戦略目標達成のための戦術 河川汚染 下水の未整備 汚泥の増加 埋立地不足 水不足 住民意識の未熟 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・下水の普及（分流型） ・埋立地の改善 ・自然の再生 ・汚泥の資源化 ・メタン発酵の普及 ・正しい生活排水知識の普及 ・行政の努力 人口過密な大都市でいかに合理的に水を循環させるか？ 生体における循環系は？ 生体の循環系 都市の循環系 心 臓 肺 諸器官 腎臓 肝臓 運輸系 商品 廃棄物 都市機能 焼却炉 下水処理場 最終処分場 下水の普及（分流型） ・分流型と合流型の下水 合流型 雨水、浴槽等の排水とトイレ・台所の排水を 分けない形式の下水 分流型 雨水、浴槽等の排水とトイレ・台所の排水を 分ける形式の下水 低濃度と高濃度の排水に分けられる ・後の処理が容易 ・後の資源化が容易 ・下水管が資源輸送媒体になる （分流型でも雨水菅にトイレ下水がオバーフローする構造に なっていることがある） ディスポーザによる生ゴミの分別 ・ディスポーザとはキッチンシンクに取り付けられた 生ゴミを粉砕して排水するミキサージューサー 生ゴミの水洗便所 （米国では一般的に普及している） 下水へ ＠現在、下水への直接廃棄は認められていない ＠異物を入れると装置が壊れるため生ゴミがほぼ 完全に分別できる ＠水の使用量や装置の製作を考えるとエネルギー 的にもコスト的にもマイナス 便利で快適な生活ができる とは言え 環境のためにライフスタイルを変えようという考えに立てば 「ディスポーザは反対！」になりがち ディスポーザー ＋下水道直投（人口100万、CO2） -10 0 現状ケース（脱水汚泥焼却） A 現状ケース（脱水汚泥堆肥化） B ディスポーザー機器導入ケース （脱水汚泥焼却） C ディスポーザー機器導入ケース （脱水汚泥堆肥化） D ディスポーザー機器導入ケース （消化ガス発電＋焼却） E 管渠 堆肥化または 化学肥料 埋立段階 ポンプ場 10 水処理場 （焼却ケース) 20 水処理場 (堆肥化ケース) 焼却灰輸送 段階 収集段階 焼却段階 ディスポーザー 機器 消化ガス発電（暫定試算） 30 Kg-C/人 40 埋立地の改善と自然の再生 埋立の問題点 ・重金属、毒物が環境に漏れる ・雨水によりゴミ中の窒素がＮＯｘになって 環境に漏れる ・もはや候補地がない 生ゴミや汚泥が問題 屋根で雨水を防ぐ 防水シートで有毒物の 地下水への漏出を防ぐ 山間 管理型埋立地 埋立地 海岸沿い メタン発酵について ・一般的に有機物は酸素のない条件（嫌気）で様々な微生物に より有機酸（酢酸）、炭酸ガス、水、アンモニアに分解される。 ・メタン菌は絶対嫌気条件で有機酸をメタンに変える。 水素とメタンの物性比較 水素 分子量 沸点 密度（気体） 発熱量[25℃, kcal/m3] [25℃, kcal/kg] 可燃混合率[%]（空気中） 最小点火エネルギー[mJ] 酸素中最高温度[℃] 燃焼速度[m/sec] 2.016 -252.6 8.2×10-5 2580 30972 4～75 0.02 2800 2.87 メタン 16.04 -161.2 7.17×10-4 8562 12843 5～15 0.3 2600 0.31 ■ 全ての化石資源はﾊﾞｲｵﾏｽ由来→有機物は石油関連製品に転換可能です 家庭、食品関連事業所 消化 下水処理場 ｴﾈﾙｷﾞｰ 供給 消化し やすい なぁ 前処理 メタンガス 量の増加 下水管 第２班 まとめ 生ｺﾞﾐ ～～～ 汚泥 30～60℃ 活性炭の拡大写真 汚泥の微細化 活性炭 下水処理場に隣接する 石油製品化の工場 CO,CO2,H2 消化汚泥 下水汚泥254万ﾄﾝ/年 処理費：16000円/乾燥汚泥 食品破棄物と合わせると炭素量は 原子力発電所数基分(数百万kW) H2O 熱 炭素：C 炭 500～700℃で元気 になった水が微細 な孔を開ける 石油製品化の工場 水 消化汚泥 １ｇでほぼ学校の運動場 の面積を持ち，有害物質 を強く吸い着けます。 ｱﾝﾓﾆｱ 水素 450℃ ｱﾝﾓﾆｱ 可溶化 濃縮：水を除いて濃縮 ダイオキシンの除去 環境ホルモンの除去 居住空間の改善 水処理 など 水素 窒素 結合を切る ｱﾝﾓﾆｱ 触媒 可溶性有機物 亜臨界装置 吸着 脱着 反応器 （固体触媒） ｱﾝﾓﾆｱ分解 （水素製造） 燃料電池用 H2 水素 可溶性有機物 水素 ﾒﾀﾝ 250-300℃ 吸着塔 350℃ ｹﾄﾝ化：化学原料の製造 活性点 有機物ｶﾞｽ化 （水素製造） 触媒 ｹﾄﾝ 反応器 （Ni/炭素触媒） 可溶性有機物 ｱﾙｺｰﾙ ｱﾙｺｰﾙ 触媒 250-300℃ 反応器 （Fe触媒） 450℃ 反応器 （ｾﾞｵﾗｲﾄ触媒） 触媒 ｹﾄﾝ ﾍﾞﾝｾﾞﾝ ﾄﾙｴﾝ ｷｼﾚﾝ ｶﾞｿﾘﾝ、化学原料 ｵｲﾙ BTX化：ｶﾞｿﾘﾝと 化学原料の製造 エネルギー 可溶性有機物 メタン発酵 下水処理場 下水汚泥 隣接 ケトン 可溶性 有機物 消化汚泥 ベンゼン トルエン キシレン 鉄触媒 水 ゼオライト触媒 消化汚泥 汚泥ガソリン化工場 250-300℃ 亜臨界反応器 250-300℃ 鉄触媒反応器 ハイオクガソリン 450℃ (ベンゼン・トルエン ゼオライト触媒 キシレン） 反応器 汚泥からガソリンをつくるプロセス 日明浄化場におけるディスポーザ生ゴミによる消化汚泥の増加予測 負荷量：1.65倍 (165) 消化汚泥量：1.58倍 消化汚泥 水可溶性有機質炭素としての炭素収率 （処理温度・処理時間の影響） 水可溶性有機炭素収率 （％） 90 80 70 産総県九州研究所内 実験装置 60 50 40 2.0分 5.1分 8.3分 30 20 10 0 200 220 240 260 280 処理温度 （℃) 300 320 340 鉄触媒による有機物の水蒸気分解 R1 低級炭化水素 R2 ｹﾄﾝ 鉄触媒 FeOx 鉄触媒 20nm 鉄 触 媒 H 2.55% 9. O O C CH3 = 2. CH 3 1.74% C OH O C = 4. CH3 CH2 OH CH2 CH2 CH3 6. HC 2.94% CH2 O O 0.918% C CH3 = CH2 CH3 C = O O CH CH2 CH2 CH3 13. OH 15. 16.2% 1.06% OH O Others 19.9% CH3 14. 1.73% CH3 3.72% OH 4.69% CH = CH2 O CH2 0.832% O 8. CH3 O 19. 1.03% O CH O 7. CH CH 2 CH3 O CH3 = = CH2 O 8.61% 12. O O = CH 3.90% CH OH 1.33% 11. O 5. CH3 O 0.949% OH 25.0% = 3. CH3 18. O = 10. O OH 17. 0.861% = C = 1. CH3 O 0.561% 16. CH3 CH3 OH 1.37% パームシェルオイルの組成 様々な有機化合物の鉄触媒による分解 acetaldehyde OH Palm shell oil phenol gases C H acetone = CH3 O C = CH3 C acetic acid 反 応 が 進 行 acetone O gases OH acetone = CH3 W/F / h acetaldehyde CH3 O CH3 C CH2 CH3 acetic acid residue other oils 0 0.5 phenol 0.9 acetone 2.0 butanone = O gases 3.9 0 20 40 60 Yield / wt% 80 100 0 20 40 60 Yield / wt% 80 butanone 100 消化汚泥由来有機物の生成物収率 反応原料：日明下水処理場（北九州市）の 消化汚泥を亜臨界分解して得た液 北大のベンチ実験装置 生成液 酢酸 MEK アセトン 0 20 40 60 収率/% 80 100 消化汚泥由来のケトンからつくったガソリン 北大のベンチ実験装置 WHSV [ hr－1] other hydrocarbons (<C6) 4.2 Toluene Xylene ぜオライト触媒 other mono-aromatics 100nm 0.4 0 Benzene 20 40 60 80 Composition [ %mol carbon ] 100 消化汚泥からつくった ハイオクガソリン ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 148.6×103MJ/d ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 73.8×103 (116.4×103) 消化工程 ｴﾈﾙｷﾞｰ生産 １０７ｔ １７３ｔ 消化ガス 282.1×103 (439.7×103) 可溶化工程 濃縮工程 消化工程のボイラー効率：70% それ以後の工程の熱回収：70% （赤字はディスポーザー使用時） 単位：MJ/d ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 43.8×103 (69.0×103) 3.57×103 (5.63×103) ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 37.0×103 (58.2×103) ケトン化工程 ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 0.66×103 (1.06×103) 水熱ガス化工程 ｴﾈﾙｷﾞｰ生産 BTX化工程 製品 BTX : 3.54 t/d (5.72 t/d) 燃料ｶﾞｽ 4918 (8002) m3/d → 124.6×103 MJ/d (202.8×103 MJ/d) 消化汚泥からのガソリン製造に伴う物質・エネルギー収支 NH3分解工程 製品 H2 : 1416 m3/d (2232 m3/d) 投入エネルギー合計 307.4×103MJ/d 398.9×103MJ/d 余剰分：94.3×103 (243.6×103) MJ/d トピックス Ammonia conversion [%] 80 100 W/F = 0.00178 kg-cat h/mol-total gas Molar fraction of NH3 = 0.0297 Total Pressure=101.3 kPa 触媒1 60 Reaction: 2NH3 → 3H2＋N2 工業触媒A 40 20 80 触媒3 触媒2 without steam 触媒4 Ammonia conversion [%] 100 W/F = 0.00178 kg-cat h/mol-total gas Molar fraction of NH3 = 0.0297 Total Pressure=101.3 kPa 60 触媒1 Reaction: 2NH3 → 3H2＋N2 工業触媒A 40 without steam with steam (NH3/H2O=1 mol/mol) 20 工業触媒B 0 300 400 Reaction temperature / ℃ Fig.1 触媒活性の比較（水蒸気無し） 500 0 300 400 Reaction temperature / ℃ Fig.2 触媒活性の比較（水蒸気の影響） アンモニア（NH3)を水素と窒素に分解する触媒を開発 500
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