(57)【要約】【課題】自然水域における鉄バクテリア集積物は、リン吸着能を持つ鉄化合物とそれに吸着したリンを多く含むが、水中からの効率的な回収が困難であるため、産業上の利用が行われていない。一方、自然水域以外での鉄バクテリアを利用した水中からの除鉄技術に見られる鉄バクテリア集積物や、水質や土壌の浄化剤については、添加する化学物質や処理工程に多大なコストとエネルギーが必要であり、農業利用につながるものではない。このようなことから、自然水域における鉄バクテリア集積物を、リン酸肥料又は水質浄化剤として利用できる形態で、わずかなコストとエネルギーの投入によって効率的に収集する方法を提供する。【解決手段】鉄バクテリアが生息する水中において、有機物質を含む担体を入れた微細孔のある容器を一定期間浸漬させ、鉄バクテリア集積物が担持した担体を回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄バクテリア集積物をリン酸肥料として利用できる形態で収集する方法であって、鉄バクテリアの生息する水中において、有機物質を含む担体を入れた微細孔のある容器を浸漬させ、鉄バクテリア集積物が担持した担体を回収することを特徴とする鉄バクテリア集積物の収集方法。
【請求項２】
鉄バクテリア集積物を水質浄化剤として利用できる形態で収集する方法であって、鉄バクテリアの生息する水中において、有機物質を含む担体を入れた微細孔のある容器を浸漬させ、鉄バクテリア集積物が担持した担体を回収することを特徴とする鉄バクテリア集積物の収集方法。
【請求項３】
前記の担体が木質材料を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の鉄バクテリア集積物の収集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄バクテリアが生息する水中において、鉄バクテリア集積物をリン酸肥料又は水質浄化剤として利用することのできる形態で収集する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水や浸透水の流入が多い河川、水路、沼沢などの自然水域では、しばしば底部に赤褐色、黄褐色又は茶褐色を呈する浮泥状の酸化鉄の堆積がみられるが、これらは鉄バクテリアの作用によって集積した鉄バクテリア集積物である。なお、ここでいう鉄バクテリアとは、水中の第一鉄を不溶性の第二鉄化合物として菌体の内部又は外部に集積する細菌類の総称を意味し、鉄バクテリア集積物とは、鉄バクテリアが集積した不溶性の第二鉄化合物と、これに混入することもある自然酸化によって生成した不溶性の第二鉄化合物を意味する。 
【０００３】
一般に自然水域における鉄バクテリア集積物は、雨天時には拡散して褐色の濁り水となり、水質汚濁や景観悪化の原因となるため、多くの場所では忌避される傾向にある。なかでも、鉄バクテリア集積物の多い水域において暗渠排水を行う場合やパイプラインによって灌漑や送水をする場所では、鉄バクテリア集積物はポンプやパイプの詰まりの原因となる。このため、鉄バクテリアの増殖を抑制するための閉塞防止材（特許文献１）が開発されているが、自然水域における鉄バクテリア集積物を利用する技術は提案されていない。
【０００４】
一方、自然水域以外の施設や装置において鉄バクテリアを利用する技術としては、 浄水場における除鉄がある（たとえば、非特許文献１）。これは、鉄が過剰に含まれる水道原水を、鉄バクテリアが生息するろ過槽を通過させることによって、鉄を除去する技術である。また、鉄イオン除去装置（特許文献２）においては、鉄バクテリアの培養液にブロアで空気を供給し、鉄バクテリアの集まったペレットを生成させる。これらの技術では、浄水場や鉄イオン除去装置内において鉄バクテリア集積物が見られるが、肥料用途の農業利用につながるものではなく、また、ろ過槽への水道原水の送水やブロアによる通気に多大なエネルギーの投入が必要である。
【０００５】
また、鉄バクテリア集積物にはリンのほかヒ素、カドミウム、鉛などの重金属を吸着する性質があるので、鉄バクテリアを利用した水質浄化剤（特許文献３）や土壌浄化剤（特許文献４）が提案されている。しかしながら、これらの浄化剤は、鉄バクテリア集積物に加えて製造過程で添加される多くの化学物質を含むため、リンのみを選択的に吸着した場合においても、肥料用途の農業利用につながるものではない。さらに、前者の水質浄化剤（特許文献３）では、製造過程の攪拌、送風、曝気などに多大なエネルギーを投入する必要がある。
【０００６】
一方、わが国がその使用量のほぼ全量を輸入に依存しているリンは、今後数十年でリン鉱石の枯渇が懸念されるため、リン鉱石産出国においては重要な貿易戦略物資となっている。また、リンは窒素やイオウなどと異なり、水域と陸域との間でほとんど循環しない。このため、リンを水中から回収し、リン使用の約８割を占める肥料用途に資源化する技術の開発が重要な課題となっている。
【０００７】
これに関して本発明者は、自然水域における鉄バクテリア集積物には、リン吸着能を持つ鉄化合物とそれに吸着したリンが多く存在しているので、鉄バクテリア集積物が、水中からのリンの回収や資源化に重要な役割を果たしうることを見出した（非特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−２７０１６１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１０９１号公報
【特許文献３】特開２００５−８７８３３号公報
【特許文献４】特開２００３−１１２１６３号公報
【非特許文献１】八木正一（２００１）鉄バクテリアを利用した除鉄、除マンガン処理について、環境技術、３０（１２）、９０７〜９１１頁
【非特許文献２】Ｔａｋｅｄａ，Ｉ．ａｎｄ  Ａ．Ｆｕｋｕｓｈｉｍａ（２００４）Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｐａｄｄｙ  ｆｉｅｌｄ  ｗａｔｅｒｓｈｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｔｈｅ  ｒｏｌｅ  ｏｆ  ｉｒｏｎ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，３８（１９），４０６５〜４０７４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、自然水域に見られる鉄バクテリア集積物は、リン吸着能を持つ鉄化合物とそれに吸着したリンが多く存在しているにもかかわらず、現在、産業上の利用が行われていない。この理由として、鉄バクテリア集積物が浮遊性に富んでいる事、また、鉄バクテリア集積物の堆積する表層数ｃｍより下部はしばしば悪臭を放つ嫌気的なヘドロであるため、鉄バクテリア集積物のみを水中から効率的に回収することが困難である事が挙げられる。また、乾燥後の鉄バクテリア集積物は微細粉末であるので、空気中では飛散しやすく、扱いにくい事も理由として挙げられる。
【０００９】
一方、自然水域以外での鉄バクテリアを利用した水中からの除鉄技術に見られる鉄バクテリア集積物や、水質や土壌の浄化剤では、添加する化学物質や処理工程に多大なコストとエネルギーが必要であり、肥料用途の農業利用につながるものではない。
【００１０】
そこで本発明は、自然水域における鉄バクテリア集積物を、リン酸肥料又は水質浄化剤として利用できる形態で、わずかなコストとエネルギーの投入によって、効率的に収集することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
鉄バクテリアは炭素源として有機物を利用しない独立栄養細菌に分類されるが、本発明者は、自然水域の流速が緩やかな場所では、鉄バクテリア集積物が木片や水生植物などの有機物質に特に多く肥厚する事を見出した。
【００１２】
また、鉄バクテリアの突然の増殖によって赤水の被害が発生した簡易水道の水源地における調査において、本発明者は、鉄バクテリアの増殖の原因が、被害が発生する以前に埋設された多数の樹木の切り株であることを突き止めた。
【００１３】
これらのことから、本発明では、鉄バクテリアの生息する水中において、有機物質を含む担体を入れた微細孔のある容器を浸漬させ、一定期間の後、鉄バクテリア集積物が担持した担体を回収する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、わずかなコストとエネルギーの投入によって、自然水域から鉄バクテリア集積物を効率的に回収することができる。また、微細粉末である鉄バクテリア集積物が担体に担持されるので、乾燥と運搬が容易である。
【００１５】
ヒ素や重金属の汚染のない水中に担体を浸漬した場合は、回収した担体をリン酸肥料として利用でき、リン資源の循環利用を実現することができる。
【００１６】
また、回収した担体は、リンを吸着する水質浄化剤として利用することができるほか、ヒ素や重金属を吸着する水質浄化剤としても利用することができる。
【００１７】
担体を水中に浸漬する過程において、水中の第一鉄を担体に固定することができるので、鉄バクテリア集積物が忌避される自然水域においては、本発明の実施場所の周辺で鉄バクテリア集積物の発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
有機物質を含む担体は、自然水域における浸漬期間中の腐食・分解による水質汚濁の影響が無視できるものが好ましく、木質材料は好ましい選択である。
【００１９】
また、担体は比表面積が大きい方が望ましいので、担体のサイズは０．２〜２ｍｍ程度が好ましい。
【００２０】
担体を入れる容器の微細孔のサイズは、担体が水中において散逸しないように、担体のサイズよりも小さいことが必要である。
【００２１】
鉄バクテリアの中性付近での生育条件は、酸化還元電位＝０〜５００ｍＶ程度であるので、担体を入れた容器が底質中に埋没しないようにする。
【００２２】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
鉄バクテリア集積物を担持させる担体として、ヒノキ間伐材の心材を自然乾燥の後、０．２〜２ｍｍに破砕した木質担体を用いた。
【００２４】
ヒノキ材を用いた理由は、窒素、リンをほとんど含まず（窒素、リン合わせて０．５％未満）、また、腐朽菌に対する分解抵抗性が大きいリグニンを多く含むことにある。また、ヒノキ材は、中空の細長いパイプ状細胞である仮道管が木質組織全体の約９７％を占めるため、細かく破砕すると大きな比表面積が期待できることも理由の一つである。なお、心材を用いた理由は、防食物質であるフラボノイドを多く含むことにある。
【００２５】
微細孔のある容器としては、ポリエステルおよびレーヨンからなる袋状の不織布を用いた。
【００２６】
この木質担体を袋状の不織布に入れて封をし、鉄バクテリアによって底部が赤褐色になった河川（河川水の全リン濃度＝０．３ｍｇ／Ｌ程度）において底質中に埋没しないように浸漬させ、一定期間の経過後、回収した。なお、木質担体を腐食させる腐朽菌は水中では生育できないので、木質担体が常に水中に存在するように浸漬する必要がある。
【００２７】
回収した不織布の袋の中には、全体が茶褐色に変色した木質担体が確認され、また、顕微鏡による観察の結果、鉄バクテリアであるレプトスリックス  オクラセア（Ｌｅｐｔｏｔｈｒｉｘ  ｏｃｈｒａｃｅａ）およびシデロカプサ  エスピー（Ｓｉｄｅｒｏｃａｐｕｓａ  ｓｐ．）とその集積物が、木質組織に担持されていることを確認した。さらに、微細孔のある容器として用いたポリエステルおよびレーヨンからなる不織布においても鉄バクテリア集積物の付着を確認した。
【００２８】
図１は、木質担体の河川での浸漬期間と木質担体に担持した鉄（フェナントロリン法による定量）の関係を表している。浸漬期間が１０日で８ｍｇ／ｇ程度、２０日で１２ｍｇ／ｇ程度、３０日で１４ｍｇ／ｇ程度の鉄の担持が確認された。鉄の担持速度は、浸漬期間が２０日以降は低下するので、木質担体の浸漬期間は２０日程度で十分である。
【００２９】
図２は、木質担体の河川での浸漬期間と木質担体に吸着したリン（植物に利用可能なリン画分であるリン酸肥沃度の定量法の一つであるＢｒａｙＮｏ２法による定量）の関係を表している。浸漬期間が１０日で０．０７ｍｇ／ｇ程度、２０日で０．１１ｍｇ／ｇ程度、３０日で０．１３ｍｇ／ｇ程度のリンの吸着が確認された。なお、農地土壌のリン酸肥沃度の指標である、ＢｒａｙＮｏ２リン酸の通常の表示方法（ｍｇＰ２Ｏ５／１００ｇ）によれば、浸漬期間２０日のリン吸着量は約５０ｍｇＰ２Ｏ５／１００ｇとなるので、回収した木質担体はリン酸肥沃度に十分富んでいるといえる。
【００３０】
回収した後乾燥させた木質担体を、縦２ｃｍ、横２ｃｍ、深さ２ｃｍの容器に充填し、コマツナの栽培試験を行った。なお、試験期間は一部の容器でコマツナの根が充満したため、３０日である。
【００３１】
図３は、試験終了後のコマツナの地上部の長さの平均値と標準偏差（サンプル数＝８）を表している。ここで、「浸漬前担体」は浸漬前の木質担体のみを充填したもの、「浸漬担体５０％」は、浸漬の後回収した木質担体と浸漬前の木質担体を１：１で混合して充填したもの、「浸漬担体１００％」は浸漬の後回収した木質担体のみを充填したものを意味している。コマツナの地上部の長さの平均は、浸漬前担体＝１．５８ｃｍ、浸漬担体５０％＝１．７８ｃｍ、浸漬担体１００％＝１．８２ｃｍであり、浸漬担体が多いほど地上部の長さは長くなった。ただし、統計的な有意差は確認できなかった。
【００３２】
図４は、図３と同様の試験における地下部の長さを表している。コマツナの地下部の長さの平均は、浸漬前担体＝１．１９ｃｍ、浸漬担体５０％＝２．３８ｃｍ、浸漬担体１００％＝３．６３ｃｍであり、浸漬担体が多いほど地下部の長さは長くなった。また、浸漬前担体と浸漬担体１００％の間では１％水準の統計的な有意差が認められた。これらのことから、回収した木質担体は、リン酸肥料として土壌のリン酸肥沃度改善のために利用できる。
【００３３】
木質担体を浸漬させた河川の全リン濃度は０．３ｍｇ／Ｌと必ずしも高くないため、回収の後、乾燥させた木質担体０．１ｇを、リン酸濃度＝２ｍｇ／Ｌの溶液５０ｍＬに添加し、実験室において常温で静置し、溶液のリン濃度の推移を測定した。
【００３４】
図５に示す溶液のリン濃度の推移では、担体１（担体に担持した鉄量＝１５．５ｍｇ／ｇ、担体に吸着したリン量＝０．１１０ｍｇ／ｇ）および担体２（担体に担持した鉄量＝１２．３ｍｇ／ｇ、担体に吸着したリン量＝０．０４０ｍｇ／ｇ）において、１９日後にはリン濃度は半減したが、対照サンプル（リン酸溶液に浸漬前の担体を添加したもの、リン酸溶液のみのもの）では、リン濃度はほぼ一定であった。したがって、回収した木質担体は、リン吸着能を持つのでリンの水質浄化剤として利用できる。なお、ここでリン酸濃度ではなく全リン（Ｔ−Ｐ）濃度を測定した理由は、木質担体に吸着されず、懸濁態の形態で水中にリンが存在する可能性が考えられたからである。
【００３５】
なお、鉄バクテリア集積物の付着は、クヌギ材、ナラ材、河川中の木片や水生植物、樹木の切り株、微細孔のある容器として用いたポリエステルおよびレーヨンからなる不織布、ナイロンおよびウレタン製のスポンジにおいても認められたことから、本実施例で述べた木質材料以外の有機物質を含む担体についても、本発明による鉄バクテリア集積物の収集方法に用いることができる。
【００３６】
また、鉄バクテリア集積物には、リンのほかにヒ素、カドミウム、鉛などの重金属を吸着する性質があるので、回収した担体はリンのほか、これらの物質を吸着する水質浄化剤としても利用できる。
【００３７】
また、本発明は、河川、水路、沼沢などの自然水域だけでなく、これらの水を水槽や回収装置などの施設に導水して実行することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、わずかなコストとエネルギーの投入によって、自然水域から鉄バクテリア集積物を効率的に回収することができ、また、回収した担体をリン酸肥料として利用できる。したがって、リン資源の循環利用が可能となるので、環境保全や資源循環を意図した河川整備事業や農業農村整備事業などの各種の地域整備事業に貢献できる。さらに回収した担体は、水質浄化剤として利用することができるほか、鉄バクテリア集積物が忌避される自然水域においては、本発明の実施場所の周辺で鉄バクテリア集積物の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】木質担体の河川での浸漬期間と木質担体に担持した鉄の関係を示す図である。
【図２】木質担体の河川での浸漬期間と木質担体に吸着したリンの関係を示す図である。
【図３】回収した木質担体を用いてコマツナを栽培したときのコマツナ地上部の長さを比較する図である。
【図４】回収した木質担体を用いてコマツナを栽培したときのコマツナ地下部の長さを比較する図である。
【図５】回収した木質担体をリン酸濃度２ｍｇ／Ｌの溶液に添加したときの溶液のリン濃度の推移を示す図である。
【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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