JP2010083742A

JP2010083742A - 肥料の製造方法

Info

Publication number: JP2010083742A
Application number: JP2008258059A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Mashima; 賢一郎真島
Original assignee: K Con Co Ltd
Current assignee: K Con Co Ltd
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: JP5540490B2

Abstract

【課題】畜糞を原料として、有害ガスの発生と肥料成分の減少を抑えつつ、短時間で安価に、かつ簡単な装置を用いて、悪臭がなく成分の安定した肥料を製造することのできる、肥料の製造方法を提供する。
【解決手段】外気を遮断し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して蒸煮する蒸煮工程と、この蒸煮工程の後に外気を導入し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して乾燥する乾燥工程とを備えた。
【選択図】図４

Description

本発明は、畜糞を原料とした肥料の製造方法に関する。

畜糞を原料として肥料を製造する方法としては、微生物を利用し、その活動により原料を分解し堆肥（コンポスト）に加工する方法が一般的である。しかし、熟成した堆肥を製造するためには、大型発酵装置が必要な上に、１〜６ヶ月又はそれ以上の処理日数を有するため、製造効率が非常に悪く、さらに製造コストも高くつくといった問題があった。

また、畜糞を原料として製造した従来の堆肥は悪臭が甚だしく、さらに、その水分含有率が１５％から４０％くらいまで、製造する堆肥工場により異なっており、含有する肥料成分もばらつきが大きく、また、含有する水分の影響で保存時に成分が変化するなどと、堆肥の品質が安定していない。また、堆肥が未成熟の場合には農作物の生育障害を起こすという理由で農家に嫌がられるといった問題があり、全国の堆肥の使用量が減少している。したがって、せっかく肥料成分やミネラル分を含んでいて肥料としての価値が認められているにも係わらず、腐熟が不完全、有害雑草種子の混入、害虫の発生、臭気、散布の手間がかかるなどの理由から、堆肥は農家から敬遠され、堆肥としての用途しかない畜糞は、その大半が焼却処分されるか放置されていた。

さらに、例えば、堆肥は水分を約１５〜４０％と多く含むために、カビやガスが発生して品質が不安定であって長期保存に適さない。また、化学肥料と一緒に機械散布ができなかった。また、例えば鶏糞のように普通肥料の成分を含有するものであっても、普通肥料の原料などとして広い用途に利用することができないといった問題があった。畜糞を原料として、品質が安定していて取り扱いやすい肥料を安価に製造できれば、大量に発生して処理に困る家畜排泄物を有効に利用し、化学肥料の使用により劣化した土壌を蘇らせ、土壌微生物の活動を活発にして良質の農作物を生産するために寄与できるものと期待される。

このような問題を解決するものとして、特許文献１には、有機性廃棄物を１００℃未満で５時間以上煮沸して生体成分を分解し、乾燥した後、１６０℃以上２３０℃以下で３時間以上焙煎して悪臭成分または含有成分を分解する方法が開示されている。この方法によれば、家畜の排泄物や汚泥などの有機性廃棄物を原料として、短時間で安価に、かつ簡単な装置を用いて、悪臭がなく成分の安定した有機肥料を製造することができる。
特開２００４−３０００１４号公報

しかし、この方法においては、煮沸中に畜糞からメタン、アンモニア、メチルメルカプタン、硫化水素などの有害ガスが大量に発生するという問題があった。なお、メタンは二酸化炭素の２１倍の温室効果を有するため、地球温暖化防止の観点からメタンの放出を抑えることが望ましい。

なお、現在、家畜排泄物からのメタンガス抑制は世界的な問題であるが、その方法についてはほとんど手付かずの状態で、簡単なシートで畜糞を覆い、発生するメタンガスを燃料にする程度である。

また、この方法においては、焙煎中に炭化が起こり、窒素、加里、有機物などの肥料成分が減少してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、畜糞を原料として、有害ガスの発生と肥料成分の減少を抑えつつ、短時間で安価に、かつ簡単な装置を用いて、悪臭がなく成分の安定した肥料を製造することのできる、肥料の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の肥料の製造方法は、畜糞を原料とした肥料の製造方法であって、外気を遮断し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して蒸煮する蒸煮工程と、この蒸煮工程の後に外気を導入し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して乾燥する乾燥工程とを備えたことを特徴とする。

また、前記蒸煮工程において、畜糞の温度を１００℃まで上昇させることを特徴とする。

また、前記乾燥工程において、畜糞の温度を１２５℃以下に維持することを特徴とする。

また、前記乾燥工程において、畜糞の水分を１％以下にすることを特徴とする。

さらに、前記蒸煮工程と前記乾燥工程において分離したメタンを、畜糞を加熱するための燃料として使用することを特徴とする。

本発明の肥料の製造方法によれば、外気を遮断し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して蒸煮する蒸煮工程と、この蒸煮工程の後に外気を導入し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して乾燥する乾燥工程とを備えたことにより、畜糞を原料として、有害ガスの発生と肥料成分の減少を抑えつつ、短時間で安価に、かつ簡単な装置を用いて、悪臭がなく成分の安定した肥料を製造することができる。

また、前記蒸煮工程において、畜糞の温度を１００℃まで上昇させることにより、発酵による有機物の分解を抑制し、有害ガスの発生を抑えることができる。

また、前記乾燥工程において、畜糞の温度を１２５℃以下に維持することにより、炭化を抑制し、肥料成分の減少を抑えることができる。

また、前記乾燥工程において、畜糞の水分を１％以下にすることにより、成分の安定した肥料を製造することができる。

さらに、前記蒸煮工程と前記乾燥工程において分離したメタンを、畜糞を加熱するための燃料として使用することにより、メタンの放出を防止するとともに、メタンを有効利用することができる。

以下、本発明の肥料の製造方法について詳細に説明する。

本発明の肥料の製造方法に用いられる装置の一実施例について、添付した図面に基づいて説明する。装置本体10を示す図１，図２において、１は処理槽であって、この処理槽１の周囲には、処理槽１を加熱するための熱媒油を循環させるためのジャケット２が設けられ、このジャケット２の内部には熱媒油を加熱するための熱交換器３が設けられている。そして、熱交換器３によって加熱された熱媒油をジャケット２に循環させることによって、処理槽１内に収容された原料50を均一に加熱できるようになっている。

処理槽１の内部には攪拌羽根４が軸５によって支持されおり、処理槽１の外部には攪拌羽根４を回転駆動させるためのモーター６が設けられている。また、７は処理槽１から発生する水蒸気や排ガスを装置本体10の外部へ吸引排気するための排気ファンである。そして、攪拌羽根４を順回転させて原料50を攪拌し、攪拌羽根４を逆回転させて処理後の製品を排出するように構成されている。

また、処理槽１の内部の上部には、処理槽１に導入される外気を加熱するための加熱手段８が取り付けられている。そして、処理槽１には、５０〜６０℃に温められた外気が導入されるようになっている。加熱手段８は、処理槽１の内部の空気の熱を熱源とするオイルヒーターにより構成されている。

装置全体のフローを示す図３において、20は原料50を装置本体10へ供給するための原料供給手段であり、原料50を一時的に貯留するための原料ホッパー11と、原料ホッパー11から処理槽１へ原料を供給するための原料供給装置12を備えている。

30は装置本体10から製品を排出するための製品排出手段であり、処理槽１から排出された処理終了直後の製品を強制冷却するための冷却ホッパー13と、冷却ホッパー13で冷却された製品を移送する製品移送装置14と、製品移送装置14で移送された製品を貯留するための製品ホッパー15を備えている。また、必要に応じて、製品を袋詰めするための梱包装置16や製品を計量する計量装置（図示せず）などを設けてもよい。なお、製品を袋詰めする必要がなければ梱包装置16は省略してもよい。

40は装置本体10から発生する水蒸気や排ガスに含まれる臭気を除去するための脱臭手段であり、装置本体10から発生する水蒸気や排ガスを外部へ吸引排気するための排気ファン７と、排気ファン７で吸引排気された水蒸気や排ガスに含まれる臭気を除去するための脱臭装置18を備えている。この脱臭装置18は直接燃焼法によるものであって、臭気成分を燃焼することで脱臭するように構成されている。ただし、脱臭装置18は上記構成に限定されない。また、必要に応じて、排気ファン７の前段に湿式などの集じん装置17を設けてもよい。

60は、排気ファン７により吸引排気された水蒸気や排ガスに含まれるメタンを分離するメタンガス分離装置である。メタンガス分離装置60により分離されたメタンガスは、熱交換器３において燃焼され、熱交換器３の補助エネルギーとして用いられるようになっている。

つぎに、上記装置を用いた場合を例にとって、本発明の肥料の製造方法の一実施例について説明する。

まず、原料50として畜糞を原料ホッパー11に投入する。そして、熱交換器３による処理槽１のジャケット２の加熱を開始し、集じん装置17，排気ファン７，脱臭装置18，メタンガス分離装置60を駆動させる。つぎに、原料供給装置12を駆動させて原料ホッパー11内の所定量の原料50を処理槽１へ供給し、攪拌羽根４を順方向へ回転させて原料50の攪拌を開始する。

蒸煮工程において、処理槽１に設けられた吸気弁（図示せず）を閉じて、処理槽１の内部を外気から遮断する。そして、原料50から発生するメタンとアンモニアを脱臭手段40，メタンガス分離装置60により分離しながら原料50を加熱する。同時に、加熱された原料50から発生する蒸気を処理槽１の内部で循環させて、原料50を蒸煮する。この蒸煮工程とつぎの乾燥工程において、熱交換器３によって加熱された熱媒油をジャケット２に循環させるとともに、原料50を均等に撹拌することによって、処理槽１内に収容された原料50が均一に加熱され、その結果、加熱効率が向上するとともに、得られる製品としての肥料を一定の品質に仕上げることができる。

ここで、熱交換器３による加熱開始から４時間以内、好ましくは２時間以内に原料50の温度が１００℃に達するように加熱する。このように急速に加熱することによって、発酵を抑制する。発酵を抑制することにより、メタン、アンモニア、メチルメルカプタン、硫化水素などの有害ガスの発生が微量に抑えられ、窒素、燐酸、加里などの肥料分の減少が抑えられる。また、原料50の温度が１００℃に達するまで加熱することで、原料50に含まれる細菌やウイルスなどの雑菌が死滅し、腐敗しやすいタンパク質などの成分が分解されて原料50の成分が安定化する。

なお、この蒸煮工程とつぎの乾燥工程において、メタンガス分離装置60により分離したメタンは、熱交換器３へ送られ、畜糞を加熱するための燃料として使用される。

そして、原料50の温度が１００℃に達したら、つぎの乾燥工程に移る。乾燥工程において、処理槽１に設けられた吸気弁（図示せず）を開けて、処理槽１の内部に外気を取り入れる。そして、原料50から発生するメタンとアンモニアを脱臭手段40，メタンガス分離装置60により分離しながら原料50を加熱して乾燥する。原料50から発生する水蒸気は、排気ファン７によって外部へ吸引排気される。

なお、このとき、外気を加熱手段８により温めてから処理槽１の内部に取り入れることで、原料50の急激な温度変化や温度が不均一になることが防止されるようになっている。外気を取り入れながら原料50を加熱することで、原料50が酸化分解され、無機化率の高い肥料を得ることができる。

そして、原料50が乾燥するにしたがって、原料50の温度は徐々に上昇するが、原料50の温度を１２５℃以下に維持する。原料50の温度を１２５℃以下に維持することにより、炭化を抑制し、肥料成分の減少を抑えることができる。その後、水分が１％、好ましくは０％になるまで乾燥を行なう。水分を低くすることにより、成分の安定した肥料を製造することができる。

その後、攪拌羽根４を逆回転させて、できあがった製品を処理槽１から冷却ホッパー13へ排出する。ここで製品は強制冷却される。ほぼ常温まで冷却された製品は、製品移送装置14によって製品ホッパー15へ移送され、梱包装置16により袋詰めされ、或いは直接、運搬用のトラックへ積み込まれて搬出される。

上記の方法により原料に鶏糞４トンを用いたときに得られた肥料の分析結果を表１に示す。なお、ここでの無機化率とは、肥料に含まれる有機態窒素が無機化される割合を示すものであり、水田湿潤土壌４０ｇに対して、２ｍｍのふるいを通した肥料を４００ｍｇ添加して３０℃で４週間培養し、１０％塩化カリウム溶液で浸出してインドフェノール法により分析した。本実施例によって、窒素、燐酸、加里の含有量が高く、無機化率の高い肥料が得られることが確認された。また、本実施例で得られた肥料は、臭気が完全に除去され、水や土に浸漬して湿らせても悪臭を発生しなかった。

また、このときの鶏糞の温度と水分、処理槽中のアンモニアとメタンの濃度の経時変化を表２と図４に示す。なお、アンモニアを検知管（３Ｈ、３ＨＭ、３Ｍ）、メチルメルカプタンを検知管（７１）、硫化水素を検知管（４ＨＭ）、メタンを高感度可燃性ガス検知器（ＸＰ−３１６０）により測定したが、硫化水素とメチルメルカプタンは微量のため検知されなかった。

表３には、比較例として、従来の発酵による堆肥製造装置を用いたときの鶏糞の温度、処理槽中のアンモニア、メタン、メチルメルカプタンの濃度の経時変化を示す。この従来の方法では、４５日〜９０日という長期間にわたってメタンが発生し続けるため、メタンの回収利用は困難であった。また、製造された堆肥は熟成された後、乾燥されずに水分を１０％〜２５％含んだままであるため、製造後も継続してメタンを発生した。

以上のように、本実施例の肥料の製造方法は、外気を遮断し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して蒸煮する蒸煮工程と、この蒸煮工程の後に外気を導入し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して乾燥する乾燥工程とを備えたことにより、畜糞を原料として、有害ガスの発生と肥料成分の減少を抑えつつ、短時間で安価に、かつ簡単な装置を用いて、悪臭がなく成分の安定した肥料を製造することができる。

また、本実施例の肥料の製造方法によれば、無機化率の高い肥料が得られる。そして、得られた肥料に含まれる有機態窒素が無機化した後は、化学肥料の窒素と同じ肥効を有する。すなわち、家畜糞に含まれる肥料成分のうち、作物の生育に最も関係するのは窒素であるが、窒素は有機態であるため、作物はほとんど吸収することができない。しかし、家畜糞堆肥中の有機態窒素は土壌に施用された後、微生物の作用によって無機化され、アンモニア態窒素に変化し、作物に吸収されるようになる。吸収されなかったアンモニア態窒素は、好機的な条件のもとで微生物の作用によって硝酸態窒素に変化し作物に吸収される。また、炭素率が高い堆肥（ＣＮ比２０以上）では、施用直後に無機化速度より有機化の速度の方が上回り、土壌中の無機態窒素が減少する。家畜糞堆肥中の有機態窒素は無機化、硝酸化成作用を受けながら無機態窒素として作物に吸収される。アンモニア態窒素に無機化されてからの土壌中での動きと作物への吸収は、化学肥料中のアンモニア態窒素と同じである。家畜糞堆肥が化学肥料と異なる点は、窒素が無機化の過程を経てから作物に吸収されることにある。この無機化の割合が、家畜糞堆肥中の窒素の肥効を左右する。

また、本実施例の肥料の製造方法は、メタンの発生を抑制しながら、発生したメタンを再利用するため、地球の温暖化防止に役立つものと期待される。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。

本発明の肥料の製造方法に用いられる装置の一実施例を示す断面図である。同上側面図である。同上フロー図である。原料の温度及び水分、処理槽のアンモニアとメタンの経時変化を示すグラフである。

Claims

畜糞を原料とした肥料の製造方法であって、外気を遮断し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して蒸煮する蒸煮工程と、この蒸煮工程の後に外気を導入し畜糞から発生するメタンとアンモニアを分離しながら畜糞を加熱して乾燥する乾燥工程とを備えたことを特徴とする肥料の製造方法。
前記蒸煮工程において、畜糞の温度を１００℃まで上昇させることを特徴とする請求項１記載の肥料の製造方法。
前記乾燥工程において、畜糞の温度を１２５℃以下に維持することを特徴とする請求項１又は２記載の肥料の製造方法。
前記乾燥工程において、畜糞の水分を１％以下にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の肥料の製造方法。
前記蒸煮工程と前記乾燥工程において分離したメタンを、畜糞を加熱するための燃料として使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の肥料の製造方法。