JP6268650B2 - 土壌改良材およびそれを含む培土 - Google Patents
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Description
本願は、2012年11月8日に日本に出願された特願2012−246064号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、室内やベランダにて行われる植物の栽培では、天然の土の飛散や水による土の流出、また、虫の発生などが嫌がられるので、天然の土を含まない吸水性のある高分子化合物の粒状物や多孔質セラミックスの粒状物を培土として用いることも行われている(特許文献1)。
また、ゼオライトは、イオン交換容量が大きいため保肥性に優れているという利点がある一方で、保水性が低く、これを土壌改良材として配合した培土は、頻繁な灌水が必要となる。
また、バーミキュライトは、保水性および保肥性に優れ、また、軽量であり作業性がよいという利点がある一方で、産地が限定されており、異物混入などの問題がある。
また、高分子化合物の粒状物や多孔質セラミックスの粒状物は土の飛散などは抑制され水耕栽培には適しているという利点がある一方で、水耕栽培以外では、植物育成の観点からは十分なものではなかった。
(1)多孔質セラミックスを構成素材として含有する粒状物を含み、前記粒状物はpF値2.7以下の範囲における水分量が前記粒状物の全体体積に対して5体積%以上である土壌改良材。
(2)前記粒状物の保水率が15%以上であることを特徴とする前記(1)記載の土壌改良材。
また、本発明にかかる培土は以下の構成を有する。
(4)本発明の培土は、前記(1)〜(3)のいずれかの土壌改良材を含む。
(5)pF値2.7以下の水分量が5%以上である多孔質セラミックスの粒状物を含む土壌改良材。
(多孔質セラミックスの粒状物)
粒状物のpF値2.7以下の範囲における水分量は、好ましくは粒状物の全体体積に対して8体積%以上、さらに好ましくは10体積%以上である。上限は80体積%程度である。
なお、粒状物のpF値1.5超2.7以下の範囲における水分量は、以下の式にてもとめることができる。
本実施形態の好ましい形態での多孔質セラミックスは、後述する製造方法で製造された結果として、粘土、有機汚泥および珪藻土が焼結された成分を有し、後述する製造方法で述べるような各種の任意成分、すなわち各種の繊維やガラス等を含有していてもよい。
粒子径が1mm超〜5mm以下であると、保水性を向上させ、かつ、気相も増やすことができる。
粒子径が0.02mm超〜1mm以下であると、一般的には水分等により絞め固まり、食物の育成に好ましくない状態となるが、本実施形態の粒状物ではこのような絞め固まり現象を抑制し、土壌改良したい土と混ざりやすく、また、粒状物にはマイクロメートルオーダー、さらに好ましい形態ではナノメートルオーダーの気孔をも有するため、気相を有し、植物の好ましい育成環境を提供できる。
本実施形態の土壌改良材は、上記の粒子径の相違による性能の特徴と屋内、屋外などの使用場所、農地やプランター、鉢などの容器の大きさ、植物の種類、改良が必要な土の状態などに合わせ任意の大きさのものを用いればよい。
このような範囲の三相分布のバランスを有する土壌改良材を、改良する土の目的とする性能に合わせて混入することで、土の中に植物の育成に適した十分な空気、水を有するものとすることができ、本実施形態の粒状物を含む土壌改良材は、好ましい土壌改良材または培土となることができる。
また、気相が多い培土とすることにより、断熱性を発揮し、寒暖の激しい地域においても植物の根を守り、植物を守るとの観点より、粒状物の三相分布における気相は10%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上がよい。
これらの成分の溶出することができる性質を有するか、およびその溶出量は、以下に説明する多孔質セラミックスの製造に用いる混合物の組成(主には、後述する有機汚泥等の含有量)、多孔質セラミックスの気孔の状態、前記した液体肥料等の付与または含浸の条件などにより調整することができる。
本実施形態の土壌改良材は、本実施形態の粒状物のみからなるものであってもよいし、本実施形態の目的を逸脱しない範囲で、無機質系のゼオライト、パーライト、もしくはベントナイトなど、有機質系の堆肥、腐葉土、もしくは泥炭など、または、高分子系のポリエチレンイミン系化合物などの他の土壌改良材と配合し、土壌改良材として用いてもよい。
本実施形態の土壌改良材を、水はけの悪い粘土質の土または保水性の悪い砂などに混ぜることにより、これらの土や砂の性質を改良し、植物の育成に適した培土とすることができる。
従って、屋外の広大な農地用土壌改良から屋内の観賞用土壌改良まで様々なものの土壌改良材として用いることができる。
本実施形態の培土は、本実施形態の土壌改良材を含むものである。培土は、赤玉土、または鹿沼土などに本実施形態の土壌改良材を配合し、赤玉土や鹿沼土の欠点を補い、また、長所をさらに向上させ、より植物の育成に適した培土とすることができる。また、植物の培土としては好ましくない水はけの悪い粘土質の土をはじめ、保水性の悪い砂など任意の土と本実施形態の土壌改良材とを配合することにより、植物の育成に適した培土としたものである。
なお、本実施形態の土壌改良材と他の土等とを配合して培土として用いる場合には、その配合物や配合比は目的とする植物の性質や室外または室内などの、用いる場所または広さ等に合わせて配合すればよく、特に限定されるものではない。
また、本実施形態の粒状物のみからなる土壌改良材のみからなる培土は、一般的な土に比べ土埃が発生したり、水と共に流出することが抑制されるため本実施形態の粒状物のみで用いると室内外(特に室内)の園芸用、水耕栽培用の培土として用いるのにも適している。
また、本実施形態の培土は、芝生などの目土としても好ましく用いることができる。
多孔質セラミックスの製造方法は、例えば、後述の原料を混合して混合物(以下、単に混合物ということがある)とし(混合工程)、この混合物を成形して成形体とし(成形工程)、この成形体を焼成して多孔質セラミックスを得る(焼成工程)方法等が挙げられる。
混合物としては、例えば、発泡剤、有機汚泥、および珪藻土からなる群から選択される少なくとも1種と、粘土とを原料として含むものが好ましく、発泡剤、有機汚泥および粘土を含むものがより好ましい。発泡剤を用いることで多孔質セラミックスの粒状物に大きなミリメートルオーダーの気孔を形成することができ、珪藻土を用いることで多孔質セラミックスの粒状物にマイクロメートルオーダーの気孔を形成することができる。また、有機汚泥を用いることで多孔質セラミックスの粒状物にマイクロメートルオーダーの気孔と、さらに小さなナノメートルオーダーの気孔を形成することができる。さらにまた、有機汚泥を用いることで、多孔質セラミックスの粒状物が窒素、リン、およびカリウムなどの植物の三大栄養素を溶出することができるようになる。また、有機汚泥を用いて得られた多孔質セラミックスの粒状物の気孔は有用微生物の育成に特に適した空間となる。
有機汚泥の含水率は、例えば、有機汚泥の全体質量に対して水が5〜90質量%であることが好ましく、60〜90質量%であることがより好ましく、65〜85質量%がさらに好ましい。上記範囲内であれば、均質な混合物が得られると共に、良好な成形性を維持しやすい。
珪藻土としては、特に限定されず、従来、耐火断熱煉瓦、濾過材等に使用されていたものと同様のもの等を用いることができる。例えば、珪藻土に狭雑している粘土鉱物(モンモリロナイト等)、石英、および長石等を分別精製する必要はなく、これらの含有率を認識した上で、混合物への配合量を調整することができる。また、珪藻土を用いて製造され廃棄された耐火断熱煉瓦、濾過材またはコンロなどを粉砕して珪藻土として用いることもでき、廃棄物削減の観点から好ましい。
珪藻土の含水率が前記範囲内であれば、含水率を認識しながら、混合の際に狭雑物中の粗粒子分を除去して使用することで、成形性が良好な混合物を得られるためである。
なお、珪藻土中の含水率は、珪藻土の乾燥減量法またはカールフィッシャー法等の従来知られた方法により測定できるが、本実施形態では、乾燥減量法(乾燥減量方式)のための下記仕様の赤外線水分計を用い、試料を乾燥(200℃、12分)し、下記(2)式により求めた値を用いることができる。
測定方式:乾燥減量法(加熱乾燥・質量測定方式)、
最小表示:含水率;0.1質量%、
測定範囲:含水率;0.0〜100質量%、
乾燥温度:0〜200℃、
測定精度:試料質量5g以上で、含水率±0.1質量%、
熱源:赤外線ランプ;185W
m1:乾燥前の容器の質量と乾燥前の試料の質量との合計質量(g)、
m2:乾燥後の容器の質量と乾燥後の試料の質量との合計質量(g)、
m0:乾燥後の容器の質量(g)
粘土は、従来、セラミックスに用いられる公知のものを用いることができ、石英、長石、またはその他の粘土系素材等の鉱物組成で構成され、構成鉱物はカオリナイトを主とし、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト、ベントナイトまたはパイロフィライトを含むものが好ましい。中でも、焼結時のクラックの伸展を抑え、多孔質セラミックスの破壊を防ぐ観点から目安として粒子径が500μm以上の石英の粗粒を含むものがより好ましい。また、前記石英の粗粒の粒子径は、目安として5mm以下が好ましい。このような粘土としては、例えば、蛙目粘土等が挙げられる。粘土は、1種単独でまたは2種以上を適宜組み合わせて配合できる。
混合物に任意成分を配合する場合、任意成分の配合量は、例えば、5〜10質量%の範囲で決定することが好ましい。
また、水分が多い場合には、例えば、ガラスや瓦などの破砕物を含んでいるとよい。特に瓦の破砕物を配合することにより、過剰な水分を吸収し、配合物の流動性を調整し、成形性を向上させることができる。また、ガラスを用いる場合には、好ましくは、溶融温度が900℃以上、2000℃以下の高融点ガラスの粒子状フィラーがより好ましい。高融点ガラスの粒子を用いることで、多孔質セラミックスに形成される気孔を維持しながら水分調整が可能である。また、高融点ガラスは強度向上剤としても用いることができる。
このような材質であれば、多孔質セラミックスの強度を十分に向上できる。
アルミノケイ酸ガラスは、アルミニウムと珪素とを主成分とする酸化物ガラスである。
ホウケイ酸ガラスは、ホウ素と珪素とを主成分とする酸化物ガラスである。
石英ガラスは、石英から作製されるガラスで、酸化珪素の純度が高いものをいう。
ホウケイ酸ガラスは、ホウ素と珪素とを主成分とする酸化物ガラスである。ホウケイ酸ガラスとしては、AN100(商品名、無アルカリホウケイ酸ガラス、旭硝子株式会社製)等が挙げられる。
高融点ガラスの粒子には、上記の製品の製造工程で排出される廃ガラスや、廃棄された液晶テレビ等から回収されるパネルを用いることができる。
また、瓦も廃棄物として出されたものをもちいることができる。瓦は融点が高いため、一般的なものは特別な配慮をおこなわなくとも用いることができる。また、瓦は水分の吸収量も多いため、有機汚泥中の水分が特に多い場合には、瓦を配合するとよい。
粒子径が5mm超であると、多孔質セラミックスの成形性が低下したり、成形時に押出し口の金具が破損するおそれがある。
混合装置としては、例えば、ミックスマラー(東新工業株式会社製)等の混練機や、ニーダー(株式会社モリヤマ製)または混合機(日陶科学株式会社製)等が挙げられる。
成形方法は、公知の成形方法を用いることができ、混合物の性状や所望する成形体の形状を勘案して決定することができる。成形方法は、例えば、成形機を用いて、押し出し成形し、ペレットなどを含めた板状、粒状または柱状等の成形体を得る方法、混合物を任意の形状の型枠に充填して成形体を得る方法、あるいは、混合物を押し出し、延伸または圧延した後、任意の寸法に切断する方法等が挙げられる。
成形機としては、真空土練成形機、平板プレス成形機および平板押出し成形機等が挙げられ、中でも、真空土練成形機が好ましい。
乾燥操作は、必要に応じ行えばよく、公知の方法を用いることができる。例えば、成形体を常温(例えば、目安として20〜30℃前後)で自然乾燥してもよいし、50〜220℃の熱風乾燥炉で任意の時間処理して乾燥してもよい。乾燥後の成形体の含水率は、特に限定されないが、例えば、5質量%未満が好ましく、1質量%未満がより好ましい。
焼成温度(最高到達温度)は、混合物の性状等に応じて決定でき、例えば、850℃〜1200℃とされる。焼成温度が上記下限値以上であれば、有機汚泥由来の臭気成分が熱分解され解消されると共に、有機汚泥中の有機物の大部分が揮発して減量する。上記上限値超であると、セラミックスの組織全体のガラス化が進み、気孔が閉塞するおそれがある。
実施例に用いた原料は、次の通りである。
<有機汚泥>
有機汚泥としては、染色工場(小松精練株式会社)の活性汚泥法による排水処理設備から凝集・脱水工程を経て排出された活性汚泥を用いた。この活性汚泥の有機物含有量(対固形分)は83質量%、含水率は85質量%であった。
<粘土>
粘土としては、蛙目粘土(岐阜県)を用いた。
発泡剤として、鋳鉄スラグを用いた。この鋳鉄スラグは、SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、FeO、MgO、MnO、K2OおよびNa2Oを主成分とするダクタイル鋳鉄スラグである。
<珪藻土>
珪藻土には、能登地区産の耐火煉瓦の原料で、含水率が珪藻土の全体質量に対して5重量%の粉末状の珪藻土を用いた。
住宅用の瓦として使用された後、廃棄されたものを粉砕した粒子径0.1mm〜1.2mmのものを用いた。
<ゼオライト>
株式会社伸興サンライズ製。商品名:ピュアライト。
<パーライト>
有限会社北松製。
<バーミキュライト>
中国産。株式会社PLANTにて販売。
<みかけ密度>
「土壌標準分析・測定法」(博友社)に記載の三相分布・容積重(実容積法)に準じ三相分布の測定をおこない、その測定中に測定される乾土重量(g)より求められる容積重(仮比重、g/ml)を見かけ密度とした。
「土壌標準分析・測定法」(博友社)に記載の保水性 C 遠心法 100ml円筒用水平ローターに準じて各pF値の水分量の測定をおこなった。ただし、「土壌標準分析・測定法」(博友社)では、加圧板法でpF値3.2までの測定が終わった試料を用いることになっているが、水中に1時間浸漬した後の飽和含水状態の粒状物を試料として用いた。なお、計算式は前記のとおりである。
<保水率>
「土壌標準分析・測定法」(博友社)に記載の水分(乾熱法)に準じて測定をおこない、体積水分率(%)を保水率(%)とした。なお、水中に1時間浸漬した後の飽和含水状態の粒状物を試料として用いた。
<飽和透水係数>
「土壌標準分析・測定法」(博友社)に記載の飽和透水係数 変水位法に準じて測定をおこなった。
「土壌標準分析・測定法」(博友社)に記載の三相分布・容積重(実容積法)に準じて測定をおこなった。なお、pF値1.5の処理がされたものを試料として用いた。
<pH>
「土壌標準分析・測定法」(博友社)に記載のpH測定法(pH(H2O)を、ガラス電極法で測定する測定法)に準じて測定をおこなった。
<気孔同士の連通の有無の確認>
多孔質セラミックスにおける気孔同士の連通の有無の確認は、得られた多孔質セラミックスの大粒子を水に浸漬し、充分に吸水させた後に切断し、その断面を観察することで確認した。多孔質セラミックスの内部に、満遍なく水分が分布・保水されている場合、気孔同士が連通していると判断した(「○」と表示)。多孔質セラミックスの内部に水分が行き渡っていない場合には、個々の気孔または孔隙が独立しており、気孔同士が連通していないまたは連通が不充分であると判断した(「×」と表示)。なお、多孔質セラミックスの基板状のものは、基盤の状態で確認をおこなった。
表1に示す組成でスラグ、有機汚泥、粘土および珪藻土をミックスマラー(新東工業株式会社製)で混合し、可塑状態の混合物を得た(混合工程)。
次いで、得られた混合物を真空土練成形機(高浜工業株式会社製)で押し出し、圧延成形し、幅60cm、厚み2cmの帯状の一次成形体を得た。この一次成形体を任意のピッチと幅で切断して、厚み2cmの略正方形の平板状の成形体を得た(成形工程)。
焼成後、得られた多孔質セラミックスの板状物をハンマーミルで粉砕した。次に篩を用い、0.02mm超1mm以下(以下、小粒子という)、1mm超5mm以下(以下、中粒子という)、5mm超50mm以下(以下、大粒子という)に分け多孔質セラミックスの粒状物からなる土壌改良材を得た。そして、小粒子、中粒子および大粒子の夫々のみかけ密度等を測定し、表1に記載した。
また、水やりも1カ月に一度程度でよく、メンテナンスも簡単であった。従って、本実施形態の土壌改良材は、そのまま培土としてももちいることができる。
多孔質セラミックスを得るための混合物の組成を表1に記載のものとし、成形工程では真空土練成形機で混合物を直径1.5cmの円柱状に押し出したものを長さ3cmに切断し円柱状の成形体を得、また、焼成工程では成形体の含水率を低下させるための乾燥操作を省略した以外は実施例1と同様にし、多孔質セラミックスの粒状物からなる土壌改良材を得た。そして、小粒子、中粒子および大粒子の夫々のみかけ密度等を測定し、表1に記載した。なお、表1の「飽和透水係数」の欄において「瞬時」とは、透水速度が速く、目盛管内の水面が上部線から下部線まで降下するのに要する時間が測定できなかったことを指す。
多孔質セラミックスを得るための混合物の組成を表1に記載のものとし、成形工程では真空土練成形機で混合物を直径1.5cmの円柱状に押し出したものを長さ3cmに切断し円柱状の成形体を得、また、焼成工程では成形体の含水率を低下させるための乾燥操作を省略した以外は実施例1と同様にし、多孔質セラミックスの粒状物からなる土壌改良材を得た。そして、小粒子、中粒子および大粒子の夫々のみかけ密度等を測定し、表1に記載した。
また、本発明の土壌改良材をそのまま培土としても用いることができる。
Claims (10)
- 孔径が10〜1000nmのナノメートルオーダーの気孔、1μm超1000μm以下のマイクロメートルオーダーの気孔及び1mm超のミリメートルオーダーの気孔を有する多孔質セラミックスを構成素材として含有する粒状物を含み、
前記粒状物の粒子径が1mm超、1cm以下であり、
前記粒状物の保水率が20%以上であり、
前記粒状物はpF1.5の遠心処理をした際の三相分布における気相が30%以上であり、
前記粒状物はpF値2.7以下の範囲における水分量が前記粒状物の全体体積に対して5体積%以上である土壌改良材。 - 前記粒状物の粒子径が1mm超、5mm以下であることを特徴とする請求項1記載の土壌改良材。
- 前記粒状物の保水率が15%以上であることを特徴とする請求項1または2記載の土壌改良材。
- 前記粒状物の飽和透水係数が0.1cm/s以上である請求項1から3のいずれか1項に記載の土壌改良材。
- 前記気孔が相互に連通している請求項1から4のいずれか1項に記載の土壌改良材。
- 請求項1〜5のいずれかの土壌改良材を含む培土。
- 土壌改良材に用いる粒状物の製造方法であって、前記粒状物は多孔質セラミックスを構成素材として含有し、
有機汚泥及び珪藻土からなる群から選択される少なくとも1種と、発泡剤と、粘土とを含む混合物を焼成して前記多孔質セラミックスとする工程を含み、
前記多孔質セラミックスは、孔径が10〜1000nmのナノメートルオーダーの気孔、1μm超1000μm以下のマイクロメートルオーダーの気孔及び1mm超のミリメートルオーダーの気孔を有し、
前記粒状物の粒子径が1mm超、1cm以下であり、
前記粒状物の保水率が20%以上であり、
前記粒状物はpF1.5の遠心処理をした際の三相分布における気相が30%以上であり、
前記粒状物はpF値2.7以下の範囲における水分量が前記粒状物の全体体積に対して5体積%以上である、粒状物の製造方法。 - 前記粒状物は、粒子径が1mm超、5mm以下である請求項7記載の粒状物の製造方法。
- 前記発泡剤が、鋳鉄スラグである請求項7又は8に記載の粒状物の製造方法。
- 前記混合物を焼成して前記多孔質セラミックスとする工程の後に、
前記多孔質セラミックスを破砕して、前記多孔質セラミックスの粒状物を得る破砕工程と、
前記多孔質セラミックスの粒状物を前記粒子径となるよう篩分けし、前記土壌改良材に用いる粒状物を得る工程とをさらに含む、請求項7から9のいずれか1項に記載の粒状物の製造方法。
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