JP2009254243A - 水域環境保全材料、およびその製造方法、並びに堆肥化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工業廃棄物に含まれる有害物質の心配が不要であり、安全に磯焼けを修復することができる水域環境保全材料、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ダム湖１の底に堆積した腐植物等の堆積物３を採取する腐植物採取工程と、採取した腐植物等の堆積物３を脱水して固形腐植物にする脱水処理工程と、脱水処理した固形腐植物を、イオン溶出性を備えた収容体内に収納する収容工程と、を経て製造することを特徴とする水域環境保全材料の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダム湖の堆積物を活用したもので、沿岸部などの水辺に埋設したり海水中に沈設するなどして海藻等の水生植物の繁殖、生育を促進する水域環境保全材料、およびその製造方法、並びに堆肥化方法に関する。

近年、沿岸部などでは、海藻が減少して石灰藻で覆われる磯焼けが進行し、昆布、ウニ、アワビ等の沿岸水産資源の減少が顕著になっている。これは、従前であれば、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がキレート化したもの）が河川から流れ込んでいたが、近年、森林の荒廃などによってフルボ酸鉄の供給が減少していることに起因しているといわれている。すなわち、水生植物が活発に光合成を行うために必要とされる海水中の鉄分が不足し、これにより昆布などの水生植物の繁殖、生育が悪化し、その結果としてウニやアワビ等の沿岸水産資源の減少を招いていると考えられている。

このような問題を解決するために、例えば、石炭溶融灰、製鋼スラグなどの二価鉄含有物を嫌気性発酵させた腐植物質と共にココナッツ繊維袋に詰め、これを沿岸部の海域に沈設し、ここから二価鉄を徐々に海中に放出し、これにより海藻や珪藻等の水生植物の繁茂に必要な鉄分を供給し、効率よく水生植物を繁茂させようとする磯焼け修復方法や水域環境保全材料など技術が提案されている（特許文献１）。
特開２００５−３４１４０号公報

これらの二価鉄含有物と共に混合される腐植物質は、廃木材をチップにして嫌気性発酵するものであり、製造に多大の労力と半年以上の期間が必要であったものであり、加工が必要であった。
一方、ダムにおいては、ダム湖の底に河川から流れ込んだ土砂や落葉などが堆積してしまい、これらの堆積物を除去することが必要であり、これを引き上げるために多大な労力を要するばかりでなく、引き上げた堆積物はヘドロ状になって発酵している場合も少なくなく、その始末にも困っていた。更には、ダム湖にはその流域から倒木などが流れ込み、これらの処理にも多大な労力を要していた。

本発明は、これらの事情に鑑みて提案されたものであり、自然界に存在するものを活用して、安全に磯焼けを修復することができる水域環境保全材料、およびその製造方法、並びに堆肥化方法を提供しようとすることを目的とする。

本発明は、上記した目的を達成するためになされたもので、請求項１記載のものは、ダム湖底に堆積した腐植物を採取して脱水処理した固形腐植物を、イオン溶出性を備えた収容体内に収納してなる水域環境保全材料である。

そして、前記腐植物は、ダム堤体近くの湖底に堆積したものであることが望ましい。

また、前記固形腐植物に加えて二価鉄含有物質を収容体内に収納してもよい。
さらにまた、前記固形腐植物を収納する収容体は、ココナッツヤシや麻などの植物繊維からなる袋体であることが望ましい。

請求項５に記載のものは、ダム湖底に堆積した腐植物を採取する腐植物採取工程と、
採取した腐植物を脱水して固形腐植物にする脱水処理工程と、
脱水処理した固形腐植物を、イオン溶出性を備えた収容体内に収納する収容工程と、
を経て製造することを特徴とする水域環境保全材料の製造方法である。

請求項６に記載のものは、ダム湖底に堆積した腐植物等の堆積物を採取し、複数の木片を層状に敷設した上に前記堆積物を堆肥化促進剤として散布し、この木片の敷設と前記堆積物の散布を繰り返して複数の層に積層し、この積層物をシート材で覆った状態で（条件的嫌気性）発酵させることを特徴とする堆肥化方法である。

請求項７に記載のものは、前記木片が、前記ダム湖を含むその流域の木をチップ化したものであることを特徴とする請求項６に記載の堆肥化方法である。

請求項１に記載の発明によれば、ダム湖底に堆積した腐植物等の堆積物を採取して脱水処理した固形腐植物を、イオン溶出性を備えた収容体内に収納するので、工業廃棄物に含まれる有害物質のおそれがなくなり安全性の向上に寄与する。また、ダム湖堆積物を天然資源として活用する途を開くことができ、これまで処理に困っていた堆積物の処理が容易であり、ダムの保管上も好ましい。

請求項２に記載の発明によれば、堆積物がダム堤体近くの湖底に堆積したものであるので、フルボ酸鉄やフミン酸鉄等の腐食酸鉄の濃度が高く、高い機能の水域環境保全材料を効率良く製造することができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記固形腐植物に加えて二価鉄含有物質を収容体内に収納することができるので、二価鉄イオンやフルボ酸鉄の溶出を促進することができ、一層高い機能を発揮することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記収容体が植物繊維からなる袋体であるので、溶出速度が安定するばかりでなく、長期間に亘って定量的に溶出させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、ダム湖底に堆積した腐植物等の堆積物を採取する腐植物採取工程と、
採取した堆積物を脱水して固形腐植物にする脱水処理工程と、
脱水処理した固形腐植物を、イオン溶出性を備えた収容体内に収納する収容工程と、
を経て製造するので、水域環境保全材料を効率良く製造することができる。

請求項６に記載の発明によれば、ダム湖に堆積した堆積物という自然界に存在するものを活用して、効率良く堆肥化できるので、安全性の高い堆肥を合理的に提供することができる。

請求項７に記載の発明によれば、流木、倒木、間伐材などの木の単なる処理にとどまらず、これらの木の有効利用を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
なお、図１はダム湖の湖底から堆積した腐植物等の堆積物を採取する状態を示すダム湖の概略断面図、図２はダム湖の平面図、図３は採取した腐植物等の堆積物を脱水処理する工程を示す説明図、図９は水域環境保全材料を設置する状態を示す説明図である。

まず、ダム湖底に堆積した腐植物等の堆積物を採取する腐植物採取工程について説明する。
図１に示すように、ダム湖１の底には、河川から流れ込んだ土砂や落ち葉などの有機物が堆積している。そして、土砂などの鉱物は、ダム湖１に流れ込んで流速が緩やかになると比重が大きいので比較的早く沈殿し、また、粒径の大きなものの方が早く沈む。したがって、これらはダム湖１の河川流れ込み領域などダム堤体２から遠い地点に堆積し勝ちである。一方、落ち葉や小枝などは比重が小さいのでダム湖１に流れ込んだ後も沈み難いためにダム湖１中を漂ってからダム堤体２近くに沈殿する。このため、本発明で使用する腐植物は、ダム堤体２近くの湖底から採取することが望ましい。そして、ダム湖１の底、特にダム堤体２近くの湖底では山野で育った落ち葉や小枝などの有機物が水中で空気に触れない状態で堆積して腐植するので、腐植物を始めとする堆積物中では嫌気性発酵が行われることとなり、フルボ酸やフミン酸などの腐植酸が蓄積されている。なお、この堆積物（沈殿物）３は、後述するように、有機酸鉄をも含んでおり、水域環境保全材料の素材として好適である。しかも、ダム湖１の堆積物３を採取して、新たな用途の素材として使用するので、工業廃棄物とは異なり自然の無害な資源として使用できる第１のメリットがある一方で、ダム湖１の底の掃除ができるという第２のメリットがある。

腐植物と細かい土砂を含んだ堆積物３（泥土）を採取するには、図１に示すように、クレーン船４から湖底に吊り降ろした泥水用サンドポンプ５を使用し、この泥水用サンドポンプ５により腐植土混じりの泥土を台船１０に汲み上げたり、あるいはテレスコクラム船６上から特殊構造の開閉グラブ７を湖底に下ろし、開いた状態のグラブ７を湖底に押し付けながら閉じて腐植土混じりの泥土をグラブ７内に取り込み、グラブ７の内部フラップ（図示せず）を押し上げて泥土を送り管８に送り出し、このグラブ７の開閉を位置を変えながら繰り返し、送り管８に押し込んだ泥土をコンプレッサー９から送られた圧縮空気と共に台船１０上に上げる。この様にして、台船１０上に採取した堆積物３（腐植土混じり泥土）が満杯になったならば、台船１０を移動して陸上の脱水処理施設に搬送する。

この様にして採取した堆積物３は、採取した場所により金属成分が異なる。実験では、図２に示すように、ダム湖１とその近辺の５箇所で試料を採取して土壌中に含まれている主要金属（Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｎ）をアルカリ溶融−ＩＣＰ発光分析法で分析した。これらの分析結果を表１に示す。

表１に示すように、全鉄の含有量自体は鉄のクラーク数（土壌中の平均含量）が４．７％であることから、際立って高いわけではない。全鉄の含有量は、陸生の対照試料（ＣＴＬ１と２）、ダム湖１の中心部のＮＯ．１１の試料で高く、ダム湖１入口付近の測点１と測点２から採取した堆積物３（表１中のＮＯ．１と２）では低かった。ＮＯ．１と２は極めて嫌気的な環境と考えられ、鉄（ＩＩＩ）の酸化物や炭酸塩が還元されることにより二価になり溶出したことに起因すると思われる。この予測は、Ｍｎの含有量が底質試料で陸生のものに比べて低くなっていることからも支持される。鉄が溶出されず堆積物３中に残るには腐植成分などと錯形成していることが重要である。したがって、表１で検出された全鉄の化学形態を逐次抽出法により調べた。逐次分析法により分画される鉄の化学形態を図５に示す。図５のＣ分画が有機態鉄すなわち腐植物質−鉄錯体を示している。
図３のグラフで示すように、ダム湖１の中心（測定点１１）から測定点２、そして、ダムで堰き止められている測定点１へと向かうにつれて腐植成分と有機態鉄（腐植物質−鉄錯体）（Ｃ分画；フルボ酸鉄）の含有量は高くなっている。したがって、ダム堤体２の近傍の底部における堆積物３が腐植成分と有機態鉄の含有量が高い。この理由として最も考えられることは、無機鉱物のような重いものは移動しにくく、腐植成分のように移動性の大きいものは下流（すなわち、ダム入口、ダム堤体２近傍）へ移動しやすいため、測点１では有機分が多くそれに伴い有機態鉄が増えたと考えられる。

また、従来、廃木材チップを条件的嫌気性発酵により生成した腐植物質中に含まれるフルボ酸とフミン酸は１％のオーダーであるが、ダム湖１底に沈積した堆積物３中に含まれるフルボ酸とフミン酸は数十％オーダーであることが確認された。さらに、これらのフルボ酸とフミン酸に結合している鉄の形態分析から、カルボキシル基などの含酸素基とキレート結合している二価鉄であることも確認されている。

前記した測定は２００６年に実施した測定結果であり、１年後の２００７年にも同じ地点で再度測定した。

２００７年のＦｅ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｓｉの含有量は表２に示す通りである。２００６年は陸成土壌（ＣＴＬ−２）の鉄含有量が高かったが、２００７年に採取した試料では底質試料に比べて低くなっている。底質試料に関しては同程度の含有量で測点３（相沼内川）で高い値を示す傾向は変わらなかった。

２００７年の土壌試料中の全鉄に対する各分画の割合は表３に示す通りである。また、２００６年と２００７年試料のＣ分画を比較すると、図４に示すように、腐植物質態鉄の含有量は２００７年試料で低くなった。このＣ分画減少の理由として、降雨や増水などによる大規模な土砂の流入等が考えられる。しかし、ダム湖入口から湖中心に行くに従い減少する傾向は変わらなかった。したがって、ダム堤体２の近くが最も腐植物質態鉄が多く含有していることに変わりはなかった。

腐植酸を濃塩酸で２４時間加水分解し、腐植酸を構成しているアミノ酸を測定した。

測点１の全アミノ酸含有量は、底質試料の中で最も高かった。これが鉄のキレータとして機能していると思われる。一方、測点１では、底質は嫌気条件下にあり、硫化水素臭がすることから硫黄が含まれていると推測できた。元素分析結果から測点１の硫黄分は他より大きいことが明らかとなっている。この硫黄はアミノ酸の中でもシステインに起因することが、底質１と２だけにシステインが検出された結果から明らかとなった。

また、前記した相沼内ダムとは別に、土呂部ダムについても調査・測定したので説明する。
図６に示す土呂部ダムにおいて。試料に付した番号は、次の通りである。
ＮＯ．１ ；ダム湖底質試料、ダム出口に近い点
ＮＯ．２上；ダム湖底質試料、ダム湖出口部分の底質で上流側
ＮＯ．２下；ダム湖底質試料、ダム湖出口部分の底質で下流側
ＮＯ．３ ；ダム湖底質試料、ダム湖中央部
ＮＯ．４ ；ダム湖周辺の有機土壌
各測定点における試料の金属成分の含量は表５に示す通りあり、鉄の形態分析結果は図７に示す通りである。そして、Ｃ分画（有機態鉄）は腐植物質との錯体とみなすことができダム湖出口付近のＮＯ．２上は、ＮＯ．１やＮＯ．２下、陸生土壌のＮＯ．４に比べＣ分画の比率が高かったが、ＮＯ．３が最も大きかった。

次に、堆積物３を脱水して固形化する、すなわち、固形腐植物とする脱水処理工程について説明する。
図８に示すように、本実施形態では、台船１０で運んできた泥土を沈殿泥土タンク１１に溜め、これを混合槽１２で凝集剤と混合してから沈殿槽１３で沈殿させる。次に、沈殿物を脱水装置１４で脱水して脱水ケーキを固化処理装置１５にベルトコンベア１６で搬送し、この固化処理装置１５で粒状の固形腐植物に固化する。そして、この様にして固形化した固形腐植物は、次の工程のために、トラック等の搬送手段により包装装置に搬送する。なお、脱水装置１４は、空気を強制的に供給して乾燥する曝気法を用いて効率良く乾燥する様に構成しても良い。

固形腐植物の包装は、イオン溶出性を備えた収容体内に収納する。イオン溶出性を備えた収容体とは、内部に収納した腐植物が溶けて二価鉄イオンやフルボ酸鉄が溶出可能な袋体、箱体、かご体などである。具体的には、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等の無機化学材料繊維、ココナッツヤシや麻などの植物繊維を使用して形成した袋体、多孔質材料を使用して形成した箱体、いわゆる布団かごと称される金属線材からなるかごがある。そして、図面に示す収容体２０は、ココナッツヤシ繊維を厚さ１０〜１５ミリのマット状に重ねてから袋にした中袋２０ａと、この中袋２０ａの外側を覆うヤシネット２０ｂとの二重構造の袋体であり、中袋２０ａの中に前記した固形腐植物２１を所定量投入し、開口部２０ｃを縫合するなどして封止する。なお、本発明に係る水域環境保全材料は、ダム湖１の底から採取して脱水処理を施した固形腐植物２１を主とするが、これのみでも十分に機能するが、クリンカ石炭灰等の二価鉄含有物質を添加してもよい。

前記した水域環境保全材料を改善すべき水域に設置するには、例えば、図４（ａ）に示すように、海辺、具体的には汀線から少し陸側に入った場所に水域環境保全材料が埋まる大きさの穴２５を掘り、この穴内に収容体２０に入った水域環境保全材料を積み重ねて設置する（汀線埋設方式）。この場合、水域環境保全材料から周囲の水に溶出した二価鉄イオンが沿岸の海底に到達し易いように、水面（ＬＷＬ）から約１．５メートル低い位置に設置することが望ましい。また、いわゆるフトンかご２２内に水域環境保全材料（収容体２０）を複数個入れて、これをクレーン船２３で海底に吊り降ろして設置しても良い（フトンかご沈設方式）。なお、いずれの方式においても、水域環境保全材料が容易に流されたり移動したりしないための施工を施すことが望ましい。

この様にして水域環境保全材料を設置すると、汀線埋設方式においては周りの水に溶出した二価鉄イオンが水と共に玉石混じりの砂の間を通って海中に到達する。また、フトンかご沈設方式で設置した場合には、各水域環境保全材料から溶出した二価鉄イオンがフトンかごの網目を抜けて海中に分散する。いずれの設置方法においても海水に二価鉄イオンを溶出することができ、これにより鉄分が補充されて、コンブなどの生育に好適な環境に改善される。

次に、ダム湖底堆積物を堆肥化促進剤として使用し、ダム湖に流れ込んだ流木、ダム湖に流れ込む周辺域の倒木、間伐材などを２〜３センチ程度の大きさにチップ化し、これらチップ（木片）を堆肥とする堆肥化方法について説明する。

ダム湖底に堆積した腐植物等の堆積物を採取し、図１０に示すように、まず、地表に前記した腐植物等の堆積物を散布した後に攪拌し、均してからその上に前記チップ片を約３０センチの厚みに敷設する。そして、このチップ層３１ａの上に、前記腐植物等の堆積物３２ａを散布する。次に、堆積物を散布した層の上に、再度チップ片を同様に敷設してチップ層３１ｂとし、その層３１ｂの上に堆積物３２ｂを散布する。この様なチップ片の敷設と堆積物の散布を繰り返して複数の階層に積層し、この積層体に水を充分に散布してから表面に空気否透過性のシート材３３を被せて積層体の最下部の一部を残して大部分を覆う。その上に、黒色系の太陽熱吸収シート材３４を被せる。この状態で発酵させると、堆積物に含まれる条件的嫌気性菌の働きにより３〜５ヶ月で堆肥化できる。すなわち、ダム湖底から採取した堆積物が堆肥化促進剤として機能し、効率良く堆肥化できる。なお、条件的嫌気性菌とは、酸素が少ない条件下でも活動できる微生物である。また、堆肥化する途中で、１度は切り返し攪拌することにより、内部にも酸素を供給して菌が死なないようにすることが望ましい。

ダム湖の湖底から堆積した腐植物等の堆積物を採取する状態を示すダム湖の概略断面図である。 ダム湖の平面図である。 土壌試料中の全鉄に占める各鉄化学種の割合を示すグラフである。 ２００６年と２００７年のＣ分画の比較結果を示すグラフである。 逐次抽出法の説明図である。 ダム湖の平面図である。 土呂部ダム底質鉄の形態分析結果を示すグラフである。 採取した腐植物等の堆積物を脱水処理する工程を示す説明図である。 （ａ）は水域環境保全材料を設置する状態を示す説明図、（ｂ）は収容体の断面図である。 チップ層の上に腐植物等の堆積物を散布することを繰り返して複数の階層とした積層体の断面図である。

符号の説明

１ ダム湖、２ ダム堤体、３ 堆積物、４ クレーン船、５ 泥水用サンドポンプ、６ テレスコクラム船、 ７ 開閉グラブ、８ 送り管、９ コンプレッサー、１０ 台船、１１ 沈殿泥土タンク、１２ 混合槽、１３ 沈殿槽、１４ 脱水装置、１５ 固化処理装置、１６ ベルトコンベア、２０ 収容体、２０ａ 中袋、２０ｂ ヤシネット、２１ 固形腐植物、２２ フトンかご、２３ クレーン船、３１ チップ層、３２ 腐植物等の堆積物、３３ シート材、３４ 太陽熱吸収シート材

Claims (7)

1. ダム湖底に堆積した腐植物等の堆積物を採取して脱水処理した固形腐植物を、イオン溶出性を備えた収容体内に収納してなる水域環境保全材料。
2. 前記堆積物は、ダム堤体近くの湖底に堆積したものであることを特徴とする請求項１に記載の水域環境保全材料。
3. 前記固形腐植物に加えて二価鉄含有物質を収容体内に収納してなる請求項１または請求項２に記載の水域環境保全材料。
4. 前記収容体が植物繊維からなる袋体であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水域環境保全材料。
5. ダム湖底に堆積した腐植物等の堆積物を採取する腐植物採取工程と、
   採取した堆積物を脱水して固形腐植物にする脱水処理工程と、
   脱水処理した固形腐植物を、イオン溶出性を備えた収容体内に収納する収容工程と、
   を経て製造することを特徴とする水域環境保全材料の製造方法。
6. ダム湖底に堆積した腐植物等の堆積物を採取し、複数の木片を層状に敷設した上に前記堆積物を堆肥化促進剤として散布し、この木片の敷設と前記堆積物の散布を繰り返して複数の層に積層し、この積層物をシート材で覆った状態で発酵させることを特徴とする堆肥化方法。
7. 前記木片は、前記ダム湖を含むその流域の木をチップ化したものであることを特徴とする請求項６に記載の堆肥化方法。

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