JP2005144371A - 底質改善材 - Google Patents

Abstract

【課題】これまで廃棄物とされていた石炭灰に新たな用途を開くとともに、海、湖沼、干潟、川等の水底に投入してこれらの底質を改善する有用な底質改善材を提供する。
【解決手段】底質改善材１を、セメント２と、石炭灰３と、骨材４、５とを固化させたコンクリートブロック１１からなるものとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、海底、湖沼底、干潟、川底等に投入してこれらの底質を改善するための底質改善材に関するものである。

沿岸地域における魚介類の養殖場などでは、散布された餌料や魚介類の排泄物等や、河川等から流入した水に含まれる汚濁物質、或いは工場排水や生活排水に含まれる金属化合物等がヘドロ状となって海底に堆積しており、海水の汚染や富栄養化が進行し、魚介類の死滅や病気、赤潮の発生などが大きな問題となっている。このような問題の対策として、底泥の浚渫や運耕、海底への覆砂や曝気等が施されているが、いずれも対症療法的な施策に過ぎず、根本的な底質改善には至っていないのが現状である。また、このような問題は、沿岸地域のみならず、湖沼、干潟、河川などにも共通する問題となってきている。

最近では、消石灰や生石灰、マグネシウム化合物等のアルカリ物質を散布する薬剤散布法（例えば、特許文献１参照）や、汚染物質を分解・資化し得る細菌を散布する微生物散布法（例えば、特許文献２参照）などが上述の問題への対策として採用されつつある。

また別の問題として、環境保全や廃棄物処理の観点から、火力発電所から多量に排出される石炭灰の有効な再利用用途が模索されている。これまでは、微粉炭燃焼ボイラから発生した石炭灰を電気集塵機で捕集したフライアッシュや、ボイラの底部に落下した石炭灰を破砕したクリンカアッシュ等は、コンクリートの一組成としてセメントと共に混合されてきているが、特に加圧流動床燃焼発電方式を利用した石炭火力発電所から排出される「流動床灰（ＰＦＢＣ灰）」は、ボイラに石炭と石灰石とを投入して燃焼させたことにより排出される石炭灰であることからカルシウム化合物の含有量が多く、水と反応すると自硬性を奏するため、セメントの代用品としての用途が着目されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平９−２３９３７５号公報 特再表ＷＯ９８／４５４０２号明細書 特開平１１−１４７７４７号公報

まず、底質の改善に関する薬剤散布法については、消石灰や生石灰、マグネシウム化合物等が酸性の水質汚濁物質と難溶性化合物を形成して共沈し、水質汚濁を除去することを目的としているが、それら自体が散布時に水質の懸濁の原因となって、却って水質の悪化を招くという問題が指摘されている。また、沈殿した難溶性化合物が水底に堆積するので、底質改善の根本的な施策とはなり難い。また、微生物散布法では、汚泥等に含まれる有機物、水溶性ペプチド又は水溶性タンパク質を分解・資化し、硫化物の発生を抑制するものとしてバチルス属細菌（Bacillus subtilis（枯草菌）、Bacillus pumilus、Bacillus lentus等）が利用されるが、散布後の微生物は潮流等により流されやすく、水底に長期間定着させることが難しい。そこで、このような微生物の担体として、ゼオライト、活性炭、火成岩、サンゴ石等の多孔質担体が利用されるが、斯かる担体を大量に入手し、且つ底質の悪化した海域などへ運搬して投入することを考慮すると、それに要する費用や手間が多大となり、採算を取るのが難しいといえる。

一方、石炭灰は、上述のようにコンクリート組成の一つとして再利用されてはいるが、可能な限り多量の石炭灰を使用する観点から、その用途はコンクリート平板、階段ブロック、境界ブロック、擁壁、消波ブロック、漁礁ブロック等の比較的大型なコンクリート構造物に限られているのが現状である。

そこで本発明は、以上のような各種問題に鑑みて、石炭灰の有効利用を図りつつ、海底、湖沼底、干潟、川底等の底質を有効に改善することができる底質改善材を提供することを主たる目的としている。また、斯かる底質改善材を投入現場で簡易に形成し、コストダウンを図ることも本発明の目的の一つである。

すなわち、本発明は、海、湖沼、干潟、川等の水底に投入してこれらの底質を改善する底質改善材であって、セメントと、石炭灰と、骨材とを固化させたコンクリートブロックを主体としてなることを特徴とするものである。

このような底質改善材であれば、コンクリートブロックから溶出するセメント及び石炭灰に含まれるカルシウム化合物の作用により、酸性の水質又は底質汚濁物質を難溶性化合物として共沈させることができるので、汚濁物質を効率的に除去することが可能となるばかりでなく、セメントの使用量を低減することができるので、低コスト化を有効に図るとともに、石炭灰の有効利用をも図ることができる。また、この底質改善材は上述のコンクリートブロックを主体とするものであることから、水底に投入すると潮流等に流されることなくヘドロの中や底まで落下して定着するので、継続的に底質改善、修復作用を発揮することができ、さらに底質改善の目的を達した後は、魚介類の隠れ場や藻類の繁殖場等の漁礁又は藻場礁としての機能を奏するため、底質改善とその後の魚介類の繁殖の両方に対して非常に有用なものとなる。

ここで、石炭灰としては、フライアッシュ、クリンカアッシュ、流動床灰から選択される何れか１種又は複数種を適用することができる。フライアッシュは、石炭火力発電所の微粉炭燃焼ボイラから発生した石炭灰を電気集塵機で捕集した石炭灰であり、セメントの水和物である水酸化カルシウムと反応してシリカ質化合物を徐々に生成しつつ硬化する「ポゾラン活性」を有する球形の多孔質粉体状微粒子であって、特に重金属等を吸着・固化する固定能を有している。したがって、フライアッシュの利用は、水底に沈殿した重金属等の固定化に極めて有用である。クリンカアッシュは、ボイラの底部に落下した石炭灰を破砕した多孔質な砂礫状物であり、締め固め特性に優れることから、水底又は水中の汚濁物質を多量に吸着し、また崩壊しにくい強固なコンクリートブロックを形成することができる。さらに、セメントの使用量を低減できる点や、重金属等に対する吸着・固化する固定効果が得られる点については、フライアッシュの場合と同様であり、これまで道路等に限られていたクリンカアッシュの用途を広げることもできる。流動床灰（以下、ＰＦＢＣ灰）は、加圧流動床で発生する石炭灰であり、フライアッシュと同様の粒度分布を有する粉体であるが、形状は不定形でカルシウム化合物の含有量が多く、それ自体が水と反応して硬化する自硬性を有するという特徴がある。したがって、流動床灰を利用すれば、セメントの使用量を極力低減することができるうえに、特に含有量が多いカルシウム化合物の作用によって極めて高い汚濁物質除去効果を得ることができる。

また、漁業地域においては、カキやホタテ貝に代表される貝殻、魚の骨、エビやカニ等の甲殻類の殻等の水産物は、一般に廃棄物として処理されているが、このような水産物は、そのまま海などに投棄すると海洋汚染につながるため、特に可食部を取り外した後のカキ殻等が漁港や加工工場の一角に堆高く積み上げられている様子がしばしば見受けられるところであり、積み上げられたカキ殻から発生される腐敗臭が大きな問題となっている。また、カキ殻が占有しているスペースも増大する一方であり、廃棄物処理業者にカキ殻の処理を依頼するとコストが極めて高くつくことになる。そこで、水産物の廃棄物の有効利用方法が模索されているが、本発明の底質改善材を構成するコンクリートブロックの骨材として、水産物の廃棄物を利用することができる。このようにすることで、水産物に関する産業廃棄物問題の解決に寄与することができる。特に、貝殻や魚類の骨、甲殻類の殻等のカルシウム化合物を含有する水産物を利用すれば、有用魚介類が餌とする餌料生物を培養し得る効果や、汚濁物質の除去効果をより一層向上することができる。

この他、骨材には、竹炭又は木炭を含ませることも可能である。竹炭や木炭は多孔質であって、極めて高い吸着力を有しているため、本発明の底質改善材の一組成として利用するのに適しており、汚濁物質の除去能力を向上することができる。

このような底質改善材を、投入する現場で簡易に作成できるようにして、運搬や製造に要するコストを格段に低減するためには、コンクリートブロックを、人手で取り扱い得る程度の小型容器を型枠として、この型枠内で前記セメント、石炭灰及び骨材を固化させて形成したものとすることが望ましい。なお、斯かる小型容器には、例えばカップ、ペットボトル、弁当容器等の市販汎用容器を用いることが好ましい。またこの際、水産物の廃棄物を骨材として利用する場合には、骨材は元の形状のまま利用してもよいし、その場でハンマーで叩いたり足で踏みつぶすことにより破砕して利用しても構わない。

さらに、コンクリートブロックに、内部から表面に連通する空隙を有するものを適用すれば、底質改善後の小さな魚介類、藻類、プランクトン等の繁殖を促進することができる。

また、コンクリートブロックに、底質又は水質の汚濁物質を分解し得る微生物を付着させると、カルシウム化合物による汚濁物質の固定のみならず、積極的な分解除去作用を向上することができる。特にコンクリートブロックが上述のような空隙を有するものであると、微生物を多量に保持できる有効な担体となり得るが、石炭灰や骨材が多孔質であれば、それらも微生物の担体として有効に機能する。ここでコンクリートブロックに付着させる微生物として有用なものには、枯草菌を挙げることができる。

以上に詳述したように、本発明の底質改善材は、セメント、石炭灰、及び骨材から構成されるコンクリートブロックからなるものであるので、海底、湖沼底、干潟、川底等の水底に投下すると、そこに堆積したヘドロの内部又は底にまで達して定着し、その場でセメントや石炭灰から溶出したカルシウム化合物の作用によって、汚泥や汚水に含まれる汚濁物質を固化し共沈させて底質を改善することができるものである。したがって、従来の底質改善方法と比較しても遙かに効率的に底質の改善、修復を行うことができるだけでなく、石炭火力発電所から排出される産業廃棄物としての石炭灰の新たな再利用方法への途を開くことができる。さらには底質が改善された後には、海底等の構造物としてこの底質改善材を放置しておいても、漁礁や藻場として機能させることができるので、長期に亘る連続した底質の改善並びに修復を行うことができる。特に、石炭灰としてフライアッシュ、クリンカアッシュ、流動床灰等を利用すれば、それらの再利用用途を新たに提供することができるとともに、底質改善作用を高め、セメントの使用量を減じてコストダウンを図ることも可能である。また、骨材にはカキ殻や魚の骨等の水産物の廃棄物を使用することができるため、これらの廃棄物の再利用用途の途も開くことができ、底質改善材の製造に要するコストの低減も可能であり、特にこの骨材がカルシウム化合物を含有するものであれば、底質改善作用の向上を図りつつ、後の魚介類や藻類の育成を促進することができる。さらに、このコンクリートブロックに枯草菌等の微生物を付着させると、底質改善作用をより一層向上することが可能である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示すこの実施形態は、沿岸地域において魚介類の養殖場の海底に投入して使用される底質改善材１である。この底質改善材１は、コンクリートブロック１１を主体として構成され、さらにこのコンクリートブロック１１に微生物を付着させた構成を有している。以下、まず本実施形態の底質改善材１の具体的構成及び製造方法について説明する。

上述のように、底質改善材１は、コンクリートブロック１１を主体として構成している。このコンクリートブロック１１は、セメント、石炭灰、及び骨材から構成したものである。本実施形態においてセメントには、一般的なポルトランドセメント２を用いている。石炭灰には、石炭火力発電所の加圧流動床で発生する石炭灰である流動床灰３（ＰＦＢＣ灰）を用いている。また、骨材には、カキ殻の破砕物４と、竹炭５を適用している。ここで、カキ殻は、ハンマーで叩いたり足で踏むなどして適当な大きさに破砕してある。そして、これらの素材を用いてコンクリートブロック１１を作成する際には、底質改善材１の投下海域近傍の岸や、当該投下海域の船上において、その場で簡易に作成作業を行うことができるようにしておく。すなわち、図２（ａ）に示すように、小型の容器である型枠として例えば内容量約１５０ｍｌの紙製カップ７を用意しておき、このカップ７内に、セメント２、流動床灰３、カキ殻の破砕物４、竹炭５を例えば｛３：１：１０：１｝の割合で投入し、更に２０ｃｃの水６を加えて練り混ぜて、カップ７の内容物が硬化することによって形成されたコンクリートブロック１１をカップ６から取り出す。なお、このコンクリートブロック１１におけるセメント２の使用量は、流動床灰３を混合しない通常のコンクリートブロックのセメント含量よりも非常に少ないものである。このようにして作成されたコンクリートブロック１１は、内部に多数の空隙１１ｓが形成されており、これら空隙１１ｓがコンクリートブロック１１の表面を通じて外部に連通した状態となっている。

そして、このコンクリートブロック１１に微生物を付着させる。ここで本実施形態では、海底のヘドロ（汚泥）を形成している有機物、水溶性ペプチド又は水溶性タンパク質を分解・資化し、硫化物の発生を抑制する微生物として、枯草菌（Bacillus subtilis）を用いている。すなわち、図２（ｂ）に示すように、バケツ等の容器８に水と枯草菌とを注入し、例えば生菌数５ｘ１０^４〜６／ｍｌ程度に調整した後、この容器８内の枯草菌懸濁液８１にコンクリートブロック１１を投入する。このようにすることで、図３に断面図を示すようにコンクリートブロック１１の表面や、空隙１１ｓを通じて内部に枯草菌が入り込み、多孔質であるセメント２、流動床灰３、竹炭５に吸着され、本実施形態の底質改善材１の作成が完了する。

以上のようにして作成された底質改善材１を、図４（ａ）に示すように船上から養殖場Ｆの海中に投入すると、底質改善材１はヘドロＳの底である海ＢＳにまで沈み込み、そこで次のような底質改善機能を発揮する。すなわち、まず底質改善材１を構成するコンクリートブロック１１の組成であるセメント２、流動床灰３、カキ殻の破砕物４から浸出したカルシウム化合物が、酸性の底質及び水質汚濁物質と難溶性化合物を形成して共沈させる。また、セメント２、流動床灰３、竹炭５は、その細孔に汚濁物質を吸着する。さらに、コンクリートブロック１１に吸着された枯草菌の作用により、ヘドロＳや汚濁水に含まれる有機物、水溶性ペプチド又は水溶性タンパク質を分解・資化し、硫化物の発生を抑制する。なお、この底質改善材１の投入量は、底質改善を目標とする海底の広さ、汚濁の程度、ヘドロＳの厚さ等の諸条件によって決定される。このようにして、底質改善材１を投入した後、一定の期間が経過すると、図４（ｂ）に示すように、海底のヘドロＳや汚濁水はほぼ完全に浄化され、養殖場Ｆ内の魚介類が健康に棲息できる状態となる。また、海底ＢＳには底質改善材１が残存した状態となっているが、これら底質改善材１の表面に海藻ＳＷが付着したり、底質改善材１内の空隙１１ｓや底質改善材１同士の間の隙間にプランクトンや小さな魚介類が棲息するため、良好な藻場や漁場ともなり得る。

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。例えばコンクリートブロックの組成となる石炭灰には、フライアッシュやクリンカアッシュを用いることができ、流動床灰、フライアッシュ、クリンカアッシュのうちの１種類のみならず複数種類を混合して用いてもよい。また、骨材に適用される水産物の廃棄物としては、カキ殻以外の貝殻、魚の骨等の種々のものやこれらの混合物を適用することもでき、水産物以外にも砂利などの適宜のものを骨材として利用することが可能である。さらに、竹炭以外にも木炭を骨材の一部として利用することも可能である。また、コンクリートブロックに吸着させる微生物には、枯草菌以外に有用なものとして、他のバチルス属細菌、光合成細菌、脱窒菌、硝酸菌、水素生産菌、乳酸菌、放線菌、タンパク質分解菌、酵母などに例示される様々なものを適用することができる。さらにまた、簡易且つ安価にコンクリートブロックを生産する型枠には、カップの他にも弁当箱やペットボトル等の市販の軽量小型容器が適しており、コンクリートブロックの形状も多種多様に変更できる。また本発明は、海底のみならず、湖底や沼底、川底、干潟などに投入しても、汚染されたそれらの底質を改善し、修復するためにも利用できるものである。その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る底質改善材を模式的に示す斜視図。 同底質改善材の作成工程を示す説明図。 同底質改善材の模式的な縦断面図。 同底質改善材の使用方法を示す説明図。

符号の説明

１…底質改善材
２…セメント
３…石炭灰（流動床灰）
４…骨材（水産物の廃棄物）
５…骨材（竹炭）
１１…コンクリートブロック
１１ｓ…空隙

Claims (9)

1. 海、湖沼、干潟、川等の水底に投入してこれらの底質を改善するものであって、セメントと、石炭灰と、骨材とを固化させたコンクリートブロックからなることを特徴とする底質改善材。
2. 前記石炭灰として、フライアッシュ、クリンカアッシュ、流動床灰から選択される何れか１種又は複数種を適用している請求項１記載の底質改善材。
3. 前記骨材に、水産物の廃棄物を含む請求項１又は２記載の底質改善材。
4. 前記水産物の廃棄物が、貝殻や魚類の骨、甲殻類の殻等のカルシウムを含有するものである請求項３記載の底質改善材。
5. 前記骨材に、竹炭又は木炭を含む請求項１、２、３又は４記載の底質改善材。
6. 前記コンクリートブロックは、人手で取り扱い得る程度の小型容器を型枠として、この型枠内で前記セメント、石炭灰及び骨材を固化させて形成したものである請求項１、２、３、４又は５記載の底質改善材。
7. 前記コンクリートブロックは、内部から表面に連通する空隙を有するものである請求項６記載の底質改善材。
8. 前記コンクリートブロックに、底質又は水質の汚濁物質を分解し得る微生物を付着させている請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の底質改善材。
9. 前記微生物は、枯草菌である請求項８記載の底質改善材。

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