H23 農業農村工学会大会講演会講演要旨集 [6-29(P)] バイオエタノール蒸留残渣液に含まれる黒色有機化合物の土壌中の挙動 Behavior in soil of black organic compound contained in vinasse from bio-ethanol production ○小宮康明＊・川満芳信＊・上野正実＊・金城和俊＊・冨永淳＊ Yasuaki Komiya, Yoshinobu Kawamitsu, Masami Ueno, Kazutoshi Kinjo, Jun Tominaga １．はじめに宮古島ではサトウキビ糖蜜からバイオエタノールを効率よく製造し、その自動車燃料としての利用を推進する「Ｅ３実証事業」が実施されている。この事業では、アルコール製造量に対して約 15倍のバイオエタノール蒸留残渣液が大量に排出されるため、残渣液の多方面からの用途開発研究も進められている。その一つに、残渣液は多種多量の水溶性無機成分を含むため特殊肥料としての利用が期待されている。その一方で、黒色有機化合物も多量に含むため、畑地に施用した場合には畑地からの浸透による琉球石灰岩層の地下水汚染が懸念されている。本報告では、蒸留残渣液に含まれる黒色有機化合物の土壌中の挙動を明らかにし残渣液の畑地施用による地下水汚染の可能性を検討した。２．実験試料Ｅ３実証実験施設から排出された残渣写真-1 サトウキビ糖蜜由来の蒸留残渣液の濁度液（写真-１)の性質を表-1 に示す。残渣液は酸性で粘稠性のある黒色の水溶液である。カリ、塩素、硫酸イオンなどの無機成分を大量に含んでいる。また糖類、酵母、黒色色素（メラノイジン類やポリフェノール類と原液 10倍希釈 50倍希釈水道水２７２０　２７２　５４．４　０．０　されている）などのコロイド状の有機物を含んでいる。これらを、ここでは黒色有機化合物と総称し、その含有量は強熱減量値から 10 ％弱と推定される。供試土には沖縄地方で島表-１蒸留残渣液の性質尻マージと呼ばれ、宮古島にも広く分布する細粒暗赤色土を用いた。この土は、一般に粘土分が多く弱アルカリ性を示す。３．土壌カラム実験結果ｐＨ 4.1 EC 4380mS/m 1.07g/cm3 密度アクリル製円筒容器(内径18.4cm,長さ102cm) 動粘度 1.90mm2/ｓに 5mmフルイを通過した島尻マージを約 95cmの高さまで緩く詰めたカラ水分ムを５本用意し、残渣液の原液 (２通りの散布方法）、 10倍希釈液、 50 倍希釈液、水 35 含水比（％） 40 45 50 0.8 0 0 に、毎日 500 10 10 ml散布し計29 20 20 リットルを給水し、排水孔 30 原液２ 40 から流出した 50 浸透水の水質 60 を測定した。＊ 1.2 4.2% 8 1.4 10 12 14 16 18 20 0 20 原液1 10培希釈液 50培希釈液水道水深度　（ｃｍ）回、合計 14.5 深度（ cm ）れ土壌表面 1 10.4% 灰分強熱減量　（％）乾燥密度　（ｇ/ｃｍ） 55 30 原液２ 40 50 原液２ 40 10培希釈液 50培希釈液 60 水道水 10培希釈液 50培希釈液水道水 60 図－１　含水比分布深度　（ｃｍ）道水をそれぞ 3 85.4% 強熱減量対数近似（原液） 80 対数近似（10培希釈液）仮想分布（原液） 100 図－２　乾燥密度分布琉球大学農学部 ,Faculty of Agriculture, University of the Ryukyus, ─ 654 ─ 蒸留残渣液図－３　強熱減量分布環境保全土壌地下水浸透水の濁度は初期には小さいが、16回目付近から色づき徐々に増大する傾向が見られた。図 -1～図 -3に実験終了後のカラムの含水比、乾燥密度、強熱減量 (800℃ )を示す。 50 倍液と10倍液のカラムでは水道水との違いは明瞭ではないが、原液散布カラムでは乾燥密度と強熱減量がいずれも顕著に増加している。これは、黒色有機化合物が間隙空間に捕捉されたことを示している。すなわち残渣液は土壌によって濾過され有機化合物は土壌表面に近いほど多く捕捉され、強熱減量分布は対数曲線で近似される。そこで、原液に含まれる強熱減量成分がすべて間隙に捕捉され対数分布すると仮定し、仮想分布曲線を求めた。この曲線は実測値よりやや高めの値を示しているが、黒色有機化合物の流出も始まってお 50 り、この差は妥当な結果と思われる。４．ライシメーター実験結果コンテナ 40 ー（内寸：W.99cm、L.145cm、H.97cm）圃場土と同程度の密度に詰め、土層厚 30 濁度に 15mmフルイを通過した島尻マージを 20 No.1 (75cm-10倍希釈) No.2 (75cm-水道水) No.3 (75cm-原液) No.4 (75cm-原液) No.5 (75cm-10倍希釈) No.6 (75cm-水道水) No.7 (40cm-10倍希釈) No.8 (40cm-原液) No.9 (60cm-原液) No.10 (60cm-10倍希釈) 残水残渣水道渣残水水水液道水液渣道道道散液水散散水水水土粒子が懸濁していた布散布布散散散散布布布布布が75cm、 60cm、40cm(旧設計基準による 10 最低土層厚)の３種類の簡易型ライシメーターを計12台製作し、残渣液の原液、 0 2/15 3/15 4/12 5/10 6/7 10倍希釈液、水道水をそれぞれ適宜散布し、また浸透水を採水し、 pH、 EC、 7/5 8/2 8/30 9/27 10/25 11/22 2009年図-４　浸透水の濁度の推移濁度、硝酸態窒素濃度などを測定した。４台のライシメーターでは最終の残渣液散布（散布量を 3回に分け計 86.1リットル（潅水 60mm相当））から約５ヶ月後に採土し、 pH、 EC、強熱減量を測定した。図-4に浸透水の濁度の推移を示す。濁度は不規則に変動し、浸透水は薄いカーキー色を呈するときもあったが、ほとんどの場合無色透明であった。この程度の散布量であれば40cmの層厚でも黒色有機化合物は濾過さ強熱減量　（％）れ土層から流出することはないようである。図-5は土層の 7 た残渣液が深度 40cmまで浸透したときの強熱減量の推定分 10 布を対数曲線で示した。10倍液散布の実測値は推定分布にのかなりの量が土中で消滅したことを示している。この原因は土壌微生物による有機物の分解と考えられ、その証拠として、残渣液の散布による浸透水の硝酸態窒素濃度の増大および土壌呼吸量の増加があげられる。５．まとめバイオエタノール蒸留残渣液に含まれる黒 20 深度　（ｃｍ）い。このことは強熱減量成分の主体である黒色有機化合物 9 10 11 12 13 14 15 0 強熱減量分布を示したものである。また図には60mm散布し近似しているが、原液散布の実測値はこれよりかなり小さ 8 30 40 50 60 原液（60ｃｍ）原液（40ｃｍ） 10倍液(60cm) 10倍液(40cm) 原土推定分布(原液) 推定分布(10倍) 図-5　強熱減量分布色有機化合物は、土壌散布量が許容量以下であれば、土壌の濾過機能によって間隙に捕捉され微生物によって分解される。したがって、畑地施用においては黒色有機化合物や硝酸態窒素が土層から流出し琉球石灰岩層の地下水を汚染することがないよう土壌と作物の種類を考慮した散布量、散布時期、散布方法、散布回数等をマニュアル化する必要がある。本研究は(株)りゅうせきから沖縄農業研究会への委託研究「蒸留残渣液の特殊肥料としての利活用方法に関する研究開発」の一環として実施したことを付記し謝意を表する。 ─ 655 ─