JP2023112609A - Fuel production system, fuel production method, and biofilm-type reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排水処理設備から生じる乾燥汚泥を高エネルギー燃料とする燃料化システム及び燃料化方法に関する。また、本発明は、光合成微生物を培養するバイオフィルム型リアクターに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel conversion system and a fuel conversion method for using dried sludge generated from a wastewater treatment facility as a high-energy fuel. The present invention also relates to a biofilm reactor for culturing photosynthetic microorganisms.
近年、温暖化ガスである二酸化炭素による地球温暖化を抑制するために、二酸化炭素の排出量を抑制することが求められている。産業全体における二酸化炭素の排出量は、発電などのエネルギー転換の分野が最も多く、また、エネルギー転換の分野においても、石炭、石油などの化石燃料を用いた火力発電による排出量が最も多い。従って、よりシステム全体からの二酸化炭素排出量が抑制された、カーボンニュートラルなエネルギー転換システムが求められている。
例えば、特許文献１には、下水汚泥を乾燥して得られる乾燥汚泥をバイオマス燃料として利用することが記載されている。
In recent years, in order to suppress global warming caused by carbon dioxide, which is a greenhouse gas, it is required to suppress the amount of carbon dioxide emissions. Energy conversion, such as power generation, accounts for the largest amount of carbon dioxide emissions in industry as a whole, and even in the energy conversion field, thermal power generation using fossil fuels such as coal and petroleum accounts for the largest amount of emissions. Therefore, there is a demand for a carbon-neutral energy conversion system in which the amount of carbon dioxide emitted from the entire system is further suppressed.
For example, Patent Document 1 describes the use of dried sludge obtained by drying sewage sludge as biomass fuel.
下水汚泥などを乾燥して得られる乾燥汚泥は、日常生活から大量に発生するものであることから、有効利用が求められている。乾燥汚泥には、排水中の有機物を生物処理した後に発生する余剰汚泥が多く含まれる。しかしながら、生物処理後の微生物は、有機物をエネルギーとして消費しているため、有機物の蓄積量が小さい。そのため、水処理設備から生じる乾燥汚泥は、熱量が小さく、バイオマス燃料としての価値が低いという問題がある。よって、特許文献１に記載されているように、バイオマス燃料としての利用が検討されているが、現状としては焼却されたり、肥料として利用したりすることが多い。 Dried sludge, which is obtained by drying sewage sludge and the like, is generated in large amounts in daily life, and thus effective utilization is desired. Dried sludge contains a large amount of excess sludge generated after biological treatment of organic matter in wastewater. However, since microorganisms after biological treatment consume organic matter as energy, the amount of organic matter accumulated is small. Therefore, the dry sludge produced from the water treatment facility has a low calorific value and has a low value as a biomass fuel. Therefore, as described in Patent Document 1, use as a biomass fuel has been studied, but at present, it is often incinerated or used as a fertilizer.
そこで、本発明の課題は、水処理設備から生じる乾燥汚泥を高エネルギー化し、バイオマス燃料として価値の高い燃料とすることができる燃料化システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel conversion system that converts dried sludge generated from water treatment facilities into high-energy fuel and can be used as highly valuable biomass fuel.
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、光合成微生物は、光合成により有機物を蓄積することから、水処理設備から生じる乾燥汚泥より熱量が大きいことに着目した。そして、光合成微生物の培養物を乾燥して得られた乾燥培養物を、水処理設備から生じる乾燥汚泥と共に利用することにより、乾燥汚泥の高エネルギー化を実現し、バイオマス燃料として価値の高い燃料とすることができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の燃料化システム、燃料化方法、及び、バイオフィルム型リアクターである。
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have focused on the fact that photosynthetic microorganisms accumulate organic matter through photosynthesis, and thus have a higher calorific value than dry sludge generated from water treatment facilities. Then, by using the dried culture obtained by drying the culture of photosynthetic microorganisms together with the dried sludge generated from the water treatment facility, it is possible to increase the energy of the dried sludge and make it a highly valuable biomass fuel. The inventors have found that it is possible to do so, and have completed the present invention.
That is, the present invention is the following fuel conversion system, fuel conversion method, and biofilm reactor.
上記課題を解決するための本発明の燃料化システムは、水処理設備から生じる乾燥汚泥を燃料化する燃料化システムであって、光合成微生物の培養物を乾燥する培養物乾燥手段と、前記培養物乾燥手段により生成された乾燥培養物及び水処理設備から生じる乾燥汚泥を利用して燃料を生成する燃料生成手段とを備えることを特徴とするものである。
本発明の燃料化システムによれば、水処理設備から生じる乾燥汚泥と共に、熱量が高い光合成微生物の乾燥培養物を燃料として使用するため、水処理設備から生じる乾燥汚泥を高エネルギー燃料化することができる。これにより、下水処理設備などから大量に発生する乾燥汚泥を発電のための熱エネルギーとして利用することができる。
The fuel conversion system of the present invention for solving the above problems is a fuel conversion system for converting dried sludge generated from a water treatment facility into fuel, comprising: culture drying means for drying a culture of photosynthetic microorganisms; It is characterized by comprising a fuel producing means for producing fuel using the dried culture produced by the drying means and the dried sludge generated from the water treatment facility.
According to the fuel system of the present invention, since the dried culture of photosynthetic microorganisms with a high calorific value is used as fuel together with the dried sludge produced from the water treatment facility, it is possible to convert the dried sludge produced from the water treatment facility into a high-energy fuel. can. As a result, a large amount of dried sludge generated from sewage treatment facilities and the like can be used as thermal energy for power generation.
また、本発明の燃料化システムの一実施態様としては、培養物乾燥手段は、燃料生成手段により生成された燃料を燃焼して発生した排ガスの熱を利用することを特徴とするものである。
この特徴によれば、燃料の燃焼設備から生じる熱を有効利用することができるため、システム全体としてのエネルギーロスを低減することができる。
In one embodiment of the fuel conversion system of the present invention, the culture drying means utilizes the heat of the exhaust gas generated by burning the fuel produced by the fuel producing means.
According to this feature, the heat generated from the fuel combustion equipment can be effectively used, so that the energy loss of the system as a whole can be reduced.
また、本発明の燃料化システムの一実施態様としては、さらに、光合成微生物を培養する培養手段を備え、培養物乾燥手段で熱が利用された後の除熱排ガスを前記培養手段に供給する供給手段を備えることを特徴とするものである。
この特徴によれば、燃焼設備から排出される排ガス中に含まれる二酸化炭素を光合成微生物の培養に利用することができるため、二酸化炭素の排出を低減することができる。
Further, as an embodiment of the fuel conversion system of the present invention, it further comprises a culturing means for culturing photosynthetic microorganisms, and a supply for supplying heat-removed exhaust gas after heat is used in the culture drying means to the culturing means. It is characterized by comprising means.
According to this feature, the carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the combustion facility can be used for culturing the photosynthetic microorganisms, so that the emission of carbon dioxide can be reduced.
また、本発明の燃料化システムの一実施態様としては、乾燥汚泥は、乾燥された下水汚泥であることを特徴とするものである。
下水汚泥は、日常生活から大量に発生するものであることから、下水汚泥を乾燥した乾燥汚泥の燃料化は、特に有用である。
In one embodiment of the fuel conversion system of the present invention, the dried sludge is dried sewage sludge.
Since sewage sludge is generated in large amounts from daily life, the use of dried sludge as fuel is particularly useful.
上記課題を解決するための本発明の燃料化方法は、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）の工程を含むことを特徴とするものである。
（ｉ）光合成微生物の培養物を乾燥する培養物乾燥工程。
（ｉｉ）前記培養物乾燥手段により生成された乾燥培養物と、水処理設備から生じる乾燥汚泥とを利用して燃料を生成する燃料生成工程。
本発明の燃料化方法によれば、水処理設備から生じる乾燥汚泥と共に、熱量が高い光合成微生物の乾燥培養物を燃料として使用するため、水処理設備から生じる乾燥汚泥を高エネルギー燃料化することができる。これにより、下水処理設備などから大量に発生する乾燥汚泥を発電のための熱エネルギーとして利用することができる。
A fuel conversion method of the present invention for solving the above problems is characterized by including the following steps (i) and (ii).
(i) A culture drying step for drying the culture of photosynthetic microorganisms.
(ii) A fuel production step of producing fuel using the dried culture produced by the culture drying means and the dried sludge generated from the water treatment facility.
According to the fuel conversion method of the present invention, since the dried culture of photosynthetic microorganisms with a high calorific value is used as fuel together with the dried sludge produced from the water treatment facility, it is possible to convert the dried sludge produced from the water treatment facility into a high-energy fuel. can. As a result, a large amount of dried sludge generated from sewage treatment facilities and the like can be used as thermal energy for power generation.
上記課題を解決するための本発明のバイオフィルム型リアクターは、光合成微生物が付着するシートと、前記シートに光合成微生物を付着する微生物付着部と、を備えることを特徴とするものである。
本発明のバイオフィルム型リアクターによれば、シート上で光合成微生物が培養されるため、光合成微生物に対する光の照射面積が大きくなり、光合成微生物の培養を促進することができる。
The biofilm reactor of the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized by comprising a sheet to which photosynthetic microorganisms are attached, and a microorganism attachment section to which the photosynthetic microorganisms are attached to the sheet.
According to the biofilm reactor of the present invention, since the photosynthetic microorganisms are cultured on the sheet, the light irradiation area of the photosynthetic microorganisms is increased, and the cultivation of the photosynthetic microorganisms can be promoted.
また、本発明のバイオフィルム型リアクターの一実施態様としては、シート上で培養された光合成微生物の培養物を乾燥する乾燥部を備えることを特徴とするものである。
この特徴によれば、培養物がシート上で乾燥するため、乾燥時間を短縮することができる。
Further, one embodiment of the biofilm reactor of the present invention is characterized by comprising a drying section for drying the culture of photosynthetic microorganisms cultured on the sheet.
According to this feature, since the culture is dried on the sheet, the drying time can be shortened.
また、本発明のバイオフィルム型リアクターの一実施態様としては、シート上で培養された光合成微生物の培養物を回収する回収部を備えることを特徴とするものである。
この特徴によれば、含水率の低い光合成微生物の培養物を回収することができるため、沈降分離や濾過などの濃縮・脱水処理を省略することができる。
In addition, one embodiment of the biofilm reactor of the present invention is characterized by comprising a recovery section for recovering the culture of photosynthetic microorganisms cultured on the sheet.
According to this feature, since a culture of photosynthetic microorganisms with a low water content can be recovered, concentration and dehydration treatments such as sedimentation separation and filtration can be omitted.
また、本発明のバイオフィルム型リアクターの一実施態様としては、シートは、微生物付着部と、シート上で培養された光合成微生物の培養物を乾燥する乾燥部及び／又はシート上で培養された光合成微生物の培養物を回収する回収部と、を循環することを特徴とするものである。
この特徴によれば、連続的な処理により、光合成微生物の培養物を得ることができる。また、光合成微生物の培養可能な領域を増大化するため、大量の光合成微生物の培養物を得ることができる。
Further, as one embodiment of the biofilm reactor of the present invention, the sheet includes a microbial attachment section, a drying section for drying the culture of photosynthetic microorganisms cultured on the sheet, and/or a photosynthetic microbe cultured on the sheet. and a recovery unit for recovering the culture of microorganisms.
According to this feature, a culture of photosynthetic microorganisms can be obtained by continuous treatment. In addition, since the area where photosynthetic microorganisms can be cultured is increased, a large amount of culture of photosynthetic microorganisms can be obtained.
本発明によれば、水処理設備から生じる乾燥汚泥を高エネルギー化し、バイオマス燃料として価値の高い燃料とすることができる燃料化システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel conversion system that converts dried sludge generated from a water treatment facility into a high-energy biomass fuel that is highly valuable.
［燃料化システム］
本発明の燃料化システムは、水処理設備から生じる乾燥汚泥を燃料化する燃料化システムであって、光合成微生物の培養物を乾燥する培養物乾燥手段と、前記培養物乾燥手段により生成された乾燥培養物及び水処理設備から生じる乾燥汚泥を利用して燃料を生成する燃料生成手段とを備えることを特徴とするものである。
この燃料化システムによれば、水処理設備から生じる乾燥汚泥と共に、熱量が高い光合成微生物の乾燥培養物を燃料として使用するため、水処理設備から生じる乾燥汚泥を高エネルギー燃料化することができる。
[Fuel conversion system]
The fuel conversion system of the present invention is a fuel conversion system that converts dried sludge generated from a water treatment facility into fuel, comprising: culture drying means for drying a culture of photosynthetic microorganisms; It is characterized by comprising a fuel generating means for generating fuel using the culture and dried sludge generated from the water treatment facility.
According to this fuel system, the dried sludge produced from the water treatment facility and the dried culture of photosynthetic microorganisms with a high calorific value are used as fuel, so the dried sludge produced from the water treatment facility can be converted into high-energy fuel.
（光合成微生物）
本発明における光合成微生物は、光合成を行う微生物であれば特に制限されない。このような光合成微生物としては、例えば、藍色植物門（シアノバクテリア門）藻類、灰色植物門藻類、紅色植物門藻類、緑色植物門藻類、クリプト植物門藻類、ハプト植物門藻類、不等毛植物門藻類、珪藻植物門藻類、渦鞭毛植物門藻類、ユーグレナ植物門藻類、クロララクニオン植物門藻類などが挙げられる。藍色植物門（シアノバクテリア門）藻類としては、例えば、スピルリナ、シネココッカスなどが挙げられる。緑色植物門藻類としては、例えば、クロレラ、ドナリエラ、ヘマトコッカスなどが挙げられる。不等毛植物門藻類としては、例えば、ナンノクロロプシスなどが挙げられる。ユーグレナ植物門藻類としては、例えば、ユーグレナ（ミドリムシ）などが挙げられる。
(Photosynthetic microorganisms)
The photosynthetic microorganism in the present invention is not particularly limited as long as it is a microorganism that performs photosynthesis. Such photosynthetic microorganisms include, for example, Cyanophyta (Cyanobacteria) algae, Grecophyta algae, Rhodophyta algae, Chlorophyta algae, Cryptophyta algae, Haptophyta algae, Heterochontophyta Examples include the phylum Algae, the phylum Diatomaceae, the phylum Dinoflagellate, the phylum Euglenoid phylum, and the phylum Chlorarachnion phylum. Cyanophyta (Cyanobacteria) algae include, for example, Spirulina and Synechococcus. Examples of Chlorophyta algae include Chlorella, Donaliella, and Haematococcus. Heterochontophyta algae include, for example, Nannochloropsis. Euglenoid algae include, for example, Euglena (Euglena).
光合成微生物の培養物を乾燥した乾燥培養物は、水処理から発生する乾燥汚泥の燃焼を補助する補助燃料として利用することができる。乾燥培養物の熱量（低位発熱量）は、乾燥汚泥好ましくは４５００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であり、より好ましくは４８００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であり、さらに好ましくは５０００ｋｃａｌ／ｋｇ以上である。なお、下水汚泥の熱量は、約４５００ｋｃａｌ／ｋｇである。 Dried cultures of photosynthetic microorganisms can be used as auxiliary fuels to assist combustion of dried sludge generated from water treatment. The calorific value (lower calorific value) of the dried sludge is preferably 4500 kcal/kg or more, more preferably 4800 kcal/kg or more, still more preferably 5000 kcal/kg or more. The calorific value of sewage sludge is approximately 4500 kcal/kg.
光合成微生物として、好ましくは藍色植物門藻類であり、成長速度が速いという観点では、特に好ましくはスピルリナであり、乾燥培養物の熱量が大きいという観点では、特に好ましくはシネココッカスである。 The photosynthetic microorganisms are preferably cyanophyta algae, particularly preferably Spirulina from the viewpoint of fast growth rate, and particularly preferably Synechococcus from the viewpoint of high calorific value of dry culture.
乾燥培養物の乾燥状態としては、特に制限されないが、水分を完全若しくはほぼ完全に除去した状態、又は水分が一部残る状態あってもよい。燃焼性能を向上するという観点から、乾燥培養物の含水率は、好ましくは３０％以下であり、より好ましくは２０％以下であり、さらに好ましくは１０％以下である。 The dry state of the dried culture is not particularly limited, but may be a state in which water is completely or almost completely removed, or a state in which some water remains. From the viewpoint of improving combustion performance, the moisture content of the dry culture is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and even more preferably 10% or less.
（乾燥汚泥）
本発明における乾燥汚泥とは、水処理設備から発生する汚泥を乾燥したものである。水処理設備は、特に制限されないが、例えば、下水処理設備、食品及び飲料などの工場排水処理設備などが挙げられる。容易に大量に得ることができるという観点から、下水処理設備から発生する下水汚泥が好ましい。
(dried sludge)
The dried sludge in the present invention is obtained by drying sludge generated from water treatment facilities. Water treatment facilities are not particularly limited, but examples thereof include sewage treatment facilities, industrial wastewater treatment facilities for food and beverages, and the like. Sewage sludge generated from a sewage treatment facility is preferred because it can be easily obtained in large amounts.
乾燥汚泥の乾燥状態としては、特に制限されないが、水分を完全若しくはほぼ完全に除去した状態、又は水分が一部残る状態あってもよい。燃焼性能を向上するという観点から、乾燥汚泥の含水率は、好ましくは３０％以下であり、より好ましくは２０％以下であり、さらに好ましくは１０％以下である。 The dry state of the dried sludge is not particularly limited, but may be a state in which water is completely or almost completely removed, or a state in which some water remains. From the viewpoint of improving combustion performance, the moisture content of the dried sludge is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and even more preferably 10% or less.
（燃料）
本発明における燃料とは、燃焼により熱エネルギーを発生するものであり、用途は特に制限されない。好ましくは火力発電所の燃料として用いられる。本発明における燃料は、光合成微生物の乾燥培養物と乾燥汚泥とを含む。そのほか、重油など他の燃料を含んでもよい。形状は、好ましくは固体状、又は粉末状であり、より好ましくは固体状であり、さらに好ましくはペレット状である。なお、本発明における燃料は、燃焼する際に、光合成微生物の乾燥培養物と乾燥汚泥を同時に燃焼すればよく、燃焼前に混合してもよいし、光合成微生物の乾燥培養物と乾燥汚泥を別々に燃焼装置に供給してもよい。
(fuel)
The fuel in the present invention is one that generates thermal energy by combustion, and its use is not particularly limited. It is preferably used as a fuel for thermal power plants. Fuels in the present invention include dried cultures of photosynthetic microorganisms and dried sludge. In addition, other fuels such as heavy oil may be included. The shape is preferably solid or powdery, more preferably solid, and still more preferably pellet. In the present invention, when burning, the dry culture of photosynthetic microorganisms and the dry sludge may be burned simultaneously, or may be mixed before burning. may be supplied to the combustion device at any time.
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る燃料化システム、燃料化方法及びバイオフィルム型リアクターを詳細に説明する。
なお、実施態様に記載する燃料化システム及びバイオフィルム型リアクターについては、本発明に係る燃料化システム及びバイオフィルム型リアクターを説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。また、本発明の燃料化方法については、以下の燃料化システムの構造及び作動の説明に置き換えるものとする。
Hereinafter, a fuel conversion system, a fuel conversion method, and a biofilm type reactor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
It should be noted that the fuel conversion system and biofilm reactor described in the embodiments are merely examples for explaining the fuel conversion system and biofilm reactor according to the present invention, and are not limited thereto. In addition, the fuel conversion method of the present invention shall be replaced with the description of the structure and operation of the fuel conversion system below.
＜第１の実施態様＞
本発明の第１の実施態様の燃料化システム１０は、図１に図示されるように、光合成微生物を培養する培養手段１１と、培養物を乾燥する培養物乾燥手段１２と、乾燥培養物２と乾燥汚泥４から燃料３を生成する燃料生成手段１３と、燃料３を燃焼する燃焼設備１４を備える。以下にそれぞれの構成について説明する。
<First Embodiment>
The fuel conversion system 10 of the first embodiment of the present invention comprises, as shown in FIG. A fuel generating means 13 for generating a fuel 3 from the dried sludge 4 and a combustion facility 14 for burning the fuel 3 are provided. Each configuration will be described below.
（培養物乾燥手段）
培養物乾燥手段１２は、培養手段１１により培養された光合成微生物の培養物１を乾燥するための構成である。培養物乾燥手段１２において乾燥された光合成微生物の乾燥培養物１２は、燃料生成手段１３に送られる。培養物乾燥手段１２としては、特に制限されないが、例えば、加熱乾燥、減圧乾燥、自然乾燥などが挙げられる。乾燥時間の短縮化の観点から、好ましくは加熱乾燥である。
(Culture drying means)
The culture drying means 12 is configured to dry the culture 1 of photosynthetic microorganisms cultured by the culturing means 11 . The dried culture 12 of photosynthetic microorganisms dried in the culture drying means 12 is sent to the fuel generation means 13 . The culture drying means 12 is not particularly limited, but includes, for example, drying by heating, drying under reduced pressure, and natural drying. Heat drying is preferred from the viewpoint of shortening the drying time.
加熱乾燥における熱エネルギーは、どのような熱源から供給してもよい。例えば、燃料を燃焼して得られる燃焼熱、電力により発生する電熱、太陽光から得られる太陽光熱などが挙げられる。熱源として、燃焼炉、溶鉱炉、工場などから排出される燃焼排ガスの熱を利用することが好ましい。循環型再生エネルギーとして、例えば、燃料生成手段１３により生成された燃料３を燃焼するための燃焼設備１４から発生する排ガス５Ａを利用することが特に好ましい。 Thermal energy in heat drying may be supplied from any heat source. Examples include combustion heat obtained by burning fuel, electric heat generated by electric power, solar heat obtained from sunlight, and the like. As a heat source, it is preferable to use the heat of flue gas emitted from a combustion furnace, a blast furnace, a factory, or the like. It is particularly preferable to use, for example, the exhaust gas 5A generated from the combustion equipment 14 for burning the fuel 3 generated by the fuel generation means 13 as the cyclic renewable energy.
排ガス５Ａによる加熱乾燥は、どのような装置を用いてもよく、例えば、流動層乾燥装置や撹拌ロータリー乾燥機などを用いて培養物１と排ガス５Ａを接触させることにより加熱してもよいし、排ガス５Ａを配管に流通し、配管から放熱する熱源により培養物１を加熱してもよい。 Heat drying with the flue gas 5A may be performed using any device. For example, the culture 1 may be heated by bringing it into contact with the flue gas 5A using a fluidized bed dryer, a stirring rotary dryer, or the like. The culture 1 may be heated by a heat source that circulates the flue gas 5A through the pipe and radiates heat from the pipe.
（培養手段）
第１の実施態様の燃料化システム１０は、光合成微生物を培養するための培養手段１１を備える。培養手段１１で培養した光合成微生物の培養物は、本発明の燃料化システムの原料として用いることができる。培養手段１１としては、光合成生物が培養可能であれば特に制限されないが、例えばフォトバイオリアクター（ＰＢＲ）やオープンポンドが用いられる。培養手段がＰＢＲの場合は、火力発電所の架構、例えば循環流動層（ＣＦＢ）ボイラなどの燃焼設備の架構などに設置されることが好ましい。また、必要な敷地面積を縮小するために、後述するようなバイオフィルム型リアクターを培養手段として用いることが好ましい。培養手段は、光合成微生物の光合成のため、太陽光を利用できる構成とすることが好ましい。
(Culturing means)
The fuel conversion system 10 of the first embodiment comprises a culture means 11 for culturing photosynthetic microorganisms. The culture of photosynthetic microorganisms cultured by the culture means 11 can be used as a raw material for the fuel system of the present invention. The culture means 11 is not particularly limited as long as photosynthetic organisms can be cultured, and for example, a photobioreactor (PBR) or an open pond is used. When the culture means is PBR, it is preferably installed in the framework of a thermal power plant, for example, in the framework of combustion equipment such as a circulating fluidized bed (CFB) boiler. Moreover, in order to reduce the required site area, it is preferable to use a biofilm type reactor as described later as a culture means. The culturing means is preferably configured to utilize sunlight for photosynthesis of photosynthetic microorganisms.
光合成に必要な二酸化炭素は、空気に含まれる二酸化炭素を利用してもよいが、空気より高濃度の二酸化炭素を培養手段１１に供給することが好ましい。高濃度の二酸化炭素は、燃焼設備から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガスを使用することが好ましい。例えば、燃焼設備１４から排出された排ガス５Ａを、培養物乾燥手段１２における乾燥に利用することにより除熱し、この除熱排ガス５Ｂを培養手段１１に供給することができる。これにより、二酸化炭素の排出量が抑制された燃料化システムを提供することができる。 Although the carbon dioxide contained in the air may be used as the carbon dioxide necessary for photosynthesis, it is preferable to supply the culture means 11 with carbon dioxide having a higher concentration than the air. For high-concentration carbon dioxide, it is preferable to use flue gas containing carbon dioxide discharged from a combustion facility. For example, the exhaust gas 5A discharged from the combustion equipment 14 can be used for drying in the culture drying means 12 to remove heat, and the heat-removed exhaust gas 5B can be supplied to the culture means 11. As a result, it is possible to provide a fuel conversion system in which the amount of carbon dioxide emissions is suppressed.
また、培養手段１１には、例えば、下水処理場から得られる下水７を栄養源として供給することが好ましい。栄養源として、水処理設備の原水（例えば、下水）、中間処理水、処理水又は汚泥などを利用することにより、栄養源の調達を要することなく光合成微生物を培養することができる。 Moreover, it is preferable to supply the culture means 11 with, for example, sewage 7 obtained from a sewage treatment plant as a nutrient source. By using raw water (for example, sewage), intermediately treated water, treated water, sludge, or the like from a water treatment facility as a nutrient source, photosynthetic microorganisms can be cultivated without the need to procure a nutrient source.
（燃料生成手段）
燃料生成手段１３は、乾燥手段１２から送られた乾燥培養物２と乾燥汚泥４を用いて燃料を生成する。乾燥汚泥としては、大量に得ることができる下水汚泥を乾燥して得られる乾燥汚泥を用いることが好ましい。燃料生成手段１３としては、特に制限されないが、例えばペレット成形装置などが用いられる。燃料生成手段１３で生成された燃料３の利用は、特に制限されないが、本発明の燃料化システムにおける燃焼設備１４により燃焼してもよいし、他の燃焼設備に輸送して利用してもよい。
(Fuel generating means)
The fuel producing means 13 produces fuel using the dried culture 2 and the dried sludge 4 sent from the drying means 12 . As the dried sludge, it is preferable to use dried sludge obtained by drying sewage sludge that can be obtained in large amounts. The fuel generation means 13 is not particularly limited, but for example, a pellet forming device or the like is used. The use of the fuel 3 generated by the fuel generation means 13 is not particularly limited, but it may be burned by the combustion equipment 14 in the fuel conversion system of the present invention, or may be transported to another combustion equipment and used. .
＜第２の実施態様＞
本発明の第２の実施態様の燃料化システム２０は、図２に図示されるように、第１の実施態様における培養物乾燥手段１２として、接触型の培養物乾燥手段２２と固気分離手段１５を備える。以下に接触型の培養物乾燥手段２２と固気分離手段１５について説明する。なお、その他の構成については、第１の実施態様の燃料化システム１０と同様であることから、説明を省略する。
<Second embodiment>
As shown in FIG. 2, the fuel conversion system 20 of the second embodiment of the present invention includes, as the culture drying means 12 in the first embodiment, contact-type culture drying means 22 and solid-gas separation means. 15. The contact type culture drying means 22 and solid-gas separation means 15 will be described below. Since the rest of the configuration is the same as that of the fuel conversion system 10 of the first embodiment, description thereof will be omitted.
接触型の培養物乾燥装置２２は、流動層乾燥装置や撹拌ロータリー乾燥機を利用する。流動層乾燥装置では、燃焼設備１４から排出された排ガス５Ａを装置の下方から供給することにより、流動層乾燥装置内に供給された光合成微生物の培養物１を流動化させて乾燥する。撹拌ロータリー乾燥機では、円筒容器内部に設置された撹拌装置により培養物１の破砕及び分散を繰り返しながら排ガス５Aを供給して乾燥する。 The contact-type culture drying device 22 utilizes a fluidized bed drying device or an agitation rotary drying device. In the fluidized bed drying apparatus, the exhaust gas 5A discharged from the combustion facility 14 is supplied from the bottom of the apparatus to fluidize and dry the culture 1 of photosynthetic microorganisms supplied into the fluidized bed drying apparatus. In the agitating rotary dryer, the culture 1 is dried by supplying exhaust gas 5A while repeating crushing and dispersion of the culture 1 by an agitating device installed inside the cylindrical container.
（固気分離手段）
固気分離手段１５は、排ガス５Ａにより乾燥された乾燥培養物２と、乾燥により除熱された除熱排ガス５Ｂとを分離するための構成である。固気分離手段１５としては、特に制限されないが、例えば、サイクロンやフィルタなどが好適に利用することができる。簡易的な構造物であり、メンテナンスの手間もかからないことから、サイクロンを利用することが好ましい。
(Solid-gas separation means)
The solid-gas separation means 15 is configured to separate the dried culture 2 dried by the exhaust gas 5A and the heat-removed exhaust gas 5B from which the heat is removed by drying. Although the solid-gas separation means 15 is not particularly limited, for example, a cyclone, a filter, or the like can be preferably used. It is preferable to use a cyclone because it is a simple structure and does not require maintenance.
＜第３の実施態様＞
本発明の第３の実施態様の燃料化システム３０は、図３に図示されるように、第１の実施態様の燃料化システム１０に、さらに脱水汚泥６を乾燥するための脱水汚泥乾燥手段１６を備える。なお、その他の構成については、第１の実施態様の燃料化システム１０と同様である。
<Third embodiment>
As shown in FIG. 3, the fuel conversion system 30 of the third embodiment of the present invention is the same as the fuel conversion system 10 of the first embodiment. Prepare. Other configurations are the same as those of the fuel conversion system 10 of the first embodiment.
（脱水汚泥乾燥手段）
脱水汚泥乾燥手段１６は、水処理設備から発生する脱水汚泥を乾燥するための構成である。ここで、脱水汚泥とは、汚泥を濃縮、濾過などにより脱水したものであり、含水率が６０～９０％程度の汚泥である。
(Dehydrated sludge drying means)
The dehydrated sludge drying means 16 is configured to dry dehydrated sludge generated from the water treatment facility. Here, the dewatered sludge is sludge dehydrated by concentration, filtration, or the like, and is sludge having a moisture content of about 60 to 90%.
脱水汚泥乾燥手段１６において乾燥された乾燥汚泥４は、燃料生成手段１３に送られる。脱水汚泥乾燥手段１６としては、特に制限されないが、例えば、加熱乾燥、減圧乾燥、自然乾燥などが挙げられる。乾燥時間の短縮化の観点から、好ましくは加熱乾燥である。 The dried sludge 4 dried in the dehydrated sludge drying means 16 is sent to the fuel generating means 13 . The dehydrated sludge drying means 16 is not particularly limited, but includes, for example, drying by heating, drying under reduced pressure, and natural drying. Heat drying is preferred from the viewpoint of shortening the drying time.
加熱乾燥における熱エネルギーは、どのような熱源から供給してもよい。例えば、燃料を燃焼して得られる燃焼熱、電力により発生する電熱、太陽光から得られる太陽光熱などが挙げられる。熱源として、燃焼炉、溶鉱炉、工場などから排出される燃焼排ガスの熱を利用することが好ましい。循環型再生エネルギーとして、例えば、燃料生成手段１３により生成された燃料３を燃焼するための燃焼設備１４から発生する排ガス５Ａを利用することが特に好ましい。 Thermal energy in heat drying may be supplied from any heat source. Examples include combustion heat obtained by burning fuel, electric heat generated by electric power, solar heat obtained from sunlight, and the like. As a heat source, it is preferable to use the heat of flue gas emitted from a combustion furnace, a blast furnace, a factory, or the like. It is particularly preferable to use, for example, the exhaust gas 5A generated from the combustion equipment 14 for burning the fuel 3 generated by the fuel generation means 13 as the cyclic renewable energy.
排ガス５Ａによる加熱乾燥は、どのような装置を用いてもよく、例えば、流動層乾燥装置や撹拌ロータリー乾燥機などを用いて脱水汚泥６と排ガス５Ａを接触させることにより加熱してもよいし、排ガス５Ａを配管に流通し、配管から放熱する熱源により脱水汚泥６を加熱してもよい。 Any device may be used for heat drying with the exhaust gas 5A. For example, the dehydrated sludge 6 and the exhaust gas 5A may be heated by contacting them using a fluidized bed dryer, a stirring rotary dryer, or the like. The dehydrated sludge 6 may be heated by a heat source that radiates heat from the piping by circulating the exhaust gas 5A through the piping.
接触型の脱水汚泥乾燥装置では、流動層乾燥装置や撹拌ロータリー乾燥機を利用する。流動層乾燥装置では、燃焼設備１４から排出された排ガス５Ａを装置の下方から供給することにより、流動層乾燥装置内に供給された脱水汚泥６を流動化させて乾燥する。撹拌ロータリー乾燥機では、円筒容器内部に設置された撹拌装置により脱水汚泥６の破砕及び分散を繰り返しながら排ガス５Ａを供給して乾燥する。 A contact-type dewatered sludge dryer uses a fluidized bed dryer or an agitation rotary dryer. In the fluidized bed dryer, the exhaust gas 5A discharged from the combustion facility 14 is supplied from the bottom of the device to fluidize and dry the dehydrated sludge 6 supplied into the fluidized bed dryer. In the agitating rotary dryer, the dewatered sludge 6 is repeatedly crushed and dispersed by an agitating device installed inside the cylindrical container, and is dried by supplying the flue gas 5A.
脱水汚泥乾燥手段１６における脱水汚泥６の乾燥により除熱された除熱排ガス５Ｂは、培養物乾燥手段１２を経由する除熱排ガス５Ｂと共に、培養手段１１に供給される。また、培養手段１１には、栄養源として下水７が供給される。これにより、二酸化炭素の排出量を低減することができる燃料化システムを提供することができる。 The heat-removed exhaust gas 5B from which heat has been removed by drying the dehydrated sludge 6 in the dehydrated sludge drying means 16 is supplied to the culture means 11 together with the heat-removed exhaust gas 5B that passes through the culture drying means 12 . In addition, the culture means 11 is supplied with sewage 7 as a nutrient source. As a result, it is possible to provide a fuel conversion system capable of reducing carbon dioxide emissions.
＜第４の実施態様＞
本発明の第４の実施態様の燃料化システム４０は、図４に図示されるように、第１の実施態様における培養手段１１により得られた培養液８を培養物１と分離水９に分離する固液分離手段１７を備え、さらに分離水９を培養手段１１に返送する返送手段を備える。なお、その他の構成については、第１の実施態様の燃料化システム１０と同様であることから、説明を省略する。
<Fourth embodiment>
The fuel conversion system 40 of the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG. A solid-liquid separation means 17 is provided, and a return means for returning the separated water 9 to the culture means 11 is provided. Since the rest of the configuration is the same as that of the fuel conversion system 10 of the first embodiment, description thereof will be omitted.
固液分離手段１７は、培養手段１１により得られた培養液８を培養物１と分離水９に分離するものであり、例えば、沈降濃縮、重力ろ過、加圧ろ過、遠心分離などの固液分離手段を使用することができる。培養物１は、培養物乾燥手段１２に送られて、燃料３に加工される。分離水９は、光合成微生物や栄養分を含むため、培養手段１１の培養液として利用することができる。これにより、栄養分や水の供給量を低減することができる。また、培養手段１１には、栄養分の補充として、下水７を添加してもよい。 The solid-liquid separation means 17 separates the culture solution 8 obtained by the culture means 11 into the culture 1 and the separated water 9. Separation means can be used. The culture 1 is sent to the culture drying means 12 and processed into the fuel 3 . Since the separated water 9 contains photosynthetic microorganisms and nutrients, it can be used as a culture medium for the culture means 11 . This can reduce the supply of nutrients and water. In addition, sewage 7 may be added to the culture means 11 as a nutrient supplement.
［バイオフィルム型リアクター］
本発明のバイオフィルム型リアクター１００は、光合成微生物が付着するシート１０１と、シート１０１に光合成微生物を付着する微生物付着部１０２とを備えることを特徴とする。
このバイオフィルム型リアクター１００によれば、シート上で光合成微生物が培養されるため、光合成微生物に対する光の照射面積が大きくなり、光合成微生物の培養を促進することができる。
[Biofilm type reactor]
The biofilm reactor 100 of the present invention is characterized by comprising a sheet 101 to which photosynthetic microorganisms adhere, and a microorganism-adhering section 102 to which the photosynthetic microorganisms adhere to the sheet 101 .
According to the biofilm reactor 100, since the photosynthetic microorganisms are cultured on the sheet, the light irradiation area of the photosynthetic microorganisms is increased, and the cultivation of the photosynthetic microorganisms can be promoted.
第１の実施態様のバイオフィルム型リアクター１００は、図５に例示されるように、複数のローラ１０５に掛け回して循環するシート１０１と、光合成微生物を培養するための培養槽１０６と、培養槽１０６内の培養液とシート１０１を接触させてシート１０１に光合成微生物を付着する微生物付着部１０２と、光合成微生物が付着したシート１０１を囲う培養室１０７と、シート１０１上で培養された光合成微生物の培養物を乾燥する乾燥部１０３と、シート１０１上で培養された光合成微生物の培養物を回収する回収部１０４と、を備える。以下にそれぞれの構成について説明する。 The biofilm reactor 100 of the first embodiment, as illustrated in FIG. A microorganism adhering portion 102 for attaching photosynthetic microorganisms to the sheet 101 by bringing the culture solution in 106 into contact with the sheet 101, a culture chamber 107 surrounding the sheet 101 to which the photosynthetic microorganisms are attached, and the photosynthetic microorganisms cultured on the sheet 101. A drying unit 103 for drying the culture and a collection unit 104 for collecting the culture of photosynthetic microorganisms cultured on the sheet 101 are provided. Each configuration will be described below.
（シート）
シート１０１は、光合成微生物を付着・培養するために用いられる。シート１０１としては、光合成微生物を培養する面積を増大するという観点から、十分な長さを有するシート状であることが好ましい。シート部の素材は、光合成微生物を付着・培養することができれば特に制限されないが、例えば樹脂、又は繊維製のシートが用いられる。光合成微生物の培養に必要な水分を吸水できるシートが好ましい。
(sheet)
The sheet 101 is used for adhering and culturing photosynthetic microorganisms. From the viewpoint of increasing the area for culturing photosynthetic microorganisms, the sheet 101 preferably has a sheet shape having a sufficient length. The material of the sheet portion is not particularly limited as long as photosynthetic microorganisms can be adhered and cultured, but for example, a sheet made of resin or fiber is used. A sheet capable of absorbing water necessary for culturing photosynthetic microorganisms is preferred.
シート１０１は、複数のローラ１０５に掛け回して設置されており、バイオフィルム型リアクターに備えられた各構成を通って循環するように構成されている。シート１０１上で光合成微生物を培養するため、シート１０１の循環速度は、低速であることが好ましい。シート１０１は、光合成微生物の光合成のため、太陽光を利用できる構成とすることがこのましい。なお、図中の矢印はシートの移動方向を示す。シート１０１の循環は、ローラ１０５の一部を回転する駆動部（不図示）により駆動される。駆動部としては、特に制限されないが、駆動ローラなどが用いられる。駆動部はバイオフィルム型リアクター内に１つ又は２つ以上設置される。 The sheet 101 is placed over a plurality of rollers 105 and configured to circulate through each configuration provided in the biofilm reactor. In order to culture photosynthetic microorganisms on the sheet 101, the circulation speed of the sheet 101 is preferably low. It is preferable that the sheet 101 be configured to be able to use sunlight for photosynthesis of photosynthetic microorganisms. Note that the arrows in the drawing indicate the moving direction of the sheet. The circulation of the sheet 101 is driven by a drive section (not shown) that rotates a portion of the roller 105 . Although not particularly limited, a driving roller or the like is used as the driving unit. One or more driving units are installed in the biofilm reactor.
（微生物付着部）
微生物付着部１０２は、培養槽１０６内の培養液とシート１０１を接触させてシート１０１に光合成微生物を付着するための構成である。図５に示すように、微生物付着部１０２は、培養槽１０６の中にシート１０１を進入するように形成しても、培養液をシート１０１に供給してもよい。なお、微生物付着部１０２では、光合成微生物をシート１０２に付着するだけでなく、培養に必要な栄養分や水分をシート１０１に供給するため、シート１０１の複数の箇所に設けることが好ましい。
(Microorganism adhesion part)
The microorganism adhesion unit 102 is configured to bring the culture solution in the culture tank 106 into contact with the sheet 101 to adhere photosynthetic microorganisms to the sheet 101 . As shown in FIG. 5, the microorganism adhesion part 102 may be formed such that the sheet 101 is inserted into the culture tank 106 or the culture solution may be supplied to the sheet 101 . In addition, it is preferable that the microorganism-attaching portions 102 be provided at a plurality of locations on the sheet 101 in order not only to attach the photosynthetic microorganisms to the sheet 102 but also to supply the sheet 101 with nutrients and water necessary for culture.
（培養室）
培養室１０７は、光合成微生物が付着したシート１０１を囲うための設備であり、太陽光が透過できる素材で形成される。培養室７により、湿度の高い空間を形成されるため、シート１０１の乾燥を防止することができる。また、培養室の内部には、除熱排ガス５Ｂを供給し、二酸化炭素濃度の高い環境とすることが好ましい。なお、第１の実施態様のバイオフィルム型リアクター１００では、培養室１０７は、大容量の空間内にシート１０１を折り返して配置しているが、培養室１０７の形状を筒状としてシート１０１に沿うように設置してもよい。
(Incubation room)
The culture chamber 107 is equipment for enclosing the sheet 101 to which the photosynthetic microorganisms are attached, and is made of a material that allows sunlight to pass through. Since the culture chamber 7 forms a highly humid space, drying of the sheet 101 can be prevented. Further, it is preferable to supply the heat-removed exhaust gas 5B to the interior of the culture chamber to create an environment with a high carbon dioxide concentration. In the biofilm reactor 100 of the first embodiment, the culture chamber 107 has the sheet 101 folded back in a large-capacity space. can be installed as follows.
（乾燥部）
乾燥部１０３は、シート１０１上で培養された光合成微生物の培養物を乾燥するための構成である。乾燥部１０３は、シート１０１を囲う筒体を備え、シート１０１の進行方向前方から後方に向けて筒体内に熱風を供給する。なお、熱風としては、排ガス５Ａを供給することが好ましい。
乾燥部１０３から排出された除熱排ガス５Ｂは、培養室１０７内に供給され、培養槽１０６内の培養液に供給することが好ましい。
(dry section)
The drying section 103 is configured to dry the culture of photosynthetic microorganisms cultured on the sheet 101 . The drying section 103 includes a cylinder surrounding the sheet 101 and supplies hot air into the cylinder from the front to the rear in the traveling direction of the sheet 101 . In addition, it is preferable to supply flue gas 5A as a hot air.
The heat-removed exhaust gas 5B discharged from the drying section 103 is preferably supplied into the culture chamber 107 and supplied to the culture solution in the culture tank 106 .
（回収部）
回収部１０４は、シート１０１上で培養された光合成微生物の培養物を回収するための構成である。回収部１０４は、シート１０１から培養物を回収することができれば、どのような手段を利用してもよいが、例えば、スクレーパにより培養物をシート１０１から掻き取ることができる。
(Recovery Department)
The collection unit 104 is configured to collect the culture of photosynthetic microorganisms cultured on the sheet 101 . The collection unit 104 may use any means as long as the culture can be collected from the sheet 101 . For example, the collection unit 104 can scrape the culture from the sheet 101 with a scraper.
第１の実施態様のバイオフィルム型リアクター１００の回収部１０４では、乾燥部１０３で乾燥された乾燥培養物２を回収しているが、乾燥しないウェットな状態の培養物を回収してもよい。ウェットな状態の培養物を回収する場合には、別の乾燥手段により乾燥することができる。 In the collection unit 104 of the biofilm reactor 100 of the first embodiment, the dried culture 2 dried in the drying unit 103 is collected, but a wet culture that is not dried may be collected. When collecting a wet culture, it can be dried by another drying means.
本発明の燃料化システム、燃料化方法、バイオフィルム型リアクターによれば、燃料を容易に大量に得ることができるため有用である。
本発明の燃料化システムは、下水処理設備及び火力発電設備と連携することにより、高効率でエネルギーを発生することができる発電システムを提供することができる
INDUSTRIAL APPLICABILITY The fuel conversion system, fuel conversion method, and biofilm reactor of the present invention are useful because a large amount of fuel can be easily obtained.
The fuel conversion system of the present invention can provide a power generation system that can generate energy with high efficiency by cooperating with sewage treatment equipment and thermal power generation equipment.
１０，２０，３０，２０ 燃料化システム、１１ 培養手段、１２，２２ 培養物乾燥手段、１３ 燃料生成手段、１４ 燃焼設備、１５ 固気分離手段、１６ 脱水汚泥乾燥手段、１７ 固液分離手段、１００ バイオフィルム型リアクター、１０１ シート、１０２ 微生物付着部、１０３ 乾燥部、１０４ 回収部、１０５ ローラ、１０６ 培養槽、１０７ 培養室、１ 光合成微生物の培養物、２ 乾燥培養物、３ 燃料、４ 乾燥汚泥、５Ａ 排ガス、５Ｂ 除熱排ガス、６ 脱水汚泥、７ 下水、８ 培養液、９ 分離水
10, 20, 30, 20 fuel conversion system, 11 culture means, 12, 22 culture drying means, 13 fuel generation means, 14 combustion equipment, 15 solid-gas separation means, 16 dehydrated sludge drying means, 17 solid-liquid separation means, 100 biofilm type reactor, 101 sheet, 102 microorganism adhesion unit, 103 drying unit, 104 collection unit, 105 roller, 106 culture tank, 107 culture chamber, 1 culture of photosynthetic microorganisms, 2 dry culture, 3 fuel, 4 drying Sludge, 5A flue gas, 5B heat removal flue gas, 6 dehydrated sludge, 7 sewage, 8 culture solution, 9 separated water
Claims (9)
光合成微生物の培養物を乾燥する培養物乾燥手段と、
前記培養物乾燥手段により生成された乾燥培養物及び水処理設備から生じる乾燥汚泥を利用して燃料を生成する燃料生成手段と、を備えることを特徴とする、燃料化システム。 A fuel conversion system that converts dried sludge generated from a water treatment facility into fuel,
Culture drying means for drying the culture of photosynthetic microorganisms;
and fuel production means for producing fuel using the dried culture produced by the culture drying means and the dried sludge generated from the water treatment facility.
前記培養物乾燥手段で熱が利用された後の除熱排ガスを前記培養手段に供給する供給手段を備えることを特徴とする、請求項２に記載の燃料化システム。 Equipped with a culture means for culturing photosynthetic microorganisms,
3. The fuel conversion system according to claim 2, further comprising supply means for supplying heat-removed exhaust gas after heat has been used in said culture drying means to said culture means.
（ｉ）光合成微生物の培養物を乾燥する培養物乾燥工程。
（ｉｉ）前記培養物乾燥手段により生成された乾燥培養物と、水処理設備から生じる乾燥汚泥とを利用して燃料を生成する燃料生成工程。 A method for converting dry sludge produced from a water treatment facility into fuel, comprising the following steps (i) and (ii).
(i) A culture drying step for drying the culture of photosynthetic microorganisms.
(ii) A fuel production step of producing fuel using the dried culture produced by the culture drying means and the dried sludge generated from the water treatment facility.
前記シートに光合成微生物を付着する微生物付着部と、を備えることを特徴とする、バイオフィルム型リアクター。 a sheet to which photosynthetic microorganisms adhere;
A biofilm reactor, comprising: a microorganism-adhering part for adhering photosynthetic microorganisms to the sheet.
The sheet includes the microorganism adhesion portion, a drying portion for drying the culture of photosynthetic microorganisms cultured on the sheet, and/or a collection portion for collecting the culture of photosynthetic microorganisms cultured on the sheet. Biofilm reactor according to claim 6, characterized in that it is circulated.
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