(57)【要約】【課題】  水分調整物質などとして余分な副資材を使用しなくても、家畜糞尿を直接効率よく堆肥化することができる方法を提供する。【解決手段】  堆積した家畜糞尿内部に、５０〜８０℃の温風を、堆積層１m３当たり０．３〜０．７m３/minの通気量で送り込み、家畜糞尿堆積層１の温度を常に平均して４０〜６０℃に保ち、堆積層１の一部を取出し、残った堆積層１に直ちに新たな家畜糞尿を投入し、撹拌する。温風は、家畜糞尿を堆積する床面に配管した送風管４の細孔から噴出し、堆積層１内部の温度を所望の値に保つようにするのがよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積した家畜糞尿内部に、５０〜８０℃の温風を、堆積層１ｍ３当り風量０．３〜０.７ｍ３／分で送り込み、家畜糞尿堆積層の温度を常に平均して４０〜６０℃に保ち、堆積層の一部を取出し、残った堆積層に直ちに新たな家畜糞尿を投入し、撹拌することを特徴とする家畜糞尿を直接堆肥化する方法。
【請求項２】
前記温風が、家畜糞尿を堆積する床面に配管した送風管の細孔から噴出するようになっている請求項１の方法。
【請求項３】
家畜糞尿の堆積層の高さが１５０〜２５０ｃｍである請求項１又は２の方法。
【請求項４】
前記堆積層の一部取出しが２〜３日毎にされ、この際の堆積層取出量が、堆積層の３〜１５重量％である請求項１〜３いずれか１項の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家畜ふん尿の混合物を直接、温風を用いて効率良く堆肥化するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家畜糞の堆肥化の際に、水分調整を目的として原料の家畜糞尿に多量のオガクズ、モミガラなどの副資材を混合して堆肥化していた。しかし、これらの方法では、非常に大きな装置が必要となり、作業性やコスト面でも問題があるだけでなく、副資材に含まれる植物生育阻害物質が製品堆肥に悪影響を与える等の問題もあった。そこで、その改良として、例えば、特許文献１では、油脂を吸着している廃棄白土を生牛糞に混合して生牛糞を堆肥化しており、また、特許文献２では、未熟バーク堆肥を敷設した上に牛糞尿を投入して堆肥化するという試みがなされている。
【０００３】
このような特許文献１、２の方法では、オガクズやモミガラを使用した場合に比して、多少容量の小さな装置で、牛糞尿を堆肥化することが可能となるが、いずれの方法も、まだ廃棄白土やバーク堆肥といった副資材（水分調整物質）を混合使用する必要があるため、純粋の家畜糞尿からなる堆肥を得ることはできず、また、装置的にも十分に縮小化することができなかった。
【特許文献１】特許第２５８１８８２号公報
【特許文献２】特開平６−３４５５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、水分調整物質などとして余分な副資材を使用しなくても、家畜糞尿を直接効率よく堆肥化することができる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、従来の方法の問題点は、家畜糞尿の堆肥化の際の発生熱量に問題があるということに着眼し、不足する熱量を熱収支計算法で勘定し、算出した熱量を温風によって補えば堆肥化に最適の温度を維持しながら、水分蒸発を促進させることができることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
本発明では、堆積した家畜糞尿内部に、５０〜８０℃の温風を、堆積層１m３当り風量０．３〜０．７ｍ３／分で送り込み、家畜糞尿堆積層の温度を常に平均して４０〜６０℃に保ち、堆積層の一部を取出し、残った堆積層に直ちに新たな家畜糞尿を投入し、撹拌することにより、家畜糞尿を直接堆肥化することを可能とした。
【０００７】
前記温風は、家畜糞尿を堆積する床面に配管した送風管の細孔から噴出するようにするのが好ましく、通常、家畜糞尿の堆積層の高さは１５０〜２５０ｃｍ程度とするのが好ましい。
【０００８】
堆積層の一部取出しは、毎日されてもよいが、２〜３日毎にされるのが好ましく、この際の堆積層取出量は、堆積層の３〜１５％、特に４〜１０重量％程度であるのが好ましい。
【０００９】
かかる本発明は、まず家畜糞尿の堆肥化初期(堆肥化開始から１０数日間）の発熱量を実験的に求め、熱収支計算法によって、堆肥の堆積層が常に４０〜６０℃の温度を維持するのに必要な熱量及び投入した原料の家畜糞尿中の水分を蒸発させるのに必要な熱量を求めて、不足する熱量を求め、この不足する熱量を、温風によって補えば、堆肥化に最適な４０〜６０℃の温度を維持しながら、水分蒸発を促進させることがわかったことにより完成された。
【００１０】
代表的な例では、堆肥化施設に、約２ｍ高さに堆積できる家畜糞の堆積層を設け、床面に配管した送風管の細孔より温風を噴出して、堆積層内に通過させる構造とする。温風は太陽熱、灯油、重油、電気ヒーターなどいずれでも可能であるが、加温器による供給熱量は予め熱収支計算法で求めた熱量を得られるものを選定する。
【００１１】
堆積層では、層全体が常に４０〜６０℃の温度が維持され、また温風が常に連続的に送風されるようになっており、毎日又は隔日毎に堆積層の一部を取出し、取出した堆肥は製品堆肥として販売に供し、残った堆積層には直ちに新たな原料である家畜糞尿を投入し、作業機などで撹拌を充分に行って作業を終了し、次回の作業まで温風を送風する。
【００１２】
堆肥化施設には、１．５〜２．５ｍの高さになるよう堆積層を設け、温風器によって外気を加熱して、床面に配管した送風管の細孔より温風を噴出し、堆積層内を通過させる。温風が入気するため堆積層内では温度低下が少なく、堆積層の表面からは堆積層内部温度に近い飽和水分状態の水蒸気が排気されるので、水分蒸発が促進される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、牛糞と尿の混合物を副資材を用いないで、連続的に堆肥化することを可能とする。牛舎では、糞と尿が混合することが多いため、水分が高く、堆肥化するためには多量の副資材が必要であったが、本発明では、牛糞のエネルギー不足を温風で補い、温風と牛糞の発酵熱で水分を除去しながら、堆肥化を連続的にすることを可能とした。堆積槽では４０〜６０℃が連続的に維持されるため、投入された牛糞尿の水分の７０〜８０％が蒸発し、また有機物の１５〜３５％が分解するため、取り出す量は投入時の１／３〜１／４に減量する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［管理・運転方法］
堆積槽からバケットローダなどの作業機械で適量の堆肥を出荷用ピットに持ち出した後、牛糞尿を投入して、十分切り返す。二日後に同じ作業を繰り返す。堆積槽には常に投入量の４倍〜８倍程度の堆肥が堆積しているように取り出す量を調整する。
【００１５】
牛糞は水分調整をして５０〜６０℃の温度で好気的条件に置けば、有機物の４０％程度を占める易分解性有機物の半分程が４〜８日間で分解する。しかし、この有機物の分解による発熱エネルギーでは、投入した糞尿の水分をすべて蒸発させることができない。そこで、温風で不足するエネルギーを補うことによって、連続的な高温の維持、水分の除去が可能となる。
【００１６】
図１に示す温風を使った堆肥化施設（酪農３０頭規模の施設）を使用して、実用規模実験をおこない、開始から数週間の準備期間の後、連続的な運転状況になった時点で外気、入気、担体の水分、温度などを測定して、堆肥内部と外部の水分収支、熱収支の計算をおこなった。その結果は堆肥化の水分、温度の状況をよく説明していた。そこで計算結果を基に、冬季も考慮に入れてこの処理方式における規模決定用諸数値を算出したところ、堆積層の必要面積、容積は投入牛糞尿混合物１０００ｋｇ（水分８４％）当たり、それぞれ５．２m２、８．３m３（堆積高さ１.６m）、また堆積槽の床面積１ｍ２当たり通風量は０．８m３/min、加熱量は投入牛糞尿混合物水分８４％で供給熱量９６００kcal/ｈｒと決定した。
【００１７】
施設の概要
堆肥化施設（鉄骨、プラスチック樹脂板葺き）（間口８ｍ、奥行き４m）の床面スペースの半分を堆積層１、残りの半分を切り返しスペース５とした（図２参照）。堆積層１の床面には６５ｍｍ径の水道用鉄鋼管を送風管４として９０ｃｍおきに４本埋設し、該送風管管４の上端には直径６mmの穴を５cm間隔で開けた。温風器２とブロア３と送風管４を金属製ダクトで接続して、外気を温風器２で加熱した後、堆積層１の下部から吹き出すように配置した。なお、堆積層１の背面及び側面には、擁壁６を設けた。
温風器発熱量  9600 kcal/hr（カタログ値）
ブロア        0.75ｋｗ  送風量1２ m３/min（カタログ値）
堆積層堆積    幅５m×奥行き３m×平均高さ１．６ m＝２４ m３
【００１８】
堆肥化施設の操作方法
（１）堆積層の立ち上げ
牛舎から搬出した牛糞尿と、鉄骨ハウス乾燥施設で数日かけて乾燥させた牛糞尿（水分５０％程度）をホイールローダで混合し、見かけで水分６５％くらいに調整して、温風器２で、ブロア３により、床面に設置した送風管４の細孔から温風を放出するようになっている堆積層に投入した。その後、2日ごとに牛糞尿を投入して、切り返しをおこない、以後同じ操作を繰り返すことによって、堆積層１の堆積量を次第に増やしていった。
（２）立ち上げ後の操作方法
計画していたサイズ（幅５ｍ、奥行き３ m、堆積高さ１．６ m）まで堆積した後は、堆積層１がほぼ常に同じ容積になるように、牛糞尿の投入前に取り出し操作をおこなうこととした。その後、同じ操作を６回おこない、その時点で連続的な堆肥化が進行しているとして、調査期間を2日間に定めて測定、分析をおこなった。
【００１９】
堆積層の温度分布
堆積層の周辺の外気、堆積層への入気温度、堆積層の温度の結果を下表に示す。
.                    平均温度          採取・測定場所
外気温度             １０℃            堆肥化施設隣接地
入気温度             ５５℃            送風管
堆積層  下層         ５２℃            底面より３０ｃｍの高さ
堆積層  上層         ４０〜６０℃      堆積層表面より２０ｃｍの深さ
【００２０】
堆積層の状況
堆積層は温度と水分の状況から下層から順に、乾燥工程層、堆肥化工程層、水分凝縮層の３層に区分できた。すなわち、高温の乾燥した空気が担体中の水分を取り去り、その気化熱によって温度が低下する乾燥工程層、その上には飽和状態になり空気を利用して堆肥化が進む堆肥化工程層があり、一番上端にはあがってきた暖かい飽和空気の水分が凝縮する水分凝縮層に分かれている。堆積層の断面を切り崩して目視したところ、高さ約１．２mまでが、乾燥工程層、それより上部が堆肥化工程層、また表面から２０cm程度がとりわけ水分が高く凝縮層と判断できた。
【００２１】
乾物・水分・熱収支計算
（１）諸数値の設定と測定
乾物・水分・熱収支の計算は２日間についておこなった。初日の作業時の堆肥担体量は槽のサイズから推定した。堆肥取り出し量、牛糞尿投入量はトラックスケールで測定した。乾物分解量と乾物分解に伴う水分発生量は当技術センターの基礎試験の数値を用いた。入気温度は2日間の平均温度とした。排気温度は堆積層の表層の温度を朝９時と夕方４時に測定して求め、また堆積層からの排気は飽和状態とした。
【００２２】
（２）投入・取り出し操作と乾物・水分収支計算結果
1日目に堆積槽（体積２４ｍ３、重量１６８００ kg）から、重量８３８kg（体積1.２m３）の堆肥を取り出し、そこに約３０頭の２日分に当たる２９００kg（体積３．２m３）の牛糞尿を投入して切り返し、2日間温風を通風して堆肥化を促したところ、2日後の担体の水分は６３％で投入前とほぼ同じレベルに低下した。入気温度は５５℃、また排気温度は堆肥表面直下（深さ数センチ）の表面温度が４０℃であったので、排気温度は４０℃と設定して、乾物水分収支と熱収支を計算した。なお熱収支計算において、担体温度変化量は０、つまり切り返し操作時に温度低下はないものとして取り扱った。
その結果、乾物水分収支と熱収支ともに収支の項がつりあい、水分と熱の平衡状態を維持していた堆積層の2日間の状況をよく表現していると判断できた。
【００２３】
（３）堆積槽容積、床面積当たり処理能力
２９００ kg（水分８４％）の牛糞尿混合物を投入し、処理した堆積槽の容積は２４m３であった。従って、投入牛糞尿混合物１０００kg当り堆積層は８．３ m３の容積が必要と算出できた。また、平均の堆積高さは１．６mであったので、同じく床面積は投入牛糞尿混合物１０００ kg当り５．２m２となる。
【００２４】
（４）通風量と加熱量の最適値
今回の結果をもとに風量を変化させて、水分収支、熱収支を計算したところ、風量を２０％程度増加した場合には、熱収支がマイナス、つまり損失熱量が増加して温度維持が困難になると予想された。また、逆に風量を２０％程度減少させた場合には、水分除去量が減少して担体の水分が上昇すると求められた。また、投入牛糞尿混合物の水分を２％増加させ８６％として同じ牛糞尿混合物を投入した場合、熱収支計算では４８時間で１１，０００ kcal、百分率にして２４％程不足した。このように、原料の投入牛糞尿混合物の水分は必要加熱量に大きく影響を与えることがわかった。
【００２５】
（５） 冬季の場合の最適値
冬季の場合には外気温が低下するため、今回と異なる結果になる可能性がある。そこで、外気温度が５℃の条件下で、同じ風量の送風と加熱量で、水収支、熱収支計算をしたところ、当然ながら、冬季の場合には入気、排気温度ともに下がり、その結果供給熱量が２日間で８万kcal、百分率で１７％程不足する結果となった。
【００２６】
以上のことから、今回の事例を標準値として用いると次のようになる。すなわち、投入牛糞尿混合物水分８４％、２９００ kgの投入に対して、担体容積２４m３に１２m３/minの風量、ヒータ加熱量９６００kcal/ｈｒが必要である。また、冬季には１０数％の加熱量の増加させる必要があり、また投入牛糞尿混合物水分が２％上がる毎に加熱量を２４％増加させる必要がある。
単位面積に置き換えると、本方式の設計値としては、床面積１ｍ２、堆積高さ１．６ｍの場合（１．６m３）に対して０．８２m３/minの通気量、堆積層１m３当たりにすれば０．３〜０．７m３/minの通気量を基準とし、加熱量は投入牛糞尿混合物水分８４％の場合、熱供給量で1 ｍ２当たり６４０kcal/ｈｒ、牛糞尿の水分２％上がって、水分８６％になれば７９０kcal/ｈｒ必要になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一例における堆肥化施設の側面図である。
【図２】図１の施設の屋根を外した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  堆積層
２  温風器
３  ブロア
４  送風管
５  切り返しスペース
６  擁壁
【図１】
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【図２】
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