戦略目標達成のための戦術
河川汚染
下水の未整備
汚泥の増加
埋立地不足
水不足
住民意識の未熟
・
・
・
・
・
・
・下水の普及(分流型)
・埋立地の改善
・自然の再生
・汚泥の資源化
・メタン発酵の普及
・正しい生活排水知識の普及
・行政の努力
人口過密な大都市でいかに合理的に水を循環させるか?
生体における循環系は?
生体の循環系
都市の循環系
心
臓
肺
諸器官
腎臓
肝臓
運輸系
商品
廃棄物
都市機能
焼却炉
下水処理場
最終処分場
下水の普及(分流型)
・分流型と合流型の下水
合流型
雨水、浴槽等の排水とトイレ・台所の排水を
分けない形式の下水
分流型
雨水、浴槽等の排水とトイレ・台所の排水を
分ける形式の下水
低濃度と高濃度の排水に分けられる
・後の処理が容易
・後の資源化が容易
・下水管が資源輸送媒体になる
(分流型でも雨水菅にトイレ下水がオバーフローする構造に
なっていることがある)
ディスポーザによる生ゴミの分別
・ディスポーザとはキッチンシンクに取り付けられた
生ゴミを粉砕して排水するミキサージューサー
生ゴミの水洗便所
(米国では一般的に普及している)
下水へ
@現在、下水への直接廃棄は認められていない
@異物を入れると装置が壊れるため生ゴミがほぼ
完全に分別できる
@水の使用量や装置の製作を考えるとエネルギー
的にもコスト的にもマイナス
便利で快適な生活ができる
とは言え
環境のためにライフスタイルを変えようという考えに立てば
「ディスポーザは反対!」になりがち
ディスポーザー +下水道直投(人口100万、CO2)
-10
0
現状ケース(脱水汚泥焼却)
A
現状ケース(脱水汚泥堆肥化)
B
ディスポーザー機器導入ケース
(脱水汚泥焼却)
C
ディスポーザー機器導入ケース
(脱水汚泥堆肥化)
D
ディスポーザー機器導入ケース
(消化ガス発電+焼却)
E
管渠
堆肥化または
化学肥料
埋立段階
ポンプ場
10
水処理場
(焼却ケース)
20
水処理場
(堆肥化ケース)
焼却灰輸送
段階
収集段階
焼却段階
ディスポーザー
機器
消化ガス発電(暫定試算)
30
Kg-C/人
40
埋立地の改善と自然の再生
埋立の問題点 ・重金属、毒物が環境に漏れる
・雨水によりゴミ中の窒素がNOxになって
環境に漏れる
・もはや候補地がない
生ゴミや汚泥が問題
屋根で雨水を防ぐ
防水シートで有毒物の
地下水への漏出を防ぐ
山間
管理型埋立地
埋立地
海岸沿い
メタン発酵について
・一般的に有機物は酸素のない条件(嫌気)で様々な微生物に
より有機酸(酢酸)、炭酸ガス、水、アンモニアに分解される。
・メタン菌は絶対嫌気条件で有機酸をメタンに変える。
水素とメタンの物性比較
水素
分子量
沸点
密度(気体)
発熱量[25℃, kcal/m3]
[25℃, kcal/kg]
可燃混合率[%](空気中)
最小点火エネルギー[mJ]
酸素中最高温度[℃]
燃焼速度[m/sec]
2.016
-252.6
8.2×10-5
2580
30972
4~75
0.02
2800
2.87
メタン
16.04
-161.2
7.17×10-4
8562
12843
5~15
0.3
2600
0.31
■ 全ての化石資源はバイオマス由来→有機物は石油関連製品に転換可能です
家庭、食品関連事業所
消化
下水処理場
エネルギー
供給
消化し
やすい
なぁ
前処理
メタンガス
量の増加
下水管
第2班
まとめ
生ゴミ
~~~
汚泥
30~60℃
活性炭の拡大写真
汚泥の微細化
活性炭
下水処理場に隣接する
石油製品化の工場
CO,CO2,H2
消化汚泥
下水汚泥254万トン/年
処理費:16000円/乾燥汚泥
食品破棄物と合わせると炭素量は
原子力発電所数基分(数百万kW)
H2O
熱
炭素:C
炭
500~700℃で元気
になった水が微細
な孔を開ける
石油製品化の工場
水
消化汚泥
1gでほぼ学校の運動場
の面積を持ち,有害物質
を強く吸い着けます。
アンモニア
水素
450℃
アンモニア
可溶化
濃縮:水を除いて濃縮




ダイオキシンの除去
環境ホルモンの除去
居住空間の改善
水処理 など
水素
窒素
結合を切る
アンモニア
触媒
可溶性有機物
亜臨界装置
吸着
脱着
反応器
(固体触媒)
アンモニア分解
(水素製造)
燃料電池用
H2
水素
可溶性有機物
水素
メタン
250-300℃
吸着塔
350℃
ケトン化:化学原料の製造
活性点
有機物ガス化
(水素製造)
触媒
ケトン
反応器
(Ni/炭素触媒)
可溶性有機物
アルコール
アルコール
触媒
250-300℃
反応器
(Fe触媒)
450℃
反応器
(ゼオライト触媒)
触媒
ケトン
ベンゼン
トルエン
キシレン
ガソリン、化学原料
オイル
BTX化:ガソリンと
化学原料の製造
エネルギー
可溶性有機物
メタン発酵
下水処理場 下水汚泥
隣接
ケトン
可溶性
有機物
消化汚泥
ベンゼン
トルエン
キシレン
鉄触媒
水
ゼオライト触媒
消化汚泥
汚泥ガソリン化工場
250-300℃
亜臨界反応器
250-300℃
鉄触媒反応器
ハイオクガソリン
450℃
(ベンゼン・トルエン
ゼオライト触媒 キシレン)
反応器
汚泥からガソリンをつくるプロセス
日明浄化場におけるディスポーザ生ゴミによる消化汚泥の増加予測
負荷量:1.65倍
(165)
消化汚泥量:1.58倍
消化汚泥
水可溶性有機質炭素としての炭素収率
(処理温度・処理時間の影響)
水可溶性有機炭素収率 (%)
90
80
70
産総県九州研究所内
実験装置
60
50
40
2.0分
5.1分
8.3分
30
20
10
0
200
220
240
260
280
処理温度 (℃)
300
320
340
鉄触媒による有機物の水蒸気分解
R1 低級炭化水素
R2
ケトン
鉄触媒
FeOx
鉄触媒
20nm
鉄 触 媒
H
2.55%
9.
O
O
C
CH3
=
2. CH
3
1.74%
C
OH
O
C
=
4. CH3
CH2
OH
CH2
CH2
CH3
6. HC
2.94%
CH2
O
O
0.918%
C
CH3
=
CH2
CH3
C
=
O
O
CH
CH2
CH2
CH3
13.
OH
15.
16.2%
1.06%
OH
O
Others
19.9%
CH3
14.
1.73%
CH3
3.72%
OH
4.69%
CH
=
CH2
O
CH2
0.832%
O
8. CH3
O
19.
1.03%
O
CH
O
7. CH CH
2
CH3
O
CH3
=
=
CH2
O
8.61%
12.
O
O
=
CH
3.90%
CH
OH
1.33%
11.
O
5. CH3
O
0.949%
OH
25.0%
=
3. CH3
18.
O
=
10.
O
OH
17.
0.861%
=
C
=
1. CH3
O
0.561%
16.
CH3
CH3
OH
1.37%
パームシェルオイルの組成
様々な有機化合物の鉄触媒による分解
acetaldehyde
OH
Palm shell
oil
phenol
gases
C
H
acetone
=
CH3
O
C
=
CH3
C
acetic acid
反
応
が
進
行
acetone
O
gases
OH
acetone
=
CH3
W/F / h
acetaldehyde
CH3
O
CH3 C CH2 CH3
acetic acid
residue
other oils
0
0.5
phenol
0.9
acetone
2.0
butanone
=
O
gases
3.9
0
20
40
60
Yield / wt%
80
100
0
20
40
60
Yield / wt%
80
butanone
100
消化汚泥由来有機物の生成物収率
反応原料:日明下水処理場(北九州市)の
消化汚泥を亜臨界分解して得た液
北大のベンチ実験装置
生成液
酢酸
MEK
アセトン
0
20
40
60
収率/%
80
100
消化汚泥由来のケトンからつくったガソリン
北大のベンチ実験装置
WHSV [ hr-1]
other hydrocarbons (<C6)
4.2
Toluene
Xylene
ぜオライト触媒
other
mono-aromatics
100nm
0.4
0
Benzene
20
40
60
80
Composition [ %mol carbon ]
100
消化汚泥からつくった
ハイオクガソリン
エネルギー投入
148.6×103MJ/d
エネルギー投入
73.8×103
(116.4×103)
消化工程
エネルギー生産
107t 173t
消化ガス
282.1×103
(439.7×103)
可溶化工程
濃縮工程
消化工程のボイラー効率:70%
それ以後の工程の熱回収:70%
(赤字はディスポーザー使用時)
単位:MJ/d
エネルギー投入
エネルギー投入
43.8×103
(69.0×103)
3.57×103
(5.63×103)
エネルギー投入
37.0×103
(58.2×103)
ケトン化工程
エネルギー投入
0.66×103
(1.06×103)
水熱ガス化工程
エネルギー生産
BTX化工程
製品
BTX : 3.54 t/d
(5.72 t/d)
燃料ガス
4918 (8002) m3/d
→ 124.6×103 MJ/d
(202.8×103 MJ/d)
消化汚泥からのガソリン製造に伴う物質・エネルギー収支
NH3分解工程
製品
H2 : 1416 m3/d
(2232 m3/d)
投入エネルギー合計
307.4×103MJ/d
398.9×103MJ/d
余剰分:94.3×103 (243.6×103) MJ/d
トピックス
Ammonia conversion [%]
80
100
W/F = 0.00178 kg-cat h/mol-total gas
Molar fraction of NH3 = 0.0297
Total Pressure=101.3 kPa
触媒1
60
Reaction:
2NH3 → 3H2+N2
工業触媒A
40
20
80
触媒3
触媒2
without steam
触媒4
Ammonia conversion [%]
100
W/F = 0.00178 kg-cat h/mol-total gas
Molar fraction of NH3 = 0.0297
Total Pressure=101.3 kPa
60
触媒1
Reaction:
2NH3 → 3H2+N2
工業触媒A
40
without steam
with steam
(NH3/H2O=1 mol/mol)
20
工業触媒B
0
300
400
Reaction temperature / ℃
Fig.1 触媒活性の比較(水蒸気無し)
500
0
300
400
Reaction temperature / ℃
Fig.2 触媒活性の比較(水蒸気の影響)
アンモニア(NH3)を水素と窒素に分解する触媒を開発
500
ダウンロード

Sewage_treament