JP5637522B1 - 藻類抑制剤とその収納ケース・敷設器具 - Google Patents

Abstract

【課題】湖沼・池等の環境水域における富栄養化は、自然系や農業系の施肥、家庭雑排水等に含まれる窒素・リン等の栄養塩類の環境水域への流入が大きな要因であり、アオコ等の藻類を発生させる。その現象を防止するためには、環境水域中のリンを、速やかに藻類が利用できない形態に変化させるとともに、嫌気域の影響により形態変化したリンが、再び藻類の利用可能なリンに戻らないよう、形態を保持する必要がある。【解決手段】個体外部から個体内部にわたる間隙を有する還元鉄からなる藻類抑制剤５から、継続的に鉄イオンが発生する性質を用いて、水の中の水溶性のリンを速やかに難溶性のリン酸鉄に変化させ、アオコ等の藻類が、体内にリンを取り込み難い状態を作り出すとともに、嫌気域により発生する硫化水素を速やかに硫化鉄に変化させることで、水溶性から難溶性に形態変化したリンが再び水溶性に戻らないよう、形態を保持する。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、鉄イオンの機能を用いて、水の中に流入した水溶性リンを速やかに難溶性のリン酸鉄に変化させ、アオコ等の藻類が体内にリンを取り込み難い状況を作り出し、その増殖を抑制・防止する藻類抑制剤、およびその収納ケースならびに敷設器具に関するものである。

湖沼・池等の環境水域における富栄養化は、自然系や農業系の施肥、家庭雑排水等に含まれる窒素・リン等の栄養塩類の環境水域への流入が大きな要因である。環境水域への栄養塩類の流入は、アオコ等の藻類を発生させる。死滅した藻類は、環境水域の低層に沈殿し、それが分解することで、底泥中のリンの溶出が促進され、更なる藻類の増殖をもたらす。一旦、藻類が増殖すると、環境水域中の水質は加速度的に悪化することになる。その現象を防止するためには、水の中に栄養塩類を流入させないことや、流入した栄養塩類を速やかに藻類が利用できない形態に変化させるなど、初期の段階で藻類の増殖を抑えることが重要となる。

従来、環境水中のリンを除去する方式、並びに再溶解させない方式として、空気又は酸素を湖沼の深層に送り込む技術や、沈殿分離方式、凝集剤を加えて沈殿させる凝集沈殿法、不溶性リン酸塩形成金属からなる電極を一組以上配置しておき、これらの電極間に電圧を印加して電気化学的に不溶性リン酸塩形成金属イオンを水中に溶出させることで、リンを水不溶性リン酸塩にして沈殿除去する電解法などが知られている。また、水槽内の底部に鉄製の円板を配設し、この円板を水中で回転させることにより、鉄イオンを水中に溶かし出し、水不溶性リン酸塩であるリン酸鉄に化合して、リンを取り除くようにした方式が知られている。さらには、炭素繊維に鉄鋼材を接触させて鉄イオンを発生させ、水中に溶出させることで、リン酸をリン酸鉄に化合する方式が知られている。いずれの方式を採用するかは、水質の規制値、水質の種類及び濃度、設備の維持管理、イニシャルコスト及びランニングコストなどの条件で決定されるが、人手をほとんどかけず費用負担の少ない自然態での施設、即ち無人運転が可能でメンテナンスフリ−な施設が要求される。さらに、アオコ等の藍藻類発生場所を考えた場合には、電気等のインフラが不要であることが、望ましい。

前記に示したように、アオコ等の藻類を抑制するための技術は、種々提案されているが、決定的な技術が無いのが実態である。以下に、最近提案されている技術を列挙する。

たとえば、特許文献１には「振動発生装置に酸素及びオゾン発生装置を併用して水中のリン濃度を制御し、アオコを含む藻類の生物量を減少させる技術」が提案されている。具体的には、酸素及びオゾン発生装置で水圏環境への酸素の拡散により、対象とする水圏環境を好気的として、藻類の成長に必要とされているリンの底泥からの溶出を抑止してリンの底泥への吸着を促進させ、さらに振動波発生装置と併用することにより、対象水圏環境全域に微細気泡（マイクロバブル・ナノバブル）を拡散させて好気的とし、底泥からのリンの溶出を抑えるというものである。尚、酸素及びオゾン発生装置の他に、電気分解装置（水電解電極）による組合せにより、少ない動力で水深の深い場所でも酸素を発生させ、水圏環境全域に拡散させることができるとしている。

また、特許文献２には、「アオコ抑制剤およびその使用方法ならびにアオコ抑制装置」が提案されている。具体的には、炭素繊維に鉄鋼材を接触させて鉄イオンを発生させ、水中に溶出させることで、リンを水不溶性リン酸塩にするアオコ抑制剤である。さらに、リン酸濃度測定器により検出される水中のリン濃度変化から、アオコ抑制剤を水中から水上面へ取出し、または、水上面より水中へ下降させる等の操作により、鉄イオン濃度を制御するものである。

特許文献３では、電気分解による「リンの除去方法」が提案されている。具体的には、金属イオンを溶出させ易い金属で形成された電極を、リンを含む処理水に浸漬させ、電極間に通電して電気分解を行い、電極から溶出した金属イオンとリンの反応により、水不溶性リン酸塩を生成させるものである。さらに、金属イオンを溶出させ易い金属からなる多数の金属塊を処理水中で互いに擦れ合わせて金属イオンを処理水中に溶出させ、金属イオンとリンを結合させて水不溶性リン酸塩を生成させるものである。さらに、電極表面への付着物による電解性能の劣化防止のために、弾性体による接触式清掃冶具による電極表面付着物除去方法が提示されている。

特許文献４では、処理水中に浸漬させた鉄製の多数の塊体を、モーター駆動による攪拌羽根を回転させて接触しつつ掻き混ぜ、塊体同士の接触により鉄イオンの溶出を促進させてリンの除去を効率良く行い、さらに塊体として中空の鉄球を使用し、磨耗した際に水面に浮き上がることにより交換時期が判別できる「リンを除去する方法および装置ならびにリン除去用鉄球」について提案している。

特開２０１０−１５８６５７号公報 特開２０１１−０５０８７８号公報 特開２００２−０８６１５１号公報 特開２００１−０３８３６９号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術は、対象とする水圏環境を好気的雰囲気にし、リンの底泥からの溶出を抑えるために必要とする振動発生装置と酸素及びオゾン発生装置の効果は局部的であり、広範囲の水圏で維持管理することが難しいという問題がある。さらには、広範囲の水圏でこれらの設備を設置し、維持管理するには莫大な経費を必要とする問題があり、且つ、オゾン臭が残存し、環境上好ましい方法とはいえない。

また、特許文献２記載の技術では、炭素繊維と鉄鋼材との接触面積が一定しないため、鉄イオン発生量が安定しないという問題がある。さらには、「アオコ抑制剤の鉄イオン発生制御方法として、リン酸濃度測定器により検出される水中のリン濃度変化から、リン濃度が小さくなるとアオコ抑制剤を水中から水面上へ取出し、リン濃度が大きくなると水面上より下降させて水中へ沈降させる等の操作により鉄イオン濃度を制御する」としているが、広範囲の水圏でこれらの設備を配置し、維持管理することは実現性が乏しい。尚、リン酸イオンが水不溶性リン酸塩となって底泥に沈降したとしても、嫌気性の状況下においては再度リン酸イオンとして水中に放出されることから、常に鉄イオンを供給しなければならない。従って、鉄イオン濃度を制御するためにアオコ抑制剤を水中から水面上へ取出し、または、水面上より下降させて水中へ沈降させる等の操作は不要である。尚、広範囲の水圏でこれらの設備を配置し、維持管理するには莫大な経費を必要とする問題があり、且つ、景観上好ましい方法とはいえない。

特許文献３記載の技術では、多数配置した電極の電解能力を低下させる電極表面の付着物を接触式清掃冶具の弾性体で擦り取らなければならず、構造が複雑になるとともに、電極が消耗して減肉すると、接触式清掃冶具により電極表面の付着物が十分に除去されずに電極の電解能力を低下させるため、性能を維持することが難しいという問題がある。さらには、金属イオンを溶出させ易い金属からなる多数の金属塊である重量物を処理水中で互いに擦れ合わせるために動力を必要とし、設備磨耗等を考慮すると、維持管理面で好ましい方法とはいえない。

特許文献４記載の技術では、「塊体として中空の鉄球を使用することにより、磨耗した際に水面上に浮き上がり交換時期であるか否かを簡単に判別できる」としているが、局部磨耗並びに局部腐食により球壁に貫通孔が発生すれば、その部位から球体内部に水が浸入するために、水面上に浮き上がる確率は低くなり、交換のための判別は難しいという問題がある。

本発明は、前記事情に鑑み案出されたものであって、鉄イオン生成のための機械的乃至は電気化学的な設備や管理のための装置等を用いることなく、安価に、且つ、安定して鉄イオンを生成する「藻類抑制剤」と、藻類抑制効果を増幅させ、交換時期を判別できる「藻類抑制剤の収納ケース」、ならびに取付けの容易な「藻類抑制剤の収納ケースの敷設器具」に関するものである。

本発明の藻類抑制剤は、鉄および鉄鋼よりなる群から選ばれる一種以上を含む鉄材を含有し、前記鉄が、純鉄および銑鉄よりなる群から選ばれる一種以上であり、前記鉄鋼が、鋳鉄、普通鋼、鋳鋼、鍛鋼および特殊鋼よりなる群から選ばれる一種以上であり、前記鉄材の固体外部から固体内部にわたる間隙を有することで、藻類の養分である水溶性リンと化合する鉄イオンを継続的に発生させ、化合したリン酸鉄を沈殿させてリン濃度を低減すると共に、嫌気域により発生する硫化水素を速やかに硫化鉄に変化させることで、水溶性から難溶性に形態変化したリンが再び水溶性に戻らないよう、形態を保持し、前記鉄材が、前記鉄および前記鉄鋼よりなる群から選ばれる一種以上を熱間圧延および／または熱間鍛造することで生成される酸化鉄を、還元雰囲気下により熱処理して生成した還元鉄を有し、前記還元鉄の固体外部から固体内部にわたる間隙が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の藻類抑制剤の収納ケースは、前記藻類抑制剤を透水性の容器に充填し、その容器の上部に浮子を配置して揺動を容易ならしめることにより、鉄イオンの拡散を促して藻類抑制効果を増幅させ、さらに鉄成分が減少した際には、浮子の浮力で浮上して藻類抑制剤の交換時期が判別できる構造であることを特徴とするものである。

また、本発明の藻類抑制剤の収納ケースは、前記藻類抑制剤の収納ケースの底面中央部から垂直下方に一本の棒状の支持部を設け、前記藻類抑制剤の収納ケースと前記支持部とは固着せずに回動容易な構造とし、前記支持部で水底に固定し、前記藻類抑制剤の収納ケースの側面には複数枚の抵抗板を設け、水流により水平方向に回転できることが好ましい。

本発明の藻類抑制剤の収納ケースの敷設器具は、前記藻類抑制剤中の鉄成分が減少し、藻類の抑制効果が終了した時点で、敷設用の幹綱に連結している枝綱を介して、枝綱に連結している前記藻類抑制剤の収納ケースが水中から水面に浮上することを特徴とするものである。

本発明の藻類抑制剤の収納ケースの敷設器具は、前記藻類抑制剤の収納ケースの中央部に垂直に貫通管を設け、前記藻類抑制剤の収納ケースを上下に移動させるための支持体を貫通管に通して、前記支持体下部には固定用の重りを取付け、前記支持体上部には浮きを取付け、水深位置調整用のストッパーを前記藻類抑制剤の収納ケースの下部の支持体位置に固定することにより、水底の地形の影響を受けることなく敷設できることを特徴とするものである。

以下、藻類抑制剤として、還元鉄を基調に説明する。本発明によれば、還元鉄が水に浸漬することにより、図１ａの還元鉄の断面に認められる塊体内部の隙間と外部との間に、酸素の濃度差が生じ、酸素濃度の低い隙間内部より優先的に鉄イオンの生成、放出が始まる。従って、電極方式のように、電力を必要とせず、電極に付着する皮膜を強制的に除去する装置は必要ない。さらには鉄塊体同士を機械的に接触させて、強制的に表面の酸化皮膜を除去して鉄イオンを生成するための装置も必要なくなり、維持保全が容易であるとともに、設備投資並びに維持管理費が安価なものとなる。さらには、藻類抑制剤を透水性の容器に詰め、簡単な構造の収納ケースに格納することから、製造コストが安価なものとなる。

また、水に浸漬した還元鉄の隙間で、優先的に鉄イオンの生成が始まり、鉄イオンが継続して放出されるために藻類抑制剤の重量が減少し、残量が一定の重量になった時点で、浮子の浮力により収納ケースが自動的に水面に浮上してくることから、交換時期を的確に把握し、藻類抑制剤を更新することができる。

図２は、藻類抑制剤によるリン酸イオンの生成防止機構を示す図である。更新した藻類抑制剤により鉄イオンの生成が中断することなく継続するため、嫌気性の底泥から発生する硫化水素とリン酸鉄との反応によるリン酸イオンの生成が阻害され、リン酸鉄の固定化が維持される。つまり、リン酸鉄は底泥から発生する硫化水素と反応して、リン酸イオンに再分解されるが、そこに鉄イオンがあると、鉄イオンと硫化水素が反応して硫化鉄に変化し、リン酸鉄の再分解が防げる。尚、底泥に沈降したリン酸鉄から、再度リン酸イオンとして水中に放出されても、鉄イオンが的確に補充されることから、リン酸イオンが再度化合してリン酸鉄へと迅速に変化し、藻類の発生を継続して抑制できる。

還元鉄の隙間を示す断面写真である。 間隙のない鉄の粉砕品の断面写真である。 藻類抑制剤によるリン酸イオンの生成防止機構を示す図である。 リン酸イオン濃度１０ｍｇ／Ｌ水溶液中に於ける還元鉄と粉砕鉄によるリン酸イオンの濃度減少傾向を示した比較図である。 リン酸イオン濃度１０ｍｇ／Ｌ水溶液中に於ける還元鉄と粉砕鉄よる鉄イオンの濃度経時変化を示した比較図である。 蒸留水中に於ける還元鉄と粉砕鉄よる鉄イオンの濃度経時変化を示した比較図である。 藻類抑制剤を入れた藻類抑制剤の収納ケースの全体概要図である。 藻類抑制剤を入れた藻類抑制剤の収納ケースのＩ―Ｉ線の断面矢視図である。 藻類抑制剤の収納ケース図７のＩＩ―ＩＩ線の断面矢視図である。 実施例２に於ける、藻類抑制剤の池への取付け概要図である。 藻類抑制剤を入れた収納ケース図６の中央部に、垂直に貫通孔を設けた収納ケースの全体概要図である。 藻類抑制剤の収納ケース図９のＩＩＩ―ＩＩＩ線の断面矢視図である。 藻類抑制剤の収納ケース図９の水中への取付け概要図である。 実施例１に於ける、池のリン酸イオンと鉄イオンの経時変化である。 実施例２に於ける、池のリン酸イオンと鉄イオンの経時変化である。 Ｘ線回折分析のデータを示す図である。

以下、本発明を説明する。
本発明の藻類抑制剤は、鉄および鉄鋼よりなる群から選ばれる一種以上を含む鉄材を含有し、前記鉄が、純鉄および銑鉄よりなる群から選ばれる一種以上であり、前記鉄鋼が、鋳鉄、普通鋼、鋳鋼、鍛鋼および特殊鋼よりなる群から選ばれる一種以上であり、前記鉄材の固体外部から固体内部にわたる間隙を有することで、藻類の養分である水溶性リンと化合する鉄イオンを継続的に発生させ、化合したリン酸鉄を沈殿させてリン濃度を低減すると共に、化合したリン酸鉄の硫化水素による分解を防ぐことで低減したリン濃度の状況を安定的に保つことを特徴とするものである。さらには前記鉄乃至は前記鉄鋼を熱間圧延および／または熱間鍛造する際に発生する酸化鉄を、還元雰囲気下により熱処理して生成した還元鉄からなり、還元鉄の固体外部から固体内部に無数の間隙が形成されていることが好ましい。なお、本発明において、鉄材とは、鉄および鉄鋼よりなる群から選ばれる一種以上を含むことで本発明の効果が得られれば、他の成分を含んでいてもよい。また、本発明において、純鉄、銑鉄、鋳鉄、普通鋼、鋳鋼、鍛鋼および特殊鋼とは、例えば、ＪＩＳ Ｇ０２０１、ＪＩＳ Ｇ０２０２、ＪＩＳ Ｇ０２０３、ＪＩＳ Ｇ０２０４等に記載されているものである。

本発明の藻類抑制剤を水中に浸漬させると、還元鉄の断面写真図１ａより、隙間内部と隙間外部との間に酸素濃度差が発生し、酸素濃度の低い隙間内部より優先的に鉄イオンの生成、放出が始まることを特徴とした間隙が形成されていることが分かる。一方、図１ｂは粉砕鉄の断面であり、間隙は形成されていない。

また、本発明において、前記還元鉄の形状は、粉状、塊状、フレーク状、球状等、何れでもよく、その大きさは、前記還元鉄内部に形成されている間隙の存在が保持されるサイズがよい。尚、本発明において、前記還元鉄は、透水性の材質からなる容器に入れることが好ましい。さらには、前記還元鉄を入れた容器を固定、収納するために、透水性のある固定容器に入れることがより好ましい。

図３に、本発明の藻類抑制剤の原料として還元鉄を使用し、還元鉄から溶出する鉄イオンが、リン酸イオン濃度１０ｍｇ／Ｌ水溶液中のリン酸イオンとの反応により、リン酸鉄の形成によるリン酸イオン濃度の減少状況を、間隙のない粉砕鉄（以下、粉砕鉄と称する）と比較して示す。ここで使用した還元鉄と粉砕鉄の鉄組成は各々９７％及び９８％であり、大きさは、１００μｍ〜１８０μｍの塊状の形状である。さらに同一条件下に於いての鉄イオンの発生状況を図４に示す。尚、蒸留水のみの雰囲気下に於ける還元鉄と粉砕鉄からの鉄イオン発生状況を図５に比較して示す。

リン酸イオン濃度１０ｍｇ／Ｌ水溶液中への藻類抑制剤投入の影響を下記表１に、並びに蒸留水中への藻類抑制剤投入による鉄イオン発生状況を下記表２に示す。

表１をもとに、図３および図４について説明する。図３は、蒸留水にリン酸カリウムを添加して１０ｍｇ／Ｌのリン酸イオン濃度に調整した２リットルの水溶液中に、還元鉄４０ｇ並びに粉砕鉄４０ｇを各々４８日間浸漬し、リン酸イオン濃度を比較測定した結果を図示したものであり、還元鉄は浸漬開始から４８日間経過時まで、粉砕鉄よりリン酸イオンの減少が大きく、リン酸イオン濃度減少率は９７％であり、粉砕鉄の７８％を大きく上回っている。

図４は、蒸留水にリン酸カリウムを添加して１０ｍｇ／Ｌのリン酸イオン濃度に調整した２リットルの水溶液中の鉄イオン濃度を比較測定した結果を図示したものである。両者とも鉄イオンが継続して発生しているが、粉砕鉄は１２日間経過後から発生量が減少し始めているのに対し、還元鉄は増加傾向を示している。

表２をもとに、図５について説明する。図５は、２リットルの蒸留水に還元鉄４０ｇ、並びに粉砕鉄４０ｇを各々４８日間浸漬し、鉄イオン濃度を比較測定した結果を図示したものである。両者とも鉄イオンが継続して発生しているが、粉砕鉄は３日間経過後から４８日までの期間０．２ｍｇ／Ｌ前後の発生量であり、それに対し、還元鉄は１．４ｍｇ／Ｌ前後と、約７倍の発生量を維持している。

以上の状況から、酸化鉄を還元処理した還元鉄が、「藻類抑制剤」として優れた特性を有していることが分かる。

本発明の藻類抑制剤の収納ケースについて、図６と図７ならびに図８で説明する。図６は藻類抑制剤の収納ケースの全体概要図、図７は図６のＩ―Ｉ線の断面矢視図、ならびに図８は図７のＩＩ―ＩＩ線の断面矢視図である。収納ケース１の両端に抵抗板２ａと２ｂを配置し、藻類抑制剤の収納ケース１の底部に支点の役割を果たす支持部３ａを取付け、水の流れに対して回動を容易にできる構造となっている。以下にその構造について説明する。浮子４は、還元鉄からなる藻類抑制剤５を入れた透水性の容器６を固定している固定容器７の上部に配置し、藻類抑制剤の収納ケース１の内部にセットする。容器６並びに固定容器７は、メッシュ状、網状、開放孔を有する構造のもので、透水性で腐食しなければ材質を問わないが、樹脂製の軽量な材質が好ましい。藻類抑制剤の収納ケース１は、内部に固定した藻類抑制剤５に外部の水が容易に接触できるように、メッシュ状、網状、開放孔を有する構造のものが好ましい。尚、透水性で腐食しなければ材質を問わないが、敷設並びに回収等の作業効率を考慮すると、樹脂製の軽量な材質が好ましい。

本発明の藻類抑制剤の収納ケースの他の一例について、図６と図７ならびに図８で説明する。藻類抑制剤の収納ケース１は、下部底面の支持部３ａにより水底に接する。水の流速がある一定以上となった時に、抵抗板２ａと２ｂに加わる水の力の差で、藻類抑制剤の収納ケース１の底部に固定されている嵌合部３ｃ内のベアリング部３ｄを介し、藻類抑制剤の収納ケース１が水平方向に回動する。この動きにより、広範囲に鉄イオンの拡散が起きる。さらに、長時間にわたる鉄イオンの溶出により、藻類抑制剤５の重量が減量することで浮子４の浮力が勝り、藻類抑制剤の収納ケース１が浮上する。

本発明の藻類抑制剤の収納ケースの敷設器具について、図６と図９で説明する。藻類抑制剤の収納ケース１の綱固定孔３ｂに枝綱８ｂの一端を結束固定し、枝綱８ｂの他端を幹綱８ａに固定する。幹綱８ａの両端は池９の両岸に固定用ピン１０で固定する。藻類抑制剤５の鉄成分が減少し、藻類の抑制効果が終了した時点で敷設用の幹綱８ａに連結している枝綱８ｂを介して、枝綱８ｂに連結している藻類抑制剤の収納ケース１が水中から水面に浮上する。幹綱８ａ及び枝綱８ｂの材質は、耐水性、耐腐食性ならば、材質を問わない。

本発明の藻類抑制剤の収納ケースの敷設器具の他の一例について、図１０〜図１２で説明する。図１０は藻類抑制剤の収納ケースの全体概要図、図１１は図１０のＩＩＩ―ＩＩＩ線の断面矢視図である。藻類抑制剤の収納ケース１の両端に抵抗板２ａと２ｂを配置し、藻類抑制剤の収納ケース１中央部に垂直に貫通管１１を設けて、耐食性の綱を通し、水の流れに対して回動を容易にできる構造となっている。以下にその構造について説明する。浮子４は、還元鉄からなる藻類抑制剤５を入れた透水性の容器６を固定している固定容器７の上部に配置し、藻類抑制剤の収納ケース１の内部にセットする。容器６並びに固定容器７は、メッシュ状、網状、開放孔を有する構造のもので、透水性で腐食しなければ材質を問わないが、樹脂製の軽量な材質が好ましい。藻類抑制剤の収納ケース１は、内部に固定した藻類抑制剤５に外部の水が容易に接触できるように、メッシュ状、網状、開放孔を有する構造のものが好ましい。尚、透水性で腐食しなければ材質を問わないが、敷設並びに回収等の作業効率を考慮すると、樹脂製の軽量な材質が好ましい。

本発明の収納ケースの敷設器具について、図１２で説明する。藻類抑制剤の収納ケース１の中央部に垂直に取付けた貫通管１１に耐食性の支持体１２を通し、支持体１２の下端に水底位置固定用の錘１４を取付ける。支持体１２の上端には浮き１５を取付けて水面に浮かせる。藻類抑制剤の収納ケース１の水中の水深位置調整用ストッパー１３を支持体１２に固定する。材質は、耐食性ならば材質を問わない。敷設器具は、藻類抑制剤の収納ケース１の水深位置を任意に設定でき、水底での地形に左右されることなく取付けが可能であり、浮きにより設置位置の確認が容易であるという特徴がある。さらに、鉄イオンの溶出により、藻類抑制剤５の重量が減量することで浮力が勝り、貫通管１１内の綱１２に沿って藻類抑制剤の収納ケース１が面付近まで浮上することで、外側から藻類抑制剤の収納ケース１を確認できことから、藻類抑制剤５消耗後の交換時期を知らせる機能を有する。

本発明の藻類抑制剤は、適用する環境水の状態によって投入する浸漬重量が異なる。具体的には、環境水の面積、容積、並びにリン酸イオン濃度によって決定される。

［実施例１］
アオコ等の藻類の発生を抑制するために供した池の面積は６ｍ^２、深さ０．７ｍ、全容積４．２ｍ^３である。周辺田畑からリンを含む肥料が雨水と共に流入してくる環境下で、且つ飼育している鯉に毎日餌を与えているため富栄養化となっており、極めて水質が悪い状態となっている。そのため、アオコが多量に発生しており、飼育されている鯉が全く見えない透視状態にあった。水質を検査した結果、リン酸イオン濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上である。このような状態が毎年５月〜１０月にかけて発生しているため、アオコの防止対策に苦慮していた。従来は、水を循環させて、フィルターによりアオコを除去していたが、効果の程は認められなかった。

藻類抑制剤の原料である還元鉄９００ｇをポリプロピレン製の不織布袋に入れ、同質の硬質ネットで全体を平らに覆った。藻類抑制剤５の形状寸法は縦２５ｃｍ、横２４ｃｍであり、両面を合わせて全表面積は１２００ｃｍ^２である。この藻類抑制剤の横端辺に発泡ポリエチレン製の浮子４を固定し、収納ケース１内に装着した。これを１セットとし、３セットを池に浸漬させた。尚、収納ケース１を支持部３ａの結束孔３ｂを介して、枝綱８ｂを幹綱８ａに１ｍ長さの間隔で固定し、幹綱両端を池の淵に固定用ピンで固定した。ここで使用した枝綱はナイロン製のテグスである。

調査測定期間は、アオコが大量に発生している６月中旬〜９月下旬の約３ヶ月間とした。その期間に於ける藻類抑制剤による池の水質変化を表３に示す。

表３をもとに、図１３について説明する。リン酸イオンは藻類抑制剤浸漬直後から減少し始め、１４日目には２．０ｍｇ／Ｌまで低下した後、９９日迄なだらかな減少傾向を示し、０．４ｍｇ／Ｌの濃度に低下している。

鉄イオン濃度は、１４日目の検出量が０．２ｍｇ／Ｌとなっている。これは、多量に発生した鉄イオンが初期時に多量に存在するリン酸イオンとの反応によりリン酸鉄に変化したことに起因している。その後、リン酸イオン濃度が１．０ｍｇ／Ｌ〜０．４ｍｇ／Ｌと一定量を維持している状況下に於いて、鉄イオン濃度は１．０ｍｇ／Ｌと安定して検出されている。このことから、周囲からの雨水と共に流入する肥料や、鯉に投与する餌等に含まれているリンとの反応に平衡状態を保っており、藻類抑制剤が常に鉄イオンを発生していることが分かる。

以上の処置を施した結果、２７日後の観察においては、池の底、ならびに鯉が明瞭に見えるほどの透視状態となり、アオコの存在が確認できないほどの水質に改善した。尚、アオコが発生しない水温となる９月下旬まで、この状況が維持できた。

この結果、水中に存在しているリン酸イオンが、藻類抑制剤から発生する鉄イオンと反応してリン酸鉄に変化し、アオコの成長ならびに増殖を抑える効果が発揮されていることが分かる。

[実施例２]
アオコ等の藻類の発生を抑制するために供した池８の面積は５６０ｍ^２、深さ１．２ｍ、全容積６７２ｍ^３である。ゴルフ場内からリンを含む植生用の肥料が雨水と共に流入してくる条件下にあり、水質が悪い状態となっている。そのため、アオコが発生しており、景観が悪いため、ゴルフプレーヤーから不評をかっていた。水質を検査した結果、リン酸イオン濃度が３．３ｍｇ／Ｌである。このような状態が毎年５月〜１０月にかけて発生しているため、アオコの発生防止に苦慮していた。

藻類抑制剤の原料である還元鉄９００ｇをポリプロピレン製の不織布袋に入れ、同質の硬質ネットで全体を平らに覆った。藻類抑制剤５の形状寸法は縦２５ｃｍ、横２４ｃｍであり、両面を合わせて全表面積は１２００ｃｍ^２である。この藻類抑制剤の横端辺に発泡ポリエチレン製の浮子４を固定し、収納ケース１内に装着した。これを１セットとし、３０セットを池９に浸漬させた。尚、収納ケース１を支持部３ａの結束孔３ｂを介して、枝綱８ｂを幹綱８ａに２．５ｍ長さの間隔で５セットを連結させ、且つ幹綱８ａを４メートル間隔で平行に６連を敷設して、幹綱両端を池９の淵に固定用ピン１０で固定した。ここで使用した枝綱はナイロン製のテグスである。

調査測定期間は、アオコが発生している４月下旬〜９月下旬の約５ヶ月間とした。その期間に於ける藻類抑制剤による池の水質変化を表４に示す。

表４をもとに、図１４について説明する。リン酸イオンは藻類抑制剤浸漬直後から減少し始め、４８日目には１．０ｍｇ／Ｌまで低下した後、１４７日迄なだらかな減少傾向を示し、０．３ｍｇ／Ｌの濃度に低下している。

鉄イオン濃度は、４８日目の検出量が０．１ｍｇ／Ｌとなっている。これは、多量に発生した鉄イオンが初期時に存在するリン酸イオンとの反応によりリン酸鉄に変化したことに起因している。その後、リン酸イオン濃度が０．５ｍｇ／Ｌ〜０．３ｍｇ／Ｌと一定量を維持している状況下に於いて、鉄イオン濃度は０．２ｍｇ／Ｌ〜０．３ｍｇ／Ｌと安定して検出されている。このことから、周囲からの雨水と共に流入する肥料に含まれているリンとの反応に平衡状態を保っており、藻類抑制剤が常に鉄イオンを発生していることが分かる。

以上の処置を施した結果、藻類抑制剤浸漬後の１５日目の観察においては、池表面にアオコの死骸が漂っている状況にあった。この現象は、アオコが生存上必要としているリンが、藻類抑制剤から発生する鉄イオンと化合してリン酸鉄となったために不足し、その結果、死滅に至った事を示している。表４の、藻類抑制剤浸漬開始から４８日までのリン酸イオン濃度変化より、３．３ｍｇ／Ｌから１．０ｍｇ／Ｌへの減少から、アオコの死滅原因がリン不足によることが分かる。尚、４８日後の観察においては、池の底が明瞭に見えるほどの透視状態となり、アオコの存在が確認できないほどの水質に改善した。この状況は、アオコが発生しない水温となる９月下旬まで維持できた。

この結果、水中に存在しているリン酸イオンが、藻類抑制剤から発生する鉄イオンと反応してリン酸鉄に変化し、アオコの成長ならびに増殖を抑える効果が発揮されていることが分かる。

［実験例１］
リン酸二水素カリウム５ｇと還元鉄５ｇを、１００ｍＬの蒸留水にいれ、時々撹拌しながら５日間常温保管後、ろ過後の残渣を試料として、Ｘ線回折装置を用いて、本発明の藻類抑制剤とリンとの結晶構造を測定した。

測定条件は、Ｘ線回折装置（ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ製、Ｘ’Ｐｅｒｔ ＰＲＯ）を使用し、Ｘ線管球（Ｃｕ ＬＦＥ）、Ｘ線出力（４５ｋＶ−４０ｍＡ）、スキャン速度（０．０６６８４５°／ｓ）、スキャン間隔（０．０１６７１１３°）、測定範囲（５．００３〜３５．０００°）の条件で測定を行った。結果を図１５に示す。

図１５に示すように、本発明の藻類抑制剤とリンとの反応物は、藍鉄鉱と同一の結晶構造を示し、本発明を実施することで、藍鉄鉱が生成されることを確認できた。

本発明の藻類抑制剤は、鉄鋼の熱間圧延や熱間鍛造で発生する酸化鉄に、還元処理を施し再利用したものである。この還元鉄の固体外部から固体内部にわたる間隙を有効に活用して鉄イオンを発生させ、水中に含まれているリン酸イオンと反応させてリン酸鉄を形成し、藻類の発生を効果的に抑制させるものである。その結果、湖沼等の水環境維持に大きく貢献するものである。

尚、本発明の藻類抑制剤は、廃棄物由来の原料を使用しており、安価である。且つ、収納ケースは敷設が容易な構造となっているため、交換等の維持保全に人手をほとんど必要とせず、費用負担が少ない。その結果、藻類の発生防止対策に取り入れることが容易となり、環境維持に大きく貢献するものである。

１ 藻類抑制剤の収納ケース
２ａ 抵抗板
２ｂ 抵抗板
３ａ 支持部
３ｂ 綱固定孔
３ｃ 嵌合部
３ｄ ベアリング部
４ 浮子
５ 藻類抑制剤
６ 容器
７ 固定容器
８ａ 幹綱
８ｂ 枝綱
９ 池
１０ 固定用ピン
１１ 貫通管
１２ 支持体
１３ 水深位置調整用ストッパー
１４ 錘
１５ 浮き
１６ 水底
１７ 水面
１８ 浮き方向

Claims (5)

1. 鉄および鉄鋼よりなる群から選ばれる一種以上を含む鉄材を含有し、
   前記鉄が、純鉄および銑鉄よりなる群から選ばれる一種以上であり、
   前記鉄鋼が、鋳鉄、普通鋼、鋳鋼、鍛鋼および特殊鋼よりなる群から選ばれる一種以上であり、
   前記鉄材の固体外部から固体内部にわたる間隙を有することで、
   藻類の養分である水溶性リンと化合する鉄イオンを継続的に発生させ、化合したリン酸鉄を沈殿させてリン濃度を低減すると共に、化合したリン酸鉄の硫化水素による分解を防ぐことで低減したリン濃度の状況を安定的に保ち、
   前記鉄材が、前記鉄および前記鉄鋼よりなる群から選ばれる一種以上を熱間圧延および／または熱間鍛造することで生成される酸化鉄を、還元雰囲気下により熱処理して生成した還元鉄を有し、
   前記還元鉄の固体外部から固体内部にわたる間隙が形成されていることを特徴とする藻類抑制剤。
2. 請求項１記載の藻類抑制剤を透水性の容器に充填し、
   その容器の上部に浮子を配置して揺動を容易ならしめることにより、鉄イオンの拡散を促して藻類抑制効果を増幅させ、
   さらに鉄成分が減少した際には、浮子の浮力で浮上して藻類抑制剤の交換時期が判別できる構造であることを特徴とする藻類抑制剤の収納ケース。
3. 前記藻類抑制剤の収納ケースの底面中央部から垂直下方に一本の棒状の支持部を設け、
   前記藻類抑制剤の収納ケースと前記支持部とは固着せずに回動容易な構造とし、
   前記支持部で水底に固定し、
   前記藻類抑制剤の収納ケースの側面には複数枚の抵抗板を設け、
   水流により水平方向に回転できることを特徴とする請求項２記載の藻類抑制剤の収納ケース。
4. 請求項１記載の藻類抑制剤中の鉄成分が減少し、藻類の抑制効果が終了した時点で、敷設用の幹綱に連結している枝綱を介して、枝綱に連結している請求項２または３記載の藻類抑制剤の収納ケースが水中から水面に浮上することを特徴とする藻類抑制剤の収納ケースの敷設器具。
5. 請求項２記載の藻類抑制剤の収納ケースの中央部に垂直に貫通管を設け、前記藻類抑制剤の収納ケースを上下に移動させるための支持体を貫通管に通して、
   前記支持体下部には固定用の重りを取付け、
   前記支持体上部には浮きを取付け、
   水深位置調整用のストッパーを前記藻類抑制剤の収納ケースの下部の支持体位置に固定することにより、
   水底の地形の影響を受けることなく敷設できることを特徴とする藻類抑制剤の収納ケースの敷設器具。