(57)【要約】【課題】  リンの溶出を効果的に抑制し、低コストで、経年変化の少ない覆砂材、及び覆砂方法を提供すること。【解決手段】  石灰石を流動媒体とする石炭焚き流動床炉の燃焼灰に水あるいは海水を加えて混練し、混練した燃焼灰に圧力を加え粒状に形成した粒状体を覆砂材とした。  これによれば、通常の覆砂として底泥の覆うことができ、しかも多く含まれるカルシウムがリンと反応して、底泥からのリンの溶出を効果的に抑制することができる。ＣａＣＯ３が生成されて流動床灰粒状物どうしが連結するため、海流等による移動、流出を防止できる。表面にＣａＣＯ３が生成されると中性化するので、海藻が生育する海底を形成できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底泥の上面上に敷設して該底泥上面を覆う覆砂材であって、石灰石を流動媒体とする石炭焚き流動床炉の燃焼灰に水あるいは海水を加えて混練し、混練した前記燃焼灰に圧力を加え粒状に形成したことを特徴とする覆砂材。
【請求項２】
粒径が３〜３０ｍｍである請求項１に記載の覆砂材。
【請求項３】
前記粒状に形成した燃焼灰を破砕し、粒径を２〜２０ｍｍとした請求項１に記載の覆砂材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の覆砂材を底泥上層に堆積させ、覆砂することを特徴とした水底の覆砂方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湖底や海底に蓄積した汚泥（底泥）の表面を覆い、底泥からのリンや窒素などの栄養塩の溶出を抑制し、富栄養化した湖沼、内海等の閉鎖性水域の底質を浄化する覆砂材、及び覆砂方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
湖沼、内湾等の閉鎖性水域では、外部から流入したリンや窒素といった栄養塩類により富栄養化したり、あるいは流入した汚染物質が閉鎖性水域の湖底や海底に蓄積し、これらから有害物質が溶出したりすることにより、赤潮や青潮を引き起こし、水産資源や水辺の環境に大きな被害が生じていた。
【０００３】
そこで、下水道網の整備や河川水の処理技術の改善等により外部からの流入負荷を低減したり、閉鎖性水域における底層水域の貧酸素層へ曝気を行ったり、表層水と底層水とを強制的に混合して水が停滞することを防止する方策に加え、湖底や海底に蓄積した汚泥（底泥）の表面を砂等で覆い、底泥からのリンや窒素などの栄養塩の溶出を抑制する覆砂が行われてきた。
【０００４】
また砂に代え、火力発電所から発生する石炭灰を用いた底質の浄化方法として、次のような発明が知られている。
【０００５】
（１）石炭灰に水熱化学処理を施して得られる人工ゼオライトを海域の底質泥土層の上部面に敷設し、人工ゼオライトに栄養塩を吸着させて水中への栄養塩の溶出を防止する発明。（例えば特許文献１参照。）。
【０００６】
（２）富栄養化成分を含む底質の表層を砂で覆い、さらにゼオライト、水砕スラグ及びクリストバライトの中から選ばれた少なくとも１種の吸着性無機物質で砂を覆い、底質より富栄養化成分が水中へ放出されるのを抑制するとともに、ゼオライト等によりそれら富栄養化成分を吸着させるようにした発明。（例えば特許文献２参照。）。
【０００７】
一方、脱硫効果のある石灰石を流動媒体とする石炭焚き流動床式火力発電は、燃焼と同時に硫黄酸化物が除去でき、また窒素酸化物の発生が少なく、環境負荷が小さい発電方法である。かかる流動床式火力発電によって生ずる流動床灰に水あるいは海水を加えて混練し、これをロールプレス機等により粒状に加圧成形して人工骨材を製造する発明が知られている。（例えば特許文献３参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２９９５１号公報。
【０００９】
【特許文献２】特許第２７１６２７１号公報。
【００１０】
【特許文献３】特開２０００−１６９２０４号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来覆砂には海砂や山砂などの天然砂を用いるが、近年良質な覆砂用の砂が枯渇し、入手が困難になってきている。また敷設した覆砂が海流等によって流失され層の厚みが薄くなったり、砂の栄養塩類の溶出抑止機能が劣化して、底泥からリンや窒素等栄養塩類が再溶出するなどの問題が顕在化した。
【００１２】
また天然砂を用いた覆砂材は、窒素やＣＯＤについては施工５〜６年後においても覆砂直後の８０〜９０％の削減効果を維持するが、リンについては覆砂直後から溶出が見られ、除去機能が充分でないとの報告がなされている。
【００１３】
また、特開２００１−２９９５１号公報に記載の発明は、人工ゼオライトを得るために手間とコストがかかり、また石炭灰自体が自硬性を有していないため、敷設にあたり通水性を有する袋内に収納したり、土とともに積層したり、バインダーを混入して板状等に加工しなければならなかった。
【００１４】
特許第２７１６２７１号公報に記載の発明は、ゼオライト、クリストバライトを大量に使用するのでコストがかかるという問題があった。
【００１５】
本発明は、底泥からのリンの溶出を効果的に抑制でき、かつ低コストで耐久性が高い覆砂材、及びその覆砂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】
【００１６】
そこで本発明者らは、石灰石を流動媒体とする石炭焚き流動床炉の燃焼灰（以下、これを流動床灰という。）がカルシウム分を多く含み、適量の水を加えて加圧することで粒状に形成できる自硬性を有し、またかかる石炭焚き流動床式火力発電所は環境負荷が小さく今後増加がみこまれ大量の流動床灰が発生するであろうことに着目し、流動床灰を粒状に形成し、かかる流動床灰粒状物を天然砂に代えて覆砂材として用いることとした。
【００１７】
高強度の流動床灰粒状物を製造する方法としては、例えば特願２００２−２４９５１５号公報記載の「流動床灰を原料とする人工骨材の製造方法」があり、流動床灰を水や海水と混合し、これを混練した後ロールプレス機にて加圧し、粒状に形成する。
【００１８】
更に流動床灰粒状物に、例えば、室温２０℃以上、湿度９５％以上の恒温養生室で所定期間養生するなど、適切な養生を行い、強度を高くし、吸水膨張や海水中の物質との反応による破壊や泥化を防止することができる。尚、流動床灰粒状物の製造方法は上記方法に限るものではない。
【００１９】
かかる覆砂材、及び水底の覆砂方法によれば、次のような効果が得られる。
【００２０】
（１）流動床灰粒状物に含まれるカルシウムがリンと反応して水酸化アパタイトを生成するため、底泥からのリンを固定化し水中への溶出を抑止できる。
【００２１】
（２）水酸化アパタイトの生成、あるいは水中の二酸化炭素と流動床灰粒状物に含まれるカルシウムとの反応でＣａＣＯ３が生成されるため、流動床灰粒状物同士が連結され、水流による覆砂材の移動、流失を防止できる。
【００２２】
（３）流動床灰粒状物は、海水中での炭酸化作用により表面に生成されたＣａＣＯ３に覆われて中性となるため、海藻の着床基盤となる。
【００２３】
（４）流動床灰粒状物の粒径を３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下としたので、良好な取扱い性や充分な遮蔽効果が得られ、また従来の覆砂材と同等の酸化還元電位の高い状態を覆砂層内に形成でき、リン、窒素といった栄養塩の溶出防止や、硫化水素、メタンなどによる水質汚濁を防止できる。
【００２４】
（５）流動床灰粒状物を破砕した後、流動床灰粒状物の粒径を２ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に粒度調整したので、従来用いていた天然砂と同等の富酸素状態を覆砂層内に形成でき、かつ良好な取扱い性や充分な底泥の閉塞性が得られる。
【００２５】
（６）流動床式火力発電所から排出される流動床灰を有効な資源として活用することができ、廃棄物を減少させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にかかる覆砂材、及び水底の覆砂方法によれば、次のような効果が得られる。
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、石灰石を流動媒体とする石炭焚き流動床炉の燃焼灰に水あるいは海水を加えて混練し、混練した燃焼灰に圧力を加え粒状に形成した粒状体を覆砂材としたので、通常の覆砂として底泥の覆うことができ、しかも多く含まれるカルシウムがリンと反応して水酸化アパタイトを生成することにより、底泥からのリンの溶出を効果的に抑制することができる。ＣａＣＯ３が生成されて流動床灰粒状物どうしが連結するため、従来の覆砂で問題となる海流等による覆砂材自体の移動、流出を防止できる。表面にＣａＣＯ３が生成されると中性化するので、海藻が生育する海底を形成できる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の覆砂材の粒径を３〜３０ｍｍとしたので、かかる粒径とすることにより、流動床灰粒状物の形成が容易で、効果的な覆砂が実現できる。尚、粒径が３ｍｍ以下では製造しにくく、３０ｍｍ以上では流動床灰粒状物の取り扱い性や覆砂した際の閉塞性が充分に得られない。
【００２９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の覆砂材を破砕し、流動床灰粒状物の粒径を２〜２０ｍｍとしたの、従来用いていた天然砂と同等の富酸素状態を覆砂層内に形成でき、リン、窒素といった栄養塩の溶出を防止でき、また硫化水素やメタンなどによる水質汚濁を防止でき、かつ良好な取り扱い性や充分な閉塞性が得られる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の覆砂材を底泥上層に堆積させることとしたので、カルシウムを多く含む覆砂材により覆砂するので、リンの底泥からの溶出を抑制し、しかも流動床灰粒状物どうしが結合して流失されにくく、長期間有効な覆砂方法を提供できる。またかかる方法によれば、覆砂層の表面が中性化されるため、海藻類が着床する海底にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明にかかる覆砂材、及び覆砂方法の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
まず、覆砂材の製造方法について説明する。石灰石を流動媒体とする石炭焚き流動床炉の燃焼灰（流動床灰）に、これを粒度調整することなく水、あるいは海水、若しくは水と海水を混合したものを適量加えて練り混ぜる。加える水又は海水の粉体重量比（粉体としては、流動床灰にセメントを混入する場合にはセメントを含む。）は、流動床灰１００重量部に対して、１２〜２０％程度である。重量比がこれより少なくても、また多くても成形性に支障が生じる。
【００３３】
流動床灰と水等は、モルタルミキサー等の混合装置を用いて均一に練り混ぜを行う。練り混ぜが終了したら、流動床灰をロールプレス機にて加圧し粒状に形成する。ロールプレス機は、加圧力が線荷重で５０〜７０ｋＮ／ｃｍ程度であり、ロール部にセグメントと称する所定の型枠を設置して行う。流動床灰は、直径が３〜３０ｍｍの粒状体に形成する。粒径が３ｍｍ以下では製造しにくく、３０ｍｍ以上では流動床灰粒状物の取扱いが不便になり、また覆砂層内に間隙が多くなり底泥の流出を充分に抑止できなくなる問題がある。尚ロールプレス機は、型枠を取り替えることにより成形体の形状を任意に変更でき、流動床灰粒状物は球形に限るものではない。
【００３４】
流動床灰粒状物の強度が充分でない場合には、所定値まで強度を上昇させるため高温養生室（例えば３０℃〜６０℃、湿度９５％以上）で４日程度養生を行う。尚、養生は必要に応じて適宜行い、養生期間も４日に限るものではない。
【００３５】
形成された流動床灰粒状物は、湖、あるいは内海などの底泥上に所定の厚みに敷設する。流動床灰粒状物の敷設は、水面から直接投入するより水中に投入したガイド管等を介して水底に敷設する方が、流動床灰粒状物が落下途中で水中に拡散したり、着底時の底泥の舞い上がりを防ぐ意味から好ましい。覆砂層の厚みは、３０〜１００ｃｍ程度とする。尚、層の厚みはこれに限るものではなく、底泥の深さ、汚れの程度、流水量等に応じて適宜調整する。
【００３６】
また、流動床灰粒状物を破砕機等により破砕し、ふるいにかけ粒径を２〜２０ｍｍに調整してもよい。
【００３７】
流動床灰粒状物を覆砂材として水底に敷設した状態を図１に示す。図１に示すように、底泥４の表面上に覆砂材としての流動床灰粒状物１が所定の厚みで敷設されている。すると底泥４の上層の一部と流動床灰粒状物１は、下層の底泥４に比べて酸素を多く含んだ好気的な状態となり、酸化層５が底泥４の上層部に形成される。かかる流動床灰粒状物１により、次のような作用効果が得られる。
【００３８】
敷設された流動床灰粒状物が底泥の上面を覆い、従来の砂を用いた覆砂と同様に物理的に底泥から栄養塩類が溶出するのを防止する。
【００３９】
流動床灰粒状物に含まれるカルシウムが底泥中のリンと反応し、水酸化アパタイトを生成するので、底泥のリンを不溶化させて水中へ溶解するのを防止する。カルシウムとリンとの反応式を次に示す。
【００４０】
３ＨＰＯ４２−＋５Ｃａ２＋＋４ＯＨ−＝Ｃａ５（ＯＨ）（ＰＯ４）３＋３Ｈ２Ｏ
上記反応式で示した水酸化アパタイトの生成、あるいは水中の二酸化炭素と流動床粒状物に含まれるカルシウムとの反応でＣａＣＯ３が生成されることにより、流動床灰粒状物同士が化学的に連結して海流等による移動、流失が防止できる。
【００４１】
流動床灰粒状物は、海水中での炭酸化作用により表面にＣａＣＯ３が生成され（ＣａＯ＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３）、これにより表面が中性となり海藻が着床する海底にすることができる。
【００４２】
覆砂層内に酸化還元電位の高い層を形成してリン、窒素といった栄養塩の溶出を防止でき、また硫化水素やメタンなどによる水質汚濁を防止できる。
【００４３】
形成された流動床灰粒状物を破砕し、粒径を２〜２０ｍｍとするなど、粒度を適宜調整して覆砂することにより、従来用いられてきた天然砂の場合と同等の酸素を多く含んだ好気的な層を形成することや底泥上面を遮蔽するなど天然砂を用いた場合に近似した覆砂の効果が得られる。
【００４４】
発電所から発生した流動床灰を廃棄せず、有効な資源として活用することができる。流動床灰粒状物を覆砂材として用いたときのｐＨ値は、水質汚濁に係る環境基準値である５．０以上、かつ９．０以下（海域において）を満たし、また標準砂を覆砂に用いた場合よりも濁度は小さく、流動床灰粒状物を敷設したことによる水質の汚濁はほとんどないものとみなせる。
【００４５】
次に、流動床灰粒状物を用いた覆砂の実験例について説明する。
【００４６】
実験には、石灰石を流動媒体とする石炭焚き流動床炉の燃焼灰（流動床灰）に１５重量％の水を加えて混練し、混練後ロールプレス機により載荷圧５０Ｎ／ｍｍ２で加圧成形し、得られた流動床灰粒状物（以下、粒状物とする。）を９．６ｍｍの篩でふるい、９．６ｍｍ未満の粒径に粒度調整した覆砂材を用いた。比較例として豊浦標準砂を用いた。また底泥には東京湾で採取した海底泥を用い、海水には市販されている人工海水を用いた。
【００４７】
実験条件は、次のａからｅに示すとおりである。
ａ．覆砂を行わず、底泥のみ１０ｃｍの深さとした。
ｂ．豊浦標準砂を深さ１０ｃｍの底泥上に３ｃｍ覆砂した。
ｃ．豊浦標準砂を深さ１０ｃｍの底泥上に６ｃｍ覆砂した。
ｄ．粒状物を深さ１０ｃｍの底泥上に３ｃｍ覆砂した。
ｅ．粒状物を深さ１０ｃｍの底泥上に６ｃｍ覆砂した。
【００４８】
実験は図２に示すように、２リットルのメスシリンダ２の底部から１０ｃｍの高さまで底泥４を投入し、その上に底泥４と混合しないように覆砂材６を上記ｂ〜ｅの各条件の厚さとなるよう静かに敷設し、更に駒込ピペットを用いて底泥４を巻き上げないように人工海水８を注水した。
【００４９】
人工海水８を注水した後、６時間静置し、覆砂材６の表面（ａの場合は底泥表面）から５ｃｍの位置で１００ｃｃの海水を採取（以下、サンプル水という）した。各サンプル水については、ＴＰ（リン含有量）、ｐＨ、ＴＯＣ（有機物量）等の項目の値を測定した。更に、材齢７日、２１日、３０日、７０日に同様に採水して、各項目について測定した。
【００５０】
実験結果を図３〜図５に示す。この結果から次のことがわかる。
【００５１】
覆砂材６に流動床灰粒状物を用いた場合、図３に示す結果からリンの溶出（ＴＰ）が抑制されたことがわかる。ｐＨに関しては図４に示すように、値が９以上には上昇せず、生物への影響は少ないと考えられる。ＴＯＣ（有機物量）に関しては、図５に示すように標準砂を用いた場合より少ないことが確認された。
【００５２】
また、９１日以上海水に浸漬した流動床灰粒状物には、ＣａＣＯ３の生成による相互の接着が観察され、また崩壊や、泥状化するような現象は観察されず、粒形が保たれていた。更に、表面全体に白化が見られ、炭酸カルシウムが形成されていることをＸ線回折分析により確認した。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明にかかる覆砂状態の一実施形態を示す図である。
【００５４】
【図２】実験装置を示す図である。
【００５５】
【図３】実験結果を示す図である。
【００５６】
【図４】実験結果を示す図である。
【００５７】
【図５】実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  ；  流動床灰粒状物
２  ；  メスシリンダ
４  ；  底泥
５  ；  酸化層
６  ；  覆砂材
８  ；  人工海水
【図１】
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【図２】
2005030074.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005030074.tif 000006
【図５】
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