(57)【要約】【課題】有用なコンポストとして利用可能な発酵ペレットを短期間で製造する方法を提供する。【解決手段】下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させる方法であって、前記菌担持下水汚泥残渣ペレットが、オゾンを含む液体又は気体によりオゾン処理された下水汚泥残渣ペレットに菌を担持させたものである発酵ペレットの製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させる発酵ペレットの製造方法であって、
前記菌担持下水汚泥残渣ペレットが、オゾンを含む液体又は気体によりオゾン処理された下水汚泥残渣ペレットに菌を担持させたものであることを特徴とする発酵ペレットの製造方法。
【請求項２】
菌担持下水汚泥残渣ペレットが、オゾン処理された下水汚泥残渣ペレットにバチルス菌を添加し、ペレット表層部を乾燥した後、乳酸菌を添加して調製されることを特徴とする請求項１記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項３】
菌担持下水汚泥残渣ペレットを山積みにして発酵させることを特徴とする請求項１又は２記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項４】
下水汚泥残渣ペレットにオゾンを含む液体又は気体を接触させるオゾン処理工程と、
下水汚泥残渣ペレットを平面状に広げる平面化工程と、
平面化工程を経た下水汚泥残渣ペレットに対してバチルス菌を添加するバチルス菌添加工程と、
バチルス菌添加工程を経た下水汚泥残渣ペレットの表層部を乾燥するペレット表層部乾燥工程と、
ペレット表層部乾燥工程を経た下水汚泥残渣ペレットに対して乳酸菌を添加する乳酸菌添加工程と、
乳酸菌添加工程を経た菌担持下水汚泥残渣ペレットを山積みにする山積工程と、
山積工程を経た菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させる発酵工程と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項５】
発酵工程が、
菌担持下水汚泥残渣ペレットの切り返しを行う切返工程と、
菌担持下水汚泥残渣ペレットの水分調整を行う水分調整工程と、
を有することを特徴とする請求項４記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項６】
７〜１４日発酵させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項７】
下水汚泥残渣ペレットが、低分子化処理された下水汚泥残渣をペレット加工したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項８】
山積みされた菌担持下水汚泥残渣ペレットの頂部及び下部を除く中央部を被覆材で覆って発酵させることを特徴とする請求項３〜７のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項９】
製造される発酵ペレットがコンポストであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項１０】
オゾン処理が、オゾンを含む液体を用いて行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項１１】
オゾン処理において用いるオゾンを含む液体のオゾン濃度が、０．５〜５．０ｐｐｍであることを特徴とする請求項１０記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項１２】
オゾン処理において用いる下水汚泥残渣ペレットに対するオゾンを含む液体の量が、０．００５〜０．５Ｌ／ｋｇであることを特徴とする請求項１０又は１１記載の発酵ペレットの製造方法。
【請求項１３】
オゾンを含む液体によりオゾン処理されたペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持ペレットを山積みにして発酵させることを特徴とするペレットの発酵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥残渣ペレットを用いた発酵ペレットの製造方法に関する。特に、下水汚泥残渣を低分子化するプロセスを有する工場または施設において生成された低分子化処理された下水汚泥残渣から、発酵ペレット（機能性コンポスト）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内の下水汚泥の発生量は、下水道の普及拡大に伴い次第に増加しており、環境省の２００８年度のデータによると、その量は乾燥重量ベースで２２１万トン／年となっている。下水汚泥の発生量は、産業廃棄物全体の約２０％程度を占めているといわれており、その多くが燃焼後に埋め立て処分されるため、事業者にとっては処分先の確保や汚泥処理費用等のランニングコストの削減が求められている。しかしながら、下水汚泥の発生量は、年々増加傾向にあるため埋め立て場やゴミ処理場の確保も難しくなっているのが現状である。
【０００３】
近年、下水汚泥残渣のリサイクルが進められており、脱水処理を行った下水汚泥残渣は、肥料化・燃料化などバイオマス資源として利用されている。
一例として、国土交通省でもＢ−ＤＡＳＨプロジェクト（下水道革新的技術実証事業）を実施しており、これらの問題の解決に力を入れている。
【０００４】
下水汚泥残渣のバイオマス資源の特徴としては、（１）人間の生活環境に伴い一定量は必ず発生すること、（２）成分・状態が一定していること、（３）燃料や肥料、セメント原料などに利用することが可能であること、などが分かっている。この特徴を生かし、２０１２年の国土交通省のＢ−ＤＡＳＨプロジェクトの一つである三菱長崎機工株式会社が開発した下水汚泥処理システムの実用化に向けた実用化研究が、長崎市東部下水処理場で実施された。このシステムは、水熱反応技術と高速メタン発酵技術を組み合わせた新しい汚泥減量化技術であり、このシステムはメタサウルスと呼ばれている（特許文献１及び２参照）。このシステムでは、排出された汚泥量が既存のシステムに比べて５分の１に減量することに成功し、廃棄処分する際、処分費の大幅削減が可能となった。しかしながら、脱水汚泥発生量を大幅に削減したものの、主として廃棄処分が行われている。
【０００５】
そこで、下水処理場を含む地域のゼロエミッションの観点から低分子化処理された下水汚泥残渣の有効利用方法が検討された。このシステムで発生した低分子化処理された下水汚泥残渣は、植物の成長に必要な要素として窒素・リン・カリウム成分を含んでいることから、この下水汚泥残渣を肥料化もしくは土壌改良剤として利用しようという試みがなされ、現在、この下水汚泥残渣は「東長崎実証１号」として農林水産大臣登録肥料に登録されている。
【０００６】
しかしながら、この肥料は、含水率が高く雑菌も存在しており、アンモニア臭気も強いという問題があった。また、完全な完熟堆肥でないため、このまま土壌へ使用すると、作物に生育障害などの問題を引き起こす可能性も懸念された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２００６９１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２００６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上記のような問題点のないコンポストとして利用可能な発酵ペレットを短期間で製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、これら各種問題を解決すべく、上記肥料の改良について研究する中で、バチルス菌及び乳酸菌といった２種類の温度活性領域の異なる菌体を下水汚泥残渣ペレットの内部及び表層部にそれぞれ担持すると共に、当該菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させることにより、上記のような問題点のない有用な発酵ペレットを製造することができることを見いだした。（ＰＣＴ／ＪＰ２０１７／２７６６２）。
【００１０】
これに続いて、本発明者らがさらに研究を進めた結果、下水汚泥残渣ペレットにバチルス菌及び乳酸菌を担持させる前に、下水汚泥残渣ペレットをオゾン処理することにより、オゾン処理をしない場合と比べ、短期間で、同等又はそれ以上に有用な発酵ペレットを製造できることを見出した。すなわち、オゾン処理された下水汚泥残渣ペレットにバチルス菌及び乳酸菌を担持させることで、菌担持下水汚泥残渣ペレットの発酵期間を短縮できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、以下のとおりのものである。
［１］下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させる発酵ペレットの製造方法であって、前記菌担持下水汚泥残渣ペレットが、オゾンを含む液体又は気体によりオゾン処理された下水汚泥残渣ペレットに菌を担持させたものであることを特徴とする発酵ペレットの製造方法。
［２］菌担持下水汚泥残渣ペレットが、オゾン処理された下水汚泥残渣ペレットにバチルス菌を添加し、ペレット表層部を乾燥した後、乳酸菌を添加して調製されることを特徴とする［１］記載の発酵ペレットの製造方法。
［３］菌担持下水汚泥残渣ペレットを山積みにして発酵させることを特徴とする［１］又は［２］記載の発酵ペレットの製造方法。
【００１２】
［４］下水汚泥残渣ペレットにオゾンを含む液体又は気体を接触させるオゾン処理工程と、下水汚泥残渣ペレットを平面状に広げる平面化工程と、平面化工程を経た下水汚泥残渣ペレットに対してバチルス菌を添加するバチルス菌添加工程と、バチルス菌添加工程を経た下水汚泥残渣ペレットの表層部を乾燥するペレット表層部乾燥工程と、ペレット表層部乾燥工程を経た下水汚泥残渣ペレットに対して乳酸菌を添加する乳酸菌添加工程と、乳酸菌添加工程を経た菌担持下水汚泥残渣ペレットを山積みにする山積工程と、山積工程を経た菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させる発酵工程と、を有することを特徴とする［１］〜［３］のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
［５］発酵工程が、菌担持下水汚泥残渣ペレットの切り返しを行う切返工程と、菌担持下水汚泥残渣ペレットの水分調整を行う水分調整工程と、を有することを特徴とする［４］記載の発酵ペレットの製造方法。
［６］７〜１４日発酵させることを特徴とする［１］〜［５］のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
［７］下水汚泥残渣ペレットが、低分子化処理された下水汚泥残渣をペレット加工したものであることを特徴とする［１］〜［６］のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
［８］山積みされた菌担持下水汚泥残渣ペレットの頂部及び下部を除く中央部を被覆材で覆って発酵させることを特徴とする［３］〜［７］のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
【００１３】
［９］製造される発酵ペレットがコンポストであることを特徴とする［１］〜［８］のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
［１０］オゾン処理が、オゾンを含む液体を用いて行われることを特徴とする［１］〜［９］のいずれか記載の発酵ペレットの製造方法。
［１１］オゾン処理において用いるオゾンを含む液体のオゾン濃度が、０．５〜５．０ｐｐｍであることを特徴とする［１０］記載の発酵ペレットの製造方法。
［１２］オゾン処理において用いる下水汚泥残渣ペレットに対するオゾンを含む液体の量が、０．００５〜０．５Ｌ／ｋｇであることを特徴とする［１０］又は［１１］記載の発酵ペレットの製造方法。
［１３］オゾンを含む液体によりオゾン処理されたペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持ペレットを山積みにして発酵させることを特徴とするペレットの発酵方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の発酵ペレットの製造方法によれば、コンポストとして利用可能な発酵ペレットを短期間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の発酵ペレットの製造方法の一実施形態のフロー図である。
【図２】山積みされた菌担持下水汚泥残渣ペレットの中央部を被覆材で覆って発酵する状態を説明する概略図である。
【図３】本発明の製造方法により製造された発酵ペレット（機能性コンポスト）に小動物が誘引された様子を示す写真である。
【図４】市販のオゾン発生装置を用いてオゾンを含む液体（オゾン水）を調製した際の処理時間に対するオゾン濃度及びｐＨを示すグラフである。
【図５】実施例１で製造された発酵ペレットの電気伝導度を示す図である。
【図６】実施例１で製造された発酵ペレットの硝酸態窒素濃度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の発酵ペレットの製造方法としては、下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させる方法であって、菌担持下水汚泥残渣ペレットが、オゾンを含む液体又は気体によりオゾン処理された下水汚泥残渣ペレットに菌を担持させたものであれば特に制限されるものではなく、本発明の製造方法により製造される発酵ペレットは、コンポストとして用いることができる。このコンポストは、フルボ酸やフミン酸を多く含有した完熟堆肥であり、固形状、半固形状、液状で使用することが可能であり、また土壌改良剤として使用することができる。
【００１７】
本発明の発酵ペレットの製造に用いる下水汚泥残渣ペレット（バチルス菌及び乳酸菌を担持する前のもの）としては、下水汚泥残渣をペレット状にしたものであればよく、例えば、１辺又は直径が５〜１５ｍｍ、長さが２０〜４０ｍｍ程度の直方体又は円柱体のペレットを挙げることができ、発酵現場までの運搬や発酵処理までの保管等を考慮すると、含水率が２０％以下のものが好ましい。かかるペレットは、一般的な下水処理が施された下水汚泥残渣をペレット加工したものであってもよいが、リグニンやセルロースなどの難分解性高分子を低分子化する低分子化処理が施された下水汚泥残渣をペレット加工したものであることが好ましい。低分子化処理に際しては、食品残渣等の各種有機資源を加えてもよい。かかる低分子化処理としては、水熱処理、オゾン処理、生物活性炭処理、超音波処理（例えば、特開２００３−１４４０９７号公報）等を例示することができ、各種処理を組み合わせてもよい。具体的な水熱処理による低分子化処理としては、例えば、特開２０１２−２００６９１号公報や特開２０１２−２００６９２号公報に記載の水熱反応を利用した方法を挙げることができる。
【００１８】
本発明の発酵ペレットの製造における下水汚泥残渣ペレットのオゾン処理としては、下水汚泥残渣ペレットにオゾンを含む液体又は気体を接触させる処理であれば特に制限はなく、下水汚泥残渣ペレットにオゾンを含む液体を散布する方法や、オゾンを含む液体に下水汚泥残渣ペレットを浸漬する方法や、下水汚泥残渣ペレットを収容した容器内にオゾンを含む気体を導入する方法等を例示することができる。かかるオゾン処理では、下水汚泥残渣ペレットに含まれる発酵に有用な菌を生かした状態で、大腸菌やサルモネラ菌等の雑菌を殺菌することができ、これにより、後のバチルス菌及び乳酸菌を用いた発酵処理を短期間で行うことが可能となる。
【００１９】
オゾン処理に用いるオゾンを含む液体のオゾン濃度としては、０．５〜５．０ｐｐｍであることが好ましく、０．８〜４．０ｐｐｍであることがより好ましく、１．０〜３．０ｐｐｍであることがさらに好ましい。オゾンを含む液体の濃度がこの範囲にあることにより、下水汚泥残渣ペレットに含まれる発酵に有用な菌の活性を維持した状態で、大腸菌やサルモネラ菌等の雑菌のみを強力に抑制することができる。また、このような低濃度のオゾンを含む液体を用いればよいので、オゾンを含む液体の製造コストも安価であり、発酵ペレット製造のトータルコストを低減することが可能となる。
【００２０】
また、オゾン処理において用いる下水汚泥残渣ペレットに対するオゾンを含む液体の量としては、０．００５〜０．５Ｌ／ｋｇであることが好ましく、０．００７〜０．３Ｌ／ｋｇであることがより好ましく、０．００８〜０．１Ｌ／ｋｇであることがさらに好ましく、０．０１〜０．０５Ｌ／ｋｇであることが特に好ましい。
【００２１】
オゾンを含む液体は、オゾンガスを水等の液体にバブリングして溶解させる方法や水の電気分解法等の公知の方法により得ることができ、市販のオゾン発生装置を用いて調製することができる。
【００２２】
菌担持下水汚泥残渣ペレットの調製は、オゾン処理された下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させ、表層部に乳酸菌を担持させることができればその方法は特に制限されるものではなく、オゾン処理された下水汚泥残渣ペレットにバチルス菌を添加し、ペレット表層部を乾燥した後、乳酸菌を添加して調製することが好ましく、具体的には、後述する平面化工程（Ｓ１）と、オゾン処理工程と（Ｓ２）と、バチルス菌添加工程（Ｓ３）と、ペレット表層部乾燥工程（Ｓ４）と、乳酸菌添加工程（Ｓ５）とを有する調製方法を例示することができる。
【００２３】
また、本発明の菌担持下水汚泥残渣ペレットの発酵方法としては、菌担持下水汚泥残渣ペレットの発酵を行うことができる方法であれば特に制限されるものではなく、発酵効率の点から、菌担持下水汚泥残渣ペレットを山積みにして発酵する方法が好ましい。かかる山積みにして発酵させる方法としては、菌担持下水汚泥残渣ペレットを山状に積み上げ発酵する方法であればよく、山積みの形態としては、円錐状、角錐状、載頭円錐状、載頭角錐状や、これらの形状が所定方向に延設された山脈状等を挙げることができる。具体的には、後述する山積工程（Ｓ６）及び発酵工程（Ｓ７）における方法を例示することができる。
【００２４】
図１に示すように、本発明の発酵ペレットの製造方法は、例えば、下水汚泥残渣ペレットを平面状に広げる平面化工程（Ｓ１）と、下水汚泥残渣ペレットにオゾンを含む液体を接触させるオゾン処理工程（Ｓ２）と、平面化工程（Ｓ１）及びオゾン処理工程（Ｓ２）を経た下水汚泥残渣ペレットに対してバチルス菌を添加するバチルス菌添加工程（Ｓ３）と、バチルス菌添加工程を経た下水汚泥残渣ペレットの表層部を乾燥するペレット表層部乾燥工程（Ｓ４）と、ペレット表層部乾燥工程（Ｓ４）を経た下水汚泥残渣ペレットに対して乳酸菌を添加する乳酸菌添加工程（Ｓ５）と、乳酸菌添加工程（Ｓ５）を経た下水汚泥残渣ペレットを山積みにする山積工程（Ｓ６）と、山積工程（Ｓ６）を経た下水汚泥残渣ペレットを発酵させる発酵工程（Ｓ７）とを有しており、これ以外の工程を有していてもよい。また、発酵工程（Ｓ７）は、好ましくは、切返工程（Ｓ７１）及び発酵時水分調整工程（Ｓ７２）を有する。なお、平面化工程（Ｓ１）及びオゾン処理工程（Ｓ２）の順序は問わない。
【００２５】
平面化工程（Ｓ１）は、下水汚泥残渣ペレットを平面状に広げる工程であり、一様にペレットが広がった状態になっていればよく、一部ペレットが重なった状態であってもよい。この平面化工程により、添加するバチルス菌を全体に付着させることが可能となると共に、バチルス菌の代謝による急激な温度上昇を抑制することが可能となる。また、平面化工程の後にオゾン処理を行う場合には、下水汚泥残渣ペレット全体にオゾンを含む液体を接触させることができる。
【００２６】
オゾン処理工程（Ｓ２）は、例えば、下水汚泥残渣ペレットに対してオゾンを含む液体を接触させる工程であり、平面状に広げられた下水汚泥残渣ペレットに対してオゾンを含む液体を散布する。オゾンを含む液体を散布する前に、平面状に広げられた下水汚泥残渣ペレットに予め加水し、水分量を調整しておくことが好ましい。これにより、オゾンを含む液体をペレット内部まで浸透させることができる。例えば、下水汚泥残渣ペレットの含水量が、好ましくは２０〜６０質量％、より好ましくは２５〜５０質量％、さらに好ましくは３０〜５０質量％程度になるように調整する。このオゾン処理により、下水汚泥残渣ペレットに存在する発酵に有用な菌を生存させた状態で、大腸菌やサルモネラ菌等の雑菌を殺菌することができ、発酵工程（Ｓ７）の短縮化を図ることができる。
【００２７】
なお、このオゾン処理工程は、その処理の一部又は全部を平面化工程の前に行ってもよい。すなわち、下水汚泥残渣ペレットを平面状に広げる前にオゾン処理し、かかるオゾン処理されたペレットを平面状に広げてもよい。
【００２８】
バチルス菌添加工程（Ｓ３）は、平面化工程及びオゾン処理工程を経た下水汚泥残渣ペレットに対してバチルス菌を添加する工程であり、バチルス菌を所定量の水に溶解した状態で、ペレット全体に一様に添加することが好ましい。上記のように、下水汚泥残渣ペレットが平面状に広げられている場合には、バチルス菌を全体に付着させることが容易となる。
【００２９】
なお、バチルス菌添加工程前までに、下水汚泥残渣ペレットの含水量を調整しておくことが好ましい。具体的には、バチルス菌添加後の下水汚泥残渣ペレットの含水量が、好ましくは２５〜７０質量％、より好ましくは３０〜６０質量％、さらに好ましくは４０〜６０質量％となるように調整しておくことが好ましい。本工程により、ペレットを膨潤させ、菌体をペレット内部まで浸透させることができると共に、菌体の活性を高めることができる。
【００３０】
本発明の方法において添加するバチルス菌としては、例えば、Bacillus subtilis、Bacillus tequilensis、Bacillus vallismortis、Bacillus mojavensis、Bacillus amyloliquefaciens、Bacillus subtilis subsp. subtilis、Bacillus subtilis subsp.spizizenii、Bacillus subtilis subsp. inaquosorum、Bacillus subtilis var. nattoを挙げることができ、これらの中でも、Bacillus subtilis var. natto（納豆菌）が好ましい。これらのバチルス菌は１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。バチルス菌の入手方法としては、特に制限されるものではなく、市販品を用いることができる。また、例えば、納豆等のバチルス菌を含む食品そのものや、これから単離されたバチルス菌を用いてもよい。
【００３１】
続く、ペレット表層部乾燥工程（Ｓ４）は、下水汚泥残渣ペレットの表層部を乾燥する工程であり、ペレットの表層部を乾燥させることにより、バチルス菌をペレット内部に担持させる工程である。このペレット表層部乾燥工程では、例えば、バチルス菌添加後１２〜４８時間自然乾燥を行うが、必要に応じてペレット群を撹拌しながら乾燥してもよい。なお、平面状でそのまま乾燥させた場合、ペレット群の上層部と下層部で均一な乾燥状態とならないが、少なくともペレット群上層部は、ペレット単体の表層部の一部が乾燥した状態となるように乾燥する。
【００３２】
乳酸菌添加工程（Ｓ５）は、表層部が乾燥された下水汚泥残渣ペレットに対して乳酸菌を添加する工程であり、平面状に広げられたペレットに上方から乳酸菌を添加し、ペレット表層部に乳酸菌を担持させる工程である。添加する乳酸菌としては、例えば、ラクトバチルス属（Lactobacillus）、ビフィドバクテリウム属（Bifidobacterium）、ラクトコッカス属（Lactococcus）、エンテロコッカス属（Enterococcus）、ストレプトコッカス（Streptococcus）、ペディオコッカス属（Pediococcus）、リューコノストック属 （Leuconostoc）の乳酸菌を挙げることができる。これらの乳酸菌は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。乳酸菌の入手方法としては、特に制限されるものではなく、市販品を用いることができる。また、例えば、ヨーグルト等の乳酸菌を含む食品そのものや、これから単離された乳酸菌を用いてもよい。
【００３３】
なお、乳酸菌の添加は、少なくとも平面状に広げられた状態の下水汚泥残渣ペレットに対して行うが、次工程において山積み状態とした下水汚泥残渣ペレットに対しても再度行うことにより、より全体のペレットに乳酸菌を付与することが可能となる。
【００３４】
原料である下水汚泥残渣ペレットに対してバチルス菌を添加し、ペレット表層部を乾燥させた後、乳酸菌を添加することにより、バチルス菌をペレット内部に担持させると共に、表層部に乳酸菌を担持させることができ、ペレットに２種類の菌の２層構造を形成することができる。２種類の温度活性領域の異なる菌体を用いることにより、相互的に各菌体が活性化するため、物理的な加熱装置を必要とせず、自然発酵のみで６０℃〜７０℃の発酵温度を持続させることができる。
【００３５】
山積工程（Ｓ６）は、下水汚泥残渣ペレットを山積みにする工程であり、例えば、乳酸菌の添加終了後、１時間以内に行うことが好ましく、３０分以内に行うことがより好ましい。この工程は、例えば、平面状のペレット群を外側から包み込むように山を形成することが好ましく、できる限り高い山を形成することが望ましく、安息角度で山積みすることが特に好ましい。また、ペレット群を山脈状（所定方向に延設した状態）に山積みして発酵を行うことが、大量の菌担持下水汚泥残渣ペレットを効率的に発酵できることから好ましい。
【００３６】
発酵工程（Ｓ７）は、山積状態の下水汚泥残渣ペレットを発酵させる工程であり、必要に応じて、切り返し（切返し工程：Ｓ７１）及び水分調整（発酵時水分調整工程：Ｓ７２）を行う。すなわち、ペレット群の発酵温度が低下した際に、切返しを行うと共に、水分量を調節することで、酸素の供給及び菌体分布の平均化を図り、均一な発酵と有用微生物の増殖を持続させることを可能とする。また、この切り返しにより、ペレットの表層部が粉状となってペレット本体から分離され、塊状のペレットと粉の混合体となる。本発明の発酵ペレットの製造方法においては、オゾン処理された下水汚泥残渣ペレットを用いることから、下水汚泥残渣ペレットに含まれる雑菌が殺菌されると共に、発酵に有用な菌は生かされた状態であるため、短期間で発酵処理が進行する。また、必要な切り返しを少なくすることができ、例えば、１〜２回の切り返し及び水分調整でも、本発明の発酵ペレットを製造することができる。
【００３７】
本発明においては、山積み状態で発酵を進めることから、山積み状のペレット群の中央部から頂点に向かって微生物により高温域が長時間形成されるため、内部におけるバチルス菌及び乳酸菌を含む有用微生物の活性が上がる。また、外側表層部と深層部に温度差の異なる領域が形成され、温度領域の異なる菌体の活性領域を形成することができる。例えば、表面から深さ５〜１０ｃｍの層に、糸状菌類が増殖し、その内側で乳酸菌類及び酸化細菌類が増殖し、深層部でバチルス菌類が増殖する。表層付近の温度は、３０〜４５℃程度の温度領域に保持され、深層部の温度は、６０〜７０℃程度の温度領域に保持される。
【００３８】
発酵過程においては、山積み状のペレット群では、次のような作用が生じていると考えられ、これにより、自然発酵のみで高速に有用な発酵ペレット（機能性コンポスト）の生産が可能となると考えられる。
まず、下水汚泥残渣ペレットに担持したバチルス菌及び乳酸菌の活動を見た場合、乳酸菌は、その活性温度域がバチルス菌よりも低いため、ペレットの発酵の促進剤となり、バチルス菌の活動温度域まで温度を上昇させる。すなわち、まず、活性温度域１５〜４２℃である乳酸菌が、ペレット単体表層部で水溶性成分である単糖類を分解し、その分解過程で発生した代謝熱でペレット単体の温度を上昇させる。さらに、乳酸菌は代謝により大量の乳酸や抗生物質を作り出すため、ペレット単体の表面周囲の環境を酸性にし、酸に耐性のない他の微生物を寄せつけなくなり、また抗生物質により雑菌などの微生物を排除する。ペレット単体表層部の乳酸菌が活性することによりペレット単体温度が徐々に上昇し、ペレット単体内部に存在している高温域で活性を行うバチルス菌（活性温度域２０〜６５℃）が徐々に活動し始める。
【００３９】
バチルス菌は、ペレット単体内部の有機物を分解して単糖類へ変換し、その単糖類は、再び表層部の乳酸菌の代謝により利用される。これらの多数の微生物が一斉にペレット単体の有機物を分解することによって発生した代謝熱が、狭い範囲で山積み状のペレット群深層部の温度を６０〜７０℃まで上昇させる。山積み状のペレット群深層部の温度を６０〜７０℃まで上昇させることにより、耐熱性の乏しい病原菌や雑菌などを死滅させることが可能となる。さらに、山積み状のペレット群深層部の温度が乳酸菌死滅温度に達した場合、乳酸菌は死滅するが、死滅した乳酸菌はバチルス菌の代謝に利用されるため、バチルス菌を安定して増殖させることが可能となり、さらに乳酸菌の乳酸などの代謝副産物をペレット単体に付加させることが可能となる。ただし、山積み状のペレット群の外側表層部では乳酸菌死滅温度に達しないため、深層部に比べて乳酸菌と酸化細菌を含む多数の微生物が存在している。このように、本発明の発酵過程において乳酸菌とバチルス菌を用いることにより、加熱装置を必要とせず自然発酵を効率よく行うことが可能となる。
【００４０】
他方、山積み状のペレット群全体でみた場合、山積みした初期段階では、糸状菌類が多量に繁殖し、山積み状のペレット群の外側表層部に５〜１０ｃｍの厚さで糸状菌類の高密度層が生成された後、全体に糸状菌類が繁殖を始めると同時に、内部温度の上昇とともにバチルス菌の増殖やその他の酸化細菌類の代謝の活性が上がり、深層部では６０〜７０℃の高温域に、山積み状のペレット群の側面表層部では３０〜４５℃の低温度域の温度差が生まれる。この温度差の違いにより、山積み状のペレット群の表層部では低温域で活動する糸状菌類の活動が活発となり、その内側では、乳酸菌、酸化細菌類及びバチルス菌の混合の活動域となり、深層部では高温域で活性を行うバチルス菌が活発に活動する。
【００４１】
また、山積み状のペレット群の深層部では、有用微生物による好気性発酵が行われ、糖類、タンパク質、ヘミセルロースやセルロースが分解され、水と二酸化炭素、アンモニアに無機化されるが、一部は微生物の代謝産物として残存する。一部の生成された水蒸気などは、頂上部から放出されるが、山積み状のペレット群の表層部の糸状菌類の高密度層により、一部は側面部からは放出されず、頂上部から放出されなかった代謝産物を含む水蒸気は山積みにしたペレット内部で自然対流する。自然対流する過程において代謝産物が重合して難分解性化合物が生成され、ペレットに含まれるリグニンやタンニンなどの難分解性の残存物と代謝産物の重合物が反応し、腐植物質（フルボ酸やフミン酸）を生成する。また、山積み状のペレット群の頂上部から複合された代謝産物の水蒸気の一部が放出されることで、山積みの内部が減圧され、減圧されたことによって側面表層部の隙間から空気を取り込む作用が働き、山積み状のペレット群の内部の有用微生物の好気性発酵が促進され、さらに重合反応が起こる。
【００４２】
本発明の発酵ペレットの製造方法においては、山積みされたペレットの頂部及び下部を除く中央部を被覆材で覆って発酵させることが好ましい（図２参照）。被覆材としては、シート、載頭円錐状の型枠等を挙げることができ、紫外線を遮断する材料からなることが好ましい。
【００４３】
被覆材で覆って発酵させることにより、山積み状のペレット群が保温され、内部の温度が上昇して発酵が促進され、山積み状のペレット群の発酵がより均一に進む。すなわち、この被覆材の保温効果により、発酵が進みにくい山積み状のペレット群の中央下部（深層部）の温度が上昇して発酵が促進され、これにより、発酵により生成したアンモニアを含む水蒸気等が山の頂部から放出されると共に、これに伴って山の底部側面から外気が導入される。さらに、外気の導入により酸化細菌類等の活動が活発となってさらに内部の発酵が促進するという好循環が生まれる。また、被覆材により、発酵により発生したアンモニアを含む水蒸気等の外部への拡散を防止して、製造される発酵ペレットに含まれるアンモニアを含む水蒸気等の含有量を増加させ、活性した菌によりアンモニアを効率よく消化させて、発酵ペレット内部に硝酸態窒素の含有量を増加させることができるため、発酵ペレット（機能性コンポスト）の肥効を高めることができる。また、被覆材により紫外線を防止して、発酵時に有用な菌（表面に生息する糸状菌等）が死滅することを防ぐことができる。
【００４４】
また、本発明の発酵ペレットの製造方法においては、山積み状のペレット群の下方中央から上方に向かって空気を導入してもよい。これにより、発酵の進みにくい山積み状のペレット群の中央下部（深層部）の発酵を促進させることができる。なお、山積み状のペレット群の下方中央からの空気導入量を多くし、その周囲の空気導入量を少なくして、山積み状のペレット群の下方全体から空気を導入してもよい。
【００４５】
本発明の発酵ペレットの製造方法においては、発酵開始から７〜１４日で完熟堆肥と同等のコンポストとして利用できる。従来の堆肥やボカシ肥料の製造における発酵期間が６０〜６５℃温域で１〜２か月必要であることと比較すると、本発明の方法による発酵が高速に進むことがわかる。また、オゾン処理を行わない下水汚泥残渣ペレットを用いた従来の発酵期間が発酵開始から１４〜２０日必要であり、これよりもさらに高速化されることがわかる。
【００４６】
本発明の製造方法により製造された発酵ペレット（機能性コンポスト）は、原料の下水汚泥残渣ペレットに比して、２〜３倍以上のフルボ酸やフミン酸を含有する。フルボ酸やフミン酸は、自然界では微量にしか生産されない貴重な資源であり、自然界では1ｃｍの堆積を形成するのに１００年程度要するといわれる物質である。本発明の製造方法は、このような生成に時間を要するフルボ酸やフミン酸を極めて短期間で生成させることができるという特徴を有する。
【００４７】
また、本発明の製造方法により製造された発酵ペレットは、有効センチュウや白ダニなどの土壌改良に有効的な小動物を誘引する効果があり（図３参照）、さらに土壌中の放線菌を増殖させる効果がある。また、本発明の製造方法により製造された発酵ペレットを使用して植物を育てると、植物の根が、発酵ペレット中に進入しているという現象がみられる。このようなセンチュウなどの誘引や、根の導入は、動植物に、良質な自然の土と認識されているということであり、極めて良質な自然の土に近いものとなっているということの証である。
【００４８】
本発明の製造方法により製造された発酵ペレットによるこのような生物相の改善により、土壌中の理化学性の特性が大きく改善される。土壌環境の改善は、植物の生育の促進、品質向上や耐病性などにも影響を与えるため、本発明の製造方法により製造された発酵ペレットを有効活用することにより、作物の品質向上、収量の安定性、肥料の１本化による利便性の向上、及び低コスト生産体制の確立などによる経営安定を図ることが可能となる。さらに、循環型農業の確立に繋がり、持続可能な農業が可能となる。
【００４９】
また、製造された発酵ペレット（機能性コンポスト）は、有用微生物の代謝によって分解された粉状コンポストと、未分解部分を多く含むペレット形状コンポストの２種類によって構成されており、これらは、用途に応じて、混合して用いてもよく、別々に分離して用いてもよい。
【００５０】
本発明の製造方法により製造された粉状とペレット状の混合体である機能性コンポストは、農林業における栽培植物の肥料として使用された際に、土壌微生物により分解されやすく可給態窒素の発現の早い粉状の物質が植物の初期成育に大きく効果を発揮し、その後、土壌微生物により不可給態窒素を多く含むペレット状の物質が分解され可給態窒素が長期にわたり発現するため、安定して植物生育に効果を発揮する。
【００５１】
また、もう１つの本発明としては、オゾン処理されたペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持ペレットを山積みにして発酵させる発酵方法であり、オゾン処理方法や発酵方法の詳細は上記説明したとおりである。本発明で用いるペレットとしては、上述の下水汚泥残渣ペレットや、その他の有機資材ペレット（家畜の糞尿ペレット、木質ペレット）を挙げることができる。本発明の発酵方法によれば、自然発酵よりも短い期間で発酵させることができる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
【００５３】
［オゾン水の調製］
８リットル瓶に５リットルの浄水を投入し、オゾン発生装置（オゾンバスター（水中型）：アースウォーカートレーディング株式会社製）を用いてオゾン水を調製した。オゾン濃度は、オゾン処理の開始から完了まで５分おきに、３０分間測定した。また、オゾン濃度と合わせて、処理水のｐＨの測定も実施した。その結果を図４に示す。
【００５４】
図４に示すように、オゾン発生装置によるオゾン処理において、液中のオゾン濃度が処理時間とともに上昇したことを確認した。オゾン濃度と時間との関係は、正の関係があり、「ｙ＝０．０９９ｘ＋１．０４４４」で近似できることが確認された。
【００５５】
なお、オゾン濃度３．５ｐｐｍの生成したオゾン水を大気開放条件において、オゾン濃度の減少について確認した結果、オゾン濃度は、５分後１ｐｐｍ減少し、２．５ｐｐｍであった。さらに、放置１０分後は２．０ｐｐｍまで減少し、２０分後で１．５ｐｐｍまで減少した。その後、２１０分間放置した結果、オゾン濃度は０．５ｐｐｍまで減少した。
【００５６】
以上のとおり、本発明の発酵ペレットの製造方法において用いるオゾン水は、市販の小型のオゾン発生装置を用いて製造することが可能である。したがって、オゾン処理により発酵ペレットの発酵期間を短縮できることから、発酵ペレット製造のトータルコストを低減することができる。
【００５７】
［実施例１］
［発酵ペレットの製造］
原料となる下水汚泥残渣ペレットとしては、低分子化処理された下水汚泥残渣からなる「東長崎実証１号」（農林水産大臣登録肥料）を、直径１０ｍｍ、長さ２５ｍｍ程度の形状にペレット化したものを用いた。
【００５８】
まず、フレキシブルコンテナから原料となる下水汚泥残渣ペレット約２０００ｋｇを取り出し、平面状に広げ、１週間放置した。
【００５９】
１週間放置後の平面状に広げた下水汚泥残渣ペレットの上方から水１００Ｌを全体に投入し、加水を行った。加水後さらに上方からオゾン濃度２ｐｐｍ〜２．５ｐｐｍのオゾン水２０Ｌを添加した。
【００６０】
その後、市販の納豆から単離したバチルス菌を水に溶解し、１２Ｌに調整したものを、下水汚泥残渣ペレット全体に投入した。当初は、上層部しか湿っていなかったが、約３時間後には下部まで湿っていた。
【００６１】
バチルス菌を添加した下水汚泥残渣ペレットを１２時間乾燥させた後、乳酸菌（米糠から培養した乳酸菌）２００ｍＬを溶解した水１０Ｌを、下水汚泥残渣ペレットの上方から投入し、山積みにした後、再度、乳酸菌２００ｍＬを溶解した水１０Ｌを全体に散布し、さらに水１０Ｌを散布した。
この際、山積みの高さ及び幅は、高さが約６５ｃｍ、幅は約１００ｃｍであった。
【００６２】
３日間発酵させた後、１回目の切り返しを行い、山積み後に、水１００Ｌを添加した。
【００６３】
さらに７日間発酵させた後、ペレットを平張りに広げ、発酵ペレット（機能性コンポスト）を完成した。
【００６４】
発酵日数は、１０日間であり、オゾン処理を行わない場合（後述の参考例１）に比べて、発酵処理を短期間で行うことが可能となった。また、製造された発酵ペレットは、参考例１と同様に、フルボ酸、フミン酸が大量に含まれていた。また、腐熟度評価基準をもとに完熟度を判断すると、水分が40％以下、色相は放線菌により白くなっており、形状も微生物分解により崩壊したものもあり、アンモニア臭もほとんどなく、ＥＣの値も４ｍＳ／ｃｍ以下であるため（図５参照）、完熟化されたことも確認された。さらに、発酵処理が短縮化されたことにより、余分な窒素の排出が抑制されたため、硝酸態窒素濃度が以前のものに比べて高くなることも確認された（図６参照）。すなわち、本発明の方法によれば、硝酸態窒素を多く含む肥効の高いコンポストを製造することが可能となる。
【００６５】
［参考例１］
【００６６】
オゾン処理を行わないこと以外は実施例１と同様にして、発酵ペレットを製造した。具体的には、以下に示す方法にて発酵ペレットを製造した。
【００６７】
原料となる下水汚泥残渣ペレットとしては、低分子化処理された下水汚泥残渣からなる「東長崎実証１号」（農林水産大臣登録肥料）を、直径１０ｍｍ、長さ２５ｍｍ程度の形状にペレット化したものを用いた。
【００６８】
まず、フレキシブルコンテナから原料となる下水汚泥残渣ペレット約１０００ｋｇを取り出し、平面状に広げ、１週間放置した。
【００６９】
１週間放置後の平面状に広げた下水汚泥残渣ペレットの上方から水１７０Ｌを全体に投入し、加水を行った。その後、市販の納豆から単離したバチルス菌を水に溶解し、３０Ｌに調整したものを、下水汚泥残渣ペレット全体に投入した。
【００７０】
バチルス菌を添加した下水汚泥残渣ペレットを１２時間乾燥させた後、乳酸菌（米糠から培養した乳酸菌）２００ｍＬを溶解した水１０Ｌを、下水汚泥残渣ペレットの上方から投入し、山積みにした後、再度、乳酸菌２００ｍＬを溶解した水１０Ｌを全体に散布し、さらに水１０Ｌを散布した。
この際、山積みの高さ及び幅は、高さが約６５ｃｍ、幅は約１００ｃｍであった。
【００７１】
１週間発酵させた後、１回目の切り返しを行い、山積み後に、水１００Ｌを添加した。
【００７２】
さらに５日間発酵させた後、２回目の切り返しを行い、山積み後に、水１００Ｌを添加し、さらに、８日間発酵させて、発酵ペレット（機能性コンポスト）を製造した。
【００７３】
［参考例１で製造された機能性コンポストの評価］
参考例１で製造した機能性コンポスト、及び原料として使用した下水汚泥残渣ペレット（参考比較例１）について、第三者機関において、成分分析を行った。なお、フルボ酸及びフミン酸の分析については、国際腐植物質学会法を用いた。陽イオン交換容量の分析については、肥料分析法５．３１．２を用いた。硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素の分析については、肥料分析法７．６を用いた。炭素窒素比の分析については、肥料分析法を用いた。
その結果を下記表１に示す。
【００７４】
【表１】
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【００７５】
表１に示されるように、参考例１の機能性コンポストにおいては、フルボ酸が参考比較例１に比べて約３倍、フミン酸が約２倍となった。すなわち、参考例１の処理法を用いることにより、非常に短い期間で、原料である下水汚泥残渣ペレットを腐植化させることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、非常に有用な機能性コンポストを製造することができることから、産業上の有用性は高い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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