JP2006274205A

JP2006274205A - 土壌改良剤

Info

Publication number: JP2006274205A
Application number: JP2005099834A
Authority: JP
Inventors: Toru Aoi; 透青井
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】団粒構造が良好に形成し、重金属の溶出も少なく、廃棄物を有効利用でき、微生物殺菌剤効果が強く連作障害を防止できる土壌改良剤を提供すること。
【解決手段】バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥と無機成分を主として含む上水汚泥とを重量比で１：０．３〜５．０の割合で混合し、発酵してなる土壌改良剤、好ましい態様は、バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥が、下水、し尿又は生活廃水を少なくとも１種含む汚水を微生物処理した際に発生する余剰汚泥であり、バチルス菌の菌体コロニー数１０^８〜１０^１２個／ｍｌを含むことである。
【選択図】なし

Description

本発明は、土壌改良剤に関し、詳しくは微生物殺菌剤効果が強く、連作障害防止に効果的な土壌改良剤に関する。

群馬県が大きなシェアを持つ農作物として、嬬恋村の高原キャベツ、昭和村や子持村周辺のコンニャク、尾島町や新田町のヤマトイモが挙げられる。これらの作物は連作障害の問題があるため、従来、大量の農薬を使用して連作障害防止を図っていた。

しかし、多量の農薬使用は、土壌の劣化、土壌生態系の脆弱化を招き、また農業従事者の健康被害も懸念される。

一方、最近では、有用微生物としての枯草菌を生産し、微生物殺菌剤として利用する試みが為されており、出光石油社製の「ボトキラ−水和剤」（非特許文献１参照）や明治製菓社製の「インプレッション水和剤」などが市販されているが、高価なために普及する段階には至っていないのが実情である。

従来、し尿処理施設において、バチルス菌の優占化技術は、入江等の研究によって知られている（非特許文献２参照）。

またバチルス菌が土壌の連作障害を抑制する技術は特許文献１に開示されている。
ホームページ：微生物殺菌剤「ボトキラ−水和剤」：特徴と使用法：川根太：トーメン農薬ガイドNo.91/F (1999.4.1) 第２８回日本水環境学会年会講演集、社団法人日本水環境学会、平成６年３月１６日、ｐ１００〜１０１特開２００１−９５３８２号公報

本発明者は、連作障害を防止できる土壌改良剤あるいは微生物殺菌剤に関し、研究を進めたところ、し尿処理汚泥の乾燥汚泥は、微生物が主成分であるので、たんぱく質などの有機物が多く、窒素・リン成分も過剰であり、土壌改良剤として使用した場合に、団粒構造が形成できないという問題があった。

また食物由来の重金属も一定量含まれており、溶出した場合には問題となる。

一方、シルトや粘土の微粒子を含む河川水をアルミ系凝集剤で凝集沈降した上水汚泥は、無機物であるため産業廃棄物として廃棄せざるを得ず、コストをかけて処分せざるを得ないという問題があった。

本発明者は、し尿処理汚泥に上水汚泥を混合して発酵させたところ、団粒構造が良好に形成し、重金属の溶出も少ない土壌改良剤が得られ、さらに上水汚泥廃棄物を有効利用できることを見出し、本発明に至った。

そこで、本発明は、団粒構造が良好に形成し、重金属の溶出も少なく、廃棄物を有効利用でき、微生物殺菌剤効果が強く連作障害を防止できる土壌改良剤を提供することを課題とする。

また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

本発明の上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥と無機成分を主として含む上水汚泥とを重量比で１：０．３〜５．０の割合で混合し、発酵してなる土壌改良剤。

（請求項２）
バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥が、下水、し尿又は生活廃水を少なくとも１種含む汚水を微生物処理した際に発生する余剰汚泥であり、バチルス菌の菌体コロニー数１０^８〜１０^１２個／ｍｌを含むことを特徴とする請求項１記載の土壌改良剤。

（請求項３）
無機成分を主として含む上水汚泥が、上水対象となる水をアルミ系凝集剤で凝集沈降した汚泥であることを特徴とする請求項１又は２記載の土壌改良剤。

（請求項４）
バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥と無機成分を主として含む上水汚泥との混合比が、重量比で１：０．５〜３．０の割合であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の土壌改良剤。

そこで、本発明は、団粒構造が良好に形成し、重金属の溶出も少なく、廃棄物を有効利用でき、微生物殺菌剤効果が強く連作障害を防止できる土壌改良剤を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。

本発明の土壌改良剤は、バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥と無機成分を主として含む上水汚泥とを乾燥重量比で１：０．３〜５．０の割合で混合し、発酵してなるものである。

本発明において、バチルス菌の優占化というのは、バチルス菌の絶対量が増加している状態を意味しており、好ましくはバチルス菌の菌体コロニー数が１０^８〜１０^１２個／ｍｌの範囲というように絶対量が増加している状態である。

得られた土壌改良剤は、バチルス菌の効果を発揮するものであり、バチルス菌の絶対量が増加していることが好ましい。したがって、土壌改良剤もバチルス菌の絶対量の増加している状態にあり、バチルス菌が優占化している状態にある。

本発明で、土壌改良剤あるいはその原料におけるバチルス菌というのは、バチルス属（Genus Bacillus）の芽胞形成性の菌体を意味している。中でも枯草菌（Bacillus Subtilis）は有機物に対する分解性を示し、農作物の有害微生物の殺菌農薬性を示す。この意味で発酵生成物は土壌改良剤や微生物殺菌剤として機能する。また土壌中では連作障害を防止する効果もある。この意味で発酵生成物は土壌改良剤として機能する。

本発明では、土壌改良剤あるいはその原料である微生物処理汚泥の優占化状態を測定するには、以下の方法でバチルス菌の菌体コロニー数を計測する。

培地は、ニュートリエントブロス（Oxid CM-1）0.8％、グルコース0.8％、塩化ナトリウム0.6％、寒天1.5％、水溶性デンプン1.0％を蒸留水に溶解し、121℃1.3気圧で15〜20分間滅菌し作成したものを用いる。

この培地を滅菌したシャーレに20ccづつ分注し、平板培地（a培地）とした。この培地が固まるには1週間を要するので、予め必要数を作成しておく必要がある。

固まった平板培地に、希釈されたサンプルを0.1cc滴下し、コンラ−ジ棒で表面が乾くまで塗り広げる。

このシャーレを下向きにして32℃の恒温槽に入れ、1週間培養する。なお、塗布は各希釈倍率につき2〜3枚行い、１試料につき3〜4の希釈倍率を用いる。

1〜2日の培養後、シャーレを恒温槽から取り出し、総コロニー数、バチルスコロニー数をカウントする。バチルス菌のコロニーは放射状に増殖するため、真円に近い形状を呈する他のコロニーと容易に見分けることができる。

カウントしたその数字をもとに、バチルス菌の優占化率を算出する。

次に、本発明において、バチルス菌が優先化された微生物処理汚泥（以下、必要によりバチルス汚泥という）は、下水、し尿又は生活廃水を少なくとも１種含む汚水を微生物処理した際に発生する余剰汚泥であることが好ましい。微生物処理法はバチルス菌が優占化される手法であれば格別限定されない。余剰汚泥は生物処理系で有機物が汚泥転換した比率に応じて発生するもので、従来廃棄物とされていたものである。

また、無機成分を主として含む上水汚泥（以下、必要により上水汚泥という）は、上水対象となる水をアルミ系凝集剤で凝集沈降した汚泥であることが好ましい。上水対象となる水は、例えば河川水や湖水などの水であり、シルトや粘土粒子を多く含んでいる。

かかる上水処理は、これらのシルトや粘土粒子を分離除去するために、アルミ系凝集剤を添加して凝集沈降処理を行っている。かかる硫酸バンドやＰＡＣ（商品名）などのアルミ系凝集剤による凝集処理によって沈降汚泥として生成する汚泥が、上水汚泥である。かかる上水汚泥は産業廃棄物として処理させている。

バチルス汚泥と上水汚泥との混合比は、乾燥汚泥の重量比で１：０．３〜５．０の割合であり、好ましくは１：０．５〜３．０の割合である。上記混合比は、乾燥汚泥の含水率を０％としたときの比率である。

本発明では、バチルス汚泥と上水汚泥以外に、易分解性有機物を添加混合することも好ましい。易分解性有機物としては、例えば焼酎糟などが挙げられる。易分解性有機物の添加混合比としては、バチルス汚泥：上水汚泥：易分解性有機物＝１：０．３〜５．０：
０．３〜１．５の割合が好ましい。

本発明の土壌改良剤は、上記原料である各汚泥等の混合後に発酵して得られる。発酵手段は特に限定されず、各種手段を採用できる。

本発明の土壌改良剤の原料となる例えばし尿や下水処理の余剰汚泥は、微生物が主成分であるので、たんぱく質等の有機分が多く含まれ、窒素やリン成分が過剰であり、土壌の団粒構造を構成するシルトや粘土等の無機物が不足している。一方、本発明の土壌改良剤の原料となる上水汚泥は、例えば河川水中の微粒子であるシルト、粘土をアルミニウムで凝集分離したものであるので、有機物や肥料分が不足し、乾燥すると硬くなり利用が困難な汚泥である。本発明では、これらのし尿汚泥等と上水汚泥を混合・発酵することにより、腐葉土の特徴である団粒構造を実現し、良好な土壌改良剤を得ることが出来た。

またバチルス菌優占化された乾燥汚泥ではバチルス菌が芽胞を形成して休眠しているため、高温発酵（約５５℃）でも生存しており、発酵物中に充分なバチルス菌が存在している。このため連作障害の原因となる線虫、特定の微生物を退治して健全な土壌生態系を創ることができる。このため強い農薬を使用することなく連作障害を防止できる。

さらに上水汚泥中のアルミニウムは土壌中のリンと結合しやすいので、上水汚泥のみを土壌中に入れるとリン飢餓を招くおそれがあるが、本発明ではし尿汚泥中のリンで飽和させる（遊離リン酸が測定できる程度）ようにしているので、肥料としても機能する土壌改良剤を提供できる。

以下、実施例により、本発明の効果を例証する。

実施例１
１．原料組成
本発明の土壌改良剤の原料として、し尿汚泥（バチルス汚泥）、上水汚泥、焼酎糟を用いた。各々の肥料成分、有機物、無機物組成の分析結果を表１に示した。

し尿汚泥は西吾妻衛生施設組合の微生物処理の乾燥汚泥を用いた。

また上水汚泥は、粘土質・シルト質に富み凝集剤由来のアルミニウムを含む県央第一浄水場汚泥を用いた。

焼酎糟は長野原町の醸造所で発生した産業廃棄物となる焼酎糟を用いた。

肥料成分として、Ｎ、Ｐ_２Ｏ_５、Ｋ_２Ｏ、有機物、灰分について分析した。分析方法は以下の通りである。

Ｎ：肥料分析法（１９９２）4．１．１．１に準拠
Ｐ_２Ｏ_５：肥料分析法（１９９２）4．２．３に準拠
Ｋ_２Ｏ：肥料分析法（１９９２）４．３．４に準拠
有機物（ＶＳ）：下水試験方法（１９９７）２．４．８
灰分：下水試験方法（１９９７）２．４．７

表1から、上水汚泥の成分は殆どシルト・粘土で肥料分は殆どないことがわかる。焼酎糟は最も易分解性有機物に富む。

２．金属成分
し尿汚泥と上水汚泥について金属成分を分析し、その結果を表２に示す。分析手法は以下の通りである。

Ａｌ：肥料分析法（１９９２）５．１０．３
Ｆｅ：肥料分析法（１９９２）５．１６．２
Ｍｎ：肥料分析法（１９９２）４．７．３
ＣａＯ：肥料分析法（１９９２）４．５．１
シリカ：肥料分析法（１９９２）４．４．１
Ｚｎ：肥料分析法（１９９２）５．１．２
Ｐｂ：肥料分析法（１９９２）５．１９．２
Ｃｕ：肥料分析法（１９９２）５．１８．２
Ｃｄ：肥料分析法（１９９２）５．６．１
Ｈｇ：肥料分析法（１９９２）５．１２．１

表２から、上水汚泥には凝集剤由来のAlの他はシリカが多く重金属は極めて少ないことがわかる。し尿汚泥には食品由来の重金属が含まれる。

３．原料の混合
実験１
表３に示す混合比で原料を混合した。また各原料混合物6gを300mlの精製水に溶解し、攪拌機で懸濁させ、その後、遠心分離機で3000回転を10分間行い、上澄水を用いて原料の精製水溶出試験を行った。

その結果を表３に示す。分析方法は、以下の通りである。

ＥＣ：ＪＩＳＫ−０１０２，１９８３
Ｃｌ：ＪＩＳＫ−０１０２，１９８３
ＮＨ_４−Ｎ（アンモニア態窒素）：ＪＩＳＫ−０１０２，１９８３
ＮＯ_２−Ｎ（亜硝酸態窒素）：ＪＩＳＫ−０１０２，１９８３
ＮＯ_ｘ−Ｎ（硝酸態窒素）：ＪＩＳＫ−０１０２，１９８３
無機態Ｎ：ＮＨ_４−Ｎ+ＮＯ_２−Ｎ+ＮＯ_３−Ｎの合計
ＰＯ４−Ｐ（リン酸態リン）：ＪＩＳＫ−０１０２，１９８３
Ｔ−Ｎ（全窒素）：ＪＩＳＫ−０１０２，１９８３
Ｔ−Ｐ（全リン）：ＪＩＳＫ−０１０２，１９８３

実験２
実験１において、原料混合比を表３に示すように代えた以外は、同様に混合し、溶出試験を行った。

実験３
実験１において、原料混合比を表３に示すように代えた以外は、同様に混合し、溶出試験を行った。

比較実験１
実験１において、し尿汚泥のみを用いた場合について、溶出試験を行った。その結果を表３に示す。し尿汚泥は、し尿汚泥肥料「バチルスドライＮ−１」（生第８４３８６号として登録）を用いた。

比較実験２
実験１において、上水汚泥のみを用いた場合について、溶出試験を行った。その結果を表３に示す。

表３から、実験1では、PO₄-Pが 0mg/lなので、この状態で農地に加えるとリン飢餓を起こすことがわかる。

４．発酵処理
実験４
表４に示す混合汚泥について、高温発酵処理を行い、土壌改良剤を製造した。高温発酵は以下のようにして行った。ステンレス製のペール缶に原料を入れ、含水率を６０〜６５％に調整して恒温器で５５℃に保温し、毎日人力で切り返し、一時発酵処理し、次いで、常温で二次発酵して、土壌改良剤を得た。一次発酵処理が終了した試料について、実験１と同様に、溶出試験を行った。その結果を表４に示す。

また得られた土壌改良剤について嵩比重を測定し、その結果を表６に示す。

実験５
実験４において、混合汚泥を表４に示す配合に代えた以外は同様にして、発酵処理し、同様に、溶出試験を行った。その結果を表４に示す。

実験６
実験４において、混合汚泥を表４に示す配合に代えた以外は同様にして、発酵処理し、同様に、溶出試験を行った。その結果を表４に示す。

実験７
実験４において、混合汚泥を表４に示す配合に代えた以外は同様にして、発酵処理し、同様に、溶出試験を行った。その結果を表４に示す。

５．中温発酵処理
実験８
表５に示す混合汚泥について、中温発酵処理を行い、土壌改良剤を製造した。中温発酵は生ゴミ処理機を用いて行った。この機械は自動的に保温と攪拌を行うので、時々水を加えて含水率の調整を行った。発酵温度は３０〜３５℃とした。得られた土壌改良剤試料について、実験１と同様に、溶出試験を行った。その結果を表５に示す。

実験９
実験８において、混合汚泥を表５に示す配合に代えた以外は同様にして、発酵処理し、同様に、溶出試験を行った。その結果を表５に示す。

実験１０
実験８において、混合汚泥を表５に示す配合に代えた以外は同様にして、発酵処理し、同様に、溶出試験を行った。その結果を表５に示す。

実験１１
実験８において、混合汚泥を表５に示す配合に代えた以外は同様にして、発酵処理し、同様に、溶出試験を行った。その結果を表５に示す。

表４より、焼酎糟を配合した試料（実験７）では、し尿汚泥の発酵が促進され、溶解性の窒素成分が増加していることがわかる。またどの配合でも発酵後はPO₄-Pが溶出するので、土壌へ投入したときのリン飢餓を防ぐことができる。

表５より、全ての試料について、リン成分が肥料として必要な２ｍｇ／ｌ程度を超えており、土壌改良剤として使用できる。なお、上水汚泥の配合比が上昇するとPO4-Pの溶出濃度が低下する傾向にある。

６．バチルス菌の測定
表７に示す試料について、篩い分け後の乾燥試料を１ｇ採取し、滅菌した生理食塩水に懸濁させ、ホモジナイザーで１０秒間処理した懸濁液を、各希釈段階に希釈し、以下の方法でバチルス菌数を測定した。

表７において、No.１は実験４で得られた土壌改良剤、No.２は実験５で得られた土壌改良剤、No.３は実験６で得られた土壌改良剤、No.４は土壌改良剤の原料のし尿汚泥乾燥物を示している。

（分析法）
試料培養用および菌体単離用に用いる培地は、ニュートリエントブロス（Oxid CM-1）0.8％、グルコース0.8％、塩化ナトリウム0.6％、寒天1.5％、水溶性デンプン1.0％を蒸留水に溶解し、121℃1.3気圧で15〜20分間滅菌し作成する。この培地を滅菌したシャーレに20ccずつ分注し、平板培地（a培地）とした。この培地が固まるには1週間を要するので、予め必要数を作成しておく必要がある。

固まった平板培地に、希釈されたサンプルを0.1cc滴下し、コンラ−ジ棒で表面が乾くまで塗り広げる。このシャーレを下向きにして32℃の恒温槽に入れ、1週間培養する。なお、塗布は各希釈倍率につき2〜3枚行い、１試料につき3〜4の希釈倍率を用いる。

その結果を表７に示す。

Claims

バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥と無機成分を主として含む上水汚泥とを重量比で１：０．３〜５．０の割合で混合し、発酵してなる土壌改良剤。
バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥が、下水、し尿又は生活廃水を少なくとも１種含む汚水を微生物処理した際に発生する余剰汚泥であり、バチルス菌の菌体コロニー数１０^８〜１０^１２個／ｍｌを含むことを特徴とする請求項１記載の土壌改良剤。
無機成分を主として含む上水汚泥が、上水対象となる水をアルミ系凝集剤で凝集沈降した汚泥であることを特徴とする請求項１又は２記載の土壌改良剤。
バチルス菌が優占化された微生物処理汚泥と無機成分を主として含む上水汚泥との混合比が、重量比で１：０．５〜３．０の割合であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の土壌改良剤。