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次世代MBR-超臨界水ガス化法による都市下水処理場のイノベーション

新一代MBR——超临界水气化法城市污水处理厂的创新

基本信息

批准号：
21656132
负责人：
山本和夫
金额：
$ 2.11万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、次世代メンブレンバイオリアクター(MBR)-超臨界水ガス化法の開発を目的として実験的検討を行った。超臨界水ガス化においては、実下水処理場の余剰汚泥を用いて実験を行い、圧力25MPa、温度300℃～600℃、汚泥濃度2wt%～10wt%の条件において汚泥のガス化特性を測定し、各種反応条件の影響を明らかにした。反応温度の上昇及び反応時間の増加に伴い発生ガス(H_2,CH_4,CO_2)量は増大したが、COのみ反応時間の増加に伴い水性ガスシフト反応によると思われる減少を示した。また、反応系にNa_2CO_3又はNaOHを添加することによりH_2生成量が格段に増加することを確認した。下水汚泥と生ごみの共ガス化処理の可能性についても検討を行ったところ、両者の混合により、単独処理時よりもガス化率が向上することを確認した。温度500℃、圧力25MPa、反応時間30分、下水汚泥・標準生ごみ混合重量比3:7(含水率90%)の条件において、反応系にNiとK_2CO_3を添加することによりガス化率90%を達成した。この結果を用い、下水汚泥ガス化プロセス及びMBRも含めたシステム全体のエネルギー収支の検討を行った。一方で、超臨界水中における無機塩の析出により生成するin-situ触媒の挙動について実験的検討を行った。チタン粒子の存在する超臨界水中における物質収支の測定により、K,Na,Ca,Mgの硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、塩化物塩の挙動を明らかにした。無機塩の種類によってはチタンが強い還元的作用を示すことが確認され、下水汚泥の超臨界水ガス化に利用することにより、ガス化率の向上や、窒素分のNH_3としての回収が図れる可能性を示した。またMBR-超臨界ガス化のシステムとしてエネルギー自立となる設計条件について、汚泥含水率を下げることやMBRの送風倍率を下げることが特に重要であることなどが判明し、今後の技術開発にむけ重要な指針を得ることができた。

This study aims to investigate the development of supercritical water reactor (MBR)-supercritical water reactor (SCW) for the next generation. Supercritical water treatment process is carried out under the conditions of pressure 25MPa, temperature 300℃~600℃, sludge concentration 2wt%~10wt%. The increase of reaction temperature and reaction time is accompanied by the increase of the amount of H_2, CH_4, CO_2, and the increase of reaction time of CO is accompanied by the decrease of the amount of H_2 and CO_2. It is confirmed that the Na_2CO_3 and NaOH are added to the reaction system, and the H_2 production is increased. The possibility of sewage sludge co-generation and co-treatment is discussed in the paper. The mixing of sewage sludge and co-treatment is discussed in the paper. Under the conditions of temperature 500℃, pressure 25MPa, reaction time 30 minutes, sewage sludge: standard raw material mixture weight ratio 3:7(moisture content 90%), reaction system Ni and K_2CO_3 addition, reaction rate 90% was achieved. The results of this study include a comprehensive review of the use of sewage sludge in the treatment of wastewater and wastewater. On the other hand, the investigation of the precipitation of inorganic impurities in supercritical water and the formation of in-situ catalysts is carried out. Determination of the presence of particles in supercritical water and the movement of K,Na,Ca,Mg, nitrate, sulfate, carbonate, and other substances The effect of inorganic pollutants on the recovery of NH_3 in sewage sludge was investigated. The design conditions of MBR-supercritical fluid system are as follows: sludge moisture content is reduced, MBR air supply ratio is reduced, and it is particularly important to identify and obtain important guidelines for future technological development.