「コンクリ ー ト工学」Vol. 36, No. 1

防菌コ ン クリ前田照

1998. 1

信ート別刷

新年号特別企画／新機能・高性能に挑戦するコンクリ ー ト照信卜田リン
前

1.

ク菌防コ

＊

鉄と硫化水素の反応物である黄鉄鉱や白鉄鉱の内堆積

まえかき

岩中に含まれる鉱物は， 金属塩と生物起源の硫化水素の下水や温泉など硫化水素に曝されるコンクリ ー トか短期間にせっこう（硫酸カルシウム）化することかあり，反応によることか多い。 これらの含硫鉱物はイオウ酸化細菌によって酸化されると硫酸を生成する。 この反応はとき には道路陥没等を引き起こし社会問題となってい旧金属鉱山でよく観察され， 旧鉱山 からの酸性水を中和る。 そこで， コンクリ ー トと硫化水素の化学反応を疑っするため に毎日数10 tの石灰岩を使用しているところてみるか ， 反応式上は水硫化カルシウムか生成するだけもある。 谷中村を渡良瀬遊水池にせざるを得なかった足で， 硫酸カルシウムは生成しない。 硫化水素が化学的に尾銅山の鉱毒はこの反応によるところが多い。 また， 伊酸化されたとしても通常の環境では亜硫酸までで， 硫酸

豆半島のあるトンネル現場のズリはせっこうか主成分でまで酸化するには随分過激な反応条件（特殊な触媒をあったが このズリから高温型のイオウ酸化細菌か単離使って400℃以上）が必要である。 このような反応条件されたことかある。 これは， このせっこうの成因か生物を見い出すまで先人が苦労したことは高校の化学で習わ起源であることを示唆するもので， イオウの循環を感じれたことと思う。 ところが自然界にはイオウを食べてさせるものであった。

硫酸を作るイオウ酸化細菌か存在し， これがコンクリートをせっこう化させていたのである。 この反応式は次のように表わされる。
出8+2 02

チオバチルスチオオキシダンス

コンクリ ー トの劣化に関与する代表的なイオウ酸化細イオウ酸化細菌

Ca(OH)吋恥S04

3.

＞印S04
化学反応 、3 Ca0·2 Si02 ·3 H20

菌はチオバチルスチオオキシダンスであ る。 チオバチ
ルス チオオキシダンスは写真 一 1に示すようにlµm強

CaS04·2 H20 (せっこう）の鞭毛を持つ棒菌で，20~40℃, pH 1~5の環境で生育化学反応する。 栄養源は還元型無機イオウ化合物で， 生体に必要＞

CaSO,i•2正O+Si(OH)4 (シリカゲル）
このイオウ酸化細菌は1945年にパーカー1)によって発見され， 後にチオバチルスチオオキシダンスと命名さな炭素は炭 酸や炭酸ガスから取り込む。 すなわち， イオウと炭酸と酸素があれば生きていける単純明快な原始的細菌である。

れた。 筆者ら 2 )はチオバチルスチオオキシダンスの生

打設直後のコンクリ ー トはpH 12~13の強アルカリ→ ンクリ ー トの劣化を抑であり， 炭酸化（中性化）してもpHは9程度であるこ育を阻害する防芭剤を開発し，制することに成功したので以下に報告する。
2.と からチオバチルス チオオキシダンスは活動できな

イオウの循環

炭素か炭酸ガス， 植物， 動物， サンゴなど形態を変える循環は良く知られている。 イオウも炭素と同様に生態系の中で循環する。 イオウは洗剤にスルフォン酸や硫酸ナトリウムとして， また， タンパク質の一構成元素として下水に流入する。 これらの含イオウ化合物は生物分解を受け， イオウ還元細菌によって硫化水素が生成する。
硫化水素はイオウ酸化細菌によって硫酸となり， カルシウム化合物等と反応し硫酸塩となる。 硫化水素濃度が高い時にはイオウ酸化細菌は硫酸まで酸化させずに元素イオウで停めることもある。
＊ まえだ・てるのぶ／閥間組技術研究所 主任研究員（正会員）
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写真一1

チオバチルス
顕微鏡写真

Bar=lµm
チオオキシダンスNB 1-3株の電子コンクリ ー ト工学い。 この隙間を埋めるの はpH 6~9で活動可能なチオバチルスバ ー サタスで劣化の初期に分離同定される。
チオバチルスチオオキシダンスは工業的には銅の精錬（バクテリオリ ーチング）に使われる。 硫化鉱として採鉱された銅はチオバチルスチオオキシダンスを含む
99\f)目』0溶液をかけられる。 硫化銅は酸化され硫酸銅となって溶出する。 集められた硫酸銅に屑鉄を添加し， 鉄と銅が置

4.

防菌

廻密S菩き換わり， 金属銅が析出する。
剤

防茜剤の開発はステンレスかコンクリ ー トに比べて劣化しないことに着目し， ステンレスの成分元素をモルタルに添加して曝露試験したことに始まる。 最初の試験からニッケルが有効な ことが見い出された。

チオバチルスチオ
福山の下水処理場から単離された

オキシダンスNB 1-3株を培地に植え， ブラン クとケル系防菌剤を添加した時のpH変化を図 ー 1に示

図 ー 2 pH 2.5での第三成分の効果（硫黄無機塩培地）す。 菌か活動しているブランクでは硫酸か生成するためpHの低下が認められるか， 防菌剤を添加したものでは菌の生育か阻害されるためpHの変化が認められない。
研究の結果ニッケル系防菌剤はpH 7では完全に生育を阻害するか，p且3では不完全であることか判明した。
そこで種々の 薬剤をス クリ ーニングしたところ， タングステン系の薬剤を添加するとpH 2.5でも菌の生育を完全に阻害することが判明した。 図 ー 2に株の異なる5種のチオバチルスチオオキシダンスをpH 2.5で培養したときの増殖度を660 nmのチト クロ ー ムの吸光度で測定した結果を示す。 現在の防菌剤はニッケルとタングステンを混合使用している。 また， 二次製品用の防菌剤には添加の確認を容易にするため特注の蛍光染料を添加し防菌剤添加
防菌剤無添加写真一2 曝露供試体(4x4xl6 cm)のEPMAによるイオウ分布（右の数字はイオウ濃度(wt%)とそれに対応する色）てしヽる。

吐菌剤の添加量は有効成分でセメントに対して0.15の 分布状況観察結果を示す。 プランクでは腐蝕による欠% -あるか分散を容易にするため希釈し， セメントに対落とイオウの浸入か認められるか防菌剤添加では欠落もして1%添加とな るように加工して 供給される。 また，イオウの浸人もほとんど認められない。

微粉砕してあるため返心成形時にも1bJーに分布する。

なお， チオバチル人チオオキシダンス以外のイ4ウ

写真 2に約60 ppmの硫化水素雰囲気の下水処理場

酸化細菌に対する防菌剤の効果も調べているが， 現在ま気中部に二年間曝露した供試体のEPMAによるイオウでの試験ではチオバチルスチオオキシダンスより少量

ーニッケル系防菌剤0.1%添加の 添加で効果か確認されている。
5.

防菌剤と抗菌剤

Hd

最近， 抗菌 グッズかブ ー ムであり， ボ ー ルペン， 車の3

ステアリング， 衛生陶器， 壁紙等種々の製品が市販されの か多い。 一方， 防菌剤は当初さしたる理由もなく「防2時間4（日）6チオバチルス チオオキシダン
スNB 1-3株の増殖に及ぼす金属ニッケルの影響（チオ硫酸無機塩培地）

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菌剤 」と呼称した。 その後の研究で防菌剤はイオウ酸化8。。
図-1ている。 これらの抗菌剤は殺菌を目的に作られているも細菌の菌の生育を阻害するだけで他の細菌を殺さないことが明らかとなった。 図 ー 3に活性後汚泥に与える影響を示した。 銀系の抗菌剤か活性汚泥の汚泥を死滅させ分解し， CODか増加しているのに対して ，防菌剤は
31

100

寿命についても， 硫酸による劣化は硫酸が洗い流されず濃縮される部分で発生するので当然防菌剤の流出もな

iJ-100-110

図 ー 3 防菌剤， 抗菌剤の活性汚泥に及ぽす影響（「下水道試験方法」， 日本下水道協会のCOD生分解試験による）まったく影響を与えていないことが解る。
今では， 殺菌するものを抗菌剤， 特定の細菌の生育を阻害するもの防菌剤と勝手に区別し， 一般への普及を画策している。
6.

防菌剤の摘要範囲

防菌剤はpH 2.5以上でイオウ酸化細菌の活動を阻害することが可能であるが， ベ ー スとしてのコンクリ ー トは耐酸性がない。したがって， 腐食性の物質には無力である。例えば， 下水施設のうち汚物を水と炭酸に分解す

く半永久的と推定される。 また， 使用する場所が硫化水素環境下であるのでコンクリ ー トの表面付近の防菌剤は水不溶性の硫化物となることからなお溶出しにくくなる。 さらに， 最近の研究で防菌剤は菌の酵素と結合し，酵素の活動を阻害していることが明らかとなってきた。
このように直接硫酸の製造プロセスに関わった作用機構を持つので耐性菌の出現は困難と考えている。
8.

防菌剤のコスト

防菌剤は二次製品としてヒュ ー ム管メ ー カ ー 25社が参加するビックリ ー ト製品協会が供給するものと， 混和剤メ ー カ ー かコンクリ ー ト添加用あるいはプレミックスモルタルで供給するものがある。
コストは二次製品で10~15%アップであり， 従来の防蝕工法か100%アップであったのに対して非常に経済的である。 また， 生コンでは 15 000円/m 3 程度のアップとなり， 壁圧33 cmでは5 000円/m 3 となる。 現場打ちの重防蝕は18 000円/m 3 程度であるからこれも非常にリ ー ズナブルである。
9.

あとがき

る曝気槽では， 炭酸がコンクリ ー ト中のカルシウムを重防菌剤を上市してから4年経過し二次製品の販売量も炭酸カルシウムの形で溶脱する（鍾乳洞ができるメカニ3万tを越え， 急激に使用量を伸ばしてきている。今後ズム）。 このような純枠に化学的な浸食に対して防菌剤はイオウ酸化細菌による劣化が支配的な部分の防蝕は防は無力である。

苗剤が主流になるものと予想している。 また強い腐食環

しかし， 防蝕を必要とする下水構造物ではイオウ酸化境下ではアンカ ー 付きシ ー トがその確実性から最近多用細菌による劣化か大多数であり， 特に管路やマンホ ー ルされてきているが， アンカ ー 付きシ ー トの下地モルタルには非常に有効な方法である。に防菌剤か用いられることか多くなった。いずれにして7.

従来の防蝕工法との差異も， 今後下水道構造物の防蝕は防菌剤とアンカ ー 付き
シ ー トが主流となるであろう。

従来のイオウ酸化細菌に対する防蝕は， 塗装やライニングが行われていた。 これらの工法はキズに弱い， 小口径の管{})継ぎ手の処埋が困難などの問瞑点があった。 また， 塗装では寿命が短く，10年弱で再塗装する必要があった。防菌剤はコンクリ ートに均 ー に分散しているので キズに強く， 二次製品等の切断面の処理も不要であ

参考文献

1)

C.D. Parker: Aust. J. Exp. Biol. Mes. Sci., 23, pp. 81-90,
19452) T. Maeda et al., . Biosci. Biotech. Biochem., 60, pp. 626629, 1996
Y. Nogami et al., : Biosci. Biotech. Biochem., 61, pp.
1373-1375, 1997

る。

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