JP2006068732A - 水域環境改善材およびそれを用いる水域環境改善方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 製鋼スラグに珪藻を付着させてなる珪藻付着スラグを含有する水域環境改善材を有機物含量の多い底質を有する水域に散布する。製鋼スラグから溶出する無機栄養塩が底生微細藻の増殖および光合成活性を上昇させ、底生微細藻が放出する酸素により底質および水質を改善する。
【選択図】 なし
Description
本発明に係る水域環境改善材(以下、「本環境改善材」とも称する。)は、製鋼スラグに珪藻を付着させてなる珪藻付着スラグを含有するものであればよい。したがって、上記珪藻付着スラグ以外のものを含有するものであってもよい。なお、水域とは水質および底質(底泥)を含むものであり、また、海水域および淡水域のいずれをも含むものである。
本発明に係る水域環境改善方法は、上記本発明に係る水域環境改善材を水域に散布するものであればよい。水域への散布とは、水上または水中から当該水域環境改善材を投入する方法を基本とするが、潜水して水底の底泥上に当該水域環境改善材を散布する方法でもよい。散布量、散布頻度は特に限定されるものではないが、定期的に散布水域の底質および水質の環境を調査し、適宜散布量、散布頻度を調整することが好ましい。
CaO+H2O→Ca(OH)2→Ca2++2OH−
上記式のCa(OH)2は不安定であるので、反応は速やかに右に進みpHが上昇する。この反応の進行により、酸性の底泥をアルカリ性に改善する。海水のpHは通常8.0〜8.3くらいの弱アルカリであり、海水中では炭酸平衡という反応がpHを支配しているので、上記の反応が海水のpHを極端に上昇させることはない。
(1)底生微細藻の種類および培養方法
珪藻類に属する底生微細藻であるNitzschia sp.を用いた。培養には改変f/2培地(Guillard and Rhyther, 1963; Guillard, 1975参照、以下、単に「f/2培地」と呼ぶ。)を使用した。水温、塩分、光強度は各々15℃、25psu、50μmole/m2/sec とし、明暗周期は12L:12D(6〜18時明期)とした。Nitzschia sp.は付着基質が存在するほうがよく増殖するため、培養装置内にガラスビーズ(井上盛栄堂、BZ-01、0.1 mm径)を入れ、これに付着させて培養した。なお、改変f/2培地の組成を表1に示した。
瀬戸内海の中で最も底質の汚濁が進んだ閉鎖性海域の一つとして海田湾を選定し、試験海域とした。試験海域において底層環境が類似した2箇所を選定し、散布区と対照区を設けた。これらの試験区はそれぞれ1区画3m×3mとした。散布区には実験室で培養したNitzschia sp.を散布し、対照区には何も施さなかった。培養したNitzschia sp.を所定量入れた散布用容器を潜水士が試験海域の海底に持ち入り、散布区の海底表面にガラスビーズごと均等に散布した。
試料の採取は、平成15年8月20日、9月9日、9月30日、10月16日、11月7日、11月21日、12月16日および平成16年1月20日の合計8回行った。
分析項目および分析方法を表3に示した。
1.酸化還元電位
結果を図2に示した。図2から明らかなように、9月9日から12月16日の期間、散布区および対照区ともに概ね−130mV〜−120mVの値を示し、試験区内の底泥は還元状態にあることを示していた。調査最終日の1月20日には、分析値が対照区で0mV、散布区では+175mVとなり、試験区内の底泥は還元状態が改善され、酸化状態になっていた。なお、8月20日は計器故障のため欠測となった。
結果を図3に示した。図3から明らかなように、散布区で6.4%〜10.1%、対照区で10.1%〜10.8%の範囲にあった。散布区では11月21日まで概ね横ばいで推移していたが、12月16日以降は減少に転じ、12月16日には8.4%、1月20日には6.4%とさらに低い値になった。一方、対照区では調査対象日まで概ね横ばいで推移し、ほとんど変化がみられなかった。
結果を図4に示した。図4から明らかなように、調査開始直後に散布区が26.4mg/g、対照区が21.5mg/gであったが、以降両試験区ともに上昇し、10月16日に35mg/g前後の高値となり、この状態が11月21日まで続き、12月16日からは減少に転じた。なお、10月16日以降は、散布区のほうが対照区に比べ2.4mg/g〜7.5mg/g程度低くなり、水産用水基準(20mg/g以下)に近づいた。
結果を図5に示した。図5から明らかなように、調査開始直後に散布区が1.32mg/g、対照区が1.14mg/gであったが、以降上昇し、10月16日に散布区が1.71mg/g、対照区が1.94mg/gと高い値になった。その後減少に転じ、1月20日には散布区が0.30mg/g、対照区が0.35mg/gとなり、水産用水基準でいう正常な海底泥の値(0.2mg/g以下)に近づいた。なお、10月16日以降は、散布区のほうが対照区に比べ0.05mg/g〜0.68mg/g低かった。
結果を図6に示した。図6から明らかなように、10月16日まで散布区、対照区ともに0.8mg/g〜1.0mg/gであった。11月以降は試験区ごとに異なる状況を示した。対照区では12月16日まで概ね横ばいで推移し、1月20日に急激に低下して0.30mg/gとなった。一方、散布区では徐々に減少し、1月20日には0.29mg/gとなった。このため、11月7日以降は、1月20日を除き、散布区のほうが対照区に比べ、0.12mg/g〜0.40mg/g程度低かった。
結果を図7に示した。図7から明らかなように、散布区では1,800mg/kg〜2,900mg/kgの範囲にあり、対照区では2,600mg/kg〜3,200mg/kgの範囲にあった。散布区では徐々に低下し、12月16日には2,210mg/kg、1月20日には1,770mg/kgとさらに低い値になった。一方、対照区では12月16日まで概ね横ばいで推移し、1月20日に2,580mg/kgとやや低下するに留まった。このため、12月16日以降は、散布区のほうが対照区に比べ、620mg/kg〜810mg/kg低くなった。
結果を図8に示した。図8から明らかなように、散布区では10mg/kg〜40mg/kgの範囲にあり、対照区では10mg/kg〜50mg/kgの範囲にあった。特定の傾向はみられなかった。
結果を図9に示した。図9から明らかなように、散布区では1,700mg/kg〜2,900mg/kgの範囲にあり、対照区では2,600mg/kg〜3,200mg/kgの範囲にあった。試験区ごとの経時変化は全窒素の傾向と同じであり、12月16日以降は、散布区のほうが対照区に比べ630mg/kg〜810mg/kg低くなった。なお、全窒素は有機窒素と無機窒素とで構成されているが、試験区の底泥の場合は有機窒素が98%以上を占めていた。
結果を図10に示した。図10から明らかなように、散布区では470mg/kg〜600mg/kgの範囲にあり、対照区では530mg/kg〜680mg/kgの範囲にあった。対照区は調査開始後徐々に低くなり、10月16日に最低値を示したが、その後元に戻り、600mg/kgまで上昇した。散布区では経時変化が対照区とほぼ同じ傾向を示したが、1月20日には元に戻ることなく、最も低い値470mg/kgとなった。
結果を図11に示した。図11から明らかなように、散布区では21,000mg/kg〜32,000mg/kgの範囲にあり、対照区では28,000mg/kg〜35,000mg/kgの範囲にあった。散布区では12月16日まで30,000mg/kg前後の値を示したが、1月20日には21,000mg/kgと低い値になった。対照区では調査期間中ほぼ同じ値を示した。
1.溶存態無機窒素(DIN)
結果を図12に示した。図12から明らかなように、散布区では0cm〜1cmが0.84mg/L〜7.2mg/L、1cm〜2cmが1.9mg/L〜12mg/L、2cm〜3cmが2.8mg/L〜15mg/Lの範囲で推移し、対照区では0cm〜1cmが0.94mg/L〜8.0mg/L、1cm〜2cmが1.3mg/L〜4.5mg/L、2cm〜3cmが1.4mg/L〜6.4mg/Lの範囲で推移した。散布区では11月7日に最高値を、1月20日に最低値を示した。対照区では散布区より変動幅が狭く、9月30日に最高値を示した。散布区と対照区を比べると、散布区は対照区に比べ高い値を示し、かつ採取層別の濃度差が大きかった。
結果を図13に示した。図13から明らかなように、散布区では0cm〜1cmが0.13mg/L〜1.6mg/L、1cm〜2cmが0.14mg/L〜3.0mg/L、2cm〜3cmが0.31mg/L〜3.4mg/Lの範囲で推移し、対照区では0cm〜1cmが0.15mg/L〜1.2mg/L、1cm〜2cmが0.19mg/L〜0.72mg/L、2cm〜3cmが0.19mg/L〜1.2mg/Lの範囲で推移した。
Nitzschia sp.の細胞密度の変化を図14に示した。図14から明らかなように、2回目の9月9日の調査ではNitzschia sp.の細胞密度増加していなかったが、3回目の9月30日以降の調査では、常に散布区のほうが細胞密度が高かった。特に、9月30日の調査では、対照区が3.7×103cells/cm2であったのに対して、散布区ではその10倍以上の3.9×104cells/cm2であった。なお、散布後の細胞密度(0.12〜3.9×104cells/cm2)は、散布量(0.5〜2.9×105cells/cm2、表1参照)に比べて一桁低く、散布後に何らかの原因(例えば、枯死、植食動物による摂食等)で減少すると考えられた。
先に述べたように、珪藻類は窒素の欠乏によってシストを形成することが知られている。そこで、Nitzschia sp.についても窒素欠乏条件でシストを形成するか否かについて検討した。
上記実施例2に記載の方法と同様に、Nitzschia sp.を、窒素を含まないf/2培地を用いて、暗黒条件下で増殖至適条件である温度15±1℃、塩分25 PSUで11日間培養し、全ての細胞をシスト化した。メンブランフィルター(Millipore HA, pore size 0.45 μm)を通して濾過することにより培養液を除去してシスト化した細胞を集めた。これを、そのまま暗黒条件下恒温機内(15±1℃)で乾燥させた。乾燥開始後1週間ごとに乾燥細胞の一部をスライドグラス上にかき取り、生細胞(シストの形態を維持している細胞)と死細胞(完全に細胞質が抜けた状態の細胞)の割合を顕微鏡(Nikon, Type-210)を用いて計数することで求めた。
本実施例においては、現場における海水の流動を想定して、連続培養法を採用した。すなわち、図20に示すように、250ml培養容器(フィルターキャップ培養用フラスコ、ポリスチレン、γ線滅菌済み、Nalge Nunc International 社製)、シリコンチューブおよびポンプを用いて、培養液が培養容器の底から流入し、上部から排出されるシステムとした連続培養システムを用いた。培養液の交換率は、広島湾下層の年間平均海水交換率である0.75/dayとした。
250ml培養容器(フィルターキャップ培養用フラスコ、ポリスチレン、γ線滅菌済み、Nalge Nunc International 社製)にf/2培地を180 ml入れ、付着基質としてガラスビーズ(井上盛栄堂,ガラスビーズ、BZ-01,BZ-02, BZ-04, BZ-06, BZ-1,それぞれ粒径0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 1 mm)を0.2 gずつ添加した。また、ガラスビーズを添加しないコントロール区を設けた。これらにf/2培地で前培養したNitzschia sp.を含む培養液を20 ml ずつ添加し,ターナー・デザイン(Turner Design)社製蛍光光度計を用いてクロロフィル蛍光を測定することで、バイオマスの指標として増殖の様子をモニターした。
Claims (4)
- 水域に散布して当該水域の環境を改善する水域環境改善材であって、
製鋼スラグに珪藻を付着させてなる珪藻付着スラグを含有することを特徴とする水域環境改善材。 - 上記珪藻付着スラグと珪藻が付着していない製鋼スラグとの混合物である請求項1に記載の水域環境改善材。
- 上記珪藻はシスト化していることを特徴とする請求項1に記載の水域環境改善材。
- 請求項1ないし3に記載の水域環境改善材を水域に散布することを特徴とする水域環境改善方法。
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