(57)【要約】【課題】  水底の有機性堆積物を効果的かつ低コストで処理・無害化することができる底質の浄化方法を提供する。【解決手段】  高炉水砕スラグを有機性堆積物との関係で特定の形態で水底に敷設するもので、水底に下層側から順に高炉水砕スラグ層A1、有機性堆積物層B又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ層A2を設けるか、若しくは、水底に下層側から順に有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ層Aを設ける。これにより硝化→脱窒という反応が極めて効率的に生じ、アンモニアを無害化でき、かつ有機性堆積物を消失させることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底に下層側から順に、高炉水砕スラグ層A1、有機性堆積物層B又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ層A2を設けることを特徴とする底質の浄化方法。
【請求項２】
高炉水砕スラグ層A2を構成する高炉水砕スラグの平均粒径が、高炉水砕スラグ層A1を構成する高炉水砕スラグの平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の底質の浄化方法。
【請求項３】
高炉水砕スラグ層A2の上部に、さらに、下層側の有機性堆積物層Bn又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAnと上層側の高炉水砕スラグ層Anとからなる複層を１段又は多段に設けたことを特徴とする請求項１に記載の底質の浄化方法。
【請求項４】
水底に下層側から順に、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ層Aを設けることを特徴とする底質の浄化方法。
【請求項５】
高炉水砕スラグ層Aを構成する高炉水砕スラグの平均粒径が、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAに含まれる高炉水砕スラグの平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の底質の浄化方法。
【請求項６】
高炉水砕スラグ層Aの上部に、さらに、下層側の有機性堆積物層Bn又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAnと上層側の高炉水砕スラグ層Anとからなる複層を１段又は多段に設けたことを特徴とする請求項４に記載の底質の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沿岸海域や湖沼などにおいて有機性堆積物で汚染された底質を浄化するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
港湾などの沿岸海域や湖沼では、生活廃水などの流入により水底に有機性物質が堆積し、底質や水質の環境汚染が引き起こされているところが数多く存在する。特に、有機性物質の堆積が多いところでは有機性物質の分解によりアンモニアが発生し、著しい環境汚染を引き起こす。
水底の有機性堆積物を処理する方法としては、有機性堆積物を物理的に取り除き、水底から取り出した有機性堆積物を燃焼処理や埋め立て処理する方法が考えられるが、このような有機性堆積物の処理は２次汚染を引き起こす恐れがあるため、その抑制手段も考慮した対策や技術が必要であり、全体的なコスト高となることから汎用的な方法とは言い難い。
【０００３】
このような問題に対して、微生物の働きを利用した有機性堆積物の処理方法として、水底に空気を吹き込み、好気性微生物の働きを促進させて有機物を処理する方法（特許文献１）、水底にシートを沈めて酸素を遮断することで水底を嫌気性微生物の活動に好適な嫌気条件とし、その嫌気性微生物の働き（脱窒）を利用して有機物を処理する方法（特許文献２）などが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３６９４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７３４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機性堆積物を微生物の働きで処理・無害化するには、有機性堆積物を微生物の働きにより分解し、且つこの分解により発生したアンモニアを硝化→脱窒により無害化することが必要である。このためには、まず、(1)発生したアンモニアを好気条件（酸素が十分に存在する条件）下にて硝化細菌により硝酸まで酸化し（硝化）、次いで、(2)嫌気条件（無酸素又は酸素が少ない条件）下にて脱窒細菌により硝酸を還元し、窒素をガスとして脱離させる（脱窒）、という２段階の反応が生じることが必要である。
【０００６】
特許文献１，２の方法では、基本的に、上記の硝化と脱窒のうちいずれか一方の反応しか生じないため、有機性堆積物の処理を効率的に行うことができない。特許文献１の方法は、窒素を含まない有機性堆積物には有効ではあるが、通常の有機性堆積物は窒素を含有しているため、酸素を用いた分解の際にアンモニア、硝酸態窒素が蓄積してしまう。一般に港湾や湖沼などで見られる富栄養化の原因は、これらアンモニア、硝酸態窒素から引き起こされるものであり、したがって、特許文献１の方法は底質や水質汚染の根本的な解決手段にはなり得ない。一方、特許文献２の方法は、発生したアンモニアを好気条件で硝化する工程を伴わないため、これも有機性堆積物の処理方法として全く不十分なものである。また、特許文献１，２の方法は人為的な処理工程を伴うため処理コストが高く、このため広い水域に適用することは困難である。
したがって本発明の目的は、水底の有機性堆積物を効果的かつ低コストで処理・無害化することができる底質の浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
有機性堆積物の分解により発生するアンモニアが、微生物の働きにより硝化→脱窒され、無害化される反応は以下のようにして生じる。
(1) 硝化反応
［亜硝酸菌］
ＮＨ４＋（アンモニア）＋３／２Ｏ２ → ＮＯ2−（：亜硝酸）＋Ｈ2Ｏ＋２Ｈ＋
［硝酸菌］
ＮＯ２−（：亜硝酸）＋１／２Ｏ２→ ＮＯ３−（：硝酸）
(2) 脱窒反応
［脱窒菌］
２ＮＯ３−（：硝酸）＋２（Ｈ２）→ ２ＮＯ2−（：亜硝酸）＋２Ｈ2Ｏ
２ＮＯ2−（：亜硝酸）＋３（Ｈ２) → Ｎ２↑＋２Ｈ2Ｏ＋２ＯＨ−
【０００８】
上記のうち、(1)の硝化反応には好気条件が必要であり、(2)の脱窒反応には嫌気条件が必要である。したがって、有機性堆積物から発生したアンモニアをその場所（水底）で無害化するには、以上のような反応が効率的に生じるような環境が提供される必要がある。その環境について、本発明者らが整理した具体的な条件は以下の通りである。
(a) 有機性堆積物が存在する水底において、硝化反応に必要な好気条件と、脱窒反応に必要な嫌気条件とが、それぞれ提供される必要がある。
(b) 硝化を行う硝化菌の増殖速度は脱窒菌に比べかなり遅い。一般的な硝化菌の増殖速度は１〜２日で倍になる程度であるのに対し、脱窒菌の増殖速度はその５〜１０倍速いためアンモニアの処理が律速となる。したがって、硝化菌を早くしかも安定的に増殖させ、硝化細菌による硝化を促進させることが重要な課題となる。
(c) 硝化反応が効率的に生じるにはｐＨ６〜９程度の中性環境が必要となる。同様に脱窒反応が効率的に生じるのにも、ｐＨ６．５〜９程度の中性環境が必要となる。しかし、硝化菌による硝化が進行するとｐＨが低下し、硝化反応が鈍化してしまう。一方、脱窒菌による脱窒が進行するとｐＨが上昇し、この場合も脱窒反応が鈍化してしまう。したがって、これらのｐＨ変化を何らかの方法で抑制する必要がある。
(d) 脱窒反応にはエネルギー源となる電子供与体の存在が必要であり、したがって、脱窒反応を効率的に進行させるには、嫌気条件が提供されることのほかに、電子供与体が適切に供給される必要がある。
【０００９】
本発明者等は、以上のような具体的な条件を満たす環境を水底に実現するための方法について実験と検討を重ね、その結果、鉄鋼製造プロセスで発生する高炉水砕スラグを有機性堆積物との関係で特定の形態で水底に敷設することにより、硝化→脱窒という反応が極めて効率的に生じる環境を実現でき、この結果、発生したアンモニアを適切に無害化できるとともに、有機性堆積物を効率的に消失させ得ることを見出した。従来、底質・水質の浄化や有機性底泥からの硫化水素の発生防止を目的として、有機性底泥を高炉水砕スラグで覆砂する方法が知られているが、本発明で知見された高炉水砕スラグの敷設形態とこれにより得られる作用効果は（硝化→脱窒によるアンモニアの無害化作用等）は、従来知られた高炉水砕スラグ覆砂法やその作用効果とは全く異なるものである。
【００１０】
本発明は、以上のような知見に基づきなされたのもので、その特徴は以下のとおりである。
[1] 水底に下層側から順に、高炉水砕スラグ層A1、有機性堆積物層B又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ層A2を設けることを特徴とする底質の浄化方法。
[2] 上記[1]の浄化方法において、高炉水砕スラグ層A2を構成する高炉水砕スラグの平均粒径が、高炉水砕スラグ層A1を構成する高炉水砕スラグの平均粒径よりも大きいことを特徴とする底質の浄化方法。
[3] 上記[1]の浄化方法において、高炉水砕スラグ層A2の上部に、さらに、下層側の有機性堆積物層Bn又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAnと上層側の高炉水砕スラグ層Anとからなる複層を１段又は多段に設けたことを特徴とする底質の浄化方法。
【００１１】
[4] 水底に下層側から順に、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ層Aを設けることを特徴とする底質の浄化方法。
[5] 上記[4]の浄化方法において、高炉水砕スラグ層Aを構成する高炉水砕スラグの平均粒径が、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAに含まれる高炉水砕スラグの平均粒径よりも大きいことを特徴とする底質の浄化方法。
[6] 上記[4]の浄化方法において、高炉水砕スラグ層Aの上部に、さらに、下層側の有機性堆積物層Bn又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAnと上層側の高炉水砕スラグ層Anとからなる複層を１段又は多段に設けたことを特徴とする底質の浄化方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明法によれば、沿岸海域や湖沼などにおいて高炉水砕スラグを有機性堆積物との関係で特定の形態で敷設するだけで、有機性堆積物及びこれから発生するアンモニアを無害化することができる。本発明では、従来技術のような有機性堆積物に対する特別な処理が全く必要でなく、しかも、高炉水砕スラグ自体も安価に且つ大量に入手することができるものであるため、広い水域に対しても低コストに実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明法は、高炉水砕スラグを有機性堆積物との関係で特定の形態で水底に敷設することにより、有機性堆積物及びこれから発生するアンモニアを無害化する方法である。
高炉水砕スラグは、鉄鋼製造プロセスにおいて高炉から排出される高温の溶融状態にある高炉スラグ（溶融スラグ）を噴流水で急冷（水砕化）して得られるものであり、高炉スラグとしての固有の化学成分を有するとともに、その形態や組織において他のスラグやガラス質材料にはない以下のような特質がある。すなわち、一般のガラス質材料は組織が緻密であるのに対し、高炉水砕スラグの場合には、溶融状態にあるスラグを噴流水で急冷する過程でスラグ中に溶け込んでいる窒素や水分などによってスラグが発泡するため、得られるスラグ粒子は無数の内部気孔を有する多孔質組織（気孔内在組織）のガラス質材料となる。また、その形態は、砂よりも粗い粒度を有するとともに、スラグ粒子は角張った複雑な形状（表面に多数の尖った部分を有する形状）を有している。そして、このような組織及び形態上の特徴から、高炉水砕スラグの集合物は砂などに較べて充填間隙が大きい。このため水中に形成された高炉水砕スラグ層は通水性が高く、周囲の水との交換がよくなされる結果、層内部は間隙水の溶存酸素濃度が十分に確保され、好気性条件となりやすい。また、高炉水砕スラグには相当量のＣａがガラス質の一部として含まれているが、このＣａは高炉水砕スラグが酸性域の水中に置かれた場合に水中に溶出し、水のｐＨを高める作用がある。さらに、高炉水砕スラグ粒子は多孔質組織（気孔内在組織）であるため、微生物が着生・繁殖するためのベッド（担体）として好適な場所を提供でき、特に上述したように高炉水砕スラグ層内部は好気性条件になりやすいことから、好気性微生物の繁殖にとって最適なベッドとなる。また、上記のように高炉水砕スラグ粒子は角張った複雑な粒子形状で且つ多孔質組織（気孔内在組織）であるため単位容積質量が小さく、隣接する他の層（例えば、有機性堆積物層）と混じり合いにくく、その好気性環境を長期間維持できる。そして、本発明では、このような高炉水砕スラグの特性と特有の敷設形態との組み合わせにより、有機性堆積物及びこれから発生するアンモニアを極めて効率的に無害化することができる。
【００１４】
本発明の第１の形態では、図１に示すように、水底Ｇに下層側から順に、高炉水砕スラグ層A1、有機性堆積物層B又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ層A2を設ける。
このような形態を水底Ｇに実現するには、例えば、以下のような方法を採ることができる。
(1) 水底Ｇに高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層A1を形成し、その上部に有機性堆積物を自然堆積させるか若しくは他所から有機性堆積物を移動させることにより有機性堆積物層Bを形成し、その上層に高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層A2を形成する。
(2) 水底Ｇに高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層A1を形成し、その上部に有機性堆積物を自然堆積させるか若しくは他所から有機性堆積物を移動させた後、該有機性堆積物中に高炉水砕スラグを混合して有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成し、その上部に高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層A2を形成する。
(3) 水底Ｇから有機性堆積物を取り出した後、水底Ｇに高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層A1を形成し、その上部に前記有機性堆積物を戻して有機性堆積物層Bを形成し、その上部に高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層A2を形成する。
(4) 水底Ｇから有機性堆積物を取り出した後、水底Ｇに高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層A1を形成し、その上部に高炉水砕スラグを混合した前記有機性堆積物を戻して有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成し、その上部に高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層A2を形成する。
【００１５】
また、上記(2)の方法において、有機性堆積物中に高炉水砕スラグを混合して有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成するには、例えば、(a)高炉水砕スラグ層A1上に有機性堆積物を自然堆積させるか若しくは他所から有機性堆積物を移動させた後、高炉水砕スラグ層A1の一部（上層）と有機性堆積物とを混合して有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成する、(b)高炉水砕スラグ層A1上に有機性堆積物を自然堆積させるか若しくは他所から有機性堆積物を移動させた後、その上に高炉水砕スラグを投入して有機性堆積物と混合することにより有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成する、(c)他所から移動させる有機性堆積物に予め高炉水砕スラグを混合し、これを高炉水砕スラグ層A1上に投入して有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成する、などの方法を採ることができる。
【００１６】
また、上記(4)の方法において、有機性堆積物に高炉水砕スラグを混合した有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成するには、例えば、(a)高炉水砕スラグ層A1上に有機性堆積物を戻した後、高炉水砕スラグ層A1の一部（上層）と有機性堆積物とを混合して有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成する、(b)高炉水砕スラグ層A1上に有機性堆積物を戻した後、その上に高炉水砕スラグを投入して有機性堆積物と混合することにより有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成する、(c)有機性堆積物に予め高炉水砕スラグを混合し、これを高炉水砕スラグ層A1上に投入して有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成する、などの方法を採ることができる。
【００１７】
このような本発明の第１の形態によれば、次のような機構により硝化→脱窒素が効率的に進行し、有機性堆積物の分解により生じるアンモニアを無害化できるとともに、底質に存在する有機性堆積物自体も減少ないし消失させることができる。
本形態では、高炉水砕スラグ層A1、有機性堆積物層B又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ混合層A2からなる層構造のうち、高炉水砕スラグ層A2を含む全体の上層側（A2層とB又はBA層の上部領域）が好気条件となって有機物の分解・アンモニアの硝化が起こり、高炉水砕スラグ層A1を含む全体の下層側（A1層とB又はBA層の下部領域）が嫌気条件となり、有機物を電子供与体とする脱窒（硝酸から窒素ガスへ）が起こる。
すなわち、上層の高炉水砕スラグ層A2の内部は先に述べたような理由から好気条件となり、このため有機性堆積物層B又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAのうちの上層部部分も好気条件となり、微生物による有機物の分解が進む。この分解により生じたアンモニアは高炉水砕スラグ層A2に移動（上昇）して硝化がなされ、硝酸まで酸化される。
【００１８】
先に述べたように高炉水砕スラグ粒子は多孔質組織であるため、硝化細菌の付着・繁殖に好適なベッドになり、特に好気条件である高炉水砕スラグ層A2内では早い速度で硝化細菌が増殖することができ、この硝化細菌の活動によってアンモニアの硝化が効率的に進行する。硝化（酸化）の進行により高炉水砕スラグ層A2内はｐＨが低下する方向に進む。硝化菌の活動により硝化を効率的に進行させるには、ｐＨ６〜９程度に維持する必要あり、硝化の進行によりｐＨが低下してしまうと、硝化が効率的に進行しなくなる。しかし、本発明では、硝化の進行によりｐＨが低下する方向（酸性化）に進むと、先に述べたような理由により、自動的に高炉水砕スラグからＣａが溶出してｐＨの低下分が補われ、ｐＨの低下が防止される。すなわち、高炉水砕スラグ自体が層内を中性域に維持するｐＨ調整剤の働きをし、効率的な硝化に必要なｐＨを維持するものである。
【００１９】
上記高炉水砕スラグ層A2での硝化により生成した硝酸は、嫌気性条件となっている高炉水砕スラグ層A1を含む下層側に移行（沈降）し、ここで有機性堆積物層B又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA中の有機物を電子供与体とする脱窒（硝酸→窒素ガス）がなされ、最終的な無害化がなされる。
ここで、脱窒反応が進むとｐＨは上昇する方向に進む。脱窒菌の活動により脱窒を効率的に進行させるにはｐＨ６．５〜９程度に維持する必要があり、脱窒反応によりｐＨが上昇してしまうと、脱窒が効率的に進行しなくなる。しかし、有機性堆積物から発生する酸やA2層で生成する硝酸の作用によりｐＨが維持される。すなわち、この場合も、層内のｐＨが中性域に維持され、効率的な脱窒に必要な環境を維持する。特に本発明では、上述のように高炉水砕スラグの存在下で硝化反応が効率的に進行するため脱窒反応領域に硝酸が潤沢に供給され、このため上記ｐＨの維持が適切になされる。
以上の結果、硝化→脱窒がいずれも効率的に進行するとともに、好気条件で有機物の分解も進むため、アンモニアの無害化と有機性堆積物の消化（消失）が効率的に進行することになる。
なお、高炉水砕スラグは、電子供与体としてＳ源を含むことから、脱窒反応領域において有機性堆積物が消失した後も脱窒反応が持続される。
【００２０】
本発明の第１の形態では、高炉水砕スラグ層A2を構成する高炉水砕スラグの平均粒径を、高炉水砕スラグ層A1を構成する高炉水砕スラグの平均粒径よりも大きくすることが好ましい。これによって高炉水砕スラグ層A2内をより好気条件にしやすくできる。例えば、通常使用する高炉水砕スラグは平均粒径が１ｍｍ前後のものであるが、好気的な環境を形成するために平均粒径が１０ｍｍ前後の高炉水砕スラグを用いることが好ましい。
また、図２に示すように、高炉水砕スラグ層A2の上部に、さらに、下層側の有機性堆積物層Bn又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAnと上層側の高炉水砕スラグ層Anとからなる複層を１段又は多段に設けることもできる。
【００２１】
次に、本発明の第２の形態では、図３に示すように、水底Ｇに下層側から順に、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BA、高炉水砕スラグ層Aを設ける。
このような形態を水底Ｇに実現するには、例えば、以下のような方法が採られる。
(1) 有機性堆積物が堆積した水底Ｇに高炉水砕スラグを投入した後、この高炉水砕スラグをその下層の有機性堆積物と混合することにより、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成し、その上層に高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層Aを形成する。
(2)水底Ｇから有機性堆積物を取り出し、この有機性堆積物に高炉水砕スラグを混合した後、水底Ｇに戻すことにより、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAを形成し、その上層に高炉水砕スラグを投入して高炉水砕スラグ層Aを形成する。
【００２２】
本形態では、高炉水砕スラグ層A、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAからなる層構造のうち、高炉水砕スラグ層Aと有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAの上部側が好気条件となって有機物の分解・アンモニアの硝化が起こり、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAの中・下部側が嫌気条件となり、有機物を電子供与体とする脱窒が起こる。その機構は、先に述べた第１の形態とほぼ同様である。上記高炉水砕スラグ層Aでの硝化により生成した硝酸は、嫌気性条件となっている有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAの中・下部側に移行（沈降）し、有機物を電子供与体とする脱窒（硝酸→窒素ガス）がなされ、最終的な無害化がなされる。また、硝化反応や脱窒反応の進行によるｐＨの変化に対して、高炉水砕スラグや硝化により生じた硝酸等がｐＨ調整剤の働きをすることも、第１の形態と同様である。
【００２３】
以上の結果、硝化→脱窒がいずれも効率的に進行するとともに、好気条件で有機物の分解も進むため、アンモニアの無害化と有機性堆積物の消化（消失）が効率的に進行することになる。
この第２の形態においても、高炉水砕スラグ層Aを構成する高炉水砕スラグの平均粒径が、有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAに含まれる高炉水砕スラグの平均粒径よりも大きいことが好ましい。これによって高炉水砕スラグ層A内をより好気条件にしやすくできる。
また、図２と同様に、高炉水砕スラグ層Aの上部に、さらに、下層側の有機性堆積物層Bn又は有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層BAnと上層側の高炉水砕スラグ層Anとからなる複層を１段又は多段に設けることもできる。
【００２４】
以下、硝化反応と脱窒反応に関する高炉水砕スラグの機能を調べた試験結果を示す。
Ａ．硝化反応
（イ）試験条件
(1) 試験体は、担体として木質系（担体１）、ゼオライト（担体２）、高炉水砕スラグの３種類を使用した。硝化細菌の生育を目的に、これらの担体を硝化細菌の入った水溶液に、１週間浸漬処理した。
(2) 浸漬処理後の担体をφ４１×２００ｍｌの容積のカラムに詰めた。
(3) 溶存酸素６ｍｇ／ｌとした５００ｍｌのアンモニア水溶液（Ｎ換算で５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ）をカラムに循環させた。
(4) 試験経過時間とともに変化する循環中のアンモニア溶液中のアンモニア濃度と硝酸濃度を計測し、各担体の硝化反応に対する効果を評価した。
(5) アンモニア濃度はインドフェノール青吸光光度法（JIS K 0102-42.2）で評価した。一方、硝酸濃度はイオンクロマトグラフ法（JIS K 0102-43.2.5）により評価した。
（ロ）試験結果
試験結果を図４に示す。これによれば、高炉水砕スラグの硝化反応が最も速く、高炉水砕スラグを硝化菌中に浸漬することで硝化菌の増殖が進むことが判明した。また、高炉水砕スラグの存在の下でｐＨ調整がなされたものと考えられる。
【００２５】
Ｂ．脱窒反応
（イ）試験条件
(1) ５００ｍｌの密閉瓶に脱窒菌を含む硝酸溶液をＮ換算で１００ｍｇ−Ｎ／Ｌになるように調整し、全量を５００ｍｌとした。
(2) 試験体は、水砕スラグ２５ｇと電子供与体である硫黄粉末（Ｓ）２５ｇを添加したものを用い、上記(1)と混合した。一方、比較例として、上記(1)の溶液にＳを添加しないもの（比較例１）、上記(1)の溶液にＳのみ２５ｇ添加したもの（比較例２）を使用した。
(3) 試験は３０℃で行った。試験経過時間とともに変化する硝酸濃度を計測し、脱窒反応の進行を評価した。
(4) 硝酸濃度はイオンクロマトグラフ法（JIS K 0102-43.2.5）により評価した。
（ロ）試験結果
試験結果を図６に示す。これによれば以下のことが判る。
(1) 高炉水砕スラグの存在により、脱窒反応が順調に進んだことが判った。
(2) 比較例１,２から、Ｓの存在により脱窒反応が進むことが確認できた。
(3) 脱窒反応が進むと雰囲気のｐＨが上昇し、脱窒菌の活動が不適な状態になるため、電子供与体が添加されている比較例２でも脱窒反応は十分に進行しない。これに対して、高炉水砕スラグの存在下では、硝化反応により生じた硝酸等の作用により、ｐＨ６．５〜９の脱膣窒菌の活動にとって好適な環境が維持できたものと考えられる。
【実施例】
【００２６】
１ｍ３の水槽内に以下のような試験体を形成した。各試験体には、有機性底泥（有機性堆積物）として下水処理場から採取した底泥を用いた。
［発明例１］
水槽内に下層側から、粒径1ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚３０ｃｍ）、有機性底泥層（層厚４０ｃｍ）、粒径1ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚３０ｃｍ）を順に敷き詰めた。
［発明例２］
水槽内に下層側から、粒径1０ｍｍ以上に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚３０ｃｍ）、有機性底泥層（層厚４０ｃｍ）、粒径1ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚３０ｃｍ）を順に敷き詰めた。
［発明例３］
水槽内に下層側から、粒径１ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚２０ｃｍ）、有機性底泥層（層厚２０ｃｍ）、粒径１ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚２０ｃｍ）、有機性底泥層（層厚２０ｃｍ）、粒径１ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚２０ｃｍ）を順に敷き詰めた。
【００２７】
［発明例４］
水槽内に下層側から、粒径１ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグと有機性底泥とを６０：４５０の固形分質量比で混合した層（層厚７０ｃｍ）、粒径１ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚３０ｃｍ）を順に敷き詰めた。
［比較例１］
水槽内に下層側から、有機性底泥層（層厚７０ｃｍ）、粒径１ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚３０ｃｍ）を順に敷き詰めた。
［比較例２］
水槽内に下層側から、粒径１ｍｍ以下に分級した高炉水砕スラグからなるスラグ層（層厚５０ｃｍ）、有機性底泥層（層厚５０ｃｍ）を順に敷き詰めた。
【００２８】
水槽内に新たに堆積する有機物の影響を排除するため、上記試験体を有機物の堆積が少ない海域の水深１０ｍの海底に沈め、６ヶ月後に海底から試験体を取り出し、有機物性底泥中の有機物の残存状態、硝酸量、アンモニア量を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中に示した評価の基準は以下のとおりである。
(a) 有機物の残存状態
◎：全くなし
○：殆どなし
×：残存
(b) 硝酸・アンモニアの測定
検出値が、硝酸≧０．０４ｐｐｍ、アンモニア≧０．４ｐｐｍにおいて“検出された”と評価した。
○：検出されず
×：検出された
【００２９】
【表１】
2005288340.tif 000003
【００３０】
表１によれば、本発明例はいずれも硝酸やアンモニアは殆ど検出されず、また、有機物も殆んど残存していなかった。また、有機物浄化残存状況については、本発明例２，３が特に良好な結果が得られている。これは、本発明例２では、上層に通水性の良い粒度の粗い高炉水砕スラグ層を設けたため、この高炉水砕スラグ層内が硝化菌の繁殖・活動に特に好ましい好気条件となり、硝化反応が促進され、有機物の無害化に有効であったためであると考えられる。また、本発明例３では、中間のスラグ層で脱窒反応が進むため、有機物の無害化が進んだものと考えられる。したがって、この構造は河口付近の有機性堆積物が随時発生する態様の水域で有効な構造となると考えられる。
以上のような本発明例に対し、比較例１ではアンモニアが検出された。これは、比較例１の高炉水砕スラグ層でも硝化は起こり、脱窒もある段階までは進むものの、有機性堆積物の下部でｐＨが低下して反応が低下し、その後、高炉水砕スラグ層でもｐＨの低下が起こる結果、硝化も低下するためであると考えられる。
また、比較例２は、硝化・脱窒反応が殆ど起こらず、有機物はそのまま残ったものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態における各層の断面模式図
【図２】本発明の他の実施形態における各層の断面模式図
【図３】本発明の他の実施形態における各層の断面模式図
【図４】硝化反応の試験における各試験体でのアンモニア濃度と硝酸濃度の推移を示すグラフ
【図５】脱窒反応の試験における各試験体での硝酸濃度の推移を示すグラフ
【符号の説明】
【００３２】
A，A1，A2，An  高炉水砕スラグ層
B，Bn  有機性堆積物層
BA，BAn  有機性堆積物−高炉水砕スラグ混合層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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