無動力撹拌嫌気性発酵によるバイオエネルギー生産プロセスと最適化に関する研究

撹拌は高濃度有機性廃棄物のメタン発酵処理プロセスに必要不可欠な操作である。本研究の目的は、新規無動力撹拌メタン発酵処理システムについて、反応器構造の最適化、無動力撹拌システムの原理を最大限に活用することにより低コストで高効率なシステムを開発することである。また嫌気性発酵モデルを確立し、反応器内の物質転換を数式化するとともに、最適化した有機物分解プロセスをシミュレーションすることにより有機物をエネルギーに最大限に変換させ、バイオガス生成効率の向上を目指す。以下に本研究による成果の概要を示す。（1）無動力撹拌嫌気性発酵反応器構造の最適化：H26年の研究結果に基づき、実験用無動力撹拌反応器を構築し、有機性廃棄物のメタン発酵反応におけるCFD研究方法のフィージビリティーの検証とCFD結果の修正を行った。反応器構造の最適化を図り、最適な撹拌混合を実現することができる条件を明らかにした。（2）嫌気性消化モデルの確立と実際の処理プロセスのシミュレーションおよび予測：これまでに得られた研究成果に基づき、有機物嫌気性消化プロセスの数式化・モデル化を行った。有機物除去効率およびバイオマスエネルギー生成量を検討することにより、無動力撹拌システムの運転特性を明らかにした。その結果、研究発表の欄にまとめたように、第一著者の査読付き論文2編および共著論文として多くの学術論文を完成した。

撹拌は高濃度有機性廃棄物のメタン発酵処理プロセスに必要不可欠な操作である。本研究の目的は、新規無動力撹拌メタン発酵処理システムについて、反応器構造の最適化、無動力撹拌システムの原理を最大限に活用することにより低コストで高効率なシステムを開発することである。また嫌気性発酵モデルを確立し、反応器内の物質転換を数式化するとともに、最適化した有機物分解プロセスをシミュレーションすることにより有機物をエネルギーに最大限に変換させ、バイオガス生成効率の向上を目指す。以下に本研究による成果の概要を示す。（1）無動力撹拌嫌気性発酵反応器構造の最適化：H26年の研究結果に基づき、実験用無動力撹拌反応器を構築し、有機性廃棄物のメタン発酵反応におけるCFD研究方法のフィージビリティーの検証とCFD結果の修正を行った。反応器構造の最適化を図り、最適な撹拌混合を実現することができる条件を明らかにした。（2）嫌気性消化モデルの確立と実際の処理プロセスのシミュレーションおよび予測：これまでに得られた研究成果に基づき、有機物嫌気性消化プロセスの数式化・モデル化を行った。有機物除去効率およびバイオマスエネルギー生成量を検討することにより、無動力撹拌システムの運転特性を明らかにした。その結果、研究発表の欄にまとめたように、第一著者の査読付き論文2編および共著論文として多くの学術論文を完成した。