JP2012075970A

JP2012075970A - 富栄養化防止方法

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Publication number: JP2012075970A
Application number: JP2010220476A
Authority: JP
Inventors: Isao Horiuchi; 勲堀内; Teru Chin; 暉沈
Original assignee: T & A Kk
Current assignee: T & A Kk
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-19

Abstract

【課題】タンニンやタンニン酸によって凝集した微細藻類をさらに大きなフロックに凝集させて沈殿し易くし、浮遊量を抑えて透明度を高めるようにした富栄養化防止方法を提供する。
【解決手段】富栄養化の発生したもしくは富栄養化の発生しうる滞留水にタンニン又はタンニン酸と、ポリ塩化アルミニウムおよびポリグルタミン酸などの凝集剤を投入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アオコその他の藻類が大量に発生している滞留水の富栄養化を防止する方法に関する。

近年、池、沼、湖、潟などの滞留水に溶存する栄養塩の濃度が増加し、その富栄養化が進行している。滞留水の富栄養化によって植物性プランクトンなどが大量に発生して水質を汚濁し、いわゆるアオコなどの微細藻類が形成されて悪臭を放つなど社会問題になっている。富栄養化の原因としては、人工増加や食生活の変化に伴う生活排水の増加、あるいは養殖池などにおいては投餌の沈積、腐敗などが考えられる。

従来、この富栄養化を防止する方法として、富栄養化が進行している貯留池にタンニンやタンニン酸を投入して蛋白質や糖などの有機物を結合させ、これを凝集塊として沈殿させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、アオコの発生している滞留水にタンニンやタンニン酸を投入して微細藻類を凝集沈殿させる方法では、凝集塊が小さいために必ずしも十分に沈殿しない場合がある。特に、貯留池の中に、エアコンプレッサとエジェクション装置とを組み合わせた溶存酸素増加水流発生装置が設置してあるような場合には、貯留池の中に流速の早い水流が形成されるために、凝集塊が小さいと浮遊してしまうといった問題があった。

特許第３６２６１５５号公報

そこで、本発明は、タンニンやタンニン酸によって凝集した微細藻類をさらに大きなフロックに凝集させて沈殿し易くし、浮遊量を抑えて透明度を高めるようにした富栄養化防止方法を提供するものである。

即ち、本発明は富栄養化の発生したもしくは富栄養化の発生しうる滞留水にタンニン又はタンニン酸と、無機系凝集剤又は有機系凝集剤の少なくとも１種類を投入するものである。

本発明において、無機系凝集剤は、例えばポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄などの中から選択される。また、有機系凝集剤は、ポリグルタミン酸、ポリアクリルアミドなどの中から選択される。

本発明において、タンニン又はタンニン酸は滞留水に１〜８０ｐｐｍ投入され、またポリ塩化アルミニウムは滞留水に１〜８０ｐｐｍ投入され、さらに前記ポリグルタミン酸は滞留水に１〜８０ｐｐｍ投入される。

本発明に係る富栄養化防止方法によれば、アオコの原因となる微細藻類を大きなフロックに凝集して沈殿し易くし、これら藻類の浮遊を抑えることで透明性の向上が図られると共に、藻類の死滅による減少が図られる。

凝集剤によって藻類の巨大フロックが形成される過程を示す模式図である。ポリ塩化アルミニウムによる凝集効果を示すビーカの横からの写真である。ポリ塩化アルミニウムによる凝集効果を示すビーカの上からの写真である。ポリ塩化アルミニウムによる凝集効果を示す顕微鏡写真である。ポリグルタミン酸による凝集効果を示すビーカの横からの写真である。ポリグルタミン酸による凝集効果を示すビーカの上からの写真である。ポリグルタミン酸による凝集効果を示す顕微鏡写真である。実施例３において、池の中に設置したエジェクション装置とエアコンプレッサの配置関係を示す概念図である。

本発明にいう滞留水とは、池、沼、湖もしくは潟におけるようにくぼ地、又は土手もしくは堰堤で囲まれた場所に溜まった水を意味し、それは水源池や水産動物の養殖池を包含する。

富栄養化の発生しうる滞留水とは、汚染の状況から見て放置すれば富栄養化の発生することが予見されるような滞留水を意味する。

本発明において、富栄養化の防止とは全リン（Ｔ−Ｐ）、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素などで示される水中栄養塩類の濃度の増加を防ぎもしくは低下させることを意味する。また、藍藻、珪藻、緑藻などの微細藻類が凝集してフロックを巨大化させ、沈殿速度を増加させて滞留水の透明度を高めることを意味する。さらに、前記微細藻類を死滅させて減少を図ることを意味する。

タンニン又はタンニン酸は、タンパク質、アルカロイド、金属イオンと反応し、強く結合して難溶性の塩を形成する水溶性化合物の総称である。一般に植物には含有されており、どのような植物から得られたものでもよいが、入手し易いのは五倍子や没食子から得られたものであり、またマメ科の植物であるミモザからも容易に得られる。

タンニン又はタンニン酸は水溶性化合物なので、原粉末をそのまま滞留水に投入すれば溶解するが、飛散を防止するために水溶液として使用することもできる。

本発明におけるタンニン又はタンニン酸の使用濃度は、汚染の状況にもよるが、通常１〜８０ｐｐｍ、好ましくは５０〜６０ｐｐｍとなるように投入される。１ｐｐｍ未満では十分な効果が現われず、８０ｐｐｍを超えると水中動物に悪影響を及ぼすおそれがある。

タンニン又はタンニン酸は、その構造中にフェノールの露出基があるので、この露出基が微細藻類の蛋白質や糖類と結合し、凝集してフロックを作り沈殿する。

本発明において、タンニン又はタンニン酸で凝集したフロックを更に巨大化するための凝集剤として、無機系凝集剤又は有機系凝集剤が適用される。無機系凝集剤としては、例えばポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄などが利用され、また有機系凝集剤としては、例えばポリグルタミン酸やポリアクリルアミドなどが利用される。

無機系凝集剤の中では、富栄養化した滞留水に対する適応性、作業性、経済性、凝集効果などからポリ塩化アルミニウムが優れている。ポリ塩化アルミニウムは、一般式[Al₂(OH)nCl₆-n]m(1<n<5,m≦10)で示され、例えば[Al₆(OH)₁₅]³⁺、[Al₈(OH)₂₀]⁴⁺、[Al₁₃(OH)₃₄]⁵⁺、などのような塩基性で、且つ高い陽電荷を持った多核縮合イオンを有効成分として、高濃度にしかも安定に含んでいる。凝集沈殿の機構は、水中で濁質を分散安定化させている原因である濁質表面の反発負荷電を中和する過程と、その結果として生じる微細な凝集濁質を架橋により、さらに巨大化する過程を通じて行なわれる。本発明におけるポリ塩化アルミニウムの使用濃度は通常１〜８０ｐｐｍが好ましい。

有機系凝集剤の中では、天然素材からなるポリグルタミン酸が、安全及び無害な生分解性の凝集剤として優れている。アニオン性高分子としてのポリグルタミン酸は、カルボキシル基（活性基）の働きによって、汚濁粒子間を接着させる働きをし、フロックを巨大化させる。本発明におけるポリグルタミン酸の使用濃度は通常１〜８０ｐｐｍが好ましい。

図１は、微細藻類のフロックがタンニン及びポリ塩化アルミニウムによって凝集し巨大化する過程を模式的に示したものである。先ず、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、タンニン１の活性基２に水中の金属イオン３などが結合する。水中の藻類４などの汚れはほとんどがマイナスイオンに帯電しているため、これら藻類４が図１（ｃ）に示したように、タンニン１表面の金属イオン３と結合して電荷を中和させる。また、タンニン１の多価フェノールの露出基に藻類４の蛋白質が結合して凝集させ、さらに糖分も吸収して微小フロック５を形成する。図１（ｄ）は、ポリ塩化アルミニウムよる凝集作用を示している。タンニン１に凝集された微小フロック５にポリ塩化アルミニウムが電荷結合し、またポリ塩化アルミニウムの加水分解によって生じた水酸化アルミのゲル６が吸着し、さらに、吸着した水酸化アルミのゲル６の架橋作用によって微小フロック５同士をくっつけて、藻類４の巨大フロック７を形成する。

また、本発明では上記の凝集剤の投与に加えて、水中の溶存酸素量を増やすことで水浄化の効果を高めることができる。具体的には、エジェクション装置を滞留水の中に設置し、これにエアコンプレッサ、水中ポンプ、オゾン発生器、有用微生物を保持した多孔性成形材を接続する。エアコンプレッサからオゾンや過剰空気をエジェクション装置に送り込み、これを水中ポンプで送り出して、溶存酸素量の増加した水流を発生させるものである。これにより池水の酸欠を防ぐことができ、アオコなど藻類の生成が減少する他、藻類の死骸を効果的に酸化促進することができ、結果的には池水の透明化にも寄与するものである。なお、エジェクション装置は、例えば特公平７−６３２８４号公報に開示されている。

以下、実施例を示し、本発明について更に具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって何ら限定されるものではない。

[実施例１]
タンニン及びポリ塩化アルミニウムにおける凝集効果試験

粉末状のタンニン１．５ｍｇを計量し、１５０μｌの蒸留水で希釈した。この希釈水１０μｌをさらに９９０μｌの蒸留水で希釈し、希釈した２５０μｌを上海市豫園九曲橋観賞池から採取した滞留水（以下豫園滞留水という。）２５ｍｌに添加した（タンニンが１０ｐｐｍ添加）。これをビーカに取り１０分間攪拌した後一晩静置した。（試料１）

次に、ポリ塩化アルミニウム（多木化学株式会社製の水処理用凝集剤、商品名：ＰＡＣ）を上記と同様、１．５ｍｇを計量し、１５０μｌの蒸留水で希釈した。この希釈水１０μｌをさらに９９０μｌの蒸留水で希釈し、希釈した５００μｌを１０ｐｐｍのタンニンが含まれる豫園滞留水５０ｍｌに添加した（ポリ塩化アルミニウムが８０ｐｐｍ添加）。これをビーカに取り１０分間攪拌した後一晩静置した。（試料２）

上記試料１及び試料２の波長２５０ｎｍでの吸光度を測定した結果を表１に示す。なお、豫園滞留水だけで薬剤を添加しないコントロールにおける吸光度も併せて示す。

図２（ａ），（ｂ）は、試料１及び試料２をビーカの横から見たときの写真、図３（ａ），（ｂ）は、試料１及び試料２をビーカの上から見たときの写真である。これによれば、タンニンのみが添加されている場合は、フロックが小さくビーカ全体に細かく散らばっている様子が分かる。これに対して、タンニンの他にポリ塩化アルミニウムが添加されている場合には、フロックが大きく成長しており、多くがビーカの底に沈殿している様子が分かる。

図４（ａ），（ｂ）は、顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳＳＺＸ１２）を用いて８０倍で写した時の画像である。試料１に比べて試料２では巨大フロックが形成されている様子がよくわかる。

[実施例２]
タンニン及びポリグルタミン酸における凝集効果試験

粉末状のタンニン１．５ｍｇを計量し、１５０μｌの蒸留水で希釈した。この希釈水１０μｌをさらに９９０μｌの蒸留水で希釈し、希釈した２５０μｌを豫園滞留水２５ｍｌに添加した（タンニンが１０ｐｐｍ添加）。これをビーカに取り１０分間攪拌した後一晩静置した。（試料３）

次に、ポリグルタミン酸（日本ポリグル株式会社製の水質浄化凝集沈降剤、商品名：ＰＧα２１Ｃａ）を上記と同様、１．５ｍｇを計量し、１５０μｌの蒸留水で希釈した。この希釈水１０μｌをさらに９９０μｌの蒸留水で希釈し、希釈した５００μｌを１０ｐｐｍのタンニンが含まれる豫園滞留水５０ｍｌに添加した（ポリグルタミン酸が８０ｐｐｍ添加）。これをビーカに取り１０分間攪拌した後一晩静置した。（試料４）

上記試料３及び試料４の波長２５０ｎｍでの吸光度を測定した結果を表２に示す。なお、豫園滞留水のみで薬剤を添加しないコントロールにおける吸光度も併せて示す。

図５（ａ），（ｂ）は、試料３及び試料４をビーカの横から見たときの写真、図６（ａ），（ｂ）は、試料３及び試料４をビーカの上から見たときの写真である。これによれば、タンニンのみが添加されている試料３は、フロックが小さくビーカ全体に細かく散らばっている様子が分かる。これに対して、タンニンの他にポリグルタミン酸が添加されている試料４は、フロックが大きく成長しており、多くがビーカの底に沈殿している様子が分かる。

図７（ａ），（ｂ）は、顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳＳＺＸ１２）を用いて８０倍で写した時の画像である。試料３に比べて試料４では巨大フロックが形成されている様子がよくわかる。

[実施例３]
上海市豫園九曲橋観賞池の水質浄化試験
場所：上海市豫園九曲橋観賞池
試験期間：２０１０年６月１５日〜８月３０日
池の体積：約３，４７７立方メートル
池の深さ：平均１．３５ｍ
薬剤：タンニン（Ｂ剤）、γ-ポリグルタミン酸（Ｃ剤）、ポリ塩化アルミニウム（Ｐ剤）
設置設備：エジェクション装置４基、エアコンプレッサ１基
試験の概要：図８に示したように、池１０の四隅にエジェクション装置１１を１基ずつ合計４基を設置し、これらのエジェクション装置１１にエアコンプレッサ１２を接続して、池水に矢印１３で示した反時計方向の水流を起こさせる。また、池１０のほぼ中心に池水を採取する採取ポイント１４を定めた。
各薬剤の総添加量は、タンニンが約６０ｐｐｍ、γ-ポリグルタミン酸が約１０ｐｐｍ、ポリ塩化アルミニウムが約１７ｐｐｍである。各薬剤の投入日及び各投入量は表３に示したとおりである。

薬剤投与による水質変化を見るために、薬剤投与前と薬剤投与後に池水を採取ポイント１４から採取して分析試料とし、表４に示した分析項目について分析した。分析実施日は表４に示したとおりである。

表４に各分析実施日に採取した試料の分析結果を示す。６月１５日の１回目の分析結果は、薬剤を投与する前の試料について分析したものであり、６月２６日の２回目の分析結果は、６月１５日と６月２２日にＢ剤を２回投与し、６月２０日にＣ剤を１回投与した後の試料について分析したものである。また、７月２６日の３回目の分析結果は、７月１０日から７月２３日の間にＢ剤を６回投与し、７月２５日にＣ剤を１回投与した後の試料について分析したものである。さらに、８月３０日の４回目の分析結果は、７月２９日から８月２６日の間にＢ剤を５回投与し、８月２９日にＣ剤を１回投与し、８月２０日にＰ剤を１回投与した後の試料について分析したものである。

この分析結果から、薬剤投与前に比べて薬剤投与後では透明度が飛躍的に改善されていた。また、藍藻、珪藻、緑藻などの藻類の数が薬剤の投与によって大幅に減少したことが確認できた。

１タンニン
２活性基
３金属イオン
４藻類
５微小フロック
６ゲル
７巨大フロック
１０池
１１エジェクション装置
１２エアコンプレッサ
１４採取ポイント

Claims

富栄養化の発生したもしくは富栄養化の発生しうる滞留水にタンニン又はタンニン酸と、無機系凝集剤又は有機系凝集剤の少なくとも１種類を投入することを特徴とする富栄養化防止方法。
前記無機系凝集剤は、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄などの中から選択される請求項１に記載の富栄養化防止方法。
前記有機系凝集剤は、ポリグルタミン酸、ポリアクリルアミドなどの中から選択される請求項１に記載の富栄養化防止方法。
前記タンニン又はタンニン酸を滞留水に１〜８０ｐｐｍ投入する請求項１に記載の富栄養化防止方法。
前記ポリ塩化アルミニウムを滞留水に１〜８０ｐｐｍ投入する請求項２に記載の富栄養化防止方法。
前記ポリグルタミン酸を滞留水に１〜８０ｐｐｍ投入する請求項３に記載の富栄養化防止方法。