低コストで 効率的な スラリー処理技術の確立 （実証処理施設の概要） 堆肥化 乾燥発酵 処理施設 液肥化 回分式攪拌ばっ気 処理施設 平成 １ ７ 年 ２ 月 那 須 塩 原 市 栃木県畜産試験場 はじめに 那須塩原市、なかでも黒磯地区は、乳用牛総飼養頭数が 15900 頭（平成 15 年 2 月現 在）と日本でも有数の酪農地帯です。一方、近年、豊かな自然を活かした観光業が栄え、 また、それに伴い別荘や住宅が急速に増加したことから、酪農経営に起因する悪臭問題 の発生や過剰施肥に伴う地下水・土壌への悪影響が懸念されています。特に、この地域 は、自然流下式牛舎の酪農家が多く、そこから排出されるスラリー（ふん尿混合）は、 その性状から環境に与える影響が大きいため、適正な処理が求められています。 このため、那須塩原市（旧黒磯市）では、財団法人 畜産環境整備機構の「簡易低コ スト家畜排せつ物処理施設開発普及事業」により、「浅型攪拌施設と堆肥舎を組み合わ せた乾燥発酵処理（堆肥化）」と「攪拌ばっ気槽と貯留槽を区別した回分式撹拌ばっ気 処理（液肥化）」の２種類の実証施設を設置し、効率的なスラリー処理技術の確立に向 け、栃木県畜産試験場（並びに那須農業振興事務所、県北家畜保健衛生所）において、 処理性能や悪臭の発生状況・処理スラリーの利用性に関する調査・実証を行いましたの で、本資料にて紹介させていただきます。 今後、スラリーの適正処理推進の中で、参考になれば幸いです。 資料の読み方・目次 タ タイ イトル トル 堆 肥 化 （乾 燥 発 酵 ） 施設について この資料は、今回実証した２つの施設を 比較しながら理解していただけるよう、左 図のように１ページを上下にわけ、各施設 の特徴を載せてあります。 液 肥 化 （撹 拌 ば っ 気 ） 施設について ■ ■ ■ ■ ■ ＊ただし、「堆肥・液肥の使い方」「臭気」に ついてはまとめて記載しています。 施設概要 …２ 特徴 …３ 施設の大きさと機械類…４ 処理方法 …５ コスト …６ -1- ■ 処理性能 …７ ■ 堆肥・液肥の使い方 …８ ■ 臭気 …９ ■ 施工上・運転時の留意点…１０ 施設概要 ■設置農家 飼養頭数 スラリー水分 スラリー量 堆 経産牛50頭（搾乳牛40頭） 87%〜89%（希釈・洗浄水なし） 2.4t〜3t/1日（水分の季節変化により変動） ■処理フロー ② 肥 化 牛 舎 貯留槽 ① 浅型攪拌施設(乾燥) 堆肥舎 (発酵) ふん尿移送装置 ：①攪拌施設において発酵開始水分（68%）まで乾燥させます。 ：②乾燥したふんは、堆肥舎で堆積・切り返しを行い、発酵を進行さ せます。また、堆肥舎では、乾乳牛のふんも処理します。 ■設置農家 飼養頭数 液 搾乳牛40頭 スラリー水分 水分92% （希釈調整） スラリー量 約3.3t/1日（希釈後） ■処理フロー 土壌脱臭槽 肥 化 牛 舎 貯留槽 ① ② ばっ気槽 貯留槽 ﾊﾞｷｭｰﾑｶｰ ：①希釈したスラリーを腐熟するまで集中的にばっ気します。 ：②腐熟したスラリーを散布時まで保管します。 -2- 特 徴 １．堆肥の生産 草地基盤が少ない酪農経営において、余剰となったふん尿を 堆肥化・流通させることを目的としています。 堆 肥 化 ２．２段階にわけた処理方法 太陽光と機械攪拌によってスラリーを発酵開始水分まで乾燥 させ、その後、堆肥舎で切り返し発酵させる２段階方式です。 ３．戻し堆肥 季節による処理能力の変動を抑えるため、処理能力の高い時 期に生産した堆肥を保管し、乾燥困難な時期に「戻し堆肥」と して利用しています。 １．液肥の生産 好気発酵を促し、スラリーを腐熟化させることで、臭気（特 に硫化水素）の低減を図り、また、スラリー中に含まれる雑草 の種子の発芽抑制や大腸菌の低減を図っています。 液 肥 ２．回分処理 ばっ気槽とばっ気後スラリーの貯留槽を別槽とし、回分処理 を行うことで、ばっ気槽容積を必要最低限に抑えています。 化 ３．土壌脱臭 土壌脱臭槽を併設することにより、ばっ気時に発生する臭気 の無臭化を図っています。 -3- 施設の 大きさ と機械 類 ■施設 【容 積】 約 155m3 (有効 約 103m3) 幅 6m、長さ 86m、深さ 0.3m 浅型撹拌施設 ＊深さ有効 約 0.2m 【面積合計】 約 634m２ (屋根のある全体面積) 堆 肥 堆肥舎 【容 積】 約 24m3 （20m2×1.2m)×4 槽 約 126m3 (50m2×2.5m)×1 槽 【面積合計】 約 305m2 (有効スペース約 130m2) 化 ■機械 ① ふん尿移送装置(牛舎から施設へ)：トラクターPTO 駆動 ② ロータリー式撹拌移送機：浅型、3.7kW ■施設 貯留槽 【ばっ気槽容積】 約 62.5m3 (有効 約 50m3) 幅 5m、長さ 5m、深さ 2.5m ばっ気槽 ＊深さ有効 約 2m ＊希釈・スターター・発泡を考慮 液 肥 土壌脱臭槽 化 【貯留槽容積】 約 300m3 (約 3 ヶ月分) 【土壌脱臭槽容積】 約 14.4m3 幅 4m、長さ 4m、深さ 0.9m ■機械 ① 水中ばっ気・汲み上げポンプ（エジェクターポンプ 5.5kW） ＊空気量：133m3/h(水深 2.0m 清水)→スラリーでは粘性により大幅に減少する。 ② 消泡機（プロペラ式） ③ 脱臭用ブロア(吸引接触部分:ステンレス製） ＊両施設とも、増設により処理方法を変更しているため、容積 試算には、既存のマニュアルの数字を利用してください。 エジェクターポンプ -4- 処理方法 戻し堆肥 ④ 堆肥舎 ③ 季節により混合 (スラリー高水分時) 浅型撹拌施設 ③ ② 堆 ① 肥 化 投入 ① 牛舎貯留槽より、スラリー（季節により戻し堆肥混合）を処 理施設に投入します。搾乳牛 40 頭：2.4〜3t 程度/１日量 乾燥 ② 撹拌施設により、発酵開始水分（68%）程度以下まで乾燥させ、 発酵施設である③の堆肥舎へ搬出します。 発酵 ③ 乾燥した処理物を月に２回、発酵槽を移しながら、計５〜６ 回切り返しを行い、腐熟を充分に進行させます。 保管 ④ 製品堆肥を散布時まで保管します（ストックヤード） ばっ気槽 貯留槽 ① バキュームカー 液 肥 化 ③ ② ：空気 ：スラリー 投入 ①10 日間で発生したスラリー（搾乳牛 40 頭：24t）を水分 92% に希釈し（原物：水=10:4） 、腐熟したスラリー（スターター） が 1/2〜1/3 程度残してあるばっ気槽に投入します。 ばっ気 ②エジェクターポンプにより、10 日間集中的にばっ気します。 当施設の場合：1 日 16 時間（4 時間×4 回の間欠稼働） 保管 ③腐熟したスラリーを貯留槽へ移送し、散布時まで保管します。 ＊次の処理のスターターとして、処理スラリーを１部ばっ気槽に残す。 -5- コ ス ト ■イニシャルコスト 費 施 設 機 械 堆 肥 化 合 目 ふん尿移送装置 攪拌移送機 計 金額（千円） 14,595 1,575 1,155 17,325 ■ランニングコスト（月額） 費 目 電 気 代 軽 油 代 合 計 金額（円） 1,500 2,000 3,500 ■経産牛 1 頭当たりの年間処理経費(50 頭規模) 約 21,000 円（減価償却費を含む） ■イニシャルコスト 費 目 施 設 機 械 液 肥 化 ばっ気・汲上げポンプ 消泡機 脱臭ブロア 制御盤 合 計 金額（千円） 14,700 1,680 315 1,050 1,050 18,795 ■ランニングコスト（月額） 費 目 電 気 代 合 計 金額（円） 33,000 33,000 ■搾乳牛 1 頭当たりの年間処理経費(40 頭規模) 約 39,600 円（減価償却費を含む） ＊償却年数：施設建設費 20 年、設備機器費 7 年とした。 -6- 処理性能 処理対象スラリー 1000 89 500 87 0 85 れ(図１)、水分の高い時期(88%以上)は、 戻し堆肥を利用しないと撹拌機での移 cP 送は難しくなります。 戻し堆肥 堆 肥 水分・粘性に、季節による差がみら ％ 1500 水分（％） 粘度（ｃP=mPa・s) 91 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 月 図１：処理対象スラリーの水分・粘性の年間推移 化 秋期に、１日当たり 0.2〜0.3t 程度の 「戻し堆肥(水分 40%)」を利用し、水 分 86%に調整したところ、撹拌施設で 発酵開始水分 80 当施設の場合、高水分となった夏期〜 は、年間を通し、 「発酵開始水分(68%)」 60 ％ 程度以下まで、乾燥させることができ 40 (図 2)、その後の堆肥舎での発酵も良好 20 に進行しました。 0 ＊春期に過乾燥となったふんについては、 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 月 図２：乾燥(撹拌)終了時のふん水分の年間推移 外気温 液温 50 液温は、ばっ気による発酵で上昇し、 その後、易分解性有機物の分解が終了 30 してくると安定します(図 3)。 液温安定 10 肥 スラリーの温度 40 20 液 戻し堆肥に利用し、再発酵を促しました。 液温が急激に上昇している段階で、 0 -10 悪臭抑制 1 31 61 91 121 151 181 貯留槽に移送すると、保管期間中に大 211 時間 図３：処理期間中のスラリー液温推移(冬期) 量の硫化水素発生を伴う嫌気発酵が進 行してしまいます。ただし、液温安定 までばっ気することで、大幅に臭気の 化 発生を抑えることができます。 未処理 処理 ＊液温以外では、色や pH で腐熟を判断します。腐熟が進 行するとスラリーの色は黒っぽくなり（左写真）、pH は 7 程度から 9 に近づいていきます。 ただし、短期間で腐熟させるには、充分腐熟したスラリー をスターターとして利用する必要があり、また、能力に余裕 のあるエジェクターポンプを選択する必要があります。 《腐熟による色の変化》 ＊当施設(5.5kW ポンプ)はあまり余裕がありませんでした。 -7- 堆肥・液肥の使い方 ＊このページと次ページは、上下にわけた記載 ではありません。 ■未処理スラリー・製品堆肥の性状と成分（堆肥化処理） 夏 期 冬 期 平 均 夏 期 製品堆肥 冬 期 平 均 ・EC未処理→原物：水＝１：１ 処理→原物：水＝１：５ 未処理 水分 (%) 88.8 87.6 88.2 22.8 42.7 32.8 灰分* (%) 15.1 14.1 14.6 20.7 31.6 26.2 ｐＨ 7.2 7.3 7.3 9.2 9.3 9.3 EC 全窒素* りん酸* （P2O5,%) (mS/cm) (N,%) 10.0 2.1 2.4 9.3 2.3 2.4 9.6 2.2 2.4 7.3 2.5 3.4 10.3 2.9 4.8 8.8 2.7 4.1 加里* 大腸菌群数 (K2O,%) （個/mL) 3.8 1000以下 4.7 100000 4.3 7.2 1000以下 9.3 1000以下 8.2 1000以下 (*乾物中） ■未処理スラリー・製品液肥の性状と成分（液肥化処理） 未処理 夏 期 製品液肥 ・EC→原物：水＝１：１ 水分 灰分* (%) (%) 92.6 16.2 94.3 20.8 EC 全窒素* りん酸* 加里* 大腸菌群数 （P2O5,%) (K2O,%) （個/mL) (mS/cm) (N,%) 7.3 7.7 1.7 1.7 5.1 1000以下 8.7 6.9 2.5 1.9 6.7 1000以下 (*乾物中） ｐＨ ■製品堆肥・液肥の使い方 ふん尿混合堆肥・液肥には、加里が多く含まれています。そのため、施肥量につ いては、加里が制限要因になる場合が多く、窒素だけではなく、加里についても成 分をきちんと把握し、適正施用を行う必要があります。 【計算例】 ：加里をもとにイタリアンライグラス作付けほ場への投入量を計算 １）上記の堆肥を原物換算すると、 水分 （％） 堆肥 液肥 32.8 94.3 全窒素 （％） 1.81 0.14 原物中 りん酸 （％） 2.76 0.11 1t中に加里は、 加里 （％） 5.51 0.38 ２）作物別施肥基準は、 全窒素 kg/10a イタリアンライグラス 11 飼料用とうもろこし 22 作物 堆肥で55kg、液肥で3.8kg 含まれいている ３）肥効率は、 りん酸 kg/10a 8 20 加里 kg/10a 18 22 ＊栃木県農作物施肥基準（平成１４年３月版 抜粋） 堆肥 液肥 全窒素 （％） 30 55 りん酸 （％） 60 60 加里 （％） 90 95 ＊堆肥化設計マニュアル（中央畜産会）資料 以上の 1)、2)、3)から計算すると、下記のような投入量が目安となります。 ●堆肥では、18 ÷｛55×(90／100)｝= 0.36t／10a ●液肥では、18 ÷｛3.8×(95／100)｝= 5t／10a ＊ 制限要因になった成分以外については、不足分を化学肥料で補う必要があります。 ＊ 肥効率とは、化学肥料の肥効を 100 とした場合の堆肥等成分の肥効の割合をいいます。 ＊ スラリーは多量にアンモニア態窒素を含むため（特に未熟で多い）、施用後の放置や 過剰施肥は、地下浸透による環境汚染を引き起こす危険性が高く、注意が必要です。 -8- 臭 気 ■施設周辺 堆肥化（乾燥発酵）施設 当施設の撹拌施設側面は、15cm 程度しか開放されておらず、処理中に発生した 臭気は拡散しにくい構造となっています。 また、投入時の臭気（嫌気状態のスラリー投入により）が懸念されるため、 発生抑制のポイントとしては、新鮮ふんの処理が望ましいと考えられます。 液肥化（撹拌ばっ気）施設 ばっ気槽内では、高濃度の臭気が発生しますが、処理期間中を通し、土壌脱臭 槽上では、検知管検出閾（アンモニア：0.5ppm、硫化水素 0.1ppm）以下と良好 な脱臭効果を示しました。 ■散布時 下記の図４では、土壌表面に ： 5 リットル/m2 未処理スラリー 堆肥化（乾燥発酵）処理 ：10 リットル/m2 ： 5 リットル/m2 液肥化（ばっ気）処理 を散布した時の土壌上の臭気を比較しています。 40 臭気指数 硫化水素（ppm) アンモニア（ppm) 36.2 31 30 27 20 14.9 13 7.4 10 0 未処理 5 16 9.9 7.4 16 12.4 4 0 0 0.2 堆肥化 液肥化 未処理 散布直後 0 0 堆肥化 液肥化 散布30分後 図４：腐熟化処理による散布時臭気の発生状況（気温 20℃） 未処理スラリーは、散布直後に大量の硫化水素の発生が確認されましたが、堆肥化、 液肥化したものは、検出されませんでした（検知管検出閾：0.1ppm） 。また、官能試験 結果である臭気指数についても大幅に低くなっており、処理により悪臭発生が抑制さ れていることがわかりました。 《参考》：官能試験法による栃木県悪臭防止対策指導要綱 工場等の敷地境界線上の臭気指数指導基準 第１種地域（用途地域 A） ：10 第２種地域（用途地域 A 以外）：14 -9- 施工上・運転時の留意点 ●本施設における乾燥能力は気温、湿度、日射量等に影響されるの で、設置する地域において運転方法を検討する必要があります。 堆 肥 化 ●投入スラリーの水分や性状によって戻し堆肥による水分調整の要 否を判断するため、投入時の水分を把握しておく必要があります。 また、投入スラリーは洗浄水や雨水が混入しない場合に限られま す。 ●堆肥を施用する場合は、成分を把握し適正に利用してください。 ●スラリー投入部では、攪拌により、嫌気発酵にともなう硫化水素 等の臭気が発生する可能性があるため、施設の向きや稼働時間な どは、周辺環境を考慮し検討してください。 ●スターターには、充分腐熟したスラリーを利用してください。 ●ばっ気に用いるエジェクターポンプは、粘性により、吸引される 空気量が異なるため、送風量を充分確保できるポンプの選定が必 要になります。 液 肥 化 ●脱臭ブロアの臭気が接触する部分は、ステンレスを使用するか、 直接、羽根に臭気が接触しない構造としてください。 ●スラリーは発酵に伴う液温の急激な上昇により、激しく発泡する ため、ヘッドスペースに充分余裕を持たせてください（理想1mく らい）。また、脱臭槽への泡の流入を防ぐため、消泡機は脱臭槽 への配管近くに設置してください。 ●土壌脱臭槽の土壌は、長期間放置すると、臭気のショートパスや ばっ気槽への逆流が起こる危険性があるため、定期的に耕起する 必要があります。 -10- 那須塩原市 産業観光部（黒磯支所） 栃木県那須塩原市共墾社 108 番地 2 TEL：0287-62-7149 FAX：0287-62-7223 ホームページ： http://www.city.nasushiobara.lg.jp/ 栃木県畜産試験場 栃木県芳賀郡芳賀町稲毛田上の原 1917 TEL：028-677-0301（代表） FAX：028-677-4328 ホームページ： http://www.pref.tochigi.jp/chikusan-s/
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