 冬 季 には 送 電 端 出 力 約 36kwを 得 ることができた 発 電 性 能 は 図 2に 示 すように 冷 却 水 温 度 の 高 い 夏 写 真 1 バイナリー 発 電 機 外 観 季 (28 30 )と 冬 季 (20 22 )では 約 5kw 異 な り 発 電 効 率 も 冬 季 は 約 5%と 高 くなることがわかった また 循 環 水 及 び 二 次 処 理 水 について 水 質 分 析 を 図 2 バイナリー 発 電 機 発 電 性 能 ( 27 )

29 再 生 と 利 用 行 った 結 果 多 くの 水 質 項 目 で 標 準 仕 様 の 基 準 を 超 過 し 熱 交 換 器 の 材 質 を 標 準 仕 様 のSUS316からチタン 製 に 変 更 したことの 妥 当 性 が 明 らかとなった 流 することで 反 応 タンクの 負 荷 を 軽 減 することができ る また 余 剰 汚 泥 が 削 減 されることで 余 剰 汚 泥 を 対 象 とした 機 械 濃 縮 機 の 運 転 時 間 の 大 幅 な 削 減 や 初 沈 汚 泥 の 割 合 が 増 加 することによる 脱 水 性 の 向 上 を 図 3 酸 化 剤 を 用 いた 余 剰 汚 泥 削 減 技 術 ( 標 準 活 性 汚 泥 法 )マニュアル 本 マニュアルは 管 理 者 参 加 型 共 同 研 究 として 大 分 市 日 鉄 住 金 環 境 ( 株 ) 扶 桑 建 設 工 業 ( 株 )との 共 同 研 究 の 成 果 である エネルギー 化 技 術 を 目 指 せないような 規 模 の 下 水 処 理 場 においても 維 持 管 理 費 に 占 める 割 合 の 大 きな 汚 泥 処 分 費 の 削 減 は 急 務 となっており 標 準 活 性 汚 泥 法 を 対 象 にした 場 合 処 理 水 量 5 千 m 3 / 日 でも5 万 m 3 / 日 ることができる 余 剰 汚 泥 可 溶 化 装 置 は 建 設 費 も 安 く 一 時 的 な 汚 泥 量 の 増 大 などへの 対 処 が 容 易 であ り 脱 水 機 の 増 設 が 課 題 となっているケースなどでは 特 に 大 きなメリットがある OD 法 へ 適 用 した 場 合 との 比 較 を 表 1に 示 すが 標 準 活 性 汚 泥 法 では 反 応 タンク 滞 留 時 間 が 短 いので 放 流 水 質 への 影 響 が 無 い 条 件 としては 汚 泥 削 減 率 12 14%にとどまる 反 応 タンクに 余 裕 がある 場 合 には いっそうの 汚 泥 削 減 を 図 ることが 可 能 である でもコスト 面 で 有 効 であることを 示 した 余 剰 汚 泥 を 酸 化 剤 で 可 溶 化 した 後 最 初 沈 殿 池 に 返 4 活 性 汚 泥 法 等 の 省 エネルギー 化 技 術 に 関 する 技 術 資 料 本 技 術 資 料 は ( 株 ) 石 垣 川 崎 重 表 1 標 準 活 性 汚 泥 法 への 適 用 とOD 法 への 適 用 との 比 較 工 業 ( 株 ) ク ボ タ 環 境 サ ー ビ ス ( 株 ) 三 機 工 業 ( 株 ) ( 株 ) 東 京 設 計 事 務 所 日 本 上 下 水 道 設 計 ( 株 ) 前 澤 工 業 ( 株 ) メ タ ウ ォ ー タ ー ( 株 ) ( 株 ) 安 川 電 機 との 共 同 研 究 の 成 果 である 下 水 処 理 場 で 消 費 されるエネル ギーを 原 油 換 算 でみると 約 半 分 を 水 処 理 施 設 が 占 めている また 水 処 理 方 式 別 の 消 費 電 力 量 でみると 標 準 活 性 汚 泥 法 が 約 7 割 を 占 める そこで 高 度 処 理 を 含 む 標 準 活 性 汚 泥 法 等 の 水 処 理 施 設 の 省 エネルギー 化 技 術 について その 有 効 性 を 定 量 表 2 対 象 技 術 一 覧 的 に 示 すとともに 特 徴 や 留 意 点 を 整 理 し 技 術 資 料 としてとりまとめ た 対 象 とした 省 エネ 機 器 や 運 転 管 理 手 法 等 については 表 2に 示 すとおり である また 処 理 規 模 1 万 m 3 / 日 4 万 m 3 / 日 10 万 m 3 / 日 の3ケースに ついてモデル 設 計 を 行 い 水 処 理 設 備 汚 泥 処 理 設 備 で 消 費 される 消 費 電 力 量 を 算 定 した これによれば 表 3 省 エネ 機 器 と 運 転 管 理 手 法 の 組 み 合 わせ 効 果 試 算 結 果 送 風 機 設 備 の 占 める 割 合 が 約 6 割 を 占 めるので 散 気 装 置 を 高 効 率 のも のに 変 えて 送 風 機 の 消 費 電 力 を 削 減 することが 重 要 であることがわか る さらに 送 風 機 の 消 費 電 力 量 を 削 減 する 例 として 省 エネ 機 器 と 運 転 管 理 手 法 の 組 み 合 わせ 効 果 につい て 試 算 した 結 果 を 表 3に 示 す 流 入 ( 28 )

30 資 源 循 環 研 究 部 における 技 術 開 発 について 水 量 や 水 質 は 季 節 や 時 間 によって 大 きく 変 化 するた め 機 器 の 性 能 を 最 大 限 に 発 揮 するためには 運 転 管 理 手 法 との 組 み 合 わせが 重 要 であることを 示 した 3. 今 年 度 の 主 な 取 り 組 み 1 下 水 灰 中 のリンの 資 源 化 下 水 灰 中 のリンの 資 源 化 研 究 としては 下 水 灰 の 肥 料 用 原 料 化 技 術 の 開 発 研 究 が 平 成 23 年 度 から3カ 年 に わたり 農 林 水 産 省 の 食 品 産 業 科 学 技 術 研 究 推 進 事 業 の 一 環 として 実 施 された 当 機 構 は 代 表 機 関 として 全 体 統 括 と 肥 料 原 料 化 システムの 検 討 を 担 当 し 元 素 制 御 研 究 を 名 古 屋 大 学 及 び 岩 手 大 学 プロセス 研 究 を 土 木 研 究 所 月 島 機 械 ( 株 ) ( 株 ) 神 鋼 環 境 ソリュー ション 影 響 評 価 研 究 を 東 京 農 業 大 学 及 び 農 業 環 境 技 術 研 究 所 普 及 支 援 組 織 を 日 本 肥 料 アンモニア 協 会 という 組 織 体 制 で 実 施 した 主 な 研 究 成 果 は 以 下 のと おりである 下 水 灰 中 に 微 量 に 含 まれる 重 金 属 類 の 分 離 除 去 法 と して 塩 化 揮 発 法 が 有 効 であることを 明 らかにした 塩 化 揮 発 法 による 下 水 灰 処 理 のイメージ 図 を 図 3に 示 す 鉛 などの 塩 化 揮 発 しやすい 金 属 ほど 減 圧 化 で 処 理 の 効 果 が 得 られた また 塩 化 揮 発 処 理 した 灰 中 の 重 金 属 の 加 給 性 は 大 きく 改 善 された 硫 酸 抽 出 電 気 透 析 精 製 法 について 耐 酸 性 のイオ ン 交 換 膜 を 利 用 した 電 気 透 析 装 置 を 試 作 し 下 水 灰 の 硫 酸 溶 出 ろ 液 から 鉄 以 外 の 重 金 属 類 特 にアルミニウ ムを 除 去 し リンと 分 離 するシステムを 開 発 した 本 法 により 硫 酸 溶 出 ろ 液 を 金 属 類 の 含 有 の 少 ないリン 酸 質 肥 料 原 料 としての 実 用 性 を 高 めることができた また 早 期 に 実 用 化 可 能 な 技 術 として 下 水 処 理 場 で 発 生 する 余 剰 活 性 汚 泥 のみを 分 別 燃 焼 させ 高 品 質 灰 を 得 る 方 法 を 提 案 した 今 年 度 は これについてさ らに 検 討 を 深 める 予 定 である この 他 今 年 度 のリン 資 源 化 の 取 り 組 みとして 性 状 の 良 い 下 水 灰 そのものを 肥 料 として 位 置 付 ける 試 み を 考 えている 2 自 然 エネルギーを 活 用 した 汚 泥 の 資 源 化 システムの 開 発 公 共 下 水 道 以 外 にも 農 業 集 落 排 水 処 理 施 設 などを 含 めて 小 規 模 の 生 活 排 水 系 処 理 施 設 は 多 数 ある しか し その 処 理 過 程 で 発 生 する 汚 泥 は 小 規 模 であるた め コストメリットのある 資 源 化 の 有 効 な 処 理 方 法 が 無 いのが 現 状 である 当 機 構 では 固 有 研 究 として このような 小 規 模 な 生 活 排 水 系 処 理 施 設 から 排 出 される 汚 泥 の 資 源 化 技 術 として 太 陽 光 等 の 自 然 エネルギーを 活 用 した 汚 泥 乾 燥 技 術 の 開 発 に 取 り 組 んでいる 今 までの 成 果 としては の 低 品 位 熱 源 にお いて 乾 燥 可 能 な 技 術 の 開 発 に 取 り 組 んだ 結 果 自 然 エ ネルギー 以 外 にも 未 利 用 廃 熱 の 有 効 活 用 が 可 能 となっ た 3 省 エネルギーに 有 効 な 技 術 及 び 手 法 昨 年 度 は 民 間 との 共 同 研 究 で 活 性 汚 泥 法 等 の 省 エ ネルギー 化 技 術 に 取 り 組 んだところである 今 年 度 は これらの 省 エネルギー 化 技 術 に 取 り 組 む 必 要 性 が 高 い 下 水 処 理 場 を 保 有 する 自 治 体 を 訪 問 する 水 処 理 省 エネキャンペーンを 実 施 している 実 施 にあたっては まず 下 水 処 理 場 全 体 としての 消 費 エネルギーや 水 処 理 施 設 の 消 費 エネルギーについ 図 3 塩 化 揮 発 法 による 下 水 灰 処 理 のイメージ 図 ( 29 )

31 再 生 と 利 用 現 在 消 費 エネルギー 比 率 の 高 い 下 水 処 理 場 を 訪 問 し エネルギー 消 費 の 高 い 理 由 についてヒヤリングを 重 ねているところである 今 年 度 は 水 処 理 の 消 費 エネルギーに 特 に 悪 影 響 の ある 項 目 を 抽 出 し 自 治 体 が 改 築 更 新 に 取 り 組 む 際 の 参 考 にしてもらおうと 考 えているところである ま た エネルギー 消 費 の 改 善 に 有 効 な 技 術 手 法 の 開 発 に 引 き 続 き 取 り 組 んでいく 所 存 である 図 4 標 準 的 なエネルギー 消 費 量 との 比 率 分 布 図 て 流 入 水 量 や 流 入 BOD 濃 度 施 設 能 力 に 対 する 流 入 割 合 等 のそれぞれの 下 水 処 理 場 を 特 徴 づける 項 目 を 変 数 とした 回 帰 式 を 作 成 することによって 標 準 的 な エネルギー 消 費 量 を 明 らかにした 次 に 実 際 の 消 費 エネルギーが 標 準 的 な 消 費 エネルギーに 対 して 高 い 下 水 処 理 場 を 抽 出 して 訪 問 することとした なお 分 析 の 対 象 としたのは エネルギー 消 費 の 大 きい 日 平 均 処 理 水 量 1 万 m 3 / 日 以 上 の 下 水 処 理 場 である 分 析 の 対 象 となったのは516 箇 所 の 下 水 処 理 場 であり 標 準 的 なエネルギー 消 費 量 との 比 率 について 分 布 図 として 示 したのが 図 4である 実 際 の 消 費 エネルギーが 標 準 値 の1.5 倍 を 超 える 下 水 処 理 場 は50 箇 所 ある 4.おわりに 今 年 度 は 国 土 交 通 省 の 作 成 する 下 水 汚 泥 エネル ギー 化 技 術 ガイドライン( 案 ) の 改 訂 が 行 われる 予 定 であり 前 回 作 成 時 より 一 段 とガス 発 電 や 固 形 燃 料 化 に 取 り 組 んだ 好 事 例 が 紹 介 されることになると 思 わ れる また FITの 取 り 組 み 事 例 や 固 形 燃 料 のJIS 化 を 踏 まえた 需 要 者 の 増 加 なども 取 り 上 げられることが 想 定 されるなど 下 水 汚 泥 のエネルギー 化 技 術 に 取 り 組 もうと 考 える 自 治 体 へのいっそうの 追 い 風 になるも のと 思 われる また 当 機 構 で 取 り 組 んでいる 水 処 理 施 設 の 省 エネ 技 術 が 下 水 処 理 場 の 長 寿 命 化 計 画 の 中 で 適 切 に 反 映 され 電 力 料 金 の 高 騰 による 経 営 悪 化 に 歯 止 めをか け 地 球 温 暖 化 防 止 の 一 助 になることを 期 待 している ( 30 )

32 水 素 発 酵 法 の 盲 点 研 究 紹 介 水 素 発 酵 法 の 盲 点 東 京 農 業 大 学 応 用 生 物 科 学 部 醸 造 科 学 科 准 教 授 大 西 章 博 キーワード:バイオマス 水 素 発 酵 燃 料 回 収 乳 酸 Megasphaera 1.はじめに 嫌 気 性 微 生 物 の 発 酵 能 力 を 利 用 した 水 素 発 酵 法 は 安 価 な 水 素 燃 料 を 供 給 する 技 術 として 注 目 されてい る 実 用 可 能 な 水 素 発 酵 システムの 構 築 には 水 素 の 生 産 性 だけでなく システムの 簡 便 性 が 重 要 で あり これを 達 成 するためには 雑 菌 に 負 けない 強 靱 さ に 着 目 して 微 生 物 を 選 定 し 複 合 微 生 物 系 を 構 成 する 必 要 がある これまで 水 素 発 酵 の 研 究 で 発 酵 の 主 役 を 担 う 微 生 物 として 用 いられてきたClostridium 属 の 菌 種 は 糖 類 からの 水 素 生 成 能 力 が 高 く 実 験 室 レ ベルでは 培 養 や 維 持 管 理 が 比 較 的 容 易 である しかし 純 粋 培 養 系 の 維 持 が 困 難 な 状 況 では 乳 酸 菌 などの 雑 菌 汚 染 に 対 して 脆 弱 である 水 素 発 酵 に 関 するこれまでの 研 究 では この 問 題 に 基 づくいくつかの 前 提 条 件 が 盲 点 を 形 成 しているのではないだろうか? 著 者 らはこのような 発 想 から これ までの 水 素 発 酵 法 の 前 提 条 件 を 主 に 微 生 物 学 的 な 視 点 で 見 直 すための 検 討 を 行 っている 本 稿 ではその 概 要 につい て 解 説 する 採 掘 により 得 られる 燃 料 とは 異 なる そのかわり 水 素 は 様 々な 化 合 物 から 回 収 することができる( 図 1) 光 合 成 で 生 産 されるバイオマスとしてのブドウ 糖 (C6H12O6)や 水 (H2O)そして 石 炭 なども 水 素 を 含 む 化 合 物 であり 水 素 燃 料 を 生 産 する 原 料 になり 得 る 水 素 発 酵 法 はバイオマスを 原 料 として 水 素 を 生 成 する 技 術 であり 微 生 物 の 発 酵 能 力 を 利 用 するため 程 度 の 温 和 な 環 境 下 でも 効 率 的 に 水 素 を 生 成 でき る このようなことから 水 素 発 酵 法 は 災 害 時 におけ る 緊 急 の 電 源 や 地 域 分 散 型 エネルギーシステムにお ける 小 規 模 の 独 立 電 源 へ 水 素 を 供 給 する 技 術 として 注 目 されている 2. 水 素 発 酵 法 について 水 素 燃 料 (H2)は 二 次 エネルギーで あり 石 油 石 炭 天 然 ガスのように 図 1 水 素 燃 料 によるエネルギーシステム ( 31 )

33 再 生 と 利 用 これまでに 様 々な 微 生 物 の 水 素 発 酵 能 力 が 見 いださ れているが 水 素 発 酵 の 実 用 化 に 向 けた 研 究 の 多 くが 嫌 気 性 細 菌 のClostridium 属 の 菌 種 を 主 な 水 素 発 酵 微 生 物 (HPB:Hydrogen Producing Bacteria)として 用 いている なかでも30 40 付 近 の 中 温 領 域 で 高 い 水 素 生 成 能 力 を 発 揮 するClostridium butyricumが 最 も 利 用 されている 微 生 物 の 水 素 生 成 能 力 の 優 劣 は 水 素 収 率 で 比 較 される 水 素 収 率 は 発 酵 過 程 で 消 費 (も しくは 投 入 )された 発 酵 基 質 ( 原 料 )あたりの 水 素 生 成 量 として 算 出 される 人 工 的 な 合 成 培 地 を 用 いる 場 合 は 発 酵 基 質 の 糖 類 (hexose)などの 炭 素 源 廃 棄 物 系 バイオマスのような 複 雑 な 発 酵 基 質 の 場 合 は 強 熱 減 量 (VS:Volatile Solids)や 化 学 的 酸 素 要 求 量 (COD:Chemical Oxygen Demand)がベースとして 用 いられる 合 成 培 地 の 場 合 C. butyricumの 純 粋 培 養 系 では mol H2/mol hexoseの 水 素 収 率 が 得 られる この 時 の 代 謝 機 構 は 以 下 のように 理 解 されて いる 理 論 的 には(1) 式 に 示 すように1molのグル コース(C6H12O6)を 消 費 して2molの 酢 酸 (CH3COOH) を 生 成 する 過 程 で4 molの 水 素 を 生 成 することができ る 酢 酸 生 成 過 程 の 最 大 水 素 収 率 は4 mol H 2/mol hexoseである 同 様 に 酪 酸 (CH3CH2CH2COOH)の 生 成 過 程 では(2) 式 のように2 mol H2/mol hexoseで ある C6H12O6 + 2H2O 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 (1) C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 (2) これは 理 論 値 であり 実 際 にはこれ 以 外 の 生 命 活 動 にも 糖 が 消 費 されるので 水 素 収 率 は 最 大 値 を 下 回 る が 水 素 発 酵 の 研 究 では いかにこの 理 論 収 率 に 近 づ けるか!? に 興 味 と 情 熱 が 注 がれている 3. 失 敗 しない 水 素 発 酵 の 前 提 条 件? 3-1. 乳 酸 と 乳 酸 菌 これまでの 研 究 によりClostridium 属 による 水 素 発 酵 機 構 はよく 理 解 されており 実 用 化 への 期 待 は 膨 らむ 一 方 である しかしながら 欠 点 となる 要 因 も 明 確 に なってきている (3) 式 と(4) 式 に 示 すように 乳 酸 菌 (LAB:Lactic Acid Bacteria)は 糖 の 代 謝 過 程 では 水 素 を 生 成 せず 代 わりに というより 乳 酸 発 酵 なので 当 然 ではあるが 乳 酸 (Lactic acid)を 生 成 する C6H12O6 2CH3CHOHCOOH (3) C6H12O6 CH3CHOHCOOH+ C2H5OH + CO2 (4) また 乳 酸 は 水 素 発 酵 の 基 質 とはなり 得 ないとされ ている このようなことから 乳 酸 菌 が 水 素 発 酵 シス テムに 混 入 した 場 合 Clostridium 属 との 間 で 基 質 競 合 ( 糖 の 奪 い 合 い)が 起 こり 水 素 収 率 は 著 しく 低 下 す る さらに 乳 酸 菌 が 生 産 するバクテリオシンなどの 抗 菌 物 質 が 水 素 発 酵 を 停 止 させる 原 因 になるものと 考 えられている これまでの 研 究 において これらの 点 については 多 くの 研 究 者 が 同 じ 見 解 に 至 っている 例 えば Noikeら 1 は 廃 棄 物 系 バイオマスから 単 離 した 乳 酸 菌 (Lactobacillus paracaseiやenterococcus durans)がclostridium 属 の 水 素 発 酵 に 及 ぼす 影 響 を 検 討 した 乳 酸 菌 の 添 加 によりClostridium 属 の 水 素 生 成 能 が 低 下 または 停 止 し L. paracasei E. duransの 懸 濁 液 の 上 澄 み 液 でも 同 じ 阻 害 作 用 を 示 した この 阻 害 効 果 はバクテリオシンを 不 活 性 化 するトリプシンの 添 加 により 緩 和 されたことから 乳 酸 菌 が 分 泌 するバクテ リオシンが 水 素 発 酵 を 阻 害 していたものと 考 えられて い る Joら 2 は 水 素 発 酵 過 程 の 主 要 な 微 生 物 が Clostridium 属 から 乳 酸 菌 のLactobacillus 属 へと 変 遷 し た 際 に 乳 酸 が 蓄 積 するとともに 突 然 システムが 破 綻 することを 示 している また Baghchehsaraeeら 3 は Clostridium 属 の 水 素 発 酵 に 適 した 炭 素 源 を 検 討 し 糖 類 に 対 しては 高 い 水 素 生 成 能 を 示 す 一 方 で 乳 酸 が 唯 一 の 炭 素 源 として 使 われた 場 合 は 水 素 生 成 できないこ とを 報 告 している さて では 乳 酸 菌 はというと 植 物 の 表 面 や 動 物 の 体 内 土 壌 河 川 そして 海 にも 生 息 し 2~50 の 間 で 増 殖 するものが 知 られている 4 つまり 乳 酸 菌 は 何 処 にでもいて 食 品 系 廃 棄 物 のような 栄 養 条 件 が 良 く 含 水 率 の 高 いバイオマスの 保 管 や 収 集 運 搬 の 過 程 で 容 易 に 増 殖 するのである このようなことから 水 素 発 酵 では 乳 酸 は 利 用 で きない し 乳 酸 菌 は 排 除 しなければならない と 考 えられている 3-2. 植 種 や 原 料 の 熱 処 理 前 述 の 理 由 から 乳 酸 菌 などの 雑 菌 を 排 除 して 水 素 発 酵 システムを 安 定 運 転 するための 様 々な 工 夫 が 検 討 されたが 現 在 は 水 素 発 酵 の 前 処 理 として 熱 処 理 が 最 も 用 いられている 5-7 熱 処 理 は 植 種 や 原 料 を 90 程 度 に 加 熱 処 理 する 工 程 であり 耐 熱 性 の 低 い 乳 酸 菌 や 他 の 雑 菌 群 を 一 網 打 尽 にできるわけである 水 素 発 酵 の 主 役 となるClostridium 属 の 菌 種 は 耐 熱 性 の 芽 胞 を 形 成 するため 生 き 残 ることができる 4 Noikeら 1 は で30 分 間 熱 処 理 することにより 乳 酸 菌 による 水 素 発 酵 の 阻 害 効 果 が 低 下 することを 報 告 し ている 現 在 では 熱 処 理 は 複 合 微 生 物 系 による 水 素 発 酵 の 研 究 において 必 ず 使 われる 前 処 理 手 法 になっ ている 熱 処 理 は 見 かけのエネルギー 回 収 量 つまり ( 32 )

34 水 素 発 酵 法 の 盲 点 水 素 収 率 を 改 善 する 簡 便 で 確 実 な 手 法 である 熱 処 理 を 用 いれば まず 水 素 発 酵 では 失 敗 しない しかしながら 熱 処 理 は 水 素 発 酵 システムに 新 たな 付 帯 設 備 を 必 要 とするだけでなく エネルギー 投 入 の 増 大 によりシステム 全 体 でのエネルギー 回 収 率 が 低 下 する 要 因 でもある 水 素 発 酵 システムが 実 用 化 になか なか 至 れない 一 つの 理 由 はこのようなところにもある のではないだろうか? 表 1 各 試 料 の 水 素 生 成 量 (ml/l) 4. 前 提 条 件 の 見 直 し このように 水 素 発 酵 では 乳 酸 は 利 用 できない 乳 酸 菌 は 排 除 しなければならない だから 熱 処 理 が 必 要 である という 前 提 条 件 がある 著 者 らは この 前 提 条 件 としての3つの 仮 定 を 再 度 見 直 すための 検 討 を 行 った まず 自 然 界 の 複 合 微 生 物 を 含 む 環 境 試 料 として 土 壌 (A B) 生 ごみ 堆 肥 生 ごみの 二 相 式 メタン 発 酵 過 程 の 処 理 物 ( 酸 生 成 槽 内 液 酸 生 成 汚 泥 処 理 水 ) 8 を 採 取 して 実 験 に 用 いた 10gの 試 料 と90mlの 滅 菌 水 を500mlの 分 液 漏 斗 に 投 入 し 230rpmで5 分 間 強 撹 拌 して 環 境 試 料 から 微 生 物 細 胞 を 剥 離 させた 5 分 間 静 置 後 得 られた 上 澄 み 液 を 菌 体 剥 離 懸 濁 液 として2つ の 滅 菌 チューブに 回 収 し 一 方 は 熱 処 理 (90 10 分 間 )により 乳 酸 菌 を 含 む 非 耐 熱 性 微 生 物 の 殺 菌 を 施 し ( 以 下 熱 処 理 植 種 と 示 す) もう 一 方 は 熱 処 理 を 施 さ ずに 実 験 に 用 いた( 以 下 非 熱 処 理 植 種 と 示 す) 水 素 発 酵 試 験 用 の 基 質 には 乳 酸 塩 を 炭 素 源 として 添 加 した 合 成 培 地 (5 g/l of tryptone, 3 g/l of yeast extract, 18 g/l of 70% sodium lactate, ph7.0)を 用 い た 50mlの 合 成 培 地 を100mlの 密 閉 容 器 に 充 填 後 気 相 部 をN2ガスで 置 換 して121 で20 分 間 滅 菌 した こ の 合 成 培 地 の 乳 酸 としての 濃 度 は 約 15000mg/lであっ た これに 各 環 境 試 料 から 作 成 した 熱 処 理 植 種 と 非 熱 処 理 植 種 を 個 別 に 接 種 し それぞれを37 で24 時 間 培 養 した 培 養 後 の 上 澄 み0.5mlを 新 たな 培 地 に 接 種 し てさらに48 時 間 培 養 し ガス 発 生 量 と 水 素 濃 度 を 分 析 した 各 試 料 の 水 素 生 成 量 を 表 1に 示 した 熱 処 理 植 種 で は 土 壌 と 生 ごみ 堆 肥 で 合 成 培 地 1Lあたり30ml 程 度 の 水 素 が 得 られただけで 他 の 植 種 からは 水 素 生 成 は 全 く 観 察 されなかった これに 対 し 非 熱 処 理 植 種 で は 土 壌 Aで401ml 生 ごみ 堆 肥 では318ml メタン 発 酵 過 程 の 処 理 物 を 植 種 とした 場 合 では1000ml 以 上 の 水 素 生 成 が 認 められた 最 大 値 の1342mlはメタン 発 酵 過 程 の 酸 生 成 槽 内 液 を 植 種 とした 場 合 に 得 られ た このように 植 種 に 熱 処 理 を 施 さないことで 6つ のうちの5つの 植 種 で 明 確 な 水 素 生 成 が 認 められた 土 壌 Bでは 十 分 な 水 素 が 得 られなかったことから ど のような 植 種 にでも 当 て 嵌 まるとは 言 えないが 乳 酸 を 基 質 として 水 素 を 効 率 的 に 生 産 する 微 生 物 は 意 外 に 近 くにいるのかもしれない そこで 次 に 最 も 高 い 水 素 発 酵 能 を 示 した 非 熱 処 理 植 種 を 回 分 式 の 水 素 発 酵 試 験 に 繰 り 返 し 供 し その 安 定 性 と 発 酵 性 状 を 解 析 した 対 照 系 として 熱 処 理 植 種 についても 試 験 に 供 した 連 続 した4 回 の 水 素 発 酵 試 験 の 水 素 生 成 量 の 推 移 を 図 2に 示 した 水 素 は 植 種 に 熱 処 理 を 施 した 場 合 ( 熱 処 理 植 種 )では 全 く 得 ら れないのに 対 し 熱 処 理 を 施 さない 場 合 ( 非 熱 処 理 植 種 )では 高 い 効 率 で 安 定 的 に 得 られた 4 回 の 回 分 実 験 の 水 素 生 成 量 は 平 均 1400ml/l( 最 大 1600ml/l) 発 生 したガス(H2とCO2)に 含 まれる 水 素 濃 度 は 常 に 50% 以 上 を 維 持 した また 発 酵 過 程 の 有 機 酸 組 成 を 解 析 した 結 果 熱 処 理 植 種 では 培 地 に 含 まれている 乳 酸 ( 約 15000mg/l)は 殆 ど 消 費 されなかった これに 対 して 非 熱 処 理 植 種 では 乳 酸 がほぼ 全 て 消 費 され 主 に 酢 酸 ( 約 3800mg/l)やプロピオン 酸 ( 約 3700mg/l) 酪 酸 ( 約 2000mg/l) 吉 草 酸 ( 約 1300mg/l)の 増 加 が 確 認 された このように 乳 酸 を 利 用 して 水 素 発 酵 を 行 う 微 生 物 群 を 獲 得 した 9 熱 処 理 植 種 で 明 確 な 水 素 生 成 を 示 すものが 全 く 得 ら れなかったことは 既 往 の 研 究 と 同 様 の 結 果 といえる しかしながら 非 熱 処 理 植 種 において 乳 酸 を 利 用 して 効 率 的 な 水 素 発 酵 を 行 う 微 生 物 が 存 在 することは 新 た な 知 見 であった このようなことから 水 素 発 酵 の 前 提 条 件 とされていた 熱 処 理 が 必 要 である と 乳 酸 は 利 用 できない は 熱 処 理 すると 乳 酸 は 利 用 でき ない でもある また 乳 酸 を 利 用 したければ 熱 処 理 をしてはいけない を 加 える 必 要 がある 9 5. 乳 酸 利 用 水 素 生 産 微 生 物 (LU-HPB)の 提 案 さてそれでは 微 生 物 学 的 側 面 つまり 獲 得 した 微 生 物 群 がどのような 構 成 で 誰 (どの 微 生 物 )が 水 素 発 酵 の 主 役 なのかについて 理 解 を 進 める ( 33 )

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