1. 日本のエネルギー事情と下水道

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1 下水処理場をエネルギー拠点に - 下水道革新的技術実証事業 (B-DASH)- 1. 日本のエネルギー事情と下水道 2.B-DASH( 仕組みと概要 ) 3.B-DASH( 実証技術内容 ) 4. 今後の展開 国土交通省国土技術政策総合研究所下水道研究部長堀江信之

2 1. 日本のエネルギー事情と下水道

3 1. 日本のエネルギー事情と下水道 < 日本のエネルギー事情 > エネルギーの大半を輸入 + 原発事故 + 京都議定書 < 汚水処理 > 大量のエネルギー消費 ( 電力の 0.7%) 自治体最大級の温室効果ガス発生 急がれる再生可能エネルギー リンも全量輸入 大きな潜在エネルギー 大量のリン含有

4 下水処理の仕組み ( 一般例 ) 下水 最初沈殿池 生物反応槽 < 水処理施設 > 最終沈殿池 処理水 生汚泥 余剰汚泥 < 汚泥処理施設 > ( 焼却炉 ) ( 消化槽 ) 汚泥脱水機 ( 炭化炉 ) メタンガス ( コンホ スト化 ( 発酵 ) 施設 ) 焼却灰炭化燃料コンポスト

5 発生汚泥量 ( 千 DS-t) 2,500 2,000 1,500 1, 下水汚泥リサイクル率 その他 緑農地利用 埋立 消化ガス利用は含まれない 下水汚泥のリサイクル拡大 年度 燃料化等 1996(H8 年 ) 汚泥減量化努力義務導入 建設資材利用 ( セメント化 ) 建設資材利用 ( セメント化以外 ) 下水汚泥リサイクル率 (%)

6 下水汚泥のバイオマス等利用の現状 汚泥燃料 0.8% 消化ガス 12.4% 緑農地利用 11.2% バイオマスとして未利用 75.6% 2009 年度時点で 下水道バイオマスリサイクル率は約 24% にとどまっている ( 汚泥中の総バイオマス量 179 万トン )

7 下水道施設からの温室効果ガス排出量の推移 800 処理水量 +38% 14,000 温室効果ガス排出量 ( 万 t-co2) CH4, N2O 発生 電力 その他汚泥焼却燃料その他汚泥処理水処理 +48% +39% +57% -13% +34% +96% +65% 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 処理水量 ( 百万 m3) 出典 : 国土交通省調査

8 下水道が有する資源 下水汚泥中の固形物 有機物 無機物 8 割 2 割 エネルギー利用緑農地利用建設資材利用 下水道バイオガス 下水汚泥固形燃料等 肥料 土壌改良材等 セメント原料 レンガ 骨材等

9 下水道が有するエネルギーポテンシャルと現状 下水汚泥 下水熱 賦存量下水汚泥発電可能量 :36 億 kwh/ 年発生量 約 67 万世帯 223 万トン / 年の年間電力消 ( 乾燥ベース ) 費量に相当 7,800Gcal/h 下水処理量 : 約 1,500 万世 140 億 m 3 / 年帯の年間冷暖房熱源に相当 利用状況 エネルギー利用割合約 1 割 下水熱利用の地域熱供給 3 箇所

10 農業 食品に係るわが国へのリン輸入量と排出量

11 2.B-DASH( 仕組みと概要 )

12 2.B-DASH( 仕組みと概要 ) 下水道革新的技術実証事業 (B-DASH フ ロシ ェクト * ) の目的 * Breakthrough by Dynamic Approach in Sewage High Technology Project 下水道における省エネ 創エネ化の推進を加速するためには 低コストで高効率な革新的技術が必要 特に 革新的なエネルギー利用技術等について 国が主体となって 実規模レベルの施設を設置して技術的な検証を行い ガイドライン策定し全国展開 新技術のノウハウ蓄積や一般化 標準化等を進め 海外普及展開を見据えた水ビジネスの国際競争力強化も推進

13 採択から委託研究の仕組み B-DASH 評価委員会 (H23~) 公募審査 成果評価 事務局 本省下水道部 国総研下水道研究部 実証研究 共同研究体 ( 企業等 地方公共団体 ) 委託研究契約 共同研究体 ( 企業等 ) 協力 地方公共団体 実施箇所数 規模等は委員会にて検討 企業 協力 地方公共団体

14 B-DASH プロジェクトの導入スケジュール 実証 導入スケジュール 1 年目 2 年目 3 年目 4 年目以降 施設設置 実証実験 必要に応じ共同研究 ガイドライン化 必要に応じ改定

15 平成 23 年度公募技術 ( 約 24 億円 ) 公募技術 流入 1 水処理 ( 固液分離 ) 下水処理場 放流 下水処理 エネルギー 下水汚泥 汚泥処理 発電所工場等 2 ガス回収 バイオガス 3 ガス精製 4 ガス発電 都市ガス工場等 処理場内利用等

16 平成 24 年度公募技術 ( 約 27 億円 ) 公募技術 流入 管きょ 6 下水熱利用 熱 エネルギー 場内 場外利用 資源 肥料 水処理 ( 固液分離 ) 7 窒素除去 8 リン回収 下水汚泥 ガス回収 下水処理場 下水処理 汚泥処理 5 固形燃料化 バイオガス ガス精製 ガス発電 放流 エネルギー 発電所工場等 都市ガス工場等 処理場内利用等

17 平成 23 年度採択事業 (2 件 ) 実証対象テーマ 実証事業名実施者実証フィールド 1 水処理 2 ガス回収 4 ガス発電 1 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 メタウォーター 日本下水道事業団共同研究体 大阪市中浜下水処理場 2 ガス回収 3 ガス精製 2 神戸市東灘処理場再生可能エネルギー生産 革新的技術 神鋼環境ソリューション 神戸市共同研究体 神戸市東灘処理場

18 平成 24 年度採択事業 (5 件 ) 実証対象テーマ 5 固形燃料化 5 固形燃料化 6 下水熱利用 7 窒素除去 8 リン回収 実証事業名実施者実証フィールド 温室効果ガスを排出しない次世代型下水汚泥固形燃料化技術 廃熱利用型低コスト下水汚泥固形燃料化技術 管路内設置型熱回収技術を用いた下水熱利用 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 神戸市東灘処理場栄養塩除去と資源再生 ( リン ) 革新的技術 長崎市 長崎総合科学大学 三菱長崎機工 JFE エンジニアリング 大阪市 積水化学 東亜グラウト 熊本市 日本下水道事業団 タクマ 水 ing 神戸市 三菱商事アグリサービス 長崎市東部下水処理場 松山市西部浄化センター 大阪市海老江下水処理場 熊本市東部浄化センター 神戸市東灘処理場

19 3.B-DASH( 実証技術内容 )

20 1 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研究 研究受託者 : メタウォーター 日本下水道事業団共同研究体 実施場所 : 大阪市中浜下水処理場 研究概要 : 流入下水の固液分離 担体を用いた高温消化 燃料電池を用いたハイブリッド発電を組合わせたシステム技術の実証

21 実証技術の概要 放流 下水 浮上ろ材を用いたろ過によるバイオマスの徹底回収 超高効率固液分離 地域バイオマス ( ホテル等からの食品残渣等 ) 汚泥 浮上ろ材 メタンガス回収増 高効率高温消化 上澄水 流入負荷低減による省エネ 水処理 ( 反応槽 ) 燃料電池と需要コントロールによる効率的発電 スマート発電

22 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実証施設全体 超高効率固液分離 高効率高温消化 生ごみ前処理 ガスホルダ - ハイブリッド燃料電池

23 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 23 年度実証データ原水濃度と除去率 (SS) 超高効率固液分離槽 除去率 (%) SS 除去率 今回データ近似線 提案時の水質除去仮定 SS 濃度 (mg/l) 原水 ろ過水 想定原水 SS 濃度 145mg/L 目標 SS 除去率 66% 実証研究データ流入原水 SS 37~280mg/L SS 除去率 64%( データ近似線より ) 概ね達成(24 年度に改良済 )

24 効果 ( プレ F/S) 想定規模人口 10 万人下水量 5 万m3 / 日 従来の下水処理場 初沈 + 反応槽建設費 15 億円維持管理費 6500 万円 / 年 中温消化建設費 17 億円維持管理費 2300 万円 / 年 ガスエンジン発電建設費 3 億円維持管理費 900 万円 / 年 従来のごみ焼却場 ごみ焼却建設費 17 億円維持管理費 2300 万円 / 年 B DASH 革新的技術を用いた下水処理場 超高効率固液分離 + 反応槽建設費 16 億円維持管理費 5200 万円 / 年 高温消化建設費 8 億円維持管理費 3400 万円 / 年 スマート発電システム建設費 5 億円維持管理費 0 万円 / 年 ごみ焼却汚泥処理に生ごみを取り込むことで ごみ焼却のコスト不要 建設費計 43 億円 29 億円 33% 維持管理費計 ( 年 ) 1.05 億円 0.86 億円 / 年 18% 削減

25 2 神戸市東灘処理場再生可能エネルギー生産 革新的技術実証研究 ( KOBE グリーン スイーツプロジェクト ) 研究受託者 : 神鋼環境ソリューション 神戸市共同研究体 実施場所 : 神戸市東灘処理場 研究概要 : 食品 木質系バイオマスとの混合消化 鋼板製消化槽の導入 精製装置のパッケージ化等を組み合わせたシステム技術の実証

26 実証技術の概要 地域バイオマス受入 消費エネルキ ー 建設コスト低減 食品系 高効率ヒートポンプ 脱水性の向上 天然ガス自動車燃料 木質系 建設コスト 工期低減 内部可視化 鋼板製消化槽 新型バイオガス精製システム 都市ガス導管注入 動力 建設コスト低減 26

27 神戸市東灘処理場再生可能エネルギー生産 革新的技術実証施設全体 ( 赤文字が実証施設 ) 鋼板製消化槽ヒートポンプ設備 ( 既設 ) 球形ガスホルダ 円筒形中圧ガスホルダ (3 台 ) 新型バイオガス精製設備 ( 既設 ) ガス精製装置

28 神戸市東灘処理場再生可能エネルギー生産 革新的技術 23 年度実証データ 地域バイオマス有無によるガス発生量比較 地域バイオマス投入定常負荷 投入基質当たりガス発生量 [m 3 N/m 3 ] 約 1.7 倍 /22 2/1 2/11 2/21 3/2 3/12 3/22 ヒートポンプ 鋼板製消化槽 下水汚泥 + 地域バイオマス 日付 [ 日 ] 下水汚泥のみ バイオガス精製前後の主な組成 バイオガス精製設備 対象新型精製装置管理基準対象ガス精製前精製後 CH 4 vol% 以上 CO 2 vol% 39.2 <0.1 O 2 vol% 未満 H 2 S ppm 540 < 以下 シロキサン mg/m 3 N 42.9 < 以下

29 効果 ( プレ F/S) 人口 10 万人想定汚泥 7t-DS/ 日 革新的技術 下水汚泥 7.0 t-ds/ 日地域ハ イオマス 3.4 t-ds/ 日 バイオマス前処理 高効率機器導入による維持費低減 高機能鋼板製消化槽 4,000m 3 下水熱回収高効率ヒートポンプ バイオガス 4,630m 3 N/ 日 新型バイオガス精製装置 バイオマス受入によるガス量増大バイオガスを精製しガス会社へ販売 従来技術 地域バイオマス 3.4 t-ds/ 日焼却 下水汚泥 7.0 t-ds/ 日 RC 製消化槽 3,500m 3 温水ボイラ バイオガス 2,630m 3 N/ 日 従来型バイオガス精製装置 従来技術 革新的技術 縮減率 建設費 ( 百万円 / 年 ) % 維持管理費 ( 百万円 / 年 ) ( 収入 ) 156% LCC % 温室効果ガス ( 吸収 ) 年間 950tCO2 削減

30 3 温室効果ガスを排出しない次世代型 下水汚泥固形燃料化技術実証研究 研究受託者 : 長崎市 長崎総合科学大学 三菱長崎機工 ( 株 ) 共同研究体実施場所 : 長崎市東部下水処理場研究概要 : 連続式水熱反応器と高速消化による消化ガスを用いた固形燃料化技術の実証

31 実証技術の概要 濃縮汚泥 水熱反応器

32 期待される成果 固形燃料化行程で化石燃料を使用しないため温室効果ガスの削減 汚泥処分にかかる費用の大幅削減 有機肥料としてそのまま転用可能 地域バイオマス受入処理が可能

33 4 廃熱利用型低コスト下水汚泥固形燃料化 技術の実用化に関する実証研究 研究受託者 :JFE エンジニアリング ( 株 ) 実施場所 : 松山市西部浄化センター研究概要 : 焼却炉廃熱を利用した表面固化乾燥による乾燥汚泥燃料化とその焼却炉利用に関する技術の実証

34 実証技術の概要 各種工場 製鉄所等 汚泥焼却炉補助燃料削減 発電所石炭代替 脱水汚泥 廃熱の有効利用 廃熱 エネルギー供給 固形燃料化物 汚泥固形燃料 実証規模 : 約 4 [t-ds/day] 表面固化乾燥機 ( 革新的技術 ) RDF 混合燃料検討

35 期待される成果 省エネ乾燥 ( 低温廃熱 (200~300 ) 利用 ) 保有熱量大 ( 従来炭化燃料と比較して ) 粉塵を抑制 ( 棒状成形 + 静的な乾燥 ) 悪臭を抑制 ( 固化膜形成による表面固化 )

36 5 管路内設置型熱回収技術を用いた 下水熱利用に関する実証研究 研究受託者 : 大阪市 積水化学工業 ( 株 ) 東亜グラウト工業 ( 株 ) 共同研究体実施場所 : 大阪市海老江下水処理場研究概要 : 管更正部材に熱回収管を組み込んだ未処理下水の熱回収技術の実証

37 実証技術の概要 管路更正工事と同時に下水熱回収システムを設置

38 期待される成果 SPR 工法による管更生に併せて熱交換器設置 下水との直接接触による熱回収効率化 ポンプ スクリーン等の取水設備が不要 下水管渠からの熱交換のため 熱需要の多い都市部の広範囲での導入が可能

39 6 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 研究受託者 : 熊本市 地方共同法人日本下水道事業団 ( 株 ) タクマ共同研究体実施場所 : 熊本市東部浄化センター研究概要 : 固定床を用いたアナモックス反応による脱水汚泥返流水の窒素除去技術の実証

40 実証技術の概要 嫌気性消化汚泥脱水ろ液 部分亜硝酸化工程 亜硝酸化槽 調整槽 嫌気条件下でアンモニアと亜硝酸を窒素ガスに変換 アナモックス工程 アナモックス槽 処理水 ( 既設水処理施設へ )

41 期待される成果 送風量を従来より削減 メタノール添加不要により低コスト化 汚泥発生量削減 固定床型生物反応槽の採用により 単体の流動がないため維持管理が容易 付着固定化担体の利用により菌が高密度化し 運転が安定

42 7 神戸市東灘処理場栄養塩除去と資源再生 革新的技術実証研究 ~KOBE ハーベスト ( 大収穫 ) プロジェクト ~ 研究受託者 : 水 ing( 株 ) 神戸市 三菱商事アグリサービス ( 株 ) 共同研究体実施場所 : 神戸市東灘処理場研究概要 : 消化汚泥からの直接リン回収技術の実証

43 実証技術の概要 リン除去 回収装置 水酸化マグネシウム ph 調整剤 消化汚泥 239 m3 / 日 リン除去消化汚泥 脱水行程返流水負荷低減 回収 MAP 量 (360kg/ 日 ) 消化汚泥中のリンをリン酸結晶 (MAP) として析出させて効率的に回収

44 期待される成果 リン回収量が大幅に増加 薬品添加率を大幅に削減 肥料原料利用の際のハンドリング性 加工性を向上

45 4. 今後の展開

46 革新的技術の全国展開の流れ 民間企業 新技術の開発 ( パイロットプラント規模 ) 国土交通省 (B-DASHプロジェクト) 新技術を実規模レベルにて実証 ( 実際の下水処理場に施設を設置 ) 新技術を一般化し ガイドラインを作成 地方公共団体 全国の下水処理施設へ新技術を導入

47 プロジェクトの効果 LCC の大幅縮減 省エネ 創エネ化 水ビジネスの国際展開支援 国際的な基準づくりに反映 実証プラントをトップセールス等に活用

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