(57)【要約】【課題】  有機態窒素化合物によって富栄養化している閉鎖性淡水域の底質に蓄積している有機態窒素化合物の効率よく分解能力するために有用な方法を提供する。【解決手段】  閉鎖性淡水域にアルカリ化剤を添加し、該水域の底質表面から深さ５ｍｍ未満の底泥表層領域のｐＨを８．６〜９．５に調整し、一方、底質表面から深さ５〜１５ｍｍの底泥深層領域におけるｐＨを底泥表層領域のｐＨよりも低く、かつ９．２を超えないように維持する。【選択図】        なし 【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機態窒素化合物によって富栄養化している閉鎖性淡水域にアルカリ化剤を添加し、該水域の底質表面から深さ５ｍｍ未満の底泥表層領域のｐＨを８．６〜９．５に調整し、一方、底質表面から深さ５〜１５ｍｍの底泥深層領域におけるｐＨを底泥表層領域のｐＨよりも低く、かつ９．２を超えないように維持することからなる、閉鎖性淡水域の底質に蓄積している有機態窒素化合物を窒素ガスとして除去する方法。
【請求項２】
アルカリ化剤が、水酸化マグネシウムもしくはドロマイト仮焼物である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アルカリ化剤が、粒径が０．１〜５ｍｍの粒状物であり、該粒状物を閉鎖性淡水域の水面から添加する請求項１もしくは２に記載の方法。
【請求項４】
アルカリ化剤が、アルカリ化合物の水溶液であり、該水溶液を閉鎖性淡水域の底質表面の近傍に添加する請求項１もしくは２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉鎖性淡水域の底質に蓄積した有機態窒素化合物を除去するために有用な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダム湖や湖沼などの閉鎖性淡水域に流入する生活排水や農業排水などの排水には多量の有機態窒素化合物が含まれている。これらの排水に含まれている有機態窒素化合物は、閉鎖性淡水域の底質に蓄積し、底質の底泥に生息している硝化細菌と脱窒細菌とによって窒素ガスに分解され、閉鎖性淡水域の外部に除去される。
【０００３】
硝化細菌は、有機態窒素化合物を亜硝酸もしくは硝酸にまで酸化分解する硝化能力を有する好気性の細菌である。硝化細菌は、一般に溶存酸素量の多い領域、すわなち閉鎖性淡水域の底質表面から深さ５ｍｍ未満の底泥表層領域に生息している。
一方の脱窒細菌は、亜硝酸もしくは硝酸を窒素ガスに還元分解する脱窒能力を有する嫌気性の細菌である。脱窒細菌は、一般に溶存酸素量の少ない領域、すわなち閉鎖性淡水域の底質表面から深さ５ｍｍより深い底泥深層領域で活性化する。
【０００４】
硝化細菌の硝化能力及び脱窒細菌の脱窒能力は、ｐＨの影響を強く受ける。一般に、硝化細菌の硝化能力は中性〜弱アルカリ性で高い活性を示し、脱窒細菌の脱窒能力は弱アルカリ性で高い活性を示す。非特許文献１には、硝化細菌（硝化反応）の最適ｐＨは、Nitrosomonasでは７．０〜８．５、そしてNitrobacterでは６．５〜７．５、一方、脱窒細菌（脱窒反応）の最適ｐＨは、７．０〜８．０と記載されている。
【非特許文献１】楠田哲也編，「自然の浄化機構の強化と制御」，技報堂出版株式会社発行，１９９４年５月２０日，ｐ．１０〜１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、有機態窒素化合物の流入量の増加によって、閉鎖性淡水域が富栄養化し、アオコの異常発生などの弊害を引き起こしている。このため、閉鎖性淡水域の底質での硝化細菌と脱窒細菌とによる有機態窒素化合物の分解能力を高めるために有用な方法の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、実際に富栄養化している閉鎖性淡水域の底泥を採取して、その底泥中に生息する硝化細菌の硝化能力と脱窒細菌の脱窒能力のｐＨ依存性を検討した。その結果、硝化細菌の硝化能力は、ｐＨが８．６〜９．５の範囲と従来より知られている最適ｐＨよりもアルカリ性で高い活性を示すことが判明した。一方、脱窒細菌の脱窒能力は、従来より知られている最適ｐＨよりもアルカリ性であっても、そのｐＨが９．２以下であれば高い活性を示すことが判明した。
【０００７】
従って、本発明は、有機態窒素化合物によって富栄養化している閉鎖性淡水域にアルカリ化剤を添加し、該閉鎖性淡水域の底質表面から深さ５ｍｍ未満の底泥表層領域のｐＨを８．６〜９．５に調整し、一方、底質表面から深さ５〜１５ｍｍの底泥深層領域におけるｐＨを底泥表層領域のｐＨよりも低く、かつ９．２を超えないように維持することからなる、閉鎖性淡水域の底質に蓄積している有機態窒素化合物を窒素ガスとして除去する方法にある。
【０００８】
本発明の好ましい態様を下記に示す。
（１）アルカリ化剤が、水酸化マグネシウムもしくはドロマイト仮焼物である。
（２）アルカリ化剤が、粒径が０．１〜５ｍｍの粒状物であり、該粒状物を閉鎖性淡水域の水面から添加する。
（３）アルカリ化剤が、アルカリ化合物の水溶液であり、該水溶液を閉鎖性淡水域の底質表面の近傍に添加する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の方法では、アルカリ化剤の添加により、底泥表層領域のｐＨを硝化細菌の硝化能力が活性化する範囲に調整し、かつ底泥深層領域のｐＨを脱窒細菌の脱窒能力の活性を低下しない範囲に維持するので、硝化細菌と脱窒細菌とが共に高い活性を示す。従って、本発明の方法を利用することにより、富栄養化している閉鎖性淡水域の底質に蓄積した有機態窒素化合物を効率よく窒素ガスとして除去することが可能となる。そして、本発明の方法に従って、アルカリ化剤を添加した閉鎖性淡水域では、富栄養化が軽減され、アオコの異常発生などの富栄養化による弊害が起こりにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の方法において対象となる閉鎖性淡水域は、有機態窒素化合物によって富栄養化している水域である。ここで、有機態窒素化合物によって富栄養化しているとは、水中の全窒素濃度が、１．０ｍｇ／Ｌ以上であることをいう。
【００１１】
本発明において用いるアルカリ化剤としては、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、及び天然ドロマイトを７００〜１２００℃の温度で焼成（仮焼）して得たドロマイト仮焼物などのアルカリ化合物が挙げられる。これらのアルカリ化合物の中でも、水酸化マグネシウム及びドロマイト仮焼物が好ましい。
アルカリ化合物は、単独であるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１２】
本発明においては、上記のアルカリ化剤を、底泥表層領域（硝化細菌が活動する領域）のｐＨが８．６〜９．５の範囲、一方、底泥深層領域（脱窒細菌が活動する領域）におけるｐＨが底泥表層領域のｐＨよりも低く、かつ９．２（好ましくは９．０）を超えないように、閉鎖性淡水域に添加する。
アルカリ化剤の添加方法としては、例えば、粒状のアルカリ化剤を閉鎖性淡水域の水面から添加する方法、あるいはアルカリ化合物の水溶液を閉鎖性淡水域の底質表面の近傍に添加する方法を利用することができる。
【００１３】
上記の粒状アルカリ化剤を添加する方法において、粒状アルカリ化剤は、粒径が０．１〜５ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．１〜２ｍｍの範囲にあることがより好ましい。アルカリ化剤の粒径が０．１ｍｍより小さいと、アルカリ化剤が水中で拡散し易くなり、アルカリ化剤の添加効果が低減することがある。一方、粒径が５ｍｍを超えると、アルカリ化剤が自重により底泥深層領域にまで沈み、底泥深層領域のｐＨを９．２以下に維持することが難しくなる傾向にある。
【００１４】
粒状アルカリ化剤の添加方法には、特に制限はない。粒状アルカリ化剤をそのまま添加してもよいし、粒状アルカリ化剤を水に分散させた状態で添加してもよい。
【００１５】
上記のアルカリ化合物水溶液を添加する方法において、アルカリ化合物水溶液は、ｐＨが１０〜１２の範囲にあることが好ましい。アルカリ化合物水溶液の濃度は、アルカリ化合物の飽和濃度に対して８０質量％以上であることが好ましい。
【００１６】
アルカリ化合物水溶液の添加方法としては、閉鎖性淡水域に、底質表面の近傍にまで延びるアルカリ化合物水溶液添加用のパイプラインを配置する方法を利用できる。アルカリ化合物水溶液は、底質の表面の底泥が分散しないように、底質表面の上方から添加することが好ましい。
【実施例】
【００１７】
［実施例１］硝化細菌の硝化能力のｐＨ依存性
内径１１ｃｍ、高さ４０ｃｍのアクリル製容器に、霞ヶ浦流域の新川より採取した底泥４００ｇを入れた後、霞ヶ浦ろ過湖水２Ｌを底泥が分散しないように注入した。このアクリル製容器に水酸化マグネシウム（粒径２ｍｍの粒状品）を、底泥の直上の水のｐＨが８．１、８．５、８．７、８．９となる量にて添加した後、水に空気を供給しながら、水温を２５℃に維持して、暗所にて５日間静置した。
静置後、水中の硝酸態窒素濃度を、上水試験法に規定されているカドミウム・銅カラム還元法により測定し、その増量加量を算出した。その結果を図１に示す。
【００１８】
図１の結果から、ｐＨが８．６以上になると急激に硝酸態窒素の濃度が増加していることがわかる。すなわち、ｐＨが８．６以上となると硝化細菌の硝化能力が高い活性を示すことがわかる。
【００１９】
［実施例２］脱窒細菌の脱窒能力のｐＨ依存性
内径１１ｃｍ、高さ４０ｃｍのアクリル製容器に、霞ヶ浦流域の新川より採取した底泥４００ｇを入れた後、霞ヶ浦ろ過湖水２Ｌを底泥が分散しないように注入した。このアクリル製容器に、水中の硝酸イオン濃度が２０ｍｇ／Ｌとなるように、硝酸ナトリウムを添加し、次いで水酸化マグネシウム（粒径２ｍｍの粒状品）を底泥の直上の水のｐＨが８．３、８．４、８．９、９．２、９．５となるように添加した後、水に窒素ガスを供給しながら、水温を２５℃に維持して、暗所にて６日間静置した。なお、静置中、脱窒反応により硝酸イオンが減少すると水のｐＨが上昇するため、底泥の直上の水のｐＨを随時測定して、塩酸（濃度：０．１ｍｏｌ／Ｌ）を用いてｐＨを調整した。
静置後、水中の硝酸態窒素濃度を、上水試験法に規定されているカドミウム・銅カラム還元法により測定し、初期濃度（２０ｍｇ／Ｌ）に対する減少量を算出した。その結果を図２に示す。
【００２０】
図２の結果から、ｐＨが８．３〜９．２の範囲では、硝酸態窒素の減少量は９〜１１ｍｇ／Ｌの範囲にあることがわかる。すなわち、ｐＨが９．２以下であれば脱窒細菌の脱窒能力が高い活性を示すことがわかる。
【００２１】
［実施例３］粒状アルカリ化剤による底泥のｐＨの調整
霞ヶ浦流域の備前川から採取した底泥を内径１１ｃｍ、高さ４０ｃｍのアクリル製容器に高さが約８ｃｍとなるように入れ、その後、霞ヶ浦ろ過湖水を底泥が分散しないように１Ｌ注入した。湖水注入後、水に空気と窒素ガスの混合ガスを供給して水中の溶存酸素濃度を４ｍｇ／Ｌに調整しながら、水温を２５℃に維持して、暗所にて７日間静置した。
静置後、底泥の鉛直方向におけるｐＨを測定した。その結果を図３に示す。
【００２２】
静置後のアクリル製容器に水酸化マグネシウム（粒径２ｍｍの粒状品）を２００g／ｍ2の割合で添加した後、空気と窒素ガスの混合ガスを水に供給して水中の溶存酸素濃度を４ｍｇ／Ｌに調整しながら、水温を２５℃に維持して、暗所にて１１日間静置した。
静置後、底泥の鉛直方向におけるｐＨを測定した。その結果を、図３に示す。
【００２３】
図３において、縦軸の深さは、底泥表面からの距離を表し、プラスは水側を、マイナスは底泥側を指す。
図３の結果から、底泥表面から深さ５ｍｍ未満の領域（底泥表層領域）のｐＨは、水酸化マグネシウムの添加により７．７〜６．８の範囲から８．６〜８．９の範囲と、硝化細菌の活性に有利な範囲に上昇していることがわかる。一方、底泥表面から深さ５〜１５ｍｍの領域（底泥深層領域）のｐＨは、水酸化マグネシウム添加後でも７．４〜８．６の範囲と脱窒細菌の活性に悪影響を与えない範囲で上昇していることがわかる。なお、水酸化マグネシウム添加後の底泥のｐＨが、底泥表面から３ｍｍの深さで最も高いのは、水酸化マグネシウムが自重で底泥内に沈んだためである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１にて測定した、ｐＨと硝酸態窒素の増加量との関係を示すグラフである。
【図２】実施例２にて測定した、ｐＨと硝酸態窒素の減少量との関係を示すグラフである。
【図３】実施例３にて測定した、水酸化マグネシウム添加前後の底泥の鉛直方向におけるｐＨを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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