JP5928056B2 - 水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、閉鎖性海域（例えば内湾部）、生活排水が流入する河川や湖沼水域、養殖水域などのような、底質からメタン含有ガスが発生しやすい水域において、底質に底質改質材を敷設することにより、物理的・化学的な作用によって底質からのメタン含有ガスの発生を抑制する方法に関するものである。

生活排水が流入する河川、湖沼水域や閉鎖性海域、残餌や糞が沈積し易い養殖場の水底など、有機物の流入量が多い水域では、底質が貧酸素状態に陥り易く、沈積した有機物の分解が嫌気的に進むとメタンガスが発生することが知られている。このような底質でのメタンガスの発生は、水底の生物環境に悪影響を与えるだけでなく、大気中に放出されて地球温暖化にも影響を及ぼすと考えられる。

メタンガスは地球温暖化ガスであると言われており、地球温暖化に対する影響は、同じモル数で二酸化炭素の約２０倍であるとされている。そのため、メタンガスの発生を抑制することは、地球温暖化抑制の観点から重要であると考えられる。それにも関わらず、従来、海域や河川からメタンガスが発生する問題については、看過されていた感がある。

スラグ覆砂によりメタンガスの発生を抑える技術として、特許文献１には、底泥が堆積した水底を高炉水砕スラグで覆砂し、間隙水がｐＨ８以上となる好気性覆砂層を形成し、その下層に、高炉水砕スラグと製鋼スラグの混合物からなり、製鋼スラグのアルカリ刺激により固結を生じる下部覆砂層を形成する方法が開示されている。

特許第４４２３９６２号公報

特許文献１の方法は、メタンガスの発生を抑える作用として、アルカリ分でメタン生成菌の活性を低下させる、覆砂層をアルカリ刺激で固化させることにより物理的に蓋をする、という２つの作用を狙ったものである。しかし、本発明者らが検討したところによれば、これらの作用によるメタンガスの発生抑制効果は限定的であり、メタンガスの発生抑制は十分ではないことが判った。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、閉鎖性海域、生活排水が流入する河川や湖沼水域、養殖水域などのような底質からメタン含有ガスが発生しやすい水域において、底質に底質改質材を敷設することにより、底質からのメタン含有ガスの発生を長期間にわたって安定的に抑制することができる方法を提供することにある。

特許文献１の方法は、メタンガスの発生抑制効果が限定的であり、メタンガスの発生抑制が十分でない理由は必ずしも明らかではないが、本発明者らが検討したところによれば下部覆砂層の酸化還元電位の改善が見られなかったことから、以下のように考えられる。まず、下部覆砂層において、高炉水砕スラグが製鋼スラグによるアルカリ刺激を受けて固化する過程で、高炉水砕スラグが内包する硫黄分（高炉水砕スラグ中には硫黄分が０．６mass％程度含有されている）が硫化物としてスラグ間隙水に溶出することが原因と考えられる。溶出した硫化物は溶存酸素を消費し、下部覆砂層を嫌気的にすることにより、水底中のメタン生成菌が活性を持ち、メタンガスが発生したと考えられる。そして、発生したメタンガスは、下部覆砂層が固化する前にガスの通り道を作ったと考えられる。なお、特許文献１には、上部覆砂層を高い通水性によって好気的に保つことによるメタンガスの発生抑制効果も挙げられているが、本発明者らによる検討の結果では、特段の効果は見られなかった。これは、メタンガス発生部と接触している部分が下部覆砂層（固結層）に限られ、且つ上記の理由で下部覆砂層が嫌気的になるため、上部覆砂層がメタン生成菌の活性化の抑制に関与できなかったためであると考えられる。

本発明者らは、以上のような検討結果に基づき、さらに検討を重ねた結果、底質改質材として、全鉄の含有量が所定レベル以上の製鋼スラグを用い、且つ高炉水砕スラグの使用量を抑えることにより、底質からのメタン含有ガスの発生を長期間にわたって安定的に抑制できることを見出した。
本発明は、以上のような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。

［1］メタン含有ガスが発生する水域の底質に底質改質材を敷設することによりメタン含有ガスの発生を抑制する方法であって、
全鉄の含有量が１０mass％以上である製鋼スラグを含み、且つ高炉水砕スラグの含有量が０〜２０mass％未満である底質改質材を前記水域の底質に敷設し、該底質改質材の少なくとも一部が底泥に埋没することにより生じる底質改質材と底泥とが混在する層において、底質改質材の敷設２ヵ月後における間隙水の酸化還元電位を−１０５ｍＶ以上とすることを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
［2］上記［1］の方法において、底質改質材を敷設層の平均厚さが４０ｍｍ以上となるように敷設することを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
［3］上記［1］又は［2］の方法において、底質改質材が製鋼スラグを４０mass％以上含有することを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。

［4］上記［1］〜［3］のいずれかの方法において、底質改質材の少なくとも一部を底泥に埋没させて、底質改質材と底泥とが混在する層の平均厚さが１０ｍｍ以上となるように、底質改質材を敷設することを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの方法において、底質改質材の底泥に埋没しない層の平均厚さが１０ｍｍ以上となるように、底質改質材を敷設することを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
［6］上記［5］の方法において、底質改質材を２回以上に分けて水中に投入して敷設するとともに、少なくとも１の連続する２回の投入において、先に投入する底質改質材の平均粒径が、後に投入する底質改質材の平均粒径よりも小さいことを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。

［7］上記［5］又は［6］の方法において、底質改質材を２回以上に分けて水中に投入して敷設するとともに、少なくとも１の連続する２回の投入において、両投入の間に１時間以上の間隔を設けることを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの方法において、製鋼スラグが、溶鉄の精錬プロセスにおいて副生した製鋼スラグを破砕した後、１ヶ月以上の自然エージング、蒸気エージング、高圧蒸気エージング、温水エージングのうちの１種以上のエージングを施し、表面に水酸化鉄を生成させたものであることを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの方法において、製鋼スラグの塩基度［mass％ＣａＯ／mass％ＳｉＯ_２］が３以下であることを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。

本発明によれば、閉鎖性海域（例えば内湾部）、生活排水が流入する河川や湖沼水域、養殖水域などのような底質からメタン含有ガスが発生しやすい水域において、底質に特定の底質改質材を敷設することにより、底質からのメタン含有ガスの発生を長期間にわたって安定的に抑制することができる。

メタンガスが発生する水域の底質から採取した底泥に製鋼スラグを敷設した上で人工海水を注入した製鋼スラグ敷設試料と、同じ底泥に製鋼スラグを敷設することなく人工海水を注入した対照試料を作成し、両試料から底質間隙水と底質直上水をそれぞれ継続的に採取し、それらの酸化還元電位を測定した結果を示すグラフ 図１に示す結果を得た試験方法を示す説明図

本発明は、底質からメタン含有ガスが発生しやすい水域、例えば、内湾部などの閉鎖性海域、生活排水が流入する河川や湖沼水域、養殖水域などにおいて、底質に製鋼スラグを含む底質改質材を投入して敷設することにより、化学的な作用によって底質からのメタン含有ガスの発生を抑制する方法である。ここで、底質とは、一般に海域や河川・湖沼などの水域における水底表層部のことであり、この表層部は、主に、河川の上流側から川の流れによって運ばれてきた砂泥、生物の遺骸などの有機物、不溶性塩などの沈降物などが堆積して形成されたものである。
底質のなかでも、内湾部などの閉鎖性海域、生活排水が流入する河川や湖沼水域、養殖水域（例えば、養殖筏が設置されているような水域）の底質は、特にメタン含有ガスが発生しやすく、したがって、本発明法はこのような水域に好適な方法である。また、底質から発生するメタン含有ガスとしては、メタンガス単味の場合も含まれるが、通常は、メタンガス以外に二酸化炭素などのガス成分が含まれる。

本発明法では、全鉄の含有量が１０mass％以上である製鋼スラグを含み、且つ高炉水砕スラグの含有量が０〜２０mass％未満である底質改質材を水域の底質に敷設する。
本発明法を適用する水域の底質は、含水率２００mass％以上の底質であることが好ましい。このような底質は、改質が必要な底質として最も一般的であると同時に、後述するように、所定の製鋼スラグを含む底質改質材が底泥に一定量沈み込むことで、底質改質材と底泥との混在領域において両者の接触面積が増大することにより、効果的に底質の改質を行うことができるからである。
製鋼スラグとは、溶鉄を精錬する過程で副生する酸化精錬スラグであり、工程により成分の異なったスラグが発生する。具体的には、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉酸化スラグなどがある。また、溶銑予備処理スラグとしては、脱珪スラグ、脱リンスラグ等がある。これらを単独で使用しても、また２種以上を適宜混合して使用してもよい。

本発明において底質改質材として使用する製鋼スラグは、全鉄（トータルＦｅ）の含有量が１０mass％以上であることが必要であり、１５mass％以上であることがより好ましい。その理由は、そのような製鋼スラグを底質に敷設することにより、含有する鉄分によって化学的にメタンの生成を抑制できる作用が得られるからである。製鋼スラグの鉄分は水中で水酸化鉄（３価）となり、この水酸化鉄が２価になる下記のような還元反応が生じ（Ｆｅ^３＋が酸化剤となる）、酸化還元電位が高められるものと考えられる。
Ｆｅ^３＋＋ｅ⁻→Ｆｅ^２＋

この３価鉄イオンの還元反応は、下記のようなメタン生成反応よりも優先して生じる。
ＣＯ_２＋８Ｈ^＋＋８ｅ⁻→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ
嫌気的な条件で酸化還元電位が−２００ｍＶ程度以下に低くなれば、メタン生成が進行するが、上記３価鉄イオンの還元反応により酸化還元電位が上昇するため、メタン生成がほとんどなくなる。これによって、メタンガスの発生を効果的に抑制することができる。
製鋼スラグの全鉄の含有量が１０mass％未満では、鉄イオンの活量が低いために、上記の反応による酸化還元電位の上昇量が十分でない。

図２に示すように、２Ｌ広口ビン内にメタンガスが発生する水域の底質から採取した底泥を８０ｍｍ厚さに敷設し、その上に製鋼スラグ（脱リンスラグ，全鉄含有量１７mass％，塩基度１．２２，自然エージング６ヵ月間）を厚さ４０ｍｍに敷設（上置き）し、その上に人工海水を８０ｍｍ深さに注入した後、ビンを密栓し、製鋼スラグ敷設試料とした。比較のため、製鋼スラグを敷設しないで上記底泥と人工海水のみを入れたものを作製し、対照試料とした。製鋼スラグ敷設試料のスラグ間隙水とスラグ直上水（製鋼スラグ敷設層の直上水）の酸化還元電位を、また対照試料の底泥間隙水と底泥直上水の酸化還元電位を、それぞれ酸化還元電位計で測定した。その結果を図１に示す。これによれば、対照試料では酸化還元電位が著しく低下したのに対し、製鋼スラグ敷設試料では、酸化還元電位が高いまま推移し、スラグ間隙水の酸化還元電位は対照試料の底泥直上水の酸化還元電位よりも高かった。すなわち、上記のように製鋼スラグを敷設することにより、底質間隙水の酸化還元電位が高く改善されることが示された。さらに、直上水の酸化還元電位も高く保たれたことから、底質による直上水の酸化還元電位低下も防止できることが示された。後に示すようにメタン生成菌は酸化還元電位が−１００ｍＶよりも低下するに従い活性を増し、メタン生成速度が次第に増大するが、製鋼スラグ敷設試料では、底質間隙水の酸化還元電位が３０ｍＶ以上に維持されたことから、メタンガスの発生を抑制できることが示された。

底質改質材中での製鋼スラグの含有量（割合）は、底質の改善効率の面から４０mass％以上、より好ましくは６０mass％以上であることが好適である。一方、底質改質材中での製鋼スラグの含有量の上限はなく、全量が製鋼スラグであってもよい。
底質改質材は高炉水砕スラグを含有してもよいが、その含有量は２０mass％未満であることが必要であり、全く含まないことがさらに望ましい。その理由は、さきに述べたとおり、高炉水砕スラグが製鋼スラグによるアルカリ刺激を受けて固化する過程において、高炉水砕スラグが内包する硫黄分が硫化物としてスラグ間隙水に溶出し、溶出した硫化物は溶存酸素を消費し、嫌気的にすることにより、水底中のメタン生成菌が活性を増大させる可能性があるからである。
底質改質材は、製鋼スラグ、高炉水砕スラグ以外に、有害物質の溶出がない材料（物質）、例えば、砂利、砂、有害物質の溶出が環境基準よりも十分低いことが既知である建設残土、廃コンクリート、ゴミ溶融スラグ等の１種以上を含むことができる。

製鋼スラグは、エージング処理したもの、すなわち、溶鉄の精錬プロセスで副生した製鋼スラグを破砕した後、１ヶ月以上の自然エージング、蒸気エージング（常圧）、高圧蒸気エージング、温水エージングのうちの１種以上のエージングを施し、表面に水酸化鉄を生成させたものであることが好ましい。これは、エージング中に表面水と鉄分を水和反応させることにより、水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）_３）又はオキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）を生成させ、鉄を予め３価にしておくことが狙いである。これにより、鉄分が水中で２価から３価になるときに酸化還元電位が低くなることを抑えることができる。また、エージング中の表面水と鉄分の水和反応を促進させるため、自然エージング中に人為的に散水することも効果がある。

製鋼スラグの塩基度［mass％ＣａＯ／mass％ＳｉＯ_２］は、３以下、より好ましくは２以下であることが好適である。これは、製鋼スラグの塩基度が３を超えると、スラグ直上水およびスラグ間隙水のｐＨが高くなりすぎるおそれがあるからである。スラグ間隙水のｐＨが高くなりすぎると、酸化還元電位が低下してメタン生成菌の活性を高めてしまい、メタンガスの発生抑制効果が低下するおそれがある。また、塩基度が２以下であれば、エージング期間中にスラグ中に含有される金属鉄の酸化量が増大することから、さらに好ましい条件となる。溶鉄の酸化精錬で発生する塩基度が３以下の製鋼スラグは、遊離ＣａＯの含有量が非常に低いため、エージング前後での粒径変化は顕著ではない。したがって、エージング処理を実施しないでも、水中に敷設後にＣａＯの水和反応による膨張でスラグ粒子が崩壊したり、粉化したりする問題はなく、上述したエージング処理は水酸化鉄の生成促進を目的として実施する。
塩基度の下限は特に限定しないが、製鋼スラグでは一般的に０．５以上であり、溶出水が弱アルカリ性〜アルカリ性になるのが一般的である。

底質改質材は、ＪＩＳの標準篩による篩い分けを基に算出した質量平均粒径（以下、単に「平均粒径」という。）が２〜３０ｍｍの範囲で、底質改質材を敷設する底質の特性に応じて、以下に示すような構成の敷設層を形成するのに適したものを、適宜選択あるいは調整して用いることが望ましい。平均粒径が２ｍｍ未満では、後述するような底泥との共存層厚みが不十分になりやすく、一方、平均粒径が３０ｍｍより大きいと底質改質材の比表面積が不足して、化学的な底質の改質作用が小さくなりやすいことから、上記の範囲とすることが望ましい。また、後に示すように、底質改質材の粒子間に十分な大きさと容積比率の間隙を形成して、有機物の好気的分解を促進するためには、底質改質材には粒径１ｍｍ未満の細粒分比率が３０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下のものを用いることが望ましい。

本発明法では、底質改質材を既存の底質（水底）に層状に敷設するものであるが、その敷設層上面レベルは、底泥の堆積面と同じかそれよりも高いことが好ましい。すなわち、一般に、底質改質材を既存の底質（水底）に敷設すると、底質の性状や底質改質材の粒度、投入量などに応じて、少なくともその一部が底泥中に埋没してしまうことがあるが、その場合でも、敷設層上面の高さが底泥の堆積面以上であることが好ましく、特に、底泥の堆積面よりも平均で１０ｍｍ以上、望ましくは３０ｍｍ以上高いことがさらに好ましい。すなわち、底質改質材の底泥に埋没しない層の平均厚さが１０ｍｍ以上、望ましくは３０ｍｍ以上となるように、底質改質材を敷設することが好ましい。この理由は、投入した底質改質材が既存の底泥中に全て埋没してしまうと、長期的には底泥の上に積もった状態になる沈積有機物からのメタンガス発生の抑制効果が十分に得られないからである。また、底質改質材上面の高さを底泥の堆積面よりも平均で１０ｍｍ以上（望ましくは３０ｍｍ以上）高くした場合は、底質改質材の間隙に沈降する有機物は、好気的環境下で分解が促進されるため、メタンガス発生の抑制効果が長期間持続される。なお、敷設された底質改質材上面の高さには特別な上限はない。

底質改質材は、既存の底質上に投入して敷設し、その敷設層の平均厚さは４０ｍｍ以上、より好ましくは１００ｍｍ以上であることが好適である。ここで、敷設層の平均厚さを上記のように制御するには、底質改質材の嵩体積を敷設面積で除した平均値で該平均厚さを推定して敷設するようにすればよい。底質改質材の敷設層の平均厚さが４０ｍｍ未満では、底質改質材の厚さが十分でないために、底質の化学的な改質作用が小さく、このため底質からのメタン含有ガスの発生抑制効果が小さくなる。

また、底質改質材を底質に敷設した際に、底質改質材と既存の底泥とが混在する層（以下、説明の便宜上「共存層」という）が平均厚さで１０ｍｍ以上、望ましくは３０ｍｍ以上形成されることが好ましい。ここで、共存層の平均厚さは、上記の敷設層の平均厚さと底泥堆積面上の敷設層の厚さを測定した平均値との差で算出できる。このような共存層が形成されるのが好ましい理由は、投入した底質改質材が全て底泥の上に乗り、共存層が無い状態で敷設すると、製鋼スラグによる底質の改善効果が底泥との接触面に限られ、その分、底質の化学的な改質効果が小さくなるからである。底泥と製鋼スラグを含む底質改質材の共存層を平均厚さで１０ｍｍ以上、望ましくは３０ｍｍ以上とすることにより、その共存層において底質が改質された層が形成され、メタン生成菌の活動をより効果的に抑えることができ、メタンガスの発生を特に低く抑えることが可能になる。
上記のような共存層を形成する場合、底質に投入された底質改質材の沈み込み分を考慮して施工厚みを決定する。
なお、上記の共存層の平均厚さや底泥堆積面上の敷設層の平均厚さを上記のように制御するには、後に示すように適当な予備実験やモデル実験による測定値あるいは推定値や、底質の特性を測定した結果と投入する底質改質材の特性とに基づく計算値を用いて、各平均厚さを推定して敷設するようにすればよい。

底質改質材の底質への投入は、後述するような条件にしたがい、２回以上に分けて行うことが好ましい。なお、以下の説明において、任意の連続した２回の投入のうち、先（以下「１回目」という）の投入により形成される層を下層、後（以下「２回目」という）の投入により形成される層を上層という。
底質改質材を２回に分けて投入する際に、それぞれの敷設厚みは、後述するような潜り込み深さ等によって決まるが、下層と上層の厚さの比は、［下層の敷設厚さ／上層の敷設厚さ］＝０．１〜５程度の範囲とすることが好ましい。この敷設厚みの比は、敷設場所の底質の特性に応じて上述した好ましい敷設層の構造を得るために、適宜調整することができる。
また、底質改質材の投入回数は、３回以上の任意の回数とすることもできるが、あまりに投入回数が多くなると投入作業の効率が損なわれるため、２回が最も好ましい。

底質改質材の投入を２回以上に分けて行うに際しては、２回以上の投入のうちで少なくとも１の連続した２回の底質改質材投入において、１回目に投入する底質改質材の平均粒径を、２回目に投入する底質改質材の平均粒径より小さくすることが好ましい。この理由は、底質改質材の粒度が小さいほど底泥への潜り込み量が小さいことから、１回目の投入において、比較的少量の底質改質材投入量で底泥に埋没しない層を形成できるからである。その粒径に特別の制限はないが、２〜１０ｍｍ程度の平均粒径（ＪＩＳの標準篩による篩い分けを基に算出した質量平均粒径。以下同様。）を有する底質改質材が、１回目に投入する底質改質材として好ましい。平均粒径が２ｍｍ未満では、底泥との共存層厚みが不十分になる場合があり、一方、平均粒径が１０ｍｍより大きいと底泥への潜り込み量が小さい効果が十分得られなくなるためである。このようにして底質改質材の下層を形成した後に、上層の底質改質材を投入する場合には、前記下層によって底質の剪断抵抗値が増大するため、上層の底質改質材に粒子径の比較的大きいものを用いても、底泥への潜り込み深さを小さくできる効果があり、底泥に埋没しない底質改質材の敷設層をより有利に形成することができる。

一方、底質改質材の粒度が大きい場合、沈積有機物が底質改質材の隙間に安定して沈降することができる。そのため、２回目に投入する底質改質材としては、その粒径に特別の制限はないものの、５〜３０ｍｍ程度の平均粒径（ただし、上層の平均粒径＞下層の平均粒径）を有することが好ましい。平均粒径が５ｍｍ未満では、底質改質材粒子間の間隙を形成する効果が不十分になる場合があり、一方、平均粒径が３０ｍｍより大きいと上層部分の底質改質材の比表面積が不足して、有機物の好気的分解を促進する効果が十分に得られない場合があるためである。また、上層の底質改質材粒子間に十分な大きさと容積比率の間隙を形成して、有機物の好気的分解を促進するためには、上層の底質改質材には粒径１ｍｍ未満の細粒分比率が３０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下のものを用いることが望ましい。

上層と下層の底質改質材の平均粒径の比［上層の底質改質材の平均粒径／下層の底質改質材の平均粒径］は、１．０超２．５以下程度が好ましく、１．３〜２．０程度がより好ましい。平均粒径の比の値が１．０以下では、下層の底質改質材の底泥への過度な潜り込みを抑制しつつ上層の底質改質材粒子間の間隙を大きくする効果が得られず、一方、平均粒径の比の値が２．５よりも大きいと、下層の底質改質材と底泥との共存層厚みが小さくなったり、上層の底質改質材の比表面積が小さくなったりする場合があるためである。
また、２回目に投入する底質改質材の敷設厚みは、特に限定されるものではないが、特に、下記（1）式を満足することが好ましい。この理由は、２回目に投入した底質改質材が泥に埋まらないためには、２回目に投入した底質改質材粒子の間隙中に、１回目に投入した底質改質材の上に堆積した泥が全量収まることが必要だからである。なお、下記（1）式中の「底質改質材の間隙率Ａ（％）」は、１００％からＪＩＳ−Ａ−１１０４に準拠して求めた実積率（％）を差し引いた値である。
Ｈ≧（ｈ／Ａ）×１００ …（1）
ここで ｈ：１回目に投入した底質改質材の上に堆積する泥の厚み（ｃｍ）
Ｈ：２回目に投入する底質改質材の敷設厚み（ｃｍ）
Ａ：２回目に投入する底質改質材の間隙率（％）

また、底質改質材の投入を２回以上に分けて行うに際しては、２回以上の投入のうちで少なくとも１の連続した２回の底質改質材投入において、１回目と２回目の投入の間で、少なくとも１時間の間隔を設けることが好ましい。これは、１回目の投入により舞い上がった底泥及び底質改質材に含まれる微細粒子を沈降させるためである。このようにして舞い上がった底泥を沈降させると、その多くは底質改質材の間隙に沈降するなどして底質改質材と混合された状態となるため、その後に２回目の底質改質材を投入する際に舞い上がる底泥の量は、下層の底質改質材を投入する場合に比べて減少するようになる。したがって、底質改質材の投入量が比較的小さい場合や、底質改質材の粒径が比較的小さい場合でも、敷設後に最終的に沈降する底泥によって底質改質材が完全に埋没しないようにすることができる。なお、前記時間間隔の上限に特別の制限はないが、４８時間程度が好ましい。それ以上に長時間としても効果が飽和するからである。

本発明法により改質を行う底質への底質改質材の投入手順について、その具体例を説明する。なお、本発明における底質改質材の投入手順は、以下に説明する手順に限定されるものではない。
まず、改質をしたい底質の性質を求める。例えば、含水率および／またはせん断抵抗値を、底質の有機物含有量等と併せて測定し、含水率および／またはせん断抵抗値と底質の有機物等の深さ方向の分布を求める。

次いで、含水率および／またはせん断抵抗値の深さ方向分布の測定結果に応じて、底質改質材の荷重による底質への潜り込み深さを計算して決定する。その際、投入する底質改質材の比重や粒径、間隙率を調整して、所望の底質改質材を作製する。なお、本発明においては、底質に対して完全に埋没しない量の底質改質材を投入することが肝要であることは前述したとおりである。また、底質改質材の底泥への潜り込み深さは、実際の潜り込み深さを予備実験等で直接測定して推定することもできる。ここで、予備実験としては、（i）実際の敷設場所またはこれと底質が同等である場所の小区画に、実際に敷設する場合と同じ方法で底質改質材を投入する実験、（ii）実際の敷設場所またはこれと底質が同等である場所で、潜り込み深さを測定可能な底質改質材の模擬粒子を投入して行う実験、（iii）水槽に設置した底質試料上に底質改質材またはその模擬試料を投入するモデル実験、などがある。このうちモデル実験では、乱さないように採取した底質試料を水槽に設置した後、水中で安定化させたものに、底質改質材またはその模擬試料を投入するに際し、底質改質材の投入量や粒径、水深などを種々変更して行い、相似条件などを考慮して実際の底質改質材の潜り込み深さを推定する方法などを用いることができるが、これには限定されない。

底質からメタン含有ガスが発生する水域において、水底に２ｍ×２ｍの区画を複数設け、各区画に種々の底質改質材を敷設し、敷設して２ヵ月後に敷設層下部の底泥との共存層の間隙水の酸化還元電位とメタンガスの発生量を調査した。その結果を、底質改質材の敷設条件とともに表１及び表２に示す。
共存層の厚さは、敷設量（体積）と敷設面積から単純に計算した敷設層の平均厚さから、底泥堆積面上の敷設層厚さの測定値（平均値）を差し引いた値とした。
共存層の間隙水の酸化還元電位の測定は、チューブの先端が多孔質物質で閉止された採水プローブを共存層に埋め込み、この採水プローブで間隙水を採取し、酸化還元電位計で測定した。また、メタンガスの発生量の測定は、ジョウゴの狭いほうの口に袋を取り付け、底質の直上に広い口を下に向けて設置して袋にガスを捕集し、一定時間後に引き上げて体積を測定し、単位面積・時間当たりのメタンガス発生量を求めた。
表１において、敷設層の平均厚さと共存層の平均厚さの差が、底泥堆積面上の底質改質材層の平均厚さを意味する。ここで、No.２５の実施例では、底質改質材の５０体積％の底泥を採取して、予め底質改質材と混合したものを投入して敷設するようにしたため、底質改質材が完全に底泥に埋没している敷設状態であった。その他の例では、水面上から底質改質材を１回または２回で投入して敷設した。

底質改質材を敷設しなかった比較例（No.１）や底質改質材として天然石を敷設した比較例（No.２）と較べて、所定の底質改質材を敷設した本発明例は、メタンガスの発生量の低減効果が大きく、そのなかでも、製鋼スラグの含有鉄分が多いほど（No.４〜７）、敷設層の平均厚さが大きいほど（No.３、８〜１１）、製鋼スラグの配合量が多いほど（No.４、１２〜１４）、製鋼スラグの塩基度が低いほど（No.４、１５、１６）、また、製鋼スラグのエージングを行うほど（No.４、１７〜２０）、効果が顕著である。また、高炉水砕スラグを含有すると（No.２１、２２）、メタンガスはむしろ増加している。また、酸化還元電位が−１００ｍＶ程度までは、メタンガス発生速度は２００ｍｌ／ｍ^２・ｈｒ以下と比較的低位に抑制されているが、これよりも低下するに従って、メタンガス発生量は急激に増加する傾向にあることが判る。また、底泥堆積面上の底質改質材層が無い場合（No.２５）と、ほぼ同じ条件で底泥堆積面上の底質改質材層が有る場合（No.８）とを比較すると、後者の方がメタンガス発生速度が低減する傾向であることが判る。

Claims (9)

1. メタン含有ガスが発生する水域の底質に底質改質材を敷設することによりメタン含有ガスの発生を抑制する方法であって、
   全鉄の含有量が１０mass％以上である製鋼スラグを含み、且つ高炉水砕スラグの含有量が０〜２０mass％未満である底質改質材を前記水域の底質に敷設し、該底質改質材の少なくとも一部が底泥に埋没することにより生じる底質改質材と底泥とが混在する層において、底質改質材の敷設２ヵ月後における間隙水の酸化還元電位を−１０５ｍＶ以上とすることを特徴とする水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
2. 底質改質材を敷設層の平均厚さが４０ｍｍ以上となるように敷設することを特徴とする請求項１に記載の水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
3. 底質改質材が製鋼スラグを４０mass％以上含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
4. 底質改質材の少なくとも一部を底泥に埋没させて、底質改質材と底泥とが混在する層の平均厚さが１０ｍｍ以上となるように、底質改質材を敷設することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
5. 底質改質材の底泥に埋没しない層の平均厚さが１０ｍｍ以上となるように、底質改質材を敷設することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
6. 底質改質材を２回以上に分けて水中に投入して敷設するとともに、少なくとも１の連続する２回の投入において、先に投入する底質改質材の平均粒径が、後に投入する底質改質材の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
7. 底質改質材を２回以上に分けて水中に投入して敷設するとともに、少なくとも１の連続する２回の投入において、両投入の間に１時間以上の間隔を設けることを特徴とする請求項５又は６に記載の水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
8. 製鋼スラグが、溶鉄の精錬プロセスにおいて副生した製鋼スラグを破砕した後、１ヶ月以上の自然エージング、蒸気エージング、高圧蒸気エージング、温水エージングのうちの１種以上のエージングを施し、表面に水酸化鉄を生成させたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。
9. 製鋼スラグの塩基度［mass％ＣａＯ／mass％ＳｉＯ_２］が３以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の水域の底質からのメタン含有ガスの発生抑制方法。

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