あべのハルカス向け都心型バイオガスシステムの安定運転結果
Experience with Stable Operation of Urbanized Biogas System Installed in
Osaka’s Landmark Building“ABENO HARUKAS”.

塩田憲明＊
Noriaki Shiota

徳田直子＊
Naoko Tokuda

農学博士

竹林徹也＊＊
Tetsuya Takebayashi

水口 護＊＊
Mamoru Mizuguchi

斉藤 彰＊＊＊
Akira Saito

技術士（水道部門）

長谷川進＊＊＊＊
Susumu Hasegawa
工学博士・技術士（水道部門）

当社が納入したあべのハルカス向けバイオガス発生設備について，安定運転を達成したので報告する。当初，立上げ試運転では，厨房排水の加圧浮上スカム由来の油分が高く，メタン発酵が阻害されて立上げできなかったものの，メタン発酵原料の油分と有機物の比率をコントロールして運転することで，所定の性能を発揮した。厨芥投入量 2 t/d，厨房排水流入量542 m3/d に対して，バイオガス378 Nm3/d を発生し，放流水質も基準内であった。
This paper describes the operating results of novel biogas system installed in Osaka’s landmark building“ABENO HARUKAS”. The system consists of garbage disposer units, anaerobic digester of shop garbage
and septic primary sludge from dissolved air ﬂoatation（DAF）unit, and the septic treatment facility forcanteen kitchen wastewater. During the start-up of the digester, higher concentration of oil and grease
derived from the DAF sludge showed inhibitory effect on their methane fermentation. Stable operation ofthe digesters was finally achieved by feeding of raw waste materials with adequate ratio of HEM（n-hexane extractable material）versus volatile solid（VS）. 378 Nm3 of biogas with methane content ofaround 60 ％ was averagely produced from 2 tons of waste materials and the primary sludge generated
from 542 m3/d of canteen kitchen wastewater. The wastewater and the efﬂuent from the digesters weremixed and biologically treated in order to keep the sewage discharge standard of treated water.

Key Words：
メタン

発酵

Methane fermentation

バイオガス

Biogas

芥Garbage

水Canteen Kitchen Wastewater

厨厨房

排【セールスポイント】
・日本初の超高層ビル内オンサイトバイオガスシステムとして先進的な取組みです。

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 13 No. 1（2016 ／ 9）＊

技術開発センター水・汚泥技術開発部＊＊

営業本部産業ソリューション営業部＊＊＊

水環境技術本部操業技術部

15
＊＊＊＊

元・㈱神鋼環境ソリューション

まえがき

1.

1. 1

都心部の商業ビルやショッピングセンター，ホテ

設備概要

システム構成ルなどではまとまった量の生ごみが一般廃棄物とし図１に全体システムフロー図を示す。都心型バイて排出され，また一定規模以上のビルには厨房除害

オガスシステムは以下の設備により構成されている。

設備を設置する必要性から余剰汚泥が排出されてい①

厨芥投入・搬送設備るところもある。これらの処分には高い場外処分費

厨芥投入・搬送設備は，厨芥を計量する計量器とがかかり，その貯蔵，運搬には臭気が出るなど衛生業務用ディスポーザなどから構成されており，ビル面の問題も大きかった。一方で，ビル内では電気や内12階，13階，14階，および地下３階に設置されて熱のエネルギ需要があるため，生ごみや汚泥などのいる。計量しないとディスポーザの蓋が開かない仕廃棄物系バイオマスからエネルギがオンサイトで回組みになっており，確実に厨芥投入量を把握するこ収できれば，効率よく地産地消できるメリットがあとができる。百貨店，レストラン，ホテルの各店舗る。湿潤バイオマスからのエネルギ回収技術としてより持込まれた厨芥は，発酵不適物を分別除去したメタン発酵が古くから採用されているが，日本ではうえで処理可能物だけを投入する。

メタン発酵後の処理液（メタン発酵消化液）の処分ディスポーザに投入された厨芥は破砕されたのが導入ネックになることが多い。これら都心部の事

ち，搬送水とともにポンプで上層階からバイオガス

業場では一般に排水放流先は下水道なので，メタン発生設備のある地下５階に送られる。途中で配管の発酵消化液は厨房排水などの他の廃水に含めて放流長い横引きが生じる場合は，小型タンクで受けて容基準以下にまで処理すれば放流することができる。

積式ポンプで中継することにより，固形物を含む当社は㈱竹中工務店と共同で，生ごみディスポー排水でも配管閉塞の少ない長距離輸送が可能とな

ザと固液分離器，メタン発酵設備，および排水処理

る３）。

設備を組合わせた有機性廃棄物処理システム（以②バイオガス発生設備下，都心型バイオガスシステム）を考案した１）。当バイオガス発生設備は，百貨店，ホテルからの厨社は2013年７月に日本一の高さを誇る超高層複合ビ房排水を下水道放流可能なレベルにまで処理するた

ルあべのハルカスに，バイオガスシステム全体のうめの厨房排水処理設備と，そこから発生する余剰汚ち，厨芥投入・搬送設備とバイオガス利用設備を除泥（加圧浮上スカム）とディスポーザ排水に含まれ２）

くバイオガス発生設備を納入した 。

る厨芥固形分を混合して発酵処理するためのメタン

本稿では，バイオガス発生設備の中のメタン発酵発酵設備から成る。またこれら設備とは別に，百貨設備を中心に，2014年３月より実施した立上げ（試店，ホテル，オフィスからの雑排水を処理して中水運転）での問題点とその改善，2015年に実施した性として再利用するための中水設備も併設しており，能評価運転，およびその後の稼働状況について報告

ここから発生する余剰汚泥もメタン発酵の対象となする。っている。

厨芥投入・搬送設備

厨芥ディスポーザ

百貨店

B3F, 12F, 13F, 14F

中継槽

B5F

メタン発酵設備

レストラン･ホテル

厨房排水

バイオガス利用設備

バイオガス発生設備

B5F（バイオガス）

都市ガス

厨房排水処理設備

百貨店・ホテル

雑排水
百貨店・ホテル・オフィス蒸気

混焼ガスエンジン

電力

コージェネレーション

温水処理水
下水道放流

雑排水処理設備中水（中水設備）再利用（トイレ用水）

図１
16

バイオガス専焼ボイラ

全体システムフロー

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Vol. 13 No. 1（2016 ／ 9）

脱硫塔
厨芥スクリーン

ディスポーザ排水

原料槽（厨芥固形分）

破砕ポンプ

ガス中継槽

バイオガス
ガス利用設備へ

メタン発酵槽（スクリーンろ液）（消化液）

消化液スクリーン（加圧浮上スカム）

油分除去装置
厨房排水

厨房排水原水槽

厨房排水調整槽

加圧浮上槽

厨房排水ばっ気槽

放流槽

処理水
下水道放流

グリーストラップ

含油汚泥
場外処分

図２③

バイオガス発生設備ブロックフロー

バイオガス利用設備
バイオガス利用設備は，同発生設備で得られたバイオガスをエネルギとして有効利用するためのバイオガス専焼又は切替式ボイラおよび都市ガス混焼式ガスエンジンコージェネレーションから構成されている。
1. 2

バイオガス発生設備の概要

都心型バイオガスシステムのうち当社が納入したバイオガス発生設備の概要を述べる。図２に設備のブロックフローを，写真１に設備の外観を示す。
ディスポーザで破砕された厨芥はディスポーザ排水としてバイオガス発生設備に送られ，厨芥スクリ

写真１ーンによって分離液と厨芥固形分に分けられる。一

設備外観（メタン発酵槽）

方，厨房排水はグリーストラップ（油水分離槽）を経て加圧浮上分離され，発生した加圧浮上スカムを生しない。この点が都心型バイオガスシステムのセ厨芥固形分と混合してメタン発酵槽に供給する。メールスポイントである。

タン発酵槽は鋼板製で機械撹拌されており，２槽並併設する雑排水処理設備（中水設備）には，浸漬列運転となっている。メタン発酵は高温発酵方式

型膜分離装置をばっ気槽に設置した膜分離活性汚泥（55 ℃前後）を採用しており，計画滞留時間は10日法（MBR）を採用している。ここから発生する余である。得られたバイオガスは乾式脱硫装置を通し剰汚泥もメタン発酵槽に投入する計画であったが，たのち，バイオガス利用設備に送られる。

実際には雑排水濃度が低いために余剰汚泥は発生しメタン発酵消化液は，未発酵残渣や有機物を多量に含んでいるためそのままでは下水道に放流できなておらず現時点では投入実績は無い。
1. 3

設計条件

い。当社システムでは，メタン発酵消化液に含まれ本バイオガス発生設備の計画受入条件と処理水おる大きな未発酵物をスクリーンで除去したのち，加よびバイオガス排出条件を表１に示す。計画では，圧浮上処理した厨房排水と混合し，厨房排水ばっ気

厨芥 3 t/d に相当するディスポーザ排水27 m3/d，お槽で有機物（BOD）と油分（n- ヘキサン抽出物質，以下 n-Hex. と略す）を放流基準値以下に処理する。

よ び 厨 房 排 水700 m3/d を 受 入 れ， バ イ オ ガ ス540

厨房排水ばっ気槽には流動床式好気生物処理装置

2.

（パビオムーバー）を採用しており，処理水中の懸Nm3/d を発生させる設備である。

2. 1

稼働状況

立上げ試運転と性能評価

濁物質（SS）については固液分離せずとも基準値

2014年３月のグランドオープンに合わせて当該設以下で放流可能なため，生物性汚泥の系外抜出は発備の立上げ試運転を開始した。当初は百貨店食品売Vol. 13 No. 1（2016 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報

17

り場からの厨芥が十分に集まらず，先に立上げた厨運転することができなかった。原料に占める割合が

房排水処理設備から発生する加圧浮上スカムと少量高い加圧浮上スカムの油分を低減しないと運転は困の厨芥固形分を原料としてメタン発酵槽を立上げよ難と判断した。

うとしたが，投入原料の油分濃度が高いためにメタそこで，加圧浮上スカムの油分低減を含め，試運

ン発酵槽が活性を失い，2014年12月までは安定的に転中に生じた問題点を解決するために以下の対策を講じ，最終的に図２のプロセスフローとする設備を納入した。表２に上記対策を含めた設備仕様を示

表１す。

受入条件と排出条件（計画値）①

受入量
ディスポーザ排水
厨房排水

27 m3/d（厨芥3.0 t/d，希釈水24 m3/d 含む）
700 m3/d

ディスポーザ排水水質

マルジョン化した油分を除去するためには自然浮上化破壊）したのち，厨房排水原水槽で分離した油分をスキマーポンプで回収するように改造した。この
結果，厨房排水の油分日間流入負荷量に対して約40

5.0～9.0≦800 mg/L≦400 mg/L≦200 mg/L
15～40 ℃

pHBODSSn-Hex.
水温％低減できることを確認し，立上げ時や油分流入量が多い時期・時間帯に限定して油分除去装置を運転することで，加圧浮上スカムの油分濃度を低減できた。

処理水質（下水放流水，保証値）②

厨芥固形分の腐敗防止
当初，設備に流入するディスポーザ排水は一旦デ5.0～9.0≦600 mg/L≦600 mg/L≦30 mg/L
＜45 ℃

pHBOD
SSn-Hex.
水温ィスポーザ排水原水槽に受入れて厨芥スクリーンへ送水し固液分離していたが，同原水槽内での滞留時間が長く，固形分が腐敗・可溶化してスクリーン回収率が悪かった。そのため，同原水槽を経由せずバイオガスに，バイパスして直接厨芥スクリーンで処理できる

平均540 Nm3/d
60 ％≦ 1 mg/L（脱硫後）

発生量
メタン濃度
硫化水素濃度ように改造した結果，厨芥スクリーンでの厨芥固形分の VS 回収率が33 ％から62 ％に向上した。

表２

メタン発酵設備
排水処理設備

18計であったが，厨房排水中の油分濃度が設計値200mg/L を超えて流入することが頻繁にあり，かつエ房排水に薬品を注入してエマルジョンブレーク（乳厨房排水水質

設備名

厨房排水の油分をグリーストラップで回収する設分離では困難であった。これを解決するために，厨5.0～9.0
最大2.78 ％，平均2.22 ％
0.9以上

pHTS
VS/TS 比厨房排水油分除去対策

機器

名

称

設備仕様
主仕様

厨芥スクリーン
原 料 槽
破砕ポンプ
メタン発酵槽消化液スクリーン
脱 硫 塔
ガス中継槽

多重板型（目幅 1 mm），台数：２台
SS 鋼板製攪拌機付，基数：１基，容量：34 m3
横軸渦巻型，破砕機構付，台数：１台
SS 鋼板製攪拌機付，基数：２基，容量：106 m3
多重板型（目幅4.5 mm），台数：１台
オープンドラム型，基数：１＋１基
基数：１基，気相部容量：5 m3

厨房排水スクリーン油分除去装置
グリーストラップ
加圧浮上装置
厨房排水ばっ気槽

細目スクリーンし渣脱水機付，台数：１台
一式（フロートポンプ，薬注ユニット）
SUS 製角型槽，基数：１基，容量：1.8 m3
中心駆動式，SS 鋼板製，基数：１基 付属品：循環ポンプ，滞留タンク
RC 角型槽，基数：２基，容量：87 m3/ 基，付属品：PE 製担体

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処理水（実測値）

6 000

0n-Hex 濃度（mg/L）b）n-HexNo.1 発酵槽内 n-Hex
No.2 発酵槽内 n-Hex

2 500
2 000
1 500
1 000
500/9/81520/71520/61520/51520/41520/31520/21520/115/1215

メタン発酵槽内の a）VFA と b）n-Hex の推移/9

図４202014/10015/83 000

20152015201520152015201515201520201414201420

図３/70.10/60.15

0/540/40.20/380/2

0.25/1120/120.30/1
1160/100.35

n-Hex/VS（-）

0.40

200

20

厨芥，スカム投入量（t/月）

240

2 000
1 000

対象期間：2015/6/22～7/5

No.1+No.2 合計スカム投入量
No.1+No.2 合計厨芥投入量
原料槽 n-Hex/VS

3 000

20

7.0
147
259
9.1

4 000

/1
1

5.0～9.0
≦600
≦600
≦30

5 000

14保証値

平均

6.862132
3.5

7.2244392
18―mg/L
mg/L
mg/L

pH
BOD
SSn-Hex.

最小No.1 発酵槽内 VFA
No.2 発酵槽内 VFA20最大a）VFA

14単位

7 00020項目

性能確認時の処理水水質
VFA 濃度（mg/L）

表３

メタン発酵槽投入量と原料 n-Hex/VS 比の推移しており，n-Hex/VS 比0.30以上になると槽内 n-Hex濃度が急激に上昇した。その後も厨芥投入量に対すディスポーザで破砕された厨芥固形分は粒径が大る浮上スカムの投入比率が高い状態が続き，原料
n-Hex/VS 比が高い状態でメタン発酵槽への投入をきく繊維質も多く残っていたため，メタン発酵槽分継続したため，最終的に2014年12月末時点でメタン解率向上と未発酵残渣の低減を目的として原料槽に発酵槽は不調に至った。その後，一旦負荷を下げて破砕ポンプを設置し，厨芥固形分をさらに細かく粉回復させるとともに，前述した厨房排水油分除去対砕できるようにした。加えて，排水処理設備での閉策の設備改造を実施した。

塞を考慮してメタン発酵消化液中の未発酵残渣を除メタン発酵槽不調に伴う槽内の変化として，槽内n-Hex 濃度の上昇とともに発酵阻害の兆候が見られ③投入原料破砕による分解率向上

去するためのスクリーンを設置した。
2015年３月より，設備改造後のフローで後述するるようになり，1 500 mg/L を超えると槽内 pH，ガ運転管理項目と管理値を設定してメタン発酵槽の再ス中のメタン濃度ともに低下する傾向が見られた。

立上げを行った。同時に，百貨店や店舗からの厨芥さらに槽内 VFA 濃度の上昇が見られ，VFA 組成とを安定的に収集する運用方法が確立された結果，して酢酸よりもプロピオン酸が多く蓄積していた。

2015年１月以降の厨芥投入量は５カ月平均1.9 t/d，一般に，プロピオン酸は酢酸よりも菌に対する毒性４月以降は厨芥量平均2.0 t/d を確保できた。また，は低いことが知られており，当初は VFA 総量にの3

厨房排水受入量は５カ月平均で569 m /d であった。

み注目してプロピオン酸を重要視していなかった。

最終的に，同年５月にその時点での最大負荷までしかし，プロピオン酸の蓄積が油分の分解過程上流立上げた。また，同年６月から７月にかけて連続14の高級脂肪酸の蓄積を引き起こし，さらに蓄積した日間の放流水検水運転を行い，表３に示すように全高級脂肪酸が菌に阻害作用を及ぼすことが報告されて保証値を満足することを確認した。ている４）。したがって，中間代謝物である VFA にメタン発酵槽運転不調対策

占めるプロピオン酸の割合が多いことを本設備の特2. 2

図３に発酵槽原料投入量と原料 n-Hex/VS 比を，
図４に発酵槽内 VFA と n-Hex 各濃度の推移を示す。

徴として，これを考慮した運転管理値の見直しを行

2014年12月から2015年１月にかけて槽内 VFA 濃度以上のメタン発酵槽不調対策で得た知見をもとにが上昇し，その後メタン発酵槽の不調を招いた。槽内 VFA 濃度の上昇は原料 n-Hex/VS 比の上昇と関係運転管理指標と管理値を設定し，2015年３月以降，Vol. 13 No. 1（2016 ／ 9）った。

再度メタン発酵槽の立上げを行った。

神鋼環境ソリューション技報

1915201520152015201520152015152020/115142020/1

14142020

8.0
6.0
4.0
2.0

2 t/d
380 kg/d
54 kg/d

希釈水
流量16 t/d

厨房排水
流量542 t/dVS
265 kg/dn-Hex
126 kg/d
BOD
212 kg/dSS
132 kg/d

厨芥スクリーン
VS 回収率62 ％n-Hex 回収率 66 ％

5/
95/
105/
115/
125/
85/
75/
65/
55/
45/
3

2015年
※１：電力使用量は計画値の按分により，バイオガス発生設備全体の消費電力量の25 ％をメタン発酵装置に必要な電力として計算※２：蒸気使用量は蒸気弁の開閉時間と配管径，流速により計算

図７5 t/d385 kg/d
111 kg/d

メタン発酵設備単独のエネルギバランス
メタン発酵槽VS 分解率84 ％n-Hex 分解率 88 ％

バイオガス
ガス量
378 Nm3/d
CH4 濃度73 ％浮上スカム（一部場外搬出）流量0.8 t/d
グリーストラップVS 回収率33 ％n-Hex 回収率 33 ％加圧浮上装置VS 回収率40 ％n-Hex 回収率 76 ％

含油スカム
流量
VSn-Hex

雑用水等
流量0.3 t/d
87 kg/d
43 kg/d

図６

2. 3

原料槽
流量
VS
n-Hex

5/20.0

図５ メタン発酵槽 VS 投入量とバイオガス発生量の推移
厨芥流量
VS
n-Hex

計画ガス発生量（13.8 GJ/d）

電力使用量10.05/10

蒸気使用量12.04/30

2 0000

ガス発生量14.04/291 000

16.04/28

4 000/9

2 000/8

6 000/7

3 000/6

8 000/5

4 000/4

10 000/3

12 0005 000/26 000

214 000/1

7 000

016 000

一次エネルギ換算（GJ/d）

18 0008 000/1
1

VS 投入量（kg/月）

9 000

バイオガス総発生量（m3/月）

No.1 発酵槽 VS 投入量
No.2 発酵槽 VS 投入量
バイオガス総発生量

ばっ気槽
n-Hex 分解率
BOD 分解率

64 ％
13 ％

放流水流量
n-Hex
BOD
SS

676 t/d
12 kg/d120 kg/d
193 kg/d

110 t/d

性能確認期間中のマテリアルバランス

マテリアルバランスとエネルギバランス

分費が高いことで経済的に導入メリットが出やすい

図５に発酵槽 VS 投入量とバイオガス発生量の推こともあるが，生ごみ運搬時の臭気等衛生面から解移を示す。2015年５月にメタン発酵槽が定常負荷に放され，かつ汚泥・生ごみ処分回避とエネルギ回収到達して以降，設定した運転管理値を守ってバイオに伴う CO2 削減効果も謳えることから本システム

ガス発生設備は安定的に運転されている。また，図の導入インセンティブになると考える。あべのハル６に2015年５月時点の２週間平均マテリアルバラン

カスは国交省の平成20年度省 CO2 モデル推進事業スを示す。厨芥投入量 2 t/d，厨房排水流入量542に採択され，この中で本システムは省 CO2 対策技

m3/d に対して，バイオガス378 Nm3/d を発生し，放術の目玉となっている。また本システムは，平成25流水質も基準内であった。厨芥投入量が 3 t/d にな

年度地球温暖化防止活動環境大臣表彰をはじめこれれば，浮上スカム一部抜出はもちろんのこと，含油まで数々の賞を受けており，非常に注目度が高い。

スカム発生も大幅に削減できると試算している。図当社のバイオマス関連技術の新しい切り口としてソ７に同時期のメタン発酵設備単独のエネルギバランリューション提案に加えてゆきたい。

スを示す。１次エネルギ換算で１日あたり3.8 GJ

最後に，本設備の建設，試運転に多大なるご協力（1 055 kWh 相当）程度の余剰エネルギが得られてをいただいた近畿日本鉄道㈱，近鉄不動産㈱，近鉄

おり，メタン発酵設備の消費エネルギを上回るエネビルサービス㈱，㈱竹中工務店，三機工業㈱の関係ルギを創出している。従来は場外処分費のかかる厨各位に深く感謝の意を表します。

芥や排水処理汚泥から安定してエネルギを得ること［参考文献］
１）特許第5500717号
２）神鋼環境ソリューション技報，Vol.10，No.1（2013），
p35-36３）特許第5508069号
４） 褚 春 鳳 ほ か： 土 木 学 会 論 文 集 559/VII-2（1997），
p31-38ができている。

むすび

あべのハルカスに納入した都心型バイオガスシス

テムの性能評価運転結果とその後の稼働状況について報告した。都心部の複合商業ビルでは，廃棄物処20

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