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Novel environment-friendly biogas desulfurization and anaerobic digestate treatment by sulfur oxidation/nitrification and microalgae reactors

硫氧化/硝化与微藻反应器新型环保沼气脱硫及厌氧沼渣处理

基本信息

批准号：
19J15095
负责人：
関根睦実
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Soka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

有機性廃棄物のメタン発酵処理の後段処理技術として、生成バイオガスの脱硫および排液（消化液）の栄養塩除去を低環境負荷で行える「硫黄酸化・硝化細菌―微細藻類 2槽式プロセス」を研究開発した。本年度は、細菌槽について、模擬バイオガス（H2S 0.5%）の脱硫および消化液の硝化の単一槽処理を検討した（研究１）。その後、後段に二重円筒型微細藻類生産槽を設け2槽を同時に連続運転した（研究２）。研究１：完全混合型膜反応槽を外付けO2供給塔と併用した。100 mg/L/dの硫化物負荷速度下で、供給H2Sは全量がSO42-に酸化され、排ガス中のH2Sは検出限界以下を維持した。消化液中のNH4+はほぼ全量がNO3-に硝化され、バイオガスおよび消化液の同時脱硫・硝化処理を達成した。脱硫ガスへのO2混入量は平均0.4%となり、爆発限界酸素濃度13%、および天然ガスグリッドへのバイオガス導入に対する主な基準酸素濃度0.5%を下回り、脱硫ガスの利活用に向けて安全性が確認できた。研究２：細菌槽で処理したメタン発酵消化液は、微量金属を補填したのちに無希釈で微細藻類槽へ供給し、光連続照射、5日の水理学的滞留時間（HRT）で、Chlorella sorokiniana NIES-2173を半連続培養した。その結果、100%の脱硫-硝化能、乾燥重量で9.8 g/m2/dの微細藻類生産性、および23%の消化液中の窒素除去能が得られた。屋外の1日12時間の明期条件では、微細藻類生産槽のHRTを40日に延長することで排水基準値以下までの窒素除去が見込まれ、提案プロセスの高い実現可能性が示された。提案プロセスの建設・運転費用を見積もった結果、生産微細藻類と精製したバイオガスの販売による収益によって従来プロセス（バイオガスを生物脱硫; 消化液を硝化・脱窒処理）よりも高い純利益が推定された。

The research of "Sulfur Acidifying, Nitrobacteria and Microalgae 2-tank Process" for the post-treatment technology of organic waste fermentation treatment, desulfurization of organic waste and nutrient removal of effluent (digestive solution) with low environmental load was developed. This year, we will investigate the treatment of desulfurization and nitrification of digestion solution in a single tank with bacteria tank and simulation tank (H2S 0.5%)(Study 1). Two cylindrical microalgae production tanks were set up in the rear and rear sections of the reactor (Study 2). Study 1: Complete mixed membrane reactor with external O2 supply tower. At the sulfide loading rate of 100 mg/L/d, the total amount of H2S supplied was kept below the limit of SO42-acidification and H2S emission in the exhaust. The total amount of NH4+ in the digestive juice is reduced to NO3-and nitration, and simultaneous desulfurization and nitration of the digestive juice are achieved. The average amount of O2 mixed in desulfurization equipment is 0.4%, the explosive limit acid concentration is 13%, the main reference acid concentration for the introduction of natural desulfurization equipment is 0.5%, and the safety of desulfurization equipment is confirmed. Study 2: Microalgae tank treatment, micro-metal supplementation, microalgae tank supply, light irradiation, 5-day hydraulic retention time (HRT), Chlorella sorokiniana NIES-2173 and semi-continuous culture. Results: 100% desulfurization-nitrification capacity, 9.8 g/m2/d microalgae productivity by dry weight, 23% removal capacity of nutrients from digestive juice. The high possibility of removal of elements below the drainage reference value is shown under the conditions of 1 day and 12 days outdoor HRT extension for microalgae production tanks. The cost of construction and transportation of the proposed plant is estimated to be high in pure profit from the production of microalgae, purification and marketing.