JP2001130991A

JP2001130991A - 木質原料堆肥の製造方法

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Publication number: JP2001130991A
Application number: JP30897299A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ikumi; 芳夫井汲; Ikuo Watanabe; 郁夫渡邊; Toshio Furuya; 利夫古谷; Masaaki Sugimoto; 正昭杉本; Hiroo Otsuka; 紘雄大塚; Nobuhide Fujitake; 暢英藤嶽; Takeshi Suzuki; 武志鈴木; Shotaro Okamoto; 昌太郎岡本; Hiroichi Ujihara; 博一宇治原
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kansai Environmental Engineering Center Co Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kansai Environmental Engineering Center Co Ltd
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-15
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP3439701B2

Abstract

(57)【要約】【課題】充分に腐熟した状態の木質原料堆肥を短期間
で確実に製造できるようにすることである。また、火力
発電所などの副産物により多量に発生する石炭灰を有効
利用でき、これにより得られる肥料が効果の高い木質原
料堆肥になるようにすることである。【解決手段】木質を含む有機質の炭素源に水および鶏
糞などの窒素源を混合し、この混合物を大気中で発酵さ
せて腐植化する堆肥の製造方法において、前記混合物に
対し、さらに石炭灰を添加混合する木質原料堆肥の製造
方法とする。前記石炭灰として、クリンカまたはフライ
アッシュを採用することができる。２０週〜３０週程度
かけて発酵させた堆肥の硝酸態窒素含量、炭素率を好ま
しい値に誘導することができ、所期した腐熟が充分に進
行した状態にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、肥料や土壌改良
資材に利用される堆肥の製造方法に関し、詳しくは腐植
化に必要な有機質炭素源として木質を含有する木質原料
堆肥の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、木質原料堆肥は、おがくずや木
材チップなどの木質物を入れた堆肥のことをいい、例え
ば木質の廃材を有効に利用した堆肥である。

【０００３】しかし、木質原料は、その表面が充分に腐
熟しているように見えても内部は未熟な場合が多く、土
壌に施用した後に表層の腐植質部分が先に微生物分解し
てしまうと、内部の未熟な木質が剥き出しになり、この
木質の分解時に土壌中の窒素を多量に消費する。そのた
め、このような木質原料堆肥は、施用量が多すぎると土
壌がいわゆる窒素飢餓を起こすという危険性を有する。

【０００４】木質原料は、通常の堆肥の有機質炭素源で
ある籾殻、稲わら、落ち葉の分解速度よりかなり遅く分
解する。例えば、自然状態で土壌に混合されたおがくず
が、充分に腐熟してそれを分解するために土壌微生物が
窒素を要求しなくなるまでには３０年近い年月が必要で
あるといわれている。

【０００５】土壌より温度の高い堆肥化条件では、おが
くずなどの木質原料が分解される速度は速くなるが、そ
れでも３〜５ヶ月間堆肥化した木質原料を施用して窒素
を取り込まなくなるまでには２年くらいの期間を要す
る。

【０００６】ところで、石炭灰は、火力発電所の運転に
伴ってわが国内で年間約５５０万ｔ発生するが、その８
０％をフライアッシュが占めている。フライアッシュ
は、その発生量の５０〜６０％がセメントの添加剤とし
て利用されてきた。一方、クリンカアッシュは、道路の
路床材などといった土木用途に利用される他、酸性土壌
の改良剤としてそのまま直接に散布されているに過ぎな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、堆肥を
製造する場合に木質原料を有機質炭素源として利用する
ことは良い堆肥を短期間に製造するためには必ずしも好
ましいことではなく、木質原料堆肥を短期間で確実に窒
素飢餓を起こさない程度に腐熟させることは容易なこと
ではなかった。

【０００８】また、上記した木質原料の堆肥化にともな
う問題は、難分解性の木材の芯材を含む伐採木チップの
ような木材チップを利用する場合に特に顕在化する。

【０００９】一方、石炭灰の一種であるフライアッシュ
およびクリンカアッシュは、強アルカリ性であるため
に、有効利用できる分野が限られており、大量に消費さ
れる利用分野の開拓が求められていた。

【００１０】そこで、この発明の課題は、上記した問題
点を解決して、充分に腐熟した状態の木質原料堆肥を短
期間で確実に製造できるようにすることである。また、
火力発電所などの副産物により多量に発生する石炭灰を
有効利用でき、これにより肥料効果の高い木質原料堆肥
が得られるようにすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、木質を含む有機質の炭素源に
水および窒素源を混合し、この混合物を大気中で発酵さ
せて腐植化する堆肥の製造方法において、前記混合物に
対し、さらに石炭灰を添加混合することを特徴とする木
質原料堆肥の製造方法としたのである。前記石炭灰とし
て、具体的にはクリンカまたはフライアッシュを採用す
ることができる。

【００１２】この発明の木質原料堆肥の製造方法では、
木質を含む有機質の炭素源に水および窒素源に対してク
リンカまたはフライアッシュのような石炭灰を添加混合
することにより、第２０週〜３０週程度かけて発酵させ
た堆肥の硝酸態窒素含量、炭素率を好ましい値に誘導す
ることができ、所期した腐熟が充分に進行した状態にす
ることができる。

【００１３】このように石炭灰の添加によって腐植化の
速度が速まる理由については未だ充分に立証されてはい
ないが、例えば微生物発酵によって特に初期のセルロー
ス分解時期に堆肥内部は６０〜８０℃に昇温し、そのと
きに多孔質の石炭灰が触媒のような働きをし、石炭灰の
表面では熱化学反応による有機質の分解反応が起こりや
すくなっているとも考えられる。また、石炭灰は、アル
カリ性を示すものであるから、これを添加混合すること
によって発酵により生成する有機酸を中和して堆肥原料
全体のｐＨをアルカリ側に調整することができ、これに
より弱アルカリ性環境を好む微生物の良好な発育環境が
つくられているとも考えられる。

【００１４】また、木材チップやおがくずなどの木質
は、炭素含量が多く、これを腐熟させるためには、窒素
分を添加する必要がある。

【００１５】そして、上記の木質原料堆肥の製造方法に
おいて、窒素源として鶏糞を採用すると、堆肥成分とし
て不足しがちな窒素ばかりでなく、リン酸、カルシウム
の含量をも充分に高めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明に用いる木質を含む有機
質炭素源は、樹皮、樹木の廃材やチップ材、おが屑など
の木質のみからなる有機質炭素源か、またはこれらを含
有し、その他に籾殻、稲わら、笹、落ち葉、ススキ等の
雑草その他の植物質、または牛、馬、豚、鶏などの家畜
の糞などの生物由来の有機質であって、堆肥原料として
従来使用可能なものを併用し、例えば都市の生ゴミのコ
ンポストを利用することもできる。

【００１７】また、チップ材などの木質材料は、微生物
分解をできるだけ速やかに進行させるために、破砕機を
用いて繊維化されたものであることが好ましい。このよ
うな繊維化された木質を工業的に製造するには、タブグ
ラインダーと呼ばれる擦り潰し機能を有する破砕機を用
いることが好ましい。

【００１８】この発明に用いる窒素源は、特に限定され
た種類のものではなく、特に好ましい鶏糞の他、尿素肥
料や石灰窒素肥料など、周知の肥料を用いることができ
る。

【００１９】次に、この発明に用いる石炭灰は、石炭の
灰分、すなわち石炭の熱分解または酸化生成物をいい、
通常、石炭を燃焼させた後に残る灰分である。多量の石
炭灰は、火力発電所からの石炭灰廃棄物（クリンカアッ
シュまたはフライアッシュ）として産出するので、資源
の有効利用を図り、かつ安定した品質の土壌改良資材を
提供するためにこれらを利用することが好ましい。

【００２０】因みに、ＪＩＳ規格によればフライアッシ
ュは、シリカ４５％以上、水分１％以下、強熱減量８％
以下、比重１．９５以上、比表面積１５００ｃｍ²／ｇ
以上のものであるが、このような規格化されたフライア
ッシュを使用することができるのは勿論である。

【００２１】また、この発明でいうクリンカ（クリンカ
ーとも呼ばれる）は、石炭を焼成したときに、石炭中の
融点の低い部分が溶けて全体を固まらせ、塊状になった
石炭灰であり、フライアッシュとほぼ同様の成分からな
るものと考えられる。このようなクリンカは、均一に混
合して効率よく作用させるために、５ｍｍ以下程度の粒
径に整粒されたものを用いることが好ましい。

【００２２】参考のため、文献などで周知の石炭灰の成
分組成（％）の例を以下に示す。〔常磐神ノ山特粉灰〕ＳｉＯ₂４２．８３％、Ａｌ₂
Ｏ₃ ２９．３２％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ２．６８％、ＣａＯ
１４．８３％、ＭｇＯ１．５７％、Ｎａ₂Ｏ３．
４９％、Ｋ₂Ｏ０．５８％、〔吉隅沈殿粉灰〕ＳｉＯ₂５７．２０％、Ａｌ₂Ｏ₃
２９．３１％、Ｆｅ ₂Ｏ₃ ５．２９％、ＣａＯ
４．０６％、ＭｇＯ０．９９％、ＳＯ₃１．３７、Ｎ
ａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ１．６１％、

【００２３】また、この発明で混合物に添加する水は、
微生物発酵などの有機質の分解に所要量の水分であり、
堆肥が乾燥せず窒素成分やカリウムなどの水溶成分が流
失しない程度の適量の水分を適宜に補充する。また、過
剰の水分が堆肥内に存在すると好気性微生物の生育が妨
げられ嫌気性菌のみの活動が活発化するので、堆肥下部
から堆肥重量で絞り出された水が適当に排水されるよう
に、盛土された基台、コンクリート製の堆肥盤、簀の子
状の排水台などを利用することが好ましい。

【００２４】有機質炭素源と石炭灰とを混合すると共に
加水し、自然醗酵により、順に糖分解、セルロース分
解、リグニン分解を起こさせるが、特に糖分解期、セル
ロース分解期には醗酵熱が発生する。発酵熱は、大気中
や有機質炭素源などに付着している好気性微生物によっ
て原料の有機物が分解される過程で発生する。このよう
な発酵熱を利用して管理される好ましい堆肥内温度条件
は、６０〜８０℃程度である。なぜなら、６０℃未満の
低温では醗酵反応が遅くなり、８０℃を越えるように加
熱すると、微生物の成育が悪くなって醗酵が進まなくな
るからである。

【００２５】因みに、有機物の腐熟過程初期の糖分解期
には、タンパク質、アミノ酸、糖質などの比較的分解さ
れ易い物質が分解されるが、この時期には好気性の糸状
菌や細菌が作用する。次いで、セルロース分解期には、
ヘミセルロースを分解するテルモアクチノミセス等の高
温性好気性の放線菌やセルロース分解菌が増殖し、醗酵
熱を発生させる。その時期を過ぎると温度は低下し、担
子菌等によりリグニンが分解されるようになる。

【００２６】有機質の炭素源としての木質、石炭灰のク
リンカまたはフライアッシュ、窒素源およびそのうちの
鶏糞についての好ましい配合割合は、例えば木質として
摩砕され繊維がほぐされた状態のチップ材である場合
は、その１ｍ³（比重が約０．５であれば約５００ｋ
ｇ）に対して、石炭灰２５〜１５０ｋｇ（好ましくは、
クリンカ２５〜１５０ｋｇ、フライアッシュ２５〜１０
０ｋｇ）、窒素源５〜２０ｋｇ（好ましくは尿素５〜１
０ｋｇ、石灰窒素１０〜２０ｋｇ、鶏糞２５〜５０ｋ
ｇ）である。

【００２７】石炭灰の配合割合が上記した所定範囲未満
の少量では、堆肥腐熟促進の効果が殆どなく、上記所定
範囲を越えて多量に配合すると、フライアッシュでは堆
肥の排水性が悪く、クリンカでは保水性が悪くなり、こ
れらの場合は微生物の生育を阻害するので好ましくな
い。このような傾向は、粒径の細かい石炭灰を使用した
場合に特に現れやすい。

【００２８】窒素源の配合割合が、上記所定範囲未満の
少量では、発酵時に増殖する微生物の体を構成する窒素
分の不足を招き、発酵不良となって好ましくなく、上記
所定範囲を越えて多量に配合すると、発酵初期に高温発
酵が長時間続き、窒素分の無機化が激しく進行するが、
微生物体に取り込まれる窒素分は同じ程度に増加せず、
その結果、発酵促進剤として添加した窒素分がアンモニ
アガスとして大気中に放出されて有効に利用されない現
象が発生することになって好ましくない。

【００２９】

【実施例および比較例】〔実施例１〜３、比較例１〜
６〕炭素源として、木質廃材をタググラインダーで磨り
潰すように破砕することにより繊維をほぐしたチップ材
（比重約０．５）、窒素源および石炭灰（クリンカまた
はフライアッシュ）を表１に示す比率で混合し、強制給
排気方式の堆肥化装置（川鉄商事社製：養土くん、円筒
型のシート張り枠体内に給排気ポンプに接続した多孔性
配管を埋設した装置）に投入し、混合材料の含水量が約
７０％になるように水分を添加し、給排気ポンプにより
１０分／３時間毎に強制通気を行なって好気的に発酵さ
せることにより、混合物内部温度を１週間にわたり６５
〜７５℃になるように保温した。

【００３０】次いで、４〜５ヵ月間５５〜７５℃の内部
温度になるように水分量および強制通気を調整して好気
発酵させた後、内部温度が５０〜４０℃に下降したとき
に好気的な初期発酵が終了したことを確認した。

【００３１】その後、堆肥化装置から好気発酵済の堆肥
を搬出し、野積み状態で約２〜５ヵ月の間、後熟させて
堆肥を製造した。

【００３２】

【表１】

【００３３】実施例および比較例に用いたクリンカアッ
シュの組成は以下の通りである。

【００３４】クリンカアッシュ：ＳｉＯ₂４０〜７５
％、Ａｌ₂Ｏ₃１５〜３５％、Ｆｅ₂Ｏ₃２〜２０％、
ＣａＯ１〜１０％。

【００３５】以上の条件で堆肥を製造する実施例および
比較例の試験期間中に、腐熟の進行状態を調べるため、
乾式燃焼法によって全炭素含量と全窒素含量を調べると
共に炭素率（Ｃ／Ｎ比）を算出し、アンモニア態窒素含
量と硝酸態窒素含量をブレムナー法で測定した。また、
１０ヵ月後の堆肥については、キノリン重量法でリン全
量（Ｐ₂Ｏ₅％）を測定すると共に、原子吸光測定法に
よってカリウム（Ｋ₂Ｏ％）、カルシウム全量（ＣａＯ
％）を測定した。また、発酵時間が５、７または１０カ
月の堆肥試料を培土資材検定法に従って幼植物試験を行
なった。

【００３６】これらの試験結果については、以下の通り
である。

【００３７】すなわち、図１および図４の図表に示す結
果からも明らかなように、比較例に比べて実施例は、試
験期間の第２２週目から第３１週目にかけて硝酸態窒素
含量（ＮＯ₃−Ｎ、ｍｇ／１００ｇ）が増加した。特
に、実施例２、３については、顕著に硝酸態窒素含量は
増加し、腐熟が急速に進行していることがわかる。

【００３８】また、図２および図５の結果からも明らか
なように、比較例に比べて実施例は、第２２週目から第
３１週目にかけての炭素率が低い値であり、腐植化が進
行していることがわかる。

【００３９】

【表２】

【００４０】また、表２の結果からも明らかなように、
石炭灰と鶏糞を併用して添加した実施例３の堆肥では、
リン、カリウム、カルシウムの含量が著しく高く、これ
らの肥料必須要素を植物に充分に供給するには、鶏糞の
使用が適当であることがわかる。

【００４１】次に、図３および図６には、腐植の良否を
判定可能であることが知られているＰＱ値の経時変化を
示した。

【００４２】ここで、ＰＱ値とは、熊田恭一著の「土壌
有機物の化学」、第１２４〜１２７頁にも記載されてい
るように、沈殿部割合とも別称され、土壌や堆肥からＮ
ａＯＨまたはＮａ₄Ｐ₂Ｏ₇を溶媒として抽出された腐
植のうち、腐植酸の占める割合（％）をいい、以下の式
で示される値である。

【００４３】ＰＱ値（％）＝〔ａ／（ａ＋ｂ）〕×１００（式中、ａ、ｂは、それぞれ堆肥１ｇに相当する腐植酸
およびフルボ酸の０．１ＮＫＭｎＯ₄消費量（ｍｌ）
である。）

【００４４】図３および図６の結果からも明らかなよう
に、比較例４〜６のＰＱ値に比べて実施例１または実施
例３のＰＱ値は、試験期間の第２２週目から第３１週目
にかけて顕著に高くなっており、植物の育成に有用な腐
植酸とフルボ酸の含有量が高い物性が短期間に得られて
いることがわかる。

【００４５】次に、幼植物試験では、好気的発酵直後の
堆肥、野積後２ヶ月または５ヶ月後の堆肥を一定量混ぜ
た土壌に「シロナ」（アブラナ科植物）の幼苗を３０〜
４０日間、室温２５℃±５℃に管理された温室において
遮光せず適宜に潅水するという環境で育成し、実施例３
および比較例５、６の堆肥による生育量（地上部と根系
の合計重量）を比較した。また、生育量は、水分の含有
量の影響を排除するために、遮光条件下および外気が入
る換気条件下で２週間の条件で乾燥させたものも併せて
測定した。また、対照区として通常の堆肥（石炭灰を添
加しなかったもの）を同量混合したこと以外は全く同様
の条件で「シロナ」を育成し、その生育量（地上部と根
系の合計重量）を１００％とした場合における実施例３
と比較例５、６の生体重量を表３に示した。

【００４６】

【表３】

【００４７】表３の結果からも明らかなように、ＰＱ値
の高い実施例３の堆肥の生体重量は比較例５、６に比べ
て高くなっており、ＰＱ値の高い（６３．３以上）の実
施例の堆肥は、植物育成能力が高い。これらのことか
ら、堆肥に石炭灰を添加して腐植化することにより、有
機物を単に堆肥化したものに比べて肥料効果の高い堆肥
が生成したことが、幼植物検定試験によって確認でき
た。

【００４８】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、木質
を含む有機質の炭素源に水、窒素源および石炭灰を混合
し、この混合物を大気中で発酵させて腐植化する堆肥の
製造方法としたので、第２０週〜３０週程度という比較
的短期間で発酵させた堆肥の硝酸態窒素含量、炭素率を
好ましい値に誘導することができ、植物の育成に好まし
い影響を与える充分に腐熟した状態の木質原料堆肥を短
期間で確実に製造できるという利点がある。

【００４９】また、この発明の木質原料堆肥の製造方法
では、火力発電所などの副産物により多量に発生するク
リンカまたはフライアッシュからなる石炭灰を有効に利
用でき、これにより得られる肥料が効果の高い堆肥にな
るという利点もある。

【００５０】また、上記の木質原料堆肥の製造方法にお
いて、窒素源として鶏糞を採用した発明では、上記した
利点に加えて堆肥成分として不足しがちな窒素ばかりで
なく、リン酸、カルシウムの含量をも充分に高めること
ができる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】硝酸態窒素含量と堆肥化期間の関係を示す図表

【図２】炭素率と堆肥化期間の関係を示す図表

【図３】ＰＱ値と堆肥化期間の関係を示す図表

【図４】硝酸態窒素含量と堆肥化期間の関係を示す図表

【図５】炭素率と堆肥化期間の関係を示す図表

【図６】ＰＱ値と堆肥化期間の関係を示す図表

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｃ０９Ｋ 101:00 Ｃ０９Ｋ 101:00 109:00 109:00 (72)発明者渡邊郁夫大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者古谷利夫大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者杉本正昭大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者大塚紘雄神戸市灘区六甲台町１番１号神戸大学農学部内 (72)発明者藤嶽暢英神戸市灘区六甲台町１番１号神戸大学農学部内 (72)発明者鈴木武志神戸市灘区六甲台町１番１号神戸大学農学部内 (72)発明者岡本昌太郎神戸市灘区六甲台町１番１号神戸大学農学部内 (72)発明者宇治原博一神戸市灘区六甲台町１番１号神戸大学農学部内Ｆターム(参考） 4H026 AA01 AA08 AA10 AB04 4H061 AA02 CC38 CC41 CC47 DD14 DD20 EE42 GG49 HH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】木質を含む有機質の炭素源に水および窒
素源を混合し、この混合物を大気中で発酵させて腐植化
する堆肥の製造方法において、前記混合物に対し、さらに石炭灰を添加混合することを
特徴とする木質原料堆肥の製造方法。
【請求項２】石炭灰が、クリンカまたはフライアッシ
ュである請求項１記載の堆肥の製造方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の木質原料堆肥
の製造方法において、窒素源が鶏糞である木質原料堆肥
の製造方法。