JP2004270161A

JP2004270161A - 暗きょ排水管の閉塞防止方法

Info

Publication number: JP2004270161A
Application number: JP2003058386A
Authority: JP
Inventors: Toru Oishi; 大石　　徹; Tsuneaki Kato; 恒昭加藤; Iwao Kitagawa; 巌北川; Harunobu Takeuchi; 晴信竹内
Original assignee: Hokkaido Prefecture; Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: Hokkaido Prefecture; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP3825757B2

Abstract

【課題】従来技術の暗きょ排水では、暗きょ排水管の閉塞を引き起こす酸化鉄の沈着を防止することは不可能であった。暗きょ排水管が酸化鉄の沈着により閉塞することは、暗きょ排水の機能を損なうことがある。そのため、予め暗きょ排水管への酸化鉄の沈着による閉塞を防止する機能を付加することを目的とする。
【解決手段】暗きょ排水管周囲に優れた通水性と接触性を有する高珪酸カルシウム含有資材である粒状ロックウールと無機水硬性材料を混合した閉塞防止材を埋設することで含鉄排水中を中和し鉄を除去すると共に、暗きょ排水管の内部及び周辺の鉄酸化細菌の繁殖を抑制し、暗きょ排水管内に酸化鉄を沈着させなくするよう構成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暗きょ排水管の閉塞防止方法に関するものである。さらに詳しくは、日本にも広く分布する酸性土壌の排水不良を呈する農耕地で、排水改良として行われた暗きょ排水に浸透してきた含鉄排水が、暗きょ排水管内で鉄酸化細菌により酸化鉄として沈着し、暗きょ排水管を閉塞することで通水機能を低下させるため、暗きょ排水管内で酸化鉄を沈着させないようにする、暗きょ排水管の閉塞防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水不良を呈する農耕地に対しては、湿害を回避し、良好な作物生育を確保するため、暗きょ排水による排水改良が必要である。
暗きょ排水は農地に０．６ｍ以下の深さの溝を１／１００〜１／１０００の勾配を持たせて掘削し、暗きょ排水管を埋設し、通水性を高めるため、疎水材を暗きょ排水管の周辺とその上部に作土直下まで埋設する工法である。
そのなかで、暗きょ排水の効果を低下させる要因として、特に含鉄酸性排水について、暗きょ排水管の閉塞が指摘されている。閉塞物質を取り除く方法として管内清掃技術が提案されているが、実際には利用されるまでに至っていない。
また、暗きょ排水管閉塞物質は、主に赤褐色物質で酸化鉄の沈着が原因であることが明らかになってきている。しかし、現在、酸化鉄の沈着自体を防止する方法はない。
【０００３】
暗きょ排水の効果を高めるために使用される疎水材には、モミガラ、木材チップ類、砂利、火山礫及び火山灰、貝殻類など、透水性を重視した資材が使用されている。
これらの疎水材は農林水産省による土地改良事業計画基準により透水性を有し、かつ、耐久性があり、作物や水質、土壌に対して有害な物質を含まないことが示されている。
そのため、暗きょ排水の疎水材に暗きょ排水管を閉塞させる原因となる酸化鉄の沈着を防止する機能を持たせるためには、土壌汚染防止法及び水質汚濁防止法、安全な農産物の生産において重要である土壌診断基準値に抵触する物質を含有しないことが必要となり、いずれの要求をも満たす資材は、本発明で使用する資材以外にない。
【０００４】
従来の疎水材を使用した暗きょ排水の方法に、含鉄排水の鉄を吸着させると共に鉄酸化細菌の繁殖を抑制する機能を持たせる方法はない。
また、従来の疎水材は粒度が粗く、優れた透水性を有する資材が多いが、水との接触性が低いと共に、鉄の吸着性を有していない。そのため、含鉄排水が暗きょ排水管及び暗きょ排水管周辺に到達した時に、高鉄含有量の状態で酸化的条件となるため、鉄酸化細菌が繁殖しやすく、暗きょ排水管内に酸化鉄が沈着し閉塞してしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来技術によれば、優れた通水性を有する疎水材を使用することで暗きょ排水の当初の効果は確保されるが、暗きょ排水管閉塞を引き起こす酸化鉄の沈着を防止することは不可能であった。
そこで、本発明は、暗きょ排水施工時に予め、酸化鉄の沈着による暗きょ排水管の閉塞を防止する方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、かかる課題を解決するために種々検討した結果、通水性が高く、水との接触性の高く、かつ農業生産上支障となる成分を含有しない、高珪酸カルシウム含有資材である粒状ロックウールと無機水硬性材料とからなる閉塞防止材を、暗きょ排水管の周囲に埋設し、該閉塞防止材の上部に疎水材を配置することにより、暗きょの閉塞防止に極めて有効であることを見出し、本発明を完成したものである。
こうした構成により、暗きょ排水管の内部及び近傍において鉄酸化細菌が繁殖することを抑制し、酸化鉄を沈着させないことができ、しかも通水性に支障を来たすこともない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を、図１に示す。
同図において、１は暗きょ排水管であり、該暗きょ排水管１の周囲には、底部の閉塞防止材２Ａと上部の閉塞防止材２Ｂからなる閉塞防止材２を厚さ２０〜３０ｃｍで、全ての暗きょ排水管に対して、高珪酸カルシウム含有資材である粒状ロックウールと無機水硬性材料との混合物により布設している。
この底部の閉塞防止材２Ａ、上部の閉塞防止材２Ｂの上部には疎水材３を布設する。また、疎水材３として粒状ロックウールと無機水硬性材料との混合物を併用してもよい。
【０００８】
以下、本発明について詳細を説明する。
農耕地に配置された暗きょ排水には、余剰水が作土４及び心土５を浸透しながら土壌中の水溶性である二価鉄を溶脱し、含鉄排水となった水が主として疎水材３を通過して閉塞防止材２に到達する。
ここで、本発明の閉塞防止材２は、粒状ロックウールと無機水硬性材料との混合物を固化して得られ、空隙率が６０％以上、好ましくは７０〜９８％、嵩比重０．１〜１．０、好ましくは０．１５〜０．８である固形処理材であり、単なる混合物にすぎないので、粒状ロックウールの表面に無機水硬性材料が付着した状態である。
そのため、極めて空隙率が高く、また嵩比重が低い処理材である。また、粒状ロックウールが無機水硬性材料との混合後においても当初の状態（粒状）を維持し、粒状ロックウール内部には無機水硬性材料が殆ど存在しない。よって、透水性が１．０×１０^−３ｃｍ／ｓ以上と極めて高く、排水との反応性に優れると共に、反応後の水捌けもよい。
従って、閉塞防止材２に到達した含鉄排水、特に含鉄酸性排水は、こうした閉塞防止材と接触することで、含鉄排水に溶解しているＦｅ^２＋イオンを化学的に中和して水不溶性の酸化鉄、例えばＦｅ（ＯＨ）_３、ＦｅＯ（ＯＨ）として、閉塞防止材２の粒状ロックウール繊維表面に析出させる。
また、酸性ないしは中性の含鉄排水をアルカリ化するため、鉄酸化細菌の活動を抑制する。そのため、従来、暗きょ排水管の内部や近傍で生じていた酸化鉄による閉塞を防止することができる。
【０００９】
含鉄排水が底部の閉塞防止材２Ａ、上部の閉塞防止材２Ｂを通過する過程で、閉塞防止材を構成している粒状ロックウールや無機水硬性材料（セメント等）の成分である珪酸カルシウム等のアルカリ成分が緩かに溶解し、含鉄−カルシウム等のアルカリ成分含有排水となり排水中のｐＨを上昇させる。これにより、含鉄排水に残存している鉄さえ、鉄酸化細菌が利用できない状態となる。
さらに、暗きょ排水管１に到達した含鉄−カルシウム等含有排水は、暗きょ排水管１の内面に、例えばカルシウムイオンと暗きょ排水管１内の空気中の炭酸ガスが反応し炭酸カルシウムの１ｍｍ未満の皮膜を生成する。これにより、暗きょ排水管１に鉄酸化細菌の付着を防止すると共に繁殖できない条件を整える。
また、暗きょ排水管１内の炭酸カルシウムの被膜は暗きょ排水管１内の空気中の炭酸ガスと平衡状態にあり、被膜の厚さは一定となる。
【００１０】
本発明の暗きょ排水管の閉塞防止方法で底部の閉塞防止材２Ａ、上部の閉塞防止材２Ｂに使用する、高珪酸カルシウム含有資材である粒状ロックウールは、珪酸カルシウム肥料又は水耕栽培の培地として農業に用いられている物と同一成分であり、農地の施設である暗きょ排水への使用に際して支障ない資材である。
また、セメント等の無機水硬性材料も、同様に農業資材として汎用されているものである。
【００１１】
本発明の暗きょ排水管の閉塞防止方法の施工方法はバックホウ又はトレンチャーにより掘削された掘削溝６の底部に１ｃｍ程度の底部の閉塞防止材２Ａを人力で敷き均した後、土管又はコルゲートからなる暗きょ排水管１を布設し、上部の閉塞防止材２Ｂを疎水材投入機構付きクローラー型特装車又はモミガラと同様に人力により掘削溝６に投入し、上部の閉塞防止材２Ｂの上面を敷き均す。
敷き均し時には、上部の閉塞防止材２Ｂの上面へ人が乗らず、地表面から棒付きの敷き均しヘラなどを使用するとよい。その時の底部の閉塞防止材２Ａ、上部の閉塞防止材２Ｂの充填密度は１００ｋｇ／ｍ^３程度とする。上部の閉塞防止材２Ｂの投入後、疎水材３の投入及び敷き均し、掘削土７の埋め戻しを行う。
また、施工性を優先させるような場合、掘削された溝に底部の閉塞防止材２Ａを敷き均さないで、暗きょ排水管１を布設した後、上部の閉塞防止材２Ｂだけを溝に投入する施工手順で、上部の閉塞防止材２Ｂを暗きょ排水管１の周囲に巻き込ませてもよい。
【００１２】
このようにして施工された暗きょ排水は、降雨や融雪水が作土４及び心土５を浸透して含鉄排水、特に含鉄酸性排水となって疎水材３を通過してきた場合であっても、暗きょ排水管１の周囲には底部の閉塞防止材２Ａ、上部の閉塞防止材２Ｂが埋設されているため、この底部の閉塞防止材２Ａ、上部の閉塞防止材２Ｂにおいて含鉄排水中の鉄分を酸化鉄として析出除去すると共に、暗きょ排水管１の内及び近傍で鉄酸化細菌の繁殖を抑え、暗きょ排水管１の閉塞を防止できる。そのうえ、本発明で使用する閉塞防止材である粒状ロックウールや無機水硬性材料はモミガラなどの有機質資材のように腐朽することがなく、カルシウム等のアルカリ成分の溶解も穏やかであり、効果がかなり長期間にわたる。また、土壌や水質、植物に対する有害性がないことから、環境や農業生産に悪影響を与えない。
【００１３】
「実施形態の効果」
この実施形態によれば、暗きょ排水の疎水材とは別に暗きょ排水管１の周囲に存在させた閉塞防止材２の働きで、暗きょ排水管１の閉塞を防止できる。
【００１４】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、暗きょ排水の疎水材とは別に暗きょ排水管１の周囲に閉塞防止材２を存在させることで、暗きょ排水管１の閉塞を長期間かつ安定して防止できる。
【００１５】
「実施例１」
本発明で使用する閉塞防止材として、新日化ロックウール（株）製の粒状ロックウール（エスファイバー粒状綿、平均粒径３０ｍｍ）６重量部と、無機水硬性材料として、日鉄セメント（株）製のＢ種高炉セメント４重量部をリボンミキサーにて混合し、平均粒径２０ｍｍ、空隙率が９４％、鉱物繊維と無機水硬性材料の混合時点での嵩比重０．１５、透水係数が４．３×１０^−１ｃｍ／ｓである粒状混合物からなる閉塞防止材を作成した。この閉塞防止材の化学組成を分析したところ、次の表１のとおりであった。
【００１６】
【表１】

【００１７】
次に、この閉塞防止材２０ｋｇを、合成樹脂ネットの底部を有する高さ９０ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、幅１６ｃｍの暗きょ排水を摸した容器内に厚さ６０ｃｍ、空隙率９２％、嵩比重０．２０になるように充填し、さらにその上部に疎水材としてカラマツ間伐材を粉砕した木片チップ３．５ｋｇを５ｃｍ厚さになるように充填した。
この装置の上部より硫酸イオン１０００ｍｇ／Ｌ、総鉄イオン１００ｍｇ／Ｌを含有するｐＨ３の含鉄酸性水を平均通水量１ｍ^３／日で５０ｍ^３通水した。
容器下部から流出する処理水の鉄分除去率は９９．９％であった。また、使用後の閉塞防止材の鉄分含有率は５３％であった。また、閉塞防止材の５０ｍ^３通水後の透水性能を測定したところ、６．０×１０^−２ｃｍ／ｓであった。
【００１８】
「実施例２」
実施例１で使用したと同じ閉塞防止材を用い、現場土壌条件として、▲１▼０〜３５ｃｍ作土、▲２▼３５〜５５ｃｍグライ層（火山灰層）、▲３▼５５〜９５ｃｍ下部泥炭層、▲４▼９５ｃｍ〜グライ層（粘土層）からなり、土壌サンプルからの溶出試験（鉄、硫酸イオン）、土壌サンプル中の不溶性鉄、硫黄分含有量が下記の表２のとおりである。
【００１９】
【表２】

【００２０】
１〜２年という短期間で暗きょ排水管が閉塞することが確認されている火山泥流地域の試験ほ場にバックホウを用いて、掘削幅０．２ｍ，平均深０．８５ｍ、平均勾配１／１００の暗きょ排水の溝中に内径９０ｍｍのコルゲート製暗きょ排水管を設置し、その底部及び上部に厚さ２０ｃｍに閉塞防止材を嵩密度０．１５、施工歩留まり１３０％となるように充填し、さらにその上から、暗きょ排水の疎水材として、カラマツ間伐材を破砕した木片チップを作土層下限（地表より３０ｃｍ下）まで充填した後、作土で埋め戻して、延長２６７ｍ、１０ｍ間隔の本暗きょ排水管の閉塞防止方法による暗きょ排水を施工した。
施工後６ケ月が経過した暗きょ排水の中央部で、暗きょ排水を掘削し、閉塞防止材の状況と、暗きょ排水管を縦方向に開口し管内の閉塞状況を調査したところ、暗きょ排水管内には酸化鉄の沈着はなく、ＣａＯが７５．６％の炭酸カルシウムからなる白色結晶が１ｍｍ程度の皮膜状に付着しており、暗きょ排水管の閉塞は全く認められなかった。
さらに、白色結晶を光学顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した結果、鉄酸化細菌等は確認されなかった。また、白色結晶に鉄酸化細菌培養用の硫酸第一鉄溶液を添加して培養した結果でも鉄酸化細菌の増殖は認められなかった。このことは、本発明の方法が暗きょ排水管を閉塞させる酸化鉄を生成する鉄酸化細菌の繁殖を抑えていることを裏付けている。
本発明の方法で施工した暗きょ排水中の水質試験を行った結果、カルシウムイオン濃度が６６．６〜１２８．３ｍｇ／Ｌと高く、ｐＨが７．２〜８．４程度で高く安定しており、鉄酸化細菌の繁殖を抑制する条件となっていた。
また、排水中の酸可溶性鉄濃度、二価鉄濃度は、酸可溶性鉄濃度が３１．３〜１８５．０ｍｇ／Ｌ、二価鉄濃度が０．２〜１４．０ｍｇ／Ｌと総じて低く推移しており、閉塞防止材を使用することで排水中の鉄含量を減少させていた。また、施工後６ケ月が経過した閉塞防止材の成分は、酸化鉄の換算Ｆｅ_２Ｏ_３が４．８％と製品の１．１％に比べ明らかに増加しており、含鉄排水中の鉄が閉塞防止材に酸化鉄として析出されたことを示していた。
また、施工後６ケ月が経過した閉塞防止材中のＣａＯは使用前の製品と同レベルを保持しており、穏やかにしかカルシウムの溶出が起こらないことを裏付けている。さらに、暗きょ排水を掘削し、その断面の状況を観察しても、暗きょ排水の閉塞防止材及び疎水材は施工直後の状態を維持しており変化がなかった。
これらのことから、本発明の効果が長期間持続することを示している。
【００２１】
「比較例１」
実施例１、２と同じ暗きょ排水の疎水材として使用されているカラマツ間伐材を粉砕した木片チップ４６ｋｇを実施例１で使用したと同じ、合成樹脂ネットの底部を有する高さ９０ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、幅１６ｃｍの暗きょ排水を摸した容器内に厚さ６５ｃｍになるように充填した。
この暗きょ疎水材の透水性能を測定したところ、２．６×１０^−１ｃｍ／ｓであった。
この装置の上部より硫酸イオン１０００ｍｇ／Ｌ、総鉄イオン１００ｍｇ／Ｌを含有するｐＨ３の含鉄酸性水を平均通水量１ｍ^３／日で５０ｍ^３通水した。
この時、容器下部から流出する処理水の鉄分除去率は０．２％であった。また、使用後の１１０℃乾燥後の木片チップの疎水材の鉄分含有率は０．０２８％であった。
また、木片チップの疎水材の５０ｍ^３通水後の透水性能を測定したところ、２．６×１０^−１ｃｍ／ｓであり、通水の前後で変化しなかった。
【００２２】
「比較例２」
比較例１で使用したと同じ木片チップの疎水材を用い、実施例２で使用したと同じ土壌条件の火山泥流地域の試験ほ場にバックホウを用いて、掘削幅０．２ｍ，平均深０．８５ｍ、平均勾配１／１００の暗きょ排水の溝中に内径９０ｍｍのコルゲート製暗きょ排水管を設置し、その底部及び上部に比較例１で使用したと同じカラマツ間伐材を破砕した木片チップからなる暗きょ排水の疎水材を作土層下限（地表より３０ｃｍ下）まで充填した後、作土で埋め戻して、延長２６７ｍ、１０ｍ間隔の暗きょ排水を施工した。
施工後６ケ月が経過した暗きょ排水の中央部で、暗きょ排水を掘削し、木片チップの疎水材の状況と、暗きょ排水管を縦方向に開口し管内の閉塞状況を調査したところ、９０ｍｍ径の暗きょ排水管内には沈着物質が２５〜３２ｍｍと厚く存在し、酸化鉄の沈着が確認され、暗きょ排水管を閉塞し始めていた。
また、沈着物質は、暗きょ排水管の部分的な現象ではなく、管全体にわたって発生していた。この閉塞物質の成分はＦｅ（ＯＨ）_３、ＦｅＯ（ＯＨ）等の酸化鉄であり、Ｆｅ_２Ｏ_３に換算すると６０．８％であった。この酸化鉄からなる沈着物質を光学顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した結果、螺旋の繊維状を呈する鉄酸化細菌が多数確認された。また、沈着物質に鉄酸化細菌培養用の硫酸第一鉄溶液を添加して培養した結果でも鉄酸化細菌の増殖が認められた。
また、暗きょ排水中の水質試験を行った結果、比較例の方法では、カルシウムイオン濃度が３２．２〜４４．９ｍｇ／Ｌで、ｐＨが４程度と低く、酸性条件を好む鉄酸化細菌が繁殖しやすい条件となっていた。
また、排水中の酸可溶性鉄濃度、二価鉄濃度は、酸可溶性鉄濃度が９０．０〜３４１．３ｍｇ／Ｌ、二価鉄濃度が１．５〜２５．２ｍｇ／Ｌと高くなっていた。
【００２３】
上記のことから本発明の暗きょ排水の暗きょ排水管の周囲に閉塞防止材を存在させることで、含鉄排水中の鉄を酸化鉄として析出させると共に、鉄酸化細菌の繁殖を抑え、暗きょ排水管の閉塞を防止でき、暗きょ排水の排水機能を長期間に亘り安定的に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す１部を切欠いた斜視図である。
【図２】本発明の一施工方法を順に示す縦断面図である。
【図３】本発明の一施工方法を順に示す縦断面図である。
【図４】本発明の一施工方法を順に示す縦断面図である。
【図５】本発明の一施工方法を順に示す縦断面図である。
【図６】本発明の一施工方法を順に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１暗きょ排水管
２閉塞防止材
２Ａ底部の閉塞防止材
２Ｂ上部の閉塞防止材
３疎水材
４作土
５心土
６掘削溝
７掘削土

Claims

高珪酸カルシウム含有資材である粒状ロックウールと無機水硬性材料とからなる閉塞防止材を、暗きょ排水管の周囲に埋設し、該閉塞防止材の上部に疎水材を配置することを特徴とする暗きょ排水管の閉塞防止方法。
暗きょ排水管の内部及び近傍において鉄酸化細菌が繁殖することを抑制し、酸化鉄を沈着させないことを特徴とする請求項１記載の暗きょ排水管の閉塞防止方法。