JP4313525B2

JP4313525B2 - コンポスト肥料の製造方法

Info

Publication number: JP4313525B2
Application number: JP2001287752A
Authority: JP
Inventors: 興市本間; 実朗奥田; 征八朗三浦
Original assignee: 征八朗三浦
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: JP2003095769A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鶏、豚、牛、馬のような家禽、家畜の泥状糞尿を効率よく脱水したのち、発酵処理してコンポスト肥料を製造する方法に関するものである。
【０００２】
鶏、豚、牛、馬のような家禽、家畜の糞尿は、通常そのままで肥料として使われるか、あるいは乾燥して燃焼して処理されているが、鶏糞や牛糞のような泥状糞は、著しい悪臭を発散する上に、腐敗菌や害虫の発生源となり、環境汚染の点で大きな問題となっている。
【０００３】
一方、下水汚泥や家畜、家禽の糞尿からコンポスト肥料を製造することも試みられているが、これらは含水率が９０質量％以上と高いため、通常は、わら、もみ殻、おが屑などを２〜３倍量加え、含水率６０質量％程度に調整する必要がある。したがって、処理体積は増大し、発酵タンクを大型化しなければならない上に、発酵がかなり進行している糞尿と未発酵のわら、もみ殻、おが屑などの間で完熟度のアンバランスを生じ、未完熟の状態で施肥される結果、土壌中で酸素欠乏や脱リン現象を起し、農作障害の原因となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、動物の糞尿を効率よく脱水してコンポスト化しやすくし、発酵処理を施すことにより、前記した欠点のないコンポスト肥料を製造することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、含水率の高い動物糞尿を効率よく脱水して、コンポスト原料として好適な、含水率６５質量％又はそれ以下の状態にすることについて鋭意研究を重ねた結果、動物糞尿に脱墨故紙を解繊摩砕し、完全に繊維化して得られる淡かっ色綿状物質（以下リセルロースファイバーという）と有機高分子凝集剤及び場合によりさらに無機凝集剤を添加してフロックを形成させたのちプレス脱水することにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、含水率９０質量％以上の動物糞尿に対し、脱墨故紙を解繊摩砕し、完全に繊維化して得た淡かっ色綿状物質からなるリセルロースファイバーを、その動物糞尿の質量に基づき０．１〜１０質量％の割合で添加し、少なくとも１分間かきまぜたのち、さらに動物糞尿の質量に基づき０．０１〜１０．０質量％の有機高分子凝集剤を加えてかきまぜ、十分にフロックを形成させ、次いで搾液して含水率６５質量％以下にしたのち、発酵処理することを特徴とするコンポスト肥料の製造方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明方法において用いるリセルロースファイバーは、脱墨した故紙を先ず常法に従ってシュレッダーなどを用いて粗粉砕し、次いで解繊用摩砕機のような微粉砕機を用いて完全に繊維化することにより得られる淡かっ色綿状物質である。
【０００８】
上記の故紙の脱墨処理は、通常の再生紙を脱墨する場合と同様の方法、例えばアルカリを加えて蒸煮する方法によって行うことができる。この際、脱墨を促進するために、セッケン、スルホン化油、ベントナイト、メタケイ酸ナトリウムや界面活性剤のような分散剤を併用することもできる。
【０００９】
このようにして完全に繊維化したファイバーを必要に応じ水洗後、乾燥すれば、リセルロースファイバーが淡かっ色綿状物質として得られる。このものは、太さ、長さの異なったセルロース繊維が三次元的に絡み合った構造を有している。図１は、この組織構造を示す１００倍拡大顕微鏡写真である。このリセルロースファイバーは、燃えやすい、吸湿、吸水性が高い、放湿、放水性が高いという特徴を有し、脱水能力が非常に高く、９５質量％以上という高含水量の動物糞尿原液に対し、０．５〜３質量％添加し、搾液するだけで、６５質量％若しくはそれ以下の含水量まで脱水することができる。
【００１０】
次に、本発明方法において用いる有機高分子凝集剤としては、ノニオン系、カチオン系又は両性の合成高分子凝集剤を用いるのが好ましい。
このノニオン系合成高分子凝集剤としては、例えばポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、尿素−ホルマリン樹脂を挙げることができるし、カチオン系合成高分子凝集剤としては、例えばポリアミノメチルアクリルアミド、ポリビニルイミダゾリン、キトサン、アイオネン系共重合体、エポキシアミン系共重合体を、また両性合成高分子凝集剤としては、例えば、レシチン系両性界面活性剤、カゼイン分解物系両性界面活性剤などを挙げることができる。これらの合成高分子凝集剤の分子量は、通常、数万ないし数百万の範囲にある。
【００１１】
これらの合成高分子凝集剤のあるものは、例えば液状高分子凝集剤「Ｅ−５１３」及び「Ｅ−５５５」（いずれもハイモ社製）として市販されている。これらの有機高分子凝集剤は、通常０．１〜０．５質量％濃度の水溶液として動物糞尿に添加される。
【００１２】
また、必要に応じ、これらの有機高分子凝集剤と併用される無機高分子凝集剤としては、例えばポリ硫酸鉄（ＩＩＩ）、ポリ塩化鉄（ＩＩＩ）、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウムなどがある。これらの無機高分子凝集剤は、通常５〜１５質量％濃度の水溶液として動物糞尿に添加される。
【００１３】
本発明方法におけるリセルロースファイバーの使用量は、動物糞尿原液に対し、０．１〜１０質量％の範囲内で選ばれるが、この量は糞尿を排泄する動物の種類によって変動する。すなわち、牛の場合は糞中の繊維量が多いので、リセルロースファイバーの使用量は少なくてもよいし、また鶏は糞中の繊維量が少ないのでリセルロースファイバーの使用量を多くする必要がある。さらに、同じ種類の動物であっても飼料の成分が異なれば、それに対応してリセルロースファイバーの使用量を増減することも必要である。
【００１４】
次に、有機高分子凝集剤の使用量は、動物糞尿原液の質量に基づき、通常０．０１〜１０．０質量％の範囲内で選ばれる。この使用量も動物の種類、飼料の成分により変動するが、従来の動物糞尿汚泥の脱水処理の場合に比べ、１／４〜１／５とかなり少なくすることができる。
【００１５】
動物の糞尿組成は、飼育環境、季節により変動するので、この組成に応じリセルロースファイバー及び有機高分子凝集剤の使用量を、上記範囲内において適宜増減することが必要である。
【００１６】
本発明方法においては、リセルロースファイバーと有機高分子凝集剤の添加順序が重要であり、先ずリセルロースファイバーを加えてかきまぜ、スラリーを形成させたのち、有機高分子凝集剤を添加させる。この添加順序を逆にすると、所望の脱水効果は得られない。このスラリーを形成させるには、少なくとも１分間、好ましくは３〜５分間激しくかきまぜることが必要である。
【００１７】
次に、このようにして形成させたスラリーに、有機高分子凝集剤を添加し、かきまぜると、次第にフロックが形成してくるので、十分にフロックが形成されたならば搾液処理を行う。このフロック形成に要する時間は少なくとも２分、通常は３〜７分間である。
【００１８】
このようにして十分にフロック形成させた処理物を、例えばスクリュープレス方式、ベルトプレス方式、加圧ろ過方式により搾液する。この際のプレス圧力としては、通常２９４００〜６８６００Ｐａ、好ましくは４９０００Ｐａ以上の範囲内で選ばれる。これよりも低い圧力を用いる方式、例えば真空脱水方式を用いることもできるが、リセルロースファイバーの脱水性能は、圧力が高ければ高いほど発揮されるので、できるだけ高いプレス圧力の搾液機を用いて行うのが好ましい。
【００１９】
本発明方法においては、有機高分子凝集剤とともに、無機高分子凝集剤を併用すると、より低い含水量の脱水ケーキを得ることができる。
この際の無機高分子凝集剤の使用量は、併用する有機高分子凝集剤の２〜２０倍量、好ましくは１．０〜５．０倍量の範囲で選ばれる。
【００２０】
本発明方法により処理すると、搾出液が得られるが、この搾出液には、動物の種類、飼育環境、採取時期によって異なるが、窒素分１０〜２０質量％、リン酸成分３〜１０質量％及びカリウム成分５〜１５質量％を含んでいるので、カンキツ類、リンゴ、ブドウ、ナシ、モモ、カキ、クリなどの農作物用の液肥として用いることができる。
【００２１】
ところで、動物糞尿は含水率７０質量％以上では通気性がほとんど無いため、そのまま放置すれば嫌気発酵して著しい悪臭を発生し、堆肥を生成するのに必要な発酵が進行しない。そして、含水率が６５質量％以下になると通気性がよくなり、好気発酵が進行するので、臭気も激減し、コンポスト化が円滑に行われ、短時間で堆肥が得られる。
したがって、本発明方法においては、動物糞尿を含水率６５質量％以下になるまで十分に脱水することが必要である。
【００２２】
本発明方法においては、このようにして得られる含水率６５質量％以下の動物糞尿処理物をコンポスト化処理することにより、コンポスト肥料を製造するが、このコンポスト化処理では、微生物の働きを利用して好気的条件下で、できるだけ短時間に貯蔵可能で悪臭を発生しないコンポストにすることが必要である。
この際使用される微生物は、複数の微生物が混合した微生物群であり、これらは空気中、動物糞尿中に存在するので、特に供給する必要はないが、所望ならば市販されている微生物製剤を添加して増殖を助長することもできる。
【００２３】
このコンポスト化に主として関係する微生物は、最初は原料中に生息する常温性菌であり、温度が上昇するとともに、５０〜６０℃に至適温度をもつ好熱性菌に移行する。すなわち、室温から６０℃までの温度では細菌や糸状菌が活発に働き、６０℃に達すると放線菌が活発に働くようになる。
【００２４】
このように、このコンポスト発酵を行う微生物群には、３０〜４０℃を至適温度とする中温細菌群や４５〜７０℃を至適温度とする高温菌群が含まれているが、後者を利用する方が発酵は著しく速く進行するので、温度条件としては、６０℃以上に保つのが好ましい。
【００２５】
また、このコンポスト化処理においては、水分の調整が重要であり、前記したように、水分が７０質量％以上になると、好気性菌に起因して二酸化炭素が発生して植物の根の呼吸困難をもたらしたり、硫化水素、アンモニア、メルカプタンなどの有害ガスを発生して農作障害をひき起す。したがって、水分としては６５質量％以下、好ましくは３０〜６０質量％の範囲を保つ必要がある。この点において、本発明方法は、含水率６５質量％以下の動物糞尿処理物を用いるので、最適の水分を保つことができ、効率よくコンポスト化処理を行うことができる。
【００２６】
次に、本発明方法のコンポスト化処理においては、原料として用いる動物糞尿処理物の内部を好気的に維持し、コンポスト化速度を高めるために、発酵層内の通気を良好に保つことが必要である。通常は、処理の間、微生物群の活動に要求される酸素供給量の１０倍以上の通気量を保つために、５０〜２００リットル／分／ｍ²の範囲で強制通気が行われる。
【００２７】
また、コンポスト発酵では、このようにして強制通気される空気がコンポスト原料の内部を円滑に通り、かつ分解によって発生した熱を発散させないために、固形化したコンポスト原料を、粒度２〜５０ｍｍに破砕して用いるのが好ましい。
【００２８】
次に、コンポスト発酵においては、ＣＮ比を適正に保つことが必要であるが、動物糞尿処理物は一般に炭素に比して窒素が多いので、必要に応じ炭素の多い材料を混合してＣＮ比を当初５０〜１５０程度、処理後１６〜２０になるように調整するのが望ましい。
【００２９】
他方、コンポスト化の微生物群が活動を開始するには、コンポスト原料中のｐＨが中性付近にあるのが好ましく、酸性又はアルカリ性になると発酵開始の誘導期間が長くなる傾向がみられるが、反応が活発に行われているときは、その間に発生する二酸化炭素やアンモニアによりｐＨは８付近の最適条件に維持されるので特に調整する必要はない。
【００３０】
本発明方法における発酵処理に際しては、所望に応じ発酵促進剤を用いることができる。この発酵促進剤としては、好気的に活発に作用するセルロース分解細菌、例えば粘液細菌（Ｐｏｌｙａｎｇｉｕｍ）、シュウドモナス菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、ビブリオ菌（Ｖｉｂｒｉｏ）、バチルス菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、エルビニア菌（Ｅｒｕｖｉｎｉａ）やストレプトマイセス菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）、ミクロモノスポラ菌（Ｍｉｃｒｏｍｏｎｏｓｐｏｒａ）、ストレプトスポランジューム菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｓｐｏｒａｎｇｉｕｍ）及びノカルジア菌（Ｎｏｃａｒｄｉａ）のような好気的放線菌などが用いられる。特に好ましいのは、クルチア・カテナホルマ菌（Ｋｕｒｔｈｉａｃａｔｅｎａｆｏｒｍａ）のような栄養要求変異株である。
【００３１】
この発酵促進剤の使用量は、コンポスト原料として用いる動物糞尿処理物の種類、施肥する農作物の種類などにより異なり、一概にはいえないが、通常、１０００〜５００００ｕｎｉｔ／ｇのものを、コンポスト原料１ｋｇ当り０．１〜１０ｇの割合で使用する。
この発酵促進剤は、発酵処理の際に添加してもよいが、あらかじめリセルロースファイバーに配合して添加しておくのが、事後の操作が簡単になるので有利である。
【００３２】
次に、本発明方法におけるコンポスト化のための発酵処理は、発酵装置を用いて行われるが、この発酵装置としては、従来下水汚泥や動物糞尿をコンポスト化する際に通常使用されていたもの、好ましくは撹拌手段、通気手段又は切り返し手段を備えて通気促進が可能なものの中から使用目的に最も適ったものを適宜選んで使用することができる。
【００３３】
このような発酵装置としては、これまで例えば回転円筒掻上げ板型、回転円筒回転軸併用型、通気単槽型、固定縦軸回転多段型、固定縦軸回転通気槽型、固定横軸回転通気槽型、移動縦軸回転型、移動横軸回転型、移動回転バケット型、移動ショベル撹拌型など多種多様のものが知られている。
【００３４】
本発明方法においては、動物糞尿処理物が完熟するまで発酵処理を続行することが必要であるが、これが完熟したか否かの判定は、例えばコンポスト化過程において、固相物サンプルを適宜抜き取り、水で抽出し、その抽出液をゲルクロマトグラフィー処理し、そのパターンを観察することによって行うことができる。すなわち、コンポスト化物のクロマトグラムは、その原料が種類により多種多様のパターンを示すのとは異なり、だいたい類似したパターンを示すことが知られている。そして、完熟した段階では、原料においてみられた低分子成分のピークはほとんど消失し、分子量数千程度の高いピークをもつ単純なパターンになるので、このようなパターンに到達した段階で完熟したと判定すればよい。
【００３５】
このようにして、従来の動物糞尿のコンポスト化には、３〜６か月の期間を要したのに対し、本発明方法によると、わずか１〜３週間でコンポスト化を終了させることができる。
このようにして得られたコンポスト肥料は、例えば表１に示す成分を有し、田や畑あるいは果樹園の農作物に対して有効に施すことができる。
【００３６】
【表１】

【００３７】
【実施例】
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
参考例リセルロースファイバーの製造
段ボール古紙をシュレッダーにより、３ｍｍ平方程度の細片に粗粉砕したのち、微粉砕用解繊機［（株）山本百馬製作所製、古紙微粉砕装置］により、完全に繊維状化し、水分１０質量％に乾燥する。
【００３９】
実施例１
豚の泥状糞尿（含水率９５．３質量％）２００リットルに参考例で得たリセルロース２ｋｇ（糞尿に対し約０．７質量％に相当）を添加し、２分間かきまぜてスラリー化したのち、液状両性高分子凝集剤（ハイモ社製、商品名「Ｅ−５１３」）の０．２８質量％濃度の水溶液２０リットル（糞尿に対し０．０２８質量％）を加え、約３分間かきまぜたところ、汚泥中のフロックの形成が認められた。
次いで、この処理物をスクリュープレス式汚泥脱水機（新明和社製、商品名「ＳＳＰ−１０００」）に投入し、スクリューの回転速度２．４ｍｉｎ^-1で脱水した。
このようにして、含水率６１．２質量％の脱水ケーキ２８ｋｇを得た。
次に、この脱水ケーキを、固定縦軸回転通気型発酵槽に移し、発酵促進剤としてクルチア・カテナホルマ菌（Ｋｕｒｔｈｉａｃａｔｅｎａｆｏｒｍａ）のＭＨ³変異株３ｇを添加し、１０日間発酵処理したところ、完熟し、コンポスト肥料２３．１ｋｇを得た。この際の発酵温度は６０℃、ｐＨは８．０±０．１であった。
【００４０】
比較例
実施例で用いた豚の泥状糞尿（含水率９５．３質量％）に、もみ殻を加え、含水率を６１質量％に調整したものをコンポスト原料として用い、実施例と同様にして発酵処理したところ、２か月後においても低分子成分は消失せず未完熟であった。
【００４１】
実施例２
発酵槽に発酵促進剤を添加する代りに、あらかじめクルチア・カテナホルマ菌のＭＨ³変異株３ｇを添加したリセルロースを用い、実施例１と同様に操作することにより、同様にコンポスト肥料を得ることができた。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、含水率の高い動物糞尿から、短期間で農作障害を起すことのない良質のコンポスト肥料を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リセルロースの組織構造を示す顕微鏡拡大写真図。

Claims

含水率９０質量％以上の動物糞尿に対し、脱墨故紙を解繊摩砕し、完全に繊維化して得た淡かっ色綿状物質からなるリセルロースファイバーを、その動物糞尿の質量に基づき０．１〜１０質量％の割合で添加し、少なくとも１分間かきまぜたのち、さらに動物糞尿の質量に基づき０．０１〜１０．０質量％の有機高分子凝集剤を加えてかきまぜ、十分にフロックを形成させ、次いで搾液して含水率６５質量％以下にしたのち、発酵処理することを特徴とするコンポスト肥料の製造方法。
有機高分子凝集剤とともに、その添加量の２〜２０倍量の無機高分子凝集剤を添加する請求項１記載のコンポスト肥料の製造方法。
無機高分子凝集剤が、ポリ硫酸鉄（ＩＩＩ）、ポリ塩化鉄（ＩＩＩ）、ポリ塩化アルミニウム及びポリ硫酸アルミニウムの中から選ばれた少なくとも１種である請求項２記載のコンポスト肥料の製造方法。
リセルロースファイバーとともに発酵促進剤を添加する請求項１、２又は３記載のコンポスト肥料の製造方法。