発酵堆肥化の概要

  1. 1.発酵作業の流れ
  2. 2.畜糞の発酵処理について
  3. 3.発酵処理とは
  4. 4.良い発酵処理をする為には
  5. 5.発酵の条件及び発酵過程
  6. 6.発酵処理方式
  7. 7.代表的な発酵方式
  8. 8.発酵温度曲線
  9. 9.発酵処理例
  10. 10.カロリー源
  11. 11.鶏糞の発酵処理について
  12. 12.脱臭槽
  13. 13.コンポの構造図
  14. 14.コンポスト化の概念
  15. 15.コンポスト化の目的及び効用
  16. 16.コンポスト化における留意点
  17. 17.有機質肥料の施用に関する現状と課題

1.発酵作業の流れ

  1. 取出口より一定量の製品を取り出す
  2. ベルトコンベアーにて搬出
  3. 規程量の原料をバケットエレベーターに投入
  4. バケットエレベータにて投入口より発酵槽へ
  5. 原料の状態に合わせて廃白土を添加
  6. 発酵槽にて発酵運転
  7. 常時送風しながら、間欠攪拌
  8. 24時間かけて水分を蒸発させて、1に戻る

発酵作業の流れ
コンポによる発酵作業の流れがご覧頂けます。

2.畜糞の発酵処理について

畜糞は一般的に高水分の為、その取扱いは非常に難しく、発酵処理していない生の畜糞を土壌中に入れた場合、農産物の根を傷め、植物の成長を妨げます。

“”もし、未熟堆肥を施肥すると・・・”"

もし、未熟堆肥を施肥すると・・・

植物にとって有害なガスを発生し、植物がダメージを受けてしまいます。

3.発酵処理とは

好気性条件下で好気性菌の働きにより、畜糞中の有機物の分解過程で発生する有機物質を除き、同時に畜糞中の水分を蒸発させて、取り扱いやすい良質の有機質肥料にする事を目的とします。

4.良い発酵処理をする為には

畜糞中の通気性を良くする事で空気を均一に行き渡らせ、好気性菌が活発に増殖・活動を繰り返す事が大切です。

また、空気が必要な理由は、発酵に伴い発生する熱により水分が蒸発し、低水分の扱いやすい有機質肥料にする為でもあります。

同時にこの時発生した発酵熱により、病原菌や雑草の種子等が死滅します。

5.発酵の条件及び発酵過程

好気性発酵を促進させる為には、好気性菌が増殖しやすい環境を整える事が大切です。好気性発酵の為の条件は下記の5点です。

  1. 栄養（有機物）

    2. 発酵を促進する為には、菌がエネルギー源として分解すべき有機物が含まれている事が必要となります。
    有機物にもいろいろな物が含まれています。

    • 易分解性有機物・・・（例）脂肪、糖類、炭水化物、蛋白質
    • 難分解性有機物・・・（例）繊維、毛

    難分解性の有機物は、分解に非常に時間がかかる為、コンポのような急速発酵では分解されませんが、田畑に入ってもゆっくり分解していく為、急激な有毒ガスNH3）の発生がありません。
    易分解性の有機物は、そのまま田畑に入れると急激に分解する為、NH3の発生等の障害が現れます。
    しかし、コンポ内では易分解性の有機物は非常に分解されやすく有効なエネルギー源となり、有機質肥料を田畑に入れても、ガス障害は起こりません。

  2. 温度（temp.）

    3. 菌が充分活動する為には、適切な温度が必要です。コンポ内において一番適した温度は60℃～70℃です。この温度に維持する事で水分が蒸発し畜糞が乾燥します。

  3. 水分（H2O）

    4. 好気性発酵する為には、適度な水分が必要です。高水分だと通気性が悪くなる為、発酵不良となり、低水分の場合には、逆に水分不足により発酵不良となります。良質な発酵をする為には、コンポ内において35％～55％の水分量が必要です。

  4. 空気（O2）

    5. 好気性発酵する為には、家畜糞中に空気を十分かつ均一に供給する事が大切です。高水分だと通気性が悪く空気を供給しにくくなる為、水分調整を行い通気性を良くしておく必要があります。
    コンポの場合、種糞により水分調整を行います。また、撹拌羽根により空気吹出し口を移動しながら糞を撹拌する事で、全体的に空気を均一に供給する事が可能です。更に、この撹拌運動は水分蒸発の為にも必要です。

  5. PH

    6. 一般的に生糞はで酸性（PH6.0程度）ですが、菌が活発に活動するにはPH8.0～9.0が最適です。好気性発酵が進むとNH3が大量に発生する為、アルカリ性（PH8.0～9.0）となります。つまり、好気性菌の活動しやすい環境が整うのです。
    しかし、嫌気的な状況においては、低級脂肪酸が多量に発生する為、PHが下がり酸性（PH5.0～6.0）になります。
    この状態になると好気性菌は増殖する事ができなくなり、好気性発酵は停止してしまいます。（酸っぱい臭い）
    但し、PHが改善される事と空気の供給により回復します。

6.発酵処理方式

発酵による有機物の分解率は、発酵処理方式によって異なります。

  • 堆積切返し方式 ： 1.0％/日
  • スクープ方式・堆積発酵方式 ： 1.5％/日
  • 一般的密閉式発酵機 ： 2.5％/日

※水分調整の為にオガコを混入させると、分解が著しく低下します。
   その理由は、オガコには難分解性のセルロースが多く含まれているからです。

7.代表的な発酵方式

堆積式堆積式（堆肥舎）

開放式開放式
（ロータリー・スクープ攪拌）

堆積式密閉型攪拌方式（コンポ）

  • 堆積式（堆肥舎）

    • 人力による切り返しにより、長期間の堆積で堆肥化する方法。

    1. 適切な水分調整が必要
    2. 広い設置面積が必要
    3. 水分調整材の添加により、生産堆肥が増加
    4. 季節変動が大きい
    5. 臭気対策が困難
  • 開放式（ロータリー・スクープ攪拌）

    • 攪拌、移送を切返し装置で行う方式。体積高、送風装置の有無に差が有り。

    1. 適切な水分調整が必要
    2. 水分調整材の添加により、生産堆肥が増加
    3. 季節変動が大きい
    4. 臭気対策が困難
  • 密閉型攪拌方式

    • 断熱された発酵槽内で好気性発酵により堆肥化する方法

    1. 設備費用・電気代が高価
    2. 副資材（廃白土等）が必要

8.発酵温度曲線

発酵温度ｸﾞﾗﾌ

9.発酵処理例

発酵処理例

10.カロリー源

畜糞を発酵処理する過程で発生する熱量は、一般的に乾物1kgの分解に伴い、4,500kcalです。また、水分1kgを蒸発させる為には800kcalの熱量が必要です。 このカロリー収支を用いて畜糞の発酵乾燥能力を計算します。

  1日当り3.0％     滞留日数 10日
・分解率 3.0％ × 10日 ＝30％
・分解量（乾物減少量） 4,000kg × 0.3 ＝1,200kg
・製品乾物量 4,000kg × 0.7 ＝2,800kg
・製品量 2,800kg ÷ 0.7 ＝4,000kg
・製品水分 4,000kg － 2,800kg ＝1,200kg
・乾物分解による発生熱量 1,200kg × 4,500kcal ＝5,400,000kcal
  6,000kg － 1,200kg ＝4,800kg  蒸散水分量
・水分蒸発に必要な熱量 4,800kg × 800kcal ＝3,840,000kcal
よって、水分蒸発に必要な熱量より、乾物分解による発生熱量の方が多い為、処理は可能です。

11.鶏糞の発酵処理について

畜種別アンモニア発生量の変化

畜種別アンモニア発生量の変化

鶏糞は糞尿が一緒になっており、他の畜糞（例えば牛糞）等に比べ、窒素・リン酸・カルシウムなどの肥料成分が多い為、土壌改良剤としてよりも、土壌に成分を供給する有機質肥料としての効果が大きく、多くの窒素を含む生鶏糞を土壌中に入れた場合、鶏糞中の有機物が土壌中で急速に分解して大量のアンモニアガスを発生させ、植物の根を傷めます。

発酵処理された鶏糞は、発酵過程で窒素分はアンモニアガスとして分解・排出され、もしくは、肥料成分としての硝酸・亜硝酸に酸化分解され、植物に利用されます。

田畑に入れても、アンモニアガスの発生による植物への害はありません。

オガコを混入する事は、高水分の鶏糞の通気性を高め、発酵を促進する為には有効ですが、オガコに含まれるリグニン・セルロースにより、発酵分解が遅くなる為、 土壌中で発酵分解が進み植物に害を与えます。

窒素不足の過程

12.脱臭槽

有機物を発酵処理すると、好気性発酵の過程で熱量・アンモニアガス・CO2・H2O等が発生します。この中で悪臭成分であるアンモニアガスの濃度は3,000ppm前後あります。木屑を利用した脱臭方式（生物脱臭）を使用してアンモニアガスを除去します。

原理

オガコ粒子の間を悪臭成分を含んだガスを通過させると、悪臭成分はオガコに吸着したり、オガコ粒子間水分やオガコの保持水分に溶解されます。長期に渡り送風を続けていると、 オガコ自体が発酵を始め微生物が繁殖します。この微生物により酸化分解がなされ無臭な成分へと変化し、脱臭が促進されます。

畜産における悪臭原因は、アンモニアが主体でありますが、このアンモニアは、水への吸着性が非常に高く、また土壌中の微生物、特に硝化菌の働きにより、好気条件下で硝酸・亜硝酸 に変化し、悪臭は減少します。

微生物を利用した除去法では、一定の環境が必要です。導入時のガス温度はコンポ（糞発酵処理装置）から出たばかりでは、60～80℃と非常に高く、脱臭施設へ導入する時には50℃ 程度には下げねばならず、脱臭施設を運転する為の重要なポイントの一つとなっています。

13.コンポの構造図

コンポの構造図

14.コンポスト化の概念

コンポスト化の定義

「生物系廃棄物をあるコントロールされた条件下で、取り扱い易く、貯蔵性が良く、環境に害を及ぼすことなく安全に土壌還元可能な状態まで微生物分解する事」（Goluke1977）と定義されていますが、言い換えると、「酸素が充分存在する好気条件下で有機物をある程度まで分解する事」です。その過程で臭気成分も分解、揮発し、水分も減少します。

有機物が完全に分解された廃棄物では、土壌への有機物供給が充分でなく、土壌の膨軟化、保水性、透水性といった土壌の物理性、化学性さらには土壌微生物態等に対して好ましい影響をもたらしません。一方、有機物の分解が不十分な場合、土壌中で有機物の酸化分解が起き、土壌を酸素不足の還元状態にしてしまいます。したがって、適正なコンポストとは この中間に位置し、作物等に対して障害を起こさなければよいと言う程度にしている為、コンポスト化の定義は厳密な定義になっていないのが現状と言えます。

コンポスト化現象

生物系廃棄物を構成している糖、蛋白質、炭水化物および脂質などの有機物を好気的に主にバチルス属細菌、放線菌及び糸状菌の代謝によって分解、低分子化される一連の過程を「コンポスト化現象」と言います。 仕上がったコンポストは植物の栄養源として利用される物質循環を成立させています。

15.コンポスト化の目的及び効用

コンポスト化の目的

有機肥料としての活用、及び仕上がりコンポストを土壌に施用する事による副次的な効果にあります。

コンポストの効用

  1. 土壌への肥効成分の循環供給

    2. 元来土壌に存在していたN、P、K等の肥効成分を植物が吸収しており、コンポスト化はその植物体の肥効成分を再度土壌へ戻す資源循環系の一翼を担っています。

  2. 不安定有機物の安定化

    3. 生物系廃棄物は、微生物に分解される有機質を多量に含んでいる不安定有機物であり、コンポスト化なしで土壌に施用した場合、土壌中で有機物の分解に必要な酸素を急激に消費し、 土壌中の酸素欠乏を引き起こし、作物の根の呼吸を妨げます。
    コンポスト化により、充分に酸化分解反応を起こし、有機物を安定化させ、施肥後の土壌が還元状態化の防止効果があります。

  3. 汚物感の解消

    4. コンポスト反応によって畜糞や生ごみの汚物感や臭気が減少し、土壌のような外観となり、また酸化分解熱により乾燥が進み、汚物感を解消し、運搬等の取り扱いやすさなど 作業性の向上に効果があります。

  4. 細菌、害虫、牧草種子等の死滅･不活性化

    5. コンポスト化反応が良好に進むと、自己発熱により品温が上昇し、米国のEPA （US Environmental Protection Agency）の基準（材料温度を55℃以上で3日間曝す事が有害微生物の死滅の条件としている。）を満たし、 細菌、害虫（卵）の死滅に寄与します。
    また、畜糞に混入している牧草等の種子の不活性化に寄与し、外国産の牧草種子による国内の植物生態系の攪乱防止に効果があります。

  5. 食品系廃棄物の減量化

    6. 水分が多く焼却性能が低下しやすい厨芥等の食品系廃棄物は、ダイオキシン発生等のリスクを抱えながら焼却処分をするのではなく、コンポスト化を有機物分解による廃棄物減量化の 一手段とする事が可能です。

  6. 生分解性プラスチックの分解

    7. 成分解性プラスチックは、土壌中での難分解性が指摘され、実用化が困難とされていましたが、生分解性のプラスチックをコンポスト化する事によって著しく分解が促進される事が確認され（1999年 木村氏、中崎氏による）、資源循環が化石資源由来の汎用プラスチックを利用している社会から、生分解性プラスチックを利用する社会へのシフトに大きく貢献する可能性を持っています。

  7. 生物農薬としての機能保持

    8. コンポスト中には、植物病害細菌を抑制する菌群が存在し、生物農薬としての機能を保持している例もあります。
    （Nakasaki 　et al.: A New Operation for Production Disease-Suppressive Compost from Grass Clippings, Appl.Emviron.Microbiol,64(10),4015-4020,1998）

以上のように、コンポストには多様な長所が存在しますが、加えて製造方法も簡単で取り組みやすくなっています。

コンポスト化には特別の微生物は不要であり 低コスト である事。単に、コンポスト化材料（廃棄物）が酸素（空気）と良く接触できるような配慮をするだけ  と言う簡単さがコンポスト化に取り組みやすい原因となっています。

16.コンポスト化における留意点

  • 悪臭

    • 硫黄化合物（反応初期に発生）やアンモニア（品温が上昇し有機物分解が著しい時に発生）が悪臭の原因となります。
    対策としては、硝化菌を用いた生物脱臭がコスト的にも効果をあげています。

  • 水分調整材

    • 畜糞や食品系廃棄物(生ごみ)の初期水分は、85％wb以上の高水分であり、コンポスト化には水分調整が必要です。
    高水分は材料間隙水分で埋められ、材料内部に存在するコンポスト化微生物への酸素供給が困難となり、その増殖が阻害されます。
    木質チップ、おが屑、籾殻などの水分が少なくて空気の通り道確保のために、膨軟化できるような副資材を混入する事が多いのが現状です。
    但し、副資材を添加し大量の廃棄物を扱った場合、コンポストの増加や運転コストの増加に繋がりやすくなってしまいます。

17.有機質肥料の施用に関する現状と課題

  1. コンポスト施用の現状

    2. コンポスト等を積極的に施用している耕種農家はそれほど多くありませんが、コンポストを施用している農家は非常に熱心で自らがコンポストを作っているケースが多く見られます。
    コンポスト施用農家は、野菜農家が多く、水稲、果樹、麦、茶等があります。
    施用量は、水稲では1～2トン/10a、露地野菜では作物によって幅があり、施設野菜では5トン/10a以上、果樹では、3～5トン/10aとなっています。
    今後環境保全の観点からも合理的な施用技術の確立が重要となります。

  2. 環境保全的施用量の考え方

    3. 畜糞コンポストを適量施用すれば、作物の養分を供給するだけでなく、土壌の物理性、化学性、生物性を改善する効果も期待できますが、過剰に施用すれば様々な悪影響が現れます。作物の品質･収量を維持しつつ、環境汚染を起こさない為には適正な量を施用する必要があります。
    コンポストの種類によっては、養分の無機化速度が極めて遅いものもあり、養分の供給不足で初期成育が不良になる事があります。
    化学肥料を施肥した上での養分濃度の高いコンポストの施用は、養分過剰による作物の品質･収量の低下を招き、さらに環境中への流出による汚染の原因となります。
    畜糞コンポストは、分解が遅く土壌中に蓄積し徐々に何年にも渉って養分を放出する性質があり、いわゆる地力を増進させる有効な資材ではありますが、連年使用すると 土壌中で無機化する養分量が増大します。（累積効果）
    従って、畜糞コンポストの施用量を決める場合には、化学肥料との併用によって養分バランスをとり、コンポスト中の養分量と累積効果を考慮し、適切な減肥を行うという考え方を基本とします。
    畜産環境対策委員会でまとめられた畜糞コンポストの 施用量を決める基本的な考え方は下記のⅠ～Ⅲとなります。

    1. 作物の生育・収量･品質を確保し、悪影響を及ぼさないようにする為には

      2. 各作物の三要素の必要量は、比較的近年に作成された作物別施肥基準に準じる。できるだけ多くの畜糞コンポスト等を施用する場合でも、コンポストに含まれる 三要素の有効成分と化学肥料の成分の含量が施肥基準に収まるようにする。

    2. 化学肥料の施肥基準にコンポスト等有機物併用の指示がない場合

      3. 一般に使用されている糞尿の代替可能率（牛ふん：30％、豚ふん・鶏ふん：60％）に準じ、施肥基準の化学肥料中の窒素を削減し、コンポスト中の窒素の肥効率 （牛ふんコンポスト：30％、豚ふんコンポスト：50％、乾燥鶏ふん：70％等）を用い、削減した 窒素を補充できるコンポストの量を算出する。
      これらの肥効率は、一般的な数値であるが、コンポストの処理方式や副資材の種類、腐熟度の違い等によって異なる為、肥効率が別に示されている場合にはこれに従う。
      堆肥等施用量（t/ha）＝必要窒素量（kg/ha）×代替率（％）/100×100/有機質肥料の窒素含有率（％） ×100/肥効率（％）×10-³
      畜糞に含まれる三要素の有効成分のバランスは、施肥基準に示されるものと異なる場合が多い。従って、一つの成分のみを指標として施用量を決めると他の成分が過剰になるなどの問題が起きやすい。
      そこで算出したコンポスト中の三要素のいずれかの有効成分量を超えた場合には、その要素が施肥基準量の水準になるまでコンポストの量を削減する。その結果、 不足するようになる窒素及び他の要素は化学肥料で補い、施肥基準に示されている三要素の量とバランスを維持する。

    3. コンポスト施用量の決定後

      4. 化学肥料窒素とコンポストの窒素の合計量（総窒素量）を算出し、その総窒素量を施用した場合、浸透水中の硝酸態窒素濃度が基準値（100mg/L）を超える恐れがないときは、その総窒素量を作物量や質から見た施用可能窒素の上限とする。しかし、算出した総窒素量の施用では、硝酸態窒素が基準値を超えると判断された場合は、その濃度が10mg/Lになる総窒素量を既往の試験結果等から求め、その量を施用可能上限値とする。

    この方法で算出すると、飼料作物ではコンポスト由来の全窒素の施用可能上限は、200kg/ha前後で、化学肥料を加えた総窒素の施用上限量は350kg/ha前後までと判断されます。

  3. 環境保全的施用技術

    4. 肥料あるいは有機質資材の環境保全的な施用技術とは、農地に投入した養分の作物による利用率（吸収率）を向上させ、養分をできるだけ環境中に放出しないという技術を表します。肥料や有機質資材を全層施用したのでは根群域以外の場所にも養分が存在する為、作物は効率的に吸収する事ができません。施肥効率を向上する為に用いられるのが局所施用です。
    投入窒素に占める回収されなかった窒素の割合を窒素収支と言いますが、この窒素収支を最小にする技術が環境保全型施用技術です。
    肥効調節型肥料とコンポストを局所施用し、投入窒素量を半減すると、作物による窒素利用率が向上し、収穫物として搬出される窒素量は低下しないで、窒素収支を大幅に節減できます。