JP5384100B2

JP5384100B2 - バイオマス処理方法及びバイオマス用処理剤

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Publication number: JP5384100B2
Application number: JP2008508648A
Authority: JP
Inventors: 浩亦野; 育子杉山; しおり江本; 周子中村; 郁夫福村; 理高橋
Original assignee: Menicon Co Ltd; Toyota Motor Corp
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Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2014-01-08
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Description

本発明は、バイオマス処理方法及びバイオマス用処理剤に関する。さらに詳しくは、本発明は、含窒素バイオマスの温度を上昇させるとともに硝酸態窒素を減少させ、且つ地球温暖化ガスの発生を抑制することが可能なバイオマス処理方法及びバイオマス用処理剤に関する。

一般に、生物由来の有機物資源からなる資材として、バイオマス、例えば家畜の排泄物及び下水余剰汚泥が知られている。下水余剰汚泥とは、下水として例えば家庭から排出される、窒素を含む有機性廃棄物を生物処理することにより得られる汚泥のことである。バイオマスは石油等の化石資源とは異なり、大気中の二酸化炭素を増加させることなく資源、例えば堆肥又はエネルギーとして再利用され得ることから注目されている。しかしながら、多くの場合、生物由来の廃棄物をそのままバイオマスとして利用することはできず、該廃棄物に特定の処理を施す必要がある。例えば、家畜の排泄物、下水余剰汚泥等の含窒素廃棄物をそのまま廃棄したり、例えば堆肥として再利用したりすることはできず、含窒素廃棄物からのアンモニア等の臭気成分の除去、含窒素廃棄物における水分含有量の低減等の処理が必要となる。また、例えば有機性廃棄物を単に放置することにより、微生物による分解及び発酵処理を有機性廃棄物に施す方法では、脂肪酸、アミン等の悪臭成分がさらに発生することから、有機性廃棄物の悪臭を低減させるための処理が必須である。複数の微生物が共存する放置等の自然に任せた分解及び発酵方法では、分解処理が安定しない、分解処理を再現することができない等の問題があった。

従来、家畜の排泄物中の尿等の水分の含有量の低減の為に、例えばオガ屑等の有機質資材が家畜の排泄物に配合され、該排泄物中の水分を有機質資材に吸収及び拡散させる方法が用いられている。その場合、家畜の排泄物中には、炭素分が、家畜の消化残渣としての食物繊維、及び前記有機質資材としてのみ存在しており、家畜の排泄物中において微生物が利用可能な形態で存在する炭素分は少ない。そのため、家畜の排泄物中には蛋白質等の窒素成分が過剰に存在し、アンモニアが産生及び蓄積されて家畜の排泄物のｐＨがアルカリ性を示す。更に、家畜の排泄物中のアンモニウムイオンからプロトンが外れてアンモニアガスとなり、該アンモニアガスが臭気物質として大気中に揮散する。これらのことが初期の堆肥化の大きな問題となっていた。

これを解決するための手段として、特許文献１〜３に記載されるような、微生物資材と、炭素成分、例えば糖又は有機酸とを処理対象物に添加する方法が知られている。市販されている前記炭素成分として、例えば日清製粉株式会社製のフィールドコンポ、キャトルコンポ、カロリーコンポ、アクセルコンポ、及びアシストコンポが知られている。実際の堆肥化処理の現場では、木酢液等の添加処理が行なわれたり、炭素成分の添加による発酵促進処理が行われたり、市販の消臭剤等を用いた処理が行なわれたりしている。

しかしながら、前記微生物資材による処理対象物の分解反応は酸化的分解反応であり、微生物が容易に資化可能な物質、例えば有機酸及び糖が処理対象物中に存在する場合、微生物の呼吸により処理対象物中の酸素が急激に消費される。そのため、処理対象物中は酸欠状態（嫌気状態）となり、糖代謝過程の中で有機酸が蓄積されて処理対象物のｐＨが低下する。従って、処理対象物からのアンモニア臭の発生を防ぐことはできるもの、地球温暖化ガスとして知られるメタンガスが発生したり、低分子の有機酸の揮散に起因してアンモニア以外の臭気が発生したり、嫌気発酵により処理対象物の完熟までに長時間を要したりする。さらに、有機質資材等の配合のみにより処理対象物の水分含有量を低下させることは、処理対象物そのものの嵩の増加を招き、処理対象物の堆肥化に長時間を要する。

炭水化物の添加ではなく、例えば食品廃棄物としての油の処理対象物への添加により前記問題の解決を図る方法も試みられている。しかしながら、例えば堆肥の液化による通気不良に起因する酸欠、及び完成堆肥中に含まれる未分解油脂に起因する作物の発芽障害が懸念されている。

そこで、従来、有機性廃棄物を発酵処理する過程で発生するアンモニア、アミン等の臭気ガスの生物学的処理法として、特許文献４〜６に記載されるような、特定の微生物を用いた処理方法が知られている。特許文献４は、バチルス.バディウスを畜糞に配合させることにより、アンモニア等の臭気物質を同化させて低減させる方法を開示する。特許文献５は、バチルス属、ミクロコッカス属等の超高温菌を畜糞、下水汚泥等の有機物原料に配合するとともに通気を行いながら有機物原料を発酵させることにより、有機物原料からの臭気、及び有機物原料中の水分含有量を低減させる方法を開示する。特許文献６は、バチルス・スミシー等の微生物を用いてアンモニア等の臭気化合物を同化させることにより臭気の発生を防止する方法を開示する。上記のようなアンモニア等の同化による臭気の発生を防止する方法の他に、微生物を用いた硝化及び脱窒法により臭気の発生を防止する方法が知られている。この方法は、硝化菌（アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌）と脱窒菌との作用により、アンモニウムイオン、硝酸イオン、及び亜硝酸イオンを窒素として除去して臭気の発生を防止している。
米国特許第５３６４７８８号明細書特許第２５５３７２７号公報特開２０００−１９７４７８号公報特開平７−１６３３３６号公報特開平１１−２９２６７４号公報特開２００５−１３０８２０号公報

ところが、特許文献４に開示される処理方法は、アンモニア等の臭気物質を資化するバチルス.バディウスの生育温度が２５〜３８℃付近であることから、消臭処理後、畜糞を廃棄したりバイオマスとして再利用したりするためには、更なる殺菌及び分解処理等の工程を必要とした。更に、アンモニア等の同化による消臭過程において、地球温暖化ガス、例えばメタンガス及び一酸化二窒素が発生するという問題があった。

特許文献５に開示される方法では、１００℃付近での発酵により水分の除去と分解処理とが同時に行なわれることから、微生物によるバイオマスの分解の進行と、微生物の至適水分含有率とのバランスを図ることが容易ではなかった。更に、例えば上記微生物による処理物が堆肥として用いられる場合、前記方法のいずれもが処理に用いられても、処理物中の硝酸態窒素を十分に減少させることができないという問題もあった。硝酸態窒素は水質汚染物質であり、高濃度で処理物に含有されると閉鎖性水域の富栄養化という問題を引き起こすとともに、地下水の汚染の原因物質と考えられている。

引用文献６に開示される処理方法では、アンモニア等の同化による処理過程においてメタンガス及び一酸化二窒素が発生するという問題があった。公知である硝化及び脱窒法により臭気の発生を防止する方法では、少なくとも２種類の硝化菌及び１種類の脱窒菌の合計３種類の微生物と、２つの処理槽（嫌気的処理用の処理槽、及び好気的処理用の処理槽）とが必要であるという問題があった。更に、硝化菌の生育速度は非常に遅いことから、処理に長時間を要するという問題もあった。

本発明は、本発明者らの鋭意研究の結果、含窒素バイオマスの処理が可能な微生物として、ジオバチルス属の微生物を使用することにより上記課題が解決されることを見出したことによりなされたものである。本発明の目的は、水質汚染物質を低減させるとともに臭気ガス及び地球温暖化ガスの発生を抑止し、さらに完成した堆肥又は畜産用敷料中の窒素分を減少させ、その上高温により短期間かつ容易に含窒素バイオマスを処理することができるバイオマス処理方法を提供することにある。本発明の更なる目的は、バイオマス用処理剤を提供することにある。

本発明の一態様では、含窒素バイオマスに、脱窒機能を有するジオバチルス属の微生物及び該ジオバチルス属の微生物による含窒素バイオマスの発酵を促進する発酵促進材を配合する工程、並びに前記ジオバチルス属の微生物及び発酵促進材の作用により、含窒素バイオマスの温度を５０℃以上に上昇させて嫌気状態下で含窒素バイオマスの発酵を行う工程を備えるバイオマス処理方法が提供される。

本発明の更に別の態様では、前記バイオマス処理方法に用いられるバイオマス用処理剤であって、脱窒機能を有するジオバチルス.サーモデニトリフィカンス、及び該ジオバチルス.サーモデニトリフィカンスによる含窒素バイオマスの発酵を促進する発酵促進材を含有するバイオマス用処理剤が提供される。

（ａ）は、堆肥の表面から５０ｃｍ内方における温度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）は、堆肥の表面から２０ｃｍ内方における温度の経時変化を示すグラフ。堆肥化処理中の微生物について、ＤＧＧＥ法による電気泳動の結果を示す写真。

以下、本発明を、バイオマス処理方法により製造された堆肥及び畜産用敷料に具体化した実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係るバイオマス処理方法は、含窒素バイオマスに、脱窒機能を有するジオバチルス属の微生物と、該微生物の増殖及び該微生物による含窒素バイオマスの発酵を促進する発酵促進材とを配合する工程を備えている。この配合工程により、含窒素バイオマスは最終的に堆肥化される。本実施形態において使用される含窒素バイオマスの具体例は、窒素を含有するバイオマスであれば特に限定されず、例えば牛、豚、羊、馬、鶏等の家畜の排泄物（糞尿）、下水処理汚泥、及び生ごみ等の食品廃棄物が挙げられる。

ジオバチルス属の微生物は通常、グラム染色陽性、及び芽胞形成能を有する通性嫌気性細菌であるが、本実施形態に係るジオバチルス属の微生物は、脱窒機能、アンモニア同化能、及び硝酸態窒素同化能を更に有している。ジオバチルス属の微生物として、至適生育温度範囲が５０〜７０℃の高温域であり、且つ至適生育ｐＨ範囲が６〜８の中性付近である細菌が好ましい。脱窒機能を有する細菌は、亜硝酸塩又は硝酸塩を例えば一酸化窒素を経て最終的に窒素（Ｎ_２）に還元する。

本実施形態に係るジオバチルス属の微生物として、例えばジオバチルス.サーモデニトリフィカンス（Geobacillus thermodenitrificans）、ジオバチルス．ステアロサーモフィルス（Geobacillus stearothermophilus）、ジオバチルス.コーストフィラス（Geobacillus kaustophilus）、ジオバチルス.サブテルラネンス（Geobacillus subterranens）、ジオバチルス.サーモルーボランス（Geobacillus thermoleovorans）、及びジオバチルス.カルドキシルオシリチカス（Geobacillus caldoxylosilyticas）が挙げられる。これらの中でも、日本の独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターへ２００５年１２月２６日に寄託されたジオバチルス.サーモデニトリフィカンス（受託番号NITE BP-157）が好ましい。例示された前記ジオバチルス属の微生物は、いずれも公知の微生物であることから、各微生物保存機関において寄託及び保管された微生物が使用されてもよいし、公知のスクリーニング法により自然界から単離された微生物が使用されてもよい。

ジオバチルス属の微生物は高温菌であり、含窒素バイオマス中において約５０℃以上で増殖を開始するとともに発酵熱により含窒素バイオマスを約７０℃以上に昇温させる。この高温の発酵熱により、含窒素バイオマス中の余分な水分が蒸発するとともに、高分子有機物の低分子化が促進される。更に、高温の発酵熱により、硝化を行なう亜硝酸菌及び硝酸菌と、メタン産生菌との増殖が抑制される。

本実施形態に係るジオバチルス属の微生物は、含窒素バイオマス中において、脱窒機能による硝酸態窒素の減少のみならず、アンモニア同化作用によるアンモニア態窒素の減少、及び硝化菌の増殖抑制作用による硝酸態窒素の発生の抑制も行う。植物にとって、窒素、リン酸、及びカリウムは三大栄養素である。窒素は硝酸態窒素の形態で植物体内に取り込まれ、例えばタンパク質の合成に利用される。一方、動物は硝酸態窒素を過剰に摂取すると酸欠症状を引き起こすことが知られている。そのため、含窒素バイオマスが堆肥として土壌に供給される場合、過剰な硝酸態窒素が土壌に蓄積されることによって引き起こされる硝酸態窒素汚染を防止することが重要である。

通常、微生物の硝化及び脱窒作用では、硝化菌としてのアンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌、及び脱窒菌の作用により、含窒素バイオマス中のアンモニア態窒素（ＮＨ⁴⁺）、亜硝酸態窒素（ＮＯ^2-）、及び硝酸態窒素（ＮＯ^3-）が窒素ガスとして大気中に放出される。一般的には、好気的条件下において生育する化学合成独立栄養菌（硝化菌）によって硝化が行なわれ、嫌気的条件下において生育する脱窒菌によって脱窒が行なわれる。したがって、硝化及び脱窒を利用した堆肥化を行なうためには、少なくとも３種類の微生物と２つの処理槽（嫌気的処理用の処理槽、及び好気的処理用の処理槽）とが必要となる。更に、硝化菌の生育速度が非常に遅いことから、硝化菌のみを用いる処理方法では処理に長時間を要するという欠点があった。

本実施形態においては、発酵促進材、及び脱窒機能を有するジオバチルス属の微生物の作用により、含窒素バイオマスの温度は５０℃以上に急激に上昇する。そのため、含窒素バイオマス中のアンモニア態窒素の酸化を行なう硝化菌の増殖に適する温度及び時間が保たれない。つまり、アンモニア態窒素から硝酸態窒素を作る反応（硝化）に関連するアンモニア酸化細菌であるニトロソモナス（Nitrosomonas、至適生育温度２０〜３０℃）及び亜硝酸酸化細菌であるニトロバクター（Nitrobacter、至適生育温度３５〜４２℃）の活動は抑制される。それにより、アンモニア態窒素から硝酸態窒素が生成されず、硝化産物である亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素の蓄積が起こらない。

このとき、ジオバチルス属の微生物はアンモニア同化能（アンモニアの資化能）を有することから、含窒素バイオマス中のアンモニア態窒素は微生物の増殖のための栄養源として利用される。そのため、通常の堆肥化過程において問題となっている臭気化合物としてのアンモニアガスの発生を回避することができるものと思料される。さらに、原料としての含窒素バイオマス中に含まれる硝酸態窒素は、堆肥化の進行とジオバチルス属の微生物の増殖とに起因する嫌気状態において、ジオバチルス属の微生物が有する脱窒機能によって窒素ガス（Ｎ₂）に還元されて大気中に放出される。

このとき、含窒素バイオマス中は嫌気状態となるが、含窒素バイオマスの温度がメタン産生菌の増殖可能温度をはるかに超えることから、畜糞の通常の堆肥化で発生するメタンガスが発生しない。メタン産生菌の増殖可能温度として、例えばメタノクルアス．サーモフィルスの増殖可能温度は５５℃以下である。それにより、本実施形態においては、通常の堆肥化過程において大量に放出されるメタンガス等の地球温暖化ガスが発生しない。このような機構により、本実施形態においては含窒素バイオマス中のアンモニア態窒素と硝酸態窒素とを同時に除去することができる。

より具体的には、糞中に含まれる食物繊維（セルロース、ヘミセルロース、）が、微生物、又は後述する発酵促進材由来のセルラーゼ及びキシラナーゼによって、微生物に利用可能な二糖類から五糖類、例えばセロオリゴ糖又はキシロオリゴ糖に変換される。それにより、過剰な窒素源と微生物が利用可能な炭素源との比率（Ｃ／Ｎ比）が、微生物にとって利用しやすい比率に調整される。そして、発生するアンモニアが速やかに菌体に取り込まれ、含窒素バイオマス中のアンモニア濃度が低減されるとともに、臭気成分の発生を抑制することができる。

加えて、含窒素バイオマス中に添加されるジオバチルス属の微生物は芽胞形成菌であることから、菌体に取り込まれた窒素分は芽胞内に取り込まれる。この取り込まれた窒素分は、他の細菌の場合とは異なり、細菌の死滅後、菌体からアンモニアへの変化が低減される。これにより、堆肥化中のアンモニア濃度が低く抑えられて亜硝酸菌及び硝酸菌による硝化反応が進まないことから、完成堆肥中の硝酸体窒素が低減される。さらに、亜硝酸菌によるアンモニア（ハイドロキシアミン）から亜硝酸への変換時に、酸欠状態に起因して発生する、地球温暖化ガスとして知られる一酸化二窒素の発生も抑制される。

発酵促進材が含窒素バイオマスに添加されると、含窒素バイオマスの低分子化に伴い、含窒素バイオマスに本来混入している中温菌等の微生物が増殖して発酵熱が生ずる。発酵促進材として、好ましくは多糖類分解酵素及び有機質資材である。

多糖類分解酵素として、例えばセルラーゼ、キシラナーゼ、及びペクチナーゼが挙げられる。多糖類分解酵素としては通常、多糖類ポリマーをその末端から分解するエキソ型の多糖類分解酵素と、多糖類ポリマーをその途中から分解するエンド型の多糖類分解酵素とが挙げられる。どちらの多糖類分解酵素も本実施形態に適用可能である。多糖類分解酵素の活性化温度は１０℃〜６０℃であり、好ましくは１５℃〜５５℃である。

有機質資材として、例えば油粕、米糠、ふすま、コーンスティープリカー、黒砂糖、大豆油粕、肉粕、乾血粉、チキンミール、魚粕、鰹節の煮粕、さなぎ粕、酵母エキス粕、及びビール粕が挙げられる。これらの有機質資材を餌として中温菌が増殖を開始する。前記発酵促進材の具体例は、それぞれ単独で使用されてもよいし、それらの内の二種以上が組み合わされて使用されてもよい。

中温菌は本来、土壌中に多く存在することから、中温菌を含窒素バイオマスに混入するために、適量の土壌が含窒素バイオマスに配合されてもよい。本実施形態に係る中温菌として、含窒素バイオマスを常温から中温域（約５０℃以下の温域）へ昇温させるために、２０℃〜５０℃の範囲で少なくとも増殖可能な菌が好ましい。中温菌として、例えばバチルス.アルヴェイ（B. alvei）、バチルス.アミロリチカス（B. amylolyticus）、バチルス.アゾトフィクサンス（B. azotofixans）、バチルス.サーキュランス（B. circulans）、バチルス.グルカノリチカス（B. glucanolyticus）、バチルス.ラーベー（B. larvae）、バチルス.ロータス（B. lautus）、バチルス.レンチモーバス（B. lentimorbus）、バチルス.マセランス（B. macerans）、バチルス.マッククオリエンシス（B. macquariensis）、バチルス.パバリ（B. pabuli）、バチルス.ポリミキサ（B. polymyxa）、バチルス.ポピリエー（B. popilliae）、バチルス.シクロサッカロリチカス（B. psychrosaccharolyticus）、バチルス.パルヴィフェイシェンス（B. pulvifaciens）、バチルス.チアミノリチカス（B. thiaminolyticus）、バチルス.ヴァリダス（B. validus）、バチルス.アルカロフィラス（B. alcalophilus）、バチルス.アミロリカフェイシャンス（B. amyloliquefaciens）、バチルス.アトロフェーアス（B. atrophaeus）、バチルス.カロテーラム（B. carotarum）、バチルス.ファーモス（B. firmus）、バチルス.フレクサス（B. flexus）、バチルス.ラテロスポラス（B. laterosporus）、バチルス.レンタス（B. lentus）、バチルス.リケニフォミス（B. licheniformis）、バチルス.メガテリウム（B. megaterium）、バチルス.ミコイデス（B. mycoides）、バチルス.ニアシニ（B. niacini）、バチルス.パントテニチカス（B. pantothenticus）、バチルス.パミラス（B. pumilus）、バチルス.シンプレックス（B. simplex）、バチルス.サブチリス（B. subtilis）、バチルス.サリンジェンシス（B. thuringiensis）、及びバチルス.スフェリカス（B. sphaericus）が挙げられる。

本実施形態においては、前記配合工程において含窒素バイオマスに泥炭がさらに配合されることが好ましい。泥炭とは、腐植化作用により得られるもの、即ち水生植物、イネ科植物、又はコケ類が枯死して堆積し、嫌気条件下において分解されることにより生成されるものである。泥炭は土塊状を有しており、水分を多量に含むとともに放線菌が好む腐植酸を多く含むことから、含窒素バイオマスに添加されることにより放線菌の増殖に好ましい影響を与える。

放線菌としては、例えば高温菌としてのサーモアクチノマイセス、及び中温菌としてのストレプトマイセスが挙げられる。放線菌は、資材１ｇ当たりの放線菌数が１×１０^８ＣＦＵ以上である高密度放線菌含有資材として使用されることにより、トマト、ナス、キュウリ等の苗立ち枯れ病、キュウリのつる割れ病、ほうれん草の立ち枯れ病等の原因である糸菌状、及びトマト、ナス、イチゴ等の青枯れ病等の原因である病原細菌に対して拮抗性を有することが知られている。放線菌は、キュウリ、トマト、メロン、キク、ダイコン、ホウレンソウ等の根に寄生してそれらを壊死させるセンチュウ害の原因である植物寄生センチュウに対して拮抗性を有することも知られている。放線菌は、ホウレンソウ萎凋病の低減効果を有することも知られている。そのため、ジオバチルス属の微生物により処理され、且つ放線菌を含有する含窒素バイオマスには、病原抑制効果も期待できる。

放線菌は本来、土壌中に多く存在することから、ジオバチルス属の微生物による含窒素バイオマスの高温処理前に適量の土壌が含窒素バイオマスに配合されて放線菌が増殖されてもよい。放線菌として、高温域を好む好熱性菌も多く存在することから、ジオバチルス属の微生物による含窒素バイオマスの高温化は、サーモアクチノマイセス等の放線菌の増殖に寄与する。こうした放線菌を多量に含む堆肥が牛舎等の敷料として用いられた場合、乳牛の乳房炎の発生を低下させることが知られている（「現代農業」日本の社団法人農山漁村文化協会、１９９３年３月号、第２９８頁等参照）。

発酵開始時における含窒素バイオマス中の水分含有量は特に限定されないが、好ましくは４０〜７５質量％であり、より好ましくは５０〜６５質量％である。含窒素バイオマス中の水分含有量が４０質量％以下の場合、中温菌及びバチルス属の微生物が十分に増殖しないおそれがある。含窒素バイオマス中の水分含有量は、加水処理、又はオガ粉、バーク等の配合により調整可能である。

含窒素バイオマスには、その通気性を確保するために、例えば多孔質物質が配合されてもよい。多孔質物質として、例えば籾殻、そば殻、及びパーライトが挙げられる。
次に、本実施形態に係る含窒素バイオマスの処理方法により製造された堆肥及び畜産用敷料の作用を説明する。

例えば、含窒素バイオマスとしての家畜の排泄物に、ジオバチルス属の微生物、発酵促進材としてのセルラーゼが配合された場合、家畜の排泄物は以下のような反応（作用）によって分解される。まず、一次分解として、家畜の排泄物中の多糖類、例えばセルロースがセルラーゼにより分解及び低分子化される。それに伴い、低分子化されたセルロース（糖）を餌とする微生物が増殖する。微生物の増殖に伴い、含窒素バイオマス中の温度は前記中温域へ上昇する。そして、中温菌の代謝／発酵熱の利用により、高温菌としてのジオバチルス属の微生物が選択的に増殖する。その結果、家畜の排泄物の温度が４５〜５０℃付近まで上昇する。

このとき、攪拌、ブロアー等の空気混入作業により、積極的に家畜の排泄物に空気を混合されてジオバチルス属の微生物の好気的発酵が誘導される。ジオバチルス属の微生物が盛んに増殖することにより、家畜の排泄物の温度が高温域（約６０℃〜９５℃）へ上昇する。好ましくは、空気混入作業は家畜の排泄物の処理が完了するまで１回又は２回以上繰り返され、より好ましくは空気混入作業が連続的に繰り返される。家畜の排泄物が最高温度に到達した後、微生物の盛んな増殖と代謝とに伴う酸化により、家畜の排泄物が好気状態から嫌気状態に移行する。その結果、家畜の排泄物の温度が徐々に下降する。そのため、好ましくは、家畜の排泄物の温度が最高温度から１０〜２０℃減少した時点で、切り換えし作業により空気混入作業が施される。

高温域での処理により、家畜の排泄物中において、例えば水分含有量の減少、有機物の低分子化、アミン等の臭気化合物の分解、好気性発酵に起因するメタンガス等の発生の抑制、及び高分子繊維、タンパク質等の低分子化が行なわれる。更に、クロストリジウム等の腐敗性を有する嫌気性細菌の増殖が抑制されるとともに、大腸菌群、及び牛の乳房炎起因菌として知られる黄色ブドウ状球菌等の病原性細菌が殺菌される。加えて、家畜の排泄物に含有されている植物種子が死滅する。一方、病原拮抗作用を有するサーモアクチノマイセス等の好熱性の放線菌の増殖は、高温域において促進される。家畜の排泄物の堆肥化反応が終了して家畜の排泄物の温度が前記中温〜常温域に近づくと、中温菌としてのストレプトマイセス等の放線菌の増殖が促進される。放線菌が増加した家畜の排泄物の堆肥及び畜産用敷料としての価値は著しく高い。

家畜の排泄物の堆肥化は空気の供給量、外気温、水分量等に左右されるが、通常３０〜４５日間で完了する。堆肥化が完了した際、家畜の排泄物中の高分子有機物の低分子化、及び水分含有量の減少により家畜の排泄物の温度が低下する。堆肥化の完了により製造された堆肥では、牛糞堆肥で問題とされている汚濁水が低減されており、堆肥中の悪臭成分、及び水分含有量も著しく減少している。

本実施形態は以下の利点を有している。
（１）本実施形態において、含窒素バイオマスの処理にジオバチルス属の微生物が使用されている。したがって、従来のバチルス属の微生物を用いた処理方法に比べて短期間（本実施形態においては３０〜４５日）で処理が完了する。

（２）アンモニア、アミン等の臭気化合物を同化により、又は分解によりそれらを除去することによって、含窒素バイオマスの臭気を低減させることができる。
（３）微生物を用いた分解及び発酵処理が行われることから、燃焼法、浄化法、吸着法等の物理的な処理方法又は化学的な処理方法に比べて、本実施形態に係る処理方法は複雑な装置及び大量の水を必要としない。更に、本実施形態に係る処理方法は、更なる処理を必要とする二次処理物、即ち副産物が少なく、化石燃料等のエネルギーの消費量を抑制することもできる。

（４）高温処理時においては含窒素バイオマスの温度が７０℃以上に上昇することから、堆肥として不要な物質、例えば植物の種子残渣、及び大腸菌を処理することができる。
（５）ジオバチルス属の微生物による高温処理では、含窒素バイオマスの温度が６０〜９５℃に上昇する。したがって、処理温度が１００℃付近である超高温菌に比べて低い温度で含窒素バイオマスを処理することができることから、含窒素バイオマスの分解の進行と水分含有率とのバランスを容易に図ることができる。

（６）本実施形態において、臭気化合物の分解、病原体等の不要微生物の死滅、不要水分の蒸発等の処理を、ジオバチルス属の微生物を用いた一工程で同時に行うことができる。したがって、多段階の処理工程を必要とすることなく短期間に、且つ容易に含窒素バイオマスを処理することができる。

（７）本実施形態において、高濃度で含有されると閉鎖性水域の富栄養化という問題を引き起こすとともに地下水の汚染の原因物質と考えられている硝酸態窒素を、その還元処理及び生成の抑制により、堆肥中において減少させることができる。

（８）処理過程において、含窒素バイオマス中の成分の分解及び低分子化により発生する温暖化ガスとしてのメタンガス及び一酸化二窒素を減少させることができる。ジオバチルス属の微生物は、高温処理時に含窒素バイオマスからメタンガス及び一酸化二窒素を発生させることはない。

（９）ジオバチルス属の微生物により処理された含窒素バイオマスが堆肥として田畑に使用された際、雨水によって含窒素バイオマスが堆肥汚濁水（茶水）として田畑から流出することを抑制することができる。

（１０）本実施形態において、ジオバチルス属の微生物により含窒素バイオマスの高温処理が行なわれている。その結果、サーモアクチノマイセス等の好熱性の放線菌の増殖が高温域において促進される。

上記実施形態は以下のように変更されてもよい。
上記実施形態において、ジオバチルス属の微生物を用いた含窒素バイオマスの処理方法が、堆肥及び畜産用敷料の製造方法として使用されている。しかしながら、本実施形態の処理方法が、単にそのまま廃棄されることが例えば環境の悪化を招く家畜の排泄物、下水処理汚泥等の廃棄物を、環境を悪化させるおそれのない処理物に処理する方法として使用されてもよい。この場合、処理物を適切に廃棄することが容易である。また、ジオバチルス属の微生物は、上記実施形態に係る用途の他、例えば高温処理を活用した土壌の消毒及び殺菌処理等の分野に適用されてもよい。

ジオバチルス属の微生物、及び発酵促進材を含有するバイオマス用処理剤を用いて含窒素バイオマスを処理してもよい。この場合においても、含窒素バイオマスを高温で処理することができ、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態を更に具体的に説明する。
＜微生物の分離及び同定＞
まず、様々な場所で採取した、完熟した牛糞由来の堆肥を、水または生理食塩水を入れた試験管に入れた後、ミキサーにより激しく攪拌し、堆肥中に含まれる微生物を堆肥から溶出させた。この溶出液の一部を採取し、Schaeffer's sporulation medium（0.8% nutrient broth (Difco), 27mM KCl, 2mM MgSO₄ 7H₂O, 1mM Ca(NO₃)₂4H₂O, 0.1mM MnCl₂ 4H₂O, and 1μM FeSO₄7H₂O）に加えて６５℃で６時間培養した。この培養物を１００℃で５分間加熱し、芽胞形成に至らなかった栄養体細胞を死滅させた。次いで、芽胞形成菌のみを前述の微生物生育培地成分を含む寒天平板培地に広げ、６５℃でさらに培養してコロニーを形成させた。以上により好熱性芽胞形成細菌を分離した。

次に、トリプトン（Difco）１０ｇ、硝酸塩としての硝酸カリウム２ｇ、及び精製水１Ｌ（ｐＨ７．５）からなる培地に各種菌のコロニーを接種し、６５℃にて１２時間嫌気培養を行った。硝酸濃度を比色法（ロシュ：Cat No.1 746 081）で定量し、全窒素量をケルダール法により分析した。培養前と培養後との硝酸濃度及び全窒素量をそれぞれ測定することにより、硝酸態窒素同化能及び脱窒機能を有する好熱性の微生物を選択した。

本実施例において、自然界より単離した菌株を同定したところ、該菌株はジオバチルス.サーモデニトリフィカンス（Geobacillus thermodenitrificans）であることが判明した。本単離及び同定したジオバチルス.サーモデニトリフィカンスを、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに寄託した（受託番号NITE BP-157、受託日２００５年１２月２６日）。以下、本実施例においては、寄託されたジオバチルス.サーモデニトリフィカンスを使用した。寄託されたジオバチルス.サーモデニトリフィカンス（受託番号NITE BP-157）について、下記に生育形態所見及び生化学的所見を示す。
細胞の幅０．５〜１．０（μｍ）
細胞の長さ１．５〜２．５（μｍ）
ＤＮＡＧＣ含量（モル％）５１．８
運動性 −
生育温度４５℃ ＋
生育温度７０℃ ＋
生育ｐＨ９．０＋
脱窒能＋
嫌気性での生育＋
カゼインの加水分解＋
デンプンの加水分解＋
利用性
ラムノース −
セルビオース＋
ガラクトース＋
キシロース＋
リボース＋
アラビノース＋
クエン酸＋
フェノール耐性２０（ｍＭ）
＜堆肥化処理＞
家畜の排泄物（肥育牛糞）を含窒素バイオマスとして使用し、実施例１及び比較例１に係る堆肥化処理を行なった場合の含窒素バイオマス中の温度、菌体の増殖の程度、臭気ガスの濃度、温暖化ガスの濃度、及び堆肥の完熟度を１週間毎に経時的に測定した。更に、堆肥成分を１週間毎に経時的に分析した。肥育牛の家畜の排泄物及び水分調整材としてのオガ粉の合計５０ｍ³中に各種菌を１０ｍ³加え、実施例１においてはセルロモナス属微生物Ｋ３２Ａ株由来（Cellulomonas sp. K32A）のセルラーゼを含有する発酵促進材を更に加えて処理反応を開始した。実施例１の種菌として、ジオバチルス.サーモデニトリフィカンス（Geobacillus thermodenitrificans、受託番号NITEB BP-157）を用いた。比較例１の種菌として、主にCanocytophaga sp.を含む「戻し堆肥」製造用の種菌（豊橋飼料株式会社、図２の（５）参照）を用いた。

＜温度変化＞
家畜の排泄物（堆肥）において、該排泄物の表層より５０ｃｍ内方における温度の経時変化を図１（ａ）に示し、表層より２０ｃｍ内方における温度の経時変化を図１（ｂ）に示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）中の各グラフにおいて、垂直方向における温度の急激な低下は、空気混入のために堆肥の撹拌作業を行うべく、堆肥から温度計を取り外した際に生じたものである。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示される結果より、実施例１においては処理開始から約５週目で堆肥の発酵温度が徐々に低下し始めた。つまり、処理開始から約１ヶ月〜１ヶ月半で発酵に必要な低分子有機物が枯渇し、発酵処理が終了し始めることが確認された。実施例１の処理開始後６週目においては、発酵温度のさらなる低下が認められた。これにより、微生物の分解対象物である低分子有機物が枯渇し、堆肥が完熟化したと考えられる。一方、比較例１においては、処理開始後６週間近く反応温度が低下しなかった。

＜菌体の増殖（ＤＧＧＥ分析）＞
上記実施例１及び比較例１の含窒素バイオマス処理過程中における細菌叢の経時変化を、ＤＧＧＥ（変性剤濃度勾配ゲル電気泳動）測定により評価した。ＤＧＧＥは、濃度勾配を有するＤＮＡ変性剤、例えば尿素等を含有するゲルを電気泳動に用いることにより、種固有のＧＣ比とＡＴ比とに基づいてＤＮＡの分離を行う。電気泳動で得られたＤＮＡバンドに対して塩基解析を行うことにより、各バンドが由来する菌株の帰属分類群を推定した。

本試験では、公知のＤＧＧＥ及び塩基解析を行った。即ち、本試験では、電気泳動において１０％ポリアクリルアミドゲル及び変性剤としての尿素（３０から６０％への濃度勾配を有する）を使用し、２００Ｖ、３．５時間で泳動を行なった。泳動後、ゲルをSYBER Green（タカラバイオ株式会社製）で染色し、ＵＶ（３１０ｎｍ）照射下で発光するバンドをＣＣＤカメラで撮影した。電気泳動の結果を図２に示す。図２は、バンドの位置を容易に視認するために、泳動結果の写真を、その白黒を反転して表示している。得られたバンドをテンプレートとして用いたＰＣＲを行った後、ABI PRISM 3100 DNA Sequencer （Applied Biosystems, Ca USA）を用いてＰＣＲ産物の塩基配列解読を行なった。得られた塩基配列と類似する塩基配列を国際塩基配列データベース(GenBank/EMBL/DDBJ)から検索するために、BLASTによる相同性検索を行なった。

図２において、（１）は家畜の排泄物の泳動結果を示し、（２）は比較例１の処理開始後２週目における泳動結果を示し、（３）は比較例１の処理開始後３週目における泳動結果を示す。（４）は比較例１の処理開始後６週目における泳動結果を示し、（５）は比較例１において用いられた「戻し堆肥」製造用の種菌（豊橋飼料株式会社製）の泳動結果を示す。（６）は実施例１の処理開始後２週目における泳動結果を示し、（７）実施例１の処理開始後４週目における泳動結果を示し、（８）実施例１の処理開始後６週目における泳動結果を示し、（９）は実施例１の種菌（ジオバチルス.サーモデニトリフィカンス）の泳動結果を示す。BLASTによる相同性検索の結果、図２の各バンドに由来する菌株は、以下の微生物種に帰属するものと推定される。
（１−ａ）:Alcaligenes faecalis、
（１−ｂ）:Enterococcus sp.、
（１−ｃ）:Bacillus subtilis、
（２−ａ）:不明、
（２−ｂ）:Alcaligenes faecalis、
（２−ｃ）:Cytophaga sp.、
（２−ｄ）:Nitrobactor sp.、
（２−ｅ）:Uncultured bacterium、
（２−ｆ）:Cytophaga sp.、
（２−ｇ）:Capnocytophaga、
（２−ｈ）:Glycomyces sp.、
（２−ｉ）:Bacteroidas sp、
（３−ａ）:不明、
（３−ｂ）:Knoellia sinensis、
（３−ｃ）:Nitrobactor sp.、
（３−ｄ）:Cytophaga sp.、
（３−ｅ）:Canocytophaga sp.、
（３−ｆ）:Glycomyces sp.、
（３−ｇ）:不明、
（３−ｈ）:Bacteroidas sp．、
（３−ｉ）:不明、
（４−ａ）:Nitrobactor sp．、
（４−ｂ）:Cytophaga sp.、
（４−ｃ）:Canocytophaga sp.、
（４−ｄ）:Glycomyces sp.、
（４−ｅ）:Bacteroidas sp.、
（４−ｆ）:不明、
（４−ｇ）:不明、
（５−ａ）:Nitrobactor sp．、
（５−ｂ）:Flavobactrium sp.、
（５−ｃ）:Canocytophaga sp.、
（５−ｄ）:Canocytophaga sp.、
（５−ｅ）:Glycomyces sp.、
（６−ａ）:Bacillus thermocloaceae、
（７−ａ）:Bacillus thermocloaceae、
（７−ｂ）:Bacillus sp.、
（７−ｃ）:Bacillus subtilis、
（８−ａ）:Lactobacillus sp.、
（８−ｂ）:Thiomicrospira denitrificans、
（８−ｃ）:Glycomyces aeizonensis、
（８−ｄ）:Bacillus fortis、
（８−ｅ）:Bacillus niacini、
（８−ｆ）:Bacillus pumilus、
（８−ｇ）:Virgibacillus sp.、
（８−ｈ）:Sulfobacillus sp.、
（８−ｉ）:Geobacillusthermodenitrificans。

図２の（１）において検出された細菌（１−ａ〜ｃ）のほとんどは、肥育牛の餌に添加された微生物資材（Ｐ−Ｂｉｏ２：東富士農産株式会社製）由来の細菌であると思料される。これらの細菌は、厩舎の消臭に効果があるアンモニア酸化細菌である。しかしながら、これらの細菌は、実施例１及び比較例１の堆肥化が行なわれる高温期には家畜の排泄物内から姿を消した。比較例１においては、種菌に由来する（２−ｄ）:Nitrobactor sp．（２−ｇ）:Canocytophaga sp.（２−ｈ）:Glycomyces sp.等が堆肥化とともに優勢となり、堆肥の温度を上昇させていった。

実施例１では、処理開始後２週目より堆肥が７０℃以上の高温であることから、堆肥中の微生物叢は貧弱であり、高温に対応した微生物（Bacillus）のみが選択的に増殖した点で比較例１の微生物叢とは明らかに相違していた。実施例１の種菌にはジオバチルス.サーモデニトリフィカンスが用いられたが、この増殖は堆肥化の初期には見られず、４週目以降の後期より検出された。図２に示されるように、実施例１においては処理開始後６週目において種菌であるジオバチルス.サーモデニトリフィカンスが大幅に増加しており、処理過程において種菌が有効に増殖していることが確認された。

＜臭気ガスの濃度＞
実施例１及び比較例１の各堆肥から発生するアンモニア、アミン、メルカプタン、及び硫化水素を採取し、それらの濃度を測定した。具体的には、堆肥にガス放出測定用チャンバーを設置し、発生したガスをテドラーバックに採取した。アンモニア、アミン、メルカプタン、及び硫化水素の濃度を、検知管（ガステック社製ＧＶ−１００Ｓ）を用いて測定した。それらの測定結果を表１に示す。

表１に示されるように、実施例１に係る処理開始後６週目のアンモニア及びアミンの濃度は、比較例１に係る処理開始後６週目のアンモニア及びアミンの濃度に比べて大幅（約１／８）に減少していた。反応初期（処理開始後第１周目以降）より、実施例１に係る各ガスの濃度が比較例１に係る各ガスの濃度に比べて大幅に減少していた。メルカプタンは、比較例１において８ｐｐｍ以上と高濃度で検出されたが、実施例１においては検出されなかった。以上の結果より、実施例１においては臭気成分を発酵処理初期より大幅に減少させることができることが分かった。

＜温暖化ガスの濃度＞
実施例１及び比較例１において、処理開始後２，４，及び６週目の各堆肥から発生する温暖化ガスとしてのメタンガス及び一酸化二窒素の濃度を測定した。具体的には、堆肥にガス放出測定用チャンバーを設置し、発生したガスをテドラーバックに採取した。メタンガスの濃度の測定を、ガスクロマトグラフ（株式会社島津製作所ＧＣ−１４Ａ）、及びカラム（PorapackQ-S 60/80 mesh 2.1m×2.6mm）を用いて行なった。一酸化二窒素の濃度の測定を、ガスクロマトグラフ質量分析計（株式会社島津製作所ＱＰ−５０００）、及びカラム（Pora Plot 27.5m×0.32mm）を用いて行なった。それらの測定結果を表２に示す。

表２に示されるように、実施例１の堆肥では一酸化二窒素の濃度が処理過程において徐々に減少し、処理開始後６週目には大気中の濃度と同レベルである０．３ｐｐｍとなった。実施例１の堆肥では、処理開始後２週目以降、メタンガスの濃度が検出限界（５ｐｐｍ）以下であった。一方、比較例１においては、処理開始後６週目においてもメタンガスが１０ｐｐｍ検出され、一酸化二窒素は実施例１と比較して約１０倍近く発生していた。以上の結果より、実施例１で使用されるジオバチルス.サーモデニトリフィカンスを含窒素バイオマスの堆肥化に使用することにより、地球温暖化ガスであるメタンガス及び一酸化二窒素の発生を大幅に抑制することができることが分かった。

＜堆肥の完熟度＞
種子の発芽数と茎の伸長とを測定する発芽インデックス法を用いた堆肥の腐熟度に基づいて堆肥の完熟度を表した。家畜の排泄物の処理により得られた堆肥が作物の堆肥として使用される場合、安全性が重要である。家畜の排泄物には有害な有機物、雑草の種子等が含まれることから、堆肥が安全に使用されるためには堆肥の腐熟度を向上させる必要がある。腐熟度とは、土壌及び作物の環境の悪化を招かない程度、且つ作物の生育に適した状態にまで、有機物を微生物等の働きによって分解した度合を示す。つまり、有機物が前記程度及び状態にまで分解されたときが腐熟の終了時（完熟）であり、有機物が前記程度及び状態に向かって分解されるまでの腐熟の過程を腐熟度という。作物の生育に適した状態とは、例えば（１）水分が減少し、汚物感及び悪臭がなくて取り扱い性が向上していること、（２）有害な微生物及び病原菌、雑草の種子が死滅していること、及び（３）有害な有機諸成分が分解されており、それらの有害作用及びガス害が軽減されていることにより達成される。

腐熟度は、発芽インデックスキット（ＳＫ式幼植物栽培キット）（福岡県リサイクル総合研究センター設立品質指標研究会）を用い下記式により表される。
ＧＩ＝Ｇ／Ｇｃ×Ｌ／Ｌｃ×１００（％）
前記式において、ＧＩは発芽インデックスを示し、Ｇは堆肥抽出液での発芽数を示し、Ｇｃは蒸留水での発芽数を示し、Ｌは堆肥抽出液での茎長を示し、Ｌｃは蒸留水での茎長を示す。

堆肥抽出液として、各凍結乾燥堆肥０．６ｇに沸騰水２０ｍｌを加え、３０分間振とうした後の濾過液を使用した。発芽インデックスキットを用い、各堆肥抽出液中において小松菜の種子（１５粒）を４日間生育した後、発芽数及び茎長を測定した。

堆肥の完熟度の判定を以下の基準に従って行なった。即ち、発芽インデックス（ＧＩ）が６９％以下の場合を不熟堆肥と判定し、７０〜９９％の場合を中熟堆肥と判定し、１００％以上の場合を完熟堆肥と判定した。評価結果を表３に示す。

表３に示されるように、実施例１では処理開始後２週目において既に完熟堆肥となり、処理開始後４週目以降において発芽インデックスの値が１７０以上となった。一方、比較例１では処理開始後６週目においても中熟堆肥であった。以上の結果より、比較例１に係る処理では、含窒素バイオマスが堆肥として使用される場合、実施例１に比べて長期間の処理が必要であることが分かった。

＜堆肥成分の分析＞
堆肥中の成分のうち、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、リン酸（Ｐ_２Ｏ_５）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、及び塩素（Ｃｌ）の堆肥おける割合と、堆肥を精製水に１：１０で溶解して調製した溶液のｐＨ及びＥＣ（電気伝導度）とを測定した。これらの測定を、肥料分析法（日本の農林水産省農業環境技術研究所法）に従って行なった。全窒素（Ｎ）の割合を、デバルダ合金−硫酸法を用いて測定した。炭素（Ｃ）の割合を、二クロム酸酸化による有機炭素の定量法を用いて測定した。リン酸（Ｐ_２Ｏ_５）の割合を、キノリン重量法を用いて測定した。酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）の割合を、テトラフェニルホウ酸ナトリウム重量法を用いて測定した。塩素（Ｃｌ）の割合を、硝酸銀法を用いて測定した。前記溶液のｐＨを、ガラス電極を用いて測定した。前記溶液のＥＣを、電気伝導率計を用いて測定した。それらの測定結果を表４に示す。

表４に示されるように、実施例１において、堆肥のｐＨ、ＥＣ、及び窒素の割合は経時的に減少傾向にあった。一方、比較例１において、ｐＨ、ＥＣ、及び窒素の割合は経時的に増加傾向にあった。

＜堆肥汚濁水の低減効果＞
実施例２では含窒素バイオマスとして肥育牛糞を使用し、実施例３では含窒素バイオマスとして乳牛糞を使用した以外は、実施例１と同様の方法により堆肥化処理（６週間）を行なった。比較例２では、含窒素バイオマスとして、日本の那須牧場産の牛糞を使用して製造された市販品堆肥を用いた。比較例３では、含窒素バイオマスとして、日本の和田牧場産の牛糞を使用して製造された市販品堆肥を用いた。比較例４では、含窒素バイオマスとして、牛糞を使用して製造された株式会社三貴社製の堆肥を用いた。各堆肥を１ｇ量り取って精製水１００ｍｌに懸濁させた。次いで、懸濁液を激しく撹拌した後３０分間静置し、上清を回収してその吸光度を各波長にて測定した。測定結果を表５に示す。

表５に示されるように、実施例２，３においては、６００ｎｍ（オレンジ）から７００ｎｍ（赤）にわたって吸光がほとんど観察されなかった。この結果より、ジオバチルス属の微生物により処理された各実施例においては、堆肥として田畑に施肥されたとしても、雨水によって流出する堆肥汚濁水（茶水）を低減させることができることが分かった。一方、牛糞を使用して製造された各比較例の堆肥は、各実施例と比較して各波長による吸光度が高かった。

＜放線菌の増殖効果＞
実施例４では含窒素バイオマスとして肥育牛糞を使用し、実施例５では含窒素バイオマスとして乳牛糞を使用し、各実施例において含窒素バイオマスに泥炭を少量添加した以外は、実施例１と同様の方法により堆肥化処理（６週間）を行なった。比較例５では、含窒素バイオマスとして日本の古河牧場産の牛糞を用いて製造された市販品堆肥を用いた。実施例４，５及び比較例２〜５の堆肥１ｇを１５ｍｌ容量の滅菌済みスピッツに量り取り、０．１％Ｔｗｅｅｎ２０添加ペプトン食塩緩衝液（日本薬局方）１０ｍｌを加えて懸濁させた。次いで、懸濁液を激しく撹拌することによって各堆肥サンプルに含まれる微生物を溶出させ、平板塗抹法により乾物１ｇ中の微生物数（ｃｆｕ）を求めた。好気性細菌検出用として普通寒天培地を用い、嫌気性菌検出用としてＧＡＭ寒天培地を用い、放線菌検出用培地としてＨＶ寒天培地を用いた。中温菌として、３０℃の培養温度にて増殖する細菌を検出した。高温菌として、６５℃の培養温度にて増殖する細菌を検出した。それらの結果を表６に示す。

表６に示されるように、実施例４，５では、高温放線菌（例えば、サーモアクチノマイセス等）が比較例２〜５と比較して多く存在していた。好気性の高温菌について各実施例の方が各比較例に比べて多く存在しているが、これは種菌に由来するものである。したがって、ジオバチルス属の微生物を用いて堆肥化処理を施すことにより、サーモアクチノマイセス等の放線菌を増殖させることができることが分かった。

＜硝酸塩の利用＞
ジオバチルス属の微生物の硝酸除去率及び全窒素除去率を測定した。実施例６としてジオバチルス.サーモデニトリフィカンス（受託番号NITEB BP-157、硝酸塩還元能＋、脱窒能＋）を使用し、比較例６としてジオバチルス.ステアロサーモフィルス（受託番号ATCC7953、硝酸塩還元能＋、脱窒能−）を使用した。比較例６において使用されたジオバチルス.ステアロサーモフィルス（受託番号ATCC7953）は脱窒能を有していないが、ジオバチルス.ステアロサーモフィルスには脱窒能を有しているものもある。まず、トリプトン（Difco）１０ｇ、硝酸カリウム２ｇ、及び精製水１Ｌ（ｐＨ７．５）からなる培地に各種菌を接種し、６５℃にて１２時間嫌気培養を行った。硝酸濃度を比色法（ロシュ：Cat No.1 746 081）で定量し、全窒素量をケルダール法により分析した。培養前と培養後との硝酸濃度及び全窒素量をそれぞれ測定することにより、硝酸除去率及び全窒素除去率を求めた。測定結果を表７に示す。

表７に示されるように、実施例６では硝酸除去率が１００％であり、全窒素除去率が１５．３％であった。一方、比較例６では硝酸除去率が１００％であったが、全窒素除去率が１．２％であった。ジオバチルス.サーモデニトリフィカンスは嫌気状態及び硝酸イオンの存在下で増殖することができ、このときエネルギーを獲得する。そのため、硝酸が亜硝酸（硝酸塩還元能）に還元され、さらに亜硝酸がアンモニア、一酸化窒素、一酸化二窒素、及び窒素ガスまで分解されて大気中に放出されると推察された。つまり、上記評価方法により、ジオバチルス.サーモデニトリフィカンスは脱窒機能を有することが確認された。一方、ジオバチルス.ステアロサーモフィルスは硝酸塩還元能を有しているが、脱窒機能を有していないことから、総窒素量は減少しない。体内に取り込まれた硝酸塩はアンモニアに変換され、グルタミン酸、グルタミン、アスパラギン等のアミノ酸の合成に利用されるものと思料される。

＜鶏糞処理（アンモニア態窒素）＞
家畜の排泄物（鶏糞）を含窒素バイオマスとして使用し、実施例７及び比較例７の堆肥化処理を行なった場合における含窒素バイオマス中の高温菌数、有機質の分解率、アンモニア態窒素の含有量（乾物１００ｇ中）、臭気ガスの濃度、及び温暖化ガスの濃度を経時的に測定した。採卵用鶏の排泄物及びオガ粉の合計５０ｍ³中に各種菌を１０ｍ^３加えて処理反応を開始した。実施例７の種菌として、ジオバチルス.サーモデニトリフィカンス（Geobacillus thermodenitrificans、受託番号NITEB BP-157）を用いた。比較例７の種菌として、主にCanocytophaga sp.を含む「戻し堆肥」製造用の種菌（豊橋飼料株式会社、図２の（５）参照）を用いた。一次発酵槽にて３日間分解処理を行い、それ以後はブロアー付レーン式醗酵槽にて２４日目まで分解処理を行なった。

高温菌数として、普通寒天培地を用いて６５℃の培養温度で増殖する細菌数を実施例１と同様の方法により求めた。臭気ガスの濃度、及び温暖化ガスの濃度を、実施例１と同様に検知管及びガスクロマトグラフをそれぞれ用いて測定した。「堆肥等有機物分析法」（日本の財団法人日本土壌協会編）に記載された方法に従って有機質の乾燥率を測定し、該絶乾率から有機物量を求めて堆肥化処理前と比較し、どの程度の有機物が堆肥化工程で減少したかを求めた。「堆肥等有機物分析法ＩＩ成分分析法」（日本の財団法人日本土壌協会編）に記載された方法に従い、インドフェノール青法を用いてアンモニア態窒素の濃度を測定した。それらの結果を表８に示す。

表８に示されるように、実施例７に係る処理開始後３日目の鶏糞中のアンモニア濃度は、比較例７に係る処理開始後３日目の鶏糞中のアンモニア濃度と比較して約１／４に抑制されていた。処理開始後４日目以降も、実施例７に係るアンモニア濃度は比較例７のアンモニア濃度の半分以下に抑制されていた。以上の結果により、ジオバチルス属の微生物を用いて堆肥化処理を施すことによって、堆肥中のアンモニア濃度も減少させることができることが分かった。

実施例７の結果と比較例７の結果との比較により、有機質の分解促進効果と、臭気ガス及び温暖化ガス成分の発生抑制効果とに関して実施例７が比較例７よりも優れていることが確認された。また、実施例７の高温菌数が比較例７の高温菌数よりも多かった。

Claims

含窒素バイオマスに、脱窒機能を有するジオバチルス属の微生物及び該ジオバチルス属の微生物による含窒素バイオマスの発酵を促進する発酵促進材を配合する工程、並びに前記ジオバチルス属の微生物及び発酵促進材の作用により、含窒素バイオマスの温度を５０℃以上に上昇させて嫌気状態下で含窒素バイオマスの発酵を行う工程を備えること特徴とするバイオマス処理方法。
前記ジオバチルス属の微生物の至適生育温度範囲は５０〜７０℃であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス処理方法。
前記ジオバチルス属の微生物の至適生育ｐＨ範囲はｐＨ６〜８であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオマス処理方法。
前記脱窒機能を有するジオバチルス属の微生物は、日本の独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターへ２００５年１２月２６日に寄託されたジオバチルス.サーモデニトリフィカンス（受託番号NITE BP-157）であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバイオマス処理方法。
前記発酵促進材は、多糖類分解酵素及び有機質資材から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバイオマス処理方法。
前記多糖類分解酵素は、セルラーゼ、キシラナーゼ、及びペクチナーゼから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項５に記載のバイオマス処理方法。
前記有機質資材は、油粕、米糠、ふすま、コーンスティープリカー、黒砂糖、大豆油粕、肉粕、乾血粉、チキンミール、魚粕、鰹節の煮粕、さなぎ粕、酵母エキス粕、及びビール粕から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項５に記載のバイオマス処理方法。
前記含窒素バイオマスは、家畜の排泄物及び下水余剰汚泥から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のバイオマス処理方法。
前記配合工程は、該配合工程が完了するまでに、１回又は２回以上の空気混入作業により前記含窒素バイオマスに酸素を供給する工程を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のバイオマス処理方法。
前記配合工程において、含窒素バイオマスに泥炭がさらに配合されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のバイオマス処理方法。
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のバイオマス処理方法に用いられるバイオマス用処理剤であって、脱窒機能を有するジオバチルス.サーモデニトリフィカンス、及び該ジオバチルス.サーモデニトリフィカンスによる含窒素バイオマスの発酵を促進する発酵促進材を含有することを特徴とするバイオマス用処理剤。