廃棄物系バイオマスからのエネルギー生成と窒素除去のハイブリッドシステムの開発

开发用于废弃生物质发电和脱氮的混合系统

基本信息

批准号：
16F16352
负责人：
李玉友
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-11-07 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的はエネルギー回収と低炭素化に対応する革新的廃棄物系バイオマス利活用システムを開発しようとするものである。廃棄物系バイオマスからの効率的メタン生成と発酵液の低炭素型高度処理を同時に実現するために、新規前処理ユニット、嫌気性膜分離反応槽を用いたメタン発酵ユニット、担体添加型一槽式ANAMMOXを用いた窒素処理ユニットを含む新規ハイブリッドシステムを開発する。具体的には、次の研究項目に取り組む予定：(1)バイオマスの分解を促進する前処理ユニットの研究、(2)AnMBRによる可溶化バイオマスのメタン生成の効率化、(3) 担体添加型一槽式ANAMMOXを用いたメタン発酵消化液の高度処理、(4)システム評価と応用検討。この一連の研究を通して物質収支、エネルギー収支だけでなく、LCA評価も解析して、新しいシステムのエネルギー回収や低炭素化効果を明らかにする。平成30年度は中温条件で余剰汚泥を含む実廃棄物（４種類）の混合物を用いて嫌気性MBRの立ち上げを行い、混合メタン発酵の安定した処理が可能であるかどうかについて評価を行ったとともに、設計データを得た。AnMBRによる処理実験では、HRT30, 10, 5および3.5日の条件における流入CODのメタンへの変換率はそれぞれ、80%, 67%, 56%および46%であった。余剰汚泥を多く含む混合メタン発酵では、HRTを５日以下に短縮しない方がよいと考えられる。バイオガスの生成量は、HRT30, 10, 5および3.5日の条件に対応して、0.71, 0.62, 0.58, 0.46　L/投入g-VSであり、HRTの短縮に伴い顕著に減少したので、10日ぐらいが適切と考えられる。HRT5日におけるバイオガスの組成として、メタン（CH4）が57%、二酸化炭素（CO2）が33%, 硫化水素（H2S）が1900ppmであった。

这项研究的目的是开发一种支持能源回收和低碳化的创新废物生物质利用系统。为了同时实现废弃生物质高效生产甲烷和发酵液的低碳深度处理，我们开发了新型预处理装置、采用厌氧膜分离反应池的甲烷发酵装置以及加载体单槽系统开发一种新的混合系统，包括使用厌氧氨氧化的氮处理装置。具体来说，我们计划开展以下研究项目：（1）促进生物质分解的预处理装置的研究，（2）利用AnMBR提高可溶生物质生产甲烷的效率，以及（3）甲烷发酵消化物的深度处理流体采用厌氧氨氧化池，(4)系统评价及应用研究。通过这一系列的研究，我们不仅会分析物质平衡和能量平衡，还会进行LCA评估，明确新系统的能量回收和减碳效果。 2018年度，我们在中温条件下启动了使用包括剩余污泥在内的实际废物（4种）混合物的厌氧MBR，并评估了是否可以进行稳定的混合甲烷发酵处理，同时获得了设计数据。 AnMBR处理实验中，在HRT 30、10、5和3.5 d条件下，进水COD向甲烷的转化率分别为80%、67%、56%和46%。在涉及大量剩余污泥的混合甲烷发酵中，认为HRT最好不要缩短到5天以下。 HRT 30、10、5、3.5 d条件下沼气产量分别为0.71、0.62、0.58、0.46 L/g-VS投入量，且随着HRT的缩短而显着下降，因此认为10 d为宜。 HRT 5 天后的沼气成分为 57% 甲烷 (CH4)、33% 二氧化碳 (CO2) 和 1900ppm 硫化氢 (H2S)。