(57)【要約】【課題】発酵槽に投入された有機物から生じるバイオガスの発生量を容易に求めることができるようにステップ群が組まれたソフトウエアを提供すること。【解決手段】演算開始日とする基準日を設定するステップと、発酵槽内での有機物の滞留日数を設定するステップを実行し、基準日から滞留日数ｎ日までの間のｋ（０≦ｋ≦ｎ）日における発酵槽に供給された原料供給量をＦｋ、発酵槽に含まれる前記有機物及びその有機物が発酵して生じた変化物を含むスラリー量をＷｋ、発酵槽に供給された原料供給量をＶｋ、原料の種類に応じた値をｒｋとして設定して、所定の計算式によるｋ日におけるメタン発酵による有機物分解量の演算を実行する。この演算をｋ＝0からｎまで繰り返し、全計算結果を積算することにより、基準日における前記有機物の分解量を算出してバイオガスの発生量を求める。【選択図】図１
2009160497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む原料が供給され、その原料を滞留させて前記有機物を発酵させることによりメタン及び二酸化炭素を含むバイオガスを発生させる発酵槽にて前記バイオガスの発生量を予測するソフトウエアにおいて、
発酵槽内での前記原料の滞留日数ｎを設定するステップと、
任意に決めた基準日からｋ（０≦ｋ≦ｎ）日前の発酵槽への原料の１日当りの供給量をＦｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＦ0〜Ｆｎ[m3 day-1]を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前における前記発酵槽に含まれる前記原料及びその原料中の有機物が発酵して生じた変化物を含むスラリー量をＷｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＷ0〜Ｗｎ［m3］を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前の前記スラリー量Ｗｋ中における有機物の濃度をＶｋとし、前記Ｆ0〜Ｆｎ[m3 day-1]及びＷ0〜Ｗｎ［m3］に基づいてｋ＝０〜ｎに対応するＶ0〜Ｖｎ［kg m-3 day-1］を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前における前記原料の種類に応じて予め設定された値をｒｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＶ0〜Ｖｎ［kg m-3 day-1］、Ｗ0〜Ｗｎ［m3］及びｒ0〜ｒｎを用いると共に前記Ｆ0〜Ｆｎ[m3 day-1]を数値を同じにし単位を１日当りの供給量Ｆ0〜Ｆｎ[m3]として下記の計算式１００による演算を実行して前記基準日における前記有機物の分解量Ｇ［kg m-3 day-1］を算出し、この分解量Ｇに基づいて基準日におけるバイオガスの発生量を算出するステップと、
を備えたことを特徴とするバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１００）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−Ｆ1/Ｗ1)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−Ｆ2/Ｗ2)
×(1−Ｆ1/Ｗ1)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−Ｆｎ/Ｗｎ)
×(1−Ｆn-1/Ｗn-1)・・・(1−Ｆ2/Ｗ2)(1−Ｆ1/Ｗ1)}
【請求項２】
ｋ＝０〜ｎに対応する基準日からｋ日前における前記発酵槽内の温度Ｔ0〜Ｔｎ[Ｋ]を設定するステップと、
下記の計算式（１０１）による演算を実行してそのＴ0〜Ｔｎに対応するｒ0〜ｒｎを演算するステップと、
演算されたｒ0〜ｒｎを記憶するステップと、を備え、
予め設定されたｒ0〜ｒｎを用いて前記計算式（１００）による演算を実行するステップは、この記憶されたｒ0〜ｒｎを用いて当該計算式（１００）による演算を実行するステップであることを特徴とする請求項１記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１０１）
2009160497.tif 000022
Ｒ[Ｊmol-1K-1]は気体定数であり、Ｅ[Ｊ mol-1]、ｋ0[day-1]は反応速度定数における活性化エネルギー、頻度因子であり、γは原料の種類によって異なる係数であり、いずれも各々予め決定された定数。
【請求項３】
前記基準日からｋ日前における前記発酵槽から抜き出される１日当りのスラリー量をｗｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するｗ0〜ｗｎ［m3］を各々設定するステップを含み、
計算式１００による演算を実行する代わりに下記の計算式１０２を実行して、前記基準日における前記有機物の分解量Ｇ［kg m-3 day-1］を算出することを特徴とする請求項１または２記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１０２）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−ｗ1/Ｗ1)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−ｗ2/Ｗ2)
×(1−ｗ1/Ｗ1)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−ｗｎ/Ｗｎ)
×(1−ｗn-1/Ｗn-1)・・・(1−ｗ2/Ｗ2)(1−ｗ1/Ｗ1)}
【請求項４】
前記滞留日数ｎを設定するステップは、
任意の発酵槽のスラリー量Ｗ［m3］を設定するステップと、
任意の１日当りの発酵槽への前記原料の供給量Ｆ[m3 day-1]を設定するステップと、
下記の計算式１０３を実行して、Ｗ及びＦに対応するｎを演算するステップと、を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１０３）
ｎ＝Ｗ／Ｆ
【請求項５】
複数種類の原料から発酵槽に投入される原料を決定するステップを含み、
そのステップにおいて選択された原料に応じて予め決定されたγを用いて前記計算式１０１が演算されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一に記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
【請求項６】
有機物を含む原料が供給され、その原料を滞留させて前記有機物を発酵させることによりメタン及び二酸化炭素を含むバイオガスを発生させる発酵槽における前記バイオガスの発生量の予測に用いられ、
請求項１ないし５のいずれか一に記載のソフトウエアを格納したことを特徴とする記憶媒体。
【請求項７】
原料単独、ないしは種類の異なる複数の原料に対し、その原料に含まれる有機物を中温発酵あるいは高温発酵させてバイオガスを発生させる発酵槽における前記バイオガス発生量の予測に用いられ、請求項１ないし５のいずれか一に記載のソフトウエアを格納したことを特徴とする請求項６記載の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵槽に投入された有機物から生じるバイオガス発生量の予測ソフトウエア及びそのソフトウエアを格納した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
酪農分野において、環境保全及び二酸化炭素削減のための自然エネルギーの有効利用などの観点から、現在に至るまでバイオガスプラントと呼ばれる廃棄物に含まれる有機物を処理する施設が各地に建設されて稼動している。このバイオガスプラントは、家畜のふん尿や生ごみなどの前記有機物が貯留され、この有機物をメタン発酵させてメタン及び二酸化炭素などを含むバイオガスを発生させて貯留させるメタン発酵槽と、多くの場合バイオガス中のメタンを燃焼させて発電を行う発電機とを備えている。メタン発酵槽にて発生したバイオガスは発電機に送られるまでに当該メタン発酵槽に貯留される場合と、メタン発酵槽とは別置きのバイオガス貯留槽に貯留された後、発電機に送られる場合とがある。
【０００３】
例えばヨーロッパでは１９５０年代から現在に至るまで前記バイオガスプラントが広く利用されており、例えばデンマークでは、１基で２０００ｍ3を超える規模の発酵槽が２０基以上あり、最大のものは３０００ｍ3にも及ぶバイオガスプラントが建設されている。また日本においては、１９９０年代後半から有機廃棄物のメタン発酵によるバイオガス生成技術が改めて見直され、現在に至るまで有機廃棄物処理量が１日に数ｔから８０数ｔ規模までのバイオガスプラント数十基が、各種補助金を受けて建設されてきた。特に北海道では１９９９年から２００３年にかけて、処理される有機物としては牛ふん尿のみが対象ではあるが、１９基のプラント(内１４基は実証試験用)が建設されている。
【０００４】
このように、これまでに様々な規模のバイオガスプラントが建設されており、これらのバイオガスプラントのサイズ及び有機物の処理量は様々である。ところで、このバイオガスプラントの建設前にその設計を行うに際しては、プラントのサイズを決定することが求められ、そのプラントのサイズを決定するためには上記のように有機物を含む原料及びバイオガスを貯留できるようなメタン発酵槽のガス貯留用の容量及び場合によっては別置きのバイオガス貯留槽の容量を決定すると共にそのメタン発酵槽内で生じるメタンガスの生成量に対応する発電量を得ることができるように発電機の容量を決定することが要求される。そこで従来は、このようなバイオガスプラントの設計を行うに当たり、各種の条件下でメタン発酵試験が行われていた。
【０００５】
しかし上記のメタン発酵試験を行うことは一般に手間がかかる。また、メタン発酵試験において例えば発酵させる有機物の量やそれを収容する容器の大きさなど、試験において発酵を行う環境は前記メタン発酵槽の環境とは大きく異なっており、さらに過去に行われたメタン発酵の速度論的研究において、各種の有機物の実際規模のプラントでのバイオガス発生速度の定量的検討はほとんどなされていないことなどから、発酵試験で得られた結果はバイオガスプラントの設計を行う上で参考にされることがあっても、結局は設計者が経験的にバイオガスプラントのサイズを決定して設計を行わなければならなかった。従ってバイオガスプラントの設計を行う上で、高い精度を持つと共に簡単に計算することができる設計式となるものが求められていた。
【０００６】
また、実際にバイオガスプラントを建設した後、バイオガスの発生量が変動する場合がある。この変動が原料供給量や滞留時間の変化によるものか、あるいはメタン菌の反応速度によるものか等について判断するような指標となるものが求められていた。
【０００７】
なお、特許文献１にはメタン発酵システムの運転条件を設定する方法について記載されているが、この方法はガス発生速度を実際に計測する必要があるため、バイオガスプラントの設計を簡易に行うことができるものではなく、上述の問題を解決できるものではない。
【０００８】
また、微生物に関わる反応速度式としては、古典的には微生物の増殖速度を表したMonod式があり、非特許文献１にはこれを変形した形でのContois式が記載されている。また、非特許文献２にはContoisの式を用いかつ微生物と基質の反応速度式を連立させ、メタン発酵槽を連続槽型反応器とみなし、基質としての有機物の定常状態下での濃度変化量を求め、これからメタンガス生成速度を求めている。
【０００９】
また、非特許文献３では、嫌気性消化処理(メタン発酵処理)において、有機物の分解速度は分解可能な有機物濃度と難分解有機物濃度との差の一次に比例するとし、かつ連続槽型反応器での反応として速度解析を行う手法が記載されている。また、非特許文献４には、豚ふん尿のメタン発酵実験の解析から、バイオガス発生速度は消化汚泥濃度(蒸発残留物濃度)の0.3次、有機物容量負荷の１次に比例するとし、アレニウスプロットから頻度因子と活性化エネルギーを決める手法が記載されている。ただし、これら非特許文献１〜４に記載の速度式及び速度式を用いた解析手法は、実際規模のプラントでのバイオガス発生速度の定量的検討を行ったものではないので、バイオガスプラントの設計に適用するには信頼性が低く、さらに非特許文献２の方法では速度定数の他、微生物の最大比増殖速度を求めなければならず手間がかかるという問題がある。
【特許文献１】特開平２００５−３１９３８８（段落００６３）
【非特許文献１】Contois, D. E.; "Kinetics of Bactrial Growth:Relationship between Population Density and Specific Growth Rate of Continuous Cultures,"J.Gen. Microbiol. 21, 40-50 (1959)
【非特許文献２】Chen, Y. R. and A. G. Hashimoto; "Kinetics of Methane Fermentation,"Bioteclmology and Bicenginnering Symp. 8, 269-282 (1978)
【非特許文献３】奥野ら；「生ごみとし尿汚泥の高濃度メタン発酵に及ぼす滞留時間と発酵温度の影響」、環境工学研究論文集、第38巻、pp.141-150（2001）
【非特許文献４】黒田ら；「畜産廃棄物（豚糞）の連続中温メタン発酵におけるガス発生速度、下水道協会誌、vol.17、No.196、pp.61-64（1980）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、発酵槽に投入された原料から生じるバイオガスの発生量を容易に求めることができるようにステップ群が組まれたソフトウエア及びそのソフトウエアを格納した記憶媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のバイオガス発生量の予測ソフトウエアは、有機物を含む原料が供給され、その原料を滞留させて前記有機物を発酵させることによりメタン及び二酸化炭素を含むバイオガスを発生させる発酵槽にて前記バイオガスの発生量を予測するソフトウエアにおいて、
発酵槽内での前記原料の滞留日数ｎを設定するステップと、
任意に決めた基準日からｋ（０≦ｋ≦ｎ）日前の発酵槽への原料の１日あたりの供給量をＦｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＦ0〜Ｆｎ[m3 day-1]を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前における前記発酵槽に含まれる前記原料及びその原料中の有機物が発酵して生じた変化物を含むスラリー量をＷｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＷ0〜Ｗｎ［m3］を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前の前記スラリー量Ｗｋ中における有機物の濃度をＶｋとし、前記Ｆ0〜Ｆｎ[m3 day-1]及びＷ0〜Ｗｎ［m3］に基づいてｋ＝０〜ｎに対応するＶ0〜Ｖｎ［kg m-3 day-1］を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前における前記原料の種類に応じて予め設定された値をｒｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＶ0〜Ｖｎ［kg m-3 day-1］、Ｗ0〜Ｗｎ［m3］及びｒ0〜ｒｎを用いると共に前記Ｆ0〜Ｆｎ[m3 day-1]を数値を同じにし単位を1日当りの供給量Ｆ0〜Ｆｎ[m3]として下記の計算式１００による演算を実行して前記基準日における前記有機物の分解量Ｇ［kg m-3 day-1］を算出し、この分解量Ｇに基づいて基準日におけるバイオガスの発生量を算出するステップと、
を備えたことを特徴とする。
（式１００）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−Ｆ1/Ｗ1)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−Ｆ2/Ｗ2)
×(1−Ｆ1/Ｗ1)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−Ｆｎ/Ｗｎ)
×(1−Ｆn-1/Ｗn-1)・・・(1−Ｆ2/Ｗ2)(1−Ｆ1/Ｗ1)}
【００１２】
例えばソフトウエアは、ｋ＝０〜ｎに対応する基準日からｋ日前における前記発酵槽内の温度Ｔ0〜Ｔｎ[Ｋ]を設定するステップと、
下記の計算式（１０１）による演算を実行してそのＴ0〜Ｔｎに対応するｒ0〜ｒｎを演算するステップと、
演算されたｒ0〜ｒｎを記憶するステップと、を備え、
予め設定されたｒ0〜ｒｎを用いて前記計算式（１００）による演算を実行するステップは、この記憶されたｒ0〜ｒｎを用いて当該計算式（１００）による演算を実行するステップであることを特徴とする請求項１記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１０１）
2009160497.tif 000003
Ｒ[Ｊmol-1K-1]は気体定数であり、Ｅ[Ｊ mol-1]、ｋ0[day-1]は反応速度定数における活性化エネルギー、頻度因子であり、γは原料の種類によって異なる係数であり、いずれも各々予め決定された定数。
【００１３】
前記基準日からｋ日前における前記発酵槽から抜き出される１日当りのスラリー量をｗｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するｗ0〜ｗｎ［m3］を各々設定するステップを含み、
計算式１００による演算を実行する代わりに下記の計算式１０２を実行して、前記基準日における前記有機物の分解量Ｇ［kg m-3 day-1］を算出してもよい。
（式１０２）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−ｗ1/Ｗ1)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−ｗ2/Ｗ2)
×(1−ｗ1/Ｗ1)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−ｗｎ/Ｗｎ)
×(1−ｗn-1/Ｗn-1)・・・(1−ｗ2/Ｗ2)(1−ｗ1/Ｗ1)}
【００１４】
また、前記滞留日数ｎと発酵槽のスラリー量Ｗ［m3］と任意の１日当りの発酵槽への前記原料の供給量Ｆ[m3 day-1]との間には、計算式１０３の関係があるから、いずれか２項を決め、計算式１０３を実行して、残る他の１項を演算するステップを含んでいてもよい。
（式１０３）
ｎ＝Ｗ／Ｆ
【００１５】
任意の発酵槽のスラリー量Ｗ［m3］を設定するステップはＷ0〜Ｗｎ［m3］を各々設定するステップを行う代わりに実施され、この任意の発酵槽のスラリー量Ｗに基づいてＶ0〜Ｖｎ［kg m-3 day-1］が設定され、さらに各Ｗ0〜Ｗｎ［m3］がこの任意の発酵槽のスラリー量Ｗに等しいとして、計算式１００が演算されてもよい。
【００１６】
また、任意の１日当りの発酵槽への前記原料の供給量Ｆ[m3 day-1]を設定するステップは、Ｆ0〜Ｆｎ[m3 day-1]を設定する代わりに実施され、この任意の原料供給量Ｆに基づいてＶ0〜Ｖｎ［kg m-3 day-1］が設定され、さらに各Ｆ0〜Ｆｎ[m3 day-1]がこの任意の原料供給量Ｆ[m3 day-1]に等しいとして、計算式１００が演算されてもよい。
【００１７】
本発明の記憶媒体は、有機物を含む原料が供給され、その原料を滞留させて前記有機物を発酵させることによりメタン及び二酸化炭素を含むバイオガスを発生させる発酵槽における前記バイオガスの発生量の予測に用いられることを特徴とし、例えば原料単独、ないしは種類の異なる複数の原料に対し、その原料に含まれる有機物を中温発酵あるいは高温発酵させてバイオガスを発生させる発酵槽における前記バイオガス発生量の予測に用いられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のソフトウエアによれば、発酵試験を行わなくても容易に発酵槽のバイオガスの発生量を求めることができる。実施形態で検証するようにこのソフトウエアにより演算されたバイオガス発生量の値は各種の文献に実際のガス発生量として示された値と誤差が小さく、従って、このソフトウエアにより得られたバイオガス発生量の値に基づいて発酵槽の容量や発電機の容量を決定することができ、それによってバイオガスプラントの設計を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
本発明の一実施の形態に係るソフトウエアは、背景技術の欄で説明したバイオガスプラントを設計するにあたり、そのバイオガスプラントを構成するメタン発酵槽における原料を滞留させるに必要な滞留時間、原料を滞留させるに必要な槽内スラリー量及びバイオガスを収容するための容量あるいは後述のガスホルダーの容量を決定して、そのバイオガスプラントのサイズを設定することを目的としたものであり、ユーザにより選択されたメタン発酵槽に投入される原料について、その原料中の有機物から発生するバイオガスの量を予測するためのソフトウエアである。
【００２０】
図１を参照しながらこのバイオガスプラントの一例についてその構成の概略を説明する。バイオガスプラント１は、牛のふん尿、豚のふん尿または生ごみなどの原料に含まれる有機物をメタン発酵させて分解して処理するシステムであり、メタン発酵槽１１を備えている。各原料には例えば有機物の他に砂や土などの無機物や雨水などが含まれる。後述するように有機物からの１日あたりのバイオガスの発生量を演算するにあたっては、この投入される原料の種類が牛のふん尿、豚のふん尿または生ごみの中から単独原料あるいは混合原料としてユーザにより決定される。
【００２１】
メタン発酵槽１１には前記有機物を含んだスラリー状の原料がラインＬ１を介して日々供給されて貯留されるようになっている。スラリーとはふん尿や生ごみなどを含んだ固液混相状態となっているもののことである。また、例えばメタン発酵槽１１内の日々の温度はメタン菌の活性が高くなり中温発酵が行われる３５℃〜３７℃か、あるいは高温発酵が行われる５５℃〜５７℃に維持されるように制御される。そして発酵槽１１内に供給された原料中の有機物からメタン発酵によりメタンガス及びＣＯ2（二酸化炭素）ガスを含むバイオガスが発生し、そのバイオガスが当該発酵槽１１内に貯留されるか、または別途設けられるガスホルダー（バイオガス貯留槽）に貯留されるようになっている。投入される原料の種類毎にメタン発酵による分解速度は異なるため、発生するバイオガスの量も異なる。
【００２２】
メタン発酵槽１１にて発生したバイオガスはラインＬ２を介して発電機１２に日々供給され、発電機１２はそのバイオガス中のメタンガスを利用して発電する。このバイオガス中に含まれるメタンガスの量と発電機１２による発電量とは互いに対応している。
【００２３】
図中メタン発酵槽１１からはラインＬ３を介して当該メタン発酵槽１１内に貯留された有機物が発酵されることによって生じたスラリーである消化液（汚泥）が日々抜き出されるようになっている。この抜き出しを行う方法については、メタン発酵槽１１内への有機物供給量と等しい量の消化液がメタン発酵槽１１から直接抜き出される方法と、ラインＬ３において膜が設けられ、無機質ベースの液は当該膜を透過して排液されるが、汚泥は膜を透過せず発酵槽１１へ返送され発酵槽から一部抜き出される方法とがある。
【００２４】
前者の抜き出し方法が用いられる場合は、メタン発酵槽１１内の消化液（汚泥）の滞留時間は水力学的滞留時間（Hydraulic time；ＨＲＴ)と呼ばれており、また、後者の抜き出し方法が用いられる場合は、前記滞留時間は汚泥滞留時間(Sludge retention time；ＳＲＴ)と呼ばれている。また、後者の方法が用いられる場合、発酵槽１１から抜き出される汚泥はメタン発酵槽１１内へ供給されるスラリー状原料よりも少なくなるためＳＲＴ＞ＨＲＴとなる。
【００２５】
続いて本実施形態のソフトウエアについて説明する。このソフトウエアはプログラムを含み、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態で例えばコンピュータからなるソフトウエア格納部に格納され、当該ソフトウエア格納部に読み出される。そして、読み出されたプログラムは、ユーザが例えばキーボードなどの入力手段を介して設定した、日々変動するバイオガスプラントへの原料の供給量などに基づいて、後述の各ステップを実行し、ある所定の日における有機物の分解重量を演算し、さらにその分解重量に基づいてその所定の日におけるバイオガスの発生量を演算する。
【００２６】
続いて具体的に上記のソフトウエアがインストールされたコンピュータを用いて、ある所定の日におけるバイオガスの発生量を演算する具体的な手順について図２のフローチャート及び図３も参照しながら説明する。図３はこのソフトウエアによりコンピュータのディスプレイなどの表示手段を介して表示される入力画面の一例を示したものである。
【００２７】
ユーザは例えば建設予定のバイオガスプラントに搬入されることになる原料の種類、各日ごとの原料のバイオガスプラントへの供給量[m3 day-1]及びその原料中に含まれる有機物の濃度[kg m-3]を予め把握しておく。然る後、ユーザはその調査を基に、豚ふん尿、牛ふん尿、生ごみの中から一つあるいは複数のメタン発酵槽１１に供給される原料を決定する（ステップＴ１）。ここでは豚ふん尿、牛ふん尿、生ごみの全てが発酵槽に搬入されるものとして決定されたとする。そして、ユーザは決定した各原料について、その原料が供給されることが想定される日ごとにその供給量、その原料中における有機物濃度を夫々カラムＡ１〜Ａ３、カラムＢ１〜Ｂ３の下方の各欄に古い日から新しい日に向かって順に入力して設定する（ステップＴ２）。
【００２８】
さらに、原料供給量及び有機物濃度を設定した各日について、ユーザはカラムＤ１の下方の各欄にメタン発酵槽１１内の温度［℃］を入力して設定する（ステップＴ３）。このメタン発酵槽１１内の温度としては、例えば中温発酵あるいは高温発酵を行うための上述の各範囲内の温度が入力される。
【００２９】
続いてユーザは原料供給量、有機物濃度及び発酵槽の温度が入力された日の中から所定の日を基準日として選択し（ステップＴ４）、さらに任意の滞留日数ｎを入力し（ステップＴ５）、発酵槽１１内のスラリー量Ｗ［m3］を設定する。このスラリー量Ｗは、例えば入力された各日の各原料の供給量と、上述のメタン発酵槽１１からの液の抜き出し方法に応じた実用上想定される原料の滞留日数とに基づいて任意に設定する。なお、一般的に滞留日数は前記ＨＲＴの場合は２０日〜４０日程度である。また、後述のステップＴ１２で決定する発酵槽そのものの内容積は、スラリー量Ｗと後述する発生ガス量とを考慮し、それらを収容できる大きさとする。
【００３０】
滞留日数ｎが与えられると、ソフトウエアは先ず例えば基準日からｎ日前までの間のｋ日（０≦ｋ≦ｎ）における豚ふん尿、牛ふん尿、生ごみからなる複数の有機物を含んだ夫々の原料供給量の合計量をＡｋ[m3 day-1]とし、以下の計算式１−１を実行し、基準日からｎ日前までの間のｋ日（０≦ｋ≦ｎ）における発酵槽１１のスラリー量ＡＷｋ[m3]（ＡＷ０、ＡＷ１、ＡＷ２・・・ＡＷｎ）を演算する。
（式１−１）ＡＷｋ＝Ａｋ×ｎ
【００３１】
続いて、ソフトウエアは先ず豚ふん尿を含む原料について基準日におけるバイオガス発生量を演算するために、その原料について基準日からｎ日前までの間のｋ日（０≦ｋ≦ｎ）におけるその原料供給量をＢＦｋ[m3 day-1]（ＢＦ０、ＢＦ１、ＢＦ２・・・ＢＦｎ）とし、下記の式１−２を演算して、豚ふん尿を含む原料についての各日の発酵槽内のスラリー量Ｗｋ[m3]（Ｗ０、Ｗ１、Ｗ２・・・Ｗｎ）を演算し、ソフトウエアのメモリに記憶する（ステップＴ６）。
（式１−２）
Ｗｋ＝ＡＷｋ×（ＢＦｋ／Ａｋ）
この実施例では発酵槽１１に供給される原料が豚ふん尿、牛ふん尿及び生ごみからなる混合物であるため、夫々の有機物を含んだ原料に対するＷｋの合計、すなわち混合原料の全スラリー量ＡＷｋに、その全スラリー中に含まれる各有機物を含んだ原料の比率を掛けたものをその有機物を含んだ原料についてのＷｋとする。なお、供給される原料が一種類のみの場合は（ＢＦｋ／Ａｋ）＝１であるため、式１−２よりＷｋ＝ＡＷｋである。
【００３２】
続いて、原料として豚ふん尿について、前記基準日からｎ日前までの間のｋ日（０≦ｋ≦ｎ）におけるその原料供給量をＦｋ[m3 day-1]（Ｆ０、Ｆ１、Ｆ２・・・Ｆｎ）とし、また入力された原料に含まれる有機物濃度について、前記基準日からｎ日前までの間のｋ日（０≦ｋ≦ｎ）におけるＶＳｋ[kg m-3]（ＶＳ０、ＶＳ１、ＶＳ２・・・ＶＳｎ）として設定する。そして、下記の計算式２を実行し、基準日からｎ日前までの間のｋ日（０≦ｋ≦ｎ）におけるメタン発酵槽１１内に供給された原料及びその変化物中における発酵槽内のスラリー量を基準とした有機物濃度をＶｋ［kg m-3 day-1］として、このＦｋ及びＶＳｋ（０≦ｋ≦ｎ）に対応したＶｋの各値、すなわちＶ０、Ｖ１、Ｖ２・・・Ｖｎを演算し、ソフトウエアのメモリに記憶する（ステップＴ７）。
（式２）
Ｖｋ＝（Ｆｋ×ＶＳｋ）／Ｗｋ
【００３３】
Ｖ０〜Ｖｎを算出すると、ソフトウエアは入力されたメタン発酵槽１１の温度について単位を℃からＫに変換し、前記基準日からｎ日前までの間のｋ日（０≦ｋ≦ｎ）における温度をＴｋ[Ｋ]（Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔｎ）として、以下の式３を実行する。式３においてγは有機物の種類によって決定されるパラメータであり、原料が豚ふん尿の場合はγ＝１として演算が実行され、メタン発酵槽１１内の温度Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔｎに夫々対応するｒ０、ｒ１、ｒ２・・・ｒｎが夫々計算され、ソフトウエアのメモリに記憶される。
（式３）
2009160497.tif 000004
この式３においては、頻度因子ｋ0＝4.61×1011[day-1]であり、活性化エネルギーＥ＝7.47×104[Ｊ mol-1]として計算が行われる。Ｒは気体定数であり、8.314[Ｊ mol-1 K-1]である
【００３４】
続いて、ソフトウエアは、これらｒ１、ｒ２・・・ｒｎを用いて下記の計算式４を実行し、基準日における豚ふん尿中の有機物の分解重量Ｇ［kg m-3 day-1］が演算される（ステップＴ８）。このようにして基準日の前記有機物の分解重量が求められる理由については後述する。また、後述するようにこの分解重量はバイオガスの発生重量［kg m-3 day-1］に等しいものとすることができる。この式４における演算を行うにあたっては、Ｆ０〜Ｆｎの単位を［m3］としている。Ｆ０〜Ｆｎは夫々一日あたりの供給量として設定されているため、このように単位が変わっても値としては変化がなく、Ｆ０〜Ｆｎ［m3］＝Ｆ０〜Ｆｎ［m3 day-1］である。
（式４）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−Ｆ1/Ｗ1)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−Ｆ2/Ｗ2)
×(1−Ｆ1/Ｗ1)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−Ｆｎ/Ｗｎ)
×(1−Ｆn-1/Ｗn-1)・・・(1−Ｆ2/Ｗ2)(1−Ｆ1/Ｗ1)}
この計算式４は特許請求の範囲でいう式１００である。
【００３５】
その後、ソフトウエアは例えば予め設定されたバイオガス中に含まれるメタン濃度Ｃｍ［％］及び二酸化炭素濃度Ｃｃ［％］に基づいて、以下の計算式５を実行し、バイオガスの平均モル重量Ｍａｖ［kg kmol-1］を計算する。メタン、二酸化炭素以外のガス量は無視できるほど少ないものとしてＣｍは例えば６０％〜７０％の範囲において、Ｃｃは例えば３０％〜４０％の範囲において夫々設定されており、Ｃｍ+Ｃｃ＝１００％である。なお、ここでいう％は体積％である。
（式５）  Ｍａｖ＝１６×（Ｃｍ/１００）＋４４×（Ｃｃ/１００）
【００３６】
平均モル重量Ｍａｖを計算した後、ソフトウエアは当該Ｍａｖを用いて以下の計算式６を実行して、基準日に豚のふん尿から発生したバイオガスの発生量Ｇｖ［Ｎm3 m-3 day-1］を算出し、その算出された値を基準日に対応するＸ１欄に表示する。（ステップＴ９）。
（式６）  Ｇｖ＝２２．４×Ｇ/Ｍａｖ［Ｎm3 m-3 day-1］
【００３７】
豚のふん尿についてのバイオガスの発生量の演算後、ソフトウエアは他の原料についても基準日よりも古い日から当該基準日までの原料供給量、有機物濃度及び発酵槽の温度が入力されているかを判定する（ステップＴ１０）。この例では上述のように牛のふん尿、生ごみについてもそれらの各値が設定されているので、ソフトウエアは、豚の糞尿に続いて例えば牛ふん尿についてステップＴ６からＴ１０を実行し、その演算されたバイオガスの発生量Ｇｖの演算値を、入力画面の基準日に対応するＸ２欄に表示する。ただし、計算式３を実行する際には牛ふん尿に対応してγ＝０．３として演算が実行される。更に続いてソフトウエアは、生ごみついてステップＴ６からＴ１０を実行し、その演算されたバイオガスの発生量Ｇｖの演算値を、入力画面の基準日に対応するＸ３欄に表示する。ただし、計算式３を実行する際には生ごみに対応してγ＝１．５として演算が実行される。
【００３８】
ソフトウエアは、このように設定された原料全てについて基準日におけるバイオガスの発生量Ｇｖを演算すると、各原料について演算されたバイオガス発生量Ｇｖの合計値Ｇｔを演算し、その演算結果を入力画面の基準日に対応するＸ４欄に表示する（ステップＴ１１）。
【００３９】
ユーザは、例えば原料供給量、原料中の有機物濃度、基準日及び発酵槽内のスラリー量などのパラメータを適宜変更し、複数の条件における前記Ｇｔをソフトウエアにより算出する。そして、このように演算された各条件におけるバイオガスの発生量の合計値Ｇｔに基づいて、ユーザはメタン発酵槽１１にバイオガスを貯留する場合はメタン発酵槽１１内のガス貯留のための容積を、メタン発酵槽１１とは別置きのガス貯留槽を設ける場合はその容積を決定する。また、バイオガスの発生量Ｇｔと上記のメタン濃度Ｃｍとの値を用いて、そのバイオガス中に含まれるメタンガスの発生量を計算し、その計算結果から当日における発電可能量を計算し、さらにこの計算に基づいて発電機１２の容量を決定することによって（ステップＴ１２）、バイオガスプラント１のサイズを決定し、その設計を行う（ステップＴ１３）。
【００４０】
上記のソフトウエアによれば、ユーザがメタン発酵槽１１に供給される原料の種類を決定し、各日の原料供給量、その原料中の有機物濃度、発酵槽の温度、原料収容分についてのメタン発酵槽１１のスラリー量を入力した後、基準日を決定すると、当該基準日におけるバイオガスの発生量が計算される。また、基準日以降の任意の日まで原料供給量などの日々の運転条件を入力することで、日々のバイオガス発生量が計算できる。つまり、その場合ソフトウエアとしては任意の日を改めてバイオガス発生量を求めるための基準日とし、ステップＴ６〜Ｔ１１を行い、その任意の日におけるバイオガスの発生量を算出していることになる。後述するようにこの計算値は実際のバイオガス発生量に近い信頼性の高い値であるため、ユーザはこの計算値をバイオガスプラントの設計に利用することができる。従ってユーザはメタン発酵試験などを行う必要がないので、このバイオガスの発生量を求める手間を簡素化できる。
【００４１】
また、バイオガスプラントを建設後にこのソフトウエアを使用してシミュレーションを行い、実際に建設されたメタンガス発酵槽１１から発生した実際のバイオガスの発生量と、ソフトウエアにより計算されたバイオガスの発生量とを比較してもよい。このようにソフトウエアを用いることで実際に建設されたメタン発酵槽１１にてバイオガス発生状況が変化したときに、それが原料供給量、有機物濃度や原料の滞留日数の変化によるものか、発酵槽１１内での反応速度の変化によるものか等につき判断することができるため有効である。
【００４２】
また、そのようにバイオガスプラントの建設後において、プラントが実際に稼動した日以降、ある基準日までの各日の原料供給量、有機物濃度、発酵槽の温度の実測値を入力し、その基準日以後の各日の原料供給量、有機物濃度、発酵槽の温度の予定値を夫々入力することで、その基準日以降の各日のバイオガス発生量を算出することができる。この場合もソフトウエアとしては、基準日以降の各日を改めてバイオガスの発生量を求めるための基準日とし、その各日について上述のステップＴ６〜Ｔ１１を行い、バイオガスの発生量を算出していることになる。
【００４３】
図４は、本実施形態のソフトウエア２が格納された記憶媒体２１の構成の一例を示した図である。この図に示すようにソフトウエア２は各種のプログラムＰと入力された各値及び各プログラムＰにより演算された結果を記憶するためのメモリ２２を備えている。
【００４４】
プログラムＰ１は、入力された各日の原料供給量に応じて式１−１及び式１−２を演算し、各原料についての各日の発酵槽内のスラリー量Ｗ０〜Ｗｎを演算し、これらＷ０〜Ｗｎをメモリ２２に記憶する。プログラムＰ２は、前記ｎに基づいて原料供給量Ｆ０〜Ｆｎ及び原料中の有機物の濃度ＶＳ０〜ＶＳｎを設定し、これらＦ０〜Ｆｎ、ＶＳ０〜ＶＳｎ及び前記Ｗ０〜Ｗｎに基づいて発酵槽１１の有機物の濃度Ｖ０〜Ｖｎを演算し、これらＶ０〜Ｖｎメモリ２２に記憶する。プログラムＰ３は、前記ｎに基づいて発酵槽１１内の温度Ｔ０〜Ｔｎを設定し、これらＴ０〜Ｔｎ及び入力された原料の種類に基づいて前記ｒ０〜ｒｎを演算し、これらｒ０〜ｒｎをメモリ２２に記憶する。プログラムＰ４はメモリ２２に記憶された各値に基づいて上述の計算式４を実行し、有機物の分解重量Ｇを演算してその値をメモリ２２に記憶する。そしてプログラムＰ５は、前記分解重量Ｇに基づいて計算式５及び６を実行し、基準日のバイオガスの発生量Ｇｖを算出し、表示手段である入力画面に表示する。プログラムＰ１〜Ｐ５は夫々別々のソフトウエアとして構成されていてもよい。また、原料供給量は体積ではなくその重量が入力画面から設定されるようになってもよい。原料の比重を１とし、入力画面から単位をｔ/日として１日あたりの原料の重量を入力する場合は、その入力した数値が１日あたりの原料の体積ｍ3/日に等しいため、その入力した数値を前記１日あたりの原料供給量Ｆｋとして上述の各ステップにより演算が実行される。例えば原料の比重を１以外の数値とした場合はそれに応じて原料の重量から原料の体積が演算され、上述の各ステップが実行される。
【００４５】
発酵槽１１における原料の供給及び排出と有機物の分解量を求める上記の式４との関係を発酵槽１１の模式図である図５を用いて説明する。ここではメタン発酵槽１１は定容回分式反応器であるものとし、所定の日に供給された原料中に含まれる有機物は、発酵槽１１に対応している間に他の日に供給された原料中に含まれる有機物には影響されず、独立して日ごとに順次一定の分解反応が進行するものとする。
【００４６】
メタン発酵槽１１にある所定の日に搬入された原料は滞留日数ｎが経過すると、メタン発酵槽１１から排出されることになるので、発酵槽１１内には基準日からｎ日前までの各日に供給された原料が収容され、それが発酵槽１１内のスラリー量Ｗを構成しているものと考えることができる。図５は、そのスラリー量Ｗを基準日からｎ日前までの原料供給量ごとに区画して示しており、横方向に配列されたｎ＋１個のカラムから構成されるカラム群３１の個々のカラムの横幅はその日に供給された原料供給量に対応している。カラム群３１内において縦方向に配列された要素は日ごとの有機物の分解量を示しており、カラム内に示した日にその有機物の分解が行われる。
【００４７】
基準日から遡って有機物の分解過程を説明すると、基準日に供給された原料中の有機物はその一部が基準日において分解し、バイオガスを発生する。基準日の１日前に供給された原料中の有機物はその基準日の１日前に一部が分解し、その１日前に分解せずに残ったものの一部が基準日に分解してバイオガスを発生する。基準日の２日前に供給された原料中の有機物はその基準日の２日前、１日前にその一部が夫々分解し、２日前、１日前に分解せずに残ったものの一部が基準日に分解してバイオガスを発生する。同様に基準日のｎ日前に供給された原料中の有機物はその基準日のｎ日前、ｎ-１日前・・・２日前、１日前にその一部が夫々分解し、それらの各日に分解せずに残ったものの一部が基準日に分解してバイオガスを発生する。
【００４８】
従って、基準日におけるバイオガス発生量は、図５において斜線をつけて示すように基準日からｎ日前までに発酵槽１１に各日ごとに供給された各原料中に含まれる有機物の基準日における分解量の積算値であり、上述の計算式４はこの積算値を算出する。この計算式４を導く具体的な方法については後述する。
【００４９】
なお、図中３２で示す基準日に投入した原料における有機物の当該基準日における分解量、３３で示す基準日から１日前に投入した原料中の有機物の当該基準日における分解量、３４で示す基準日から２日前に投入した原料中の有機物の当該基準日における分解量、３５で示す基準日からｎ日前に投入した原料中の有機物の当該基準日における分解量は夫々後述する式１９、式２２、式２７、式２８により演算される値である。
【００５０】
なお、上述の実施形態において原料供給量は日ごとに変動しているが、通常、大きな変動が起きることは考え難いので、例えば任意の１日あたりの原料供給量Ｆ及び任意のスラリー量Ｗをユーザが入力画面から入力し、下記の計算式１−３が実行されることで滞留日数ｎが演算され、この滞留日数ｎに基づいてステップＴ６以降の各ステップが実施されてもよい。
（式１−３）
ｎ＝Ｗ／Ｆ
【００５１】
また、滞留日数ｎはおおよそ何日前までの原料供給量、有機物濃度及び温度のデータを考えればよいかを判断するために使われるものであり、上述のように演算により求めてもよいし、ユーザが直接入力画面から入力して設定してもよい。ユーザが直接入力画面から入力して設定する場合は、例えば上述のように発酵槽１１からのスラリーの抜き出し方法を決定し、その抜き出し方法に応じた実用上の滞留日数を採用して設定する。
【００５２】
（第２の実施形態）
続いて第２の実施形態のソフトウエアについて説明する。このソフトウエアは日々の各原料供給量、供給された原料中の有機物濃度、発酵槽１１内の温度を夫々一定として、バイオガス発生量を演算するプログラムを備えており、その入力画面の一例を示した図６を参照しながら説明する。
【００５３】
先ず、ユーザは第１の実施形態と同様にメタン発酵槽１１に供給される原料を選択し（ステップ１）、その原料について当該発酵槽１１への供給量[m3 day-1]を入力画面の対応する所定の各欄に入力する（ステップ２）。この各原料の供給量が入力されると、ソフトウエアはその合計値Ｆｔを演算する。続いてユーザは、その供給量を設定した原料について、その有機物濃度[kg m-3]を入力画面の対応する所定の各欄に入力し、また、発酵槽の温度を対応する所定の欄に入力する（ステップ３）。
【００５４】
然る後、ユーザは発酵槽１１のスラリー量ＡＷ［m3］あるいは滞留日数ｎを夫々所定の欄に入力する（ステップ４）。ＡＷかｎの一方が入力されると、ソフトウエアは、以下の計算式７を実行し、ＡＷ及びｎのうち入力されなかった一方について算出する（ステップ５）。
（式７）ｎ＝ＡＷ／Ｆｔ
【００５５】
ＡＷまたはｎが算出されると、ソフトウエアは、例えば先ず豚ふん尿を含んだ原料についてバイオガスの発生量を演算するために、入力された豚ふん尿を含む原料の供給量をＡＦとし、以下の計算式７−１を実行して発酵槽のスラリー量ＡＷ中における豚ふん尿を含んだ原料が占めるスラリー量Ｗを演算する。
（式７−１）
Ｗ＝ＡＷ×（ＡＦ／Ｆｔ）
【００５６】
入力された原料供給量、有機物濃度を夫々Ｆ、ＶＳとして、以下の計算式８を実行し、Ｆ及びＶＳに対応した、メタン発酵槽１１内に供給された原料及びその変化物中における有機物濃度Ｖ［kg m-3 day-1］を演算して、記憶する（ステップ６）。
（式８）
Ｖ＝Ｆ×ＶＳ／Ｗ
なお、このときＦ，ＶＳは夫々豚ふん尿についての原料の供給量と、その豚ふん尿についての原料中の有機物濃度であり、Ｗは全スラリー量中の豚ふん尿を含む原料のスラリー量である。
【００５７】
続いてソフトウエアは、以下の計算式９を実行する。計算式９においてγは有機物の種類によって決定されるパラメータであり、豚のふん尿についてはγ＝１として設定され、計算が行われ、そしてこのγ及び温度Ｔに対応した、バイオガスの発生量を求めるために必要な値であるｒが演算され、記憶される。
（式９）
2009160497.tif 000005
この式９においては、頻度因子ｋ0＝4.61×1011[day-1]であり、活性化エネルギーＥ＝7.47×104[Ｊ mol-1]として計算が行われる。Ｒは気体定数であり、8.314[Ｊ mol-1 K-1]である
【００５８】
続いて、ソフトウエアは上述の式４を実行し、１日あたりの豚のふん尿に含まれる有機物の分解重量Ｇ［kg m-3 day-1］を演算する（ステップ７）。ただし、ここでは、式４の各Ｆ０〜ＦｎがＦに等しく、各Ｖ０〜ＶｎがＶに等しく、またＷ０〜ＷｎがＷに等しいとして演算が行われる。また、第１の実施形態と同様に式４の演算を実行する際にはＦの単位は［m3］として演算が行われる。このとき上述のように単位が変わっても値としては変化がない。
【００５９】
続いてソフトウエアは第１の実施形態のステップＴ９と同様に計算式５及び６を実行し、演算された豚のふん尿中の有機物の分解重量Ｇ［kg m-3 day-1］からバイオガスの発生量Ｇｖ［Ｎm3 m-3 day-1］を算出し、その値を入力画面の所定の欄に表示する（ステップ８）
【００６０】
豚のふん尿についてのバイオガスの発生量の演算後、ソフトウエアは他の原料についても原料供給量及び有機物濃度及び発酵槽の温度が入力されているかを判定し（ステップ９）、入力されている場合はその各原料についてステップ６〜ステップ９を行う。ただし、上述の計算式３を実行する場合と同様に、牛ふん尿について計算式９を実行する際にはγ＝０．３、生ごみついて計算式９を実行する際にはγ＝１．５として演算が実行される。
【００６１】
設定された原料全てについてバイオガスの発生量Ｇｖを演算すると、第１の実施形態のステップＴ１１と同様に各原料について演算されたバイオガス発生量Ｇｖの合計値Ｇｔを演算し、その演算結果を入力画面の所定の欄に表示する（ステップ１０）。その後はステップＴ１２、Ｔ１３と同様にして、ユーザはバイオガスプラント１の設計を行う。
【００６２】
この第２の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を有する。また、この実施形態において、原料供給量Ｆ、前記発酵槽１１内のスラリー量Ｗ、滞留日数ｎの各値は例えば夫々これらの値の異なる複数のケースを設定し、各ケースについて上述のソフトウエアによる検証を行い、バイオガスプラントの設計を行う。第２の実施形態のソフトウエアは、第１の実施形態のソフトウエアと共に記憶媒体２１に収納されていてもよく、別の記憶媒体に収納されていてもよい。また、発酵槽そのものの内容積は、スラリー量Ｗと発生ガス量を考慮し、それらを収容できる大きさとする。
【００６３】
続いて上記の各式が導き出されるプロセスについて説明する。以下スラリー量を液量、原料の供給量を原料の処理量と夫々記載する場合がある。また発酵槽のスラリー量を発酵槽の容量として記載する場合がある。先ず既述のメタン発酵槽を定容回分式反応器とみなし、ここでの有機廃棄物の分解速度を有機物（volatile solids：VS）の発酵槽液量基準の濃度Ｃｖｓの一次反応と仮定すると、反応速度式は次式１０となる。式１０中ｋは式１１で示す値である。
（式１０）
2009160497.tif 000006
（式１１）
2009160497.tif 000007
【００６４】
γは、上記のように有機物のメタン発酵での分解速度を規定するファクターであり、豚のふん尿の場合にγを１とする。速度定数である頻度因子ｋ0及び活性化エネルギーＥは後述の方法で求める。他の有機廃棄物については、豚ふん尿の発酵データから決めたｋ0とＥとを用いて有機物消失量を計算し、これと実際の有機物消失量との残差自乗和を最小にすべく、残差自乗の平均値の平方根として非特許文献５に記載の定義による平均自乗誤差を最小とするγを後述するように試行錯誤法で決定する。ｔ＝0での濃度をＣｖｓ0とすると、式１０の積分形として次の式１２を得る。
（式１２）
2009160497.tif 000008
【非特許文献５】一瀬；「誤差論」、pp.18、培風館（1982）
【００６５】
従って、メタン発酵槽内単位液量当たり時間ｔ＝０からｔ＝θ［ｄａｙ］までの間に消失する有機物の量は次の式１３のようになる。
（式１３）
2009160497.tif 000009
【００６６】
一方、メタン発酵槽への原料供給速度Ｆ[ｍ3day-1]、原料中のＶＳ濃度をＶＳ0、メタン発酵槽内液量をＷとし、ｔ＝0からｔ＝θまでの間のＶＳ供給全量が回分的にｔ＝０において一度にメタン発酵槽へ供給されると仮定すると、下記の式１４のようになる。
（式１４）
2009160497.tif 000010
【００６７】
なお、メタン発酵槽内の液量Ｗは、定常状態運転時には原料供給量Ｆとほぼ等しい量の液が抜き出されるため、Ｆに無関係と考えてよい。式１４で定義される濃度の有機物が、ｔ＝０からｔ＝θまでの時間に消化されるとして、発酵槽単位液量当たり、単位時間当たりの有機物の消失量は式１３と式１４とから下記の式１５のようになる。ただし式１５中のＶ0は式１６で表されるとおりである。
（式１５）
2009160497.tif 000011
（式１６）
2009160497.tif 000012
これは、ｔ＝０で投入された有機物の１日当たりの発酵槽内液量基準の有機物濃度である。ここでθ＝１日とすると、この１日間の有機物消失量［kg-VSｍ-3day-1］は式１１と式１５とから次の式１７のようになる。
（式１７）
2009160497.tif 000013
【００６８】
ここで、ある基準日（当日と称す）よりｎ日前に投入された有機物の濃度をＶｎ、ｎ日前の発酵槽温度をＴｎと表すと、ｎ日前に投入された有機物のｎ日前の１日あたりの消失量は、式１７を使って次の式１８のように表される。
（式１８）
2009160497.tif 000014
ただし、ｒｎは上述の式３で示すとおりである。
【００６９】
また、ｎ日前の発酵槽の全液量Ｗｎに対し、その日は液量ｗｎが抜き出されるとすると、その日に排出される有機物の比率はｗｎ／Ｗｎとなる。さらに、日々投入される有機物は、その日の前後に投入された有機物の影響を受けずに夫々独立に分解が進行すると仮定する。これらのことから、ある基準日（当日：ｎ＝０に該当）から、ｎ日前までに投入されたすべての有機物の夫々の反応消失量は下記のように表される。
（式１９）当日投入物の当日の反応消失量＝Ｖ0（１−ｒ0）
（式２０）１日前投入物の１日前の反応消失量＝Ｖ1（１−ｒ1）
（式２１）１日前投入物の当日の残量＝［Ｖ1−Ｖ1（１−ｒ1）］(１−ｗ1/Ｗ１)
＝Ｖ1ｒ1(１−ｗ1/Ｗ１)
（式２２）１日前投入物の当日の反応消失量＝Ｖ1ｒ1(１−ｗ1/Ｗ１)(１−ｒ0）
（式２３）２日前投入物の２日前の反応消失量＝Ｖ２（１−ｒ２）
（式２４）２日前投入物の２日前の残量＝［Ｖ２−Ｖ２(１−ｒ２）］(１−ｗ２/Ｗ２)
＝Ｖ２ｒ２(１−ｗ2/Ｗ2)
（式２５）２日前投入物の１日前の反応消失量＝Ｖ2ｒ2(１−ｗ2/Ｗ2)(１−ｒ1）
（式２６）２日前投入物の１日前の残量
＝Ｖ2ｒ2(１−ｗ2/Ｗ2)[１−(１−ｒ1)](１−ｗ1/Ｗ１)
＝Ｖ2ｒ2ｒ1(１−ｗ2/Ｗ2)(１−ｗ1/Ｗ1)
（式２７）２日前投入物の当日の反応消失量
＝Ｖ2ｒ2ｒ1(１−ｗ2/Ｗ2)(１−ｗ1/Ｗ1)(１−ｒ0）
従って、上記の関係をｎ日まで拡張すれば、次の式２８のようになる。
（式２８）
2009160497.tif 000015
【００７０】
当日の全反応消失量Ｇ[kg-VS・ｍ-3・day-1]は、当日投入量の当日の反応消失量からｎ日前の投入物の当日の反応消失量までの総和（式１９、式２２、式２７及び式２８の和）となり、即ち以下の式２９となる。この式２９は特許請求の範囲で示した式１０２である。
（式２９）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−ｗ1/Ｗ1)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−ｗ2/Ｗ2)
×(1−ｗ1/Ｗ1)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−ｗｎ/Ｗｎ)
×(1−ｗn-1/Ｗn-1)・・・(1−ｗ2/Ｗ2)(1−ｗ1/Ｗ1)}
【００７１】
なお、式２９においてＶｎ、ｗｎ、Ｗｎは夫々ｎ日前の有機物濃度、発酵槽から抜き出すスラリー量、発酵槽内のスラリー量であり、さらにこれに加えてｎ日前の発酵槽温度Ｔｎは設計値あるいは運転実績値として既知である。従って式２９を使って有機物の反応消失量を計算するには、式３で定義されるｒｎに含まれる未知パラメータであるｋ0とＥとを決める必要があるが、これらは後述の方法で決定する。
【００７２】
ところで、上述のように発酵槽の定常状態運転では、発酵槽から抜き出すスラリー量は原料供給量にほぼ等しく、また各日ごとの抜き出し量及び原料供給量は大きく変動しないと考えられる。さらに、前記基準日からｋ日前における発酵槽から抜き出される前記スラリー量をｗｋ[m3]（０≦ｋ≦ｎ）とした場合、このｗｋも第１の実施形態のＦｋと同様に一日あたりの数値として考えているためｗｋ[m3 day-1]としてもその値は変わらない。従ってｗｋ＝Ｆｋと考えることができ、上述の式２９のｗ0〜ｗｎ［m3］を上述の原料供給量Ｆ0〜Ｆｎ［m3/day］に夫々置き換えることができことができ、（式４）を得る。
【００７３】
上記第１の実施形態においては、発酵槽内のスラリー量Ｗｋ[m3]は滞留日数と原料供給量とから演算されているが、ユーザが任意にその各Ｗｋの値を設定して式４の演算が行われてもよい。また、第１の実施形態において、発酵槽のスラリー量が変動しないものと考え、任意に設定した発酵槽内のスラリー量Ｗが各日のスラリー量に等しいとして式４の代わりに以下の式３０が実行されて有機物の分解重量Ｇ［kg m-3 day-1］が演算されるようになっていてもよい。
（式３０）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−Ｆ1/Ｗ)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−Ｆ2/Ｗ)
×(1−Ｆ1/Ｗ)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−Ｆｎ/Ｗ)
×(1−Ｆn-1/Ｗ)・・・(1−Ｆ2/Ｗ)(1−Ｆ1/Ｗ)}
【００７４】
有機物の分解過程において生成する一酸化炭素、水素、水などの量は、同過程で生成するメタン、二酸化炭素夫々の量に比べて無視できるものとし、分解有機物重量が発生するバイオガス重量に等しいと仮定すると、上記実施形態のように同ガス中のメタン濃度（％）をＣｍ、二酸化炭素濃度（％）をＣｃとすればバイオガスの平均分子量は前記式５のようになり、従って発酵槽単位液量あたりの発生バイオガス量は式６のようになる。
【００７５】
次に反応消失量Ｇを計算するための未知パラメータであるメタン発酵速度定数の算出方法について説明する。もし、ｒｎ、Ｖｎ、ｗｎ、Ｗｎが夫々ｎに無関係に一定である場合、式２９は次の式３１のような等比級数の和として表せる。ただし、式３１中のαは式３２に示すとおりである。
（式３１）
2009160497.tif 000016
（式３２）
2009160497.tif 000017
【００７６】
ここで式３３のように置くと、式３１は次の式３４のようになる。
（式３３）
2009160497.tif 000018
（式３４）
2009160497.tif 000019
さらに、変形して、次の式３５のようになる。
（式３５）
2009160497.tif 000020
【００７７】
有機物の滞留日数（ｎ）に対する非等温下での、発酵槽運転条件、発酵槽温度及びガス発生量が分かれば、式３５から得られるアレニウス（Arrhenius）プロットによって、頻度因子ｋ0と活性化エネルギーＥとを求めることができる。ただしｆについてはｒが決定されるべきｋ0とＥとの関数であるから、試行錯誤的に決める必要がある。すなわち、仮定したｆを用いて式から求められるｋ0とＥとを式に代入してｒを求め、さらに式３３からｆを計算する。この計算したｆと仮定したｆとの差が５％以下となるまで計算を繰り返す。
【００７８】
次に、具体的に本発明者が上記のように導かれた各式において、頻度因子ｋ0と活性化エネルギーＥとを上述の実施形態で示した値に決定した手順について説明する。下記の非特許文献６には1998年7月から99年3月まで行った豚ふん尿のメタン発酵設備運転データが記載されており、発酵槽＝４ｍ3×２基、豚ふん尿処理量＝0.3−0.6ｍ3/day、運転中のHRTの範囲は50日（ふん尿投入開始時）−15.4日（定常運転時）、発酵槽温度としては、発酵槽無加温の期間は外気温、槽の加温期間は308Kである。この非特許文献６から、日々の発酵槽への有機物投入量、バイオガス発生量を読み取ると図７のグラフのようになる。前記グラフにはこの設備の設置場所である神奈川県海老名市の運転期間中の気温データを併記している。この気温データは気象庁気象統計情報による。
【非特許文献６】片岡ら；「家畜糞尿のメタン発酵処理システムの実証試験」、環境工学論文集、第36巻、pp.443-453（1999）
【００７９】
なお、非特許文献６でのガス発生量の単位は、[Ｎｍ3/ｍ3-搾汁液]となっているので、これを同文献中に記載されているＣＯＤ負荷量と搾汁液のＣＯＤ濃度との関係を使って、ガス発生量の単位を発酵槽単位液量あたりの[Ｎｍ3ｍ-3day-1]に換算したものを用い、この換算した値を図７のグラフ中に示している。また、９８年１０月末頃までは発酵槽は無加温で槽内温度は概略２９３−３０３Ｋとのことから、本検討では発酵槽温度は外気温に等しいと仮定した。９８年１２月はじめ頃からは発酵槽は加温されているので、この加温時の温度を３０８Ｋとした。日々のガス発生量、投入有機物濃度、発酵槽温度などを図７から読み取った。また、データ測定期間中の有機物の滞留日数（ＨＲＴ）の平均値は、同文献中の図から読み取るとｎ＝１９日である。これらの数値を式３５で解析すると図８に示すアレニウスプロットを得る。この図８から頻度因子ｋ0＝4.63Ｅ＋11day-1、活性化エネルギーＥ＝7.61Ｅ＋04Ｊmol-1となる。これらの値を式３に代入し、計算されるｒｎと、日々の投入有機物量、発酵槽液量及び発酵槽温度とを用いて式２９、式５及び式６から日々の発生バイオガス量が求められる。
【００８０】
ただし、前述のようにアレニウスプロットから求めたｋ0、Ｅは日々変化している投入有機物量、発酵槽液量、液抜き出し量などを一定と仮定して求めたものであるので、必ずしも反応速度を正確に表現しているものではない。そのため式２９、式５及び式６で求める日々の発生バイオガス量の計算結果とそれに対応する実測値との平均自乗誤差を最小にするｋ0とＥとを試行錯誤法で求めることで、より現実に近い反応速度に修正することが好ましい。
【００８１】
そこで、前述のように求めた速度定数ｋ0＝4.63Ｅ＋11day-1、Ｅ＝7.61Ｅ＋04Ｊmol-1を夫々初期値とし、図７に示した非特許文献６の実証プラント運転条件を用いて式２〜式４から計算できるバイオガス発生量とそれに対応する実測値との平均自乗誤差を最小にするｋ0及びＥを試行錯誤法で求めるという操作で修正した結果、最終的にはｋ0＝4.61Ｅ＋11day-1、Ｅ＝7.47Ｅ＋04Ｊmol-1を得た。ただし前述のように、有機物のメタン発酵での分解速度を規定するファクター：γ＝１としている。この最終的に得られた数値を用いて計算したバイオガス発生量と非特許文献６の実測値との比較を図９に示した。発酵槽の無加温、加温状態の双方の場合につき、バイオガス発生量の計算値と実測値との相関関係を示す平均自乗誤差は、0.16Ｎｍ3ｍ-3day-1であり、バイオガスプラントの設計に十分に実用できるほどに小さいものであった。以下の種々の有機物メタン発酵に対する検討には、ここで決定したｋ0とＥとを用いる
【００８２】
続いて本発明者が、既往文献に報告されている各種有機廃棄物のメタン発酵でのバイオガス発生量実績値と、本発明のソフトウエアが実行する計算値との値を互いに比較し、前記ファクターγを決定したプロセスについて説明する。先ず牛ふん尿についてのファクターγを決定したプロセスについて以下に述べる。牛ふん尿は、豚ふん尿に比べて単位有機物量あたりのバイオガス発生量が少ないといわれており、これは牛ふん尿の有機物分解速度が豚ふん尿に比べて小さいためと考えられる。
【００８３】
牛ふん尿のメタン発酵例として非特許文献７の報告事例（発酵槽＝100ｍ3、発酵槽温度＝310Ｋ、処理量＝5ｔ/day、HRT＝20day）に対し、上述のように決定した速度定数ｋ0＝4.61Ｅ＋11day-1及びＥ＝7.47Ｅ＋04Ｊmol-1を用い、また式中のγの値を数ケース仮定し、上記の各式で計算されるバイオガス発生量とそれに対応する実測値との差を最小にする値として、γ＝0.3を得た。このとき平均自乗誤差は15.7Ｎｍ3/dayであった。このバイオガス発生量の計算結果と実測値との比較を図１０に示す。
【非特許文献７】隅；「家畜糞尿向けメタン発酵システム」、産業機械、No.632、pp.64-67、May 2003
【００８４】
非特許文献８は、膜分離装置付きメタン発酵槽での牛ふん尿からのバイオガス発生量を報告している（発酵槽＝６ｍ3、発酵槽温度＝310Ｋ、処理量＝0.43ｔ/day、SRT＝２１day）。この運転条件下でｋ0、Ｅ及びγに対し上記と同じ数値で計算したバイオガス発生量の計算値と、実測値との比較結果を図１１に示す。この場合、平均自乗誤差は0.27Ｎｍ3ｍ-3day-1であった。いずれの牛ふん尿の検証においても、実測値に対し良好な相関関係にある計算結果を得られており、また、平均自乗誤差も上記のソフトウエアによる演算がバイオガスプラントの設計に十分に実用できることを示すほどに小さいものであった。
【非特許文献８】岡庭；「膜分離メタン発酵システムによる家畜排せつ物の処理」、家畜排せつ物の処理・リサイクルとエネルギー利用、pp.107-126、（株）エヌ・ティー・エス（2004）
【００８５】
続いて生ごみについてのファクターγが決定されたプロセスについて述べる。生ごみについても続いて前述の牛のふん尿の場合と同様の方法で、下記の非特許文献９の既往実績値とこれに対する計算値との平均自乗誤差を最小にするγを求め、その結果γ＝1.5という数値を得た。このとき、平均自乗誤差は0.69Ｎｍ3ｍ-3day-1であり、上記のソフトウエアによる演算がバイオガスプラントの設計に十分に実用できることを示すほどに小さいものであった。この非特許文献９の実験規模の実績値（発酵槽＝5Ｌ、発酵槽温度＝328Ｋ、処理量＝0.16−1/day、HRT＝5−30day）と本発明のソフトウエアにより演算される計算結果との比較を図１２に示す。生ごみの場合、単位有機物（ＶＳ）量当たりのバイオガス発生量は家畜ふん尿に比べて多いことが非特許文献１０によりに報告されているが、生ごみに対するγが１より大きいことで、この傾向が定量的に示されたと考える。
【非特許文献９】佐々木ら；「生ごみの高温・高濃度メタン発酵に及ぼす滞留時間と負荷の影響」、水環境学会誌、第22巻、第12号、pp.983-989（1999）
【非特許文献１０】（財）畜産環境整備機構；「家畜排せつ物を中心としたメタン発酵処理施設に関する手引き」、pp.37（2001）
【００８６】
生ごみについて下記の非特許文献１１が報告している実規模での実績例（発酵槽＝160ｍ3、発酵槽温度＝328Ｋ、ごみ投入量＝8−10ｔ/day、SRT＝33−89day）と本発明のソフトウエアによる計算値との比較を図１３に示す。このとき平均自乗誤差は26.6Ｎｍ3ｍ-3day-1であり、上記のソフトウエアによる演算がバイオガスプラントの設計に十分に実用できることを示すほどに小さいものであった。この例の場合、発酵槽の下流に膜を設置しており、発酵槽からの引き抜き汚泥の大半が発酵槽へ返送されているため、正味の抜き出し汚泥が少なく、SRTが大きな値となっている。
【非特許文献１１】山本；「生ごみに秘められたエネルギーを活用」、都市と廃棄物、vol.34、No.2、pp.23-27（2004）
【００８７】
生ごみのメタン発酵に対する上記の２例の計算結果から、速度定数に係るファクターγ＝1.5は、実際のガス発生量を説明するのに妥当なものであり、この数値を用いて上記ソフトウエアによる演算を行うことで、実際に発生するバイオガスの量に近い計算結果が得られることが示された。なお、ここで検討した２例は共に328Ｋでの発酵であることに注目すると、豚ふん尿の場合から決めた頻度因子と活性化エネルギーは中温発酵だけでなく高温発酵でも使える数値と考えられる。
【００８８】
続いて発酵槽に投入される有機物が、豚ふん尿または牛ふん尿と生ごみとからなる混合系である場合について上記のソフトウエアが実行する演算式が適用できるか検証する。前記非特許文献８に示される豚ふん尿と生ごみとを混入した場合（発酵槽＝6ｍ3、発酵槽温度＝309Ｋ、処理量＝8−10ｔ/day、豚ふん尿:生ごみ＝1：0.23、SRT＝36day）及び牛ふん尿に生ごみを混入した場合（発酵槽＝6ｍ3、発酵槽温度＝309Ｋ、処理量＝0.38ｔ/day、牛ふん尿：生ごみ＝1:0.22、SRT＝32day）につき、上記のように決定した各種パラメータを使って計算したバイオガス発生量の計算結果と当該非特許文献８に記載の実測値との比較を図１４に示す。このとき平均自乗誤差は0.59Ｎｍ3ｍ-3day-1であった。
【００８９】
また、非特許文献１２による乳牛ふん尿に生ごみとして廃用牛乳と給食残食とを個別に加えた場合（発酵槽＝200ｍ3、発酵槽温度＝309Ｋ、処理量＝6.3−6.7ｔ/day、HRT＝32day）の計算値と実測値との比較とを図１５に示す。このとき、平均自乗誤差は0.15Ｎｍ3ｍ-3day-1であった。なお、同非特許文献１２には乳牛粉乳の有機物濃度の記載がないので計算に際してはＶＳ0＝67kg/ｍ3とした。また同非特許文献１２には廃用牛乳と給食残食とを加えた期間中と加えない期間中とのバイオガス発生量を数値で示している。この非特許文献１２により示される実測値と本発明のソフトウエアによる計算結果との比較を下記の表１に示す。
（表１）
2009160497.tif 000021
【非特許文献１２】大深ら；「有機性副原料投入が乳牛ふん尿のメタン発酵に及ぼす影響」、北海道開発土木研究所月報、No.617、pp.36-42（2004）
【００９０】
これらの計算においては、豚ふん尿あるいは牛ふん尿及び付加的に加えられる生ごみに対して夫々の日々の有機物負荷に対し独立に式２９を適用し、各有機物毎に得られる計算結果を加算してバイオガス発生量とした。また、このとき式２９及び式２１から式２８までの式中に含まれる発酵槽内液量（Ｗｎ）は、発酵槽全液量を夫々の有機物の投入量比で分割した夫々の有機物の投入量比で分割した数値とした。上記の混合物についての各検証において、算出した各平均自乗誤差はいずれも小さく、従って上記のソフトウエアによる演算がバイオガスプラントの設計に十分に実用できるほどに小さいものであるといえる。非特許文献１２に記載されるように一般に家畜ふん尿に生ごみなどの多種有機物を付加的に加えるとバイオガス発生量が増加するといわれているが、上記に示したソフトウエアの計算結果と実測値例との比較からごみを付加的に加えたことによるバイオガス発生量の増加が定量的に説明できているといえる。またこの結果は各種有機廃棄物の混合系のメタン発酵において、式の加成性が成り立っていることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明のソフトウエアによりその設計が行われるバイオガスプラントの概略図である。
【図２】本発明のソフトウエアを用いてユーザがバイオガスプラントの設計を行う工程を示したフローチャートである。
【図３】本発明のソフトウエアにより表示される入力画面の一例である。
【図４】本発明のソフトウエアを含んだ記憶媒体の構成図である。
【図５】発酵槽内の反応の模式図である。
【図６】本発明のソフトウエアにより表示される入力画面の一例である。
【図７】文献に記載される実際のバイオガス発生量を示したグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係るソフトウエアが実行する演算式における速度定数を決定するために用いたグラフである
【図９】前記文献に記載されるバイオガス発生量と前記ソフトウエアにより演算されたバイオガス発生量との比較を示すグラフ図である。
【図１０】他の文献に記載されるバイオガス発生量と前記ソフトウエアにより演算されたバイオガス発生量との比較を示すグラフ図である。
【図１１】他の文献に記載されるバイオガス発生量と前記ソフトウエアにより演算されたバイオガス発生量との比較を示すグラフ図である。
【図１２】他の文献に記載されるバイオガス発生量と前記ソフトウエアにより演算されたバイオガス発生量との比較を示すグラフ図である。
【図１３】他の文献に記載されるバイオガス発生量と前記ソフトウエアにより演算されたバイオガス発生量との比較を示すグラフ図である。
【図１４】他の文献に記載されるバイオガス発生量と前記ソフトウエアにより演算されたバイオガス発生量との比較を示すグラフ図である。
【図１５】他の文献に記載されるバイオガス発生量と前記ソフトウエアにより演算されたバイオガス発生量との比較を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００９２】
１      バイオガスプラント
１１    メタン発酵槽
１２    発電機
２      ソフトウエア
２１    記憶媒体
２２    メモリ
Ｖ      槽内の有機物濃度
Ｗ      槽内液量
ｗ      抜き出し液量
Ｔ      槽内温度
Ｇ      有機物分解量（重量）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５  プログラム
【図１】
2009160497.tif 000023
【図２】
2009160497.tif 000024
【図３】
2009160497.tif 000025
【図４】
2009160497.tif 000026
【図５】
2009160497.tif 000027
【図６】
2009160497.tif 000028
【図７】
2009160497.tif 000029
【図８】
2009160497.tif 000030
【図９】
2009160497.tif 000031
【図１０】
2009160497.tif 000032
【図１１】
2009160497.tif 000033
【図１２】
2009160497.tif 000034
【図１３】
2009160497.tif 000035
【図１４】
2009160497.tif 000036
【図１５】
2009160497.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む原料が供給され、その原料を滞留させて前記有機物を発酵させることによりメタン及び二酸化炭素を含むバイオガスを発生させる発酵槽にて前記バイオガスの発生量を予測するソフトウエアにおいて、
発酵槽内での前記原料の滞留日数ｎを設定するステップと、
任意に決めた基準日からｋ（０≦ｋ≦ｎ）日前の発酵槽への原料の１日当りの供給量をＦｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＦ0〜Ｆｎ[m3 day-1]を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前における前記発酵槽に含まれる前記原料及びその原料中の有機物が発酵して生じた変化物を含むスラリー量をＷｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＷ0〜Ｗｎ［m3］を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前の前記スラリー量Ｗｋ中における有機物の濃度をＶｋとし、前記Ｆ0〜Ｆｎ[m3 day-1]及びＷ0〜Ｗｎ［m3］に基づいてｋ＝０〜ｎに対応するＶ0〜Ｖｎ［kg m-3 day-1］を各々設定するステップと、
前記基準日からｋ日前における前記原料の種類に応じて予め設定された値をｒｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するＶ0〜Ｖｎ［kg m-3 day-1］、Ｗ0〜Ｗｎ［m3］及びｒ0〜ｒｎを用いると共に前記Ｆ0〜Ｆｎ[m3 day-1]を数値を同じにし単位を１日当りの供給量Ｆ0〜Ｆｎ[m3]として下記の計算式１００による演算を実行して前記基準日における前記有機物の分解量Ｇ［kg m-3 day-1］を算出し、この分解量Ｇに基づいて基準日におけるバイオガスの発生量を算出するステップと、
を備えたことを特徴とするバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１００）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−Ｆ1/Ｗ1)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−Ｆ2/Ｗ2)
×(1−Ｆ1/Ｗ1)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−Ｆｎ/Ｗｎ)
×(1−Ｆn-1/Ｗn-1)・・・(1−Ｆ2/Ｗ2)(1−Ｆ1/Ｗ1)}
【請求項２】
ｋ＝０〜ｎに対応する基準日からｋ日前における前記発酵槽内の温度Ｔ0〜Ｔｎ[Ｋ]を設定するステップと、
下記の計算式（１０１）による演算を実行してそのＴ0〜Ｔｎに対応するｒ0〜ｒｎを演算するステップと、
演算されたｒ0〜ｒｎを記憶するステップと、を備え、
予め設定されたｒ0〜ｒｎを用いて前記計算式（１００）による演算を実行するステップは、この記憶されたｒ0〜ｒｎを用いて当該計算式（１００）による演算を実行するステップであることを特徴とする請求項１記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１０１）
2009160497.tif 000038
Ｒ[Ｊmol-1K-1]は気体定数であり、Ｅ[Ｊ mol-1]、ｋ0[day-1]は反応速度定数における活性化エネルギー、頻度因子であり、γは原料の種類によって異なる係数であり、いずれも各々予め決定された定数。
【請求項３】
前記基準日からｋ日前における前記発酵槽から抜き出される１日当りのスラリー量をｗｋとし、ｋ＝０〜ｎに対応するｗ0〜ｗｎ［m3］を各々設定するステップを含み、
計算式１００による演算を実行する代わりに下記の計算式１０２を実行して、前記基準日における前記有機物の分解量Ｇ［kg m-3 day-1］を算出することを特徴とする請求項１または２記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１０２）
Ｇ＝(1−ｒ0){Ｖ0＋Ｖ1ｒ1(1−ｗ1/Ｗ1)+Ｖ2ｒ2ｒ1(1−ｗ2/Ｗ2)
×(1−ｗ1/Ｗ1)+・・・+Ｖnｒnｒn-1・・・ｒ2ｒ1(1−ｗｎ/Ｗｎ)
×(1−ｗn-1/Ｗn-1)・・・(1−ｗ2/Ｗ2)(1−ｗ1/Ｗ1)}
【請求項４】
前記滞留日数ｎを設定するステップは、
任意の発酵槽のスラリー量Ｗ［m3］を設定するステップと、
任意の１日当りの発酵槽への前記原料の供給量Ｆ[m3 day-1]を設定するステップと、
下記の計算式１０３を実行して、Ｗ及びＦに対応するｎを演算するステップと、を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１０３）
ｎ＝Ｗ／Ｆ
【請求項５】
複数種類の原料から発酵槽に投入される原料を決定するステップを含み、
そのステップにおいて選択された原料に応じて予め決定されたγを用いて前記計算式１０１が演算されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一に記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
【請求項６】
有機物を含む原料が供給され、その原料を滞留させて前記有機物を発酵させることによりメタン及び二酸化炭素を含むバイオガスを発生させる発酵槽における前記バイオガスの発生量の予測に用いられ、
請求項１ないし５のいずれか一に記載のソフトウエアを格納したことを特徴とする記憶媒体。
【請求項７】
原料単独、ないしは種類の異なる複数の原料に対し、その原料に含まれる有機物を中温発酵あるいは高温発酵させてバイオガスを発生させる発酵槽における前記バイオガス発生量の予測に用いられ、請求項１ないし５のいずれか一に記載のソフトウエアを格納したことを特徴とする請求項６記載の記憶媒体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
例えばソフトウエアは、ｋ＝０〜ｎに対応する基準日からｋ日前における前記発酵槽内の温度Ｔ0〜Ｔｎ[Ｋ]を設定するステップと、
下記の計算式（１０１）による演算を実行してそのＴ0〜Ｔｎに対応するｒ0〜ｒｎを演算するステップと、
演算されたｒ0〜ｒｎを記憶するステップと、を備え、
予め設定されたｒ0〜ｒｎを用いて前記計算式（１００）による演算を実行するステップは、この記憶されたｒ0〜ｒｎを用いて当該計算式（１００）による演算を実行するステップであることを特徴とする請求項１記載のバイオガス発生量の予測ソフトウエア。
（式１０１）
2009160497.tif 000039
Ｒ[Ｊmol-1K-1]は気体定数であり、Ｅ[Ｊ mol-1]、ｋ0[day-1]は反応速度定数における活性化エネルギー、頻度因子であり、γは原料の種類によって異なる係数であり、いずれも各々予め決定された定数。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
Ｖ０〜Ｖｎを算出すると、ソフトウエアは入力されたメタン発酵槽１１の温度について単位を℃からＫに変換し、前記基準日からｎ日前までの間のｋ日（０≦ｋ≦ｎ）における温度をＴｋ[Ｋ]（Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔｎ）として、以下の式３を実行する。式３においてγは有機物の種類によって決定されるパラメータであり、原料が豚ふん尿の場合はγ＝１として演算が実行され、メタン発酵槽１１内の温度Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔｎに夫々対応するｒ０、ｒ１、ｒ２・・・ｒｎが夫々計算され、ソフトウエアのメモリに記憶される。
（式３）
2009160497.tif 000040
この式３においては、頻度因子ｋ0＝4.61×1011[day-1]であり、活性化エネルギーＥ＝7.47×104[Ｊ mol-1]として計算が行われる。Ｒは気体定数であり、8.314[Ｊ mol-1 K-1]である
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
続いてソフトウエアは、以下の計算式９を実行する。計算式９においてγは有機物の種類によって決定されるパラメータであり、豚のふん尿についてはγ＝１として設定され、計算が行われ、そしてこのγ及び温度Ｔに対応した、バイオガスの発生量を求めるために必要な値であるｒが演算され、記憶される。
（式９）
2009160497.tif 000041
この式９においては、頻度因子ｋ0＝4.61×1011[day-1]であり、活性化エネルギーＥ＝7.47×104[Ｊ mol-1]として計算が行われる。Ｒは気体定数であり、8.314[Ｊ mol-1 K-1]である
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
続いて上記の各式が導き出されるプロセスについて説明する。以下スラリー量を液量、原料の供給量を原料の処理量と夫々記載する場合がある。また発酵槽のスラリー量を発酵槽の容量として記載する場合がある。先ず既述のメタン発酵槽を定容回分式反応器とみなし、ここでの有機廃棄物の分解速度を有機物（volatile solids：VS）の発酵槽液量基準の濃度Ｃｖｓの一次反応と仮定すると、反応速度式は次式１０となる。式１０中ｋは式１１で示す値である。
（式１０）
2009160497.tif 000042
（式１１）
2009160497.tif 000043
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
γは、上記のように有機物のメタン発酵での分解速度を規定するファクターであり、豚のふん尿の場合にγを１とする。速度定数である頻度因子ｋ0及び活性化エネルギーＥは後述の方法で求める。他の有機廃棄物については、豚ふん尿の発酵データから決めたｋ0とＥとを用いて有機物消失量を計算し、これと実際の有機物消失量との残差自乗和を最小にすべく、残差自乗の平均値の平方根として非特許文献５に記載の定義による平均自乗誤差を最小とするγを後述するように試行錯誤法で決定する。ｔ＝0での濃度をＣｖｓ0とすると、式１０の積分形として次の式１２を得る。
（式１２）
2009160497.tif 000044
【非特許文献１】一瀬；「誤差論」、pp.18、培風館（1982）
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
従って、メタン発酵槽内単位液量当たり時間ｔ＝０からｔ＝θ［ｄａｙ］までの間に消失する有機物の量は次の式１３のようになる。
（式１３）
2009160497.tif 000045
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
一方、メタン発酵槽への原料供給速度Ｆ[ｍ3day-1]、原料中のＶＳ濃度をＶＳ0、メタン発酵槽内液量をＷとし、ｔ＝0からｔ＝θまでの間のＶＳ供給全量が回分的にｔ＝０において一度にメタン発酵槽へ供給されると仮定すると、下記の式１４のようになる。
（式１４）
2009160497.tif 000046
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
なお、メタン発酵槽内の液量Ｗは、定常状態運転時には原料供給量Ｆとほぼ等しい量の液が抜き出されるため、Ｆに無関係と考えてよい。式１４で定義される濃度の有機物が、ｔ＝０からｔ＝θまでの時間に消化されるとして、発酵槽単位液量当たり、単位時間当たりの有機物の消失量は式１３と式１４とから下記の式１５のようになる。ただし式１５中のＶ0は式１６で表されるとおりである。
（式１５）
2009160497.tif 000047
（式１６）
2009160497.tif 000048
これは、ｔ＝０で投入された有機物の１日当たりの発酵槽内液量基準の有機物濃度である。ここでθ＝１日とすると、この１日間の有機物消失量［kg-VSｍ-3day-1］は式１１と式１５とから次の式１７のようになる。
（式１７）
2009160497.tif 000049
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
ここで、ある基準日（当日と称す）よりｎ日前に投入された有機物の濃度をＶｎ、ｎ日前の発酵槽温度をＴｎと表すと、ｎ日前に投入された有機物のｎ日前の１日あたりの消失量は、式１７を使って次の式１８のように表される。
（式１８）
2009160497.tif 000050
ただし、ｒｎは上述の式３で示すとおりである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
また、ｎ日前の発酵槽の全液量Ｗｎに対し、その日は液量ｗｎが抜き出されるとすると、その日に排出される有機物の比率はｗｎ／Ｗｎとなる。さらに、日々投入される有機物は、その日の前後に投入された有機物の影響を受けずに夫々独立に分解が進行すると仮定する。これらのことから、ある基準日（当日：ｎ＝０に該当）から、ｎ日前までに投入されたすべての有機物の夫々の反応消失量は下記のように表される。
（式１９）当日投入物の当日の反応消失量＝Ｖ0（１−ｒ0）
（式２０）１日前投入物の１日前の反応消失量＝Ｖ1（１−ｒ1）
（式２１）１日前投入物の当日の残量＝［Ｖ1−Ｖ1（１−ｒ1）］(１−ｗ1/Ｗ１)
＝Ｖ1ｒ1(１−ｗ1/Ｗ１)
（式２２）１日前投入物の当日の反応消失量＝Ｖ1ｒ1(１−ｗ1/Ｗ１)(１−ｒ0）
（式２３）２日前投入物の２日前の反応消失量＝Ｖ２（１−ｒ２）
（式２４）２日前投入物の２日前の残量＝［Ｖ２−Ｖ２(１−ｒ２）］(１−ｗ２/Ｗ２)
＝Ｖ２ｒ２(１−ｗ2/Ｗ2)
（式２５）２日前投入物の１日前の反応消失量＝Ｖ2ｒ2(１−ｗ2/Ｗ2)(１−ｒ1）
（式２６）２日前投入物の１日前の残量
＝Ｖ2ｒ2(１−ｗ2/Ｗ2)[１−(１−ｒ1)](１−ｗ1/Ｗ１)
＝Ｖ2ｒ2ｒ1(１−ｗ2/Ｗ2)(１−ｗ1/Ｗ1)
（式２７）２日前投入物の当日の反応消失量
＝Ｖ2ｒ2ｒ1(１−ｗ2/Ｗ2)(１−ｗ1/Ｗ1)(１−ｒ0）
従って、上記の関係をｎ日まで拡張すれば、次の式２８のようになる。
（式２８）
2009160497.tif 000051
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
次に反応消失量Ｇを計算するための未知パラメータであるメタン発酵速度定数の算出方法について説明する。もし、ｒｎ、Ｖｎ、ｗｎ、Ｗｎが夫々ｎに無関係に一定である場合、式２９は次の式３１のような等比級数の和として表せる。ただし、式３１中のαは式３２に示すとおりである。
（式３１）
2009160497.tif 000052
（式３２）
2009160497.tif 000053
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
ここで式３３のように置くと、式３１は次の式３４のようになる。
（式３３）
2009160497.tif 000054
（式３４）
2009160497.tif 000055
さらに、変形して、次の式３５のようになる。
（式３５）
2009160497.tif 000056