JP2000217423A

JP2000217423A - 植物培養土の製造方法

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Publication number: JP2000217423A
Application number: JP2084299A
Authority: JP
Inventors: Yonemi Tanaka; 米實田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-08
Anticipated expiration: 2019-01-28
Also published as: JP3072086B1

Abstract

(57)【要約】【解決手段】食品製造廃液、し尿又は下水等有機物含
有液を光合成細菌の存在下、必要あれば木炭粉等の炭化
物を添加して、浄化せしめるとともに、浮上してきた浮
上物を、後に沈降したものも含めて、これを分離し、必
要に応じて乾燥処理すること、を特徴とする植物培養土
の製法。【効果】廃水処理が効率的に行えるだけでなく、副生
する余剰汚泥は、焼却処理する必要はなく、むしろこれ
を植物培養土として積極的に有効利用することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、植物培養土の製造
に関するものであって、更に詳細には、有機物含有液を
光合成細菌で処理し、得られた浮上物を植物培養土、つ
まり、植物栽培用の基質ないし媒体ないし人工土として
使用する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、有機物含有廃液の処理方法と
しては、通常、活性汚泥を用いる方法が広く行われてお
り、投入（流入）汚水中のＢＯＤ、懸濁物（ＳＳ）、Ｎ
Ｈ₃−Ｎ、ＮＯ₂−Ｎ、ＮＯ₃−Ｎ、リン酸等を除去する
ために、曝気、沈澱のための凝集剤処理した後、余剰汚
泥の分離を行い、分離水を消毒した後に放流している。

【０００３】このように従来法においては、汚泥の沈降
性がよく、沈澱槽で処理水と容易に分離できることが必
須であって、汚泥が浮上する異常現象であるパルキング
（膨化）を起こすと沈降性が極端に悪化し、例えばＳＶ
Ｉ（汚泥容積指標）が２００以上になると、沈澱槽での
分離が悪化し、遂には処理の続行が不可能となってしま
う。したがって従来法においては、汚泥の浮上は異常現
象であって、汚泥を浮上させることは処理が続行できな
いことを意味し、汚泥の浮上は禁忌とされ、その防止が
必須であった。これに対して本発明は、この汚泥の浮上
を廃水処理のみでなく植物培養土の創製に積極的に利用
したものであって、従来の技術常識を打破したものであ
ってまさに画期的なものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来より行われている
沈降濃縮の方法は、汚泥混合液に鉄、アルミニウムやカ
ルシウム塩類、高分子化合物等の凝集剤を添加し、汚泥
混合液中の汚泥を凝集して分離するので、分離した凝集
物は塩類などを含んでいる。このため分離した凝集物を
田畑に還元する場合には、塩類高濃度障害を起こし、あ
るいは植物に有害な成分を含むために、堆肥化できない
等、その再利用が制限されていた。強いて堆肥化して
も、塩類濃度が高いため、電気伝導度（ＥＣ）が３００
０μｓ以上となり、植物栽培土として大量施肥すること
ができなくなる。また、凝集沈澱後濾過した汚泥を、堆
肥化することなく、直接植物栽培に利用しようとして
も、ＢＯＤが２〜５×１０⁴ｐｐｍにも達し、植物は生
育することができない。植物が生育可能なＢＯＤは、通
常、５０００ｐｐｍ以下である。

【０００５】従って、分離された汚泥の多くは乾燥後焼
却して埋め立てざるを得ないが、この場合も、残留塩類
等による二次公害の発生は避けられず、埋め立て地の選
定難や、それに伴うランニングコストの高とうという問
題もあった。本発明は、これらの問題点を解決する目的
でなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために各方面から検討した結果、汚泥を光合成
細菌で処理したところ、嫌気的条件において（汚泥
中）、Ｈ₂Ｓや低級脂肪酸（酢酸、プロピオン酸、ｎ
（又はイソ）酪酸、ｎ（又はイソ）吉草酸等）等悪臭成
分を資化、分解し、脱臭されそしてＢＯＤが低下するこ
と、及び、強力な脱窒作用が行われることが認められた
だけでなく、汚泥の凝集、分離が効率的に行われるこ
と、そのうえ更に、このようにして分離した光合成細菌
処理汚泥は従来法によって分離した汚泥とは異なり、植
物に害作用を与えるどころか、植物の生育を促進すると
いう有用な新知見を得た。

【０００７】また一方、本発明者らは、汚泥中の懸濁物
が微生物体細胞、難消化性蛋白質、リグニン、腐植酸等
の難消化性物質であることにはじめて着目し、汚泥を活
性炭と混合したところ、これらの物質がきわめてよく吸
着しただけでなく、約２４時間後には全ての汚泥が浮上
し始め、下層に透明な液が観察され、浮上した汚泥は簡
単にすくい取ることができるだけでなく、汚泥のみをす
くい取るのではなく処理後の混合攪拌液全体を濾過した
ところ、全く予期せざることに濾過がきわめてスムース
に行われて、汚泥を付着した活性炭と透明な液体とに容
易に分離されるという有用な新知見を得た。

【０００８】そして更に本発明者らは、光合成細菌処理
のみでも汚泥の浄化と余剰汚泥の分離のほか汚泥の培養
土化が充分に可能であることをはじめて確認しただけで
なく、更に活性炭処理を併用したところ、更に上記作用
効果が向上することを確認し、廃水処理と植物培養土の
創製とを同時に達成できる本発明を完成するに至ったも
のである。以下、本発明について詳述する。

【０００９】本発明を実施するには、先ず、有機物含有
液を光合成細菌（及び炭化物）で処理するが、有機物含
有液としては、食品製造廃液（醤油、食酢、清酒、焼酎
等の製造時に副生する醸造廃液；魚介類や畜産物の処
理、製造時に副生する水畜産製造廃液；澱粉、蔗糖、野
菜製品、果実製品等の製造時に副生する農産製造廃液；
厨房廃液；その他食品関連廃液）、し尿や下水、こ（れ
ら）の（微生物ないし物理的）処理液、汚泥、その他有
機物を含有する液状物をすべて包含する。（なお、以下
において、汚泥を代表例にとって説明する。）

【００１０】本発明によれば、汚泥を光合成細菌で処理
することにより、汚泥の団粒化等による凝集、分離を効
率的に行い、且つ汚泥の浄化処理と植物培養土の製造を
同時に達成し、しかもその際に炭化物を併用すると更に
この処理が効率化される。したがって、光合成細菌であ
ればすべての属、種が適宜使用される。

【００１１】例えば、紅色非硫黄細菌（例えば、Rhodop
seudomonas spheroides IFO 12203）は、脱窒作用を有
し、汚泥中のPseudomonas denitrificans等と共に通性
嫌気的に汚泥浮上ガスＮ₂、Ｏ₂、ＣＯ₂の発生に有効に
働く。また、特にＯ₂とＣＯ₂の発生は植物培養土として
も有効であることが判明した。

【００１２】紅色硫黄細菌（例えば、Rhodococcus equi
IFO 3730、Rhodospirillum rubrumIFO 3986)は、暗所
においてもＨ₂Ｓや酢酸、プロピオン酸、酪酸等の悪臭
を除去し、ＢＯＤを低下させるので、培養土としても有
効に働くことが判明した。

【００１３】緑色硫黄細菌（例えば、Microbacterium c
hlorophenolicum IFO 15527)は、好気性及び嫌気性の双
方において、Ｈ₂Ｓや上記した低級脂肪酸等の悪臭成分
を資化し、分離後、植物の栽培中、悪臭の発生やＢＯＤ
の低下に有効に働くことが判明した。

【００１４】滑走性系状緑色硫黄細菌（例えば、Chloro
flexus sp. No.1)は、汚泥の濾過を容易にするだけでな
く、汚泥中のＢＯＤの低下、悪臭の除去にも有効で、植
物栽培に好適な条件を与えることが判明した。更に上記
のほか、Rhodobacter capsulatus等各種の光合成細菌が
すべて使用可能であって、汚泥の浮上分離、脱臭作用及
びＢＯＤの低下、ＣＯ₂、Ｏ₂の供与に貢献し、汚泥の植
物培養土化作用に深く貢献していることを、本発明者ら
は発見したのである。

【００１５】すなわち、光合成細菌（単用又は２（株）
種以上の併用）処理により、汚泥の浄化とともに、汚泥
の凝集、分離が可能となり、且つすぐれた植物培養土の
創製が可能となった。その作用は次のとおりである。

【００１６】（１）汚泥固形物（及び木炭凝集物）の浮
上分離ならびにガス圧により凝集を強固にする。（２）嫌気的状況下において悪臭成分である低級脂肪酸
を資化分解して悪臭を除去するとともに、ＢＯＤ値を低
下せしめて植物栽培に有効に作用する。（３）該細菌の（混合）培養により、Ｎ₂、Ｏ₂、ＣＯ₂
の発生量を増加せしめる。（４）団粒構造を形成し、汚泥の濾過を効率化する。（５）本法によって製造された培養土は、悪臭もなく、
ＢＯＤ値及びＥＣ値も低く、格別の処理を行うことな
く、無修正で植物栽培に使用できる。

【００１７】本発明において、光合成細菌による作用
は、炭化物を併用することにより更に増強される。炭化
物としては、有機物を炭化して得た炭素に富んだ物質す
べてを指し、比重が小さく表面積が大きい活性炭のほ
か；木材や骨を蒸し焼きして得た木炭や骨炭；新聞紙、
古紙、雑誌、製紙工場の製紙残渣、古タイヤ、ゴム、合
成樹脂類を蒸し焼きにして得た炭化物；同じく竹炭、廃
木炭、パルプ炭、ヤシ殻炭；ピッチ、腐植酸粉、ピー
ト、カーボンブラック等が非限定的に例示される。（な
お、以下において、炭化物としては活性炭を例にとって
説明する。）

【００１８】廃水処理システムにおける本発明に係る植
物培養土の製法のフローシートの１例は次のとおりであ
る。有機物含有廃水→曝気槽（ＢＯＤ低下、ＮＨ₃−Ｎ→Ｎ
Ｏ₂、ＮＯ₃）→浮上分離槽（固液分離）液相→（消毒）→放流固相→一部は浮上分離槽に残す

【００１９】余剰汚泥→浮上分離槽（光合成細菌、活性
炭添加、混合、ＮＯ₂・ＮＯ₃−Ｎの調整）→接種混合物
（１〜５日静置）→浮上汚泥（濾過、遠心分離、すくい
取り）→分離汚泥→乾燥→植物培養土→植物栽培

【００２０】なお、光合成細菌の汚泥への添加量は、生
菌数で１０²／ｍｌ以上、好ましくは１０³／ｍｌ以上で
あるが、これ以下の場合でも時間の経過とともに細菌が
増殖してくるので格別の問題はない。通常、脱窒菌を含
めて１０⁵〜１０⁸／ｍｌの範囲内が好ましい。この際、
これらの微生物を単独又は混合して添加してもよい。そ
の場合、単離した微生物自体を使用するほか、培養物
（汚泥混合液、浮上汚泥、植物培養土自体も含む）も使
用することができ、更にその処理物（濃縮物、ペースト
化物、乾燥物、希釈物等）も使用できる。

【００２１】更にこの際、亜硝酸、硝酸、これらの塩類
（Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ塩等）を単独で又は組合わせた
ものを添加して、ＮＯ₂・ＮＯ₃濃度を５〜１００００ｐ
ｐｍ、好ましくは５０〜１０００ｐｐｍに調整しておく
のが好適である。５ｐｐｍ未満であれば、汚泥が浮上す
る速度が遅く、１００００ｐｐｍを超えれば、経費負担
が多くなり、不経済である。

【００２２】上記汚泥処理方法において、浮上分離槽等
の汚泥混合液に加えられる炭化物は０．０１〜５．０ｗ
／ｖ％、好ましくは０．１〜０．５ｗ／ｖ％である。炭
化物が０．０１ｗ／ｖ％未満であれば、汚泥が浮上する
速度が遅く、５．０ｗ／ｖ％を超えれば、経費負担が多
くなり、不経済である。

【００２３】本発明に係る方法は、上記したフローシー
トにしたがって実施すればよいが、例えば次のような装
置を用いて実施することも可能である。この装置は、浮
上分離槽からなるものである。この汚泥浮上分離槽に
は、攪拌棒の他に攪拌用散気孔を装備した通気コンプレ
ッサー、内容物の状況を観察するための透視窓、光合成
細菌増殖用の水中光源を設けておく。透視窓を設けるこ
とによって、汚泥の浮上状態、ガスの発生状況、分離液
の透視等が明確に計測可能となる。もちろん、肉眼での
計測のほか計器による計測も可能である。

【００２４】この汚泥浮上分離槽に汚泥搬送タンクから
汚泥を搬送し、これに光合成細菌、木炭粉及び必要あれ
ば脱窒菌、（亜）硝酸（塩）を加えて混合、攪拌する
と、汚泥が浮上分離してくるので、これをすくい取って
もよいし、（浮上した汚泥、透明な処理水、場合によっ
ては一部沈降してきた汚泥を含む）処理物全体を（濾
布、金属や合成樹脂製の網、その他こし器等による）濾
過（例えば６０〜１２０メッシュ、好適には８０〜１０
０メッシュの濾布使用）や遠心分離処理しても容易且つ
迅速に汚泥を凝集分離することができる。汚泥分離後の
処理水は、河川に放流することができ、本発明によれ
ば、汚泥処理が効率的に行われる。

【００２５】汚泥浮上分離槽における処理期間は、通常
の場合、品温２５〜３０℃では１〜５日で充分であり、
好ましくは２〜４日であり、また品温１０〜２０℃では
３〜７日で充分であり、好ましくは４〜６日である。

【００２６】このようにして処理して得た汚泥は、上記
のように処理水を分離した後、直ちに湿植物培養土とし
て使用することができるほか、これを乾燥して（ポーラ
スなため、天日乾燥２〜４日間で充分に乾燥する）乾燥
植物培養土として使用することもでき、本発明において
植物培養土とは、これらすべての形態のものを包含す
る。

【００２７】このようにして浮上汚泥から調製した植物
培養土は、後述するように、有機態窒素、リン酸及びＭ
ｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｆｅ等の栄養素に富み、大根、高菜、
白菜その他の野菜等の種子を直接播種しても、その発芽
及びその後の生育もきわめて良好である。一方、キウリ
やメロン等の水栽培用ロックウールの代用品としてもき
わめて良好であることも確認された。ロックウールは、
栽培後の後処理が困難であるが、本培養土は、園芸土と
再利用できるいわば「魔法の土」としてきわめて有用で
ある。

【００２８】本植物培養土は、そのまま又はペレット状
にして殺菌処理が可能であり、栄養素に富み、団粒構造
を有し、水にも強いため、通常の土壌と同様に使用でき
ることはもちろんのこと、水耕栽培用の培養基としても
使用することができる。もちろん、肥料、農薬の施用、
他の農業用資材の添加使用も可能である。したがって本
植物培養土は、安全性も高く、公害上の問題もない従来
未知の農薬用資材として、各方面の用途に広範に使用す
ることができる。以下、本発明の実施例について述べ
る。

【００２９】

【実施例１】既述した浮上分離槽（７２０Ｌ容）を用
い、これに汚泥搬送容器（６００Ｌ容）よりし尿汚泥
（福岡県北野町し尿処理場（２００ｔ／日）の余剰汚
泥）６００Ｌを搬送し、本炭粉１８０ｇを加え、ＮＯ₂
・ＮＯ₃濃度を１００〜２００ｐｐｍとなるように調整
するとともに、光合成細菌群（Rhodopseudomonas spher
oidesIFO 12203、Rhodospirillum rubrum IFO 3986）を
１０³／ｍｌとなるよう添加接種した。

【００３０】光合成細菌は、はじめにＡ培地で種培養し
た後、Ｂ培地で本培養し、得られた培養物の等量混合物
を使用した。

【００３１】（Ａ培地組成（％）：種培養用）酢酸ナトリウム１．５酢酸アンモニウム１．０ＮａＨＣＯ₃ ０．２ＫＨ₂ＰＯ₄ ０．２０ＮａＨ₂ＰＯ₄ ０．０５ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ０．２５ＮａＮＯ₂ ０．１５酵母エキス０．１０ｐＨ７．２

【００３２】（Ｂ培地組成：本培養用）し尿処理場汚泥（固形分１％）１００ｍｌ酢酸ナトリウム１．５ｇＮａＨＣＯ₃ ２ｇ硫安２ｇ酵母エキス１．０ｇＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ１．０ｇｐＨ７．４

【００３３】上記を２０分間混合し、得られた接種混合
物を８日間静置した。得られた浮上汚泥（水分９６〜９
８％）について、微生物生菌数（×１０³／ｍｌ）と化
学的組成の変化を測定し、それぞれ次の結果を得た。

【００３４】微生物については、下記の微生物Ａ〜Ｈに
ついて測定した。Ａ：一般細菌Ｂ：光合成細菌Ｃ：アンモニア酸化細菌Ｄ：硫黄酸化細菌Ｅ：亜硝酸酸化細菌Ｆ：亜硝酸還元菌Ｇ：硝酸還元菌Ｈ：酵母

【００３５】（表１：浮上汚泥分離工程中の微生物生菌数の変化） ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 日数 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ０２４６８ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ Ａ８,８１０４,４６０１,１００８７０６２０Ｂ８８１２０２８０４１０５９０Ｃ１４２１３０１２０１１０８０Ｄ９５７０４５４０３５Ｅ１５０１３５８０６０３５Ｆ４２１１０２５０３２０３５０Ｇ８０２１０２６０３３０３６０Ｈ１２８７５３ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

【００３６】（表２：浮上汚泥の分離工程中の化学的組成の変化） ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ｐＨ固形物電気電導度 NO₂・NO₃-N NH₃-N BOD （ppm）（μｓ）（ppm）（ppm） (ppm) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ （１）７.４７,５００２２５.０２１０３２３５（２）６.９１８,０００５.１０.１４０１２０（３）７.０１１１,０００８.７痕跡２１３５０（４）６.８２５２.１痕跡痕跡１５ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 処理物（１）：原料汚泥（し尿汚泥）処理物（２）：浮上汚泥（汚泥の浮上分離条件：１５〜２０℃、５日間）処理物（３）：濾過汚泥処理物（４）：分離水

【００３７】５日間の浮上分離処理後、これを８０〜１
００メッシュの濾布にて濾過し、凝集分離汚泥（すなわ
ち、湿植物培養土（水分８５〜９０％））を得た、そし
てこれらを更に天日で４日間乾燥し、植物培養土（乾燥
培養土（水分２０〜８０％））を得た。

【００３８】得られた植物培養土の化学的組成（乾燥）
は、次のとおりであった。ｐＨ６．８、Ｃ／Ｎ１８、ＢＯＤ８５０ｐｐｍ（元素含有％）Ｔ−Ｎ４．７４、Ｐ₂Ｏ₅ ４．１２、Ｍｇ０．３３、Ｃａ０．４２、Ｋ０．４５、Ｎａ０．６４、Ｍｎ０．０５、Ｆｅ０．４９、Ｃ８５

【００３９】

【実施例２】汚泥として醤油工場の汚泥（福岡県醤油組
合工場の汚泥）を用い、光合成細菌としてMicrobacteri
um chlorophenolium IFO 15527、及びRhodococcus equi
IFO3770を用いて実施例１と同様の処理を行った。得ら
れた浮上汚泥及び植物培養土の化学的組成について測定
し、それぞれ下記の結果を得た。

【００４０】（表３：浮上汚泥の分離工程中の化学的組成の変化） ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ｐＨ固形物電気電導度 NO₂・NO₃-N NH₃-N BOD （ppm）（μｓ）（ppm）（ppm） (ppm) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ （１）７.２８,２００１１８.０２５０２５４０（２）６.９１９,０００３.５０.１３６１５０（３）７.０１０１,０００６.５痕跡１８３２０（４）６.７１７１.８痕跡痕跡１７ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 処理物（１）：原料汚泥（醤油汚泥）処理物（２）：浮上汚泥（汚泥の浮上分離条件：１５〜２０℃、５日間）処理物（３）：濾過汚泥処理物（４）：分離水

【００４１】得られた植物培養土の化学的組成（乾燥）
は、次のとおりであった。ｐＨ６．７、Ｃ／Ｎ２４、ＢＯＤ７５０ｐｍ（元素含有％）Ｔ−Ｎ３．５５、Ｐ₂Ｏ₅ ２．９３、Ｍｇ０．２７、Ｃａ０．３５、Ｋ０．５４、Ｎａ０．５３、Ｍｎ０．０４、Ｆｅ０．８１、Ｃ８６

【００４２】

【実施例３】光合成細菌として、Chloroflexus sp. No.
1菌を用いるとともに、実施例１で処理５日後に得た浮
上汚泥を３０〜６０Ｌ返送してこれを種菌として用い、
実施例１と同様の処理を行って、植物培養土を得た。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、光合成細菌処理（及び
炭化物処理）をすることによって、食品製造工場廃液や
各種下水（廃水）中の汚泥を浮遊させ、効率的に廃水処
理できるだけでなく、浮遊汚泥については、これを植物
培養土として有効利用することにはじめて成功したもの
である。

【００４４】従来、余剰汚泥は、有害な沈澱凝集剤等を
含有しているため、公害上の問題もあり、堆肥等へ植物
栽培に使用することもできず、したがって焼却処理せざ
るを得なかったのであるが、焼却処理にコストがかかる
のみでなく、有用な天然資源の浪費ともなり、その解決
が求められていたところ、本発明によってその解決には
じめて成功したものである。

【００４５】すなわち本発明は、（１）汚泥を焼却処理
することなくそして公害をひきおこすこともなく安全に
処理し、（２）汚泥を単に処理するのではなく積極的に
有効利用し、（３）卓越した植物培養土の製造が可能と
なり、しかも（４）廃水を効率的に浄化できるという著
効を同時に達成できるものである。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１２月２日（１９９９．１２．
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の方
法で製造してなる植物培養土。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年３月７日（２０００．３．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機物含有液を光合成細菌の存在下浄化
せしめるとともに、浮上してきた浮上物を、後に沈降し
たものを含めて、これを分離し、必要に応じて乾燥処理
すること、を特徴とする植物培養土の製造方法。
【請求項２】有機物含有液が、食品製造廃液、し尿又
は下水、こ（れら）の処理液、汚泥から選ばれる少なく
ともひとつであること、を特徴とする請求項１に記載の
方法。
【請求項３】更に、粉状及び／又は粒状の炭化物を添
加して処理を行うこと、を特徴とする請求項１又は２に
記載の方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の方
法で製造してなる植物培養土。