JP2012130830A

JP2012130830A - 泥質干潟の改善方法

Info

Publication number: JP2012130830A
Application number: JP2010282824A
Authority: JP
Inventors: Tamiji Yamamoto; 民次山本; Satoshi Asaoka; 聡浅岡
Original assignee: Hiroshima University NUC
Current assignee: Hiroshima University NUC
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-07-12

Abstract

【課題】干潟の泥中の硫化水素を除去し得る泥質干潟の改善方法を提供する。
【解決手段】泥質干潟の改善方法は、熱風乾燥しタンパク質を消失させて多孔質状にしたカキ殻を干潟の泥に鋤き込み、泥中の硫化水素をカキ殻に吸着させて除去する。また、少なくとも表面の一部が酸化カルシウムに変性したカキ殻を用い、吸着させた硫化水素を分解させて除去する。底生生物に対して毒性の高い硫化水素が除去されるので、底生生物の生育が促進され、食物連鎖のバランスが改善されることにより、干潟本来の水質浄化作用の発揮にもつながる。
【選択図】なし

Description

本発明は、泥質干潟の改善方法に関する。

干潟には微生物から大型動物、更には渡り鳥が訪れるなど、多様な生物が生息し、それらの食物連鎖により物質が循環することで水質浄化作用を果たすことが知られている。

干潟は人間の生活域の下流部に位置するため、常に有機物の負荷がかかっている。有機物負荷量が多いと、有機物の分解のために酸素が消費されて嫌気条件になり、嫌気性菌である硫酸還元菌によって生産される硫化水素が蓄積する。特に、基底の粒径が小さいシルトから構成される泥質の干潟では、通水性が低く酸素が循環し難いことからその傾向は顕著となる。

硫化水素は生物に対する毒性が強く、硫化水素の蓄積により生物生息数が減少し、ほぼ無生物になった干潟さえある。このような干潟では上述の食物連鎖のバランスが崩れるとともに、干潟の水質浄化作用の喪失にもつながる。

これまで有機物含量が多い干潟では、覆砂や耕耘による干潟の泥質改善が行われてきた。覆砂では、シルト質の原地盤にやや粒径の大きい砂を被せることで底泥中の物質の溶出を抑制する物理的効果のみであり、砂の下の底泥そのものの改善につながらず、逆に通水性を悪化させてしまうおそれがある。また、耕耘は労力及びコストがかかる上、効果の持続性が乏しい。

更には、干潟に撒布して泥質を改善する水質改善材等が知られている（例えば、特許文献１乃至３）。

特許文献１では、黄土粉末、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化第２鉄、カーボン、カキ殻等の貝殻粉末を含有する水質改善材について開示されている。この水質改善材を汚水に撒布することで、水質改善材に含まれる成分と汚水の無機燐をアルミニウム結合燐、鉄結合燐の形で沈殿させ、汚水中の燐を減らし、汚水中の酸素溶存度を高めて、窒素や硫化水素を除去し、富栄養化を抑えて水質を改善する。

また、非特許文献１では、カキ殻粉末を干潟に撒布し、底生生物相に及ぼす影響について検証されている。

また、非特許文献２には、熱風乾燥処理を施したカキ殻と硫化水素を含む水溶液とを混合すれば、カキ殻に硫化水素が吸着し、水溶液中の硫化水素濃度が低下することが報告されている。

特開２００８−１２６１５９号公報

軟泥干潟の低生生物相に及ぼすカキ殻粉末散布の影響；山野井英男、難波洋平、小見山秀樹、尾田正、藤澤邦泰；岡山水誌報２０２２〜２５，２００５Ｒｅｍｏｖａｌｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｓｕｌｆｉｄｅｕｓｉｎｇｃｒｕｓｈｅｄｏｙｓｔｅｒｓｈｅｌｌｆｒｏｍｐｏｒｅｗａｔｅｒｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｅｏｒｇａｎｉｃａｌｌｙｅｎｒｉｃｈｅｄｃｏａｓｔａｌｍａｒｉｎｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓ；ＳａｔｏｓｈｉＡｓａｏｋａ，ＴａｍｉｊｉＹａｍａｍｏｔｏ，ＳｈｕｎｓｕｋｅＫｏｎｄｏ，ＳｈｉｎｊｉｒｏＨａｙａｋａｗａ；ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１００（２００９）４１２７−１３２

特許文献１の水質改善材では、水質を改善できるものの、干潟の泥質を改善できるものではない。

非特許文献１では、生のカキ殻をそのまま粉砕したものを撒布したものであり、生のカキ殻では硫化水素の吸着量が少ないので、硫化水素の除去能力が劣る。

非特許文献２では、カキ殻に硫化水素が吸着することについて報じられ、カキ殻が干潟の改善に有効であろうと考察されているが、実際に干潟の改善に有効か否か定かではない。

本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、干潟の泥中の硫化水素を除去し得る泥質干潟の改善方法を提供することにある。

本発明に係る泥質干潟の改善方法は、
熱風乾燥しタンパク質を消失させて多孔質状にしたカキ殻を干潟の泥に鋤き込み、
泥中の硫化水素を前記カキ殻に吸着させて除去する、
ことを特徴とする。

また、少なくとも表面の一部が酸化カルシウムに変性した前記カキ殻を用い、吸着させた硫化水素を分解させてもよい。

また、２００℃以上７５０℃以下の温度で熱風乾燥した前記カキ殻を用いることが望ましい。

また、略平板状の最小寸法長さが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の前記カキ殻を用いることが望ましい。

また、泥に対し前記カキ殻を１０体積％以上５０体積％以下の比率で鋤き混むことが望ましい。

本発明に係る泥質干潟の改善方法では、熱風乾燥しタンパク質を消失させて多孔質状にしたカキ殻を干潟の泥に鋤き込む。そして、干潟の泥中の硫化水素を多孔質状のカキ殻に吸着させて除去する。底生生物に対して毒性の高い硫化水素が除去されるので、底生生物の生育が促進され、食物連鎖のバランスが改善されることにより、干潟本来の水質浄化作用の発揮にもつながる。

熱風乾燥前のカキ殻の構造を示す模式図である。熱風乾燥後のカキ殻の構造を示す模式図である。実施例において干潟に設けたＯｙｓ１０区画、Ｏｙｓ５区画、Ｐｌｏｗ区画、Ｃｏｎｔ区画を示す概略平面図である。実施例における硫化水素の経時変化を示すグラフである。実施例における底生生物の個体数の経時変化を示すグラフである。

本実施の形態に係る泥質干潟の改善方法について詳細に説明する。本実施の形態に係る泥質干潟の改善方法は、熱風乾燥しタンパク質を消失させて多孔質状にしたカキ殻を干潟の泥に鋤き込む。そして、カキ殻に泥質干潟の泥中の硫化水素を吸着させて除去することで干潟の泥質を改善する。

本実施の形態では、熱風乾燥したカキ殻を用いる。図１に、熱風乾燥前のカキ殻の構造を模式的に示しているが、生のカキ殻は、主に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）２０の結晶とタンパク質１０とから形成され、多数の炭酸カルシウム２０の結晶がタンパク質１０によって繋ぎ合わされた構造をしている。

カキ殻を熱風乾燥すると、図２の模式図に示すように、タンパク質１０が消失し、その構造は多孔質状になる。なお、タンパク質１０は、全てが消失していても一部が消失していてもよく、出来るだけ多くのタンパク質が消失している方がよい。更に、熱風乾燥によって、カキ殻の表面の一部では、炭酸カルシウム２０が酸化されて酸化カルシウム（ＣａＯ）３０に変性する。

カキ殻を干潟の泥に鋤き込むと、泥中の硫化水素はカキ殻に吸着される。カキ殻はタンパク質が消失して多孔質状であるため、硫化水素の吸着量が高い。したがって、泥中の硫化水素が効率的に吸着除去される。

更には、カキ殻の表面の一部が酸化カルシウムに変性しており、酸化カルシウムは吸着した硫化水素と反応する。反応メカニズムは明らかではないが、酸化カルシウムと吸着した硫化水素が反応して硫酸イオンが生成するものと考えられる。このように、カキ殻に吸着された硫化水素は分解、除去される。

干潟の泥では、硫酸還元菌が有機物の分解物である有機酸を栄養源とし、硫酸イオン（ＳＯ_４ ⁻）中の酸素を呼吸源として増殖する。この過程で硫酸イオンが還元され硫化水素が生成する。有機物負荷が高い干潟では有機物の分解に酸素が使われて嫌気条件になりやすい。硫酸還元菌は嫌気性菌であるため、嫌気条件下では硫酸還元菌が増殖しやすく、増殖に伴って泥中の硫化水素が増加、蓄積される。干潟の泥中には、節足動物、軟体動物や環形動物等の底生生物が生息しているが、これらの底生生物にとって硫化水素は有害物質である。泥中に硫化水素が蓄積すると、底生生物の生育が損なわれ死滅するおそれがあり、食物連鎖のバランスが崩れ、干潟の水質浄化機能も失われてしまう。

本実施の形態に係る泥質干潟の改善方法では、熱風乾燥したカキ殻を干潟の泥に鋤き込むことにより、底生生物にとって有害な泥中の硫化水素がカキ殻に吸着除去され、底生生物の生育が促進される。底生生物の生育が促進されると、底生生物の活動により泥がかき混ぜられるので酸素が浸透し、干潟は好気条件になり、食物連鎖のバランスが改善して干潟本来の浄化作用も発揮することとなる。

なお、カキ殻を干潟に単に撒布しただけでは、泥の上から蓋を被せる形態となり、干潟の底泥の硫化水素を除去できないだけでなく、泥の通水性をさらに悪化させて嫌気性を高めてしまうため好ましくない。このため、本実施の形態では、カキ殻を干潟の泥に鋤き込む。干潟へのカキ殻の鋤き込みは種々の方法で行えばよく、例えば、干潟の潮が引いている際に、所定の深さまで鋤き込んでも、干潟の泥を掘り出して、この泥にカキ殻を混合した後に干潟に戻すようにしてもよい。

また、用いるカキ殻は、付着している剥き身残渣や付着物等の有機物を除去し、所定の大きさに粉砕し、熱風乾燥して鋤き込むとよい。有機物が付着したままだと、干潟の有機物負荷が高くなってしまい、その分解に酸素が消費されて、嫌気条件を強めるおそれがある。

また、カキ殻は概略平板状をなしており、その大きさ（最小寸法長さ）が５ｍｍ以上２０ｍｍ以下のカキ殻を鋤き込むことが好ましい。５ｍｍより小さいと、カキ殻を泥に鋤き込んだ場合に、泥の通水性が悪くなり、泥中へ酸素の循環が損なわれる。その結果、嫌気性条件の改善が損なわれてしまう。また、２０ｍｍより大きいと、カキ殻が泥に蓋をする形態になり、カキ殻が覆う泥への通水性が損なわれてしまう。なお、用いるカキ殻の厚みについては、入手したカキ殻（粉砕前のカキ殻）の厚みそのままでよい。

２００℃以上７５０℃以下の温度で熱風乾燥したカキ殻を用いることが好ましい。上記温度範囲でカキ殻を熱風乾燥すれば、カキ殻中のタンパク質が消失して多孔質状になるとともに、表面の一部では炭酸カルシウムが酸化カルシウムに変性し、内部は炭酸カルシウムのまま維持される。

なお、２００℃より低い温度で熱風乾燥すると、カキ殻中のタンパク質が十分に消失せず、多孔質状にならない。また、７５０℃より高い温度で熱風乾燥すると、カキ殻は全て酸化カルシウムに変性してしまう。酸化カルシウムは崩れやすいため、粉砕したカキ殻の形状を維持できず、粉末状になるおそれがある。粉末状になったカキ殻を泥に鋤き込めば、上述したように、泥中の通水性の悪化を招いてしまい、泥中に酸素が循環せず、嫌気性条件を強めるおそれがある。

カキ殻の鋤き込み量については、鋤き込む干潟の状態に応じて適宜設定すればよい。一例として、干潟の泥に対し、カキ殻を１０体積％以上５０体積％以下の割合で鋤き混むとよい。カキ殻の鋤き込み量が１０体積％より少ないと、改善効果を十分には得がたいと考えられる。一方、カキ殻を５０体積％より多く過剰に鋤き込んでも、改善効果はさほど変わらないと考えられる。

上記のように、熱風乾燥して多孔質状になったカキ殻を用いるため、カキ殻への硫化水素の吸着量が多く、更に、吸着した硫化水素を硫酸イオンに分解できるので、硫化水素除去の持続性も高い。また、鋤き込んだカキ殻による硫化水素の吸着能や分解能が低下したとしても、カキ殻は天然物であるので、干潟から回収する必要がない。

熱風乾燥したカキ殻を泥質干潟の泥に鋤き込み、硫化水素の除去及び底生生物の生育の促進について検証を行った。

２００９年１１月１日に、広島県瀬野川河口左岸に拡がる泥質干潟にて、１０ｍ×１０ｍの区画を設定し、深さ約２０ｃｍまでの範囲（２０ｍ^３）にカキ殻を鋤き込んだ。カキ殻の鋤混みは、人力でおこない、刃の長さ約２０ｃｍのクワを用いて泥質干潟に鋤き混んだ。

カキ殻は丸栄株式会社（広島市）より市販されている略平板状の最小寸法が７−１２ｍｍのものを使用した。このカキ殻はむき身残渣を除去して自然乾燥し、粉砕した後に約４００℃（１時間）で熱風乾燥したものである。

泥２０ｍ^３に対して容積１０ｍ^３のカキ殻を鋤き込んだ。したがって、カキ殻は泥に対し約３３容積（体積）％である。この区画を、以下、Ｏｙｓ１０区画と記す。

また、Ｏｙｓ１０に隣接して上流側に、面積１０ｍ×１０ｍの区画を設定し、深さ約２０ｃｍまでの範囲（２０ｍ^３）にカキ殻を鋤き込んだ。鋤き込んだカキ殻は、泥２０ｍ^３に対して５ｍ^３とした。したがって、泥に対しカキ殻を約２０容積％である。カキ殻の量が異なる以外、Ｏｙｓ１０と同様である。この区画を、以下、Ｏｙｓ５区画と記す。

また、Ｏｙｓ５に隣接して上流側に、１０ｍ×１０ｍの区画を設定し、深さ約２０ｃｍとして耕耘のみを行った。この区画を、以下、Ｐｌｏｗ区画と記す。

また、Ｐｌｏｗから５ｍ離れた上流側に、カキ殻を用いず、且つ、耕耘も行わない対照区を設定した。この区画を、以下、Ｃｏｎｔ区画と記す。

上記のように設定した各区画を図３に示した。

カキ殻鋤き込み作業後、約二ヶ月間隔で、各区画における泥中の硫化水素の測定および底生生物の個体数を計測した。なお、カキ殻鋤き込み作業前の１０月にも同様に各区画における泥中の硫化水素の測定および底生生物の個体数を計測しておいた。

硫化水素の測定は以下のようにして行った。各区画から泥を採取し、遠心分離器を用いて泥と水とに分離した。そして、検知管（光明理化学工業、品番２００ＳＡ、２００ＳＢ）を用い、分離した水部分の硫化水素濃度を測定した。

底生生物の個体数は、以下のようにして計測した。各区画から面積０．２５ｍ^２×深さ０．２ｍの泥を採取し、顕微鏡を用いて泥中の底生生物（節足動物、軟体動物及び環形動物）の個体数をそれぞれ計測した。そして、その個体数を１ｍ^２当たりの数に換算した。

図４に、各区画の硫化水素濃度を示す。

カキ殻を鋤き込んだＯｙｓ１０区画では、２００９年の１１月３日には硫化水素濃度が０ｐｐｍになり、その後、継続して０ｐｐｍを維持している。なお、１１月の硫化水素の測定は、カキ殻を鋤き込んでから２日後であり、施工２日後に硫化水素濃度が０ｐｐｍになっている。また、Ｏｙｓ５区画においても、２０１０年１月以降７月に至るまで、硫化水素濃度は０ｐｐｍである。

なお、Ｐｌｏｗ区画でも、耕耘の効果により、２０１０年１月に至るまでは硫化水素濃度が低下しているものの、その後、上昇に転じている。耕耘によって短期的な硫化水素の減少効果は見られるものの、その効果の持続性が乏しいことがわかる。また、何もしていないＣｏｎｔ区画でも硫化水素濃度が徐々に低下しているが、２０１０年７月では硫化水素濃度が上昇に転じている。Ｐｌｏｗ区画及びＣｏｎｔ区画でも、全体的に硫化水素濃度が減少しているのは、これらの区画がカキ殻を鋤き込んだＯｙｓ５区画、Ｏｙｓ１０区画に隣接或いは近接している影響を受けた可能性が否定できない。河口域では潮の干満の影響を受けるので、Ｏｙｓ５区画及びＯｙｓ１０区画上の水がＰｌｏｗ区画及びＣｏｎｔ区画に流れることは妨げない。

また、図５に、各区画の底生生物の個体数を示す。２０１０年３月におけるＯｙｓ５区画及びＯｙｓ１０区画の底生生物の個体数がＣｏｎｔ区画及びＰｌｏｗ区画に比べて、顕著に増加していることがわかる。特に、ヨコエビ等の節足動物の個体数が顕著に増加している。毒性を有する硫化水素が除去されたことにより、底生生物の育成が促進されたものと考えられる。

なお、２０１０年５月では、Ｏｙｓ５区画及びＯｙｓ１０区画ともに底生生物の個体数の減少が認められる。これは、干潟に生息する魚などの生物に摂取されたものとも考えられ、食物連鎖が円滑に循環していると推察される。

有機物負荷が高く嫌気性条件となりやすく、硫化水素が蓄積しやすい泥質干潟の環境を改善する際に利用可能である。

１０タンパク質
２０炭酸カルシウム
３０酸化カルシウム

Claims

熱風乾燥しタンパク質を消失させて多孔質状にしたカキ殻を干潟の泥に鋤き込み、
泥中の硫化水素を前記カキ殻に吸着させて除去する、
ことを特徴とする泥質干潟の改善方法。
少なくとも表面の一部が酸化カルシウムに変性した前記カキ殻を用い、吸着させた硫化水素を分解させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の泥質干潟の改善方法。
２００℃以上７５０℃以下の温度で熱風乾燥した前記カキ殻を用いる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の泥質干潟の改善方法。
略平板状の最小寸法長さが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の前記カキ殻を用いる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の泥質干潟の改善方法。
泥に対し前記カキ殻を１０体積％以上５０体積％以下の比率で鋤き混む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の泥質干潟の改善方法。