(57)【要約】  【課題】  水域環境中において、光合成細菌によるヘドロの分解作用を促進することのできるヘドロ浄化設備を提供する。  【解決手段】  ヘドロ４０の堆積した浄化対象水域５０の底部に光合成細菌のゲル状固定化菌体２０を保持したレール状の構造物１０を敷設し、該レール状構造物１０の一端に設けた水流発生手段によってレール状構造物１０の内部に緩やかな水流を発生させる。これにより、低層部の水とレール状構造物１０に保持された光合成細菌とが十分に接触できるようになり、光合成細菌によるヘドロの分解効果が高められる。更に、浄化対象水域５０内に、表層部からレール状構造物１０へと向かう緩やかな水流が発生し、水底の溶存酸素量が増大する。その結果、ヘドロを食べるイトミミズ等の小動物が生息可能となり、更にヘドロの分解が促進される。【選択図】  図３
2005169159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定化光合成細菌を用いて水域環境中でヘドロを浄化するための設備であって、
a)水底に敷設した、周面の一部が開放された長尺構造物と、
b)該長尺構造物に保持された光合成細菌と、
を有することを特徴とするヘドロ浄化設備。
【請求項２】
上記光合成細菌が、ゲル化材料によって固定化され上記長尺構造物に保持されていることを特徴とする請求項１に記載のヘドロ浄化設備。
【請求項３】
上記光合成細菌が、菌体を含む塗料を塗布することによって上記長尺構造物に保持されていることを特徴とする請求項１に記載のヘドロ浄化設備。
【請求項４】
更に、該長尺構造物の一端に設けられた水流発生手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヘドロ浄化設備。
【請求項５】
上記水流発生手段としてエアリフト装置を使用することを特徴とする請求項４に記載のヘドロ浄化設備。
【請求項６】
上記長尺構造物が、上面及び底面が閉鎖され左右側面が開放された断面エの字型のレール状構造物であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヘドロ浄化設備。
【請求項７】
上記光合成細菌が、ロドシュードモナス・カプシュラータ（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｃａｐｓｕｌａｔａ），ロドシュードモナス・スフェロイデス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｓｐｈｅｒｏｉｄｅｓ），ロドスピリラム・ルブラム（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｒｕｂｒｕｍ），及びクロマチウム・ビノサム（Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ  ｖｉｎｏｓｕｍ）から選ばれる一種又は二種以上の光合成細菌であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヘドロ浄化設備。
【請求項８】
固定化光合成細菌を用いて河川など水流のある水域環境中でヘドロを浄化する方法であって、周面の一部が開放された長尺構造物に光合成細菌を保持させ、該長尺構造物をヘドロの堆積した水底に敷設し、水域環境の水流によって上記長尺構造物内に低層部の水を流動させて上記光合成細菌と接触させることによりヘドロの分解を促進するヘドロ浄化方法。
【請求項９】
固定化光合成細菌を用いて水流の滞った水域環境中でヘドロを浄化する方法であって、
周面の一部が開放された長尺構造物に光合成細菌を保持させ、該長尺構造物をヘドロの堆積した水底に敷設し、上記長尺構造物の一端に設けた水流発生手段によって該長尺構造物内に水流を発生させ、該水流によって低層部の水を流動させて上記光合成細菌と接触させることによりヘドロの分解を促進するヘドロ浄化方法。
【請求項１０】
上記光合成細菌が、ゲル化材料によって固定化され上記長尺構造物に保持されていることを特徴とする請求項８又は９に記載のヘドロ浄化方法。
【請求項１１】
上記光合成細菌が、菌体を含む塗料を塗布することによって上記長尺構造物に保持されていることを特徴とする請求項８又は９に記載のヘドロ浄化方法。
【請求項１２】
上記水流発生手段としてエアリフト装置を使用することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のヘドロ浄化方法。
【請求項１３】
上記長尺構造物が、上面及び底面が閉鎖され左右側面が開放された断面エの字型のレール状構造物であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載のヘドロ浄化方法。
【請求項１４】
上記光合成細菌が、ロドシュードモナス・カプシュラータ（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｃａｐｓｕｌａｔａ），ロドシュードモナス・スフェロイデス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｓｐｈｅｒｏｉｄｅｓ），ロドスピリラム・ルブラム（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｒｕｂｒｕｍ），及びクロマチウム・ビノサム（Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ  ｖｉｎｏｓｕｍ）から選ばれる一種又は二種以上の光合成細菌であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載のヘドロ浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定化光合成細菌を利用して、水域環境においてヘドロの浄化を行うためのヘドロ浄化設備、及び該ヘドロ浄化設備を用いたヘドロ浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業廃水や家庭廃水に含まれる栄養塩類、有機物残渣や有害物質などによる水域環境の汚染が問題となっている。湖沼や池、内湾などの閉鎖水域や、市街地を流れる小規模河川や河口部などの水流の弱い領域では、有機物残渣や、栄養塩類によって異常増殖したプランクトンの死骸などが沈殿し、水底に大量の有機物を含んだ汚泥（ヘドロ）が堆積する。ヘドロ内は溶存酸素が極めて少ないため、嫌気性細菌による有機物の分解により、有害な硫化水素や有機酸、有害アミン等が発生し、水質汚濁や悪臭の原因となっている。
【０００３】
このようなヘドロを処理する方法として、従来より水底からヘドロを除去・廃棄する浚渫作業が広く行われている。しかし、このような浚渫は根本的な解決法ではないため、定期的に浚渫を繰り返す必要があり、莫大なコストがかかる。また、ヘドロには重金属やＰＣＢ、ダイオキシン等が多量に含まれている場合があり、廃棄場所の確保が困難である上に、浚渫の際にヘドロを攪乱することにより急激な水質汚染を引き起こす可能性もある。
【０００４】
また、環境への負荷の少ない方法として、人工的に培養した有機物分解菌、硝化菌、硫黄酸化菌、脱窒菌、光合成細菌等の有用微生物を水域環境に散布し、ヘドロを分解させる方法が注目されている。この場合、微生物菌体を直接散布しただけでは水中に素早く拡散、流亡してしまい、底泥まで到達させることが困難であるため、これらの微生物をゲル状に固定化したものが使用される。固定化することにより菌体を容易に水底に到達させることができると共に、ゲルの表面から菌体が徐々に拡散するため、効果を長期間持続させることができる。本願出願人の一部は特許文献１において、光合成細菌の菌体と該菌体の栄養基質とをゲル化材料にて固定化し、多孔性粒状物及び／又は繊維材料によって補強したゲル状固定化菌体を提案している。光合成細菌は一般の嫌気性細菌と異なり、有機物の分解の際に有害物質を生成することが無く、更に硫化水素や有機酸、有害アミンなどを分解することができるため、ヘドロの浄化に好適に用いることができる。
【０００５】
しかし、ヘドロの厚く堆積した領域では水流が滞っているため、固定化菌体を水底に設置しても低層部の水のごく一部しか菌体と接触できず、十分な分解効果を得られないという問題があった。
【特許文献１】特許第3182076号（[0009],[0010],[0011]）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は係る問題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ヘドロの堆積した低層部の水と光合成細菌固定化菌体とを十分に接触させることにより、光合成細菌によるヘドロの分解を促進することのできるヘドロ浄化設備及びヘドロ浄化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明に係るヘドロ浄化設備は、固定化光合成細菌を用いて水域環境中でヘドロを浄化するための設備であって、水底に敷設した、周面の一部が開放された長尺構造物と、長尺構造物に保持された光合成細菌と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
ヘドロ中に設けた長尺構造物の内部に水流を発生させることにより、低層部の水を該構造物に保持された光合成細菌に十分に接触させ、該光合成細菌によるヘドロの分解効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のヘドロ浄化設備において使用する光合成細菌は、特に種類を限定する必要はなく、市販のものを用いても、自然界から単離したものを用いても良い。例えば従来より肥料、飼料、有機廃水処理剤等々の各種用途に用いられている有用菌であり、特に最近では、その有機物汚泥の浄化能力を利用して、海、河川、湖沼、池などにおける魚貝類養殖場水域の水質保全に活用されているロドシュードモナス・カプシュラータ（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｃａｐｓｕｌａｔａ），ロドシュードモナス・スフェロイデス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｓｐｈｅｒｏｉｄｅｓ），ロドスピリラム・ルブラム（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｒｕｂｒｕｍ），及びクロマチウム・ビノサム（Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ  ｖｉｎｏｓｕｍ）等を用いることができる。また、使用する光合成細菌は、一種に限らず、複数種を混合したものを用いても良い。
【００１０】
長尺構造物は、水が周面からも該構造物内に浸入でき、且つ水流を導くことができるように、周面の一部が開放され、一部が閉鎖された形状とする。例えば、図４(a)に示すような上面及び底面が閉鎖され、左右側面が開放された断面エの字型のレール状構造物１０や、図４(b)に示すような左右どちらか一方の面のみを開放した断面コの字型の溝状構造物１４などを用いることができる。また、図４(c)に示すように周面に通水孔１６を有する筒状の構造物１５を用いても良い。この場合、通水孔１６は上下左右の全ての面に設けても良く、いずれか１面又は複数の面に設けても良い。また、上記筒状構造物１５は図４(c)のような角筒状に限らず、円筒状としても良い。上記構造物は浄化対象水域の広さや地形に応じた長さのものを使用し、適切な本数を浄化対象水域の底部に敷設する。該構造物は図１に示すように、水域内に放射状に設けてもよく、あるいは互いに略平行になるよう設けても良い。また、上記長尺構造物には、目印となるように、浮きを設けても良い。これにより、使用後の長尺構造物を撤去する際や、効果の無くなった菌体を交換する際に、長尺構造物を敷設した箇所を水上から容易に見つけ出すことができる。また、水域全体を浄化するためには、長尺構造物を時々移動させることが望ましい為、上記のような浮きは、その際の目印としても役立てることができる。
【００１１】
上記長尺構造物に上記光合成細菌を保持させる方法としては、光合成細菌と該光合成細菌の栄養基質とをポリビニルアルコールやアルギン酸ソーダ等のゲル化材料によって固定した、ゲル状固定化菌体を長尺構造物の内部に載置する方法の他、特許第3095862号に記載されているような光合成細菌を含有する塗料を用いて、長尺構造物の表面をコーティングしても良い。ゲル状固定化菌体を用いる場合には、プリン状に固められた菌体を、所定の間隔で長尺構造物の内部に設置しても良いが、菌体と水との接触面積を広くするため、特許第3182076号に記載のようなイクラ状のゲル状固定化菌体を長尺構造物の内部に敷き詰めることが望ましい。この場合、ゲル状固定化菌体が長尺構造物の外に出ることのないように、図５(a)のように周面にネット１８を設けたり、図５(b)のように長尺構造物の側縁に堤防状の突起１９を設ける等の方法により、ゲル状固定化菌体を長尺構造物内に保持する。
【００１２】
湖沼や内湾等の水流の滞った水域に本発明のヘドロ浄化設備を適用する場合には、低層部の水と菌体との接触を促進させるために、長尺構造物の一端に水流発生手段を設ける必要がある。水流発生手段としては、エアリフト装置や小型のポンプ等を長尺構造物の一端に設け、長尺構造物内の水を吸引することによって水流を作り出す方法の他、ファンなどによって長尺構造物の一端から水流を送り込む方法などを用いることができる。特に、エアリフト装置や小型のポンプを用いて水を吸引する方法を用いた場合、水域の表層部と低層部の間に緩やかな循環流を作り出し、酸素が豊富に溶け込んだ表層部の水を低層部に送り込んで水底の溶存酸素量を増大させる効果もある。
いずれの方法を用いる場合でも、ヘドロを攪乱することによる急激な水質汚染を防ぐため、水流はヘドロを巻き上げることの無い速度（１cm〜１m/hr）となるようにする。また、エアリフト装置や小型のポンプを用いる場合、汚染物質が堆積していない水域であれば、水と共に吸引されたヘドロを水と分離して、肥料などに再利用することもできる。但し、大量のヘドロが吸引されるとエアリフト装置やポンプが詰まる恐れがあるため、これらの装置の吸水口や、上記長尺構造物の少なくとも一端にネットを張るなどして、ヘドロの吸入を防ぐようにしても良い。
上記長尺構造物を放射状に配置する場合には各構造物の一端が集中する地点に水流発生手段を設置し、上記長尺構造物を略平行に配置する場合には各長尺構造物の一端にそれぞれ水流発生手段を設置する。あるいは、一つの水流発生手段によって複数の長尺構造物内に水流を発生させる構成としても良い。該水流発生手段、又はその一部は橋脚によって固定したり、フロートによって水面に浮かべ碇で係留するなどの方法によって水域内に固定される。あるいは、該水流発生手段又はその一部を水域近くの陸上に設けても良い。  
【００１３】
なお、河川等、比較的水流のある場所に上記ヘドロ浄化設備を適用する場合には、自然の水流によって上記長尺構造物の内部を低層水が通過し、該構造物に保持された菌体と接触できるため、図２に示すように、水流発生手段を設けない構成としても良い。但し、河川等においても上記と同様の水流発生手段を設けた方が、長尺構造物内を通過する水流を強めたり、表層部と低層部の間に循環流を発生させることができるため、より望ましい。
【実施例】
【００１４】
以下、図を用いて本発明のヘドロ浄化設備の実施例を説明する。本実施例は、本発明のヘドロ浄化設備を湖沼などの閉鎖水域に適用する例を示すものである。本実施例のヘドロ浄化設備は図３に示すようにレール状構造物１０と、光合成細菌のゲル状固定化菌体２０と、エアリフト装置３０を備えている。
【００１５】
レール状構造物１０は断面がエの字型をしており、エの字の上下横辺に相当する２枚の対向するフランジ１１、１２をエの字の縦辺に相当するビーム１３が連結した構造となっている。上記レール状構造物１０は上記フランジ１１，１２が水域の底面に対して平行になるように敷設される。上記２枚のフランジの内、水域底面に接する側のフランジ１２は、レール状構造物１０を安定に設置できるようにする役割を果たし、上側のフランジ１１は水流を導く役割を持つ。
なお、レール状構造物は、上記の形状に限られるものではなく、同様の機能を果たすものであれば、より簡単で軽量且つ安価なものを使用しても良い。
【００１６】
上記レール状構造物１０は、図１(a)に示すように、浄化対象水域５０の地形に合わせた長さのものを、互いに略平行になるように水底に敷設する。効果的にヘドロ４０の浄化を行うためには、上記レール状構造物１０をできるだけ短い間隔で設けることが望ましく、本実施例では上記レール状構造物１０を２、３メートル間隔で設置する。また、上記レール状構造物１０には、目印となるように、浮き１７を設ける。これにより、レール状構造物１０を移動又は撤去する際や、効果の無くなった固定化菌体２０を交換する際に、レール状構造物１０を敷設した箇所を容易に見つけ出すことができる。
【００１７】
光合成細菌のゲル状固定化菌体２０は、特許第3182076号に記載のイクラ状ゲルビーズ型固定化菌体を使用する。これは、光合成細菌を含有した栄養基質をアルギン酸ソーダによって粒状に固めたものである。上記イクラ状ゲルビーズ型固定化菌体には、補強材として繊維材料のフィラー状物や多孔性粒状物を加えても良い。このような補強材を加えることによって、上記固定化菌体は崩れることなく水中で長期間形状を保つことができる。上記レール状構造物１０内に敷き詰められた上記ゲル状固定化菌体２０は、レールからこぼれ落ちることのないように、該レール状構造物１０に設けられたネット１８によって保持される。また、このネット１８は水中の魚介類によってゲル状固定化菌体２０が食べられるのを防ぐ効果もある。
【００１８】
エアリフト装置３０は、水底から水面に達する揚水管３１、揚水管３１の下部に接続された送気管３２、及び送気管３２の他端と接続され橋脚３６によって水面上に設置されるポンプ３３を備えている。上記揚水管３１及び送気管３２は、上記各レール状構造物１０ごとにそれぞれ設けられるが、ポンプ３３は各レール状構造物１０ごとに設けても、一つのポンプ３３で複数の送気管３２に空気を送り込む構成としても良い。上記ポンプ３３を作動させると送気管３２を通して揚水管３１の内部に空気が送り込まれ、空気を含んで比重が軽くなった揚水管３１内部の水が上昇するのにともなって揚水管３１下端の吸水口３４から水が引き上げられる。該吸水口３４は、各レール状構造物１０の一端に連結されており、該吸水口３４から水を吸引することによってレール状構造物１０の内部に水流を発生させる。上記吸水口３４から吸引された水は、上記揚水管３１内を通って、概揚水管３１の上端に設けられた吐水口３５から水域中に戻される。
【００１９】
本実施例のヘドロ浄化設備は、上記レール状構造物１０を浄化対象水域５０の底部に堆積したヘドロ４０の中に設置し、上記レール状構造物１０の一端に接続した上記エアリフト装置３０によって、該レール状構造物１０の内部に緩やかな水流を発生させるものであり、レール状構造物１０の内部に敷き詰められたゲル状固定化菌体２０と、ヘドロが堆積した低層部の水とを十分に接触させることによって、光合成細菌によるヘドロ４０の分解を促進することができる。
更に、上記エアリフト装置３０によって低層部の水を吸引することにより、浄化対象水域５０内に表層部から低層部へと向かう緩やかな水流が発生する。これにより、酸素を豊富に含む表層部の水が低層部に送り込まれて水底の溶存酸素量が増大し、ヘドロを食べるイトミミズ等の小動物が生息可能となって、更にヘドロの分解が促進される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のヘドロ浄化設備を湖沼に適用した状態を示す平面図。(a)長尺構造物を互いに略平行になるよう配置した例(b)長尺構造物を放射状に配置した例。
【図２】本発明のヘドロ浄化設備を河川に適用した状態を示す側面図。
【図３】本実施例のヘドロ浄化設備の使用状態を示す側面図。
【図４】本発明に係る長尺構造物の斜視図。(a)レール状構造物(b)溝状構造物(c)筒状構造物
【図５】本実施例のレール状構造物におけるゲル状固定化菌体の保持方法を示す断面図。(a)ネットを使用する場合。(b)レールの側縁に突起を設ける場合。
【符号の説明】
【００２１】
１０…レール状構造物
１７…浮き
２０…ゲル状固定化菌体
３０…エアリフト装置
３１…揚水管
３２…送気管
３３…ポンプ
３４…吸水口
３５…吐水口
４０…ヘドロ
５０…浄化対象水域
【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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