JP4960572B2 - 貝殻粉砕物による閉鎖性水域の底質浄化方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、湖沼や内湾等、閉鎖性水域(以下、単に湖沼等という)の汚濁した底泥からの有害物質の発生を抑制し、湖沼等の水質や水生生物の生息環境を改善するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、湖沼等の底質を改善する方法としては、汚濁した底泥を浚渫して環境に影響を及ぼす汚濁物質(栄養塩類、有機物、硫化物、重金属類等)を除去する方法(浚渫法)や、底泥の表層を、汚濁物質を含有しない海砂、川砂又は山砂で底泥を覆砂して、元々あった底泥からの汚濁物質(栄養塩類等)の溶出を抑制したり底泥の酸素消化速度を低減する方法(覆砂法)がある。また、後者の覆砂法としては、下記の特許文献1及び特許文献2に記載された方法が知られている。
【0003】
特許文献1
特開2001−029951
特許文献2
特開2000−078938
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術において、浚渫法の場合は、浚渫した底泥の処分場所の確保が困難であり、底泥の運搬・処理方法(脱水、薬品固化等)に高度な技術と膨大な処理費用が必要になる問題がある。また、浚渫跡に窪地ができるため、汚濁物質が堆積しやすくなったり水の交換が行われにくくなって、底層の溶存酸素濃度が低くなりやすく、生物の生息が困難になったり、堆積した汚濁物質から栄養塩類が溶出しやすくなる問題も指摘される。
【0005】
覆砂法の場合は、浚渫または山の掘削によって覆砂材を採取する必要があるため、採取先の環境に悪影響を及ぼすおそれがあり、かつ採取や運搬に膨大なコストがかかる問題がある。しかも、例えば海砂を使用する場合は、採取場所に生息した生物の侵入による種の撹乱や生態系に影響する場合があり、山砂を使用する場合は、土質が沿岸の底質と異なることから生物の定着が良くない場合がある。また、特許文献1又は2に記載された方法は、石炭灰や鉄鋼スラグなどの廃棄物を覆砂として利用するため、低コストではあるが、天然のものではないため、生態系への悪影響が懸念される。
【0006】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、底泥からのリンや窒素などの溶出や、硫化物の発生などに対する覆砂効果が高く、湖沼等における生態系への悪影響を及ぼすことなく、かつ低コストで施工可能な閉鎖性水域の底質浄化方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項1の発明に係る貝殻粉砕物による閉鎖性水域の底質浄化方法は、閉鎖性水域の底泥表層を、貝殻を砂状に粉砕した貝殻粉砕物で被覆した後、この貝殻粉砕物に汚濁物質を吸収するための時間間隔をもって、前記貝殻粉砕物の上を、海砂、川砂、山砂及び(又は)浚渫土からなる覆砂材で被覆するものである。すなわち、本発明は、貝殻粉砕物が、汚濁した底泥より溶出する栄養塩(リン、アンモニア態窒素)や、硫化物イオン、重金属を吸着する性質を有することを利用して、閉鎖性水域の底質の浄化を図るものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る貝殻粉砕物による閉鎖性水域の底質浄化方法の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、浄化実施前の湖沼の一部を鉛直面で切断して示す断面図、図2は、本発明の第一の形態における貝殻粉砕物の敷設過程を、湖沼の一部を鉛直面で切断して示す断面図、図3は、本発明の第一の形態による施工完了状態を、湖沼の一部を鉛直面で切断して示す断面図である。
【0014】
まず図1において、参照符号1は湖沼の地盤、2は湖沼の底部地盤上に堆積した底泥(所謂ヘドロ)、3は湖沼の岸に沿って施工された護岸、Wは湖水又は沼水(以下、単に湖水という)である。底泥2は、富栄養化によって窒素、リン等の栄養塩(NH4−NやPO4−Pなど)や、硫化物(H2Sなど)を多量に含んでおり、その表層には有機物や栄養塩をより多く含有し、含水比の大きい浮泥が堆積されている。このため、湖水Wのうち、湖沼の底部付近の湖水WLには、底泥2から溶出した上記栄養塩の濃度が高く、溶存酸素の減少や硫化物イオンによって、生態系に悪影響を及ぼす。特に、シルト・粘土の含有率が高い底泥2では、嫌気化しやすく、底生動物の生息に悪影響がある。
【0015】
図2に示される第一の形態においては、まず底泥2の表面に、貝殻を砂状に粉砕した貝殻粉砕物4を敷設する。貝殻粉砕物4の原料となる貝殻としては、漁業廃棄物であるマガキや帆立貝等の貝殻を使用することができ、これら以外にも、炭酸カルシウムの組成からなる貝殻であれば、勿論使用可能である。
【0016】
貝殻粉砕物4は、これらの貝殻を、破砕機等で粉砕することによって製作されるが、好ましくは、粒径が75μm以上1cm以下の貝殻粉砕物の含有率が重量比で80%以上、粒径が75μm以下の貝殻粉砕物の含有率が20%以下になるようにする。製作された貝殻粉砕物4は、台船Sに積載して湖水W上を所定の地点まで運搬し、鋼製または樹脂製パイプを用いて底泥2上へ投入して敷設するか、もしくは船底を開閉できる台船Sを使用して運搬し、所定の地点で船底を開くことによって散布し、敷設する。そのほかにも、例えば陸上または船上で貝殻粉砕物4をタンク内で水と混合してスラリー状にし、これを陸上または船上のポンプで配管内を圧送し、この配管を介して、所望の地点から湖底へ敷設する方法も採用可能である。
【0017】
貝殻粉砕物4は、底泥2や底部付近の湖水WLに含まれる栄養塩(リン、アンモニア態窒素)や、硫化物イオン、重金属等による汚濁物質を吸着して、底泥2の表層に集積させ、固定する作用を有する。その吸着量は、汚濁物質の種類により異なるが、本件の発明者による室内試験の結果、NH4−Nでは193.6mg−N/100g、リン酸では、510.8mg−P/100g、硫化物イオン410mg−S/100g、カドミウム125.7mg−Cd/100g、鉛94.2mg−Pb/100g、マンガン121.2mg−Mn/100gである。したがって、敷設する貝殻粉砕物4は、底泥2の堆積量や、底泥2及び底部付近の湖水WLにおける栄養塩等の汚濁物質の濃度等を考慮して、栄養塩等を十分に吸着可能な層厚とする。
【0018】
例として、2001年度調査の結果によれば、浜名湖松見ケ浦の場合、底泥の硫化物イオン含有量が1.5mg/g(最大値)であり、浄化対象とする底泥の厚さを30cm、含水比を170%とすると、硫化物量は212g−S/m2となる。このため、貝殻粉砕物であるカキ殻サンドの乾燥密度を0.78とすると、カキ殻サンドを層厚7cmで敷設することによって、底泥の硫化物イオンを吸着できることになる。
【0019】
また、淡水湖沼の例として、1997年度調査値によれば、諏訪湖の底泥のリン含有量が2.4mg−P/gであり、浄化対象とする底泥の厚さを30cm、含水比を170%とすると、カキ殻サンドを層厚9cmで敷設することによって、底泥のリンを吸着できることになる。
【0020】
上述の例における数量は、投入量を多めに設定しているが、実際は底泥の溶出試験等を行うことによって貝殻粉砕物4の投入量を決定するものであり、底泥2中に含有する汚濁物質の全量を吸着処理する必要はない。また、湖水Wと底泥2は貝殻粉砕物4の層によって遮蔽され、硫化物等の発生量が少なくなることから、上述した投入量より少量で施工することができる。なお、5cm未満の層厚では、十分な吸着量及び遮蔽効果が得られず、50cm超の層厚では、吸着量及び遮蔽効果が殆ど変わらないので、敷設層厚は、この範囲で設定するのが好ましい。
【0021】
次に、敷設された貝殻粉砕物4に汚濁物資が十分に吸着されるのに必要な期間が経過したら、図3に示されるように、海砂、山砂等からなる覆砂材5を、貝殻粉砕物4の散布と同様の方法で敷設する。この覆砂材5は、汚濁物質を吸着した貝殻粉砕物4の層と湖水Wとの間を遮蔽するものである。
【0022】
この覆砂材5は、好ましくは、粒径が75μm以上、1cm以下の砂の含有率が重量比で80%以上、粒径が75μm以下の砂の含有率が20%以下になるようにする。そしてこのような適度に粗い粒度とすることによって、底質の好気化や、COD及び硫化物量の減少を図ることができる。
【0023】
したがって、この形態によれば、底泥2からのアンモニア態窒素やリン等の栄養塩の溶出や、底泥2からの還元性物質である硫化物イオン(硫化水素等)の発生を抑制し、底泥2における酸素消費速度を低下させることができる。その結果、底部付近で栄養塩や貧酸素水塊が発生するのを有効に抑制し、湖沼におけるアオコの発生や、閉鎖性海域の場合は、赤潮、青潮等の発生による水質汚濁や沿岸生態系への悪影響を防止することができる。また、覆砂材5の敷設前に貝殻粉砕物4を敷設することによって、汚濁物質がこの貝殻粉砕物4に固定されるので、覆砂材5の敷設の際に底泥2付近の湖水WLに含有する高濃度の汚濁物質や、浮泥及び底泥2の汚濁物質が拡散されることがなく、かつ貝殻粉砕物4上に覆砂材5を敷設することで、底生生物等によって覆砂材5や底泥2の汚濁物質が撹乱されて溶出されるのを、貝殻粉砕物4の吸着作用によって防止することができる。
【0024】
しかも、貝殻粉砕物4は、経年的に溶解して減耗し、すなわち貝類等の生物によって水中からいったん貝殻として取り込まれたカルシウムが、徐々に水中に溶出するため、湖沼や内湾などの閉鎖性水域での貝類等の繁殖に必要なカルシウムを還元することができる。
【0025】
次に図4は、本発明の第二の形態による施工完了状態を、湖沼の一部を鉛直面で切断して示す断面図である。この形態においては、底泥2の表面に、貝殻粉砕物100%からなる覆砂材、又は貝殻粉砕物を海砂、川砂、山砂や浚渫土等に添加して作成した覆砂材6を敷設する。貝殻粉砕物としては、第一の形態と同様、漁業廃棄物であるマガキや帆立貝等の貝殻を使用することができ、これら以外にも、炭酸カルシウムの組成からなる貝殻であれば、勿論使用可能である。
【0026】
そして、このような、貝殻粉砕物を含む覆砂材6は、好ましくは、粒径が75μm以上1cm以下のものの含有率が重量比で80%以上、粒径が75μm未満のものの含有率が20%以下になるようにする。また、覆砂材6における貝殻粉砕物4の添加量や、覆砂材6の層厚は、先に説明したような汚濁物質に対する吸着能力や、現地の汚濁濃度等の条件を考慮して適切に決定され、第一の形態と同様の方法で敷設する。
【0027】
貝殻粉砕物100%からなる覆砂材、又は貝殻粉砕物を海砂、山砂等や浚渫土に添加して作成した覆砂材6の敷設は、第一の形態と同様の効果が期待できる。そして、このような覆砂材6で、シルト含有率が低く透水性の高い底泥2を被覆することにより、底泥2のCOD及び硫化物量を減少させ、酸化還元電位を上昇させる等、底質を改善することができる。
【0028】
また、上述した各実施の形態は、いずれも、貝殻の粉砕物を底質浄化材として使用しているので、海砂や山砂等を使用した覆砂と比べて、覆砂材を採取するための浚渫土量が減少する。このため、土壌採取場の環境影響の低減や、建設費の削減をはかることができる。しかも水産業から発生する漁業廃棄物であるカキ殻等の貝殻を有効利用できるので、廃棄物の発生がなくなる。
【0029】
【実施例】
次に、本発明を、人工干潟実証実験において実施した結果について説明する。この実施例では、底質が汚濁した閉鎖性海域に、貝殻粉砕物と浚渫砂からなる覆砂材を使用して覆砂し、人工干潟及び浅場を造成し、底質改善効果及び底生動物生息環境改善効果を追跡調査した。
【0030】
実験区Aは、干潟1,600m2(80m×20m)、浅場2,000m2(80m×25m)を有する。敷設した覆砂材の層厚は30〜50cmとし、その粒度は、シルト(75μm以下)20.2%、砂(75μm〜2mm)79.8%とした。また、実験区Bは干潟800m2(40m×20m)、浅場1,000m2(40m×25m)であり、覆砂材の層厚は30〜50cmとし、その粒度はシルト(75μm以下)26.6%、砂(75μm〜2mm)73.4%とした。
【0031】
図5は実験区A、実験区B、天然砂礫干潟及び未造成区域のそれぞれについて、覆砂材敷設後のCODsedを測定した結果を示す説明図、図6は同様に、硫化物含有量を測定した結果を示す説明図、図7は同様に、酸化還元電位を測定した結果を示す説明図である。ここで、図5においてはCODsedが少ないほうが、また図6においては硫化物含有量が少ないほうが、底質の汚濁が少ない。また、図7においては、酸化還元電位が高いほうが底泥は好気的な状態にあり、底質の状態が良い。
【0032】
また、図8は実験区A、実験区B、天然砂礫干潟及び未造成区域のそれぞれについて、覆砂材敷設後に、棲息したマクロベントスの種数を潮間帯で測定した結果を示す説明図、図9は同様に、水深1m未満の外浜で測定した結果を示す説明図、図10は同様に、水深2m以上の外浜で測定した結果を示す説明図である。なお、マクロベントスとは、0.5〜1.0mm目の篩に残留する大きさの底生生物の総称であり、種類数は多様性の指標になる。すなわち、マクロベントスの種数が多いほうが、底生生物の多様性が高く、生物の棲息環境として良好な状態であると言える。
【0033】
これらの図に示される実験結果から明らかなように、底質改善効果及び生物の棲息状況の改善効果が最も高い区域は、水深2m以上の、底質が汚濁した区域であることが確認された。また覆砂材としては、透水係数が大きくシルト分が少ない砂質土(実験区A)を用いることが有効であることも確認された。そして、この結果から、貝殻粉砕物の粒径を75μm以下の、シルトと同程度の粒径としたものを20%以下、75μm以上2mm以下の、砂と同程度の粒径としたものを80%以上とするのが有効であることが確認された。
【0034】
【発明の効果】
請求項1の発明に係る貝殻粉砕物による閉鎖性水域の底質浄化方法によれば、閉鎖性水域の底泥表層を貝殻粉砕物で被覆することによって、底泥や底部付近の水に含まれる栄養塩、硫化物イオン、重金属等の汚濁物質を吸着して集積させるので、底層の溶存酸素を増大させ、生物の生息環境を改善でき、生物量の増加により水質浄化能を向上することができる。更には、貝殻粉砕物は天然のものであるため、環境に悪影響を与えることがなく、しかも貝殻粉砕物からは、貝類等の繁殖に必要なカルシウムが還元される。また、水産業から発生する貝殻を有効利用できるので、貝殻粉砕物と同様に汚濁物質の吸着機能を有する活性炭等の使用に比較して著しく低コストで施工できるばかりでなく、廃棄物を減少させることができる。そして、貝殻粉砕物による被覆後、この貝殻粉砕物に汚濁物質を吸収するための時間間隔をもって、前記貝殻粉砕物の上を、海砂、川砂、山砂及び(又は)浚渫土からなる覆砂材で被覆するため、汚濁物質の封じ込め効果が向上するばかりでなく、覆砂材の敷設工事に伴う汚濁物質の拡散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による浄化実施前の湖沼の一部を鉛直面で切断して示す断面図である。
【図2】本発明の第一の形態における貝殻粉砕物の敷設過程を、湖沼の一部を鉛直面で切断して示す断面図である。
【図3】本発明の第一の形態による施工完了状態を、湖沼の一部を鉛直面で切断して示す断面図である。
【図4】本発明の第二の形態による施工完了状態を、湖沼の一部を鉛直面で切断して示す断面図である。
【図5】本発明を実施した実験区A及び実験区Bと、天然砂礫干潟及び未造成区域について、CODsedを測定した結果を示す説明図である。
【図6】本発明を実施した実験区A及び実験区Bと、天然砂礫干潟及び未造成区域について、硫化物含有量を測定した結果を示す説明図である。
【図7】本発明を実施した実験区A及び実験区Bと、天然砂礫干潟及び未造成区域について、酸化還元電位を測定した結果を示す説明図である。
【図8】本発明を実施した実験区A及び実験区Bと、天然砂礫干潟及び未造成区域について、マクロベントスの種数を潮間帯で測定した結果を示す説明図である。
【図9】本発明を実施した実験区A及び実験区Bと、天然砂礫干潟及び未造成区域について、マクロベントスの種数を水深1m未満の外浜で測定した結果を示す説明図である。
【図10】本発明を実施した実験区A及び実験区Bと、天然砂礫干潟及び未造成区域について、マクロベントスの種数を水深2m以上の外浜で測定した結果を示す説明図である。
【符号の説明】
1 湖沼の地盤
2 底泥
3 護岸
4 貝殻粉砕物
5,6 覆砂材
W 湖水又は沼水
Claims (1)
- 閉鎖性水域の底泥表層を、貝殻を砂状に粉砕した貝殻粉砕物で被覆した後、この貝殻粉砕物に汚濁物質を吸収するための時間間隔をもって、前記貝殻粉砕物の上を、海砂、川砂、山砂及び(又は)浚渫土からなる覆砂材で被覆することを特徴とする貝殻粉砕物による閉鎖性水域の底質浄化方法。
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