(57)【要約】【課題】有機汚泥や生ごみ、畜糞等の有機性廃棄物を加熱乾燥した後、熱処理することにより、短時間で効果的に腐植化を進行させて、良質の腐植化物を含む有機質肥料を製造する方法を提供する。【解決手段】加熱乾燥後の熱処理工程において被処理物を１５０〜２００℃で２〜４０時間保持することにより腐植化を十分に進行させる。有機性廃棄物に、火山灰、軽石粉末、酸化アルミニウム、酸化鉄、カオリナイト、酸性白土等の無機触媒を添加することにより、腐植化のための熱処理温度及び時間を低減することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を加熱乾燥処理した後、熱処理することにより有機質肥料を製造する方法において、
加熱乾燥後の熱処理工程において被処理物を１５０〜２００℃で８〜４０時間保持することを特徴とする有機質肥料の製造方法。
【請求項２】
有機性廃棄物を加熱乾燥処理した後、熱処理することにより有機質肥料を製造する方法において、
該有機性廃棄物に、火山灰、軽石粉末、酸化アルミニウム、酸化鉄、カオリナイト、及び酸性白土よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の無機触媒を添加した後、加熱乾燥し、加熱乾燥後の熱処理工程において被処理物を１５０〜２００℃で２〜４０時間保持することを特徴とする有機質肥料の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、相対色度ＲＦ及び色調係数ΔｌｏｇＫがそれぞれ下記式▲１▼，▲２▼を満たす有機質肥料を製造することを特徴とする有機質肥料の製造方法。
ＲＦ＞２０                …▲１▼
ΔｌｏｇＫ＜１．０        …▲２▼
ただし、相対色度ＲＦ及び色調係数ΔｌｏｇＫは次の通り定義される。
ＲＦ＝｛Ｋ６００／Ｍ（ｍｌ）｝×１０００
ΔｌｏｇＫ＝ｌｏｇＫ４００−ｌｏｇＫ６００
ｌｏｇＫ４００：試料溶液の波長４００ｎｍにおける吸光係数
ｌｏｇＫ６００：試料溶液の波長６００ｎｍにおける吸光係数
Ｍ：吸光度の測定に用いた試料溶液３０ｍｌ当りの０．０２Ｍ  ＫＭｎＯ４水溶液消費量（ｍｌ）
試料溶液：有機質肥料の有機炭素換算で約７０ｍｇを水１００ｍｌに溶解させて得られる水溶液
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機汚泥や生ごみ、畜糞などの有機性廃棄物を原料として、加熱乾燥し、その後熱処理を続けることにより有機質肥料を製造する方法に係り、特に、短時間で効果的に腐植化を進行させることにより、良質の腐植化物を含む有機質肥料を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機汚泥や生ごみ、畜糞等の有機性廃棄物の再資源化処理方法として、有機性廃棄物を乾燥処理後、更に熱処理して有機質肥料を製造する方法が提案されている。この方法によれば、加熱乾燥後も更に熱処理を継続することにより、１０〜２０時間程度の短時間の処理で、悪臭がなく、しかも、有機肥料分も十分に残留している上に塩分もさほど高くなく、有機肥料として有効な有機質肥料を得ることができる。
【０００３】
しかして、特開２００２−０２８６０８号公報には、この加熱乾燥後の熱処理の終了時期を適正に判断して、熱処理時間の過不足なく処理を行うことにより、目標とする悪臭のない高品質の有機質肥料を効率的に製造するために、有機性廃棄物を加熱乾燥した後の熱処理工程において被処理物の温度が１１０〜２００℃、好ましくは１５０〜２００℃に達した時点で加熱を停止し、製品を熱処理装置から取り出す方法が提案されている。
【０００４】
この特開２００２−０２８６０８号公報に記載される実施例では、被処理物の温度が１５０℃に達した時点で熱処理装置の加熱を停止し、その後２時間弱で製品を取り出している。
【０００５】
ところで、有機汚泥や畜糞等の有機性廃棄物が土壌中で微生物によって分解されて腐植化される過程はおおよそ次の通りである。即ち、まず、有機性廃棄物中の炭水化物やタンパク質が微生物によって分解されたり、再合成されてキノイド性物質やアミノ酸、タンパク質が生成する。そして、これらが縮合して初生腐植物質ができる。一方、難分解性のグニン様物質やリグニンも分解の後期段階で微生物によって低分子のキノン系物質やポリフェノール等に分解され、これらはやはり縮合して初生腐植物質を生成する。生成されたこれらの初生腐植物質は、土壌中の無機成分の触媒的な作用を受けて酸化的重合を起こし、更に重合度の高い真正腐植物質に変化する。
【０００６】
このように腐植が高度に進行し、この真正腐植物質が多く存在する（即ち、易分解性の有機物が少なく、難分解性の有機物質である真正腐植物質が多い）ことが、植物の生育に有効で、有機質肥料としての用途に好ましい。即ち、腐植化が進行した有機質肥料であれば、次のような効果が得られる。
【０００７】
▲１▼  土壌の緩衝作用が大きく、外的影響に対して、土壌を植物の根に好適なｐＨに安定に維持する。
▲２▼  イオンの吸着保持力が大きいため、肥料の塩基成分を吸着保持することにより、肥持ちを良くし、また、施肥量が多過ぎた場合の障害を防止する。
▲３▼  土壌中の粘土鉱物等と結合することにより、土壌を団粒構造にすることができ、これにより、保水性、透水性、通気性に優れた土壌を形成する。
▲４▼  土壌中の活性アルミニウムとキレート化合物を作り、アルミニウムを不活性にし、活性アルミニウムによる土壌の酸性化やリン酸の固定化を防止する。
▲５▼  生理活性効果を有し、細胞分裂を増強することにより、植物の根毛の発生を促進する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−０２８６０８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
有機性廃棄物を加熱乾燥した後、熱処理することにより有機質肥料を製造する場合、従来においては、原料の有機性廃棄物の悪臭の除去を主目的として加熱乾燥後の熱処理が行われており、良質な腐植化物を製造することは考慮されていなかった。
【００１０】
このため、従来法により製造された有機質肥料は、悪臭がなく、取り扱い性に優れたものではあるが、有機質肥料としての有効性の面では劣るものであった。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決し、有機汚泥や生ごみ、畜糞等の有機性廃棄物を加熱乾燥した後、熱処理することにより、短時間で効果的に腐植化を進行させて、良質の腐植化物を含む有機質肥料を製造する方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の有機質肥料の製造方法は、有機性廃棄物を加熱乾燥処理した後、熱処理することにより有機質肥料を製造する方法において、加熱乾燥後の熱処理工程において被処理物を１５０〜２００℃で８〜４０時間保持することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の有機質肥料の製造方法は、熱処理することにより有機質肥料を製造する方法において、該有機性廃棄物に、火山灰、軽石粉末、酸化アルミニウム、酸化鉄、カオリナイト、及び酸性白土よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の無機触媒を添加した後、加熱乾燥し、加熱乾燥後の熱処理工程において被処理物を１５０〜２００℃で２〜４０時間保持することを特徴とする。
【００１４】
従来においては、有機汚泥や生ごみ、畜糞等の有機性廃棄物を加熱乾燥した後熱処理することにより有機質肥料を製造するに当たり、有機物の熱変性に関する検討が十分になされておらず、腐植化について考慮されていなかった。
【００１５】
本発明者らは、加熱乾燥後の熱処理を、１５０〜２００℃で２〜４０時間行うことにより、腐植化が十分に進行し、有機質肥料として有効な高度腐植化物の含有量の多い有機質肥料を得ることができることを見出した。
【００１６】
請求項２の方法に従って、火山灰、軽石粉末、酸化アルミニウム、酸化鉄、カオリナイト、酸性白土といった無機触媒を添加した後、加熱乾燥、次いで熱処理することにより、腐植化に要する温度及び時間を低減することができる。
【００１７】
本発明では、このような条件で加熱乾燥後の熱処理を行うことにより、相対色度ＲＦ及び色調係数ΔｌｏｇＫがそれぞれ下記式▲１▼，▲２▼を満たす有機質肥料を製造することが好ましい。
【００１８】
ＲＦ＞２０                …▲１▼
ΔｌｏｇＫ＜１．０        …▲２▼
ただし、相対色度ＲＦ及び色調係数ΔｌｏｇＫは次の通り定義される。
ＲＦ＝｛Ｋ６００／Ｍ（ｍｌ）｝×１０００
ΔｌｏｇＫ＝ｌｏｇＫ４００−ｌｏｇＫ６００
ｌｏｇＫ４００：試料溶液の波長４００ｎｍにおける吸光係数
ｌｏｇＫ６００：試料溶液の波長６００ｎｍにおける吸光係数
Ｍ：吸光度の測定に用いた試料溶液３０ｍｌ当りの０．０２Ｍ  ＫＭｎＯ４水溶液消費量（ｍｌ）
試料溶液：有機質肥料の有機炭素換算で約７０ｍｇを水１００ｍｌに溶解させて得られる水溶液
【００１９】
即ち、「Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  ｓｏｉｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｍａｔｔｅｒ，  Ｋｙｏｕｉｃｈｉ  ＫＵＭＡＤＡ，  Ｊａｐａｎ  ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＳｏｃｉｅｔｉｅｓ  Ｐｒｅｓｓ  ａｎｄ  Ｅｌｓｅｖｉｅｒ」（熊田（１９８７））に報告されているように、上記の相対色度ＲＦが大きく色調係数ΔｌｏｇＫが小さいほど腐植化度は高く、難分解性の有機物の割合が多く、易分解性の有機物の割合が少ない有効な有機質肥料となる。上記文献によれば、腐植の進行度合いは、後述の実施例で示すＲＦ−ΔｌｏｇＫの腐植酸分布図（図１）において、Ｒｐ型は未熟腐植酸、Ｂ型は中程度腐植酸、Ａ型は高度腐植酸として分類される。そして、この順に易分解性の有機物の割合が減少し、より難分解性の有機物の割合の大きい腐植化物である。
【００２０】
本発明においては、加熱時間と無機触媒の質と量の組み合わせで、このような腐植酸分布図において、一番安定で難分解性のＡ型、中程度の安定性で中程度の分解性を有するＢ型、Ｒｐ型ではあるが源汚泥や源有機物に比べてかなり安定化してよりゆるやかな分解特性に変化しているがＢ型に比べてより不安定でより易分解性のＲｐ型腐植酸等、使用目的に応じて異なる腐植酸組成を有する有機質肥料を製造することを可能にする。より長時間の加熱かつ酸性の表面を有するより触媒活性の高い無機触媒を使用すればするほどＡ型腐植酸の割合が高くなる。土壌の基本的な地力を向上させ基本的な物理化学生物性を向上させ、かつ安定に有機炭素を土壌中に保持させ地球温暖化防止等の施策を資するには、Ａ型腐植酸の割合を増加させた有機質肥料が望ましい。一方、即効的な肥料効果がより望ましい場合は、Ｒｐ型の腐植酸の割合の高い有機質肥料が望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の有機質肥料の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
本発明において、原料となる有機性廃棄物としては、下水処理汚泥や余剰汚泥、消化汚泥等、廃水や廃棄物の生物処理工程で生じる生物処理汚泥、生ごみ、畜糞等が挙げられる。
【００２３】
本発明では、このような有機性廃棄物を加熱乾燥し、この乾燥処理により有機性廃棄物中の水分が徐々に蒸発し、含水率が１％未満となって乾燥が完了した後も、更に１５０〜２００℃（以下この温度を「目標処理温度」と称す場合がある。）で加熱を継続して熱処理する。
【００２４】
原料の有機性廃棄物には、必要に応じて、無機触媒を混合して加熱乾燥及び熱処理に供しても良く、無機触媒を用いることにより、腐植化のための熱処理温度及び熱処理時間を低減することができる。無機触媒としては、例えば、火山灰、軽石粉末、酸化アルミニウム、酸化鉄、カオリナイト、及び酸性白土よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を用いることができ、これらの無機触媒の添加量は、有機性廃棄物の乾燥基準量に対して１〜５０重量％程度とすることが好ましい。この添加量が１重量％未満では、無機触媒を添加したことによる十分な触媒効果を得ることができず、５０重量％を超えると製造コストが高くなりかつ重量も増え輸送コストも高くなり過ぎる。
【００２５】
有機性廃棄物の加熱乾燥工程で水分が蒸発する過程において、水分が残留している間は、被処理物である有機性廃棄物の温度は１００℃未満であるが、水分が完全に蒸発除去された後も加熱を継続すると、被処理物の温度は１００℃以上に上昇する。本発明では、加熱乾燥により、被処理物の温度が１００℃以上に上昇し、目標処理温度に達した後も、この目標処理温度に、無機触媒を用いた場合は２〜４０時間、無機触媒を用いない場合は８〜４０時間保持する。
【００２６】
この目標処理温度が１５０℃未満では、腐植化を十分に進行させることができない。目標処理温度が２５０℃を超えると、発火のおそれがあり、好ましくない。好ましい目標処理温度は、無機触媒の使用の有無によっても異なるが、無機触媒を用いない場合は１７０〜１９０℃、無機触媒を用いた場合は１６０〜１８０℃である。
【００２７】
この目標処理温度に保持する時間は、２〜４０時間の範囲で目標処理温度や、無機触媒の使用の有無等によって適宜設定される。この熱処理時間が上記範囲よりも短いと腐植化を十分に促進させることができず、過度に長くても、腐植化は頭打ちとなり、生産効率を損ない好ましくない。
【００２８】
前述の如く、本発明においては、このように加熱乾燥後の熱処理工程において、所定の目標処理温度で所定時間保持することにより、相対色度ＲＦが２０を超え、特に４０以上で、色調係数ΔｌｏｇＫが１．０未満、特に０．９以下の有機質肥料を製造することが好ましい。
【００２９】
このような有機質肥料を得るために、目標処理温度Ｔ（℃）とその保持時間Ｈ（ｈｒ）は、無機触媒を用いない場合には、Ｔ（℃）×Ｈ（ｈｒ）＝１７０×８〜１９０×４０（℃・ｈｒ）、無機触媒を用いた場合には、Ｔ（℃）×Ｈ（ｈｒ）＝１６０×８〜１８０×４０（℃・ｈｒ）で加熱乾燥後の熱処理を行うことが好ましい。
【００３０】
なお、本発明において、有機性廃棄物の加熱を、直接加熱方式で行うと発火の恐れがあることから、間接加熱装置を用いて、好ましくは被処理物を撹拌しながら加熱を行うことが好ましい。
【００３１】
しかして、加熱乾燥後の熱処理は、このような間接加熱装置内に被処理物を保持したまま必要に応じて温度の低下を補うだけの加熱を続けることにより行っても良く、また、間接加熱装置内から目標処理温度に達した被処理物を取り出し、保温性に優れた容器に移し、この容器内で必要に応じて温度の低下を補うだけの加熱を続けることにより行っても良い。前者の方法は、バッチ処理型の装置により、処理時間に十分な余裕がある場合に好適であり、後者の方法は、連続処理型の装置の場合や、バッチ処理型の装置であっても処理時間に十分な余裕がなく、生産量を上げたい場合に有効である。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３３】
実施例１〜６、比較例１，２
し尿処理施設から発生した余剰汚泥の脱水ケーキ（含水率８３％）を原料とし、撹拌機付きの間接加熱装置により被処理物の温度が表１に示す目標処理温度となるように加熱乾燥した。加熱乾燥により表１に示す目標処理温度に達した後も、更に表１に示す時間同温度に保持した後、処理物を取り出した。
【００３４】
ただし、比較例１では、目標処理温度に到達した時点で加熱を停止し、処理物を取り出した。なお、比較例１において、被処理物の温度が１５０℃から１６０℃に上昇するまでに要した時間は１時間であり、装置から取り出された処理物は自然放冷により直ちに１５０℃未満の温度に冷却された。
【００３５】
また、実施例３〜６では無機触媒として、表１に示すものを、原料に対して表１に示す割合で添加した。
【００３６】
得られた処理物について相対色度ＲＦと色調係数ΔｌｏｇＫを測定し、結果を図１に示した。なお、試料溶液は処理物の有機炭素換算で約７０ｍｇを水１００ｍｌに溶解するように調製した。また、吸光係数Ｋ４００，Ｋ６００は日本分光社製「Ｖ−５３０ＤＳ」により測定した。
【００３７】
なお、表１には腐植酸の形態を併記した。
【００３８】
【表１】
2004168614.tif 000003
【００３９】
図１より、加熱乾燥後目標処理温度に到達した後直ちに加熱を停止した比較例１，２で得られた処理物では、未熟腐植酸しか含まれていないが、本発明によればより腐植化が進行した有機質肥料を得ることができる。特に、無機触媒を用いた場合には腐植化のための熱処理温度及び熱処理時間の低減を図ることができ、工業的に有利である。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機質肥料の製造方法によれば、有機汚泥や生ごみ、畜糞等の有機性廃棄物を加熱乾燥した後熱処理することにより有機質肥料を製造する方法において、腐植化を十分に進行させて、良質な腐植化物を含む腐植を短時間で効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例の結果を示す腐植酸分布図である。
【図１】
2004168614.tif 000004