JP2005034140A - 水域環境保全材料および保全方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 透水性を有する袋材に、二価鉄含有物質、または二価鉄含有物質と腐食物質含有物質が詰め込まれたことを特徴とする水域環境保全材料や、透水性を有する袋材に、二価鉄含有物質と、発酵後に腐食物質を含有する物質または発酵後に腐食物質を含有する物質と発酵促進材が詰め込まれたことを特徴とする水域環境保全材料である。本発明の水域環境保全材料は、覆砂材料、水底凹部埋め戻し材料、養浜材料、干潟材料、浅場材料、藻場材料、漁場材料などとして用いられる。
【選択図】 図1
Description
沿岸部の鉄分は、森林の腐植土壌中で生成する水溶性のフルボ酸鉄(フルボ酸と二価の鉄イオンがキレート化したもの)として河川を下り海に供給されていたものであるが、近年の森林の荒廃によってフルボ酸鉄の溶出量が減少したことに磯焼けの根本的な原因があると言われている。
このような問題に対し、従来、二価の鉄イオン(Fe2+)を含む鉄分を付着させたり、石炭灰(フライアッシュ)等を混入させるコンクリートを海中に沈設しておくことで、海藻の増殖を図る技術が提案されている(例えば、特許文献1から3参照)。
(1)石炭溶融灰または転炉スラグの少なくとも一方が詰め込まれたココナッツ繊維製の袋を海中に沈設しておくことを特徴とする磯焼け修復方法、
(2)廃木材チップに石炭溶融灰または転炉スラグの少なくとも一方を混合したものが詰め込まれたココナッツ繊維製の袋を海中に沈設しておくことを特徴とする磯焼け修復方法、
(3)廃木材チップに石炭溶融灰または転炉スラグの少なくとも一方及び発酵促進剤を混合したものが詰め込まれたココナッツ繊維製の袋を海中に沈設しておくことを特徴とする磯焼け修復方法、
(4)透水性を有する袋材に、二価鉄含有物質、または二価鉄含有物質と腐植含有物質が詰め込まれたことを特徴とする水域環境保全材料、
(5)透水性を有する袋材に、二価鉄含有物質と、発酵後に腐植を含有する物質または発酵後に腐植を含有する物質と発酵促進材が詰め込まれたことを特徴とする水域環境保全材料、
(6)二価鉄含有物質が、製鋼スラグまたは石炭溶融灰であることを特徴とする(4)または(5)に記載の水域環境保全材料、
(7)発酵後に腐植を含有する物質が、廃木材チップであることを特徴とする(5)に記載の水域環境保全材料、
(8)透水性を有する袋材が、植物繊維からなることを特徴とする(4)から(7)に記載の水域環境保全材料、
(9)植物繊維が、ココナッツ繊維であることを特徴とする(8)に記載の水域環境保全材料、
(10)(4)から(9)に示す水域環境保全材料に、重りが取り付けられたことを特徴とする水域環境保全材料、
(11)(4)から(10)に示す水域環境保全材料が、籠状の容器に詰め込まれたことを特徴とする水域環境保全材料、
(12)(4)から(11)に示す水域環境保全材料が、シート状の材料に取り付けられたことを特徴とする水域環境保全材料、
(13)(12)に示すシート状の材料が、帯状であることを特徴とする水域環境保全材料、
(14)(4)から(13)に示す水域環境保全材料を使用する水域環境保全方法、
である。
本発明によれば、製作から水中への設置作業が簡易で、かつ光合成生物に必要な二価の鉄イオンやフルボ酸鉄を効率よく、かつ持続的に供給可能となり、水域環境保全が達成できる。
二価の鉄イオンによる硫化水素の化学的固定のメカニズムとしては、化学式1で示す以下のメカニズムが提唱されている(非特許文献1参照)。
[非特許文献1]「平成7・8年度 製鋼スラグの覆砂材としての適用技術の調査・研究 報告書」、平成9年3月、(財)沿岸開発技術研究センター 鐵鋼スラグ協会
無酸素下で生成した二価の鉄イオン(Fe2+)はキレート剤(錯体)としてフルボ酸と結合してフルボ酸鉄となる。
フルボ酸鉄は水溶性で寿命が長く、海水中で安定に存在する。このフルボ酸鉄は植物プランクトンや昆布等の藻類の生長には必須な成分である。
ココナッツ繊維は天然繊維の中で最も退化速度が遅く、土中では5〜7年、海水中では10年以上である。
食物連鎖の源である光合成生物(食物プランクトンや海藻)にとって、鉄は必須な栄養素であるのみならず、光合成や窒素分の取り込みにおいて重要な役目を果たす。しかし、水中では鉄以外の栄養素がイオンの形で存在し、簡単に光合成生物に摂取されるのと異なり、水中での鉄の大部分は生物が摂取不可能な粒状体である。鉄がイオンの形(OH基と結合した二価の鉄イオン)で存在する量は極微量である。またさらに、粒状鉄と鉄イオンは平衡状態で水に溶解しているため、鉄イオンが生物に摂取されると、この平衡が崩れて粒状鉄が鉄イオンに変わるが、一旦摂取された鉄イオンが再び粒状鉄から供給されるには10日以上かかると言われている(非特許文献2参照)。
[非特許文献2]松永勝彦著、森が消えれば海も死ぬ、講談社1993年7月20日
袋材の役割としては、内部材料からの二価の鉄イオンやフルボ酸鉄の周辺水域への溶出性を確保しつつ、水流、潮流、波浪、あるいは水と内部材料の比重の違いによる内部材料の流失や浮き上がりなどによる逸散の防止、材料を直接水中へ投入することで発生する水の濁りの防止、良好なハンドリングの確保を行うものである。
発酵後に腐植を含有するようになる物質を二価鉄含有物質と共に袋詰したものを環境保全材料として用いることにより、水中への設置後に、徐々に内部材料が発酵し、生成した腐植が二価の鉄イオンと結合して水中へのフルボ酸鉄供給が可能となるものである。効果の発現までに数日から数ヶ月の期間を要するが、天然の腐植土層を採取することによる自然破壊や、人工の腐植含有物質を生成する手間が省略できる。なお、この効果の発現を早めるには、条件的嫌気性発酵分解によって短時間に腐植の生成を可能とするために発酵促進剤を用いるとよい。
発酵促進剤としては、放線菌などの微生物が有用である。
なお、本発明の水域環境保全材料の具体的用途と、その効果については、既に説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
製鋼スラグには、二価鉄が3〜20質量%程度含まれており、石炭溶融灰にも5〜20質量%程度含有されている。これらの材料を二価鉄含有物質として使用することは、含有量の多さのみならず、産業副産物の有効利用という面からも積極的な利用が望まれる材料である。
また製鋼スラグは、二価鉄の含有のみならず、カルシウム分の含有にも富む材料である。よって、既に説明した二価の鉄イオンによる硫化水素の化学的固定の他、カルシウム分の溶出により、硫酸還元菌による硫化物の硫酸還元を阻止する効果(非特許文献3参照)や燐の化学的固定効果も有する。カルシウムによる燐の化学的固定のメカニズムとしては、化学式2で示す以下のメカニズムが提唱されている(非特許文献1参照)。
石炭溶融灰は噴流床石炭ガス化炉から発生する溶融灰である。
発酵後に腐植を含有するようになる物質に、伐採木、抜根、剪定枝、建築廃材、除草発生材、ダムや海岸などの流木などの廃木材を粉砕してチップ状にしたものを用いることにより、有効利用が望まれる廃木材の利用につながるのみでなく、植物の採取による環境破壊を防ぐことが可能となる。
袋材は、環境に対する負荷を考慮すると、将来的には自然に分解される自然に優しい材料が好ましい。そこで、袋材に対して植物繊維を編んだ材料や化学的な材料を使用した場合においても生物に分解される材料を使用することにより、長期間経過後には袋材が自然に消失する、すなわち自然への負荷の少ない水域環境保全材料とすることが可能となる。
ココナッツ繊維は天然の食物繊維の中で最も退化速度が遅い材料であり、その退化時間は、土中では5〜7年、海水中では10年以上と言われている。このココナッツ繊維を袋材の材料として用いることにより、将来的には自然に分解され消失し、かつ内部材料から二価鉄やフルボ酸鉄の溶出持続期間にもよるが、10年以上の長期にわたって内部材料を保持して水域環境保全に対する効果を持続させることが可能となる。
本発明の水域環境保全材料が水流、潮流、波浪等の外力によって逸散することが想定される場合には、水域環境保全材料を重りが取り付けられたものとすることで安定性の高い水域環境保全材料とすることができる。重りが取り付けられたとは、水域環境保全材料に重りが取り付けられたものの他、水域環境保全材料よりも大きな重りに水域環境保全材料を取り付ける、嵌め込む、あるいは埋め込むことも含まれる。重りに水域環境保全材料を埋め込む場合には、水域環境保全材料から溶出した二価の鉄イオンやフルボ酸鉄が重りの材料を通って周辺水域へ溶出することが可能な重り材料を用いなければならない。
籠状の容器の中に複数の水域環境保全材料を保持することにより、容易に大きな外力に対しても安定的に設置することが可能な水域環境保全材料となりうる。
籠状の容器の材質、大きさは、必要な強度や設置環境から適宜決定するものとする。
また、重りを取り付けない水域環境保全材料の場合、籠マットの中に水域環境保全材料を一つ、あるいは複数個詰め込むことも可能である。なお、籠マットの石材には、天然石の他、鉄鋼スラグ、炭酸化処理した鉄鋼スラグ、鉄鋼スラグを利用したコンクリート状材料、廃コンクリート等を用いることが可能である。
水域環境保全材料を連続したシート状の材料に取付けることで、そのシート状の材料によって連結することにより、水流、潮流、波浪等の外力に抵抗させることが可能となる。
シート状の材料は、水流、潮流、波浪等の外力によって容易に破れる材料や、著しく水質を汚染するような材料以外であれば、材質、厚み、シート状や網状等の形状について特に規定するものではない。
シート状材料を帯状にすることにより、設置現場までの輸送が容易になる他、設置の際も帯状のシートを引き出しながら水域環境保全材料を適当な間隔を開けて取り付け、設置していくことで作業の効率化をはかることが可能となる。帯状のシートの材料についても、水流、潮流、波浪等の外力によって容易に破れる材料や、著しく水質を汚染するような材料以外であれば、材質、厚み、シート状(帯状)や網状等の形状について特に規定するものではなく、幅についても、水域環境保全材料のサイズや船舶等のサイズから適宜決定するものとする。
水域環境保全材料を用いて水域環境を保全するには、図3に示すように、水域環境の保全が必要とされている水域に、水域環境保全材料を配置すればよい。水域としては、富栄養化した底泥、水底凹部、養浜、干潟、浅場、藻場、漁場が挙げられる。なお、「これらの水域に配置する」とは、水域環境保全材料が配置される時点において、これらの水域であることを要しない。つまり、新たに干潟や藻場を造成する場合には、水域環境保全材料を配置する時点においては、まだ干潟や藻場とはなっていない。しかしながら、干潟や藻場と造成する意図を持って水域環境保全材料を配置する場合には、その水域は、干潟や藻場に該当する。
各水域に本発明の水域環境保全材料を適用した場合の効果は、すでに説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
本発明の水域環境保全材料は、予め大量に用意しておいても、設置過程で袋詰して作製してもどちらでもよい。
本発明の水域環境保全材を水中に一個ずつ設置する場合は、図2(a)に示すように、船上クレーン3により水中に次々と設置していく。図は、鉄材(鉄筋または鉄骨)の重り2を水域環境修復材(水域環境保全材料)1に線材などにより縛り付ける方法で取り付けた水域環境保全材の設置例である。
また、図2(b)に示すように、複数の水域環境保全材料1をあらかじめ接続したもの(鉄材の重り2に線材等により縛り付けて一体化しユニット化したもの)を船上クレーン3により水中に次々と設置していくようにしても良い。この場合、複数の水域環境保全材の接続(一体化しユニット化すること)は、袋材同士の他、図のように重り2を介して接続することも可能である。ここでは、重りに鉄材(鉄筋または鉄骨)を用いている。
水域環境保全材料1を、漁礁のようにして水中に設置する場合を図5に示す。
即ち、図示のように、シート状材料11の四隅に設けられた重りブロック12に建てた柱材13を梁材14で繋いだ台枠ユニット15を用い、シート状材料11上に多数の水域環境保全材料1を並べておく。
こうしてシート状材料11上に多数の水域環境保全材料が並べられた台枠ユニット15を船上クレーンにより水中に設置する。
なお、重り17としては、割石、捨石の代わりに鉄イオン供給源になる石炭溶融灰や製鋼スラグを含有させたコンクリートブロックの塊や鉄くず等でも良い。籠16についても、鉄網の他、ジオグリッド等を用いても良い。
また、籠16内に詰め込んだ多数の重り17の上に複数の水域環境保全材料1を並べる他、籠の上面に一つまたは複数の水域環境保全材料を取りつけても良い。
水域環境保全材料1を適当な間隔を開けて水中に設置していく場合を図8に示す。
即ち、図示のように、作業船21において、帯状のシート材料を巻きつけたロールシート30からシート31を引き出して、そのシート31上に重りブロック32及び水域環境保全材料1を並べていく。シート31上への重りブロック32及び水域環境保全材料1の設置は、船上クレーン23により行い、特に水域環境保全材料1については、台船25上に大量に積み込まれた水域環境保全材料1の山から船上クレーン23により積み替えて行う。
なお、重りブロック32としては、鉄イオン供給源になる石炭溶融灰や製鋼スラグを含有させたコンクリートブロックが好適である。また、重りブロック32の他、ユニット方式と同様、単体方式で説明したような鉄材による重りを用いても良い。
また、水中設置作業についても、実施形態の手法に限らず、水域環境保全材料をまとめて水中に沈設して積み上げるようにしても良く、他の適宜の手法を用いても良いことは勿論である。
腐植(廃木材を堆肥化したもの)と製鋼スラグを容積比で50:50で混合したもの25kg、製鋼スラグ30kg、そして比較材として天然石材23kgを、それぞれ縦65cm、横45cmのココナッツ繊維製の袋材に投入し、投入口を綿糸で塞ぎ、水域環境修復材を作製した。そして、各水域環境修復材2体づつを90分/水槽で水槽内の海水が循環する2000リットル水槽3つにそれぞれ投入し、1ヶ月経過の後に昆布の種苗糸の取り付け、海藻の着生状況の経時変化を観察した。なお、海水は、沖合い250mから取り入れた。結果を表1に示す。
まず、比較例である試験No.3の天然石材では、昆布の苗の成長はわずかであり、約1ヶ月以降の成長に変化が見られなかった。
次に、実施例の試験No.2の腐植と製鋼スラグの混合では、種苗糸取りつけから約1ヶ月以降に昆布が急激に成長し、密生した。また、試験No.1の製鋼スラグのみの場合においても、比較例には種苗糸取りつけから約1ヶ月以降に、比較例では見られない昆布の成長が見られた。
実施例1で用いたものと同じ水域環境修復材をそれぞれ10体づつ用意し、幅2m、長さ3m、高さ1mの籠マット(籠は鉄製)の中に天然石材とともに詰め、北海道内の海域に投入した。なお、水域環境修復材は、籠マットに詰めた天然石材の上面に、短辺方向に2個、長辺方向に5個並べた状態で設置した。海中投入後80日における海藻着生状況の観察結果を表2に示す。
次に、実施例の試験No.1,2は共に、海藻の根付けと繁殖が見られ、その全長は10から15cm程度に達していた。
実施例1および2で用いたものと同じ水域環境修復材をそれぞれ1体づつ用意し、ブイとロープで岩手県内の海域の所定の水深に設置した。設置後44日、69日、135日経過後の海藻着生状況の観察結果を表3に示す。
2 重り
3 船上クレーン
5 重りブロック
6 嵌め込み凹部
11 シート状材料
12 重りブロック
13 柱材
14 梁材
15 台枠ユニット
16 籠
17 重り
21 作業船
22 送りローラ
23 船上クレーン
25 台船
30 ロールシート
31 シート
32 重りブロック
Claims (14)
- 石炭溶融灰または転炉スラグの少なくとも一方が詰め込まれたココナッツ繊維製の袋を海中に沈設しておくことを特徴とする磯焼け修復方法。
- 廃木材チップに石炭溶融灰または転炉スラグの少なくとも一方を混合したものが詰め込まれたココナッツ繊維製の袋を海中に沈設しておくことを特徴とする磯焼け修復方法。
- 廃木材チップに石炭溶融灰または転炉スラグの少なくとも一方及び発酵促進剤を混合したものが詰め込まれたココナッツ繊維製の袋を海中に沈設しておくことを特徴とする磯焼け修復方法。
- 透水性を有する袋材に、二価鉄含有物質、または二価鉄含有物質と腐植含有物質が詰め込まれたことを特徴とする水域環境保全材料。
- 透水性を有する袋材に、二価鉄含有物質と、発酵後に腐植を含有する物質または発酵後に腐植を含有する物質と発酵促進材が詰め込まれたことを特徴とする水域環境保全材料。
- 二価鉄含有物質が、製鋼スラグまたは石炭溶融灰であることを特徴とする請求項4または5に記載の水域環境保全材料。
- 発酵後に腐植を含有する物質が、廃木材チップであることを特徴とする請求項5に記載の水域環境保全材料。
- 透水性を有する袋材が、植物繊維からなることを特徴とする請求項4ないし7のいずれかに記載の水域環境保全材料。
- 植物繊維が、ココナッツ繊維であることを特徴とする請求項8に記載の水域環境保全材料。
- 請求項4ないし9のいずれかに記載の水域環境保全材料に、重りが取り付けられたことを特徴とする水域環境保全材料。
- 請求項4ないし10のいずれかに記載の水域環境保全材料が、籠状の容器に詰め込まれたことを特徴とする水域環境保全材料。
- 請求項4ないし11のいずれかに記載の水域環境保全材料が、シート状の材料に取り付けられたことを特徴とする水域環境保全材料。
- シート状の材料が帯状であることを特徴とする請求項12に記載の水域環境保全材料。
- 請求項4から13のいずれかに記載の水域環境保全材料を使用することを特徴とする水域環境保全方法。
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