JP3566654B2 - Sheet mat sealed pond and livestock manure processing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽エネルギーのパッシブ利用に依存した安価で構造が簡単なシート・マット密閉ポンド及びシート・マット密閉ポンドによる処理・ガス化技術を利用した家畜糞尿処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
北海道における酪農業は、乳用牛の飼養頭数の増加に伴ってつなぎ方式から放し飼い(フリーストール)方式に移行している。
そのため敷料の減少により堆肥化困難となり、また飼料給与の変化で糞尿は軟化し流動状態(スラリー)で排出、貯留される傾向にあり、地域環境の汚染の原因となっている。
このような状況下で、家畜糞尿の適正処理への対応として平成11年11月に「家畜排泄物の適正管理化及び利用の促進に関する法律(家畜排泄物法)」が制定され、平成16年11月までの5年間に屋根掛け堆肥盤等を設置して、降雨の流入による流出汚染防止対策を実施することが義務づけられた。
堆肥盤・尿溜には屋根掛けや壁の整備など、状況に応じた糞尿処理・管理方策が必要になるが、スラリーの処理法にはスラリーストア、ラグーン等の貯留法があり、また新しい技術として糞尿をメタン発酵処理をするバイオガスプラントがヨーロッパから導入され実証実験が開始されたところである。
しかし、このうち特にバイオガスプラントは設備費や維持費が嵩み、一般酪農家には自己資金による導入は困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、シャローソーラーポンドの原理を取り入れ、太陽エネルギーのパッシブ利用に依存した安価で構造が簡単なシート・マット密閉ポンド及びシート・マット密閉ポンドによる処理・ガス化技術を利用した家畜糞尿処理方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のシート・マット密閉ポンドは、コンクリート基礎に立設された透明シート張りのカラマツ材上屋と、該カラマツ材上屋によって風雨から保護された土間空間と、該土間空間全面に敷設された断熱・通気マットと、該断熱・通気マット上に載置された扁平なプラスチックバッグと、該プラスチックバッグに乳用牛から排出される流動性のあるスラリー状の糞尿を充填してなるものである。
本発明の家畜糞尿処理方法は、コンクリート基礎に立設された透明シート張りのカラマツ材上屋と、該カラマツ材上屋によって風雨から保護された土間空間と、該土間空間全面に敷設された断熱・通気マットと、該断熱・通気マット上に載置された扁平なプラスチックバッグとからなるシート・マット密閉ポンドにおいて、乳用牛から排出される流動性のあるスラリー状の糞尿を前記プラスチックバッグに投入し、前記プラスチックバッグに大量貯留した後、前記プラスチックバッグに貯留された糞尿スラリーを長期間保存してソーラーエネルギーにより嫌気発酵させた後、発生したメタンガスはガス取出口から、堆肥は堆肥取出口からそれぞれ抜き取るものである。
【0005】
【実施例】
まず、シャローソーラーポンド(Shallow Solar Pond ; SSP)の原理を説明する。
太陽エネルギーの実用化技術にソーラーポンド(太陽の池)があり、一般にソーラーポンドとは、大きな窪地に大量の塩水を張った人工池のことをいう。
水深は2〜3mの上下二層からなり、上層は水深とともに塩水濃度が増加する濃度勾配層で、下層はその最大濃度を保った一様濃度の蓄熱層である。
ポンドに入射した日射は濃度勾配層を透過して蓄熱層に達し、ポンド底部に吸収され蓄熱層の温度が上昇する。
その際、濃度勾配層において温度差に基づく密度差の減少を濃度差に基づく密度差の増加が上回り、その対流が阻止され、表面からの熱損失が抑えられるので、蓄熱層の温度は予想以上に上昇し大量の蓄熱ができる。
【0006】
それに対して、シャローソーラーポンド(Shallow Solar Pond ; SSP)は、地表に断熱材を敷きその上に真水を満たしたプラスチック製のバッグを置いたもので、大きな表面積に対して水深は100〜200mm程度である。
シャローソーラーポンドは中間温度(40〜60℃)の温水を工業用プロセスヒートとして供給するもので、使用法は、朝方水を注入すると日中太陽熱を受けて昇温し、夕方にお湯を排出し断熱蓄熱タンクに抜き取って給湯に用いる1日サイクルのバッチ方式である。
【0007】
代表的なSSPモジュールは、水を満たした幅5m×長さ60m×厚さ100mmのプラスチックバッグである。
図6に示すように、その水入りプラスチックバッグAは、上面が透明、下面が黒色のプラスチックから形成され、周囲をコンクリート縁石Bに囲まれた発泡断熱材の断熱床Cの上に置かれ、縁石B,B間に1.2m間隔で渡した支持棒Dに支持された繊維入りの波状透明プラスチック板Eで上方を覆われ、該波状透明プラスチック板EとプラスチックバッグAとの間には空気層Fが形成される。
このように、シャローソーラーポンドは、大きな扁平なバッグに水を満たし、日射や大気熱を受けて自然の状態で太陽熱によって温水を得る方法であり、いわゆる太陽熱のパッシブ利用の一例である。
【0008】
この方法をフリーストール方式の乳用牛から排出される流動性のあるスラリー状の糞尿処理に応用しようとするもので、以下、本発明を「シート・マット密閉ポンド」と称する。
シャローソーラーポンドは、朝方冷水を充填し、日中日射を受けて昇温し、夕方温水として取り出すもので、1日サイクルの利用法であるのに対し、本発明のシート・マット密閉ポンドは、日々排出されるスラリー状の糞尿を搬入してプラスチックバッグに投入し、長期間大量に貯留しておきソーラーエネルギーを受け嫌気発酵させる方法である。
【0009】
本発明のシート・マット密閉ポンドの実施例を図面に基づいて説明すると、
図1に示すように、本発明のシート・マット密閉ポンドは、コンクリート基礎1に立設されたカラマツ間伐材を組み立てて外面を透明シートで覆ったカラマツ材上屋2と、該カラマツ材上屋2によって風雨から保護された土間空間3と、該土間空間3全面に多数個敷設された断熱・通気マット4と、該断熱・通気マット4上に載置された扁平なプラスチックバッグ5とからなる。
【0010】
前記カラマツ材上屋2は、図2に示すように、適宜面積となるように四周囲のコンクリート基礎1を構築し、かつ屋根の棟6を支えるように等間隔に配置された中央のコンクリート基礎1とを構築し、各コンクリート基礎1には支持金具7が固定されており、カラマツ間伐材の下端を支持金具7に固定して四周囲のコンクリート基礎1と側柱8、補助柱9、主柱10との連結が行われ、かつ屋根梁11や方づえ12も連結金具13によって側柱8、補助柱9、主柱10に連結されて、カラマツ材上屋2が組み立てられる。
組み立てられた丸太小屋の如きカラマツ材上屋2の外面を、透明シートで覆って温室構造として室内温度を維持する。
【0011】
前記断熱・通気マット4は、図3、図4に示すように、ほぼ扁平方形状をなし、長手方向に複数本の加熱シールを行い円筒状の収納部14が並設され、該収納部14にゴムチップ、プラスチックの屑などの粒状物15が充填密封シールされ、さらに対向する辺同士に重複しないように連結用筒状体16を延設している。
したがって、コンクリート基礎1に囲まれた土間空間3に断熱・通気マット4の外周を隣り合う辺の連結用筒状体16が重複しないように敷き詰め、連結用筒状体16に連結パイプ(図示せず)を貫入して隣り合う断熱・通気マット4同士を連結固定することができる。
また、収納部14,14間の凹所を空気が流通可能であり、プラスチックバッグ5を下面から温めることができる。
【0012】
前記プラスチックバッグ5は、幅4.8m×厚さ0.5m×長さ60mの容積144m3で、これを2本を単位として土間空間3に敷設する。
なお、プラスチックバッグ5の厚さは、最低でも500mmを必要とする。
図5に示すように、カラマツ材上屋2の両妻側を運搬車の出入口とし、一方側にスラリーホッパー17を設け、他方側に堆肥取出口18を設け、さらに該堆肥取出口18側が低くなるように緩い傾斜を設けて嫌気発酵により生じた液肥を堆肥取出口18へ集めるようにする。
そして、プラスチックバッグ5の上面にはガス取出口19を形成してソーラーエネルギーの作用で嫌気発酵によって発生したメタンガスを取り出せるようにする。
【0013】
本発明の家畜糞尿処理方法は、1年を春夏秋冬の4期に分け、冬期(12,1,2月)には乳用牛の排出した糞尿スラリー20をプラスチックバッグ5に投入、充填して貯留するのみで発酵はほとんどしない。
春期(3,4,5月)に気温が上昇し、日射が強くなるとともに嫌気発酵が始まり、堆肥への変換とメタンガスの発生が行われ、この反応は夏期(6,7,8月)に最高に達し、秋期(9,10,11月)には反応が沈静化して、収束するものである。
日々新たに排出される糞尿スラリー20はスラリーホッパー17から投入、供給され、連続的に糞尿処理が行われる。
その間時々、嫌気発酵による水を含んだ液肥21は堆肥取出口18から、メタンガスはガス取出口19からそれぞれ抜き取られる。
熟成した堆肥はタンク車で搬出、農地に散布され、メタンガスはパイプを通して一時ガスホルダーに貯蔵後、ボイラー燃料に用いられる。
冬期(12,1,2月)の反応の維持や凍結を防止する目的で、発生メタンガスの一部を燃焼させて加温や保温を行うこともできる。
【0014】
【効果】
本発明のシート・マット密閉ポンドは、乳牛飼養40〜50頭の一般酪農家が対象で、毎日排出される糞尿(2.4〜3.0m3)を100日間貯留できる能力がある。
本発明の家畜糞尿処理方法は、日々排出されるスラリー状の糞尿を搬入してプラスチックバッグに投入し、長期間大量に貯留しておきソーラーエネルギーを受けて嫌気発酵させるものであり、糞尿は熟成堆肥となり農地に還元され、副産物として発生したメタンガスは燃料に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシート・マット密閉ポンド糞尿処理装置の概要正面図である。
【図2】カラマツ材上屋の構造の正面図である。
【図3】断熱・通気マットの構造の斜視図である。
【図4】断熱・通気マットの図3のB−B断面図である。
【図5】本発明のシート・マット密閉ポンド糞尿処理装置の概念側面図である。
【図6】従来のシャローソーラーポンドの構造の概略図である。
【符号の説明】
1 コンクリート基礎
2 カラマツ材上屋
3 土間空間
4 断熱・通気マット
5 プラスチックバッグ
6 棟
7 支持金具
8 側柱
9 補助柱
10 主柱
11 屋根梁
12 方づえ
13 連結金具
14 収納部
15 粒状物
16 連結用筒状体
17 スラリーホッパー
18 堆肥取出口
19 ガス取出口
20 糞尿スラリー
21 液肥[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inexpensive and simple-structured sealed mat / pound which relies on passive use of solar energy, and a method for treating livestock manure using a processing / gasification technique using a sealed / mat sealed pond.
[0002]
[Prior art]
Dairy farming in Hokkaido has shifted from the tethered method to the free stall method with the increase in the number of dairy cattle bred.
For this reason, composting becomes difficult due to a decrease in litter, and excrement tends to be softened and discharged and stored in a fluid state (slurry) due to a change in feed supply, causing pollution of the local environment.
Under such circumstances, the "Law Concerning the Proper Management and Use of Livestock Excreta (Livestock Excretion Law)" was enacted in November 1999 as a response to the appropriate treatment of livestock manure. For five years until November, it was obliged to install roofing composters and take other measures to prevent runoff and pollution caused by rainfall.
Manure processing / management measures such as roofing and wall maintenance are required for compost and urine pools, but slurry treatment methods include storage methods such as slurry stores and lagoons. A biogas plant for methane fermentation of manure has been introduced from Europe and demonstration experiments have just begun.
However, biogas plants in particular have high equipment and maintenance costs, and it is difficult for general dairy farmers to introduce them with their own funds.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention incorporates the principle of shallow solar pond, and uses a simple and inexpensive sheet mat sealed pound that relies on passive use of solar energy and a livestock manure using processing and gasification technology using the sheet mat sealed pound. It is intended to provide a processing method.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the sheet mat sealed pound of the present invention comprises a larch shed made of transparent sheet and erected on a concrete foundation, an intersoil space protected from wind and rain by the larch shed, and an entire surface of the intersoil space. The laid heat insulating / ventilating mat, a flat plastic bag placed on the heat insulating / ventilating mat, and the plastic bag filled with fluid slurry excrement discharged from dairy cows. Things.
The livestock manure treatment method of the present invention comprises a transparent larch larch shed erected on a concrete foundation, an intersoil space protected from wind and rain by the larch shed, and heat insulation laid over the entire intersoil space. A sheet mat consisting of a ventilation mat and a flat plastic bag placed on the heat insulation / ventilation mat; in a sealed mat, a fluid slurry-like manure discharged from dairy cows is applied to the plastic bag. After being charged and stored in large quantities in the plastic bag, the manure slurry stored in the plastic bag was stored for a long time and subjected to anaerobic fermentation by solar energy.The generated methane gas was discharged from the gas outlet, and the compost was discharged from the compost outlet. From each of them.
[0005]
【Example】
First, the principle of Shallow Solar Pond (SSP) will be described.
There is a solar pond (solar pond) as a technology for practical use of solar energy. Generally, a solar pond is an artificial pond in which a large depression is filled with a large amount of salt water.
The upper layer is a concentration gradient layer in which the concentration of salt water increases with depth, and the lower layer is a heat storage layer of uniform concentration keeping its maximum concentration.
Solar radiation incident on the pound passes through the concentration gradient layer and reaches the heat storage layer, where it is absorbed by the bottom of the pound and the temperature of the heat storage layer rises.
At that time, the temperature difference of the heat storage layer is higher than expected because the density difference based on the concentration difference exceeds the decrease in density difference based on the temperature difference in the concentration gradient layer, and the convection is prevented and the heat loss from the surface is suppressed. And a large amount of heat can be stored.
[0006]
On the other hand, Shallow Solar Pond (SSP) has a plastic bag filled with fresh water placed on the ground with heat insulating material. The water depth is about 100 to 200 mm for a large surface area. It is.
The shallow solar pond supplies hot water at an intermediate temperature (40 to 60 ° C) as industrial process heat. The usage is as follows: When morning water is injected, the temperature rises due to solar heat during the day and hot water is discharged in the evening. This is a one-day cycle batch system that is drawn out to an insulated heat storage tank and used for hot water supply.
[0007]
A typical SSP module is a 5 m wide x 60 m long x 100 mm thick plastic bag filled with water.
As shown in FIG. 6, the water-containing plastic bag A is formed of a plastic having a transparent upper surface and a lower surface made of black plastic, and is placed on an insulating floor C of foam insulating material surrounded by a concrete curb B. The upper part is covered with a fiber-filled wavy transparent plastic plate E supported by a support rod D passed at 1.2 m intervals between the curbs B, B. Air is passed between the wavy transparent plastic plate E and the plastic bag A. A layer F is formed.
As described above, the shallow solar pond is a method in which a large flat bag is filled with water and hot water is obtained by solar heat in a natural state by receiving solar radiation or atmospheric heat, and is an example of so-called passive use of solar heat.
[0008]
This method is intended to be applied to the treatment of manure in the form of a fluid slurry discharged from dairy cows of the free stall type, and the present invention is hereinafter referred to as "sheet mat sealed pound".
Shallow solar pond is filled with cold water in the morning, heats up during the daytime sunlight, and is taken out as hot water in the evening.It is a usage of a one-day cycle, whereas the sheet mat sealed pound of the present invention is This is a method in which slurry-like manure discharged daily is carried into a plastic bag, stored in a large amount for a long time, and subjected to anaerobic fermentation by receiving solar energy.
[0009]
An embodiment of the sheet mat sealed pound of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a sealed litter mat of the present invention comprises a larch shed 2 in which a larch thinning material erected on a concrete foundation 1 is assembled and the outer surface thereof is covered with a transparent sheet, 2 is composed of an
[0010]
As shown in FIG. 2, the larch shed 2 is constructed by constructing four surrounding concrete foundations 1 so as to have an appropriate area, and also equidistantly arranged central concrete foundations so as to support the
The outer surface of the larch shed 2 such as an assembled log cabin is covered with a transparent sheet to maintain a room temperature as a greenhouse structure.
[0011]
As shown in FIGS. 3 and 4, the heat insulating / ventilating mat 4 has a substantially flat shape, and a plurality of heat seals are provided in the longitudinal direction, and
Therefore, the outer periphery of the heat insulating / ventilating mat 4 is laid in the
In addition, air can flow through the recess between the
[0012]
The
The thickness of the
As shown in FIG. 5, the both ends of the larch log shed 2 are the entrances and exits of the truck, the slurry hopper 17 is provided on one side, the
A
[0013]
In the livestock manure treatment method of the present invention, one year is divided into four seasons, spring, summer, autumn and winter, and the
In spring (March, April, May), the temperature rises, intensification of solar radiation and anaerobic fermentation starts, conversion to compost and generation of methane gas occur, and this reaction occurs in summer (June, July, August). It reaches the highest level, and the reaction subsides and converges in the fall (September, October and November).
The
During this time, the liquid fertilizer 21 containing water from the anaerobic fermentation is withdrawn from the
Aged compost is carried out by a tanker and sprayed on farmland, and methane gas is temporarily stored in a gas holder through a pipe and used for boiler fuel.
For the purpose of maintaining the reaction during the winter season (December, January, February) and preventing freezing, a part of the generated methane gas can be burned to heat or keep warm.
[0014]
【effect】
Seat mat sealed pounds of the present invention are generally dairy farmers of dairy cattle breeding 40 to 50 horses in the target, there is an ability that can be stored for 100 days the manure (2.4~3.0m 3) to be discharged every day.
The livestock manure treatment method of the present invention carries in slurry manure discharged every day, puts it into a plastic bag, stores it in a large amount for a long time, receives solar energy and performs anaerobic fermentation, and the manure is matured. Methane gas, which becomes compost and is returned to farmland, is generated as a by-product and is used as fuel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view of a sheet mat sealed pound manure processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the structure of a larch wood shed.
FIG. 3 is a perspective view of a structure of a heat insulating / ventilating mat.
FIG. 4 is a sectional view of the heat insulating / ventilating mat taken along line BB in FIG. 3;
FIG. 5 is a conceptual side view of the sheet mat sealed pound manure processing apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of the structure of a conventional shallow solar pond.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Concrete foundation 2 Larch wood shed 3 Soil space 4 Insulation /
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