JP5567718B1 - メタン発酵方法、藁材及び敷料 - Google Patents
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Abstract
【課題】資源再利用の可能性に優れるメタン発酵方法、衛生的な藁材及び敷料を提供することを課題とする。
【解決手段】１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁をメタン発酵することを特徴とし、好ましくは、前記メタン発酵を、５０℃以上の温度で行うことを特徴とし、さらに好ましくは、前記藁は、回転式破砕機により破砕されたものであることを特徴とするメタン発酵方法、前記メタン発酵方法により前記藁をメタン発酵してなる藁材、及び前記藁材からなることを特徴とする敷料によって解決される。
【選択図】図１
【解決手段】１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁をメタン発酵することを特徴とし、好ましくは、前記メタン発酵を、５０℃以上の温度で行うことを特徴とし、さらに好ましくは、前記藁は、回転式破砕機により破砕されたものであることを特徴とするメタン発酵方法、前記メタン発酵方法により前記藁をメタン発酵してなる藁材、及び前記藁材からなることを特徴とする敷料によって解決される。
【選択図】図１
Description
本発明は、メタン発酵方法、藁材及び敷料に関し、詳しくは、資源再利用の可能性に優れるメタン発酵方法、腐敗が防止された藁材及び敷料に関する。
従来、藁を発酵させてバイオガスを得るためには、ミクロンオーダーまで粉砕する必要があるとされていた（特許文献１、２）。
家畜等の飼育スペースに敷かれる敷料として、藁が用いられている。
藁は、比較的腐敗しにくい材質であるが、例えば、水を含んだりすると少なからず腐敗が生じ、不衛生である。
本発明者は、敷料として用いられる藁の耐腐敗性を向上する観点で、あらかじめ発酵処理された藁を用いることを検討した。
発酵処理を施すことによって、藁に含まれる比較的腐敗し易い部分は分解される。
発酵処理後の藁は、それ以上腐敗し難いものとなるから、これを敷料として用いる場合は、衛生的である。
本発明者は、以上に説明した発明に至る過程において、鋭意検討し、詳細に研究したが故に、更なる発明に至った。
上述した通り、従来、藁を発酵させてバイオガスを得るためには、ミクロンオーダーまで粉砕する必要があるとされていたが、本発明者が、実際に、１０ｍｍ〜１００ｍｍのサイズの藁の断片を発酵処理したところ、発酵処理の開始直後はバイオガス発生の立ち上がりが多少出遅れる場合があるものの、発酵を継続してみると、意外なことに十分な量のバイオガスを回収できることがわかった。
ミクロンオーダーまで粉砕した藁を発酵処理した場合、発酵処理後の藁は、微細すぎるため、消化液中からの回収が大変であるし、回収後においても、廃棄するか、あるいはコンポスト化する等の用途にしか用いられず、上述した敷料として利用できなかった。
１０ｍｍ〜１００ｍｍのサイズの藁の断片であれば、発酵により十分な量のバイオガスが回収可能であると共に、発酵処理後において、消化液中から容易に回収でき、上述した敷料としても好適に用いることができ、資源再利用の可能性に優れることがわかった。
そこで、本発明の課題は、資源再利用の可能性に優れるメタン発酵方法、衛生的な藁材及び敷料を提供することにある。
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
１． １０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁を、発酵液中でメタン発酵し、バイオガスを回収すると共に、発酵後の前記藁を消化液中から回収して敷料として利用することを特徴とするメタン発酵方法。
２． 前記メタン発酵を、５０℃以上の温度で行うことを特徴とする前記１記載のメタン発酵方法。
３． 前記藁は、回転要素としてチェーンを備えた回転式破砕機により破砕されたものであることを特徴とする前記１又は２記載のメタン発酵方法。
４． 藁と有機性廃棄物とを含む原料を固液分離し、該固液分離後の固相に回収した藁を１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕した後、該固液分離後の液相と混合して、前記メタン発酵を行うことを特徴とする前記１〜３の何れかに記載のメタン発酵方法。
５． 前記１〜４の何れかに記載のメタン発酵方法により前記消化液中から回収されたことを特徴とする敷料。
本発明によれば、資源再利用の可能性に優れるメタン発酵方法、衛生的な藁材及び敷料を提供することができる。
本発明に係るメタン発酵方法は、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁をメタン発酵する。
これにより、発酵に伴って発生する十分な量のバイオガスを回収することが可能であると共に、発酵処理後の藁（以下、藁材という場合がある。）は、それ以上腐敗しにくいものとなり、衛生的であるため、資源再利用の可能性に優れる効果が奏される。また、この藁材は、比較的サイズが大きいため、消化液中から容易に回収することが可能である。
本発明において、藁としては、例えば、稲や小麦などのようなイネ科植物の茎を乾燥させたものを好ましく用いることができる。
本発明に係る藁材は、上述したように、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁をメタン発酵してなる。かかる藁材は、衛生的であり、資源としての再利用の可能性に優れる。
本発明に係る敷料は、上述した藁材からなるため、それ以上腐敗しにくく、家畜等の飼育スペースに敷いて用いた場合、衛生を保ち易い効果が得られる。
本発明に係る藁材の用途は、敷料に限定されるものではない。例えば、藁入り土壁、屋根、わら俵（わら俵建築）、ストローベイル、畳などのような建築材料、草鞋（わらじ）、蓑（みの）、麦わら帽子などのような衣料品材料、俵、藁苞（わらづと）などのような容器材料、縄、人形（案山子（かかし）など）等として、あるいは、わら半紙原料、藁灰原料等として、好ましく用いることができる。
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について、より詳しく説明する。
図１は、本発明に係るメタン発酵方法の一例を示すブロック図である。
図１において、１は固液分離工程、２は破砕工程、３は混合調整工程、４はメタン発酵工程、５は脱水工程である。
本発明においては、藁を、例えば有機性廃棄物と混合して原料とすることも好ましい。有機性廃棄物としては、格別限定されるものではないが、牛、豚、馬等のような動物の糞尿（家畜糞尿）や、生ゴミなどを好ましく例示できる。
原料は、固液分離工程１に供され、少なくとも藁を含む固相と、液相とに、固液分離される。
固液分離手段は格別限定されず、例えば、ベルトプレス脱水機、スクリュープレス脱水機、フィルタープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機、多重円板脱水機、ローラープレス脱水機、ウェービープレス脱水機等を好ましく用いることができる。
固液分離後の固相は、破砕工程２に供される。一方、固液分離後の液相は、混合調整工程３に供される。
破砕工程２では、原料に含まれる藁を、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片、好ましくは１０ｍｍ〜８０ｍｍの断片、より好ましくは１０ｍｍ〜５０ｍｍの断片に破砕する。
破砕手段は格別限定されず、例えば、裁断機や、後に詳述する回転式破砕機等を好ましく用いることができる。
かかる破砕処理後の原料は、混合調整工程３に供される。
混合調整工程３では、上述した固液分離後の液相と、破砕処理後の原料とを混合する。必要により適宜、混合割合を調整してもよい。
メタン発酵工程４では、上記により混合された原料を、メタン発酵槽を用いて、メタン発酵する。
本発明によれば、メタン発酵により、消化液（発酵液）中に、本発明に係る藁材が生成される。藁材は、メタン発酵前の形状をある程度保持していることが好ましく、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片、好ましくは１０ｍｍ〜８０ｍｍの断片、より好ましくは１０ｍｍ〜５０ｍｍの断片であることが好ましい。
メタン発酵の温度は、格別限定されず、例えば、いわゆる中温型、高温型、超高温型など何れのタイプでも適用可能であるが、本発明においては、特に、５０℃以上の温度で発酵を行うことが好ましい。これにより、雑菌などを殺菌することが可能になるので、藁材の衛生を更に向上できる効果が得られる。発酵温度の上限は、格別限定されるものではないが、７０℃以下であることが好ましい。
また、メタン発酵は、好ましくは５日以上、より好ましくは１０日以上、最も好ましくは１５日以上継続することが好ましい。メタン発酵は、バッチ式でも連続式でもよく、連続式で行う場合は、発酵槽における平均滞留時間が、メタン発酵の継続時間に相当する。
本発明においては、メタン発酵に伴って発生するバイオガスを回収することも好ましいことである。本発明によれば、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁により、十分な量のバイオガスを発生させることが可能である。
回収したバイオガスは、例えば、必要に応じて一時的にガスホルダに貯留された後、精製設備で精製され、発電機の動力として利用される。このようにして得られた電力を、売電に供することも好ましいことである。
発酵後の消化液は、本発明に係る藁材を含んでおり、脱水工程５では、該消化液中から、脱水された藁材が回収される。
脱水手段は格別限定されず、例えば、固液分離手段として上述したものを用いることができる。
藁から分離（脱水）された消化液は、例えば、消化液貯留槽に貯留された後、一部が混合調整工程３に供され、原料と混合される。また、本発明においては、消化液を、液肥などの肥料として好ましく用いることができる。また、消化液は、飼料などに添加して用いることもできる。
次に、破砕工程２の破砕手段として好ましく用いられる回転式破砕機について、詳しく説明する。
図２は、回転式破砕機の基本構成を示す説明図である。
図２において、２０は回転式破砕機、２１はチャンバ、２２は回転軸、２３は回転要素、２４は取付部、２５はモーターである。
回転式破砕機２０は、内部空間を有するチャンバ２１内の底部中央近傍に回転軸２２が竪設され、該回転軸２２の先端に形成された取付部２４に、ここでは鎖からなる回転要素２３が取り付けられている。
被処理物（上述した固液分離工程１で分離された固相であり、少なくとも藁を含む）がチャンバ２１内に投入されると、回転して遠心力が作用している回転要素１０３に衝突する。これにより藁は破砕され断片化される。
運転条件を適宜設定することで、容易に、被処理物として、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁を生成できる。
回転要素２３は、鎖に限定されず、チェーンであってもよいし、あるいはブレードなどであってもよい。回転要素２３の回転半径（回転中心から外周側末端までの長さ）は、格別限定されないが、５０ｃｍ〜２００ｃｍの範囲であることが好ましい。
運転条件の一例として、回転軸の回転数を８００〜１６００ｒｐｍ、処理時間を２５秒〜４０秒（投入時間１０秒、破砕時間５秒〜２０秒、排出時間１０秒の合計）に設定することで、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片、好ましくは１０ｍｍ〜８０ｍｍの断片、より好ましくは１０ｍｍ〜５０ｍｍの断片に破砕された藁を好適に生成することが可能になる。
本発明の一つの側面において、「１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁」とは、例えば、回転式破砕機を用いて、上記のような運転条件で、破砕処理して得られる藁と換言し得る。
以上の説明では、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁を、牛糞や牛し尿と共にメタン発酵に供する場合について示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁が、メタン発酵に供されればよい。本発明においては、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁に、適宜添加物を添加してメタン発酵を行うことができる。
本発明において、１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片とは、長手方向の長さが１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に収まるものを指す。本発明においては、少なくとも上記条件を満たす藁がメタン発酵に供されればよい。本発明の効果をより顕著に奏する観点では、「上記条件を満たす藁」１００重量部に対して、「上記条件を満たさない藁（１０ｍｍ未満又は１００ｍｍ超）」の混入割合が、好ましくは５重量部以下、より好ましくは３重量部以下、最も好ましくは１重量部以下であることである。「上記条件を満たさない藁」の混入割合が多い場合は、「上記条件を満たす藁」を選別する選別工程を設けて、「上記条件を満たす藁」の割合を向上させることも好ましいことである。ここでは、範囲として１０ｍｍ〜１００ｍｍを規定する場合について説明したが、ここでの説明は、他の範囲を規定する場合にも援用される。
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はかかる実施例により限定されない。
１．藁断片の製造（破砕処理）
＜藁断片１；１００ｍｍの断片＞
麦藁を、ハサミで１００ｍｍの長さに裁断したものを藁断片１（図３）とした。
＜藁断片１；１００ｍｍの断片＞
麦藁を、ハサミで１００ｍｍの長さに裁断したものを藁断片１（図３）とした。
＜藁断片２；５０ｍｍの断片＞
麦藁を、ハサミで５０ｍｍの長さに裁断したものを藁断片２（図３）とした。
麦藁を、ハサミで５０ｍｍの長さに裁断したものを藁断片２（図３）とした。
＜藁断片３；１ｍｍ超〜２０ｍｍの断片＞
麦藁を、ハサミで裁断した後、家庭用ミキサーにかけて更に破砕し、径１ｍｍの篩にかけ、篩上の断片を藁断片３（図３）とした。
麦藁を、ハサミで裁断した後、家庭用ミキサーにかけて更に破砕し、径１ｍｍの篩にかけ、篩上の断片を藁断片３（図３）とした。
＜藁断片４；１ｍｍ以下の断片＞
上記藁断片３の製造において、篩下の断片を藁断片４（図３）とした。
上記藁断片３の製造において、篩下の断片を藁断片４（図３）とした。
２．メタン発酵
＜試験１＞
１０ｇの藁断片１（１００ｍｍの断片）を、消化液（牛糞由来）１．２Ｌと混合し、５５℃、ｐＨ制御なし、手動攪拌の条件で、メタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
＜試験１＞
１０ｇの藁断片１（１００ｍｍの断片）を、消化液（牛糞由来）１．２Ｌと混合し、５５℃、ｐＨ制御なし、手動攪拌の条件で、メタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
＜試験２＞
試験１において、藁断片１を藁断片２（５０ｍｍの断片）に代えたこと以外は、試験１と同様にしてメタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
試験１において、藁断片１を藁断片２（５０ｍｍの断片）に代えたこと以外は、試験１と同様にしてメタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
＜試験３＞
試験１において、藁断片１を藁断片３（１ｍｍ超〜２０ｍｍの断片）に代えたこと以外は、試験１と同様にしてメタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
試験１において、藁断片１を藁断片３（１ｍｍ超〜２０ｍｍの断片）に代えたこと以外は、試験１と同様にしてメタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
＜試験４＞
試験１において、藁断片１を藁断片４（１ｍｍ以下の断片）に代えたこと以外は、試験１と同様にしてメタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
試験１において、藁断片１を藁断片４（１ｍｍ以下の断片）に代えたこと以外は、試験１と同様にしてメタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
＜試験５＞
試験１において、藁断片１を用いず、消化液のみとしたこと以外は、試験１と同様にしてメタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
試験１において、藁断片１を用いず、消化液のみとしたこと以外は、試験１と同様にしてメタン発酵を行った。メタン発酵により生成するバイオガス量の経時変化を図４に示す。
３．評価
図４に示される通り、１０ｍｍ〜５０ｍｍのサイズの藁の断片を発酵処理した場合では、発酵処理の開始直後はバイオガス発生の立ち上がりが多少出遅れる場合があるものの、発酵を継続してみると、十分な量のバイオガスを回収できることがわかった。１００ｍｍのサイズの藁の断片を発酵処理した場合も、１５日経過時で、試験４（１ｍｍ以下）のバイオガス発生量にかなり近づいていることがわかった。
図４に示される通り、１０ｍｍ〜５０ｍｍのサイズの藁の断片を発酵処理した場合では、発酵処理の開始直後はバイオガス発生の立ち上がりが多少出遅れる場合があるものの、発酵を継続してみると、十分な量のバイオガスを回収できることがわかった。１００ｍｍのサイズの藁の断片を発酵処理した場合も、１５日経過時で、試験４（１ｍｍ以下）のバイオガス発生量にかなり近づいていることがわかった。
また、発酵後の藁は、発酵前の形状を実質的に保持していることが確認された。
１：固液分離工程
２：破砕工程
２０：回転式破砕機
２１：チャンバ
２２：回転軸
２３：回転要素
２４：取付部
２５：モーター
３：混合調整工程
４：メタン発酵工程
５：脱水工程
２：破砕工程
２０：回転式破砕機
２１：チャンバ
２２：回転軸
２３：回転要素
２４：取付部
２５：モーター
３：混合調整工程
４：メタン発酵工程
５：脱水工程
Claims (5)
- １０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕された藁を、発酵液中でメタン発酵し、バイオガスを回収すると共に、発酵後の前記藁を消化液中から回収して敷料として利用することを特徴とするメタン発酵方法。
- 前記メタン発酵を、５０℃以上の温度で行うことを特徴とする請求項１記載のメタン発酵方法。
- 前記藁は、回転要素としてチェーンを備えた回転式破砕機により破砕されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載のメタン発酵方法。
- 藁と有機性廃棄物とを含む原料を固液分離し、該固液分離後の固相に回収した藁を１０ｍｍ〜１００ｍｍの断片に破砕した後、該固液分離後の液相と混合して、前記メタン発酵を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のメタン発酵方法。
- 請求項１〜４の何れかに記載のメタン発酵方法により前記消化液中から回収されたことを特徴とする敷料。
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