(57)【要約】【課題】入手容易で安価な水質改善材を用い、簡便な設備と処理による実用的な湖沼等の水質改善方法。【解決手段】アルカリ土類金属珪酸塩を含有する無機繊維成形体を、湖沼等の閉鎖系水域又は流量の少ない水域の水底ないしはその近傍に設置し、底質から溶出するリン等の富栄養化成分及び流入する富栄養化成分を成形体に吸着させる。無機繊維成形体は、ロックウール１００重量部とセメント１０〜３００重量部との成形物がよく、吹付け工法により網目構造体に成形したものがよい。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ土類金属珪酸塩を含有する無機繊維成形体を、湖沼等の閉鎖系水域又は流量の少ない水域の水底ないしはその近傍に設置し、底質から溶出する富栄養化成分及び流入する富栄養化成分を該成形体に吸着させることを特徴とする湖沼等の水質改善方法。
【請求項２】
無機繊維がロックウールであり、無機バインダーがセメントである請求項１記載の湖沼等の水質改善方法。
【請求項３】
成形体が、ロックウール１００重量部とセメント１０〜３００重量部を成形してなる請求項２記載の湖沼等の水質改善方法。
【請求項４】
成形体が、ロックウールとセメントを吹付け工法により網目構造体に成形されてなる請求項３記載の湖沼等の水質改善方法。
【請求項５】
ロックウール１００重量部に対しセメント４０〜２００重量部を含有する混合物であって、吹付け工法による網目構造を有する成形体とされたことを特徴とする湖沼等の水質改善材。
【請求項６】
成形体に沈降定着用の錘及び／又はアンカーを取り付けてなる請求項５記載の湖沼等の水質改善材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、富栄養化等の汚染が進む湖沼等の環境修復及び汚染防止のための水質改善方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平６−３０４４７２号公報
【特許文献２】特開平８−２２９５４８号公報
【特許文献３】特開平１０−１５５３８号公報
【特許文献４】特開平１０−２８６５９０号公報
【特許文献５】特開平２０００−１２６７８９号公報
【非特許文献１】環境庁水質保全局担当官著，「水質関係の基礎知識」，東京教育情報センター，平成１０年１２月２５日，ｐ．１８
【非特許文献２】山梨日日新聞，２００２年７月１４日版
【０００３】
湖沼、溜め池、堀、貯水池、内湾等（以下、湖沼等という）の閉鎖水域の富栄養化に起因する水質汚染は深刻な問題である。近年、下水道の発達や工業系排水の規制化によって、水質改善が見られつつあるものの、多くの閉鎖水域では依然として水質改善が進んでいない。このような状況に鑑み、流入河川等の汚水流入対策だけではなく、汚染された湖沼等の閉鎖水域を直接浄化して環境修復及び回復を図る試みがなされつつある。特に、干潟や藻場形成等における植物の自然浄化力を用いる試みは、沿岸部の環境修復及び回復方法に非常に効果的な方法といえ、ＮＰＯなどの活動を通じて徐々に普及されつつある現状である。
【０００４】
一方、閉鎖水域の汚染メカニズムは、流入汚染物による水質の富栄養化→微生物の増殖→水中の溶存酸素の消費→死んだ微生物の沈降→底部における微生物死骸のバクテリア分解→底部溶存酸素の消費→底部底質層の汚泥化→微生物固定化リンや窒素の再溶出→湖沼全体の再富栄養化の進行とされている（例えば、非特許文献１参照）。すなわち、沿岸部の浄化努力は、湖沼等の環境修復及び回復のごく一部の改善効果しか得られず、その多くの汚染箇所は湖沼の底部に存在する汚泥、いわゆる底質であることが理解できる。
【０００５】
底質に起因する水質汚染を改善するものとして、特許文献１には、アロフェンを含む土壌、ポリ塩化アルミニウムと硫酸第一鉄を混練し、２００〜７００℃で焼成した水質浄化剤を用いて富栄養化した湖沼中のリン酸を除去する方法、特許文献２には、多孔質コンクリート製本体に、火山灰と硫酸第一鉄の混合物を焼成したリン酸吸着剤塊を装着一体化したリン酸固定化能が高い水質浄化ブロック、特許文献３には、石灰質や珪酸等からなる貝化石を熱処理した吸着剤を水底に設置し、アンモニア態窒素、硝酸態窒素やリンを除去して底質や水質を改良する方法、特許文献４には、糸状性微生物を天然固定化基材に付着吸着させ、これを容器に入れたものを湖沼の水面下に固定し、ＣＯＤ、窒素、リン等の汚染物質を除去する方法、特許文献５には、窒素、リン等の汚染物質を吸着除去する活性炭、木炭、カキ殻等の吸着媒体を透過性の枠体に装填収容し、これを湖沼等の水底にロープやアンカーなどにより置する水質浄化システムが開示されている。また、高知大学農学部の深見教授らにより、底部への光照射と光による植物性微生物の増殖による水中酸素濃度の向上を期待する方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、前記の従来技術では、特殊な水質改良剤を必要とするため、その製造コストが嵩み、また処理設備や設備維持のためのランニングコスト、さらにはそれにより得られる環境修復及び回復効果を勘案すると、より低コストでより大きな水質改善効果を期待できる水質改善技術が求められていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、入手が容易で安価な水質改善材を用い、簡便な設備と処理による実用的な水質改善方法を提供し、これによって、富栄養化による汚染が進む湖沼等の効果的な環境修復及び回復を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、アルカリ土類金属珪酸塩を含有する無機繊維成形体を、湖沼等の閉鎖系水域又は流量の少ない水域の水底ないしはその近傍に設置し、底質から溶出する富栄養化成分及び流入する富栄養化成分を該成形体に吸着させることを特徴とする湖沼等の水質改善方法である。
本発明の湖沼等の水質改善方法において、前記成形体は、無機繊維がロックウール、無機バインダーがセメントであることがよく、また、ロックウール１００重量部とセメント１０〜３００重量部を成形したものがよく、更に、ロックウールとセメントを吹付け工法により網目構造体に成形したものがよい。
【０００９】
また、本発明は、ロックウール１００重量部に対しセメント４０〜２００重量部を含有する混合物であって、吹付け工法により網目構造を有する成形体とされたことを特徴とする湖沼等の水質改善材である。
本発明の湖沼等の水質改善材は、成形体に沈降定着用の錘及び／又はアンカーを取り付けたものがよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、湖沼等のリン等の富栄養化成分を固定・除去するため、無機繊維成形体よりなる水質改善材を用いる。本発明の水質改善材は、アルカリ土類金属珪酸塩を含有する無機繊維を無機又は有機バインダーで接着し、所定形状に成形したものである。
【００１１】
アルカリ土類金属珪酸塩を含有する無機繊維としては、カルシウム、マグシウム等のアルカリ土類金属及びシリカを含有するロックウールが好ましい。アルカリ金属珪酸塩を主成分とするガラス繊維や、シリカ及びアルミナを主成分とするセラミックファイバーは、リンの固定が十分行われないので好ましくない。
【００１２】
ロックウールは、高炉スラグ、電気炉スラグ等の各種スラグや、玄武岩、輝緑岩等の天然岩石や、あるいはこれらの混合物を電気炉やキュポラなどで溶融し、これを遠心力又は加圧気体で製綿して得られる。このロックウールは、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、他にＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３などを含有する。代表的組成は、ＳｉＯ２：３５〜４５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：１０〜２０ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：０．１〜３ｗｔ％、ＭｇＯ：４〜８ｗｔ％、ＣａＯ：３０〜４０ｗｔ％及びＭｎＯ：１〜４ｗｔ％である。ロックウールは、粒状品や成形品に加工しやすく、透水性や保水性に優れ、空隙が微生物等の繁殖に適しており、また塩基性の化学組成のためｐＨの低い汚染水を中和する機能をもつ。
【００１３】
本発明で用いるロックウールは、未使用品（バージンロックウール）の他、ロックウールを５０重量％以上含有するロックウール廃棄物や回収ロックウールなどでもよい。未使用品のロックウールには、層状ロックウール、粒状ロックウールなどがあるが、好ましくは粒状ロックウールである。粒状ロックウールは、層状ロックウールを粒化機や回転篩などにより粒状に加工したものであり、平均粒径１〜５０ｍｍ程度、好ましくは５〜４０ｍｍ程度のものがよい。また、回収ロックウールは、剪断力のある破砕機などで粒状に破砕又は裁断したものを用いるのがよい。
【００１４】
ロックウールは、無機又は有機バインダーで繊維間を接着し、成形品とする。バインダーとしては、ポルトランドセメント、高炉セメント等の無機バインダーが好ましいが、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱融着性ポリエステル、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂等の有機バインダーを用いることもできる。特に、水硬性バインダーであるセメントは、ロックウールに水と共に混練するだけで容易に成形品を製造することができ、得られた成形品は、重量があって水中に沈めやすいうえに親水性に富むので、もっとも好ましいバインダーである。
【００１５】
ロックウール１００重量部に対するセメントの配合割合は、１０〜３００重量部、好ましくは３０〜２５０重量部、より好ましくは４０〜２００重量部である。無機バインダーの割合が１０重量部より少ないと、成形体が水中でばらばらになって形状を維持することが困難となり、これが３００重量部を超えると、リン固定化機能が低下する。
【００１６】
また、本発明の水質改善材は、金網、プラスチックネット等の網目体に、ロックウール等の無機繊維とセメント等の無機バインダーを吹付け工法により形成した網目構造体が好ましい。吹付け工法としては、乾式工法、半乾式工法、湿式工法のいずれでもよいが、粒状ロックウールとセメントミルクを用いる半乾式工法が好適である。本発明の水質改善材を製造するには、既存のロックウール吹付け装置を用いることでよい。吹付けロックウールで形成された網目構造体は、その空隙構造により水の透水性に優れ、湖沼等の閉鎖水域の底質から溶出するリンを効果的に固定化することが可能であり、また製造の容易さや簡便さ、低コストの面からも好ましい。
【００１７】
本発明の水質改善材は、アルカリ土類金属珪酸塩の効果がなくなり、水質の酸性化が進んだ場合を考慮して酸化鉄を混合してもよい。この酸化鉄は、ロックウール等の無機繊維に混合してよいし、セメント等の無機バインダーに混合してもよいし、無機繊維と無機バインダーの混合物に混合してもよい。酸化鉄の粒径は１〜１００μｍ程度、酸化鉄の混合割合は、無機繊維１００重量部に対し１〜２０重量部程度がよい。水質の酸性化が進んだ場合には、粒子の小さい酸化鉄は、徐々にイオン化してリン酸と反応してリン酸鉄を形成し、リン酸を除去することができる。
【００１８】
空隙を有する成形体よりなる本発明の水質改善材は、その内部に気泡を巻き込みやすく、湖沼等の水底に沈降設置することが困難となる場合がある。本発明の水質改善材は、透水性を阻害しないように錘やアンカーを取り付けることが好ましい。錘やアンカーを取り付ける箇所は、成形体の任意の箇所でよいが、錘の場合は頂部、アンカーの場合は底部に取り付けることがよい。
【００１９】
その他、本発明の水質改善材に各種水処理剤の混合を制限するものではない。底質から溶出する富栄養化原因物質は、リンの他に硝酸性窒素が挙げられ、更に底質が嫌気状態の場合は硫化水素が発生するおそれもあることから、硝酸性窒素除去及び／又は硫化水素除去可能な水処理剤を混合してもよい。このような水処理剤としては、例えば、硫黄、炭酸カルシウム及び鉄化合物からなる造粒固体であることが好ましい。硫黄、炭酸カルシウム及び微細孔隙物質からなる造粒固体（特開２０００−９３９９７号公報参照）は、水中の硝酸性窒素をメンテナンスフリーで除去することが可能なため、本発明の水質改善材に混合する水処理剤として好適である。
【００２０】
本発明の湖沼等の水質改善方法は、湖沼、溜め池、貯水池等の閉鎖系水域のみならず、堀、流れの遅い河川の淀み、内湾など流量の少ない水域の水質改善に好適である。本発明の水質改善材は、水底ないしはその近傍に沈降設置するので、底質から溶出するリン等の富栄養化成分を効率的に吸着させることができ、特に水底及びその近傍の水質が効果的に改善される。それに伴い、中層及び表面の水質も改善され、流入する富栄養化成分の低減にも効果がある。また、水質改善材の設置後、これに水草や川藻、海草等の水生植物が繁茂しやすいので、従来困難とされた底質の改善にも効果的である。
【００２１】
【実施例】
実施例１〜３、比較例１〜３
静岡県浜名湖沿岸部から湖底汚泥を採取し、６００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの水槽の底部に厚さ５０ｍｍに敷き詰め、その上に海水を２５０ｍｍ高さに入れた実験水槽を６個用意した。実験水槽は２日間静置し、汚泥をきれいに沈降させた。
図１に示すように、金網Ａと、５００ｍｍ×２００ｍｍ×２０ｍｍの鋼製型枠Ｂを用意し、これに粒状ロックウール（新日化ロックウール株式会社製）とＢ種高炉セメント（新日鐵高炉セメント株式会社製）を半乾式工法により吹付け、更にその上部に金網Ａを設置した後２日間養生し、網目構造体よりなるロックウール−セメント成形体Ｃを製作した。使用した吹付けロックウールのロックウールとセメントの混合比率（単位：重量部）を表１に示す。
【００２２】
【表１】
2004136230.tif 000002
【００２３】
２日間静置した実験水槽のリン濃度は、すべて０．０５ｍｇ／Ｌであった。このうち５個の水槽に、表１に示す成形体をそれぞれ沈降設置した。残りの１槽は、比較のため（比較例１）何も設置しないでそのままとした。
比較例２の成形体は、水槽設置後すぐにばらばらになって、粒状のロックウールが水槽中に分散したので実験を中止した。
実験開始から１週間毎に各水槽のリン濃度（単位：ｍｇ／Ｌ）を測定した結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
2004136230.tif 000003
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、湖沼等の閉鎖水域や流量の少ない水域の底質から溶出する富栄養化成分や、流入する富栄養化成分を効率的に固定することができ、リンなどによる富栄養化を防止し、湖沼等の水質を著しく改善することができた。また、従来困難とされた湖沼等の底質自体をも、簡便且つ低コストで効果的に改善することを可能とした。更に、本発明の水質改善材は、入手容易な材料から既存設備を用いて、簡便且つ低コストで製造することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水質改善材の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
Ａ　：　金網
Ｂ　：　鋼製型枠
Ｃ　：　網目構造体よりなる成形体
【図１】
2004136230.tif 000004