熱可溶化高効率嫌気性消化システム

を行うことにしている。

Vol. 36　No. 135　2012/4 下水汚泥有効利用の課題と日本下水道事業団における取り組み

理が行われるのに対し、本技術では後段で消化脱水汚 泥を対象に熱可溶化が行なわれることから、次のよう な多くの特徴を有している。

① 脱水汚泥を対象に処理することから、可溶化の ための熱エネルギーが極めて少ない

② 熱バランスを調整するための熱交換器を必要と しない

③ 消化されずに残った汚泥のみを熱可溶化するた め熱の効率的使用が可能となる

④ 消化後の汚泥を加温するため、生汚泥を加温す る方式に比べ臭気問題が極めて少ない

⑤ 汚泥の脱水性が大きく改善される

（3）実証プラントの概要と実験結果 1）実証プラントの概要

熱可溶化高効率嫌気性消化システムの開発におい ては、H18年度からのベンチスケールでの基礎実験 に続いて、平成22年度には消化タンク容量15m³の

実証プラントを猪名川流域下水道原田処理場（大阪 府豊中市）に設置した。実証プラントの概要を表 3−4に、プラント外観及び熱可溶化タンクを写真 3−2に示した。

原田処理場では混合生汚泥を嫌気性消化処理

（37℃中温消化、消化日数30〜35日）したあと機械 脱水し、焼却処理を行っている。実証プラントでは この消化タンク投入前の混合濃縮生汚泥を配管途中 から一部分岐して用い、H22年５月〜H23年５月ま での約１年間にわたって実証テストを行った。

2）可溶化投入率と有機物分解率（VS除去率）

消化タンクへ投入する混合生濃縮汚泥のTS量

（kg/日）に対する可溶化タンク投入TS量（kg/日）

の比率を可溶化投入率と呼んでおり、本熱可溶化高 効率嫌気性消化システムにおける有機物分解率やガ ス発生量に係わる重要運転管理要素の一つである。

図3−7は、実証プラントにおける可溶化投入率 図3−6　熱可溶化タンクの構造

表3−4　実証プラントの概要

写真3−2　実証プラントの外観（左）、熱可溶化タンク（右）

とVS除去率（有機物分解率）の関係を示したもの である。可溶化投入率が0.2程度のときのVS除去率 は50％程度であったものが、可溶化投入率0.7程度 ではVS除去率70％以上にまで高くなっている。ち なみに原田処理場の既設消化タンクにおけるVS除 去率は47％程度であった。

3）ガス発生特性

図3−8は、実証プラントにおける投入VS当りの ガス発生量と、原田処理場におけるそれとを比較し て示したものである。可溶化処理を行っていない原 田処理場のガス発生量は0.39〜0.45 Nm³/kg-VSに対

し、消化日数が短い（有機物負荷として1.5〜2.0倍 高い）実証プラントのそれは0.49〜0.63Nm³/kg-VS と、２〜４割大きな値が得られている。ちなみに、

発生ガス中のCH4濃度は、既設処理場においては56

〜60％であるのに対し、熱可溶化実証プラントにお いては61.6〜62.6％（平均62.3％）と若干高い値で 安定していた。

4）脱水性の改善効果

嫌気性消化汚泥は生汚泥に比べ、通常粗繊維分が 少なく、かつ汚泥粒子が細かいため難脱水性を示す。

しかし、熱可溶化処理することで細胞壁の破壊や細 図3−7　可溶化投入率とVS除去率（有機物分解率）

図3−8　ガス発生量　既設（原田処理場）との比較

Vol. 36　No. 135　2012/4 下水汚泥有効利用の課題と日本下水道事業団における取り組み 胞内結合水、結晶水等の性状改変により脱水性の改

善が期待できる。そこで、処理能力2.0m³/hrの高効 率型遠心脱水機の実機を用いた脱水試験により確認 を行った。試験では、実証プラントにおける熱可溶 化消化汚泥以外に、比較対照のため実際の原田処理 場における消化汚泥についても行った。試験の結果 を表3−5に示す。薬注率等を変えて複数回試験を 行ったが、通常消化汚泥におけるケーキ含水率が 80％程度であったものが、熱可溶化消化汚泥におい ては71〜72％というレベルまで脱水が可能であるこ

とが確認された。　　　　　　　

なお、熱可溶化消化汚泥と通常消化汚泥の脱水ろ 液について調べた結果では、SSやT-Pについてはほ とんど差は見られなかったものの、CODやT-N濃度 においては10〜20％程度熱可溶化した場合高くなる 傾向が認められた。

（4）導入効果について 1）創エネルギー効果

汚泥中有機分の分解ガス化率が向上することか ら、通常消化の1.5倍の高VS負荷で運転しても、投 入有機物当りのガス発生量は20〜40％増加すること が確認された。

2）汚泥減量効果

熱可溶化処理による汚泥中有機分の分解率向上に 合わせて、汚泥の脱水性状が大きく改善（脱水汚泥 含水率が５〜８％低下）することから、図3−9に

示すように、発生する脱水汚泥の量は未消化処理に くらべ７〜８割り減、通常消化汚泥に比べ３割〜５ 割削減される。

3）省エネルギー効果

脱水汚泥含水率が71〜75％程度にまで処理できる ため、処分すべき汚泥量が大幅に削減できるほか、

汚泥有効利用するに当たり緑農地利用のための乾 燥・コンポスト化や固形燃料利用のための乾燥・炭 化のための必要熱エネルギー量が大幅に削減可能と なる。

4）未利用バイオマスの有効利用

消化タンクの有機物負荷量を1.5〜２倍に高める ことができることから汚泥処理能力に余裕が生じ、

新たな消化タンク建設を省略したり、下水汚泥以外 表3−5　消化汚泥の実機脱水試験結果

図3−9　減量効果のイメージ図

の近隣で発生する未利用バイオマス（生ごみ、し 尿・浄化槽汚泥、OD（オキシデーションディッチ）

法汚泥、家畜糞尿など）の受け入れが可能となる。

特に、し尿・浄化槽汚泥やOD法汚泥、家畜糞尿な どメタン発酵性の低いバイオマスの分解ガス化率向 上に大きく貢献できる。

3.3　汚泥から直接電気を取り出す生物電池の研究