(57)【要約】【課題】  アルカリ性を呈する製鉄スラグを用いて、有機性堆積物で汚染された湖沼及び海域などの水域を、硫化水素を発生させることなく速やかに浄化する。【解決手段】  塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が質量比で２以上の製鉄スラグと好アルカリ性微生物とを用いて水中の有機性堆積物を浄化する。例えば、製鉄スラグに好アルカリ性微生物を付着させ、この製鉄スラグを有機性堆積物の存在する範囲に散布することで水中の有機性堆積物の浄化が進行する。つまり、湖沼及び海域などの有機性堆積物で汚染された環境を、ほとんど手を加えずに簡便に且つ毒性の高い硫化水素を発生させることなく浄化することが可能となる。【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が質量比で２以上の製鉄スラグと好アルカリ性微生物とを用いて水中の有機性堆積物を浄化することを特徴とする、水域の浄化方法。
【請求項２】
前記製鉄スラグに前記好アルカリ性微生物を存在させ、該製鉄スラグを有機性堆積物の存在する範囲に散布することを特徴とする、請求項１に記載の水域の浄化方法。
【請求項３】
前記製鉄スラグに存在する前記好アルカリ性微生物の数が、１０4cells/g-slag以上、１０7cells/g-slag以下であることを特徴とする、請求項２に記載の水域の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性堆積物で汚染された、湖沼及び海域などの水域の環境を、アルカリ性を呈する製鉄スラグと好アルカリ性微生物とを用いて浄化する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
湖沼及び海域などの水域では、生活廃水などの流入によって有機性物質が堆積し、生態系のバランスが崩れて環境汚染を引き起こしている。湖沼及び海域などの有機性堆積物を処理する方法としては、従来、有機性堆積物を汚染域から直接取り除く方法が行われてきた。取り除いた有機性堆積物の処理方法としては、短時間で処理可能な燃焼処理や埋め立て処理があるが、これらの方法には二次汚染を引き起こす恐れが高いことから、二次汚染を防止するための技術も必要とし、結局、燃焼処理や埋め立て処理は総合的にはコスト高になることから、燃焼処理や埋め立て処理によって全ての有機性堆積物の汚染箇所を浄化することは困難であった。
【０００３】
そこで、微生物を利用して取り除いた有機性堆積物を処理する方法が提案されている。例えば特許文献１には、有機性堆積物を汚染域から取り除き、この有機性堆積物を地上の処理設備で他栄養性水素生産菌により水素発酵させて処理する方法が提案されている。しかし、有機性堆積物は湖沼及び海域の浅場のみに存在するわけではなく、水深の深い領域にも存在し、水深の深い領域に存在する有機性堆積物を取り除くためには多大のコストを必要とする。また、水域の底部の構造は不均一であることから、有機性堆積物の除去が困難な場合も発生する。
【０００４】
そのために、有機性堆積物を汚染域から取り除くのではなく、微生物を利用してその場で処理する方法が提案されている。例えば、特許文献２には、水底に空気を吹き込み、酸素を利用して有機物を分解する微生物の働きを促進させ、この微生物により有機性物質を分解・浄化する方法が提案されている。しかしながらこの方法は、水底に空気を吹き込む必要があることから、コストを抑えるには対象が浅場や岸辺周囲などに限定される。
【０００５】
また、特許文献３には、ヘドロ上に設置される浄化装置であって、予め脱窒素細菌などを付着させた製鉄スラグと、予めポリリン細菌を付着させた水砕スラグと、これらの上に設置した人工海草体とからなる浄化装置が提案されている。この技術は、製鉄スラグ及び水砕スラグに付着させた細菌により、ヘドロ内の硝酸を窒素ガスに還元でき、アンモニアを亜硝酸を経て窒素ガスに還元でき、また、ヘドロ内のリン酸を吸着でき、これらによってヘドロが浄化されるとの知見に基づくものである。
【特許文献１】特開平８−８９９９２号公報
【特許文献２】特開平５−２３６９４号公報
【特許文献３】特開２００１−４７０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献３に提案された方法は、微生物の働きを利用するに当たり、細孔性を有する製鉄スラグを微生物の生育場所として利用する点で非常に優れている。しかしながら、製鉄スラグは酸化カルシウム（ＣａＯ）を含んでおり、酸化カルシウムが水に溶解すると水酸化カルシウムとなり、アルカリ性を示す。一般的な微生物はアルカリ環境下では生育できないため、底部に堆積した有機物は分解されず、そのまま存在することになる。但し、製鉄スラグに含まれる酸化カルシウムにより水酸基が形成される期間は短く、速やかに中性化するので、微生物が生息し続けたならば、その後は微生物による有機物の分解が進行する。
【０００７】
一方、多量の有機物が堆積している場所では、有機物を分解する微生物による酸素の奪い合いが起こり、その領域の酸素が消費されて、結果として酸素が極めて少ない或いは酸素の無い、いわゆる貧酸素状態が発生する。貧酸素状態になると、酸素を使わずに有機物を分解することのできる微生物による有機物の腐敗が進行し、悪臭物質を放出するのみならず、水域生物に毒性を示す硫化水素をも発生する。
【０００８】
つまり、前述の特許文献３に提案された方法は、製鉄スラグを微生物の生育場所として利用する点では優れているものの、有機物の分解が進行しなかったり、逆に、有機物の分解が急激に起こり、貧酸素状態が発生して腐敗が進行し、硫化水素が発生したりするといった、有機物を確実に且つ安定して分解することができないという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製鉄スラグを微生物の生育場所として利用して有機性堆積物で汚染された湖沼及び海域などの水域を浄化するに際し、硫化水素を発生させることなく、且つ、速やかに有機性堆積物を浄化することのできる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】
【００１０】
本発明者等は上記課題を解決するべく鋭意検討・研究を行った。その結果、硫化水素を発生させる硫酸還元菌の生育を抑制するためには、環境をアルカリ性にすればよいことが分かった。つまり、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）の高い製鉄スラグを用いれば硫酸還元菌の生育が抑制され、硫化水素の発生が防止できるとの知見が得られた。
【００１１】
一方、アルカリ性の環境であっても生育して有機物を分解することのできる好アルカリ性微生物を積極的に利用することで、アルカリ性環境であっても有機性堆積物を分解し浄化できるとの知見が得られた。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る水域の浄化方法は、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が質量比で２以上の製鉄スラグと好アルカリ性微生物とを用いて水中の有機性堆積物を浄化することを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明に係る水域の浄化方法は、第１の発明において、前記製鉄スラグに前記好アルカリ性微生物を存在させ、該製鉄スラグを有機性堆積物の存在する範囲に散布することを特徴とするものである。
【００１４】
第３の発明に係る水域の浄化方法は、第２発明において、前記製鉄スラグに存在する前記好アルカリ性微生物の数が、１０4cells/g-slag以上、１０7cells/g-slag以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水域底部の有機性堆積物を浄化する際に、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が質量比で２以上の製鉄スラグを用いるので、製鉄スラグに含有される酸化カルシウムが水に溶出することによって周囲の環境がアルカリ性になり、有機性堆積物を腐敗させ硫化水素を発生させる硫酸還元菌の生育が抑制され、硫化水素の発生が防止される。また、有機性堆積物の浄化の際に、上記の製鉄スラグとともに好アルカリ性微生物を用いるので、周囲の環境がアルカリ性であることから好アルカリ性微生物の生育が促進され、有機性堆積物は好アルカリ性微生物によって分解される。更に、製鉄スラグは微細藻類の増殖を活性化するので、製鉄スラグ表面に生育した微細藻類から排出される酸素により雰囲気は酸素雰囲気になり、貧酸素状態になること、つまり有機性堆積物の腐敗が抑制される。即ち、本発明によれば、湖沼及び海域などの有機性堆積物で汚染された環境を、ほとんど手を加えずに簡便に且つ毒性の高い硫化水素を発生させることなく浄化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１７】
本発明では、湖沼及び海域などの水中の有機性堆積物を、硫化水素を発生させることなく分解・浄化することを目的として、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が質量比で２以上の製鉄スラグと好アルカリ性微生物とを用いて有機性堆積物を浄化する。
【００１８】
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が質量比で２以上の製鉄スラグに含まれる酸化カルシウムが水に溶けることで雰囲気がアルカリ性になり、有機性堆積物を腐敗させて硫化水素を発生させる硫酸還元菌の生育が抑制される。つまり、前記製鉄スラグを使用することによって、硫酸還元菌の生育を抑制した状態で有機性堆積物を浄化することができる。但し、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が２未満の製鉄スラグでは、雰囲気のアルカリ強度が弱く、また、中性化するまでの期間が短くなり、硫酸還元菌の生育を抑制する効果が十分ではないことから、本発明では塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が２以上の製鉄スラグを使用する。
【００１９】
製鉄スラグには高炉スラグ、転炉スラグ、取鍋スラグ、及び、溶銑の予備処理で発生する脱硫スラグや脱燐スラグが存在するが、スラグ組成の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が２以上であるならば、どのスラグを使用しても構わない。但し、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が２以上であることから、転炉スラグが好適である。尚、転炉スラグとは、転炉において溶銑を脱炭精錬する際に発生するスラグであり、通常、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が２以上である。
【００２０】
製鉄スラグのサイズは、特に限定する必要はないが、水底の有機性堆積物の浄化を促進させるには、有機性堆積物をまんべんなく覆うことが好ましく、余りに大きいと粒子間の隙間が大きくなって水底を覆うためには敷設厚みを厚くする必要が生じるなどの不都合が生じるので、直径５０ｍｍ以下とすることが好ましい。ここで、直径５０ｍｍ以下とは、目開き寸法が５０ｍｍの篩分器を通過するという意味であり、目開き寸法が５０ｍｍの篩分器を通過する限り、長径が５０ｍｍを超える紡錘形であっても構わない。
【００２１】
また、製鉄スラグには、好アルカリ性微生物の生育場所としての機能を有する必要があり、この観点から、多孔質で且つ適度の凹凸を有するものが好ましい。製鉄スラグには、溶融状態のスラグを冷却ヤードに流して空冷し、冷却固化した塊状のスラグを破砕機によって破砕して得たスラグ（「破砕スラグ」という）と、溶融状態のスラグに大量の水を噴射・混合攪拌して急冷する或いは溶融状態のスラグを大量の水の中に流し込んで急冷して得たスラグ（「水砕スラグ」という）と、溶融状態のスラグを空気などの気体とともに空気中に吹き飛ばして急冷して得たスラグ（「風砕スラグ」という）とが存在するが、多孔質で且つ適度の凹凸を有するスラグとしては破砕スラグが特に好適である。
【００２２】
この製鉄スラグとともに使用する好アルカリ性微生物としては、バチルス−ハロデュランス（Bacillus Halodurans ）、バチルス−ファームス（Bacillus Firmus ）、高度好塩性好アルカリ性悍菌（Natronobacterium）などを使用することができる。これらの生きている好アルカリ性微生物により、有機性堆積物はアルカリ雰囲気下で分解される。
【００２３】
製鉄スラグを有機性堆積物の上に敷設し、敷設した製鉄スラグに好アルカリ性微生物を振り掛けるなどして製鉄スラグと好アルカリ性微生物とを有機性堆積物の上に設置してもよいが、通常、水域の有機性堆積物は水中に存在するので、この方法では好アルカリ性微生物を製鉄スラグと同時に存在させることは困難である。当然ながら、海辺などの潮の満干が大きい場所では、この方法でも何ら問題がない。
【００２４】
従って、好アルカリ性微生物を製鉄スラグに安定して存在させるためには、好アルカリ性微生物を製鉄スラグに予め生存状態で存在させることが好ましい。製鉄スラグの粒子表面及び粒子間に存在させる好アルカリ性微生物の数は、１０4cells/g-slag以上、１０7cells/g-slag以下とすることが好ましい。好アルカリ性微生物の数が１０4cells/g-slag未満では、好アルカリ性微生物の数が不足して有機性堆積物の分解に時間を費やすので好ましくない。一方、好アルカリ性微生物を存在させた製鉄スラグを水中の有機性堆積物の存在する範囲に散布すると、雰囲気がアルカリ性であることから好アルカリ性微生物は増殖し、１０7cells/g-slag以下であっても充分な浄化効果が得られることから、１０7cells/g-slagを超えて存在させる必要はない。
【００２５】
ここで、「１０4cells/g-slag以上の好アルカリ性微生物」とは、「スラグ１ｇ当たりで１０4cells以上の好アルカリ性微生物」という意味である。尚、好アルカリ性微生物の数の単位を「cells」と記載する理由は、好アルカリ性微生物は単細胞であり、細胞（cell）の数と好アルカリ性微生物個体の数とが一致するからである。
【００２６】
好アルカリ性微生物を製鉄スラグに存在させる方法は、製鉄スラグに好アルカリ性微生物を含む溶液を添加する、或いは、好アルカリ性微生物が存在する溶液に製鉄スラグを浸漬させるなどによって行うことができる。具体的には、例えば好アルカリ性微生物を１０6 cells/ｍＬ程度含む溶液を、製鉄スラグの質量に対して３０質量％程度散布する、或いは、好アルカリ性微生物を１０6cells/ｍＬ程度含む溶液に製鉄スラグを１週間程度浸漬させることで、製鉄スラグの粒子表面及び粒子間に、１０4cells/g-slag以上、１０7cells/g-slag以下の好アルカリ性微生物を存在させることができる。好アルカリ性微生物を製鉄スラグに存在せしめた後、乾燥すると好アルカリ性微生物が死滅するので、乾燥を防止するために定期的に水などを散布することが好ましい。生存状態の好アルカリ性微生物は、有機性堆積物を分解したあと死滅する場合もあるが、死滅した微生物が存在したとしても、これは生存している間には有機性堆積物を分解する作用を有したものであり、かつて生存していた微生物として計数すればよい。
【００２７】
製鉄スラグに存在する好アルカリ性微生物などの微生物の数を、微生物の生死に拘わらず計数する方法としては計数盤法がある。計数盤法とは、スライドグラスの表面を極薄く削って低くした部分に、小さな溝を刻んでつくった格子を描いたものを用い、そこに、スラグ５ｇを生理的食塩水１０ｍＬに入れて超音波で２分間程度処理してスラグから微生物を剥離し、剥離した微生物を含む生理的食塩水を滴下し、カバーグラスをかけて一定の間隙が液で満たされるようにし、顕微鏡でスライドグラスにある格子状の最少区画内にいる微生物の数を数え、そこから単位容量当たりの数を計算で求める方法である。この場合、別途、微生物の種類を特定して好アルカリ性微生物の割合を求め、この割合を全微生物数に当てはめることにより好アルカリ性微生物の数を求めることができる。また、スラグから遺伝子を抽出し、リアルタイムＰＣＲ法と呼ばれる遺伝子解析手法を用いて、好アルカリ性微生物の遺伝子の数を計測して微生物の数を求める手法も用いることができる。具体的には、０．５ｇのスラグを抽出キットに装入し、ＤＮＡを抽出する方法である。
【００２８】
予め好アルカリ性微生物を存在させた製鉄スラグを使用する場合には、環境改善の必要な水域に好アルカリ性微生物を存在させた製鉄スラグを散布するだけで、有機性堆積物の浄化を進行させることができる。
【００２９】
好アルカリ性微生物を存在させた製鉄スラグを水中の有機性堆積物の上に散布する、或いは、製鉄スラグを水域の有機性堆積物の上に敷設し、敷設した製鉄スラグに好アルカリ性微生物を振り掛けるなどして、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が質量比で２以上の製鉄スラグと好アルカリ性微生物とを水域の有機性堆積物の上に据置くことで、以下に示すようにして、水域の有機性堆積物は浄化される。有機性堆積物の上に据置く製鉄スラグの厚みは、５０ｍｍ以上あれば十分である。
【００３０】
先ず、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が質量比で２以上の製鉄スラグに含まれる酸化カルシウムが水に溶け出し、雰囲気がアルカリ性になる。雰囲気がアルカリ性になることで、好アルカリ性微生物は増殖し、増殖した好アルカリ性微生物は製鉄スラグの範囲に留まらず有機性堆積物の存在する範囲に増殖していく。好アルカリ性微生物が有機性堆積物にとりつくことで、有機性堆積物の分解が始まる。また、雰囲気がアルカリ性であるので、有機性堆積物を腐敗させ硫化水素を発生させる硫酸還元菌の生育が抑制されて、硫化水素の発生が防止される。雰囲気がアルカリ性である期間はこのようにして有機性堆積物の分解が進行する。尚、製鉄スラグの据置きにより雰囲気がアルカリ性になる期間は限定されているので、雰囲気がアルカリ性になることによる環境への影響は極めて少なく、実質的には無視できる。同様に、雰囲気が中性化されることによって好アルカリ性微生物も衰退し、好アルカリ性微生物の環境への影響も無視することができる。
【００３１】
やがて、製鉄スラグからの酸化カルシウムの水への溶出が少なくなる或いは停止するなどして、雰囲気はアルカリ性から中性に移行する。雰囲気が中性になると、好アルカリ性微生物は衰退し、代わって、中性雰囲気で活発な、水中に存在する他の微生物が優勢になり、有機性堆積物は中性雰囲気で活発なこれらの微生物により分解される。
【００３２】
中性雰囲気下での微生物による有機性堆積物の分解においては、一般的には酸素の奪い合いが起こる可能性があるが、製鉄スラグには、水中の微細藻類の増殖を活性化する機能があるので、雰囲気が中性化される時点には、製鉄スラグ表面には多数の微細藻類が生育し、生育した微細藻類から排出される光合成の酸素により雰囲気は酸素雰囲気になる。つまり、雰囲気に酸素が潤沢に存在するので、酸素の奪い合い、つまり貧酸素状態になることが防止される。また、貧酸素状態になることが防止されることで、硫化水素を発生させる硫酸還元菌の生育が抑制され、硫化水素の発生が防止される。この場合、アルカリ雰囲気下において、好アルカリ性微生物による有機性堆積物の分解が予め行われており、有機性堆積物中のアンモニアや炭素化合物の低分子化がなされていることも、酸素の奪い合いを起こさない１つの原因となっている。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、湖沼及び海域などの有機性堆積物で汚染された環境を、ほとんど手を加えずに簡便に且つ毒性の高い硫化水素を発生させることなく浄化することが可能となる。