JP6165296B2

JP6165296B2 - 堆肥の腐熟度判定方法及び堆肥化方法

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Publication number: JP6165296B2
Application number: JP2016104225A
Authority: JP
Inventors: 信介浜谷; 徳山　文祐; 文祐徳山; 大三郎古賀; 正英荒井
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: JP2016194521A

Description

本発明は、堆肥の腐熟度を判定する方法及び堆肥化を行う方法に関する。

近年、食品廃棄物を始めとした有機性廃棄物のリサイクルがますます重要となっている。この有機性廃棄物の有効利用の１つに堆肥化がある。有機性廃棄物の堆肥化において、従来は堆肥化作業者や農業従事者の勘や経験に基づいた管理が主であったが、今後は農作物の安全性を確保するためにも、堆肥の品質について迅速かつ正確な評価手法が求められている。

堆肥の品質の一つとして、堆肥の腐熟度が挙げられる。腐熟が進んでいない未熟な堆肥を土壌に施用すると、土壌中における有機質の急速な分解に伴って、高濃度無機態窒素の発生、土壌の異常還元及び窒素飢餓等の間接的障害作用と、生育阻害物質等の放出による直接的障害作用により、農作物の生育を阻害するおそれがある。このため、堆肥を土壌に施用する前に、堆肥の腐熟度を把握しておく必要がある。例えば特許文献１には、堆肥抽出液から発せられる微弱な光の光量に基づいて堆肥の腐熟度を判定する方法が提案されている。

特開２００５−２７４２２２号公報

堆肥の腐熟度は、物理性及び化学性の観点で評価される。物理性に関する腐熟度判定は、堆肥を土壌に施用することにより適度な空気量を与えて土壌を柔らかくする効果（土壌改良効果であり、膨軟化ともいう）を判定するものである。化学性に関する腐熟度判定は、堆肥中の易分解性有機質の分解度が進行することにより分解時の中間生成物である生育阻害物質（低級脂肪酸、フェノール類等）を無害化したり、難分解性有機物の分解がゆっくりと進行することにより農作物に栄養として作用したりする効果（緩効性を主とした肥料要素の供給効果）を判定するものである。堆肥化作業者や農業従事者が堆肥の完成度を見るときには、視覚及び嗅覚によって化学性に関する腐熟度を確認し、触覚によって物理性に関する腐熟度を確認するという、いわゆる主観的な判定手法に留まっているのが現状である。

そこで、本発明は、堆肥の腐熟度を物理性において客観的に判定する方法を提供することを目的とし、さらに、これらの腐熟度判定を経て堆肥化を行う方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、有機性廃棄物を原料に含む堆肥を容器に入れる工程と、前記容器に入れられた堆肥に荷重を加える前の当該堆肥の総量に対する、当該堆肥に荷重を加えたときの当該堆肥の沈下量の割合を計測する工程と、計測した前記割合と目標とする割合とを対比して、前記堆肥の物理性における腐熟度を判定する工程とを備えることを特徴とする堆肥の腐熟度判定方法を提供する。ここで、前記荷重を０．４ｋＮ／ｍ ² としたときの前記目標とする割合として、１５％を用いてもよい。
また、本発明は、有機性廃棄物を含む原料を混合する工程と、前記原料を発酵させる工程と、発酵した前記原料を熟成させる工程と、上記の堆肥の腐熟度判定方法に基づく腐熟度の判定を行う工程とを備えることを特徴とする堆肥化方法を提供する。

本発明によれば、堆肥の腐熟度を物理性において客観的に判定し、さらにこれらの判定を経て堆肥化を行うことが可能となる。

実施形態に係る堆肥化方法を示す工程図。積算温度とＧＩ値との相関関係を求める工程図。発酵工程を開始したときからの経過日数（横軸：堆肥化日数［日］）と、堆肥化物の測定温度の日平均温度（縦軸：温度［℃］）との関係を示すグラフ。発酵工程を開始したときからの経過日数（横軸：堆肥化日数［日］）と、堆肥化物の測定温度の日平均温度の、発酵工程を開始したときからの積算結果（縦軸：積算温度［℃・日］）との関係を示すグラフ。発酵工程を開始したときからの堆肥化物の積算温度（横軸：積算温度［℃・日］）と、積算温度がそれぞれ異なる堆肥化物から採取したサンプルを用いてコマツナの発芽試験を行った結果得られたＧＩ値（ここではズッコーニのＧＩ値）（縦軸：ＧＩ［％］）との相関関係を示すグラフ。堆肥化日数ごとの粒径加積曲線を示す図。圧縮試験を示す工程図。圧縮試験の具体例を示す説明図。堆肥の腐熟度（横軸：［％］）と沈下量（縦軸：［％］）との関係を示すグラフ。堆肥の腐熟度（横軸：［％］）と単位体積重量（縦軸：［％］）との関係を示すグラフ。堆肥の腐熟度（横軸：［％］）と２ｍｍ以下重量百分率（縦軸：［％］）との関係を示すグラフ。

本発明を実施するための形態の一例について説明する。以下の説明において「堆肥」とは、土壌改良効果及び肥料要素の供給効果を期待して利用される農業生産資材である。「堆肥の腐熟」とは、堆肥を土壌に施用した場合に農作物の生育に対する障害性が小さく、堆肥の施用により土壌中の微生物にエネルギーを与えて活動を活発にさせること等により直接的または間接的に地力維持と結びつき、かつ土壌環境の悪変を招かない程度に、堆肥内の有機物をあらかじめ腐朽させることである。そして、このような状態まで腐熟したときが、腐熟の終了すなわち終熟であり、このような状態に達するまでの腐熟の程度を「腐熟度」という。物理性に関する腐熟度は、主として土壌改良効果に寄与し、化学性に関する腐熟度は、主として肥料要素の供給効果に寄与する。

（１）堆肥化方法の概要
図１は、本実施形態に係る堆肥化方法を示す工程図である。図１において、堆肥化のための主要な工程について説明する。まず前処理・混合工程が行われる（ステップＳ１）。具体的には、作業者が食品工場等から受け入れた食品廃棄物等の有機性廃棄物を原料とし、これを木チップ等の副資材と混合する。この混合物を、以下では「堆肥化物」という。

次に、発酵工程が行われる（ステップＳ２）。具体的には、作業者が例えば自動撹拌搬送機やその他の作業機械等によって堆肥化物を定期的に撹拌させながら発酵施設内を移送させる。また、このとき併せて発酵施設の底面側からブロワによる送気を行う場合もある。この発酵工程に要する期間は例えば約２５日間である。

次に、熟成工程が行われる（ステップＳ３）。具体的には、熟成施設内で作業者が堆肥化物を高さ数ｍ程度までに積み上げ、ひと山を単位として定期的に例えばホイールローダーやその他の作業機械等で切返し等の作業を行う。また、このとき併せて発酵施設の底面側からブロワによる送気を行う場合もある。この熟成工程に要する期間は例えば約９５日間である。なお、本実施形態では、発酵工程における堆肥化物の混合攪拌作業を「攪拌」と呼び、熟成工程における堆肥化物の混合攪拌作業を「切返し」と呼んで、両者を区別している。

次に、堆肥化物が、堆肥としての物理性及び化学性における所定の腐熟条件を満たしたか否かを判定する腐熟度判定工程が行われる（ステップＳ４）。この腐熟度判定工程に関するステップＳ１０，Ｓ２０については後で詳述する。

腐熟条件を満たしたと判断されると（ステップＳ４；ＹＥＳ）、作業者によって例えばふるい分けや収容などの製品化工程が実施される（ステップＳ５）。これにより、堆肥として製品として出荷可能な状態となる。

（２）ステップＳ１０に関する化学性腐熟条件について
発酵及び熟成工程においては、微生物による有機物分解に伴って温度が上昇するが、一般に、堆肥化作業の管理のためにこの温度を測定・記録することが行われている。ただし、このとき測定された温度は、作業者が堆肥の腐熟度を確認するにあたっての勘や経験を補佐するためのデータにはなるが、これに基づいて堆肥化の進捗を定量化するまでには今のところ至っていない。本発明者らは、堆肥化物の積算温度と、いわゆるＧＩ（Germination index）値との間に何らかの相関関係があるとの仮説を立て、堆肥の化学性における腐熟度を積算温度に基づいて判定する手法の確立を試みた。

発酵及び熟成工程では、堆肥化物が均一となるように撹拌又は切返しが行われるが、堆肥化物の一部の性状（温度等）は表層付近の大気（気温）の影響を受ける。このため、堆肥化物の表面から深さ３０ｃｍの温度が堆肥化物の品質確認基準の一つとして挙げられている。本発明者らは大気の影響を受けない深さを把握するため、堆肥化工程の全期間を通して堆肥化物の異なる深さでの温度を時系列で測定した（具体的には１０分間隔で約８か月間）。この結果、表面から７０ｃｍ以深で温度が安定することが分かったので、堆肥化物の温度の測定深さを７０ｃｍに設定した。

また、堆肥化工程においては撹拌又は切返しの作業により、堆肥化物の温度が低下、上昇、安定という状況を繰り返す。本発明者らは、堆肥化物の温度が安定している時間を堆肥化物の性状が安定している時間と考え、堆肥化工程における作業時間帯の中で調査に適した時間帯を検討した。具体的には、深さ７０ｃｍの測定温度について日平均温度及び正時ごとの平均温度を算出して両者を比較し、日平均温度と正時の平均温度との間に有意差（ここでは１％棄却域）が無い時間帯が０〜８時、１８時〜２３時であることを確認した。これは、堆肥化工程において通常は午前中に撹拌又は切返しの作業を行うため、その作業から一定時間経過後の１８時以降になると温度が安定すると想定された。そこで、堆肥化物の性状把握のための温度測定に適した時間帯を、撹拌又は切返し作業後８時間が経過した以降から、次の撹拌又は切返し作業までの間に設定した。

堆肥化工程では、病原菌や雑草の種子を死滅させるために適度な高温が必要であるが、温度が高すぎると堆肥化に有効な微生物にも影響を及ぼす。これらのことを考慮して、堆肥化物の温度の管理目標値を、発酵工程で６０〜７５℃、熟成工程で５０〜７５℃とした

ここで、図２は、積算温度とＧＩ値との相関関係を求める工程図である。まず、作業者は堆肥化物の発酵を開始してからの積算温度を求め（ステップＳ１１）、積算温度が異なる堆肥をそれぞれ用いて発芽試験を行い（ステップＳ１２）、積算温度と発芽試験に基づくＧＩ値（Germination index)との相関関係を求める（ステップＳ１３）。

図３は、発酵工程を開始したときからの経過日数（横軸：堆肥化日数［日］）と、堆肥化物の測定温度の日平均温度（縦軸：温度［℃］）との関係を示すグラフである。また、図４は、発酵工程を開始したときからの経過日数（横軸：堆肥化日数［日］）と、発酵工程開始時からの堆肥化物の測定温度の日平均温度の積算結果（縦軸：積算温度［℃・日］）との関係を示すグラフである。また、図５は、発酵工程開始時からの堆肥化物の積算温度（横軸：積算温度［℃・日］）と、積算温度がそれぞれ異なる堆肥化物から採取したサンプルを用いて発芽試験（ここではコマツナの種子を使用）を行った結果から得られたＧＩ値（ここではズッコーニのＧＩ値）（縦軸：ＧＩ［％］）との相関関係を示すグラフである。図３〜図５は、図２のステップＳ１１〜Ｓ１３によって求められたグラフである。

図３，４から、測定時の温度は概ね管理目標値の範囲内に入っていたが、積算温度は管理目標値よりも若干高い値であった。また、堆肥化１２０日経過時点で積算温度の増加傾向は鈍化し、そのときの積算温度は８，８００[℃・日]程度であった。図４，５から、ＧＩ値に関しては、堆肥化日数２１日の時点で、堆肥を製品として出荷し得る最低基準とされる５０％を超えていることが分かった。このときの積算温度は約１，５００[℃・日]である。

よって、堆肥化日数２１日、つまり積算温度１，５００[℃・日]を超える時点が経過すると、化学性における堆肥の腐熟度条件が満たされると言える。つまり、腐熟度の判定対象となる堆肥化物の積算温度を、図５に示した積算温度及びＧＩ値の相関関係に当てはめれば、化学性における腐熟度を判定することができる。

そこで、前述した図１のステップＳ１０では、腐熟度の判定対象となる堆肥化物について温度測定及び積算を行う。そして、ステップＳ４では、この積算温度を用いて、上記のような化学性における堆肥の腐熟度条件に関する判定（積算温度が１，５００度を超えるか否か）を行う。ここでは、積算温度が１，５００度を超えると、化学性における堆肥の腐熟度条件が満たされたと判断される。
なお、上記実施形態は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の実施においては様々な変形が可能である。例えば、積算温度とＧＩ値の関係において、例えば堆肥の材料に応じて、修正を行なってもよい。

（３）ステップＳ２０に関する物理性腐熟条件について
物理性に関する腐熟度は、主として土壌改良効果（いわゆる膨軟化）に寄与する。本発明者らは、熟成工程において堆肥化物の分解が進んで粒度が小さくなることで、土壌と混合されたときに土壌の隙間に入り込み、その結果、土壌が柔らかくなるとの仮説を立てた。

（３−１）粒度分析
堆肥化日数ごとに堆肥化物からサンプルを採取し、堆肥化による変化の大きい粒度を抽出するため、粒度分析（土の粒度試験方法を定めたＪＩＳＡ１２０４に準拠）を行った。図６は、堆肥化日数ごとの粒径加積曲線を示す図である。この図６から、有機性廃棄物は堆肥化が進むにつれて細分化し、特に０．８５〜２ｍｍの範囲における粒径の変化が大きいことが分かった。このことから、堆肥化物から採取したサンプルを２ｍｍメッシュのふるいを通過した分の重量百分率が、堆肥化工程の指標となり得ることを確認した。これは木質（ヘミセルロース，セルロース）及びリグニンといった難分解性有機物の分解及び細分化によるものと思われる。

（３−２）圧縮試験
堆肥化物から採取したサンプルに荷重をかけたときの沈下量を測定する圧縮試験を実施した。この試験では、図７に示すように、内径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円筒形の容器（図８参照）にサンプルを締固めの力が加わらないように詰めてから（ステップＳ２１）、３．２ｋｇの重りを載せて荷重（０．４ｋＮ／ｍ²）をかけ（ステップＳ２２）、その沈下量を測って、全高（２０ｃｍ）に対する割合（％）を算出した（ステップＳ２３）。この圧縮試験時のサンプルとして、１５ｍｍメッシュのふるいで夾雑物を除いたものを用いた。またサンプルの単位体積重量と、粒度分析で得た変化の大きい粒度以下の重量百分率[％]を算出した。

さらに、熟練の堆肥化作業者の経験に基づいて主観的な堆肥腐熟度を判断し、上述の圧縮試験の結果と比較した。腐熟度は、熟成工程の堆肥化物ひと山ごとに、０〜１００％の範囲（０％が堆肥化開始当初の状態で、１００％が堆肥化完成の状態）とした。図９に示すように、堆肥の腐熟度と圧縮試験による沈下量との関係から、堆肥化つまり腐熟度が進むにつれて圧縮前の堆肥総量に対する圧縮時の沈下量の割合が小さくなる傾向が見られた。腐熟度１００％の場合，沈下量の割合は平均１５．１％（標準偏差σ＝１．５３６）であった。また、図１０、図１１に示すように、単位体積重量及び２ｍｍ以下重量百分率は、堆肥化つまり腐熟度が進むにつれて大きくなる傾向があった。堆肥化の腐熟度の１５％から１００％への変化に対して、単位体積重量は０．３８／ｃｍ³（σ＝０．０１２）から０．４７ｇ/ｃｍ³（σ＝０．００５）への変化が、２ｍｍ以下重量百分率３０．０７％（σ＝３．８９２）から６０．０８％（σ＝２．２１８）の変化が認められた。

上記のように、有機性廃棄物を原料に含む堆肥を容器に入れる工程と、前記容器に入れられた堆肥に荷重を加える前の当該堆肥の総量に対する、当該堆肥に荷重を加えたときの当該堆肥の沈下量の割合を計測する工程と、計測した前記割合と目標とする割合とを対比して、前記堆肥の物理性における腐熟度を判定する工程によって、物理性における堆肥の腐熟度条件の充足の可否を判定することができる。前述した図１では、腐熟度の判定対象となる堆肥について圧縮試験を行い（ステップＳ２０）、ステップＳ４では、この圧縮試験によって測定された沈下量の割合と目標となる割合とを対比して、堆肥の物理性における腐熟度の判定（沈下量の割合が目標１５％を超えるか否か）を行う。ここでは、沈下量の割合が目標１５％を下回ると、物理性における腐熟度条件が満たされたと判定される。

以上に説明した実施形態によれば、堆肥の腐熟度を物理性又は化学性において従来よりも客観的に判定することが可能となる。さらに、有機性廃棄物を含む原料を混合する工程と、原料を撹拌しながら発酵させる工程と、発酵した原料を熟成させる工程と、堆肥の腐熟度判定方法に基づく腐熟度の判定を行う工程とによって、十分に腐熟した堆肥化を行うことが可能となる。
なお、上記実施形態は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の実施においては様々な変形が可能である。例えば、圧縮試験において、例えば堆肥の材料に応じて、おもりによる荷重条件を変更してもよい。

１容器、２おもり。

Claims

有機性廃棄物を原料に含む堆肥を容器に入れる工程と、
前記容器に入れられた堆肥に荷重を加える前の当該堆肥の総量に対する、当該堆肥に荷重を加えたときの当該堆肥の沈下量の割合を計測する工程と、
計測した前記割合と目標とする割合とを対比して、前記堆肥の物理性における腐熟度を判定する工程と
を備えることを特徴とする堆肥の腐熟度判定方法。
前記荷重を０．４ｋＮ／ｍ ² としたときの前記目標とする割合として、１５％を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の堆肥の腐熟度判定方法。
有機性廃棄物を含む原料を混合する工程と、
前記原料を発酵させる工程と、
発酵した前記原料を熟成させる工程と、
請求項１又は２に記載の堆肥の腐熟度判定方法に基づく腐熟度の判定を行う工程と
を備えることを特徴とする堆肥化方法。