JP2007007582A - バイオガス及び浄水の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマス資源としての浮き草からバイオガスを製造する際に生じる消化液を排出することなく、さらにこの浮き草を栽培する過程で浄水を製造し、環境保護に貢献することのできる経済性に優れたバイオガス及び浄水の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】本発明のバイオガス及び浄水の製造装置６は、浮き草を導入する導入口と生成されるバイオガスを導出するガス導出口と生成される消化液を導出する消化液導出口とをもち、嫌気性発酵を行う発酵槽７と、雨水を受けかつ蓄積しさらに該消化液を肥料として加えた培養液３７を保持し、該浮き草を栽培する栽培槽８と、該培養液の余剰分３９を保持して該浮き草を栽培し、該培養液中の該肥料成分を該浮き草に吸収除去させて浄水を得る浄化槽９と、を備えることを特徴とする。前記栽培槽８及び／または前記浄化槽９は海面Ｓに設けられてもよい。また、前記浮き草はホテイアオイが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、バイオガス及び浄水を製造する方法及び装置に関し、より詳細には浮き草の栽培を応用したバイオガス及び浄水の製造方法及び製造装置に関する。

近年、環境保護や地球温暖化防止の観点から、熱エネルギーや炭酸ガスの排出を抑制することが強く要請されている。また、石油や石炭などの化石資源はエネルギー源及び工業材料として消費され、枯渇への対応は緊急の課題となっている。この２つの課題の解決策として、バイオマス資源（生物資源）を有効活用する方法が精力的に研究され、一部は実用化されている。一例として、特許文献１のバイオガス資源回収方法は、草木及び草木系廃材からバイオガスを効率的に安定して製造する方法を開示している。特許文献１では、原料である草木及び草木系廃材を蒸気または空気により高圧で所定時間保持し圧力を急激に解放して破砕するという「爆砕処理」を施した後、メタン発酵（嫌気性発酵）させ、バイオガスを製造している。

しかしながら、上記例をはじめとする嫌気性発酵を利用したバイオガスの回収方法やバイオガスを燃料とする発電装置では、嫌気性発酵により生成される消化液は利用されていなかった。したがって、消化液中に残るリンや窒素などの肥料成分が河川や湖沼、海に排出され、水質が富栄養化してヘドロ発生の原因となる弊害が生じていた。このため、消化液を排出することなく有効に使い切ることのできるバイオガスの製造方法及び装置が必要である。

一方、離島など利水の便が限られる地域では、雨水を貯水タンクに蓄積、保存し、必要に応じて浄化設備で浄化して使用している。この貯水タンク及び浄化設備には、設置イニシャルコスト及びランニングコストのかかる難点があった。さらに、浄水の保存期間が長引く場合には、水質低下が懸念されていた。したがって、良質の浄水を長期にわたり安定して供給できる経済的な浄水製造方法及び装置が必要である。
特開２００４−３３８２８号公報

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、バイオマス資源としての浮き草からバイオガスを製造する際に生じる消化液を排出することなく、さらにこの浮き草を栽培する過程で雨水を集めて浄水を製造し、環境保護に貢献することのできる経済性に優れたバイオガス及び浄水の製造方法及び製造装置を提供する。

本発明のバイオガス及び浄水の製造方法は、浮き草を嫌気性発酵させ、メタンガスを含むバイオガスと肥料成分を含む消化液とを得る嫌気性発酵工程と、雨水を集めかつ蓄積しさらに該消化液を肥料として加えた培養液を用いて、該浮き草を栽培する浮き草栽培工程と、該培養液の余剰分を用いて該浮き草を栽培し、該培養液中の該肥料成分を該浮き草に吸収除去させて浄水を得る水浄化工程と、を含むことを特徴とする。前記浮き草栽培工程及び／または前記水浄化工程を海面で行うようにしてもよい。また、前記浮き草はホテイアオイが好ましい。

本発明は、嫌気性発酵と浮き草の栽培とを組み合わせることにより、大気中の炭酸ガスを原料としてバイオガスを製造するとともに、副産物として浄水を得る方法を開示する。本発明のバイオガス及び浄水の製造方法は、嫌気性発酵工程と、浮き草栽培工程と、水浄化工程と、を含んでいる。

嫌気性発酵工程は、浮き草を原料として嫌気性発酵を行い、バイオガスと消化液とを生成する工程である。嫌気性発酵は、メタン発酵とも呼ばれるプロセスであり、酸素の存在しない条件下でメタンバクテリアなどの微生物の働きにより、有機物からバイオガスを生成することができる。製造されるバイオガスは、通常メタンガスと炭酸ガスとを多く含有している。メタンガスは天然ガスの主成分であり、エネルギー源として利用しやすい形態の燃料である。バイオガスを有効に利用するために、ガス精製を行い成分を調整するようにしてもよい。バイオガスの用途は、発電用に限定されず、一般家庭用の燃料や車両用燃料などにも利用できる。

なお、嫌気性発酵に先立ち、加水分解、酸化作用、酢酸形成等の前処理を行うようにすることもできる。この前処理では、メタンバクテリアなどは必要とせず、浮き草自体の有機物としての自己消化作用によりプロセスが進行する。

また、嫌気性発酵では、浮き草が消化されてリン化合物や窒素化合物などを含む消化液が生成される。この消化液は液体肥料として有用であり、本発明では浮き草栽培工程に使用する。消化液の成分及び／または濃度を調整し、浮き草栽培工程以外の用途に利用することもできる。

浮き草栽培工程は、培養液を用いて浮き草を栽培する工程である。培養液は、例えば栽培用の水槽に雨水を集めかつ蓄積するとともに、前記の消化液を肥料として加えて作る。栽培に際して、適当な日射量や温度などの生育条件を整えることは当然必要である。日本国内の場合、屋外であれば冬場を除いて生育条件は、ほぼ満たされると考えてよい。温室などの方策を用いれば、冬場でも生育条件を満たすことができ、年間を通しての栽培が可能である。また、培養液を加熱することも効果的である。なお、消化液に含まれないかあるいは不足する種類の養分があれば、別途供給するようにしてもよい。また、長期にわたり降雨がない場合に備え、十分な量の雨水を備蓄するようにしてもよい。

水浄化工程は、培養液の余剰分を用いて浮き草を栽培し、培養液中の肥料成分を浮き草に吸収除去させ、浄水を生成する工程である。培養液の余剰分は、例えば栽培用の水槽から水浄化用の水槽に取り分ける。この培養液の余剰分には消化液は加えずに、浮き草を栽培する。すると、培養液中の肥料成分は浮き草に可能な限り吸収除去されて浄化され、浄水を得ることができる。水浄化用の水槽で栽培する浮き草の種類は、栽培用の水槽と一緒でもよいし異なってもよい。浄水の製造にはある程度の期間が必要なため、複数の水槽を用いて水浄化工程をずらして行うようにしてもよい。これにより、浄水の製造量を時間的にならすことができる。

また、製造した浄水は、用途に応じて加工することもできる。例えば、酸やアルカリの濃度を調整して工業用水とし、あるいは雑菌を殺菌して畜産業用水とすることができる。

次に、本発明に用いるバイオマス資源を浮き草とした理由を説明する。ただ単に炭酸同化作用を必要とするのであれば、土壌に生育する一般的な植物でも適用可能である。しかしながら、バイオマス資源には、豊富な量を供給できること、年間を通して安定して供給できることなどの条件を満たす必要があり、短期間で生育しかつ通年栽培できる浮き草が好適である。また、浮き草は株別れにより増殖するので種蒔きや植え替えなどの手間が不要であり、嫌気性発酵で得た消化液を液体肥料として施すことも容易である。さらに、浄水を得ることも容易であり、人件費を含む総合的な経済性の面からも好ましい。特にホテイアオイは繁殖力が強く、短期間で増殖するとともに大きく生育するため、年間を通して継続的に収穫することができ、また水の浄化作用も強く、最適である。

本発明の浮き草栽培工程及び／または水浄化工程を海面で行うようにしてもよい。これにより、後述するように経済的に優れた製造装置を実現することができる。

本発明では、化石資源の消費により排出され地球温暖化の主因となっている炭酸ガスを、炭酸同化作用により浮き草の植物体内部に有機物として取り込むようにしている。そして、浮き草を嫌気性発酵させることによりバイオガスの形態のエネルギー源にリサイクルすることができる。また、バイオガス製造時に生じる消化液を排出することなく、肥料として浮き草の栽培に用いるようにしている。さらに、雨水に消化液を加えた培養液の肥料成分を浮き草に吸収除去させて、浄水を製造するようにしている。したがって、不要な生成物を排出せずに全てをリサイクルするため、環境保護への貢献は顕著である。さらに、原料費は殆ど不要であり、浮き草の栽培に要する人手は最小限で済み、経済的にも優れている。

次に、上述の本発明のバイオガス及び浄水の製造方法を行うための製造装置について説明する。本発明のバイオガス及び浄水の製造装置は、浮き草を導入する導入口と生成されるバイオガスを導出するガス導出口と生成される消化液を導出する消化液導出口とをもち、嫌気性発酵を行う発酵槽と、雨水を受けかつ蓄積ｓらに該消化液を肥料として加えた培養液を保持し、該浮き草を栽培する栽培槽と、該培養液の余剰分を保持して該浮き草を栽培し、該培養液中の該肥料成分を該浮き草に吸収除去させて浄水を得る浄化槽と、を備えることを特徴とする。前記栽培槽及び／または前記浄化槽は海面に設けられてもよい。また、前記浮き草はホテイアオイが好ましい。

発酵槽は、メタンバクテリアなどの微生物の働きにより浮き草をメタンガス及び炭酸ガス等の低分子化合物に消化分解する槽である。このような発酵槽としては従来から公知の装置を使用することができる。発酵温度で２０℃程度の低温発酵槽、３０℃程度の中温発酵槽及び５０〜６０℃の高温発酵槽が知られている。発酵温度が高いほど分解速度が速いことが知られている。高温発酵槽は、当然に加熱装置を付属したものになる。

発酵槽に投入される浮き草は細かく粉砕されていると消化分解が促進されるので、導入口に粉砕手段を持つものとすることもできる。また、浮き草は発酵の前処理工程として、加水分解、酸化作用、酢酸形成等のプロセスにより一部が分解される。したがって、発酵槽に隣接して、前処理工程を行う前処理槽を設けることもできる。この前処理槽ではメタンバクテリアなどを含んだ発酵液を使用せずとも、浮き草自体の有機物としての自己消化作用によりプロセスが進行する。

また、発酵槽の消化液導出口には消化液改質手段を備えることもできる。消化液改質手段では、得られた消化液の成分及び／または濃度を調整し、液体肥料として栽培槽に供給することができる。また、栽培槽以外の外部に供給することもできる。

栽培槽は浮き草を栽培する槽であり、雨水を受けかつ蓄積し保持するために、上端が開口したプール状の水槽を用いることができる。栽培槽と発酵槽の消化液導出口とを管路で連通させることができ、雨水に消化液を加えて培養液を作ることができるようになっている。浮き草は、培養液の水面に浮遊し、培養液から肥料成分と水分とを吸収し、大気中の炭酸ガスを吸収して太陽光のエネルギーで炭酸同化作用を行う。これにより浮き草は生育し、また、株別れにより子株、孫株を作って増殖する。

栽培槽には、培養液の温度を適正に保つための加熱装置を設けるようにしてもよい。適正な温度は栽培する浮き草の種類に依存するが、例えばホテイアオイでは１５℃以上、より好ましくは２０℃程度である。加熱装置をもたないと、日本国内では冬場に浮き草を増殖させることができなくなり、年間を通しての栽培が困難になる。また、栽培槽を温室内に設けることもできる。ガラス温室あるいはビニール温室により、空気の温度が高く維持されるため、温度低下による浮き草の増殖速度の低下を抑制することができる。

なお、栽培槽には、消化液に含まれないかあるいは不足する種類の養分を別途供給する肥料供給手段を備えるようにしてもよい。また、長期にわたり降雨がない場合に備え、十分な雨水を備蓄することの可能な雨水備蓄槽を備えるようにしてもよい。雨水備蓄槽には、例えば本願出願人の出願による水上貯水タンク及び集水装置（特開２００３−１３８６１２）を適用することができる。

浄化槽は、培養液の余剰分を保持して浮き草を栽培し、培養液中の肥料成分を浮き草に吸収除去させて浄水を得る槽である。浄化槽にも上端が開口したプール状の水槽を用いることができる。浄化槽と栽培槽とを管路で連通させ、培養液の余剰分を容易に取り分けられるようにすることが好ましい。浄化槽では、培養液に消化液を加えずに浮き草を栽培する。すると、培養液中の肥料成分は浮き草に可能な限り吸収除去されて浄化され、浄水を得ることができる。浄化槽の内部を区画し、あるいは複数の浄化槽を備えて、水浄化工程をずらして行うようにしてもよい。これにより、浄水の製造量を時間的にならすことができる。

また、製造した浄水を、用途に応じて加工する手段を備えてもよい。例えば、浄水加工手段を設けて酸やアルカリの濃度を調整して工業用水を製造し、あるいは雑菌を取り除き畜産業用水を製造することができる。

本発明の栽培槽及び／または浄化槽は海面に設けられてもよい。この２つの槽は、例えば、海面を矩形に囲むフレームと、フレーム内の海面を覆うシートと、により形成することができる。このとき、シートの内側に保持される培養液と外側の海水とは力学的に釣り合うため、小さな機械強度で槽を形成することができる。また、設置用地の制約がないので、適切な規模とすることが容易である。この２点で、経済的に優れた製造装置とすることができる。

本発明のバイオガス及び浄水の製造方法は、浮き草を嫌気性発酵させてバイオガスと消化液とを得る嫌気性発酵工程と、雨水に消化液を加えた培養液を用いて浮き草を栽培する浮き草栽培工程と、培養液の余剰分中の肥料成分を浮き草に吸収除去させて浄水を得る水浄化工程と、を含む。このため、バイオガス及び浄水を製造する際に消化液を排出することがなく、環境保護に貢献することができる。

本発明のバイオガス及び浄水の製造装置は、嫌気性発酵を行う発酵槽と、雨水に消化液を加えた培養液を保持して浮き草を栽培する栽培槽と、培養液の余剰分中の肥料成分を浮き草に吸収除去させて浄水を得る浄化槽と、を備える。このため、原料費は殆ど不要であり、人手も最小限で済み、バイオガス及び浄水を経済的に製造することができる。とりわけ、栽培槽及び／または浄化槽を海面に設けることにより、経済的に優れた製造装置とすることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、図１及び図２を参考にして説明する。図１は、本発明の実施例のバイオガス及び浄水の製造方法１を示す工程図である。図１で、各工程は矩形で囲んで示し、原材料や生成物は長円形で囲むとともに、矢印で流れを示している。実施例のバイオガス及び浄水の製造方法１は、嫌気性発酵工程２と付随する前処理工程２１及びガス改質工程２２及び発電工程２３及び消化液改質工程２４、浮き草栽培工程３とこれに付随する雨水備蓄工程３１、水浄化工程４とこれに付随する浄水加工工程４１、の合計３つの主工程と６つの付随工程で構成されている。

前処理工程２１では、浮き草３８、４７を原料として、加水分解、酸化作用、酢酸形成等の前処理が行われる。この前処理では、メタンバクテリアなどは必要とせず、浮き草自体の有機物としての自己消化作用によりプロセスが進行する。嫌気性発酵工程２では、前処理工程２１を終えた浮き草３８、４７を原料として、嫌気性発酵が行われ、バイオガス２６と消化液２７とが生成される。製造されたバイオガス２６はそのまま外部に供給してもよいが、ガス改質工程２２で用途に適した成分に精製してもよい。精製されたバイオガス２６は、発電工程２３へ発電用燃料として供給する他、一般家庭用の燃料や車両用燃料などの用途に供給してもよい。発電工程２３では、原動機方式や蒸気タービン方式で発電を行い、電力２８を生成して外部に供給することができる。一方、製造された消化液２７は、浮き草栽培工程３で使用する他、消化液改質工程２４で成分及び／または濃度を調整して液体肥料２９とし、別の用途に利用することもできる。

雨水備蓄工程３１では、降雨時に十分な量の雨水３６を備蓄する。この雨水３６に適宜消化液２７が肥料として加えられて培養液３７が作られ、浮き草栽培工程３に供給される。浮き草栽培工程３では、適当な日射量や温度などの生育条件が整えられて、浮き草３８が栽培される。浮き草栽培工程３には、温室や培養液３７の加熱装置などを用いてもよい。なお、消化液２７に含まれないかあるいは不足する種類の養分は、別途供給する。浮き草３８の栽培には、元となる親株が必要であるが、一旦栽培が始まれば株分かれが進行するため、以降は種蒔きに相当する定期的な作業は不要である。増殖、生育した浮き草３８はバイオマス資源として収穫され、前処理工程２１に送られ嫌気性発酵の原料となる。また、培養液３７の余剰分３９は、水浄化工程４で使用される。

水浄化工程４では、培養液３７の余剰分３９を用いて浮き草４７を栽培する。培養液３７の余剰分３９には消化液２７は加えない。したがって、浮き草４７は培養液３７中の肥料成分を可能な限り吸収し、浄水４６が製造される。浄水４６は、そのまま外部に供給してもよいが、浄水加工工程４１で用途に適するように加工し、工業用水４８や畜産業用水４９などにして供給してもよい。浄水４６中では浮き草４７の生育は止まるため、生育途中であっても収穫してよいし、他の培養液３７に移して栽培を継続してもよい。

なお、浮き草栽培工程３で栽培する浮き草３８と、水浄化工程４で栽培する浮き草４７とは、ともにホテイアオイが好適である。

上述の実施例のバイオガス及び浄水の製造方法１によれば、雨水３６と大気中の炭酸ガスを原料として、日光により炭酸同化作用を行い、バイオガス２６及び浄水４６を製造でき、さらには電力２８や液体肥料２９も生成することができる。一方、浮き草３８、４７やメタンバクテリアなどの微生物は増殖するため、原料として定期的に供給する必要はなく、原料費は限りなく低廉である。

図２は、本発明の別の実施例のバイオガス及び浄水の製造装置６を示す説明図である。実施例の製造装置６は、海面Ｓから陸地Ｌにまたがって配設されている。まず、図２を参考にして、海面Ｓに備えられている栽培槽８、雨水備蓄槽８５、及び浄化槽９について説明する。

栽培槽８は、上方の開いた底の浅い箱形をしており、側面を形成するフレーム８００と底部を形成するシート８１０とで構成されている。フレーム８００は海面Ｓ上に浮かび、海面Ｓを矩形に囲んでいる。フレーム８００は、断面矩形の強固な枠体８０１と、枠体８０１に内蔵され内部空間を持つ浮体８０２とで構成され、全体の比重が１未満に形成されている。フレーム８００の断面形状は矩形に限らず円形その他でもよく、構成部材も限定されず比重が１未満の木材や中空の樹脂などを用いてもよい。シート８１０は、フレーム８００が囲んだ矩形の海面Ｓの全面を覆っている。シート８１０の周縁端部は上方に折り曲げられて箱形とされ、フレーム８００の内側上部に固定されている。シート８１０には、柔軟で水密性のあるゴムシートなどを用いることができる。栽培槽８の箱形のシート８１０の内部には培養液３７が適量保持されている。培養液３７の増減により栽培槽８の喫水線は上下するが、シート８１０の周縁端部は喫水線の上限よりもさらに上側とされ、海水の浸入は阻止されている。

また、栽培槽８は内部に培養液３７の液面を区画して液路を形成するためのガイド壁８３０を備えている。ガイド壁８３０は、培養液３７の液面に浮かぶ浮き頭部８３１と、浮き頭部８３１より下方に垂れ下がり底部のシート８１０に固定される壁部８３２と、からなっている。浮き頭部８３１には、中空の浮体や発泡スチロールなどを用いることができる。壁部８３２には、シート８１０と同じゴムシートなどを用いることができる。なお、壁部８３２の下部とシート８１０との間は、密着して固定する必要はなく、培養液３７の往来があっても許容される。栽培槽８のさらに詳細な構成や付帯器具は、項を改めて後に詳述する。

雨水備蓄槽８５は、栽培槽８の水深の深い側に隣接し、海面Ｓに配設されている。雨水備蓄槽８５は、浮き枠体８５１と側壁部８５２と底部８５３とで形成されている。浮き枠体８５１の比重は１未満で、海面Ｓを区画しており、木材や中空の樹脂などで形成されている。側壁部８５２は、上端が浮き枠体８５１に連結し、筒状で、海中で上下方向に蛇腹状に自在に伸縮し、水密性を有する部材で形成されている。底部８５３は、側壁部８５２の下端を塞ぐように一体に、水密性を有する部材で形成されている。側壁部８５２と底部８５３とにより、雨水備蓄槽８５の機能を果たす水槽が構成されている。

降雨があると、浮き枠体８５１の区画内に落下した雨水３６は、この水槽に備蓄されるようになっている。さらに、雨水３６の量が増加してくると、蛇腹状の側壁部８５２は伸張して海中深部にまで達し、十分な量を備蓄できるようになっている。そして、雨水備蓄槽８５から栽培槽８へ、雨水管路８８７及び送水ポンプ８８８により、適宜雨水３６が移送されるようになっている。なお、水槽内の雨水３６と外部の海水とは力学的に釣り合っており、比重の小さい雨水３６の水面は海面Ｓよりも高くなる。このため、側壁部８５２が限界まで伸張して備蓄量が最大になったときにも雨水３６が流出しないように、浮き枠体８５１には十分な高さを持たせてある。

浄化槽９は、栽培槽８に隣接した海面Ｓに配設されている。浄化槽９でも浮き草４７を栽培するため、主要部の構成は栽培槽８と同様となっている。そして、栽培槽８から浄化槽９へ、図略の管路及び送水ポンプにより、培養液３７の余剰分３９が移送されるようになっている。

なお、上記海面Ｓに備えられる栽培槽８、雨水備蓄槽８５、及び浄化槽９は、波しぶきを防ぐ防波堤や、特定の地点に繋ぎ止めるための繋留装置、移動のための推進装置などを備えてもよい。

次に、図３を参考にして、陸地Ｌに備えられている発酵槽７、前処理部７１、貯留タンク７４、及び発電機７５について説明する。

前処理部７１は、発酵槽７に隣接して配設され、乾燥機７２０と粉砕機７３０と前処理槽７１０とで構成されている。乾燥機７２０は、浮き草３８を乾燥させ、水分含有量を適正化するものである。乾燥機７２０は、乾燥用コンベヤ７２１、７２２、７２３を上下３段に備え、かつ各段は左右に互い違いにずらして配設されている。浮き草３８、４７は、図略の運搬用コンベヤあるいは運搬船などの手段により栽培槽８及び浄化槽９から運ばれ、まず最上段のコンベヤ７２１に戴置される。浮き草３８、４７は、最上段のコンベヤ７２１によってゆっくり水平に移動しながら乾燥し、図３に破線の矢印で示すように、終端で２段目のコンベヤ７２２に落下する。２段目のコンベヤ７２２は浮き草３８、４７を逆方向に水平移動させながら乾燥させ、最終的には３段で左右に１往復半する工程で乾燥が終了するようになっている。３段目のコンベヤ７２３の終端の下部には粉砕機７３０が配設され、乾燥した浮き草３８、４７を収容できるように配置されている。

粉砕機７３０は、収容した乾燥済みの浮き草３８、４７を細かく粉砕することにより、次の前処理及び嫌気性発酵を促進するものである。粉砕機７３０は、管路７３１により前処理槽７１０に連通しており、粉砕された浮き草３８、４７が自動的に移送されるようになっている。前処理槽７１０は、粉砕機７３０に隣接して配設されている。前処理槽７１０では、浮き草３８、４７の自己消化作用により、加水分解、酸化作用、酢酸形成等の前処理が進行する。前処理槽７１０は、管路７１１により発酵槽７に連通しており、前処理を終えた浮き草３８、４７が自動的に移送されるようになっている。

発酵槽７は、前処理槽７１０に隣接して設けられている。発酵槽７には、化学的に安定し耐候性に優れた例えば金属製の堅牢な密閉タンク７００が用いられる。密閉タンク７００の側壁下部には浮き草３８、４７を導入する導入口７０１が設けられ、前処理槽７１０からの管路７１１が連通している。密閉タンク７００の側壁上部には生成されるバイオガス２６を導出するガス導出口７０２が設けられ、側壁中間高さには生成される消化液２７を導出する消化液導出口７０３が設けられている。さらに密閉タンク７００の底部には排出弁７０４が設けられている。密閉タンク７００の内部には、メタンバクテリアなどを含む発酵液の供給手段が設けられ、生成されるバイオガス２６は密閉タンク７００の上部に蓄積し、消化液２７は浮き草３８、４７の上側に分離するようになっている。

貯留タンク７４は、発酵槽７に隣接して配設され、堅牢な密閉タンク７４０が用いられる。貯留タンク７４は、ガス導出管７４１を介してガス導出口７０２に連通し、消化液導出管７４２を介して消化液導出口７０３に連通している。そして、発酵槽７内のバイオガス２６は、圧力差によりガス導出管７４１内を自然に流れて貯留タンク７４に移動し、貯留されるようになっている。また、発酵槽７内の消化液２７は、消化液導出口７０３に近い上澄み液から順に流れ出て、消化液導出管７４２を通って貯留タンク７４に移動し、貯留されるようになっている。

一方、貯留タンク７４の密閉タンク７４０の側壁下部には、肥料管路７４３が設けられ、肥料ポンプ７４４を介して栽培槽８に連通している。肥料管路７４３と肥料ポンプ７４４とにより、消化液２７は液体肥料として雨水３６に適宜加えられ、培養液３７が作られるようになっている。また、密閉タンク７４０の側壁上部寄りには燃料管路７４５が設けられて発電機７５に連通し、バイオガス２６を移送できるようになっている。さらに密閉タンク７４０の底部には排出弁７４６が設けられている。本実施例では、貯留タンク７４は共通に１基としたが、バイオガス２６用と消化液２７用にそれぞれ、合計２基設けてもよい。

発電機７５は、原動機７５１と、発電機本体７５２とで構成されている。原動機７５１には燃料管路７４５の終端が連通し、バイオガス２６が供給されるようになっている。原動機７５１では、バイオガス２６が燃焼し、熱エネルギーが機械的エネルギーに変換される。原動機７５１と発電機本体７５２との間は、動力伝達ベルト７５４あるいは共通シャフトによって連結され、機械的エネルギーが伝達されている。発電機本体７５２では、機械的エネルギーが電気的エネルギーに変換されて電力２８が生成され、出力端子７５５から出力される。

上述の構成による製造装置６では、海面Ｓで浮き草３８、４７の栽培及び浄水４６の製造を行い、陸地Ｌで嫌気性発酵によるバイオガス２６の製造及びバイオガス２６を用いた発電を行うことができる。

栽培槽８のさらに詳細な構成及び付帯器具について、図４〜図６を参考にして説明する。図４は、図２に示される海面Ｓに備えられた栽培槽８を上方から見た鳥瞰図である。栽培槽８は、前述のフレーム８００及びシート８１０及びガイド壁８３０と、収穫手段８７０、液管理手段８８０と、で構成されている。

ガイド壁８３０は、栽培槽８内の培養液３７の液面を、所定幅を有し一端８２１から終端８２２に延びる屈曲した帯状に区画して液路を形成している。液路は、図３の左下隅を一端８２１として、右に向かってジグザグ状に延びて右下隅に達した後、右上隅、左上隅を経て、左下隅を終端８２２としている。一端８２１と終端８２２との間には収穫手段８７０が設けられている。

収穫手段８７０は、図４に示されるように、栽培槽８の左下隅に設けられ、ガイド壁８３０により形成された液路の終端８２２に誘導される浮き草３８を収穫できるように配置されている。図５は、収穫手段８７０の垂直断面図である。図５に示されるように、収穫手段８７０は、箱体８７１、下部ローラ８７２、上部ローラ８７３、図略の駆動源、エンドレスベルト８７４、移送コンベヤ８７５、とで構成されている。

箱体８７１は、培養液３７の液路の終端８２２に連通し海水に対して水密性を持つ箱状の部材である。箱体８７１は、収穫手段８７０を構成する各部材を支持するとともに、後述の液管理手段８８０の主要部を内蔵している。下部ローラ８７２は箱体８７１内の培養液３７中に配設され、上部ローラ８７３は下部ローラ８７２の斜め上方の大気中に配設されている。エンドレスベルト８７４は、２つのローラ８７２、８７３間に傾斜して張設されている。そして、図略の駆動源が上部ローラ８７３を駆動すると、上部ローラ８７３は図中右回転して、エンドレスベルト８７４もローラ８７２、８７３間をコンベヤの如く図中右回転する。なお、駆動源は連続使用、定期的な間欠使用、任意の操作による使用、のいずれにも対応できるようになっている。

エンドレスベルト８７４は、一面に孔を有するメッシュ状の部材で形成されるとともに、多数の起立するピン８７６を備えている。移送コンベヤ８７５は物品を移送する一般的なベルトコンベヤであり、箱体８７１の上面に配置され、一方８７７が上部ローラ８７３の下側に、他方８７８がフレーム８００よりも外側にまで懸架されている。

収穫手段８７０により、液路の終端８２２に誘導された浮き草３８はピン８７６に引っ掛かり、エンドレスベルト８７４及び移送コンベヤ８７５によって移送され、収穫されるる。次いで、浮き草３８は、図略の運搬用コンベヤあるいは運搬船により陸地Ｌまで運搬され、乾燥機７２０に投入される。

液管理手段８８０は、培養液３７の取り込み口８８１、培養液ポンプ８８２、送液管８８３、肥料手段８９０、液誘導手段８９５、で構成されている。図６は、液管理手段８８０の主要部を示す説明図である。取り込み口８８１は、収穫手段８７０または液路の終端８２２の底部に連通しており、培養液３７を取り込むことができる。培養液ポンプ８８２は、取り込み口８８１から培養液３７を取り込み、送液管８８３に圧送するものである。培養液ポンプ８８２から出た送液管８８３の途中には三方弁の送液バルブ８８５が設けられ、圧送先を液誘導手段８９５と排出口８８６とに切り替えられるようになっている。排出口８８６は、降雨などが流入して過剰となった培養液３７を排出するためのものである。

肥料供給手段８９０は、肥料タンク８９１と肥料バルブ８９２とで構成されている。肥料タンク８９１には、消化液２７では補給できない養分を濃い濃度で含む液体肥料が貯蔵されている。肥料バルブ８９２は肥料タンク８９１と送液管８８３との間を開閉するものであり、開くことにより液体肥料が培養液３７中に流入するようになっている。

送液管８８３の途中には、雨水備蓄槽８５からの雨水管路８８７が送水ポンプ８８８を介して連通している。したがって、この雨水管路８８７により、雨水備蓄槽８５に備蓄された雨水３６を栽培槽８に移送することができる。さらに、雨水管路８８７の途中には、貯留タンク７４からの肥料管路７４３が肥料ポンプ７４４を介して合流している。したがって、この肥料管路７４３により、貯留タンク７４内の消化液２７を雨水３６に加えて培養液３７を作ることができる。

送液バルブ８８５及び肥料バルブ８９２の開閉操作と、培養液ポンプ８８２及び送水ポンプ８８８及び肥料ポンプ７４４の入り切り操作とは、人手で行ってもよく、また電気的な制御装置により行うこともできる。電気的な制御装置を用いる場合には、各バルブ８８５、８９２は電磁弁とし、液面検出部、液質検出部、流れ検出部などを付属するのが好ましい。これらの検出部により、培養液３７の液面レベルや養分含有濃度、流れの状態を検出することができ、自動制御によって培養液３７を適正な栽培条件に管理することができる。なお、栽培条件に関与する気温なども検出して参照し、制御条件に反映するようにしてもよい。

液誘導手段８９５には、培養液３７を噴出するノズルが用いられる。液誘導手段８９５は、図４に示されるようにガイド壁８３０により形成される液路の屈曲部に複数設けられ、培養液ポンプ８８２から圧送される培養液３７を図中矢印方向の液中または気中に噴出すように構成されている。これにより、培養液３７は全体として液路の一端８２１から他端８２２に向かって流れ、浮き草３８を収穫手段８７０へと誘導することができる。

実施例の栽培槽８では、ガイド壁８３０により一端８２１から終端８２２に延びる屈曲した液路が形成されている。さらに、液誘導手段８９５により培養液３７に流れが形成され、栽培槽８全体で均一化された良好な栽培条件が得られるようになっている。これにより、浮き草３８を効率的に自動で栽培するとともに、スムーズに収穫手段８７０に誘導することができる。また、収穫手段８７０を備えることにより、栽培だけでなく収穫作業までも自動で行え、生産性は極めて高い。さらに、栽培槽８は海面Ｓに備えられて内側の培養液３７と外側の海水とが力学的に釣り合うため、小さな機械強度で形成することができる。また、設置用地の制約がないので、適切な規模とすることが容易である。このように多くの点で優れた栽培槽８となっている。

本発明の実施例のバイオガス及び浄水の製造方法を示す工程図である。 本発明の別の実施例のバイオガス及び浄水の製造装置を示す説明図である。 図２の実施例の製造装置のうち、陸地に備えられている範囲を示す説明図である。 図２の実施例の製造装置のうち、栽培槽のさらに詳細な構成及び付帯器具を示す説明図である。 図４における収穫手段を示す垂直断面図である。 図４における液管理手段の主要部を示す説明図である。

符号の説明

１：バイオガス及び浄水の製造方法
２：嫌気性発酵工程
２１：前処理工程 ２２：ガス改質工程 ２３：発電工程
２４：消化液改質工程
２６：バイオガス ２７：消化液 ２８：電力 ２９：液体肥料
３：浮き草栽培工程
３１：雨水備蓄工程
３６：雨水 ３７：培養液 ３８：浮き草 ３９：余剰分
４：水浄化工程
４１：浄水加工工程
４６：浄水 ４７：浮き草 ４８：工業用水 ４９：畜産業用水
６：バイオガス及び浄水の製造装置
７：発酵槽
７１：前処理部
７１０：前処理槽 ７２０：乾燥機 ７３０；粉砕機
７４：貯留タンク ７５：発電機
８：栽培槽
８００：フェンス ８１０：シート ８３０：ガイド壁
８７０：収穫手段 ８８０：液管理手段 ８９０：肥料供給手段
８９５：液誘導手段
９：浄化槽
Ｓ：海面 Ｌ：陸地

Claims (6)

1. 浮き草を嫌気性発酵させ、メタンガスを含むバイオガスと肥料成分を含む消化液とを得る嫌気性発酵工程と、
   雨水を集めかつ蓄積しさらに該消化液を肥料として加えた培養液を用いて、該浮き草を栽培する浮き草栽培工程と、
   該培養液の余剰分を用いて該浮き草を栽培し、該培養液中の該肥料成分を該浮き草に吸収除去させて浄水を得る水浄化工程と、
   を含むことを特徴とするバイオガス及び浄水の製造方法。
2. 前記浮き草栽培工程及び／または前記水浄化工程を海面で行う請求項１記載のバイオガス及び浄水の製造方法。
3. 前記浮き草はホテイアオイである請求項１または２記載のバイオガス及び浄水の製造方法。
4. 浮き草を導入する導入口と生成されるバイオガスを導出するガス導出口と生成される消化液を導出する消化液導出口とをもち、嫌気性発酵を行う発酵槽と、
   雨水を受けかつ蓄積しさらに該消化液を肥料として加えた培養液を保持し、該浮き草を栽培する栽培槽と、
   該培養液の余剰分を保持して該浮き草を栽培し、該培養液中の該肥料成分を該浮き草に吸収除去させて浄水を得る浄化槽と、
   を備えることを特徴とするバイオガス及び浄水の製造装置。
5. 前記栽培槽及び／または前記浄化槽は海面に設けられる請求項４記載のバイオガス及び浄水の製造装置。
6. 前記浮き草はホテイアオイである請求項４または５記載のバイオガス及び浄水の製造装置。

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