JPH0818891B2

JPH0818891B2 - リン酸肥料の製造方法及び装置

Info

Publication number: JPH0818891B2
Application number: JP4303211A
Authority: JP
Inventors: 貴子山下; 茂樹山下; 政美北川
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1996-02-28
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: JPH06128067A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、農業および園芸用肥料
に用いるリン酸肥料を製造する方法および装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在使用されている代表的な緩効性リン
肥料は熔成リン肥である。熔成リン肥の一般的な製法は
次の通りである。リン酸および石灰源であるリン鉱石と
苦土およびケイ酸源である蛇紋岩を混合する。これらリ
ン鉱石と蛇紋岩を混合したものを電気炉あるいは平炉に
おいて１３５０℃〜１５００℃で熔融する。この熔液を
高圧水中に流しこみ、水砕急冷すると緑色ないし灰色の
ガラス細粒が得られる。これを乾燥してリン酸肥料の製
品として販売している。この方法はリン鉱石の組成によ
らず安定したリン酸肥料が製造できる利点を持つが、大
量のエネルギー特に電気エネルギーを使用するといった
難点があった。特に電力設備が不十分な状況では、この
ような手法によるリン酸肥料の製造は困難であり、リン
酸肥料を外部からの供給に頼らざるを得ない状況におか
れている。

【０００３】このような状況におけるリン肥料提供の方
法として、リン鉱石からリンを溶解させる微生物（リン
溶解菌）を用いて、土壌中に固定されたリンを可溶化
し、農作物の収量を高めることが提案されている（特開
昭６３−２５３００９号公報）。

【０００４】リン溶解菌の適用の仕方としては、（イ）
土壌中の難溶性リンの溶解、（ロ）リン鉱石の溶解の２
通りの方法がある。しかし、これらは必ずしも効果的な
手法とはいえない。土壌中の難溶性リンを溶解する方法
とは、リン溶解菌を土壌に直接接種するか、種子あるい
は植物根に接種して、土壌中の難溶性リンを溶解し、植
物にリン酸を供給しようというものである。しかし、土
壌中のリンは極めて溶解され難い形態で存在している。
さらに、土壌中には様々な微生物が存在しているため、
接種した微生物がその機能を十分に発揮することは難し
い。発明者らもこうした適応を試みたが、実際にリンを
可溶化することは困難であった。従って、この方法では
土壌中のリンを溶解するのは困難である。

【０００５】また、リン鉱石の溶解による方法とは、リ
ン鉱石を肥料に加工せずに土壌に施用し、リン鉱石中の
リンをリン溶解菌で溶解することによってリン鉱石の肥
効を高めることを目的としている。なぜなら、なんの加
工も加えないリン鉱石はリン酸肥料としての効果がかな
り低いからである。しかし、土壌中ではリン溶解菌がそ
の機能を十分に発揮できないため、リン鉱石の溶解効率
は低く、必ずしも効果的な手法ではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、製造時に大
量の電力およびエネルギーを必要とする従来の製造方法
の問題点を解決し、大量の電力およびエネルギーを必要
とせず、容易にかつ効果的にリン酸肥料の製造が可能と
なる方法と装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、有機酸を生
成する微生物の作用によって常温、常圧下でリン鉱石か
らリンをリン酸カルシウムとして回収することができる
本発明の製造方法および装置によって達成される。すな
わち、本発明の製造方法および装置は次のとおりのもの
である。１）リン鉱石と有機物の混在物を含む培養液に、リン鉱
石からリンを溶解する有機酸生成菌を好気的に作用させ
た後、固液分離し、その分離液のｐＨを中性ないしアル
カリ性に調整し、該分離液中のリンをリン酸カルシウム
として回収することを特徴とするリン酸肥料の製造方
法。２）リン鉱石と有機物の混在物を含む培養液に、リン鉱
石からリンを溶解する有機酸生成菌を好気的に作用させ
るリン溶解装置と、リン溶解装置の流出液を固液分離す
る固液分離装置と、該固液分離装置の分離液のｐＨを調
整するｐＨ調整装置を備えたことを特徴とするリン酸肥
料の製造装置。

【０００８】上記の培養液は、リン鉱石中のリンを溶解
する微生物が増殖できる栄養源を含めばよく、公知の人
工培地の他、通常混在する有機物によってまかなうこと
ができる。例えば、厨芥、穀物カス、選定外農産物など
の有機性廃棄物を湿潤乃至溶存状態下でリン鉱石と混合
すればよい。また、混在する有機物の組成により栄養塩
類のバランスを調整するため、窒素源やビタミン、その
他栄養塩類を添加しておけばよい。かくして、従来の方
法のように大量の電力およびエネルギーを必要とせず、
かつ容易にリン酸肥料の製造が可能となるため、電力が
不充分な状況においてもリン酸肥料の製造が可能とな
る。

【０００９】従来より、酸溶解によるリン酸肥料の製造
方法として、硫酸などの鉱酸を用いてリン鉱石からリン
酸を溶解する方法があるが、発明者らは鉱酸と本発明に
おいて対象とする有機酸とのリン鉱石溶解能力を比較し
たところ、次の結果を得た。すなわち、硫酸と本発明に
おいて対象とする有機酸の１例のグルコン酸とによる、
リン鉱石の主成分であるヒドロキシアパタイトの溶解を
試みた。結果を図４に示す。硫酸はｐＨ１．３ではリン
鉱石中のリンのほとんどすべてを溶解するが、ｐＨ３．
０では約３％、ｐＨ５．０では１％以下しか溶解しない
のに対して、グルコン酸ではｐＨ２．３で約８５％、ｐ
Ｈ３．０で約７０％、ｐＨ７．０においても約３％を溶
解した。ｐＨ２〜４前後の酸性域では有機酸の方がリン
の溶解に効果的であることが示された。本発明では、極
端な酸性条件でなしに、装置内部で有機物より生産され
る有機酸だけで充分高いリン溶解効率を得ることがで
き、外部から鉱酸を供給する必要はない。

【００１０】（作用）本発明は、リン鉱石中のリン酸を
リン溶解菌で溶解して、リン酸カルシウムとして回収す
ることを目的としている。リン鉱石が混在する有機物か
らなる系において、リン溶解菌を該有機物に接種し、培
養液と好気的に接触させながら培養すると、リン溶解菌
は培養液中に有機酸を生成する。生成された有機酸はキ
レート効果によってリン酸をリン鉱石から培養液中に溶
出する。この時の培養液のｐＨは有機酸の生成によって
酸性になるが、ｐＨ２〜４に保つことでリン溶解効率を
高めることができる。

【００１１】この培養液を固液分離し、その分離液のｐ
Ｈを中性ないしアルカリ性にすると培養液中のリン酸は
リン鉱石中に元々含まれるカルシウムイオンと反応し、
リン酸カルシウムの沈澱物となるので、リン鉱石中の有
効なリンが回収できる。この際、アルカリ剤としてカル
シウムを含むものをさらに添加すると、回収率が高くな
る。また、アルカリ剤とカルシウム剤を別々に添加し、
混合してもよい。こうして回収されたリン酸カルシウム
は、緩効性リン酸肥料として利用することができる。本
法では、先に述べたような、土壌中でリン鉱石を溶解す
る方法よりも多くのリン酸塩が回収できる

【００１２】原料（１）リン鉱石通常、リン酸肥料の製造には高品位リン鉱石（Ｐ₂Ｏ₅
含量３０％以上）が用いられる。しかし、本法では高品
位リン鉱石のほかにリン酸肥料の製造には通常用いられ
ない低品位リン鉱石（Ｐ₂Ｏ₅含量１５％以下）も用い
ることができる利点を持つ。（２）有機物ブドウ糖、ショ糖などおよびデンプンなどの炭水化物を
有機物として用いることができる。また、コーヒー粕、
小麦フスマ、廃糖蜜、菓子・パン・麺類製品の製造業か
ら規格外品や返品として廃棄されるもの、柑橘粕のよう
な有機性廃棄物を有機物源とすることもできる。これら
のような廃棄物の利用によって、低コストでのリン酸肥
料の製造が可能となる。

【００１３】本発明においては、リン溶解菌として有機
酸生成菌を用いる。一般に、リン溶解菌には、その種類
として硫化水素生成菌、硫黄酸化菌、有機酸生成菌の３
タイプがあることが知られているが、本発明によるリン
肥料の製造には有機酸生成菌が有効である。有機酸生成
菌は有機物を分解して有機酸を生成する。生成した有機
酸はリン酸イオンと結合している陽イオン（鉄、カルシ
ウム、アルミニウム等）とキレート結合するため、リン
鉱石よりリン酸を遊離させる。有機酸生成型のリン溶解
菌には多種類の微生物がある。本発明者らは、特に有機
酸の中でもリン鉱石溶解効率が高かったのは、クエン
酸、シュウ酸、グルコン酸であるとの知見を得た。これ
らの有機酸はリン溶解菌の好気的代謝により生成される
ものであり、従って本発明においてリン溶解の工程を好
気的条件に保持することは極めて重要である。

【００１４】本発明に適用し得る微生物は、例えば次に
示す様なものであるが、代謝産物である有機酸が上記の
ものである微生物は全て本発明に適用が可能であり、本
発明に係わる権利の範囲にある。細菌類：バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属するもの
（Ｂａｃｉｌｌｕｓｐｕｌｕｖｉｆａｃｉｅｎｓ，Ｂ．
ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ，Ｂ．ｃｉｒｃｕｌａｎｓ，Ｂ．
ｓｕｂｕｔｉｌｌｉｓ，Ｂ．ｍｙｃｏｉｄｅｓ，Ｂ．ｍ
ｅｓｅｎｔｅｒｉｃｕｓ，Ｂ．ｆｌｕｏｒｅｃｅｎｃ
ｅ）、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属に
属するもの（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐｕｔｉｄａ，
Ｐ．ｌｉｑｕｆａｃｉｅｎｓ，Ｐ．ｃａｌｃｉｓ，Ｐ．
ｒａｔｈｏｎｉａ）、エシェリキア（Ｅｓｃｅｒｉｃｈ
ｉａ）属に属するもの（Ｅｓｃｅｒｉｃｈｉａｆｒｅ
ｕｎｄｉｉ，Ｅ．ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａ）放線菌：ストレプトミセス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅ
ｓ）属に属するもの、ミコバクテリウム（Ｍｙｃｏｂａ
ｃｔｅｒｉｕｍ）属に属するもの。糸状菌：アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｕｓ）属に
属するもの（Ａｓｐｅｒｇｉｌｕｓｎｉｇｅｒ，Ａ．
ｆｌａｖｕｓ，Ａ．ｆｕｍｉｇａｔｕｓ，Ａ．ｔｅｒｒ
ｅｕｓ，Ａ．ａｗａｍｏｒｉ）、ペニシリウム（Ｐｅｎ
ｉｃｉｌｌｉｕｍ）属に属するもの（Ｐｅｎｉｃｉｌｌ
ｉｕｍｌｉｌａｃｉｎｕｍ，Ｐ．ｄｉｇｉｔａｔｕ
ｍ）本発明の製造方法の具体的な例を以下に図１から図３を
用いて説明する。但し本発明の製造方法はこれらの例に
限定されるものではない。

【００１５】（製造方法１）図１において、有機物３と
リン鉱石４を反応槽１２内に投入し、堆積させる。この
際、有機物３およびリン鉱石４は殺菌あるいは滅菌して
おくことが好ましいが、必ずしもこの操作を加える必要
はない。次に、反応槽１２内の該堆積物が水中に浸る程
度まで水を注入する。この際、有機物３およびリン鉱石
４が予め殺菌されていない場合には熱水を注入すること
で殺菌効果を与えることもできる。有機物中の窒素成分
が少ない場合には窒素源を同時に添加しておくほうがよ
い。また、増殖に必要な栄養塩類を添加することも可能
である。このようにして培養液を調整すればよい。

【００１６】反応槽１２内の温度が常温に達したら、リ
ン溶解菌５を接種し、攪拌装置１を入れて攪拌しながら
数日〜２週間好気条件下で培養する。なお、リン溶解菌
５の接種は、後に熱水注入をしない場合には、前に行っ
た有機物残渣を一部残しておくことでも、リン溶解菌５
の接種は可能である。培養後、反応槽１２内の内容物を
固液分離槽６に移し、そこでデカンテーションあるいは
スクリーンなどによる固液分離を行って培養液を回収す
る。しかし、反応槽１２内で静置することによって固液
分離を行ない、培地を回収することも可能であることか
ら、本発明の製造方法を実施するためには、必ずしも固
液分離装置は必要ではなく、上澄液を直接利用してもよ
い。ただ、工業的に実施する上では、独立に固液分離を
行った方が効率的であるため、本発明の製造装置では固
液分離装置を別個に設けるようにしている。さらにこの
培養液２をｐＨ調整槽７に導入し、アルカリ剤を用いて
ｐＨを中性ないしアルカリ性にすることで、培養液中の
リン酸をリン酸カルシウム８として沈殿させ、回収する
ことができる。

【００１７】（製造方法２）図２において、有機物３、
リン鉱石４、栄養塩類を混合し、リン溶解菌５を接種し
て堆積する。堆積物の下部が水に浸る程度に水を加え、
培養液を作り、そのまま常温で数日〜２週間培養する。
培養後水を回収し、製造方法１と同様にしてリン酸カル
シウムを回収する。本発明の方法は、上記製造方法１に
比べるとリン酸回収率が低いか、もしくは同程度のリン
を回収する場合培養期間が長くなるという欠点はある
が、有機物残渣をリン酸肥料としてそのまま使える利点
がある。

【００１８】（製造方法３）図３において、有機物
３、リン鉱石４および栄養塩類を混合したものに、リン
溶解菌５を接種して堆積する。堆積物の上から水をか
け、堆積物を通って浸出してきた水（浸出水）をポンプ
９によって反応槽１２の上部に送液し再度堆積物にかけ
る。この循環水がすなわち培養液である。このようにし
て浸出液を循環させるうちに、浸出水のｐＨは低下し、
リン酸イオン濃度が高くなる。十分にリン鉱石を溶解し
た後、浸出水を固液分離槽６に送液・回収し、以下、製
造方法１と同様にして、リン酸カルシウムを回収する。
この方法では、培養液２の循環により酸素を溶け込ませ
ることがきるということ、有機物中の水分含量の調整が
容易にコントロールできるという利点を持つ。同様の効
果を持つ製造方法であるならば、本発明は（１）〜
（３）の方法に限定されない。なお、有機物として有機
性廃棄物を用いた場合は、残った有機物を堆肥原料とし
て利用することも可能である。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。ただし本発明
はこれにより制限されるものではない。

【００２０】（実施例１）実験方法（１）フロリダリン鉱石粉末０．３８５ｇ（Ｐとして
０．０５ｇ）と最小無機塩培地（表１）１００ｍｌを５
００ｍｌ容三角フラスコにいれて滅菌した。

【００２１】

【表１】

【００２２】（２）パン粉、コーヒー粕を５ｇづつアル
ミホイルに包んで滅菌して上記（１）のフラスコの内容
物に加え、１Ｎあるいは１０ＮのＮａＯＨ溶液でｐＨ
７．０に調整した。（３）アスペルギルスニゲル（Ａｓｐｅｒｇｉｌｕｓ
ｎｉｇｅｒ）ＡＴＣＣ２２３４７、同種異株アスペル
ギルスニゲル（Ａｓｐｅｒｇｉｌｕｓｎｉｇｅｒ）
ＡＴＣＣ５６８７３、ペニシリウムノタツム（Ｐｅｎ
ｉｃｉｌｌｉｕｍｎｏｔａｔｕｍ）ＡＴＣＣ２６１７
２、バチルスセレウス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｃｅｒｅ
ｕｓ）ＡＴＣＣ４５１３、シュードモナスプチダ（Ｐ
ｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐｕｔｉｄａ）ＡＴＣＣ１２６
３３を各々単独で上記（２）のフラスコの内容物に接種
して２８℃で１週間振とう培養した。試験区の設定を表
２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】（４）０日目、１週間目の培養液を５ｍｌ
採取し、液中のリン酸イオン濃度をイオンクロマトグラ
フィーで測定した。

【００２５】結果試験の結果を表３に示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】（１）コーヒー粕単独あるいはコーヒー粕
とリン鉱石を混合して培養した区では、培地中のリン酸
イオン濃度はほとんど上昇しなかった。これに対して、
リン鉱石と同時にリン溶解菌を接種した区は培地中のリ
ン酸イオン濃度が７日目には８００〜１０００ｍｇ／リ
ットルとなった。これは、リン鉱石中のリンの約５０〜
６０％が溶解したことに相当する。（２）パン粉を炭素源として培養した場合には、リン鉱
石とアスペルギルスニゲル（Ａｓｐｅｒｇｉｌｕｓｎ
ｉｇｅｒ）ＡＴＣＣ２２３４７およびシュードモナス
プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐｕｔｉｄａ）ＡＴ
ＣＣ１２６３３を接種した区では７日目では培養液中の
リン酸イオン濃度は顕著に増加しなかったが、このほか
の菌株をリン鉱石と同時に接種した区では７日目の培養
液中の培養液中のリン酸イオン濃度が５００〜９００ｍ
ｇ／リットルとなった。これは、リン鉱石中のリンの約
３０〜６０％が溶解されたことに相当する。

【００２８】（３）パン粉およびリン鉱石からのリン酸
イオンの溶出は極めて少なかった。（４）リン溶解菌をリン鉱石と同時に接種して培養した
後の培養液を回収し、ＮａＯＨ溶液またはＣａ（ＯＨ）
₂溶液でｐＨを９．０に調整したところ、いずれの菌株
を接種した場合でも、培養液からのリンの回収率は各々
８７〜９１％、９５〜９７％であった。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば微生物の作用によって大
量の電力消費なしに、また、常温、常圧下でリン鉱石か
ら有効なリンを高収率を溶出でき、リン酸カルシウムと
してリン酸肥料を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリン酸肥料製造の製造法１を示すフロ
ー図

【図２】本発明のリン酸肥料製造の製造法２を示すフロ
ー図

【図３】本発明のリン酸肥料製造の製造法３を示すフロ
ー図

【図４】ヒドロキシアパタイト中のリン溶解率とｐＨの
関係を示すグラフ

【符号の説明】

１攪拌装置８リン酸カルシウムの沈
殿２培養液９ポンプ３有機物１０水４リン鉱石１１栄養塩類５リン溶解菌１２反応槽６固液分離槽１３ｐＨ調整剤添加槽７ｐＨ調整槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リン鉱石と有機物の混在物を含む培養液
に、リン鉱石からリンを溶解する有機酸生成菌を好気的
に作用させた後、固液分離し、その分離液のｐＨを中性
ないしアルカリ性に調整し、該分離液中のリンをリン酸
カルシウムとして回収することを特徴とするリン酸肥料
の製造方法。
【請求項２】リン鉱石と有機物の混在物を含む培養液
に、リン鉱石からリンを溶解する有機酸生成菌を好気的
に作用させるリン溶解装置と、リン溶解装置の流出液を
固液分離する固液分離装置と、該固液分離装置の分離液
のｐＨを調整するｐＨ調整装置を備えたことを特徴とす
るリン酸肥料の製造装置。