寒冷地メタン発酵による家畜糞尿の低コスト処理システムの開発と設計基準の確立

寒冷地区沼气发酵低成本畜禽粪便处理系统开发及设计标准制定

• 批准号: 12794006
• 负责人: 前川 孝昭
• 金额: $ 11.46万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for University and Society Collaboration
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12794006/
• 关键词: 寒冷地メタン発酵; メタン菌固定化; 無加温メタン発酵槽; メタン発酵槽設計; 畜産廃水処理

第3年目の課題は家畜糞尿を原料とするメタン発酵システムの装置コストの低減とその設計基準を明らかにすることであった。また、最終年度でもあるので、平成16年11月に施行の「家畜排泄物法」の実施を考えて、農家1戸が各々家畜糞尿メタン発酵装置をもつ方法である分散型とするか、複数農家がひとつのメタン発酵装置を維持管理する集中型とするかについて検討を加えた。また、これらの検討に当たって、北海道大学農学部において2002年8月18日〜25日に「地球温暖化防止におけるバイオマスエネルギーの活用」に関するワークショップを開催した。さらに、「循環型社会形成のための家畜糞尿の再資源化技術」と題したセミナーを、研究代表者が幹事となっている農業施設学会の主催で、2003年1月31日に開催し、103名の専門家、企業、市民の参加のもとに意見交換を行なった。次に昨年から継続している高濃度メタンに変換するメタネーションシステムの検討ならびに2相式メタン発酵システムの設計法の確立と2相式プラグフロー型の装置の基本設計を実施した。得られた成果は以下のとおりである。1)分散型・集中型の検討:北海道別海町の分散型メタン発酵システム(2相式プラグフロー型メタン発酵装置)とT社開発の集中型メタン発酵システムとを比較検討した結果、集中型は糞尿運搬の横持ちコストが大きくなり分散型より不利であることが判明した。2)高濃度メタンガスの転換におけるCO_2/H_2資化メタン菌によるメタネーション実験の結果、この転換速度はH_2の供給速度に律速されることが判明した。3)昨年実施した設計計算書を再検討し、物質収支とバイオマスの分解率を考慮したメタン発酵槽の設計計算法を確立した。4)3)の計算結果を参考に2相式プラグフロー型メタン発酵装置の設計の基本的考え方を整理した。5)文部科学省の「産学官連携事業として霞ヶ浦浄化プロジェクト」を立ち上げるために本研究で得られた成果を活用した。

第三年的挑战是降低以牲畜粪便为原料的甲烷发酵系统的设备成本并明确其设计标准。另外，由于今年是最后一年，考虑到2004年11月开始实施的《畜禽粪便法》的实施，我们要么采取分散的方式，每个农户都有一个牲畜粪便沼气发酵装置，要么采取多个农户的方式。我们考虑是否采用集中式系统，由农民维护和管理一台沼气发酵装置。此外，考虑到这些问题，2002年8月18日至25日在北海道大学农学部举办了“利用生物质能源防止全球变暖”研讨会。此外，2003年1月31日，在农业设施学会的主办下，召开了题为“创建循环型社会的畜禽粪便资源化技术”的研讨会，研究代表作为组织者，与会人员交换了意见。 103 名专家、公司和公民。接下来，我们从去年开始继续研究将其转化为高浓度甲烷的甲烷化系统，建立了两相甲烷发酵系统的设计方法，并进行了两相活塞流式装置的基本设计。得到的结果如下。 1）分散式和集中式的考虑：通过对北海道别海镇的分散式沼气发酵系统（两相活塞流式沼气发酵设备）与T公司开发的集中式沼气发酵系统进行对比研究，得出：确定集中式后，发现粪便和尿液的横向运输成本增加，与分散式相比处于劣势。 2)利用CO_2/H_2同化甲烷菌转化高浓度甲烷气体进行甲烷化实验,发现转化率由H_2供给量决定。 3）重新审视去年的设计计算，建立了考虑质量平衡和生物质分解率的沼气发酵罐设计计算方法。 4）根据3）的计算结果，总结了设计两相活塞流甲烷发酵装置的基本思路。 5) 本研究成果被文部科学省的“霞浦湖净化事业产学官合作事业”所利用。

项目成果

Y.Zhang, Z.Zhang, K.Suzuki, T.Maekawa: "Uptake and mass balance of trace metals for methane producing bacteria"Biomass&Bioenergy. (In printing). (2003)

Y.Zhang、Z.Zhang、K.Suzuki、T.Maekawa：“产甲烷细菌的微量金属吸收和质量平衡”

前川孝昭: "バイオマス・自然エネルギーの農業利用新技術"農林水産技術情報研究ジャーナル. Vol.25.No.3. 43-52 (2002)

前川隆明：“生物质和自然能源的农业利用新技术”农林水产技术信息研究杂志第25卷第43-52期（2002年）。

張燕生, 張振亜, 前川孝昭: "Monitoring of methanogen density using near-infrared spectroscopy"Biomass and Bioenergy. (発表予定). (2002)

张燕生，张振亚，前川隆明：“利用近红外光谱法监测产甲烷菌密度”，《生物质与生物能源》（待发表）。

張振亜, 張燕生, 前川孝昭: "A kinetic study on inhibition behavior of acetic acid and propioic acid concentration on methane fermentation"Japanese Journal of Water Treatment Biology. 37巻4号. 135-140 (2001)

张振亚，张彦生，前川贵明：“乙酸和丙酸浓度对甲烷发酵的抑制行为的动力学研究”日本水处理生物学杂志，第 37 卷，第 4 期。135-140（2001）

張振亜, 前川孝昭: "Uptake velocity and mass balance of trace metals for methane producing bacteria"Biomass and Bioenergy. (発表予定). (2002)

Zenya 张，Takaaki Maekawa：“产生甲烷的细菌的微量金属的吸收速度和质量平衡”生物质和生物能源（即将发表）。