ビジネスグリッドコンピューティングプロジェクト事後評価の概要について

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みりああいきょう
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1 第 1 回繊維分野におけるエネルギー使用合理化技術開発補助金プロジェクト事後評価検討会資料 5-1 排水処理における余剰汚泥の減容技術開発の概要について平成 21 年 11 月 19 日経済産業省製造産業局繊維課東海染工株式会社

2 目次 1 1. プロジェクトの概要 2. 目的政策的位置付け 3. 目標 4. 成果目標の達成度 5. 事業化波及効果 6. 研究開発マネジメント体制等

3 1. 事業の概要 2 概要余剰汚泥の発生量が多い染色排水に対してゲル槽と汚泥減容槽とを組み合わせたシステムを用いて汚泥減容効果を検証しエネルギーの低減環境負荷の低減最終処分量の削減を図るものである実施期間平成 18 年度 ~ 平成 20 年度 (3 年間 ) 予算総額百万円 ( 平成 18 年度 :83.1 百万円 19 年度 :41.6 百万円 20 年度 :27.7 百万円 ) 実施者東海染工株式会社プロジェクトリーダー東海染工株式会社塩川正人 ( 主任研究者 )

4 2. 事業の目的政策的位置付け 2-1. 事業の目的 3 廃フラスチック 1.5% 金属屑 2.6% 木屑 1.4% ばいじん 4% カラス陶器屑 1.2% 鉱さい 5.1% 建設資材 14.5% 廃酸 1.3% 他 3.1% 動物の糞尿 20.9% 合計 4 億 1849 万トン汚泥 44.3% 産業廃棄物種別排出量汚泥は産業廃棄物の約半分を占めることから排出量を削減することは社会的にも経済的にも大きな意味を持つそこで排水処理の生物処理設備から排出される余剰汚泥に対して微生物の自己酸化作用を利用して減容させるシステムを適用することにより産業廃棄物を削減することで省エネを図ることを目的とする

5 2-2. 政策的位置付け 1 4 エネルギー基本計画 (2007 年 3 月閣議決定 ) 新国家エネルギー戦略 (2006 年 5 月 ) 第 3 期科学技術基本計画 (2006 年 7 月財政経済一体改革会議 ) 京都議定書目標達成計画 (2005 年 4 月閣議決定 ) において推進すべき技術開発としてエネルギーに係る分野が示されている本研究開発はこれらに基づき二酸化炭素 ( 温室効果ガス ) の排出削減による地球温暖化の抑制に貢献することを目的として経済産業省において取りまとめた省エネルギー研究開発プログラムに位置付けられるエネルギー使用合理化繊維関連次世代技術開発のテーマの一つとして実施されたものであるなお平成 20 年 4 月に経済産業省の研究開発プログラムが再編されエネルギー使用合理化繊維関連次世代技術開発は現在エネルギーイノベーションプログラムの 1-Ⅰ 総合エネルギー効率の向上 / 超燃焼システム技術に位置付けられている

6 政策的位置付け 2 経済産業省技術戦略マップ2009 ( ファイバー分野 ) 環境対策等の項の繊維製造関連の環境負荷の低減排水処理装置に位置付けられる 5

7 政策的位置付け 3 6 経済産業省技術戦略マップ2009 (3R 分野技術 ) 重点課題 : 最終処分量削減対象物質 : 汚泥大分類 : 発生抑制技術 ( リデュ-ス ) 小分類 : 発生削減詳細技術 : 汚泥発生抑制水処理技術技術番号 :3R1015

8 政策的位置付け 4 7 経済産業省省エネルギー技術戦略 2009 超燃焼システム技術の技術戦略マップの重要技術で常温に近い条件を使う方法生物機能を利用した省エネ型循環産業の構築に資することを目的とした技術に相当する

9 3. 目標 3-1. 全体目標余剰汚泥の発生量の多い染色排水においてゲルを用いた汚泥減容システムの適用性を検証する具体的には実設備における余剰汚泥の減容と処理水質の改善 ( 固液分離性の向上 ) を目標とする研究開発項目目標指標設定理由根拠等実設備における余剰汚泥の減容実設備における処理水質の改善 ( 固液分離性の向上 ) 実設備における余剰汚泥の減容目標値 =BOD 汚泥転換率 1% 以下実設備の処理水の B OD SS 濃度とも 20mg/L 以下を目指す汚泥は BOD 成分をエサとして増殖し余剰汚泥となる本研究開発によるシステムは余剰汚泥を減容させることが目的でありその度合いを BOD 汚泥転換率で評価することとする従来の活性汚泥法では BOD 汚泥転換率が 40~50% であるためそれを限りなくゼロ近づけることを目標とした放流規制値は BOD 平均濃度 30( 最大 40)mg/L 以下 SS 平均濃度 30( 最大 40)mg/L 以下であり BOD SS 濃度ともに東海染工株式会社内基準である 20 mg/l 以下を目標とした

10 3-2. 個別要素技術の目標 9 余剰汚泥の発生量の多い染色排水においてゲルを用いた汚泥減容システムの適用性を検証する具体的には実設備における余剰汚泥の減容と処理水質の改善 ( 固液分離性の向上 ) を目標とする要素技術目標指標設定理由根拠等パイロットスケールによる汚泥減容の検証東海染工の実設備へ導入した後のゲル槽性能運転管理技術の確立 BOD 汚泥転換率 :1% 以下処理水 BOD/SS 濃度 :20mg/L 以下ゲル槽の BOD 除去率 :95% 以上実設備でのゲル槽での BOD 除去率 :95% 以上汚泥の特別な管理が不要で薬品の連続的注入調整を不要とする容易な運転条件の確立を目指す従来の活性汚泥法では BOD 汚泥転換率 40~50% でありそれをゼロに近づける実設備の放流規制値をクリアするゲル槽の後段の汚泥減容槽への負荷を低減させるために設定した余剰汚泥減容が出来放流水質もクリアする状態で難しい技術や知識を必要としない容易な運転管理が必要である

11 実証設備の概念 10 活性汚泥法 ( 従来法 ) 工場排水活性汚泥槽沈殿槽処理水返送汚泥余剰汚泥活性汚泥槽 : 細菌を餌にしている原生動物や後生動物と BOD 成分を分解する細菌等で構成された汚泥により BOD 成分を処理する槽槽内に汚泥を維持させるため沈殿槽から一部汚泥を返送する [BOD 容積負荷 ( 標準 ):0.45 kg/m 3 日 ] BOD 汚泥転換率 :40~50% 汚泥減容システム工場排水余剰汚泥処理水ゲル槽汚泥減容槽固液分離装置ゲル槽 : ゲルとは BOD 成分を分解するのに必要な細菌類を高濃度に保持できる微生物固定化担体のこと細菌類を高濃度に保持できるため曝気槽に対して 10% の充填で高負荷運転が可能となる [BOD 容積負荷 ( 実績 ) : 平均 2.5 kg/m 3 日最大 5.0 kg/m 3 日 ] 汚泥減容槽 : 低汚泥負荷で運転し微生物を自己酸化させ汚泥の増殖を抑制する BOD 汚泥転換率 :1%

12 微生物固定化担体クラゲール ( ゲル ) 11 クラゲール菌付着 1 ヶ月後馴養素材ポリビニルアルコール (PVA) 直径 4mm の球状比重微細孔の網目構造電子顕微鏡写真微生物 ( 細菌 ) が表面から内部増殖し約 10 億個 / ケル固定化

13 4. 成果目標の達成度 4-1. 全体成果実設備では導入前の BOD 汚泥転換率 24% から 10% まで減容できたが目標の 1% 以下には到達できなかった処理水質はシステム導入前に比べて改善されたが常時目標値は維持できなかった従って今後も継続して検討する目標指標成果達成度実設備の BOD 汚泥転換率 1% 以下を目指す実設備の処理水質の BOD SS 濃度とも 20mg/L 以下を目指すシステム導入前の BOD 汚泥転換率 24% から導入後は約 10% まで減容でき汚泥処分に要する燃料等のエネルギー及び汚泥処分費は 2/5 まで下げることが出来たしかし目標の 1% 以下には到達できなかったため継続して汚泥減容対策を検討していく BOD は平均 13mg/L で放流目標値の 20mg/L 以下を達成 SS 濃度はシステム導入前に比べて平均 20mg/L と改善されているが一部 2 0mg/L を越えることがあり常時推移には至っていない一部達成一部達成

14 BOD 濃度 [mg/l] 処理水の BOD 成分濃度グラフゲル槽導入直後処理水ゲル槽導入前ゲル槽導入後 ( 処理能力安定後 ) H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H

15 処理水の SS 濃度グラフ SS 濃度 [mg/l] 処理水 60 ゲル槽導入直後ゲル槽導入前ゲル槽導入後 ( 処理能力安定後 ) H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H

16 4-2. 個別要素技術成果 15 パイロットスケールでは目標を達成した実設備では導入前の BOD 汚泥転換率 24% から 10% まで減容できたが目標の 1% 以下には到達できなかった従って今後も継続して検討する要素技術目標指標成果達成度パイロットスケールによる汚泥減容の検証 BOD 汚泥転換率 :1% 以下処理水 BOD/SS 濃度 : 20 mg/l 以下ゲル槽のBOD 除去率 : 95% 以上約 4 ヶ月間余剰汚泥を引抜かずに運転出来 BOD 汚泥転換率は 0% であった処理水 BOD SS 濃度は平均約 10mg/L で 20mg/L 以下を達成したゲル槽 BOD 除去率は平均 95% 以上で目標を達成した達成

17 パイロットプラント BOD 処理状況 BOD(mg/L) 16 BOD 処理状況 650 原水 600 ゲル槽 550 処理水 /9 4/28 6/17 8/6 9/25 11/14

18 パイロットプラント SS 濃度の推移 MLSS(mg/L) 17 処理水 SS ゲル槽沈殿槽処理水処理水 /27 8/6 8/16 8/26 9/5 9/15 9/25 10/5 10/15 10/25 11/4

19 パイロットプラント汚泥減容槽での汚泥減容状況の推移汚泥量 ( 汚泥量推移流入汚泥量積算値全汚泥量汚泥減容分 /17 8/6 8/26 9/15 10/5 10/25 11/14 日付

20 19 要素技術目標指標成果達成度ゲル槽での BOD 除去率は 80 ~90% で目標を常時達成することは出来なかった東海染工の実設備へ導入した後のゲル槽性能実設備でのゲル槽での BOD 除去率 :95% 以上そこでゲル槽の安定化運転を図るために高濃度排水と低濃度排水を分流させたところ効果が見られたので引き続き確認していく一部達成運転管理技術の確立汚泥の特別な管理が不要で薬品の連続的注入調整を不要とする容易な運転条件の確立を目指すパイロットでは汚泥の管理は不要となったが実設備では原水の流入負荷変動の影響により BOD 汚泥転換率は 10% に留り完全な汚泥減容のシステムとして運転することが出来なかった未達成

21 実設備でのゲル槽の BOD 処理性 BOD(mg/L) BOD 除去率 (%) ゲル槽における担体槽におけるBOD BOD 処理性原水ゲル槽処理水除去率 % /28 8/6 11/14 2/22 6/1 9/9 12/18 3/28 7/ 年 2008 年日付 2009 年

22 5. 事業化波及効果 21 生物処理槽から排出され産業廃棄物となっている余剰汚泥は約 1,900 万トン / 年と推定され予想されるマーケットはおよそ 2 兆円とされる本研究開発で実証した汚泥減容システムは汚泥発生量低減による汚泥処分エネルギーの削減 ( 汚泥の脱水運搬焼却埋立などの省エネ ) や最終処分場の確保が困難という観点からは活性汚泥法で対応している排水処理設備の全てに波及効果が期待される狭義的には多量の余剰汚泥発生に苦慮している当染色業界に対しての波及効果であるがとりわけ多量の余剰汚泥を排出している公共下水場に展開できれば省エネ効果も大きいしかし汚泥減容効果がまだ目標に達成できていないため検討を継続する今後の検討課題 1 汚泥減容効果の確認 2 省エネ効果の明確化汚泥引抜き量低減による汚泥処分費 ( 電力費 ) の削減効果を明確にする 3 運転管理技術の確立汚泥管理を殆ど必要としない運転技術を確立する

23 22 今後の検討課題と売上見通し 2006 本研究終了波及効果汚泥減容効果の確認省エネ効果明確化運転管理技術の確立事業化本研究技術確立完了 2011~2020 目標装置販売費 10,000 百万円目標数 85 設備 2021~2030 汚泥処分エネルギーの削減 ( 汚泥の脱水運搬焼却埋立等 ) 汚泥運搬量も減り車両減による CO2 の排出抑制に貢献微生物を飢餓状態にするため難分解性 COD も分解できる可能性があり環境負荷低減に寄与できる装置販売費 20,000 百万円目標数 170 設備

24 6. 研究開発マネジメント体制等 6-1. 研究開発計画 23 平成 18 年度本研究開発を遂行する上でベースとなる技術を確認するため 1/3000 スケールのパイロットプラントを製作し実証実験を行ったその結果を基に実機の改造設計を行い一部の改造工事に着手した ( 資金 :83.1 百万円 ) 平成 19 年度実設備の改造工事を実施し 7 月より確認作業に入った ( 資金 :41.6 百万円 ) 平成 20 年度目標に到達するための検討を行い実設備に対し追加改造工事を実施し検証作業を行った ( 資金 :27.7 百万円 ) ( 資金合計 :152.4 百万円うち補助金 99.8 百万円 )

25 6-2. 体制 24 東海染工染色加工事業部経理担当管理部長主任研究者塩川クラレ ( 協力企業 ) 浜松事業所工場長実施場所責任者榛葉実験担当荻窪実験担当佐野実験担当

26 6-3. 費用対効果放流水質を規制値以下に維持し余剰汚泥の発生を抑えることができ排水処理における使用電力量の削減運搬車両が使用するガソリンの削減等省エネルギーに寄与するまた最終処分場の問題解決にも寄与する 25 原油節約量の予測 1 脱水機の運転エネルギー 72 千 Kwh/ 年施設 (2003 年度東海染工浜松事業所実績 ) 原油換算 18KL/ 年施設 (2.54KL- 原油 /10.000Kwh) 2 処分 ( 運搬焼却埋立 ) に要するエネルギー余剰汚泥の処分費の 1/3 を処分に要するエネルギー費と推定する余剰汚泥の処分費は 35,000 円 / トンとする余剰発生量を 1,120 トン / 年施設とすると原油換算 401KL/ 年施設 1+2=419KL/ 年施設のエネルギー削減となる金額換算では 14,072 千円 / 年施設 (15 円 /Kwh) (C 重油単価 =35 千円 /KL 原油換算値 =1.08KL 原油 /KL C 重油 )

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7 8 9 10 11 12 13 14 15 過剰に増殖した活性汚泥余剰汚泥を除去上澄液を放流図1 4 活性汚泥法のイメージ図 ① 連続式の運転をする活性汚泥法 a 連続式活性汚泥法連続式活性汚泥法は畜舎汚水の活性汚泥処理法の基本的な方法です図 1 5 BOD 容積負荷を 0.5kg/ 日以下の条件で短時間に処理する方法で基本的な処理条件を満たしていれば処理水の色度も比較的低く

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