微粉炭燃焼灰（フライアッシュ）の肥料としての化学性状 - 北海道電力

微粉炭燃焼灰（フライアッシュ）の肥料としての化学性状
木下浩司*1
年間 10 万 t 以上の生産規模であったが２），近年
１．まえがき
当社の石炭火力発電所から年間約 60 万 t 発生す
は 1 万ｔ前後に低迷している（図-１．１）。この
る石炭灰は，セメント原料を中心とした土木・建
低迷は上述した要因に加え，1970 年に制定された
築分野への有効利用が着実に進められており，近
「農用地の土壌の汚染防止等に関する法律（昭和
年では 95%以上のリサイクル率を維持している。
45 年法律第 139 号）」から，近年では 2002 年に
将来にわたってこのリサイクル率を維持し，処理
制定された「土壌汚染対策法（平成 14 年法律第
コストの低減や灰捨地の延命化をはかるためには， 53 号）」に至る，土壌汚染に対する環境意識の向
多様な有効利用方策を検討しておくことが重要で
上とそれに伴う各種法令・基準の整備が少なから
ある。その一方策として，北海道の広大な農用地
ず影響していると考えられる。
への適用は将来的に大きな需要先となる可能性が
石炭灰の肥料または土壌改良資材としての利用
あることから，総合研究所では農業分野での利用
に関する研究事例は数多く存在する。古くは五島
方策について模索してきた。これまでに，パドッ
３）
クの泥濘化防止材
１）
によるグリンアッシュ（商品名：原粉から細粉
等への適用が実現されている
を篩別した粗粉のこと）中の肥料成分の評価事例
が，農業分野での利用実績はまだ少ないのが現状
がある。これによると，グリンアッシュの主な肥
である。この要因として，石炭灰の約 9 割を占め
効成分はケイ素（Si）とホウ素（B）であり，その
るフライアッシュ（以下，FA という）の施用効果
他微量要素の肥効も期待できるとされている。そ
や微量元素の取り扱い，飛散対策等の課題が十分
の後，財団法人電力中央研究所（以下，電中研と
いう）により数多くの研究がなされており，菅沼
に整理されていないことが挙げられる。
一方，石炭灰は 1966 年に肥料取締法上の「特殊
４）
はそれらの成果を集約している。
これによると，
肥料」のうち「微粉炭燃焼灰」の名称で指定され
FA の主な肥料的効能として土壌 pH 矯正（＝石灰
ている。故に，それ自体は肥料として既に認知さ
代替）および B を主とする肥料成分の補給が挙げ
れており，都道府県知事に届出を行うことで，生
られている。さらに，肥料便覧５）では FA の項目
産・販売が可能となっている。指定当時は全国で
が設けられており，その有効成分は B（大部分が
く溶性，0.1～0.2% B2O3）とされている。
生産量（千t）
120
100
このように，FA の肥料としての評価は，一見す
80
ると十分になされてきた感がある。しかし，実際
に当社 FA の農用地への適用を考える際に考慮すべ
60
き分析項目のデータは，既報や当社保有データで
40
は不十分であった。すなわち，FA 中の化学成分は
20
0
1960
発電所のユニット毎，あるいは炭種毎に大きく異
1970
1980
1990
西暦
2000
図-１．１特殊肥料「微粉炭燃焼灰」の
国内生産量推移２）
*1
総合研究所火力・環境グループ
2010
なるため，当社 FA が既報値と同等であるかどうか
は不明である。また，当社保有データとは主成分
の全量を示す蛍光 X 線分析値と，微量元素の溶出
量を指すが，肥料分析法や農用地土壌中の微量元
素に関する各種法令・基準に準じた分析値は保有
２．２新規データ
していない。さらに，同一サンプルについてこれ
(1) 「肥料取締法（昭和 25 年法律第 127 号）」
ら関連データを一度に論じた報告は見当たらない。
このため，当社の FA は肥料としてどのような化学
ａ．肥料主成分：FA の主要な肥効 3 成分（酸化
物%）
性状であり，どのような考えに基づき施用量を決
・く溶性ホウ素 1
CB
定し，どの程度なら土壌中の微量元素に関して問
・く溶性リン酸
CP
題無いレベルであるのか，といった考察を行うこ
・アルカリ分
AL
とができないという課題があった。
ｂ．肥料有害成分：汚泥肥料等，有害物質が含ま
そこで，これらの課題を解決することを目的に，
本研究では当社 T 石炭火力発電所で生じた FA20
れる恐れのある普通肥料の公定規格で示され
る有害成分（元素 mg/kg）
炭種を選定し，当社保有データに今回新たに掲げ
・クロム
T-Cr
500
た考慮すべき分析項目を追加することにより，肥
・ニッケル
T-Ni
300
料学的な観点で当社 FA の化学性状を明らかにした。
・ヒ素
T-As
50
また，そのデータを元に，FA の適正な施用量につ
・カドミウム
T-Cd
5
いて考察した。
・水銀
T-Hg
2
・鉛
T-Pb
100
これらの結果について，以下に報告する。
(2) 亜鉛全量：「農用地における土壌中の重金属
２．分析項目
等の蓄積防止に係る管理基準（昭和 59 年環水
以下に，対象とした分析項目，略号および基準
土 149 号）」に基づく，農用地管理基準（元
値があるものはその値を示した。また，分析法は
素 mg/kg）
各法令・基準が指定する方法に準じた。
・亜鉛
120
(3) 塩酸可溶性ヒ素および銅：「農用地の土壌の
２．１既存（当社保有）データ
(1) 主成分全量（蛍光 X 線分析値）：上位 6 元素
汚染防止等に関する法律（昭和 45 年法律第
139 号）」に基づく，農用地土壌汚染対策地
（酸化物%）
・ケイ素
SiO2
域の指定要件（元素 mg/kg）
・アルミニウム
Al2O3
・1M 塩酸可溶性ヒ素
1NHCl-As
・鉄
Fe2O3
・0.1M 塩酸可溶性銅
N/10HCl-Cu
・カルシウム
CaO
(4) 可給態微量元素：「北海道施肥ガイド（平成
・カリウム
K2O
14 年）」に基づく，畑地土壌診断基準で示さ
・チタン
TiO2
れる微量元素（元素 mg/kg）
15
125
・熱水可溶性ホウ素 1
HW-B
0.5～1.0
準（平成 3 年環境庁告示第 46 号，以下，土壌
・易還元性マンガン
R-Mn
50～500
環境基準という）」に比べ超過する比率が高
・交換性ニッケル
E-Ni
5
い 5 元素（元素 mg/L）
・0.1M 塩酸可溶性銅
N/10HCl-Cu
0.5～8
・0.1M 塩酸可溶性亜鉛 N/10HCl-Zn
2～40
(2) 微量元素溶出量：「土壌の汚染に係る環境基
1
T-Zn
・ホウ素
46-B
1
・フッ素
46-F
0.8
・六価クロム
46-Cr(VI)
0.05
FA の有効成分である B は以上に述べただけで
・ヒ素
46-As
0.01
も 3 種類の分析法が存在し，既報においてもそ
・セレン
46-Se
0.01
の分野毎に採用される分析法が異なる。
定量は ICP 発光分析法とした。
(5) ホウ素全量（T-B）
さらに，電力関係の既報では T-B のみを提示し
３．２微量元素溶出量（図-３．２）
ている報告も少なくない。前述のとおり，同一サ
FA 中の微量元素の溶出量を土壌環境基準との対
ンプルについてこれらの分析値を述べた報告が無
比でみると，FA 中の B，F，As，Se 溶出量は基準
いため，一方の分析値から他の分析法による値を
より概ね 1 桁高く，Cr(VI)は基準と同等であった。
推定することができなかった。
そこで，T-B のデータを追加すると共に，T-B
100
と他の 3 種類の分析値との関係について統計学的
な分析を試みた。
なお，
ここで採用した FA 中の T-B 分析方法は電
中研において採用されている，アルカリ融解－ICP
分光分析法とした。
Leaching (mg/L)
10
1
0.1
0.01
３．分析結果および考察
各分析項目の実測値は以下に示すとおり炭種に
0.001
よって様々なバラツキを示すが，
当社 FA の化学性
46- B
状は様々な炭種由来の混合体であると捉え，その
定量化には 20 炭種の実測値の算術平均を代表値と
46- F 6- Cr (V I)
4
s
46- A
e
46- S
図-３．２ FA の微量元素溶出量
した（定量下限値未満のデータは 0 とした）。
●：実測値，●：平均値
━：土壌環境基準
３．１主成分全量（図-３．１）
FA 中の主成分全量を土壌との対比でみると，FA
の主成分元素組成は一般的な土壌のそれ６）とほぼ
３．３肥料有害成分（図-３．３）
T-Cd は全ての検体において定量下限値（5mg/kg）
同等であった。従って，FA の施用が土壌の元素組
未満であった。その他の元素についても基準を下
成を大幅に変えるものではないことは明らかであ
回っていた。
る。
1000
Content (mg/kg)
Content (%)
100
10
1
100
10
1
0.1
0.1
T-Cr
SiO2
2
Al2O3
2 3 Fe2O3
2 3
CaO
K2O
2
図-３．１ FA の主成分全量
●：実測値，●：平均値
■：土壌の元素組成（中央値）６）
T-Ni
T-As
T-Cd* T-Hg
T-Pb
TiO2
2
図-３．３ FA の肥料有害成分
●：実測値，●：平均値
━：汚泥肥料等で含有を許される有害成分の最大値
＊：全て定量下限値（5mg/kg）未満
３．４亜鉛全量・塩酸可溶性ヒ素（図-３．４）施用量は 1%w/w 以下とすべきであると考えること
FA 中の T-Zn は農用地管理基準を下回り，
ができる。逆に言うと，1%w/w 以下のレベルであ
1NHCl-As は農用地土壌汚染対策地域指定要件とほ
れば，FA を連続施用しても，HW-B はもちろん土壌
ぼ同等であった。N/10HCl-Cu については畑地土壌
環境基準を超過した微量元素溶出量を含む他の微
診断基準と重複項目であり，かつ，畑地土壌診断
量元素について，土壌への蓄積や基準超過を心配
基準値の方が低いことから，次項で示す。
するレベルには至らないと考えられる。
100
100
100
10
1
0.1
Content (mg/kg)
1000
Content (mg/kg)
1000
Content (mg/kg)
1000
10
1
10
1
0.1
T-Zn
0.1
1NHCl-As
HW-
図-３．４ FA の亜鉛全量および塩酸可溶性ヒ素
B
R-Mn
*
E-Ni HCl- Cu HCl- Zn
N/1 0
N/1 0
図-３．５ FA の可給態微量元素
●：実測値，●：平均値
━：農用地管理基準または農用地土壌汚染対策地域指定要件
●：実測値，●：平均値
━
：土壌診断基準
━
＊：全て定量下限値（3mg/kg）未満
３．５可給態微量元素（図-３．５）
HW-B 以外の元素はいずれも土壌診断基準の範囲
内かそれを下回った。しかし，HW-B は土壌診断基
準（0.5～1.0mgB/kg）を概ね 2 桁上回っていた。
B は植物の微量必須元素の一つであり，肥料と
して土壌に施用されるべき元素であるが，作物に
３．６肥料主成分（図-３．６）
CB，CP，AL はそれぞれ 0.08%B2O3，0.25%P2O5，
2.2%CaOeq であった。また，CB は既報値（0.1～
0.2%B2O3）５）とほぼ同等であった。
対する適量の範囲が極めて狭いだけでなく，要求
10
北海道の畑作はイネ科作物，マメ科作物，および
根菜類（バレイショ，テンサイ）等の輪作が行わ
れているが，マメ科作物は一般に B 過剰耐性が低
い。このような地域特性から，北海道では一定の
地力水準を示すとされる土壌診断基準として HW-B
Content (%, oxide)
量が作物毎に大きく異なることが知られている７）。
1
0.1
が 0.5～1.0mgB/kg に設定されている。
従って，北海道の農用地への FA の適正な施用量
を決める際には，以上の各分析項目のうち，基準
値からの超過幅が最も大きな HW-B が過剰とならな
いように施用量を決定する必要がある。HW-B の基
準値からの超過幅を考慮すると，FA の 1 回当たり
0.01
CP
CB
図-３．６ FA の肥料主成分
●：実測値，●：平均値
AL
1000
３．７ FA の適正な施用量について
T-B～CB
３．５で述べたとおり，農用地への FA の適正な
ある。北海道では B 要求量の高いテンサイの作付
面積の拡大と共に B の施用が奨励されたが，その
後 B 過剰耐性の低いアズキに対する B 過剰害を回
800
CB(mgB/kg)
施用量を決める際には，B を基準に算出すべきで
y = 0.78x - 27.43
R2 = 0.93
600
400
200
避するために B の標準施用量を 0.3kgB2O3/10a（≒
93gB/10a）とした経緯がある８）。
0
0
この値を基準に FA の標準施用量を換算すると
200
400
375kg/10a となった（表-３．１）。また，これに
T-B～46-B
い量である。
特に，
過去の栽培試験事例において，
FA を数～数十%w/w 施用した処理区で生育促進が認
46-B(mgB/kg)
ウム（以下，炭カルという）約 16kg 相当の AL が
れの標準施肥量に比べると小さいが，無視できな
800
1000
400
付随して 10a 当たり約 1kgP2O5 の CP と炭酸カルシ
付与される計算となる。これらの付与量はそれぞ
600
T-B(mgB/kg)
y = 0.23x - 4.35
R2 = 0.86
300
200
100
められたケース４）の一部は，B の過剰害が発現せ
ずに CP や AL の肥効が生育を促進したことが要因
0
と考えられる。
0
200
400
なお，今回示した標準施用量はあくまでも北海
T-B～HW-B
３．８ホウ素に関する各分析値の関係
HW-B(mgB/kg)
で，他の都府県については地域の施肥基準や対象
決めて欲しい。
800
1000
200
道の B 標準施用量を基準として算出したものなの
作物に応じて B が過剰とならないような施用量を
600
T-B(mgB/kg)
y = 0.11x + 6.45
R2 = 0.62
150
100
50
本研究で得られた 4 種類の B 分析法による値
（T-B，CB，46-B，HW-B）の単位を全て mgB/kg に
統一し，T-B と他の分析値について散布図を作成
した結果（図-３．７），いずれも正の相関が認め
られた。また，相関分析を行った結果，T-B～CB
0
0
200
400
600
800
1000
T-B(mgB/kg)
図-３．７ T-B と他の B 分析値の関係
図中の式は直線の回帰式，決定係数（R2）を示した。
表-３．１ FA の肥料主成分と B を基準とした標準施用量
肥料成分
FA 中平均含有量
抽出法
10a 当たり標準的な施用量
CP
CB
0.25%P2O5
0.08%B2O3
2%クエン酸-30℃1h 振盪
20kgP2O5 前後
*2
FA375kg/10a（0.25%w/w ）中
の肥料成分量
*1：炭カル（CaCO3）の AL を 53%とした。
約 0.94kgP2O5
0.3kgB2O3≒0.093kgB
(0.62mgB/kg 土壌*2)
*2：土壌の嵩比重 1.0，施用深度 15cm とした。
AL
2.2%CaOeq
0.5MHCl-5min 煮沸
265kgCaOeq 前後
（炭ｶﾙ500kg/10a 相当*1）
約 8.3kgCaOeq
（炭ｶﾙ約 16kg/10a 相当*1）
間，T-B～46-B 間，T-B～HW-B 間の相関係数はそれ
が，FA を農用地に適用しようと考えている多くの
ぞれ 0.963，0.928，0.785 であった。図-３．７か
方々にとっての利用指針として活用されることを
らも明らかなとおり，T-B～HW-B 間の直線性はや
期待する。
や低いものの，いずれも強い正の相関が認められ
た。
最後に，本研究の遂行にあたり，社団法人資源
協会調査研究顧問菅沼浩敏氏，
および電中研環境
なお，T-B～HW-B 間の直線性の低下は，HW-B の
科学研究所化学環境領域主任研究員寺添斉氏に
分析法が，CB や 46-B に比べ抽出時の固液比が小
は FA の農業利用全般について数多くの情報提供と
さく（1：2），抽出時間も短い（5 分）ため，HW-B
貴重なご助言を頂いた。また，北海道パワーエン
が安定して抽出されなかったことが要因と考えら
ジニアリング株式会社技術グループ上月則明氏，
れる。従って，本分析法の FA への適用については
および電中研環境科学研究所環境ソリューション
固液比や抽出時間の再考が必要と考えられる。
センター主任研究員井野場誠治氏には分析方法
次に，T-B を説明変量，その他を目的変量とし
て回帰分析を行った結果，図-３．７の通りとなっ
全般についてご支援・ご指導を頂いた。ここに記
して，深く感謝の意を表します。
た。それぞれの回帰式の傾きから，CB，46-B，HW-B
は T-B のそれぞれ約 8 割，約 2 割，約 1 割に相当
参考文献
することが明らかとなった。
１）
吉田敦，他：石炭灰の農業利用に関する実用化
以上の結果から，T-B，CB，46-B 間の値の換算
研究－クリンカアッシュによる畜産パドックの
は比較的精度良く行うことが可能であることが明
地盤改良効果－，北海道電力㈱総合研究所研究
らかとなった。ただし，本件は今回供試した 20
炭種の灰に関する考察であるため，他の発電所産
年報，第 35 巻，pp.90-99，2004
２）
肥料協会新聞部編：肥料年鑑，肥料協会新聞部
の灰について同様の換算を行う場合は，数検体の
（各年版），および農林水産省消費・安全局農
各分析項目について測定し，図-３．７の回帰式と
産安全管理課監修：ポケット肥料要覧，農林統
の整合性について確認することを推奨する。
計協会（各年版）より，肥料取締法に基づく肥
料生産，輸入統計（E 統計）－特殊肥料の生産
４．あとがき
以上の考察から，FA の肥料としての化学性状は，
T-B の約 8 割を占める CB（0.08%B2O3）を主成分と
する特殊肥料であり，適正な施用量は 375kg/10a
であることが示された。この内容は，肥料便覧に
記載のものと大差無いことが改めて確認できた。
さらに，新たな知見として CP を 0.25%P2O5，アル
カリ分を 2.2%CaOeq 含むことが明らかとなった。
なお，肥料便覧では「大部分が難溶性で，その
効果は期待できない」とされる可溶性ケイ酸や，
本報の分析項目から漏れた他の微量必須元素につ
いては本研究では対象外とした。この意味で，本
報は FA の肥料としての化学性状を完全に網羅した
量年推移の数値を引用した
３）
五島善秋：微粉炭灰の肥料価値－主として Si
および B の肥効について－，農業及園芸，
39(5)，
pp.741-745，1964
４）
菅沼浩敏：石炭灰の土壌改良材としての利用，
農業電化，52(8)，pp.15-19，1999
５）
塩崎尚郎編：肥料便覧第 6 版，農山漁村文化
協会，2008
６）
Bowen, H.J.M.（浅見，他訳）：環境無機化学，
博友社，1983
７）
高橋英一，他：新版原色作物の要素欠乏・過
剰症，農山漁村文化協会，1980
８）
沢口正利，他：微量要素肥料の長期連用に伴う
訳ではないが，FA の肥料効果を考察するために十
土壌中でのホウ素・マンガンの蓄積状況と作物
分な情報を提供できるものと自負している。本報
への影響，北農，59(4)，pp.419-423，1992

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