第64回(2020年度) 北海道開発技術研究発表会論文

環境保全型かんがい排水事業における肥培施設整備に伴う臭気軽減効果について
釧路開発建設部 根室農業事務所○関本 幸一作井 祐介
山本 康仁

国営環境保全型かんがい排水事業では、地域環境への負荷軽減等を目的とし、家畜ふん尿の適正な利活用を図る肥培かんがい施設を中心に整備を進めている。施設導入後の効果として、臭気の軽減は、受益者のみならず地域住民の期待も大きい。しかし、肥培かんがい施設で処理しているふん尿に水を混ぜたスラリーの臭気を定量的に評価している報告は少ない。
そこで、肥培かんがい施設のふん尿処理過程における臭気原因物質の特定と、各段階における臭気の変動調査を実施した。また、簡便に臭気軽減効果を計測できる方法について分析を行った。
キーワード：環境保全型かんがい排水事業、肥培かんがい、臭気、事業効果

1. はじめに階において重要となる要因について分析・検討を行った。

我が国を代表する大規模酪農地帯である別海町や根室市では、乳用牛の多頭化飼育に伴い、粗飼料の生産不足や家畜ふん尿の処理に多大な労力を要して

2. 肥培かんがい施設の概要いる。家畜ふん尿は適切な管理を怠ると水質汚染や悪臭といった環境問題の要因となるが、適切な処理現在整備が進められている肥培かんがい施設の概を行うことで肥料として活用可能であり、有用な地要を図-1に示す。牛舎から排出されたふん尿は、流入域資源となる。そのため、国営環境保全型かんがい口、調整槽で処理され、配水調整槽で貯留される。

排水事業において、酪農が及ぼす地域への環境負荷

流入口は牛舎から排出されたふん尿を3倍程度に希釈の低減や粗飼料の増収を図ることを目的とし、家畜（ふん尿：水＝1：2）し、ふん尿の輸送性の確保と攪ふん尿の有効かつ適正な利用を図る肥培かんがい施

拌調整を行う施設である。調整槽は流入口から移送設の整備を推進している。

されたスラリーを発酵調整し、腐熟させるための施

これまで肥培かんがい施設整備による様々な効果設で、スラリーを曝気・攪拌するための機器が設置を検証している。その中の臭気軽減に関する調査でされている。配水調整槽はスラリーを非散布期間には、従来散布していた未調整スラリーに比べ、施設貯留しておくための施設である。

で処理したスラリーを牧草地に散布することで、臭気の軽減効果が示唆されている1)。
しかし、肥培かんがい施設の処理過程における臭気の変動を定量的に評価することは、ほとんど行われていない。適切な施設の運営と活用を推進していく上で、臭気が軽減していく過程を定量的に把握することは重要であると考える。そこで本報では、肥培かんがい施設が持つ臭気軽減効果と今後の管理に資する知見を得ることを目的とし、肥培かんがい施設のふん尿処理過程における臭気の変動調査を実施した。また、臭気軽減に寄与が大きいふん尿処理段
SEKIMOTO Koichi、 SAKUI Yusuke、 YAMAMOTO Yasuhito.
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図-1 肥培かんがい施設概要

3. 調査方法(4)測定方法
臭気センサーによる臭気計測は次の手順で行った。

(1)調査対象①1L程度採取した試料のうち、20mlをその場（現地）調査は事業実施区域である別海北部地区及び根室で1,000mlポリビンに封入する。

地区内に位置する牧場を対象とした。施設導入によ②ポリビンを30秒間振とうする。

る臭気の変動特性を把握するため、肥培かんがい施③振とう直後にヘッドスペース中に発生した臭気を設導入前のA牧場とB牧場の2戸と、肥培かんがい施設臭気センサーで速やかに測定する。

が導入されているC牧場とD牧場の2戸、計4戸を対象とした。

アンモニア、メチルメルカプタン、硫化水素、アミン類、カルボン酸類の5項目の計測は次の手順で行なった。

(2)試料採取箇所④①において採取した試料から再度、20mlを1,000mlポ

肥培かんがい施設導入前のA牧場及びB牧場では、リビンに封入する。

牛舎と貯留槽の2箇所から試料を採取した。肥培かん⑤ポリビンを30秒間振とうする。

がい施設が導入されているC牧場及びD牧場では、牛⑥振とう直後にヘッドスペース中に発生した臭気を舎、流入口、調整槽、配水調整槽の4箇所から試料を検知管式気体測定器及び検知管で速やかに測定す採取し、基本的な性状及び臭気に関する分析を行っる。

た。
(3)測定項目

4. 調査結果

携帯型臭気センサー（新コスモス電機株式会社：XP-329IIIR）を用いて臭気を測定した。このセンサー(1)試料の性状は臭気の強弱を感知し相対値として評価するもので採取した試料の基本的な性状を表-2に示す。

ある。

液温は試料の採取直後の温度を示し、スラリーのまた、今回計測に用いた臭気センサー値と特定の腐熟指標として活用される。本地域ではこれまでの悪臭物質の関係性を把握するため、悪臭防止法にお調査結果から液温30℃以上が腐熟に達しているとされいて畜産に関係した特定悪臭物質に含まれ、簡易計ており、C牧場及びD牧場の調整槽スラリーが指標を測が可能なアンモニア、メチルメルカプタン、硫化満たしていた。一方、A牧場とB牧場の貯留槽スラリ

水素、アミン類（トリメチルアミン）、カルボン酸

ーでは液温の腐熟指標を満たしておらず、生ふん尿類（プロピオン酸及びイソ吉草酸）の5項目について、検知管を用いて測定した。測定機器には検知管（株に近い状態であった。
TS濃度はふん尿及びスラリー中に含まれる固形物式会社ガステック）及び検知管式気体測定器（株式の割合を表し、数値が高いほど固形物が多く含まれ会社ガステック：GV-100型）を使用した。ていることを示す。牛舎生ふん尿は各牧場により数用いた臭気センサー及び検知管の測定範囲、検知限度に関しては表-1のとおりである。検知限度を下回値に多少の差異があるものの、一般的な濃度であった。

る濃度であった場合は未検出とした。
表-2 試料の性状

表-1 用いた検知管、臭気センサーの測定範囲、検知限度
測定対象気体名
検知管名 測定範囲
3L
0.5ppm～ 78ppm
アンモニア710.25ppm～ 140ppm
メチルメルカプタン
4LT0.05ppm～ 4.0ppm
4L1ppm～ 240ppm
硫化水素
4H10ppm～ 4000ppm
180L0.25ppm～ 5ppm
アミン類180
3.5ppm～ 70ppm
813ppm～ 75ppm
カルボン酸類―
0～ 2,000
臭気センサー

状況

検知限度
0.2ppm
0.1ppm0.01ppm
0.2ppm2ppm
0.1ppm
0.5ppm
0.2ppm
―

牧場

採取箇所

牛舎
地下貯留槽
牛舎
B牧場
ｽﾗﾘｰｽﾄｱ
牛舎
流入口
C牧場
調整槽
施設
配水調整槽
導入後
牛舎
流入口
D牧場
調整槽
配水調整槽
施設
導入前

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－ 247 －A牧場

試料
牛舎生ふん尿貯留槽スラリー

牛舎生ふん尿貯留槽スラリー

牛舎生ふん尿流入口スラリー
調整槽スラリー
配水調整槽スラリー

牛舎生ふん尿流入口スラリー
調整槽スラリー
配水調整槽スラリー

採取日
9/10
9/10
9/23
9/23
9/109/109/109/109/239/239/239/23

液温 TS濃度℃％
23.314.423.1
9.1
16.5
13.1
19.1
8.724.1
9.5
23.15.438.6
5.922.5
2.4
19.7
10.2
21.9
6.1
32.5
5.1
22.81.2

(2)臭気測定結果

は、アンモニアとアミン類の関係性が低く、硫化水臭気の測定結果を表-3に示す。いずれの試料からも素と強い関係性がみられたことから、今回計測したアンモニアと硫化水素が検出され、濃度はそれぞれ1ふん尿及びスラリーの臭気主成分は硫化水素である～14ppm、20～400ppmであった。アミン類は12試料中11試料から検出され、濃度は1.5～60ppmであった。メと推測される。よって、スラリー調整過程で硫化水

チルメルカプタンは9試料で未検出、カルボン酸類はいかと考えられる。

素を減少させることが臭気軽減につながるのではな全ての試料で未検出であった。未検出の数が多いメ
チルメルカプタン及びカルボン酸類に関しては、臭気に対する影響が少ないとみなし、考察から除外することとする。
ふん尿処理過程における臭気センサー値を図-2に示す。施設導入前では貯留槽スラリーで最も高い値を示し、施設導入後では流入口スラリーで最も高い値を示していた。

表-3 臭気測定結果状 牧
況 場

試料ｱﾝﾓﾆｱppm

ﾒﾁﾙﾒﾙ
ｶﾌﾟﾀﾝppm

硫化水素ppm

ｱﾐﾝ類ppm

ｶﾙﾎﾞﾝ酸類
ｾﾝｻｰ値ppm

施
牛舎生ふん 尿A設
貯留槽スラリー
導入 B 牛舎生ふん 尿貯留槽スラリー
前

30.5

4024

未 検出

780

9未検出

400

40

未 検出

1,700

2未検出

201.5

未 検出

630

48010

未 検出

1,180

牛舎生ふん 尿3未検出
4.02505

未 検出

1,660

流入口スラリー1未検出160

未 検出

1,650

調整槽スラリー

10未検出

80

未検出
55

未 検出

1,050

配水調整槽スラリー

6未検出

7040

未 検出

930

牛舎生ふん 尿

28

未 検出

1,150

流入口スラリー4未検出
2.0

130400

18

未 検出

1,950

調整槽スラリー

12未検出

6060

未 検出

1,000

臭気センサー値が高い。その理由としては、長期的配水調整槽スラリー

14未検出

2040

未 検出

670

な嫌気状態での貯留が原因と考えられる。一般的に

施
設
導入
後

C

D

図-3 臭気センサー値と各検知管測定値の関係(2)臭気変化の要因
図-2 より、施設導入前のスラリーは生ふん尿に比べ嫌気条件下では嫌気性微生物の働きにより硫化水素をはじめとする悪臭物質が生成されるため 2)、臭気が増大したと考えられる。
施設導入後において、流入口スラリーの臭気センサー値が最も高くなった要因には、希釈によりスラリーの流動性が高まり、一時的に硫化水素が放出しやすくなったことが考えられる。
施設導入後において、流入口から調整槽による処理過程で臭気が大きく減少している。この要因には曝気・攪拌処理により、スラリーの好気性発酵が促進されたことが挙げられる。堆肥化処理で知られる

図-2 スラリーの調整過程における臭気の変動

好気性発酵では、ふん尿中の栄養物が炭酸ガス、水、硝酸塩、硫酸塩などの無臭物質まで分解される。肥
培かんがい施設の調整槽でも曝気・攪拌処理により

5. 考察

好気条件が再現されており、スラリーの臭気低減につながっていると考えられる。

(1)臭気センサーと臭気物質との関係性
今回計測したふん尿及びスラリーの臭気主成分を特定するため、臭気センサー値と各検知管測定値(3)スラリーの液温と臭気の関係性（アンモニア、硫化水素、アミン類）の関係性を図-3

現在、調整槽におけるスラリーの腐熟指標には液に示す。臭気センサー値と各検知管測定値の関係で温（30℃以上）が用いられている。基準となっている

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液温と臭気センサー値の関係性を把握できれば、評価の簡素化等につながると考えられる。そこで、過去の計測結果も活用し、調整槽スラリーの液温と臭気センサー値から臭気低減効果の関係性を検証した。
調整槽スラリーの液温と臭気センサー値を表-4 に示す。調整槽スラリーの液温は 17.1～38.6℃であり、腐熟指標（液温 30℃以上）を満たしていたのが 8検体中6 検体であった。また、臭気相対値（牛舎生ふん尿の臭気センサー値を 100 とした時の調整槽スラリー臭気センサー値の相対値）は 34～160 であり、臭気が減少

図-4 調整槽スラリー液温と臭気相対値

した牧場と増大した牧場に分かれた。このうち臭気が減少した牧場は腐熟指標を満たしていた。

6. まとめ表-4 生ふん尿と調整槽スラリーの液温と臭気相対値
ｽﾗﾘｰ液温 ℃

本調査では、肥培かんがい施設のふん尿処理過程*1

臭気センサー値

臭気相対値

業務

牧場

調整槽ｽﾗﾘｰ

牛舎生ふん尿調整槽ｽﾗﾘｰ

調整槽ｽﾗﾘｰにおける臭気原因物質の特定と臭気の変動、臭気軽

R2年度

C 牧場

38.6

1,660

1,05063減に重要となる要因に関して検証を行った。肥培かD 牧場

32.5

1,150

1,000

87

んがい施設のスラリーにおいては硫化水素が主な臭

H31年度

C 牧場

30.7961325

34

E牧場

30.4

1,461504

34

F牧場

34.8

1,05839637につながるのではないかと考えられる。また、ふんC 牧場

36.580039349

尿処理過程において臭気は流入口で最大あるいは最G牧場

27.0878976111

H 牧場

17.1

790

1,267160

大に近い値となり、調整槽における曝気・攪拌によH30年度

気の要因であり、この物質を減らすことが臭気軽減

り分解が進み臭気が減少することがわかった。

*1： 牛舎生 ふん尿の 臭気セ ンサー 値を 100とした 場合の 相対値 を示す 。

さらに、ふん尿の臭気軽減に重要となる調整槽のスラリーの管理は液温を基準に行えることを定量的
また、液温と臭気相対値には相関関係が示唆され（図-4）、今回計測した範囲においては液温が上昇すに示すことができた。今後、スラリー管理の指標として更に受益者に周知する必要がある。

るほど臭気が減少することがわかった。この要因に今後も臭気軽減のみならず、肥培かんがい施設のは、好気性発酵を担う細菌の最適温度が関係してい様々な効果検証を継続し、受益者に対して施設の有ると考えられる。好気性発酵において重要な役割を効性と安全かつ適切な運転管理の啓発を図っていき持つ中温菌の最適温度は 30～38℃であり、液温がたい。また、受益者だけでなく、地域住民の方々に30℃以上となることで分解が活性化し、臭気の軽減にも施設の有用性を広めていきたい。

つながったではないかと考えられる。合わせて好気性発酵は発熱を伴うため、液温 30℃以上となることで反応が安定し臭気の軽減につながると考えられる。

参考文献
1) 北海道開発局：第63回（2019年度）北海道開発局

以上から、腐熟指標である液温 30℃以上を活用す

技術研究発表会 国営環境保全型かんがい排水事ることで、比較的容易に臭気低減効果を把握できるといえる。

業における臭気軽減効果の調査について2)

小菅定男、山本義弘（1997）：スラリーかんがい（スラリィゲーション）その理論と実際

SEKIMOTO Koichi、 SAKUI Yusuke、 YAMAMOTO Yasuhito.
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