(57)【要約】【課題】バイオガスプラントから排出される廃液を、廃液処理などを行うことなく、牧草地や畑に有効利用できる土壌改良材を生産するバイオガスプラント及びその廃液処理方法を提供する。【解決手段】土壌改良材製造設備３を備えたバイオガスプラント１（メタンガス発生設備２及び土壌改良材製造設備３）は、メタンガス発生設備２から排出される廃液を廃液処理して河川に放流する必要もなく、農家などで不要になる藁や籾殻を利用すると共に、牛の糞尿を利用して土壌改良材を製造する。【選択図】      図１
2004313945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物及び家畜の糞尿を発酵させてメタンガスを発生させ、前記メタンガスを変換してエネルギーを供給するバイオガスプラントであって、
前記メタンガスの発生時に排出される廃液に廃液処理剤、水分調整材、種菌を混合して土壌改良材を製造する製造手段を備えて構成することを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項２】
前記廃液処理剤は、酸化カルシウムを用いることを特徴とする請求項１に記載のバイオガスプラント。
【請求項３】
前記水分調整材は、有機性残渣を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオガスプラント。
【請求項４】
前記廃液の１００容量部に対して前記酸化カルシウムを５〜３０容量部の割合で混合することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバイオガスプラント。
【請求項５】
前記廃棄物の１００容量部に対して、アルカリ環境化で発酵させた前記水分調整材を８０〜１００容量部の割合で混合することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のバイオガスプラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物や家畜の糞尿を発酵させてメタンガスを発生させるバイオガスプラントにおいて、メタンガスの発生と共に排出される廃液を有効利用するバイオガスプラント及び廃液の処理方法を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、酪農家が集中する酪農地区では、飼育している家畜から排泄される糞尿が集中するため、自然浄化が困難になりつつある。また、「畜産ふん尿の管理の適正化と利用の促進に関する法律」の施行により、平成１６年１１月までに、現在、野積みされたり、素掘りのふん尿だめに貯蔵されたまま垂れ流しになっているふん尿の管理が法律で義務づけられる。
【０００３】
その中で、環境衛生や環境保全の観点から家畜の糞尿を有効利用する事業の一貫としてバイオガスプラントが知られている。このようなバイオガスプラント１００は、図４に示すように、生ゴミ・食品残渣等の有機性廃棄物１０１をトラック１０２等で輸送し、ショベルカー１０３を用いてバイオガスプラント１００内の粉砕機１０４に投入して粉砕する。また、牛舎などから排出される家畜等の糞やし尿１０５は、トラック１０６等を用いて輸送し、一時的に貯留槽１０７で貯留すると共に、粉砕済みの有機性廃棄物１０１と一緒に発酵槽１０８に投入する。そして、発酵槽１０８の内部で嫌気性細菌を利用して発酵させ、発酵時に発生したメタンガスを、発電機を備えたガスエンジン１０９の燃料に用いて電力を発電し、バイオガスプラント１００内を稼動させるために利用し、電力を供給し、余剰の電力を電力会社に供給している。また、ガスエンジン１０９から発生する廃熱を発酵槽１０８の加温用に用いている。
【０００４】
一方、発酵槽１０８で発酵済みの家畜の糞尿等から排出される廃液は、一度タンク１１０に保存されると共に、液体肥料や堆肥として牧草地や畑に散布し、処理しきれない廃液を廃液処理施設１１１で廃液処理後、河川に放流している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２９２３７７号公報（全頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メタンガスの発生量を増加させると同時に排出される廃液の量が増大してしまい、この廃液を牧草地や畑の液体肥料や堆肥として散布するためには、北海道のような広大な敷地が必要となるという問題があった。また、この広大な敷地を必要とするため、バイオガスプラントを建設するための初期費用が膨らむことで、バイオガスプラントを建設できないという問題があった。
【０００７】
また、廃液を藁や籾殻と一緒に堆肥の原料として利用しても、堆肥が未完熟のまま市場に出荷されることが多く、余剰堆肥が野積されたまま放置される等、環境汚染の原因になるという問題があった。
【０００８】
さらに、液体肥料や堆肥で処理しきれない余剰分の廃液を河川に放流するためには、廃液処理する必要があり、この廃液処理を行う廃液処理施設の処理費用が、バイオガスプラントを稼動させて得られる収入よりも高くなってしまうという問題があった。
また、廃液処理施設を設けるためには、広大な敷地が必要となると共に廃液処理施設で用いる処理装置が高価なために、バイオガスプラントの初期投資や運営費用の増大の原因となり、バイオガスプラントの普及の妨げになるという問題があった。
【０００９】
そこで、バイオガスプラントから排出される廃液を、廃液処理などを行うことなく、牧草地や畑に有効利用できる土壌改良材を生産するバイオガスプラント及びその廃液処理方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明のバイオガスプラントは、有機性廃棄物及び家畜の糞尿を発酵させてメタンガスを発生させ、前記メタンガスを変換してエネルギーを供給するバイオガスプラントであって、前記メタンガスの発生時に排出される廃液に廃液処理剤、水分調整材、種菌を混合して土壌改良材を製造する製造手段を備えて構成することを特徴とする。
【００１１】
本発明のバイオガスプラントによれば、有機性廃棄物や家畜の糞尿の発酵と同時に排出される廃液を、製造手段を用いて廃液と廃液処理剤、水分調整材及び種菌を混合させると共に発酵させることで、正確に水分調整やペーハー（ＰＨ）の調整が行われた土壌改良材を製造することができる。そのため、廃液を処理するための廃液処理施設を設ける必要がなく、廃液処理施設を設けるためのバイオガスプラントの初期投資や運営費用を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明のバイオガスプラントは、前記廃液処理剤に酸化カルシウムを用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明のバイオガスプラントによれば、廃液処理剤材として酸化カルシウムを利用することで、酸性に傾いている廃液から中和〜弱アルカリ性の間に調整して土壌改良材を製造することができる。その結果、土壌改良材を土壌などに振りまいても酸性に傾けることがなく、土壌変化による食物や植物の成長が阻害されることを防止することができる。
【００１４】
また、バイオガスプラントは、前記水分調整材に有機性残渣を用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明のバイオガスプラントによれば、水分調整材として、敷料に使われている藁、麦稈、籾殻、汚泥などの有機性残渣を用い、この水分調整材と廃液処理剤と種菌をバイオガスプラントから排出される廃液に混合して土壌改良材を製造することで、廃液を廃液処理して河川等に放流する必要もなく有効利用することができる。特に、製造される土壌改良材は、廃液処理剤によって中和〜弱アルカリ性の間に調整することができる。さらに、廃液に藁、麦稈、籾殻、汚泥などの有機系残さ混合して水分調整を行うことで、好適な土壌改良材を生産することができる。
【００１６】
また、バイオガスプラントは、前記廃液の１００容量部に対して前記酸化カルシウムを５〜３０容量部の割合で混合することを特徴とする。
【００１７】
本発明のバイオガスプラント及びその廃液処理方法によれば、廃液の１００容量部に対して酸化カルシウムを５〜３０容量部の割合で混合することで、バイオガスプラントから排出される廃液を中性〜アルカリ性の間に調整することができ、好適な土壌改良材を生産することができる。また、バイオガスプラントに備えた製造手段を用いて土壌改良材を製造することで、バイオガスプラントの廃液に好適な混合を行い土壌改良材を生産することができる。なお、製造手段において、廃液の１００容量部に対して酸化カルシウムの混合量を５〜３０容量部の割合の間で調整することで、水分率の変化に追従して品質の安定した土壌改良材を生産することができる。
【００１８】
また、本発明のバイオガスプラントは、前記廃棄物の１００容量部に対して、アルカリ環境化で発酵させた水分調整材を８０〜１００容量部の割合で混合することを特徴とする。
【００１９】
本発明のバイオガスプラントによれば、予め、藁、麦稈、籾殻、汚泥等の有機系残さの水分調整材を８０〜１００容量部の割合で廃液と混合し、種菌を投入して発酵させて土壌改良材を製造することで、弱アルカリ性の土壌改良材を製造することができる。このため、農地問題となる酸性土壌を矯正して、食物や植物の生育に良好な土壌にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るバイオガスプラントの一実施形態について、適宣図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、メタンガス発生設備と土壌改良材製造設備を備えた施設をバイオガスプラントとして用いている。
【００２１】
まず、本発明に係るバイオガスプラントの構成について、図面を参照して詳細に説明する。参照する図面において、図１は、実施形態に係るバイオガスプラントを示す構成図である。図２は、図１に示したメタンガス発生設備を拡大した拡大図である。図３は、図１に示した土壌改良材製造設備を拡大した構成図である。
【００２２】
本発明の実施形態に係るバイオガスプラント１の構成は、図１に示すように、有機性残渣や家畜等の糞尿を発酵させ、発酵と同時に発生するメタンガスを燃料として用いて電力を発電するメタンガス発生設備２と、このメタンガス発生設備２から排出される廃液を利用して土壌改良材を製造する土壌改良材製造設備３から構成される。
【００２３】
このメタンガス発生設備２の構成は、図２に示すように、生ゴミや食品残渣等の有機性廃棄物２ａを粉砕する粉砕機２ｂと、この粉砕機２ｂによって粉砕された有機系廃棄物２ａを貯めておく貯留槽２ｃと、家畜等の糞尿２ｄを貯めておく受入槽２ｅと、貯留槽２ｃから送出される有機性廃棄物２ａ及び受入槽２ｅから送出される糞尿２ｄを加温する加温装置２ｆと、この加温装置２ｆを通過した有機性廃棄物２ａ及び糞尿２ｄを内部で発酵させる発酵槽２ｇと、この発酵槽２ｇから排出された排出物からメタンガスと廃液を分離するガスホルダー２ｈと、ガスホルダー２ｈで分離されたメタンガスを燃料に用いて電力を発電するガス発電機２ｉと、このガス発電機２ｉで消費しきれない余剰のメタンガスを燃焼させるガスフレア２ｊとを備えて構成されている。
【００２４】
有機性廃棄物２ａは、家庭等で廃棄される生ゴミや食品残渣等であり、トラックＴ１等を用いてメタンガス発生設備２に輸送されるように構成されている。
【００２５】
粉砕機２ｂは、有機性廃棄物２ａを発酵槽２ｇに投入した際に、発酵槽２ｇの内部で嫌気性バクテリアを用いて効率よく発酵させるために粉砕するために設けられるものである。
【００２６】
貯留槽２ｃは、粉砕機２ｂによって粉砕された有機性廃棄物２ａを一時的に貯留しておく場所であり、この貯留槽２ｃには、有機性廃棄物２ａを攪拌する攪拌装置や貯留槽２ｃから有機性廃棄物２ａを加温装置２ｆに送出するポンプ等を備えている。
【００２７】
家畜等の糞尿２ｄは、乳牛や豚などから排出された糞や尿であり、乳牛や豚等を飼育している酪農家からタンクローリー等のトラックＴ２を用いて集め、メタンガス発生設備の受入槽２ｅに輸送している。なお、この受入槽２ｅには、貯留槽２ｃと同様に、糞尿２ｄを攪拌する攪拌装置や受入槽２ｅから加温装置２ｆに送出するポンプ等を備えている。
【００２８】
加温装置２ｆは、発酵槽２ｇの内部で嫌気性バクテリアを用いて効率的に発酵させるために、有機性廃棄物２ａ及び糞尿２ｄを加温するものである。この加温装置２ｆの加温方法は、どのようなものでもよく、例えば、電熱式やメタンガス発酵設備２のガス発電機２ｉの廃熱を利用して加温するように構成してもよい。
【００２９】
発酵槽２ｇは、有機性廃棄物２ａ及び糞尿２ｄと嫌気性バクテリアを投入して効率的に発酵させる場所であり、この発酵槽２ｇには、発酵時に排出されるメタンガス及び廃液（消化液）を発酵槽２ｇの内部から外部に排出できるように構成されている。なお、発酵槽２ｇの内部を加温するように加温装置を発酵槽２ｇに備える構成にしても良い。
【００３０】
ガスホルダー２ｈは、発酵槽２ｇから排出されるメタンガス及び廃液の排出物から、メタンガスと廃液を分留させるものである。なお、ガスホルダー２ｈの内部には、排出物から効率よくメタンガス及び廃液を分留するために、攪拌装置等が備えられている。
【００３１】
ガス発電機２ｉは、ガスエンジンに発電機が備えてあり、ガスホルダー２ｈで分留されたメタンガスを、ガス発電機２ｉの燃料として動作させることで発電し、各装置に電力を供給することができる。また、ガス発電機２ｉの廃熱を加温装置２ｆや温水装置に利用することができるように構成されている。
【００３２】
ガスフレア２ｊは、ガス発電機２ｉで消費される以外に余剰となったメタンガスを燃焼させて調整できるように構成されている。
【００３３】
このように構成されたメタンガス発生設備２は、有機性廃棄物２ａと糞尿２ｄを発酵槽２ｇに投入すると共に嫌気性バクテリアを用いて発酵させ、発酵と同時に排出されるメタンガスをガス発電機２ｉの燃料として利用することができる。
また、ガス発電機２ｉを動作させることで電力を発電することができ、発電された電力は、メタンガス発生設備２や土壌改良材製造設備３に電力供給することができると共に、余剰分の電力を送電設備により電力会社に売電することができ、ガス発電機２ｉの廃熱を加温装置２ｆや温水装置に利用することで有効利用することができる。
【００３４】
次に、メタンガス発生設備２から排出される廃液を利用した土壌改良材製造設備３について図面を用いて詳細に説明する。
【００３５】
土壌改良材製造設備３は、図３に示すように、土壌改良材製造設備３の外部に設けられた藁や籾殻の種菌３ａを保管する貯蔵槽３ｂ及び牛の糞尿３ｃを貯留する貯留槽３ｄと、土壌改良材製造設備３の内部に備えられた反応機３ｅと、この反応機３ｅから排出される反応物を一時的に放置する仮置場３ｆと、仮置場３ｆで反応物と種菌又は土壌改良材を混合し、この混合物を発酵させる発酵槽３ｇと、この発酵槽３ｇから排出される土壌改良材を熟成させる熟成置場３ｈとを備えて構成されている。
【００３６】
ここで、貯蔵槽３ｂは、農家などで排出された藁や籾殻をトラックＴ３等で輸送して土壌改良材製造設備３の外部の近くに一時的に保管する場所である。
【００３７】
貯留槽３ｄは、酪農等で排出される牛の糞尿をトラックＴ４等で輸送して土壌改良材製造設備３の外部の近くに保存する場所である。なお、この貯留槽３ｄには、糞尿を攪拌させる攪拌手段等を備えている。
【００３８】
反応機３ｅは、貯蔵槽３ｂに保管されている藁・籾殻の種菌３ａと、貯留槽３ｄに保管されている牛の糞尿と、メタンガス発生設備２から排出された廃液とを混合させて混合物を作成する。この混合物のペーハー（ＰＨ）を調整するために、添加剤（酸化カルシウム等）を投入するするサイロＳが設けられている。なお、この添加剤を混合物に投入することで、反応機３ｇ内の混合物のペーハーを約Ｐｈ１２程度まで調整することができる。
【００３９】
仮置場３ｆは、反応機３ｅから取り出された混合物と、種菌３ａ（発酵時に利用する菌）又は土壌改良材（製品状態）を混合させた混合物を作成し、発酵槽３ｇに投入する前に一時的に放置する場所である。なお、土壌改良材製造設備３で製造した土壌改良材（製品状態）を、返送して発酵させる際の種菌３ａとして用いることができる。また、混合物と種菌３ａ（土壌改良材）の混合方法は、どのような混合方法でもよい。
【００４０】
発酵槽３ｇは、仮置場３ｆに置かれている混合物を発酵槽３ｇの内部に投入し、発酵させて土壌改良材を製造する場所である。また、この発酵槽３ｇには、発酵時に発生する異臭などを脱臭する脱臭装置ｆが備えられている。
【００４１】
熟成置場３ｈは、発酵槽３ｇで発酵させて製造した土壌改良材を一定期間放置して熟成させる場所である。また、この熟成置場３ｈには、一定期間放置した土壌改良材に対して未熟成のまま市場に出荷することを防止するための製品検査を行うことができるように構成されている。なお、土壌改良材の検査方法は特に限定するものではなく、どのように検査してもよい。また、熟成置場３ｈに放置して出荷状態になった土壌改良材は、トラックＴ５などを用いて搬出することができるように構成されている。
【００４２】
このように構成された土壌改良材製造設備３は、メタンガス発生設備２から排出される廃液に、藁、籾殻、野菜くず、生ゴミ等の有機系残さと牛の糞尿３ｃを混合させ、水分率を約７５％〜９０％に調整し、酸化カルシウムを投入してペーハーを調整する。そして、種菌又は製造済みの土壌改良材を混合し、水分率を６０％前後に調整した後、発酵槽３ｇで約４０日間発酵させることで土壌改良材を製造することができる。
【００４３】
以上より、本発明の土壌改良材製造設備３を備えたバイオガスプラント１（メタンガス発生設備２及び土壌改良材製造設備３）は、メタンガス発生設備２から排出される廃液を廃液処理して河川に放流する必要もなく、農家などで不要になる藁や籾殻を利用すると共に、牛の糞尿を利用して土壌改良材を製造することができる。
【００４４】
この結果、メタンガス発生設備２から排出される廃液を有効利用することができ、廃液の処理費用がかからず、土壌改良材を出荷することで収益を上げることができる。
【００４５】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。
【００４６】
例えば、本実施の形態のバイオガスプラントでは、メタンガス発生設備２と土壌改良製造設備３とを分けて構成とするとしたが、一体型の構成にしても同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、既存のバイオガスプラントに、土壌改良材製造設備３を備えることで、廃液処理して河川に放流することによって生じる環境汚染を防止することができ、廃液処理による出費を削減することができる。さらに、製造した土壌改良材を販売することで、収益を上げることができる。
【００４８】
【実施例】
次に、具体的に廃液を用いた土壌改良材の製造方法について説明する。
まず、メタンガス発生設備から排出される廃液（含水率９５％前後）と、生ゴミや野菜くず、藁・籾殻と、牛の糞尿を土壌改良材製造設備３の反応機３ｅに投入し水分率７５％〜９５％の混合物を作成する。このときの総重量は３００ｋｇであり、必要に応じて水分調整を行う。また、家畜糞尿や生ゴミ等の原料が混合状態で反応機３ｅに搬入される場合には、状況にあわせて家畜糞尿と生ゴミや野菜くずの混合比を決定する。
【００４９】
その次に、反応機３ｅに投入された混合物を約５分程度練りこむ。その後、混合物の総重量、即ち約３００ｋｇに対して３９〜４５ｋｇの生石灰（酸化カルシウム）を投入し、約１５分間、反応機３ｅ内で反応させる。なお、生石灰の投入量は、家畜糞尿や生ゴミや野菜くずの総重量に対して約１３〜１５％の範囲で投入して、ペーハー値をＰｈ１２以上に上げて、高アルカリ環境下で混合物中にアンモニアイオンとして存在しているアンモニアを揮散させている。
【００５０】
その次に、発酵槽３ｇの混合物と、発酵槽３ｇの混合物の総重量とほぼ同量、即ち、約３００ｋｇの種菌（土壌改良材）を反応機３ｅに投入して、水分率を６０％前後に調整する。
【００５１】
その後、発酵槽３ｇから全て取り出し、約４０日間発酵させることで好適な土壌改良材を製造することができた。
【００５２】
この製造した土壌改良材を利用して、植物（りんご、長芋、ニンニク、ほうれん草、さくらんぼ、ワイン用ぶとう、メロン、なす等）育成実験を行った結果、肥料のみや従来堆肥に比べてより効果的な成長促進効果を得ることができた。
【００５３】
また、このような製造方法で製造された土壌改良材の分析・試験結果を表１及び表２に記載する。なお、表１は、粉砕籾殻入りの土壌改良材の分析・試験結果を示し、表２は、牛糞藁入りの土壌改良材の分析・試験結果を示している。
【００５４】
【表１】
2004313945.tif 000003
【００５５】
【表２】
2004313945.tif 000004
【００５６】
表１、表２に示すように、前記した製造方法で製造された土壌改良材は、約Ｐｈ８．０の弱アルカリを示し、この土壌改良材を利用することで、問題となっている酸性土壌を矯正することができ、植物育成に好適な土壌改良材であることがわかった。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバイオガスプラントによれば、メタンガスの発生時に排出される廃液に、廃液処理剤、水分調整材、種菌とを混ぜ合わせ、発酵させることで簡単に土壌改良材を製造することができるので、廃液処理に係る費用がなくなり、新たに土壌改良材から収益を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るバイオガスプラントを示す構成図である。
【図２】図１に示したメタンガス発生設備を拡大した構成図である。
【図３】図１に示した土壌改良材製造設備を拡大した構成図である。
【図４】従来のガスプラントを示す構成図である。
【符号の説明】
１    ・・・  バイオガスプラント
２    ・・・  メタンガス発生設備
２ａ  ・・・  有機性廃棄物
２ｂ  ・・・  粉砕機
２ｃ  ・・・  貯留槽
２ｄ  ・・・  糞尿
２ｅ  ・・・  受入槽
２ｆ  ・・・  加温装置
２ｇ  ・・・  発酵槽
２ｈ  ・・・  ガスホルダー
２ｉ  ・・・  ガス発電機
２ｊ  ・・・  ガスフレア
３    ・・・  土壌改良材製造設備
３ａ  ・・・  水分調整材
３ｂ  ・・・  貯蔵層
３ｃ  ・・・  糞尿
３ｄ  ・・・  貯留槽
３ｅ  ・・・  反応機
３ｆ  ・・・  仮置場
３ｇ  ・・・  発酵槽
３ｈ  ・・・  熟成置場
ｆ    ・・・  脱臭装置
Ｓ    ・・・  サイロ
【図１】
2004313945.tif 000005
【図２】
2004313945.tif 000006
【図３】
2004313945.tif 000007
【図４】
2004313945.tif 000008