JP2018123538A - アオコの増殖抑制システム及びアオコの増殖抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よくアオコの増殖を抑制できるアオコの増殖抑制システム及びアオコの増殖抑制方法を提供すること。【解決手段】アオコの増殖抑制システム１は、水深とｐＨとの関係が取得されているアオコの増殖を抑制する対象となる水域２で、アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された設定深さｄ２から水平方向に向けてマイクロバブルを放出するマイクロバブル発生装置４０を備える。また、アオコの増殖抑制方法は、アオコの増殖を抑制する対象となる水域２で水深とｐＨとの関係を取得するｐＨ取得工程と、アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された深さに設定深さｄ２を設定する水深設定工程と、設定深さｄ２から水平方向に向けてマイクロバブルを放出するマイクロバブル放出工程と、を含む。【選択図】図９

Description

本発明は、水域に発生するアオコの増殖を抑制するアオコの増殖抑制システムに関する。

従来より、ダム湖等の水域にミクロキスティス等の藍藻類が大量発生すると、アオコを形成することが知られている。水域にアオコが増殖することにより、景観が悪化する、悪臭が発生するといった種々の問題が発生している。

こうしたことから、水域に発生するアオコの増殖を抑制する手法が提案されている。
主流な方法としては、水域の水温の差を利用したものが挙げられる。例えば、ポンプの吸込口を湖沼等の水面から水深ほぼ１ｍに設置して、アオコを表層水とともにポンプで吸い込み、水深１０ｍ以深の低層に放出し、アオコに水圧差ショックと水温差ショックを与えてアオコを不活性化（死滅）させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

また、アオコが発生する原因となる藍藻類は、水域の金属類を栄養源とすることから、水域の底層において存在する金属類を、酸素供給手段により酸化して沈降させることにより、アオコの増殖を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００６−１８１５６５号公報 特開２０１５−６６４９２号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、対象となる水域の水深が１０ｍを上回ることが必要であり、水深が１０ｍを上回る水域に適用できるようにポンプの動力を大きくしなければならない。そのため、より少ないポンプの動力で効率よくアオコの増殖を抑制できるように改良する必要がある。

特許文献２の技術は、底層に大量の酸素を供給するために多大な動力が必要である。そのため、特許文献１の技術と同様に、より少ないポンプの動力で効率よくアオコの増殖を抑制できるように改良する必要がある。

本発明は、効率よくアオコの増殖を抑制できるアオコの増殖抑制システムを提供することを目的とする。

本発明は、水深とｐＨとの関係が取得されているアオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された設定深さから水平方向に向けてマイクロバブルを放出するマイクロバブル発生装置を備える、アオコの増殖抑制システムに関する。

また、前記マイクロバブル発生装置は、増殖したアオコが集積する設定時間帯に基づいて、マイクロバブルを放出、又は放出を停止することが好ましい。

また、前記アオコの増殖を抑制する対象となる位置のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、前記ｐＨ検出手段で検出されるｐＨに基づいて、マイクロバブル放出制御を行うｐＨ制御部と、を更に備えることが好ましい。

また、前記アオコの増殖を抑制する対象となる位置のフィコシアニン濃度を検出するフィコシアニン濃度検出手段と、前記フィコシアニン濃度検出手段で検出されるフィコシアニン濃度に基づいて、マイクロバブル放出制御を行うフィコシアニン濃度制御部と、を更に備えることが好ましい。

また、アオコの増殖を抑制する対象となる水域で水深とｐＨとの関係を取得するｐＨ取得工程と、アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された深さに設定深さを設定する水深設定工程と、前記設定深さから水平方向に向けてマイクロバブルを放出するマイクロバブル放出工程と、を含むアオコの増殖抑制方法に関する。

本発明によれば、効率よくアオコの増殖を抑制できるアオコの増殖抑制システム及びアオコの増殖抑制方法を提供することを目的とする。

ミクロキスティス（ＮＩＥＳ−４４）及びオオキスティス（ＮＩＥＳ−６５９）の増殖特性を同一のｐＨで比較したグラフである。 淡水中の二酸化炭素の形態とｐＨとの関係を示すグラフである。 ミクロキスティス（ＮＩＥＳ−４４）及びオオキスティス（ＮＩＥＳ−６５９）の増殖特性を同一の水温で比較したグラフである。 岡山県と広島県の県境にある新成羽川ダム貯水池の西谷入江付近を上空からみた図である。 アオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコが水面に浮上した時間帯における藍藻類密度（フィコシアニン濃度から換算）と水深の関係を示すグラフである。 アオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコが水面に浮上した時間帯における光透過率と水深の関係を示すグラフである。 アオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコが水面に浮上した時間帯におけるｐＨと水深の関係を示すグラフである。 アオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコが水面に浮上した時間帯における水温と水深の関係を示すグラフである。 本実施形態に係るアオコの増殖抑制システムの全体構成を示す模式図である。 本実施形態に係るアオコの増殖抑制システム１の仮想水域に対する１時間後のシミュレーション結果を示す図である。 本実施形態に係るアオコの増殖抑制システム１の仮想水域に対する３時間後のシミュレーション結果を示す図である。 本実施形態に係るアオコの増殖抑制システム１の仮想水域に対する５時間後のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明のアオコの増殖抑制システム及びアオコの増殖抑制方法の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、アオコの増殖を抑制するメカニズムについて図１〜図８を参照しながら説明する。

同じ藻類であっても、増殖した場合にアオコを形成する藻類（主に藍藻類）と、増殖した場合であってもアオコを形成しない藻類（以下、単に「アオコを形成しない藻類」ともいう）とがあることが知られている。

ここで、アオコを形成する藻類とアオコを形成しない藻類とではそれぞれ増殖しやすい環境が異なると考えられる。アオコを形成する藻類が独占的に増殖する環境を、アオコを形成する藻類とアオコを形成しない藻類（例えば、緑藻類）とが共存できるような環境にすることにより、アオコの増殖を抑制できると考えられる。

藻類が増殖しやすい環境として、ｐＨが影響していることを想定し、藍藻類に属しアオコを形成するミクロキスティスと、緑藻類に属しアオコを形成しないオオキスティスとｐＨを一定に維持した場合の増殖特性を、培養試験により比較した。なお、培養株として国立研究開発法人国立環境研究所微生物系統保存施設から分譲されたMicrocystis aeruginosa（ＮＩＥＳ−４４）及びOocystis borgei（ＮＩＥＳ−６５９）が用いられた。図１は、ミクロキスティス及びオオキスティスの増殖特性を同一の設定ｐＨで比較したグラフである。詳細には、図１は、横軸に示すｐＨをｐＨ緩衝液によりほぼ一定とし、ミクロキスティスと、オオキスティスとをそれぞれ別々に培養した場合の増殖特性を示すグラフである。

図１に示すように、ミクロキスティス（藍藻類）は、ｐＨが９．０である場合に最も高い増殖特性があることが示された。また、ミクロキスティス（藍藻類）は、ｐＨが１０．０のアルカリ環境においてもｐＨが９．０である場合と比較して同程度の増殖特性があることが示された。

これに対して、オオキスティス（緑藻類）は、ｐＨが８．０である場合に最も高い増殖特性があることが示された。また、オオキスティス（緑藻類）は、ｐＨが９．０を上回るアルカリ環境においては、ｐＨが８．０である場合と比較して増殖特性がほとんどないことが示された。なお、このような増殖特性の傾向は、緑藻類以外のアオコを形成しない藻類（例えば、珪藻類）においても同様である。

以上のように図１から、ｐＨが９．０程度の環境でも、アオコを形成する藻類は増殖できるが、アオコを形成しない藻類は増殖が難しいことが示された。図１に示す結果が得られた理由として、試験環境中（流体中）の二酸化炭素の形態が影響していると考えられる。図２は、淡水中の二酸化炭素の形態とｐＨとの関係を示すグラフである。図２に示すように、ｐＨが９．０付近では、淡水中に炭酸ガスはほとんど存在しないが、重炭酸イオンは多く存在する。

ミクロキスティス、アナベナ等の藍藻類は、炭酸ガス（炭酸）だけでなく、重炭酸イオンを炭素源として光合成できる。具体的には、藍藻類の炭酸脱水酵素において以下の式（１）に示す反応が生じることにより、重炭酸イオンは、藍藻類の細胞内で二酸化炭素に変換される。
ＨＣＯ^３−＋Ｈ^＋→Ｈ_２ＣＯ_３→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ・・・・（１）
藍藻類は、細胞内で変換された二酸化炭素を炭素源として光合成できる。従って、ｐＨが９．０を上回る場合であっても、藍藻類は、重炭酸イオンを炭素源として光合成できるので、増殖できると考えられる。

これに対して、オオキスティス等の緑藻類（アオコを形成しない藻類）は、炭酸ガス（炭酸）を炭素源として光合成できるが、重炭酸イオンを炭素源として光合成できない。つまり、ｐＨが９．０を上回る場合には、水域中に炭酸ガスはほとんど存在しないため、アオコを形成しない藻類は、光合成できず増殖することが難しいと考えられる。

なお、藍藻類が増殖した場合には、式（１）に示す反応が進行すると考えられる。すると、水域中の水素イオン濃度が低下し、藍藻類が増殖するに従って水域中のｐＨは高くなると考えられる。そして、水域中のｐＨが９．０を上回ると、重炭酸イオンを炭素源として光合成できない藻類、即ちアオコを形成しない藻類は、増殖することが難しくなる。

つまり、アオコが独占的に増殖するｐＨは、９．０程度であり、このｐＨを上回る環境において、アオコを形成しない藻類は、増殖することが難しくなる。更にアオコが（独占的に）増殖するのに適したｐＨは、９．５程度であり、このｐＨを上回る環境において、アオコを形成しない藻類は、更に増殖することが難しくなる。なお、以下においては、アオコが増殖するｐＨを９．０として説明する。

藍藻類（アオコ）は、昼間には水域の表層付近に集積（浮上）して光合成を盛んに行うため、増殖したアオコが浮上している領域は周りの領域と比較してｐＨが高くなると考えられる。そして、例えば、９．０程度であったアオコが増殖した位置のｐＨを８．０程度にまで減少させることで、アオコを形成する藻類が独占的に増殖する環境を、アオコを形成する藻類とアオコを形成しない藍藻類（例えば、緑藻類）とが共存できるようになると考えることができる。

ミクロキスティス及びオオキスティスの増殖特性と水温の関係について説明する。図３は、ミクロキスティス及びオオキスティスの増殖特性を同一の水温で比較したグラフである。図３では、横軸に示す水温で、ミクロキスティスとオオキスティスとをそれぞれ別々に培養した場合の増殖特性が示されている。

図３に示すように、ミクロキスティス（藍藻類）は、水温が２５℃である場合に最も高い増殖特性があることが示された。また、ミクロキスティス（藍藻類）は、水温が３１〜３２℃の高温環境においても水温が２５℃である場合と比較して同程度の増殖特性があることが示された。

これに対して、オオキスティス（緑藻類）は、水温が２５℃である場合に最も高い増殖特性があることが示された。また、オオキスティス（緑藻類）は、水温が３１〜３２℃を上回る高温環境においては、水温が２５℃である場合と比較して増殖特性が劣ることが示された。なお、このような増殖特性の傾向は、緑藻類以外のアオコを形成しない藻類（例えば、珪藻類）においても同様と考えられる。

以上のように、図３より、アオコを形成する藻類は、３１〜３２℃を上回る高温環境でも増殖特性を示すが、アオコを形成しない藻類は３１〜３２℃を上回る高温環境で増殖特性を示さないことが示された。

つまり、アオコが（独占的に）増殖する水温は、３１〜３２℃程度であり、この水温を上回る環境において、アオコを形成しない藻類は、増殖することが難しくなる。更にアオコが（独占的に）増殖するのに適した水温は、３５℃程度であり、この水温を上回る環境において、アオコを形成しない藻類は、更に増殖することが難しくなる。

ここで、アオコを形成する藻類は、細胞内に多数のガス胞を有し、密集して群体として増殖する性質があるため、アオコを形成しない藻類（例えば、緑藻類に属するクロレラ）と比較すると、光透過率が低いことが知られている。

上述のように、アオコを形成する藻類は、昼間には水域の表層付近に集積（浮上）して光合成を盛んに行う。この場合、アオコを形成する藻類は、光エネルギーを全面的に吸収する。また、水域の表層付近の水温は外気の気温に影響を受けやすいと考えられる。そのため、藍藻類の増殖している表層付近（例えば、表層から０〜３ｍの領域）の水温は高くなりやすい。
一方で、光透過率が低く密集したアオコを形成する藻類によって太陽光が遮断されるため、太陽光の届きにくい中層〜底層（例えば、表層から３ｍよりも深い領域）の水温は低くなりやすい。

これらのことから、藍藻類が集積している位置は、それよりも深い位置と比較して水温が高くなると考えられる。また、例えば３１〜３２℃であったアオコが集積した位置の水温を、２５℃程度にまで減少させることで、アオコを形成する藻類が独占的に増殖する環境を、アオコを形成する藻類とアオコを形成しない藍藻類（例えば、緑藻類）とが共存できるようになると考えることもできる。

図１及び図３に示す結果から、実際に増殖したアオコが浮上する時間帯に水域の環境（藍藻類密度、ｐＨ、水温、及び光透過率）を測定した。図４は、岡山県と広島県の県境にある新成羽川ダム貯水池の西谷入江付近を上空からみた図である。９月１１日の１４時〜１５時に、図４に示すＡ地点、Ｂ地点、Ｃ地点で、水域２内の環境を測定した。図４に示すＡ地点は、アオコの侵入を防ぐアオコフェンスに対して下流側に位置する。また、Ｂ地点は、西谷橋（不図示）の下流側でアオコフェンスの上流側に位置する。また、Ｃ地点は、立木橋（不図示）の下流側でアオコフェンスの上流側に位置する。

計測時において、Ａ地点では、アオコの浮上が観察されなかった。また、Ｂ地点及びＣ地点では、増殖したアオコの水面への浮上が観察された。なお、Ｃ地点はＢ地点よりも多くのアオコの浮上が観された。

図５〜図８は、図４に示す水域２において増殖したアオコがＢ地点及びＣ地点の水面に浮上している時間帯での環境（藍藻類密度、ｐＨ、水温、及び光透過率）と水深の関係を示すグラフである。

図５は、アオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコがＢ地点及びＣ地点の水面に浮上した時間帯における藍藻類密度（フィコシアニン濃度から換算）と水深の関係を示すグラフである。なお、Ｂ地点及びＣ地点において、計測時には表層水においてミクロキスティス属の藍藻類のみが優占していた。図５に示すように、いずれの地点においても水深が３ｍを下回る（３ｍよりも浅い）領域（以下、水深が３ｍを下回る領域を「表層領域」ともいう）では、藍藻類密度は高くなる。反対に、水深が表層領域よりも深い領域（水深が３ｍを上回る領域）では、藍藻類密度は、ほぼ０になる。つまり、水域の表層領域に藍藻類が浮上していると考えられる。

図６は、アオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコがＢ地点及びＣ地点の水面に浮上した時間帯における光透過率と水深の関係を示すグラフである。図６に示すように、水深が深くなるにつれて光透過率は減少する。Ａ地点においては、例えば水深が３ｍとなっても光透過率は１０％程度の値である。このような位置であれば、例えばアオコを形成しない藻類が光合成を行うことが可能とも考えられる。これに対し、Ｂ地点及びＣ地点においては、表層領域よりも深い領域では光透過率が低くなる（およそ０に近い値になる）。そのため、このような位置であれば、藻類が光合成を行うには適さないと考えられる。

図７は、アオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコがＢ地点及びＣ地点の水面に浮上した時間帯におけるｐＨと水深の関係を示すグラフである。図７に示すように、Ａ地点においては、ｐＨが最大でも９程度である。そのため、Ａ地点においては水深に係らず、アオコを形成する藻類が単独で増殖しにくいとも考えられる。また、Ｂ地点及びＣ地点においては、表層領域では、ｐＨが１０程度となる。つまり、緑藻類や珪藻類が増殖不可能なｐＨとなる。そして、例えば、水深が４ｍ〜６ｍとなる領域では、ｐＨが、７〜８程度となる。つまり、緑藻類や珪藻類が増殖可能なｐＨとなる。

従って、表層領域の流体と、表層領域よりも深い領域（例えば、水深が４ｍ〜６ｍとなる領域）の流体とを撹拌することにより表層領域のｐＨを表層領域よりも深い領域のｐＨ程度にまで減少させることができると考えられる。また、表層領域の流体と、大気とを接触させることにより、表層領域の流体と大気との平衡状態にできるとも考えられる。このように表層領域の流体を、撹拌し、大気と接触させることにより、表層領域のｐＨを例えば８．０程度に減少させることができ、表層領域の環境（ｐＨ）を藍藻類だけでなくアオコを形成しない藻類（例えば、緑藻類、珪藻類）も増殖しやすい環境（ｐＨ）にできると考えられる。つまり、図７は、表層領域のように、アオコが増殖しやすい位置（以下、「対象位置」ともいう）のｐＨを低下させることで、藍藻類だけでなくアオコを形成しない藻類も増殖しやすい環境（ｐＨ）にできることを示唆している。

図８は、アオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコがＢ地点及びＣ地点の水面に浮上した時間帯における水温と水深の関係を示すグラフである。図８に示すように、Ｃ地点における水深が０ｍの位置では、水温が２６℃程度となり、Ａ地点における水深が０ｍの水温（２３℃）と比較しておよそ３℃の差があることが確認された。また、いずれの地点においても水深が深くなるにつれて急激に水温が低下し、表層領域よりも深い領域では水温が１８〜２０℃程度（水深が０ｍの位置よりも５〜７℃程度低い水温）に収束することが確認された。

表層へのアオコの集積により、アオコがない場合と比較して表層が暖まりやすくなり、表層領域の水温は外気の気温と同程度かそれ以上になると考えられるため、例えば、外気の気温が３１〜３２℃の高温となった場合には、表層領域（例えば、水面の位置）の水温も同程度かそれ以上になると考えられる。つまり、アオコを形成しない藻類が増殖する水温を上回ると考えられる。これに対し、例えば、水深が４ｍ〜６ｍとなる領域では、外気の気温よりも５〜７℃程度低い水温に収束すると考えられる。従って、水温は２５℃程度となると考えられる。

外気の気温が３１〜３２℃の高温となった場合には、表層領域の流体と、表層領域よりも深い領域（例えば、水温が２５℃程度となる領域）の流体とを撹拌することにより、表層領域の水温を、例えば２５℃程度に減少させることで、表層領域の環境（水温）を藍藻類だけでなくアオコを形成しない藻類（例えば、緑藻類）も増殖しやすい環境（水温）にできると考えることもできる。つまり、図８は、対象位置（例えば、表層領域）の水温を低下させることで、藍藻類だけでなくアオコを形成しない藻類も増殖しやすい環境（水温）にできることを示唆している。

以上のように、同じ藻類であっても、増殖した場合にアオコを形成する藻類（主に藍藻類）と、アオコを形成しない藻類とがあると考えられることから、それぞれの藻類が増殖しやすい環境として、ｐＨと水温とを想定した。この想定に基づいて、図１及び図３に示す比較試験を行うことでｐＨが９．０程度の環境でアオコを形成する藻類は増殖特性を示すが、アオコを形成しない藻類は増殖特性を示さないこと（図１を参照）、及び３１〜３２℃を上回る環境でアオコを形成する藻類は増殖特性を示すが、アオコを形成しない藻類は増殖特性を示さないこと（図３を参照）が示された。

更に、実際に増殖したアオコが浮上する時間帯に水域の環境（藍藻類密度、ｐＨ、水温、及び光透過率）を測定することで、対象位置（アオコが増殖しやすい位置）の例えばｐＨや水温を減少させることで、藍藻類だけでなくアオコを形成しない藻類も増殖しやすい環境（ｐＨや水温）にできることを示唆する結果（図７及び図８を参照）が得られた。

従って、アオコを形成する藻類が独占的に増殖する環境を、アオコを形成する藻類とアオコを形成しない藍藻類（例えば、緑藻類）とが共存できるような環境にすることで、窒素、リン、微量金属類等の増殖に必要な栄養分をアオコに独占させることを防止し、アオコの独占的な増殖を抑制し、アオコの増殖を抑制できると考えられる。

次に、本発明の好ましい一実施形態に係るアオコの増殖抑制システム及びアオコの増殖抑制方法の構成について、図９を用いて具体的に説明する。図９は、本実施形態に係るアオコの増殖抑制システムの全体構成を示す模式図である。本実施形態においては、図９に示すように、アオコの増殖抑制システム１は、水域２と、対象位置３と、放出位置４と水質検出手段３０と、マイクロバブル発生装置４０と、マイクロバブル発生制御部５０とを備える。

水域２は、本実施形態に係るアオコの増殖抑制システム及びアオコの増殖抑制方法が適用される領域である。アオコの増殖抑制システムにおいては、水域２は、水深とｐＨとの関係が取得されているアオコの増殖を抑制する対象となる水域である。また、アオコの増殖抑制方法においては、水域２は、ｐＨ取得工程により水深とｐＨとの関係が取得されているアオコの増殖を抑制する対象となる水域である。本実施形態においては、例えば図７に示すように、アオコの増殖を抑制する対象となる水域２で、アオコが水面に浮上した時間帯におけるｐＨと水深の関係が予め測定されている。

対象位置３は、アオコが増殖しやすい位置である。対象位置３の水深（対象水深ｄ１）は、例えば１ｍである。本実施形態においては、図７に示すように対象位置３のｐＨは、予め１０．０と取得されていて、対象位置３のｐＨはアオコを形成しない藻類が増殖可能なｐＨを上回ることが想定される。また、対象位置３の付近に水質検出手段３０が設置される。

放出位置４は、マイクロバブルが放出される位置である。放出位置４は、設定水深ｄ２（例えば６ｍ）となる水深に設定される。アオコの増殖抑制システムにおいては、設定水深ｄ２は、アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された深さに設定される。また、アオコの増殖抑制方法においては、設定水深ｄ２は、水深設定工程によりアオコが増殖するｐＨに基づいて設定された深さに設定される。本実施形態においては、図７に示すように放出位置４のｐＨは、予め８．０と取得されていて、放出位置４のｐＨはアオコが独占的に増殖するｐＨを下回ることが想定される。このように、アオコが独占的に増殖するｐＨに基づいて、アオコが独占的に増殖するｐＨよりも低いｐＨが取得された深さに放出位置４が設定される。また、放出位置４から水平方向に向けてマイクロバブルが放出されるように、マイクロバブル発生装置４０が設置される。

水質検出センサ３０は、水域２の水質を検出するセンサである。本実施形態においては、水質検出センサ３０は、対象位置３付近に設置される。また、水質検出センサ３０は、ｐＨ検出手段としてのｐＨセンサ３１と、フィコシアニン濃度検出手段としてのフィコシアニン濃度センサ３２と、を備える。水質検出センサ３０は、マイクロバブル発生制御部５０と電気的に接続される。水質検出センサ３０で検出される水域の水質（ｐＨ、又はフィコシアニン濃度）は、検出信号としてマイクロバブル発生制御部５０に送信される。

ｐＨセンサ３１は、水域２のｐＨを検出する。フィコシアニン濃度センサ３２は、水域２のフィコシアニン濃度を検出する。なお、藍藻類は、フィコシアニンやフィコエリトリン等の特有の色素を持ち、これらはクロロフィルとは異なる蛍光を発することが知られている。そのため、フィコシアニン濃度センサ３２は、水域２のフィコシアニン濃度を検出することで、アオコ（藍藻類）の密度を正確に検出できる。

マイクロバブル発生装置４０は、放出位置４から、水平方向に向けてマイクロバブルを放出する装置である。アオコの増殖抑制システムにおいては、マイクロバブル発生装置４０は、設定水深ｄ２から水平方向に向けてマイクロバブルを放出する。
また、アオコの増殖抑制方法においては、マイクロバブル発生装置４０は、マイクロバブル放出工程により設定水深ｄ２から水平方向に向けてマイクロバブルを放出する。また、マイクロバブル発生装置４０は、マイクロバブル発生制御部５０と電気的に接続される。

以上説明したアオコの増殖抑制システム及びアオコの増殖抑制方法では、アオコが独占的に増殖するｐＨに基づいて設定された設定深さとしての設定水深から、水平方向に向けてマイクロバブルを放出することにより、対象位置（アオコの増殖しやすい位置）のｐＨを減少させて効率よくアオコの増殖を抑制できる。
対象位置のｐＨを減少させられる第１の理由は、対象位置以外の位置の流体と、対象位置の流体とを撹拌させることで、対象位置のｐＨを減少させられるからである。また、第２の理由は、外気を含むマイクロバブルを対象位置に供給することで、アオコ増殖により大きく偏ってしまった気体の溶け込み状態を大気との平衡状態に近づけ、対象位置のｐＨを減少させられるからである。対象位置のｐＨが減少すると、アオコを形成する藻類とアオコを形成しない藍藻類（例えば、緑藻類）とが共存できるようになり、アオコの増殖を効率よく抑制できるのである。

また、マイクロバブルは、粒子径が小さくなる程、水域で安定性が高くなる（崩壊しにくくなる）。また、粒子径の小さいマイクロバブルの流体内での上昇速度は、ストークスの式に従い低下する。そのため、粒子径が小さくなる程、マイクロバブルは、流体内を長期間かけて浮上するようになる。従って、水平方向に長距離にわたって拡散し、マイクロバブルの粒子一つあたりの流体を撹拌する効果は高くなる。マイクロバブルによる高い撹拌効果により、少ないポンプ動力でもアオコの増殖の抑制が実現されるのである。また、粒子径が小さくなる程、空気体積当たりの表面積が大きくなるため、気体の溶解効率（大気との平衡状態に近づける効果）が高まる。

本実施形態においては、マイクロバブルの平均粒子径は、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。上記の範囲であれば、マイクロバブルの粒子一つあたりの流体を撹拌する効果がより一層高くなると考えられる。

また、本実施形態においては、マイクロバブルは、外気（二酸化炭素を含んだ水域２の外部の空気）を主成分としている。そのため、マイクロバブル発生装置４０は、アオコを形成しない藻類が光合成できるように、二酸化炭素をマイクロバブルとして対象位置３に供給できる。

また、本実施形態においては、マイクロバブル発生装置４０は、１ｍＬあたり１，０００〜１０，０００個のマイクロバブルを含む水を放出する。上記の範囲であれば、流体を撹拌する効果と、流体に外気を供給する効果とが十分に得られると考えられる。

また、本実施形態においては、マイクロバブル発生装置４０として、４つのＹＪノズルと水中ポンプを備えたマイクロバブル発生装置が用いられる。４つのＹＪノズルは水平方向に、それぞれ９０度の角度を隔てて向けられている。そのため、マイクロバブル発生装置４０が運転されると、４つのＹＪノズルの先端を放出口とし、水平方向に４方に向けてマイクロバブルが放出される。また、マイクロバブル発生装置４０は、ノズルにＹＪノズルを用いることにより強い対流を生じさせながらマイクロバブル（マイクロナノバブル）を放出する。水域２の内部で強い対流が生じることで、水域２の水が勢いよく撹拌される。

マイクロバブル発生装置４０がマイクロバブルを放出すると、放出位置４（設定水深ｄ２：６ｍ）から水平方向に向けてマイクロバブルが放出されることにより、対象位置３（対象水深ｄ１：１ｍ）の流体をまきこむように水域２の水平方向に向けた対流が発生する（図３を参照）。これにより、対象位置３以外の領域の流体（例えば、放出位置４の水平方向に位置する流体）と対象位置３（水深ｄ１：１ｍ）の流体とが撹拌される。

つまり、設定水深ｄ２からマイクロバブルが水平方向に放出されることで、対象位置３以外の領域の流体と対象位置３の流体とが撹拌され、対象位置３のｐＨ（及び水温）が減少する。

なお、詳細は後述するが、放出位置４の水平方向に位置する流体と対象位置３の流体とが十分に撹拌されるために、放出位置４の水深ｄ２と、対象位置３の水深ｄ１との差が０〜６ｍの範囲となるように、放出位置４が設定されることが好ましい。

本実施形態においては、マイクロバブルは外気を主成分としている。そのため、マイクロバブル発生装置４０がマイクロバブルを放出すると、マイクロバブルとして放出された外気は、対流によって対象位置３に供給される。すると、外気との接触により、対象位置３のｐＨは低下する。

つまり、設定水深ｄ２から外気を含むマイクロバブルが設定水深ｄ２の水とともに水平方向に放出されることで、外気を含むマイクロバブルが対象位置３に供給され、対象位置３のｐＨ（及び水温）が減少する。

なお、水平方向に放出されたマイクロバブルは、流体内で浮力の影響を受けるため、時間の経過とともに浮上する。従って、効率よく放出位置４から外気を含むマイクロバブルを対象位置３に供給するために、放出位置４は、放出位置４の水深ｄ２が、対象位置３の水深ｄ１よりも深くなる位置に設定されることが好ましい。

マイクロバブル発生制御部５０は、マイクロコンピュータ等により構成される。マイクロバブル発生制御部５０は、設定時間帯制御部５１と、ｐＨ制御部５２と、フィコシアニン濃度制御部５３とを備える。本実施形態においては、マイクロバブル発生制御部５０は、後述するようにマイクロバブル発生装置４０の作動の開始／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する。

アオコの増殖抑制システム１の制御に係る構成について説明する。アオコを形成する藻類には、昼間（アオコが浮上する時間帯）には水域２の表層に浮上し、夜間（アオコが沈降する時間帯）には水域２の中層（例えば、表層から４〜１０ｍの位置）に沈降すると考えられる生態が確認されている。そのため、対象位置３付近にアオコが集積していない状態でマイクロバブル発生装置４０を制御することは非効率的である。

従って、マイクロバブル発生制御部５０は、対象位置３付近にアオコが集積された場合に、対象位置３のｐＨを減少させられるように、効率よくマイクロバブル発生装置４０を制御する必要がある。本実施形態においては、マイクロバブル発生制御部５０は以下に示すいずれかのマイクロバブル放出制御を適宜に選択することにより、マイクロバブル発生装置４０の作動の開始／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する。
＜１．設定時間帯制御＞
＜２．ｐＨ制御＞
＜３．フィコシアニン濃度制御＞

マイクロバブル放出制御により、マイクロバブル発生制御部５０は、対象位置３付近にアオコが集積された場合に、対象位置３のｐＨを減少させられるように、効率よくマイクロバブル発生装置４０を制御できる。マイクロバブル放出制御の一例について以下に詳細を示す。

＜１．設定時間帯制御＞
前述のとおり、アオコを形成する藻類には、昼間（アオコが浮上する時間帯）には水域２の表層に浮上し、夜間（アオコが沈降する時間帯）には水域２の中層に沈降すると考えられる生態が確認されている。そして、アオコが対象位置３に集積する時間帯は、日照時間、気温、降雨量等の気象情報から予測できると考えられる。

設定時間帯制御において、設定時間帯制御部５１は、例えば、インターネットやラジオ等から気象情報を取得する。設定時間帯制御部５１は、取得した情報に基づいて、対象位置３に増殖したアオコが集積する時間帯を予測し、予測した時間帯に基づいて、マイクロバブルを放出、又は放出を停止する設定時間帯を設定する。マイクロバブル発生制御部５０（設定時間帯制御部５１）は、増殖したアオコが集積する設定時間帯に基づいて、マイクロバブルを放出、又は放出を停止するようにマイクロバブル発生装置４０の作動の開始／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する。

例えば、対象位置３が水域２の表層に設定される場合には、設定時間帯制御部５１によって予測されるアオコが浮上する（アオコが対象位置３に集積する）時間よりも所定時間（例えば、３０分、好ましくは、１時間）以上前から、マイクロバブル発生制御部５０（ｐＨ制御部５２）は、マイクロバブル発生装置４０の作動を開始（ＯＮ）するようにマイクロバブル発生装置４０を制御する。これにより、アオコが対象位置３に集積すると予測される時間帯よりも早い時間帯からマイクロバブルが放出される。

そして、設定時間帯制御部５１によって予測されるアオコが沈降する時間から所定時間（例えば、３０分、好ましくは、１時間）以上経過後に、マイクロバブル発生制御部５０（ｐＨ制御部５２）は、マイクロバブル発生装置４０の作動を停止（ＯＦＦ）するようにマイクロバブル発生装置４０を制御する。これにより、アオコが対象位置３に集積すると予測される時間帯よりも遅い時間帯までマイクロバブルが放出される。

＜２．ｐＨ制御＞
アオコが集積した領域付近にはｐＨが高く検出される（例えば、１０程度）傾向が確認されている（図７参照）。反対に、アオコが集積していない領域付近にはｐＨが低く検出される（例えば、７程度）傾向が確認されている（図７参照）。従って、アオコが対象位置３に集積しているか否かは、水域２のｐＨを検出することにより把握できる。

ｐＨ制御において、ｐＨ制御部５２は、ｐＨセンサ３１で検出されるｐＨを取得する。マイクロバブル発生制御部５０（ｐＨ制御部５２）は、ｐＨセンサ３１で検出されるｐＨに基づいて、マイクロバブルが放出されるようにマイクロバブル発生装置４０の作動の開始／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する。

ｐＨセンサ３１で検出されるｐＨが所定値（例えば、９．５、好ましくは、１０．０）を上回る場合には、マイクロバブル発生制御部５０（ｐＨ制御部５２）は、マイクロバブル発生装置４０の作動を開始（ＯＮ）するようにマイクロバブル発生装置４０を制御する。これにより、対象位置３のｐＨが所定の値を上回る状態でマイクロバブルの放出が開始される。

そして、ｐＨセンサ３１で検出されるｐＨが所定値（例えば、８．５、好ましくは、８．０）を下回った場合には、マイクロバブル発生制御部５０（ｐＨ制御部５２）は、マイクロバブル発生装置４０の作動を停止（ＯＦＦ）するようにマイクロバブル発生装置４０を制御する。これにより、対象位置３のｐＨが所定の値に減少するまでマイクロバブルが放出される。

＜３．フィコシアニン濃度制御＞
アオコが集積した領域付近にはフィコシアニン濃度が高く検出される（図５参照）。反対に、アオコが集積していない領域付近にはフィコシアニン濃度が検出されない（図５参照）。従って、アオコが対象位置３に集積しているか否かは、水域２のフィコシアニン濃度を検出することにより把握できる。

フィコシアニン濃度制御において、フィコシアニン濃度制御部５３は、フィコシアニン濃度センサ３２で検出されるフィコシアニン濃度を取得する。マイクロバブル発生制御部５０（フィコシアニン濃度制御部５３）は、フィコシアニン濃度センサ３２で検出されるフィコシアニン濃度に基づいて、マイクロバブルが放出されるようにマイクロバブル発生装置４０の作動の開始／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する。

フィコシアニン濃度センサ３２で検出されるフィコシアニン濃度が所定値（例えば、３０００ｃｅｌｌｓ／ｍＬ、好ましくは、４０００ｃｅｌｌｓ／ｍＬ）を上回る場合には、マイクロバブル発生制御部５０（フィコシアニン濃度制御部５３）は、マイクロバブル発生装置４０の作動を開始（ＯＮ）するようにマイクロバブル発生装置４０を制御する。これにより、対象位置３にアオコが増殖した状態でマイクロバブルの放出が開始される。

そして、フィコシアニン濃度センサ３２で検出されるフィコシアニン濃度が所定値（例えば、２０００ｃｅｌｌｓ／ｍＬ、好ましくは、１０００ｃｅｌｌｓ／ｍＬ）を下回った場合には、マイクロバブル発生制御部５０（フィコシアニン濃度制御部５３）は、マイクロバブル発生装置４０の作動を停止（ＯＦＦ）するようにマイクロバブル発生装置４０を制御する。これにより、対象位置３のフィコシアニン濃度が所定の値に減少するまでマイクロバブルが放出される。

図１０〜図１２を参照して、アオコの増殖抑制システム１により、水域２の水が撹拌されることを説明する。図１０〜図１２は、それぞれ本実施形態に係るアオコの増殖抑制システム１の仮想水域に対する１時間後、３時間後、及び５時間後のシミュレーション結果を示す図である。

シミュレーションの条件について説明する。解析ソフトウェアとして、市販の解析ソフトウェア（具体的には、Ｓｔｅａｍ Ｖｅｒ．１２（ソフトウェアクレイドル社製）１６並列版等）を使用した。解析の条件として、仮想水域は、水面が３００ｍ×５０ｍ、深さが２０ｍの立方体状に設定された。また、仮想水域の水温分布は、図８に示す水温と水深に基づいて設定された。また、マイクロバブルの粒子径は、０．２ｍｍと設定された。また、マイクロバブルの１秒当たりの放出個数は、ポンプ自吸引空気量が１９０リットル／ｍｉｎであるという条件と、マイクロバブルの粒子径が０．２ｍｍ（設定値）という条件から算出することにより設定された。また、マイクロバブルの初速（粒子初速）は、ポンプ自吸引空気量が１９０リットル／ｍｉｎであるという条件と、マイクロバブル放出口の面積が８．０４ｃｍ^２という条件から算出され、４ｍ／ｓｅｃ（粒子初速が４ｍ／ｓｅｃという条件は、４ｋＷの水中ポンプ１台の粒子初速に相当する。）と設定された。放出位置４は、水深（設定水深ｄ２）が６ｍとなる位置に設定された。マイクロバブルの消滅条件は、マイクロバブルが水面に達した場合に設定された。

図１０〜図１２に示すように、１時間、３時間、５時間と経過するにつれて、水域２の水温が均一になることが確認された。具体的には、３時間の運転を行うことにより、水域２のほぼ全面にわたり水面の水温の低下が確認された。また、５時間の運転を行うことにより、水域２の水温が均一になることが確認された。そのため、シミュレーションの条件においては、５時間程度マイクロバブル発生装置を運転すれば水域２の撹拌効果が十分に期待できる。また、ｐＨに係る流体の撹拌についても図１０〜図１２と同等の効果が確認できると考えられる。

つまり、放出位置４の水深ｄ２と、対象位置３の水深ｄ１との差が０〜６ｍの範囲であれば、放出位置４の水平方向に位置する流体と対象位置３の流体とが十分に撹拌される効果が期待できると考えられる。

なお、本実施形態に係るマイクロバブル発生装置４０は、水域２に対して４つの放出口（ＹＪノズルの先端）によって４方にマイクロバブルを放出する。従って、本実施形態においては、シミュレーション結果と同等又はそれ以上の水域２の撹拌効果が期待できると考えられる。

以上説明したように構成された本実施形態によれば、次に記載する作用効果を奏する。
アオコの増殖抑制システム１は、水深とｐＨとの関係が取得されているアオコの増殖を抑制する対象となる水域２で、アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された設定深さｄ２から水平方向に向けてマイクロバブルを放出するマイクロバブル発生装置４０を備える。設定水深ｄ２からマイクロバブルが水平方向に放出されることで、対象位置３以外の領域の流体と対象位置３の流体とが撹拌され、対象位置３のｐＨ（及び水温）が減少する。これにより、効率よくアオコの増殖を抑制できる。

また、マイクロバブルは外気を主成分としている。設定水深ｄ２から外気を含むマイクロバブルが水平方向に放出されることで、外気を含むマイクロバブルが対象位置３に供給され、対象位置３のｐＨ（及び水温）が減少する。これにより、効率よくアオコの増殖を抑制できる。
また、マイクロバブルの主成分である外気は二酸化炭素を含む。そのため、マイクロバブル発生装置４０は、アオコを形成しない藻類が光合成できるように、二酸化炭素をマイクロバブルとして対象位置３に供給できる。対象位置３に二酸化炭素が供給されることにより、藍藻類（アオコ）が独占的に増殖する環境を、アオコを形成しない藻類（重炭酸イオンを光合成に利用できない藻類）が増殖できる環境に近づけることができる。これにより、対象位置３に重炭酸イオンを光合成に利用できない藻類が増殖可能になり、アオコの増殖を抑制できる。

また、マイクロバブル発生装置４０は、増殖したアオコが集積する設定時間帯に基づいて、マイクロバブルを放出、又は放出を停止する。これにより、設定時間帯（予測値）に基づいて、より効率よくアオコの増殖を防止できる。

また、アオコの増殖抑制システム１は、水域２のｐＨを検出するｐＨセンサ３１と、ｐＨセンサ３１で検出されるｐＨに基づいて、マイクロバブル放出制御を行うｐＨ制御部５２とを更に備える。これにより、ｐＨ（測定値）に基づいて、効率よくアオコの増殖を防止できる。

また、アオコの増殖抑制システム１は、水域２のフィコシアニン濃度を検出するフィコシアニン濃度センサ３２と、フィコシアニン濃度センサ３２で検出されるフィコシアニン濃度に基づいて、マイクロバブル放出制御を行うフィコシアニン濃度制御部５３とを更に備える。これにより、フィコシアニン濃度（測定値）に基づいて、効率よくアオコの増殖を防止できる。

また、アオコの増殖抑制方法は、アオコの増殖を抑制する対象となる水域２で水深とｐＨとの関係を取得するｐＨ取得工程と、アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された深さに設定水深ｄ２を設定する水深設定工程と、設定水深ｄ２から水平方向に向けてマイクロバブルを放出するマイクロバブル放出工程と、を含む。設定水深ｄ２からマイクロバブルが水平方向に放出されることで、対象位置３以外の領域の流体と対象位置３の流体とが撹拌され、対象位置３のｐＨ（及び水温）が減少する。これにより、効率よくアオコの増殖を抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

例えば、水域２における水深とｐＨとの関係は、予め測定されたものではなくてもよい。具体的には、水深とｐＨとの関係は、ｐＨセンサ等の検出器によってタイムリーに測定（取得）されてもよく、水域２の形状（水域２の規模、水域２の水深等）から予測（取得）されてもよい。

また、水質検出センサ３０は、ｐＨ、フィコシアニン濃度以外の水域の環境（例えば、水温等）を検出してもよい。また、マイクロバブル発生装置４０は、ｐＨ、フィコシアニン濃度以外の水域の環境（例えば、水温等）に基づいて、マイクロバブルを放出してもよい。

また、対象位置３は対象水深ｄ１が１ｍとなる位置に、放出位置４は設定水深ｄ２が６ｍとなる位置に、それぞれ設定される例について説明した。つまり、放出位置４が対象位置よりも深い位置に設定される例について説明したが、これに限定されない。例えば、放出位置４は、対象位置３のｐＨを減少させられる位置であれば、対象位置３よりも深くない位置（同等の深さの位置、又は浅い位置）に設定されてもよい。

また、アオコが増殖するｐＨに基づいて、アオコが増殖するｐＨよりも低いｐＨが取得された深さに放出位置４が設定される例について説明したが、これに限定されない。例えば、放出位置４は、対象位置３のｐＨを減少させられる位置であれば、対象位置３よりもｐＨが低くない位置（ｐＨが同程度の位置、又はｐＨが高い位置）に設定されてもよい。

また、マイクロバブル発生装置４０として、４つのＹＪノズルを備えたマイクロバブル発生装置が用いられる例について説明したが、これに限定されない。マイクロバブル発生装置４０は、設定水深（設定深さ）から水平方向に向けてマイクロバブルを放出できる装置であればＹＪのノズルを備えていなくてもよく、ノズルの数も４つではなくてもよい。例えば、マイクロバブル発生装置４０は、ＹＪノズル以外のノズルを備えたいわゆるエジェクタ方式の装置であってもよい。

また、マイクロバブル発生制御部５０が、マイクロバブル放出制御によってマイクロバブル発生装置４０の作動の開始／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する例について説明したが、マイクロバブル発生制御部５０が制御する対象は、マイクロバブル発生装置４０の作動の開始／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）に限定されない。例えば、マイクロバブル発生制御部５０は、マイクロバブル発生装置４０が放出するマイクロバブルの１秒当たりの放出個数を制御してもよい。

また、マイクロバブル発生制御部５０は、設定時間帯制御、ｐＨ制御、又はフィコシアニン濃度制御のいずれかのマイクロバブル放出制御を適宜に選択する例について説明したが、これに限定されない。例えば、マイクロバブル発生制御部５０は、設定時間帯制御、ｐＨ制御、又はフィコシアニン濃度制御を適宜に組み合わせてもよい。具体的には、マイクロバブル発生制御部５０（ｐＨ制御部５２）は、設定時間帯に基づいて、マイクロバブル発生装置４０の作動を開始（ＯＮ）し、水質検出センサ３０（ｐＨセンサ３１又はフィコシアニン濃度センサ３２）で検出される対象位置３の水質に基づいて、マイクロバブル発生装置４０の作動を停止（ＯＦＦ）するようにマイクロバブル放出制御を行ってもよい。

また、マイクロバブル発生制御部５０は、設定時間帯制御、ｐＨ制御、又はフィコシアニン濃度制御以外の他の制御を行ってもよく、マイクロバブル発生制御部５０は、設定時間帯制御、ｐＨ制御、フィコシアニン濃度制御又は他の制御を適宜に組み合わせてもよい。

１ アオコの増殖抑制システム
２ 水域
３ 対象位置
４ 放出位置
３１ ｐＨセンサ
３２ フィコシアニン濃度センサ
４０ マイクロバブル発生装置
５０ マイクロバブル発生制御部
５２ ｐＨ制御部
５３ フィコシアニン濃度制御部
ｄ１ 対象水深
ｄ２ 設定水深（設定深さ）

Claims (5)

1. 水深とｐＨとの関係が取得されているアオコの増殖を抑制する対象となる水域で、アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された設定深さから水平方向に向けてマイクロバブルを放出するマイクロバブル発生装置を備える、アオコの増殖抑制システム。
2. 前記マイクロバブル発生装置は、増殖したアオコが集積する設定時間帯に基づいて、マイクロバブルを放出、又は放出を停止する、請求項１に記載のアオコの増殖抑制システム。
3. 前記アオコの増殖を抑制する対象となる位置のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、
   前記ｐＨ検出手段で検出されるｐＨに基づいて、マイクロバブル放出制御を行うｐＨ制御部と、を更に備える、請求項１又は２に記載のアオコの増殖抑制システム。
4. 前記アオコの増殖を抑制する対象となる位置のフィコシアニン濃度を検出するフィコシアニン濃度検出手段と、
   前記フィコシアニン濃度検出手段で検出されるフィコシアニン濃度に基づいて、マイクロバブル放出制御を行うフィコシアニン濃度制御部と、を更に備える、請求項１〜３のいずれかに記載のアオコの増殖抑制システム。
5. アオコの増殖を抑制する対象となる水域で水深とｐＨとの関係を取得するｐＨ取得工程と、
   アオコが増殖するｐＨに基づいて設定された深さに設定深さを設定する水深設定工程と、
   前記設定深さから水平方向に向けてマイクロバブルを放出するマイクロバブル放出工程と、を含むアオコの増殖抑制方法。