堆肥化

堆肥化とは

堆肥化とは、微生物の働きを利用して有機物を分解し、堆肥を生成するプロセスです。主に、動物の排泄物、生ゴミ、汚泥などの有機物を、微生物が分解しやすい環境を人為的に作り出し、堆肥へと変換します。このプロセスは、コンポスト化とも呼ばれます。

定義によれば、「生物系廃棄物を、管理された条件下で、取り扱いやすく、貯蔵性良く、環境に害を及ぼすことなく、安全に土壌還元可能な状態まで微生物分解すること」とされています。この定義からわかるように、堆肥化は単に有機物を分解するだけでなく、その過程で環境への負荷を低減し、資源を有効活用することを目的としています。

堆肥化の目的と意義

堆肥化には、以下のような重要な目的と意義があります。

土壌への資源循環

植物は土壌から窒素、リン、カリウムなどの養分を吸収します。堆肥化は、これらの養分を含んだ有機物を土壌に戻すことで、資源の循環を促進します。これにより、化学肥料への依存を減らし、持続可能な農業を支えることができます。

不安定有機物の安定化

有機廃棄物は、分解過程で大量の酸素を消費し、不安定な状態にあります。未分解のまま土壌に施用すると、土壌中で分解が起こり、土壌の酸素不足を引き起こし、作物の生育や土壌生態系に悪影響を及ぼす可能性があります。堆肥化は、有機物を安定化させることで、これらの問題を回避し、安全な土壌還元を可能にします。

細菌、害虫、雑草種子の不活性化

堆肥化の過程では、温度が70℃前後に上昇することがあります。この高温により、病原細菌、病虫卵、ウイルス、雑草種子などが不活性化され、衛生的な堆肥を生成できます。これにより、病気や害虫の蔓延を防ぎ、作物の健全な生育を促進します。

原料の汚物感の解消

動物の排泄物や生ゴミは、特有の汚物感や臭気を持っていますが、堆肥化によってこれらを大幅に減少させることができます。これにより、堆肥の取り扱いが容易になり、生活環境の改善にもつながります。

ゴミの減量

生ゴミは水分を多く含んでおり、焼却処理には多大なエネルギーを必要とします。堆肥化は、生ゴミを堆肥として再利用することで、ゴミの排出量を減らし、焼却に伴う環境負荷を低減します。

生分解性プラスチックの分解

生分解性プラスチックは、通常の土壌中では分解されにくいですが、堆肥化のような微生物活性の高い条件下ではスムーズに分解されます。これにより、プラスチックごみの問題を緩和し、資源の有効活用を促進します。

堆肥の生成

堆肥化は、最終的に堆肥を生成することを目的としています。堆肥は、土壌の物理性、化学性、生物性を改善し、作物の生育を助ける効果があります。特に、保水性、排水性、通気性を向上させ、土壌の肥沃度を高めます。

堆肥化の環境因子

堆肥化を円滑に進めるためには、微生物が活動しやすい環境を整える必要があります。主な環境因子として、酸素、水、温度、原料pH、C/N比の五つが挙げられ、これらは相互に影響し合います。

酸素

堆肥化は、主に好気性微生物によって行われます。有機物の分解には大量の酸素が必要なため、堆肥原料への酸素供給が重要になります。酸素が不足すると、嫌気性微生物が活動し、分解速度の低下、悪臭の発生、酸の生成など、堆肥化に不都合な状態を引き起こします。通気性の確保や切り返し、送風によって、酸素を供給することが重要です。

水

微生物は水中で活動するため、適切な水分量が重要です。水分量が多すぎると通気性が悪くなり、逆に少なすぎると微生物の活動が低下します。一般的には含水率50～60％が適切とされています。水分量の調整は、加水や副資材の混合によって行います。

温度

堆肥化は、中温菌と高温菌という二つの微生物群によって行われます。分解速度を速め、病原菌などを不活性化するためには、50～65℃の高温域まで温度を上昇させることが望ましいです。堆積による断熱や加熱によって温度を調整します。

原料pH

堆肥化に適したpHは、約9付近です。pHが5以下になると分解が停滞します。嫌気状態では酸性、好気状態ではアルカリ性に傾きます。大規模施設では、石灰などを加えてpHを調整することもあります。

C/N比

C/N比とは、原料中の炭素と窒素の割合です。微生物は、炭素をエネルギー源、窒素をタンパク質の構成要素として利用します。C/N比が10～30の範囲で分解がスムーズに進むとされています。都市ゴミのようにC/N比が高い場合は、窒素分の多い副資材を混合して調整します。

堆肥化の化学的反応

堆肥化の過程では、炭水化物、脂肪、タンパク質などの有機物が、微生物によって分解されます。

炭水化物

炭水化物は、酸化分解によって二酸化炭素と水になります。


Cm(H2O)n + m O2 → m CO2 + n H2O

脂肪とタンパク質

脂肪とタンパク質は、酸化分解によって二酸化炭素、水、アンモニアを放出します。アンモニアは水と反応し、水酸化物イオンを生成し、堆肥原料をアルカリ性にします。


CxHyNzOp + a O2　→　CuHvNwOq + b CO2 + d H2O + e NH3



NH3 + H2O → NH4+ + OH−

硝化

アンモニアは、硝化菌によって硝酸塩に酸化されます。硝酸塩は植物が吸収しやすい窒素源です。


NH4+ + 3/2 O2 → NO2− + H2O + 2 H+



NO2− + 1/2 O2 → NO3−

嫌気状態での反応

嫌気状態では、糖が分解されて酢酸を生成し、pHを酸性にします。また、脱窒素反応により、硝酸塩が窒素ガスになり、養分が失われます。


C6H12O6 → 3 CH3COOH

堆肥化における発酵

堆肥化は、微生物による有機物の分解を伴うため、発酵と密接な関係があります。一般的に発酵は、嫌気性条件下での代謝を指しますが、堆肥化の文脈では、好気性条件下での分解も発酵として扱われる場合があります。

一次発酵

一次発酵は、糖類やアミノ酸などの易分解性有機物が分解される段階で、温度が上昇します。この段階で生成された堆肥も利用可能です。

二次発酵

二次発酵は、リグニンやセルロースなどの難分解性有機物が分解される段階で、分解速度は緩やかです。また、アンモニアが硝酸へと硝化されます。

家庭での堆肥化

家庭で堆肥化を行う際は、以下の点に注意すると良いでしょう。

水分調整

生ゴミは水分が多いため、よく水気を切ることが大切です。落ち葉などの乾燥した副資材を混ぜるのも効果的です。ダンボールコンポストは、水分調整が比較的容易です。

切返し

堆肥に酸素を供給するために、定期的に混ぜることが望ましいです。

破砕

原料を細かくすると、分解が速く進みます。

生物相

堆肥化には、一次分解者（バクテリア、放線菌）、二次分解者（原生生物、線虫）、三次分解者など、様々な生物が関わっています。微生物の活動を促進するために、適切な環境を整えることが重要です。

参考文献

Goluke, G. C. (1977). "Biological reclamation of solid wastes"; Rodale Press: Emmaus, PA, USA, p. 2.
藤田賢二 『コンポスト化技術』 技報堂出版、1993年5月。
岩渕和則 『廃棄物研究 財団だより』 廃棄物研究財団、2004年1月。

関連項目

コンポスター
ダンボールコンポスト
生ゴミ処理機
堆肥化施設
ミミズ堆肥

外部リンク

* 群馬県中部の堆肥流通データベース （堆肥化から、堆肥に関してまで幅広い情報がある）

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