(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中にケイ酸塩イオン放出源として、高炉水砕スラグを設置する水中の環境改善方法であって、
外海に面した海域の岩礁帯であって且つ磯焼けが生じている海底部に、磯焼け防止材として高炉水砕スラグを通水性の容器又は袋に入れて設置することにより、磯焼け海域での藻場造成を行うことを特徴とする水中の環境改善方法。
【請求項２】
天然又は人工の海藻着生基盤の周囲又は近傍に高炉水砕スラグを設置することにより、磯焼け海域での藻場造成を行うことを特徴とする請求項１に記載の水中の環境改善方法。
【請求項３】
高炉水砕スラグを設置した後、人工の海藻着生基盤を設置することにより、磯焼け海域での藻場造成を行うことを特徴とする請求項２に記載の水中の環境改善方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中の環境改善方法に関するもので、具体的には、沿岸海域等における水中の珪藻類や海藻類の増殖、主に内海や湾などで発生する赤潮の防止、所謂磯焼けが生じている海域の藻場造成或いは磯焼けの防止、消失浅場の回復などに有効な水中の環境改善方法に関する。
なお、本発明法が適用される磯焼けが生じている海底部とは、岩礁や人工魚礁などの海藻着生基盤の表面が石灰藻に覆われることにより、コンブ、ワカメ、アラメなどの有用海藻が消失し又は消失しつつある海底部を指す。
【０００２】
【従来の技術】
近年、沿岸海域における環境保全並びに水産資源の保護などの観点から、沿岸海域の海底部に成育する海藻類の保護・育成、所謂磯焼けの防止或いは磯焼けが生じている海域の藻場回復、赤潮の発生防止、青潮の発生防止などが大きな課題となっており、これらを解決できる水中や水底の環境改善技術の開発が望まれている。以下、磯焼けや赤潮等を中心に沿岸海域における水中での生物棲息環境の問題点とこれに対する従来の対策について述べる。
【０００３】
(1) 磯焼け及びその防止対策
岩礁や人工魚礁などの海藻着生基盤の表面が石灰藻に覆われる所謂“磯焼け”状態となった海域は、魚介類の餌となる有用海藻（例えば、コンブ、ワカメ、アラメなど）が繁殖せず、その海域の漁業生産量が著しく低下するという問題がある。
【０００４】
従来、磯焼けが生じた海域に対しては鋼製の藻礁を設置するなどの対策が試みられてきたが、鋼製藻礁を設置すると２年間程度は石灰藻以外の海藻が藻礁に繁殖して藻礁部分は磯焼け状態が解消されるものの、３年程度経過すると鋼製藻礁も石灰藻に覆われてしまい、その効果が無くなってしまう。このため再度鋼製藻礁を設置するなどの対策が必要となり、磯焼け防止の抜本的な解決策とはなり得ていない。また最近では、磯焼けが生じた海域のウニを駆除することによって藻場を復活させた例もあるが、ウニの駆除は人力で行う必要があるため効率が悪く、コストも多くかかる上、一度に適用できる海域が狭いなど、磯焼け解消の切り札とはなり得ていない。
【０００５】
一方、海水中のケイ酸塩濃度を高めることにより珪藻類が増殖し、その結果として石灰藻の増殖が抑制されることが知られており、このようなメカニズムを利用した磯焼けの改善方法として、コンクリート製などの藻礁の表面に成分の溶解度を調整したガラスプレートを張り付け、これを磯焼け海域に沈設する方法が提案されている。また、特開平６−３３５３３０号公報には、構成成分の海水中への溶出により海藻類を増殖させることを目的として、ケイ素、ナトリウム及び／又はカリウム、鉄を含有するガラス質材料からなる藻場増殖材を海中に沈設する方法が提案されている。
【０００６】
(2) 赤潮及びその防止対策
赤潮とは水中の微生物、とりわけ植物プランクトンが異常増殖して海水が着色する現象であり、近年、養殖魚類（例えば、ハマチやタイなど）を大量斃死させるなど、特に養殖漁業に大きな被害を及ぼしていることから、その防止対策が切望されている。
【０００７】
赤潮を起こす生物の種類は多岐にわたると考えられるが、その中でもシャットネラなどの特定の鞭毛藻類の大増殖が養殖魚類の大量斃死を招く赤潮の主要な原因であると考えられている。赤潮は富栄養化の進行した海域において発生することから、赤潮の防止には覆砂や浚渫、下水道整備による河川流入栄養塩の低減化が有効であるとされている。
【０００８】
しかしながら、覆砂や浚渫は工事完了後に新たに堆積する有機物によってその効果が失われてしまい、また、工事可能な海域が比較的浅い海域に限られるため、赤潮の大発生が問題となる瀬戸内海中心部などへの適用は困難である。また、これらの工事には多大な費用がかかり、このことも適用範囲が限られる要因となる。また、下水道整備による河川流入栄養塩の低減化は、海域全体の栄養塩量を減らすには有効であるが、これも瀬戸内海中心部のような海岸から離れた場所では、夏期の海水停滞期に表層海水の貧栄養化の原因となり、この貧栄養化によって表層海水中の珪藻類が減少することが、赤潮の原因となるシャットネラなどの鞭毛藻類の増殖要因の一つとなる。
【０００９】
最近、赤潮防止対策の一つとして可溶性のケイ素（ケイ酸塩イオン）の海水中への付与により珪藻類を繁殖させ、赤潮の原因となるシャットネラなどの鞭毛藻類の増殖を抑制する方法が検討され、この方法に関して、可溶性のケイ素を含有した人工のガラス質材料を浮体に装着して海中に設置する赤潮予防方法が特開平１０−９４３４１号公報に提案されている。
【００１０】
可溶性のケイ素の海水中への付与は貧栄養状態となった表層海水中の珪藻類を繁殖させることが知られており、珪藻類は赤潮の原因となるシャットネラなどの鞭毛藻類の競合種であり、しかも鞭毛藻類よりも増殖力が高いため、珪藻類が表層海水中に安定に存在するとシャットネラなどの鞭毛藻類の異常増殖が抑制され、その結果、赤潮の発生が防止されることになる。
【００１１】
(3) 磯焼け以外の海藻成育環境の衰退・消失及びその対策
沿岸海域では、先に述べた磯焼け以外にも、例えば、底質のヘドロ化や海砂の流失等による浅場の消失、底質・水質の汚染等の原因により海藻成育環境（特に、藻場）の衰退、消失が生じることがある。このような海底での海藻成育環境の衰退、消失に対しては、先に磯焼け防止に関して述べた対策が適用可能であると考えられる。
【００１２】
(4) 沿岸海域でのその他の問題及びその防止対策
内湾等において水底で海水の停滞が生じると硫化水素が発生し、所謂青潮の発生原因となる。特に、土砂採取等によって水底が部分的に掘られ、比較的深さのある凹部が形成されると、この凹部内の水が停滞する結果、特に夏期において著しい無酸素状態となり、有機物の腐敗やバクテリア（硫酸還元菌）の作用によって大量の硫化水素が発生するという問題がある。このように凹部内で硫化水素が大量発生すると、凹部内やその周囲の棲息生物が減少するだけでなく、硫化水素を含んだ水塊（青潮）が周辺水域に流出することによって周辺水域の生物の棲息環境にも多大な影響を与える。
【００１３】
従来、このような問題に対しては、水底（特に水底の凹部）に石灰を散布したり、水底を天然砂（海砂、山砂）を用いて覆砂する、などの対策が採られることがあり、水底にヘドロが堆積している場合は同時にヘドロの浚渫が行われることもある。また、天然砂で覆砂する場合には、同時に砂質水底に棲息する魚介類等の棲息場の造成も兼て行うことがあり、また築磯効果を期待して天然砂に代えて天然石を用いる場合もある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記(1)〜(3)に記載した磯焼けや他の原因による海藻成育環境の衰退・消失の防止対策、赤潮の防止対策、磯焼けや他の原因で海藻成育環境が衰退・消失した海域での藻場造成や環境修復などに関しては、従来技術において海水中のケイ酸塩濃度を高めるために用いられるガラス質材料は人工物であるため高価であり、これを磯焼けや赤潮が発生したり、何らかの原因で海藻成育環境が衰退・消失した広い海域に大量に設置するとなると膨大な費用がかかる。また、本発明者らが検討したところによれば、従来技術で用いられる人工のガラス質材料は海水などへのケイ素の溶出性が必ずしも十分ではなく、また沈設量も限られるため、ケイ素の供給はその設置場所近傍に限られてしまい、有効な磯焼け改善効果や赤潮防止効果、或いは海藻成育環境の改善効果が得られないことが判った。
【００１５】
また、上記(4)に記載した青潮の防止対策に関しては、天然砂や天然石は特に化学的な底質・水質浄化作用を有していないため、これらを水底に敷設した場合、例えば、夏期の海水停滞期や生物の活動が活発な時期になると、ヘドロが堆積していない状態でも間隙水中において硫酸還元菌の作用により数ｐｐｍ程度の硫化水素が生成してしまう。また、敷設材として天然砂や天然石を用いる場合には、その採取によって新たな環境破壊を生ずる恐れがあり、また、埋立工事用などの土砂採取のために水底に掘られた穴や溝を埋めるために他所の水底から土砂を採取するというのでは問題の根本的解決にはならない。
【００１６】
一方、水底に石灰を散布する方法には、(a)多大なコストかかる、(b)ｐＨの制御が困難で水質が高アルカリになる場合がある、(c)石灰が水底で板状に固まってしまうため、その下部の泥質中の水が入れ替らず、このため硫化水素がより多量に発生し、ある時期に板状に固った石灰層が崩壊すると高濃度の硫化水素を含む水が周囲に流れ出てしまう、等の問題がある。また、石灰を散布するとしても石灰によって凹部を埋めてしまうことは困難であるため、結果的に凹部はそのまま残ることになり、したがって、凹部内の水が夏期の海水停滞期に無酸素化し、硫化水素が大量発生するという現象を根本的に解消することはできない。
【００１７】
したがって本発明の目的は、磯焼けや赤潮が現に生じ又は生じる恐れがある海域、或いは磯焼け以外の原因による海藻成育環境の衰退・消失が現に生じ又は生じる恐れがある海域に対して低コストに実施でき、しかも磯焼けの防止、赤潮の発生防止、或いは藻場の造成や海藻成育環境の修復などに優れた効果が得られる水中の環境改善方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記の効果に加えて、青潮の発生防止にも優れた効果が得られる水中の環境改善方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、まず、本発明者らは海水などへのケイ素の溶出性などの点に優れ、しかも安価で且つ大量に入手することができ、広い海域に大量に投入することができる材料を見い出すべく検討を重ね、その結果、鉄鋼製造プロセスにおいて副生成物として得られる高炉水砕スラグがその条件に極めてよく合致すること、したがってこの高炉水砕スラグを磯焼けや赤潮が現に生じ又は生じる恐れがある海域、或いは磯焼け以外の原因による海藻成育環境の衰退・消失が現に生じ又は生じる恐れがある海域に沈設することにより、非常に有効な磯焼け防止対策や赤潮防止対策、或いは藻場造成や海藻成育環境の修復を低コストに実現できることを見い出した。
【００１９】
また、高炉水砕スラグを硫化水素が発生し易い水底に敷設することにより、上述した効果に加えて、硫化水素の発生及び海水の富栄養化とこれらにより引き起こされる青潮の発生を長期間に亘って抑制でき、しかも底質や水質の浄化作用も得られることが判った。また、敷設された高炉水砕スラグ層は硫化水素が少なく溶存酸素の多い状態となるため着生する生物にとって棲息しやすい環境となり、生物の着生基盤としても高い機能を有することが判った。
【００２０】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
［1］水中にケイ酸塩イオン放出源として、高炉水砕スラグを設置する水中の環境改善方法であって、外海に面した海域の岩礁帯であって且つ磯焼けが生じている海底部に、磯焼け防止材として高炉水砕スラグを通水性の容器又は袋に入れて設置することにより、磯焼け海域での藻場造成を行うことを特徴とする水中の環境改善方法。
［2］上記［1］の方法において、天然又は人工の海藻着生基盤の周囲又は近傍に高炉水砕スラグを設置することにより、磯焼け海域での藻場造成を行うことを特徴とする水中の環境改善方法。
【００２１】
［3］上記［2］の方法において、高炉水砕スラグを設置した後、人工の海藻着生基盤を設置することにより、磯焼け海域での藻場造成を行うことを特徴とする水中の環境改善方法。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明では、水中にケイ酸塩イオン放出源として高炉水砕スラグを設置するものであり、この高炉水砕スラグから水中に放出されるケイ酸塩イオンが珪藻類を増殖させ、その結果、磯焼けが現に生じ又は生じる恐れがある海域においては石灰藻の増殖が抑制されて磯焼けの発生が抑えられ或いは磯焼け海域に藻場を造成することができ、また、磯焼け以外の原因で海藻成育環境が現に衰退・消失し又は衰退・消失する恐れがある海域においては、海藻類を効果的に成育・増殖させることができる。また、同じく赤潮が現に生じ又は生じる恐れがある海域においては、赤潮の原因となる鞭毛類の増殖が抑制されて赤潮の発生が抑えられる。さらに、青潮発生を引き起こす硫化水素の発生や海水の富栄養化を生じている海域においては、上記の効果に加えて、高炉水砕スラグから水中に溶出したＣａＯが水中のｐＨを高めること、さらにはスラグ中に含まれるＣａＯに水中の硫化水素、燐などが固定されることなどにより、硫化水素の発生が抑制されるとともに水の富栄養化も抑制されるため、青潮の発生も抑えられる。
【００２８】
まず、本発明の水中の環境改善方法の一実施形態である、磯焼け海域の藻場造成法及び磯焼け防止法について説明する。
本発明の水中の環境改善法に基づく磯焼け海域の藻場造成法では、磯焼けが生じている海底部に磯焼け防止材（ケイ塩イオン放出源）として高炉水砕スラグを設置（沈設）するものである。
高炉水砕スラグは鉄鋼製造プロセスにおいて副生成物として大量に生産され、しかも非常に安価な材料であるため海中への大量投入が可能であり、例えば、１つの磯焼け発生海域に百万トンオーダーで投入することが可能である。本発明法では、基本的には磯焼け海域の海中（海底）に高炉水砕スラグをそのまま沈設すればよい。
【００２９】
高炉水砕スラグとしては、鉄鋼製造プロセスにおいて副生成物として得られたスラグのままのもの、或いはスラグを地鉄（鉄分）除去したもの、破砕処理したもの、地鉄除去の前又は後に破砕処理したものなどを用いることができる。また、高炉水砕スラグを磯焼け防止材として海中に沈設する際には、他の材料（例えば、製鋼スラグ、フライアッシュ、けい砂、山砂、海砂、粘土など）と混合した状態で用いることができるが、この場合でも所望のケイ酸塩溶出量を確保するために必要とされる量の高炉水砕スラグを用いる必要がある。
【００３０】
高炉水砕スラグはＳｉＯ２成分とＣａＯ成分とを多量に含むガラス質材料（一般に、ＳｉＯ２：３０mass％以上、ＣａＯ：３５mass％以上）であり、このため海水中に設置（沈設）された高炉水砕スラグは、これに含まれるＣａＯの溶解により生じたＣａイオンのケイ酸塩網目構造へのアタックによりケイ酸塩網目構造が分断され、この結果、海水中にケイ酸塩イオンを溶出させる。すなわち、高炉水砕スラグの場合には、水分子によるケイ酸塩網目構造の切断により徐々にケイ酸塩イオンが海水中に溶解する作用に加えて、スラグから溶解したＣａイオンによるケイ酸塩網目構造の分断によりケイ酸塩イオンが海水中に溶解する作用が得られ、したがって、このような高炉水砕スラグのケイ酸塩イオンの溶出機構は、先に従来技術として挙げた人工のガラス質材料と同様の水分子によるケイ酸塩イオンの溶出作用と、Ｃａイオンのアタックによるケイ酸塩イオンの溶出作用とが組み合わされたものとなり、人工のガラスよりもはるかにケイ酸塩が溶出しやすい。
【００３１】
さらに、高炉水砕スラグは高温の溶融状態にある高炉スラグ（溶融スラグ）を噴流水で急冷して得られるものであるため、その形態や組織において人工のガラス質材料には無い以下のような特質がある。
すなわち、一般に人工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のガラス質材料となり、しかも相当に細かい粒子（通常、Ｄ５０が１．０〜２．０ｍｍ程度の粒度）となる。また、同様の理由から高炉水砕スラグの粒子は角張った形状（表面に多数の尖った部分を有する形状）を有している。したがって、このような形態及び組織面での特質から、高炉水砕スラグは人工のガラス質材料を破砕装置で破砕して得られたような粒状物に較べて比表面積が格段に大きく、その分ケイ酸塩イオンが溶出しやすいという特徴がある。さらに、高炉水砕スラグ粒子表面に多数存在する尖った部分は微細な形態であるため、微細な粉体が成分の溶解性が高いのと同様に、ケイ酸塩の溶解に非常に適している。
【００３２】
また、上記のような形態上の特徴から、高炉水砕スラグの積層物は人工のガラス質材料を破砕装置で破砕して得られたような粒状物の積層物に較べて充填間隙が大きく、通水性に優れている。このため高炉水砕スラグの積層物から溶出するケイ酸塩イオンは、人工のガラス質材料のそれに較べて積層物の外部に拡散し易いという特徴がある。
【００３３】
また、高炉水砕スラグはＣａイオンを溶出するため、海中に設置された場合に硫化水素の発生抑制効果を有し、このため高炉水砕スラグの積層物内では硫酸還元が起こりにくく、天然の砂やガラスの積層物内に較べて硫化水素が少なく溶存酸素の多い状態となる。この状態は着生する生物にとって棲息しやすい状態であると言え、したがって、海中に設置された高炉水砕スラグはケイ酸塩イオンの供給源であるとともに、生物の着生基盤としても機能し、この点からも磯焼けの改善に有効である。
【００３４】
ところで、鉄鋼製造プロセスにおいて副生成物として得られるスラグとしては、高炉水砕スラグ以外にも高炉徐冷スラグや製鋼スラグ（例えば、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、電気炉製鋼スラグなど）などがあるが、これらのスラグ粒子は組織が緻密で高炉水砕スラグのような多孔質組織ではなく、しかも、スラグ粒子の粒径も高炉水砕スラグに較べて格段に大きく、またこれを粉砕処理した場合でも個々のスラグ粒子の形状は高炉水砕スラグのような角張った形状（表面に多数の尖った部分を有する形状）にはならない。このため比表面積は高炉水砕スラグに較べて格段に小さい。また、高炉徐冷スラグは、硫化物の溶出量が大きいため、海水のＣＯＤを高めたり、スラグ積層物の充填間隙中で硫化水素の濃度が高くなるという問題がある。また、製鋼スラグの多くはＳｉＯ２の含有量が少なくＣａＯの含有量が多いため、この面からもケイ酸塩の溶解量が少ない。したがって、これらのスラグからは海水中へのケイ酸塩イオンの供給が十分にできず、いずれも本発明法で用いる磯焼け防止材には適さない。
【００３５】
なお、高炉水砕スラグの塩基度は四成分塩基度（ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２で１．６〜２．５、望ましくは１．６〜２．０であることが好ましい。高炉水砕スラグの上記塩基度が１．６未満ではスラグ中でのＳｉＯ２の安定度が高まるためケイ酸塩イオンの海水中への溶出性が低下する傾向がある。一方、上記塩基度が２．０を超え、特に２．５を超えるとスラグ中の結晶質の量が増加し、ケイ酸塩の溶出と同時にＣａの溶出も増加するため、ケイ酸塩がＣａと沈殿物を生成してケイ酸塩の海水中への供給量が低下する場合がある。
【００３６】
珪藻類の増殖に必要な海水中のケイ酸塩イオンの濃度は１０μmol／Ｌ以上とされているが、このようなケイ酸塩イオン濃度は高炉水砕スラグからなる磯焼け防止材の設置によって容易に達成される。これにより海底の海藻着生基盤表面に珪藻類が安定的に繁殖し、この結果、石灰藻の増殖が抑えられるとともに、昆布やアラメなどの大型の海藻類が繁殖する。また、海藻着生基盤表面に繁殖した珪藻類は、石灰藻とは異なり魚介類の餌となるため、珪藻類が繁殖すれば磯焼け海域において水産資源が増加する。また、高炉水砕スラグからのケイ酸塩イオンの溶出は長期間継続するため、珪藻類の増殖及びこれに伴う磯焼け防止効果も長期間に亘って継続することになる。
【００３７】
次に、本発明法に基づく磯焼け海域の藻場造成法の特に好ましい実施形態について説明する。
この藻場造成法では、磯焼けが生じている海底部において海藻着生基盤の周囲又は近傍に高炉水砕スラグを設置するのが好ましい。これにより高炉水砕スラグから溶出したケイ酸塩イオンにより海藻着生基盤周囲の海水が高ケイ酸塩濃度化し、海藻着生基盤に珪藻類を効果的に繁殖させることができる。
【００３８】
海藻着生基盤は天然又は人工のいずれでもよく、前者の場合は岩礁などであり、後者の場合には鋼製ブロック、コンクリートブロック、天然石、スラグ塊などである。また、この後者の場合には、磯焼け防止材を設置した後に海藻着生基盤を設置してもよい。人工の海藻着生基盤を設置する海底は、岩礁帯、砂地などを問わない。
【００３９】
磯焼けが生じるのは外海に面した海域が多く、一般にこのような海域は海流が速いので、高炉水砕スラグをそのまま海底に設置すると海流により流失してしまうおそれがある。したがって、このような海域では高炉水砕スラグを通水性の容器又は袋に入れて設置することが好ましく、この場合も上記と同様の形態で海底に設置すればよい。
【００４０】
また、磯焼け防止材は、現に磯焼けを生じている海域だけでなく、磯焼けが生じる恐れのある海底部に設置することができる。すなわち、本発明の水中の環境改善方法の他の実施形態である磯焼け防止方法では、磯焼けが生じる恐れがある海底部に、磯焼け防止材として高炉水砕スラグを設置することにより、当該海域での磯焼けを予防する。この場合も高炉水砕スラグは、先に述べたものと同様の形態で設置される。
なお、上述したように本発明法に基づく磯焼け海域の藻場造成法や磯焼け防止法が適用される主たる海域（磯焼けを現に生じ又は生じる恐れのある海域）は主として外海に面した海域であり、したがって所謂赤潮が生じるような河川流入栄養塩などにより富栄養化した海域とは対照をなすような海域である。
【００４１】
次に、本発明の水中の環境改善方法の他の実施形態である、赤潮防止法について説明する。
この赤潮防止方法では、海水域などの水中（以下、海水中に適用する場合について説明する）に赤潮防止材として高炉水砕スラグを設置（沈設）する。
先に述べたように、高炉水枠スラグは鉄鋼製造プロセスにおいて副生成物として大量に生産され、しかも非常に安価な材料であるため海中への大量投入が可能であり、例えば、１つの赤潮多発海域に百万トンオーダーで投入することが可能である。一般に、赤潮が発生する海域は富栄養化が進んだ内海や湾に多く、基本的にはそのような海域の海中（海底）に高炉水砕スラグをそのまま沈設すればよい。
【００４２】
高炉水砕スラグとしては、鉄鋼製造プロセスにおいて副生成物として得られたスラグのままのもの、或いはスラグを地鉄（鉄分）除去したもの、破砕処理したもの、地鉄除去の前又は後に破砕処理したものなどを用いることができる。また、高炉水砕スラグを海中に沈設する際には、他の材料（例えば、製鋼スラグ、フライアッシュ、けい砂、山砂、海砂、粘土など）と混合した状態で用いることができるが、この場合でも所望のケイ素（ケイ酸塩イオン）溶出量を確保するために必要とされる量の高炉水砕スラグを用いる必要がある。
【００４３】
上述したように高炉水砕スラグはＳｉＯ２成分とＣａＯ成分とを多量に含むガラス質材料（一般に、ＳｉＯ２：３０mass％以上、ＣａＯ：３５mass％以上）であり、このため海水中に設置（沈設）された高炉水砕スラグは、これに含まれるＣａＯの溶解により生じたＣａイオンのケイ酸塩網目構造へのアタックによりケイ酸塩網目構造が分断され、この結果、海水中にケイ酸塩イオンを溶出させる。すなわち、高炉水砕スラグの場合には、水分子によるケイ酸塩網目構造の切断により徐々にケイ酸塩イオンが海水中に溶解する作用に加えて、スラグから溶解したＣａイオンによるケイ酸塩網目構造の分断によりケイ酸塩イオンが海水中に溶解する作用が得られ、したがって、このような高炉水砕スラグのケイ酸塩イオンの溶出機構は、先に従来技術として挙げた人工のガラス質材料と同様の水分子によるケイ酸塩イオンの溶出作用と、Ｃａイオンのアタックによるケイ酸塩イオンの溶出作用とが組み合わされたものとなり、人工のガラスよりもはるかにケイ酸塩が溶出しやすい。
【００４４】
さらに、高炉水砕スラグは高温の溶融状態にある高炉スラグ（溶融スラグ）を噴流水で急冷して得られるものであるため、その形態や組織において人工のガラス質材料には無い以下のような特質がある。
すなわち、一般に人工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のガラス質材料となり、しかも相当に細かい粒子（通常、Ｄ５０が１．０〜２．０ｍｍ程度の粒度）となる。また、同様の理由から高炉水砕スラグの粒子は角張った形状（表面に多数の尖った部分を有する形状）を有している。したがって、このような形態及び組織面での特質から、高炉水砕スラグは人工のガラス質材料を破砕装置で破砕して得られたような粒状物に較べて比表面積が格段に大きく、その分ケイ酸塩イオンが溶出しやすいという特徴がある。さらに、高炉水砕スラグ粒子表面に多数存在する尖った部分は微細な形態であるため、微細な粉体が成分の溶解性が高いのと同様に、ケイ酸塩の溶解に非常に適している。
【００４５】
また、上記のような形態上の特徴から、高炉水砕スラグの積層物は人工のガラス質材料を破砕装置で破砕して得られたような粒状物の積層物に較べて充填間隙が大きく、通水性に優れている。このため高炉水砕スラグの積層物から溶出するケイ酸塩イオンは、人工のガラス質材料のそれに較べて積層物の外部に拡散し易いという特徴がある。
【００４６】
なお、高炉水砕スラグはＣａイオンを溶出するため、海中に設置された場合に硫化水素の発生抑制効果を有し、このため高炉水砕スラグの積層物内では硫酸還元が起こりにくく、天然の砂やガラスの積層物内に較べて硫化水素が少なく溶存酸素の多い状態となる。この状態は着生する生物にとって棲息しやすい状態であると言え、したがって、海中に設置された高炉水砕スラグはケイ酸塩イオンの供給源であるとともに、生物の着生基盤としても機能することができる。
【００４７】
先に述べたように鉄鋼製造プロセスにおいて副生成物として得られるスラグとしては、高炉水砕スラグ以外にも高炉徐冷スラグや製鋼スラグ（例えば、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、電気炉製鋼スラグなど）などがあるが、これらのスラグ粒子は組織が緻密で高炉水砕スラグのような多孔質組織ではなく、しかも、スラグ粒子の粒径も高炉水砕スラグに較べて格段に大きく、またこれを粉砕処理した場合でも個々のスラグ粒子の形状は高炉水砕スラグのような角張った形状（表面に多数の尖った部分を有する形状）にはならない。このため比表面積は高炉水砕スラグに較べて格段に小さい。また、高炉徐冷スラグは、硫化物の溶出量が大きいため、海水のＣＯＤを高めたり、スラグ積層物の充填間隙中で硫化水素の濃度が高くなるという問題がある。また、製鋼スラグの多くはＳｉＯ２の含有量が少なくＣａＯの含有量が多いため、この面からもケイ酸塩の溶解量が少ない。したがって、これらのスラグからは海水中へのケイ酸塩イオンの供給が十分にできず、いずれも本発明法で用いる赤潮防止材には適さない。
【００４８】
なお、高炉水砕スラグの塩基度は四成分塩基度（ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２で１．６〜２．５、望ましくは１．６〜２．０であることが好ましい。高炉水砕スラグの上記塩基度が１．６未満ではスラグ中でのＳｉＯ２の安定度が高まるためケイ酸塩イオンの海水中への溶出性が低下する傾向がある。一方、上記塩基度が２．０を超え、特に２．５を超えるとスラグ中の結晶質の量が増加し、ケイ酸塩の溶出と同時にＣａの溶出も増加するため、ケイ酸塩がＣａと沈殿物を生成してケイ酸塩の海水中への供給量が低下する場合がある。
【００４９】
また、本発明法に基づく赤潮防止法において高炉水砕スラグを海中に設置する場合の特に好ましい実施形態は以下の通りである。
この赤潮防止方法において、高炉水砕スラグは水深１５ｍ以内（以浅）、好ましくは１０ｍ以内（但し、いずれも干潮時の水深）に設置するのが望ましい。これは、高炉水砕スラグの設置深度があまり大きいと溶出したケイ酸塩イオンが表層海水に到達しにくくなり、表層海水のケイ酸塩濃度を高める上で効率が悪いからである。
【００５０】
また、赤潮発生海域が沿岸に近い場合（例えば、沿岸から数ｋｍ以内の場合）には、図１に示すように水深１５ｍ以内、好ましくは１０ｍ以内の海底を覆うように高炉水砕スラグＡを敷設すればよく、この高炉水砕スラグＡから溶出したケイ酸塩イオンにより沿岸海域の海水が高ケイ酸塩濃度化し、この海水が海流によって沖合に流されるため、その海域一帯の表層海水のケイ酸塩濃度が高まり、珪藻類を効果的に増殖させることができる。
【００５１】
高炉水砕スラグを海底に設置するには、図１（ａ）に示すように高炉水砕スラグＡをそのまま海底に設置する以外に、図１（ｂ）に示すように高炉水砕スラグＡを通水性の容器又は袋に入れて設置することも可能である。この方法は設置する海域の海流が速い場合に、高炉水砕スラグの流出を防止するのに有効である。また、図１（ａ）のように高炉水砕スラグをそのまま海底に設置する場合には、後述する図８に示すような潜堤（例えば、製鋼スラグ塊を積み上げることにより構築される潜堤）を高炉水砕スラグＡの周囲に設置することで、高炉水砕スラグの流出を防止するようにしてもよい。
【００５２】
一方、赤潮発生海域が沿岸から離れた沖合の場合（例えば、沿岸から数ｋｍ以上離れた沖合の場合）には、図１のように沿岸に高炉水砕スラグを設置する方法でもよいが、この方法の場合には、高炉水砕スラグの設置により高ケイ酸塩濃度化した海水が海流よって赤潮発生海域に安定的に流れ込まなければならなず、事前に海流などの調査が必要となる。したがって、赤潮発生海域が沿岸から離れた沖合の場合は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように沖合の赤潮発生海域にブイや筏等の浮体Ｂを浮かべ、この浮体Ｂに高炉水砕スラグＡを入れた通水性の袋又は容器を保持させるようにすることが好ましい。また、この場合にも袋又は容器は水深１５ｍ以内、望ましくは１０ｍ以内に設置することが好ましい。
【００５３】
このような方法によれば、赤潮発生海域に対して高炉水砕スラグから直接ケイ酸塩イオンを供給することができ、赤潮発生海域の表層海水が容易に高ケイ酸塩濃度化し、珪藻類を効果的に増殖させることができる。また、この方法によれば浮体Ｂはアンカーで水底などに固定されるので、高炉水砕スラグの流出の恐れもない。
また、浮体Ｂとしては海面上に浮設されるもののほかに、海面下に浮設されるものでもよい。
【００５４】
図２（ａ）は、海面に浮設されたブイＢ１を利用したもので、ブイＢ１を海底に係留するロープＣに適当な間隔で高炉水砕スラグＡを入れた通水性の袋又は容器を固定したものである。また、図２（ｂ）は、海面に浮設された筏Ｂ２を利用したもので、筏Ｂ２を海底に係留するロープＣに適当な間隔で高炉水砕スラグＡを入れた通水性の袋又は容器を固定したものである。さらに、図２（ｃ）は海面に浮設されたブイＢ１を海底に係留するロープＣに適当な間隔で板状又は箱状などの支持基盤Ｄを取付け、この支持基盤Ｄに高炉水砕スラグＡそのもの又はこれを入れた通水性の袋又は容器を載せたものである。
【００５５】
高炉水砕スラグＡを入れた通水性の袋又は容器を浮体Ｂに保持させる構造は図２の形態に限定されるものではなく、例えば、上記袋又は容器を適当な固定手段により浮体Ｂの下部に直接取り付けるようにしてもよい。
また、高炉水砕スラグを沿岸又は沖合に設置する場合においては、高炉水砕スラグを入れた通水性の袋又は容器を水底または陸上に支持基盤を持つ構造物（例えば、海洋構造物）に保持させること、例えば構造物から吊り下げるようにすることもできる。
【００５６】
珪藻類の増殖に必要な海水中でのケイ酸塩イオンの濃度は１０μmol／Ｌ以上とされているが、このようなケイ酸塩イオン濃度は本発明法により高炉水砕スラグを海中に設置すること、好ましくは水深１５ｍ以内（より好ましくは水深１０ｍ以内）の海中に設置することによって容易に達成される。これにより表層海水中に珪藻類（シャットネラなどの鞭毛藻類の競合種）が安定的に繁殖し、赤潮の原因となるシャットネラなどの鞭毛藻類の異常増殖が防止される。また、珪藻類の安定的な繁殖は、これを食料とする魚介類の増殖にも効果があり、水産資源の増加にも効果がある。また、高炉水砕スラグからのケイ酸塩イオンの溶出は長期間継続するため、珪藻類の増殖及びこれに伴う赤潮防止効果も長期間に亘って継続することになる。
【００５７】
本発明法に基づく赤潮防止法が適用される主たる海域（旧来の赤潮多発海域）は主として内海や湾などにおいて河川流入栄養塩などにより富栄養化した海域であり、したがって所謂“磯焼け”が生じるような海域とは対照をなすような海域である。
また、以上の実施形態では本発明を海水域に適用する場合について説明したが、赤潮は汽水域や淡水域でも発生するものであり、したがって、本発明に基づく赤潮防止方法はこれらの水域に対しても適用することができる。
【００５８】
本発明の水中の環境改善方法の具体的な実施形態としては、以上説明した形態、すなわち磯焼け海域の藻場造成法、磯焼け防止法、赤潮防止法以外にも、例えば、磯焼け以外の原因で海藻成育環境が衰退・消失した海域の環境改善法（修復）等などがある。
このような環境改善法においても、使用される高炉水砕スラグの組成や性状、高炉水砕スラグの敷設形態、高炉水砕スラグからのケイ酸塩イオンの溶出機構、その他の高炉水砕スラグの機能などは、先に磯焼け海域の藻場造成法や磯焼け防止法に関して述べたものと同様である。
【００５９】
次に、本発明の水中の環境改善方法の他の実施形態について説明する。
この実施形態では、高炉水砕スラグを硫化水素の発生源となる水底に敷設し、上述したケイ酸塩イオンの水中への放出による効果に加えて、硫化水素の発生（さらには、海水の富栄養化）とこれにより引き起こされる青潮の発生を抑制する。
硫化水素の主要な発生源は水が停滞しやすく、且つ有機物が堆積し、酸素消費量が多いヘドロ状の水底部であり、特に土砂採取等によって水底が部分的に掘られ、比較的深さのある凹部が形成された水底部において硫化水素が発生しやすい。すなわち、このような凹部内では水が停滞する結果、特に夏期において著しい無酸素状態となり、有機物の腐敗やバクテリア（硫酸還元菌）の作用によって大量の硫化水素が発生し、硫化水素を含んだ大量の無酸素水塊が生じる。このように凹部内で硫化水素が大量発生すると、凹部内やその周囲の棲息生物が減少するだけでなく、硫化水素を含んだ上記水塊が周辺水域に流出し、所謂青潮の発生に至る。また、凹部以外の水底部であっても、水が停滞しやすく且つ有機物が堆積して酸素消費量が多いヘドロ状の水底部では、同様に硫化水素が発生して硫化水素を含んだ無酸素水塊が生じ、底棲生物のへい死を招いたり、無酸素水塊が周辺水域に流出して青潮を発生させたりする。したがって、このような硫化水素発生源となる有機物が堆積した水底部に高炉水砕スラグを敷設し、或いは同じく有機物が堆積した凹部内に当該凹部を埋めるようにして高炉水砕スラグを敷設することにより、硫化水素の発生とこれにより引き起こされる青潮の発生を抑えることができる。
【００６０】
高炉水砕スラグを敷設する対象となる水底の凹部とは、通常は土砂採取や浚渫等によって水底に人為的に形成された穴状または溝状の凹部であるが、これに限定されるものではなく、例えば、自然に形成された水底の凹部や、土砂採取や元々の地形により傾斜面や浅い凹部が形成されている水底にケーソン等を設置することで人工的に形成された凹部等も対象となる。また、対象となる水域としては、港湾を含む海、河川、河口、湖沼等のいずれでもよい。一般に凹部が形成される水底は泥質又は砂質である。
【００６１】
高炉水砕スラグを水底の凹部内に敷設する場合、敷設した敷設材（高炉水砕スラグ）上面により形成される水底面は、その周囲の水底面と略同等かそれ以上の高さを有することが好ましいが、少なくとも、敷設された敷設材により形成される水底面Ａの平均水深ｄ１と凹部周囲（凹部近傍の周囲）の水底面Ｂの平均水深ｄ０との差［ｄ１−ｄ０］が２ｍ以下、好ましくは１ｍ以下（但し、いずれも［ｄ１−ｄ０］がマイナス値の場合を含む）となるようにすることが好ましい。この差［ｄ１−ｄ０］が２ｍ以下、好ましくは１ｍ以下であれば、凹部が十分に浅くなるため凹部内外での水の流出入が円滑に行われるようになり（すなわち、凹部内での水の停滞がなくなる）、夏期等に凹部内の水が無酸素状態になるような現象が適切に防止できる。
【００６２】
ここで、敷設材上面により形成される水底面Ａの平均水深ｄ１とは、敷設材により形成される水底面Ａに起伏や凹凸があるために水深にバラツキがある場合に、その水底面を平らに均した際の水深であり、また、凹部周囲（凹部近傍の周囲）の水底面Ｂの平均水深ｄ０とは、凹部周囲の水底面Ｂに起伏や凹凸があるために水深にバラツキがある場合に、その水底面を平らに均した際の水深である。
【００６３】
上述したような高炉水砕スラグの作用からして、敷設材としては高炉水砕スラグ１００％が最も好ましいと言えるが、高炉水砕スラグとそれ以外の素材、例えば製鋼スラグ等の高炉水砕スラグ以外のスラグやスラグ以外の素材を併用してもよい。高炉水砕スラグ以外の鉄鋼製造プロセスで発生するスラグとしては、高炉で発生する高炉徐冷スラグ、予備処理、転炉、鋳造等の工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグ等の製鋼スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグ等を挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、また２種以上のスラグを混合して用いることもできる。また、これらのスラグは、水和処理、炭酸化処理、エージング、水和硬化、炭酸化硬化等を経たものを用いてもよい。また、スラグ以外の素材としては、資源のリサイクルという観点からは都市ゴミスラグ、廃コンクリート、モルタルや耐火物の廃材等が好ましいが、それ以外に例えば建設発生残土、フライアッシュ、天然砂、天然石等を用いてもよい。
また、都市ゴミスラグや廃コンクリート等は、水和処理、炭酸化処理、エージング、水和硬化、炭酸化硬化等を経たものを用いてもよい。
【００６４】
敷設材として高炉水砕スラグとそれ以外の素材とからなるものを用いる場合、上述したような高炉水砕スラグによる作用を適切に得るために、凹部に敷設された敷設材の５０mass％以上、好ましくは８０mass％以上が高炉水砕スラグで構成されることが望ましい。また、その場合には高炉水砕スラグとそれ以外の素材が混合されるか、又は高炉水砕スラグが上層側、それ以外の素材が下層側になるようにして凹部内に敷設されることが好ましい。
【００６５】
また、上層を高炉水砕スラグを含む敷設材で構成し、下層をそれ以外の素材からなる敷設材で構成する場合、上述したような高炉水砕スラグによる作用を適切に得るために、上層中の高炉水砕スラグの含有率は６０mass％以上、好ましくは８０mass％以上とすることが望ましい。
また、このように凹部内の敷設材の上層を高炉水砕スラグ又は高炉水砕スラグを６０mass％以上（好ましくは８０mass％以上）含む敷設材で構成する場合、この上層の厚みは０．１ｍ以上、好ましくは０．５ｍ以上とすることが望ましい。この上層の厚みが０．１ｍ未満では、その下方の硫化水素を含んだ水が簡単に通過してしまい、上述したような作用が十分に得られなくなる恐れがある。また、厚みが０．１ｍ未満では施工の際の厚み管理自体も難しくなる。また、特にこの上層の厚みが１ｍ以上あれば、当該上層部は底泥と混合しなくなるため、スラグが固結するようなことがなく、このため生物の棲息環境として好適な砂質水底を提供できる。
【００６６】
なお、高炉水砕スラグとともに他のスラグを使用する場合において、脱珪スラグ、脱炭スラグ等の製鋼スラグを用いた場合、これらのスラグは酸化鉄の含有量が高いため高炉水砕スラグ等に較べて硫化水素や燐を固定化する作用が大きいという特徴がある。このため、例えば凹部内の敷設材の下層を製鋼スラグ又は製鋼スラグを含む敷設材で構成することにより、底泥中の硫化水素や燐を効果的に固定することができる。下層を製鋼スラグを含む敷設材で構成する場合、下層中の製鋼スラグの含有率は６０mass％以上、好ましくは８０mass％以上とすることが望ましい。下層中の製鋼スラグの含有率が６０mass％未満では、上述した製鋼スラグに特有の作用が十分に得られない。
【００６７】
また、このように凹部内の敷設材の下層を製鋼スラグ又は製鋼スラグを６０mass％以上（好ましくは８０mass％以上）含む敷設材で構成する場合、この下層の厚みは０．１ｍ以上、好ましくは０．３ｍ以上とすることが望ましい。この下層の厚みが０．１ｍ未満では、製鋼スラグによる泥質中の硫化水素や燐の固定が十分に行われる前に、硫化水素や燐を含んだ水がこの下層を通過してしまい、硫化水素や燐の固定化作用が十分に得られなくなるおそれがある。また、厚みが０．１ｍ未満では、施工の際の厚み管理自体も難しくなる。
【００６８】
以上述べたような各スラグの特性からして、凹部内への敷設材の敷設形態としては、例えば、以下のようなものが考えられる。
▲１▼ 敷設材の全部：高炉水砕スラグ
▲２▼ 敷設材の上層：高炉水砕スラグ、敷設材の下層：高炉水砕スラグ以外のスラグ及び／又はスラグ以外の素材
▲３▼ 敷設材の上層：高炉水砕スラグ、敷設材の下層：製鋼スラグ
▲４▼ 敷設材の上層：高炉水砕スラグ、敷設材の中層：スラグ以外の素材又はスラグとスラグ以外の素材との混合物、敷設材の下層：製鋼スラグ
【００６９】
図５(a)〜(d)は、それぞれ水底の凹部１に敷設材２（高炉水砕スラグ又は高炉水砕スラグを含む敷設材）を敷設した状態を示しており、図５(a)に示すように、敷設材２はこれにより形成される水底面Ａの平均水深ｄ１と凹部周囲の水底面Ｂの平均水深ｄ０との差［ｄ１−ｄ０］が２ｍ以下、好ましくは１ｍ以下となるように（特に好ましくは、敷設材２により形成される水底面Ａが凹部周囲の水底面Ｂと略同等かそれ以上の高さとなるように）敷設される。
【００７０】
図５(a)は、高炉水砕スラグ１００％の敷設材２又は高炉水砕スラグとそれ以外の素材（例えば、廃コンクリート）とを混合した敷設材２を凹部１内に敷設した実施形態を示している。また、図５(b)は、敷設材２として高炉水砕スラグとそれ以外の素材を用いたもので、高炉水砕スラグ以外の素材２１（例えば、廃コンクリート）を下層側に、高炉水砕スラグ２０を上層側にそれぞれ敷設した実施形態を示している。また、図５(c)は、敷設材２として高炉水砕スラグ２０ａとその他のスラグ２０ｂ（例えば、製鋼スラグ）を用いたもので、高炉水砕スラグ２０ａを上層側に、それ以外のスラグ２０ｂを下層側にそれぞれ敷設した実施形態を示している。さらに、図５(d)は、浅い凹部が形成されている水底にケーソン３を設置することで人工的に形成された凹部１内に敷設材２（例えば、上記(a)〜(c)のような形態の敷設材）を敷設した実施形態を示している。
また、凹部以外の水底に敷設材を敷設する場合も、敷設材中の高炉水砕スラグの含有率は６０mass％以上、好ましくは８０mass％以上とすることが望ましく、特に高炉水砕スラグのみからなる敷設材が最も好ましい。高炉水砕スラグ以外の敷設材としては、上述した各種スラグや都市ゴミスラグ、廃コンクリート等を用いることができる。また、敷設材の厚みは、上述したと同様の理由から０．１ｍ以上、好ましくは０．５ｍ以上とすることが望ましい。
【００７１】
以上のようにして水底に敷設された高炉水砕スラグは、以下のような機構により青潮の発生原因である硫化水素の発生や水の富栄養化を抑制する。すなわち、高炉水砕スラグは多量のＣａＯを含んでいるが、この高炉水砕スラグ中に含まれるＣａＯが水中に溶出することによって水中のｐＨが適度に高められ、この結果、硫化水素を発生させる硫酸還元菌の活動が抑制される。また、高炉水砕スラグに含まれるＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ３によって水中の硫化水素を固定化することにより、水中の硫化水素の低減化が図られる。さらに、高炉水砕スラグ中に含まれるＣａＯによって水中の燐が吸着・固定され、青潮発生等の要因の一つである水の富栄養化が抑制される。このため高炉水砕スラグを水底、特に水の停滞を生じ易い水底の凹部に敷設した場合、凹部内の底泥からの硫化水素の発生が抑制されるとともに、敷設材上部層の間隙水中での硫化水素の発生も抑制され、さらに、スラグ粒子への硫化水素や燐の固定化作用による水質浄化作用も得られる。また、敷設材の上部層は硫化水素が少なく溶存酸素の多い状態となるため着生する生物にとって棲息しやすい環境となり、生物の着生基盤としても高い機能を有することになる。
【００７２】
また、高炉水砕スラグは上述したようにガラス質であることから、他のスラグに較べて含有成分の溶出や水中又は底泥中の成分との反応が非常にゆっくりと進行する。このため水中のｐＨを急激に上昇させたり、底質・水質の改善効果が短期間で消失することがない。さらに、高炉水砕スラグは白色で天然砂と同様の外観を有しており、砂質域の生物が棲息するのに適した環境を提供できる利点もある。また言うまでもなく、水底に敷設された高炉水砕スラグはケイ酸塩イオンの放出源として機能し、先に述べたような機構により水中にケイ酸塩イオンを溶出して珪藻類の増殖に寄与する。
【００７３】
また、以上のような作用効果に加えて、高炉水砕スラグを水底に形成された凹部の敷設材として使用した場合には、下記(a)，(b)の作用効果が得られる。
(a) 敷設材の沈下抑制効果
天然砂や天然石を水底の凹部に敷設した場合、凹部の内壁に敷設材による大きな圧力が作用し、敷設後ある程度の期間が過ぎると敷設材が凹部の内壁を押し広げて水平方向に広がってしまい、その結果、敷設当初は周囲の水底面と略同レベルであった敷設材の上面レベル（水底面）が大きく沈下し、これより水の停滞を生じるような凹部が再び形成されてしまうという問題がある。
【００７４】
これに対して高炉水砕スラグの粉粒物は、天然砂や天然石に較べて内部摩擦角がかなり大きく、このため高炉水砕スラグを水底の凹部に敷設した場合、敷設材から凹部の内壁に作用する圧力が比較的小さい。このため天然砂や天然石を用いた場合のように敷設材が凹部の内壁を押し広げて水平方向に広がってしまう現象が生じにくく、敷設材の上面レベル（水底面）の沈下も生じにくい。特に、高炉水砕スラグは他のスラグに較べても内部摩擦角が大きく、このため凹部内壁に対する圧力が小さく、また他のスラグに較べて嵩密度も小さいため、自重による沈下も起こりにくい。したがって、敷設材の上面レベル（水底面）の沈下も最小限に抑えることができる。
【００７５】
これを図６及び図７に基づいて説明する。図６は敷設材として天然砂や天然石を用いた従来法、図６は敷設材として高炉水砕スラグを用いた本発明法を示している。まず、従来法のように天然砂や天然石を水底の凹部１に敷設した場合（図６(a)）、凹部１の内壁に敷設材２による大きな圧力Ｆが作用し、敷設後ある程度の期間が過ぎると、図６(b)に示すように敷設材２が凹部１の内壁を押し広げて水平方向に広がってしまう。その結果、敷設当初は周囲の水底面Ｙと略同レベルであった敷設材の水底面Ｘが沈下し、これより再び凹部１′が形成されてしまう。これに対して高炉水砕スラグを水底の凹部１に敷設した場合（図７(a)）、高炉水砕スラグは天然砂や天然石に較べて内部摩擦角がかなり大きいため、敷設材２から凹部１の内壁に作用する圧力Ｆが小さい。このため図７(b)に示すように敷設材２が凹部１の内壁を押し広げて水平方向に広がってしまう現象が生じにくく、敷設材２の水底面Ｘの沈下も生じにくい。
【００７６】
(b) 敷設材投入の際の浮泥発生防止効果
敷設材を水底に敷設する場合、敷設材を船で敷設場所に運搬し、これを船上から直接又はシュート等を介して硫化水素の発生源となる水底に投入することになるが、この際、水底を構成する泥質や堆積したヘドロが水中に巻き上げられて大量の浮泥が発生し、この浮泥により周辺水域の水質や水底が汚染されてしまうという問題がある。ここで、高炉水砕スラグは比較的多量の未反応Ｃａを含んでおり、このため個々のスラグ粒子の表面にも未反応Ｃａが存在している。このため敷設材として高炉水砕スラグを船上から水底に投入した場合、水底を構成する泥質や堆積したヘドロが水中に巻き上げられて大量の浮泥が発生するが、浮泥は水底に降下する途中のスラグの表面に存在するＣａ基により凝集・捕捉され、スラグとともに水底に沈降する。特に、スラグは天然砂や天然石等に較べて真比重が大きいので、浮泥を凝集・捕捉したスラグは水底に速やかに沈降する。この結果、敷設材の水底への投入に伴う浮泥の発生と、この浮泥による周辺水域の水質や水底の汚染が適切に防止できる。
【００７７】
以上述べた本発明の各実施形態は、海岸に面した所謂浅場の造成又は修復を兼ねて行ってもよい。すなわち、主に海岸に面した海域において海藻類や魚介類の成育・棲息に適した所謂浅場が海砂の流失や浚渫などにより衰退・消失する場合があり、このような海底部を本来の浅場としての環境に造成又は修復することを兼ねて、その海底部に覆砂材等として高炉水砕スラグを敷設することができる。このようにして敷設された高炉水砕スラグは、生物の棲息に適した底質を提供する。
またこの場合、海流等による高炉水砕スラグの流失を防止するため、敷設された高炉水砕スラグの周囲に潜堤を設置することが好ましい。また、高炉水砕スラグの敷設領域には人工の海藻着生基盤や漁礁を設置し、海藻類や魚介類の成育・棲息環境を整えることが好ましい。
【００７８】
高炉水砕スラグの流失を防止するための潜堤は任意の材料で構成することができるが、塊状スラグ（鉄鋼製造プロセスで発生した塊状スラグ）を積み上げて潜堤を構築することにより、例えばコンクリート製品を用いたり、コンクリート構造物を構築したりすることなく、簡易且つ安価に潜堤を形成することができる。高炉水砕スラグが元々粒状の形態であるのに対して、製鋼スラグ等は塊状のものが得られやすく且つ比重も大きいため、これを所定の高さに積み上げることにより堅牢な潜堤を構築することができ、しかもスラグが塊状であるため海流等により消失する恐れもない。また、先に述べたように製鋼スラグには底質や水質を浄化する作用もあるため、水中の環境改善にも寄与できるという利点がある。
【００７９】
使用する塊状スラグとしては、高炉で発生する高炉徐冷スラグ（但し、この高炉徐冷スラグは水中でＳが溶出しないようにするため、十分にエージング処理したものが好ましい）、予備処理、転炉、鋳造等の工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグ等の製鋼スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグ等が挙げられ、これらの２種以上を用いてもよい。またこれらのスラグなかでも、高比重であるという点では脱炭スラグ、鋳造スラグが特に好ましい。またスラグの大きさとしては、一般に塊径が３０ｍｍ程度以上のものが好ましい。
また、上記潜堤は後述するようなスラグを主原料とするブロック、すなわち、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする粉粒状原料を炭酸反応で生成させたＣａＣＯ３を主たるバインダーとして固結させて得られたブロック、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする水和硬化体ブロックなどで構成することもできる。これらのブロックを適当に積み上げることにより、堅牢な潜堤を構築することができる。これらと上記塊状スラグを併用してもよい。
【００８０】
高炉水砕スラグの敷設領域に設置される人工の海藻着生基盤や漁礁は、自然石、ブロック、鋼製構造体等の任意のもので構成することができるが、特に、上述したような鉄鋼製造プロセスで発生した塊状スラグ、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグ（鉄鋼スラグ）を主原料とする粉粒状の原料を炭酸固化させて得られたブロック、或いは同じく鉄鋼スラグを主原料とする水和硬化体ブロックなどを用いるのが好ましい。
【００８１】
これらのうち鉄鋼製造プロセスで発生した塊状スラグについては、先に述べた通りである。
また、主原料である鉄鋼スラグを炭酸固化させて得られたブロックとしては、例えば特許第３１７５６９４号で提案されている、鉄鋼スラグを主原料とする粉粒状原料を炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ３（場合によっては、さらにＭｇＣＯ３）を主たるバインダーとして固結させ、塊状させたものを用いることができる。また、鉄鋼スラグとしては、先に挙げたような各種スラグ、すなわち高炉で発生する高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ、予備処理、転炉、鋳造等の工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグ等の製鋼スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグ等を用いることができる。
【００８２】
このような鉄鋼スラグを炭酸固化させて得られたブロック（石材）は、▲１▼スラグ中に含まれるＣａＯ（またはＣａＯから生成したＣａ（ＯＨ）２）の大部分がＣａＣＯ３に変化するため、ＣａＯによる海水のｐＨ上昇を防止できる、▲２▼スラグに適量の鉄分（特に、金属鉄、含金属鉄材）が含まれることにより、この鉄分が海水中に溶出することで海水中に栄養塩として鉄分が補給され、これが海藻類の育成に有効に作用する、▲３▼スラグを炭酸固化して得られたブロックは全体（表面及び内部）がポーラスな性状を有しており、このため石材表面に海藻類が付着し易く、しかも石材内部もポーラス状であるため、石材中に含まれている海藻類の成育促進に有効な成分（例えば、ケイ酸塩イオンや鉄分）が海水中に溶出しやすい、などにより海藻の着生基盤や漁礁として有効に機能する。また、主原料であるスラグの一部又は全部として高炉水砕スラグを用いることにより、上述したようなケイ酸塩イオンの溶出を特に促進することができるため、海藻成育環境の改善や磯焼け防止、赤潮防止などに特に有効である。このためブロックの全原料又は主原料を高炉水砕スラグとすることが最も好ましい。
【００８３】
また、鉄鋼スラグを主原料とする水和硬化ブロックは、鉄鋼スラグを主原料（骨材及び／又は結合材）として含む原料を水和硬化させて得られるものであり、鉄鋼スラグとしては、先に挙げたような各種スラグ、すなわち高炉で発生する高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ、予備処理、転炉、鋳造等の工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグ等の製鋼スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグ等を用いることができる。水和硬化によるブロックの製造では、原料を水と混練後、型枠に入れ、通常１〜４週間養生することによってブロックが製造される。
【００８４】
また、主原料（骨材及び／又は結合材）であるスラグの一部又は全部として高炉水砕スラグを用いることにより、上述したようなケイ酸塩イオンの溶出を特に促進することができるため、海藻成育環境の改善や磯焼け防止、赤潮防止などに特に有効である。このためブロックの全原料又は主原料を高炉水砕スラグとすることが最も好ましい。
なお、ブロックに用いる結合材としては、上述した高炉水砕スラグの微粉末などの他にシリカ含有物質（例えば、粘土、フライアッシュ、ケイ砂、シリカゲル、シリカシューム）、セメント、消石灰、ＮａＯＨなどを適宜組み合わせて使用することもできる。
【００８５】
以上のようなブロックを高炉水砕スラグの敷設領域に設置する場合には、個々のブロックを高炉水砕スラグ層上に設置してもよいし、複数のブロックを積み上げ或いは組み付けてもよい。特に、ブロックに漁礁としての機能を持たせる場合には、複数のブロックを積み上げ或いは組み付けることにより、複数のブロック間に魚介類が棲息できるような空間部を形成することが好ましい。
また、塊状スラグを高炉水砕スラグの敷設領域に設置する場合には、例えばスラグを山状に積み上げたり、或いはスラグを金網籠など入れて設置するなど、任意の設置形態を採ることができる。
【００８６】
以上述べたような高炉水砕スラグを敷設材とする浅場の造成又は修復において、高炉水砕スラグの流出防止用の潜堤として塊状スラグ及び／又はスラグ（特に好ましくは高炉水砕スラグ）を主原料とするブロックを用い、且つ高炉水砕スラグの敷設領域に設置する海藻着生基盤や漁礁としても、塊状スラグ及び／又はスラグ（特に好ましくは高炉水砕スラグ）を主原料とするブロックを用いることにより、先に述べたようなスラグによる水中の環境改善作用（すなわち、珪藻類の増殖による海藻類成育環境の改善作用や磯焼け・赤潮の発生抑制作用、硫化水素の発生防止による青潮の発生抑制作用、底質・水質の浄化作用など）が最も効果的に得られ、しかも浅場の造成又は修復用の資材として天然資源を用いることなく、１００％リサイクル材（鉄鋼スラグ）を用いることができ、リサイクル材の有効利用、施工の低コスト化、天然資源の利用による環境破壊の防止などの面からも極めて有利である。
【００８７】
図８は、高炉水砕スラグを敷設材とする浅場の造成又は修復の一実施形態を示したもので、４は水底に適当な厚さに敷設された高炉水砕スラグ、５は敷設された高炉水砕スラグの流失を防止するために高炉水砕スラグ４の周囲に設置された潜堤であり、この潜堤５は塊状スラグ（製鋼スラグ）を積み上げることにより構築されている。さらに、６は敷設された高炉水砕スラグ層上に積み上げられることにより海藻着生基盤及び／又は漁礁を構成するブロックであり、このブロック６としては、鉄鋼スラグ（好ましくは高炉水砕スラグ）を主原料とする粉粒状原料を炭酸固化させて得られたブロック、或いは同じく鉄鋼スラグ（好ましくは高炉水砕スラグ）を主原料とする水和硬化体ブロックなどを用いる。
【００８８】
このように高炉水砕スラグ４を海底に敷設するとともに、その流失防止用の潜堤５として塊状スラグを用い、さらに高炉水砕スラグ４の敷設領域に鉄鋼スラグ（好ましくは高炉水砕スラグ）で構成されたブロック６を海藻着生基盤及び／又は漁礁として設置することにより、海藻類や魚介類の成育・棲息環境に最も適した浅場が造成又は修復されることになる。
なお、以上述べた浅場の造成又は修復においても、使用される高炉水砕スラグの組成や性状、高炉水砕スラグの敷設形態、高炉水砕スラグからのケイ酸塩イオンの溶出機構、その他の高炉水砕スラグの機能などは、先に磯焼け海域の藻場造成法や磯焼け防止法に関して述べたものと同様である。
本発明では、高炉水砕スラグは高炉設備で生成したものをそのまま用いてもよいし、分級又は破砕−分級などにより粒度調整したものを用いてもよい。
【００８９】
【実施例】
［実施例１］
・発明例(1)
図３に示すように磯焼けした岩礁性の海底の凹部に高炉水砕スラグを２０ｃｍ厚さで１０ｍ×１０ｍの範囲に設置した。その後、この付近の海底部での珪藻類及び大型海藻類の着生の調査を継続して行った。その結果、スラグ設置１週後には、スラグ設置場所近傍の岩礁に付着珪藻が観察され、スラグ設置１ヶ月後にはスラグ設置場所から海流の下流側３０ｍまで付着珪藻が観察された。また、大型の海藻類は、スラグ設置１ヶ月後にスラグ設置場所の近傍に観察され、スラグ設置６ヶ月後には海流の下流側２０ｍの範囲で観察された。また、長期の観察では、５年経過した後も６ヶ月後と同様に珪藻類と大型の海藻類が観察された。特に大型の海藻類はその種類も増加した。
【００９０】
・発明例(2)
砂質の海底で、その周囲２０ｍの岩礁性海底部が磯焼け状態となっている海域において、図４に示すように砂質部に高炉水砕スラグを５０ｃｍの厚さで３０ｍ×３０ｍの範囲に設置した。さらに、その上に製鋼スラグ硬化体及び製鋼スラグを設置し、人工の岩礁を作った。その後、この付近の海底部での付着珪藻及び大型海藻類の着生の調査を継続して行った。その結果、スラグ設置１週間後には、スラグ設置場所の人工岩礁に付着珪藻が観察され、スラグ設置１ヶ月後にはスラグ設置場所から２０ｍ離れた岩礁においても付着珪藻が観察された。また、大型の海藻類については、スラグ設置１ヶ月後にスラグ設置場所の人工岩礁に観察され、スラグ設置６ヶ月後には設置場所から２０ｍ離れた岩礁においても観察された。長期の観察では、５年経過した後も６ヶ月後と同様に人工岩礁と天然岩礁の双方に珪藻類と大型海藻類が観察された。特に大型の海藻類はその種類も増加した。
【０１０３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の水中の環境改善方法は、安価で且つ大量に入手できる高炉水砕スラグを水中に設置するだけで、磯焼けの防止、赤潮の発生防止、或いは藻場の造成や海藻成育環境の修復などに優れた効果を発揮できる。このため磯焼けや赤潮が現に生じ又は生じる恐れがある海域、或いは磯焼け以外の原因による海藻成育環境の衰退・消失が現に生じ又は生じる恐れがある海域に対して低コストに実施でき、しかも上記のような優れた水中の環境改善効果が得られ、沿岸海域における環境保全や水産資源の保護、育成に極めて有効な方法であると言える。また、本発明の水中の環境改善方法は、上記の効果に加えて青潮の発生防止にも優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水中の環境改善方法の一実施形態である赤潮防止法において、赤潮防止材を水底に直接敷設した実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明による水中の環境改善方法の一実施形態である赤潮防止法において、赤潮防止材を浮体から吊すことにより水中に設置した実施形態を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例１における磯焼け海域の藻場造成の実施状況を示す説明図
【図４】本発明の実施例２における磯焼け海域の藻場造成の実施状況を示す説明図
【図５】本発明による水中の環境改善方法の他の実施形態を示す説明図
【図６】従来法において水底の凹部に敷設した敷設材の作用を示す説明図
【図７】図５の実施形態において水底の凹部に敷設した敷設材の作用を示す説明図
【図８】本発明による水中の環境改善方法の他の実施形態において、造成された浅場を示す説明図
【符号の説明】
Ａ…高炉水砕スラグ、Ｂ１…ブイ、Ｂ２…筏、Ｃ…ロープ、Ｄ…支持基盤、１，１′…凹部、２…敷設材、３…ケーソン、４…高炉水砕スラグ、５…潜堤、６…ブロック、２０…スラグ、２０ａ…高炉水砕スラグ、２０ｂ…高炉水砕スラグ以外のスラグ、２１…スラグ以外の素材、Ｘ，Ｙ…水底面
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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