JP2012101216A - 微粉砕稲ワラの急速嫌気発酵処理によるエネルギー回収方法、及び発酵ガス循環による土中発酵ガスの回収方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】長径が9mm以下である切片に微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入して嫌気発酵に供する嫌気発酵処理方法。微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入して嫌気発酵に供し、生成した発酵ガスを水田土壌の上面に設置した密閉容器によって捕集するエネルギー回収方法。湛水状態の水田土壌から生成する嫌気発酵ガスを捕集した後、この嫌気発酵ガスを配管系により前記水田土壌中に循環させて噴出させることにより、水田土壌中に滞留している多量の嫌気発酵ガスを湛水上に浮上させて回収する土中発酵ガスの回収方法。
【選択図】図1
Description
旧来、例えば農業における稲ワラや籾、あるいは調理又は食事の際に出る有機性残渣等は、単に廃棄され、埋め立てられ、又は焼却処分されてきた。しかし、近年、大気中の炭酸ガス濃度の増大に基づく地球温暖化の問題がクロースアップされ、化石燃料の枯渇化の危惧等もあって、上記のような各種有機性廃棄物の有効利用が注目されている。各種有機性廃棄物の内、農業系の有機性廃棄物、とりわけ稲ワラは、我が国等においては巨大なバイオマスを構成する。
以上の従来技術とは別に、湛水状態の水田土壌では稲ワラが嫌気発酵を受け、極めて緩徐ながら嫌気発酵ガスを生成することが知られている。しかし、湛水上に浮上する嫌気発酵ガスは非常に少量であって、その発酵ガスを積極的に利用しようとする提案は、従来、ほとんど行われていない。
以上の従来技術に共通する点として、稲ワラそのものは単独では発酵処理の対象とはされて来なかった。即ち、稲ワラに対して、特許文献1では一定の水生植物等の易分解性有機物を添加・混合し、特許文献2では下水浄化過程において最終沈殿池以降に排出される処理水を添加し、特許文献3では腐敗性廃棄物に高活性な酸化カルシウムを添加してなる水和反応生成物を添加・混合している。そのため、これらの従来技術によれば、他の材料を添加・混合するために処理プロセスが複雑化し、効率面及びコスト面で不利益であった。又、本発明のように水田を嫌気発酵タンクとして利用しようとする場合、これらの添加物は好ましくなかった。
一方、前記のように農業系の有機性廃棄物、とりわけ稲ワラは我が国等においては巨大なバイオマスを構成する。更に、稲ワラの嫌気発酵によれば、メタンガス、水素ガス等の高品位のバイオマスエネルギーガスが生成する。
上記課題を解決するための本願第1発明の構成は、長径が9mm以下である切片に微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入して嫌気発酵に供する、嫌気発酵処理方法である。
上記の「式1」中、Aは特定条件下の水面に散布する乾燥状態の稲ワラ切片の質量(単位:g)であり、Bは前記水面に特定条件下の撹拌を加えてから特定の時間静置した時点で水面から沈降していた稲ワラ切片の乾燥時の質量(単位:g)である。
上記課題を解決するための本願第2発明の構成は、長径が9mm以下である切片に微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入して嫌気発酵に供し、生成した発酵ガスを前記水田土壌の上面に設置した密閉容器によって捕集する、エネルギー回収方法である。
上記課題を解決するための本願第3発明の構成は、稲ワラ切片の沈降試験における沈降率が20%を超えるように微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入して嫌気発酵に供し、生成した発酵ガスを前記水田土壌の上面に設置した密閉容器によって捕集する、エネルギー回収方法である。
上記課題を解決するための本願第4発明の構成は、湛水状態の水田土壌から生成する嫌気発酵ガスを捕集した後、この嫌気発酵ガスを配管系により前記水田土壌中に循環させて噴出させることにより、水田土壌中に滞留している嫌気発酵ガスを湛水上に浮上させて回収する、土中発酵ガスの回収方法である。
上記課題を解決するための本願第5発明の構成は、前記第4発明の土中発酵ガスの回収方法が下記(1)〜(3)のいずれか1以上の条件を備える、土中発酵ガスの回収方法である。
上記の「式1」中、Aは特定条件下の水面に散布する乾燥状態の稲ワラ切片の質量(単位:g)であり、Bは前記水面に特定条件下の撹拌を加えてから特定の時間静置した時点で水面から沈降していた稲ワラ切片の乾燥時の質量(単位:g)である。
上記課題を解決するための本願第6発明の構成は、前記第5発明の土中発酵ガスの回収方法が(3)の条件を備える場合において、水田に設置した太陽光発電装置、太陽熱回収装置により稲ワラ切片の懸濁水を加温して配管系を循環させる、土中発酵ガスの回収方法である。
2 水田土壌
3 湛水
4 密閉容器
5 気泡
6 発酵ガス貯留用タンク
7a 幹パイプ
7b 分岐パイプ
7c 枝パイプ
8 切り替えバルブ
9 噴出ジェット
10 噴出用パイプ
11 太陽光発電装置
第1発明及び第2発明に係る実施例システムの構成例を図1に示す。この図は、湛水状態にある水田における一定の面積の方形のエリアを切り出して、斜視図により示したものである。
第3発明及び第4発明に係る実施例システムの構成例を図3に示す。この図は、湛水状態にある水田における一定の面積の方形のエリアを切り出して、斜視図により示したものである。
本実施例は、長径が9mm以下である切片に微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入すると、従来の技術常識では予測できない程に急速な嫌気発酵によって、高品位のバイオマスエネルギーを高い効率で得られるという事実を実証するラボ実験に関する。
本実施例は、湛水状態の水田土壌に対して嫌気発酵ガスを循環・噴出させることにより、嫌気発酵ガスの回収量が飛躍的に増大することを確認した実施例に関する。
(試験区の設定)
名城大学附属春日井農場の湛水状態の水田に、畦波シートで3m×3mの区画を所定数作成し、それぞれの区画中に1m×2mの小区画(試験区)を設定した。
全ての処理区において正確に同一寸法の箱型透明プラスチックケースを用い、水田から発生するガスを捕集するためのガス捕集装置を構成した。これらのプラスチックケースは直方体形状で、開口部が40cm×50cm、高さが40cmである。
ガス捕集装置の設置を完了してから所定の日数を経過する度に、それぞれ3連の各処理区におけるプラスチックケース内の空気を一定の少量ずつ採取し、これを島津製作所製のガスクロ装置「GC-2014、カラム:SHINCARBON、検出器:熱伝導度型検出器(TCD)」を用いて分析し、サンプル空気中のメタンガス濃度を定量した。
上記の経時的なメタンガス濃度の定量結果を、各処理区ごとに、3連処理区の平均値として図7に示す。図7のグラフにおいて横軸の「培養期間(日)」とは、ガス捕集装置の設置を完了してからの経過日数を示す。図7から分かるように、稲ワラ切片を散布したいずれの処理区でも無処理区に比較して有意にメタンガスの発生が認められるが、特に0.5mm処理区での顕著なメタンガスの発生が注目される。
容量700mLの3体の透明沈底瓶に各500mLの水道水を収容し、それらの沈底瓶に7mm(7mm試験区)、3mm(3mm試験区)、0.5mm(0.5mm試験区)の乾燥させた稲ワラ切片を各1g(0.1%w/v)投入し、沈底瓶の開口部を封止したもとで、沈底瓶全体を上下倒立させた後に元に戻すという撹拌操作を連続して5回行った。この撹拌の終了後に沈底瓶を正しい姿勢に戻してから4時間静置した。なお、7mm試験区、3mm試験区、0.5mm試験区は、いずれも3連ずつ設定した。
回収した稲ワラ切片の質量の測定結果を、各試験区ごとに3連試験区の平均値として図8に示す。図8から分かるように、0.5mm試験区においては他の試験区と比較して稲ワラ切片の沈降性が顕著に良好であり、投入した稲ワラ切片量に対する沈降した稲ワラ切片量の比率を示す沈降率は、ほぼ90%に達した。一方、7mm試験区及び3mm試験区の稲ワラ切片の沈降率は、共に20%にとどまった。
Claims (6)
- 長径が9mm以下である切片に微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入して嫌気発酵に供することを特徴とする嫌気発酵処理方法。
- 長径が9mm以下である切片に微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入して嫌気発酵に供し、生成した発酵ガスを前記水田土壌の上面に設置した密閉容器によって捕集することを特徴とするエネルギー回収方法。
- 稲ワラ切片の沈降試験における沈降率が20%を超えるように微細化した稲ワラを湛水状態の水田土壌中に混入して嫌気発酵に供し、生成した発酵ガスを前記水田土壌の上面に設置した密閉容器によって捕集することを特徴とするエネルギー回収方法。
- 湛水状態の水田土壌から生成する嫌気発酵ガスを捕集した後、この嫌気発酵ガスを配管系により前記水田土壌中に循環させて噴出させることにより、水田土壌中に滞留している嫌気発酵ガスを湛水上に浮上させて回収することを特徴とする土中発酵ガスの回収方法。
- 前記土中発酵ガスの回収方法が下記(1)〜(3)のいずれか1以上の条件を備えることを特徴とする請求項4に記載の土中発酵ガスの回収方法。
(1)湛水状態の水田には稲ワラが放置されている。
(2)水田土壌には人為的に微細化した稲ワラ切片が混入されている。
(3)前記循環用の配管系において、微細化した稲ワラ切片の懸濁水を嫌気発酵ガスと共に搬送し、水田土壌中に噴出させる。 - 前記土中発酵ガスの回収方法が(3)の条件を備える場合において、水田に設置した太陽光発電装置、太陽熱回収装置により稲ワラ切片の懸濁水を加温して配管系を循環させることを特徴とする請求項5に記載の土中発酵ガスの回収方法。
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