JP2000000600A

JP2000000600A - 大気汚染ガスを放出しない高含窒素汚泥処理システムおよび汚泥の処理方法

Info

Publication number: JP2000000600A
Application number: JP17101698A
Authority: JP
Inventors: Shiro Takeuchi; 史郎竹内; Naomichi Tanaka; 尚道田中; Kuniyoshi Ninomiya; 邦美二宮
Original assignee: SAN GREEN KK; Kindai University
Current assignee: SAN GREEN KK; Kindai University
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】悪臭のない高含窒素汚泥の処理方法およびそ
の過程で発生するアンモニアの処理方法を提供する。【解決手段】（１）高含窒素汚泥を木材片とともに通
気条件下に発酵させる一次発酵手段、（２）一次発酵工
程で発生するアンモニアガスを土壌中に導入するための
導入手段、および（３）栗石と配管を含むアンモニアガ
ス導入層（下層）、砕石層からなる拡散層（中層）およ
び土壌からなる吸着分解層（上層）からなるアンモニア
処理用土壌、を少なくとも構成要素とする高含窒素汚泥
処理システム。更に一次発酵汚泥と残留木材片の分離手
段、および分離された一次発酵汚泥を熟成するための二
次発酵手段を含むシステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高含窒素汚泥処理
システムに関する。より詳しくは、高含窒素汚泥のコン
ポスト化方法、その過程で発生するアンモニアの処理方
法およびアンモニア処理用土壌を用いた植物栽培用土壌
に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機性汚泥の発酵処理は一般に密閉式ま
たは開放式の発酵槽を用いて行われており、有機性汚泥
にオガクズ、籾殻、焼却灰、木材片、発酵生成物（返送
品）などを加えて混合し、予め水分を６５％程度に調節
し、これに発酵菌を添加し、発酵槽に投入して３〜６０
間日の１次発酵が行われる。この発酵物はそのまままた
は堆積場にて更に腐熟化させて肥料化するが、コンポス
トとは程遠い悪臭の強い腐敗汚泥または未熟なコンポス
トが製造されているのがほとんどであり、発酵過程で発
生するアンモニアやＮＯ_xは直接大気中に放出するか、
様々な方式による脱臭装置によって化学処理したり、吸
着剤を使って吸着させているが、使用した薬液の処理や
吸着剤の処分が必要であるほか、大気汚染物質の放出問
題も起こり得る。

【０００３】これまで、汚泥の特性として含水率が高く
粘性があることからオガクズ、籾殻、焼却灰、木材片、
発酵生成物（返送品）などの水分調整材を使った有機性
汚泥の様々な方法によるコンポスト化が行われて来た
が、発酵堆積物中の通気条件が悪く、水蒸気の凝縮によ
り発酵槽内が水分飽和状態となりやすく、酸素の欠乏を
招き、好気性微生物の活動が弱まり、逆に嫌気性微生
物、主に腐敗菌による腐敗が起こり、その結果として悪
臭の強い未熟なコンポストとなり、肥料価値が著しく低
下した。また、発酵が不充分なため土壌に還元した場合
に再発酵が起こり、作物の根の生育を阻害する物質を生
成したり、水分調整材の分解不十分なことに起因する炭
素源の多量投入により土壌が強還元され、作物の生育に
重大な被害をもたらす。更に腐敗菌には土壌病害を引き
起こすような菌も多く含まれており、土壌微生物相の悪
化を引き起こす場合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、発酵中に悪
臭および汚染ガスの大気中への放出を伴わず、また、土
壌に還元した場合にも作物の生育に悪影響をもたらさ
ず、更なる腐敗も生じない良好なコンポストを得ること
のできる有機性汚泥の処理方法を提供する。より詳しく
は、本発明は有機性汚泥を発酵処理することによるコン
ポストの製造方法およびその過程で発生するアンモニア
の処理方法、およびアンモニアを処理する土壌構成を提
供し、全システムからの大気汚染ガスの放出を完全にな
くせんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）高含窒
素汚泥を木材片とともに通気条件下に発酵させる一次発
酵手段、（２）一次発酵工程で発生するアンモニアガス
を土壌中に導入するための導入手段、および（３）栗石
と配管を含むアンモニアガス導入層（下層）、砕石層か
らなる拡散層（中層）および土壌からなる吸着分解層
（上層）からなるアンモニア処理用土壌、を少なくとも
構成要素とする高含窒素汚泥処理システムに関する。更
に本発明は、（１）高含窒素汚泥を木材片とともに通気
条件下に発酵させる一次発酵手段、（２）一次発酵工程
で発生するアンモニアガスを土壌中に導入するための導
入手段、および（３）一次発酵終了後の汚泥と残留木材
片の分離手段、（４）分離された一次発酵汚泥を熟成す
るための二次発酵手段、および（５）栗石と配管を含む
アンモニアガス導入層（下層）、砕石層からなる拡散層
（中層）および土壌からなる吸着分解層（上層）からな
るアンモニア処理用土壌、を少なくとも構成要素とする
高含窒素汚泥処理システムに関する。

【０００６】また本発明は、アンモニアガスを上記アン
モニア処理用土壌のアンモニアガス導入層（下層）に連
続的に導入し、拡散層（中層）で水平方向に均一に分散
させたのち吸着分解層（上層）でアンモニアを吸着およ
び硝化するアンモニアの処理方法に関する。更に本発明
は、アンモニアを上記方法で処理し、その土壌中に窒素
を無機態として豊富に固定した上記土壌を用いた植物栽
培用土壌に関する。

【０００７】更にまた、本発明は、上記方法を用いる高
含窒素汚泥の発酵により発生するアンモニアの処理方法
に関する。より詳しくは、本発明は、高含窒素汚泥を木
材片および好気性発酵菌とともに混合後一次発酵槽内に
入れ、下部から空気を送りながら発生するアンモニアガ
スの槽内発酵混合物直上部空気中の濃度が５ｐｐｍ以下
になるまで汚泥の発酵および分解を続け（一次発酵）、
アンモニアガスの槽内発酵混合物直上部空気中の濃度が
５ｐｐｍ以下になった段階で木材片を分離して除去し、
次いで残余の発酵混合物を二次発酵槽へ移して、更にゆ
るやかな嫌気的条件下で発酵を継続する（二次発酵）こ
とにより、発酵の完了した発酵生成物に変換する高含窒
素汚泥の処理方法、および発酵完了後発酵生成物を回収
してコンポストとして利用する高含窒素汚泥のコンポス
ト化方法に関する。

【０００８】本発明の汚泥処理によるコンポスト化の特
徴は、特定の寸法範囲の木材片を特定量使用することに
より高含窒素汚泥をほぼ完全に発酵させ、肥料または土
壌改良材として用いることができる悪臭のないコンポス
トとして回収できるところにある。

【０００９】本発明において、高含窒素汚泥に木材片を
混合することにより、次のような木材片の作用が期待さ
れる：（１）汚泥中に適当な連通空隙を形成することに
より通気性を良くし、好気的条件を保って、次項の特性
と相俟って発酵助材として極めて重要な役割を持つ、
（２）発酵過程において汚泥の窒素成分が木材片に付着
し、両者の接触面において微生物が活動することによ
り、その繁殖条件（Ｃ／Ｎ率）が整って増殖が進む、
（３）混合当初、木材片の吸水性により汚泥の含水率を
発酵最適状態（６０〜６５％）にすることができ、発酵
の進展に合わせて徐々に水分を放出する、（４）再使用
木材片と汚泥とを混合した際、再使用木材片表面に付着
し活性化している微生物が汚泥中に分散し、急速に発酵
状態に至る、（５）木材片そのものは難分解性である
が、繰り返し使用することにより、その表面にセルロー
ス、リグニンの分解菌が増殖し、十分腐朽化が進み、そ
の表面から剥離した細片が発酵物に混入し、肥料として
土壌還元後に稲わら等の植物残渣および植物根等の植物
遺骸の分解を促進する。

【００１０】以上のように、木材片を発酵助材として用
いる本発明の方法は、汚泥に対して１〜２倍体積の木材
片を混合することにより、好気性微生物の活動基質を十
分確保することができるとともに、汚泥の水分調整を行
うことにより、通気性を向上させ、有効微生物の増殖再
利用が図れるという利点を生み出すことができる。一次
発酵は導入する外気の温度ならびに湿度によって変動す
るが、約２〜３週間で完全に終了する。この時点で汚泥
と木材片とを篩で分離して、汚泥は二次発酵槽で更に約
３〜４週間二次発酵させて完熟に近いコンポストが得ら
れる。このコンポストは成分が、窒素２.０〜４.５％、
燐酸１〜５％、カリウム０.５〜３.０％を含み、腐植は
５０〜７０％、含水量３５〜４５％で炭素率が７〜１２
という極めて品質の高いものである。

【００１１】また木材片を発酵助材として用いる本方法
による高含窒素汚泥からのコンポストは、土壌に還元し
た場合、植物の生育・収穫を高める効果が認められ、高
品質の肥料または土壌改良材として利用できるという最
大の利点がある。なお、篩で分離した木材片は、いった
ん木材片貯蔵所へ運び、そこで微生物の増殖を行った
後、再使用される。この木材片を用いる高含窒素汚泥の
処理方法は、汚泥を再資源化するためには必要不可欠な
方法であり、木材片のもつ性能を最大に利用した発酵法
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】高含窒素汚泥のコンポスト化本発明で処理の対象とする汚泥は食品工場や下水処理場
等で多量に発生する有機質に富んだ高含窒素汚泥であ
る。高含窒素汚泥は木材片および好気性発酵菌と均一的
に混合したのち一次発酵槽内に入れられ、堆積物の下部
から空気を送りながら、発生するアンモニアガスの槽内
発酵混合物直上部空気中の濃度が５ｐｐｍ以下になるま
で発酵を続け（１次発酵）、発生するアンモニアガスの
槽内発酵混合物直上部空気中の濃度が５ｐｐｍ以下にな
った段階で、篩で木材片を分離除去し、次いで残余の発
酵生成物は二次発酵槽へ送り込まれて、更にゆるやかな
嫌気的条件下で発酵を継続する（二次発酵）。一次発酵
槽での発酵は、温度、発酵菌の種類と量、木材片の種類
と量、処理される高含窒素汚泥の種類と量により異なる
が、発酵温度が例えば４０〜８０℃の場合、約２〜３週
間で完了する。二次発酵槽では空気の送り込みはなく、
アンモニアガスもほとんど発生しないが、ここで嫌気性
菌による難分解性成分の発酵が更に進んで、発酵終了時
点では汚泥は乾燥した黒褐色の軽い土のような形状とな
る。二次発酵槽での処理期間は約３〜４週間である。二
次発酵槽での発酵が完了した発酵生成物は良好なコンポ
ストとして利用することができる。

【００１３】一次発酵槽内で高含窒素汚泥を処理するに
当たっては、汚泥の窒素含有率が高いほど、また汚泥の
水分含有率が高いほど木材片の混合量を多くするが、お
おむね高含窒素汚泥に対し、木材片を１〜２倍体積、好
ましくは１.３〜１.７倍体積混合する。また汚泥および
木材片の含水率は一般にそれぞれ７０〜８０重量％およ
び４０〜４５重量％の範囲で変動するため、混合比は含
水率の大きさに応じても適宜調節する。総じて木材片が
２倍より多いと処理されるべき汚泥の量が少なくなり、
発酵槽の稼働効率が低下する。一方１倍より少ないとＣ
／Ｎ比の低下および通気性の低下を招き発酵が良好に進
行しない。また木材片の大きさは縦および横がそれぞれ
１０〜５０ｍｍ、厚さが５〜２０ｍｍくらいのものが好
ましい。過剰な厚さは総表面積を小さくして容積のみ増
大して発酵効率を低下させる。木材片寸法が上記範囲よ
り小さいと十分な通気性を確保できないため、発酵が良
好に進まず、またオガクズのように過小なものでは腐朽
度の低い状態で篩い目を通ることになり、コンポストの
品質に悪影響を及ぼすことになる。木材の種類は特に限
定されないが、好ましい木材種はクヌギ、ナラ、ブナな
どの広葉樹である。

【００１４】１次発酵槽内の高含窒素汚泥混合物は含水
率で示すと６０〜６５重量％の時に汚泥の発酵にとって
最適な条件となる。木材片が存在するとその吸水性によ
り汚泥の含水率は上記範囲に調整される。水分率をこの
ような範囲に調整するために、必要であればオガクズ、
籾殻、米糠、フスマ、製紙スラッジ、焼却灰、発酵生成
物（返却品）等の水分調整材を使用することができる
が、微細な水分調整材は、１次発酵の条件として最も重
要な通気性を損なう恐れがあるため、その種類および量
は発酵を阻害しないように選ぶ必要がある。

【００１５】汚泥を発酵分解する好気性微生物は、空気
中に存在するものや汚泥、木材片に付着して自然に持ち
込まれるものをそのまま利用することもできるが、発酵
効率を上げるためには好気性発酵菌を種菌として加える
ことが好ましい。好気性発酵菌を加える方法としては、
再使用木材片に付着した発酵菌を木材片貯蔵室等で、常
套の方法で貯蔵または増殖させ、これを新しい木材片と
ともに加えるのが好ましく、また便利である。好ましい
種菌は、酵母類、乳酸菌、放線菌、細菌類、糸状菌等の
混合物を処理されるべき汚泥量に対して、その１／５０
００〜１／６０００の割合で加えるのが好ましい。

【００１６】一次発酵槽での発酵では、槽内部の混合物
は恒常的な撹拌は行わないが、経時的に数回の切り返し
を行うとともに、槽の底部からは連続的に空気を吹き込
んでいる。空気の導入量は混合物１ｍ³あたり、５〜１
５ｍ³／時間、好ましくは７〜１２ｍ³／時間である。送
風量が過剰であると、大気との温度差によって発酵混合
物の温度低下を招き発酵期間が引延するか、水分の過蒸
散による発酵の早期停止を招く。一方送風量が少なすぎ
ると酸素不足となり嫌気的条件に近づき、硫化水素、ア
ミン類が発生する。

【００１７】一次発酵中適切なタイミングで切り返しを
行うことにより、発酵中の堆積物の撹拌を行うととも
に、新鮮な空気を導入しつつ木材片と汚泥の界面を移動
させて微生物の活動を活性化して発酵温度を上昇させ
る。同時に水分およびアンモニアガスの適度な蒸発散を
促進して発酵の均一化を図る。過度の切り返しは外気温
との温度差による温度低下を招き発酵期間が延びるか、
水分の過蒸発による発酵の早期停止を起こすとともに臭
気ガスの過発散を引き起こす。一方、切り返しが少な過
ぎると水分・アンモニアガスの適度な発散・蒸発を妨げ
るとともに発酵の不均一化による品質のばらつきを招
く。切り返しは、通常行われる方法がいずれも採用で
き、例えばショベルローダー、バックホーなどによる方
法が例示できる。

【００１８】代表的な切り返しタイミングの一例を次に
挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。１）第１回切り返し（混合４〜５日後）：（この時点ま
での送風量は０.２０ｍ³／分・ｍ³）発酵により上昇した温度（混合後２４時間以内に７０〜
８０℃）が下降状態に入った段階（５０℃前後）で行
う。この段階では、粘性が高く、堆積物中の位置によっ
て発酵が不均一であるため、切り返しによる混合を丁寧
に行う必要がある。２）第２回切り返し（混合１０〜１４日後）：（この時
点までの送風量は０.１７ｍ³／分・ｍ³）第１回目の切り返し後、再度上昇した温度（６０〜７０
℃）が下降状態になった段階（４０℃前後）で行う。３）第３回切り返し（混合１７〜２１日後）：（この時
点までの送風量は０.１３ｍ³／分・ｍ³）第２回の切り返し後、再度上昇した温度（４５〜５０
℃）が下降状態になった段階（３０℃前後）で行う。

【００１９】発酵が始まると分解によりアンモニアガス
が発生するが、発生したアンモニアガスは槽底部から導
入した曝気用空気とともに槽の上部から外部へ排出され
る。また必要であれば、槽上部の排出口と反対側から別
に空気を導入してアンモニアガスをこの流れに乗せて排
出口へ送り込むようにしてもよい。一次発酵槽から排出
されたアンモニアガスは大気中へ放出することなく、パ
イプを通してアンモニア処理に付される。この処理とし
て下記の本発明のアンモニア処理方法が好ましい。

【００２０】一次発酵槽での発酵は、好気的条件により
急速且つ活発に行われるが、塊状になった汚泥中など一
部嫌気的条件下では嫌気性菌による発酵も同時に行わ
れ、槽内発酵混合物直上部空気中の濃度が１０〜６０ｐ
ｐｍとなるアンモニアガスの発生を伴う。一次発酵槽で
の発酵は約２〜３週間で完了し、槽内発酵混合物直上部
空気中のアンモニアガス濃度が５ｐｐｍ以下になって終
了する。１次発酵が完了した一次発酵槽内の混合物は、
木材片のみを取り除くことのできる大きさの篩を通して
木材片を取り除き、残りは二次発酵槽へ移して二次発酵
に付される。

【００２１】二次発酵槽での発酵は、温度３０〜５０
℃、好ましくは３５〜４５℃で行われる。二次発酵では
ゆるやかな嫌気的条件で嫌気性菌による難分解性成分の
熟成発酵がゆっくり行われる。このような条件で二次発
酵槽で約３〜４週間発酵させると、汚泥混合物は黒褐色
の軽い土のような状態となって発酵が終了し、完熟に近
い発酵生成物が得られる。得られたコンポストは窒素
２.０〜４.５％、燐酸１〜５％、カリウム０.５〜３％
を含む腐植５０〜７０％、含水率３５〜４５％で炭素率
が７〜１２という極めて品質の高いものである。

【００２２】発酵生成物はそのまま使用することもでき
るし、粒状に固めて製品としたり、この生成物に他の植
物栄養素や生長調整剤等を加えた二次製品として使用に
供されてもよい。また発酵生成物は、必要に応じて他の
肥料成分、更には骨粉、魚粉、カニ殻、油粕等を混合し
て複合肥料として利用することもできる。本発明で得ら
れたコンポストを土壌に混合することにより、土壌の通
気性、透水性および保水性を高め、且つ適度の膨軟性を
与えて耕転後の経時的な土壌の固結化を防ぐことができ
る。このような土壌はまた乾燥による大きな亀裂を防ぐ
効果を有する。このコンポストを上記アンモニア処理用
土壌構成の吸着分解層に混合すれば乾燥や雨による土壌
の亀裂を防止することができ、アンモニアがショートパ
スして大気中に漏れることを防ぐ効果が得られる。

【００２３】一方、篩により分離された木材片は、木材
片貯蔵室へ運び、乾燥して再使用することができる。新
しい汚泥とともに一次発酵槽へ添加される木材片は全量
上記再使用木材片で賄うことが望ましいが、木材片は発
酵過程で部分的に腐朽していくため、一般には新しい木
材片で一次発酵過程の消耗量を補充することになる。

【００２４】アンモニア処理用土壌アンモニアを処理する本発明の土壌は、最下部の導入層
とその上の拡散層および最上部の吸着分解層からなる。
導入層は栗石とアンモニアガスを導入し分配する配管等
とを含む。栗石は４０〜１００ｍｍ、好ましくは６０〜
８０ｍｍであり、厚さが１０〜３０ｃｍ、好ましくは１
５〜２５ｃｍの層を形成する。配管はこの栗石層中の下
部に配設される。拡散層は５〜３０ｍｍ、好ましくは１
５〜２０ｍｍの砕石からなり、厚さ１０〜３０ｃｍ、好
ましくは１５〜２０ｃｍの層に形成される。

【００２５】この二つの石の層を通る間に、アンモニア
ガスは水平方向に均一に拡散されて、その上の吸着分解
層へ移動する。栗石の大きさが４０ｍｍより小さいとブ
リッジ状に適当な間隙を形成することができず、一方１
００ｍｍより大きいとその上部の土壌が栗石の間隙に入
り込んで栗石層の機能が失われ、いずれも好ましくな
い。砕石層の大きさが５ｍｍより小さいとアンモニアガ
スの流通が悪くなり、一方３０ｍｍより大きいと上層の
土壌が下降しやすく、いずれの場合も好ましくない。栗
石層の厚さが１０ｃｍより薄いとアンモニアガスの水平
方向への均一な広がりが得られないが、３０ｃｍより厚
くてもその効果は変わらず、土壌構成を深くするだけの
手間と費用を余分に要することになる。砕石層が１０ｃ
ｍより薄い場合、３０ｃｍより厚い場合も栗石層の場合
と同様である。

【００２６】吸着分解層では、アンモニアが亜硝酸菌、
硝化菌（硝酸化成菌類）および他の微生物類により分解
されて、窒素が硝酸態または亜硝酸態窒素として固定さ
れる。吸着分解層には設定当初には硝化菌類を植え付け
ることが好ましいが、亜硝酸菌、硝酸菌（硝酸化成菌）
は土壌に広く存在しているため、少量の畑土壌を予め加
えることで足りる。

【００２７】またこの吸着分解層の土壌には、後述の高
含窒素汚泥を発酵処理して得られたコンポストを混合す
ることもでき、それによりこの土壌をより通気性と養分
吸着性にすぐれ、且つ保水力の大きい柔らかみのある土
壌とすることができる。

【００２８】アンモニアの処理方法処理されるべきアンモニアガスは、本発明のアンモニア
処理用土壌の最下層である導入層に、土壌面積１ｍ²当
たり好ましくは１８０〜６００リットル／ｍｉｎ、より
好ましくは３００〜４２０リットル／ｍｉｎで送り込ま
れる（ここでリットルは標準温度圧力での体積を意味
し、本明細書では以下においても特に断らない限り、気
体の体積はいずれも標準温度圧力で表示する）。アンモ
ニアガスの供給量が６００リットル／ｍｉｎより大きい
と、吸着分解層中で十分アンモニアが吸着・分解され
ず、一部のアンモニアがそのまま空気中に放出される場
合がありうる。１８０リットル／ｍｉｎより小さい場合
は、アンモニアの分解には問題ないが、発酵槽単位面積
当たりの処理能力が小さく経済的にメリットが小さくな
る。

【００２９】吸着分解層に入ったアンモニアは、土壌中
に含まれている硝化菌によって酸化分解されて亜硝酸ま
たは硝酸となり土壌中に吸着される。硝酸または亜硝酸
は土壌中の通気状態が通常の場合には窒素ガスとして大
気中へ揮散されることはない。また土壌層の過乾燥や固
結化によって大型の亀裂が土壌層を貫通しない限り、ア
ンモニア揮散による大気中へのアンモニアの放出は起こ
らない。吸着分解層中でのこのような変化を受けること
により、臭気物質としてのアンモニアの大気中への放出
は起こらない。

【００３０】次に実施例により本発明を具体的に説明す
る。実施例１：高含窒素汚泥の処理およびコンポスト化図１は一次発酵槽（１００ｍ²）（１）および二次発酵
槽（５０ｍ²）（２）からなる高含窒素汚泥のコンポス
ト化装置である。コンポスト化装置は連続処理装置であ
っもバッチ式であってもよいが、ここではバッチ式の処
理装置を使用する場合を例示する。排出事業所（山崎製
パン、佐原市下水処理場）から入手した含水率が７５重
量％の有機質汚泥と含水率が４５重量％の木材片および
発酵菌（酵母、乳酸菌、放線菌、細菌類、糸状菌類等の
混合種菌）とをそれぞれ６０トン、２３.４トンおよび
１０ｋｇ混合し、混合物を１次発酵槽へ投入した。用い
た木材片は大きさが２０ｍｍ篩と４０ｍｍ篩との間のブ
ナ、ナラ、ケヤキ、クヌギの広葉樹種の混合物であっ
た。一次発酵槽に入った上記汚泥混合物は、槽内で発酵
を開始するとともに、発熱により温度が上昇し、約１２
時間後には８０℃に達した。その後温度が少し低下して
５０℃になった９６時間目に第１回目の切り返しを行っ
た。切り返し後温度は７０℃まで上昇し、その後４０℃
まで下がった時点（２８８時間目）で第２回目の切り返
しを、最後に３５℃（４５６時間目）で第３回目の切り
返しを行った。一次発酵槽投入から約６４８時間後には
温度が３０℃になりアンモニアガスの発生も認められな
くなったので一次発酵を終了し、発酵混合物を１次発酵
槽の出口から排出した。この間発酵槽の下部の曝気用空
気取り入れ口（３）から空気が送り込まれ、汚泥は発酵
が促進された。発酵に伴ってアンモニアガスが発生した
が、このアンモニアガスは一次発酵槽の上部に設けられ
たアンモニアガス排気口（４）から外部へ放出された。
アンモニアガスの排出を効果的にするため、別に発酵槽
上部に設けた吸気口（５）からアンモニアガス搬送用空
気が導入され、この空気流に随伴してアンモニアガスは
効率良く排気口から排出された。排気された気体中のア
ンモニア濃度は１５〜２５ｐｐｍの間でほぼ一定してい
た。

【００３１】一次発酵を終えた汚泥混合物は篩分け機
（６）に送られて、設置された５ｍｍの篩により木材片
が分離された。篩分けされた木材片は木材片貯蔵室（図
示していない）に送り込まれ、清潔に保管された。一方
木材片と分離された残余の汚泥混合物は二次発酵槽に送
られ、ここで約３０日かけてゆっくり熟成発酵された。
その間１５日目に切り返しを行った。切り返しのあと緩
やかな温度上昇があった。二次発酵槽ではほとんどアン
モニアガスの放出はなく、黒褐色の柔らかな土状の発酵
生成物が得られた。

【００３２】得られた発酵生成物は、水分４０重量％
と、ｐＨ６.９、炭素２５％、窒素３.５％、燐酸１.５
％、カリウム１.０％の腐植６０重量％とであった。ま
たアンモニア臭等の不快な匂いは全くなく、また発酵生
成物は３０℃、水分７５％で１０日間放置したが、カビ
の発生は認められなかった。

【００３３】実施例２：アンモニアの処理上記一次発酵槽（１）のアンモニアガス排気口（４）か
ら排出されたアンモニアガスは空気との混合物としてパ
イプを通して図２に図示されたアンモニア処理用土壌構
成（１ｍ²）（８）の底部のアンモニアガス導入層へ導
かれた。アンモニア処理用土壌は、底部から上部へ向か
って、栗石層中にアンモニアガス導入パイプ（９）が通
ったアンモニアガス導入層（栗石層は厚さ約３００ｍｍ
の層であり、６０〜８０ｍｍの大きさの栗石からなる）
（１０）、１５〜２０ｍｍの砕石からなる厚さ約２００
ｍｍ拡散層（１１）および厚さ約６００ｍｍの吸着分解
層（１２）とからなり、吸着分解層には「ゆうき百倍」
（株式会社サングリーン製；発酵汚泥コンポスト）を７
０ｋｇ／ｍ²混合した土壌を使用した。

【００３４】アンモニアガス（空気との混合物）は３６
０ｌ／ｍｉｎ速度で栗石層および拡散層を通る間に水平
方向に均一に分散されて吸着分散層に入る。吸着分散層
中では硝化菌による微生物的作用と化学的作用を受け
て、無機態窒素化合物である硝酸（塩）、亜硝酸（塩）
に変換されて吸着分解層中に蓄積された（亜酸化窒素、
一酸化窒素は検出されなかった）。この土壌の表面から
は全くアンモニアガスが感知されず、完全に処理されて
いることが確認された。

【００３５】一般的に、アンモニア態窒素肥料（アンモ
ニア水を含む）を農地に施用する場合には、土壌表面か
ら施用して土壌の表層に混合される。この場合、施用し
た窒素成分（アンモニアを含む）の一部は、アンモニア
ガスとして空中へ揮散したり、硝化作用の中間生成物で
あり地球温暖化効果が極めて大きい亜酸化窒素（Ｎ
₂Ｏ）や一酸化窒素として大気中へ放出（脱窒現象）さ
れることがある。これに対して、このアンモニア処理方
法では、深い（６０ｃｍ深さ）土壌の下方からアンモニ
アを土壌中に浸透させる方法を採ることによって、１年
間以上にわたる実験装置での観測でも、亜酸化窒素はも
とより、アンモニアの放出も検出されたことはなかっ
た。

【００３６】実施例３：吸着分解層内の窒素含有量の
推移実施例２のアンモニア処理において、吸着分解層を便宜
的に名目上、上層、中層および下層に３等分割し、それ
ぞれの部分の総窒素量の推移を、Ｃ／Ｎレコーダーを用
いて１３ケ月間測定した。その測定データを図３に示し
たが、下層（ａ）では稼働後２カ月目までに急激に窒素
の吸着が行われ、その後漸増を示し、土壌中の窒素量が
平衡状態に近づくのが確認された。しかし、上層（ｃ）
および中層（ｂ）では、１３カ月目でもなお窒素量の緩
やかな増加が見られ、この時点では平衡状態に達してい
ないことがわかった。なお、図３において、窒素含有量
は乾燥土壌１００ｇ当たりに蓄積された窒素量をｍｇ単
位で表したものである。

【００３７】実施例４：吸着分解層内の可溶性窒素含
有量の推移実施例３において、セミミクロケルダール法・インドフ
ェノール青吸光光度法により、吸着分解層内の各層の可
溶性窒素含有量を測定した。測定結果を図４に示した。
可溶性窒素は下層（ａ）では運転後約４カ月目でほぼ一
定量の平衡状態に達したが、上層（ｃ）および中層
（ｂ）では約１年後もなおゆるやかに増加する傾向が見
られた。下層の可溶性窒素含有量が一定値に達した時点
の土壌中の可溶性窒素含有量は０.０４６重量％であ
り、これは１０００ｍ²の圃場に窒素４０ｋｇを散布し
た場合の土壌深度１００ｍｍのところの可溶性窒素含有
率０.０４７％とほぼ同等の値であり、農地レベルの可
溶性窒素の蓄積が起きたことを示している。

【００３８】実施例５：吸着分解層の硝酸還元能の評
価実施例２で使用した土壌の吸着分解層各層の硝酸化成能
を硝酸化成菌培養法（ビーカー法）を用い、添加窒素を
土壌１００ｇ当たり硫安の形で４０ｍｇＮ加えて評価し
た。各層の土壌１００ｇによる硝化能は、硝酸化成量の
測定結果から、１９.３ｍｇＮ／日であることが判明し
た。なお、比較として、通常の黒ボク土の場合、硝化能
は１０ｍｇＮ／１００ｇ／日であった。

【００３９】実施例６：許容アンモニア濃度の計算実施例５の測定結果から、実施例２の土壌のアンモニア
処理能力を推定した。硝化能１９.３ｍｇＮ／１００ｇ
／日から、１日当たり６０.１８ｇ（０.６ｍ³または５
１０ｋｇの土壌当たり）のアンモニア態窒素を硝化し、
１次発酵槽からの排気量が０.３６ｍ³／分の場合、導入
された排気中のアンモニア濃度が毎分７２.６ｐｐｍの
濃度まで飽和しないという結果が得られた。

【００４０】実施例７：高含窒素汚泥発酵生成物の利
用次に実施例１で得られた発酵生成物をコンポストとして
土壌に利用した例を次に示す。事例１：ハツカダイコンの生育と収量に及ぼす本発明汚
泥コンポストの影響本例は、本発明の方法により製造した汚泥コンポストの
肥培効果を単純に強調するため、播種床に極めて貧栄養
な山土を用い、８号素焼き鉢に、山土に対する汚泥コン
ポストの混合比（容量比）を、それぞれ０％、１０％、
２０％および３０％の割合で混合して充填した４試験区
を設けて、播種後３８日間生育させて収穫したものであ
る。得られた結果を表１に示す。

【００４１】

【表１】上記の結果、本発明の汚泥コンポストは短期間の速効的
な肥効を十分にもち、かつ、多量の施肥によっても、過
多被害は現れ難いことが判明した。

【００４２】事例２：水稲の収量・品質に及ぼす本発明
汚泥コンポストの効果本例は、本発明の方法により製造した汚泥コンポストの
水稲に及ぼす効果を見るため、試験水田に次の２試験区
を設けて、ニッポンバレ品種を用いて比較栽培し、収穫
後に肥効を評価したものである。試験条件を表２に、試
験結果を表３および表４に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】表中「食味スコア」とは、（株）山本製作所の食味分析
計ＧＳ−２０００を用いた評価法によるものであり、
「外観」、「香り」、「味」、「硬さ」および「粘り」
の５項目に加えてメーカー独自の方式により算定して総
合評価したものである。上記の結果から、収量、食味特
性とも両区間に大きな差は認められないものの、本発明
の汚泥コンポストを混用することによって収量、品質と
もに向上する傾向が見られた。

【００４６】

【発明の効果】本発明の高含窒素汚泥処理方法およびア
ンモニア処理法を利用することにより、現在各所で発生
し、処理に困っている高含窒素汚泥をアンモニア等の臭
気物質の放出を伴うことなく効率良く処理することがで
き、処理の結果としての発酵生成物はコンポストとして
有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高含窒素汚泥のコンポスト化装置の概念図。

【図２】アンモニア処理用土壌脱臭装置の概念図。

【図３】吸着分解層中，の全窒素含有量の推移を示す
グラフ。

【図４】吸着分解層中の可溶性窒素含有量の推移を示
すグラフ。

【符号の説明】

１：一次発酵槽、２：二次発酵槽、
３：曝気用空気取り入れ口、４：アンモニアガス
排気口、５：吸気口、６：篩分け
機、７：排出口、８：アンモニア
処理土壌、９：アンモニアガス導入パイプ、１０：導
入層、１１：拡散層、１２：吸着分
解層、１３：混合機、ａ：吸着分解層の下層、
ｂ：吸着分解層の中層、ｃ：吸着分解層の上層、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者二宮邦美神奈川県横浜市旭区若葉台３丁目８番1301 号Ｆターム(参考） 4D059 AA03 AA07 AA08 BA03 BA22 BA23 BA24 BA25 BA27 BA31 BA44 BF15 BF16 BF17 BK30 CA14 CA17 CB27 CB30 CC01 CC10 DA51 DA64 DB32 DB33 DB40 EB01 EB06 EB09 EB11 EB15 EB16 4H061 AA02 AA10 BB08 CC51 DD20 EE03 EE43 EE64 EE66 GG06 GG12 GG14 GG47 GG48 GG49 GG50 GG56 HH42 LL07 LL26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）高含窒素汚泥を木材片とともに通
気条件下に発酵させる一次発酵手段、（２）一次発酵工
程で発生するアンモニアガスを土壌中に導入するための
導入手段、および（３）栗石と配管を含むアンモニアガ
ス導入層（下層）、砕石層からなる拡散層（中層）およ
び土壌からなる吸着分解層（上層）からなるアンモニア
処理用土壌、を少なくとも構成要素とする高含窒素汚泥
処理システム。
【請求項２】（１）高含窒素汚泥を木材片とともに通
気条件下に発酵させる一次発酵手段、（２）一次発酵工
程で発生するアンモニアガスを土壌中に導入するための
導入手段、および（３）一次発酵終了後の汚泥と残留木
材片の分離手段、（４）分離された一次発酵汚泥を熟成
するための二次発酵手段、および（５）栗石と配管を含
むアンモニアガス導入層（下層）、砕石層からなる拡散
層（中層）および土壌からなる吸着分解層（上層）から
なるアンモニア処理用土壌、を少なくとも構成要素とす
る高含窒素汚泥処理システム。
【請求項３】アンモニア処理用土壌の吸着分解層が硝
化菌群が存在する土壌からなる請求項１または２に記載
の高含窒素汚泥処理システム。
【請求項４】アンモニアガスを請求項１〜３のいずれ
かに記載のアンモニア処理用土壌のアンモニアガス導入
層（下層）に連続的に導入し、拡散層（中層）で水平方
向に均一に分散させたのち吸着分解層（上層）でアンモ
ニアを吸着および硝化するアンモニアの処理方法。
【請求項５】アンモニアを請求項４に記載の方法で処
理し、その土壌中に窒素を無機態として豊富に固定した
請求項１〜３のいずれかに記載のアンモニア処理用土壌
を用いた植物栽培用土壌。
【請求項６】高含窒素汚泥を木材片および好気性発酵
菌とともに一次発酵槽内に入れ、混合後下部から空気を
送りながら発生するアンモニアガスの槽内発酵混合物直
上部空気中の濃度が５ｐｐｍ以下になるまで汚泥の発酵
および分解を続け（一次発酵）、アンモニアガスの槽内
発酵混合物直上部空気中の濃度が５ｐｐｍ以下になった
段階で木材片を分離して除去し、次いで残余の発酵混合
物を二次発酵槽へ移して、更にゆるやかな嫌気的条件下
で発酵を継続する（二次発酵）ことにより、発酵の完了
した発酵生成物に変換する高含窒素汚泥の処理方法。
【請求項７】高含窒素汚泥を木材片および好気性発酵
菌とともに一次発酵槽内に入れ、混合後下部から空気を
送りながら発生するアンモニアガスの槽内発酵混合物直
上部空気中の濃度が５ｐｐｍ以下になるまで汚泥の発酵
および分解を続け（一次発酵）、アンモニアガスの槽内
発酵混合物直上部空気中の濃度が５ｐｐｍ以下になった
段階で木材片を分別して除去し、次いで残余の発酵混合
物を二次発酵槽へ移して、更にゆるやかな嫌気的条件下
で発酵を継続し（二次発酵）、一次発酵槽で発生するア
ンモニアを請求項４に記載の方法で処理することを特徴
とする高含窒素汚泥の処理方法。
【請求項８】高含窒素汚泥を、高含窒素汚泥に対して
１〜２倍体積の木材片と混合として一次発酵槽で処理す
る請求項６または７記載の高含窒素汚泥の処理方法。
【請求項９】木材片の大きさが縦１０〜５０ｍｍ、横
１０〜５０ｍｍおよび厚さ５〜２０ｍｍである請求項
６、７または８のいずれかに記載の高含窒素汚泥の処理
方法。
【請求項１０】一次発酵槽での発酵完了後、分離回収
した木材片を、新たな有機性汚泥と混合して再使用する
請求項６または７記載の高含窒素汚泥の処理方法。
【請求項１１】一次発酵槽で発生したアンモニアガス
を槽の上部からの空気の導入または発酵槽下部から導入
し汚泥堆積物中を通過した空気により強制的に排除する
請求項６または７記載の高含窒素汚泥の処理方法。
【請求項１２】請求項６〜１１のいずれかに記載の汚
泥処理方法により汚泥から得られた発酵生成物を回収し
てコンポストとして利用する高含窒素汚泥のコンポスト
化方法。