(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽の上部に吸着槽を配置した処理槽を使用し、前記反応槽においてアルミ鉱さいと水とを反応させることによりアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気を発生し、前記吸着槽において、前記反応槽より上昇してきたアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気を、公共施設、街路樹又は一般家庭にて伐採された枝、根、草等の伐採樹のチップに吸着させ、微生物によって硝酸態窒素として固定し、その後、醗酵させることをことを特徴とする堆肥系土壌改良剤の製造方法。
【請求項２】
請求項１の堆肥系土壌改良剤の製造方法において、アンモニアガスを、公共施設、街路樹又は一般家庭にて伐採された枝、根、草等の伐採樹のチップに吸着させた状態で微生物によって固定した後、前記反応槽残留している、窒化アルミが充分分解され無害化が確認されたアルミ鉱滓を、前記硝酸態窒素が固定された伐採チップと混合し、その後、醗酵させることをことを特徴とする堆肥系土壌改良剤の製造方法。
【請求項３】
請求項２の堆肥系土壌改良剤の製造方法において、アルミ鉱さいに含有されている金属及び酸化金属を金属アミノ酸及び植物添加元素として活用することを特徴とする堆肥系土壌改良剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は堆肥系土壌改良材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、堆肥系土壌改良材の製造方法としては数多くのものが存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年において、廃棄物の処理は世界的に重要課題であり、国内においてもリサイクル意識が定着しつつある。
【０００４】
しかし、現状では、公共施設、街路樹又は一般家庭にて伐採された枝、葉、草等（以下「伐採樹」と記す）の廃棄物は、減量化目的のため焼却処理が大半であり、地球規模で問題となっている、温暖化の原因となる二酸化炭素の発生や猛毒化合物であるダイオキシンの生成に基づく公害の発生が懸念されている。
【０００５】
この発明の課題は、前記した伐採樹の焼却処理に基づく公害の発生の懸念を解消するために、前記伐採樹を有効利用した新規な堆肥系土壌改良材の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る堆肥系土壌改良材の製造方法においては、反応槽の上部に吸着槽を配置した処理槽を使用し、前記反応槽においてアルミ鉱さいと水とを反応させることによりアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気を発生し、前記吸着槽において、前記反応槽より上昇してきたアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気を、公共施設、街路樹又は一般家庭にて伐採された枝、根、草等の伐採樹のチップに吸着させ、微生物によって硝酸態窒素として固定し、その後、醗酵させるものである。
【０００８】
なお、この場合、アンモニアガスを、公共施設、街路樹又は一般家庭にて伐採された枝、根、草等の伐採樹のチップに吸着させた状態で微生物によって固定した後、前記反応槽残留している、窒化アルミが充分分解され無害化が確認されたアルミ鉱滓を、前記硝酸態窒素が固定された伐採チップと混合し、その後、醗酵させることもできる。
【０００９】
また、アルミ鉱さいに含有されている金属及び酸化金属を金属アミノ酸及び植物添加元素として活用すれば、アルミ鉱滓をミネラル源として有効利用することができる。
【００１０】
【実施の態様】
この発明における堆肥系土壌改良材の製造方法において、伐採樹はアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気の吸着性および微生物の繁殖性を高めるためにチップ状にシュレッタリングする。この際、細かくすればするほど伐採樹の表面積が大きくなりアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気の吸着性および微生物の繁殖性は高まる。
【００１１】
また、全ての有機物、例えば、材木などの加工屑又は切れ端等は前記伐採樹と混合することによりアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気の吸着分解媒体として使用することができる。
【００１２】
伐採チップ（伐採樹をチップ化したもの）の表面の水に、アルミニウム鉱滓の窒化アルミが水との分解反応（下記の反応式Ｉを参照のこと）において発生したアンモニアガスが溶け込み、アンモニア水として吸着される。
【００１３】
ＡｌＮ＋３Ｈ2 Ｏ  →  Ａｌ（ＯＨ）3 ＋ＮＨ3   …… I
１．５５９Ｎｍ3 ／Ｎ−Ｋｇ／ＮＨ3 発生
【００１４】
また、水との発熱分解反応（下記の反応式IIを参照のこと）によってアンモニア水として発生したアンモニア蒸気はそのまま前記伐採チップの表面吸着される。
【００１５】
２ＮＨ3 ＋２Ｈ2 Ｏ  →  ２ＮＨ4 ＯＨ＋Ｈ2   …… II
【００１６】
このときの窒化アルミニウム分解反応熱は発熱反応（下記の反応式III を参照のこと）であり、この熱は、微生物の培養繁殖促進に必要不可欠である。
【００１７】
ＡｌＮ＋３Ｈ2 Ｏ  →  Ａｌ（ＯＨ）3 ＋ＮＨ3 ＋138.42Kcal/Ng …III
【００１８】
なお、一般的な伐採直後の伐採樹チップの水分含有率は通常７０重量パーセントである。
【００１９】
伐採チップに吸着させたアンニモア水を亜硝酸菌、硝酸化成菌等の窒素固定菌を利用して硝酸態窒素として固定されるが（下記の反応式IV,Vを参照のこと）、一部は酵母菌によって蛋白質となる。
【００２０】
ＮＨ4   →  ＮＯ2 （亜硝酸菌の働き）  …  IV
ＮＯ2   →  ＮＯ3 （硝酸化成菌の働き）…  V
【００２１】
図１は上記の反応を行うための装置Ｍであり、この装置Ｍは上部に開口11を有する鉄製の処理槽10を有する。この処理槽10は略中間部で網状格子20によって、下側を反応槽30、上側を吸着槽40とに仕切られている。前記網状格子20と処理槽10との連結部はゴムパッキン等によって気密処理がされている。なお、前記処理槽10の開口11は蓋態12が着脱可能に設置されている。
【００２２】
そして、下側の反応槽30ではアルミ鉱滓と水とを混合させることにより、アルミ鉱滓中の窒化アルミと水とを反応させ分解熱を発生させながらアンモニアガスを発生させる。このとき、アルミ鉱滓の固結を防止するために、伐採チップおよびおが粉を混合しておくと後工程において、高硝酸態窒素含有伐採チップとの混合がしやすくなる。
【００２３】
一方、前記上側の吸着槽40には、亜硝酸菌、硝酸化成菌等の窒素固定菌を混合した伐採チップを詰められている。下側の反応槽30で発生したアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気は、上昇してこの吸着槽40における前記伐採チップに吸着され、亜硝酸菌、硝酸化成菌等の窒素固定菌の作用によって硝酸態窒素として固定される。なお、前記反応槽20における窒化アルミ分解熱は、微生物の培養繁殖を促進するために使用される。
【００２４】
前記反応槽20のアルミ鉱滓中の窒化アルミが充分分解され無害化が確認された時点で、反応槽20に残留しているアルミ鉱滓を吸着槽40の伐採チップ（硝酸態窒素を含んでいる）と混合し、発酵槽又は発酵スパンで完熟発酵し、堆肥を生成する。自然放置によって完熟発酵させるには、最低１年以上掛かるが、微生物（主として酵母菌）を使用しているため３週間から４週間で完熟発酵させ堆肥を得ることができる。この場合、水分調整を行い常時空気を送りながら攪拌し、温度を適正に管理することによって、４週間以内で、アルミ鉱滓中の金属ミネラルを含んだ堆肥としても充分効果が得られる堆肥系土壌改良材の製造が可能となる。
【００２５】
アルミ鉱滓中の金属および酸化金属の効果としては、文献等によって周知であるが、土壌中の微生物の作用によって、アルミニウムは土の団粒化を促進させ水はけを向上させる団粒化促進剤となり、亜鉛は成育調整剤となり、銅はアミノ酸交換剤でなり、マンガンは酵素元素であり、鉄はエネルギー元素で葉緑素の形成と機能に重要であり、マグネシウムは糖分形成、他の栄養素の吸収調整、脂肪分の形成促進のために必要となる。
【００２６】
このように、両廃棄物をこの発明の製造工程において組み合わせ中間処理加工をすることにより、伐採樹の焼却処理が不要となるため、従来焼却によって発生した二酸化炭素の発生は防止され、ひいては、地球の温暖化を防止することができるとともに、従来伐採樹の焼却によって発生した猛毒化合物であるダイオキシンの生成を防止することができ、且つ、アルミ鉱滓においてもガス抜き処理工程からの環境悪化における二次公害の発生させることなく、無公害で安全に土へ還元し両廃棄物の成分を最大限に活用した堆肥系土壌改良材の製造が可能となり、地球環境の維持と地域社会に貢献する資源活用としての循環型リサイクルが可能となる。
【００２７】
なお、前記処理槽10を使用する代わりに、コンクリート材及び仕切材で仕切られた処理スパンでアルミ鉱滓の無害化およびアンモニアの分解処理をした場合には、アルミ鉱滓無害化槽から伐採チップのアンモニア吸着分解槽への窒化アルミ分解熱の伝わりがよいため微生物の活動が活発になり、反応は促進される。
【００２８】
【実施例】
(製造装置)
処理槽における反応槽および吸着槽の容積は双方とも約２ｍ3 のものを使用した。
【００２９】
反応槽に収容するアンモニア発生試料として、アルミ鉱滓４００Ｋｇ、伐採チップ２００Ｋｇ、水４００Ｋｇを配合したものを使用した。この時の伐採チップの配合目的はアルミ鉱滓の固結防止である。なお、アルミ鉱滓の成分は表１の通りである。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
また、吸着槽に収容するアンモニア吸着試料として、伐採樹を３０ｍｍ角以下にチップ化した伐採チップを６００Ｋｇと亜硝酸菌および硝酸化成菌を培養繁殖させたオガ粉を２００Ｋｇを混合配合したものを使用した。
【００３２】
このときの容積比として、アンモニア発生試料の３倍量がアンモニア吸着試料の厚みであった。
【００３３】
（アンニモニアガスの発生及び吸着結果)
表２および表３に示すように、前記処理槽をセットして１時間後には、反応槽の温度も上昇し、アンモニアガスの検知は1.000 ppm 以上となっており、アルミ鉱滓中の窒化アルミの分解が認められる。その後、分解熱は高まり約12時間でピークに達した。
【００３４】
その間、反応槽では可なりのアンモニアガス及びアンモニアの水蒸気が発生していたが、吸着槽のアンモニアガス検知口では、アルミ鉱滓中の窒化アルミの分解及び無害化が終了するまでアンモニアガスの検知はなく水蒸気も確認されず吸着槽の伐採チップがアンモニアガスおよびアンモニアの水蒸気を吸着していることが確認された。
【００３５】
なお、Ｎ分解値からの逆算値で計算上のアンモニアガス発生量は22．26ｍ3 であった。
【００３６】
【表２】
（測定集計表１）
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【００３７】
（アンモニア分解においての微生物の活性効果）
・反応槽の温度上昇とともに吸着槽の伐採チップの温度が急激に全体的に上昇しており、微生物が活発に活動している発酵熱が確認され、窒化アルミ分解熱は微生物の初期活動を活発に働かせるには必要である。
【００３８】
・ＰＨは、６．５から９．５まで上がり時間の経過とともに下がっている（アンモニア態窒素および硝酸態窒素の分析結果を参照のこと）。このことより、吸着されたアンモニア水が微生物によって硝酸態窒素となっていることが明らかである。
【００３９】
前記、処理槽にて７日反応させた後、反応槽と吸着槽の各々の試料を混合し、発酵促進剤として米糠を配合し発酵槽に移し換える。このときのアルミ鉱滓中の窒化アルミは、１０．５重量パーセントから０．３重量パーセントに下がっていた（表１を参照のこと）。
【００４０】
反応槽におけるアルミ鉱滓無害化処理後の試料の有害成分溶出試験を行った結果、表４に示すように有害元素の溶出はなくアンモニアガスの発生もないため無害化は完了していると判断される。
【００４１】
【表３】
（溶出試験分析結果）
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【００４２】
次に、発酵工程について説明する。
【００４３】
発酵工程については、常時空気をポンプで送り、日に１〜２回攪拌することにおいて微生物が活発に働き３週間程度６０〜８０°Ｃの温度を保ちながら発酵が進む（表４を参照のこと）。混合して４週間たったものは、伐採チップは細かく色も黒褐色でＣ／Ｎ（窒素分の炭素分）も１０以下になり、完熟発酵は完了している。
【００４４】
【表４】
（測定集計表２）
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【００４５】
この一連の作業において製造した堆肥系土壌改良材の植物に対する効果を調べるために、ナス、いんげん豆、オクラ、ニンジンで植物栽培試験を行った。散布量は、堆肥系土壌改良材（この発明に係るもの）１，０００Ｋｇを約１，０００ｍ2 に均一に散布し通りを分け各植物を植えた。また、となりの畑で堆肥系土壌改良材（この発明に係るもの）を含まない鶏糞発酵有機肥料を与えた植物との比較を行った。
【００４６】
植物全般的には、有機系肥料と比べ堆肥系土壌改良材（この発明に係るもの）を散布した畑の野菜は葉の色が濃く窒素の含有が高いことが明らかに確認でき、すべての野菜は順調に生育をし肥料害等は認められなかった。
【００４７】
また、アルミ鉱滓中の金属及び酸化金属は、前記したように、土壌中の微生物の働きによって、アルミニウムは、土壌の粒子を結合させ水はけを良くする団粒促進材となります。また、茶木等の植物には土壌中の栄養素を葉に運ぶ媒体となる必要金属であり、アルミニウムが有ることにおいて根が大きく長くなり、その結果、栄養素の高い茶木が育つものである。亜鉛は成育調整体であり、亜鉛が欠乏すると葉に斑線や斑点が出て、発育が阻害されたり、全ての植物において緑色で節部が短く葉脈の小さくなった斑葉がでるものである。銅はアミノ酸交換材であり、アミノ酸を蛋白質に変える工程におけるチロシンキーゼ、ポリフェナルオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、サイトクロムオキシダーゼ等の酵素システムでパートナー的働きをしたり、葉緑素形成の働きをする。マンガンは酵素元素であり、植物内のＦｅ+++ をＦｅ++へ変化させる還元剤として機能したり、葉緑素の合成を助けたり、光合成と硝酸塩の同化作用において機能するものである。また、糖質酵素の形成を活発化させたり、光合成においての二酸化炭素の同化作用に重要である。鉄は葉緑素の形成と機能に重要であり、また、植物体内のエネルギーの移動を活性化したり、蛋白質の形成に役立つ。マグネシウムは、葉緑素の重要栄養素であり、糖分の形成に必要である。また、他の栄養素の吸収を調整したり、燐酸移動の役目をしたり脂肪分の形成を増進させる。
【００４８】
このような見地からも、無害化アルミ鉱滓の配合の必要性は確認される。
【００４９】
【発明の効果】
この発明に係る堆肥系土壌改良材の製造方法は、反応槽の上部に吸着槽を配置した処理槽を使用し、前記反応槽においてアルミ鉱さいと水とを反応させることによりアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気を発生し、前記吸着槽において、前記反応槽より上昇してきたアンモニアガスおよびアンモニア水蒸気を、公共施設、街路樹又は一般家庭にて伐採された枝、根、草等の伐採樹のチップに吸着させ、微生物によって硝酸態窒素として固定し、その後、醗酵させるものであるため、
アンモニアガスおよびアンモニア水蒸気を伐採樹のチップに吸着させやすく、また、反応槽におけるアルミ鉱さいの窒化アルミ分解熱を前記微生物の培養繁殖に利用することができ、更に、従来公害の発生源であった伐採樹を有効利用することができるものである。
【００５０】
よって、この堆肥系土壌改良材の製造方法を使用すれば、新規な堆肥系土壌改良材を簡易な方法で提供することができるとともに従来発生した伐採樹の焼却処理に基づく公害およびアルミ鉱滓を処理する際に発生する公害（アンモニアガス等の大気中への放出、急激な分解発熱反応により粉塵の飛散）を防止することができるものである。
このように、両廃棄物をこの発明の製造工程において組み合わせ中間処理加工をすることにより、伐採樹の焼却処理が不要となるため、従来焼却によって発生した二酸化炭素の発生は防止され、ひいては、地球の温暖化を防止することができるとともに、従来伐採樹の焼却によって発生した猛毒化合物であるダイオキシンの生成を防止することができ、且つ、アルミ鉱滓においてもガス抜き処理工程からの環境悪化における二次公害の発生させることなく、無公害で安全に土へ還元し両廃棄物の成分を最大限に活用した堆肥系土壌改良材の製造が可能となり、地球環境の維持と地域社会に貢献する資源活用としての循環型リサイクルが可能となる。
【００５１】
なお、この場合、アンモニアガスを、公共施設、街路樹又は一般家庭にて伐採された枝、根、草等の伐採樹のチップに吸着させた状態で微生物によって固定した後、前記反応槽残留している、窒化アルミが充分分解され無害化が確認されたアルミ鉱滓を、前記硝酸態窒素が固定された伐採チップと混合し、その後、醗酵させれば、アルミ鉱滓中の金属が含まれるため、この金属の効果として、土壌中の微生物の作用によって、アルミニウムは土の団粒化を促進させ水はけを向上させる団粒化促進剤となり、亜鉛は成育調整剤となり、銅はアミノ酸交換剤でなり、マンガンは酵素元素であり、鉄はエネルギー元素で葉緑素の形成と機能に重要であり、マグネシウムは糖分形成、他の栄養素の吸収調整、脂肪分の形成促進のために必要となる。
【００５２】
また、アルミ鉱さいに含有されている金属及び酸化金属を金属アミノ酸及び植物添加元素として活用すれば、アルミ鉱滓をミネラル源として有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る堆肥系土壌改良材の製造に使用する装置の断面図である。
【符号の説明】
Ｍ  …  堆肥系土壌改良材の製造に使用する装置
10  …  処理槽
30  …  反応槽
40  …  吸着槽
【図１】
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