メタン発酵排水処理システム 「とくとくーぶぶぶ」

創エネ･省エネによりコストとCO2を同時に削減できる排水処理システムです。 独自開発の技術により特に食品排水ではその殆どで利用可能となりました。

メタン発酵って何？

1.好気性処理と嫌気性処理(メタン発酵)

一般的な排水の生物処理法(活性汚泥法など)ではブロワーにより供給される酸素を利用して、微生物が水中の有機物を水と二酸化炭素に酸化分解することで処理が行われます(好気性処理)。これに対し嫌気性処理(メタン発酵)では、酸素遮断下において嫌気性(酸素を好まない)微生物の働きにより、有機物を主にメタンガスに変換する処理法です。

2.創エネルギー(エネルギーの創出)

発生するメタンガスは都市ガスの主成分であるため、ボイラーや発電機の燃料として利用することができ、その分の化石燃料の使用を抑制することが可能です。

3.省エネルギー

嫌気性処理(メタン発酵)では酸素供給の必要がないためブロワーを使用する必要がありません。ブロワーの消費電力は非常に大きく、排水処理設備における消費電力の50～80％を占めることもあります。これが不要になるので最大80％近い省エネルギーを達成することが可能です。

4.汚泥発生量の削減

5.再生可能エネルギーの売電(FIT)

食品などの排水の場合、メタン発酵から得られるバイオガスは食品原料(動植物などの天然物)に由来しています。そのためこのバイオガスを燃料にして得られた電力は再生可能エネルギーとして固定価格買取制度(FIT)の対象となります。メタン発酵バイオガス発電による電力の買取価格は、2022年現在39円/kWhと太陽光などと比較してかなり高く設定されているため大きな売電収入を得ることができます。一方でCO2削減枠も同時に販売することになるため、自社の脱炭素実績としてカウントすることはできなくなります。
※買取価格は今後改訂される可能性があります。詳細は経済産業省HPをご参照いただくか、当社までお問い合わせください。

6.メタン発酵の利点(その他)

(1) 難分解性物質の処理
嫌気性微生物は好気性の微生物と異なる代謝経路を持っています。このため好気性で処理困難な排水でも、嫌気性で処理できる可能性があります。特に芳香族物質の分解についてはその分解経路が解明されています。
(2)季節操業排水の処理
嫌気性微生物は栄養源が得られず、飢餓状態に陥った場合でも長期間生存することが可能です。このため農産物加工など特定の季節にしか排水の発生しない場合でも、処理が可能です。

7.メタン発酵の適用範囲

メタン発酵排水処理のメリットが非常に大きいものの、現状の有機性排水処理はその殆どが好気性処理によるものとなっています。これには様々な要因があるものの、メタン発酵排水処理の適用範囲が限定されていることが最大の理由となっています。これまでメタン発酵排水処理が適用されてきたのはアルコール・糖類など一部の業種に集中しており、油分やタンパク質、澱粉などを含む一般的な食品排水などには適用は困難であるとされてきました。当社はメタン発酵排水処理の適用範囲を大きく広げる新しい技術「とくとくーぶぶぶ」「とくとくーぶぶぶ」の開発に成功し、2022年現在多数の実装置が稼働しております。本技術により多くの食品排水などでメタン発酵排水処理の適用が可能になり、多くのメリットと脱炭素の実現を達成しております。

8.まとめ

	好気性処理	メタン発酵(嫌気性処理)
有機物の分解	CｘHｙOｚ　→　CO2＋H2O	CｘHｙOｚ　→　CO2＋CH４(メタンガス) 得られたメタンガスは再生可能エネルギーとして利用可能
消費電力	空気を供給するブロワーの電力大きい	空気供給の必要がなく消費電力小さい
CO２排出量	多い	再生可能エネルギーが得られ、消費電力も小さいためCO２排出量の削減が可能
汚泥発生量	多い(余剰汚泥など)	メタン発酵菌は増殖が極めて遅いため 汚泥発生量は好気性の1/5～1/10程度になります
処理水質	河川放流レベル	下水放流レベル (後処理を行うことで河川放流も可能)
適用範囲	各種排水に幅広い対応	これまで限定されてきたが「とくとくーぶぶぶ」により幅広い業種で適用可能になった

メタン発酵の原理

1.メタン発酵の反応経路

2.適用範囲の拡大

３.適用可能な排水

この技術によりデンプン、タンパク質、脂質を含む排水がメタン発酵の対象となります。メタン発酵排水処理の適用範囲は、殆どの食品工場排水、多くの化学工場に広がり、多くの工場で創エネルギー・省エネルギーを実現しCO2発生量を削減して脱炭素社会の実現に貢献することができます。

メタン発酵の実施例

1.処理フロー

　①｢分離装置｣において原水中の分解性の悪い物質が分離されます。
　②分解性の悪い物質は｢可溶化槽｣において分解性の良い物質に転換されます。(加水分解などによる低分子化)
　③転換された分解性の良い物質と元の原水は合流し、酸発酵槽において有機酸への転換が行われます。
　④UASBｰTLP(高負荷メタン発酵リアクター)において有機酸はメタンガスとCO2に転換されます。
　⑤UASBｰTLPの処理水は下水放流であれば十分に基準を満たすのでそのまま放流することが可能です。
　　本設備は河川放流であるため更に好気性処理＋凝集処理後に放流となります。
　⑥発生したバイオガスはガスホルダーで一時貯留した後、発電機の燃料となります。

2.ランニングコスト(好気性処理との比較)

	好気性処理(活性汚泥法)		嫌気性処理(メタン発酵＋回転児雷也)
	コスト[円/年]	CO2[t/年]	コスト[円/年]	CO2[t/年]
電力費	5,673,600	158	2,812,000	89
薬品費	3,722,000		4,496,000
加温用蒸気費			1,298,000	60
汚泥処分費	10,950,000	86	3,650,000	29
売電収入			-6,938,000	-133
合計	20,345,600	244	5,318,000	45

好気性処理から嫌気性(メタン発酵)処理に切り替えることで電力費と汚泥処分費が減少、薬品費は微増となり新たに冬季のみ加温用蒸気が必要となります。FIT制度を利用することで売電収益が得られるため、合計では20,345,600ー5,318,000＝15,027,600円/年のコスト削減効果があります。

更にCO2発生量も244ー45＝199t/年削減することが可能となりました。

メタン発酵のUASB-TLP

メタン発酵の適用範囲を大きく広げる技術｢とくとくーぶぶぶ｣は、メタン発酵リアクターの前段階で排水の成分をメタン発酵に適した成分に転換する技術です。一方でメタン発酵リアクター本体も最先端のUASBリアクターであり、極めて高い反応効率を誇ります。