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〔技術のページ〕

バイオマスを活用したメタン発酵施設による実証試験について

岡山県総合畜産センター 環境家畜部環境衛生科

 近年,地球温暖化の防止,循環型社会の形成等を推進するためバイオマス(再生可能な有機性資源)を活用した取り組みが全国的に展開されています。そこで,本県では,家畜ふん尿と地域から排出される生ゴミの有効活用をはかるため,平成16年度事業で当センター内に畜産バイオマス利活用実証展示施設を設置しました。実証施設は,メタン発酵方式によるバイオガス発電システム(WISA:栗本鐵工所)で,エネルギーの回収と発酵残さ(消化液)の浄化処理を行い,効率的な運転方法や経済性を検討しています。

1.施設の概要


図1 施設フロー図

 この施設では,約2.7t/日の豚ぷん尿と約0.3t/日の生ゴミを利用して,メタンガスを生成します。生成されたメタンガスは,コジェネ装置(ガスエンジン方式)で,電気や熱の形でエネルギー回収を行います。また,発酵残さである消化液は膜分離活性汚泥法により浄化処理し,河川放流できる水準まで処理しています。

2.実証展示施設の運転調査

 (1) 投入原料

 原料(豚ぷん尿と生ゴミ)の固形物量は7.4%,有機物含量は5.7%であり一般的なふん尿混合物の濃度と同程度の数値です。
 表1には原料及び消化液(発酵残さ)の汚濁成分量を示しています。原料は,BOD濃度36,999ppm,SS濃度47,578ppm,全窒素(T−N)濃度4,311ppmとふん尿と生ゴミが混合されているためかなり高濃度となっています。発酵後の消化液については,BODは微生物の分解により3,208ppmと大きく低下しましたが,窒素についてはあまり低下せず排出されています。このように,BODに対し窒素濃度の比率が高いと浄化処理が難しくなるので何らかの対策が必要です。

 (2) エネルギー回収試験


表1 投入原料等の組成

 メタン発酵により発生したガスはバイオガスと呼ばれ,本施設でのガス組成は,メタンガス(CH4)濃度約55〜65%,二酸化炭素(CO2)
は約27〜42%,酸素(O2)は0.56〜1.4%と一般的なバイオガス組成とほぼ同じものが得られています。
 施設(メタン発酵施設と浄化設備)を維持するために必要な電力にしめる自家発電の割合を図2に示しました。原料投入量が増えた9月からは増加し,使用電力の60%程度をまかなうことができました。気温の低下した2月には発電割合が一時低下しましたが,5月には約73%と最も高い発電割合になりました。これは,畜ふんより栄養価の高い生ゴミ投入量が増えたためと考えられました。


図2 発電量の推移

 (3) 浄化処理試験


図3 窒素の低減方法

 運転状況から,メタン発酵後の消化液は窒素の濃度が高く成分バランスが非常に悪いことが改めてわかりました。そこで,当センターでは窒素の除去に脱窒法を用いることとしました。
 脱窒法とは,窒素成分を活性汚泥中の微生物の働きによりアンモニアから硝酸態窒素まで酸化させた後,有機物を添加することで硝酸態窒素を窒素ガス(N2)として大気中に放出させる方法です。この脱窒法を効率的に行うためには微生物(脱窒菌)を活発に働かさなければなりません。この菌は有機物や炭素などのエネルギー源が多くさらに酸素がない状態でないと硝酸態窒素を窒素ガスにしてくれません。消化液は,メタン発酵により有機物や炭素が消費されていることから脱窒菌が必要とするエネルギーが足りません。そこで,有機物源としてメタノール(有機炭素源)を使用しました。
 その結果を処理水中の全窒素(T−N)の推移として図4に示しました。対照区では,567.9ppmで除去率80.2%でしたが,メタノール添加した試験区では,処理水中T−Nが108.3ppm,除去率95.8%とメタノールを添加しなかった対照区に比較して高い除去効果が認められました。


図4 窒素成分の推移

3.まとめと今後の課題

 現在までの運転状況をみると,ガス発生量は,栄養価の高い生ゴミの投入割合を増やすことで増加し,施設内の消費電力のうち約73%をカバーすることができました。
 また,課題である消化液の浄化処理については,メタノールを添加することにより高い窒素低減効果を得ることができました。
 今後は,家畜ふんとの混合処理でより効率的にエネルギーを回収することのできる未利用有機資源を探索し,さらなる低コスト運転が可能な施設にしていく予定です。