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。

在本研究中，我们进行了一项实验研究，旨在开发下一代膜生物反应器（MBR）-超临界水气化方法。在超临界水气化中，利用实际污水处理厂的剩余污泥进行实验，在压力25 MPa、温度300℃～600℃、污泥浓度2wt%～10wt%的条件下测量污泥的气化特性。，阐明了各种反应条件的影响。气体(H_2、CH_4、CO_2)的量随着反应温度和反应时间的增加而增加，但只有CO随着反应时间的增加而减少，这被认为是由于水煤气变换反应所致。此外，还证实，通过向反应体系中添加Na_2CO_3或NaOH，H_2的产生量显着增加。我们还研究了污水污泥和食物垃圾共气化处理的可能性，并证实与单独处理相比，将两者混合可以提高气化率。在反应体系中添加Ni和K_2CO_3,在温度500℃、压力25MPa、反应时间30min、污泥/标准垃圾重量比3:7(含水率90%)条件下气化率为90%。实现了。利用这些结果，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，我们通过实验研究了超临界水中无机盐沉淀形成的原位催化剂的行为。通过测量含有钛颗粒的超临界水中的质量平衡，我们阐明了 K、Na、Ca 和 Mg 的硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐和氯化物的行为。已证实钛根据无机盐的种类表现出较强的还原作用，通过将其用于污水污泥的超临界水气化，可以像NH_3一样提高气化率并回收氮。此外，关于MBR超临界气化系统的能源独立性设计条件，发现降低污泥含水率和降低MBR鼓风比尤为重要，这对未来的技术发展至关重要。获得一些好的指导方针。