水坤 下水処理場のエネルギー自立化の可能性
寄稿
石田 貴（公財）
日本下水道新技術機構／資源循環研究部長

１．はじめにに上りますが、回転速度とポンプ効率との間には図ー２に示すような関係がありますので、過度に東日本大震災では、原子力発電所の停止による揚水量を絞ると逆効果になります。高水位一定運供給電力不足から、多くの下水処理場で節電が求転で過度な揚水量の絞り込みが行われていたケーめられました。下水処理場の消費エネルギーの92スでは、定格運転の水位制御方式に切り替えるこ％が電力であることから、その影響は大きいこととで21％の消費電力削減を実現することができまがわかります。また、電気料金も大幅に上がり、した。

下水道経営に大きな影響を現在においても及ぼし送風機については、超微細気泡散気装置のようています。
これまでも、省エネ法により消費エネルギーの削減は義務付けられていますが、省エネ機器の導その他
8%入や運転管理手法の改善による省エネルギーの取り組みは必ずしも十分とは言えません。

主ポンプ
15%

汚泥焼却13%

最近、資源循環研究部で取り組んでいる自治体等との下水処理場のエネルギー自立化に関する共同研究や国土交通省受託調査をとおして明らかに

汚泥処理
14%

送風機
26%なった、エネルギー自立化の可能性について以下に述べたいと思います。
水処理24%

２．消費エネルギー50％削減

図ー１

設備別消費電力の割合

平成29年度の国土交通省受託調査「下水処理場消費電力の割合は図ー１のとおりです。主ポンプや送風機は、電動機容量の大きな機器ですが実際の消費電力も大きく、処理場全体の消費電力の約40％を占めます。焼却設備がない処理場ではこの割合が約 50％となります。したがって、これら設備の優先的な省エネ対策が必要なことがわかります。
主ポンプに回転数制御を導入しているのは63％14ポンプ効率（%）

箇所の下水処理場の問診票調査によれば、設備別

10010090908080707060605050404030

ポンプ効率3020

揚水量当たり電力量20101000707580859095

ポンプ回転速度（%）

図ー２

回転速度とポンプ効率の関係

100

揚水量当たり電力量（kW/千m3）におけるエネルギー戦略検討業務」で実施した35表ー１

 率的な散気装置への更新による消費電力
効削減事例
事例 A

事例 B

更新前
0.120
処理水量当たり消費電力（kWh/㎥）

0.158

更新後
0.082
処理水量当たり消費電力（kWh/㎥）

0.109

送風機消費電力削減率（％）

31

その他
7%

33

主ポンプ
10%

熱回収率40％以上かつ消費電力削減率20％以上という焼却炉の性能指標が定められましたが、誠にまとを得たものと思われます。
表ー２は、自治体等との共同研究で得られた消費電力削減事例ですが、23～49％の削減率を示しています。運転管理手法の改善も大きな消費電力削減効果があることが分かります。

３．創エネルギーの取り組み
下水処理場で最も多く取り組んでいる創エネル

送風機
19%

ギー手法は、消化ガスで発電を行うことです。既焼却36%に 100 箇所以上で取り組まれていますが、下水汚泥のみを消化して発電する場合は、消費電力の 30～40％を賄う程度です。エネルギー自立化率を高水処理18%めるためには、地域バイオマスを受け入れる必要

汚泥処理
10%

図ー３があります。機構作成の「下水処理場へのバイオマス（生ごみ等）受け入れマニュアル」（2011 年

設備別消費電力の割合（焼却有）３月）によれば、日平均処理水量26,000㎥/日の下
表ー２

消費電力量削減事例

（単位：千 kWh/ 年）

水処理場に事業系生ごみ9.2ｔ/日を受け入れた場
合、発電量は 54％増加します。

事例 A

事例 B

事例 C

事例 D

現状の消費電力量

14,76920,832

4,820

8,646

省エネ機器の導入による削減量

2,557

5,157

1,482636

運転管理手法の改善による削減量1,843

5,110816

1,360

供給する事業は、16か所の下水処理場で実施され消費電力削減率（％）

30494823ています。下水処理場のみで考えればエネルギー下水汚泥の燃料化もエネルギー自立化率を高める取り組みです。炭化炉や造粒乾燥機で固形燃料化し、石炭火力発電所や石炭ボイラの燃料として的に不利ですが、エネルギー自立化の考え方では燃料化物は創エネルギーとしてカウントされまな酸素移動効率の高いものに更新することで、す。表－３に燃料化を実施している下水処理場の表ー１に示すように、30％以上の消費電力削減をエネルギー自立化率を示します。炭化の事例 A 及図ることができます。

び B の場合、投入エネルギーのほうが創エネルギ

図ー１によれば、水処理設備の消費電力が24％ーより若干上回りますが、燃料化はエネルギー自と大きくなっていますが、高度処理などでは反応立化率で見るとガス発電より有利なことが分かりタンクの嫌気槽や無酸素槽に加えて好気槽にも撹ます。

拌動力密度の大きな水中撹拌機が使用されている

従来の焼却設備は、図ー３に示すように、非常ことが多いためです。特に、好気槽は送風機からに消費エネルギーが大きいのですが、最近は、廃送る空気で反応タンクの撹拌ができますので、水熱ボイラで発生した蒸気を市販品の小型蒸気発電

中撹拌機の撹拌動力分は全く無駄なエネルギーと機や小型バイナリー発電機を利用してエネルギー言えます。

回収する乾燥汚泥焼却発電方式の焼却システムが図ー３は、焼却有の場合の設備別消費電力の割開発されています。表－４に小型蒸気発電機を組合を示しますが、焼却設備は36％と非常に大きなみ合わせた場合の階段式ストーカ炉の廃熱回収率割合を占めることが分かります。昨年９月に、廃及び消費電力削減率を示します。処理規模100ｔ/15

表－３

燃料化の事例のエネルギー自立化率

事例

日平均処理水量（㎥ / 日）

電力使用量（千 kWh/ 年）

燃料使用量（千 kWh/ 年）

創エネルギー量（千 kWh/ 年）

自立化率
（％）

A

34,000

7,300

8,694

10,27564

B42,700

11,390

3,732

6,972

46C

99,90012,1783,39818,929122

表－ 4

階段式ストーカ炉の廃熱回収率等
処理規模

50 ｔ / 日

100 ｔ / 日

廃熱回収率（％）

818282

消費電力削減率（％）

86

99

100

日で概ねエネルギー自立化を達成することができます。

150 ｔ / 日

４．おわりに増設用地や建物屋上を利用した太陽光発電も有

高度処理や焼却を行うことで消費エネルギーは効です。岩手県下水道公社とのエネルギー自立化

確かに増加しますが、現状の方式に問題があるたの共同研究では、省エネで30％消費電力を削減し、め必要以上にエネルギーを消費していることがお

水処理施設の増設用地で太陽光発電（118万kWh/分かりになったのではないかと思います。

年）を行うなどの創エネの取り組みにより、電力創エネルギーの取り組みとしても、生ごみのよ自立化率80％。エネルギー自立化率64％を達成でうなエネルギー価値の高い地域バイオマスの受けきることが分かりました。同様に、長野県との流入れは効果があります。また、燃料化や焼却炉の域下水道スマートエネルギープラン策定に関する廃熱利用、太陽光発電などの取り組みにより、エ共同研究では、省エネの取り組みに加えて、４下ネルギー自立化は必ずしも不可能ではないことが水処理場の主要建物の屋根で太陽光発電（955 万お分かりいただけたのではないかと思います。

kWh/年）を行うなどの創エネの取り組みにより、資源循環研究部では、下水処理場の省エネ診断

エネルギー自立化率 100％を達成できることが分も行っていますので、省エネやエネルギー自立化かりました。にご興味のある自治体等の方は是非ご相談ください。

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