JP3796687B2 - 底泥浄化用の複層マット構造体及び底泥の浄化保全方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沿岸域や河川・湖沼等の汚染された底泥の浄化工法に関し、特に、底泥からの重金属やリン、窒素等が水中に過度に溶出するのを抑制する覆砂工法において使用される覆砂材として、優れた植生および底泥の浄化作用を有する、複層マット構造体及び底泥の浄化保全方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内湾や湖沼では、水辺環境の悪化により広い範囲にわたって有機汚泥（ヘデロ）が堆積している。この有機汚泥からの栄養塩類や有機物（窒素やリン）の溶出により、赤潮や貧酸素水塊が発生し、これにより沿岸漁業に悪影響を与えたり、海浜環境を悪化させたりしている。そこで、これらの公害を防止して沿岸漁業を保護し、海浜環境の悪化を防ぐために、有機汚泥を除去（浚渫）し、あるいは有機汚泥を良質の砂で覆うことにより、海底の窒素やリンの溶出を抑制する底質浄化事業が強く要請されている。
【０００３】
このように、有機汚泥を良質の砂で覆う工法を覆砂といい、海底の有機物を覆砂（蓋をする）することで、海中の富栄養化の原因となるリン酸塩および窒素化合物や、青潮の原因となる硫化水素の海底からの溶出を抑える効果を果たし、また、有機物による海底の溶存酸素の消費を低減し、生物の棲息しやすい環境を整えることができる。
【０００４】
しかし、最近は、覆砂用天然砂の採取が難しい状況となり、砂の代替品として、例えば、製鉄プロセスの副産物として発生するスラグをリサイクルするものとして高炉水砕スラグ覆砂材等のスラグ砂を利用することも行われている。
【０００５】
また、従来の覆砂工法としては、複数の工法が現在用いられており、例えば、バージアンローダ・撒布台船方式、コンベアバージ方式等がある。バージアンローダ・撒布台船方式は、砂を海水と撹拌してポンプで吸引し、排砂管（フローター等）を介してスラリーを送泥し、先端に配置された砂撒布台船の水中排砂管から排砂する方式である。また、コンベアバージ方式は、船腹に砂を積載したバージ内に配置したベルトコンベアで砂を直接引き出してトレミー管を介して砂を撒布する方式である。
【０００６】
これらの覆砂工法は、一長一短があり、いずれの場合でも水中において、撒砂の際に覆砂形状が山形になり、材料の損失、或いは、施工に時間を要する等の問題が発生し、覆砂を定量供給して、覆砂厚を正確に維持することが容易ではなく、安定した施工を行うことが難しかった。
【０００７】
このための対策として、水中において、回転排出弁により砂を定量的に排出できるように構成した装置を排砂管の先端に取り付けて装置の姿勢を制御するもの（特開平7−197465号参照）、あるいは、コンベアバージ方式で使用するトレミー管を、伸縮可能な二重トレミー管を使用して、敷砂材を加水、加圧することなく安定した沈降状態で静かに着底させるもの等が開発されている。
【０００８】
このような装置は、敷砂材を所定の厚さの薄層覆砂に形成するものであるが、敷砂を用いることに変わりはなく、撒布に伴う水質の濁りの発生等がある。従って、現状では、従来の覆砂工法において、
(a) 覆砂工法に供する砂材料の入手が困難である。
(b) 底泥上へ砂撒きする場合、底泥が軟弱で支持力もほどんど期待できないため、砂撒き時の浮泥の拡散、底泥地盤の破壊、砂のめり込みによる使用量の増大が危惧される。
(c) 重金属やリン・窒素の溶出を滞留させるのが基本原理であり、それらの吸着等の化学的処理は行っていないため、時間を経ることで最終的に溶出してしまう。従って、数年単位でのメンテナンス（再覆砂）が必要である。
(d) 覆砂以外の浄化として浚渫による除去等も挙げられるが、浚渫工程に加え新たに浚渫した土砂の処分（セメント固化、天日乾燥等）や処分場等の確保をする必要がある。
等の問題点があり、これらの点を十分に解決する覆砂工法およびそのための装置が望まれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明は、上記の問題点を解決し、かつ経済的で、メンテナンスを必要としないで底泥の浄化を容易に実施できる、複層マット構造体及び底泥の浄化保全方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明における底泥浄化用の複層マット構造体は、生分解性シートまたは植生マットからなる基盤材の層間に、酸化第二鉄を主成分とするシルトを含む中間層を有することを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、基盤材の層間に形成された中間層であるシルトに含まれる酸化第二鉄により、重金属や窒素、リン等が吸着されるため、底泥からの溶出を抑制でき、底泥および湖水の浄化作用が期待できる。また、好ましい実施形態において、この中間層に種子を包含させることにより、種子の発芽後に、植物による浄化も期待できる。
【００１２】
他の実施形態によれば、植生マットは、ヤシネット、ヤシロール等の植生ヤシマットであり、空隙が多く比較的軽量なため敷設時の浮泥の発生を抑制し、底泥地盤へのめり込み等の影響がない。また、酸化第二鉄に石膏を添加したので、石膏により、酸化第二鉄のシルトにある程度の塑性を有することが可能となり、生分解性シートまたは植生マットとの粘着力による一体化も達成される。また、石膏は、ｐＨが中性であり、土壌改良剤としても有効で、植物の鉄分吸収や有機肥料の効果の持続性を高める点においても有効である。
【００１３】
更に、本発明に係る底泥の浄化保全方法は、生分解性シートまたは植生マットからなる基盤材の層間に酸化第二鉄を主成分とするシルトを含む中間層を形成した複層マット構造体を、覆砂材の代わりに使用して、水底の所定領域に敷設することを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、覆砂材としての砂の代わりに、サンドイッチ構造の複層マット構造体を用いることにより、覆砂工法の作業において、施工時の浮泥の拡散や濁りを抑制することができ、しかも軽量な材料で施工することができることから非常に簡便で作業性が向上する。また、作業後のメンテナンスの維持も楽である。
【００１５】
さらに、第２層には、酸化第二鉄を主成分とするシルトが包含されており、この物質の吸着作用により、底泥からの直接的な重金属や窒素、リン等の溶出を抑制し、底泥の浄化を達成できる。また、中間層に種子を包含させた場合、この種子は、上層の基盤材により水の流れによる散逸が防止され、種子を発芽させて植生促進を図ることができる。
【００１６】
また、好ましい実施形態において、複層マット構造体をロール状シート材に形成することにより、底泥上に複層マット構造体を展張して敷設することが容易となる。さらに、本発明に係る底泥の浄化保全方法では、複層マット構造体のシート材を、敷設用台船または水中に配置したシートロールユニットから繰り出し、前記シート材の端部を地盤に固定した後、シートロールユニットを遠隔操作して前記シート材を底泥上に敷設することを特徴としている。
【００１７】
この構成によれば、マット構造体の端部を地盤に固定するだけで、水中底部の底泥を覆うように浮泥の拡散を防止しながら底泥上にマット構造体を展張、敷設することができる。また、均等な厚さの覆砂材であるマット構造体を容易に敷設でき、砂撒き時の浮泥の拡散、底泥の地盤の破壊、砂の陥没による覆砂材料における使用量の増加等の問題が解決される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の複層マット構造体１の断面形状を示すもので、このマット構造体１は、サンドイッチ構造からなり、底部に配置されるヤシマット２からなる第１層と、酸化第二鉄を主成分とするシルト４aを含む第２層（中間層）４と、上部に配置されて第１層と同種のヤシマット６からなる第３層を有する。また、第２層のシルト４aには、好ましくは、種子８が含まれている。
【００１９】
本実施例では、第１層および第３層は、植生マットであるヤシマット２，６を用いたが、これらは、酸化第二鉄を含む中間層のための基盤材であればよく、本発明では、生分解性シートまたは植生マットを使用する。この生分解性シートは、生分解性のために、長期の時間経過後には、自然に分解して溶けてなくなる性質を有するので、環境衛生上、特に優れたものであり、また、植生マットは、天然素材で、ジオテキスタイル構造のために、植生において特に優れ、種子の生育に優れている。
【００２０】
また、植生マットとしてのヤシマットは、ヤシネット、ヤシロール等の形状に容易に加工することができ、一般に市販されている。さらに、最上層のヤシマット６は、第２層内の種子８が水の流れによって流されないように防止する効果を有し、第２層とともに植生促進効果を更に助長するものとなる。これら生分解性シートまたは植生マットからなる基盤材は、空隙が多く比較的軽量なため敷設時の浮泥の発生を抑制し、底泥地盤へのめり込み等の影響がないものである。
【００２１】
第２層４は、酸化第二鉄を主成分とするシルト(silt)４aから形成され、図４に成分分析値を示す成分から構成されている。シルトは、一般に、土壌中の鉱物や砕屑の微粒子または岩片で、土壌粒径区分では、通常粒径0.002〜0.05ｍｍのもので、水を含んで粘土質となり、塑性変形が容易である。本発明において、使用するシルトは、この酸化第二鉄を主成分とするシルト４aであり、例えば、成分要素として、ＣａＯ、ＳＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、ＭｇＯを含み、さらに、結晶水と付着水を加えたもので、ｐＨが７〜８となっている。また、上記成分要素を含むシルトは、硫酸法酸化チタンを製造する際に発生する副産物である。
【００２２】
このシルトの性質を山砂と比較した土質試験結果を図５に示す。この図表を見ると、土粒子の密度は、山砂に比較して大きいが、自然含水比が高く、シルトの粒度は、75μ以下の細粒分が99.5％とほぼ100％を占め、山砂に比較して液体状になりやすい不安定な状態にある。また、シルトは、遮水材料としての効果もある。
【００２３】
本発明で使用するこのシルトは、特に、汚染土壌の浄化（分解・吸着作用）および植物の生育調整用としての特徴に注目したものであり、酸化第二鉄は、底泥からの直接的な重金属や窒素、リン等の溶出を抑制し、また、植物や作物に対して滋養豊富な成分を含み、葉緑が濃厚になり、果物の甘味のアップに寄与するとともに土中還元性雰囲気での硫化水素の発生防止にも役立つことが証明されている。また、このシルトには、石膏成分を含むが、更に石膏を添加することにより、石膏の効能である植物の鉄分吸収や有機肥料の効果の持続性を高める作用を発揮することができる。
【００２４】
次に、このようなシルトを用いた本発明の複層マット構造体１の形成方法を簡単に説明する。
まず、生分解性シートまたは植生マットの基盤材、この例では、所定幅のロール状に巻いたヤシマット２を巻き戻しながら搬送装置上に供給し、このヤシマット上に、酸化第二鉄を主成分とするシルト４a、具体的には、上述したシルトを石膏とともに混合し、これを水で溶かしてスラリーを形成し、敷設する海、河川、湖沼に適した植物の種子８をこのスラリー液内に混ぜて、噴射装置からヤシマット２の上に撒布する。この場合、酸化第二鉄を含むシルト４aのスラリー液をヤシマット２に塗布した後で、その上に種子４を所定の間隔で撒くこともできる。また、ヤシマットは所定の長さに裁断したものであってもよい。
【００２５】
種子８が混合されたスラリー液がある程度乾燥して、第１層上に第２層が形成された時点で、次に、別のロール上に巻き付けられた植生マットであるヤシマット６を引き出し、これを第３層として第２層上に被せて、サンドイッチ構造からなる３層のマット構造体１を形成する。この３層の複層マット構造体を所定サイズに裁断あるいはロールに巻き取って巻体とすることにより、シート状またはロール状に形成された複層マット構造体１が完成する。
【００２６】
図２は、この複層マット構造体１を底泥１０上に敷設された状態を示している。底泥内の重金属１１は水中に溶出して、ヤシマット２を通過してシルト４a内の酸化第二鉄に吸着され、また、このシルト４aは石膏の土壌改良材と相伴って種子８の発芽と生育を高める植生促進効果により、植物１２がヤシマット上で生育し、海、湖沼水等での浄化作用が進行する。
【００２７】
また、本発明における底泥浄化保全方法では、生分解性シートまたは植生マットからなる基盤材の層間に酸化第二鉄を主成分とするシルトを含む中間層を形成した複層マット構造体１を、覆砂工法における覆砂材の代わりに使用して、水底の所定領域に敷設する。この方法において、使用する複層マット構造体は、その中間層に種子を含ませることによって、より底泥の浄化を向上させることができる。また、複層マット構造体は、所定の寸法に裁断して敷設することも、また、ロール状に形成して巻体からシートを繰り出して底泥に敷設することも可能である。
【００２８】
この敷設方法は、例えば、図３に示すように、先ず、敷設用台船１４に、ロール状に形成した複層マット構造体１をシートロールユニット１５に配置する。そして、台船を所定の敷設場所に導き、この場所において、マット構造体１のシート材を巻き戻しながら水中１６に降下させる。そして、このマット構造体のシート材の端部１aを地盤１７にアンカー或いは、ボルト等で固定する。その後、徐々に台船を移動して、水中底部の底泥を覆うように浮泥の拡散を防止しながらマット構造体１を底泥１０上に展張、敷設する。
【００２９】
また、別の敷設工法として、シートロールユニット１５を水中に配置する場合もある。この場合、クレーン船からシートロールユニットを備える敷設機を水中に吊り降ろし、複層マット構造体のシート材の端部を地盤に固定した後、クレーン船からの遠隔操作によってシートロールユニットから繰り出した複層マット構造体のシート材を底泥上に展張、敷設する。このような装置では、敷設機に取り付けた２個の超音波送信機により超音波パルスを相互に送信し、これを作業船に設置した３個の超音波受信機で受信し、その到達時間から送受信機の距離を求め、シートロールユニットと作業船の相対位置を把握する。これにより、ＧＳＰを利用した海上測位装置を組み合わせることにより、水中位置を管理できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の複層マット構造体および底泥の浄化保全方法では、覆砂工法において使用する覆砂材の代わりに、複層マット構造体を用いるので、台船から海中等の作業場所に敷設する操作が簡単で経済的であり、かつ均一な厚さで底泥を覆うことができる。また、マットが底泥上に敷設して陥没しない程度の重量であるために、軽量な材料で施工でき、軟弱な底泥に敷設する際に、浮泥の拡散、底泥の地盤の破壊がなく、周囲環境を害することもなくなる。
【００３１】
さらに、生分解性シートまたは植生マットを使用するので、この複層マット構造体は敷設された後、長期的には生分解性シートが自然に溶けてなくなり、あるいは、植生マットでは、植物を生育させることができ、さらに、酸化第二鉄を主成分とするシルトは、酸化第二鉄により、底泥からの重金属や窒素、リン等を化学的に吸着して外部に溶出するのを抑制でき、底泥の浄化が促進され、浚渫工事も省くことができ、周囲環境に対する悪影響を未然に防止することができる。
【００３２】
また、二酸化第二鉄を含むシルトが、覆砂のように、重金属や窒素、リン等の溶出を滞留させるものではなく、より積極的にこれらの物質を吸着し、さらに、石膏を使用することにより、種子の発芽および生育等の植生促進を図り、底泥及び湖水の浄化効果が期待できる。
【００３３】
また、本発明の複層マット構造体は、敷設された後、機械装置等を使用することなくメンテナンスフリーであり、管理が楽でかつ経済性を有し、低コストで底泥浄化のための敷設工法を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複層マット構造体の断面模式図である。
【図２】本発明の複層マット構造体を底泥上に敷設した状態を示す断面模式図である。
【図３】本発明の複層マット構造体を敷設する方法を説明するための概略構成図である。
【図４】本発明に用いるシルトの成分要素を示す図表である。
【図５】本発明に用いるシルトと山砂との土質成分試験結果を示す図表である。
【符号の説明】
１ 複層マット構造体
２ ヤシマット（第１層）
４ 第２層
４a シルト
６ ヤシマット（第３層）
８ 種子
１０ 底泥
１１ 重金属
１２ 植物
１４ 台船
１５ シートロールユニット
１６ 水中
１７ 地盤

Claims (9)

1. 生分解性シートまたは植生マットからなる基盤材の層間に、酸化第二鉄を主成分とするシルトを含む中間層を有することを特徴とする底泥浄化用の複層マット構造体。
2. 中間層は、塑性変形可能なシルト／粘土であり、内部に種子を包含させたことを特徴とする請求項１記載の複層マット構造体。
3. 中間層は、酸化第二鉄を主成分とし、少なくとも水と石膏を添加したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複層マット構造体。
4. 植生マットは、ヤシネット、ヤシロール等の植生ヤシマットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複層マット構造体。
5. ロール状シート材として形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複層マット構造体。
6. 生分解性シートまたは植生マットからなる基盤材の層間に酸化第二鉄を主成分とするシルトを含む中間層を形成した複層マット構造体を、覆砂材の代わりに使用して、水底の所定領域に敷設する底泥の浄化保全方法。
7. 複層マット構造体がロール状シート材として形成されていることを特徴とする請求項６に記載の底泥の浄化保全方法。
8. 複層マット構造体のシート材を、敷設用台船または水中に配置したシートロールユニットから繰り出し、前記シート材の端部を地盤に固定した後、前記シートロールユニットを遠隔操作して前記シート材を底泥上に敷設することを特徴とする請求項７に記載の底泥の浄化保全方法。
9. 複層マット構造体の中間層に種子を包含させ、水底基盤材に植生マットを使用したことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の底泥の浄化保全方法。

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