2019 Fiscal Year Research-status Report
Liquid Fertilizer Production System by Complemental Integration between Methane Fermentation and Aerobic Treatment
| Project/Area Number |
19K06336
|
|---|
| Research Institution | Saga University |
|---|
Principal Investigator |
田中 宗浩 佐賀大学, 農学部, 教授 (50295028)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | メタン発酵 / 草本系バイオマス / 摩砕処理 / 好気処理 / 液肥 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はメタン発酵処理に関する以下の課題を設定した。
1）微細化効果の定量化：湿式メタン発酵の炭素源として草本系バイオマスである麦ワラを供試した。麦ワラの破砕微細化によるメタン消化効率を定量した結果，炭素基準の純メタンガスの収率は，窒素基準で1.20～1.3L/mol-Nを示し，このときの炭素添加量は 破砕微細化処理では 5.51mol-Cで，カット処理では 11.03mol-C であり，約2倍の消化率の向上が確認された。一方，メタノールでは0.04mol-Cで同レベルの収率を得た。
2）アンモニアの選択的除去条件と有機物容積不可への影響評価：メタン発酵槽を用いて試験として微細化効果を検証したことから，本課題は来年度へ移行させることとした。
3）肥料品質の評価：植害試験によって消化液中固形物の肥料特性を確認した結果，浮遊固形物（SS）は完熟堆肥に類似した肥効特性を保持することが確認された。また，消化液中の窒素源は無機化が早く，硝酸態窒素の集積による土壌pH低下と電気伝導度の上昇が発生することが確認された。また，消化液中のSSが減少すると濃度に対する緩衝能力が低下し連作や過剰施肥の場合は生育阻害を引き起こすことを確認した。
液体状好気高温発酵については，100 L容の好気高温発酵層を構築し，曝気強度と有機物の酸化分解熱の収支を解析した結果，処理槽内の温度上昇には，曝気による水の蒸発熱以上の酸化分解熱が必要であることを確認した。
これらの技術の社会実装を想定した特定地域における材料バイオマスの発生量調査については，福岡県みやま市及び大木町の基礎データを取得した。また，ガーナ国及びタイ国の自治体を対象とした調査を実施した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の課題として，草本系バイオマスの破砕効果については一定の効果を確認することができた。一方，減圧蒸留によるアンモニアの選択的除去と発酵効率への影響検証については，メタン発酵の安定運転と草本バイオマスの物理処理効果の検証のために時間を要したことから，次年度の課題とした。一方，2年目の課題としていた好気発酵の発熱条件と熱収支解析を初年度に実施し，発熱に必要となる有機物負荷濃度の基礎データを取得した。また，肥料品質の解析についても，福岡県自治体に導入したメタン発酵施設の協力を得て，0.1～2mm，0.1mm以下のSSに関する肥効特性を明らかにした。
福岡県みやま市及び大木町の基礎データから，メタン発酵材料として用いられている屎尿の濃度が年々低下しており，一方でトイレ水洗化によって発生量は増加していることが確認され，既存メタン発酵施設の運転条件の見直しが必要であることが確認された。
|
| Strategy for Future Research Activity |
①湿式メタン発酵高負荷化の検討
微細化効果の定量化微粉砕の効果を詳細に把握するために，発酵途中の多糖類の物理的破壊効果の解析を検討する。また，構造多糖類の消化状況をい定量的に評価する方法を検討する。減圧蒸留によるアンモニア除去及び消化液の濃縮によるメタン発酵消化効率への影響を検討する。
②液体状好気高温発酵については，メタン消化液を供試した場合の高温発現条件を検討し，曝気に必要となるインプットエネルギーとの収支を解析する。
肥料品質については，可溶性物質と不溶性物質による肥効の分担状況を明らかにする。つまり，可溶性物質は化学肥料に近い即効性と濃度依存性を保持しているが，固形物は速攻性と緩衝力を保持している。そこで，消化液中の固形物に対する微粉砕処理が肥効特性に与える影響を検討する。
|
| Causes of Carryover |
今年度中に，メタン発酵の高負荷運転条件の確定と，消化液の好気処理による高温発現条件の確定を行い，次年度は，これらの条件に基づいた両処理方法の連結による相補的処理方法の実証運転を計画している。また，新規に創出される液体肥料の特性を解析する計画であることから，次年度使用額が発生している。
|
