(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含鉄酸性水に触れる器材に水酸化鉄、酸化鉄又は両者の混合物が沈着することを防止するために使用する酸化鉄類沈着防止剤であって、金属アルミニウムを有効成分とする鉄酸化細菌繁殖抑制剤からなり、該鉄酸化細菌繁殖抑制剤が、金属アルミニウム粉を配合した塗料、及びメッキ又は溶射された金属アルミニウムから選ばれることを特徴とする酸化鉄類沈着防止剤。
【請求項２】
含鉄酸性水に触れる器材が、暗きょ排水管である請求項１に記載の酸化鉄類沈着防止剤。
【請求項３】
含鉄酸性水に触れる器材が、揚水用のポンプのインペラー又はこのポンプ周りに配置される配管又はストレーナである請求項１に記載の酸化鉄類沈着防止剤。
【請求項４】
暗きょ排水管の開口部又はその近辺に請求項１に記載の酸化鉄類沈着防止剤をメッキ、溶射又は塗布することを特徴とする暗きょ排水管の閉塞防止方法。
【請求項５】
揚水用のポンプのインペラー又はこのポンプ周りに配置される配管又はストレーナに請求項１に記載の酸化鉄類沈着防止剤をメッキ、溶射又は塗布することを特徴とする揚水ポンプの閉塞防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含鉄酸性水に触れる器材に水酸化鉄、酸化鉄又は両者の混合物（以下、酸化鉄類という）が沈着することを防止するために使用する酸化鉄類沈着防止剤に関するものである。更に詳しくは、鉄酸化細菌の繁殖を抑制することにより酸化鉄類沈着を防止するための防止剤に関するものである。
【０００２】
鉱山からの流出水や酸性土壌から浸透する地下水は、酸性であって、鉄を2価イオンとして溶解していることが多い。このような含鉄酸性水は空気に触れると酸化されて析出し、三価の酸化鉄又は水酸化鉄として周囲に沈着する。そして、この酸化は鉄酸化細菌によって促進されることが知られている。
【０００３】
日本にも広く分布する酸性土壌の排水不良を呈する農耕地で、排水改良として行われた暗きょ排水に浸透してきた含鉄排水が、暗きょ排水管内で鉄酸化細菌により酸化鉄類として沈着し、暗きょ排水管を閉塞することで通水機能を低下させるため、暗きょ排水管内で酸化鉄類を沈着させないようにする技術が特許文献１に開示されている。すなわち、特許文献１は次のようなことを開示する。
【０００４】
排水不良を呈する農耕地に対しては、湿害を回避し、良好な作物生育を確保するため、暗きょ排水による排水改良が必要である。暗きょ排水は農地に０．６ｍ以下の深さの溝を１／１００〜１／１０００の勾配を持たせて掘削し、暗きょ排水管を埋設し、通水性を高めるため、疎水材を暗きょ排水管の周辺とその上部に作土直下まで埋設する工法である。その中で、暗きょ排水の効果を低下させる要因として、特に含鉄酸性排水について、暗きょ排水管の閉塞が指摘されている。閉塞物質を取り除く方法として管内清掃技術が提案されているが、実際には利用されるまでに至っていない。また、暗きょ排水管閉塞物質は、主に赤褐色物質で酸化鉄類の沈着が原因であることが明らかになってきている。しかし、現在、酸化鉄類の沈着自体を防止する方法はない。そこで、特許文献１は酸化鉄の沈着を防止するため、高珪酸カルシウム含有資材である粒状ロックウールと無機水硬性材料とからなる閉塞防止材を、暗きょ排水管の周囲に埋設し、該閉塞防止材の上部に疎水材を配置することにより、暗きょの閉塞防止をすることを教えている。
【０００５】
しかし、含鉄酸性水に触れる器材に酸化鉄類が沈着するという問題は、暗きょ排水管に限られることではなく、例えば地下水を汲み上げる揚水ポンプ及びその周辺に配置される器材にも生ずる。具体的にはポンプのインペラー、ポンプの吸水側に配置されるストレーナ、その付近の配管、ケーシング等にも沈着する。特に、含鉄酸性水に触れる器材の材質が鉄系の材質であると酸化鉄類の沈着が速やかに進み、且つ強固に沈着するという問題を生じる。
【０００６】
特許文献２には、鉄酸化細菌を用いた廃液の処理方法が開示され、鋼板の酸洗廃液やめっき廃液等の複数の金属を含む廃液中に、２価鉄イオンを酸化する鉄酸化細菌に対する活性阻害物質が混入した場合、鉄酸化細菌の活性阻害を早期に検知して、その阻害要因を解除する方法が紹介されている。ここで、活性阻害物質とその濃度については、Co2+（3×10-2M以上）、Pb2+（10-4M以上）、Sn2+（10-3M以上）、Ag+（10-5M以上）、Hg2（10-5M以上）、Ni2+（6×10-2M以上）等の金属イオンとその濃度が例示されている。
【０００７】
特許文献３には、下水処理施設等におけるコンクリートの劣化の原因となるイオウ酸化細菌及びイオウ酸化鉄酸化細菌を防菌する防菌剤が開示されている。ここで、防菌剤原料粉末としては、ニッケル、スズ、銅等の金属、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化コバルト、亜酸化銅等の金属酸化物又はこれらの混合物等が例示されている。これらは、コンクリート成形時にコンクリート内の所望位置に配合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２７０１６１号公報
【特許文献２】特開２００８−２６４６５４号公報
【特許文献３】特開平８−２６８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、以上の従来技術によれば、効果が不十分であったり、処理が複雑であったり、有害物であったりする。そこで、本発明は、安全な材料を使用し、簡易に作成又は処理可能な酸化鉄類沈着防止剤及びそれを使用する酸化鉄類沈着防止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、含鉄酸性水に触れる器材に酸化鉄類が沈着することを防止するために使用する酸化鉄類沈着防止剤であって、金属アルミニウムを有効成分とする鉄酸化細菌繁殖抑制剤からなることを特徴とする酸化鉄類沈着防止剤である。ここで、酸化鉄類とは三価の酸化鉄、水酸化鉄又はこれらの混合物をいう。
【００１１】
上記鉄酸化細菌繁殖抑制剤としては、メッキ又は溶射された金属アルミニウム、又は金属アルミニウム粉を配合した塗料が好ましいものとしてある。また、上記含鉄酸性水に触れる器材としては、暗きょ排水管、揚水用のポンプのインペラー又はこのポンプ周りに配置される配管又はストレーナが適するものとしてある。
【００１２】
また、本発明は、暗きょ排水管の開口部又はその近辺に上記の酸化鉄類沈着防止剤をメッキ、溶射又は塗布することを特徴とする暗きょ排水管の閉塞防止方法である。更に、本発明は、揚水用のポンプのインペラー又はこのポンプ周りに配置される配管又はストレーナに上記の酸化鉄類沈着防止剤をメッキ、溶射又は塗布することを特徴とする揚水ポンプの閉塞防止方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の酸化鉄類沈着防止剤は、含鉄酸性水に触れる器材に酸化鉄類が沈着することを有効に防止することができるため、器材の耐用年数を大きく延長することができる。また、本発明の酸化鉄類沈着防止剤は、有毒性を有しないため、河川等に含鉄酸性水を排出するために使用される排水管、排水ポンプ等に安心して使用できる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の酸化鉄類沈着防止剤は、金属アルミニウムを有効成分とする鉄酸化細菌繁殖抑制剤からなる。従来はある種の重金属は鉄酸化細菌の繁殖を抑制することは知られていたが、多くの生物に対して無害である金属アルミニウムが鉄酸化細菌の繁殖を抑制することは知られていないものであった。
【００１５】
上記鉄酸化細菌繁殖抑制剤としては、金属アルミニウム自体であってもよいが、含鉄酸性水に触れる器材の表面に付着させることが有効であり、そのためには、メッキ又は溶射された金属アルミニウムとして使用するか、又は金属アルミニウム粉を分散させて塗料として使用することが好ましい。また、アルミニウム自体によるパイプの製造、合成樹脂管へのアルミニウム溶射、蒸着、金属箔の貼付、ラミネート（又は二重管）化、アルミニウム含有塗料の塗装等が考えられるが、耐久性とコスト的にはラミネートか塗装が実用的に優れる。パイプが複数のパイプからなる場合は、その継ぎ手箇所にアルミニウム製の材料を使用し、それが含鉄酸性水に触れるようにすることも有効である。
【００１６】
金属アルミニウムは、酸性水に侵されやすいので、含鉄酸性水に触れる器材本体をアルミニウム製とすることは不利であり、防食塗装された鉄系材料や耐酸性のステンレス等が多用される。
【００１７】
そこで、このような材料に、アルミニウムをメッキ又は溶射として使用するか、又は金属アルミニウム粉を分散させて塗料として使用する。メッキの場合は、薄い膜となるので含鉄酸性水の酸性度が高くなく、水量が少ない場合に有効である。溶射の場合は、比較的厚い膜を形成できるので、酸性度が高く、水量が多い場合に有効である。塗料として使用する場合は、アルミニウム金属の一部は露出し、一部は塗料中の樹脂成分がアルミニウム金属の表面を保護するので、効果は多少劣るとしても長期使用が可能となる。しかし、いずれの場合も、アルミニウムは徐々に溶解するので、適当な間隔で鉄酸化細菌繁殖抑制剤を追加、交換又は塗布する必要が生じるが、含鉄酸性水に触れる器材に酸化鉄類が沈着することによる閉塞を大幅に遅らせることができ、修理又は交換する期間を長くすることができる。
【００１８】
塗料の形態としては、通常の防食塗料に金属アルミニウム粉を分散させる方法であることができる。金属アルミニウム粉の粒径としては、０．００５〜０．２ｍｍが望ましい。塗料中に配合量としては、全固形分の１０〜８０ｗｔ％、好ましくは２０〜６０ｗｔ％の範囲がよい。
【００１９】
メッキの場合、電解メッキ、無電解メッキ等のメッキの手法は適宜選択可能である。溶射の場合、フレーム溶射、電気式溶射等のメッキの手法は適宜選択可能である。塗料の場合、スプレー式、刷毛塗り等の塗装の手法は適宜選択可能である。これらの厚みは、厚いほど鉄酸化細菌繁殖抑制剤としての機能が長く続くため有利であるが、含鉄酸性水に触れる器材の機能を妨げるような厚みとすることはない。
【００２０】
上記含鉄酸性水に触れる器材としては、暗きょ排水管、揚水用のポンプのインペラー又はこのポンプ周りに配置される配管又はストレーナ等があるが、これに限定されない。以下、暗きょ排水管及び揚水用のポンプに本発明の鉄酸化細菌繁殖抑制剤を適用する例を示すが、他の含鉄酸性水に触れる器材についても、これに準じて行うことができる。
【００２１】
農耕地に配置された暗きょ排水管には、余剰水が作土及び心土を浸透しながら土壌中の水溶性である2価鉄を溶脱し、含鉄排水となった水が主として疎水材を通過して流れ込む。暗きょ排水管の開口部の周囲には、泥や土が入り込むの防止するため、ロックウール等からなる閉塞防止材を布設している。
【００２２】
暗きょ排水管は、含鉄酸性水が流れ込む開口部周辺に酸化鉄類が沈着しやすく、開口部付近が閉塞しやすい。そのため、暗きょ排水管の開口部付近に重点的に鉄酸化細菌繁殖抑制剤を適用することが好ましい。例えば、開口部付近には厚めに鉄酸化細菌繁殖抑制剤を適用し、他の接触面には薄く適用するか、適用しないことが有利である。暗きょ排水管が鉄等の金属製であれば、メッキ、溶射又は塗料としての塗装が可能である。非金属製であれば、塗料としての塗装が有利である。
【００２３】
暗きょ排水管に開口部に到達した含鉄酸性水は、本発明の鉄酸化細菌繁殖抑制剤と接触することで、鉄酸化細菌の活動を抑制する。そのため、従来、暗きょ排水管の開口部や、開口部近傍で生じていた酸化鉄類による閉塞を防止することができる。
【００２４】
揚水用のポンプは、地下水等の利用、地盤改良等を目的とする揚水に使用されるが、ポンプ内及びポンプに付設されるストレーナ等には含鉄酸性水が接触して、酸化鉄類の沈着が起きてポンプの効率低下、停止等が生じる。なお、本発明の鉄酸化細菌繁殖抑制剤は、上記以外のポンプにも適用可能であり、下水用ポンプ、工業用酸性水ポンプ、鉱業廃水ポンプ等にも適する。
【００２５】
そこで、ポンプ内の酸化鉄類の沈着が起きる箇所に、本発明の鉄酸化細菌繁殖抑制剤を適用する。ストレーナやケーシング等の水流が激しくないところでは、メッキ、溶射又は塗料としての塗装が可能である。しかし、インペラー等であれば、メッキ又は溶射が好ましい。
【実施例】
【００２６】
実施例１
１〜２年という短期間で暗きょ排水管が閉塞することが確認されている火山泥流地域の試験ほ場に、平均勾配１／１００の暗きょ排水の溝中にその開口部周辺に金属アルミニウムを２mm厚みに溶射した内径９０mmの硬質塩化ビニル樹脂製の暗きょ排水管を設置した。施工後６ケ月が経過した暗きょ排水の中央部で、暗きょ排水を掘削し、閉塞防止材の状況と、暗きょ排水管を縦方向に開口し管内の閉塞状況を調査したところ、暗きょ排水管内には酸化鉄類の沈着はなく、暗きょ排水管の閉塞は全く認められなかった。更に、付着していた白色結晶を光学顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した結果、鉄酸化細菌は確認されなかった。
【００２７】
実施例２
暗渠排水管、揚水井戸等内の鉄スケールによる閉塞を防止する資材を検討する実験を行った。
評価薬剤として、a)モルドテック社：MW500-FP（鉄バクテリア対応品）、b)エコウェル社：鉄バクテリア対応品AP、鉄バクテリア対応品AN、c)アルミ板、及びd)日鉄住金鋼板社：耐蝕Al-Zn合金メッキ鋼板を使用した。
試験方法は、試験片を西川泉水地区の含鉄酸性河川水中に浸漬し、一定期間保持し、その後、沈着状況を評価した。
【００２８】
試験現場の水質の測定項目と方法は次のとおりである。
・Temp、pH、電気伝導度(EC)、濁度（TURB）、溶存酸素（DO）、全溶存固形物量（TDS）……マルチ水質モニタリングシステム
・全鉄（T-Fe）、Fe(II)……1,10フェナントロリン法で比色測定
・陰イオン……陰イオンクロマトグラフィー
・陽イオン……キャピラリー電気泳動
測定結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0005555054.tif 000002
【００３０】
鉄酸化細菌の検出は、硫酸第一鉄を含むM-70培地中に現場河川底の沈殿物を添加し、72時間培養して、鉄酸化細菌Thiobacillus ferooxidansの生息の状況を生物顕微鏡にて確認した。
【００３１】
西川泉水地区の含鉄酸性河川水に合成樹脂板（PP）、アルミ板又は耐蝕Al-Zn合金メッキ鋼板（メッキ鋼板）を、浸漬した試験結果を表２〜６に示す。表４は合成樹脂板（処理なし）付着物の蛍光Ｘ線（ＥＤＸ）分析結果（％）である。表５はアルミニウム板とAl-Zn合金鍍金鋼板（メッキ鋼板）の比較（６日間浸漬後）である。表６はアルミニウム板４５日間浸漬後のデータである。
【００３２】
【表２】
0005555054.tif 000003
【００３３】
【表３】
0005555054.tif 000004
【００３４】
【表４】
0005555054.tif 000005
【００３５】
【表５】
0005555054.tif 000006
【００３６】
【表６】
0005555054.tif 000007
【００３７】
上記の現場評価試験の結果より、金属アルミニウムの鉄スケール付着防止効果が高いことが確認された。また、市販の抗菌薬剤は鉄スケール付着防止効果が低い。更に、合成樹脂板（PP板）よりも耐蝕メッキ鋼板の方が、鉄スケールの付着量が少ないことが確認された。
以上から、鉄酸化細菌による鉄スケール発生のメカニズムとして、水中の２価鉄イオンが、鉄酸化細菌により酸化され３価の水酸化鉄として析出沈殿する時に２価鉄イオンの酸化反応を阻害する還元性物質を共存させ、かつ鉄酸化細菌の忌避イオンを発生させる物質が、鉄スケールの発生防止に有効なことが確認された。かかる材料として金属アルミニウムが有効であることが確認された。
【００３８】
金属アルミニウムの使用方法としては、アルミニウム自体によるパイプの製造、合成樹脂管へのアルミニウム溶射、蒸着、金属箔の貼付、ラミネート（又は二重管）化、アルミ含有塗料の塗装等が考えられるが、耐久性とコスト的にはラミネートか塗装が現実的で有効であると考えられる。