(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部摩擦角が３５°以上の粉粒物からなる下部層と、その上に製鋼スラグを含有する上部層とを有する水底構造。
【請求項２】
高炉水砕スラグからなる下部層と、その上に製鋼スラグを含有する上部層とを有する水底構造。
【請求項３】
内部摩擦角が２５°以上の粉粒物からなる下部層と、その上に製鋼スラグを含有する上部層とを有し、
前記下部層の平均厚さが１０ｃｍ以上であり、前記上部層の平均厚さが５ｃｍ以上であることを特徴とする水底構造。
【請求項４】
製鋼スラグが、粒径１０ｍｍ以上のものを８５質量％以上含んでいるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水底構造。
【請求項５】
内部摩擦角が３５°以上の粉粒物からなる下部層を形成し、その上に製鋼スラグを含有する上部層を形成することを特徴とする底質・水質浄化法。
【請求項６】
高炉水砕スラグからなる下部層を形成し、その上に製鋼スラグを含有する上部層を形成することを特徴とする底質・水質浄化法。
【請求項７】
内部摩擦角が２５°以上の粉粒物からなる下部層を形成し、その上に製鋼スラグを含有する上部層を形成する底質・水質浄化法であって、
前記下部層の平均厚さを１０ｃｍ以上とし、前記上部層の平均厚さを５ｃｍ以上とすることを特徴とする底質・水質浄化法。
【請求項８】
製鋼スラグに、粒径１０ｍｍ以上のものを８５質量％以上含んでいるものを使用することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の底質・水質浄化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは水域整備技術に属し、特に岩礁域の生物の棲息環境に適する水底構造および底泥が堆積した水底の底質・水質の浄化法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
底質・水質の浄化技術としては、従来から底泥に覆砂したり、底泥を浚渫したりする方法などが知られている。
【０００３】
ここで用いられる覆砂材としては、海砂や山砂など化学反応をともなわずに底泥を覆う効果のみを有する材料や、石灰のように底泥中の燐の一部を化学反応により除去できる材料が用いられている。海砂や山砂の場合には、覆砂後の海底を砂質域に棲息する貝類や魚類などの棲息場造成も同時になされている事もある。また、築磯効果を期待して天然石を用いる場合もある。
【０００４】
しかし、化学反応による底質・水質の浄化作用を有しない海砂や山砂などの天然砂を覆砂材として用いる場合は、例えば、夏期の海水停滞期や生物の活動が活発な時期には、ヘドロが堆積していない状態でも間隙水中で硫酸還元菌の作用により数ｐｐｍのＨ２Ｓが生成してしまうという問題がある。また、石灰を用いる場合は、費用が高価となることや、水質が高アルカリになる場合があること、石灰が水底で板状になってしまう等の問題がある。天然石を単独で用いる場合は、天然石への海藻の付着繁殖は行われるものの、底泥からの栄養塩類の溶出を防止する効果はほとんどなく、ヘドロの堆積が問題となっている水域へ適用しても底質・水質の改善効果は十分なものではない。さらに、天然石や山砂は山を切り崩して採取する必要があり、近年の環境問題から、その確保が難しくなりつつある。
【０００５】
上記のような問題に対し、特開平３−４９８８号公報には粒状の製鋼スラグを覆砂材として用いる技術が開示されている。具体的には、粒状の製鋼スラグとして粒径が１ｍｍ程度の転炉スラグを用いることにより、その覆砂効果と転炉スラグ中のＣａＯやＦｅ２Ｏ３成分によるＨ２ＳやＰＯ４３−の化学的除去効果により底質・水質の浄化が図られることが報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、底質・水質の浄化が必要な水域は汚染された浮泥の流入が多いために、特開平３−４９８８号公報に記載されている粒径が１ｍｍ程度の転炉スラグを用いると、覆砂初期には底質・水質の浄化効果を有するが、次第に転炉スラグが固結するため、生物相の回復が遅く生物による底泥の分解効果が期待できない。さらに、粒径が１ｍｍ程度と細かいため、岩礁域に棲息する生物にとって適するものとはいえず、別に岩礁域を造成する必要がある。
【０００７】
このような問題に対しては、粒径の大きい製鋼スラグを直接底泥の上に敷設する方法も考えられるが、この場合、製鋼スラグが底泥の中に沈み込んでしまい、特にヘドロが５０ｃｍ以上堆積しているような水底では、敷設した製鋼スラグを有効に底質・水質浄化材として作用させるためには、製鋼スラグを底泥の厚さ以上に敷設しなければならず、スラグの敷設量が非常に多くなってしまう。
【０００８】
また、高炉水砕スラグを覆砂材として用いる技術が特開平４−２１５９００号公報に開示されている。しかし、高炉水砕スラグだけでは、水底の底泥からのＳの発生量が多い場合、Ｓの吸着効果が短期間で無くなってしまうという問題がある。さらに、高炉水砕スラグは潜在水硬性を有するため、特に底泥と直接接する場合は、高炉水砕スラグが固結してしまい、岩礁域の生物にとって適当な棲息場でない。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、長期的な底質・水質浄化の効果を有し、Ｈ２Ｓの発生を抑制し、かつ岩礁域の生物の棲息環境に適する水底構造および底泥が堆積した水底の底質・水質の浄化法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。第１の発明は、内部摩擦角が３５°以上の粉粒物からなる下部層と、その上に製鋼スラグを含有する上部層とを有する水底構造である。第２の発明は、高炉水砕スラグからなる下部層と、その上に製鋼スラグを含有する上部層とを有する水底構造である。
【００１１】
第３の発明は、内部摩擦角が２５°以上の粉粒物からなる下部層と、その上に製鋼スラグを含有する上部層とを有し、前記下部層の平均厚さが１０ｃｍ以上であり、前記上部層の平均厚さが５ｃｍ以上であることを特徴とする水底構造である。第４の発明は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかにおいて製鋼スラグが、粒径１０ｍｍ以上のものを８５質量％以上含んでいるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水底構造である。
【００１２】
第５の発明は、内部摩擦角が３５°以上の粉粒物からなる下部層を形成し、その上に製鋼スラグを含有する上部層を形成することを特徴とする底質・水質浄化法である。第６の発明は、高炉水砕スラグからなる下部層を形成し、その上に製鋼スラグを含有する上部層を形成することを特徴とする底質・水質浄化法である。
【００１３】
第７の発明は、内部摩擦角が２５°以上の粉粒物からなる下部層を形成し、その上に製鋼スラグを含有する上部層を形成する底質・水質浄化法であって、前記下部層の平均厚さを１０ｃｍ以上とし、前記上部層の平均厚さを５ｃｍ以上とすることを特徴とする底質・水質浄化法である。第８の発明は、第５の発明乃至第７の発明のいずれかにおいて、製鋼スラグに、粒径１０ｍｍ以上のものを８５質量％以上含んでいるものを使用することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の底質・水質浄化法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態の一例について説明する。なお、以下の説明において「％」は質量百分率を示すものとする。
【００１５】
本発明に係る水底構造は、底泥上に形成される内部摩擦角が高い粉粒物からなる下部層と、製鋼スラグを含有する上部層との２層からなるものである。
【００１６】
ここで、前記内部摩擦角が高い粉粒物としては、内部摩擦角が２５°以上の粉粒物であり、好ましくは３０°以上、さらに好ましくは３５°以上のものである。このような粉粒物として、砂（内部摩擦角約３０°）あるいは高炉水砕スラグ（内部摩擦角約３５°〜４０°）などの１種又は２種以上を用いることができる。
【００１７】
高炉水砕スラグは、製鋼スラグと同様に底泥からのＨ２Ｓ発生を抑制する効果を有し、さらに嵩比重が１．１〜１．３程度と軽くしかも角張った粒子形状のため、高炉水砕スラグ同士のかみ合わせが良く、このため底泥の中に沈み込まず、かつ上部に重量物が積載されても内部摩擦角が低い粉粒物のように流動せずに重量物をささえる性質を有する。従って、下部層を高炉水砕スラグで形成することにより下部層及び上部層ともに底泥の中に沈み込まず、上部層の特性を最大限に引き出すことが可能となるため好ましい。
【００１８】
ここで、前記製鋼スラグを含有する上部層としては、製鋼スラグを５０％以上、好ましくは８０％以上含有しているものが好ましい。なお、製鋼スラグとしては、転炉、電気炉、混銑車などで発生したスラグのみならず、脱珪スラグ、脱硫スラグ、脱燐スラグなどの溶銑予備処理スラグなどを用いることもできる。
【００１９】
また、前記製鋼スラグは、粒径１０ｍｍ以上のものを８５％以上含んでいるものが好ましく、粒径２０ｍｍ以上のものを９０％以上含んでいるものがさらに好ましい。ここで、製鋼スラグの粒度調整方法としては、溶融スラグを冷却固化後、重機等またはクラッシングプラントなどにより破砕し、例えば１０ｍｍ以上のふるい目のふるいを用いて選別する方法、水洗又は風力分級による方法などを用いることができる。
【００２０】
上部層の主たる材料である製鋼スラグが粒径１０ｍｍ以上のものを８５％以上含むことにより、製鋼スラグ間の固結が防止されるので、上部層での間隙が大きく空き、浮泥がその間隙に沈降することにより製鋼スラグの表面がヘドロで覆われることがなくなり、その結果底質・水質の浄化効果が長期間維持される。また、上部層における間隙は、付着性の珪藻やごかい、えびなどの岩礁域の生物の好適な住処となり、生物相が早期に付着回復し、付着生物による底泥の分解も行われ、この点からも底質・水質の浄化効果が長期間維持される。さらに、前記製鋼スラグが粒径２０ｍｍ以上のものを９０％以上含むことにより、上部層での間隙がより大きくなり、底質・水質の浄化効果の持続性が向上し、かつハゼ、アナゴ、ウナギなどの魚類の住処としても有効となる。
【００２１】
なお、製鋼スラグにはＣａＯが含有されているため、長期にわたり水と接すると、ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２の反応により製鋼スラグが崩壊し、小さな粒が生成し、この生成した小さな粒が製鋼スラグの間隙に入り込んで底質・水質の浄化効果を低減させるという懸念もあるが、上部層の主たる材料である製鋼スラグが粒径１０ｍｍ以上を８５％以上含むことにより、粒径が１ｍｍ程度の製鋼スラグを用いた場合と比較して長期的な底質・水質の浄化効果を有する。なお、製鋼スラグの崩壊を防ぐ方法として、大気、蒸気、オートクレーブ、炭酸ガスなどでエージング処理した製鋼スラグを用いることも有効である。
【００２２】
ここで、前記製鋼スラグを含有する上部層における製鋼スラグ以外の部分は、天然石、コンクリート材、コンクリート廃材、陶板、鉄骨、鉄筋などを用いることができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る水底構造は、内部摩擦角が高い粉粒物からなる下部層の平均厚さが１０ｃｍ以上であり、製鋼スラグを含有する上部層の平均厚さが５ｃｍ以上であることが好ましい。なお、下部層及び上部層の厚さの上限については特に限定されないが、工業性あるいは形成性などを考慮して決定することが好ましく、下部層の平均厚さとしては２ｍ以下、上部層の平均厚さとしては５ｍ以下が好ましい。特に、下部層の平均厚みを２ｍより厚くしても、下部層が上部層を支持する効果が変わらないばかりか、費用が掛かってしまい工業的でない。
【００２４】
前記内部摩擦角が高い粉粒物からなる下部層の平均厚さを１０ｃｍ以上とすることにより、粉粒物同士のかみ合わせが安定し、上部層を支えるための効果がより向上する。また、前記製鋼スラグを含有する上部層平均厚さを５ｃｍ以上とすることにより、上部層での間隙が十分に確保され、より安定して長期的な底質・水質の浄化効果が得られる。なお、ここで、下部層及び上部層の厚さを平均厚さで規定しているが、これは敷設方法により形成層の厚さに多少のバラツキが起こる場合があるためである。
【００２５】
本発明に係る水底構造を用いた底質・水質浄化法は、内部摩擦角が高い粉粒物からなる下部層を形成した後、その上に製鋼スラグを含有する上部層を形成するものである。
【００２６】
さらに、内部摩擦角が高い粉粒物からなる下部層の平均厚さを１０ｃｍ以上とし、製鋼スラグを含有する上部層の平均厚さを５ｃｍ以上とすることが好ましい。
【００２７】
内部摩擦角が高い粉粒物からなる下部層は、粉粒物同士のかみ合わせが良く、このため底泥の中に沈み込まず、かつ上部に重量物が積載されても内部摩擦角が低い粉粒物のように流動せずに重量物をささえる性質を有する。従って、下部層を内部摩擦角が高い粉粒物で形成することにより下部層及び上部層ともに底泥の中に沈み込まず、上部層の特性を最大限に引き出すことが可能となる。さらに、製鋼スラグを含有する上部層が底泥と直接接触しないため、製鋼スラグと底泥との反応による固結が軽減され、製鋼スラグの間隙が岩礁域の生物の好適な住処となる。
【００２８】
なお、内部摩擦角の大きい粉粒物からなる下部層と製鋼スラグを含有する上部層の水底への敷設は、ガット船等を用いた方法で行うことができる。
【００２９】
また、水底の岩などにより水底構造が局所的に凸部となっているような場所では、下部層又は下部層と上部層の厚さが局所的にゼロとなることもあり得るが本発明の効果が損なわれることはない。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
浮泥の流入が多い海底の底泥上に、平均厚さ２ｃｍ〜５０ｃｍの範囲で高炉水砕スラグからなる下部層を形成し、さらにその上に粒径２０ｍｍ以上を９５％含む転炉スラグからなる上部層を平均厚さ２０ｃｍ及び５０ｃｍで形成し、底泥への上部層の沈み込みを調査した。その結果をそれぞれの層の平均厚さとともに表１に示す。
【００３１】
【表１】
0003617405.tif 000002
【００３２】
表１に示されるように、転炉スラグの厚さが２０ｃｍの場合、高炉水砕スラグの厚さが５ｃｍ以上で転炉スラグの底泥への沈み込みが防止できた。また、転炉スラグの厚さが５０ｃｍの場合は、高炉水砕スラグの厚さが１０ｃｍ以上で転炉スラグの底泥への沈み込みが防止できた。
【００３３】
（実施例２）
浮泥の流入が多い海底の底泥上に、高炉水砕スラグからなる下部層を２０ｃｍの厚さで形成し、さらにその上に表２に示す種々の粒度に調整した転炉スラグからなる上部層を１０ｃｍの厚さで形成した。目視による上部層での間隙と珪藻類の着生の有無を経時的に観察した結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
0003617405.tif 000003
【００３５】
いずれの条件においても転炉スラグの底泥への沈み込みは見られず高炉水砕スラグを下部層として形成した効果が認められた。上部層の転炉スラグの粒径を１０ｍｍ以上８５％以上とした条件では、形成３年経過後でも上部層に間隙が観察され、長期的な底質・水質の浄化効果が確認された。また、転炉スラグの表面に珪藻の着生も確認され、生物相が早期に付着回復していることが確認された。
【００３６】
（実施例３）
浮泥の流入が多い海底の底泥上に、高炉水砕スラグからなる下部層を３０ｃｍの厚さで形成し、さらにその上に表３に示す種々の粒度に調整した転炉スラグからなる上部層を１５ｃｍの厚さで形成した。目視による上部層での間隙と珪藻類の着生の有無を経時的に観察した結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】
0003617405.tif 000004
【００３８】
いずれの条件においても転炉スラグの底泥への沈み込みは見られず高炉水砕スラグを下部層として形成した効果が認められた。上部層の転炉スラグの粒径を２０ｍｍ以上９０％以上（１０ｍｍ以上９５％以上）とした条件では、形成５年経過後でも上部層に間隙が観察され、長期的な底質・水質の浄化効果が確認された。また、転炉スラグの表面に珪藻の着生も確認され、生物相が早期に付着回復していることが確認された。さらに、上部層での間隙にハゼなどの魚類が棲息していることも観察された。
【００３９】
（実施例４）
浮泥の流入が多い海底の底泥上に、高炉水砕スラグからなる下部層を１０ｃｍの厚さで形成し、さらにその上に表４に示す種々の粒度に調整した転炉スラグからなる上部層を５ｃｍの厚さで形成した。また、それぞれの粒度毎に蒸気によりエージングを行ったものと行わなかったものについて比較した。目視による上部層での間隙と珪藻類の着生の有無を経時的に観察した結果を表４に示す。
【００４０】
【表４】
0003617405.tif 000005
【００４１】
いずれの条件においても転炉スラグの底泥への沈み込みは見られず高炉水砕スラグを下部層として形成した効果が認められた。上部層の転炉スラグをエージング処理したものを用い、その粒径を２０ｍｍ以上７５％以上（１０ｍｍ以上８５％以上）とした条件では、形成３年経過後でも上部層に間隙が観察され、長期的な底質・水質の浄化効果が確認された。また、転炉スラグの表面に珪藻の着生も確認され、生物相が早期に付着回復していることが確認された。
【００４２】
また、上部層の転炉スラグの粒径を大きくすることによって、上部層に間隙が観察されなくなるまでの期間は長期化し、しかもエージング処理した転炉スラグの方が上部層での間隙が長期に渡って観察された。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、長期的な底質・水質浄化の効果を有し、Ｈ２Ｓの発生を抑制し、かつ岩礁域の生物の棲息環境に適する水底構造および底泥が堆積した水底の底質・水質の浄化法が提供される。