Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
ン/日)が、2020年の藩陽市においては10カ所、遼寧省においては71カ所が必要であることが示された。

生態系プロセスモデルと連携した自然資源 GIS データベースは、気候や人為管理によるバイオマス供給ポテンシャル変化を予測でき、また森林からの水資源供給も評価できた。定量的・空間的に推定された自然資源供給ポテンシャルは、都市における需要と比較することで需給バランスが評価でき、サービス充足指数や資源循環度などの指標によって可視化できた。

- バンコクの大規模処理施設は下水道の污水収集性能が不十分（低流入有機物濃度）であり、水質汚濁防止への効果が低い。高度好気性栄の現地実験では、大幅な電力消費の削減（50～85%）、余剰汚泥の削減（77～89%）が達成できることが実証された。

- 中国内の主要な鉄鋼生産 5 省（河北省、遼寧省、山西省、河北省、江蘇省）および地域間の取引を示す産業連関表を用いて、省エネルギー・低炭素技術を中国の鉄鋼業に導入した場合の、当該地域および域外への誘発 CO₂ 削減効果を分析した。分析の結果、省ごとの削減構造の違いや、地域を超えて及ぼす誘発 CO₂ 削減効果を明らかにした。

研究期間を通じて複数回の国際会議を開催し、研究の進展に資するための意見交換や成果の共有を行った。2013年11月26-27日には中国科学院と共催でInternational Symposium on Regional Sustainable Developmentを藩陽市において開催し、日、中、米などから60名程度の研究者が参加した。本成果を受け、資源循環分野では著名な国際学術誌であるJournal of Cleaner ProductionにTowards post fossil carbon societies: regenerative and preventative eco-industrial developmentと題する特集号を組むことが決定し、研究成果を広く普及させることに貢献できると考えられる。
## 第1章 有機系循環資源のリサイクル技術調査と複合リサイクルシステムの評価

### 1.1 概要

アジアの諸都市における循環型社会の構築に資する高品質なマテリアルリサイクルに加え、ある程度品質の高い有機系循環資源（混合プラスチックや雑紙）を、素材産業や火力発電所等の既存炉を活用して高効率・低コストでリサイクルする「スマートリサイクル」 $ ^{1)} $ の検討を行うとともに、残りの低品質の有機系循環資源の高効率活用を行うため、複合型リサイクル・処理システムを検討し、日本国内の循環技術のリエンジニアリング（再構築）のための情報収集を行うとともに、その効果を試行的に評価した。その結果、複合型リサイクル・処理システムは、廃棄物からの高度なエネルギー回収が可能であることが確認された。また、動脈産業の更なる積極的活用に関する検討を行い、アジア諸国における課題を整理した。これらの研究成果に基づき、アジア地域への環境産業地区設計ガイドラインを試作した。

### 1.2 有機系循環資源のリサイクル手法の技術調査

#### 1.2.1 動脈産業施設の積極活用に関する基礎的検討

鉄鋼やセメント、製紙、化学、発電所などの動脈産業施設で循環資源や再生可能資源を利用することができれば、循環資源が大規模・高効率に利用できるとともに、既存の施設を活用したリサイクルとなるため、リサイクル又は適正処理のための設備投資や運転費用を軽減できることが期待される。動脈産業を活用したリサイクルについては、これまでにも実施されているが、その量はリサイクルの対象となり得る有機系廃棄物の一部に過ぎない。有機系循環資源をより積極的に投入できる装置構造について、文献調査や必要な場合にはヒアリング調査などを通じて、基礎的検討を実施し、関連技術情報や関連動向の情報整理を実施した。具体的には、中国において発電の主力である石炭火力発電所と、鉄鋼業のコークス炉および高炉における廃プラスチック・古紙等の利用拡大の可能な技術について、回収システム、前処理システム、必要な設備変更（付帯施設）、実際の利活用事業の実態、脱塩素技術、投入施設、石炭代替の有機資源投入可能量、CO₂削減効果等、施設間連携やハイブリッド化などに焦点を当て、当該システムの新しい技術動向把握の調査を実施した。

(1) 石炭火力発電所における木質バイオマス・廃プラスチック・古紙の利用拡大可能な技術 石炭火力発電所では、多くの電力会社の石炭火力発電所が採用している微粉炭火力発電技術（USC）と、その他の工業で採用している流動床ボイラー技術に大別される。

石炭火力は微粉炭燃焼方式（微粉炭火力発電技術）が主流であり、この方式では、バイオマスやプラスチック等を投入する場合、微粉炭同様に破砕等の前処理が必要になる。流動床ボイラー技術（流動床方式）は、従来型の発電用ボイラーが高品位炭や油・ガス等の化石燃料にしか対応できないのに対し、低品位炭やバイオマス、スラッジ、廃プラスチッ
ク、廃タイヤなどをも燃料として使用できる幅広い燃料適合性があるとされ、クラレ玉島工場（70t/h）、出光興産千葉製油所（300t/h）、宇部興産伊佐工場（210 t/h）等に整備されている。

ヒアリンングや文献調査結果によれば、微粉炭方式は RPF の投入は技術的に困難であり、木質バイオマスの利用では、混合ミルの利用可能性より専用ミルの設置が必要であり、この課題を克服すれば導入は可能になるとみられる。一方、木質バイオマスの場合、現状では海外由来のチップがコスト競争力を有している。流動床ボイラーは、出光興産の千葉製油所の循環流動床ボイラーは、石炭を年間約 20 万 t 使用するのに対して RPF は年間 1 万 t 程度利用している。受け入れる RPF については塩素管理を徹底しており、発電所側では特別な受入施設を設置することなく利用できている。国産の間伐材チップの受入れは、コスト面や安定供給の面で課題を残し、建設系の木材チップは重金属等の混入が懸念されている。

尚、最近注目の石炭ガス化は、これまでのものと比較して、発電コスト（整備コスト）が1割程度高くなる傾向であり、補助金がないとその整備は厳しいという見方がある。中・長期的に石炭ガス化複合発電（IGCC）などの導入による更なる高効率化およびCO $ _{2} $ の分離・回収技術の開発などが促進されるとみられる。ガス発電等のコンバインド方式も、理論的には可能性があるが、日本の天然ガスの値段は高いため、コストメリットがあるかが課題になる。

## (2) コークス炉・高炉における木質バイオマス・廃プラスチック・古紙の利用拡大可能な技術

コークス炉・高炉における木質バイオマス・廃プラスチック・古紙の利用の可能性は、脱塩素を中心とする技術を投入前の前処理システムを構築すれば、充分にその利用拡大可能である。

特に、塩素濃度の許容が高いとされるコークス炉原燃料化システムを例にみると、技術的には1～2%程度の投入が可能とされている。現行では、容器包装リサイクル法の入札制度を利用したプラスチックの受入れを主体に実施しており、受入量の確保に制約があるとされている。新日鐡住金(株)では、旧住金のコーク炉での受入れ体制を整備すれば、現行の量である約20万t程度を追加で受け入れる可能性（能力）があることを示唆している。こうした点にかんがみると、技術的な課題より制度的な課題を関係者は示唆していると考えられる。

#### 1.2.2 下水汚泥のリサイクル技術

下水污泥中の固形物の約8割が有機物で占められており、エネルギー資源と生物活性資材としての資源として捉えることが出来る。エネルギー資源としては固形物の直接的な燃料化やガス化による利用が考えられ、生物活性資材としては、微生物を利用するメタン発酵やコンポスト等による有効利用が考えられる。下水污泥を固形燃料として利用する技術
は、汚泥乾燥技術と汚泥炭化技術に大別される（図1-1）。

・直接乾燥：熱風や過熱蒸気を用いて污泥を直接加熱する

・間接乾燥：乾燥機の加熱面を介して間接的に汚泥に伝熱し乾燥させる。

・改質乾燥：脱水污泥に蒸気を直接供給し連続的に改質（細胞膜を破壊し疎水化）を行う。

図 1-1 下水污泥固形燃料化技術の分類

下水污泥の炭化においては、焼却と比較して脱水污泥からの$\mathrm{N}_{2}\mathrm{O}$が削減されるメリットが存在する（表1-1）。

表 1-1 下水污泥処理方式による脱水污泥 1 t 当りから排出される N₂O 排出量 $ ^{*} $

方式	N2O排出量	地球温暖化係数	CO2換算排出量	出典
(kg-N2O/t-cake)	(一)	(kg-CO2/t-cake)
低温炭化(250~350℃)	0.03	310	9.3	予測值
中温炭化(500℃程度)	0.13	310	40	文献a
高温炭化(600~800℃)	0.146	310	45	文献b
流動焼却(高温焼却)	0.645	310	200	文献c
流動焼却(通常焼却)	1.51	310	468	文献c

文献 a：上野知威：下水污泥炭化燃料の実用化、バイオ燃料（株）、環境と地球 No.17(2006)

文献b：下水道新技術推進機構：炭化システム技術資料

文献 c：環境省：温室効果ガス排出量算定・マニュアル

*出典）椎屋光昭：石炭火力発電所におけるバイオマス資源活用取組み状況について，再生と利用，Vol.35（2011）
下水污泥エネルギー化技術ガイドライン（案）において、固形燃料化（造粒乾燥、油温減圧乾燥、炭化）を導入している自治体に対し、設備の緒元やコストに関するヒアリング、アンケートを実施し、また、固形燃料化施設の主要メーカーに対しヒアリングを実施した結果を整理したコストデータが示されている（図1-2）。

处理能力（脱水污泥t-wet/日）

（出典）下水汚泥エネルギー化技術ガイドライン（案）

図 1-2 固形燃料化施設のイニシャルコストおよびランニングコスト

#### 1.2.3 食品廃棄物のメタン発酵技術

食品廃棄物のメタン発酵技術は、有機物が嫌気性条件で微生物の活動により分解され、最終的にメタンと二酸化炭素を生成するプロセスである。古くから汚水処理での污泥減量化技術として用いられてきた。

図 1-3 食品廃棄物のメタン発酵プロセス

そのプロセスは、①食品廃棄物の可溶化・加水分解（固形又は高分子有機物を低分子有機物に分解）、②酸生成（低分子有機物から有機酸、アルコール類などを生成）、③酢酸生成（有機酸などから酢酸と水素などを生成）、④メタン生成（酢酸や水素などからメタンと二酸化炭素を生成）、⑤熱回収（メタンから発電・熱供給）となっており（図1-3）、生ごみ1tから約200kWhの電力を発電できる。
固形バイオマスを対象とした発電無しの施設の場合、処理量が数十t/日以上の規模においては概ね1,000～3,000万円/(t/日)程度、発電有りの場合は概ね3,000～5,000万円/(t/日)程度であり、規模が拡大にするにつれ費用は遅減する傾向が見られる。

#### 1.2.4 下水処理技術

下水処理における汚泥処理プロセスは、濃縮、消化、脱水、焼却、溶融などからなる。既存文献によると汚泥の単位処理プロセスのエネルギー消費原単位は表1-2のとおりと整理されている。このデータは、大阪市の13箇所の下水処理場の各処理プロセスに投入された汚泥量に対する電力および熱量の消費量実績から算出したものである。

表 1-2 汚泥の単位処理プロセスのエネルギー消費原単位式 $ ^{*} $

処理プロセス	処理方式区分	電力消費原単位(kWh/t-DS)	熱消費原単位(MJ/t-DS)
濃縮	重力濃縮機械濃縮	640X-1.04(r=-0.96)1,640X-0.623(r=-0.73)	-
消化	高温消化中温消化	1,960X-0.607(r=-0.73)2,590X-0.949(r=-0.73)	7,550X-0.0989(r=-0.50)42,507X-1.011(r=-0.71)
脱水	遠心脱水ベルトプレス脱水	-1.77X+418(r=-0.81)-110Ln(X)+540(r=-0.84)	-
焼却	流動床焼却炉多段式焼却炉	-7.24X+976(r=-0.94)3,240X-0.696(r=-0.96)	-5,640Ln(X)+27,160(r=-0.84)
溶融	-	760	24,500X-0.415(r=-0.70)

X : 投入固形物量(t-DS/d)、r : 相関係数

*出典：惣田訓，池道彦：処理規模を考慮した様々な下水汚泥処理システムのエネルギー消費量の比較評価，再生と利用，Vol.34，No.129（2010）

#### 1.2.5 複合処理施設の事例（下水汚泥の一般廃棄物焼却施設での混焼事例）

京都市山科処理区の石田水環境保全センターでは、昭和60年10月から、脱水ケーキおよびスクリーンかすを、隣接する一般廃棄物焼却施設である東部クリーンセンターで都市ごみと混焼し、東部クリーンセンターより電気・蒸気の供給を受けている。

混焼システムの導入にあたり必要となった設備は、汚泥乾燥機、造粒機および余熱利用設備である。設備の概要は、表1-3に示すとおりである。ごみ焼却炉において脱水ケーキが燃えやすく、火格子から落ちないようにするため、含水率約70%の脱水ケーキと含水率約10%の乾燥汚泥を混合して含水率約40%にしたのち、直径30mm、長さ10cmのペレット状にして、東部クリーンセンターへ搬出している。東部クリーンセンターのごみ焼却炉（ストーカ炉）での下水汚泥の混焼比率は10%以下である。ごみ焼却炉に設置された廃熱ボイラで発生した蒸気はクリーンセンターで発電用に利用されるとともに、一部を石田センターで汚泥乾燥用に使用している。平成17年度実績では、余剩蒸気による発電電力で、石田水環境保全センターの全消費電力量の約64%をまかなった。また、石田水環境保全センターの汚泥処理に要した蒸気使用量は、東部クリーンセンターの全蒸気発生量（534,955t/年）の約3.5%であった。
表 1-3 混焼のための設備概要

施設	形式	能力	台数その他
汚泥処理設備	汚泥脱水機	加温圧搾形スクリュープレス脱水機	210kg·ps/時間/台	8台
乾燥機	間接加温型パドルドライヤー	700kg·H2O/時間/台	4基
造粒機	二軸スクリュー式(造粒形状φ30mm×長さ40～100mm)	0.7t/時間	4基
余熱利用設備	熱交換器	横円筒形多管式	2,000,000kcal/時間507,000kcal/時間	各2基
東部クリーンセンター	焼却炉	階段式ストーカ炉	200t/24時間	3基火床面積39.24m²/基

### 1.3 アジア地域に適合するリサイクルシステムの設計

#### 1.3.1 アジア地域に適合するリサイクルシステムの考え方

アジア地域における有機系資源の資源循環の現状および改善の方向性は、次のように考えられる(図1-4も参照)。

## ①プラスチックや厨芥をはじめとする有機系資源の資源循環構築

アジアの諸都市では急速な産業化とともに、産業廃棄物と都市廃棄物が急増している。特に資源循環の観点からは、製造業の拡大とともに機械製品・金属製品の回収事業については民間ベースで始まりつつあるものの、プラスチックや厨芥をはじめとする有機系資源の資源循環は進んでおらず、その有機系資源としての社会的価値を活かして地域の環境汚染を抑制する効率的な資源回収は実現していない。

現状において、これら有機系資源による生活環境への影響は決して軽微なものではなく、また最終処分量削減の観点からも、有機系資源の資源循環・適正処理体制の構築が課題となっている。

## ⇒ 有機系資源の埋立処分等の回避による生活環境の改善と積極的な循環利用

## ②下水処理施設の普及促進と下水汚泥の循環体制の構築

都市の衛生状態改善の観点から、今後、アジアの諸都市においては下水道および下水処理施設の普及が進むと考えられる。これは都市計画・公衆衛生からは非常に意義のあることであるが、資源循環の観点からは下水処理に伴って大量の下水汚泥が発生するという側面を有している。

そのため、下水汚泥の循環利用をあらかじめ想定して、有機系資源循環システムの構築を図ることが課題となる。

下水処理施設による都市の衛生状態改善と下水汚泥も含めた循環システム構築
## ③廃棄物分野での温室効果ガス排出量の削減

アジアの諸都市においては、これら有機系資源の大部分は埋立処分もしくは単純焼却されており、 $ CH_{4} $ （バイオマ系の有機系資源の埋立処分）、 $ CO_{2} $ （プラスチックなど化石燃料系の有機系資源の単純焼却）によって多量の温室効果ガスが排出されている。

これらの有機系資源の適正な循環システムを構築することにより、廃棄物分野での温室効果ガス排出量を削減することが課題となっている。

有機系資源の埋立回避および化石燃料・天然資源代替による温室効果ガス削減

④産業系施設や都市施設と連携した有機系循環資源の循環利用

アジアの諸都市においては、今後も急速な産業発展が見込まれ、産業系施設におけるエネルギー需要は高まると予想される。また、人口増加により電力需要は高まるものと考えられる。加えて、特に寒冷な地域においては都市内での熱供給システムは必須の都市インフラとなるであろう。

有機系資源の循環システムの構築に際しては、材料リサイクルを念頭に置きつつも、このようにエネルギー需要が高まることから、地域の産業構成や都市状況に応じた積極的なエネルギー転換を図ることが課題となる。

⇒ 産業系施設や都市施設と連携した循環システムの構築（マテリアル＋熱電供給）

## ⑤循環資源の熱利用における需要の変動への対応

特に寒冷な地域においては都市内での熱供給システムの熱源としての循環資源利用が考えられるが、この場合は熱需要の季節変動が非常に大きくなる。また、産業系施設における利用においても、操業状況に即して循環資源の需要が変動する。需要側のニーズに合わせた、フレキシブルな循環資源の供給体制の構築が求められる。

需要の変動に応じた可変的なシステムの構築

⑥アジア諸都市の状況を踏まえた日本技術の移転

アジアの諸都市におけるリサイクルシステムの構築にあたっては、日本発の技術・施策システムの移転が有効と考えられる。

しかしながら、我が国における有機系循環資源のリサイクルは、家庭系の一般廃棄物については精度の良い分別収集、事業系一般廃棄物および産業廃棄物においては、単一性状かつ異物混入率が極めて少ない排出形態を前提としている。一方、アジアの諸都市においては、ある程度の異物の混入を前提とせざるを得ない場合がある。

## ⇒ 異物混入を許容するリサイクル技術の導入

⑦都市や産業のスケールを踏まえた日本技術の移転

日本とアジア諸都市においては都市や産業のスケールは自ずと異なる。必ずしも大規模
集約化ではなく、小規模分散型の方が周辺への環境負荷、経済性共に優れる場合もある。日本技術の移転に際して、適正評価モデルを用いたプレスタディによる循環拠点の最適規模設計が重要になる。

## → 循環拠点の最適規模設計による全体効率の最適化

図 1-4 アジア諸都市における課題と改善の方向性

#### 1.3.2 動脈産業活用型リサイクル

## (1) 外部要因の変化に対して頑強なリサイクル

リサイクルの効果を高めるには、循環資源の単位重量当たりの効果を高めるとともに、リサイクルの実施量を拡大する必要がある。特に実施量を拡大するには、リサイクルシステムが、空間的に適切な規模で実施されて費用対効果に優れ、それが持続的な仕組みとなっていることが、重要な要件の1つになると考えられる。これまでにも、廃棄物のリサイクル・処理分野において、情勢変化に対する対策はある程度採られており、石川らの研究例²も存在するが、個々の対策となり得る要素を整理し、頑強なリサイクル・処理システムの設計指針として構造化することが重要である。これにより、様々な情勢変化が生じた場合、例えば原料供給量の減少という観点では、リサイクルの阻害要因ともなり得る2R（リデュース、リユース）が進展した場合、更に廃棄物からのエネルギー回収と競合し得る省エネルギー化、再生可能エネルギーの導入が進められた際にも、資源循環を通して達成される環境負荷削減量や資源消費削減量の将来に渡る時間積分値の期待値を拡大できることが期待される。外部要因の変化に対して頑強なリサイクルについては、本研究の研究代表者および分担者が参加して実施した先行研究（望ましい地域循環圈形成を支援する評価システムの構築とシナリオ分析、K22013）において整理を行った。経済発展の著しいアジア地域においては、外部要因の変化に対する頑強性が、より重要なファクターになると考え
られる。情勢変化に強いリサイクル・処理システムの構築にとって重要と思われる要素として、以下に述べる4つの要素が挙げられた。

・エネルギー・資源の質の考慮と絶対効率の向上

・既存高効率施設の活用

・施設（機能）の多様性

・環境負荷削減確率の高いリサイクル

## (2) 動脈産業を積極活用するリサイクルシステム

動脈産業を積極活用するリサイクルシステムについては、先行研究（有機再生廃棄物を対象とする多層複合型資源循環圈の設計と評価システムの構築に関する研究、K22050）において提案・評価を行っている。高品質なプラスチック、雑紙類を分別して地域の拠点に収集し、一部のプラスチックはマテリアルリサイクルを実施し、残りは固形原・燃料に加工して、素材産業や発電所等に輸送して利用することを想定したものである。できるだけ既存施設を活用して、発生量は変動するが活用できれば低炭素化に繋がる循環資源を、最大限受け入れる仕組みは、送電の仕組みであるスマートグリッドと共通するため、スマートリサイクルと呼んでいる。地域で適切な規模の拠点を建設してリサイクルを実施し、焼却炉設置数の削減が可能となった場合、高効率なリサイクルが、全量焼却発電を行うケースと同等もしくはより低い費用で実施できる可能性があることが示された。また本研究における追加的な検討によって、スマートリサイクルでは施設建設などの固定的費用が低減することから、上述の人口減少や消費スタイルの変化等によって廃棄物発生量が減少した場合にも、廃棄物の単位重量当たりの費用が増加しにくいという利点も存在することなどが明らかとなっている。更に本研究においては、残りの低品質の廃棄物（廚芥等）の高効率利用法について、複合施設化を行う場合を検討する（図1-5）。このように、動脈産業の活用と、複合施設を組み合わせたリサイクル・処理システムは、前述の外部要因の変化に対して頑強なシステムの要件を満たしており、高効率なリサイクルを長期間安定的に行える可能性がある。

なお、スマートリサイクルの推進には、発生源での分別収集が重要な要素となるが、アジアの諸都市では一般的ではない。環境省、瀋陽大学等と共同で行った、瀋陽大学キャンパス内におけるプラスチックの分別収集実験では、リサイクルの意義を伝える環境教育と、分別区分の適切な表示によって、適切な分別が実施されることが確認された。
図 1-5 頑強なリサイクル・廃棄物処理システムの構成例

#### 1.3.3 環境教育と分別収集実験

## (1) 検討の背景

廃棄物発生源での分別は、リサイクルを効率化する上で重要である。中国においては、日本のような自治体等による組織的な分別収集は行われておらず、インフォーマルなサービスやスカベンジャーによる、リサイクル可能な廃棄物の回収が主となっている。安価な労働力が存在することも一因であるが、中国においても特に沿岸部では労働者の給与水準が増加していることを考えると、持続可能なシステムではない可能性もある。大規模な収集システムが採れないことにより、その後のリサイクルプロセスも細分化し、十分な規模の効果が期待できなくなる。またより理想的には、生産性の低い回収方式から生産性の高い回収方式に転換し、余剰となった労働力は更なるリサイクルの推進のために振り向けられる方が望ましい。

中国では、ごみの排出者自体がごみ分別の必要性や適切な分別方法をそれほど理解していない。そこで、分別収集普及の第一歩として、中国藩陽市に立地する藩陽大学のキャンパスを対象に、環境教育を実施すると共に、PETボトル、ガラス瓶、缶類を対象にリサイクル可能な廃棄物の分別実験を実施した。これら一連の実験は、環境省・平成23年度3R事業展開・技術評価事業、川崎市・藩陽市環境にやさしい都市構築モデル事業支援・技術評価検討会（座長：藤田壮）の調査事業の一環として、藩陽大学の協力により実施されたものであり、本研究課題の研究者らの一部が、その企画段階から研究計画の立案や測定方法等に助言を行い、共同で実施したものである。また、実験の実施に当たっては、上記検討会の事務局である、JFEテクノリサーチの協力を得た。
## (2) 実験方法

藩陽大学キャンパスに、2011年12月、中国語および英語でリサイクル可能、リサイクル不可能とそれぞれ表示されたごみ箱100組（計200個）を設置した。設置場所は、講義棟エリアに39ヶ所、事務棟エリアに30カ所、カフェテリアに5カ所、大学内の寮に20カ所、門やキャンパス間を繋ぐトンネル付近に6カ所とし、これらのうち20カ所は屋外、80カ所は屋内である。まず、従来の分別状況を把握するため、環境教育実施以前の期間において、ごみの排出状況を測定した。各ごみ箱について、リサイクル対象であるPETボトル、瓶、缶の個数および重量と、それ以外のごみの重量を毎日1回測定し、これを平日の1週間継続した。

環境教育は、上記測定の次の1週間で実施された。中国の廃棄物問題の現状、リサイクルの重要性と、その円滑な実施のための分別排出の重要性などが講義で伝えられ、日本のごみ分別の状況についても紹介された。更に分別排出することを促すポスターや看板が、キャンパス内に掲示された。環境教育後の1週間は、環境教育実施前と同様の方法で、リサイクル対象とそれ以外のごみが、各ごみ箱にどのように捨てられているかを測定した。更に次の1週間では、ごみ箱の表示をこれまでのリサイクル可能を意味する言葉から、より具体的にPETボトル、缶、ガラス瓶に変更し、リサイクル可能、不可能の曖昧さから生じる不適切な分別がどの程度減少するかを測定した。各測定は、10名の教員、40名の生徒、20名の衛生担当職員が10のグループに分かれて実施され、各グループが10のごみ箱の測定を担当した。測定に先立ち、測定方法を確認するための講習会が全員を対象に実施された。

## (3) 実験結果

測定を行った3週間において、100組のごみ箱の合計で平均して1週間当たり800のPETボトル、150のガラス瓶、500の缶が回収された。図1-6に示すように、適切に分別されない各リサイクル可能な廃棄物の割合は、環境教育の実施、表示の変更を経るに従って、減少していった。またリサイクル不可能な廃棄物が、適切なごみ箱に捨てられる割合も、同様に増加した。

図 1-6 リサイクル可能な廃棄物の排出状況
BL = before lecture（環境教育実施前）, AL = after lecture（環境教育実施後）, AM = after mark modification（ごみ箱の表示変更後）

環境教育の実施や、ごみ箱の表示の変更が適切な分別の割合増加に寄与したかを、t検定によって調査した結果を表1-4、表1-5にそれぞれ示す。

表 1-4 環境教育前後のリサイクル可能な廃棄物の分別率

Variable	Mean	N	T-test for equality of means
t	Sig. (2-tailed)
PET Separation Rate BL	.8161	408	-8.239	.000
PET Separation Rate AL	.9541	383
Bottle Separation Rate BL	.7184	87	-.5144	.000
Bottle Separation Rate AL	9486	115
Can Separation Rate BL	.7322	265	-4.930	.000
Can Separation Rate AL	.8758	282

BL = before lecture （環境教育実施前）, AL = after lecture （環境教育実施後）

表 1-5 ごみ箱の表示変更前後のリサイクル可能な廃棄物の分別率

Variable	Mean	N	T-test for equality of means
t	Sig. (2-tailed)
PET Separation Rate AL	.9541	383	-3.565	.000
PET Separation Rate AM	.9869	381
Bottle Separation Rate AL	.9486	115	-1.638	.103
Bottle Separation Rate AM	.9880	83
Can Separation Rate AL	.8758	282	-2.588	.010
Can Separation Rate AM	.9354	263

AL = after lecture （環境教育実施後）, AM = after mark modification （ごみ箱の表示変更後）

環境教育の実施前後では、PET ボトル、ガラス瓶、缶のすべてについて統計的に有意な分別率の向上が見られた。環境教育の実施や看板等による分別を促す掲示は、分別行動の変化に正の効果をもたらすことが示された。また、ごみ箱の表示変更前後では、ガラス瓶の分別率の向上は統計的に有意ではなかったが、他の2種類ではやはり有意な改善が見られた。ごみの分別に混乱をもたらす可能性のある曖昧なごみ箱の表示から、分別対象を明確に示す表示へと変更することにより、分別がより適切に行われる可能性が示された。

同様の分析により、環境教育の効果は、リサイクル不可能な廃棄物の適切な分別排出の向上にも寄与したことが認められた。中国においても、組織的な分別収集の可能性が示さ
れたことは、今後のリサイクルシステムの効率化にとって、重要な意義を持つと思われる。

瀋陽大学では、このような分別の取り組みを市内に拡大していくことが計画されている。

#### 1.3.3 低品質な廃棄物の高効率リサイクルのための焼却・メタン発酵複合発電

## (1) 検討の背景

一般廃棄物から混合プラスチックや雑紙類を分別して利用した場合、残りの廃棄物は相対的に厨芥類の割合が増加するため、水分に富む定位発熱量の低い廃棄物となる。この問題点を解決するには、厨芥類を分別してメタン発酵等を行い、含水率の高い廃棄物から効率的にエネルギー回収する方法を併用することが有効である。加えて、メタン発酵と廃棄物の焼却を近接させることにより、焼却排熱をメタン発酵槽の加温や、発酵残差の乾燥に利用するとともに、発酵残差の堆肥としての需要がない場合などに、発酵残差を容易に焼却処理できる利点が存在する。また、発酵により得られるメタンガスには、様々な利用方法が考えられる。都市ガス等の配管に接続して近隣のガス需要に供することができれば、効率の高いガスの利用法となるが、需要が存在しない場合は、オンサイトで利用する必要がある。一般的なのはガスエンジンなどの発電機で発電することであるが、その発電効率は一般的に30%台であり、例えばコンバインドサイクルのガス火力発電所の発電効率が60%程度であることを考えると、ガスの利用効率としてはそれほど高くない。都市ガスと焼却発電を組み合わせたものとしては、スーパーごみ発電が存在する。都市ガスを利用してガスタービンで発電し、タービンの排気ガスを利用して、焼却炉ボイラーの蒸気と熱交換して蒸気を昇温、昇圧することで、蒸気タービンの発電効率を高める仕組みである。一般に焼却炉のボイラーは、ごみ焼却時の燃焼ガスが腐食性に富むために、ボイラー配管を保護する観点から、蒸気を高温化することが難しく、発電効率が低い大きな要因の1つとなっている。都市ガスを利用した加温によって、この効率改善に寄与する仕組みとなっている。建設されたスーパーごみ発電施設の設計値による推計であるが、ガスタービンでの発電量および焼却炉単独で得られる電力量と比較して、加温された蒸気による焼却炉の発電量の増加分の合計と、投入されるガスの熱量を比較すると、見かけ上都市ガスは発電効率60%程度で利用されたことになり、ガスの利用方法として有効であることが分かる。しかし、厨芥の分別によるメタン発酵と焼却炉の組み合わせでは、相対的にメタンガス量が不足することも想定されるため、ここではガスタービンを省略し、メタンガスを用いたスーパーヒーターで焼却炉ボイラーの蒸気を直接過熱するケースを検討する。

## (2) 焼却・メタン発酵複合発電システムの概略

検討するメタン発酵・焼却複合発電システムの概要を図1-7に示す。一般に可燃ごみとして焼却処理されている廃棄物のうち、廚芥類を分別収集して湿式（中温）メタン発酵に用い、残りの廃棄物を焼却炉で焼却し高効率発電をする。メタン発酵施設と焼却炉は隣接しているものとし、メタン発酵により発生したガスを用いて焼却炉ボイラーの蒸気を過熱することにより、発電効率を向上させるものである。類似のシステムを持つものが、山口県
防府市で建設中であるが、こちらのメタン発酵は乾式であり、また、余熱利用の方法等も本想定とは異なる可能性がある。プロセス設計を行う利点は、混合プラスチックや雑紙類を分別利用するスマートリサイクルの実施の有無・程度や、国・地域別の厨芥割合の違いなどが、システムの効率にどのように影響するかを評価できる点にある。

図 1-7 焼却・メタン発酵複合発電システムの概略

## (3) 評価方法

複合発電システムの評価は、ごみ焼却、メタン発酵についてそれぞれ熱量等を算定し、その上で、両者をバランスさせた際の発電量を算出した。

## ・ごみ焼却部分の評価

ごみ量とごみ組成からごみ焼却施設の蒸気発生量を算出する。ごみの物理組成については、分別収集で厨芥類が50%回収された場合の低位発熱量を基準ケースとする。ボイラーでの熱回収率を設定して、蒸気発生量を算出する。

## ・メタン発酵部分の評価

メタン発酵施設に投入される厨芥量から消化ガス発生量を算出する。厨芥中の揮発性蒸発残留物（VS）分解率を設定し、メタンガスを含む消化ガス発生量を算出する。

## ・焼却・メタン発酵の熱量バランス

独立過熱器において、ボイラーからの蒸気を消化ガスの燃焼熱で過熱させる熱量とバランスさせる。ここで、ボイラーからの蒸気圧力と温度でバランスするポイントを繰り返し計算で求める。
ごみの組成、および低位発熱量は日本の平均的な値として、環境省の「一般廃棄物処理事業実態調査（平成23年度版）」から全国平均値とし、算出した結果を表1-6に示す。低位発熱量は平均で $ 8.7\times10^{3}\ kJ/kg $ であった。

表1-6 ごみ組成割合

項目	乾基準 (%)
紙・布類	49.38
プラスチック類	21.28
木・竹・わら類	8.97
厨芥類	14.09
不燃物	2.63
その他	3.65
合計	100

出典：「一般廃棄物処理事業実態調査（平成23年度版）」（環境省、平成25年3月）から全国平均値を算出

その他の設定条件は、以下の通りに設定した。

## i) ごみ焼却炉関連

・ボイラー熱回収率：85%（施設規模による熱回収率の違いは実機補正係数で補正）

・単独または全量焼却の場合のごみ焼却炉ボイラーの蒸気条件： $ 4MPa \times 400^{\circ}C $

· 所内電力消費：211kWh/t-廃棄物

## ii) メタン発酵施設関連

· 揮発性蒸発残留物（VS）分解率：80%

・メタン発生率：0.5Nm^{3}/kg-VS

· 消化槽加热温度： $ 35 \sim 40^{\circ}C $ （中温発酵を想定）

・ガスエンジン発電効率：33%

· 消費電力量：92kWh/t-廚茶

出典：井上侑香、新しい生ごみメタン発酵発電システム事業について、バイオマス・廃棄物発電によるエネルギー利用の最前線と課題、S&T出版株式会社、2013.11.22

## iii) 発電関連

・独立過熱器メタン燃焼排ガス出口温度：150℃

・蒸気タービン発電機効率：97%

・蒸気タービン排気出口圧力：0.015MPa（湿り度10%）＝飽和温度54.0℃

・複合システムの蒸気タービン入り口蒸気条件は500℃を上限

## iv）規模の効果の補正

施設規模が大きくなるとボイラの比表面積が少なくなり、熱効率が向上し、発電効率が増加すると考えられる。そこで、計算上求めた発電量を施設規模で補正するため、実機補正係数を設定した。蒸気条件を変えた場合もこの実機補正係数で施設規模による補正を行
った。高効率ごみ発電施設整備マニュアル・改訂版、環境省、平成22年3月を参考に、4MPa*400℃の条件に、試算結果が合うように実機補正係数を設定した。

実機補正係数= $ 0.156*\ln(x)-0.0279 $ ここで、x=施設規模（t/日）

これらの条件の下、処理規模 500t/日、厨芥分別率 90% のケース 1 と、厨芥の割合が相対的に高くなるケース 2（ここでは、ケース 1 の処理量に加えて、周辺地域から分別した厨芥のみを受け入れる場合を想定）について、焼却・メタン発酵複合発電システムで発電を行う場合に加え、同様の廃棄物に対して、メタン発酵・発電および残りの廃棄物の焼却発電をそれぞれ独立に行う場合、厨芥を分別せず全量焼却を行う場合について、評価を行った。

## (3) 評価結果

独立過熱器では、蒸気圧力は同じで温度だけが上昇する。圧力は高い方が高い発電効率となるので、できるだけ高い圧力で独立過熱器が熱バランスする入口蒸気温度（＝ごみ焼却炉過熱器出口蒸気温度）を求めた。この試算結果と発生蒸気量を表1-7に示す。

表 1-7 独立過熱器まわりの試算結果

ケース	処理規模 (t/日)	廚芥分別率 (%)	メタン発生量 (100%換算Nm³/日)	バランスした蒸気圧力 (MPa) * 温度(℃)	発生蒸気量 (t/h)
1	500	90	11,650	10MPa * 390	47.7
2	675	90	29,730	10MPa * 311℃ (飽和蒸気)	56.9

算出された各ケース、システム構成別の発電量、所内の電力消費量、これらを差し引きした売電量の結果を表1-8（ケース1）および表1-9（ケース2）に示す。いずれのケースにおいても複合型は、他に比べて発電量が増加することが示された。また、廚芥の割合が増加するケース2において、複合型発電の効果がより高くなることが示された。例えば全量焼却と比較した場合の複合型の売電量は、ケース1において20%程度増加しているのに対し、ケース2においては、25%増加する結果となった。廚芥が多く含水率の高い廃棄物から効率的に発電する手段として、有効である可能性が示唆された。また、複合型の利点を活かすには、メタンガスと焼却炉の発生蒸気量のバランスも重要である。

表 1-8 発電量の評価結果（ケース 1）

比較項目	複合型	焼却・メタ/発酵単独	全量焼却
発電量（kWh/h）	11,900	10,710	10,430
消費電力量（kWh/h）	3,850	3,690	4,010
売電量（kWh/h）	8,050	7,010	6,420
表1-9 発電量の評価結果（ケース2）

項目	比較	統合型	焼却・メタ兿酵単独	全量焼却
発電量（kWh/h）	14,390	13,180	12,440
消費電力量（kWh/h）	4,750	4,370	5,010
売電量（kWh/h）	9,640	8,820	7,430

### 1.4 アジアへの適用の検討

#### 1.4.1 焼却・メタン発酵複合発電システムの瀋陽市への適用

研究代表者と分担者の一部は、環境省の実施する「平成24年度川崎市・藩陽市環境にやさしい都市構築モデル事業支援・技術評価検討会」に参加し、川崎市や焼却施設の設計・製造のノウハウを持つJFEエンジニアリングと共に、前述のような複合発電システムの幾つかのパターンについて詳細な技術評価を実施し、藩陽市へ導入した際の効果を算定し、結果を藩陽市において報告した（算定方法は、上述のものとはやや異なる。また、汚泥の乾燥・焼却も評価に加えた）。

藩陽市で今後追加的に処理方法を決定する必要のある生活ごみ6000t/日、レストラン厨芥400t/日、下水汚泥1000t/日について、複合型リサイクル・処理システム適用（市内の3カ所に複合システムを建設することを想定）した場合について、それぞれのリサイクル・処理を個別に行う場合との比較を行った。複合化により、6300万中国元/年相当の発電量の増加と、19.5万t/年のCO₂削減効果（藩陽市の廃棄物部門からのGHG排出の22%に相当）が得られる結果となった。

#### 1.4.2 環境産業地区設計ガイドラインの試作

アジアの諸都市では急速な産業化とともに、産業廃棄物と都市廃棄物が急増し、深刻な環境汚染をもたらしている。製造業の拡大とともに機械製品、金属製品の回収事業は民間ベースで始まりつつある。その一方で、プラスチックや厨芥をはじめとする有機系資源については個別の回収事業者が現状の市場ニーズに応えて回収と分別事業を行っているが、廃棄物の有機系資源としての社会的価値を活かして地域の環境汚染を抑制する効率的な資源回収が実現していない。これらの資源回収について日本の循環技術についての期待は大きいものの、循環型の社会制度や基盤の整備を含めた社会制度システムが存在しない市場メカニズムだけによる状況では、日本国内の技術をそのまま適用する視点のみでは、技術展開が円滑に進捗しない例も多くみられる。

特に中国では2009年に循環経済促進法が施行され、2011年からの第12次国家5カ年計画が制定、運用されていく中で、低炭素を実現する資源循環システムへの志向が顕在化している。日本発信の高水準の循環技術と環境社会の知見を活かす統合的なシステム設計と、その実践的な展開に向けての社会投資を受け入れることのできる水準に、経済発展と社会的な実行能力が達しつつある。
循環型社会形成にむけて、動脈側と静脈側の産業システムと都市の循環政策とが連携する循環圏システムを設計するガイドラインを構築し、中国をはじめとするアジアの諸都市への一般化を進める科学的手法の提供を行うことが有効であると思われる。資源循環の技術・政策パッケージの作成、循環経済都市の設計・評価のためのデータベースの構築の検討成果を踏まえて、環境産業地区を設計するためのガイドラインを試作した。構成は表1-10の通りである。また、コンテンツの一例として、事業実施計画策定から実施までの流れを図1-8に示す。

表 1-10 環境産業地区設計ガイドラインの構成

1	アジアの諸都市における環境産業地区の概念
1.1	環境産業地区とは
(1)	アジア諸国の主要都市の持続可能な発展に向けて
(2)	日本から発信する「循環経済技術モデル」
(3)	循環経済都市の中核を担う環境産業地区
1.2	環境産業地区を構成する要素
(1)	環境産業地区における主要な事業モデル例
1.3	環境産業地区形成により期待される効果
(1)	日中環境都市連携の成果
(2)	低炭素の国際的地域づくりに向けての拠点形成の促進
2	環境産業地区の軸となる事業モデル
2.1	製鉄連携モデル（コークス炉、高炉還元）
(1)	コークス炉化学原料化
(2)	高炉原料化システム
2.2	セメント連携モデル（原燃料利用）
2.3	製紙連携モデル（原燃料利用）
(1)	ミックスペーパー製紙原料化
2.4	発電連携モデル（石炭火力混焼）
3	環境産業地区の設計
3.1	地域のシーズとニーズの把握
3.2	基本方針の策定
3.3	環境産業地区構想の策定
図 1-8 事業実施計画策定から実施までの流れの例

### 1.5 まとめ

アジア都市における循環型社会の構築に資するため、主として一般廃棄物中の有機系循環資源のリサイクル・処理に関する調査・整理を行うとともに、特に既存設備を利用して高効率なリサイクルが可能な、動脈産業活用型のリサイクルについて、循環資源活用拡大の可能性を調査した。

人口減少に伴う廃棄物量の減少が予測される国内、経済発展の著しいアジア諸国など、外部要因の変化に対して頑強なリサイクル・処理システムに求められる要件を整理し、混合プラスチックや雑紙類などの高品質な循環資源を動脈産業でより大規模に活用するリサイクルを含む、システム構成を提示した。

- 効率的なリサイクルの推進に重要となる、廃棄物の分別収集実験を藩陽大学において実施し、環境教育と分かり易い分別区分表示との組み合わせにより、適切な分別収集が可能であることが示された。

アジアの諸都市では一般廃棄物中の厨芥類の割合が高く、また高品質な循環資源を分別して利用した際には、残りの低品質な廃棄物の処理が必要となる。頑強なリサイクル・処理システムの一部として、これら低品質な廃棄物からも高効率で電力を回収する仕組を提供する循環技術のリエンジニアリングの一事例として、焼却・メタン発酵の複合発電システムについて、プロセス設計に基づく評価を行った。その結果、全量焼却する場合や、メタン発酵・発電と焼却・発電を個別に行うケースと比較して、より多くの電力を生産できることが示された。アジア地域でのリサイクルの高度化にとって、有効な技術となり得ると考えられる。

循環型社会形成にむけて、動脈側と静脈側の産業システムと都市の循環政策とが連携する循環圏システムを設計する方法論を構築し、中国の他都市およびアジアの都市への一般化を進める科学的手法の提供を目指して、資源循環の技術・政策パッケージの作成、循環経済都市の設計・評価のためのデータベースの構築、環境産業地区設計のためのガイドラインの試作を行った。
## 参考文献

1) Fujii, M., Fujita, T., Chen, X., Ohnishi, S. and Yamaguchi, N.: Smart recycling of organic solid wastes in an environmentally sustainable society, Resources, Conservation and Recycling, Vol.63, pp.1-8, 2012.

2) 石川晴菜，中谷隼，菊池康紀，平尾雅彦：変動に対する頑健性・柔軟性を考慮したリサイクルシステム設計, 第8回日本LCA学会研究発表会講演要旨集, pp.328-329. 2013.

3) 藤井実，藤田壮，陳旭東，大西悟，大迫政浩，森口祐一，山口直久：長期的視点からのプラスチックおよび雑紙のリサイクルシステムの検討，環境システム研究論文集，39, pp.II 439-447, 2011.
## 第2章 アジア地域に適した有機性廃棄物処理技術の開発

### 2.1 中国農村地域における家庭用バイオガス施設の現状調査

戸別に小規模なメタン発酵槽を設置し、家庭から排出される有機性廃棄物を原料として、回収したバイオガスを家庭で使用するシステム(家庭用バイオガス施設)は、世界中で広く使用されている。特に中国ではその歴史が長く、中国式システムとして広く認知されている。また、世界で最も多くの施設が中国に存在し、2010年にはそれは4000万基に達したという。もちろん中国では共同利用型の小～中～大規模バイオガスプラントの建設も推進されており、その施設数は合計5万基を上回り(2009年末) $ ^{1} $ 、こちらも世界最多である。家庭用施設の場合は、ほとんどが農村に建設されており、特に内陸の貧困な地域に対して重点的に普及が行われてきた。これは、バイオガス施設が「新農村建設政策」を背景とした、農村の生産力向上、環境改善、収入増加を目的とした農村振興策としての役割を持つからである。一方で2000年代以降、中国は急速な経済発展の中でエネルギー不足の問題に直面したことから、再生可能エネルギーの利用を重要な課題として位置づけており、その中で家庭用バイオガス施設の普及は、具体的数値目標を示して重点的に推進する項目となっている。そうした政策的背景のもとで、研究開発および基準化、政府の財政援助・技術者育成、バイオガス施設を核とした農業を行う地域づくりを通して、家庭用バイオガス施設の普及が行われてきた。このような家庭用バイオガス施設のシステムおよび技術は、日本がこれまで見本としてきた欧米のそれらとは異質であり、我が国のバイオガス政策に示唆を与えることがあるかもしれない。

中国においては、2000年代以降に農村家庭用バイオガス施設の建設数は急激な伸びを見せている。図2-1に示すように、全国の家庭用バイオガス施設数は、90年代までは500万基程度であったが、2000年代には毎年100万基以上の増加率で増大し、2009年末時点で3507万基に達した。ただし、威らが報告しているように $ ^{2} $ 原料不足や維持費用負担の問題で、一度建設した施設の使用を停止している場合がある。統計資料によれば $ ^{1} $ 、現在も利用中の施設は存在する全施設数の92%に相当する3230万基である(2009年末)。

次に、各地区の家庭用バイオガス施設数、年間バイオガス生成量および戸別バイオガス生成量を図2-2にまとめた。施設数に注目すると、目立って多数の施設を有するのは河北省が北限であり、冬期に寒冷となる東北部や西北部では相対的な施設数は明らかに少なく、多い地区でも80万基程度である。家庭用バイオガス発酵槽は、基本的には無加温で運転されるため、寒冷地域での低い反応効率は従来問題点として指摘されていた。コストをかけない発酵槽加温の仕組みも開発されてきたが、施設数は大きく伸びていないようである。一方で、温暖な地域では発酵槽の運転が効率的に行われると考えられるが、施設数は温暖な地域で必ずしも多いわけではなく、内陸部に集中しているようである。沿岸部にあり、農民の所得が全国平均の倍程度である上海市、江蘇省、浙江省では施設数が明らかに小さい。300万基を超える施設を有する地区は、河南省、四川省、広西区の3つである。家庭用バイオガス施設由来の年間ガス発生量は、全国で1241億m³であり、上記3地区では年間
図 2-1 中国全土に存在する家庭用バイオガス施設数の推移 $ ^{1)} $ 、 $ ^{3)} $ 、 $ ^{4)} $ と年間総バイオガス生成量。バイオガス生成量は、年間の戸別バイオガス生成量を2009年の平均値380 m $ ^{3} $ /yと仮定したときの推測値

図 2-2 各地区の家庭用バイオガス施設数、年間総バイオガス生成量および平均年間戸別バイオガス生成量 $ ^{1)} $
図 2-3 各地区の農村家庭数と家庭用バイオガス施設普及率の試算結果 $ ^{1} $ 、 $ ^{5} $

115～168 億 m³ のバイオガスが発生している。一戸あたり年間バイオガス生成量は、242～720 m³ の範囲で分布しており、上海以南の温暖な地域におけるその値は、それ以外の地域におけるそれと比較して明らかに高い。バイオガス 1m³ あたりの熱量は 6000 kcal であるため、全国での発生バイオガスのエネルギーは 744 T cal に達し、中国固有石炭換算係数(7000 kcal/kg)を用いて換算すると、これは 1 億 600 万トンの標準石炭のエネルギーに相当する。

施設普及のポテンシャルと現在の普及率を把握するため、2009 年版の農村人口統計データを利用し、図 2-3 に農村家庭数(1 家 4 人と仮定して農村人口から算出)と農村家庭数に占める家庭用バイオガス施設数の割合(普及率)をまとめた。いずれも 50% 以下の普及率であるが、特に広西区、四川省、重慶市、雲南省等南方内陸部において 30%～50% 程度の高い普及率を示している。全国平均では 19.4% の普及率であり、これからも施設の導入可能な世帯数はまだ 1 億 4000 万あると想定される。図からみて安徽省、河南省、山東省、広東省などは、まだ大きな普及ポテンシャルを有していると考えられる。政府の目標では 2020 年までに家庭用バイオガス施設の普及率を 70% まで引き上げるとしており、今後も活発な建設推進が継続されていくことが予想される。

### 2.2 無動力攪拌技術を用いた家庭用バイオガス施設の技術改善

#### 2.2.1 研究の目的

アジア地域、特に中国における污水および有機性廃棄物の分散型処理技術の動向について調査を行い、地域によって採用される技術は多様であるものの、(1)維持管理容易、(2)無動力で処理可能、(3)省スペースの3要素を重視した技術の開発・普及が実施されていることを確認した。とりわけ近年は、無動力・小規模のバイオガス施設の建設の伸びが顕著であり、その施設数は全国で4千万基を上回るまで増加した¹。このような普及の拡大は中国だけではなく、ネパールやベトナム等アジアの他地域でも報告されている²、³。当バイオガス化装置に係る技術的な調査の結果、無動力で自動攪拌機構を持たないために固形物沈殿が生じることと、投入原料の分散が不十分であることから投入口付近で負荷増大による酸性化が生じる場合があることを発見した。本研究では、無動力であるという従来の特徴を損なわずに発生ガスを利用した自動的攪拌機能を備えたバイオガスリアクターを開発し、その攪拌の効果を明らかにするため、攪拌無しの装置との比較実験を実施した。
#### 2.2.2 実験方法

基質は、食堂残飯に重量比で1.4倍の水道水を添加し、カッターポンプで破砕したものを用いた。基質は4℃の完全混合フィードタンクに貯留され、タイマー制御のポンプによって各反応装置へ毎日規定量が投入された。基質の平均COD濃度は104.8±18.6 g/LでTSおよびVSの平均濃度はそれぞれ100.3±10.4 g/L、95.1±10.0 g/Lであった。開発した無動力攪拌装置の動作機構は図2-4に示す通りである。図2-4のR2の装置左侧の仕切り内部は気相部が密閉されガスが蓄積する構造である。また仕切りにはU字管が埋め込まれており、液およびガスが仕切りの反対側へ出入りできるようになっている。左側の仕切り内部ではバイオガスの発生によって液面が徐々に下降し、ガスが一定量蓄積してU字管下部まで達したときに、蓄積されたガスはサイフォン現象により一気に反対側へ移動する。それと同時にガス蓄積により押し出されていた液体は引き戻される。このときに生じる液体の流動によって攪拌が行われる。有効容積10Lの無動力攪拌装置(R1)と同容積でU字管と密閉チャンバーを持たない対照無攪拌装置(R2)を実験に使用した。また、R1とR2の内部に分布する汚泥の性状を把握するため、各リアクターには流入口付近からP1～P9まで合計9箇所のサンプリングポートが取り付けられている(図2-5)。R1とR2の温度は温水循環で35℃に保持した。

図2-4 開発装置の攪拌機構

図 2-5 実験装置の概要図