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バイオガス化施設における残留性有機汚染物質等の排出実態把握と排出制御法の構築(平成 29年度)
Study on emission behavior of POP-like compounds in biogas production plants and emission control for them

予算区分
CD 文科-科研費
研究課題コード
1719CD015
開始/終了年度
2017~2019年
キーワード(日本語)
バイオガス,メタン発酵,残留性有機汚染物質,分配挙動,多媒体モデル,物理化学パラメータ
キーワード(英語)
Biogas, Methane fermentation, Persistent organic pollutants, Distribution behavior, Multimedia model, Physicochemical properties

研究概要

生ごみ等の廃棄物系バイオマスからのエネルギー回収施設としてバイオガス化施設(メタン発酵施設)の導入が進みつつある。しかし、都市ごみや汚泥を原料とした場合には残留性有機汚染物質(POPs)等の混入が懸念され、施設内のそれらの挙動や排出実態はほとんど明らかになっていない。そこで、本研究では、バイオガス化施設内の汚染物質の挙動と排出実態を把握し、原料や発酵形式が挙動等に与える影響を明らかにする。また、施設内の汚染物質の挙動を予測可能な多媒体モデルを開発するとともに、排出削減の観点からメタン発酵条件を最適化し、汚染物質の排出制御・削減の可能性を提案・検証する。多媒体モデルの計算では、汚染物質の分解速度や物理化学パラメータが必要であり、これらのパラメータを実測・整備することも目的である。

研究の性格

  • 主たるもの:応用科学研究
  • 従たるもの:技術開発・評価

全体計画

初年度と2年度では、まず、分析化学的手法を用いて原料や発酵形式ごとにバイオガス化(メタン発酵) 施設における汚染物質のマスバランスと排出実態を把握する。次に、微生物工学的手法を用いて、メタン発酵における汚染物質の分解速度を測定するとともに、ガス化機能を落とさずに分解機能を向上せる運転方法を開発する。一方、化学工学的な手法を用いて、発酵槽内における汚染物質の挙動の基礎となる物理化学パラメータを明らかにし、バイオガス化施設を多媒体モデル化して、施設内の汚染物質の運命を解明する。最終年度では、発酵技術開発の成果と多媒体モデルを組み合わせて汚染物質の排出を最小化できる運転法を提案し、運転法の有用性を実施設等で検証する。

今年度の研究概要

(1)バイオガス製造施設における環境汚染物質の挙動把握では、原料の違う複数のバイオガス化施設から、発酵液や汚泥等を採取し、各試料中の残留性有機汚染物質を中心とした環境汚染物質等の濃度を測定する.
(2)メタン発酵による汚染物質の分解特性の把握と最適化では、実際のメタン発酵原料に汚染物質を添加した系を用いて、バッチ培養でのメタン発酵を行い、バイオガス発生量や溶存有機炭素(DOC)等に加えて、各種汚染物質の分解速度を測定し、半減期を決定する。また,汚染物質の分解に焦点を当てたバイオリアクターを構築する。
(3)環境汚染物質の物理化学パラメータの測定と推算では、メタン発酵槽内の汚染物質の分配性に関係する物理化学パラメータとその温度依存性を整備する。また、物理化学パラメータの迅速測定を実現するために,水晶振動子マイクロバランスを用いた新規測定法も開発する。
(4)多媒体モデルの開発では、Fugacityモデルをバイオガス化施設へ適用し、FugacityモデルレベルIをメタン発酵槽へ適用し、発酵槽内における汚染物質の分配性を推定する。さらに、FugacityモデルレベルIIIをバイオガス化施設へ適用し、各プロセス内の汚染物質の濃度を計算する。

外部との連携

兵庫県立大学,トロント大学

課題代表者

倉持 秀敏

  • 資源循環・廃棄物研究センター
    基盤技術・物質管理研究室
  • 室長
  • 博士(工学)
  • 化学工学,化学,工学
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担当者