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しげのぶひろき
7 years ago
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1 第 36 回優秀環境装置日本産業機械工業会会長賞住友重機械エンバイロメント株式会社 1. 開発経緯 1.1 開発の趣旨近年ビール飲料工場や食品工場では排水処理に UASB EGSB 等の嫌気性処理が採用されることが多いしかし UASB EGSB システムに高濃度 SS が流入すると設備に悪影響を及ぼすことがあるこのため高濃度 SS が排出される工場では UASB EGSB の前段に初沈槽や加圧浮上槽を設けてこれを防止しているこれら初沈槽や加圧浮上槽で分離された濃縮汚泥は余剰汚泥と混合し脱水されて場外搬出されコンポスト化等されているがこの処理エネルギーと処理コストは比較的大きいそこで初沈汚泥の可溶化 ( 減容 ) および可溶化液からのエネルギー回収を目的とし SS 可溶化システムを開発した 1.2 開発目標 1 有機汚泥 (VS) 可溶化率 40% 以上 2 安全性とコストメリットを踏まえた加温エネルギーを考慮のこと 3 効果的な可溶化槽内攪拌ができること 4 シンプルかつコンパクトな装置構成とすること 5 原価回収 3 年以内とすること 1.3 開発経緯 SAT(Super Anaerobic Treatment) アサヒビール株式会社との嫌気性処理共同開発チーム結成同チームで嫌気処理排水中の SS 分離装置および可溶化の試験開始 SS 可溶化システム関係特許出願 SS 可溶化槽関係特許出願 SS 可溶化システム関係特許出願概略可溶化条件決定可溶化液からのメタンガス回収量確認 SS 可溶化を含む低濃度嫌気処理設備 1 号機を納入嫌気処理排水中の SS を対象とした可溶化詳細条件決定 (SAT チーム活動終了 ) SS 可溶化対象汚泥を初沈汚泥に変更可溶化槽攪拌適正化アルカリ回収量の確認 SAT-Chel 商標出願( 登録商標第号 ) 商品基本システムおよび機器特許出願 ( 特願 ) 初沈汚泥を対象とした新型 SS 可溶化システムとして 2 号機を納入 ~6 号機納入 -49-

2 2. 装置説明 2.1 SS 可溶化 +メタンガス回収システムの概要本システムは熱アルカリおよび機械的せん断力により良好な可溶化反応を実現させた効率的な温度コントロールと NaOH 添加制御によりベストな可溶化条件を維持させ更に反応槽では特殊な流れと効果的なせん断力を発生させ可溶化率の向上を図っている本システムフローを図 2-1 に示す biogas effluent influent Steam NaOH excess sludge sedimentation tank P P P P [SAT-Chel] sludge solubilization system UASB (EGSB) system 図 2-1 SAT-Chel システムフロー例まず初沈引抜汚泥や加圧浮上フロスを可溶化槽へ受け入れ熱アルカリとせん断力により可溶化処理する可溶化液は初沈槽または加圧浮上槽入口に戻され可溶化液の SS( 未可溶化分 ) は再度分離され濃縮汚泥の一部として引き抜かれる可溶化液上澄み中の溶解性有機物は UASB EGSB で嫌気性処理されメタンガスとしてエネルギー回収される ( 特許出願済み ) またアルカリ性の可溶化液を初沈へと返送するため酸発酵の進んだ排水の中和剤としてアルカリが回収再利用され更には初沈槽がアルカリ側となることで初沈槽での臭気発生が抑制されるというメリットもある SS 可溶化槽の実機写真を図に示す図号機写真図号機写真 -50-

3 2.2 SS 可溶化の原理 (1) 装置の構成装置概略構成を図 2-4 に示す本申請の SS 可溶化 +メタンガス回収システムは 2 初沈槽 ( または前段加圧浮上槽 ) と 12 可溶化槽移送ポンプと 5SS 可溶化槽と 15 可溶化槽攪拌ポンプと 13 可溶化液返送ポンプ更に温度コントロール設備一式と ph コントロール設備一式により構成される温度コントロールは通常蒸気で加温する ph コントロールはアルカリ薬品 (NaOH 等 ) を用いる図 2-4 SS 可溶化 + メタンガス回収システム参考フロー (2) 原理 SS 可溶化の原理は 1 NaOH による有機物の加水分解 ( アルカリ加水分解 ) 例えば以下のようにたんぱく質のアミド結合の加水分解や油脂のエステルを加水分解 ( ケン化 ) R-NHCO-R + NaOH R-NH2 + R-COONa R-COO-R' + NaOH R-COONa + R'-OH 2 加温による可溶化熱エネルギーによる SS 変性溶解の促進高温高圧での可溶化は可溶化率は向上するものの可溶化液に難分解性有機物が残留し後段嫌気処理によるガス回収は不可能となるためあえて大きなエネルギーを必要とする高温高圧での可溶化とはせず中高温常圧での可溶化としている 3 撹拌せん断力による可溶化せん断力による SS の細分化溶解の促進本システムでは可溶化槽の攪拌に特徴があ -51-

4 り可溶化槽の底部への汚泥が堆積防止や槽全体に適度なせん断力をかけることができる構造としている 3. 成果 3.1 性能 ( 安全性耐久性等 ) (1) 装置能力運転条件と性能例 1 対象汚泥 : ビール工場初沈汚泥 + 嫌気性汚泥対象汚泥量 :120 m 3 /d 汚泥濃度 : 約 mg/l 初沈形式 : 円形沈殿槽可溶化槽容量 :40 m 3 SS 可溶化率 : 平均 46 % 処理条件と性能例 2 対象汚泥 : ビール工場初沈汚泥対象汚泥量 :54 m 3 /d 汚泥濃度 : 約 mg/l 初沈形式 : 高速凝集沈殿槽スミシックナー可溶化槽容量 :15 m 3 SS 可溶化率 : 平均 45 % (2) 装置性能安全性本 SS 可溶化 +メタンガス回収システムは以下のとおり操作性環境面での安全性が高い 1 操作安全性装置の運転は全て自動化されており前後の関連設備とインターロックを取ることにより安全に起動 / 停止を行なえるようにしている駆動部分は各種小型ポンプ空気作動弁のみであり大型回転機器が無い又駆動部回転体等には安全カバーを設けて巻き込まれ災害を防止しさらに危険表示により注意喚起を図っている機器は全て床面から手の届く高さに設置しており日常の機器メンテナンスでは高所作業の必要が無い SS 可溶化槽は基本的に中高温常圧の環境としている高温高圧ではないため安全である 2 環境安全性 SS 可溶化槽は密閉構造としていることから汚泥の飛散や臭気の漏洩が無く作業環境を汚染する可能性が無いものとしている SS 可溶化槽内はアルカリ性であり基本的に臭気の発生がほとんど無い高い騒音振動を発生する機器が無いことから設置場所の騒音振動問題を発 -52-

5 生させる危険性が無いものとしている本装置の渦巻きポンプ軸封は全て無注水としアルカリ液が外に漏れないものとしている耐久性申請の装置全体として 1 号機を 2005 年 12 月に住友重機械エンバイロメント株式会社 ( 当時住友重機械工業株式会社水環境事業部 ) が納入以降 4 年以上の実施設での連続実績により長期の耐久性や安定運転に対する信頼性を確認している 1 耐久性 SS 可溶化槽本体についてはいずれの施設もトラブルは無く 4 年以上の耐久性が確認できている渦巻きポンプや付帯計装機器についても 4 年以上の運転実績でもトラブルはなく運転できており長期の耐久性が望める状況である 2 安定運転の信頼性以下の通り設置施設において長期に渡る安定した処理を確認しており十分に信頼できる装置であることを確信している納入施設のいずれにおいても既設処理設備との連動により常時無人運転されており良好な SS 可溶化性能を発揮している 3.2 特許の有無本申請装置に関しては以下の基本特許について出願中であるほか関連特許については登録済みである基本特許出願名称 : 排水処理装置出願番号特願出願中関連特許出願名称 : 有機性廃水の処理装置特許号登録済みアサヒビール株式会社と共願 3.3 維持管理 ( 容易さ低コスト等 ) (1) 運転操作性装置起動停止はタッチパネルによる連動自動運転が標準供給量は自動にて基本的に連続投入とし流量計とコントロールバルブ等で流量自動調整とした可溶化液排出は基本的に可溶化槽のレベルにて可溶化液返送ポンプを制御とした ph コントロールは ph 指示値による NaOH ポンプのコントロールと汚泥流量に対しての比例制御とした可溶化槽の底部への汚泥が堆積防止や槽全体に適度なせん断力をかけるための攪拌切替は自動弁としタイマー制御とした -53-

6 (2) メンテナンス性構造がシンプルなことから定期的なメンテナンス範囲は極めて少ない以下の通りメンテナンスも容易に行なえるよう工夫している渦巻きポンプは無注水のダブルメカニカルシールとし基本的にメンテナンスフリーとしている駆動部が少ないことから給油部分も少なく日常のメンテナンスを必要とする部分は極端に少ない ph 計はライン設置型とし全ての機器をフロアからメンテナンスできるものとした (3) 維持管理コスト施設の維持管理コスト面で本申請装置の設置により小さなランニングコストで大きな低減効果を上げることが出来た熱源には基本的に蒸気を用いるが可溶化液をメタン発酵することによりメタンガス経由で熱回収される加温は基本的に中高温のため使用蒸気量よりも回収蒸気が上回り熱回収できるためメリットが生じる可溶化薬品としてアルカリ剤を用いるが実際の可溶化反応で消費するアルカリ度は添加した量の 10~40% 程度であったこのため残りのアルカリ分は初沈槽に返送されることにより酸性傾向の排水と混合し中和剤として回収されるこのため可溶化反応で消費される薬品量は少ないものとなる SS 可溶化槽の攪拌はポンプ攪拌のみであり攪拌動力は小型の渦巻きポンプ 1 台のみと非常に小さい 3.4 経済性 2 号機納入のデータを基に本システム導入前後の年間メリット計算を行った汚泥削減結果まずは実際の汚泥削減効果を検証した汚泥削減結果を表 2-1 に示す表 2-1 SS 可溶化 +メタンガス回収システム導入前後の工場からの脱水汚泥搬出量導入前 2 ヶ月平均 (H19.12~20.1) 導入後 2 ヶ月平均 (H20.12~21.1) 1 排水量 m 3 147, ,227 2 脱水初沈汚泥搬出量 kg-wet 371, , /1 kg-wet/m 工場では月ごとに生産量が違うため排水 1m 3 を原単位として汚泥削減効果を比較した導入前は排水 1m 3 あたりの脱水汚泥搬出量は 2.52kg であったが導入後は 1.39 となったこのため実績として ( )/ % 削減されている -54-

7 可溶化液からのメタン発酵によるガス回収エネルギー量初沈にて再度分離された可溶化液上澄みは UASB(EGSB) によりメタン発酵を行いガス回収されるこの発生メタンガスからの回収蒸気エネルギーを表 2-2 に示す表 2-2 発生メタンガスと回収蒸気エネルギー導入前 2 ヶ月平均 (H19.12~20.1) 導入後 2 ヶ月平均 (H20.12~21.1) 脱水初沈汚泥量 kg-wet/m 可溶化液からの Nm メタンカス回収量 /m 3 回収熱量 kj/m 3 0 4,727 搬出汚泥含水率 75% CODcr/SS=1.78 可溶化液上澄みのメタン発酵試験でのガス化率 280NL-CH 4 /CODcr より本システムを導入することにより排水 1m 3 あたり 4,727 kj の回収熱量と算出される (37,180 kj/nm 3 -CH 4 ボイラー効率 90% として計算 ) -55-

8 コストメリット算出方法コストメリット算出のまとめを表 2-2 に示す ( ) 年間稼動日にて算出 1 SS 可溶化槽必要電力 2 SS 可溶化槽必要蒸気 3 回収蒸気 4 汚泥処分削減費 5 汚泥削減による脱水機動力削減費 6 汚泥削減による脱水ポリマー削減費 7 SS 可溶化槽 NaOH 消費量設備条件単価他各項目費用合計 SS 可溶化設備表 2-2 ランニング削減コスト試算 1 汚泥処理量 54 m3/d 2 汚泥濃度 ( 入口 SS) 40,400 mg/l 3 汚泥 ( 入口 )T-CODcr 82,400 mg/l 4 汚泥 ( 入口 )F-CODcr 10,500 mg/l 5 汚泥温度 32 6 可溶化槽撹拌方法 P ポンプ攪拌 7 CODcr 可溶化率 45 % 8 SS 可溶化率 45 % 9 可溶化処理液 ( 上澄み ) ガス化率 280 L-CH4/kg-CODcr 10 可溶化 NaOH 添加濃度 168 mmol/l 11 可溶化後 HCl 滴定濃度 104 mmol/l 12 脱水機動力 30.0 kw 13 現状脱水機稼働時間 10.0 h/d 14 脱水汚泥含水率 75 % 15 電力 7.8 \/kwh 16 蒸気 3.2 \/kg 17 汚泥処分費 18,500 \/m3 18 脱水ポリマー 900 \/kg 19 NaOH 40 \/kg-100% 20 排水処理設備年間稼働日 300 日 1 SS 可溶化槽必要電力 535 \/d 2 SS 可溶化槽必要蒸気 2,095 \/d 3 回収蒸気 18,822 \/d 4 汚泥処分削減費 72,647 \/d 5 脱水機動力削減費 892 \/d 6 脱水ポリマー削減費 8,835 \/d 7 SS 可溶化槽 NaOH 消費量 5,564 \/d 8 年間削減費用 =( ) 年間稼動日 27,901 k\/y 年間稼働日を 300 日とすると導入後では年間コストメリットは 2790 万円と算出され非常に大きなコストメリットとなる -56-

9 3.5 将来性汚泥の削減は一般的に大きなコストメリットを生むため多くの事業体での需要がある本 SS 可溶化 +メタンガス回収システムは現在初沈汚泥対象としての実績のみであるが活性汚泥の余剰汚泥やそのほかの有機汚泥も可溶化の対象とすれば大きく適用範囲を広げられると思われる既存の排水処理設備に UASB や EGSB 等の嫌気性処理を用いている事業体においては本 SS 可溶化 +メタンガス回収システムは簡単に導入しやすいものでありわずかな初期投資で非常に大きなメリットを生むことが出来る可能性が高く普及は進むものと予想される 3.6 独創性 (1) シンプルなシステムフローと装置構成について既存排水処理設備に初沈槽と UASB(EGSB) があれば SS 可溶化槽ユニットおよび付帯ポンプ類の設置および入口出口の配管接続と必要ユーティリティー ( 電気計装エア蒸気のみ ) の接続のみでわずかな初期投資で非常に大きなメリットを生むことが出来る (2)SS 可溶化槽の効果的な攪拌について本システムでは可溶化槽の攪拌に特徴がありわずかな動力で可溶化槽の底部への汚泥が堆積防止や槽全体に適度なせん断力をかけることができる構造としている (3) 本 SS 可溶化 +メタンガス回収システム導入の様々なメリットについて 1 汚泥減容のメリット汚泥処分量 ( 費用 ) の削減 2 エネルギー回収のメリットメタン発酵によるエネルギー回収 3 電力削減のメリット汚泥減容のため脱水機の稼働時間が減少 4 薬品削減のメリット汚泥減容のため脱水ポリマー量が減少 5 臭気発生の低減一般的に初沈槽は酸発酵による有機酸臭や硫酸還元による硫黄系臭気の発生がありアルカリ脱臭の必要性があるが本 SS 可溶化 +メタンガス回収システムを導入すると初沈槽内の ph は全体的に弱アルカリ側へと維持され臭気の発生がほとんど無くなる 3.7 今後の規制に対する対応策本 SS 可溶化 +メタンガス回収システム導入により以下のとおり今後予想される法整備や規制強化に対しても対策が容易である (1) 環境負荷としての CO 2 排出量規制強化本設備 2 号機の運転データに基づき年間稼働日 300 日と仮定して本設備導入による CO 2 削減効果を計算すると 1 電力削減 - 5 t-co 2 /y 2 蒸気回収 -236 t-co 2 /y 3 汚泥削減 - 41 t-co 2 /y 1+2+3= -282 t-co 2 /y と大きな CO 2 削減効果をもたらしている (2) 廃棄物削減と循環型社会への寄与これまでビール工場飲料工場食品工場他での初沈汚泥はそのまま脱水され処分されることがほとんどであったこの廃棄物として取り扱われていた初沈汚泥は可溶 -57-

10 化 +メタン発酵することにより有価物に変化させることができる本 SS 可溶化 +メタンガス回収システム導入により循環社会へ寄与できるものと考える (3) 臭気対策への寄与本 SS 可溶化 +メタンガス回収システム導入により初沈槽の悪臭防止効果が得られる 4. 応用分野現在初沈汚泥を対象としての実績のみであるが活性汚泥の余剰汚泥やその他の有機性廃棄物に適用も検討している -58-

Microsoft Word - ⑥ pp61-81　タクマ様　原稿.doc

Microsoft Word - ⑥ pp61-81　タクマ様　原稿.doc 第 35 回優秀環境装置日本産業機械工業会会長賞株式会社タクマ 1. 開発経過 1.1. 開発の趣旨乙類焼酎 ( いわゆる本格焼酎 ) の生産において蒸留過程で有機物を含む余剰廃液である焼酎粕が発生する焼酎粕の利用としては飼料化肥料化があるがエネルギーを加えて製造したにもかかわらず飼料肥料は供給過剰になり現状は未利用のまま廃棄されているものが多い一方焼酎製造には蒸留工程等で熱エネルギーを必要とする