成績概要書 （作成 平成13年1月）
|
課題の分類 研究課題名：個別型バイオガスプラントによる乳牛糞尿処理・利用システムの提示 （バイオガスプラントによる家畜糞尿処理システム・利用システムの実用化研究） 予算区分：事業化特別 研究期間：平成１１〜１２年度 担当科：根釧農試 研究部酪農施設科 協力分担：畜産試験場，工業試験場，北海道大学，帯広畜産大学，酪農学園大学 |
１．目的
道内の個別型バイオガスプラントを調査し、寒冷地へバイオガスプラントを導入するための発酵槽、運転法など各項目別条件を明らかにし、北海道に導入できる個別型バイオガスプラントのモデルプラントの提案を行う。
２．方法
1) 個別型バイオガスプラントの実態調査と項目別評価 既存のバイオガスプラントの運転状況を調査し、発酵条件、発酵槽の立ち上げ法などを検討した。調査項目：施設規模、性能、設置および運転コスト、処理液の成分（一般成分、大腸菌群数など）、消化液の利用、コージェネレーションシステム利用時のエネルギーおよび経済収支、発電利用など
2) 個別型バイオガスプラントのモデル設計 寒冷地に導入可能な個別型バイオガスプラントのモデル設計を示し、バイオガス発生量の推定などから通年運転の可能性を検討した。
３．結果の概要・要約
１ 個別型バイオガスプラントの実態調査と項目別評価
１）北海道では12カ所の商業用および試験用バイオガスプラントが稼働中であった。そのうち7カ所を調査した。発酵温度は、冷温（20〜25℃）、中温（35〜45℃）と高温（55〜65℃）がみられ、道内では中温を採用した例が多かった。原料中の敷料はオガクズと細断藁であった。発酵槽の形式は連続式で完全混合型が多く、加温方式は温水循環方式が多かった。消化液は圃場還元して肥料として利用していた（表1）。
２）発酵温度は地域性および消化液の用途などを、滞留日数は発酵温度および有機物分解率などを考慮して決定する。発酵槽の立ち上げは有機物負荷を徐々に上昇させる方法が望ましい。発酵槽形式は構造が簡単で維持管理が容易なタイプを採用し、発酵槽の加温は温水循環方式を用いる。発酵槽の撹拌方法は投入原料の固形分濃度、発酵温度などを考慮して選定し、攪拌速度は発酵槽の形状および攪拌機の設置場所に応じて決定する。バイオガス貯留施設は乾式とし、貯留容量はバイオガスの用途で決定する。脱硫方式は低コスト化と脱硫の安定性から乾式法および生物法の併用が望ましい。消化液はアンモニア揮散を防止するため密閉貯留するとともに、散布はバンドスプレッダによる表層散布や浅層注入散布機の利用が望ましい（表2）。
２ 個別型バイオガスプラントのモデル設計
１）消化液の散布場所および営農種別で①消化液の自家利用を基本とした完全利用型（酪農地帯中心）、②経営系内で余剰となる消化液を近傍の耕種農家における利用を前提とした分配利用型（畑作地帯中心）に分けてモデルバイオガスプラントの基本設計を行った。設計条件は、飼養頭数を搾乳牛100頭規模、汚水を含んだ一頭あたりの糞尿量を60kg/日、固形分濃度を10％とした。また、発酵槽の材料は鉄筋コンクリート、発酵槽の断熱はポリウレタン200mmとした。
２）完全利用型バイオガスプラントの発酵槽形式は貯留式発酵槽(1300m3)で、運転条件は発酵温度20℃、滞留日数180日とした。分配利用型バイオガスプラントの発酵槽形式は、連続式発酵槽と貯留式発酵槽の複合型とした。発酵条件および発酵容積は、連続式発酵槽では発酵温度40℃、水理学的平均滞留日数30日、発酵容積は220m3、貯留式発酵槽では、発酵温度20℃、滞留日数180日、発酵容積1300m3とした（図1、2、表3）。
３）完全利用型および分配利用型バイオガスプラントの余剰熱量は、それぞれ1050MJ/日、2148MJ/日で、厳寒期においても余剰熱量が発生し、周年運転が可能と考えられた。また、概略建設コストは完全利用型で約5800万円、分配利用型で約7800万円と試算された。ただし、地域や地盤の安定性などで変動する。
４． 成果の活用面とその留意点
1)モデル設計の建設コストなどは試算値なので、実際の運用には立地条件などを考慮して検討する。
2)大幅に飼養条件の変更を伴う場合は嫌気発酵処理の導入を見合わせる。
3)バイオガスの利用は発酵槽の運転維持を目的とした温水利用を主目的とする。
５． 残された問題点
1)安価なコージェネレーションシステムの開発
2)消化液の作物別肥料効果
3)環境負荷などを考慮したバイオガスプラントの総合的評価
4)アンモニア揮散を低減する消化液の散布方法および散布機械の研究・開発