(57)【要約】【課題】好気性細菌の割合を増大させて、ヘドロ（硫化水素等の有害物質を生じさせるもの）の生成を抑制することができ、かつ、原位置の生態系に悪影響を与えることがない、底質の改良方法を提供する。【解決手段】底質を浚渫して、浚渫土を得る浚渫工程と、上記浚渫土を、上記底質の原位置とは別の場所である、水域ではない作業場所に運搬する第一の運搬工程と、上記作業場所において、上記浚渫土と、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材を混合し撹拌して、覆土用混合物を得る混合工程と、上記覆土用混合物を、上記底質の原位置に運搬する第二の運搬工程と、上記底質の原位置にて、上記覆土用混合物を覆土として用いる覆土施工工程、を含む底質の改良方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
底質を浚渫して、浚渫土を得る浚渫工程と、
上記浚渫土を、上記底質の原位置とは別の場所である、水域ではない作業場所に運搬する第一の運搬工程と、
上記作業場所において、上記浚渫土と、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材を混合し撹拌して、覆土用混合物を得る混合工程と、
上記覆土用混合物を、上記底質の原位置に運搬する第二の運搬工程と、
上記底質の原位置にて、上記覆土用混合物を覆土として用いる覆土施工工程、
を含む底質の改良方法。
【請求項２】
上記混合工程における上記混合および撹拌は、上記覆土施工工程における上記覆土の施工時から４月間経過時までの間に上記覆土用混合物中の全細菌中の好気性細菌の割合が３％以上増大するような条件下にて、大気中で行われるものである請求項１に記載の底質の改良方法。
【請求項３】
上記ケイ酸カルシウム含有粉粒状物が、トバモライト、ゾノトライト、ＣＳＨゲル、フォシャジャイト、ジャイロライト、ヒレブランダイト、およびウォラストナイトからなる群より選ばれる１種以上を含む請求項１又は２に記載の底質の改良方法。
【請求項４】
上記混合工程において、上記底質改良材の量は、上記浚渫土１ｍ３当たり、０．１〜５０ｋｇである請求項１〜３のいずれか１項に記載の底質の改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、底質の改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、日本近海において、富栄養化によって、有機質成分等を多く含むヘドロが干潟や海底に蓄積することが、社会問題となっている。
ヘドロが蓄積した海域では、底質から有機質成分、無機質成分等の栄養塩が溶出して、富栄養化がさらに進行し、赤潮が発生したり、あるいは、微生物による有機質成分の分解に伴って、底質中の酸素が消費されて嫌気状態となり、硫酸還元菌のような嫌気性微生物が増加して、硫化水素が発生するという問題がある。他にも、有機物由来の有機酸が生成して、底質が酸性化し、それに伴い、溶存態硫化物のうち、生態に対して毒性の強い遊離態の硫化水素が増加するなどの問題もある。それにより、生態系に悪影響が広がることが懸念されている。ここで、既往の研究において、硫化水素は、底質の表層の下方に形成された硫酸還元層から発生すると考えられている。
【０００３】
底質の改良方法として、底質を原位置で掘削および除去する方法である「浚渫」や、底質の上面を土砂やスラグ等で覆う方法である「覆砂」や、底質に石灰石、貝殻焼成物、水酸化マグネシウム等のアルカリ資材を散布して、底質に含まれている有機質成分をアルカリ分解する方法や、人力やトラクター等を用いて底質を撹拌して、嫌気状態である底質に空気を導入し、底質の一部（特にヘドロ）を分解して除去する方法である「耕耘」などが検討されている。
【０００４】
特許文献１に、底質に含まれている成分に起因する、化学的酸素要求量の増大または硫化水素の発生を抑制するための、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物（例えば、トバモライトを含む粉粒状物）からなる底質改善材が、記載されている。
また、特許文献１に、上記底質改善材を底質に散布する散布工程を含む底質の改善方法が、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−５１４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、好気性細菌等の割合を増大させて、ヘドロ（硫化水素等の有害物質を生じさせるもの）の生成を抑制することができ、かつ、原位置の生態系に悪影響を与えることがない、底質の改良方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、底質を浚渫して、浚渫土を得た後、この浚渫土を、底質の原位置とは別の場所である、水域ではない作業場所に運搬し、次いで、この作業場所にて、浚渫土と、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材を混合し撹拌して、覆土用混合物を得て、最後に、この覆土用混合物を底質の原位置に運搬して、覆土として用いれば、上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］  底質を浚渫して、浚渫土を得る浚渫工程と、上記浚渫土を、上記底質の原位置とは別の場所である、水域ではない作業場所に運搬する第一の運搬工程と、上記作業場所において、上記浚渫土と、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材を混合し撹拌して、覆土用混合物を得る混合工程と、上記覆土用混合物を、上記底質の原位置に運搬する第二の運搬工程と、上記底質の原位置にて、上記覆土用混合物を覆土として用いる覆土施工工程、を含む底質の改良方法。
［２］  上記混合工程における上記混合および撹拌は、上記覆土施工工程における上記覆土の施工時から４月間経過時までの間に上記覆土用混合物中の全細菌中の好気性細菌の割合が３％以上増大するような条件下にて、大気中で行われるものである、上記［１］に記載の底質の改良方法。
［３］  上記ケイ酸カルシウム含有粉粒状物が、トバモライト、ゾノトライト、ＣＳＨゲル、フォシャジャイト、ジャイロライト、ヒレブランダイト、およびウォラストナイトからなる群より選ばれる１種以上を含む、上記［１］又は［２］に記載の底質の改良方法。
［４］  上記混合工程において、上記底質改良材の量は、上記浚渫土１ｍ３当たり、０．１〜５０ｋｇである、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の底質の改良方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の底質の改良方法によれば、好気性細菌の割合を増大させて、ヘドロの生成を抑制することができる。このため、ヘドロに起因する、硫化水素等の有害物質の発生を抑制することができる。
また、本発明の底質の改良方法によれば、硫黄酸化細菌の割合を増大させるので、硫化水素の発生を抑制することができる。
さらに、本発明の底質の改良方法によれば、覆土として、原位置の底質を改良したものを用いているので、覆砂として一般的に用いられている山砂や他所の海砂を用いる場合と異なり、周辺環境に負荷を与えることがなく、それゆえ、原位置の生態系に悪影響を与えることがない。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の底質の改良方法は、底質を浚渫して、浚渫土を得る浚渫工程と、上記浚渫土を、上記底質の原位置とは別の場所である、水域ではない作業場所に運搬する第一の運搬工程と、上記作業場所において、上記浚渫土と、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材を混合し撹拌して、覆土用混合物を得る混合工程と、上記覆土用混合物を、上記底質の原位置に運搬する第二の運搬工程と、上記底質の原位置にて、上記覆土用混合物を覆土として用いる覆土施工工程、を含む。
以下、本発明の底質の改良方法の各工程について、詳しく説明する。
【００１１】
［浚渫工程］
浚渫工程は、底質を浚渫して、浚渫土を得る工程である。
本明細書中、「底質」とは、淡水、汽水または海水の水域において、水底を構成している表層をいう。
本発明の方法の処理対象である底質の好ましい一例としては、ヘドロを含むものが挙げられる。ヘドロを含む底質を処理対象とすることによって、本発明の効果（好気性細菌の割合を増大させて、ヘドロの生成を抑制することなど）をより効果的に得ることができる。
【００１２】
［第一の運搬工程］
第一の運搬工程は、浚渫工程で得られた浚渫土を、浚渫工程における浚渫の対象である底質の原位置とは別の場所である、水域ではない作業場所に運搬する工程である。
本明細書中、「原位置」とは、浚渫工程における浚渫の対象である底質が存在していた位置（水底を構成する土砂の一部の領域）をいう。
本明細書中、「水域ではない作業場所」とは、後述の混合工程における混合および撹拌を行うための、淡水、汽水または海水が存在しない場所（特に、陸地に載置された、混合および撹拌を行うための混合槽）をいう。
浚渫土の運搬は、船舶、車両（例えば、トラック）等の任意の運搬手段を用いて行うことができる。
【００１３】
［混合工程］
混合工程は、第一の運搬工程における浚渫土の運搬の目的地である作業場所において、浚渫土と、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材を混合し撹拌して、覆土用混合物を得る工程である。
本発明で用いられるケイ酸カルシウム含有粉粒状物を構成する材料の例としては、トバモライト、ゾノトライト、ＣＳＨゲル、フォシャジャイト、ジャイロライト、ヒレブランダイト、ウォラストナイト等が挙げられる。
ここで、トバモライトとは、結晶性のケイ酸カルシウム水和物であり、Ｃａ５・（Ｓｉ６Ｏ１８Ｈ２）・４Ｈ2Ｏ（板状の形態）、Ｃａ５・（Ｓｉ６Ｏ１８Ｈ２）（板状の形態）、Ｃａ５・（Ｓｉ６Ｏ１８Ｈ２）・８Ｈ2Ｏ（繊維状の形態）等の化学組成を有するものである。
ゾノトライトとは、結晶性のケイ酸カルシウム水和物であり、Ｃａ６・（Ｓｉ６Ｏ１７）・（ＯＨ）2（繊維状の形態）等の化学組成を有するものである。
ＣＳＨゲルとは、αＣａＯ・βＳｉＯ2・γＨ2Ｏ（ただし、α／β＝０．７〜２．３、γ／β＝１．２〜２．７である。）の化学組成を有するものである。具体的には、３ＣａＯ・２ＳｉＯ2・３Ｈ2Ｏの化学組成を有するケイ酸カルシウム水和物等が挙げられる。
フォシャジャイトとは、Ｃａ４（ＳｉＯ３）３（ＯＨ）２等の化学組成を有するものである。
ジャイロライトとは、（ＮａＣａ２）Ｃａ１４（Ｓｉ２３Ａｌ）Ｏ６０（ＯＨ）８・１４Ｈ２Ｏ等の化学組成を有するものである。
ヒレブランダイトとは、Ｃａ２ＳｉＯ３（ＯＨ）２等の化学組成を有するものである。
ウォラストナイトとは、ＣａＯ・ＳｉＯ２（繊維状又は柱状の形態）等の化学組成を有するものである。
【００１４】
ケイ酸カルシウム含有粉粒状物は、好ましくは、多孔質のものである。この場合、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物を含む覆土用混合物を、底質の原位置にて、覆土として用いると、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物の多孔質の部分による通水性および通気性の確保、および、多孔質の部分に存在する空気によって、覆土の中の好気性細菌等の割合をより一層、増大させることができる。
本明細書中、「粉粒状物」とは、粉状物（０．１ｍｍ未満の粒度を有するもの）のみからなる集合体、粒状物（０．１ｍｍ以上の粒度を有するもの）のみからなる集合体、または、粉状物および粒状物を含む集合体を意味する。ここで、「粒度」とは、粉状物または粒状物における最大寸法（例えば、断面がだ円である粒状物においては、長軸の寸法）をいう。
【００１５】
ケイ酸カルシウム含有粉粒状物の粒度は、特に限定されないが、好ましくは、０．１〜１０ｍｍの範囲内の粒状物の割合が８０質量％以上（特に、９０質量％以上）のものであり、より好ましくは、０．５〜７ｍｍの範囲内の粒状物の割合が８０質量％以上（特に、９０質量％以上）のものであり、特に好ましくは、１〜４ｍｍの範囲内の粒状物の割合が８０質量％以上（特に、９０質量％以上）のものである。
０．１〜１０ｍｍの範囲内の粒状物の割合が８０質量％以上であれば、浚渫土と、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材を混合し撹拌する際における粉塵の発生を抑制することができるとともに、粒度が過大であることによる問題（例えば、浚渫土の中のケイ酸カルシウム含有粉粒状物の分布が不均一になること）を回避することができる。
【００１６】
浚渫土と、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材の混合および撹拌の方法の一例としては、混合槽（例えば、底面に撹拌翼を有する、上方のみが開口した金属製の枠体）の中に、浚渫土および底質改良材をこの順に投入して、混合物を得て、次いで、混合槽の撹拌手段（例えば、上述の撹拌翼）を回転させて、この混合物（浚渫土と底質改良材とからなるもの）を撹拌する方法が挙げられる。
本工程における混合および撹拌は、覆土施工工程における覆土の施工時から４月間経過時までの間に、覆土用混合物（覆土）中の全細菌中の好気性細菌の割合が３％以上増大するような条件下にて、大気中で行われることが好ましい。
ここで、「大気中」とは、混合および撹拌の過程で、浚渫土および底質改良材が、水中ではなく、空気に曝された状態に置かれることをいう。
また、本工程における混合および撹拌は、覆土施工工程における覆土の施工時から４月間経過時までの間に、覆土用混合物（覆土）中の全細菌中の硫黄酸化細菌の割合が１％以上（好ましくは２％以上、より好ましくは３％以上）増大するような条件下にて、大気中で行われることが好ましい。
上述の４月間で好気性細菌および硫黄酸化細菌の各割合を増大させるための条件としては、例えば、浚渫土の単位容積当たりの底質改良材の量を大きくしたり、あるいは、本工程（混合工程）における撹拌手段の回転速度や撹拌時間を調整（増大）することが挙げられる。
【００１７】
本工程において、底質改良材の量は、浚渫土１ｍ３当たり、好ましくは０．１〜５０ｋｇ、より好ましくは０．３〜４０ｋｇ、さらに好ましくは０．５〜３０ｋｇ、さらに好ましくは１〜２０ｋｇ、特に好ましくは２〜１５ｋｇである。
該量が０．１ｋｇ以上であると、本発明の効果（好気性細菌の割合を増大させて、ヘドロの生成を抑制することなど）をより効果的に得ることができる。該量が５０ｋｇ以下であれば、底質改良材の量が大きいことによる本発明の方法のコストの増大を避けることができる。
【００１８】
［第二の運搬工程］
第二の運搬工程は、混合工程で得られた覆土用混合物を、底質の原位置に運搬する工程である。
本工程において、底質の原位置への運搬とは、例えば、処理対象である底質が複数の区画に分かれている場合において、これら複数の区画の各々について、浚渫工程における浚渫土と、後工程である覆土施工工程における覆土用混合物とが一致（対応）している必要があるものではなく、これら複数の区画の中の区画Ａの浚渫土が、覆土用混合物としては、区画Ｂ（区画Ａとは異なる区画）に覆土されるものであってもよい。
覆土用混合物の運搬は、第一の運搬工程と同様に、船舶、車両（例えば、トラック）等の任意の運搬手段を用いて行うことができる。
【００１９】
［覆土施工工程］
覆土施工工程は、底質の原位置にて、覆土用混合物を覆土として用いる工程である。
本工程における「底質の原位置」とは、第二の運搬工程で説明した「底質の原位置への運搬」におけるものと同じである。
覆土の施工（敷設）は、通常、浚渫工程で浚渫された底質の厚さと同じ厚さになるように行われる。
覆土の施工によって、浚渫工程前の底質に比べて、好気性細菌の割合が増大するので、ヘドロの発生を抑制することができる。
また、覆土の施工によって、浚渫工程前の底質に比べて、硫黄酸化細菌（硫化水素を硫酸や元素状硫黄に酸化する細菌）の割合が増大するので、硫化水素による各種の生物の死滅を抑制し、また、硫化水素臭の発生を抑制することができる。
さらに、覆土の施工によって、浚渫工程前の底質に比べて、ｐＨが上昇するので、硝化細菌が増殖し易い環境をつくることができる。硝化細菌は、底質に生育する各種の生物の残餌や排泄物から生じる有害なアンモニアや亜硝酸を、無害な硝酸に分解する細菌である。
【００２０】
本工程において、覆土の施工時から１４日間経過後の時点におけるｐＨの上昇の幅は、好ましくは０．２、より好ましくは０．３、特に好ましくは０．４である。
覆土の施工の時期は、混合工程において浚渫土と底質改良材を混合し撹拌して覆土用混合物を得た直後（換言すると、混合工程の終了後に、第二の運搬工程を直ちに行い、覆土施工工程が実施可能になった時）でもよいし、あるいは、覆土用混合物を得た時点から数日間が経過した時などでもよい。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［覆土のｐＨの測定（実施例１〜５、比較例１〜２）］
（１）処理対象物（底質の一部）
処理対象物は、干潟の底質における厚さ２０ｃｍの部分（底質の上面から、その下方に２０ｃｍの深さまでの部分）とした。
処理対象物は、湿潤密度が１．９ｇ／ｃｍ３、含水率が２７％、ｐＨが７．１、酸化還元電位（ＯＲＰ）が７４ｍＶ、の各物性値を有するものであった。
（２）底質改良材
底質改良材であるケイ酸カルシウム含有粉粒状物としては、以下のとおり製造されたものを用いた。
まず、酸化カルシウム等のカルシウム源、珪石等のケイ酸源、および、水を混合してなるスラリーを鉄製の容器の中に収容した後、１８０℃、１０，０００ｈＰａの雰囲気下に、この容器（スラリーを収容した鉄製の容器）を置き、１０時間、水和反応を行った。次いで、この容器内の固形物を乾燥することによって、トバモライト（ケイ酸カルシウム含有物）からなる乾燥固形物を得た。得られた乾燥固形物を粉砕した後、得られた粉砕物を篩い分けして、粒度が１〜４ｍｍのケイ酸カルシウム含有粉粒状物（底質改良材）を得た。
【００２２】
（３）覆土用混合物の調製および評価
大気中の雰囲気下において、底質０．６ｋｇに、底質１ｍ３当たり、表１に記載の量（単位：ｋｇ／ｍ３）の底質改良材を添加した後、得られた混合物を、ホバートミキサーで底質改良材が均一となるように撹拌（低速で１分３０秒の後、高速で１分３０秒）し、覆土用混合物（実施例１〜５）を得た。
一方、比較例１として、底質のみからなり、かつ、撹拌しないものを用意した。
また、比較例２として、底質のみからなり、かつ、実施例１と同様に撹拌したものを用意した。
【００２３】
得られた覆土用混合物（比較例１〜２では、底質）を２等分し、それぞれ合成樹脂製の容器（上方のみが開口したもの）に収容した後、これらの容器を、各々、水槽内の塩分濃度３％の人工海水中に完全に沈め、水槽に付属している空気供給管による曝気下で、４７日間、この人工海水中に置いた。
人工海水中に沈めた時点から、４７日間経過時までの間における覆土用混合物のｐＨを、表１に記載の各時点で測定した。
なお、人工海水は、７日間毎に１／３の量を新たなものに交換した。
結果を表１に示す。表１中の値は、覆土用混合物を２等分して収容した各容器のｐＨ値（２つ）の平均値である。
【００２４】
【表１】
2020157258.tif 000002
【００２５】
表１から、実施例１〜５では、比較例１〜２に比べて、時間の経過とともにｐＨが増大する傾向があり、底質改良材によって底質の酸性化を抑制しうることが確認された。
特に、実施例２〜５では、７日間経過時以降のｐＨが７．５以上に維持されているので、硫化水素の発生の原因となる硫酸還元菌の増殖が抑制され、かつ、残餌や排泄物から生じる有害なアンモニアや亜硝酸を無害な硝酸に分解する硝化細菌が増殖し易い環境であることがわかった。
【００２６】
［覆土の細菌叢の評価（実施例６、比較例３〜４）］
（１）処理対象物（底質の一部）
実施例１と同じものを用いた。
（２）底質改良材
実施例１と同じものを用いた。
（３）覆土用混合物の調製および評価
実施例１と同様にして、覆土用混合物（実施例６）を得た。
一方、比較例３として、底質のみからなり、かつ、撹拌しないものを用意した。
また、比較例４として、底質のみからなり、かつ、実施例１と同様に撹拌したものを用意した。
実施例６および比較例３〜４の各々の覆土用混合物を、覆土として、干潟の海水中に沈めた。４月間経過後に、底質の表層部分５ｃｍを採取し、得られた採取物について、細菌叢を次世代シークエンス解析によって評価した。また、採取時に採取場所にて、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定した。
結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
2020157258.tif 000003
【００２８】
表２から、実施例６では、比較例３〜４に比べて、好気性細菌の割合が大きく、かつ、嫌気性細菌の割合が小さいことがわかる。
また、実施例６では、比較例３〜４に比べて、硫黄酸化細菌の割合が大きいことがわかる。硫黄酸化細菌は、硫化水素（干潟の環境の悪化の原因となるもの）を硫酸や元素状硫黄に酸化する細菌であるので、硫黄酸化細菌の割合が大きいことは、有害な硫化水素の量が少なく、好ましい環境であることを意味する。一方、硫酸還元細菌および硫黄還元細菌は、硫化水素を生成する細菌であるので、硫酸還元細菌および硫黄還元細菌の割合が小さいことは、有害な硫化水素の量が少なく、好ましい環境であることを意味する。
なお、比較例３〜４に比べて、実施例６における特殊な細菌の増加は、見られなかった。
また、実施例６では、比較例３〜４に比べて、ｐＨおよびＯＲＰ（酸化還元電位）が大きいことがわかる。この理由は、ケイ酸カルシウム含有粉粒状物からなる底質改良材が、底質を好気性細菌の増加に適するように改良したからであると考えられる。