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。

这项研究进行了实验研究，目的是开发下一代膜生物反应器（MBR） - 易于临界水气化方法。在超临界水气化中，使用来自实际污水处理厂的过量污泥进行实验，并在25 MPa的条件下测量污泥的气化特性，温度为300°C至600°C，污泥浓度为2 wt％至10 wt％，从而揭示了各种反应条件的影响。随着反应温度和反应时间的升高，产生的气体量（H_2，CH_4，CO_2）增加，但CO仅显示出降低，而随着反应时间的增加，水气体转移反应似乎是由水气体移位引起的。还确认将Na_2CO_3或NaOH添加到反应系统中会显着增加产生的H_2的量。我们还检查了污水污泥和食物浪费进行共融化处理的可能性，并确认两者的混合可以提高与单个治疗相比的气化率。在温度为500°C的条件下，污水污泥和标准食品废物的压力为25 MPa，反应时间为3：7，与水含量为90％），Ni和K_2CO_3混合在反应系统中，以达到90％的加油速率。使用这些结果，我们研究了整个系统的能量平衡，包括污水污泥气化过程和MBR。另一方面，对超临界水中无机盐的沉淀产生的原位催化剂的行为进行了实验研究。在存在钛颗粒的超临界水中的质量平衡的测量表明，K，Na，Ca和Mg的硝酸盐，硫酸盐，碳酸盐和氯化物盐的行为。已经证实，钛取决于无机盐的类型表现出很强的还原作用，并且通过将其用于污水污泥的超临界水气化，已经表明，可以提高气化速率，并且可以将氮含量的恢复为NH_3。此外，发现降低污泥水含量并降低MBR空气吹动比在能源支持的设计条件下尤其重要，作为MBR占地危机气化的系统，并获得了未来技术开发的重要准则。