(57)【要約】      （修正有）【課題】フリーストール畜舎から出る家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物を悪臭の発生を抑制して、速く堆肥化できる堆肥の製造方法を提供する。【解決手段】有機性廃棄物にペーパースラッジ炭化物（ＰＳＣ）を混合し、積み置きして堆肥化するものである。ＰＳＣと共に吸水性の木材チップを混合することもある。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物にペーパースラッジ炭化物を混合し、腐熟化することを特徴とする堆肥の製造方法。
【請求項２】
前記ペーパースラッジ炭化物と共に水分調整材を混合することを特徴とする請求項１に記載の堆肥の製造方法。
【請求項３】
ペーパースラッジ炭化物を家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物に混入し、堆肥化するために用いることを特徴とするペーパースラッジ炭化物の使用方法。
【請求項４】
前記ペーパースラッジ炭化物を水分調整材と共に混合することを特徴とする請求項３に記載のペーパースラッジ炭化物の使用方法。
【請求項５】
家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物にペーパースラッジ炭化物を混合し、腐熟化したことを特徴とする堆肥。
【請求項６】
前記家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物に前記ペーパースラッジ炭化物と共に水分調整材）を混合し、堆肥化したことを特徴とする請求項５に記載の堆肥。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペーパースラッジ炭化物（ＰＳＣ）を水分調整材並びに堆肥化促進材として家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物に混入し、腐熟化して得られる堆肥、その堆肥の製造方法及び堆肥を製造するためのペーパースラッジ炭化物の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平成１１年１１月１日に「家畜排泄物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」が施行された。この背景としては、農家一戸当たりの家畜飼養頭数の増加にともない、糞や尿を適切に処理することが困難となり、野積みや素掘りの増加による水質汚染、悪臭、大気汚染物質の揮散などのさまざまな環境汚染に関する問題が出てきたことや、家畜糞尿に由来する窒素肥料の耕地への施用限界量超過の可能性が生じたことが挙げられる。また、作業の簡易化や多頭飼育などを目的に、フリーストール牛舎が広く利用され始めている。フリーストール牛舎から排出される牛糞尿は、敷料などがあまり使用されていないため、水分含量が高く、不浸透性材料で築造された堆肥舎において、従来の牛糞尿のように堆積することができない。さらに、通気性が悪いために堆肥化も進行しない。この水分含量の高い牛糞尿の堆肥化を促進するためには、堆肥化副資材の添加による水分調節と通気確保が必要となる。
【０００３】
一方で近年、化成肥料の投入によって農地の生産性は飛躍的に増大した反面、農産物の一元集荷、加工により作物の収穫物残渣が農地に還元されなくなり、農地における有機物の物質循環が閉塞し、その結果として、地力の減退が問題となっている。失われた地力を補うためには有機物を堆肥などのかたちで施用することが望ましいとされているが、堆肥の発生地である酪農地帯と堆肥が欲しい畑作地帯とが地理的に隔絶されていたり、堆肥自体の取扱性の不都合により、流通およびコストの面から堆肥の移動が制限されてきた。
【０００４】
現在、日本で生産されている年間約８５万トンのトイレットペーパーのうち古紙原料から作られているものは６５％の５５万トンである。この古紙原料には主として上質古紙や牛乳パックが用いられているが、上質古紙には印刷品質を向上させるために無機物（填料）が紙の表面に塗工されており、この填料は多いものでは重量比で３０％以上にもなる。ペーパースラッジ（Ｗａｓｔｅｐａｐｅｒ  Ｓｌｕｄｇｅ。以下、ＰＳと表記する。）は、これら古紙原料からトイレットペーパーを製造する際に発生する無機物と紙の短繊維である。従来ＰＳは、埋め立てや焼却処理されていたが、資源の損失や環境への負荷の問題はもちろん、廃棄物問題の深刻化や最終処分場の確保問題、処理費用問題などが起こってきた。そこで、ＰＳをリサイクル利用するために、粒状炭化物の製造を試みている（特許文献１）。ＰＳ炭化物は、多孔性構造をもつため、高い孔隙率・透水性を有し、かつ保水性にも優れている。さらに、この多孔性構造により、吸着機能を有すると思われる。ＰＳ炭化物の利用法は、農業資材や融雪材として検討されているが、ＰＳは再生紙工場から大量に発生されているため、さらなる用途開発が必要である。
【特許文献１】特許第３３５２０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本件発明者らは、ＰＳ炭化物（ペーパースラッジ炭化物。ＰＳＣと表記する。）の新しい用途として、家畜排泄物へのＰＳＣ混合による堆肥化への影響に着目し、家畜排泄物の適切な堆肥化促進効果、アンモニウム揮散の抑制効果、一般臭気の抑制効果、腐植化促進効果があることを発見した。
【０００６】
本発明はこのような実験結果に根ざしたもので、ＰＳＣを触媒として家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物に混合することによって有機性廃棄物の堆肥化速度を促進できる堆肥の製造方法、当該製造方法によって得られる堆肥、また有機性廃棄物の堆肥化を促進できるＰＳＣの使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明の堆肥の製造方法は、家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物にペーパースラッジ炭化物を混合し、堆肥化することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の堆肥の製造方法において、前記ペーパースラッジ炭化物と共に水分調整材を混合することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明のペーパースラッジ炭化物の使用方法は、ペーパースラッジ炭化物を家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物に混入し、堆肥化するために用いることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３のペーパースラッジ炭化物の使用方法において、前記ペーパースラッジ炭化物を水分調整材と共に混合することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明の堆肥は、家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物にペーパースラッジ炭化物を混合し、堆肥化したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５の堆肥において、前記有機性廃棄物に前記ペーパースラッジ炭化物と共に水分調整材を混合し、積み置きすることによって堆肥化したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の堆肥の製造方法によれば、多孔質のＰＳＣの混入によって家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物の水分調整、脱臭、脱アンモニア作用ができ、当該有機性廃棄物の悪臭を早期に除去ができ、またＰＳＣの含有物質によって腐植化過程を促進できる。
【００１４】
また本発明のペーパースラッジ炭化物の使用方法によれば、ペーパースラッジ炭化物（ＰＳＣ）を家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物に混合することで当該有機性廃棄物の早期の堆肥化が図れる。
【００１５】
また本発明の堆肥によれば、家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物にペーパースラッジ炭化物を混合し、堆肥化する方法によって製造できてその製造過程において有機性廃棄物の悪臭を早期に除去でき、ＰＳＣの含有物質によって腐植化過程の進んだ堆肥が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１７】
［ペーパースラッジ炭化物（ＰＳＣ）について］
ペーパースラッジ炭化物（ＰＳＣ）とは、トイレットペーパー再生紙工場から発生するペーパースラッジ（ＰＳ）を原料として製造を行う粒状炭化物である。リサイクルトイレットペーパーには、古紙原料として主に上質古紙や牛乳パックが使用されている。上質古紙の表面には、紙の不透明度と白色度を高め、さらに平滑度とインクの吸収性を高めて印刷品質を向上させるためにカオリン、タルクおよび炭酸カルシウムなどの無機物（填料）が塗工されている。填料は、トイレットペーパー製造過程において洗い流される。ＰＳは、工場から発生する無機物と紙の短繊維（セルロース）である。ＰＳ発生工程が図１に示してある。
【００１８】
図２、図３に示すように、ＰＳＣは、図１の工程で得られたＰＳを脱水後、強制造粒法により造粒し、得られた造粒物を水分率約１０％以下まで乾燥させ、その後、炭化過程を経て製造される。炭化は連続外燃型炭化炉（高砂工業（株）製）により行われる。炭化によりＰＳＣは多孔性構造をもつ。
【００１９】
ＰＳＣの不燃分中の組成は、古紙原料に含まれる填料に由来するものである。ＰＳ中には、炭酸カルシウム、タルク、およびカオリンの無機物が存在する。一方、図４、図５の表１、表２に示すように、ＰＳＣ中には炭酸カルシウム、タルク、さらにカオリンがスメクタイトなどへの構造変化を生じて存在している。ＰＳＣは、マクロな細孔とミクロな細孔を持ち、比表面積は約１００ｍ2 ／ｇを示す。粒径が数μｍの填料と炭化されたパルプ繊維が形成する空隙に起因するマクロな細孔が多い。また、その空隙率は約８０％である。このため、家畜排泄物、生ゴミのような有機性廃棄物の堆肥化においての通気確保を促進し、さらに堆肥化過程で働くさまざまな微生物の活動拠点になると推察される。
【００２０】
ＰＳＣの安全性については、産業廃棄物としての重金属溶出試験および、重金属の含有率の規制値に十分に適合している。この結果より、ＰＳＣが堆肥肥料中に含まれていても重金属などにより環境を汚染する可能性はないと判断される。
【００２１】
［ＰＳＣのアンモニア吸着容量］
ＰＳＣを粉砕機を用いて微粉砕した粉状ＰＳＣと上記工程で得られた粒状ＰＳＣを試料としてアンモニア吸着容量を測定した。粒状ないし粉状ともにＰＳＣ３ｇを１００ｍｌ容三角フラスコにはかりとり、１ｍｏｌＬ-1酢酸アンモニウム液５０ｍｌを加え、軽く振り混ぜた。２４時間放置後にろ紙を用いてろ過した。ろ過終了後、ＰＳＣに少量の８０％エタノール液を加えて２時間放置し、過剰の酢酸アンモニウムを除去した後にろ過した。ろ過終了後、ＰＳＣに１０％塩化カリウム溶液５０ｍｌを加え、軽く振り混ぜた。２４時間放置し、吸着されているＮＨ4+をＫ+ で交換浸出した後にろ過した。塩化カリウムろ液を１００ｍｌ容メスフラスコに移し定容とし、１ｍｌとって水蒸気蒸留法にてＰＳＣに吸着されていたアンモニウムイオン量を測定した。滴定は２連で行った。アンモニウムイオンの捕集には、４％ホウ酸液を用い、０．０１ｍｏｌＬ-1塩酸で滴定を行った。ブランク試験は、１０％塩化カリウム溶液を２倍希釈した溶液を用いて同様に行った。
【００２２】
この測定結果は図６の表３のようになり、アンモニア吸着容量は、粒状ＰＳＣより粉状ＰＳＣの方が約３倍大きい。これは、粒状ＰＳＣでは全孔隙で十分に吸着できないが、粉状にすることによりＰＳＣのもつミクロ孔隙がより吸着しやすい表面に現れ、アンモニア吸着容量が増加する結果であると思われる。しかし、粒状ないし粉状ＰＳＣともにアンモニア吸着容量は土壌や堆肥などの陽イオン交換容量（ＣＥＣ）などと比較して十分に大きい値である。
【００２３】
［ＰＳＣの重量当たりの水分保持量］
ろ紙を敷いたふるいに５０ｇのＰＳＣを入れ、水中で１時間浸潤させた後に重量を測定し、増加した量をＰＳＣが保持した水分量とした。測定は２連で行った。測定結果からは、ＰＳＣは１ｇ当たり約１．３ｇの水分を保持できることが分かった。このことはＰＳＣが堆肥の水分調節副資材として十分に機能できるものであることを示している。
【００２４】
［腐植化度の測定方法］
糞尿を乾燥させ粉砕機を用いて微粉砕したものを試料とする。試料０．３ｇを遠沈管にはかりとり、０．０２５ｍｏｌＬ-1ピロリン酸ナトリウム溶液３０ｍｌを加えて、１６時間振とうした。振とう終了後、３０００ｒｐｍで２０分間遠心分離し、ろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ，Ｎｏ．６）を用いて上澄み液をろ過した後、ろ液を採取した。ろ液はメンブランフィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣ，０．４５μｍ）を用いて限外ろ過した。ろ液を５倍に希釈し、分光光度計を用いて、抽出された腐植物質の波長５５０ｎｍの吸光度を測定した。測定値を１００倍したものを糞尿乾物当たりの腐植化度とした。
【００２５】
［堆肥の製造：実験例（１）］
フリーストール牛舎より排出された糞尿に対して堆肥化副資材としてＰＳＣを利用する。実験では、図７に示すように、フリーストール牛舎より排出された糞尿を単独で積み置く試験区Ｉ、同じ糞尿にＰＳＣを所定割合だけ混入して積み置く試験区II、同じ糞尿にエコカールマット（ＥＣＭ）を所定割合だけ混入して積み置く試験区III、同じ糞尿にＰＳＣとＥＣＭとを共に所定割合だけ混入して積み置く試験区IVを準備し、２００３年５月２７日〜７月２１日の８週間、各試験区共に１回／週の切り返しを行う管理条件で堆肥化実験を行った。ただし、ＥＣＭは、カラマツおよびトドマツ間伐材を薄くスライスした敷料である。
【００２６】
実験結果は、図７の表４、図８及び図９の写真に示すものであった。また、各試験区の温度変化、水分率変化、臭気を継続的に観測したが、その結果は図１０及び図１１のグラフ、また図１２に示すものであった。
【００２７】
牛糞単独の対照区である試験区Ｉでは、温度上昇が全く認められず、形状や臭気などから発酵が進んでいる兆候は見られない。しかも、強烈な腐敗臭（硫化水素などの一般臭気）とアンモニア臭が続いた。
【００２８】
ＰＳＣを糞尿に混入した試験区IIでは、試験開始直後から試験区Ｉよりもわずかに温度上昇が起こり、しかも時間が経過と共に継続的に温度上昇傾向が見られ、試験終了時には約４５℃まで温度上昇した。発酵が進んでいるためにアンモニア臭はあるが、腐敗臭は全く感じられなかった。
【００２９】
ＥＣＭだけを糞尿に混入した試験区IIIでは、試験開始から１週間後までに約６０℃まで温度上昇し、発酵が速やかに始まった。そして試験開始から３週間後には温度上昇がピーク（７４℃）に達し、その後は温度が低下し７〜８週目には４０℃以下にまで低下した。発酵後には牛糞臭が消え、いわゆる木の臭いとなった。
【００３０】
ＰＳＣとＥＣＭとを共に糞尿に混入した試験区IVでは、試験区IIIの場合と同様に試験開始から１週間後には約６０℃まで温度上昇し、発酵が速やかに始まった。そして試験開始から３週間後には温度がピーク（７６℃）に達し、４週目でも７０℃以上を維持し、８週目でも４０℃以上であった。糞尿臭は早い段階で消え、いわゆる「腐葉土の臭い」となった。試験区ＩＩＩと比較して明らかに黒色化しており、ＥＣＭも黒色化していた。しかしながら、ＰＳＣの粒子は崩壊していない。このことから、カーボンによる着色ではなく、有機物が腐植化しているものと推測できる。
【００３１】
以上の実験結果から、ＰＳＣ単独での発酵促進（温度上昇）効果は低いが、腐植化（黒色化）促進効果と臭気抑制効果が顕著である。ＥＣＭは水分７６％においても温度の速やかな上昇がみられ、発酵促進効果は極めて高いが、発酵温度の急激な低下が見られ、腐熟化ないし腐植化は遅いと考えられる。そして、ＰＳＣとＥＣＭを組み合わせれば、より短期間で発酵し、腐熟化、腐植化し、安定した堆肥生産が見込まれることが判明した。
【００３２】
［堆肥の製造：実験例（２）］
ＰＳＣとＥＣＭとの組み合わせによる堆肥化促進効果と臭気抑制効果、発酵が速やかに起る限界水分条件などを明らかにすることを目的に、図１４の表５に示すように、ＰＳＣの添加量を５％に固定し、ＥＣＭの配合量を変動させて実験を行った。試験期間は２００３年７月２８日〜９月２２日の８週間であり、管理条件は１回／週の切り返しであった。
【００３３】
ＥＣＭはリサイクル（戻し堆肥）され、敷料として数回利用された後、堆肥となるものであり、乳牛農家ではフリーストール牛舎からの水分率の高い糞尿の水分調整に使用済みのＥＣＭや麦稈、稲わらを利用することが可能である。そこでＰＳＣとＥＣＭを混合して糞尿に添加することによって、実験例（２）に示すように糞尿を急速に堆肥化し、さらに短期間に腐熟化、腐植化が起り、良質で均一な堆肥を製造することができることが判明した。なお、ここで製造した堆肥は、有機栽培農家、施設農業などに積極的に使うことができ、資源循環システムを完結させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一般的なペーパースラッジ（ＰＳ）に製造工程の説明図。
【図２】本発明の堆肥の製造方法に使用するペーパースラッジ炭化物（ＰＳＣ）をＰＳから製造する工程の説明図。
【図３】上記のＰＳからＰＳＣを製造するまでの各工程での生成物の写真。
【図４】上記の工程で得られたＰＳＣの組成を示す表１。
【図５】上記の工程で得られたＰＳＣの物性を示す表２。
【図６】上記の工程で得られる粒状のＰＳＣとそれを粉砕した粉状のＰＳＣとのアンモニア吸着容量を示す表３。
【図７】本発明の１つの実施の形態の堆肥の製造方法を使用して糞尿を堆肥化させる実験例（１）において、各試験区に用意した糞尿、糞尿とＰＳＣとの混合物、糞尿とＥＣＭとの混合物、糞尿とＰＳＣとＥＣＭとの混合物の混合比と、最終状況での水分含量の測定結果の表４。
【図８】上記の実験例（１）の糞尿、糞尿とＰＳＣとの混合物、糞尿とＥＣＭとの混合物、糞尿とＰＳＣとＥＣＭとの混合物それぞれの経時変化を示す写真。
【図９】上記の実験例（１）による糞尿、糞尿とＰＳＣとの混合物、糞尿とＥＣＭとの混合物、糞尿とＰＳＣとＥＣＭとの混合物それぞれの最終状態を示す写真。
【図１０】上記の実験例（１）における糞尿、糞尿とＰＳＣとの混合物、糞尿とＥＣＭとの混合物、糞尿とＰＳＣとＥＣＭとの混合物それぞれの温度変化のグラフ。
【図１１】上記の実験例（１）における糞尿、糞尿とＰＳＣとの混合物、糞尿とＥＣＭとの混合物、糞尿とＰＳＣとＥＣＭとの混合物それぞれの水分変化のグラフ。
【図１２】上記の実験例（１）における糞尿、糞尿とＰＳＣとの混合物、糞尿とＥＣＭとの混合物、糞尿とＰＳＣとＥＣＭとの混合物それぞれの試験終了時の臭気状況のグラフ。
【図１３】上記の実験例（１）における試験区Ｉと試験区IIの試験終了時の観察対象物の状態を示す写真。
【図１４】上記の実施の形態の堆肥の製造方法を使用して糞尿を堆肥化させる実験例（２）において、各試験区に用意した糞尿、糞尿とＰＳＣとの混合物、糞尿とＥＣＭとの混合物、糞尿とＰＳＣとＥＣＭとの混合物の混合比と、最終状況での水分含量の測定結果の表５。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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