(57)【要約】【課題】木質バイオマスを高品質の有価物に変換し、需要を増大することにより計画的主伐、間伐等を可能とし、水源周辺地域の森林涵養機能を健全に維持し、延いては水源保全を可能とする総合的な水源環境保全システムの提供する。【解決手段】水源周辺地域の計画的主伐、間伐により回収した木材若しくは建築廃材等の木質バイオマスを有効利用する総合水源環境保全システムにおいて、回収した木質バイオマス１０を炭化処理する炭化装置１２と、炭化により製造した炭化物を備蓄する備蓄設備１６と、前記水源周辺地域の需要に応じて該備蓄された炭化物２０を燃料、水質浄化材、土壌改良材、畜産敷料からなる有価物の少なくとも一つに変換する手段と、を備え、前記炭化装置１２、備蓄設備１６及び変換手段を水源周辺地域に設けるとともに、前記水源周辺地域若しくは隣接する地域にて前記有価物を利用する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水源周辺地域の計画的主伐、間伐により回収した木材、剪定枝若しくは建築廃材等の木質バイオマスを有効利用する総合水源環境保全システムにおいて、
回収した木質バイオマスを炭化処理する手段と、炭化により製造した炭化物を備蓄する手段と、前記水源周辺地域の需要に応じて該備蓄された炭化物を燃料、水質浄化材、土壌改良材、畜産敷料からなる有価物の少なくとも一つに変換する手段と、を備え、
前記炭化手段、備蓄手段及び変換手段を水源周辺地域に設けるとともに、前記水源周辺地域若しくは隣接する地域にて前記有価物を利用することを特徴とする水源周辺地域の総合水源環境保全システム。
【請求項２】
前記炭化物変換手段が、該炭化物を燃料源として電力を生成する発電所を付設したことを特徴とする請求項１記載の水源周辺地域の総合水源環境保全システム。
【請求項３】
前記木質バイオマスの種別に応じて前記炭化手段を複数設け、需要に則した高付加価値の有価物に変換することを特徴とする請求項１記載の水源周辺地域の総合水源環境保全システム。
【請求項４】
請求項３記載の複数の炭化手段から排出する熱分解ガスを導入する一つの排ガス回収手段を設け、該排ガス回収手段に導入した熱分解ガスを熱源として発電を行う発電所を前記変換手段に付設したことを特徴とする水源周辺地域の総合水源環境保全システム。
【請求項５】
前記水源周辺地域の主伐、間伐若しくは育林計画に基づき備蓄量を調整し、需要に適した有価物を適宜供給可能にしたことを特徴とする請求項１記載の水源周辺地域の総合水源環境保全システム。
【請求項６】
前記炭化物変換手段が、該炭化物を水質浄化材に変換する手段であり、該水質浄化材により水源の浄化を行う設備を前記水源周辺地域に設けたことを特徴とする請求項１記載の水源周辺地域の総合水源環境保全システム。
【請求項７】
前記水源周辺の画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段を遠隔操作可能な位置若しくはこれに隣接して該撮像手段からの画像を解析する監視センターと、からなる監視システムを設け、該監視システムにより水源への廃棄物不法投棄を監視することを特徴とする請求項１記載の水源周辺地域の総合水源環境保全システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水源を有する地域にて森林の涵養機能を保ち水質汚染や水量低下を防止する総合的な水源環境保全システムに関し、特に水源周辺地域から排出する伐採木材、剪定枝、製材廃材、建築廃材等の木質バイオマスを炭化処理して有価物とし需要を増大することにより、廃棄物量を低減して計画的主伐、間伐を可能とし、延いては水源保全を可能とする水源周辺地域の総合水源環境保全システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ダムや湖沼、河川等の水源及びその周辺の地域（以下水源周辺地域という）では水源保全対策が講じられている。特に廃棄物の不法投棄や工場排水又は生活廃水の放流等を要因とした水質汚濁の問題が注目されており、これに対して活性炭等の水質浄化材を利用した水処理又は膜分離技術を利用した水処理等により汚濁後の水を浄化する対策が採られていた。しかし、水質浄化技術のみを単独で行うには限界がある上にコストが嵩み、水源保全の根本的な解決には至っていない。
【０００３】
実際には、水源周辺地域での森林の放置、荒廃に伴う森林涵養機能の低下や、これに起因して森林機能の低下による流木発生や土砂堆積による水質悪化、水量低下等の問題が発生している。従って、根本的な水源保全とはこれらの問題を総合的に解決する対策に基づき行われなければならない。
従来より、水源周辺地域の森林を健全に維持するために計画的な樹木の伐採が行われている。即ち、森林を好適な状態に維持するために伐期に達した成熟木を切る主伐、及び林木の密度を調節して生育を助けるため一部の林木を伐採する間伐、剪定等が行われている。
【０００４】
このようにして伐採された林木は、木質バイオマスとして熱エネルギー、可燃ガス、液体燃料、炭化物又は堆肥等に変換して有効利用することができる。
例えば、特開２００１−５５５８０公報（特許文献１）にはバイオマスの炭化技術が開示されており、かかる炭化装置は図５に示されるように下部に炭化室０１０と、その上部にガス燃焼室０２０とを配置した構造となっており、小規模ながら不定期的に大量に発生するバイオマスを処理可能である。
【０００５】
また、特開２００１−２０７５０公報（特許文献２）には、間伐や枝打ちによって生じた間伐材等の木材を破砕し、これにより得られたチップを空気が遮断された高温環境下で蒸し焼きにして木質ガスを発生させ、該木質ガスを燃料源として発電を行う技術が提案されている。これによれば、従来廃棄されていた間伐材等を有効に利用することができ、かつ森林管理の充実を図ることが可能となる。
さらにまた、特開２００２−３３０６４４公報（特許文献３）には、森林バイオマスを森林内部から外部に向けて空気輸送用パイプラインを敷設し、軽微な費用、労力で搬出してバイオマスを有効利用するシステムが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−５５５８０公報
【特許文献２】
特開２００１−２０７５０公報
【特許文献３】
特開２００２−３３０６４４公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、水源環境保全を達成するためには廃棄物不法投棄や汚染物質流入による水質汚染の防止、水質浄化技術による水質向上に加えて、森林涵養機能の向上を含めた総合的なシステムが必要である。
従来は夫々を単独で行っていたために様々な問題が生じていた。例えば、処理コストが嵩む、処理に際して事業性が認められない、計画的森林伐採で回収された木質バイオマスの需要が少なく放置されることが少なくない、木質バイオマスから製造された燃料、水質浄化材等の品質が悪くこれらを捌けない、等の問題が挙げられる。
【０００８】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、木質バイオマスを高品質の有価物に変換し、需要を増大することにより計画的主伐、間伐等を可能とし、水源周辺地域の森林涵養機能を健全に維持し、延いては水源保全を可能とする総合的な水源環境保全システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
水源周辺地域の計画的主伐、間伐により回収した木材、剪定枝若しくは建築廃材等の木質バイオマスを有効利用する総合水源環境保全システムにおいて、
回収した木質バイオマスを炭化処理する手段と、炭化により製造した炭化物を備蓄する手段と、前記水源周辺地域の需要に応じて該備蓄された炭化物を燃料、水質浄化材、土壌改良材、畜産敷料からなる有価物の少なくとも一つに変換する手段と、を備え、
前記炭化手段、備蓄手段及び変換手段を水源周辺地域に設けるとともに、前記水源周辺地域若しくは隣接する地域にて前記有価物を利用することを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、森林にて収集した主伐材や間伐材、ダム、湖沼にて発生する流木及び水源周辺地域にて発生する剪定枝、製材廃材、建築廃材等の木質バイオマスを、水源周辺地域にて炭化処理し有価物とすることで、例えば水質浄化材、活性炭、畜産敷料、土壌改良材、化石燃料代替等の多目的用途に利用可能となり、需要が増大し、水源周辺地域への木材の不法投棄の防止に繋がる。また、水源周辺地域で伐採した木材を有価物に変換する構成としているため、実利が伴い計画的な主伐、間伐及び剪定を遂行し易い。さらに、これにより森林涵養機能が好適に維持され、水源環境保全を達成することができる。
【００１１】
さらにまた、前記木質バイオマスは従来廃棄物として焼却処理されていたが、本発明では焼却の必要がないためＣＯ２排出の削減も達成できる。
このように、水源周辺地域にて発生する木質バイオマスを炭化処理して有価物に変換し、水源周辺地域若しくは隣接する地域にてこれらを有効利用することにより、該地域からの排出物を地域に還元することとなり、クローズドサイクルが形成され、水源の汚染が防止でき水源が保全される。
【００１２】
また、前記炭化物変換手段が、該炭化物を燃料源として電力を生成する発電所を付設したことを特徴とする。このとき、前記炭化物に重油または水を加えてＣＯＭ（石炭・石油混合燃料）やＣＷＭ（石炭・水混合燃料）を製造しても良い。
これにより、貯蔵や取扱いの容易な液体燃料として利用できる。このようにして生成した電力を、水源周辺地域もしくは隣接する地域の電力会社、近隣工場へ売電しても良いし、該電力を後述する監視システムに送電しても良い。
かかる発明により、従来廃棄されていた木質バイオマスを電力エネルギーとして有効利用することができる。
【００１３】
また、前記木質バイオマスの種別に応じて前記炭化手段を複数設け、需要に則した高付加価値の有価物に変換することを特徴とし、さらに前記複数の炭化手段から排出する熱分解ガスを導入する一つの排ガス回収手段を設け、該排ガス回収手段に導入した熱分解ガスを熱源として発電を行う発電所を前記変換手段に付設したことを特徴とする。
かかる発明は、例えば建築廃材或いは製材廃材等の不純物が多い木質バイオマスと、主伐材或いは間伐材等の比較的不純物が少ない木質バイオマスとに分別して炭化処理を行い、不純物が多い木質バイオマスは燃料、畜産敷料等に変換し、不純物が少ない木質バイオマスは水質浄化材、活性炭等に変換する。これにより、高付加価値の有価物を得ることができる。
また、前記複数の炭化手段からの可燃性熱分解ガスを一つの排ガス回収手段に集めることにより、設備コストを低減可能であるとともに排ガスの利用先が広がる。
【００１４】
さらに、前記水源周辺地域の主伐、間伐若しくは育林計画に基づき備蓄量を調整し、需要に適した有価物を適宜供給可能にすることが好適である。このように、前記備蓄手段を木質バイオマス回収量の変動に対応可能に構成することで、有価物の安定した供給が可能となる。
また、前記炭化物変換手段が、該炭化物を水質浄化材に変換する手段であり、該水質浄化材により水源の浄化を行う設備を前記水源周辺地域に設けたことを特徴とする。木質バイオマスを活性炭などのように水質浄化材として利用することにより、汚濁した水質の水源において水質浄化が可能となる。
【００１５】
さらにまた、前記水源周辺の画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段を遠隔操作可能な位置若しくはこれに隣接して該撮像手段からの画像を解析する監視センターと、からなる監視システムを設け、該監視システムにより水源への廃棄物不法投棄を監視するが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の総合水源環境保全システムを備えた水源周辺地域の全体概略図で、図２乃至図４は本発明の総合水源環境保全システムに組み込まれた木質バイオマス炭化設備の第１乃至第３実施形態に係るフロー図である。
【００１７】
まず、本実施形態において図１に示される水源周辺地域に備えられた各設備につき説明する。図１において、森林などの計画的伐採地域Ａでは、森林涵養機能が正常に機能するように多年的な森林計画が遂行される地域で、この計画に基づき林木の主伐、間伐が行われており、伐採した木質バイオマスを回収している。また、該水源周辺地域の製材所、工場及び一般家屋などからは製材廃材、建築廃材及び剪定枝等の木質バイオマス１０が回収される。
【００１８】
さらに水源周辺地域には前記回収した木質バイオマス１０を炭化処理する炭化装置１２及び小型炭化装置１２’が設けられている。該炭化装置１２は木質バイオマス１０を無酸素状態で熱分解する構造を有し、好適には複数の炭化装置を並列配置する。該炭化装置１２よりの熱分解ガスも完全燃焼させ熱源に利用することが可能である。また、水源周辺地域に炭化装置１２が複数設置され、かつこれらが近接して設置している場合には前記複数の炭化装置からの熱分解ガスを一箇所に回収し、排熱回収しても良い。
【００１９】
また、かかる水源周辺地域は前記炭化装置１２で処理した炭化物２０を備蓄する備蓄設備１６を備える。該備蓄設備１６は、木質バイオマス１０の回収量の変動に対応可能な容積を有する。
さらに、かかる地域では通常の生活に必要な各設備を有している。例えば発電所１４、下水処理場２５、浄水場２６などである。該発電所１４では、前記備蓄設備１６に蓄えられた炭化物を燃料２２として利用し、電力２１を生成する。該電力は一般家屋、工場或いは監視システム等に送電することができる。また、下水処理場２５及び浄水場２６では、前記炭化物２０を水質浄化材２３として利用することができる。
【００２０】
さらにまた、本実施形態では水源を含む水源周辺を撮像する監視カメラ２７を設置する。該監視カメラ２７は常時水源周辺を撮像し、無線により監視センター２９に撮像した画像を送信する。そして、該監視センター２９にて廃棄物不法投棄者の有無を監視する。また、水質を判定する水質センサ２８を水源に設置している。該水質センサ２８で得られたデータは無線により前記監視センター２９に送信され、前記不法投棄とともにリアルタイムで水質を監視できる。
【００２１】
さらに好ましくは、衛星３０からのデータに基づき監視センター２９にて不法投棄の監視を行ったり、森林の状態を把握して伐採計画を立てても良い。
このように、前記監視カメラ２７を設けることで不法投棄が抑制され水源が保全される。また水質センサ２８を設置することにより水質汚染状況をリアルタイムで把握でき、水質浄化材等の必要量を容易に把握することができる。また、各設備で利用する電力２１は前記発電所１４から供給しているため、新たな電力を必要としない。
【００２２】
これらの各設備からなる総合水源環境保全システムを導入し、森林水源地域周辺にて焼却処理、放置していた木質バイオマスを有価物に変換することにより、該地域の更なる水源保全が可能となる。
また、木質バイオマスを減容化でき、商品、資源として有効利用できる。
【００２３】
次に、本発明の総合水源環境保全システムが具備する木質バイオマス炭化システムにつき説明する。
図２は第１実施形態として大都市複合地域に適した木質バイオマス炭化システムのフロー図で、民間又は自治体にて収集した剪定枝１０ａ及び建築廃材１０ｂからなる木質バイオマスを破砕装置１１にて破砕した後に炭化装置１２に送給して炭化処理し、生成した炭化物２０は適宜粉砕装置１５にて粉砕して備蓄設備１６に蓄えられる。このとき、前記炭化物に重油または水を加えてＣＯＭ（石炭・石油混合燃料）やＣＷＭ（石炭・水混合燃料）として備蓄しても良い。
【００２４】
また、前記炭化装置１２から排出する熱分解ガスはボイラー１３に導入し、燃焼して発電設備１４の熱源とする。このとき、備蓄設備１６から炭化物２０を燃料源として利用しても良い。発電装置１４にて生成した電力２１は売電したり、水源周辺地域の各設備に送電して利用する。また、備蓄された炭化物２０は、燃料の他にも例えば下水汚泥焼却炉の助燃料、高炉の還元剤としても利用できる。
【００２５】
図３には、木質バイオマス炭化設備の第２実施形態に係るフロー図が示されており、かかる実施形態では都市、農業複合地域に適した処理が行える。まず、民間又は自治体にて収集した剪定枝１０ａ、間伐材１０ｃ及び製材廃材１０ｄ等の木質バイオマスを破砕装置１１で破砕処理した後に炭化装置１２にて炭化し、生成した炭化物２０を適宜粉砕装置１５により粉砕して備蓄設備１６に蓄える。そして、水源周辺地域の需要に応じて該炭化物を水質浄化材及び燃料用木炭等として利用する。
【００２６】
前記炭化物から排出される熱分解ガスはボイラー１３に導入し、前記備蓄設備１６に蓄えられた助燃料等とともに発電設備１４の熱源とする。該発電設備１４で生成した電力は必要に応じて売電したり、水源周辺地域もしくは隣接する地域にて利用される。
前記備蓄設備１６は、前記木質バイオマスの回収量の変動に対応可能な容積を有し、これにより需要に応じて有価物を安定して供給することが可能となる。
【００２７】
かかる第１、第２実施形態によれば、従来廃棄されていた木質バイオマス１０を有価物として有効利用することができ、さらに備蓄設備１６を設けているため有価物の需要に応じて安定した供給をすることができる。
また、前記木質バイオマス１０を炭化物１０として備蓄しているため、減容化ができ、さらに多目的な利用が可能となる。また、前記炭化物２０を下水汚泥焼却炉の助燃料として用いた場合、揮発分が少なく流動層炉の砂層内で燃焼するため、砂層温度を保つことができる。
【００２８】
図４は、前記図２及び図３に示される炭化設備を合併した設備である第３実施形態に係るフロー図であり、各種木質バイオマスを同時に処理可能である。これによれば、間伐材１０ｃ等のクリーンな原料と、建築廃材１０ｄ及び産業廃棄物１０ｅ等の不純物が多い原料とを分別し、別個に設けた破砕装置１１ａ、１１ｂ及び炭化装置１２ａ、１２ｂにより夫々処理する。炭化装置１２ａにより生成した炭化物２０ａは高品質な炭化物であるため、水質浄化材、燃料木炭などに適している。一方、炭化装置１２ｂにより生成した炭化物２０ｂは例えば下水汚泥焼却炉の助燃料等に適している。
【００２９】
さらに、炭化装置１２ａ、１２ｂから排出する熱分解ガスはボイラー１３に導入して燃焼させ、発電設備１４に熱エネルギーとして送給して利用する。
このように、複数の炭化装置を設けることにより、高付加価値の有価物を提供することができ需要が一層増大する。また、前記複数の炭化装置からの熱分解ガスを共通のボイラで燃焼させることにより大規模かつ高効率発電が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、水源周辺地域にて発生する木質バイオマスを該地域にて炭化処理し有価物とすることで多目的用途に利用可能となり、需要が増大し、水源周辺地域への木材の不法投棄の防止に繋がる。また、かかる構成により実利が伴い計画的な主伐、間伐及び剪定を遂行し易い。さらに、これにより森林涵養機能が好適に維持され、水源環境保全を達成することができる。
さらにまた、本発明では木質バイオマスの焼却の必要がないためＣＯ２排出の削減も達成できる。
このように、水源周辺地域にて発生する木質バイオマスを炭化処理して有価物に変換し、水源周辺地域若しくは隣接する地域にてこれらを有効利用することにより、該地域からの排出物を地域に還元することとなり、クローズドサイクルが形成され、水源の汚染も防止でき水源が保全される。
【００３１】
また、備蓄手段を木質バイオマス回収量の変動に対応可能に構成することで、有価物の安定した供給が可能となる。
また、従来廃棄されていた木質バイオマスを電力エネルギーとして有効利用することができる。
さらに、木質バイオマスを水質浄化材として利用することにより、汚濁した水質の水源においても水質浄化が可能となる。
さらにまた、監視システムにを設置することにより水源への廃棄物不法投棄を極力防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の総合水源環境保全システムを備えた水源周辺地域の全体概略図である。
【図２】本発明の木質バイオマス炭化設備の第１実施形態に係るフロー図である。
【図３】本発明の木質バイオマス炭化設備の第２実施形態に係るフロー図である。
【図４】本発明の木質バイオマス炭化設備の第３実施形態に係るフロー図である。
【図５】従来の木質バイオマス炭化装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０    木質バイオマス
１０ａ  剪定枝
１０ｂ  建築廃材
１０ｃ  間伐材
１０ｄ  製材廃材
１１    破砕装置
１２    炭化装置
１４    発電設備（発電所）
１６    備蓄設備
２０    炭化物
２１    電力
２３    水質浄化材
２７    監視カメラ
２８    水質センサ
２９    監視センター
【図１】
2004230231.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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