気-液間物質移動を考慮した堆肥化過程のダイナミックシミュレーション

• Project/Area Number: 05760253
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 生物資源科学
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 岩渕 和則 山形大学, 農学部, 助教授 (00193764)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1993: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 堆肥化 / シミュレーション / 物質移動 / 熱発生速度 / 酸素消費速度

Research Abstract

生態系保全型農業を展開する場合、農産有機廃棄物の高度な利用がポントとなり、ここでは
1.土壌環境に対して負荷抑制できる、良質な堆肥の生成。
2.酸化分解発生熱の利用。
を目的にしている。これまで、目的に適合した反応制御を行うために好気生分解反応モデルの構築が必要とされるため、反応のメカニズムを検討する目的で、試料の比熱を用いて熱収支解析および酸素ガス収支解析によって熱発生速度および酸素消費速度を求め、これを指標として好気性分解反応過程を考察した。この結果、微生物依存の反応速度は等しくも、試料物性や通気量等の影響を大きく受けた結果、堆肥化過程で生ずる酸化熱による試料温度変化速度は大きく異なる場合があることが指摘された。
そこで、試料水分条件の変化が反応速度に及ぼす影響を調べた結果、試料水分条件によって反応速度に差が生じ、特定の水分条件下で最大値をとることが明らかになった。ただし、反応速度の低下といっても堆肥化反応が停止してしまうような強い反応阻害ではなく、反応は十分進行するが熱発生速度や酸素消費速度の値にやや影響がでる程度であることや、水は溶媒としての役割をもっているだけなので、上記の現象が起きる原因を有機質資材粒子周辺に存在する水膜中の酸素移動量の変化に原因があると考えた。
堆肥粒子の水膜外周から微生物が付着している粒子表面への酸素移動コンダクタンスは、Fickの第一法則を援用して計算した結果、水膜厚さが薄くなると伴に増加する結果が得られた。また、さらに水分が低い場合に、反応速度の低下が観察されるのは、微生物の水分活性が原因と考えられた。