人口過密な大都市でいかに合理的に水を循環させるか？

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1 人口過密な大都市でいかに合理的に水を循環させるか？
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？

2 生体の循環系 都市の循環系 心臓 運輸系 商品 廃棄物 肺 都市機能 諸器官 焼却炉 下水処理場 腎臓 最終処分場 肝臓

3 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）

4 ディスポーザによる生ゴミの分別 便利で快適な生活ができる 「ディスポーザは反対！」になりがち
・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） ＠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 下水へ 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

5 ディスポーザー ＋下水道直投（人口100万、CO2）
現状ケース（脱水汚泥焼却） 現状ケース（脱水汚泥堆肥化） ディスポーザー機器導入ケース （脱水汚泥焼却） ディスポーザー機器導入ケース （脱水汚泥堆肥化） ディスポーザー機器導入ケース （消化ガス発電＋焼却） Kg-C/人 消化ガス発電（暫定試算）

6 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
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 管理型埋立地 防水シートで有毒物の 地下水への漏出を防ぐ 山間 埋立地 海岸沿い

7 ・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　　　　　　メタン 分子量 沸点 密度（気体） × ×10-4 発熱量[25℃, kcal/m3] [25℃, kcal/kg] 可燃混合率[%]（空気中） ～ ～15 最小点火エネルギー[mJ]　　　 　 酸素中最高温度[℃] 燃焼速度[m/sec]

8 第２班 まとめ ■ 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 亜臨界装置 消化汚泥 下水処理場 生ｺﾞﾐ 下水管
家庭、食品関連事業所 下水処理場に隣接する 石油製品化の工場 吸着塔 ｱﾝﾓﾆｱ 反応器 （固体触媒） 燃料電池用 H2 （Fe触媒） ｹﾄﾝ化：化学原料の製造 BTX化：ｶﾞｿﾘﾝと 化学原料の製造 （ｾﾞｵﾗｲﾄ触媒） 活性炭 熱 ｴﾈﾙｷﾞｰ 供給 ■ 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 炭 H2O CO,CO2,H2 500～700℃で元気 になった水が微細 な孔を開ける 炭素：C ～～～ 汚泥 汚泥の微細化 消化しやすいなぁ 前処理 メタンガス 量の増加 消化 30～60℃ 可溶化 水 可溶性有機物 結合を切る 濃縮：水を除いて濃縮 吸着 脱着 ｶﾞｿﾘﾝ、化学原料 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) 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。 活性炭の拡大写真 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 （Ni/炭素触媒） ℃ 350℃ 触媒 活性点 水素 ﾒﾀﾝ 窒素 有機物ｶﾞｽ化 （水素製造） ｱﾝﾓﾆｱ分解 ｹﾄﾝ ｱﾙｺｰﾙ ﾍﾞﾝｾﾞﾝ ﾄﾙｴﾝ ｷｼﾚﾝ ｵｲﾙ 450℃ 第２班 　　まとめ

9 汚泥からガソリンをつくるプロセス エネルギー 可溶性有機物 ベンゼン トルエン キシレン メタン発酵 ケトン 可溶性 有機物 下水処理場
下水汚泥 鉄触媒 消化汚泥 水 隣接 ゼオライト触媒 消化汚泥 汚泥ガソリン化工場 ℃ ハイオクガソリン (ベンゼン・トルエン 　キシレン） 亜臨界反応器 ℃ 450℃ 鉄触媒反応器 ゼオライト触媒 反応器 汚泥からガソリンをつくるプロセス

10 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
(165) 負荷量：1.65倍 消化汚泥量：1.58倍 消化汚泥

11 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） 産総県九州研究所内 実験装置

12 鉄触媒による有機物の水蒸気分解 ｹﾄﾝ 20nm R1 R2 低級炭化水素 鉄触媒 FeOx 鉄　触　媒

13 パームシェルオイルの組成 OH 1. C = O H CH3 9. 17. = O OH 2. CH3 C CH3 OH = O 18. O
2.55% 9. 17. = O 0.861% OH 0.949% 2. CH3 C CH3 1.74% OH = O 18. O 10. = CH3 O O CH3 O CH 3.90% 3. CH3 C OH = 25.0% 1.33% O O = 19. 11. 4. CH3 C CH2 OH 1.03% 1.73% = 8.61% O O 12. CH3 C O CH = CH2 = 5. CH3 CH O CH2 CH2 CH3 O 0.832% Others 16.2% CH3 13. OH 2.94% 19.9% 6. HC CH2 CH2 CH CH3 = = O O 14. 1.06% 0.918% OH 7. O CH3 CH2 = CH CH2 O C CH3 = 15. O OH 3.72% 4.69% O CH3 8. CH3 CH2 CH2 CH2 CH 16. CH3 OH 1.37% = O パームシェルオイルの組成 0.561%

14 様々な有機化合物の鉄触媒による分解 反応が進行 OH phenol gases C = O H CH3 acetone
acetic acid acetaldehyde C = O CH3 反応が進行 acetone gases CH3 C = O OH acetone CH3 C = O CH2 butanone 20 40 60 80 100 Yield / wt%

15 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 生成液 北大のベンチ実験装置 酢酸
　　　　　　　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 20 40 60 80 100 収率/%

16 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 20 40 60 80 100 0.4 4.2 Composition [ %mol carbon ] WHSV [ hr－1] Benzene Toluene Xylene other mono-aromatics other hydrocarbons (<C6) ぜオライト触媒 100nm 消化汚泥からつくった ハイオクガソリン

17 １０７ｔ １７３ｔ BTX : 3.54 t/d (5.72 t/d) 消化工程 可溶化工程 濃縮工程 ケトン化工程 水熱ガス化工程
ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 消化工程 ｴﾈﾙｷﾞｰ生産 148.6×103MJ/d 消化ガス 282.1×103 (439.7×103) １０７ｔ １７３ｔ 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 73.8×103 (116.4×103) 可溶化工程 濃縮工程 ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 3.57×103 (5.63×103) 43.8×103 (69.0×103) ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 37.0×103 (58.2×103) ケトン化工程 水熱ガス化工程 NH3分解工程 ｴﾈﾙｷﾞｰ投入 製品 ｴﾈﾙｷﾞｰ生産 0.66×103 (1.06×103) 燃料ｶﾞｽ 4918 (8002) m3/d → 124.6×103 MJ/d (202.8×103 MJ/d) H2 : m3/d (2232 m3/d) BTX化工程 製品 投入エネルギー合計 307.4×103MJ/d 398.9×103MJ/d BTX : 3.54 t/d (5.72 t/d) 余剰分：94.3×103 (243.6×103) 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

18 トピックス アンモニア（NH3)を水素と窒素に分解する触媒を開発 Fig.2 触媒活性の比較（水蒸気の影響）