JP4302564B2 - 閉鎖系淡水域の底質部改質方法及び底質部改質装置 - Google Patents

Description

本発明は、閉鎖系淡水域の底質部改質方法、及びその方法の実施に有利に使用することができる底質部改質装置に関するものである。

湖沼やダム湖などの閉鎖系淡水域では、富栄養化により溶存酸素が大量に消費され、底質部の酸素が欠乏していることが多い。底質部の酸素が欠乏すると、メタン細菌や硫酸還元細菌などの嫌気性細菌が活性になり、メタンガスや硫化水素ガスが発生して水質の悪化や悪臭の発生の原因となる。

嫌気性細菌の活性を抑えるための方法として、閉鎖系淡水域に酸素やオゾンを供給して底質部を溶存酸素量の多い雰囲気（好気性雰囲気）に改質する方法が知られている。この方法は、溶存酸素量の増加により好気性細菌が活性化するので、閉鎖系淡水域の自浄能力が高くなる効果がある。

特許文献１には、改質対象水域から採取した水に、窒素を除去した空気を混合して改質対象水域中に戻す方法が開示されている。
特許文献２には、改質対象水域をジャバラやビニールフェンスなどの面部材で仕切り、その水域内の底泥をオゾン含有ガスによって曝気流動させたあと、曝気を停止し、底泥を沈降させる方法が開示されている。

また、閉鎖系淡水域に水酸化マグネシウムなどのアルカリ性のマグネシウム化合物を添加して底質部を弱アルカリ性雰囲気に改質することにより、嫌気性細菌の活性を抑える方法も知られている。
特許文献３には、閉鎖系水域の底質部を弱アルカリ性雰囲気にするのに有利に使用することができる粉末状の水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、マグネサイト、ドロマイトなどのマグネシウム化合物（苦土系粉粒体）からなる塊状物が開示されている。

特開平１１−２６７６９１号公報 特開平９−２３４４９９号公報 特許２９１７０９６号公報

前述の底質部に酸素やオゾンを供給する方法は、改質対象水域の水深が深くなると、底質部に酸素やオゾンを効率よく供給するのが難しくなる。
一方、底質部に水酸化マグネシウムなどのアルカリ性のマグネシウム化合物を供給する方法は、改質対象水域の水深などの影響を受けにくい。しかし、マグネシウム化合物の添加だけでは、底質部の溶存酸素量を多くするのは難しい。
従って、本発明の目的は、水深に関わらずに、閉鎖系水域の底質部を嫌気性細菌が不活性で、好気性細菌が活性化する環境、すなわち弱アルカリ性雰囲気でかつ好気性雰囲気に改質することができる方法、及びその方法の実施に有利に使用することができる底質部改質装置を提供することにある。

本発明者は、酸素やオゾンと水酸化マグネシウム粒子などのアルカリ性マグネシウム化合物粒子とを水中で混合して閉鎖系淡水域に投入すると、マグネシウム化合物粒子が酸素やオゾンを保持したまま底質部まで沈降し、その底質部にて酸素もしくはオゾンを放出しながら、溶解することを見出して、本発明に到達した。

従って、本発明は、閉鎖系淡水域から処理対象の水を採取する工程、採取した処理対象水に、酸素もしくはオゾンを含む気体と、レーザ回折法による平均粒子径が１〜３０μｍの範囲にある、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びドロマイト仮焼物からなる群より選ばれるマグネシウム化合物の粒子とを攪拌混合装置で混合して、酸素もしくはオゾンを保持したマグネシウム化合物粒子を含む懸濁液を調製する工程、そして該懸濁液を該閉鎖系淡水域に戻す工程からなる閉鎖系淡水域の底質部改質方法にある。

本発明の好ましい態様は、次の通りである。
（１）処理対象水を、閉鎖系淡水域の底質部近傍から採取する。
（２）懸濁液を、閉鎖系淡水域の底質部近傍に戻す。
（３）マグネシウム化合物粒子が、水酸化マグネシウム粒子である。

本発明また、閉鎖系淡水域の処理対象水を採取する取水管、該取水管に接続して処理対象水を貯留する容器、該容器に接続して処理対象水に、酸素もしくはオゾンを含む気体を供給する気体供給装置、該容器に接続して処理対象水に、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びドロマイト仮焼物からなる群より選ばれるマグネシウム化合物の粒子を供給するマグネシウム化合物粒子供給装置、該容器に付設され、処理対象水と酸素もしくはオゾンを含む気体とマグネシウム化合物粒子とを混合して懸濁液を調製する攪拌混合装置、そして該容器に接続して、該懸濁液を該閉鎖系淡水域に戻す懸濁液供給管からなる、上記本発明の底質部改質方法を実施するための閉鎖系淡水域の底質部改質装置にもある。

本発明の底質部改質方法では、酸素もしくはオゾンを水酸化マグネシウム粒子などのマグネシウム化合物粒子に随伴させて、閉鎖系淡水域の底質部に供給する。このため、改質対象水域の水深に関わらず、酸素もしくはオゾンを底質部に安定して供給することができる。
また、本発明の底質部改質装置を用いることにより、上記本発明の底質部改質方法を効率よく実施することができる。

本発明の底質部改質方法の対象となる閉鎖系淡水域としては、湖沼、ため池、堀及びダム湖が挙げられる。

本発明において用いる酸素もしくはオゾンを含む気体は、酸素もしくはオゾンを１０体積％以上含んでいることが好ましい。酸素もしくはオゾンを含む気体の例としては、空気、酸素富化空気、オゾン化酸素、オゾン化空気が挙げられる。酸素とオゾンとを併用してもよい。

本発明において用いるマグネシウム化合物粒子は、酸素もしくはオゾンを底質部に供給するための担体として、また底質部へのアルカリ供給源として作用する。マグネシウム化合物粒子は、酸化マグネシウム粒子、水酸化マグネシウム粒子及びドロマイト仮焼物粒子からなる群より選ばれる。
酸化マグネシウム粒子としては、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。水酸化マグネシウム粒子としては、上記の酸化マグネシウム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。ドロマイト仮焼物粒子としては、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。

マグネシウム化合物粒子は、一種を単独で使用しても、二種以上を組み合わせて使用してもよい。マグネシウム化合物粒子の中でも水酸化マグネシウム粒子が特に好ましい。マグネシウム化合物粒子は、水などの分散媒体などに分散させた状態で使用してもよい。

マグネシウム化合物の粒子径は、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。

次に、本発明の閉鎖系淡水域の底質部改質方法及び底質部改質装置を、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に従う底質部改質方法の実施態様の一例を示す図である。
図１において、底質部改質装置２１は、閉鎖系淡水域１０に浮かんでいる浮体２０の上に設置されている。浮体２０は、閉鎖系淡水域内を移動可能であることが好ましい。

底質部改質装置２１は、一方の開口部が閉鎖系淡水域１０に水没している取水管２２、取水管２２の他方の端部に接続する容器２３、容器２３の底部に設置された酸素もしくはオゾンを含む気体の吹出ノズル２４、吹出ノズル２４に気体供給管２５を介して接続する酸素もしくはオゾンを含む気体供給装置２６、容器２３に接続するマグネシウム化合物粒子供給装置２７、容器２３に付設されている攪拌混合装置２８、そして容器２３に一方の開口部が接続し、他方の開口部が閉鎖系淡水域１０に水没している懸濁液供給管２９からなる。

図１において、ポンプ（図示せず）により採取された処理対象水は、取水管２２を通って容器２３に送られ、一旦貯留される。容器２３内にて、処理対象水１２は、気体供給装置２６から供給された酸素もしくはオゾンを含む気体１３、及びマグネシウム化合物粒子供給装置２７から供給されたマグネシウム化合物粒子１４と攪拌混合装置２８により混合され、処理対象水と酸素もしくはオゾンとマグネシウム化合物粒子とからなる懸濁液が調製される。懸濁液は、懸濁液供給管２９を通って閉鎖系淡水域１０に戻される。懸濁液中のマグネシウム化合物粒子は、酸素もしくはオゾンを保持したまま閉鎖系淡水域１０の底質部１１に沈降する。底質部１１に沈降したマグネシウム化合物粒子は、酸素もしくはオゾンを放出しながら溶解する。こうして底質部１１は、弱アルカリ性（通常は、ｐＨが８．０〜９．５）でかつ好気性の雰囲気に改質される。

処理対象水の採取場所は、閉鎖系淡水域の水深などにより異なるが、底質部の近傍（特に、底質部の表面から１０ｃｍ〜５０ｃｍの高さの位置）であることが好ましい。
処理対象水とともに底質部の底泥の一部を採取してもよい。採取した底泥は、処理対象水とともに、酸素もしくはオゾン及びマグネシウム化合物粒子と混合して底泥中の好気性細菌を活性にした後、閉鎖系淡水域を戻すことが好ましい。

懸濁液のマグネシウム化合物粒子濃度は、１〜１００ｇ／Ｌの範囲にあることが好ましい。
懸濁液は、閉鎖系淡水域の水面１ｍ²に対して、マグネシウム化合物粒子量として５０〜５００ｇの範囲となる量で戻すことが好ましい。

懸濁液を戻す場所は、閉鎖系淡水域の水深などにより異なるが、底質部の近傍（特に、底質部の表面から０〜５０ｃｍの高さの位置）であることが好ましい。
懸濁液を底質部の底泥が舞い上がるように供給して、懸濁液と底泥とが混ざり合うようしてもよい。また、閉鎖系淡水域に藻類（アオコ）が発生している場合は、藻類の上に懸濁液を戻して、マグネシウム化合物粒子とともに藻類を底質部に沈降させてもよい。

図１に示した底質部改質装置では、マグネシウム化合物粒子を直接容器に供給しているが、処理対象水の一部とマグネシウム化合物粒子と混合して、マグネシウム化合物粒子の懸濁液を調整して、容器に供給してもよい。
例えば、図２に示すように、取水管２２を通る処理対象水の一部をバイパス３０を通して攪拌器付き容器３１に供給し、攪拌器付き容器３１内にて、マグネシウム化合物粒子供給装置２７から供給されるマグネシウム化合物粒子１４と処理対象水１２と混合して懸濁液を調製し、この懸濁液を懸濁液供給管３２を通して、取水管２２に戻して容器２３に供給してもよい。

図１では、浮体の上に設置した底質部改質装置を用いた例を示したが、底質部改質装置を地上に設置してもよい。
図３は、地上に設置した底質部改質装置を用いた本発明に従う底質部改質方法の実施態様の一例を示す図である。
底質部改質装置２１は、閉鎖系淡水域に流入する河川の流入口（河口）あるいは水の流れの少ない入り江などの富栄養化の起こり易い場所の近傍に設置することが好ましい。
底質部改質装置２１の構成は、図１の場合と同様であるのでその説明は省略する。

本発明に従う底質部改質方法の実施態様の一例を示す図である。 本発明に従う底質部改質方法の実施態様の別の一例を示す図である。 本発明に従う底質部改質方法の実施態様のさらに別の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 閉鎖系淡水域
１１ 底質部
１２ 処理対象水
１３ 酸素もしくはオゾンを含む気体
１４ マグネシウム化合物粒子
２０ 浮体
２１ 底質部改質装置
２２ 取水管
２３ 容器
２４ 気体の吹出ノズル
２５ 気体供給管
２６ 気体供給装置
２７ マグネシウム化合物粒子供給装置
２８ 攪拌混合装置
２９ 懸濁液供給管
３０ バイパス
３１ 攪拌器付き容器
３２ 懸濁液供給管

Claims (7)

1. 閉鎖系淡水域から処理対象の水を採取する工程、採取した処理対象水に、酸素もしくはオゾンを含む気体と、レーザ回折法による平均粒子径が１〜３０μｍの範囲にある、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びドロマイト仮焼物からなる群より選ばれるマグネシウム化合物の粒子とを攪拌混合装置で混合して、酸素もしくはオゾンを保持したマグネシウム化合物粒子を含む懸濁液を調製する工程、そして該懸濁液を該閉鎖系淡水域に戻す工程からなる閉鎖系淡水域の底質部改質方法。
2. 処理対象水を、閉鎖系淡水域の底質部近傍から採取する請求項１に記載の底質部改質方法。
3. 懸濁液を、閉鎖系淡水域の底質部近傍に戻す請求項１もしくは２に記載の底質部改質方法。
4. マグネシウム化合物粒子が、水酸化マグネシウム粒子である請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の底質部改質方法。
5. 懸濁液のマグネシウム化合物粒子濃度が、１〜１００ｇ／Ｌの範囲にある請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の底質部改質方法。
6. 閉鎖系淡水域の処理対象水を採取する取水管、該取水管に接続して処理対象水を貯留する容器、該容器に接続して処理対象水に、酸素もしくはオゾンを含む気体を供給する気体供給装置、該容器に接続して処理対象水に、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びドロマイト仮焼物からなる群より選ばれるマグネシウム化合物の粒子を供給するマグネシウム化合物粒子供給装置、該容器に付設され、処理対象水と酸素もしくはオゾンを含む気体とマグネシウム化合物粒子とを混合して懸濁液を調製する攪拌混合装置、そして該容器に接続して、該懸濁液を該閉鎖系淡水域に戻す懸濁液供給管からなる、請求項１乃至５のうちのいずれかの項に記載の底質部改質方法を実施するための閉鎖系淡水域の底質部改質装置。
7. 閉鎖系淡水域内を移動可能な浮体上に設置されている請求項６に記載の底質部改質装置。

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