(57)【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、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】
１４〜２０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】
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機能性コンポス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、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フルボ酸やフミン酸を多く含有する有用な完熟コンポス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機能性コンポストを、短期間で効率的に製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。また、従来の高速発酵処理技術で用いられているような特殊な装置や、加熱装置を用いることなく、自然発酵により高速に発酵できることを見いだした。【００１０】
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ことを特徴とするコンポストの製造方法。
［２］菌担持下水汚泥残渣ペレットが、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上記［１］記載のコンポストの製造方法。
［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上記［１］又は［２］記載のコンポストの製造方法。
［４］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上記［１］〜［３］のいずれか記載のコンポストの製造方法。
［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上記［４］記載のコンポストの製造方法。
［６］１４〜２０日発酵させることを特徴とする上記［１］〜［５］のいずれか記載のコンポストの製造方法。
［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上記［１］〜［６］のいずれか記載のコンポストの製造方法。
［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上記［３］〜［７］のいずれか記載のコンポストの製造方法。
［９］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】
【００１１】
本発明の機能性コンポストの製造方法によれば、フルボ酸やフミン酸を多く含有する有用な完熟コンポストを短期間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の機能性コンポストの製造方法の一実施形態のフロー図である。
【図２】本発明の製造方法により製造された機能性コンポスト（発酵ペレット）に植物の根が進入している様子を示す写真である。
【図３】本発明の製造方法により製造された機能性コンポスト（発酵ペレット）に植物の根が進入している様子を示す写真である。
【図４】実施例１における発酵処理時の下水汚泥残渣ペレットの温度変化を示す図である。
【図５】本発明の機能性コンポストを用いた場合の土壌の硝酸態窒素濃度を示す図である。
【図６】実施例７の機能性コンポストの製造において、山積みされた菌担持下水汚泥残渣ペレットの中央部をビニールシート（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７】実施例１（被覆無し）及び実施例７（被覆有り）における発酵処理時の下水汚泥残渣ペレットの温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の機能性コンポス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機能性コンポストは、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。
【００１４】
本発明の機能性コンポスト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。
【００１５】
菌担持下水汚泥残渣ペレットの調製は、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、菌担持下水汚泥残渣ペレットは、水分調整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、原料水分調整工程（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。
【００１６】
また、本発明の機能性コンポストの製造方法における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。
【００１７】
図１に示すように、本発明の機能性コンポストの製造方法は、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の水分調整を行う原料水分調整工程（Ｓ２）と、平面化工程（Ｓ１）及び原料水分調整工程（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。
【００１８】
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。
【００１９】
原料水分調整工程（Ｓ２）は、下水汚泥残渣ペレットの水分調整を行う工程であって、原料ペレットがもともと適切な水分量であれば必ずしも必要はない。本工程では、水の付与及び必要に応じて乾燥することにより、バチルス菌が付与される担体を所定の水分量（含水率）に調整する。本工程は、その処理の全部又は一部がバチルス菌添加工程と同時に行われてもよく、例えば、下水汚泥残渣ペレットに所定量の水を加え、その後に、バチルス菌溶解水を加えて最終的な水分量を調整してもよく、予め下水汚泥残渣ペレットに水を加えることなく、下水汚泥残渣ペレットにバチルス菌溶解水を加えて最終的な水分量を調整してもよい。ここで調整される下水汚泥残渣ペレットの含水率としては、２５〜７０質量％であることが好ましく、３０〜６０質量％であることがより好ましく、４０〜６０質量％であることがさらに好ましい。なお、ここでいう含水率は、バチルス菌添加の際に同時に水が添加される場合は、これを含めた含水率をいい、バチルス菌添加時（直後）の含水率を意味する。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。
【００２０】
また、この原料水分調整工程は、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、平面状に広げる前に水分調整し、かかる水分調整されたペレットを平面状に広げてもよい。
【００２１】
バチルス菌添加工程（Ｓ３）は、平面化工程（及び原料水分調整工程）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１回又は２回以上行う。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明のコンポス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。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。
【００３５】
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、製造されるコンポス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、コンポス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、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。
【００３６】
また、本発明のコンポス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。
【００３７】
本発明の機能性コンポストの製造方法においては、発酵開始から１４〜２０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。
【００３８】
本発明の製造方法により製造された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。
【００３９】
また、本発明の製造方法により製造された機能性コンポストは、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、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機能性コンポスト（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（図２及び図３参照）。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。
【００４０】
本発明の製造方法により製造された機能性コンポス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機能性コンポス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。
【００４１】
また、製造された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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、もう１つの本発明としては、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、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１】
【００４４】
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。【００４５】
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。【００４６】
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。
この際、１週間放置後の下水汚泥残渣ペレットの３箇所において含水率を測定し、平均を算出した。含水率の測定は、適宜選択した３点において、加熱乾燥・質量測定方式の赤外線水分計ＦＤ−６１０（株式会社ケット科学研究所）を使用し、１サンプル５ｇに対して３０分の加熱乾燥を行い含水率の測定を行った。【００４７】
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。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。
バチルス菌を投入した直後に、上記と同じ方法で含水率を測定した。【００４８】
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を測定し、山積みにした下水汚泥残渣ペレットの頂上部から３０ｃｍの深さに温度計（株式会社ティアンドデイ社製おんどとり）を設置し、５分毎に温度を発酵処理終了まで継続的に測定した。【００４９】
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。
この際、切り返し前後の下水汚泥残渣ペレットの山の高さ及び幅を測定した。また、切り返し前の含水率、並びに切り返し及び水添加後の含水率を測定した。含水率の測定は、山積み状のペレットの山の高さ半分の側面部深さ２０ｃｍから３箇所、それぞれ約５ｇ採取し、加熱乾燥・質量測定方式の赤外線水分計ＦＤ−６１０（株式会社ケット科学研究所）を使用し、１サンプル５ｇに対して３０分の加熱乾燥を行い含水率の測定を行った。【００５０】
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、ペレットにおけるコンポスト処理を完成させた。
【実施例２】
【００５１】
フレキシブルコンテナから取り出した下水汚泥残渣ペレットを平面状に広げた状態で、１週間放置することを行わない点以外実施例１と同様の方法で、コンポストを製造した。【００５２】
実施例１及び２の各測定時におけるペレットの含水率、山積みした際の山の高さ及び幅を、それぞれ表１及び２に示す。【００５３】
【表１】
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【００５４】
【表２】
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【００５５】
また、実施例１における発酵処理時の下水汚泥残渣ペレットの温度変化を図４に示す。【００５６】
図４より、発酵開始から数時間後には、温度が上昇し７０℃を超えた後、機能性コンポスト完成まで減少傾向を示す。特徴としては、１回目の切返しまでに、発酵期間開始から５日間、６０℃以上を維持する。発酵温度が、８日目に５０℃以下になった時点で、切返しを実施し、１４日目に再度５０℃以下になった時点で、切返しを実施する。１４日目の切返し処理以降の発酵温度は、それほど上昇していないことから、発酵処理完了の目安となる。また、初期段階や水分調整後は、ペレット群内部の温度が上昇していることがわかる。一般的に、発酵温度が６０℃〜７０℃が２日続けば、内部の雑菌や病原菌等は死滅するとされている。本技術において、１次発酵（６０℃以上）の状態が５日間以上維持されるため、安全な肥料であることは明確である。すなわち、本発明の処理方法においては、加熱装置等を必要とせず自然発酵を効率良く行うことができることが明らかとなった。【００５７】
［実施例１で製造された機能性コンポストの評価］
実施例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（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３に示す。【００５８】
【表３】
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【００５９】
表３に示されるように、実施例１の機能性コンポストにおいては、フルボ酸が比較例１に比べて約３倍、フミン酸が約２倍となった。すなわち、本発明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。【００６０】
なお、李（２００９年；牛ふん尿堆肥に含まれる水溶性腐植物質の構造と機能）は、堆積方式と撹拌方式の２種類の方式で９日間の前処理発酵を行った後の堆肥（初期段階）と、６０日間の２次発酵を行った処理終了段階にある堆肥（後期段階）のフルボ酸量を調査しているが、フルボ酸量は、堆積方式では発酵期間が長くなると増加するが、撹拌方式では減少すると報告されている。従来の撹拌方式による高速発酵技術では、短期間で処理するため、微生物分解が進まないことで、腐植化が進行せず、腐植物質を増加させることが期待できないことも言及している。本発明は、堆積方式であるが、処理期間が短いにもかかわらず、フルボ酸量が原料に比べて３倍高くなる。すなわち、本発明の処理法を用いることにより、微生物分解による腐植化が速やかに進行したことが明らかとなった。【００６１】
また、表３に示されるように、実施例１の陽イオン交換容量（ＣＥＣ）は、６３ｍｅｑ／１００ｇであった。通常、堆肥の完熟の判断として、陽イオン交換容量（ＣＥＣ）が６０ｍｅｑ／１００ｇ以上でなければならないとされており、実施例１の機能性コンポストは、完熟の状態であると判断できる。一方で、比較例１のペレット（原料）の陽イオ交換容量（ＣＥＣ）は、５１．８ｍｅｑ／１００ｇであるため、未完熟の状態である。すなわち、実施例１の２０日の発酵処理により、未完熟のペレット（原料）を完全に完熟化させることができた。
【実施例３】
【００６２】
実施例１と同様の方法で製造した機能性コンポスト（処理済みペレット）を土壌に施用し、ロマネスコを栽培した後に土壌から回収した処理済みペレットについて、第三者機関にて、フルボ酸（国際腐植物質学会法）と陽イオン交換容量（ＣＥＣ）（肥料分析法 5.31.2）の分析を行った。【００６３】
分析の結果、土壌から回収した処理済みペレットのフルボ酸量は２．５ｍｇ／ｇであり、陽イオン交換容量（ＣＥＣ）は、５３．６ｍｅｑ／１００ｇであった。土壌から回収した処理済みペレットのフルボ酸量が、土壌施用前の処理済みペレットよりも低くなったのは、ペレットに含まれるフルボ酸が土壌の団粒構造の形成や作物生育などにより使用されたためであると考えられる。すなわち、生成された腐植物質は、ペレットや土壌に含まれる鉄やアルミニウムの架橋結合することによって粘土鉱物と結合して、腐植粘土複合体を形成したと考えられる。【００６４】
腐植の役割は、土壌の物理性の変化、すなわち腐植の有機酸が粘着性で土壌粘土などの微細粒子と粗粒子を固めて団粒構造を形成し土壌の物理性を変えることにある。団粒構造を形成することで、排水性、保水性や通気性が良くなる。また、腐植は、土壌の保肥力、ｐＨ緩衝作用を高める効果がある。腐植含量が多いと、マイナス電荷が強くなって、陽イオンの吸着量も多くなるため、陽イオン交換容量（ＣＥＣ）が増加する。また、腐植は、土壌の生物相にも影響を与える。たとえば、多種多様の微生物を増やす効果があり、またミミズなどの小動物を誘引する効果もある。実際に、処理済みペレット施用圃場にはミミズが増え、また有効センチュウや白ダニは処理済みペレットに誘引されていることを確認した。さらに、放線菌が放つ臭気であるジオスミンの発生を圃場において確認した。すなわち、本発明により製造された機能性コンポストは腐植を構成する物質を含むことから、土壌環境を改善する効果があることが明らかとなった。
【実施例４】
【００６５】
実施例１と同様の方法で製造した機能性コンポストを土壌に施用して、白菜及び人参を栽培した。栽培後の土壌硬度を測定した結果を表４に示す。比較として、本発明の機能性コンポストの代わりに化成肥料及び牛ふんを用いて、実施例３と同様の方法で白菜及び人参を栽培した後の土壌硬度を測定した（比較例２）。土壌硬度の測定は、各作物収穫後に、山中式土壌硬度計を用いて、各畝の断面から上下３ヶ所の計６ヶ所の土壌硬度の測定を行った。
その結果を表４に示す。【００６６】
【表４】
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【００６７】
表４の結果から、実施例４の土壌において硬度が低く、柔らかい土となっている。これは、本発明の機能性コンポストを投入した土壌が、腐植により団粒構造を形成したものと考えられる。
【実施例５】
【００６８】
表３の結果では、実施例１の機能性コンポスト（処理済みペレット）は、硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素がほとんど検出されず、比較例１の原料ペレットと同等であったが、発明者は、これまでの経験から土壌施用時に硝酸性窒素量（硝酸態窒素）の供給量が増加していると考え、以下の試験を行った。【００６９】
２２Ｌプランターに黄色細粒土１６ｋｇを充填し、そこへ実施例１と同様の方法で製造した機能性コンポスト６２５ｇ（窒素量２０ｇ／ｍ２）を投入し混合した。その後、１Ｌの加水を行った。加水処理は、３日間隔で行った。毎日土壌を混合した後、土壌１００ｇを採取し、コンパクト硝酸イオンメータ（ＬＡＱＵＡｔｗｉｎ  Ｂ−７４１、堀場製作所製）を用いて、硝酸態窒素の分析を行った。比較として、コンポストの原料として使用した下水汚泥残渣ペレット（窒素量２０ｇ／ｍ２）及び化成肥料２００ｇ（窒素量２０ｇ／ｍ２）を用いて、実施例５と同様にして硝酸態窒素の分析を行った（比較例３及び４）。その結果を図５に示す。【００７０】
図５に示すように、実施例５の処理済みペレット及び比較例３の原料ペレットは、水１Ｌ加水後の硝酸態窒素濃度は増加傾向にあるが、時間が経過するにつれて、含水率が減少するとともに硝酸態窒素濃度は減少傾向であった。これに対して、比較例４の化成肥料は、含水率に関わらず、増加傾向を示した。この違いは、実施例５の処理済みペレット及び比較例３の原料ペレットは有機資材であり、化成肥料に比べて、硝酸態窒素になる過程に時間がかかるためである。実施例５の処理済みペレット及び比較例３の原料ペレットの硝酸態窒素濃度を比較すると、処理済みペレットの硝酸態窒素濃度は原料に比べて高いことが明らかとなった。また、実施例５の処理済みペレット及び比較例３の原料ペレットは、土壌が乾燥すると微生物の活性度が低下するため、硝酸態窒素濃度が低下すると考えられる。したがって、実施例５の処理済みペレットは、機能性コンポストの製造過程において有機物成分が有用微生物（バチルス菌、乳酸菌、酸化細菌等）により分解されたことと、製造工程で上記有用微生物が添加されたことで、土壌投入後にもともと土壌に存在していた有用微生物（放線菌類等）と共存し、さらに増殖が円滑に行われ、また土壌中の有機物を粗分解する小動物を誘引するため、土壌施用後の可給態窒素の発現が原料に比べて早いことが明らかとなった。
【実施例６】
【００７１】
実施例１と同様の方法で製造した機能性コンポストを用いて、春作ジャガイモを栽培した。比較として、同条件で、原料である下水汚泥残渣ペレットを用いて、春作ジャガイモを栽培した（比較例５）。収穫したジャガイモの一株あたりの個数、上いも数及び上いもの重さの合計を算出した。その結果を表５に示す。【００７２】
【表５】
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【００７３】
表５の結果から、実施例６の機能性コンポストを用いた場合、農林水産大臣登録肥料である原料の下水汚泥残渣ペレットと比較しても、作物の生育が促進されており、実施例６の機能性コンポストは、非常に有用な肥料であることがわかる。
【実施例７】
【００７４】
実施例１と同様にペレットを山積みした後、頂部から３０ｃｍ及び地面から３０ｃｍを除く中央部をビニールシートで覆い、実施例１と同様にしてペレットの発酵を行い、機能性コンポストを製造した（図６参照）。
実施例７で製造した機能性コンポスト、及び実施例１で製造した機能性コンポストの発酵温度及びアンモニア態窒素含有量を比較した。発酵温度の結果を図７に示し、アンモニア態窒素含有量の結果を表６に示す。【００７５】
【表６】
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【００７６】
図７に示すように、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た結果と考えられる。【００７７】
また、表６に示すように、実施例７で製造したコンポストの方が、実施例１で製造したものに比べてアンモニア態窒素含有量が多くなっている。これは、ブルーシートで山積みされたペレットの一部を被覆したことにより、ペレットの発酵が促進されたと共に、肥効として有効なアンモニアの外部への流出が防止された結果と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
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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【図７】
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