(57)【要約】【課題】海底、川底あるいは土壌等の汚染箇所に多数覆設させることにより、汚染物質を吸着、分解し、あるいは、汚染物質と化学反応を起こすことにより底質及び水質あるいは土壌の改善を図ることが可能な竹炭粒子及び同粒子を用いた海底浄化方法の提供。【解決手段】砂と竹炭粉末とバインダーと水とを混合して造粒機に投入し、砂の各粒子を核として、その外周面に竹炭粉末とバインダーと水との粘稠性の混合物を被覆して造粒したことを特徴とする竹炭粒子。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂と竹炭粉末とバインダーと水とを混合して造粒機に投入し、
砂の各粒子を核として、その外周面に竹炭粉末とバインダーと水との粘稠性の混合物を被覆して造粒したことを特徴とする竹炭粒子。
【請求項２】
前記バインダーは、硫酸カルシウム粉末、セメント、生石灰、リグニン亜硫酸塩、ベントナイト、澱粉、糖蜜、水ガラスの中から選択される何れか１種又は複数種を適用していることを特徴とする請求項１記載の竹炭粒子。
【請求項３】
前記硫酸カルシウム粉末は、廃材の石膏ボードから回収した石膏粉末であることを特徴とする請求項１又は２記載の竹炭粒子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載の竹炭粒子を多数海底に沈殿させて海底の浄化を行うことを特徴とする海底浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、覆設することで海底等の浄化を行うことができる竹炭粒子及び同粒子を用いた海底浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、生活排水や工業排水、あるいは産業廃棄物等による水質汚染、土壌汚染等が問題となっている。
【０００３】
一例として、近年、周囲を陸に囲まれた閉鎖性海域において底質及び水質の悪化が生じており、これらは漁獲量に深刻な影響を与えている。例えば、有明海のように周辺に多くの都市部や農村地域を抱える閉鎖性海域では、工業排水、産業廃棄物、生活排水等に含まれる汚染物質が同海域に留まりやすく、富栄養化が起こることにより赤潮の原因となるプランクトン等の微生物が大量発生することとなる。このように、水質汚染は汚染物質自体や赤潮によって生じるものであるが、さらに、かかる水質汚染が生じると海の流れがよどみ、海底に粒径の小さい粘土状の物質が堆積することによりもともと砂質の海底が泥化する、いわゆる底質変化が生じる。
【０００４】
さらに、海底に堆積した粘土状の物質には多量の有機物が含まれており、かかる有機物が酸化分解される際に硝酸や有機酸が発生することにより、本来弱アルカリ性である海水のｐＨが酸性側にシフトするために漁業に深刻な影響を与えている。有明海においては、かかる底質変化や水質汚染により、特に二枚貝の漁獲量が著しく減少しており、ピーク期である１９８０年頃と比較するとその漁獲量はおよそ１／４にまで落ち込んでいる。
【０００５】
このような現状を踏まえ、従来より、海底に堆積した粘土状物質の除去、海底を耕運することによる酸素の供給、海砂や山砂の海底への覆設といった作業が行われている。
【０００６】
例えば、〔特許文献１〕に記載の発明は、マグネシウム系粉粒体原料で構成される材料であって、水中に投入することにより崩壊し細かな粒子となって海底に堆積することで底質及び水質の改善が可能なごとく構成された底質改善剤である。かかる発明によれば同改善剤に含まれるマグネシウムが酸性の水質汚濁物質と結合してマグネシウム系難溶性化合物を形成することによって、海洋汚染等により酸性側にシフトした水質及び底質のｐＨを元の弱アルカリ性に戻すことため、水質及び底質の改善を図ることが可能となっている。
【特許文献１】特開平９−２３９３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、〔特許文献１〕記載の発明は、底質改善剤自体が散布時に水質の懸濁の原因となり、かえって水質の悪化を招くという問題がある。また、水質汚濁物質と結合して形成された難溶性化合物はそのまま海底に堆積することとなるため、底質改善の根本的な対策とは成り難い。
【０００８】
また別の問題として、現在、建築材料として広く使用されている石膏ボードの有効な再利用が検討されている。石膏ボードの主原料である石膏は、硫酸カルシウムを主成分としており、この硫酸カルシウムが廃棄物処理場の地下水等に生息する硫酸塩還元細菌の代謝を受け有毒ガスである硫化水素を発生させることから環境上問題となっており、さらに、上記理由により、廃材となった石膏ボードを処分する際は、かかる有毒ガスの発生を防ぐための特殊な施設が必要となることから処理に多大なコストがかかるため、リサイクル等の廃棄物化させない処理方法が研究されている。
【０００９】
本発明は、これらの問題点に鑑み、汚染された海底、川底、湖底あるいは土壌に覆設することにより、底質、水質あるいは土壌の浄化を行うことが可能な竹炭粒子及び同粒子を用いた海底浄化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】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、砂と竹炭粉末とバインダーと水とを混合して造粒機に投入し、砂の各粒子を核として、その外周面に竹炭粉末とバインダーと水との粘稠性の混合物を被覆して造粒したことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、例えば海底浄化に用いた場合、同粒子に含まれる砂によって底質を泥質から砂質に変化させることができると同時に、竹炭粉末によって、海底や海水中に存在する汚染物質を吸着、分解することができる。また、かかる竹炭粉末は比重が小さく、単体では海底に沈むことができないが、比重の大きい砂の各粒子とバインダーを用いて一体に結合させることにより、砂の重さにより海底に沈殿することを可能とし、竹炭粉末を海底浄化用粒子として用いることを可能とした。さらに、粒子状としたことにより、表面積をより大きくすることができ、竹炭粉末の有する吸着、分解能力を効果的に発揮させることができる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、前記バインダーは、硫酸カルシウム粉末、セメント、生石灰、リグニン亜硫酸塩、ベントナイト、澱粉、糖蜜、水ガラスの中から選択される何れか１種又は複数種を適用していることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、砂と竹炭粉末とを一体に結合させることが可能となる。さらに、硫酸カルシウムを用いた場合には、かかる効果のみならず、同硫酸カルシウムに含まれるカルシウムが汚染物質である酸性の有機物と結合することで酸性側にシフトしたｐＨの調整を行うことができる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、前記硫酸カルシウム粉末は、廃材の石膏ボードから回収した石膏粉末であることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、従来、処理の際に発生する有毒ガスによる環境問題及びこの有毒ガスの発生を防ぐためにかかる高額な処理費用が問題となっていた廃材となった廃石膏ボードの有効な再利用方法を提供することができる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３に記載の竹炭粒子を多数海底に沈殿させて海底の浄化を行うことを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、泥化した海底に同粒子を多数沈殿させることで、請求項１記載の効果によって底質及び水質を改善させることが可能な海底浄化方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、海底、川底あるいは土壌等の汚染箇所に多数覆設させることにより、汚染物質を吸着、分解し、あるいは、汚染物質と化学反応を起こすことにより底質及び水質あるいは土壌の改善を図ることが可能な竹炭粒子及び同粒子を用いた海底浄化方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる竹炭粒子を海底浄化用粒子として用いた場合の実施例について説明する。
【００２０】
本実施例にかかる竹炭粒子は、同粒子の核となる砂と、汚染物質の浄化を行う竹炭粉末と、これらを一体に結合するためのバインダー及び水とを造粒機を用いて造粒することにより得られるものである。
【００２１】
一般に、砂は、海底に堆積した泥状の物質の上に覆設することで海底を砂質へと変化させることができる。本実施例に用いる砂は、山砂や海砂その他の砂を用いることが可能であるが、底質を砂質に変化させることが目的であることから粘土成分が少ない砂を用いるのが好ましい。また、砂は、後述するように、比重が小さく海底に沈むことができない竹炭粉末を海底に沈殿させるための重しとしての役割をも果たすものでもあるため、本実施例においては、より比重の大きい砂を用いるのが好ましい。
【００２２】
竹炭粉末は、海中及び海底の汚染物質を吸着、分解することのできる物質である。竹炭は、高い浄化能力をもった物質として広く知られているが、かかる竹炭の浄化能力は同物質の有する多孔質形状によるものであるといわれている。すなわち、竹炭は、無数の微細な孔があたかもパイプを束ねたかのように形成された多孔質形状を有しており、かかる細孔によって生じる分子間力によって汚染物質を吸着することができる。また、そればかりではなく、竹炭の細孔内には種々の微生物が生息しており、この微生物の働きにより汚染物質を分解することができる。その上、孔内に生息する微生物は、例えば、大きい孔には糸状菌、小さい孔には放状菌、さらに小さい孔にはバクテリアといったように孔の大きさによって棲み分けがなされており、有機物を分解・代謝するのに最適な微生物叢を形成することが可能となっている。
【００２３】
また、竹炭と同様の浄化能力を有する多孔質物質として木炭を挙げることができるが、竹炭は一般に木炭に比べ比表面積が大きく２００〜３００ｍ２／ｇ程度であるといわれており、海底浄化用粒子として用いるのに最適の物質であるといえる。このように、竹炭の有する浄化能力はその表面積に大きく影響されるものであるが、本発明においては、竹炭の表面積をさらに大きくし浄化能力をより一層高めるため、同竹炭を粉末状にすることとした。
【００２４】
また、竹炭は、一般的に、自然乾燥させた竹を土釜を用いて熱処理を施すことによって製造されるが、低温で炭化された後ゆっくりと冷やされたもののほうが多孔質となることが知られており、かかる製法で作られた竹炭を粉砕し粉末状にしたものを竹炭粉末として用いることで水質浄化能力を一層高めることができる。
【００２５】
かかる竹炭粉末は、比重が小さいため単体で海に投入しても海底まで沈降することができず、海面あるいは海面近傍を漂うこととなるため、海底浄化用粒子として利用することはできない。そこで、本発明においては、比重が大きく海底に沈殿可能な砂の各粒子とかかる竹炭粉末とをバインダー及び水を用いて一体に結合させることで、砂の重さによって竹炭粉末を海底に沈殿させることを可能とした。
【００２６】
バインダー及び水は、上記のように砂と竹炭粉末とを一体に結合するために用いられる物質である。バインダーとしては、造粒剤として一般的に用いられているセメント、生石灰、リグニン亜硫酸塩、ベントナイト、澱粉、糖蜜、水ガラスあるいは硫酸カルシウムの中から選択される何れか１種又は複数種を適用して用いることができる。
【００２７】
以下に、バインダーとして硫酸カルシウムを使用した場合について説明する。
【００２８】
本実施例にかかる硫酸カルシウム粉末は、いわゆる半水石膏（化学式ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）と呼ばれるものであり、水和反応により固化する性質を有する。例えば、半水石膏を原料とする骨折治療用のギプスや型取り用の石膏等は、粉末状の半水石膏を水と混ぜ合わせ水和反応を起こすことによって固化させたものである。
【００２９】
かかる硫酸カルシウム粉末は、バインダーとしての性質を持つと同時に、海底及び海中に存在する汚染物質を化学結合により無害な物質へと変化させる性質を有しており、これにより底質及び水質を改善することができる。具体的には、硫酸カルシウム中に含まれるカルシウムが、硝酸や有機酸などの酸性の汚染物質と化学結合してカルシウム系難溶性化合物を形成することにより、酸性側にシフトした海水のｐＨを弱アルカリ性に戻すものである。これにより、汚染された海域を魚介類が生息し易い環境に整えることが可能となり、漁獲量の増加に貢献することができる。
【００３０】
本実施例において、硫酸カルシウム粉末は、廃材となった石膏ボードより得られるものである。石膏ボードは、硫酸カルシウムを主成分とする石膏を主原料とした板体を二枚の厚い紙などの板でサンドイッチ状に挟むことにより構成される。石膏ボードは、安価であるが非常に丈夫であり、建築材料として壁や床などに広く使用されている。
【００３１】
従来、建築物の建て替えに伴い発生する廃材となった石膏ボードは、紙だけを焼却し石膏部分は埋め立てることにより処分していたが、埋め立てられた石膏は、埋立地の地下水に生息する硫酸塩還元細菌の代謝により硫化水素を発生させる恐れがあり環境上問題となるため、特殊な施設等を用いての処理が行われていた。このため、石膏ボードの処分には多額のコストがかかり、リサイクルなど廃棄物化させない処理方法が望まれている。そこで、かかる廃材となった石膏ボードを本竹炭粒子に利用することにより、同ボードを処分する際にかかるコストが不要となり、硫化水素の発生も抑えることができる。なお、石膏と分別された紙は、家畜糞尿から堆肥を製造する際の糞尿の水分調整剤等として利用することが可能である。
【００３２】
廃材となった石膏ボードから本実施例にかかる硫酸カルシウム粉末、すなわち半水石膏を得る場合、先ず、石膏ボードを粉砕して石膏と紙とを分別し、さらに、分別後の紙を再度粉砕することにより紙に付着した石膏を除却し、得られた石膏を粉末状になるまで粉砕する。こうして得られた石膏粉末は、二水石膏（化学式ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）と呼ばれるものであり固化作用を有していないため、かかる石膏粉末を１６０〜１７０度で加熱処理し半水石膏へと変化させる工程を経ることにより、本実施例にかかる硫酸カルシウムを得ることができる。
【００３３】
本実施例にかかる竹炭粒子は、バインダーとして硫酸カルシウムを用いた場合、砂と竹炭粉末と硫酸カルシウム粉末とを重量比でそれぞれおよそ６：２：２の割合で混合し、同混合物の重量の２〜４割り程度の水と共に造粒機に投入し造粒することにより得られ、砂の各粒子を核としてその外周面に竹炭粉末と硫酸カルシウム粉末と水との粘稠性の混合物が被覆するように構成されている。
【００３４】
このようにして得られた物質は、粒子状であるため泥質の海底を万遍なく覆うことができる。また、本実施例のごとく造粒機により造粒した粒子と、造粒を行なっていない単なる固体との水質浄化能力を比較した場合、粒子は固体よりも表面積が大きく、それだけ汚染物質との接触頻度が多いことから、固体状態よりも高い水質浄化能力は高いといえる。さらに、本実施例にかかる粒子は、砂の各粒子を核として形成されているため粒径は小さく、そのうえ、各粒子自体も多孔質形状であり表面積が非常に大きいため、竹炭粉末及び硫酸カルシウム粉末の有する浄化機能をより有効に発揮させることができる。
【００３５】
また、本粒子は、造粒機を用いることで粒径を自由に変更することができるため、例えば、潮の流れが速い場所に本粒子を覆設する場合、海流によって粒子が散乱するのを防ぐため、粒径を大きくすることも可能である。
【００３６】
次に、バインダーとして硫酸カルシウムを使用した竹炭粒子を用いた海底浄化方法について説明する。
【００３７】
本発明にかかる竹炭粒子は、山砂や海砂等の天然の砂に対して約２０％の割合で添加された後、船上より投下することにより、泥質に変化した海底に覆設される。
【００３８】
海底に覆設した天然砂及び本粒子は、海底に堆積した泥状物質を覆うことにより、底質を砂質に変化させ、アサリ、サルボウ、タイラギ等の海底に生息する生物が生息しやすい環境を形成することができる。また、泥化した海底と海水との接触を遮断することにより、泥状物質に含まれる有機物から水質悪化の原因となるリン酸塩や窒素化合物が海中に溶出するのを防ぐことができると共に、これら有機化合物による溶存酸素の消費を低減し海底及び海中に生息する生物が生息しやすい環境を整える効果もある。さらに、かかる効果により生息数の増加した海洋生物がプランクトン等の水中に浮遊状態の窒素を捕食することで海洋環境のさらなる改善が達成される。
【００３９】
本実施例にかかる竹炭粒子は、同粒子に含まれる竹炭粉末により、海底及び海中に存在する汚染物質を吸着、分解することができる。かかる浄化能力は、本粒子の有する多孔質により一層効果的に発揮される。
【００４０】
また、本粒子は、海底に覆設後、海水や海流の影響を受けることによって表面から硫酸カルシウムが徐々に分離していく。さらに、かかる硫酸カルシウムによって砂と結合していた竹炭粉末も硫酸カルシウムと同様に本粒子から分離することとなり、これら竹炭粉末及び硫酸カルシウム粉末は海中に浮遊状態あるいは溶解状態となる。かかる竹炭粉末及び硫酸カルシウム粉末の分離作用によって、本粒子は、海底付近のみならず海中の広い範囲に亘り汚染物質の浄化を行うことができる。
【００４１】
なお、硫酸カルシウムの海水に対する溶解度は非常に低いため、上記のような硫酸カルシウム粉末及び竹炭粉末の本粒子からの分離は非常に緩やかに行われる。したがって、かかる分離作用によって急激な環境変化が生じる恐れがなく、さらに、本粒子の効果を長期的に持続させることが可能である。また、かかる硫酸カルシウム粉末の溶解度は、微生物の繁殖しやすい２０〜４０度において最も高くなることから、微生物の生息数に合わせて海中への溶出量が調整することができる。
【００４２】
また、本実施例にかかる竹炭粉末は、潮の満ち引きによって海底中で攪拌されることにより、竹炭粉末及び硫酸カルシウム粉末により多くの汚染物質が接触することとなり、これら粉末が有する浄化能力を効果的に発揮させることができる。
【００４３】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４４】
本発明にかかる竹炭粒子は、上記実施例のような海底浄化用としてだけではなく、例えば、河川や湖沼等に覆設することでこれらの底質や水質の浄化を行ったり、園芸用資材として用いることで土壌の浄化やｐＨ調整を行うことができる。