サーキュラーエコノミーの枠組みにおける嫌気性消化を通じた下水汚泥からのエネルギー回収のための質量・エネルギー収支統合モデリング
Integrated Mass and Energy Balance Modelling for Energy Recovery from Wastewater Sludge Through Anaerobic Digestion Within a Circular Economy Framework
本研究では、下水処理場(WWTP)をエネルギー回収システムへと転換するサーキュラーエコノミーの推進を背景に、都市型WWTPにおける汚泥生産、嫌気性消化性能、バイオメタン回収、および発電を評価するための質量・エネルギー収支統合モデリング手法を開発した。このフレームワークは、水処理ライン、汚泥処理ライン、エネルギー回収システムを統合し、一次および二次汚泥管理とバイオガス精製およびコージェネレーション(CHP)を組み合わせたものである。1日あたり204,000 m3の処理能力を持ち、約425,000人相当の人口を賄う施設に、科学文献から得られた代表的な運転パラメータを適用した。結果として、一次汚泥が嫌気性消化槽に供給される揮発性固形分の約70%を占めることが示された。メタン生産量は1日あたり1.12 × 10^3 kg CH4、バイオガス生産量は1日あたり2.40 × 10^3 m3と推定された。2つの代替的な価値化シナリオの下では、最大回収バイオメタン流量は1.48 × 10^3 m3/日、CHPによる最大年間発電ポテンシャルは1.9 × 10^6 kWhであった。これらの発見は、統合された汚泥価値化戦略が再生可能エネルギー回収を強化し、WWTPのエネルギー効率が高く低炭素な資源回収施設への移行を支援する可能性を強調している。
- 都市型下水処理場(204,000 m3/日処理、約42.5万人相当)を対象に、一次・二次汚泥の嫌気性消化とバイオガス精製・CHPを統合した質量・エネルギー収支モデルを開発した。
- 推定メタン生産量は1日あたり1.12×10^3 kg CH4、バイオガス生産量は2.40×10^3 m3/日と試算された。
- 最大回収バイオメタン流量は1.48×10^3 m3/日、CHPによる最大年間発電ポテンシャルは1.9×10^6 kWhと見積もられた。
下水処理場をエネルギー回収施設へ転換する統合モデリング手法の開発は、再エネ・循環型インフラ分野への投資判断において注目に値する。バイオガス精製とCHPによる発電ポテンシャル評価は、WWTPのエネルギー自立化と低炭素化に向けた事業機会を示しており、廃棄物由来エネルギー市場および水処理インフラの脱炭素投資テーマと関連する。