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
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目 次
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
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１．事業の概要
概 要 実施期間 予算総額 実 施 者 プロジェクト リーダー 平成１８年度～平成２０年度 （３年間） １５２.４百万円 （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） 東海染工株式会社 東海染工株式会社 塩川 正人（主任研究者） 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。ばいじん
２．事業の目的・政策的位置付け
２-１．事業の目的
汚泥
44.3%
木屑 1.4% 金属屑 2.6% 廃ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ 1.5% ｶﾞﾗｽ・陶器屑 1.2% 廃酸 1.3% 他 3.1% 4% 鉱さい 5.1% 動物の糞尿 20.9% 建設資材 14.5% 合計 4億1849万トン 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。4
２-２．政策的位置付け①
「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。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
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政策的位置付け③
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政策的位置付け④
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。３．目標
３－１．全体目標
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 余剰汚泥の減容 目標値＝ＢＯＤ汚 泥転換率１％以下 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。 実設備における 処理水質の改善 （固液分離性の 向上） 実設備の処理水のＢ ＯＤ・ＳＳ濃度とも ２０ｍｇ／Ｌ以下を 目指す。 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。 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。３－２．個別要素技術の目標
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 ・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 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。 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 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。 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。 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。 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。10
実証設備の概念
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／ｍ３・日] ＢＯＤ汚泥転換率：40～50％ 活性汚泥槽 工場排水 沈殿槽 処理水 返送汚泥 余剰汚泥 活性汚泥法 （従来法） ゲル槽 工場排水 汚泥減容槽 固液分離装置 処理水 余剰汚泥 汚泥減容システム 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／ｍ３・日、 最大5.0 ｋｇ／ｍ３・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％「クラゲール」 菌付着1ヶ月後
素材
ポリビニルアルコール
（PVA）
直径４mmの球状
比重1.025
微細孔の網目構造
馴養
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/ｹﾞﾙ 固定化。微生物固定化担体「クラゲール」（ゲル）
４．成果、目標の達成度
４－１．全体成果
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。 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。 一部 達成 実設備の処理水質のＢＯＤ・ ＳＳ濃度とも２０ｍｇ／Ｌ以 下を目指す。 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 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。処理水のＢＯＤ成分濃度グラフ
処理水 0 10 20 30 40 50 60 70 H18.5 .31 H18.9 .8 H18.1 0.26 H19.1 .18 H19.3 .8 H19.5 .10 H19.6 .14 H19.7 .26 H19.9 .6 H19.1 0.11 H19.1 1.22 H20.1 .10 H20.2 .21 H20.3 .27 H20.4 .23 H20.6 .12 H20.7 .30 H20.9 .18 H20.1 0.30 H20.1 2.11 B O D 濃度 [m g/L ] ゲル槽導入前 ゲル槽導入後(処理能力安定後) ゲル槽導入直後処理水のＳＳ濃度グラフ
処理水 0 10 20 30 40 50 60 H18.5 .31 H18.9 .8 H18.1 0.26 H19.1 .18 H19.3 .8 H19.5 .10 H19.6 .14 H19.7 .26 H19.9 .6 H19.1 0.11 H19.1 1.22 H20.1 .10 H20.2 .21 H20.3 .27 H20.4 .23 H20.6 .12 H20.7 .30 H20.9 .18 H20.1 0.30 H20.1 2.11 H21.1 .22 ＳＳ 濃度 [m g/L ] ゲル槽導入前 ゲル槽導入後(処理能力安定後) ゲル槽導入直後４－２．個別要素技術成果
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 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。16 BOD処理状況 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 3/9 4/28 6/17 8/6 9/25 11/14 B OD （ m g / L ） 原水 ゲル槽 処理水
パイロットプラント ＢＯＤ処理状況
パイロットプラント ＳＳ濃度の推移
処理水SS 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 7/27 8/6 8/16 8/26 9/5 9/15 9/25 10/5 10/15 10/25 11/4 M LS S （m g/ L） ゲル槽 沈殿槽処理水 ◆ゲル槽 ●処理水18
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 推 移 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 / 1 7 8 / 6 8 / 2 6 9 / 1 5 1 0 / 5 1 0 / 2 5 1 1 / 1 4 汚 泥 量 （ k g ） 流 入 汚 泥 量 積 算 値 全 汚 泥 量 線 形 ( 全 汚 泥 量 ) 線 形 ( 流 入 汚 泥 量 積 算 値 ) 日 付 汚 泥 減 容 分要素技術 目標・指標 成果 達成度 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 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。 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
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実設備でのゲル槽のＢＯＤ処理性
担体槽におけるBOD処理性 0 100 200 300 400 500 4/28 8/6 11/14 2/22 6/1 9/9 12/18 3/28 7/6 日付 B O D (m g/L ) 0 20 40 60 80 100 B O D 除去 率( %) 原水 ゲル槽処理水 除去率 2007年 2008年 2009年 95% ゲル槽におけるＢＯＤ処理性５．事業化、波及効果
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。 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。 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。22 2010 2008 2020 2030 2006 本研究終了 本 研 究 目標装置販売費 １０，０００百万円 目標数 ８５設備
今後の検討課題と売上見通し
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 技 術 確 立 完 了 装置販売費 ２０，０００百万円 目標数 １７０設備 波及効果 ●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。 2011～2020 2021～203023
６．研究開発マネジメント・体制等
６-１．研究開発計画
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）24
