JP2003023887A - 循環型施設栽培方法 - Google Patents

循環型施設栽培方法

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正史 師
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将 上野
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正滋 加藤
Toshihiko Motohori
俊彦 本堀
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生ごみ、家畜糞尿、施設栽培の栽培残渣等の
有機性廃棄物を施設栽培に必要な資源として利用する循
環型施設栽培方法を提供する。 【解決手段】 植物工場1で植物を栽培する栽培工程
と、栽培工程において発生する栽培残渣をメタン発酵設
備3でメタン発酵させるメタン発酵工程と、メタン発酵
工程で生成するバイオガスを燃料として熱併給型発電装
置5に供給して発電する発電工程もしくはバイオガスを
燃料としてボイラーに供給して燃焼させる燃焼工程とを
有し、発電工程もしくは燃焼工程で発生する電気、熱、
炭酸ガスのうちで少なくとも何れかを栽培工程で消費す
る資源として植物工場1へ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は循環型施設栽培方法
に関し、植物工場などでの施設栽培において有機性廃棄
物をリサイクルする技術に係るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、植物工場などで施設栽培を行う場
合には、植物の生育環境を人工的に最適な状態に制御し
て植物の成長を促進することができる。しかし、施設栽
培はそのランニングコストが高く、現状では採算が取り
にくい。施設栽培における主なコスト要因として以下の
ものがある。 1.電気代:光源にナトリウムランプなどの人工光を用
いる場合には電照に要するコストが最も大きくなり、そ
の他に栽培養液を循環するポンプ等の駆動に要するもの
がある。 2.燃料代:生育環境を制御するために、栽培ハウス内
の温度を一定範囲に調節する必要があり、特に冬場の暖
房にコストが掛かる。 3.炭酸ガス代:植物の成長を促進するために、栽培ハ
ウス内の炭酸ガス濃度を一定値以上に保つことが必要な
場合がある。炭酸ガスを燃焼によって作りだす場合には
燃料として天然ガスのようなクリーンな燃料が必要とな
るので、一般的には化学工業的に製造した炭酸ガスをボ
ンベで購入する場合が多い。 4.肥料代:栽培養液栽培の場合には、特定の肥料成分
濃度の栽培養液を使用する。肥料は固形で購入して溶解
させて使用する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、植物工場な
どで施設栽培する場合には、栽培した作物の内で出荷で
きない部分(栽培残渣、製品ロス)が40〜70%にも
達し、その処分が問題となっている。また、国内で施設
栽培を行う場合には、作物の生育や作業環境を考慮する
と夏場の冷房が必要であるがコストの問題から現在にお
いて栽培ハウス内を冷房をしているところはなく、高温
の生育環境が作物の生育へ与える悪影響や、高温で劣悪
な作業環境が問題となっている。
【0004】一方、生ごみや家畜糞尿をメタン発酵した
後の発酵汚泥を脱水または膜分離した脱離液は、肥効成
分である窒素をアンモニアとして1500〜3000m
g/L程度を含んでおり、この脱離液を水耕栽培の栽培
養液の成分調整用として使うという方法が考えられる。
しかし、脱離液は塩分も塩素イオン濃度で1500〜2
500mg/L程度含んでおり、栽培養液として適切な
窒素濃度である30〜50mg/Lに脱離液を希釈調節
した場合でも、塩素イオン濃度は30〜40mg/L程
度含まれることになり、通常の栽培養液の10mg/L
前後に比べてその濃度は依然として高く、施用する作物
の種類によっては問題があった。
【0005】本発明は上記した課題を解決するものであ
り、生ごみ、家畜糞尿、施設栽培の栽培残渣等の有機性
廃棄物を施設栽培に必要な資源として利用する循環型施
設栽培方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の本発明の循環型施設栽培方法は、
栽培施設内で植物を栽培する栽培工程と、栽培工程にお
いて発生する栽培残渣を発酵槽でメタン発酵させるメタ
ン発酵工程と、メタン発酵工程で生成するバイオガスを
燃料として熱併給型発電装置に供給して発電する発電工
程もしくはバイオガスを燃料としてボイラーに供給して
燃焼させる燃焼工程とを有し、発電工程もしくは燃焼工
程で発生する電気、熱、炭酸ガスのうちで少なくとも何
れかを栽培工程で消費する資源として栽培施設へ供給す
るものである。
【0007】請求項2に記載の本発明の循環型施設栽培
方法は、発電工程もしくは燃焼工程で発生する電気もし
くは熱によって冷凍機を駆動し、冷凍機で発生する冷熱
で栽培工程の施設内を冷房するものである。
【0008】請求項3に記載の本発明の循環型施設栽培
方法は、栽培工程とは異なる別所で発生する有機性廃棄
物を栽培残渣に混合してメタン発酵工程でメタン発酵さ
せるものである。
【0009】請求項4に記載の本発明の循環型施設栽培
方法は、発電工程もしくは燃焼工程で発生する炭酸ガス
を栽培工程へ供給する場合に、メタン発酵工程で生成す
るバイオガスを脱硫した後に、発電工程もしくは燃焼工
程へ供給するものである。
【0010】請求項5に記載の本発明の循環型施設栽培
方法は、メタン発酵工程で発生するメタン発酵残渣を乾
燥手段で乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程で蒸発した水
分を凝縮水として回収する凝縮工程とを有し、回収した
凝縮水を栽培工程で使用する栽培養液の温度、成分調整
に供するものである。
【0011】請求項6に記載の本発明の循環型施設栽培
方法は、凝縮工程で回収した凝縮水にメタン発酵工程で
発酵液を膜分離して得られる膜分離液を混合した混合液
を、栽培工程で使用する栽培養液の温度、成分調整に供
するものである。請求項7に記載の本発明の循環型施設
栽培方法は、凝縮工程の凝縮水もしくはメタン発酵工程
の膜分離液と凝縮水の混合液を生物学的硝化工程に供給
して凝縮水もしくは混合液中のアンモニアを硝化した後
に、生物学的硝化工程の処理水を栽培工程で使用する栽
培養液の温度、成分調整に供するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1において、栽培工程をなす植
物工場1は栽培施設内で植物を栽培するものであり、栽
培施設内では植物の生育環境を制御するために電力、
熱、冷熱、二酸化炭素を消費する。電力は栽培施設内の
人工光源や栽培養液の循環ポンプ等で消費し、熱は冬季
や夜間の暖房、給湯、植物の乾燥加工に消費し、冷熱は
夏場の冷房に消費し、二酸化炭素は植物の成長を促進す
るために消費する。
【0013】植物工場1では生産した野菜や花卉を直接
取引きや市場取引によって消費者2である周辺地域住
民、食品製造業者、食品販売業者等へ出荷し、栽培残渣
をメタン発酵工程のメタン発酵設備3へ供給する。
【0014】メタン発酵設備3では栽培工程において発
生する栽培残渣だけではバイオガスの発生量が不足する
ので、消費者2から排出される野菜の切り屑等の生ごみ
や家畜糞尿等の有機性廃棄物を栽培残渣と合わせて発酵
槽でメタン発酵させることで十分なバイオガス量を確保
し、エネルギーの完全自給を可能となす。
【0015】メタン発酵設備3には膜分離設備4が付帯
しており、膜分離設備4はメタン発酵槽内へ浸漬する浸
漬型膜分離装置(液中膜)でも良く、メタン発酵槽外に
配置する槽外型でも良い。膜分離設備4はメタン発酵設
備3の発酵液を膜分離して膜分離液を取り出す。
【0016】メタン発酵工程で生成するバイオガスは脱
硫した後に発電工程の熱併給型発電装置5もしくは燃焼
工程のボイラー(図示省略)に供給し、熱併給型発電装
置5もしくはボイラーで発生する電気、熱、炭酸ガスを
植物工場1へ栽培工程で消費する資源として供給する。
【0017】例えば、1haの栽培床面積を有する植物
工場1で、バジル、サニーレタス、ほうれん草などの軟
弱野菜(年間200〜300万株)を栽培する場合に、
電気照明のための電力約3800kWh/d、熱約43
0万kcal/d、CO2約35kg/dが必要にな
る。このため、生ごみ20t/dをメタン発酵し、得ら
れたバイオガスで熱併給型発電装置5を駆動することに
より、電力4300kWh/d、熱615万kcal/
dを得ることができ、必要電力および必要熱量の全てを
賄うことができ、年間約2600万円のコスト削減にな
る。
【0018】また、1haの栽培床面積を有する植物工
場1で、パプリカの養液栽培(年間15t生産)を行う
場合に、自然光で栽培するので電気照明の電力はほとん
ど消費しないが、夜間の最低温度を15℃以上に保持す
る必要があるので、熱1200万kcal/dが必要に
なる。このため、生ごみ20t/dをメタン発酵し、得
られたバイオガスを全てボイラーで燃焼させれば、必要
な熱量の全てを賄うことができ、年間約1100万円の
コスト削減となる。
【0019】また、夏場には熱量がかなり余るので、こ
の熱を吸収式の冷凍機6に供給し、発生する冷熱で栽培
工程の施設内を昼間に冷房することにより、養液中のア
ンモニアのガス化による作物への悪影響や、劣悪な作業
環境を改善できる。
【0020】メタン発酵設備3で発生するメタン発酵残
渣は乾燥設備7に供給する。乾燥設備7では乾燥工程に
おいて乾燥機でメタン発酵残渣を乾燥させて乾燥堆肥と
なし、乾燥工程で蒸発した水分を凝縮工程で凝縮水とし
て回収する。
【0021】回収した凝縮水は塩分が無い殺菌されたア
ンモニア水であるので、植物工場1へ単独で直接に堆肥
・水として供給しても良く、あるいはメタン発酵工程で
得られた膜分離液を混合した混合液として供給しても良
く、塩分濃度の低い栽培養液の肥料成分として供給して
栽培養液の温度、成分調整を行う。また、膜分離液のみ
を供給しても良いが、塩分濃度を10mg/L以下に抑
え込むために、少量しか供給できない。
【0022】さらに、凝縮水または凝縮水と膜分離液と
の混合液では、特に高温時にアンモニアガスや亜硝酸ガ
スが発生し、作物の葉の白化現象が生じるなど作物への
悪影響が生じる場合があるので、凝縮水もしくは分離液
と凝縮水の混合液を生物学的硝化槽8に供給して凝縮水
もしくは混合液中のアンモニアを硝化して硝酸に転換し
た後に、生物学的硝化槽8の処理水を植物工場1へ供給
して栽培養液の温度、成分調整を行う肥効成分に供して
も良い。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、栽培工程
で発生する栽培残渣を単独で、もしくは別所にて発生す
る生ごみや畜産糞尿等の有機性廃棄物とともにメタン発
酵させ、発生するバイオガスを燃料として得られた電
気、熱、冷熱、炭酸ガスを栽培工程へ資源として還元し
て作物を生産し、生産した作物を事業者へ供給すること
により、食糧の循環を低コストで完結できる。さらにメ
タン発酵残渣の乾燥時に蒸発した水分を凝縮水として回
収し、この塩分が無い殺菌されたアンモニア水である凝
縮水を栽培養液の肥料成分として供給して栽培養液の温
度、成分調整を行うことにより、肥料に要するコストを
低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における循環型施設栽培方
法を示す模式図である。
【符号の説明】
1 植物工場 2 消費者 3 メタン発酵設備 4 膜分離設備 5 熱併給型発電装置 6 冷凍機 7 乾燥設備 8 生物学的硝化槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C02F 3/34 C02F 3/34 101A 4H061 101 11/04 A 11/04 11/12 E 11/12 Z C05F 17/00 C05F 17/00 B09B 3/00 ZABC (72)発明者 植松 淳 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 加藤 正滋 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 本堀 俊彦 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 Fターム(参考) 2B314 MA14 MA39 MA62 MA67 MA70 PD43 PD50 4D004 AA02 AA03 BA03 CA18 4D028 AB00 4D040 BB00 DD14 4D059 AA01 AA07 AA23 BA12 BA15 BD00 BE42 BE49 CA07 CA22 CC01 4H061 AA02 CC36 CC55 FF02 FF06 GG19 GG50

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 栽培施設内で植物を栽培する栽培工程
    と、栽培工程において発生する栽培残渣を発酵槽でメタ
    ン発酵させるメタン発酵工程と、メタン発酵工程で生成
    するバイオガスを燃料として熱併給型発電装置に供給し
    て発電する発電工程もしくはバイオガスを燃料としてボ
    イラーに供給して燃焼させる燃焼工程とを有し、発電工
    程もしくは燃焼工程で発生する電気、熱、炭酸ガスのう
    ちで少なくとも何れかを栽培工程で消費する資源として
    栽培施設へ供給することを特徴とする循環型施設栽培方
    法。
  2. 【請求項2】 発電工程もしくは燃焼工程で発生する電
    気もしくは熱によって冷凍機を駆動し、冷凍機で発生す
    る冷熱で栽培工程の施設内を冷房することを特徴とする
    請求項1に記載の循環型施設栽培方法。
  3. 【請求項3】 栽培工程とは異なる別所で発生する有機
    性廃棄物を栽培残渣に混合してメタン発酵工程でメタン
    発酵させることを特徴とする請求項1又は2に記載の循
    環型施設栽培方法。
  4. 【請求項4】 発電工程もしくは燃焼工程で発生する炭
    酸ガスを栽培工程へ供給する場合に、メタン発酵工程で
    生成するバイオガスを脱硫した後に、発電工程もしくは
    燃焼工程へ供給することを特徴とする請求項1〜3の何
    れか1項に記載の循環型施設栽培方法。
  5. 【請求項5】 メタン発酵工程で発生するメタン発酵残
    渣を乾燥手段で乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程で蒸発
    した水分を凝縮水として回収する凝縮工程とを有し、回
    収した凝縮水を栽培工程で使用する栽培養液の温度、成
    分調整に供することを特徴とする請求項1〜4の何れか
    1項に記載の循環型施設栽培方法。
  6. 【請求項6】 凝縮工程で回収した凝縮水にメタン発酵
    工程で発酵液を膜分離して得られる膜分離液を混合した
    混合液を、栽培工程で使用する栽培養液の温度、成分調
    整に供することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項
    に記載の循環型施設栽培方法。
  7. 【請求項7】 凝縮工程の凝縮水もしくはメタン発酵工
    程の膜分離液と凝縮水の混合液を生物学的硝化工程に供
    給して凝縮水もしくは混合液中のアンモニアを硝化した
    後に、生物学的硝化工程の処理水を栽培工程で使用する
    栽培養液の温度、成分調整に供することを特徴とする請
    求項1〜6の何れか1項に記載の循環型施設栽培方法。
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