(57)【要約】【課題】植物で水質の浄化を行なう植生浄化における植物の活性を高めるために、高ｐＨ状態下でも植物がＦｅを吸収しやすい条件を与えるのに用いられる植生浄化用助材を提供する。【解決手段】植生浄化用助材は、木炭にキレート剤やキレート鉄が塗布されるとともに、これらキレート剤やキレート鉄の溶出を抑制する溶出制御剤が塗布され、そして水中にあって溶出制御剤が微生物により分解されるのに伴ってキレート剤やキレート鉄が水中に溶出するようにされている。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植生浄化における植物の活性を高めるのに用いられる植生浄化用助材であって、木炭にキレート剤またはキレート鉄あるいはキレート剤とキレート鉄が塗布されるとともに、これらキレート剤やキレート鉄の溶出を抑制する溶出制御剤が塗布され、そして水中にあって前記溶出制御剤が微生物により分解されるのに伴って前記キレート剤やキレート鉄が水中に溶出するようにされてなる植生浄化用助材。
【請求項２】
溶出制御剤で溶出が抑制されるようにしてクエン酸がさらに塗布された請求項１に記載の植生浄化用助材。
【請求項３】
溶出制御剤としてゲル状の多糖類が用いられている請求項１または請求項２に記載の植生浄化用助材。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の植生浄化用助材を植生基盤に用いる植生浄化方法であって、それぞれ溶出抑制程度を異ならせた植生浄化用助材を組み合わせて前記植生基盤に用いるようにしてなる植生浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物により水質浄化を行なう植生浄化に用いられ、植物の活性を高めるのに機能する植生浄化用助材およびそれを用いた植生浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水生植物や湿生植物などの植物を植生しその植物により水質の浄化を行なう植生浄化は、省エネルギー的であり、またより自然に近い浄化手法であるなどのことから時代のニーズとも合致し、河川や湖沼などの水質浄化、さらに最近では合併浄化槽や農村集落排水の三次処理などにも広く用いられるようになってきている。植生浄化では、富栄養化の主要な原因である窒素（Ｎ）、りん（Ｐ）の植物による吸収除去、それに植物の茎や根などでのろ過作用による浮遊固形物（ＳＳ）などの除去によって水質の浄化がなされる。また植生浄化では、植物の根圏などで繁殖する微生物も水質浄化に少なからず作用している。
【０００３】
植生浄化についてはすでに多くの報告例がある。しかしそれらは何れも植生条件とそこにおける水質改善効果に関するものである。つまり、どのような条件下で水質がどの程度改善されたか、どのような植物によりＮやＰがどの程度除去されたか、ＮやＰの除去について吸収、沈殿、吸着などがそれぞれどの程度であったか等々、どのような植生条件でどの程度の水質改善が得られるかといった観点に基づいたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
植生浄化においては、植物の種類や植生基盤の形態などの植生条件がその水質浄化能に大きく影響することはいうまでもない。そのため上記のように植生条件を中心にして研究などが進められてきたのはもっともなことである。しかし、植生浄化においては、植物の活性をいかに高めるかということも植生条件に劣らず、浄化効率に大きく影響すると考えられる。
【０００５】
植物の活性は植物栄養学の観点からとらえることができる。植物はその生育のために多くの無機物を必要とする。必要な無機物には、必要量の大きなものとしてＮ、Ｐ、Ｋ、中程度の必要量であるものとしてＣａ、Ｍｇ、Ｓ、必要量が微量であるものとしてＦｅ、Ｍｎ、Ｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｃｌがあり、これらのいずれが不足しても植物の生育は阻害される。なかでも鉄（Ｆｅ）は、植物における葉緑素の生成やＮの吸収同化に大きな役割を負っており、植物の旺盛な生育ならびにＮ吸収による浄化作用にとって特に重要である。
【０００６】
浄化を必要とする水域は、富栄養化が進んでおり、植物プランクトンの大量発生を招きやすくなっている。そして植物プランクトンが大量に発生すると、植物プランクトンの光合成により水中の二酸化炭素が大量に消費されることで、水中のｐＨが高くなる。例えば、植物プランクトンによる光合成がもっとも盛んになる時間帯においてはｐＨが９．５を超えることもあるとの報告例がある。このように水中のｐＨが上昇するとＦｅは不溶化しやすくなり、水中のＦｅが不溶化すると植物にとってＦｅを吸収しにくくなる。すなわち浄化対象水域においては、鉄分の量が十分であっても、植物が吸収しやすい態様のＦｅが不足する状態になりがちになるのが一般的であるといえる。Ｆｅが欠乏すると、植物の若い葉に鉄黄変と呼ばれる特徴的な黄化を生じるが、植生浄化施設ではこのような黄化がしばしば見かけられる。そこで、高ｐＨ状態下にあっても植物がＦｅを吸収しやすいような条件を整えてやることが植物の旺盛な生育を促して浄化作用を高めるのに重要であることになる。
【０００７】
本発明は、このような事情を背景になされたものであり、植生浄化用の植物の活性を高めるために、高ｐＨ状態下でも植物がＦｅを吸収しやすい条件を与える植生浄化用助材の提供を目的としている。また本発明はそのような植生浄化用助材を用いた植生浄化方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
高ｐＨ状態下でもＦｅを吸収しやすい条件をどのようにして与えるかを考えた場合、浄化対象水域でキレート鉄が豊富になるようにしてやることが最も有効な手法であるといえる。すなわち植物は一般的にその根からキレート物質を分泌し、このキレート物質で不溶性のＦｅをキレート鉄にして吸収することができる。しかしキレート物質を分泌する能力は、植物の種類により異なり、多くの水生植物では必ずしも高くない。そこで、浄化対象水域でキレート鉄が豊富になるようにしてやれば、植物は高ｐＨ状態下でもＦｅを吸収しやすくなる。それには、浄化対象水域にキレート剤を加えてキレート鉄を生成しやすい状態にしてやるか、または浄化対象水域にキレート鉄を加えてやればよい。
【０００９】
ただ、浄化対象水域では浄化対象水が流動しているのが通常で、浄化対象水域に単純にキレート剤などを加えるのではそれらが急速に流失してしまうだけで、所期の効果は得られない。そこで、適切な担体にキレート剤などを保持させ、その担体を植生基盤に用いることでキレート剤などの浄化対象水域への供給が徐々になされるように制御する必要がある。
【００１０】
これについて、そのキレート剤などの供給制御は、上記のように浄化対象水域中に棲息して水質浄化にも作用する微生物の活動を利用するのが適切である。すなわち微生物の活動に伴ってキレート剤などが担体から徐々に溶出するようにするということである。またその担体としては、多孔性で表面積の大きくてキレート剤などの保持効率が高く、しかも微生物の棲み家として適するサイズの空隙を多数有する木炭がもっとも優れている。
【００１１】
本発明はこのような知見に基づいている。したがって本発明による植生浄化用助材は、植生浄化における植物の活性を高めるのに用いられるものであって、木炭にキレート剤またはキレート鉄あるいはキレート剤とキレート鉄が塗布されるとともに、これらキレート剤やキレート鉄の溶出を抑制する溶出制御剤が塗布され、そして水中にあって前記溶出制御剤が微生物により分解されるのに伴って前記キレート剤やキレート鉄が水中に溶出するようにされてなる。
【００１２】
植物や微生物のエネルギー代謝にはクエン酸サイクルがかかわり、そのクエン酸サイクルを活発にさせることは植物の生育や微生物の活動にとって有効である。そしてそのためには浄化対象水域にキレート鉄などとともにクエン酸を供給してやることが有効である。そこで、本発明では上記のような植生浄化用助材に、溶出制御剤で溶出が抑制されるようにしてクエン酸をさらに塗布するものとしている。
【００１３】
上記のような植生浄化用助材における溶出制御剤は、微生物に分解されることでキレート鉄などの溶出を制御する。そのため溶出制御剤は、微生物による分解を緩やかに受ける有機質であることが望ましい。そのような有機質としては、多糖類が特に適している。そこで、本発明では上記のような植生浄化用助材における溶出制御剤として、ゲル状の多糖類を用いるものとしている。
【００１４】
上記のような植生浄化用助材は、それぞれの溶出抑制程度を異ならせたものを組み合わせて用いることで、そのキレート鉄などの浄化対象水域への供給をより長時間安定的に行なうことが可能となる。そこで本発明では上記のような植生浄化用助材を植生基盤に用いる植生浄化方法について、それぞれ溶出抑制程度を異ならせた植生浄化用助材を組み合わせて植生基盤に用いるようにしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態とともに、より具体的に説明する。本発明では木炭にキレート剤やキレート鉄、それにクエン酸を塗布し、さらにこれらキレート剤などを覆ってその溶出を抑制する溶出制御剤を塗布して植生浄化用助材を形成するようにしている。キレート剤とキレート鉄は、そのいずれかを選択的に用いるか、または両方を併せて用いるようにしてもよい。クエン酸は、植物や微生物のエネルギー代謝にかかわるクエン酸サイクルを活発にさせることで植物の生育や微生物の活動を助長するのに機能させるものである。したがって、高ｐＨ状態下でも植物がＦｅを吸収しやすいようにすることを目的とする植生浄化用助材においては、クエン酸は補助的なものであり、その塗布は必ずしも不可欠でない。
【００１６】
キレート剤などの担体となる木炭には、水との親和が高いということから、例えば６００℃以上の高温条件で焼成された木炭を用いるの通常である。木炭の大きさは、植生浄化における植生基盤の種類に応じて異ならせる。植生基盤が、例えば浄化対象水域に設けられる浮き島のように土壌系の場合には、細かな粉粒状の木炭を用いる。一方、水耕栽培的な植生基盤である場合には、その植生基盤に用いた植生浄化用助材の全体に効率的に浄化対象水が接触できるにするために、２０〜８０ｍｍ程度の大きさの木炭を用いる。
【００１７】
キレート剤としては一般によく知られているものを用いることができる。例えば、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン４酢酸）やＮＴＡ（ニトリル３酢酸）がその代表的な例である。キレート鉄とクエン酸には一般に市販されているそれを用いればよい。これらキレート剤などは水に溶かして木炭に塗布する。木炭への塗布は、例えばキレート剤などの水溶液に木炭を一定時間浸漬させたり、あるいはキレート剤などの水溶液を木炭に吹き付けたりすることで、木炭の表面や表層にある微細孔の内壁をキレート剤などで被覆する状態になるようにして行なう。
【００１８】
溶出制御剤には、水に溶けないかまたは溶けにくく、しかも微生物が副次的な資化として分解することのできる物質をゲル状にして用いる。そのような物質としては、多糖類があり、例えばアガロース（寒天の成分）、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、キチン（カニやエビの殻の成分）、グルコマンナン（コンニャクの成分）、アルギン酸などのがその例である。これらの物質を用いた溶出制御剤は、浄化対象水域に生息する微生物の介在でキレート剤などの溶出を制御する。すなわち溶出制御剤は、微生物がそれを副次的な資化として分解することで徐々にそのキレート剤などに対する溶出抑制効果を喪失し、これに応じてキレート剤などが木炭から水中に溶出するようになる。このことから、溶出制御剤によるキレート剤などに対する溶出抑制効果は、溶出制御剤が形成する被覆層の厚みや溶出制御剤のゲル化の程度と相関することになる。したがって、それぞれ溶出制御剤の塗布量やゲル化の程度つまり溶出抑制程度を異ならせた複数種類の植生浄化用助材を用意し、これらを組み合わせて用いることで、長期間にわたって安定的にキレート剤などを浄化対象水域に供給することが可能となる。ここで、上記した副次的な資化とは、主要な資化物質が不足する状態で微生物の栄養源となる資化である。このような副次的な資化となる物質を用いることで、微生物による分解速度を遅くすることができ、したがって溶出制御剤によるキレート剤などに対する溶出抑制能をより安定的なものとすることができる。
【００１９】
上記のような物質が用いられる溶出制御剤にキレート剤などの被覆用のゲル層を形成させるには、アルカリ状態であることが望ましい。木炭自体はアルカリ性であるが、キレート剤などを塗布すると中性ないし弱酸性になる。そこで、キレート剤などの塗布層に重ねて溶出制御剤を木炭に塗布した後に、弱アルカリ性の水溶液、例えばｐＨ７．５程度の石灰水溶液を溶出制御剤に作用させて溶出制御剤のゲル化を図る。この場合には、弱アルカリ性水溶液の作用程度に応じてゲル化の程度を調整することができる。
【００２０】
次に、以上のような植生浄化用助材を用いた植生浄化の形態例について説明する。植生浄化用助材は、植生浄化の植生基盤が水耕栽培的な構造とされる場合であれば、例えば３０〜５０ｃｍ角程度の大きさの網袋に、上記のようにそれぞれ溶出抑制程度を異ならせた複数種類の植生浄化用助材を適切に混ぜ合わせて重し用の礫などとともに充填し、この植生浄化用助材が充填された網袋を植生基盤に組み込むことで用いる。この場合、植生基盤で植生浄化用助材が占める割合は植生面積の１／２〜２／３とするのが好ましい。
【００２１】
このようにして植生基盤に用いられた植生浄化用助材は、その表面をゲル層として覆っている溶出制御剤が水中で微生物により副次的資化として緩やかに分解されることで、溶出制御剤によるキレート剤などに対する溶出抑制効果を失い、これに応じてキレート剤などを水中へ徐々に溶出させることになる。またこのようなキレート剤などの溶出にあって、溶出抑制程度がそれぞれ異なっている複数種の植生浄化用助材は、それぞれの溶出抑制程度に応じてそのキレート剤などの溶出時期を異ならせる。そしてこのことにより、キレート剤などが長期にわたって浄化対象水域中に溶出して供給されることになる。
【００２２】
植生浄化用助材からは、キレート剤またはキレート鉄あるいはその両者が溶出し、またクエン酸も塗布されている場合にはこのクエン酸も溶出する。溶出したキレート剤は浄化対象水域にある不溶性の鉄に作用してキレート鉄を生成させ、浄化対象水域中のキレート鉄の濃度を高める。また植生浄化用助材からキレート鉄が溶出すれば、これにより浄化対象水域中のキレート鉄の濃度が高められる。そして浄化対象水域中でキレート鉄の濃度が高い状態に維持されることにより、浄化対象水域のｐＨが高い状態下でも植物がＦｅを吸収しやすくなる。この結果、植物がより旺盛に生育するようになり、これに伴って植物のＮ吸収やＰ吸収による浄化作用が活発になる。またクエン酸も浄化対象水域に溶出して供給される場合には、このクエン酸により植物の生育がさらに活発になり、したがって植物のＮ吸収やＰ吸収による浄化作用もさらに活発になる。
【００２３】
ここで、植生浄化用助材からのキレート剤などの溶出は、植物の根に近接してなされる。このことは、植物の根の近傍においてキレート鉄やクエン酸の濃度を高めることができるということである。すなわち本発明による植生浄化用助材は、キレート剤などの浄化対象水域への供給をより効率的になせるということである。
【００２４】
植生浄化では植物とともに微生物も水質浄化に働く。この微生物に対して、植生浄化用助材は以下のように作用する。まずその溶出制御剤が副次的な資化となることで、微生物の活動をより活発にするのに役立つ。またクエン酸も供給される場合にはこのクエン酸も微生物の活動をより活発にするのに役立つ。さらに木炭の微細孔により微生物が定着しやすい棲み家を与えることができ、これにより微生物の繁殖をより活発なものにすることができる。このようにして微生物の繁殖や活動が助長されることで、微生物による浄化作用が高まり、植生浄化をより効率的に行なうことが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明における植生浄化用助材よれば、高ｐＨ状態下でも植物がＦｅを吸収しやすい条件を与えて植生浄化用の植物の活性を高めることができる。したがって本発明は、植生浄化における浄化効率の向上に寄与することができる。