JP4101603B2

JP4101603B2 - アオコの沈降除去方法

Info

Publication number: JP4101603B2
Application number: JP2002300753A
Authority: JP
Inventors: 悠平稲森; 朋聡板山; 洋在田; 隆出光
Original assignee: Ube Material Industries Ltd
Current assignee: Ube Material Industries Ltd
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: JP2004136151A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダム湖や湖沼あるいはプールなどの閉鎖性貯水域にて発生したアオコを除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
閉鎖性貯水域のダム湖や湖沼では、富栄養化に起因してアオコの異常発生などの環境悪化が累進的に加速している。アオコの異常増殖は水面を緑色に覆って、著しく景観を損なうのみならず、水生生物の生息に悪影響を及ぼす。そればかりではなく、アオコには、「Ｍｉｃｒｏｃｙｔｉｎ」という毒素を生成するものもあり、浄水処理後の飲料水を通して人の健康をも損なうことがあることが報告されている。
【０００３】
アオコが発生した水域からアオコを除去する方法としては、従来より、水とアオコとを物理的に分離してアオコを回収廃棄する方法、そして生物学的処理法や紫外線照射法によりアオコを水中で分解する方法が知られている。また、生物学的処理法や紫外線照射法と、アオコの栄養源として特に問題となるリンをリン酸マグネシウムとして水中で固定する方法とを併用するアオコの除去方法も知られている（特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００４】
特許文献１には、アオコが発生した水域中の水をマグネシウムイオン供給剤と接触させる処理法と生物学的処理法とを組み合わせる方法が開示されている。マグネシウムイオン供給剤としては、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、及び炭酸マグネシウムが例示されている。
【０００５】
特許文献２には、アオコが発生した水域中の水をマグネシウムイオン供給剤と接触させる処理法と生物学的処理法と紫外線照射法とを組み合わせる方法が開示されている。この特許文献２にも、マグネシウムイオン供給剤として、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、及び炭酸マグネシウムが例示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−５２４９８号公報
【特許文献２】
特開平８−２５７５９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
アオコを水から回収廃棄する方法は、回収したアオコを廃棄するための工程あるいは大規模な装置が必要となる。一方、生物学的処理法や紫外線照射法によりアオコを水中で分解する方法では、その実施のための大規模な装置やその運転のコストが高い。従って、本発明の課題は、大規模な装置を用いずに、アオコの存在する水域からアオコを除去する技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、アオコが発生した水域に、特定のアルカリ土類金属化合物粉末を添加して、アルカリ土類金属化合物粉末と共にアオコを水中に沈降させると、アオコを効率よく分解することができることを見出した。さらに、アルカリ土類金属化合物粉末の添加量を、アオコの除去対象となる水域の単位体積あたりのクロロフィルａ量に基づいて決めることによって、過剰の粉末を添加することなく、除去対象のアオコの大部分を水中に沈降させることができることを確認して本発明に到達した。
【０００９】
本発明は、除去対象のアオコの存在する水域の単位体積あたりのクロロフィルａ量を求める工程、そして酸化マグネシウム粉末、水酸化マグネシウム粉末、酸化カルシウム粉末、水酸化カルシウム粉末、及びドロマイト仮焼物粉末よりなる群から選ばれたアルカリ土類金属化合物粉末を、単位体積あたりのクロロフィルａ量１μｇに対して０．１〜２．０ｍｇの範囲の値となる量にて、該水域の水面へ散布するか、該粉末をあらかじめ水に分散させた懸濁液とし、該懸濁液を該水域の水面に注入することによって該水域に添加し、該粉末をアオコに付着させて、アオコを沈降させる工程からなるアオコの沈降除去方法にある。
【００１０】
本発明のアオコの沈降除去方法の好ましい態様を、以下に示す。
（１）上記アルカリ土類金属化合物粉末を、アルカリ土類金属化合物粉末が沈降した底泥周囲の水質がｐＨ８．０〜９．５の範囲の弱アルカリ性となる量にて添加する。
（２）上記アルカリ土類金属化合物粉末が、酸化マグネシウム粉末、水酸化マグネシウム粉末、又はドロマイト仮焼物粉末である。
（３）除去対象の水域へのアルカリ土類金属化合物粉末の添加を、単位体積あたりのクロロフィルａ量１μｇに対して０．２〜１．０ｍｇの範囲の値となる量にて行なう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のアオコ除去方法は、除去対象のアオコの存在する水域に、その単位体積あたりのクロロフィルａ量に基づいて決定した量のアルカリ土類金属化合物粉末を添加することを主な特徴の一つとしている。
【００１２】
クロロフィルａは、アオコの細胞に含まれている生体物質の一つである。すなわち、本発明では、除去対象となるアオコの存在量をクロロフィルａ量として把握して、アルカリ土類金属化合物粉末の添加量を決定する。アオコの存在量を把握する方法として、例えば、水の濁度、透視度、あるいはろ過残渣量を用いる方法も考えられる。しかし、これらの方法では、土砂などのクロロフィルａを持たない物質によっても測定値が変動するため、アオコの存在量を的確に把握することは難しい。
【００１３】
本発明の除去対象のアオコが存在する水域には、特に制限はない。その代表的な例としては、アオコが発生したダム湖や湖沼あるいはプールなどの閉鎖性貯水域を挙げることができる。
【００１４】
本発明では、アルカリ土類金属化合物粉末として、酸化マグネシウム粉末、水酸化マグネシウム粉末、酸化カルシウム粉末、水酸化カルシウム粉末、及びドロマイト仮焼物粉末を用いる。これらは、単独でも組み合わせても用いることができる。
【００１５】
酸化マグネシウム粉末としては、マグネサイト（菱苦土鉱）、ブルーサイト（水滑石）、あるいは海水から得た水酸化マグネシウムを焼成することによって得た酸化マグネシウムの塊状物を、適宜粉砕して、粉末状としたものを用いることができる。
【００１６】
水酸化マグネシウム粉末としては、上記の酸化マグネシウム粉末を水和させて得たもの、またはブルーサイト（水滑石）もしくは海水から得た水酸化マグネシウムの塊状物を、適宜粉砕して、粉末状としたものを用いることができる。
【００１７】
酸化カルシウム（生石灰）粉末としては、炭酸カルシウム（石灰）を公知の方法により焼成して得た酸化カルシウムの塊状物を、適宜粉砕して、粉末状としたものを用いることができる。
【００１８】
水酸化カルシウム（消石灰）粉末としては、酸化カルシウムを公知の方法により水和（消化）して得た水酸化カルシウムの塊状物を適宜粉砕して、粉末状としたものを用いることができる。
【００１９】
ドロマイト仮焼物粉末としては、天然ドロマイトの塊状物を７００〜１２００℃の温度で焼成（仮焼）して得た仮焼物を適宜粉砕して、粉末状にしたものを用いることができる。
【００２０】
アルカリ土類金属化合物粉末の粒子径は、添加する水域の水深やｐＨにより、その最適値は異なるが、レーザ回折法による平均粒子径として、１〜３０μｍの範囲にあることが好ましく、１〜１５μｍの範囲にあることがより好ましい。
【００２１】
本発明で用いるアルカリ土類金属化合物粉末は、いずれも比重が水よりも大きく、水への溶解速度が遅い。このため、アルカリ土類金属化合物粉末をアオコが発生した除去対象水域に散布などの方法で添加して、その粉末をアオコに付着させることにより、アオコを効率よく水中に沈降させることができる。
【００２２】
本発明で用いるアルカリ土類金属化合物粉末はまた、いずれも水中にて序々にアルカリを溶出する。除去対象水域に添加したアルカリ土類金属化合物粉末からアルカリが溶出すると、その周囲の水質が弱アルカリ性（ｐＨ：８．０〜９．５）となり、その水中もしくは底泥に生息している好気性微生物が活性となる。この微生物の活性化により、アオコの分解が促進される。
【００２３】
本発明のアオコの除去方法は、除去対象のアオコの存在する水域の単位体積あたりのクロロフィルａ量を求める工程、そのクロロフィルａ量に基づいて添加すべきアルカリ土類金属化合物粉末の量を決定する工程、そしてその粉末を決定された量にて除去対象の水域に添加する工程からなる。
【００２４】
単位体積あたりのクロロフィルａ量は、除去対象のアオコの存在する水域の体積と、その水域のクロロフィルａ濃度とを乗じることにより算出する。除去対象のアオコの存在する水域の体積は、アオコの除去対象となる水域の面積と、その深さとを乗じることにより算出する。但し、除去対象の水域において、アオコが主に水面側に存在し、底側にはほとんど存在しない場合には、水域の表層（水面からの深さが１０ｃｍ以下の領域）のクロロフィルａ濃度に対して所定の値（通常は、１０％）となるクロロフィルａ濃度を示す深さを、水域の深さとしてもよい。クロロフィルａ濃度は、除去対象の水域の二点以上から採取した水のクロロフィルａ濃度の平均値とすることが好ましい。
【００２５】
アルカリ土類金属化合物粉末の添加量は、上述の通り単位体積あたりのクロロフィルａ量に基づいて決定する。具体的には、単位体積あたりのクロロフィルａ量のほか、季節、天候、水のｐＨ、及び水温などを考慮して決定する。アルカリ土類金属化合物粉末の添加量は、一般に、単位体積あたりのクロロフィルａ量１μｇに対して０．１〜２．０ｍｇの範囲、好ましくは０．２〜１．０ｍｇの範囲の値となる量である。
【００２６】
アルカリ土類金属化合物粉末の添加方法には、特に制限はない。例えば、粉末の状態のまま水域の水面への散布してもよいし、粉末をあらかじめ水に分散させた懸濁液とし、懸濁液を水域の水面もしくはその近傍に注入することにより行なってもよい。
【００２７】
アルカリ土類金属化合物粉末の添加と同時もしくはその添加の直後に、添加した粉末を均一に分散させるために、除去対象水域の水面を撹拌羽根などを用いて撹拌してもよい。
【００２８】
本発明の方法では、除去対象水域の底泥周囲の水質を弱アルカリ性にすることができるので、次に述べるような効果も有する。
（１）底泥に生息する好気性微生物が活性となるので、アオコ以外の有機物の分解も促進され、ヘドロが減少する。
（２）有機物の分解により発生するアンモニアの酸化が促進されるので、除去対象水域のアンモニア濃度が低減する。
（３）鉄、マンガンなどの重金属が水酸化物として固定されるので、除去対象水域の重金属濃度が低減する。
（４）嫌気性微生物が不活性となるので、硫化水素、アンモニア、及び低級脂肪酸類（特に、メタン）が発生しにくくなる。
【００２９】
（５）アルカリ土類金属化合物粉末として、酸化マグネシウム粉末、水酸化マグネシウム粉末、及びドロマイト仮焼物粉末を用いた場合には、リンがリン酸マグネシウムとして固定され、除去対象水域のリン濃度が低減する。
【００３０】
本発明の方法では、アルカリ土類金属化合物粉末の添加と同時に、もしくはその添加の前後に、除去対象水域の底泥に曝気を実施してもよい。この曝気を併用する方法は、底泥に生息する好気性微生物が活性化が進み、有機物（アオコを含む）の分解がさらに促進されるので、好ましい方法である。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
なお、本実施例に記載の単位体積あたりのクロロフィルａ（Ｃｈｌ．ａ）量（Ｃｈｌ．ａ濃度）は、下記の方法により測定した値である。
【００３２】
［Ｃｈｌ．ａ濃度の測定］
採取したアオコを含む水（試料水）をグラスファイバーろ紙（ＧＦ／Ｃ）でろ過し、次いでアオコが残留したＧＦ／Ｃを密栓付試験管に入れ、これに９０％（体積／体積）メタノールを定量加えて、水浴で３０分間、７０℃に加温して、Ｃｈｌ．ａを抽出する。この抽出液の一部を吸光度測定用のセルに入れ、７５０ｎｍ、６６５ｎｍ、６４５ｎｍ、及び６３０ｎｍにおける吸光度を分光光度計を用いて測定し、次式（１）によりＣｈｌ．ａ濃度（μｇ／Ｌ）を算出する（出典：岩見徳雄（１９９９）、微小動物の補食作用を利用した藍藻類Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓの増殖抑制に関する研究、博士論文、筑波大農学研究室）。
【００３３】
【数１】
式（１）
Ｃｈｌ．ａ濃度＝（１１．６×Ｄ₆₆₅−１．３×Ｄ₆₄₅−０．１４×Ｄ₆₃₀）×Ｖ／Ｖｆ×１／Ｌ
［ここで、Ｄ₆₆₅は、（６６５ｎｍにおける抽出液の吸光度）−（７５０ｎｍにおける抽出液の吸光度）であり、Ｄ₆₄₅は、（６４５ｎｍにおける抽出液の吸光度）−（７５０ｎｍにおける抽出液の吸光度）であり、Ｄ₆₃₀は、（６３０ｎｍにおける抽出液の吸光度）−（７５０ｎｍにおける抽出液の吸光度）であり、Ｖは、抽出液の総量（ｍＬ）であり、Ｖｆは、試料水の量（Ｌ）であり、Ｌは、セルの光路長（ｃｍ）である。］
【００３４】
［実施例１］アオコの沈降実験
（１）アオコを含む水性試料のＣｈｌ．ａ濃度の測定
あらかじめ採取したアオコを含む水性試料について、上記の方法でＣｈｌ．ａ濃度を測定した。その結果、Ｃｈｌ．ａ濃度は、７５５μｇ／Ｌであった。
【００３５】
（２）アオコの沈降率の測定
上記のアオコを含む水性試料１Ｌを、アクリル製容器（内径６０ｍｍ、高さ５００ｍｍ）に注入した。次いで、その水性試料に、水酸化マグネシウム粉末（平均粒子径：２．０μｍ）を、水性試料のＣｈｌ．ａ量１μｇに対して０．１〜１．２ｍｇの範囲となる量にて、その量を変えて添加した。そして、容器を振盪して、水を懸濁させた後、２時間静置した。
【００３６】
次いで、水酸化マグネシウム粉末添加水性試料を目視観察したところ、透明な水（上澄み水）の層とアオコが沈降濃縮した黒緑色の水の層の二層に分離していた。一方、Ｃｈｌ．ａ量１μｇに対する水酸化マグネシウム粉末の添加量が０．６ｍｇ未満のものでは、上澄み水にアオコの一部が集積（凝集）して浮かんでいた。
【００３７】
上記の二層に分離した水性試料を上澄み水と黒緑色水とに分離し、黒緑色水の体積（Ｌ）とそのＣｈｌ．ａ濃度（μｇ／Ｌ）とを測定し、下記の式（２）により、アオコの沈降率を算出した。その結果を、図１に示す。なお、図１において、横軸は、Ｃｈｌ．ａ量１μｇに対する水酸化マグネシウム粉末の添加量（ｍｇ）を示し、縦軸は、アオコの沈降率（％）を示す。
【００３８】
【数２】
（式２）
アオコの沈降率（％）＝黒緑色水の体積（Ｌ）×黒緑色水のＣｈｌ．ａ濃度（μｇ／Ｌ）／水酸化マグネシウム粉末添加前の水性試料のＣｈｌ．ａ量（すなわち、７５５μｇ）×１００
【００３９】
［比較例１］
アオコを含む水性試料に、水酸化マグネシウム粉末を加えない以外は、実施例１と同じ操作を行なった。アオコの沈降率を、図１に示す。
【００４０】
［実施例２］アオコの分解実験１
アクリル製容器（内径６０ｍｍ、高さ５００ｍｍ）の底に、あらかじめ好気性微生物が生息する泥を敷き詰めて、これに実施例１にて用いたものと同じ場所から採取した水性試料（Ｃｈｌ．ａ濃度：７５５μｇ／Ｌ）１Ｌを注入した。次いで、その水性試料に、水酸化マグネシウム粉末を０．５６５ｇ（Ｃｈｌ．ａ量１μｇに対して０．７５ｍｇ）添加した。そして、容器を振盪して、水を懸濁させた後、好気・照度３００Ｌｕｘ１２時間明暗周期にて温度３０℃の条件下で１２日間静置した。
【００４１】
静置後の水性試料を目視観察したところ、アオコの大部分が消失して、ほぼ透明な水となっていた。この水性試料の全量を容器から取り出して、Ｃｈｌ．ａ濃度（μｇ／Ｌ）を測定し、下記の式（３）によりアオコの分解率（％）を算出した。その結果を表１に示す。
【００４２】
【数３】
（式３）
アオコの分解率（％）＝１２日間静置後の水性試料のＣｈｌ．ａ濃度（μｇ／Ｌ）／水酸化マグネシウム粉末添加前の水性試料のＣｈｌ．ａ濃度（すなわち、７５５μｇ／Ｌ）×１００
【００４３】
［実施例３］アオコの分解実験２
アクリル製容器の底に好気性微生物を含む泥を敷き詰めない以外は、実施例２と同じ操作を行なった。１２日間静置後の水性試料を目視観察したところ、水中にはアオコはほとんど存在しないが、底部には茶褐色に変色したアオコと緑色のアオコとが堆積していた。
この水性試料の全量（堆積しているアオコを含む）を容器から取り出して、そのＣｈｌ．ａ濃度を測定し、アオコの分解率（％）を算出した。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１の結果から、アオコの存在する水に水酸化マグネシウム粉末を添加することにより、アオコの分解が促進されることが分かる。特に、好気性微生物を含む泥の存在下では、アオコの分解率が高くなることが分かる（実施例２）。
【００４６】
【発明の効果】
本発明を利用することによって、大規模な装置を用いることなく、アオコの存在する水域からアオコを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１及び比較例１にて測定したアオコの沈降実験の結果である。

Claims

除去対象のアオコの存在する水域の単位体積あたりのクロロフィルａ量を求める工程、そして酸化マグネシウム粉末、水酸化マグネシウム粉末、酸化カルシウム粉末、水酸化カルシウム粉末、及びドロマイト仮焼物粉末よりなる群から選ばれたアルカリ土類金属化合物粉末を、単位体積あたりのクロロフィルａ量１μｇに対して０．１〜２．０ｍｇの範囲の値となる量にて、該水域の水面へ散布するか、該粉末をあらかじめ水に分散させた懸濁液とし、該懸濁液を該水域の水面に注入することによって該水域に添加し、該粉末をアオコに付着させて、アオコを沈降させる工程からなるアオコの沈降除去方法。
上記アルカリ土類金属化合物粉末を、アルカリ土類金属化合物粉末が沈降した底泥周囲の水質がｐＨ８．０〜９．５の範囲の弱アルカリ性となる量にて添加することを特徴とする請求項１に記載のアオコの沈降除去方法。
上記アルカリ土類金属化合物粉末が、酸化マグネシウム粉末、水酸化マグネシウム粉末、又はドロマイト仮焼物粉末であることを特徴とする請求項１に記載のアオコの沈降除去方法。
除去対象の水域へのアルカリ土類金属化合物粉末の添加を、単位体積あたりのクロロフィルａ量１μｇに対して０．２〜１．０ｍｇの範囲の値となる量にて行なうことを特徴とする請求項１に記載のアオコの沈降除去方法。