JPH08500320A - 窒素に富む液体有機老廃物の加工処理方法、それによって得られる肥料溶液、及びその用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、窒素に富む液体有機廃棄精製物、特に、有機質肥料生成物の水性肥料溶液への加工処理方法に関する。この方法は、生物学的に安定な肥料溶液を得るために、生物学的変換プロセスを具備する。この変換プロセスは、硝化され得るアンモニウム窒素を硝酸塩窒素に変換するための硝化工程を少なくとも含み、硝化される画分における硝化され得る窒素の含有量が高すぎる場合には、脱窒工程のみを行なう。肥料溶液は、硝酸塩と、１リットル当たり最大で１５０ｍｇまでのアンモニウム窒素（１５０ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌ）とを含有するように、硝化工程後に分離される。肥料溶液は、葉の栄養剤として、又は水耕法システムにおいて使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 窒素に富む液体有機老廃物の加工処理方法、それによって得られる肥料溶液、及 びその用途 本発明は、窒素に富む液体有機老廃物の水溶液への加工処理方法に係り、この 方法において、前記老廃物は、生物学的に実質的に安定な水溶液を得るために、 生物学的変換プロセスに供される。前記変換プロセスは、前記老廃物からの硝化 され得るアンモニウム窒素が、硝化反応器内で硝化細菌の作用によって硝酸塩窒 素に変換される、少なくとも１つの硝化工程を含む。そのように得られた硝化さ れた画分中の硝酸塩の量が、予め決定された窒素量を越える場合には、予め硝化 された画分の少なくとも一部を、脱窒（ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）工程 に供した後、硝化されるさらなる画分とともに硝化工程に供することによって、 前記硝酸塩含有量は、前記硝化細菌が活性化する量に制限される。 本発明において用いられる“窒素に富む液体有機老廃物”の表現は、例えば、 半液体有機質肥料、液体有機質肥料等の農場で直接に得られる液体有機質肥料を 指すが、半液体肥料から固形分を除去後に得られる水溶性画分、又は有機質肥料 生成物の部分的な発酵後に得られる残留生成物のような、有機質肥料生成物のさ らなる処理生成物もまた含まれる。もちろん、人間に起因する有機質肥料生成物 もまた、この表現に含まれる。さらにまた、その表現には、例えば、合成装置か らの廃水等の窒素が豊富なその他の液体有機老廃物も含まれる。 ＥＰＡ ０，４２３，８８９には、上述のタイプの半液体有機質肥料又は発酵 した半液体有機質肥料の加工処理方法が開示されている。この既知の方法では、 浄水装置が使用され、その装置においては、有機質肥料生成物は、浄化された水 溶液を得るために、硝化工程及びその後の脱窒工程に連続して供される。脱窒さ れた画分はその後に放出されるので、窒素及び有機物は可能な限り除去される。 有機質肥料から窒素を可能な限り完全に除去するため、この反応器中の硝酸塩 含有量が、１０００〜１４００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌの間に好ましく制限されるよ うに、脱窒された画分の一部は硝化反応器に戻される。この範囲内において、硝 酸塩窒素へのアンモニウムの最適な変換が得られる。同様の理由から、脱窒素細 菌のために必要な炭素及びエネルギー源として、メタノールがさらに使用される 。前記有機質肥料生成物を使用する際には、脱窒の間にアンモニム窒素が再び得 られるので、窒素が浄化装置の流出物中の最終物となるであろう。この欧州特許 出願の方法において、浄化された廃水が、脱窒装置からの流出物として得られる 。 しかしながら、そのような方法は、植物の栄養素成分の全てが失われるという 欠点を有する。さらに、多量の汚染物質のほとんどが、常に表面の水に到達する ので、浄化は完全に行われない。これらの栄養素成分の一部を取り戻すために、 固形分を予め有機質肥料から分離し、乾燥することができる が、これは、多量のエネルギーを必要とする。この場合、液体画分は、浄化され るためにさらに残留し、放出されるために蒸留される。 それゆえ、本発明の目的は、上述の欠点を除き、生成物中に存在する栄養素成 分を有効な方法で使用することを可能とした、窒素に富む液体有機老廃物の新規 な加工処理方法を提供することにある。 本発明の方法は、前記窒素に富む有機液体老廃物中の最終物が、水性肥料溶液 に加工されることを特徴とし、この肥料溶液は、硝化工程後に前記硝化反応器か ら分離される。硝化される画分が、１リットル当たり少なくとも３０００ｍｇの 硝化され得る所定の最大窒素含有量を越える場合には、窒素含有量を制限するた めに脱窒工程のみが行なわれ、これによって、硝化される部分の硝酸塩含有量は 、１５００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌと、所定の最大窒素含有量との間の量に制限され る。 ＥＰＡ ０，４２３，８８９の方法と比較して、本発明の方法によれば、水性 溶液が分離され、特に、硝酸塩を含有する植物の栄養素成分を含む水性溶液は、 硝化工程後に分離される。硝化工程後におけるこの窒素含有量が、窒素濃度が生 物学的プロセスを強く妨げるような最大値を越える場合には、窒素含有量を制限 するための脱窒工程のみが行われる。確かに、窒素を含む植物の栄養素成分は、 可能な限り保たれることが好ましい。 得られた生成物が生物学的に実質的に安定であるという事 実に起因して、それは、例えば、植物のために必須である酸素を肥料溶液から多 量に取り除く好気性生物学的プロセスを引き起こすことなく、水耕農業のための 肥料溶液に加えることができる。さらにまた、硝化工程は重要である。事実、主 としてアンモニウムの形で老廃物中に存在する窒素は、この工程中に硝酸塩窒素 に変換される。水耕農業において、アンモニウムの存在は、カリウム等の他のカ チオンの吸収を抑制する影響を有する。高濃度のアンモニウムは、植物にとって 有害でさえある。半液体有機質肥料等の老廃物は、アンモニウム含有量が高いの で、固形分が除去される場合、又は有機物が通常の好気性の浄水装置もしくは発 酵装置内で分解される場合でさえ、そのような生成物は、水耕法農業に使用でき ないことが明かである。事実、後者の場合、アンモニウム含有量は非常に高く残 る。亜硝酸塩は、アンモニウムよりもさらに有害であるので、広範囲に及ぶ硝化 は、肥料溶液が実質的に亜硝酸塩を含まないようにするために重要である。 本発明の方法における重要な利点は、窒素に富む有機老廃物を、価値ある肥料 溶液に変換可能なことにあり、この溶液は、水耕法システムでの植物の栽培のた め、又は葉の栄養剤として使用するために、特に適している。そのような老廃物 の使用によって、肥料溶液を製造するために通常使用される、無機塩のような原 料物質に関しては、大きな節約が実現され得る。さらに、合成肥料の製造は、多 量のエネルギーを必要とするので、エネルギーの節約が達成される。一方、老廃 物中に存在する栄養素成分が、主に生物学的プロセスによって 植物に吸収可能な形に変換されるので、本発明の方法は、少量のエネルギーしか 必要としない。 半液体有機質肥料を加工処理するためのＤＥＣ３９２０５３９の方法において 、この有機質肥料は、ＥＰＡ０，４２３，８８９の場合と同様に、まず硝化され た後、その中に存在する多量の窒素を除去するために脱窒に供される。しかしな がら、そのように得られた脱窒生成物は、肥料溶液ではなく、依然、本来の半液 体有機質肥料と同様の用途に使用でき、水耕法システム又は葉の栄養剤として使 用することは、明かに不可能である。実際に、得られた生成物は、多量の固体物 質に加えて、非常に多量のアンモニウムをさらに含有し、あるいは、多量の有機 物質に起因した同量の亜硝酸塩を含有し、硝化工程の間に多量の酸素を消費する 酸化が起こる。 また、ＤＤＡ１５４６９３には、半液体有機質肥料の加工処理方法が開示され ている。この既知の方法において、固形分は、まず有機質肥料から分離される。 その後、得られた液体は、脱窒及び硝化に供され、硝化された画分は、この浄化 プロセスに再び戻される。すなわち、硝化された画分の一部は、脱窒反応器に戻 され、一方、残りの部分は、予備脱窒のために、安定な状態で半液体有機質肥料 に加えられる。各部分の比は、各反応器中のｐＨ変化の関数として、及び、有機 物を分解するための脱窒反応器中で必要とされる硝酸塩の量の関数として決定さ れる。有機物の非常に高い含有量に起因して、窒素の大部分は、その後脱窒反応 器中で除去され、一方、硝化された画分に比較的高濃度のアンモニウム及び同量 の亜硝酸塩が含有されるように、硝化反応器への流出物中の残りの有機物は、硝 化細菌が硝化され得る窒素を全て硝酸塩に変換するのを防止する。 本発明の方法によれば、窒素に富む有機老廃物を使用することが重要である。 そのような老廃物は、浄化される通常の廃水よりかなり多くの窒素を含有する。 確かに、窒素に富む老廃物は、１リットル当たり少なくとも１５００ｍｇの窒素 、好ましくは２０００ｍｇの窒素を含有し、一方、自治体の汚水では、１リット ル当たりの窒素は、わずか３０〜５０ｍｇである。 この点に関して硝化−脱窒プロセスによって、そのような廃水を得ることが知 られており、“Ｋｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｚ Ａｂｗａｓｓｅｒ”３８（１９９１ ）２月，Ｎｏ２（Ｍ．Ｂｏｅｓ）によれば、１リットル当たり５ｍｇ未満の窒素 を含有する浄水が得られる。この刊行物に開示された浄化プロセスにおいて、有 機物は脱窒工程の間に分解される。流出物中の窒素含有量が低いことは十分な再 循環を必要とし、もちろん廃水中の窒素含有量が低いこともまた同様に必要とさ れる。 本発明の好ましい態様において、アンモニウム量は、前記硝化工程中に、最大 １５０ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌの量まで減少し、好ましくは最大で１００ｍｇＮＨ₄ ⁺ −Ｎ／ｌの量まで、最も好ましくは最大７５ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌの量まで減少す る。例えば、２０〜２５倍に希釈した後、基質農業のための栄養分溶液中に適切 なアンモニウム量が得られ、それ は、植物の成長にまったく害を及ぼさない。アンモニウム含有量は、可能な限り 少ないことが好ましい。 脱窒素工程は、別個の脱窒反応器中と同様に、前記硝化反応器中で行うことが できる。 ＥＰＡ０，４２３，８８９の方法に対して、本発明の方法においては、脱窒さ れた画分が硝化反応器に戻されるので、窒素に富む有機質肥料生成物は、脱窒素 細菌のための炭素源及びエネルギー源として使用することができる。この方法に よれば、例えば、メタノールのような別個の炭素源及びエネルギー源を作るため の費用は全く必要とされず、老廃物中に存在する有機物の分解も同時に得られる 。一方、所望ならば、本発明の方法において、別個の炭素源及びエネルギー源を 使用することもできる。さらに、本発明の方法は、脱窒反応器中に加えられる有 機物の量の正確な制御は必要とされない。この事実のため、脱窒された画分は、 実際に硝化反応器中に戻され、一方、有機物は、その後好気性分解プロセスを経 てさらに分解される。 本発明の好ましい態様において、前記液体老廃物中に存在する固体粒子は、硝 化工程又は脱窒工程に供される前に、例えば、フィルタープレス、又はデカント 遠心分離によって除去される。この方法において、老廃物中の懸濁粒子は、反応 器の能力低下を引き起こすバイオマススラグ中のバクテリアの発生を防止する。 特に、液体有機老廃物中の乾燥物質含有量が４〜５重量％又はこれ以上の場合 には、この生成物中の有機物含有量を減 少させるために、前もって発酵させるのが好ましい。そのような含有量の低い乾 燥物質は、硝化及び／又は脱窒反応器中で、生物学的に分解されるので、乾燥物 質含有量を減少させるために、予め発酵を行うことは余り適切でない。窒素に富 む老廃物を広範囲にわたって予備発酵することの利点は、可能な限り完全にでき ることであり、脱窒工程が適用された場合には、この脱窒工程がより制御可能と なることを含む。確かにこの場合、異なる炭素源及びエネルギー源を、例えば脱 窒反応器内の所望のｐＨの作用で選択することができる。過剰の量の硝化された 画分が脱窒に供される場合には、所定の脱窒レベルにするために、同時に、この 炭素源及びエネルギー源の投与量を、より正確に所望の脱窒レベルに調節するこ とができる。本発明の予備発酵のさらなる利点は、この方法において、窒素及び 本来の結合状態で老廃物中に存在する他の植物栄養成分が、液相中に移動するこ とにある。本来の結合の窒素は、硝化のために使用される無機アンモニウムに、 より著しく変換される。その後、固体粒子が有機質肥料生成物から除去される場 合には、別の方法では、植物ための貴重な栄養素成分が固形分を経て多量に失わ れてしまうので、これは特に重要である。 広域にわたる発酵の後、有機物含有量、又は老廃物のＢＯＤ値は、窒素含有量 と比較して少なくなる。この場合、脱窒工程が行われると、発酵した老廃物は、 脱窒素細菌のための炭素源又はエネルギー源として、好ましくは完全に脱窒反応 器中に加えられる。あるいは、付加的な炭素及びエネルギー 源とともに加えられる。この場合、硝化及び脱窒反応器の両方として作用する反 応容器は１つで十分である。この方法において、必要な汲み出し操作及び導管数 を、かなり減少させることができる。さらに、発酵反応容器中で発生するバイオ ガスは、価値ある付加的なエネルギー源である。 また、本発明は、本発明の方法を適用することによって得られ、生物学的変換 プロセスを通して生物学的に安定であり、固体／液体分離に供された肥料溶液で あり、硝化された窒素に富む有機老廃物を含有することを特徴とする肥料溶液に 関する。この肥料溶液は、生物学的に実質的に安定、かつ分解しない不溶性の有 機物を多量に含有し、腐植質組成物を最大で１５０ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌまで含む 。 上述のように、そのような肥料溶液は、葉の栄養剤として、特に、水耕法シス テムのための希釈された栄養溶液を得るために使用することができる。 そのようなシステムにおいて、植物の根は、人工的な環境におかれる。そのよ うな人工的な環境は、栽培者が、最大の生産を実現するために、この環境の組成 物を一定に制御するのが可能になるという利点を与える。しかしながら、天然の 土壌環境と比べた欠点は、この人工的な環境が、化学的及び生物学的のいずれに も緩衝作用が少ないことである。同時に、この人工的な環境は、特にＮ．Ｆ．Ｔ −システムにおいて、迅速な成長の可能性を与え、また、いわゆる土壌伝染病の 速い広がりの恐れを与える。さらに、ストレス状態にある植物は、最適な天然環 境で育つ植物と比較して、これらの病気に 対し、より敏感である。 本発明の方法の重要な利点は、それが不溶の有機物を含有すること、特に、腐 植質、フルボ酸類（ｆｕｌｖｏ−ａｃｉｄｓ）のような腐植質化合物を含有する ことにある。前記化合物は、天然の土壌環境にも存在する。水耕法農業において 本発明の肥料溶液を使用することによって、植物及びその果実もまた、土壌中で 成長する植物として、同様にこれらの有機物の存在に影響を受け、植物、果実等 の味の開発のための栄養素成分の吸収を引き起こす。特に、腐植質化合物は、水 耕農業における植物の成長を高めることが明らかである。 本発明の肥料溶液は、水耕農業において、病気の進行に対しても、好ましい効 果を有し、根を通して植物中に浸透する、いわゆる土壌伝染病の進行に対して特 に好ましい効果を有する。確かに、病原体となる微生物の開発は、根の環境にお ける微生物の存在によって減少した。最近の微生物のいくつかは、拮抗する活性 を示すことができる。 本発明の肥料溶液の好ましい態様において、この溶液は、０．０１〜０．５重 量％の腐植質化合物を含有し、好ましくは０．１〜０．３重量％、より好ましく は０．１５〜０．２５重量％の腐植質化合物を含有する。 本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明の肥料溶液中での、窒素に富んだ液 体有機老廃物の加工処理方法のいくつかの態様の説明から明らかになるであろう 。まず、本発明の肥料溶液を詳細に説明する。この溶液は、この方法によって得 ることができる。これらの記載は、例示のためのみに与えら れるものであり、本発明の範囲を限定するものではない。 図１、２、３及び４は、半液体肥料から出発する、本発明の肥料溶液を製造す るための方法を表わす４つの異なる図を示す。 これらの４つの図において、同一の参照符号は、同一又は類似した成分を示す 。 本発明は、水耕法農業のための希釈された栄養溶液を得るために特に適切な肥 料溶液に係る。一方、肥料剤溶液は、葉の栄養剤として、及び土壌を肥沃にする ためにもまた、使用することができる。土壌の肥沃化と比較して、葉の栄養剤は 、植物の栄養成分が、植物に直接に適用され、滲出によって失なわれないという 利点を与える。例えば、硝酸塩等の成分の滲出は、地下水層の汚染のさらに重大 な原因である。本発明の肥料溶液の本質的な特徴は、この溶液が、生物学的変換 プロセスを通して生物学的に安定な、硝化された窒素に富む有機老廃物を含有す ることにある。硝化に起因して、肥料溶液は、１リットル当たり最大でも１５０ ｍｇのアンモニウム窒素（１５０ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／１）を含有するに過ぎない。 さらに、固体粒子は、固形分／液体分離によって、この肥料溶液から除去される 。上述のように、窒素に富む老廃物は、発酵、又は固形分除去のような多くのプ ロセスにすでに供することができる。生物学的に安定な有機老廃物は、植物のた めに重要な、栄養成分であるカリウム、及び硝酸塩のような無機栄養成分を提供 するのみならず、腐植質を含有し、分解しない不溶性有機物を多量に提供する。 水耕法農業のための栄養溶液中のこの有機物の存在に起因して、この栄養剤の 組成は、土壌中の根の環境の天然の組成に近づくことがわかった。０．０１ない し０．５重量％、好ましくは０．１ないし０．３重量％、より好ましくは０．１ ５ないし０．２５重量％の腐植質を含有する肥料溶液の使用は、農作物の発育に 好ましい影響を与え、特に、この溶液の２０ないし２５倍の希釈物の使用が好ま しい。これらの腐植質化合物は、腐植質酸及びフルボ酸の両方を含む。最高で１ ．３重量％までの有機物を含有する肥料溶液が有利であり、最高で０．８重量％ まで含有する溶液がより好ましい。 肥料溶液中の微生物の存在は、病原性微生物の発育に抑制を与える。再循環を 行なうＮ．Ｆ．Ｔ−システムにおいて、例えば、本発明の肥料溶液の使用は、藻 類の増殖を強く抑制する。一方、実質的に無菌の新規な温室内で、病原性微生物 の迅速な成長が可能である。効果的な態様において、本発明の肥料溶液は、約２ ２℃の温度で測定される好気性発芽数が、３００，０００ｇｅｒｍｓ／ｍｌを越 え、好ましくは４００，０００ｇｅｒｍｓ／ｍｌと６００，０００ｇｅｒｍｓ／ ｍｌの間である。 肥料溶液中に存在する無機栄養素成分の多くの部分は、硝酸塩窒素を含有する 。例えば、肥料溶液の２０ないし２５倍の稀釈について、１リットル当たり少な くとも１５００ｍｇ、好ましくは２０００〜４０００ｍｇ、最も好ましくは３０ ００〜４０００ｍｇの硝酸塩窒素を含有する肥料溶液が、ほとんどの植物につい て適切であることが明らかである。そのよ うな窒素量は、生物学的に安定な、窒素に富む液体有機老廃物によって、肥料溶 液中に少なくとも部分的に供給することができる。一方、この溶液の組成は、さ らなる無機物質を加えることによって、植物の必要量に適合させ得ることが明ら かである。この物質は、それ自体で、水耕農業のために存在する無機肥料溶液を 合成するとして知られている。 以下の表１は、付加的な無機植物栄養成分の添加なしに、半固体の豚の有機質 肥料に基づいて製造された基本的な肥料溶液の例を示す。 この基本的な肥料溶液に、ある種の農作物の必要素の作用として、植物栄養成 分をさらに加えることができる。これらの付加的な植物栄養成分は、基本的な肥 料溶液のほかに、農作物に加えることができる。肥料溶液を製造するための本発 明の方法において、窒素に富む液体有機老廃物は、生物学的に実質的に安定な生 成物を得るために、生物学的変換プロセ スに供される。ここで、生物学的に安定な生成物は、水耕法システムにおいて使 用された際、植物のために必須の酸素が多量にこの栄養剤溶液中に残るように、 栄養剤溶液中で実質的にさらに分解しない生成物を意味する。生物学的変換プロ セスは、少なくとも１つの硝化工程を具備し、硝化され得るアンモニウム窒素は 、曝気された硝化反応容器中で、好気性硝化細菌の作用によって硝酸塩窒素に変 換される。硝化作用の後、肥料溶液は、硝化反応容器から分離される。 有機老廃物、特に、有機質肥料生成物は、主としてアンモニウム窒素を含有し 、一方、植物は主として硝酸塩窒素を吸収するので、硝化工程は、本発明の方法 に必須の工程である。より高い濃度において、アンモニウムは植物によって有害 である。これを避けるために、アンモニウム含有量は、硝化工程中に、１リット ル当たり最大で１５０ｍｇ（１５０ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌ）の含有量、好ましくは １リットル当たり最大で１００ｍｇ（１００ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌ）の含有量まで 減少される。本発明の方法は、特に、アンモニウム含有量を、１リットル当たり ７５ｍｇ（７５ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌ）未満の含有量まで減少させることができる 。実験において、例えば、１リットル当たり約１５ｍｇのアンモニウム含有量（ 約１５ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌ）が達成された。 アンモニウム窒素の硝化は、例えば、オランダ特許出願Ｎｏ．８６００３９６ に記載されているＷＡＺＵレスピレーションメーターのようなレスピレーション メーターの手段によって行なうことができる。硝化細菌の呼吸は、硝化が終了す る内部呼吸レベルまで戻る。呼吸の終了は、酸素含有量の放出、呼吸の減少を示 す一定の曝気における酸素含有量の増加によって決定することができる。さらに 、曝気装置によって、一定の酸素含有量を維持することができる。その後、所望 の曝気容量の減少は、呼吸の減少を示す。 硝化反応器は、いわゆるバッチプロセスで仕込まれ、好ましくは、硝化される 画分が、少なくとも２工程で硝化反応器中に加えられる、いわゆるフィードバッ チプロセスで仕込まれる。硝化工程中、硝化細菌であるニトロソモナス（Ｎｉｔ ｒｏｓｏｍｏｎａｓ）及びニトロバクター（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）が十分に 活性化するように、溶液のｐＨは、ｐＨ６及びｐＨ８．５の間の適切なｐＨ値ま で、実質的に一定に保たれる。硝化作用は、溶液の酸性化を含むので、このｐＨ 制御のために、アルカリ性物質が溶液に加えられる。リン酸塩等のある種の物質 ができる限り多量に沈殿するのを防止するために、ｐＨ７又はこれ未満のｐＨに 一定に維持することが好ましく、より好ましくは、ｐＨ６とｐＨ７との間に設定 することであり、最も好ましいｐＨは、約６．５である。 窒素に富む有機質生成物の既知の加工処理方法と比較して、硝化反応器の硝酸 塩含有量を制限するための脱窒工程は、本発明の方法においては、硝化される画 分が、１リットル当たり少なくとも３０００ｍｇという所定の最大窒素含有量を 越える量の硝化され得る窒素を含有する場合にのみ行なわれる。この硝化され得 る窒素は、アンモニウム窒素、及び生物学的に分解しないケルダール−窒素の両 方を含有する。硝化され る画分の一部を脱窒工程に供し、その後、硝化されるさらなる画分とともに硝化 することによって、硝化された画分の硝酸塩含有量は、１５００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ ／ｌと、前記所定の窒素含有量との間に制限される。 好ましい態様において、硝化される画分における硝酸塩含有量は、２０００ｍ ｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌと前記最大窒素含有量との間であり、３０００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ ／ｌと前記最大窒素含有量との間の硝酸塩がより好ましい。可能な限り多量の使 用する窒素を維持するために、この硝酸塩含有量は、所定の最大窒素含有量と実 質的に等しいことが好ましい。硝化され得る窒素のほとんどが硝化細菌によって 硝化されるように、最大窒素含有量は、６０００ｍｇＮ／ｌ未満とするのが有利 である。好ましくは、１リットル当たり３０００と４０００ｍｇとの間の硝化さ れ得る窒素量に設定することが好ましく、１リットル当たり３５００と４０００ ｍｇの間がより好ましい。 本発明の第１の態様において、硝化工程及び脱窒工程の両方は、１つの同じ反 応器内で行なわれ、特に、上述の硝化反応器内で行なわれる。硝化工程の間、空 気のような酸素を含有するガスが、この反応器内に導入される。より具体的には 、この反応器は、表面曝気装置の作用又はガス拡散システムによって曝気される 。曝気後、バイオマスは沈澱し、硝化された画分の一部は、所定量の硝化された 画分が反応器内に残留するように除去される。この残留した硝化画分に、例えば 、発酵された又は未発酵の多量の老廃物、及び／又はメタノー ル等の他の有機物質のような、脱窒素細菌のための炭素及びエネルギー源が、そ の後加えられる。バイオマスは、脱窒素細菌が脱窒を開始できるように、無害の 条件下で脱窒される画分に混合される。一方、硝化細菌は、このような、無酸素 環境下では活性化しない。少なくとも、炭素及びエネルギー源として、脱窒の前 にこれがすでに加えられていない場合には、硝化のために、さらなる量の窒素に 富む有機老廃物が反応器に加えられる。 この反応器に加えられる老廃物のＢＯＤ値が低い場合、具体的には、ｍｌＯ₂ ／ｌで表わされるＢＯＤ値の最大値が、脱窒によって得られる窒素含有量のｍｌ Ｎ／ｌで表わされる値の３．５倍を幾分越える場合、１つの同じ反応器中で硝化 及び脱窒工程を行なうことは、特に重要である。そのようなＢＯＤ値は、老廃物 の予備発酵によって得ることができる。それゆえ、この場合、本発明の方法は、 有機物がバイオガスに変換される嫌気性発酵反応器と、硝化−脱窒反応器との２ つの反応器を必要とする。発酵した又は未発酵の老廃物を硝化及び／又は脱窒反 応器に加える前に、バイオマスの代わりとなるのを避けるために、固体粒子は、 好ましくはそこから除去される。 本発明の第２の態様は、別個の脱窒反応器内で、脱窒工程が行なわれることで ある。また、この態様は、硝化及び脱窒が、同一反応器の異なる領域で行なわれ 得ることを含む。脱窒素細菌のための炭素源及びエネルギー源として、前記窒素 に富む老廃物の使用は好ましく行なわれ、その中の固体粒子 は、予め除去されている。この老廃物が高いＢＯＤ値を有する場合、即ち予備発 酵が行なわれない場合には、脱窒は、比較的微量の老廃物が必要とされる。特に 、多量の老廃物が脱窒反応器に加えられ、この老廃物は、所定量の硝酸塩窒素を 細菌が脱窒するのに十分となる量で、脱窒素細菌のための有機物を与える。脱窒 される画分は、放出されずに、硝化反応器内に再び加えられるので、使用する硝 酸塩を全て脱窒することは必要でない。さらに、脱窒された画分は、その後、曝 気された硝化反応器内で処理され、それによって、有機物は好気性条件下でさら に分解されるので、加えられる有機物の量は、脱窒素細菌の栄養のために必要な 量より大きい。 それゆえ、窒素に富む有機老廃物は、全て脱窒反応器に加えられる。ｍｌ０₂ ／ｌで表わされたこの生成物におけるＢＯＤ値の最大値が、脱窒の必要がある硝 酸塩含有量のｍｌＮ／ｌで表わされた値の３．５倍より幾分高い場合には、これ は特に有利である。より高いＢＯＤ値をもって、老廃物は、脱窒反応器中に完全 には加えられず、この反応器の容量は減少する。 生物学的に安定な生成物を得るために、この硝化反応器内で、有機物の制限さ れた分解が必要とされるため、老廃物は、硝化反応器に加える前にこれを発酵さ せることが好ましい。液体老廃物が、４〜５重量％又はこれ以上の乾燥物を含有 する場合には、そのような発酵が特に効果的である。より低い乾燥物含有量にお いて、付加的な発酵装置の代わりに、十分な分解容量を有する好気性硝化反応器 を提供することが好ま しい。発酵後、固体粒子は、好ましくは遠心分離のような手段によって除去され る。発酵によって、多量の有機物が分解されるのみならず、この分解はまた、硝 化され得るアンモニウム窒素及び溶液中のさらなる植物栄養成分を取り込む。 脱窒工程は、脱窒作用中の脱窒反応器内におけるｐＨの上昇を引き起こす。リ ン酸塩等のある種の物質が、このｐＨ上昇に起因して多量に沈殿するのを防止す るために、脱窒反応器中のｐＨは、酸性物質の添加によって好ましく制御され、 例えば、有機酸を加えることによって、又は脱窒素細菌のための炭素及びエネル ギー源の選択によって制御される。特に、ｐＨは、ｐＨ７より低い値に実質的に 一定に維持され、好ましくはｐＨ６とｐＨ７との間、特に、約６．５のｐＨ値に 設定される。 本発明の好ましい態様において、硝化反応器から分離された肥料溶液は、溶液 中に存在する浮遊しているバクテリアフロック等の粒子を除去するために、さら に処理される。適切な技術は、例えば、ロ過及び／又は沈殿技術であり、その沈 殿技術においては、高分子電解質等の凝集剤を使用することができる。肥料溶液 は、飽和溶液ではないので、付加的な無機植物肥料成分は、この溶液中にさら取 り込まれることができる。この方法において、肥料溶液の組成は、植物の栄養必 要量に調節することができる。 窒素に富む有機老廃物の異なる種類の変換の例、特に、本発明の方法を適用す ることによって、動物に基づく有機質肥料生成物を水耕法システムに適切な肥料 溶液へ変換する例を 以下に示す。これらの例において、硝化工程及び可能な脱窒工程は、好中温菌の ための温度において行なわれた。例１ この例においては、約１０重量％の含有量の乾燥物と、約６８００ｍｇＮＨ₄ ⁺ −Ｎ／ｌの硝化され得る窒素とを含む半液体の豚の有機質肥料を使用した。この 高い窒素含有量に起因して、例えば、窒素含有量を半分にするために、脱窒工程 が必要である。さらに、高い有機物含有量のために、発酵工程もまた適切である 。 図１は、この半液体の豚の有機質肥料の変換のために使用され得る図を示す。 第１の工程において、有機質肥料１は、嫌気性条件の下、発酵器２内で発酵し、 これによってバイオガス３が製造される。発酵後、高分子電解質４が加えられ、 固形分６は、デカント遠心分離５によって、発酵された画分から分離される。得 られた溶液は、約１２０００ｍｇＯ₂／ｌのＢＯＤ値を依然として有する。 １リットル当たり３４００ｍｇの硝酸塩窒素（３４００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌ） の最終硝酸塩含有量が目的とされる場合には、実質的に３４００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ ／ｌ（＝６８００−３４００）が脱窒されなければならない。上述のＢＯＤ値は 、脱窒される硝酸塩の３．５倍よりわずかに高いので、好ましくは、発酵される 画分は全て脱窒反応器７に加えられる。窒素含有量は、３４００ｍｇＮ／ｌまで 、半分にされなければならないので、硝化反応器８内ですでに硝化された画分の 一部は、発酵された画分ごとに脱窒反応器に加えられる。 その後、脱窒反応器７内において、硝酸塩は、Ｎ₂ガス９に脱窒され、次いで、 生物学的に分解されうる有用な有機物の大部分もまた、分解される。脱窒後、発 酵された画分とすでに硝化された画分との混合物は、１リットル当たり３４００ ｍｇの硝化され得る窒素を含有する。その後、これらの混合物の２つの部分は、 硝化され得る窒素を硝酸塩窒素に変換するために、硝化反応器内で硝化される。 これを目的として、硝化細菌の呼吸が内部呼吸レベルに低下するまで、エア１０ が硝化反応器に注入される。 沈降後、硝化された画分の一部は、脱窒反応器に戻され、他の部分は、肥料溶 液１１として分離される。この単純化された例において、固形分を経て除去され た微量の窒素は、考慮されないことが明らかである。例２ この例においては、例１と同様の組成の半液体の豚の有機質肥料を、同様の方 法を用いて第１の工程において発酵させた。しかしながら、この例では、図４に 示すように、同一の反応器７，８内で硝化及び脱窒工程を行なった。 第１の工程において、発酵した半液体有機質肥料の一部は、硝化−脱窒反応器 ７，８中に汲み上げられ、この中には、すでに硝化された画分が依然多量に存在 する。その後、反応器７，８は、曝気なしに攪拌される。それゆえ、バイオマス 及び液相は、互いに激しく接触する。このバイオマスは、好中温性の硝化及び脱 窒素細菌の混合物からなる。このプロセス相において、脱窒素細菌は、発酵した 動物性有機質肥料の新 たな仕込みからの有機物（ＢＯＤ）を使用しつつ、すでに曝気相を経た先の有機 質肥料からの仕込みである硝酸塩を、窒素月に変換する。 所定時間後、又は硝酸塩分析が硝酸塩がさらなる分解されない（ＢＯＤが消耗 された）ことを示した後、又は、液体中で所望の窒素レベルが達成されたことを 硝酸分析が示した後、曝気が開始される。ここで、バイオマス混合物からの硝化 細菌は、新たな仕込みを介して供給されたアンモニウム窒素を、硝酸塩に変換す る。同時に、有効な有機物が好気性条件下でさらに分解される可能性が存在する 。制御方法は、別個の硝化反応器の場合と同様である。 続いて、曝気を停止し、バイオマスが沈降し、肥料溶液の一部は、反応器７， ８から分離され、一方、硝化された画分は、反応器内に多量に残留する。その後 、サイクルは、再び第１の工程から開始する。 半液体有機質肥料が、より低いＢＯＤ値まで発酵に供されるならば、例えば、 未発酵の半液体有機質肥料又はメタノールのような、脱窒素細菌のための付加的 な炭素及び窒素源を加えなければならない。これは、脱窒工程がより制御可能に なるという利点を与える。確かに、所望のｐＨの作用で、ある種の炭素及びエナ ルギー源を選択することができる。また、その投与量は、より正確に所望の脱窒 レベルに調節することができる。例３ この例においては、例１と同様の半液体の豚の有機質肥料 を使用したが、この有機質肥料は、若干異なる方法にしたがって本発明の肥料溶 液に変換した。この方法は、図２に模式的に示されている。 例１との大きな相違は、この第３の例において、半液体有機質肥料の大部分が 、例えば、４０００ｍｇＯ₂／ｌより低い、低ＢＯＤ値まで発酵されることであ る。それゆえ、脱窒素細菌のための炭素及びエネルギー源として、多量の未発酵 半液体有機質肥料を使用した。発酵された画分は、硝化工程後の最終硝酸塩含有 量が、約３４００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌとなるような多量の脱窒された画分ととも に、硝化反応器に直接供給される。しかしながら、所望ならば、例えば、６００ ０ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌのような、より高い硝酸塩含有量を得ることができる。例４ この例においては、約５重量％の乾燥物含有量と、約４０００ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ ／ｌの硝化し得る窒素とを含有し、飼育された雌豚及び小豚からの半液体有機質 肥料を使用した。その後、この半液体有機質肥料は、例３（図２）と同様の工程 図にしたがって、肥料溶液に変換された。例３との最も大きな相違点は、この第 ４の例では、６部あたり、１部の硝化された画分が、脱窒反応器に供給されるこ とである。脱窒後、この１部は、最終硝酸塩含有量が、約３３３０ｍｇＮＯ₃ ^-− Ｎ／ｌとなるように、約５部の発酵した画分とともに硝化反応器に戻される。例５ この例においては、約４重量％の含有量で乾燥物を含有し、飼育された雌豚及 び小豚からの半液体有機質肥料を使用した。第１の工程において、固体粒子がそ こから除去される。得られた有機老廃物は、約４０００ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌの硝 化され得る窒素と、約１００．０００ｍｇＯ₂／ｌのＢＯＤ値を有する。したが った方法を、図３に模式的に示す。上述の例と比較して、この方法は、発酵工程 を含まない。 ３５００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌの最終硝酸塩含有量を得るために、硝化された画 分の約１／８が、脱窒反応器７内で脱窒されなければならない。この例において 、その固体粒子が除去された半液体有機質肥料は、脱窒反応器７及び硝化反応器 ８の両方に直接加えられる。動物性の有機質肥料中の本来の窒素含有量の７／８ まで窒素含有量を減少させるために、硝化された画分の１部ごとに、全体で約７ 部の有機質肥料が、脱窒反応器及び硝化反応器に加えられる。１ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ の脱窒は、約３．５ｍｇのＯ₂を有するＢＯＤ値の減少を含むので、脱窒素細菌 にとって十分な量の有機物を与えるために、脱窒反応器に加えるべき有機質肥料 の最少量を計算することができる。少なくとも３５００×３．５＝１２２５０ｍ ｇＯ₂のＢＯＤ値を有する多量の動物有機質肥料がそこに必要とされるので、脱 窒されるべき硝化された画分の１部は、約３５００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌを含有す る。これは、１リットル当たり０．１２３リットル（ＢＯＤ値＝１００．０００ ｍｇＯ₂／ｌ）の動物性有機質肥料の、脱窒される最少量に相当する。この例に おいて、有機質肥料の約０．５部が、 安全性のために脱窒反応器に加えられ、残りの６．５部は、硝化反応器に残留す る。この反応において、アンモニウム含有量を１５０ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌ未満の 値まで減少させるのに十分な酸素が供給される。この酸素のための必要量を減少 させるために、予備発酵は好ましい。例６ この例においては、約２重量％の乾燥物含有量と、約３０００ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ ／ｌの硝化し得る窒素とを含有し、食用の子牛からの半液体有機質肥料を、生物 学的に分解され得る有機物を生物学的に分解した後に使用した。 この低い窒素濃度に起因して、脱窒は必要とされない。したがって、脱窒素細 菌のための栄養源として有機物を使用する必要がない。それゆえ、この半液体有 機質肥料は、まず発酵され、固体粒子を除去した後に硝化される。これによって 、好気性硝化において、アンモニウム窒素が硝酸塩窒素に変換されるのみならず 、さらにこの場合には、有機物の好気性分解が起こる。また、この有機物中に存 在し、好気性分解中にアンモニウム窒素として放出される窒素は、この硝化工程 において硝酸塩窒素に変換されるので、硝化され得る窒素である。 この場合、半液体有機質肥料の低い乾燥物含有量に起因して、発酵工程は適用 されないことが好ましい。一方、有機物は、もっぱら曝気された硝化反応器中だ けで分解される。この結果、別個の発酵装置のための費用によって補われる、よ り大きな曝気容量を与えることが必要であろう。低い有機物 含有量に起因して、有機物を分解すること、及び硝化反応器中で、硝酸塩窒素へ のアンモニウム窒素の十分な変換を得ることの両方が可能である。 本発明は、上述の態様に制限されるものではなく、本発明の範囲内から逸脱せ ずに種々の変更が可能であることが明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，Ｊ Ｐ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ (72)発明者 コスター、イマン・ウィルム オランダ国、6721 ファーエム・ベネコ ム、アヒターストラート 32

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．生物学的に実質的に安定な水溶液を得るために、老廃物を生物学的変換プロ セスに供し、前記変換プロセスは、前記老廃物からの硝化され得るアンモニウム 窒素が、硝化反応器中で硝化細菌によって硝酸塩窒素に変換される少なくとも１ つの硝化工程を含み、得られた硝化画分の硝酸塩含有量が、所定の窒素含有量を 越える場合には、予め硝化された画分の少なくとも一部を脱窒工程、及び硝化さ れるさらなる画分とともに、次いで行なわれる硝化工程に供することによって、 前記硝化細菌が活性化する含有量まで、前記窒素含有量を制限する、窒素に富む 液体有機老廃物を水溶液に加工処理する方法において、 前記窒素に富む液体老廃物は、硝化工程後に前記硝化反応器から分離される肥 料溶液に加工処理され、硝化される画分における硝化され得る窒素の含有量が、 １リットル当たり３０００ｍｇの所定の最大窒素含有量を越える場合には、窒素 含有量を制限するために前記脱窒工程のみが行なわれ、硝化された画分における 窒素含有量が、脱窒工程によって１５００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌと前記所定の最大 窒素含有量との間の含有量に制限されることを特徴とする方法。 ２．硝化された画分中の硝酸塩含有量が、前記脱窒工程を経て２０００ｍｇＮＯ₃ ^- −Ｎ／ｌと前記所定の最大窒素含有量との間の硝酸塩含有量まで、好ましくは ３０００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌと前記所定の最大窒素含有量との間の硝酸塩含 有量まで、最も好ましくは、前記所定の最大窒素含有量と実質的に等しい硝酸塩 含有量まで制限される請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．所定の最大窒素含有量が、１リットル当たり３０００乃至４０００ｍｇの硝 化され得る窒素、好ましくは、１リットル当たり３５００乃至４０００ｍｇの硝 化され得る窒素である請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。 ４．前記硝化工程におけるアンモニウム含有量が、最大で１５０ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ ／ｌの量まで、好ましくは最大で１００ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌの量まで、最も好ま しくは最大で７５ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌの量まで減少される、請求の範囲第１項乃 至第３項のいずれか１項に記載の方法。 ５．酸素を含有するガスが、硝化工程中に硝化反応器に供給され、硝化細菌の呼 吸がこの硝化工程中に次いで行なわれ、この呼吸が内部呼吸レベルまで低下した 後、硝化が停止される、請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の方 法。 ６．脱窒工程を行なう場合には、硝化工程及び脱窒工程の両方を前記硝化反応器 内で行ない、酸素を含有するガスを、硝化工程中に硝化反応器内に導入し、その 後、このガスの供給を停止し、硝化された画分中の前記部分が硝化反応器内に残 留するように、多量の硝化された画分を除去し、硝化反応器内に存在する脱窒素 細菌のための炭素及びエネルギー源を、特に、前記液体有機老廃物の少なくとも １部、この硝化反応器に加え、実質的に酸素の添加なしに、前記硝化反応器内に 存在する液体を攪拌することにより前記脱窒工程を行なう請求の範囲第１項乃至 第５項のいずれか１項に記載の方法。 ７．脱窒工程を行なう場合には、前記脱窒工程は別個の脱窒反応器内で行ない、 特に、脱窒素細菌が所定量の硝酸塩窒素を脱窒できるのに十分な量で、脱窒素細 菌のための多量の炭素及びエネルギー源を与える量となるように、前記液体老廃 物は、脱窒反応器内に存在する脱窒素細菌のための炭素及びエネルギー源として 、少なくとも部分的に前記脱窒反応器に加えられる請求の範囲第１項乃至第５項 のいずれか１項に記載の方法。 ８．老廃物のｍｇＯ₂／ｌで表わされるＢＯＤ値の最大値が、脱窒によって得ら れ、ｍｇＮ／ｌで表わされる窒素量の減少の３．５倍より幾分高い場合には、前 記液体老廃物が、実質的に全て脱窒反応器に加えられる請求の範囲第７項に記載 の方法。 ９．硝化工程中において、硝化反応器内に存在する液体のｐＨが、ｐＨ７又はこ れ未満に維持され、特に、ｐＨ６とｐＨ７との間に維持される請求の範囲第１項 乃至第８項のいずれか１項に記載の方法。 １０．前記液体老廃物中に存在する固体粒子が、予め除去される請求の範囲第１ 項乃至第９項のいずれか１項に記載の方法。 １１．生成物における有機物含有量を低下させるために、特に、この液体老廃物 が４乃至５重量％又はこれを越える乾燥物含有量を有する場合に、前記液体老廃 物が、予め発酵され る、請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項に記載の方法。 １２．前記水性肥料溶液が、固体粒子及び／又はフロックを硝化された画分から 除去することによって分離され、特に、沈降分離法及び／又はメンブレン濾過技 術によって分離される請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれか１項に記載の方 法。 １３．付加的な無機植物栄養素成分が、肥料溶液に加えられる、請求の範囲第１ 項乃至第１２項のいずれか１項に記載の方法。 １４．生物学的変換プロセスを通して生物学的に安定であり、固体／液体分離に 供された硝化された窒素に富む老廃物を含有する請求の範囲第１項乃至第１３項 のいずれか１項に記載の方法を適用することによって得られた肥料溶液であって 、腐植質化合物、及び最大で１５０ｍｇＮＨ₄ ⁺−Ｎ／ｌを含み、生物学的に実質 的に分解せず、不溶性の有機物を多量に含有する肥料溶液。 １５．腐植質化合物を、０．０１乃至０．５重量％、好ましくは０．１乃至０． ３重量％、より好ましくは０．１５乃至０．２５重量％含有する請求の範囲第１ ４項に記載の肥料溶液。 １６．有機物を、最大で１．３重量％まで、好ましくは最大で０．８重量％まで 含有する請求の範囲第１４項又は第１５項に記載の肥料溶液。 １７．微生物を含有し、特に、約２２℃の温度で測定された 好気性発芽量が、３００，０００ｇｅｒｍｓ／ｍｌを越え、好ましくは４００， ０００乃至６００，０００ｇｅｒｍｓ／ｍｌである、請求の範囲第１４項乃至第 １６項のいずれか１項に記載の肥料溶液。 １８．硝酸塩含有量が、少なくとも１５００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌであり、好まし くは２０００乃至４０００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌであり、より好ましくは３０００ 乃至４０００ｍｇＮＯ₃ ^-−Ｎ／ｌである請求の範囲第１４項乃至第１７項のいず れか１項に記載の肥料溶液。 １９．植物に供給するため、特に、水耕農業用又は葉の栄養剤としての稀釈され た栄養素溶液を合成するための、請求の範囲第１４項乃至第１８項のいずれか１ 項に記載の肥料溶液の用途。