堆肥
堆肥は、分解された有機物からなる細かく分割された緩い材料です。それは主に作物の成長を刺激するための植物栄養素および土壌改良剤として使用されます。多くの人が堆肥の生産をシャベルで手入れされた小さな庭の堆肥の山と関連付けていますが、ほとんどの堆肥は機械化された機器を使用して大規模な地方自治体、産業、または農業施設で生産されています。
背景
「土より古い」という表現は確かに堆肥に当てはまります。自然は、地球上の生と死のサイクルの一部として、何百万年もの間堆肥を生産してきました。生の堆肥である動物の糞尿を人間が最初に使用したのは、紀元前3、000年頃でした。 エジプトでは、肥料として畑に直接散布されました。その後、肥料は汚れた安定したわらや他のごみと混合され、必要になるまで山積みにされました。雨が山を濡らし続け、分解プロセスを助け、豊かな堆肥を作りました。
ギリシャ人とローマ人は、堆肥が作物の生産を促進することの価値を知っており、堆肥を分解する暖かさを利用して、冬に夏野菜を生産していました。キリスト教の修道院は、ローマ帝国の崩壊後もヨーロッパで堆肥の芸術を存続させ、約1200年までに多くの農民によって再び堆肥が使用されていました。シェイクスピアは、1600年代初頭に書かれた彼の戯曲のいくつかでそれについて言及しています。
米国では、ジョージ・ワシントン大統領とトーマス・ジェファーソン大統領が1700年代後半から1800年代初頭にかけて著名な地主でした。彼らが国政に関与していなかったとき、彼らは両方とも、さまざまな堆肥化方法や材料の実験を含む革新的な農業慣行を試みることに多くの時間を費やしました。何年にもわたる連続した作物が東海岸の土壌の栄養素を枯渇させるにつれて、堆肥化の慣行が広まりました。この傾向は、米国で使用されている肥料の90％が堆肥からのものであると推定された1900年代初頭まで続きました。
ドイツの会社が肥料を含む合成窒素化合物の生産を開始した1913年に、すべてが変わりました。これらの新しい化学肥料は、厄介な動物の糞尿堆肥よりも安価に生産でき、農場の堆肥の山はすぐに過去のものになりました。 1950年までに、米国で使用されている肥料の1％だけが堆肥に由来すると推定されていました。
この傾向の1つの注目すべき例外は、1942年にJ.I.によって開始された作業でした。有機農法の開発における著名なパイオニアであるロデール。 Rodaleは、合成肥料に依存することの危険性と、天然資源に由来する堆肥を使用することの利点を最初に認識した人の1人でした。堆肥化は、1960年代の環境に配慮した時代に短期間で後押しされましたが、それが大企業になったのは1980年代になってからでした。この急増は、堆肥のプラス面に対する新たな認識の結果ではなく、ごみのマイナス面に対する懸念の高まりの結果でした。要するに、ゴミを取り除くための努力の中で、私たちは空気を汚染し、川を汚染し、文字通り埋め立て地で自分たちを埋めていました。
いくつかの都市ごみを埋め立て地から転用するために、1970年代初頭に、人々が缶、ボトル、新聞をゴミ箱に捨てるのではなく持ち込めるリサイクルセンターを設立しました。これに続いて、人々が家の前で拾うためにこれらのリサイクル可能な材料を別々の容器に入れることができるカーブサイドリサイクルが行われました。最後に、多くの都市では、堆肥化する庭ごみ用のカーブサイドコンテナを追加しました。 1992年までに、ほぼ1,500の都市にヤード廃棄物堆肥化施設がありました。
同時に、厳しい新しい環境法により、産業はもはや単に廃棄物を周囲の土地に投棄したり、近くの川に排出したりすることはできなくなりました。これらの法律を満たすために、多くの業界が独自のリサイクルおよび堆肥化プログラムを開始しました。環境への懸念は、化学肥料や農薬が人間や野生生物に及ぼす健康への悪影響について非難されていた農民にも影響を及ぼしました。その結果、多くの農民は、堆肥を使用することを支持して、化学物質を削減または排除することを決定しました。
今日、ほとんどの堆肥は、特定の種類の原材料を処理するように設計された大規模な施設で処理されています。農業用堆肥は通常、原材料を生産したのと同じ農場で生産され、使用されます。産業用堆肥は袋に入れて個々のバイヤーに販売することも、原材料を他の堆肥化施設にまとめて販売することもできます。市営のごみ堆肥は、通常、市やごみ収集会社が運営する施設で生産され、地元の造園会社や園芸用品センターに販売されています。
原材料
技術的には、堆肥は任意の有機材料から作ることができます。つまり、炭素を含む生物、植物、または動物の任意の部分から作ることができます。堆肥には、窒素、酸素、水に加えて、リン、銅、カリウム、カルシウムなど、有機物に通常見られる少量のさまざまな元素も必要です。
有機物が他の物質と結合して堆肥に分解するためには、いくつかの生物や微生物が必要です。これらには、材料を消化してバクテリアを輸送するのを助けるワラジムシが含まれます。ミミズは、トンネルで物質を曝気します。腐敗しにくいセルロースの消化を助けるさまざまな菌類。生の植物組織を攻撃する放線菌と呼ばれるカビのような細菌。と他の多く。
堆肥を作るために使用される最も一般的な原材料は、草の切り抜き、葉、雑草、低木や樹木からの小さな剪定などの庭の廃棄物です。ほとんどの家庭菜園の堆肥の山と地方自治体の堆肥施設は、大量の材料が利用できるため、庭の廃棄物のみを使用しています。
産業用堆肥施設は、特定のプラントまたは地域内で発生する廃棄物を使用する傾向があります。たとえば、ビートパルプを他の材料と混合して、製糖所が操業している地域で堆肥を作ります。使用済みのホップや醸造所からの穀物も、優れた堆肥材料になります。その他の材料には、製材所からのおがくずと木材チップ、缶詰工場からの魚の排泄物、食肉処理場からの乾燥血液と粉砕された動物の骨が含まれます。
農業用堆肥施設は、近くの農場ですぐに入手できる材料を使用しています。これらには、動物の糞尿、使用済みの安定したわら、甘やかされて育った果物や野菜、畑のゴミ、ブドウ園や果樹園の剪定、腐った干し草、その他の農業廃棄物が含まれます。
堆肥を作るために使用されるより珍しい原材料には、海藻、鶏の羽、ピーナッツの殻、髪の毛の切り抜きなどがあります。
製造
プロセス
堆肥の生産は、機械的プロセスと生物学的プロセスの両方です。生物学的分解プロセスを開始する前に、まず原材料を機械的手段で分離、収集、および細断する必要があります。場合によっては、分解プロセス自体が、材料の機械的攪拌または通気によって支援されます。分解後、完成した堆肥は機械的にふるいにかけられ、袋に入れられて配布されます。
堆肥を大規模に生産する方法はいくつかあります。メタン消化法は、酸素を排除するために原材料を大きな密閉容器に入れます。結果として生じる酸素欠乏分解は、堆肥を生成するだけでなく、調理や加熱に使用できるメタンガスも生成します。エアレーションパイル法は、空気を循環させる穴あきパイプを含むパイルまたはトレンチに原材料を配置します。結果として生じる酸素の豊富な分解は大量の熱を生成し、それは最も有害なバクテリアを殺します。ウィンドロウ法では、原料をウィンドロウと呼ばれる長い山に積み、数週間から数か月かけて自然に分解させます。これは、すべての中で最も安価な方法です。これは、ウィンドロウ法を使用して都市の庭の廃棄物を堆肥に変換するために使用される典型的な一連の操作です。
分離
- 1ヤードの廃棄物は住宅所有者によって別々のコンテナに入れられ、コンテナは通常のごみ収集日に集荷のために縁石に置かれます。住宅所有者は、特定の庭の廃棄物のみが収集に受け入れられるように指示されています。これらには、草の切り抜き、葉、雑草、および低木や樹木からの小さな剪定が含まれます。直径約6インチ（15cm）までの短い木の枝も許容されます。住宅所有者はまた、特定の他の庭の廃棄物は受け入れられないことを指示されています。これらには、岩、芝、動物の排泄物、および過剰な量の土が含まれます。ヤシの葉は、葉のスパイクが分解して毒を運ばないため、禁止されています。食品くず、果物、野菜も、げっ歯類を引き付け、不要な種子を運び、臭いの原因となる可能性があるため、禁止されています。
- 2庭のごみは、別々のごみ収集車で収集され、処理センターに運ばれ、そこで積み上げられます。杭は視覚的に検査され、特大または許容できない材料は手動で除去されます。
粉砕
- 3フロントローダーと呼ばれる大型の車輪付き機械が、杭から材料を拾い上げ、それをタブグラインダーにダンプします。タブグラインダーは、回転する円筒形の内殻を備えた静止した垂直円筒形の外殻を備えています。材料が2つのシェルの間を通過するときに、材料は小さな断片に粉砕され、完全に混合されます。粉砕された材料は底から落ち、大きな破片がふるいにかけられるスクリーンを通り抜けます。残りの材料は、コンベヤーベルトによって保持パイルに輸送されます。
- 4大きい部分は造園会社に販売され、さらに処理することなくマルチまたは地被植物として使用されます。残りは大型ダンプトラックに積み込まれ、堆肥化エリアに運ばれ、ウィンドロウと呼ばれる長い列に捨てられます。各列の高さは約6〜10フィート（2〜3 m）、長さは数百フィート（m）で、断面は三角形です。車両が長さに沿って移動できるように、各列の間に幅約10フィート（3 m）の平らなスペースが残されています。
堆肥化
- 5堆肥化エリアは、数エーカー（ヘクタール）をカバーする場合があります。ウィンドロウが設置された後、水を噴霧する列に沿って移動するタンクローリーによって材料が湿らせられます。水は堆肥化プロセスを助け、風に吹かれたほこりを最小限に抑えるのに役立ちます。
- 6数週間ごとに、特別な機械が各ウィンドロウにまたがり、その長さに沿って動き、材料を回転させてかき混ぜます。これにより、材料がさらに小さな断片に分解され、酸素にさらされ、分解プロセスが促進されます。ウィンドロウを回した後、再び水を噴霧します。このプロセスは2、3か月続きます。暑くて乾燥した天候では、風車にもっと頻繁に水をやる必要があるかもしれません。分解中、杭の内部温度は130°F（54°C）に達する可能性があり、これは存在する可能性のある雑草の種子の多くを殺すのに役立ちます。
硬化
- 7生の堆肥はフロントローダーですくい上げられ、大きな円錐形の山に移され、そこで数週間かけて分解プロセスが終了します。このプロセスは硬化と呼ばれ、堆肥中の炭素と窒素を最終的なレベルに調整することができます。
スクリーニング
- 8堆肥が硬化した後、フロントローダーですくい上げられ、ロータリースクリーンのホッパーに捨てられます。この装置は、水平よりわずかに上に傾斜した軸を中心に回転する大きな円筒形のスクリーンで構成されています。の開口部
ヤード廃棄物の堆肥への商業的処理を描いた図。画面の直径は約0.5インチ（1 cm）です。堆肥は、コンベヤーベルトによってホッパーから回転スクリーンの隆起した端に供給されます。堆肥が回転するスクリーンの長さを転がり落ちると、小さい材料がスクリーンを通って落下し、コンベヤーベルトによって貯蔵パイルに移動します。スクリーンを通過できない大きな材料は、シリンダーの下端から落下し、さらに分解するために堆肥の山に戻されるか、木材チップとして販売されます。
配布
- 9完成した堆肥の多くは大型ダンプトラックに積み込まれ、造園会社、地方自治体、苗床、その他の商業顧客にまとめて販売されます。その一部は、住宅所有者に小売販売するために40ポンド（18 kg）のビニール袋に密封されています。ウィンドロウ法を使用すると、典型的な郊外の庭の廃棄物処理施設は、年間100,000トン（91,000メートルトン）もの堆肥を生産することができます。
品質管理
堆肥製造会社は、有害物質がなく、適切な量の植物栄養素が含まれていることを確認するために、完成した堆肥を定期的にテストしています。このテストでは、粒子のサイズ、水分レベル、ミネラル含有量、炭素と窒素の比率、酸性度、栄養素含有量、雑草種子の発芽率、およびその他の多くの要因を測定します。たとえば、堆肥内の酸素の流れを促進するために、廃棄物の粒子の直径は0.5〜2インチ（1.2〜5 cm）にする必要があります。同様に、堆肥化プロセスを容易にするために、水分レベルは40％を超える必要があります。 40％未満に低下する水分レベルは、プロセスを遅くし、自然発火のリスクをもたらします。また、炭素と窒素の理想的な比率は、平均して30重量部の炭素と1部の窒素である必要があります。理想的なバランスは、分解を促進し、臭いを最小限に抑える健康な微生物集団を維持します。
有害物質
葉や草の切り抜きなどの庭の廃棄物から作られた堆肥には、有害な物質が含まれることはめったにありません。ただし、部分的に分別された都市ごみ、特定の産業廃棄物、または下水汚泥から堆肥を作ると、問題が発生する可能性があります。そのような場合、許容できないレベルの有毒金属、化学物質、または有害なバクテリアが存在する可能性があります。
公衆を保護するために、連邦環境保護庁（EPA）は、堆肥に存在する可能性のある何千もの材料に許容レベルを設定しています。各州にも独自の基準がある場合があります。地方自治体のごみの場合、発生源の分離、つまり、住宅所有者が庭のごみを残りのごみと一緒に捨てるのではなく、別々の容器に分別することは、清潔で安全な堆肥を作る最も効果的な方法の1つであると考えられています。
未来
家庭ごみを分別して堆肥にすることで、自治体は埋め立てごみの量を約20％削減できると推定されています。これは大幅な削減ですが、将来的にはさらに多くのゴミを埋め立て地から転用する必要があると予想されます。汚れた食品包装、使い捨ておむつ詰め物、食品くず、天然繊維のぼろきれ、木片、および他の有機材料などの材料はすべて堆肥にすることができます。これを行うために、自治体は、廃棄されたバッテリー、モーターオイル、アスベスト、および多くの家庭用化学物質などの有害物質から堆肥化可能な材料を分離するために、都市固形廃棄物（MSW）処理施設を設立する必要があります。
最終的には、堆肥化は、有害物質でさえも取り扱い、中和する手段を提供する可能性があります。たとえば、いくつかの古い軍用弾薬工場や貯蔵施設では、周囲の土壌がTNTとしても知られる爆発性物質のトリニトロトルエンで汚染されています。研究者は、TNTの爆発性有機成分をより害の少ない化合物に変換する単純な生物学的堆肥化プロセスを通じて土壌を中和するために、野菜廃棄物と水牛肥料の特別に配合された堆肥混合物を使用しています。
製造プロセス