JP4432696B2 - 着生基盤の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、海藻類の着生に適した着生基盤の製造方法に関する。

藻場は、底生生物、魚類、プランクトン、水生植物などの様々な生物の生息に適するほか、水質浄化、親水等の環境改善にも寄与しており、近年、人工的に藻場を造成することが種々試みられている。そして従来、藻場造成の一つの方法として、海藻類の種子（種苗）が活着し易いブロック（または盤）を海底に沈設する方法があり、例えば、特許文献１には、コンクリート製ブロック本体の表面に大きな稜角部を有する溝状凹部と比較的小さな溝とを形成し、さらに前記溝状凹部に二価の鉄等（栄養分）を溶出する増殖材を貼付ける方法が記載されている。
特開平８−２１４７２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載される方法によれば、コンクリート製ブロック本体を用いるため、水中に浸漬した際、アルカリ成分の溶出が起こり、この溶出したアルカリ成分によって海藻類の着生、生長が阻害されるばりか、甲殻類等の小動物の寄付きが阻害される。なお、この溶出の問題は、成型後、気中または水中で養生することによってある程度避けることができるが、その養生には長時間を要し、必要に応じて短期間に沈設することは困難となる。

また、上記特許文献１に記載される方法によれば、二価の鉄等を溶出する増殖材をブロック本体の表面に接着材を用いて貼付けるようにしているため、増殖材が剥離する虞があり、長期的に安定して栄養分を補給することは困難である。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、特別に養生を行わなくてもアルカリ成分の溶出を抑えることができる着生基盤の製造方法を提供することにある。また、前記課題に加え、別体の増殖材に頼ることなく栄養補給が可能な着生基盤の製造方法を提供することにある。

上記第１の課題を解決するため、本発明は、骨材、セメントおよび水を混練して混合物を得る混練工程と、前記混合物を型に注入して、少なくとも上部側がポーラス性状をなす成型体を得る成型工程と、前記成型体を炭酸と接触させる炭酸処理工程とを含むことを特徴とする。この発明においては、成型工程後、成型体を炭酸と接触させるので、セメントに含まれるアルカリ成分Ｃａ（ＯＨ）_２が水に不溶の炭酸カルシウムＣａＣＯ_３に即効的に変質し、特別の養生が不要になる。

また、上記発明の混練工程において、セメントの一部を人工ゼオライトで置換し、あるいは上記成型工程と炭酸処理工程との間に、ミネラル分および鉄イオンを含む酸性溶液を成型体に含浸させる含浸処理工程を設定することを特徴とする。前者においては、生物育成物質としての人工ゼオライトが成型体内に練り込まれるので、基盤全体が栄養補給源となり、海藻類の着生、生育が促進される。また、後者においては、含浸処理によって成型体の表面並びに気孔露出面にミネラル分と鉄分とを含む富栄養層が形成されるので、前記同様に基盤全体が栄養補給源となる。

本発明に係る着生基盤の製造方法によれば、生物育成に有害となるアルカリ成分が水に不溶な成分として固定されるので、得られる着生基盤に対する海藻類の着生、生長が促進される。また、成型体に炭酸処理を施すので、養生を行う必要がなくなり、製造後、着生基盤を速やかに海底に沈設することができる。

また、人工ゼオライトの練り混ぜ、またはミネラル分および鉄イオンを含む酸性溶液の含浸処理によって着生基盤に栄養分が取込まれるので、得られる着生基盤の全体が栄養補給源となり、上記効果と相俟って、海藻類の着生、生長が著しく促進される。また、得られる着生基盤は、長期的に安定して栄養分を補給するので、藻場造成に向けて極めて有用となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。
図１は、着生基盤を製造するための本発明に係る製造工程を示したものである。同図中、実線矢印は本製造工程のメインの流れを示しており、骨材、セメントおよび水を混練して混合物を得る混練工程Ａと、前記混合物を型に注入して、後述する所定の形状の成型体を得る成型工程Ｂと、前記成型体を炭酸と接触させる炭酸処理工程Ｃとからなっている。また、同図中、破線矢印は前記メインの流れに付加するサブの流れを示しており、ミネラル分および鉄イオンを含む酸性溶液を前記成型体に含浸させる含浸処理工程Ｄを含んでいる。

本実施形態において、上記混練工程Ａで用いる骨材の種類は任意であり、小石はもちろん、貝殻、木材チップ、廃プラスチック片等を用いることができる。これら骨材の粒径は、あまり細かいと多孔質化が困難になり、逆に大きすぎると、製造後の着生基盤の強度不足を招くので、５〜２０ｍｍ程度とするのが望ましい。また、貝殻を骨材として用いる場合は、身（タンパク質）が付着していると腐臭の原因となるので、例えば、酸性溶液等を用いて事前にタンパク質を分解しておくのが望ましい。

上記混練工程Ａにおいては、後の成型工程Ｂで得られる成型体を多孔質性状にするか、普通コンクリート性状（非多孔質性状）にするかにより、セメントおよび水を含むセメントペーストと骨材との混合比並びに該セメントペーストの水セメント比を決定する。本発明者等の研究によれば、セメントペーストａと骨材ｂとの混合比（ａ：ｂ）が、容積比で４.５未満：５.５超で、かつ水セメント比（Ｗ／Ｃ）が４０％未満にすれば、多孔質性状の空隙率の高い（１０％以上）成型体となり、ａ：ｂ＝４.５以上：５.５以下で、Ｗ／Ｃが４０％以上にすれば普通コンクリート性状の空隙率の低い（１０％未満）成型体になることが確認されている。

上記混練工程Ａにおいては、セメントの一部を人工ゼオライトに置換する。人工ゼオライトは、それ自体が担持する金属イオン（鉄イオン等）や水中から吸着した栄養分（マグネシウム、カルシウム等）を徐々に放出する生物育成物質としての機能を有している。セメントに対するこの人工ゼオライトの配合割合は、あまり多いとセメントのバインダー（固結材）としての効果を低下させ、逆に少なすぎると、前記した生物育成物質としての機能が十分に発揮されないので、人工ゼオライトとセメントとの配合比は、０.５：９.５〜２：８程度とするのが望ましい。

上記したようにセメントの一部を人工ゼオライトに置換する場合は、セメントのバインダーとしての効果を低下させないようにする必要があるが、それには、上記した配合比に加え、人工ゼオライトの粒子をセメント（セメントペースト）中に均一に分散させる必要がある。図２は、人工ゼオライトを添加する場合の好ましい手順を示したもので、先ず人工ゼオライトと水とを練り混ぜて一次混合し、次いで前記一次混合された混合物にセメントを練り混ぜて二次混合し、しかる後、前記二次混合された混合物に骨材を練り混ぜるようにし、これによって人工ゼオライトの粒子がセメントペースト中に均一に分散する。

上記成型工程Ｂにおいては、上記した混練工程Ａ内で混練された混合物を型枠内に注入し、所定形状の成型体を得る。図３は、成型体（着生基盤）１の一つの形態を示したもので、ここでは、ポーラス性状部２と非ポーラス性状部（普通コンクリート性状部）３とを上下に配した二層構造となっている。この場合、ポーラス性状部２は、海藻類が着生し易いようにかつ浮泥が堆積しないように上面を波形に形成し、一方、非ポーラス性状部３は、十分な強度を有しかつ波浪にも耐える十分な重量物となるように矩形盤状に形成するのが望ましい。

上記二層構造の成型体１を得るには、上記混練工程において、セメントペーストと骨材との混合比（ａ：ｂ）および水セメント比（Ｗ／Ｃ）を調整し、ポーラス化に適した混合物と非ポーラス化に適した混合物とを用意する。また、内底を波形形状とした型枠を用意する。そして先ず、ポーラス化に適した混合物を前記型枠内に注入し、該混合物が適当に固化した段階で、その上に非ポーラス化に適した混合物を供給する。これにより、脱型後、反転すれば、ポーラス性状部２と非ポーラス性状部３との間に継目がなく、しかも上面を波形とした成型体１が一体に得られるようになる。

上記のようにして得られた成型体１中のポーラス性状部２は、図４に示されるように、個々の骨材５が、人工ゼオライト粒子６（ただし、人工ゼオライトを添加した場合）を分散させたセメント層９に包まれるとともに、骨材５同士がネットワーク状に連接されたセメント層９によって固結され、さらに骨材５の相互間に多くの空孔７が存在する組織となっている。一方、成型体１中の非ポーラス部３は、前記空孔７が存在しない以外は同様の組織となっており、高密度で十分な強度が確保されている。

さらに、上記炭酸処理工程Ｃにおいては、上記したごとく成型工程Ｂで得られた成型体１を炭酸と接触させて、セメントのアルカリ成分を水に不溶の炭酸カルシウムに変質させる。成型体１を炭酸と接触させる方法は任意であり、例えば、密閉容器内に成型体を収納し、この容器内に炭酸ガスを吹込むようにしても、あるいは炭酸ガスを溶け込ませた溶液に成型体１を沈積するようにしてもよい。前者の場合は下記（１）式に示す反応が、後者の場合は下記（２）式に示す反応がそれぞれ起こり、アルカリ成分であるＣａ（ＯＨ）_２が水に不溶のＣａＣＯ_３に変わる。本実施形態においては、成型体１の上部側がポーラス性状部２となっているので（図３）、炭酸がポーラス性状部２の内部まで浸入し、ポーラス性状部２では。アルカリ成分の大部分が水に不溶のＣａＣＯ_３に変わる。
Ｃａ（ＯＨ）_２＋ＣＯ_２→ＣａＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ （１）
Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２ＣＯ_３→ＣａＣＯ_３＋２Ｈ_２Ｏ （２）

本発明は、上記混練工程Ａにおいて、混練用の水として、予め炭酸を溶け込ませた炭酸水を用いるようにしてもよいものである。この場合は、混練工程Ａ内でアルカリ成分の分解がかなりの程度進むので、上記した炭酸処理工程Ｃをより短時間で終えることができる。

一方、上記成型工程Ｂと炭酸処理工程Ｃとの間に含浸処理工程Ｄを設定する場合は、ミネラル分および鉄イオンを含む酸性溶液を用意し、この酸性溶液を成型体１に接触させる。この場合、成型体１に酸性溶液を含浸させる方法は任意であり、浸漬方式、散布方式、塗布方式等を採用することができる。この含浸処理工程Ｄで使用する酸性溶液は、ミネラル分と鉄イオンとを含んでいれば、その種類を問わないが、できるだけ鉄分の多いものを選択するのが望ましい。このような酸性溶液としては、シマニシ科研社製の「トーヨーシューム」がある。このトーヨーシュームは、一例として、図５に示すような成分組成を有している。なお、このトーヨーシュームは高濃度の原液として供給されるので、１％程度に希釈して使用する。

上記した酸性溶液（トーヨーシューム）を成型体１に含浸させることにより、成型体１の表面にはミネラル分と鉄分とを含む富栄養層が形成される。また、この酸性溶液は、成型体１中のポーラス性状部２の内部に浸入し、空孔７の周りの露出面にも前記富栄養層が形成される。さらに、酸性溶液中に含まれる硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）とセメント中のアルカリ成分との間に下記（３）式の反応が起こり、ＣａＳＯ_４（石こう）が生成する。この反応は、前記多孔質性状部２では内部でも進行する。
Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２ＣＯ_３→ＣａＳＯ_４＋２Ｈ_２Ｏ （３）

上記のように製造された着生基盤は、海中における海藻類の種子（遊走子）の放出にタイミングを合せて海底に敷設（沈設）される。本着生基盤は、前記したように成型体１に炭酸処理を施して完成するので、養生を行う必要がなく、製造後、速やかに敷設することができ、タイミングを損うことはない。この敷設に際しては、着生基盤を個々に沈設してもよいが、効率を上げるため、海上で、所定大きさの着生基盤の複数を生分解性のシートまたはネット上に配列固定し、これらシートまたはネット単位で沈設するようにしてもよい。着生基盤は、上記したようにその下側の非ポーラス部３が十分な強度を有しかつ十分な重量を有しているので、海底に敷設した状態で安定し、波浪に対しても十分に耐えるものとなる。なお、所望により、成型工程Ｂで成型体１に適当数のフックを埋込んでおき、このフックを着生基盤同士の連結に、または着生基盤と前記シートまたはネットとの連結に用いるようにしてもよい。

一方、上記したタイミングで海底に敷設された着生基盤は、その上部側が多孔質性状部２となっており、しかも、その上面が波形形状（凹凸形状）をなしているので、海藻類の種子が効率よく着生し、かつ生長する。また、本着生基盤は、生物育成に有害となるアルカリ成分が水に不溶な成分として固定されているので、海藻類の着生、生長がより一層促進されるほか、プランクトン等の微生物や微小動物も寄り付いて、それらの生長も促進される。

ここで、混練工程Ａにおいてセメントの一部を人工ゼオライトで置換することにより、人工ゼオライトが基盤全体に分散して取込まれるので、基盤全体が栄養補給源となり、海藻類の着生、生育がより一層促進される。また、人工ゼオライトは、海水中の栄養分を吸着する機能と吸着した栄養分を徐々に放出する機能とを有しているので、前記栄養補給は長期的に持続し、海藻類が繁殖する藻場造成に向けて好適となる。

また、成型工程Ｂと炭酸処理工程Ｃとの間に含浸処理工程Ｄを設定し、成型体１にミネラル分および鉄イオンを含む酸性溶液を含浸させた場合は、海底に敷設後、着生基盤からミネラル分や鉄分が早期に海水に溶け出すので、海藻類の種子の放出時期にタイミングを合せて本着生基盤を沈設することで、海藻類に速効的に栄養が補給され、上記同様に海藻類の着生、生長が促進される。

なお、上記実施形態においては、成型工程で、ポーラス性状部２と非ポーラス性状部（普通コンクリート性状部）３とを上下に配した二層構造の成型体１を一体に得るようにしたが、本発明は、ポーラス性状の成型体と非ポーラス性状の成型体とを別体に成型して、その後に両者を接合一体化するようにしてもよいものである。本発明はまた、前記二層構造の成型体に代えて、全体がポーラス性状をなす成型体を得るようにしてもよい。。また、この成型体の形状、大きさも任意であり、上面に設ける凹凸も、前記波形に代えて、種々の凹凸形状とすることができる。

図１に示したメインの製造工程に従って混練、成型および炭酸処理を行い、図３に示した形状を有し、かつ一辺が３０ｃｍ、全高（厚み）が１０ｃｍの大きさの、全ポーラス性状の着生基盤を製造した。また、この着生基盤の製造に際しては、混練工程において、骨材として粒径７〜１０ｍｍ程度の小石と貝殻とを用いるとともに、セメントに対する人工ゼオライトの配合比を０％，５％，１０％の３とおりに設定し、合計６種類の着生基盤を製造した。そして、製造した６種類の着生基盤を一枚のシート上に敷き並べて固定し、この着生基盤付きシートを、熊本県、八代海の埋立護岸の敷石上部に、２００４年４月に敷設し、海藻類の着生、生長状況を経時的に観察した。なお、４月という時期は、アカモクの種子の放出時期に当たる。その結果、同年５月初旬には、各種類の着生基盤にアカモクの種子の着生が認められ、その後、順調に生長を続け、翌年（２００４年）の１月には、３０ｃｍを超えるものもあった。

本発明に係る着生基盤の製造工程を示すブロック図である。 セメントの一部を人工ゼオライトで置換する際の、望ましい混練手順を示すブロック図である。 成型工程で得られる成形体（着生基盤）の一つの形態を示す外観斜視図である。 本成形体のポーラス性状部の組織を示す模式図である。 本発明の含浸工程で用いる酸性溶液の成分組成の一例を示す図表である。

Ａ 混練工程
Ｂ 成型工程
Ｃ 炭酸処理工程
Ｄ 含浸処理工程
１ 成型体
２ ポーラス性状部
３ 非ポーラス性状部

Claims (3)

1. 骨材、セメントおよび水を混練して混合物を得る混練工程と、前記混合物を型に注入して、少なくとも上部側がポーラス性状をなす成型体を得る成型工程と、前記成型体を炭酸と接触させる炭酸処理工程とを含む着生基盤の製造方法であって、
   前記混練工程において、セメントの一部を人工ゼオライトで置換し、該人工ゼオライトに水を練り混ぜた後、これにセメントを練り混ぜ、しかる後、骨材を練り混ぜることを特徴とする着生基盤の製造方法。
2. 前記混練工程において、水として炭酸水を用いることを特徴とする請求項１に記載の着生基盤の製造方法。
3. 前記成型工程と前記炭酸処理工程との間に、ミネラル分および鉄イオンを含む酸性溶液を成型体に含浸させる含浸処理工程を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の着生基盤の製造方法。

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