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並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体、触媒カラム、および、植物栽培用固形培地の製造方法 新技術説明会

国内特許コード P10A015470
掲載日 2010年6月4日
出願番号 特願2008-262385
公開番号 特開2010-088358
登録番号 特許第5414090号
出願日 平成20年10月9日(2008.10.9)
公開日 平成22年4月22日(2010.4.22)
登録日 平成25年11月22日(2013.11.22)
発明者
  • 篠原 信
出願人
  • 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構
発明の名称 並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体、触媒カラム、および、植物栽培用固形培地の製造方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】 本発明は、曝気などの恒常的な電力を用いる操作を行うことなく、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を効率よく生成する方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、固形培地耕での養液栽培を行った場合においても、有機質肥料を直接添加して養液栽培を行うことができる、植物栽培固形培地の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 容器に、通気性を有する固体担体を充填し、;これに有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、有機物を添加して、その後、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置することにより、;並行複式無機化反応を行う微生物群を固定化させることを特徴とする、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法を提供する。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


近年、循環型社会を構築すべきとの観点から、化学肥料の使用を控え有機質肥料の使用を推進する動きが世界的に活発になっている。
しかし、トマトなどの野菜や花き等の生産で広がりを見せている、土壌を用いない‘養液栽培’では、養液に有機物を直接添加すると有害な中間分解産物が発生し、植物の根が傷んでしまうため、養液栽培での有機質肥料の利用は考えられなかった。それゆえ、現在でも養液栽培では化学肥料のみが使用されている。



養液栽培で有機質肥料を利用するには、有機物を硝酸態窒素などの有用な無機肥料成分に無機化する技術が必要である。従来、有機物を無機化する技術としては、微生物群を利用した排水処理技術(例えば、特許文献1参照)などがあるが、これらは生成された硝酸態窒素を還元し窒素ガスとして放出させる脱窒反応を伴うため、硝酸態窒素が失われてしまい、無機肥料を製造する目的に合致するものではなかった。



そこで、有機物から硝酸態窒素(硝酸イオンとして)を効率よく回収して、無機肥料成分として利用できる技術としては、特許文献2、非特許文献1に記載の並行複式無機化法が発明されている。
この技術は、脱窒反応を抑えながら有機態窒素を分解し、高効率で硝酸態窒素である硝酸イオンを、無機肥料成分として回収できる、再現性の高い方法であり、従来にみられなかった技術である。これにより、これまで実現困難であった「有機質肥料を活用する養液栽培」と「有機物を原料として硝酸態窒素を含有する無機肥料の製造」が可能になった(例えば、非特許文献1、3参照)。
この特許文献2に記載の発明は、有機質肥料を活用した養液栽培を実現するとともに、有機質資源を原料にして、硝酸態窒素などの無機肥料成分を製造する技術として注目を集めている。このため、新たな養液栽培技術として関心を持つ農家や植物工場の他、有機質資源の再資源化を計画する企業などから、多大な期待を集めている。
また、特許文献2に記載の並行複式無機化法を利用することによって、有機質肥料を直接養液に添加して硝酸態窒素を生成させ‘有機質肥料を用いた水耕での養液栽培’を行うことが可能となった。



しかし、特許文献2に記載の並行複式無機化法で無機肥料成分を含有する肥料を製造する場合、有機物の分解(アンモニア化成)および硝酸イオンの生成(硝酸化成)のうちの硝酸化成を、培養タンク内の培養タンク壁面に付着した微生物群の働きのみによって行うため、壁面の表面積が律速になり、有機物を硝酸態窒素に無機化する反応速度の点で、時間がかかりすぎる課題があった。
さらに、前記微生物群の培養と当該反応は、恒常的な曝気(エアレーション等で好気条件を常に保つ操作)が必要であり、大規模な処理を想定した場合、電力コストが問題になる可能性がある。そのため、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する上で、反応速度が顕著に高められ(効率よく)、且つ、曝気や恒常的な電力を要することなく行うことができる方法の開発が求められていた。



ところで、トマト栽培などでよく利用されるロックウールなどの固形培地を用いた養液栽培(‘固形培地耕での養液栽培’)を行う場合において、有機質肥料を直接養液に添加した場合、有機物の分解がうまくいかず腐敗し、硝酸態窒素がほとんど生成されないという問題があった(例えば、非特許文献2参照)。
そこで、特許文献2に記載の並行複式無機化法の利用が検討されたが、この場合においても、直接養液に有機質肥料を添加する方法をとると、有機成分が養液中に溶存するため、ドリップチューブや固形培地内で目詰まりをおこす恐れや、固形培地内で目詰まりをおこした有機物の腐敗などの問題が起きる恐れがあり、そのままでは応用が難しいという問題があった。
従って、特許文献2に記載の方法を利用して固形培地耕を行うには、あらかじめ有機物を完全に無機化し、無機養液(有機成分を極力含まない養液)にしてからでないと、固形培地耕の養液に用いることができなかった。
そのためこの場合、栽培前に行う準備操作が煩雑で時間がかかるため、もっと簡易な方法で、固形培地耕での有機質肥料の活用を可能にする技術の開発が求められていた。
なお、固形培地に微生物を定着させる方法は従来でもあるものの(例えば、特許文献1参照)、これらは脱窒反応を伴い肥料成分(硝酸態窒素)が失われてしまうものであり、有機質肥料を直接添加して養液栽培を行うことができる固形培地として利用することができなかった。



【特許文献1】特開2001-300583号公報【特許文献2】特開2007-119260号公報【非特許文献1】「有機肥料の養液栽培」農業および園芸、第81巻 p. 753-764(2006年)【非特許文献2】「養液土耕と液肥・培地管理」博友社、p.119-155(2005年)【非特許文献3】「生ゴミ・糞尿から輸出用無機肥料を生産」農林水産技術研究ジャーナル、第31巻 p. 44-46 (2008年)

産業上の利用分野


本発明は、有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法に関する。
また、本発明は、前記固体担体を用いた、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する触媒カラムの製造方法に関する。さらに、本発明は、前記固体担体を植物栽培固形培地とする、植物栽培固形培地の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
容器に、通気性を有する固体担体を充填し、;これに有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、有機物を添加して、その後、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置することにより、;並行複式無機化反応(下記(A1)及び(A2)に記載の条件を満たす反応)を行う微生物群を固定化させる固体担体の製造方法であって、;
前記固体担体を洗浄する際に流出される流出液に硝酸態窒素が生成され始めていなかった場合、下記(B)に記載の処理を、洗浄の際に流出される流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで繰り返して行う、;ことを特徴とする、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法。
(A1) 有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する反応であり、有機物からアンモニア態窒素への分解と、アンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化とが、同一の反応系で連続的に行われる反応。
(A2) 有機物の分解において、有機物に含まれる有機態窒素がアンモニア態窒素に分解され、アンモニア態窒素が硝酸化成による酸化反応を経て硝酸態窒素が生成される反応。
(B) さらに有機物を添加して静置し、水を添加して前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する処理。
【請求項2】
前記容器が排水口を備えた容器であり、前記流出液が前記排水口から流出された流出液である、請求項1に記載の固体担体の製造方法。
【請求項3】
固形形状が維持されるように一体成形された通気性を有する固体担体に、;有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、有機物を添加して、その後、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置することにより、;並行複式無機化反応(下記(A1)及び(A2)に記載の条件を満たす反応)を行う微生物群を固定化させる固体担体の製造方法であって、;
前記固体担体を洗浄する際に流出される流出液に硝酸態窒素が生成され始めていなかった場合、下記(B)に記載の処理を、洗浄の際に流出される流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで繰り返して行う、;ことを特徴とする、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法。
(A1) 有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する反応であり、有機物からアンモニア態窒素への分解と、アンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化とが、同一の反応系で連続的に行われる反応。
(A2) 有機物の分解において、有機物に含まれる有機態窒素がアンモニア態窒素に分解され、アンモニア態窒素が硝酸化成による酸化反応を経て硝酸態窒素が生成される反応。
(B) さらに有機物を添加して静置し、水を添加して前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する処理。
【請求項4】
前記静置が、前記流出液中に50mg/L以上の硝酸イオンが生成され始めるまで行うものである、請求項1~のいずれかに記載の固体担体の製造方法。
【請求項5】
前記固体担体が、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、ゼオライト、砂、鹿沼土、ガラス、セラミック、ウレタン、ナイロン、メラミン樹脂、木質チップ、わら、水苔、炭、木綿、紙、ポリアクリルアミドゲル、および、寒天、よりなる群から選ばれた1種以上の多孔質の固体担体である、請求項1~のいずれかに記載の固体担体の製造方法。
【請求項6】
前記微生物群を添加した直後に、前記固体担体中に硝酸態窒素が含まれる場合、;水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄し、硝酸態窒素を除去することによって、;前記有機物を添加した際に、前記固体担体中でアンモニア化成反応および硝酸化成反応が中間生成物を蓄積することなく進行し、且つ、脱窒反応がおこらない、請求項1~のいずれかに記載の固体担体の製造方法。
【請求項7】
前記並行複式無機化反応を行う微生物群が、並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液、前記培養液を乾燥させて得られた前記微生物の乾燥菌体、前記微生物群が固定化された固体担体、前記微生物群が固定化された固体担体に水を添加し前記固体担体から流出された流出液、土壌、水道水、湖沼の水、湧き水、井戸水、川の水、海水よりなる群から選ばれた1種以上の、アンモニア化成を行う微生物群および硝酸化成を行う微生物群を含む微生物源に由来するものである、請求項1~のいずれかに記載の固体担体の製造方法。
【請求項8】
前記有機物の量が、前記担体1Lに対して0.1~10gである、請求項1~のいずれかに記載の固体担体の製造方法。
【請求項9】
前記有機物が、炭素と窒素の含有比であるC/N比が19以下の高窒素含有有機物である、請求項1~のいずれかに記載の固体担体の製造方法。
【請求項10】
請求項に記載の固体担体の製造方法において、前記高窒素含有有機物が、魚煮汁、魚粉、油粕、生ゴミ、トウモロコシ浸漬液、米ぬか、大豆粉、植物体残渣、牛乳、粉ミルク、家畜糞よりなる群から選ばれた1種以上である、固体担体の製造方法。
【請求項11】
請求項1~10のいずれかに記載の方法により得られた固体担体を、並行複式無機化反応を行う触媒カラムの担体として用いることを特徴とする、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する触媒カラムの製造方法。
【請求項12】
請求項1~10のいずれかに記載の方法により得られた前記固体担体を、植物栽培固形培地とすることを特徴とする、植物栽培固形培地の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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JP2008262385thum.jpg
出願権利状態 登録


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