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公開番号2019147089
公報種別公開特許公報(A)
公開日20190905
出願番号2018032745
出願日20180227
発明の名称バイオメタン発酵設備
出願人学校法人 名城大学
代理人特許業務法人グランダム特許事務所
主分類B09B 3/00 20060101AFI20190809BHJP(固体廃棄物の処理;汚染土壌の再生)
要約【課題】良好にメタン発酵することができるバイオメタン発酵設備を提供する。
【解決手段】バイオメタン発酵設備10は、所定の割合で草本系バイオマスBが混合され、所定の高さに盛られた盛土10Aと、盛土10Aを覆い、外周縁部が盛土10Aの周囲に固定され、盛土10Aを覆った状態で上部に位置する箇所に貫通孔10Eが形成された遮水シート10Bと、遮水シート10Bに覆われた状態の盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cとを備えており、水10Cの水位Dは、盛土10Aの高さHの1/3以上である。
【選択図】図1
特許請求の範囲約 350 文字を表示【請求項1】
所定の割合でバイオマスが混合され、所定の高さに盛られた盛土と、
前記盛土を覆い、外周縁部が前記盛土の周囲に固定され、前記盛土を覆った状態で上部に位置する箇所に貫通孔が形成された遮水シートと、
前記遮水シートに覆われた状態の前記盛土の周囲に湛えられた水と、
を備え、
前記水の水位は、前記盛土の高さの1/3以上であることを特徴とするバイオメタン発酵設備。
【請求項2】
少なくとも前記盛土の一部は、前記水の水位以上に位置することを特徴とする請求項1に記載のバイオメタン発酵設備。
【請求項3】
上方からの平面視において、前記盛土は一方向に延びた畝状であることを特徴とする請求項1又は2に記載のバイオメタン発酵設備。

発明の詳細な説明約 8,100 文字を表示【技術分野】
【0001】
本発明はバイオメタン発酵設備に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は従来のバイオメタン発酵設備を開示している。このバイオメタン発酵設備は、長径が9mm以下での稲わらを湛水状態の水田土壌中に混入し、水田土壌中の微生物によってメタン発酵を行うものである。そして、こうして生じたバイオメタンを回収した後、このバイオメタンを再び水田土壌中に噴出させる。これにより、このバイオメタン発酵設備は、水田土壌中に滞留しているバイオメタンを効率よく回収することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5851790号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、このバイオメタン発酵設備は、回収したバイオメタンを再び水田土壌中に噴出させるための配管やポンプ等の設備が必要になるため、設備の構造が複雑になってしまうおそれがある。
【0005】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、容易にメタン発酵をすることができるバイオメタン発酵設備を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のバイオメタン発酵設備は、
所定の割合でバイオマスが混合され、所定の高さに盛られた盛土と、
前記盛土を覆い、外周縁部が前記盛土の周囲に固定され、前記盛土を覆った状態で上部に位置する箇所に貫通孔が形成された遮水シートと、
前記遮水シートに覆われた状態の前記盛土の周囲に湛えられた水と、
を備え、
前記水の水位は、前記盛土の高さの1/3以上であることを特徴とする。
【0007】
このバイオメタン発酵設備は、周囲に湛えられた水によって周囲から押圧される。これにより、初期に盛土の中の空気が押出され、盛土内を早期に嫌気状態にすることができる。このため、盛土内で嫌気発酵(メタン発酵)が早期に活発化する。さらに、盛土の周囲に湛えられた水から盛土に水分を補うことができる。このため、盛土内が長期に嫌気状態を維持することができる。よって、このメタン発酵設備は、良好(早期かつ長期間)にメタン発酵することができる。
【0008】
したがって、本発明のバイオメタン発酵設備は良好にメタン発酵することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
実施例1のバイオメタン発酵設備を示す概略図である。
実施例1のバイオメタン発酵設備を上方から見た平面図である。
実施例1のバイオメタン発酵設備を用いて、所定の期間、バイオメタンの生成量、生成されたバイオメタンにおけるメタン濃度、及びバイオメタン発酵設備の盛土の温度を測定した結果を示すグラフであって、比較例1は草本系バイオマスを盛土に混合していないバイオメタン発酵設備における実験結果であり、実施例2は実験当初に1回のみ草本系バイオマスを盛土に混合したバイオメタン発酵設備における実験結果であり、実施例3は実験当初、及び実験当初からの経過日数90日に草本系バイオマスを盛土に混合したバイオメタン発酵設備における実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明における好ましい実施の形態を説明する。
【0011】
本発明のバイオメタン発酵設備の少なくとも盛土の一部は、水の水位以上に位置し得る。この場合、盛土にかかる湛水の水圧によって、盛土内の空気を排出したり、盛土内のバイオメタンを収取したりすることを効率良く行うことができる。
【0012】
本発明のバイオメタン発酵設備は、上方からの平面視において、盛土は一方向に延びた畝状であり得る。この場合、盛土が畝状に延びる方向に直交する方向において、盛土の中央部まで水圧が伝わり易くすることができ、盛土の周囲に湛えられた水から盛土の全体に水分を補い易い。
【0013】
次に、本発明のバイオメタン発酵設備を具体化した実施例1について、図面を参照しつつ説明する。
【0014】
<実施例1>
図1、2に示す実施例1のバイオメタン発酵設備10は、例えば、収穫後であり使用されていない田んぼ等に複数が設置される。バイオメタン発酵設備10はバイオメタンを発生することができる。バイオメタン発酵設備10から発生したバイオメタンはガスタンク(図示せず)に貯蔵され、ガスタンクに貯蔵されたバイオメタンは発電用エンジンや暖房用ガスバーナー等の各種機器(図示せず)に供給することができる。
ここで、バイオメタンとは、バイオマスである稲わらや雑草等の草本系バイオマスB(以降、草本系バイオマスBともいう)を混合した土を盛って畝状の盛土10Aにし、盛土10A中の微生物によって草本系バイオマスBの還元的分解(メタン発酵)により生成される。つまり、稲わらや雑草等の草本系バイオマスBを混合し畝状にした盛土10Aがバイオメタンの発生源である。生成されるバイオメタンは、メタン10〜80%を含み、残りのほとんどは窒素や二酸化炭素の無毒かつ不燃性の気体成分である。バイオメタンは1気圧よりも僅かに高い圧力の低圧ガスである。また、盛土10A中の微生物は嫌気性であるため、メタン発酵を行うには盛土10Aの大部分が嫌気状態である必要がある。
【0015】
バイオメタン発酵設備10は、稲わらや雑草等の草本系バイオマスBが混合されて、所定の高さに盛られた盛土10A、この盛土を覆う合成樹脂製の遮水シート10B、及び遮水シート10Bに覆われた状態の盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cを備えている。
【0016】
実施例1における盛土10Aの外形、遮水シート10B、及び草本系バイオマスBの割合は以下の構成としているが、本発明は盛土の外形や盛土を覆う遮水シートの種類は実施例1の構成によって制限されない。また、混合される草本系バイオマスBの割合も実施例1の構成によって制限されない。
盛土10Aには草本系バイオマスBが所定の割合(およそ14kg/m
2
)で混合されている。草本系バイオマスBを盛土10Aに混合する場合、鍬や耕耘機等を用いて混合する。また、ミキサ等を用いて草本系バイオマスBと盛土10Aとを混合してもよい。盛土10Aの高さHは所定の高さ(およそ20cm〜50cmであり、好ましくは20cm〜30cm)に盛られている(図1参照。)。
盛土10Aにおける草本系バイオマスBの単位体積あたりの割合は、盛土10Aの高さHが20cmの場合にはおよそ70kg/m
3
であり、盛土10Aの高さHが30cmの場合にはおよそ47kg/m
3
であり、盛土10Aの高さHが50cmの場合にはおよそ28kg/m
3
である。
また、上方から見た平面視において、盛土10Aは一方向に延びた畝状に形成されている。盛土10Aの一方向に延びる寸法(畝長L)は少なくとも400cmである(図2参照。)。また、盛土10Aが延びる一方向に直交する方向の盛土10Aの寸法(畝幅W)はおよそ50cm〜200cmであり、好ましくは、80cm〜100cmである(図2参照。)。
【0017】
遮水シート10Bは、シート状であり所定の幅を有し、一方向に長く形成されている。遮水シート10Bの幅の寸法はおよそ200cmである。遮水シート10Bは盛土10Aの表面全体を覆うように配置される。遮水シート10Bの外周縁部は盛土10Aの周囲の土壌Sを覆うように配置される。また、盛土10Aと遮水シート10Bとの間には、複数の通気孔が全体に満遍なく形成されて箱状をなした通気部材10Dが配置されている。通気部材10Dは上方からの平面視において、盛土10Aの中央部に配置されている。
また、遮水シート10Bには貫通孔10Eが形成されている。貫通孔10Eは、遮水シート10Bが盛土10Aを覆った状態で、盛土10Aの上部に位置する箇所であり、通気部材10Dの上側に位置するように配置されている。
また、貫通孔10Eには筒状をなした通気管10Fの一端が連通し、貫通孔10Eと通気管10Fとが気密に連結されている。通気管10Fの他端は、例えば、バイオメタン発酵設備10が設置された現場の近傍に設置されたガスタンク等に気密に連結される。また、通気管10Fには通気管10Fの一端と他端とを連通する連通状態、及び連通しない非連通状態とに切り替え自在な開閉弁が設けられている(図示せず。)。
【0018】
遮水シート10Bの外周縁部には、一方向に棒状に延びる押さえ部材10Gが配置されている。押さえ部材10Gは、例えば、金属製のパイプ等である。押さえ部材10Gは、盛土10Aの周囲近傍の土壌Sを覆う遮水シート10Bの外周縁部の上側に、盛土10Aの基端部の側面に沿うように配置される。
また、押さえ部材10Gが配置された遮水シート10Bの外周縁部には、U字状をなした固定部材10Hが取り付けられている。固定部材10Hは、例えば棒状の金属の中央部を湾曲させてU字状に形成したものである。固定部材10Hは、湾曲した部分の内側が押さえ部材10Gの外周面に沿って、湾曲した部分の両側に位置する直線状に形成された部分が遮水シート10Bを貫通して盛土10Aの周囲近傍の土壌Sに差し込まれている。こうして、遮水シート10Bは盛土10Aを覆った状態で、外周縁部が盛土10Aの周囲近傍の土壌Sに固定される。
【0019】
水10Cは、遮水シート10Bに覆われた状態の盛土10Aの周囲に湛えられる。水10Cの水位Dはおよそ15cm〜20cmであり、盛土10Aの高さHの1/3以上である。こうしてバイオメタン発酵設備10が形成されている。また、盛土10Aは湛水し、少なくとも盛土10Aの一部は、盛土10Aの湛水の水10Cの水位D以上に位置している。
【0020】
バイオメタン発酵設備10は盛土10Aの周囲に湛えられる水10Cによって盛土10Aが押圧される。これにより、バイオメタン発酵設備10が設置された初期に盛土10Aの中の空気を押出すことができ、盛土10A内を早期に嫌気状態にすることができる。このため、盛土10A内でメタン発酵が早期に活発化することができる。さらに、盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cから盛土10Aに水分を補うことができる。このため、盛土10A内が長期に嫌気状態を維持することができる。これにより、このバイオメタン発酵設備10は、良好(早期かつ長期間)にメタン発酵することができる。
また、バイオメタン発酵設備10は、盛土10Aの温度がおよそ15℃以上の場合、盛土10A内でメタン発酵が活発に行われる。バイオメタン発酵設備10で生成されたバイオメタンは遮水シート10Bに捕捉される。そして、バイオメタンは、遮水シート10Bに形成された貫通孔10E、及び貫通孔10Eに連結された通気管10Fを介してガスタンク等に流入し、ガスタンク等で貯蔵することができる。
【0021】
このように、バイオメタン発酵設備10は、周囲に湛えられた水10Cによって周囲から押圧される。これにより、初期に盛土10Aの中の空気が押出され、盛土10A内を早期に嫌気状態にすることができる。このため、盛土10A内で嫌気発酵(メタン発酵)が早期に活発化する。さらに、盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cから盛土10Aに水分を補うことができる。このため、盛土10A内が長期に嫌気状態を維持することができる。よって、バイオメタン発酵設備10は、良好(早期かつ長期間)にメタン発酵することができる。
【0022】
したがって、実施例1のバイオメタン発酵設備10は容易にメタン発酵することができる。
【0023】
また、バイオメタン発酵設備10の盛土10Aの一部は、水10Cの水位D以上に位置する。このため、盛土10Aにかかる湛水の水10C水圧によって、盛土10A内の空気を排出したり、盛土10A内のバイオメタンを収取したりすることを効率良く行うことができる。
【0024】
また、バイオメタン発酵設備10は、上方からの平面視において、盛土10Aは一方向に延びた畝状である。このため、盛土10Aが畝状に延びる方向に直交する方向において、盛土10Aの中央部まで水10Cの水圧が伝わり易くすることができ、盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cから盛土10Aの全体に水分を補い易い。
【0025】
<実施例2、3>
次に、実施例1のバイオメタン発酵設備10を用いて行った実施例2、3及び比較例1の実験結果について図面を参照しつつ説明する。
実施例2、3、及び比較例1の実験は、平成28年6月15日〜平成28年12月13日の期間で実施されたものである。
比較例1は、実験を実施した期間にわたって草本系バイオマスBを盛土10Aに混合していない。
実施例2は、平成28年6月15日に、14kg/m
2
の割合で草本系バイオマスBを盛土10Aに混合している。
実施例3は、平成28年6月15日に、14kg/m
2
の割合で草本系バイオマスBを盛土10Aに混合し、平成28年9月13日(実験当初からの経過日数90日)に、14kg/m
2
の割合で草本系バイオマスBを盛土10Aに追加して混合している。
【0026】
図3に示すように、比較例1は、実験を実施した期間にわたってバイオメタンがほとんど生成されていない。比較例1のバイオメタン生成量の最も高い値は、経過日数50日において3L(リットル)/日であった。また、比較例1で生成されたバイオメタンにおけるメタン濃度(以降、メタン濃度ともいう)の最も高い値は、経過日数72日〜79日において32%であった。
【0027】
実施例2、3は、経過日数0日から22日までの期間において、バイオメタン生成量が急激に増加している。これは、盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cによって盛土10Aが周囲から押圧されることにより、初期に盛土10Aの中の空気が押出され、盛土10A内を早期に嫌気状態にすることができるため、盛土10A内で嫌気発酵(メタン発酵)が早期に活発化したためと考えられる。そして、経過日数22日を過ぎると、徐々にバイオメタン生成量が減少している。
【0028】
実施例2は、経過日数145日を過ぎるとバイオメタンをほとんど生成しなくなり、経過日数176日におけるバイオメタン生成量は1Lであった。
【0029】
実施例3は経過日数90日(平成28年9月13日)に草本系バイオマスBを盛土10Aに追加して混合している。実施例3は経過日数93日から経過日数106日の期間において、バイオメタンの生成量が徐々に増え、経過日数106日過ぎると徐々にバイオメタン生成量が減少している。
【0030】
実施例2、3のメタン濃度は経過日数0日から26日までの期間において急激に増加している。
実施例2のメタン濃度は経過日数26日から134日の期間おいて、概ね60%以上であった。これは、盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cから盛土10Aに水分を補うことができるため、盛土10A内が長期にわたり嫌気状態を維持することができるためであると考えられる。また、実施例2のメタン濃度は経過日数145日で急激に減少し、その後、再び増加している。
実施例3のメタン濃度は経過日数26日から93日の期間において60%以上であった。これは、実施例2と同様に、盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cから盛土10Aに水分を補うことができるため、盛土10A内が長期にわたり嫌気状態を維持することができるためであると考えられる。また、実施例3のメタン濃度は経過日数97日で急激に減少し、その後、再び増加している。
【0031】
このように、バイオメタン発酵設備10は、周囲に湛えられた水10Cによって周囲から押圧される。これにより、初期に盛土10Aの中の空気が押出され、盛土10A内を早期に嫌気状態にすることができる。このため、盛土10A内で嫌気発酵(メタン発酵)が早期に活発化する。さらに、盛土10Aの周囲に湛えられた水10Cから盛土10Aに水分を補うことができる。このため、盛土10A内が長期に嫌気状態を維持することができる。よって、バイオメタン発酵設備10は、良好(早期かつ長期間)にメタン発酵することができる。
【0032】
したがって、実施例2、3のバイオメタン発酵設備10も良好にメタン発酵することができる。
【0033】
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例1〜3に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)実施例1では、草本系バイオマスを盛土に混合しているが、草本系バイオマスの種類や大きさに制限はない。また、長径が1cm以下に粉砕、裁断された木質系バイオマスや、この木質系バイオマスを原料とした農林畜産業由来廃棄物(例えば、キノコ栽培後の廃菌床等)であってもよい。この場合でもメタン発酵を行うことができる。
(2)実施例1では、遮水シートの外周縁部を押さえ部材で押さえ、固定部材で固定しているが、遮水シートの外周縁部を盛土の周囲の土壌に埋設してもよい。
(3)実施例1では、盛土の高さが20〜50cmであるが、20cmより低くてもよく、50cmより高くてもよい。また、盛土の畝幅が50〜200cmであるが、50cmより狭くてもよく、200cmより広くてもよい。また、畝長が少なくとも400cmであるが、400cm未満でもよい。
(4)実施例1では、盛土が一方向に延びた畝状に形成されているが、正方形や円形等、他の形状であってもよい。
(5)実施例1では、土壌の上側に盛土を形成しているが、土壌に設けた溝に、草本系バイオマスと土を混合したものを配置して盛土を形成してもよい。
(6)実施例1では、収穫後の使用されていない田んぼに設置されるが、空き地などで漏水しない環境を整備することができれば、実施場所は制限されない。また、盛土が配置される場所は土壌の上でなくてもよく、地面を掘り下げて、漏水防止措置を施した上に盛土を配置してもよい。
(7)実施例1では、盛土に草本系バイオマスがおよそ14kg/m
2
で混合されているが、14kg/m
2
より多くてもよく、14kg/m
2
より少なくてもよい。
(8)実施例1では、遮水シートの幅が200cmであったが、200cmより大きくてもよく、200cmより小さくてもよい。
【符号の説明】
【0034】
10…バイオメタン発酵設備
10A…盛土
10B…遮水シート
10C…水
B…草本系バイオマス(バイオマス)

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