JP4643203B2

JP4643203B2 - 牛糞を発酵・分解・処理する微生物、及びこれを用いた牛糞の処理方法

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Publication number: JP4643203B2
Application number: JP2004243657A
Authority: JP
Inventors: 鐐三入江
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Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: JP2006061007A

Description

この発明は、牛の飼育場から大量に排出される牛糞の効率的に処理する微生物及びこれを用いた牛糞を処理する方法に関する。

家畜の糞尿、家庭、企業及び公共施設、更にはその他の動物飼育設備等から排出される各種の有機廃棄物を微生物の作用を利用して処理する方法、そのような処理施設から排出される汚泥等をコンポスト化する方法、家畜糞尿を脱臭、処理する装置などについては各種の方法が多数提案されている。
本発明者も先に有機性廃液又は生物性汚泥に含まれるデンプン又は蛋白質を効率的に分解する微生物として、バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１８０１４及びバチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１８０１５を発明し、特許出願を行った。
糞尿等の水分含量の高い有機性廃棄物は、有機物を微生物の作用により処理、消化した後、固液分離し固体部分はコンポストとして利用し、液体部分は必要に応じて更に浄化して、河川等に放流されている。それらの処理設備は大型となるため、処理設備費及び濾過助剤、電力その他の補助材料費、人件費等を含めて運転、処理には高い費用を必要としている。

そのうち、牛糞については、それが特に粘稠物を多量に含有しているため、諸物質、空気、微生物が内部まで浸透することが妨げられる。そのために、表面の処理には成功するものの、一般の有機性廃棄物と異なり、発酵処理の終了した部分から水分と粘調物の一部が下方に流れ出て周辺を汚染する。一方、内部を含む牛糞全体にわたっての微生物による完全な処理は殆ど成功していない。牛糞が発酵処理が出来難い所以である。そのため、敷き藁やおが屑などを併用しながら、大型の攪拌機を用いて切り返しを行ったり、化学物質からなる脱臭剤と共に脱臭するのみであったり、段差を利用して複数設置大型の処理層により段階的に分解、乾燥して処理する方法、強制的に固液分離して、固形部を加熱乃至天日乾燥してコンポスト化する方法など多種多様の試みがなされているが、大抵は未解決のままであり、高度に無臭化、コンポスト化、肥料化には未だ到達し得ていないのが実状である。

又、生牛糞の塊は攪拌によっては壊れがたく、この塊は多量に水分を含み内部は嫌気性であるため発酵しがたく堆肥化を阻害し、効率の良い牛糞堆肥化の第2の阻害要因である。又、悪臭発生の原因となり大きな社会問題を引き起こしている。更に、牛糞には多くの昆虫、特にダニ類が多数存在し、これらが牛糞の第二次公害とも云える公害源となっている。又、牛糞には雑草の種子が含まれていて、輸入飼料を通した帰化植物侵入経路の一つと言われ大きな問題となって来ている。
特開２００３−８３特開２０００−２６３０９７特開２００２−１１３４８６特開２００１―２８６８８４

牛糞を効率よく無臭化、堆肥化する微生物、この微生物を含む牛糞を効率よく無臭化、堆肥化するための微生物製剤、及びこの微生物製剤を用いて牛糞を効率よく無臭化、堆肥化する方法を提供する。併せて、牛糞が再生産する昆虫、特にダニ類の発生を抑え、輸入飼料を通した帰化植物侵入経路の一つとなっている牛糞中の雑草の種子の発芽抑制をも図れる技術を提供する。

又、本菌株を含め、植物性油脂及びアンモニア源の存在下に牛糞を分解・処理する能力を有するバチルス属菌株バチルス・サブチリス、バチルス・シューリンゲンシス又はバチルス・メガテリウムの１種又は２種以上とそば殻、おが屑、木材チップなどから調製した牛糞処理用微生物製剤を、植物性油脂とアンモニア源と共に牛糞に加えて発酵させ、発酵期間中に間歇的に切り返しを行うことにより、従来不成功に終わっていた牛糞の無臭化と完全堆肥化が可能となることを見出した。又、この方法を実施するに当たって、極めて牛糞を効率よく無臭化、堆肥化する微生物として、新菌株バチルス・メガテリウムIBTU−１（ＦＥＲＭＰ−２０１６０）を見出し、これらの知見に基づいて本発明を完成した。

本発明によって、従来容易には無臭化、肥料化が困難であり、その処理に大きな設備とコストを要しながら効果的な処理がなされることなく、悪臭を発する大きな公害源のひとつであった大量の牛糞が、短時間で、極めて簡単、且つ安価な方法によってほぼ完璧に無臭化されると共に、有用な肥料化も可能となったのである。使用する細菌類の分解性が高いため牛糞内部まで良く発酵し、存在する粘調物を発酵分解して１週間程度或いはそれ以内に牛糞塊が壊れ始め、１０日乃至２週間程度で発酵が終了する。この発酵・処理を終えた牛糞発酵処理物中には牛糞に含まれていた雑草の種子は最早発芽していないという極めて有益な効果も齎される。更に、この発酵・処理を終えた牛糞発酵処理物中にはダニなどの昆虫の生存が認められないという効果も有る。

本発明の実施にとって有用な微生物としては、植物性油脂及びアンモニア源の存在下に牛糞を分解・処理する能力を有するバチルス属の菌株、バチルス・サブチリス、バチルス・シューリンゲンシス又はバチルス・メガテリウムがあげられ、その具体的な菌株としてはバチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１９２２０（Bacillus
thuringiensis FERM P−19220）、バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１９２２１(Bacillus
thuringiensis FERM P−19221)、バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１８０１４（Bacillus
thuringiensis FERM P−18014）、バチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１９２２２(Bacillus
subtilis FERM P−19222)、バチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１８０１５(Bacillus
subtilis FERM P−18015)、又はバチルス・メガテリウムIBTU−1（FERM P−２０１６０）（Bacillus
megatherium IBTU−1（FERM P−２０１６０）があげられる。バチルス・メガテリウムIBTU−1（FERM P−２０１６０）は、本発明において用いられる新菌株であり、平成１６年８月１１日独立行政法人産業技術総合研究所微生物寄託センターに寄託番号（ＦＥＲＭＰ−２０１６０）として寄託されている。

本発明の実施に当たっては、これら植物性油脂及びアンモニア源の存在下に牛糞を分解・処理する能力を有するバチルス属の菌株を適当な栄養培地で培養した培養物そのものを、植物油脂、アンモニア源と共に牛糞に加えて用いることも出来るが、これら植物性油脂及びアンモニア源の存在下に牛糞を分解・処理する能力を有するバチルス属の菌株の１種又は２種以上の培養物を、籾殻、そば殻、木屑、木材チップなどと混合して調製した牛糞処理用微生物製剤の形で用いるのがより便利である。

この微生物製剤の調製法の１例としては、これらの微生物菌株の１種又は２種以上をニュートリエントブロス−グルコース（食塩０．５％を含む）等からなる液体培地（５００ｍｌ）で培養し、この培養物を遠心分離して菌体を集め、各菌株を混合する。一方、そば殻１０Lに菜種油２００ｍｌ、水５００ml、ペプトン５０ｇを加えて良くかき混ぜ、これに菌体混合物を混ぜて、発泡スチロール等の容器に入れて好気的に約２０℃で３日間程培養する。培養物を切り返し、同条件にて更に３日間程度培養して、本発明の微生物製剤とする。本発明の実施に当たっては、上記菌株を培養、遠心分離して得た菌体混合物そのものでも使用可能であるが、上記の如くして調製した微生物製剤の形で使用するのが便利である。

本発明において用いられる植物性油脂としては、食用、化粧用等に用いられるグリセリン脂肪酸エステル系の油脂であればよく、特にレストランや食堂の厨房から排出される食用廃油を使用すれば、環境保護上も一石二鳥である。
これらの植物性油脂の使用量は、水分６５〜８５％程度の通常の牛糞に対し、０．５乃至５％程度、より好ましくは１−３％容量程度を初発時に全量又は発酵の途中に牛糞の温度が４０℃以下に低下したとき、或いは切り返しを行うときに補充添加して用いる。

本発明において用いられるアンモニア源としては、アンモニア水又はアンモニウム塩類、例えば塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム、更にはペプトン、脱脂乳、カゼイン、ニュートリエントブロスなどの有機栄養物であっても良い。これらは、塩類の場合固体状のものであってもよいが、通常１０〜３０％程度の水溶液を牛糞に振り掛ける方法が扱い易い。但し、ペプトンなど有機栄養物においては粉末状で使用する。その使用量は、塩類においては２０％溶液を０．１―１％容量程度、有機栄養物においては粉末で０．０１〜０．５％、より好ましくは、０．０３％−０．１６％容量程度を用いる。

本発明が適用される牛糞は、通常の牛糞、例えば牛舎から掻い出された敷き藁を含む新鮮な牛糞、牛舎から排出されて集積された牛糞など特に制限はなく、牛糞一般に適用される。天日等で乾燥されたものでもよい。発酵に当たっては、牛糞に種菌、アンモニア源及び植物油を添加してよく混合して発酵させる。途中１〜３日置きに底部までよく攪拌、切り返しをするのが好ましい。この攪拌によって、底部に牛糞特有の粘稠物質が未発酵のまま残留していることが見出されたときには、悪臭の発生する前に上下攪拌して発酵乾燥した部位と混合し、通気性を良くすることが望ましい。発酵が停止した時は食用油とともに、アンモニウム源を適宜追加するとよい。

以下本発明を実施例を用いて更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
微生物製剤の調製
ニュートリエントブロス−グルコース（食塩０．５％を含む）からなる液体培地（２．５L）に下記の各菌株を個別に攪拌しながら１０日間以上培養し、この培養物を遠心分離して菌体を集め、各菌株を混合した。一方、そば殻１０Lに水600ml、菜種油２００ｍｌ、ミクニ株式会社製ペプトン５０ｇを加えてよくかき混ぜ、これに上に得た菌体混合物を混ぜて、発泡スチロールの容器に入れて好気的に２０℃にて３日間培養した。培養物を切り返し、同条件で３日間培養して微生物製剤を調製した。この微生物製剤を等量（重量）のそば殻と混ぜて、種菌とした。

微生物菌株：
バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１９２２０）
バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１９２２１
バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１８０１４
バチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１９２２２
バチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１８０１５
バチルス・メガテリウムIBTU-1（ＦＥＲＭＰ−２０１６０）

平成１５年５月３日〜同５月１５日、外気温１２−２６℃での試験
信州大学農場から採取した黒毛和牛の牛糞１８L（水分含量７９％）、種菌６Lの混合物、信州大学農学部生協食堂から供与された廃食用油３００ｍｌ、ペプトン３０ｇを魚や野菜保冷用発泡スチロール製容器に入れ、蓋と容器の間に１ｃｍ程度の隙間を作って屋外に放置した。
２日目に内部温度は３８〜４８℃に上昇した。３〜５日目に内部温度が６０〜７１℃に上昇した。その間悪臭は発生しなかった。６日目に悪臭が感じられたので、攪拌したところ、底部に粘稠物が未発酵のまま堆積していたので、全体を攪拌した。このときの牛糞の水分含量は、５６．５％であった。

６日及び７日目に牛糞の温度は５０〜５８℃であり、牛糞の固まり内部に菌体が生育して白くなっており、大きな固まりは砕けており、小さなものも、握ると容易に壊れた。容器の底に少量の未分解粘稠物が堆積していた。又、固まりの周辺にも未分解の粘稠物が幾分認められたので十分に上下を攪拌混合した。

８日目の牛糞の内部温度は２８〜３４℃、水分含量５４．４％であった。９日目に廃食用油２００ｍｌ、ペプトン５ｇを加え、十分に攪拌した。１０〜１１日目に、牛糞内部温度は、６２〜６８℃に上昇、１１日目に底部をよく攪拌した。未分解粘稠物は、殆ど見かけられなくなり、１２日目で発酵を終了した。内部温度は２８〜３８℃であった。堆肥化の末期に生じる特有の臭いが感じられたので、２０％塩化アンモニウム２０ｍｌを振りかけ、攪拌すると悪臭は消失した。３時間後、土の臭いが感じられた。１２〜１３日目の内部温度は２０〜３６℃となり、１４日目で２０℃付近に落ちつき、堆肥化が完了した。牛糞は、破砕した内部、表面共に白く菌体で覆われ、細菌がよく繁殖していた。水分含量５４．５％、雑草種子の発芽も、ダニなどの昆虫の生存も認められなかった。

参考例１
対照として、同時併行して、牛糞１５L（水分含量７９％）、種菌６L、廃食用油３００ｍｌを混合攪拌して、発泡スチロール容器に入れ、蓋と容器の間に１ｃｍ程の隙間を作り屋外に放置した。途中十分に攪拌した。２日目〜９日目の牛糞の発酵温度は４４〜５３℃であった。１０日目に発酵終了した。容器底部には、牛糞の未分解粘稠物が堆積して悪臭を発しており、更に攪拌しても発酵は進行しなかった。途中悪臭があり、昆虫が集まった。牛糞の固まりは発酵しておらず、雑草種子の発芽が見られた。発酵した部分（約３０％程度、塊以外で上部）の水分含量は５７％であった。

参考例２
対照として、同時併行して、牛糞１５L（水分含量７９％）、種菌６L、２０％塩化アンモニウム溶液５０ｍｌを混合攪拌して、発泡スチロール容器に入れ、蓋と容器の間に１ｃｍ程の隙間を作り、屋外に放置した。途中十分に攪拌した。発酵初日の牛糞内部温度は４５℃、２日目〜５日目の牛糞の発酵温度５０〜６８℃に上昇したが、底部に未分解粘稠物が堆積していたので攪拌した。６〜８日目発酵温度は２５〜３８℃を維持した。９日目に塩化アンモニウム３０mlを加えて攪拌すると、１０〜１２日目に発酵温度が５４〜６８℃に上昇したが、底部に未分解粘稠物が堆積していたので攪拌した。１３日目、発酵温度は４７〜５４℃、１４日目３４〜３８℃となり、１５日目で発酵終了した。雑草種子の発芽は見られないが、牛糞の固まり内部は生のままで、発酵は認められなかった。又、底部の粘稠物は未発酵のまま残留しており、牛糞の固まりも多く残量、発酵した部位の水分含量は、５７％であった。発酵には、植物油の存在が必要であることが理解される。

実施例２平成１５年５月３日〜同５月１５日、外気温１２−２６℃での試験
牛糞２０L（水分含量８５％）、種菌６Lの混合物、食用油８００ｍｌ、２０％塩化アンモニウム溶液５０ｍｌを発泡スチロール製容器に入れてよく混合し、蓋と容器の間に１ｃｍ程度の隙間を作って屋外に放置した。
２日目〜６日目、内部発酵温度は５８〜６８℃であった。この間実施例１と同様に発酵した。底部には粘稠物が未発酵のまま堆積していたので、２日に１回全体を攪拌した。７日目、温度が２８〜３８℃の下降したので、廃食用油４００ｍｌと２０％塩化アンモニウム液２０ｍｌを加えて放置した。この時点では底部には未だ粘稠物が未発酵のまま堆積していた。

８〜１０日目、内部発酵温度は５５〜５８℃に上昇した。底部に堆積していた粘稠物は消失した。１１日目に内部温度は２５〜３５℃となり、発酵は終了した。このときの堆肥の水分含量は５６％であった。実施例１に比べ、発酵期間はやや長かったが、最高温度はやや低かった。牛糞の固まりは、内部まで菌体の生育が白く見られ、大きな固まりは小さく砕け、粘稠物は見られなかった。雑草種子の発芽も見られなかった。
１２日目以降３日間、温度は２０〜３０℃付近で持続し、発酵期間中を通して悪臭は感じられなかった。

実施例３
塩化アンモニウムを酢酸アンモニウムに替えて、実施例２と同様に牛糞を処理して、実施例２とほぼ同様の結果を得た。発酵期間中、時々酢酸臭が僅かに感じられた。

参考例３平成１５年４月８日〜同４月２３日までの試験、外気温：５−１６℃
牛糞１５L（水分含量７６％）、食用油３００ｍｌ、ペプトン３０ｇを発泡スチロール製容器に入れてよく混合し、蓋と容器の間に１ｃｍ程度の隙間を作って屋外に放置した。
２日目〜３日目、内部発酵温度は３７〜４７℃であった。４〜５日目に内部発酵温度は５７〜６５℃に上昇した。悪臭が感じられ、昆虫が集まってきた。６日目に内部発酵温度は３２〜３７℃、７日目に２０℃に低下した。８日目に廃食用油２００ｍｌとペプトン４gを加え、よく攪拌したところ、９〜１０日目に内部発酵温度は４２〜５２℃に上昇したが、１１日目に発酵終了した。
牛糞表面には発芽した雑草があり、牛糞内部は、菌体の生育は見られず、牛糞の固まりはそのままであり、底部には未分解粘稠物が残留しており、水分含量は、発酵した部分は５８％、牛糞の固まりの内部は７２％であり、部位によってまちまちであった。

実施例４
参考例２と併行して、牛糞１０L（水分含量７６％）と種菌５Lとを発泡スチロール製容器に入れてよく混合し、蓋と容器の間に１ｃｍ程度の隙間を作って屋外に放置した。
２日目〜９日目、内部発酵温度は２５〜３３℃であった。１０日目には内部発酵温度は１７〜１９℃となり、発酵は終了した。この間、２回攪拌したが、固まりの部分は表面に菌体の生育が認められるが、内部は全く発酵していなかった。
１３日目に廃食用油２００mlとペプトン２０gを加えると発酵が始まり、１４〜１６日目に発酵して、内部牛糞温度は５０〜５５℃に上昇した。
この結果から明らかなように、種菌だけでは牛糞は僅かに発酵されるのみであるが、植物油とアンモニア源の存在によって、牛糞が見事に堆肥化されることが分かる。

上記の説明から明らかなように、本発明によって、一般の有機性廃棄物とは異なり、従来牛糞に含まれる粘稠物質のために微生物の生育が妨げられ、発酵、分解、堆肥化が進まなかった牛糞についても、極めて効率よく、且つ安価な方法で発酵、分解、堆肥化を進めることが出来る。この発明は、従来の大規模な設備を備えた牛糞の処理施設にもそのまま適用することが出来る。

Claims

牛糞に、植物性油脂及びアンモニア源、並びにバチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１９２２０（Bacillus
thuringiensis FERM P−19220）、バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１９２２１(Bacillus
thuringiensis FERM P−19221)、バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１８０１４（Bacillus
thuringiensis FERM P−18014）、バチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１９２２２(Bacillus
subtilis FERM P−19222)、バチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１８０１５(Bacillus
subtilis FERM P−18015)、及びバチルス・メガテリウムIBTU−1（FERM P−２０１６０）（Bacillus megatherium IBTU−1（FERM P−２０１６０）からなる微生物群から選ばれた１種又は２種以上の微生物の培養物を添加し、間歇的に切り返し又はアンモニア源の添加を行いながら発酵させることを特徴とする牛糞を分解して堆肥化する方法。
牛糞に、植物性油脂及びアンモニア源、並びにバチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１９２２０（Bacillus
thuringiensis FERM P−19220）、バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１９２２１(Bacillus
thuringiensis FERM P−19221)、バチルス・シューリンゲンシスＦＥＲＭＰ−１８０１４（Bacillus
thuringiensis FERM P−18014）、バチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１９２２２(Bacillus
subtilis FERM P−19222)、バチルス・サブチリスＦＥＲＭＰ−１８０１５(Bacillus
subtilis FERM P−18015)、及びバチルス・メガテリウムIBTU−1（FERM P−２０１６０）（Bacillus megatherium IBTU−1（FERM P−２０１６０）からなる微生物群から選ばれた１種又は２種以上の微生物の培養物を添加し、間歇的に切り返し又はアンモニア源の添加を行いながら発酵させることを特徴とする牛糞を分解・処理して無臭化する方法。