令和3年度ガイドライン説明会（令和3年8月17日 ）小規模下水処理場を対象とした低コスト・省エネルギー型高濃度メタン発酵技術
ガイドライン（案）大原鉄工所・西原環境・ＮＪＳ・長岡技術科学大学
・北海道大学・長岡市共同研究体
1目次
１．革新技術の概要と目的
２．革新的技術の概要

３．革新的技術の導入効果
４．革新的技術の計画・設計

５．革新的技術の維持管理
６．実証期間中に行った技術上の工夫・改善点

７．問い合わせ先

2１．革新技術の概要と目的◆1-1.下水道事業が抱える課題○ 下水道事業の経営改善においては、下水道管理費に占める汚泥処分費は多くを占めているため、そのコスト縮減を図るとともに、再生可能エネルギーの利用を促進する必要がある。
○ 日本の下水処理場の大半を占める小規模下水処理場においては、汚泥処分費の縮減、および下水由来の再生可能エネルギーであるバイオガスの利活用システムの導入が進んでいない。
⇒汚泥の減容化とバイオガス化を行うメタン発酵システムはスケールメリットが働き、小規模処理場への適用は割高になることが最大の理由◆1-2.下水道ビジョンとの関連○ 新下水道ビジョン（平成26年7月）「循環のみち下水道」の進化
水・資源エネルギーの集約・自立・供給拠点化○ 第下水道ビジョン加速戦略（平成29年8月）
2 加速すべき重点項目と基本的な施策
重点項目Ⅱ 下水道の活用による付加価値向上⇒これらに寄与できる技術

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１．革新技術の概要と目的◆1-3.革新的技術の特徴と課題解決のアプローチ
小規模下水処理場では脱水機の運転日数・稼働率が低い傾向にある。既設脱水機を機械濃縮機として２段活用することで、消化槽投入汚泥の高濃度化による消化槽容量を縮減（設備のコンパクト化によるコスト縮減）するとともに、バイオガス発電による消費電力の削減を行うことで、これまで導入が困難であった小規模処理場へのメタン発酵システムの導入促進を図る。
消化汚泥

下水汚泥

D：バイオガス発電

A：高濃度濃縮技術(脱水・濃縮の交互運転)

A：脱水・濃縮の交互運転

脱水機を濃縮機として2段活用する(運転時間を分けて運用)。濃縮汚泥濃度10％程度。

B：高濃度消化技術(横軸パドル式消化槽)

B：横軸パドル式消化槽ガスホルダ

脱水 濃縮

高濃度
濃縮汚泥

バ
イオガ
ス

投入汚泥が従来と比較して高濃度となるため、攪拌効率の高い横軸パドル式の攪拌機を備えた横型消化槽を採用。

C：設備のコンパクト化、ユニット化
消化槽のコンパクト化、ガスホルダ等の付帯設備のユニット化により、導入コストの削減と維持管理性の向上を図る。

脱水汚泥

D：バイオガス発電

C：コンパクト化・ユニット化

発生ガス量に応じた出力制御運転。
施設全体の消費電力低減を図る。

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１．革新技術の概要と目的◆1-4.革新的技術の普及対象範囲（ターゲット）（1/2:標準活性汚泥法）
項目0
脱水汚泥 10,000
処分単価 16,000（円/t） 20,000～
10,000未満～
16,000未満～
20,000未満～
30,000未満
30,000以上
計（2/2:OD）
項目
0
脱水汚泥 10,000
処分単価 16,000（円/t） 20,000～
10,000未満～
16,000未満～
20,000未満～
30,000未満
30,000以上
計

日平均流入汚水量（m3/日）
合計
1,000 ～2,000 ～
5,000 ～
7,000 ～
1,000未満
10,000以上
2,000未満 5,000未満 7,000未満 10,000未満
155946084221760
1037
2
113
3718
44
34104521
47
44
11
10
4
28
61
121656
32
20
137
273
1234
56
日平均流入汚水量（m3/日）
合計
1,000 ～
2,000 ～
5,000 ～
7,000 ～
1,000未満
10,000以上
2,000未満 5,000未満 7,000未満 10,000未満
57
14
120
21 86
61
24
24
200 11162
1916
300 100
90
30
190
11 141149
25
16
310 19441911287842 632・・・導入によりＢ/Ｃが１以上となる範囲
・・・他処理場からの集約処理を前提として、Ｂ/Ｃが１以上となる範囲◇本実証事業の目標消化率（40%）、ガス発生量（0.3Nm3/kg-投入VS）で整理すると○ B/Cが１以上になる処理場は99箇所○ 他処理場からの脱水汚泥の集約処理を前提として、B/Cが１以上になる処理場は194箇所

5１．革新技術の概要と目的◆1-5.革新的技術の導入により期待される効果○ 経済面
・消化設備導入コストの削減
・維持管理費（汚泥処分費、電力費）の削減○ 環境面
・温室効果ガス排出量の削減○ 社会面
・下水処理場のエネルギー拠点化

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２．革新的技術の概要◆2-1.技術の概要
技術A；脱水機を用いた高濃度濃縮技術○脱水・濃縮の交互運転
運転条件（運転時間・遠心効果・薬注率・差速）の設定により、「高濃縮運転」および「脱水運転」の切り替えを行い、脱水機を濃縮機として利用する。
①高濃度濃縮技術(脱水・濃縮の交互運転)

脱水機を濃縮機として2段活用する(運転時間を分けて運用)。濃縮汚泥濃度10％*程度。

濃縮汚泥①脱水・濃縮の交互運転（対象：遠心脱水機）
下水汚泥

濃度10%程度

濃縮技術B：
高濃度消化技術（横軸パドル式消化槽）

脱水

脱水汚泥

含水率85%程度

7

２．革新的技術の概要◆2-1.技術の概要
技術Ｂ；高濃度消化技術〇横軸パドル式消化槽
高濃度汚泥を投入するため、攪拌効率の高い*横軸パドル式の攪拌機を備えた横型消化槽を利用する。
②高濃度消化技術(横軸パドル式消化槽)

投入汚泥が従来と比較して高濃度となるため、攪拌効率の高い横軸パドル式の攪拌機を備えた横型消化槽を採用
横型高濃度消化槽②横軸パドル式消化槽

・槽本体は長方形（RC構造）・高濃度汚泥の撹拌に対応するため横軸パドル式の撹拌機を装備
・構造が非常にシンプル

内部の状況

構造概要

10%

濃縮脱水

撹拌機

消化日数30日、消化温度37℃
消化槽は新設を想定。未活用の槽がある場合は貯留槽として再利用

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２．革新的技術の概要◆2-1.技術の概要
技術C；設備のコンパクト化・ユニット化○主要機器のユニット化
消化槽、ガスホルダ、ガスクリーニング装置、消化槽加温装置、発電設備をユニット化することで、装置のコンパクト化、工期短縮、低コスト化を図る。
③設備のコンパクト化、ユニット化

消化槽のコンパクト化、ガスホルダ等の付帯設備のユニット化により、導入コストの削減と維持管理性の向上を図る。

消化槽

ガスホルダ

発電設備

③コンパクト化・ユニット化
ガスホルダ（ガスバック）、発電機はコンテナ内に機器・配管などを完了（ユニット化）した状態で現地に設置する。
すべてのコンテナは同じ形状ではなく、機器の維持管理面を考慮した構造をしている。

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２．革新的技術の概要◆2-1.技術の概要
技術D；高濃度消化技術○バイオガス発電機の出力制御
ガス発生量に自動で追従して出力調整を行う。(エンドユーザーの電力消費の都合や電気使用トレンドに合わせて出力制御を行う。)④バイオガス発電

発生ガス量に応じた出力制御運転。施設全体の消費電力低減を図る。

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２．革新的技術の概要◆2-2.実証研究結果
技術

評価項目

評価指標

目標値
（日平均）
濃縮汚泥濃度10％
（±1％）

ＳＳ回収率

（日平均）
SS回収率95％以上

・スクリュープレス脱水機について他処理場にて実証試験済。
実証施設で目標値達成
・実証施設については9月に夏SS回収率99%以上
季、11月に秋季、2月に冬季、5月に春季の試験済

含水率

（日平均）
含水率85％以下

・実証施設については9月に夏実証施設で目標値達成
季、11月に秋季、2月に冬季、脱水汚泥含水率84.9％
5月に春季の試験済

濃縮運転の安定性

A

脱水運転の安定性
ＳＳ回収率

維持管理性

高濃度
消化技術

（日平均）
SS回収率
・実証施設については9月に夏実証施設で目標値達成
95％以上（遠心脱水機） 季、11月に秋季、2月に冬季、SS回収率98%以上
90％以上（ベルトプレス脱 5月に春季の試験済
水機）

維持管理時間・ 維持管理時間・人工、点検
人工
項目数が従来技術未満
消化率B

評価・スクリュープレス脱水機について他処理場にて実証試験済。
実証施設で目標値達成
・実証施設については9月に夏濃縮汚泥濃度10.0％
季、11月に秋季、2月に冬季、5月に春季の試験済

汚泥濃度

脱水機を用いた高濃度
濃縮技術

結果

消化効率

ガス発生率

・維持管理時間・人工、点検
項目数が従来技術未満

目標値達成

消化率40％以上

HRT30 3回転以降平均：34.0％

補正値にて達成（連続試験の補正 34％→約40％）

ガス発生率0.3Nm3/投入
VS-kg

HRT30 3回転以降平均：0.23Nm3/kg－投入VS

補正値にて達成（連続試験の補正 0.23→約0.3Nm3/kg-投入VS） 11

２．革新的技術の概要◆2-2.実証研究結果
技術

評価項目
維持管理性

C

設備コンパ
クト化
必要敷地面積・ユニット化
費用

Ｄ

バイオガス
発電全体の効果
（FS等）

発電電力

評価指標

目標値

結果

評価

維持管理導線・維持管 ・実証規模にて年間約10km、 目標達成
維持管理導線・理時間、点検箇所数が 約2時間の削減
年間約10km、約2時間の削減、維持管理時間
従来技術未満・点検箇所数が減少
点検箇所数が減少
必要敷地面積必要敷地面積削減率
30%・従来技術と比較し、必要敷地面積削減率30%

建設費

従来技術と比較し、40%削減

・従来技術と比較し、46%削 目標達成
減
建設費46%削減

発電電力量

目標達成
必要敷地面積削減率30%・11月8日に系統連系開始
ガス発生量に追従した発目標達成
・1月13日から自動制御運転
電制御運転の確立
発電量：平均81.6kWh
開始費用

建設費及び維持 従来技術と比較し、管理費LCC 40%削減

・実証施設の場合、従来技術目標達成と比較し、LCC 25％削減
2,000m3/日で25％以上削減
・他の処理規模においては試10,000m3/日で41％削減
算中

省エネ

年間消費電力量・実証施設の場合、従来技術 目標達成と比較し、1.5 千KWh/年削 2,000m3/日で1.5 千KWh/年減
削減

年間発生CO2・実証施設の場合、従来技術 目標達成と比較し、36.4 t-CO2/年削 2,000m3/日で36.4 t-CO2/年減
削減

省CO212

２．革新的技術の概要◆2-3.技術の適用条件・推奨条件
適用条件
１）水質、汚泥性状などの条件
標準活性汚泥法およびオキシデーションディッチ法で、設計指針に示された条件の範囲で運転している処理場であること。
２）設備規模に関する条件
・脱水機の運転時間に余裕があり、濃縮・脱水運転の切替え運用が可能であること。
・消化設備、発電設備の設置スペースを未利用用地内等に確保できること。
３）その他条件
汚泥処分費を支出していること。

推奨条件
１）水質汚泥性状等の条件・他の処理場の汚泥集約処理の意向があること
・汚泥の消化率が高いこと・汚泥からの消化ガス発生率が高いこと
２）設備規模に関する条件
・日平均汚水量10,000m3/日までの処理場であること・ユニット施設の規模は適用範囲内の大規模（7,000～10,000m3程度）であること
３）その他条件
・貯留槽を保有していること
・汚泥処分費単価が高いこと

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３．革新的技術の導入効果◆3-1.導入効果を評価する方法
革新的技術の導入により期待される効果○ 経済面
・消化設備導入コストの削減
・維持管理費（汚泥処分費、電力費）の削減○ 環境面
・温室効果ガス排出量の削減○ 社会面
・下水処理場のエネルギー拠点化

効果の評価方法◆評価項目○ 経済面
・総費用削減効果（年価費用）
・エネルギー消費量削減効果○ 環境面
・温室効果ガス排出量削減効果
◆試算方法
・従来法
：「バイオソリッド利活用基本計画策定マニュアル」（平成16年3月）
・革新的技術：積み上げ計算
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３．革新的技術の導入効果◆3-2.ターゲット規模での検証結果
試算条件（日平均10,000㎥/日で比較）
項目単位

従来技術

革新的技術

水処理

水処理

↓

維持管理費対象

概略フロー図

流入水量

SS

汚泥量

↓

→脱硫・貯留高濃度消化→ 脱硫・貯留↓↓↓↓脱水発電

脱水発電

↓

↓

搬出処分

搬出処分

・・・ 建設費対象・・・ 維持管理費対象

日最大処理水量m3/日

12,50012,500 ≒ 10,000× 1.25

日平均処理水量m3/日

10,00010,000 実績

流入水質mg/L

149

149 容量計算書

放流水質

mg/L

99 容量計算書

汚泥発生率%

75.0%

75.0% 容量計算書

発生汚泥量kg-DS/日

0.14

0.14

2.0

2.0

初沈汚泥固形物量/余剰汚泥固形物量

消化ガス

維持管理費対象（既設2段活用）

↓消化↓
高濃度濃縮

機械濃縮－

備考

発生固形物量t-DS/日1.750

1.750 日最大における発生量

1％換算汚泥量（日最大）

m3/日

175

175 日最大における汚泥量

1％換算汚泥量（日平均）

3m /日

149

149 日平均における汚泥量

濃縮汚泥濃度％2.2

2.2

消化汚泥量t-DS/日

1.050

脱水汚泥量

t/日

67 含水率82％（日最大における発生量）

脱水汚泥量

t/年

1,810

2,237 含水率82％ 日平均／日最大比0.85

消化ガス発生量

Nm3/年

217,175

日平均／日最大比0.85、95,557 VTS80% 500Nm3/t-VTS（従来技術）、220Nm3/t-VTS(革新技術）

消化ガス利用量

Nm3/年

206,316

90,779消化ガス発電電力量

千kWh/年

354.86

投入汚泥VTS80%
1.298 消化率50% (従来技術）
消化率32.3%（革新技術）

消化ガス発生量×0.95（利用率）※排熱で加温21.5MJ/Nm3 発電効率32％156.14
自己消費電力 10％

消化ガス発電機必要容量

kW

4721

消化ガス発電機設置容量

kW

50

50 25kW×2台(従来技術）、1台（革新技術）

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３．革新的技術の導入効果◆3-2.ターゲット規模での検証結果
試算条件（日平均10,000㎥/日で比較）
従来技術
項目

総費用削減効果エネルギー消費量削減
効果
温室効果ガス排出量の削減効果

革新的技術

既設消化有

既設消化無-

濃縮機更新
有

濃縮機更新
無濃縮機更新有

濃縮機更新
無-〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇

16

３．革新的技術の導入効果◆3-2.ターゲット規模での検証結果
総費用削減効果（年価費用）
200,000

176,061

費用[千円/年]

150,000

発電便益

汚泥処分費

建設費年価

年間収支

144,477

維持管理費

127,833
90,547

98,827100,000

50,0000-50,000
更新あり

更新なし

更新あり

シナリオ(1)・従来消化あり

更新なし

-

シナリオ(2)・消化なし
従来技術

本技術

17

３．革新的技術の導入効果◆3-2.ターゲット規模での検証結果
エネルギー消費量削減効果
2,500,000
2,000,000

発電量

燃料消費量

電力消費量

合計

エネルギー消費量[MJ/年]

1,500,000
543,235

1,033,130
1,000,000
500,000

32,7990-500,000-1,000,000-1,500,000
シナリオ(1)
従来・消化有シナリオ(2)従来・消化無本技術

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３．革新的技術の導入効果◆3-2.ターゲット規模での検証結果
温室効果ガス排出量削減効果
2,000

有効利用による削減

処理に伴うCO2排出量

薬品利用に伴うCO2排出量

エネルギー使用に伴うCO2排出量

合計

温室効果ガス排出量[t-CO2/年]

1,500

1,441
971
956

1,000

500

0-500

シナリオ(1)
従来・消化有シナリオ(2)従来・消化無本技術

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４．革新的技術の計画・設計◆既存施設への影響及び留意点
１）既存施設への影響
従来処理として嫌気性消化工程を有していない処理場においては、返流水負荷の増加が見込まれる。
２）関係法令の確認①水質汚濁防止法②電気事業法③消防法④建築基準法⑤ガス事業法⑥その他関係法令20

５．革新的技術の維持管理◆既存施設への影響及び留意点
１）脱水機の運転（濃縮運転と脱水運転）
・既存脱水機を高濃度濃縮機として活用するため、交互運転となる。
・濃縮運転と脱水運転で運転設定（処理量・薬注率が）異なるため、運転開始前に所定の設定に切り替えを行う。
２）消化・発電設備の運転管理
・消化プロセスが無い処理場に新たに本技術を導入する場合は、新たに消化・発電プロセスの運転管理項目が追加（消化汚泥性状分析、消化ガス分析）

21

６．実証期間中に行った技術上の工夫・改善点
実証時の運転パターン
6/13(土)20kW運転2.0

送風機運転時間

ガスパック

25

発電機電力

1.8
1.6

20

1.2

15

1.0
0.8

10

発電電力 [kW]ガスバックレベル [m]

1.4

0.6
0.4

50.2
0.0

00:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

〇一般的にはガスバックの貯留レベルによりバイオガス発電機を発停、発電電力は処理場に系統連系〇小規模処理場では処理場の電力負荷が低い⇒ガスバックの貯留レベルの他、送風機運転時間帯（黄色領域）に合わせて発電機が運転許可となる制御を実施

22

７．問い合わせ先
国土交通省
国土技術政策総合研究所

下水道研究部下水処理研究室〒305-0804茨城県つくば市旭1
TEL:029-864-3933 FAX:029-864-2817
URL http://www.nilim.go.jp/lab/ecg/index.html

株式会社大原鉄工所

営業本部 環境営業部〒940-8605新潟県長岡市城岡2-8-1
TEL:0258-24-2351 FAX:0258-24-8201
URL https://www.oharacorp.co.jp/

株式会社西原環境

技術本部〒108-0022東京都港区海岸3-20-20ヨコソーレインボータワー3階
TEL:03-3455-3606 FAX:03-3455-7033
URL https://www.nishihara.co.jp/

株式会社ＮＪＳ

東部支社 東京総合事務所 環境マネジメント部〒105-0023東京都港区芝浦1-1-1
TEL：03-6324-4308 FAX：03-6324-4322
URL http://www.njs.co.jp/

長岡技術科学大学

環境社会基盤工学専攻 資源エネルギー循環研究室〒940-2188新潟県長岡市上富岡町1603-1
TEL･FAX:0258-47-9623
URL https://whs.nagaokaut.ac.jp/reclab/

北海道大学

工学研究院環境創生工学部門 水代謝システム分野 水環境保全工学研究室〒060-8628北海道札幌市北区北13条西8
TEL:011-706-6277 FAX011-706-6277
URL http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/aqua/

長岡市

土木部下水道課〒940-0062新潟県長岡市大手通2-2-6（ながおか市民センター3F）
TEL:0258-39-2235 FAX:0258-39-2266
URL https://www.city.nagaoka.niigata.jp/23