(57)【要約】【課題】バイオガス製造コストを総合的に削減するとともに、バイオガスを安価に供給すること。【解決手段】地上にバイオマス生産設備Ｂを備え、地表部Ｇと地下不透水層Ｌ１との間にわたって平面視で周囲を遮水壁Ｗに覆われ、微生物を育成するバイオマス発酵サイトＤを備え、バイオマス生産設備Ｂで生産されたバイオマスを水に可溶化してバイオマス発酵サイトＤに供給するバイオマス供給設備６を備えるとともに、バイオマス発酵サイトＤから嫌気発酵により生成したバイオガスを回収するバイオガス回収部７１を遮水壁に囲まれたバイオマス発酵サイトに備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上にバイオマス生産設備を備え、
地表部と地下不透水層との間にわたって平面視で周囲を遮水壁に覆われ、バイオマスを嫌気発酵する微生物を育成するバイオマス発酵サイトを備え、
前記バイオマス生産設備で生産されたバイオマスを水に可溶化して前記バイオマス発酵サイトに供給するバイオマス供給設備を備えるとともに、前記バイオマス発酵サイトから嫌気発酵により生成したバイオガスを回収するバイオガス回収部を遮水壁に囲まれたバイオマス発酵サイトに備えた地中発酵設備。
【請求項２】
前記バイオマス発酵サイトの地表部に、バイオガス遮蔽部を設けてある請求項１に記載の地中発酵設備。
【請求項３】
前記バイオマス生産設備が前記バイオマス発酵サイトの地表部に設けられている請求項１または２に記載の地中発酵設備。
【請求項４】
前記バイオガス回収部を備えたバイオガス回収設備が、バイオガスを回収して一時貯留するガスホルダを備えるとともに、ガスホルダからガス利用設備へガス供給するガス供給部を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の地中発酵設備。
【請求項５】
前記ガス利用設備が前記バイオマス生産設備に併設されている請求項４に記載の地中発酵設備。
【請求項６】
前記バイオガス回収部が、前記バイオマス発酵サイトの地表部に横架されたガス吸引配管を備えるとともに、前記ガス吸引配管からガス吸引する吸引ポンプを備えてなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の地中発酵設備。
【請求項７】
前記バイオマス供給設備が、前記バイオマス発酵サイトの帯水層に可溶化したバイオマスを供給するバイオマス供給部を備えるとともに、帯水層の水を回収する回収部を備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の地中発酵設備。
【請求項８】
前記バイオマス生産設備が、微細藻類培養設備であり、前記バイオマスが微細藻類である請求項１〜７のいずれか一項に記載の地中発酵設備。
【請求項９】
前記バイオマス生産設備が、食用植物生産設備であり、前記バイオマスが、食用植物からの有価物回収残渣である請求項１〜７のいずれか一項に記載の地中発酵設備。
【請求項１０】
前記バイオマス生産設備が、バイオマスの糖化処理設備を備え、前記バイオマスが、グルコースまたはオリゴ糖類を含有するものである請求項１〜７のいずれか一項に記載の地中発酵設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中発酵設備に関し、詳述すれば地中にバイオマス発酵サイトを設けるとともに、そのバイオマス発酵サイトで嫌気発酵を行い、生成したバイオガスを利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
嫌気発酵（メタン発酵や水素発酵）とは酸素のない条件下で多数の嫌気性微生物の代謝作用により、有機性廃棄物から水素やバイオガス（メタン約６０％／二酸化炭素約４０％）を生成する技術である。
非特許文献１には、バイオマスのエネルギー変換方法について記載されている。水分含量の多い生ゴミ，家畜糞尿，活性汚泥など，液体系のバイオマスの場合は，生物化学変換法が適しており、現在，含水率の多いバイオマスのエネルギー変換法としては，メタン発酵システムが実用化されている。メタン発酵の原料となる有機性廃棄物としては，食品加工残渣，野菜残渣，畜産加工残渣，水産加工残渣，厨芥生ゴミ，グリーンウェスト，家畜し尿，し尿，下水汚泥，浄化槽汚泥などがある。メタン発酵システムは，もともとし尿や下水汚泥を対象として開発，実用化されてきた技術であるが，近年，畜産系廃棄物や生ゴミなどの高濃度の有機物を含有する固形廃棄物を対象として実用化されてきている。
一般的なメタン発酵システムは、ソーティングライン，クラッシャー，発酵槽，高圧コンプレッサーによるバイオガス循環システム，脱水装置，ガスエンジンによるコージェネシステム，コンポスト化システム，脱臭システムの各ユニットから構成される。これらのシステム構成はどのプラントでもほぼ同じであるが，ガスエンジンで発電する代わりに燃料電池で発電する場合もある。バイオガスから高濃度のメタンガスを精製して天然ガス自動車用の燃料に用いる場合もあり、このようなプラントにはバイオガスの精製設備が付属している。
【０００３】
また、非特許文献２には、枯渇ガス田に炭酸ガスや栄養剤を注入してガス田鉱床に生息する水素生成菌やメタン生成菌を活性化させ、メタンガスの増収を図る技術について記載されている。石油鉱床やガス田鉱床には、石油、水素、メタンの生成に係わる微生物群が存在していることが判明しており、このような地中微生物を有効に活用した技術開発が多方面で進められている。しかし、これらの開発はもっぱらガス田や油田、炭層鉱床など地下深度数ｋｍに生息するメタン発酵菌を制御する技術であり、既存のガス田や油田の増回収を促進することを目的としている。
近年、東日本大震災と福島原子力発電所の事故を契機に、原発代替エネルギーとして再生可能エネルギーのコストダウン技術が強く求められており、都市部や都市部近郊においてもさらに簡便に地中微生物を有効に活用することができる技術が求められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】山下信彦、「バイオマスからのエネルギー生産技術」、エネルギー・資源  ２４−２（２００３）、Ｐ．１１５−１１８
【非特許文献２】藤原ら、「枯渇油田および油層常在微生物を利用した天然ガス鉱床の再生技術の開発」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｖｉｒｏｍｅｎｔａｌ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｖｏｌ  ８，Ｎｏ．１，Ｐ．１７−２８，２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メタン発酵は，有機性廃棄物などのバイオマスを原料に，メタンガスとしてエネルギーを回収すると同時に減容化を実現でき，有機性廃棄物の処理とエネルギー回収を同時に行う優れた方法として知られており、上述のメタン発酵システムは、廃棄物を焼却によらずに処理することができるため、地球にやさしい技術で地球温暖化防止に貢献する技術として注目されている。また、国内バイオマスエネルギーの利用拡大に向けて導入が促進されており、具体的には、現在、国内で約５００程度の導入事例がある。しかし、このようなメタン発酵システムを備えた設備は複雑で大がかりな設備となり、初期の設備費が嵩むという問題があった。そのため、設備費を考慮したバイオガスの製造コストは高額にならざるを得ず、バイオガスを安価に供給することが困難であった。
【０００６】
また、バイオガス製造の経済性を追求する場合には、バイオガスの燃料となるバイオマスをどのように調達するかも課題である。生ゴミのような分散的に発生するバイオマスはメタン発酵設備に搬入するまで回収費がかかる。さらに、メタン発酵後に発生する汚泥や残渣の処理も課題となる。汚泥をコンポストとして有効に活用できる場合もあるが、都市部のような農業肥料の需要が少ないところでは別途汚泥の廃棄処理費用が発生する。すなわち、バイオガスを安価に安定供給するためには、設備費の問題に加えて、原料調達費、廃棄物処理費を考慮したバイオガス製造コストを総合的に削減する必要がある。
【０００７】
したがって、本発明は上記実状に鑑み、バイオガス製造コストを総合的に削減するとともに、バイオガスを安価に供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、バイオマスの水素・メタン発酵リアクターの製造コストを経済的に見合うまで下げることを目的として種々検討を重ねてきた。そして、ガス田鉱床等の特殊な土壌でなくとも、あるいは特殊な微生物を地中に供給しなくても、適当な栄養源を与えると、土壌より水素やメタンが生成することを見出し、本発明に至ったものである。
【０００９】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、
地上にバイオマス生産設備を備え、
地表部と地下不透水層との間にわたって平面視で周囲を遮水壁に覆われ、バイオマスを嫌気発酵する微生物を育成するバイオマス発酵サイトを備え、
前記バイオマス生産設備で生産されたバイオマスを水に可溶化して前記バイオマス発酵サイトに供給するバイオマス供給設備を備えるとともに、前記バイオマス発酵サイトから嫌気発酵により生成したバイオガスを回収するバイオガス回収部を前記遮水壁に囲まれたバイオマス発酵サイトに備えた点にある。
【００１０】
なお、本発明にいうバイオマスとは、家畜排泄物、食品廃棄物、建築発生木材、製材廃材、農業集落排水汚泥、下水汚泥、パルプ廃液等のいわゆる廃棄物系バイオマス、いなわら、麦わら、もみ殻などの農作物の非食用部、間伐材、林地残材、草資源（野草、ススキ、葦など）等のいわゆる未利用系バイオマス、パーム残渣、輸入チップ、サトウキビ、てんさい、とうもろこし、米、イモ類、などのでんぷん系作物、糖質系作物、なたね、大豆、落花生などの油糧作物、藻類などのいわゆる資源作物系バイオマス、あるいはこれらのバイオマスを糖化処理したものなどのいずれであっても適用することができる。
【００１１】
〔作用効果１〕
地上にバイオマスを嫌気発酵する微生物を育成するバイオマス発酵サイトを備えるから、前記バイオマス発酵サイト内にバイオマスを供給することによって、そのバイオマス発酵サイトで嫌気発酵を行わせて、バイオガスを生成させることができる。前記バイオマスの供給は、バイオマス生産設備から直接行うことができる。また、バイオガスは、地中で生成し、比重差により地表部に向かって移動するので、特に分離操作を必要とせず、地表部にて回収することができる。バイオガスは、バイオガス回収部により回収することで、燃料等として用いることができる。したがって、効率のよいエネルギー変換が可能となる。
【００１２】
前記バイオマス発酵サイトは、地表部と地下不透水層との間にわたって平面視で周囲を遮水壁に覆われているから、前記バイオマス発酵サイトに供給されたバイオマスは、前記地下不透水層を底面とし、遮水壁を側壁とする大きな嫌気発酵槽として機能する。そして、前記遮水壁は、バイオマス発酵サイトを周辺の地域から遮断するものとなっているから、前記バイオマス発酵サイトに供給されたバイオマスや、増殖した微生物が周辺の地域を汚染するのを防止するとともに、前記バイオマス発酵サイト内の微生物の育成環境が周辺地域から悪影響を受けるのを防止することができる。
【００１３】
さらに、嫌気発酵は、地中で行われるから、嫌気発酵により生じた汚泥等の成分は、地中に残留することになる。すると、従来の嫌気発酵処理方法に比べて、汚泥処理コストが不要になるという利点がある。そのため、安価にバイオガスの製造コストを低減することができる。
【００１４】
したがって、通常は使用されていない地表部と地下不透水層との間にわたる領域で、嫌気発酵が行えるので、大容量の地下空間を有効利用して効率の高いバイオガス生産が可能になるとともに、安価にバイオガスを供給することができるようになった。
【００１５】
すなわち、地表部近くの一般土壌においても適当な条件の下では、既存のガス田鉱床と同様に水素やメタンガスが生成され、人工的なガス田とできることがわかった。
【００１６】
その結果、現状のメタン発酵技術が持っている３つの問題点（発酵リアクターのコスト、原料バイオマスの回収コスト、発生汚泥の処理コスト）に対して、地中の嫌気発酵菌群を活用することで有効な解決手段を提供し、再生可能エネルギーであるバイオガス製造コストの大幅なコストダウンを可能にできることがわかった。
【００１７】
〔構成２〕
上記構成において、前記バイオマス発酵サイトの地表部に、バイオガス遮蔽部を設けてあることが好ましい。
【００１８】
〔作用効果２〕
生成したバイオガスは、土砂や地下水との比重差で地表部に移動し、分離回収することができるが、このバイオガスを収集してから捕集すれば、効率よく回収することができる。
そのため、前記バイオマス発酵サイトの地表部に、バイオガス遮蔽部を設けることにより、バイオガス遮蔽部近傍に滞留したバイオガスを回収することで効率のよいバイオガス回収が可能となる。また、バイオガス遮蔽部によると、回収しきれないバイオガスが大気中に放散されるのを防止することができるから、前記バイオガスが周辺の環境に悪影響を与えたり、地球温暖化ガスとなったりするのを防止できることになる。
【００１９】
〔構成３〕
また、前記バイオマス生産設備が前記バイオマス発酵サイトの地表部に設けられていることが好ましい。
【００２０】
〔作用効果３〕
このように構成してあると、前記バイオマス生産設備で生産されたバイオマスを、バイオマス発酵サイトに直接供給できる。すると、生産されたバイオマスを輸送するコストを削減することができ、バイオガスの製造コストの削減に寄与することができる。また、バイオマス発酵サイトの地表部の敷地とバイオマス生産設備の敷地とを共有化して、地上部分と地下部分とを機能分担しつつ有効利用することができる。
【００２１】
したがって、バイオガスの製造コストを低減して、安価にバイオガス生産可能となる。
【００２２】
〔構成４〕
また、上記構成において、前記バイオガス回収部を備えたバイオガス回収設備が、バイオガスを回収して一時貯留するガスホルダを備えるとともに、ガスホルダからガス利用設備へガス供給するガス供給部を備えてもよい。
【００２３】
〔作用効果４〕
前記バイオガス回収設備が、ガスホルダを備えると、前記バイオガス回収部からバイオガスを回収して一時貯留することができ、バイオガスを安定供給するのに寄与する。また、バイオガスの生成量は、バイオマスの質、量の変動や自然条件の影響を受けて変動するため、回収されるバイオガス中のメタン濃度も変動する。これをガスホルダに一時貯留すると、メタンガス濃度の変動を抑制して成分を安定させて供給できることになる。そのため、ガスホルダを介して供給されるバイオガスは、成分が安定するために、ガス供給部を介してガス利用設備で安定利用可能になる。
【００２４】
〔構成５〕
また、前記ガス利用設備が前記バイオマス生産設備に併設されてもよい。
【００２５】
〔作用効果５〕
前記ガス利用設備が前記バイオマス生産設備に併設されていれば、前記ガス利用設備から前記バイオマス生産設備にバイオガスを輸送するための輸送コスト、輸送設備費も削減できる。また、ガス利用設備が電力や熱を発生する設備であれば、逆にバイオマス生産設備に電力や熱を供給することにより、バイオマス生産設備におけるバイオマス製造コストを低減することができる。そのため、バイオガスを安価に供給することができると同時に、全体として、エネルギーの消費効率がよい設備とすることができる。
【００２６】
〔構成６〕
また、前記バイオガス回収部が、前記バイオマス発酵サイトの地表部に横架されたガス吸引配管を備えるとともに、前記ガス吸引配管からガス吸引する吸引ポンプを備えてもよい。
【００２７】
〔作用効果６〕
上記構成によると、前記ガス吸引配管を地表部近傍に埋設するだけの比較的簡便な設備によって、敷地の広域にわたって均等に効率よくガス吸引できる設備を敷設できる。また、敷地の広域にわたりバイオガスを漏洩させることなく吸引することができると、大気中にバイオガスが放散されにくくなる。
【００２８】
〔構成７〕
また、前記バイオマス供給設備が、前記バイオマス発酵サイトの帯水層に可溶化したバイオマスを供給するバイオマス供給部を備えるとともに、帯水層の水を回収する回収部を備えてもよい。
【００２９】
〔作用効果７〕
バイオマス生産設備で生産されたバイオマスは、可溶化することで水流とともに地中の土砂の隙間に連続供給できる。また、水流とともにバイオマスを供給すると、バイオマス発酵サイトにおける帯水層の水量が増えるので、帯水層の水位が上昇するおそれがあるが、帯水層の水を回収する回収部を備えると、増加した帯水層の水を回収して帯水層の水位を一定に保てるとともに、嫌気発酵により発生した可溶性の無機成分を回収して、その無機成分により土壌の隙間が目詰まりするのを防止して、嫌気発酵条件が良好に維持するのに寄与する。
【００３０】
〔構成８〕
なお、前記バイオマス生産設備が、微細藻類培養設備であって、前記バイオマスが微細藻類とすることができる。
【００３１】
〔作用効果８〕
バイオマス生産設備としては、種々の設備を適用することができるが、微細藻類培養設備とすれば、特に可溶化処理をするまでもなく、水流とともに土砂の隙間に供給可能な程度に可溶化しているバイオマスとしての微細藻類を連続的に供給することができる。このような微細藻類培養設備は、大きな敷地をそのまま有効利用できるもので、下水処理場などの曝気槽を利用して構成することができる。このような場合、地下空間をバイオマス発酵サイトとして利用可能な広大な敷地を容易に確保できるという点でも有利である。また、このように培養される微細藻類は、大気中の二酸化炭素を固定化する役割を担うものでもあるので、地球温暖化ガスの低減に大きく寄与することができるとともに、固定化した二酸化炭素をバイオガスに変換できることになるので、再生可能エネルギーを効率的に生産することにもなるので好ましい。
【００３２】
〔構成９〕
また、前記バイオマス生産設備が、食用植物生産設備であって、前記バイオマスが、食用植物からの有価物回収残渣とすることもできる。
【００３３】
〔作用効果９〕
バイオマス生産設備として、サトウキビ畑と、そこから収穫したサトウキビよりサトウを生産する食品加工工場等のような、食用植物生産設備とすると、食用植物からの有価物回収残渣をバイオマスとして供給することができる。すなわち、通常は、焼却廃棄されるバイオマスを嫌気発酵によりバイオガスを得るための原料として用いることができるので、焼却廃棄による二酸化炭素の発生を抑制するとともに、廃棄物の有効利用と、廃棄物処分費用の低減の両立を図ることができる。これにより、バイオガスの製造コストを低減することができ、バイオガスを安価に供給するのに寄与することができた。
【００３４】
〔構成１０〕
また、前記バイオマス生産設備が、バイオマスの糖化処理設備を備え、前記バイオマスが、グルコースまたはオリゴ糖類を含有するものとすることができる。
【００３５】
〔作用効果１０〕
糖化処理によってグルコースやオリゴ糖類に変換されたバイオマスはきわめて嫌気発酵しやすく、短期間で水素やメタンに変換することが可能であるため、少なくとも一部が糖化されてグルコースまたはオリゴ糖類を含有するバイオマスを地中発酵することで、より効率の高いバイオガス製造が期待できる。糖化処理としては、硫酸法、酵素法、熱水処理法などがあり、一部実用化されている。
【発明の効果】
【００３６】
したがって、地中発酵設備を用いれば、現状のメタン発酵技術が持つ３つの課題を解決することができ、バイオガス製造コストを総合的に削減するとともに、バイオガスを安価に供給することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の地中発酵設備の模式図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、本発明の地中発酵設備を説明する。なお、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００３９】
〔地中発酵設備〕
本発明の地中発酵設備は、バイオマス生産設備Ｂを備え、バイオマス発酵サイトＤを備え、前記バイオマス生産設備Ｂで生産されたバイオマスを水に可溶化してバイオマス発酵サイトＤに供給するバイオマス供給設備６を備えるとともに、バイオマス発酵サイトＤから嫌気発酵により生成したバイオガスを回収するバイオガス回収設備７を備える。
【００４０】
〔バイオマス生産設備〕
バイオマス生産設備Ｂとしては、地上に設けられた微細藻類培養設備や、たとえば、サトウキビ、ソルガム、とうもろこし等、食用植物の圃場や食品加工工場、それらが一体になっている食品工場や糖化処理設備あるいは糖化処理設備を含む複合設備等に好適に適用することができる。また、バイオマスとしても、食用植物からの有価物回収残渣等が適用されるバイオマス生産設備Ｂは限定されるものではないが、ここでは、バイオマス生産設備Ｂとして、下水処理場を利用した微細藻類培養設備について説明する。
【００４１】
図１に示すバイオマス生産設備Ｂとしての微細藻類培養設備は、下水道管から処理汚水が流入し、処理汚水中の夾雑物を沈殿分離する沈砂池１と、処理汚水中の難分解物を沈殿分離する沈殿槽２と、処理汚水を曝気しつつ好気処理する曝気槽３と、処理汚水中の汚泥を回収する沈殿分離槽４を有する。
そして、下水道管から微細藻類培養設備に流入した処理汚水は、沈砂池１、沈殿槽２、曝気槽３、沈殿分離槽４の順に流動して、沈殿分離槽４の上澄みの処理汚水を消毒槽５で消毒処理した後に河川等に放流可能にする。
【００４２】
曝気槽３には、処理汚水を好気状態に保って、処理汚水中の有機物を活性汚泥によって酸化分解するために、処理汚水中に空気Ａを散布するディフューザ３１が設けられている。曝気槽３内では微細藻類が育成されるとともに、処理汚水とともに活性汚泥をエアレーションによって混合して、処理汚水中の溶解・浮遊性有機物を分解する。
その後、処理汚水は沈殿分離槽４に流入して、微細藻類を含んだ活性汚泥を沈殿させて、上澄みの処理汚水を処理が完了した処理完了水として分離し、消毒槽５において塩素消毒などの後に河川等に流出させる。曝気槽３において、余剰に発生した微細藻類は、後述のバイオマス供給設備６によりバイオマス発酵サイトＤに供給可能に構成されている。さらに、ここで沈殿した活性汚泥の一部は、曝気槽３に戻されて、処理汚水中の溶解・浮遊性有機物を酸化分解するために使用される。
【００４３】
前記微細藻類としては、光合成を行う微細藻類であって、曝気槽３の内部壁面などに着生しない微細藻類が好適に用いられ、たとえば、ユーグレナ藻が挙げられる。ユーグレナ藻は鞭毛虫の一群で、運動性のある藻類としてミドリムシ等を含む単細胞真核藻類のグループである。
【００４４】
曝気槽３は、上部が太陽光を入光させる開放状態に構成している。また、前記ディフューザ３１には二酸化炭素を大気よりも高濃度に含む排気ガス等を投入することができる。このような状況で微細藻類は、太陽光と二酸化炭素の供給を受けて高効率に光合成を行うとともに、好適な育成条件で増殖できる。通常、下水処理施設においては曝気槽３は、数千立方メートル以上にも及ぶ容積を有するため、大量の微細藻類を処理汚水中に培養して増殖させることが可能となる。
【００４５】
〔バイオマス発酵サイト〕
前記バイオマス発酵サイトＤは、地表部Ｇと地下不透水層Ｌ１との間にわたって平面視で周囲を遮水壁Ｗに覆われ、バイオマスを嫌気発酵する微生物を育成する領域として形成されている。
【００４６】
具体的には、地表部Ｇから地下不透水層Ｌ１にいたるセメント製円筒形状の遮水壁Ｗを埋設することにより、バイオマス発酵サイトＤを形成することができる。また、バイオマス発酵サイトＤは、上記バイオマス生産設備Ｂの直下の地下に形成することができる。これにより、地中発酵設備の敷地面積を効率利用することができるとともに、バイオマス生産設備Ｂで生産されたバイオマスを移送することなく直接バイオマス発酵サイトＤに導入可能に構成することができるようになる。
【００４７】
通常前記地下不透水層Ｌ１とは、地層を構成する粒子間のすきまが小さく、地下水を通しにくい、または通さない地層を指し、地域によって異なるが、地下５〜２０ｍ程度にある程度の厚さを持った層状に存在する。また、このような地下不透水層Ｌ１の上には通常帯水層Ｌ２が存在し、土砂と地下水の混在する領域に、種々微生物が生育している。
【００４８】
このような位置までの深さの遮水壁Ｗを設けるには、種々公知の工法により地表部Ｇを掘削するなどして地中にセメントを流しこみ、壁状構造物を筒状に形成するなどできる。
このようにして形成されたバイオマス発酵サイトＤは、遮水壁Ｗと地下不透水層Ｌ１と地表部Ｇの間にわたって、内部の主に帯水層Ｌ２領域にバイオマスを嫌気発酵する微生物を育成する閉鎖された発酵空間を形成している。これによると、通常の下水処理設備程度の面積の敷地を有するバイオマス生産設備Ｂ周囲に、地下１０ｍ程度の深さまで遮水壁Ｗを設けた場合を想定すると、１６５０ｍ3程度の容積のメタン発酵槽に相当するきわめて大きな領域を発酵空間として利用できることになる。
【００４９】
また、バイオマス発酵サイトＤにおける発酵空間で、バイオマスを嫌気発酵分解すると、生じたバイオガスは上方に移動し回収されるとともに、汚泥は土壌に還元し、後処理の必要がない。
【００５０】
〔バイオマス供給設備〕
バイオマス供給設備６は、前記バイオマス生産設備Ｂの曝気槽３で余剰に発生した微細藻類を、曝気槽３下流の沈殿分離槽４から処理済みの汚水とともに回収し、バイオマス供給部６Ａを通じて地表部Ｇ側から帯水層Ｌ２に供給する。前記バイオマス供給部６Ａは、前記バイオマス発酵サイトＤ内に設けられた給水用縦管６１と、給水用縦管６１を通じて汚水を供給する供給ポンプ６２とを設けて構成してある。
【００５１】
帯水層Ｌ２に供給された微細藻類は、帯水層Ｌ２に生育するメタン生成菌や水素生成菌に資化されて、メタンガスや水素ガス等を含有するバイオガスに変換される。バイオガスは比重が小さく、帯水層Ｌ２から地表部Ｇに向かって移動する。帯水層Ｌ２に微細藻類とともに供給された処理汚水は、さらに浄化されて、帯水層Ｌ２に滞留することになる。また、前記帯水層Ｌ２内の水量は所定量に維持しておく必要があるので、回収部６Ｂを通じて回収され、前記曝気槽３上流側の沈殿槽２に投入される。前記回収部６Ｂは、前記バイオマス発酵サイトＤ内に設けられた排水用縦管６３と、排水用縦管６３を通じて汚水を回収する排水ポンプ６４とを設けて構成してある。
【００５２】
なお、上記バイオマス生産設備Ｂにおいては、バイオマスとしての微細藻類や処理汚水に混入する汚泥等は、処理汚水とともに可溶化したものであるのでそのまま帯水層Ｌ２に供給することができたが、食用植物を扱う食品加工工場等の食用植物生産設備から発生する有価物回収残差で水に不溶なものをバイオマスとして扱う場合には、バイオマス供給設備６にバイオマスを粉砕して微細化する粉砕装置、バイオマスを予備発酵させて可溶化する発酵槽等を含む可溶化装置を設けることができる。
【００５３】
〔バイオガス回収設備〕
遮水壁Ｗ内の地表部Ｇと帯水層Ｌ２の間の不飽和層Ｌ３には、水平配置してある多数のガス吸引配管７１を設けてバイオガス回収部を備えるとともに、前記ガス吸引配管７１に流入したバイオガスを吸引してガスホルダ７２に導く吸引ポンプ７３を設けてバイオガス回収設備７を設けてある。前記ガス吸引配管７１は、不飽和層Ｌ３まで上昇してきたバイオガスを、吸引捕集するガス吸引部７１ａを多数備えており、吸引ポンプ７３の吸引力でバイオマス発酵サイトＤの平面視における全領域からバイオガスを吸引できるように構成してある。ガス吸引配管７１から回収されたバイオガスは一旦ガスホルダ７２に貯留され、ガス利用設備にガス供給自在なガス供給部７４を設けてバイオガス利用を図る構成としてある。
【００５４】
ガス利用設備としては、ガス利用のビル空調設備、ガス発電設備、燃料電池等が挙げられる。
【００５５】
また、前記バイオマス発酵サイトＤの平面視における全領域において地表部Ｇに接する部分には、発生するバイオガスをバイオガス回収設備７で捕集しきれなかった場合に大気中に放散されるのを防止するためのバイオガス遮蔽部Ｌ４を設けて、バイオガス遮蔽部Ｌ４で封止されたバイオガスを確実にバイオガス回収設備７で回収できるようにしてある。
【００５６】
〔実験例〕
一般的な土壌で地中発酵が行えることを確認するために、種々土壌に種々条件下でバイオマスを供給し、発生するガスの組成を分析したところ以下のようになった。
【００５７】
実験方法：
３箇所の異なる場所から一般の土壌（Ａ，Ｂ，Ｃ）を採取した。各土壌を２ｍｍの篩にて小石等を除去したサンプル土壌として２０ｇづつガラスバイアル瓶に入れ、栄養源を添加した後、容器内を窒素置換しラバーキャップで蓋をし、アルミキャップで封止した。これを３０℃で静置培養して、２日後および１ヶ月後の容器内の気層部分のガス成分を水素検出器あるいはメタン検出器としてＴＣＤを用いたガスクロマトグラフィにて分析した。サンプル土壌と栄養源との組み合わせは、表１の通りである。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
表１より、栄養源の整った環境では凡ての土壌において２日後の短期間では水素ガスと炭酸ガスが、さらに１ヶ月後にはメタンガスの発生が認められた。短期間の水素と炭酸ガスの発生は、主にクロストリジウム属などの水素生成菌の働きであることが考えられ、メタンガスの発生は、水素と炭酸ガスを基質としてメタンを生成するメタン菌と呼ばれる古細菌によるものであると推察される。これらの結果は、広範囲の土壌中に水素やメタンを生成する嫌気発酵微生物が生息していることを意味する。したがって、適切なバイオマス発酵サイトＤを設け、栄養条件を整えることにより、地下領域が水素ガスやメタンガスの生産設備として利用できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の地中発酵設備は、広範囲の地域で人工的なガス田としての利用が期待される。
【符号の説明】
【００６１】
１        ：沈砂池
２        ：沈殿槽
３        ：曝気槽
３１      ：ディフューザ
４        ：沈殿分離槽
５        ：消毒槽
６        ：バイオマス供給設備
６Ａ      ：バイオマス供給部
６Ｂ      ：回収部
６１      ：給水用縦管
６２      ：供給ポンプ
６３      ：排水用縦管
６４      ：排水ポンプ
７        ：バイオガス回収設備
７１      ：ガス吸引配管（バイオガス回収部）
７１ａ    ：ガス吸引部
７２      ：ガスホルダ
７３      ：吸引ポンプ
７４      ：ガス供給部
Ｂ        ：バイオマス生産設備
Ｄ        ：バイオマス発酵サイト
Ｇ        ：地表部
Ｌ１      ：地下不透水層
Ｌ２      ：帯水層
Ｌ３      ：不飽和層
Ｌ４      ：バイオガス遮蔽部
Ｗ        ：遮水壁
【図１】
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