JP2012041210A - 液肥の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機性廃棄物から簡単な設備を利用し、無臭の状態で、かつ低コストに液肥を製造すること、及び植物の育成に適した性状を有し、かつ土壌の透水性を改善することができる液肥の製造方法を提供することである。
【解決手段】畜舎汚水等の有機性廃棄物を低曝気処理した後、汚泥分離処理して得られた分離水を液肥とする。前記分離水は再度低曝気処理してもよい。このような低曝気処理により、液肥の硝酸イオン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上となるように調整する。前記低曝気処理はＤＯ値０〜３ｍｇ／Ｌで曝気するのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、畜舎等から排出される有機性廃棄物を有効利用して、植物生育に優れた効果を有する液肥を製造する方法に関するものである。

家畜の糞尿、畜舎洗浄水等の畜舎汚水は、窒素、リン等が多く含まれており、これを液肥として利用するための液肥化処理法が従来から知られている。

液肥化処理法には、（１）長期間、汚水を貯留槽に溜めて自然発酵を促す貯留法（いわゆる肥溜め法）、（２）糞尿混合スラリーを曝気することで液肥としての流動性、均質性を高めるスラリー曝気法、（３）畜舎で糞尿を分離した尿汚水を曝気し、臭気低減を図った簡易曝気法、（４）汚水を嫌気性処理であるメタン発酵させ、メタンガスをエネルギーとして回収すると共に、メタン回収後の消化液を液肥として利用するメタン発酵法などが知られている。しかし、これらの方法は、液肥製造過程での悪臭の発生、液肥散布時の臭気の発生、高価な設備コストの負担等の問題がある。

具体的に提案された例として、特許文献１には、汚泥処理工程から生じる汚泥脱離液を、液肥化機構内で生物処理し、ＢＯＤの低減を図った液肥の製造法が開示されている。しかし、この方法は液肥化機構において嫌気処理と好気処理が行われており、臭気の発生が避けらず、処理施設も大型化するという問題がある。

また特許文献２には、有機性廃棄物を嫌気状態でメタン発酵し、生成するガス成分を脱離して得られた脱離液から液肥を製造する方法が開示されている。しかし、この方法はメタン発酵処理であり、悪臭対策のために密閉式の発酵槽が必要となるなど処理施設も大型化するという問題がある。また離脱液は、後工程の凝集沈殿工程や上向流嫌気性汚泥床法に適したｐＨ値に調整する工程が必要であり、しかも、得られた液肥には窒素、リン、カリウム、マグネシウム等を添加して最適な肥料成分に調整する工程が必要である等の問題がある。

一方、本発明者の一人は、従来の好気性微生物主動の活性汚泥法に代わる廃水処理方法として、硝酸呼吸微生物主動の低曝気活性汚泥法を開発した。低曝気汚泥法は、基本的に反応槽−沈殿槽−汚泥消化槽から構成されており、反応槽と汚泥消化槽のＤＯ（溶存酸素）を１ｍｇ／Ｌ以下に制御するとともに、汚泥消化槽の上澄水の一部を電子受容体調整水として反応槽の廃水流入水に返送する方法である。この方法により、余剰汚泥の大幅な減容化と全処理工程での無臭化に成功した（特許文献３）。

低曝気活性汚泥法に関しては、電子受容体調整水を硝酸呼吸主動の微生物群を構成するような呼吸因子とするため、ＤＯを０．１ｍｇ／Ｌ〜３ｍｇ／Ｌに調整し、ＯＲＰを０〜３００ｍＶに維持して曝気する方法（特許文献４）、低曝気処理槽に出現する微生物群をメタゲノム解析し、分析することにより脱窒菌を主体とする微生物群のバイオフィルムを生成するための条件手法（特許文献５）、低曝気処理槽に出現する微生物群をＤＮＡシークエンス解析で同定した知見を基に、特定の真菌共生菌群で有機性廃棄物を分析浄化する手法（特許文献６）なども本発明者によって提案されている。

さらに本発明者は、低曝気活性汚泥法によって生成される電子受容体調整水の消臭効果に着目し、有機廃棄物の堆積物に電子受容体調整水を混合することにより低臭気、低コストで堆肥を製造する方法を提案している（特許文献７）。

特開平６−１１３６８８号公報 特開２００２−１３７９７９号公報 特許第３６６７２５４号公報 特許第４１１２５４９号 特開２００７−１１７７９０号公報 特開２００４−２４８６１８号公報 特開２００９−５７２３５号公報

本発明者は、このような研究成果を背景に、さらに研究を重ねた結果、前述の低曝気活性汚泥法で生成される電子受容体調整水が農作物、草花等の植物栽培用の液肥として極めて有効であることを知得した。

本発明はその知得に基づいて提案されたものであり、有機性廃棄物から簡単な設備を利用し、無臭の状態で、かつ低コストに液肥を製造する方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、植物の育成に適した性状を有し、かつ土壌の透水性を改善することができる液肥の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明の液肥の製造方法は、有機性廃棄物を低曝気処理した後、汚泥分離処理して得られた分離水を液肥とすることを特徴とする。

また本発明は、前記分離水を再度低曝気処理することを特徴とする。

また本発明は、前記低曝気処理により、液肥の硝酸イオン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上となるように調整することを特徴とする。

さらに本発明は、前記低曝気処理をＤＯ値０〜３ｍｇ／Ｌで曝気することを特徴とする。

本発明によれば、有機性廃棄物から簡単な設備を利用し、無臭の状態で、かつ低コストに液肥を製造することができる。また得られる液肥は、植物の育成に適した性状を有しており、かつ潅水した土壌の透水性を改善することができる。

本発明を実施する回分式曝気槽の概略図である。 本発明液肥と従来液肥による芝生育効果を示すグラフである。 本発明液肥と従来液肥を使用したときの土壌透水性を示すグラフである。

本発明の最も単純な実施形態は、有機性廃棄物を低曝気処理した後、汚泥分離処理して得られた分離水を液肥とすることである。有機性廃棄物とは、たとえば畜舎から排出される糞尿、畜舎洗浄水、パーラー排水等であり、このほかにも産業廃水、生活廃水等、微生物が消費する有機物を含んだ各種の廃棄物である。

本発明における低曝気処理は、従来の活性汚泥処理等で行われている高酸素濃度での曝気処理と区別する曝気処理法で有り、好ましくは有機性廃棄物をＤＯ値０〜３ｍｇ／Ｌで曝気することである。有機性廃棄物の水分が低い場合は、所定量の水を混入しても良い。

低曝気処理時のＤＯ値は、微生物群が酸素を消費尽くしている状態を意味している０でもよいが（酸素をまったく供給しない嫌気処理とは相違する）、微生物群の最小限の呼吸因子として０．１ｍｇ／Ｌを超える酸素量が好ましい。しかし、ＤＯ値３ｍｇ／Ｌを超えると、いわゆる活性汚泥処理法となり（ｐＨが酸性に傾く）、好気性微生物群が増殖し、後述する硝酸イオン、硫酸イオンに富んだ液肥が得られない。好ましくはＤＯ値１ｍｇ／Ｌ以下で曝気するのがよい。

低曝気処理でのＯＲＰ値（酸化還元電位）は、得られる液肥の硝酸イオン、硫酸イオンを高めるための指標となる。ＯＲＰ値が０ｍＶ以下の場合は、低曝気時において微生物群の呼吸因子となる電子受容体としての酸素が不足し、微生物群のバランスが硫黄化合物使用菌の方向に傾く。また３００ｍＶ以上では、電子受容体としての酸素が多くなるため、微生物群のバランスが酸素使用の方向に傾くことになる（活性汚泥となる）。

ＯＲＰは、必要とあれば、酸素供給量の調整、所定の電子受容体調整液（液肥となる）の投入、所定の酸化還元電位を有する緩衝液（廃水処理媒体等）の投入により調整することができる。

本発明の低曝気処理は、設備として簡式な回分式曝気槽を使用することができる。回分式曝気槽の構造は特に限定されるものではないが、たとえば曝気槽内を回分槽と沈殿槽に区分し、回分槽に有機性廃棄物を投入し、前述の低曝気処理を行い、曝気を停止して汚泥沈殿後の上澄液を貯留槽に移送、貯留する。貯留槽では、必要により上澄液を前記と同様なＤＯ値で再低曝気を行ない、硝酸イオン、硫酸イオンのほか、カリウム、カルシュウム、マグネシュウム等の金属イオン成分の濃度調整を行うことができる。回分槽内の硝酸イオン濃度が低いときには、貯留槽の上澄水を回分槽に返送しても良い。このようにして生成された上澄液を液肥として利用する。

得られる液肥は、硝酸イオン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上となるように調整する。液肥中の硝酸イオン濃度は低曝気処理を所定期間（有機性廃棄物のＢＯＤ，ＭＬＳＳ等の条件により相違する）続けることにより上昇するため、所定濃度に達したときに低曝気処理を停止すればよい。前述のように上澄水を再低曝気することにより濃度調整することもできる。

硝酸イオン濃度を１００ｍｇ／Ｌ以上とする理由は、施肥した土壌微生物の硝酸呼吸を誘導し、無臭で脱窒を促進させ、ｐＨ値、ＥＣ値等の適正な土壌性状を維持するためである。理想的な目標値としては２００ｍｇ／Ｌ〜３００ｍｇ／Ｌ程度である。硝酸イオン濃度の上限値は特に限定されないが、５００ｍｇ／Ｌ以上になると窒素量が過剰となり土壌微生物の不活性化も予想される。

上述した液肥製造法は無臭状態で実施できる。これは低曝気処理により微生物群の硝酸呼吸（脱窒反応）が誘導され、無臭の窒素ガスが放出されることになる。また、硝酸呼吸により解糖系とクエン酸回路が稼動するので発酵が抑制され、タンパク質や脂肪酸の無秩序分解が抑制され、臭気分子の再利用が起きるためであると考えられている。得られる液肥も無臭である。また、低曝気処理の環境下では脱リンも同時に進行するものと考えられている。

本発明法により得られる液肥は、硝酸イオン濃度が高く、肥料成分として適正量の窒素、リン、カリウム、カルシュウム、マグネシュウム等を含んでいる。この液肥は土壌に直接散布しても良いが、堆肥と共用すると効果的である。液肥は硝酸イオン濃度が高いので、土壌又は堆肥中の有機物をエサにした土壌微生物群の硝酸呼吸を誘導し、無臭での脱窒が促進される。

また、本発明の液肥を施用した土壌は、団粒が形成され、微生物によるバイオフィルムが形成される。このバイオフィルムにより団粒内部に低酸素濃度の環境がつくりだされ、液肥の硝酸イオンを呼吸因子とする微生物群の硝酸呼吸を誘引するものと考えられる。また、土壌が団粒状に形成されることで団粒間に多くの空間が形成され、透水性、保水性が高まり、液肥が根元に万遍なく浸透することになる。

「液肥の作成」
乳牛飼育畜舎から回収した糞尿水（ＭＬＳＳ＝３０００ｍｇ／Ｌ）を図１に示すような回分式曝気槽に投入して低曝気処理した。回分式曝気槽は、回分槽区１と貯留槽区２で構成されており、糞尿水は回分槽１に投入し、エアーライン３からの送気により、ＤＯ値０〜１ｍｇ／Ｌで２〜３週間低曝気処理を続けた。

その後曝気を停止し、しばらく静置して汚泥を沈降分離させ、上澄水を、移送ライン４を通して貯留槽区２に移送した。貯留槽区２でも回分槽区１と同じ条件で低曝気処理している。このようにして得られた上澄水を液肥として利用する。なお、ここでは貯留槽区２の低曝気処理により硝酸イオン濃度が所定濃度（１００ｍｇ／Ｌ以上）となるように調整しているが、回分槽区１で分離したときの上澄水の硝酸イオン濃度が既に目標値に達しているときは貯留槽区２での低曝気処理は省略できる。

上記方法により得られた液肥の分析値は以下の通りである。

また、上記液肥と市販品の液肥（商品名：ハイポネックス）の成分を比較したものが下表である。

Ｎは硝酸値に０．２２を掛けたものである

「ミニトマト育成例」
上記本発明の液肥をミニトマトの潅水に使用し、堆肥（市販品）を追肥する栽培法と収量等を比較した。ミニトマトを液肥区、堆肥区画４株ずつ１３Ｌのポットに一本仕立てで植え付けた。ハウス内で管理し、土が乾燥したら株当たり１Ｌ潅水し（液肥区は上記液肥、堆肥区は堆肥に水）、堆肥区は第１花房がふくらんでから、１０日に１回堆肥を株当たり１００ｇ追加した。なお、液肥の硝酸イオンは２００ｍｇ／Ｌ、堆肥の窒素は２％であった。表３に液肥区と堆肥区におけるミニトマトの収量と品質（４株の平均値）、表４にミニトマトの株の生育及び土壌の性状（４株の平均値）を示す。

ミニトマトの収量と品質(平均値)

ミニトマトの株の生育及び土壌の性状（平均値）

以上の結果から、ミニトマトの収穫数、収量は液肥区が高く、果実の糖度及びアスコルビン酸濃度も液肥区も高いことがわかり(表３)、本発明の液肥が果実の収量、品質の改善に有効であることが確認された。また、ミニトマトの根の容積、重量及び吸水量は液肥区が多く（表４）、果実の生育に有効であることも確認された。土壌性状は液肥区のＥＣ（電気伝導度）が高く、土壌の硝酸イオン濃度が高いことが果実や根の生育に影響を与えていることが推察できる。

「芝生育成例」
芝生の潅水に上記本発明の液肥を使用（試験区）し、水（水道水）を潅水した場合（対照区）と、芝生の生長、土壌の透水性等を比較した。期間は約６ヶ月間、芝生３００ｍ^２に毎週１回３００Ｌ潅水した。他の肥料散布は行わなかった。液肥の硝酸イオンは２００〜２５０ｍｇ／Ｌであった。

芝生の生長は、芝の地上部及び地下部の乾重量を計って評価した（図２）。また、芝現地土壌の透水性はインテークレート法により評価した（図３）。インテークレート法は、土壌中に水が浸入又は吸収される速度の表すものとして一般的に行われている測定法であり、地表流下を阻止した状態における単位時間当たりの供給水量を測定している。

その結果、本発明の液肥を使用した試験区の芝生は、対照区と比較して密に茂り、スパッド値（葉色）も高かった。また図２に示すように、試験区は地上部地下部とも対照区よりも旺盛な生育量が得られ、特に地下部で顕著であった。さらに図３に示すように、土壌の透水性は試験区が明らかに対照区よりも優っていた。この透水性は、本発明の液肥が芝根群の発育に好影響を与えているものと推察できる。

「花壇苗育成例」
ペチュニア、ビオラの花苗について、本発明の液肥を使用した場合と、市販の液肥を使用した場合の花苗の生育状態（草丈、株幅、葉長、葉幅、葉色）を測定した。

ペチュニアは２８８穴のプラグトレイにメトロミックス３５０を詰め播種した苗を用い、直径９ｃｍのポリポットヘ定植し、約２週間後に施肥した。ビオラは、４０６穴のプラグトレイに播種した苗を用い、直径６ｃｍのポリポットヘ定植し、約１ヵ月後より施肥した。１区１０株定植し、ガラス温室での育成である。

使用用土は、赤玉土中粒及び慣行販培養土（赤土：牛糞：バーク：腐葉土＝３：１：１：１）である。市販液肥は表２のハイポネクス、置き肥はプロミック錠剤スタンダード小粒（Ｎ−Ｐ−Ｋ＝１２−１２−１２）を使用した。本発明の液肥と市販液肥をトレイ当たり２Ｌずつ施用し、置き肥はポット当たり1粒使用した。試験結果を下表に示す。

各液肥を赤玉土に施用した場合のペチュニアの生育に及ぼす影響

各液肥は７日ごとに施用
Ａ：本発明液肥 Ｂ：市販液肥

各液肥を赤玉土に施用した場合のビオラの生育に及ぼす影響

Ａ：本発明液肥 Ｂ：市販液肥

各液肥を培養土に施用した場合のビオラの生育に及ぼす影響

Ａ：本発明液肥 Ｂ：市販液肥

表５に示すように、赤玉土に栽培したペチュニアは、全体的に本発明の液肥を施肥した場合が市販液肥よりも生育が優っている。また表６、表７に示すように、ビオラを栽培した場合、赤玉土及び培養土ともに施肥回数が同じときは、両液肥とも同程度の生育を示しているが、本発明の液肥は施肥回数を増やすと生育効果が高くなっている。置き肥を使用し培養土で栽培すると、同じ回数の施用で市販液肥よりも本発明の液肥の生育が優っている。このことは、各種の肥料、用土等との組み合わせによって、本発明の液肥の効果的な使用を示唆している。

１は回分槽
２は貯留槽
３はエアーライン
４は移送ライン

Claims (4)

1. 有機性廃棄物を低曝気処理した後、汚泥分離処理して得られた分離水を液肥とすることを特徴とする液肥の製造方法。
2. 前記分離水を再度低曝気処理することを特徴とする請求項１に記載の液肥の製造方法。
3. 前記液肥は硝酸イオン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液肥の製造方法。
4. 前記低曝気処理は、ＤＯ値０〜３ｍｇ／Ｌで曝気することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液肥の製造方法。

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