JP6207067B2 - 藻類増殖抑制方法 - Google Patents
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Description
例えば、ダム貯水池内で浅層曝気循環を行い、曝気の気泡により、水温躍層を動的に破壊して、表層の水温を低下させるとともに、藻類を有光層よりも深い位置に引き込むことにより、藻類の異常増殖を抑制する手法が提案されている。しかしながら、このような手法では、十分な効果を挙げていない例が多く見られる。
この手法は、閉鎖水域の表層に存在する金属類を酸化して沈降させ、これを藻類が利用できなくすることにより、間接的に藻類の増殖を抑制する方法に係り、閉鎖水域の表層に滞在する藻類への栄養源を断つことを想定している。
即ち、閉鎖性水域において、水温躍層により表層との水混合が妨げられている底層は、嫌気性になると底泥から金属類が溶出して高濃度に蓄積するが、藻類の中には、夜間に閉鎖水域の底層に沈降していると考えられる生態が確認され、こうした生態では、閉鎖水域の表層で利用できない金属類を閉鎖水域の底層に沈降して利用することが可能となる。
そのため、本発明者らは、閉鎖水域の底層における、藻類が増殖に利用する金属類の濃度を低下させ、これを利用することができないように対策を施すことで、より効果的に藻類の増殖を抑制することができることの知見を得た。
<1> 閉鎖水域に発生する藻類の増殖を抑制する藻類増殖抑制方法であって、表層と前記表層に比べて低温の底層との境界に水温躍層が形成される閉鎖水域の前記底層から吸引される底層水に空気を混合させ、溶存酸素を含む前記底層水としての酸素含有水のみを前記閉鎖水域における前記池底上2m以下の供給位置から前記閉鎖水域の前記底層に供給し、前記池底上1mにおける溶存酸素濃度を15mg/L以上とする酸素供給工程を含むことを特徴とする藻類増殖抑制方法。
<2> 酸素供給工程が、閉鎖水域における池底上1mである底層水のpHを6以上として実施する前記<1>に記載の藻類増殖抑制方法。
<3> 閉鎖水域の上流部表層の水面下2〜5mにおいて、河川水が流入する水深を電気伝導度で検知し、当該水深に、前記河川水に含まれる金属類を酸化させる金属酸化微生物を担持可能な担体を収容するとともに、前記河川水を通過させる反応槽を配し、前記反応槽に酸素を含む気体を供給する金属酸化微生物処理工程を含む前記<1>から<2>のいずれかに記載の藻類増殖抑制方法。
これにより、前記閉鎖水域に発生する前記藻類の増殖を効果的に抑制することができる。
この仕組みを図1,2を参照しつつ説明する。なお、図1は、水温躍層が形成された閉鎖水域の状態を示す説明図であり、図2は、本発明に係る藻類増殖抑制方法の一実施形態を示す説明図である。
これにより、底層中の溶存酸素濃度(以下、DO濃度という)が上昇し、前記底層水中に溶出した前記金属類を酸化させ、固体状となった金属酸化物(Fe2O3やMnO2等)を底泥上に沈殿させることができる。河川水中の金属類濃度は、もともと低濃度であり、底層からの金属類の拡散が抑制されるため、前記表層に滞在する前記藻類が前記金属類を利用することができなくなり、前記藻類の増殖が抑制されることとなる。また、前記表層に滞在する前記藻類が、前記底層まで沈降してきた場合であっても、前記底層水中に溶出される前記金属類が、前記金属酸化物として底泥上に沈殿されるため、前記藻類が前記金属類を利用することができず、前記藻類の増殖を抑制することができる。
そのため、酸素含有水供給機10から前記酸素含有水を前記底層中に供給する位置としては、前記池底上2m以下であり、できる限り、前記金属類の溶出源となる前記底泥近辺とすることが好ましい。
また、酸素含有水供給機10を用いた前記酸素含有水の供給は、閉鎖水域1が広大である場合、前記供給位置である限り、閉鎖水域1の水域を複数に分割して、これら各最深部で実施することとしてもよい。
また、酸素含有気体供給機11としても、必要な前記酸素供給能力が得られる限り、特に制限はなく、公知の酸素含有気体供給機を用いることができ、公知のエアコンプレッサ等を用いることができる。
こうした観点から、前記酸素供給工程としては、必要に応じて、閉鎖水域1における前記池底上1mである底層水のpHを6以上として実施することが好ましい。
前記pHの調整方法としては、特に制限はないが、pH低下の原因が前記二酸化炭素である場合には、前記酸素含有気体として、空気のように窒素を含む気体を用い、前記窒素中に前記二酸化炭素を脱気させて、これを閉鎖水域1外に排気する方法が好ましい。即ち、この空気を用いた方法によれば、pHの調整と同時に、前記酸素含有水を供給することができ、効率的な実施が可能となる。
前記金属酸化微生物処理工程は、河川水が流入する閉鎖水域の上流部表層の水面下2〜5mにおいて、河川水が流入する水深を電気伝導度で検知し、当該水深に、前記河川水に含まれる金属類を酸化させる金属酸化微生物を担持可能な担体を収容するとともに、前記河川水を通過させる反応槽を配し、前記反応槽に酸素を含む気体を供給する工程である。
この様子を図3を用いて説明する。なお、図3は、本発明に係る藻類増殖抑制方法の他の実施形態を示す説明図である。
この状態で、閉鎖水域1最上流部の前記金属類を高濃度に含む底層水を連行した河川水を担体処理装置20の反応槽に通過させ、この際、前記金属酸化微生物による酸化反応を進行させる。これにより、前記金属類を直接的に酸化させるとともに、流入する前記河川水に対して、酸化反応により増殖した前記金属酸化微生物が自然に担体から剥離して供給され、堤体2までの移流の間に、前記金属類の酸化を進行させ、前記金属類を前記金属酸化物として前記池底上に沈殿させることができる。
したがって、酸素含有水供給機10及び酸素含有気体供給機11による前記酸素供給工程と並行して、担体処理装置20及び曝気手段21による前記金属酸化微生物処理工程を実施すれば、前記金属類の利用を制限させて、より確実に前記藻類の増殖を抑制することができる。
また、曝気手段21としても、特に制限はなく、目的に応じて公知の装置から適宜選択して用いることができ、例えば、公知のエアーコンプレッサ等を用いることができる。
以下に、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の技術的思想は、この例に限定されるものではない。
藻類の異常増殖が問題となっている島根県の三瓶ダムを試験場とし、酸素含有水供給装置(松江土建株式会社製)を、台船からダム貯水池内に進水させ、酸素含有気体供給装置から酸素を供給することで、ダム貯水池内に高濃度酸素水を供給した。酸素含有水供給装置を用いた曝気の水深(曝気水深)を、ダム貯水池の最深水深27mに対して、25m(池底上2m)、15m、14mに適宜変更した。
なお、このDO濃度は、酸素含有水供給機の設置位置から2mほど横の地点の当該水深において、多項目水質計(Hydrolab社:DS−5X)により測定し、以降の測定でも、同様に測定した。
なお、これら全マンガン濃度、溶解性マンガン濃度、全鉄濃度及び溶解性鉄濃度は、次の方法により測定し、以降の測定でも、同様に測定を行った。
即ち、酸素含有水供給機の設置位置から2mほど横の地点の当該水深から試料を採取し、河川水質試験方法(案)(1997年版)に従い、ICP−MS(サーモフィッシャーサイエンティフィック社:X7CT)により測定した。
図6に、図4に示すDO濃度変化期間中の底層におけるpHの経日変化を示す。この図6に示すように、全期間を通してpHが6未満の低い値であり、このことが、2009年9月16日以降に、沈降藻類から溶出したマンガンを十分に酸化させることができなかった要因のひとつになったものと考えられる。
なお、このpHは、酸素含有水供給機の設置位置から2mほど横の地点の当該水深において、多項目水質計(Hydrolab社:DS−5X)により測定し、以降の測定でも、同様に測定した。
なお、濁度は、酸素含有水供給機の設置位置から2mほど横の地点の当該水深において、多項目水質計(Hydrolab社:DS−5X)により測定した。また、粒子態リン濃度の測定は、藻類に含まれる粒子態リンの濃度を測定することで、間接的に藻類濃度の測定を行うことを目的としたものであり、酸素含有水供給機の設置位置から2mほど横の地点の当該水深から試料を採取し、下水試験方法に従い、栄養塩自動分析装置(TRAACS2000型:ブラン・ルーベ社)により測定した。
図9に、図4に示すDO濃度変化期間中の表層における溶解性の窒素濃度及びリン濃度の経日変化を示す。また、図10に、図4に示すDO濃度変化期間中の底層における溶解性の窒素濃度及びリン濃度の経日変化を示す。なお、これらの図中、D−N及びD−Pは、溶解性の窒素及びリンを示し、T−N及びT−Pは、全窒素及び全リンを示す。
意外なことに、図9,図10で確認されるように、表層、底層の溶解性の窒素濃度及びリン濃度は、期間中、大きく変化しておらず、図7,図8に示した藻類濃度の変化との関連性が確認されないことから、溶解性の窒素濃度及びリン濃度が、藻類濃度の変化に与えた影響は、小さいと考えられる。なお、図9,図10では、全窒素濃度及び全リン濃度を併せて示しているところ、全窒素濃度及び全リン濃度については、藻類濃度の増減に対応した変化が確認される。これは、測定値が藻類に含まれる窒素及びリンの含有量を含んでいるためである。
なお、溶解性窒素濃度、溶解性リン濃度、全窒素濃度及び全リン濃度は、次の方法により測定した。
即ち、酸素含有水供給機の設置位置から2mほど横の地点の当該水深から試料を採取し、下水試験方法に従い、栄養塩自動分析装置(TRAACS2000型:ブラン・ルーベ社)により測定した。
先に行った2009年の実験では、既に表層に増殖していた藻類が沈降したこと、底層のpHが比較的低く溶解性マンガンの酸化速度を低下させたことから、溶解性マンガン濃度を安定的に低下させるには、至らなかった。
このため、2011年の実験では、夏当初(6月上旬)の藻類増殖前から、酸素供給を開始するとともに、底層pHの低下を抑制することとした。底層pHの低下は、有機物酸化等により生成された二酸化炭素が底層水中に蓄積したためと考えられるため、酸素含有水供給装置への供給気体を純酸素から空気に変え、蓄積した二酸化炭素を空気に含まれる窒素ガスによって脱気することにより、底層pHの低下を抑制することとした。
これら図11,図12に示すように、空気供給曝気を2011年6月から水深23m(池底上4m)で行ったところ、2011年7月19日には、極めて低い底層の溶解性マンガン濃度が達成され、表層の藻類濃度(濁度)も低い値に保持された。2011年7月28日に曝気水深を19mに引き上げたところ、底層のDO濃度が低下し、これに連れて、底層の溶解性マンガン濃度が上昇し、表層の藻類濃度が上昇したが、再び曝気水深を25m(池底上2m)に下げることによって、底層の溶解性マンガン濃度が低下し、これに連れて、表層の藻類濃度も低下した。
溶解性マンガン濃度が低下した期間中の底層におけるpHは、図13の底層pHの経日変化のグラフに示すように、6以上で低下が抑制されており、これにより、曝気水深を下げた場合に、確実に溶解性マンガンが酸化されたと考えられる。
上記貯水池の溶解性マンガン濃度を低下させる実験は、2009年〜2012年の各年毎に行っている。
ここで、2009年の実験では、底層への酸素供給を、酸素含有水供給装置に純酸素を供給することで行い、2010年、2011年の各実験では、底層への酸素供給を、酸素含有水供給装置に空気を供給することで行っている。また、2009年の実験における純酸素の供給速度は、120m3/hとし、2010年、2011年の各実験における空気の供給速度は、120m3/hとしている。ここでは、溶解性マンガン濃度低下のための、DO濃度について検討する。
この様子を更に、図15,図16を用いてより詳しく説明する。図15は、2009年及び2010年での各実験の底層におけるDO濃度と、溶解性マンガン濃度の関係を示すグラフであり、図16は、2011年の実験の底層におけるDO濃度と、溶解性マンガン濃度の関係を示すグラフである。各図中、矢印は、曝気条件の変更に伴う測定結果の変遷の流れを示し、一点鎖線を併記した測定線は、池底上2mにおいて曝気したときに得られた測定結果を示す。
これら図15,図16に示すように、2009年の純酸素を供給する条件において、底層溶解性マンガン濃度の有意な低下(溶解性マンガン濃度がほぼゼロ)が確認されるDO濃度は、35mg/L以上であり、また、2010年、2011年の空気を供給する条件において、底層溶解性マンガン濃度の有意な低下が確認されるDO濃度は、15mg/L以上であった。
なお、図15の楕円で囲った部分の測定結果では、DO濃度の上昇に対して、有意に底層溶解性マンガン濃度を低下させることができていないが、これは、既に増殖した藻類が沈降したこと、pHの低下によって溶解性マンガン濃度の酸化速度が低下したことに基づくものである。
また、純酸素及び空気を同じ供給速度で供給しても、曝気水深を引き上げた場合には、底層の溶解性マンガン濃度が増加する傾向が確認される。
以上のことから、溶解性マンガン濃度を低い濃度に保つためには、池底上2m以下で曝気し、DO濃度が低下しないように継続的に純酸素や空気を供給する必要がある。
しかし、ここで得られたDO濃度については、酸素含有水供給機の設置水深と溶存酸素供給能力により決定されたものであり、十分条件ではあるが必要条件ではない。このため、酸素含有水供給機の設置位置から370m上流側で池底水深が20mの地点において、池底上1mにおける、より低いDO濃度と溶解性マンガン濃度との関係を求めた。その関係を図17に示すが、溶解性マンガン濃度を低く抑えるためには、DO濃度を5mg/L程度以上とすることが必要であることがわかる。
試験場である三瓶ダム貯水池では、流入河川水が最上流部の池底から溶出した金属類を連行して流入するため、藻類増殖の原因となっている。そのため、藻類増殖を効果的に抑制するためには、貯水池の最深部だけでなく、河川水が流入する上流側において、池底を這って侵入する金属類への対策が必要となる。即ち、夏季には、流入河川水の水温が、ダム貯水池表層の水温よりも低いため、流入河川水は、池底を這うようにダム貯水池の最上流部に侵入し、溶出した高濃度の金属類を連行してダム貯水池上流部の水面下2〜5mに流入する。この様子を図18により説明する。水温が約22℃であった河川水は、最上流部で貯水池水とやや混じり合って水温を高め、しかし、貯水池表層よりは低い水温を保ちながら、最上流部池底に侵入する。これは、低水温ほど水の密度が高いためである。そして、侵入河川水は最上流部底泥から溶出した金属類を連行して電気伝導度を高め、上流部において密度が同じである同じ水温の水深に流入する。この水深は、2〜2.5mとなっている。なお、図18は、2011年6月の最上流部と上流部における水深ごとの水温及び電気伝導度を示す図である。
こうしたことから、2011年7月から、河川水が貯水池に流入する上流部における河川水の流入水深を電気伝導度で検知し、これが水深3mであったことからこの水深に担体処理装置(担体:JFEエンジニアリング株式会社製)を設置し、流入する河川水中の金属類濃度を低下させることとした。この担体処理装置は、藻類の増殖に必要な金属類を酸化させる金属酸化微生物(マンガン酸化細菌等)を担持可能な担体が収容された反応槽と、河川水と接触することにより、担体に自然的に発生する金属酸化微生物の金属類酸化を促すために曝気する曝気手段(エアーコンプレッサ)に接続され、曝気した状態で反応槽に河川水を通過させることで、金属酸化微生物により金属類を酸化させるとともに、流入河川水の流れに担体から剥離する金属酸化微生物を供給して、堤体までの移流の間に金属類の酸化を進行させて、その金属酸化物を池底に沈降させる装置である。
即ち、河川水流入に伴い貯水池の池底を這って侵入する溶解性マンガン濃度を低下させることによって、貯水池への溶解性マンガンの負荷を減少させ、表層における溶解性マンガン濃度を効果的に低減させることができた。
以上により、担体処理装置による処理を酸素含有水供給装置による処理と並行して行うことで、藻類増殖の抑制をより確実に行うことができると考えられる。
藍藻類であるミクロキスティスの増殖には、Mn錯体が大きな影響を与え、また、Mn錯体を形成する物質が底泥溶出水中に含まれているとの研究報告例がある(Chika Tada etal, The Effect of Manganese Released from Lake Sediment on the Growth of Cyanobacterium Microcystis aeruginosa, Japanese Journal of Water Treatment Biology, 38(2), 95-102, 2002)。三瓶ダムにおいては、底泥から高濃度のMnが溶出するが、これらは錯体を形成していて、藍藻類に利用されやすい形態になっていると考えられる。
以上のことから、底層の溶解性マンガン濃度を低減させることで、表層に溶解性マンガンが拡散することを抑制することができることに加え、底層に沈降してMn錯体を利用していた藻類がこれを利用することができなくなり、結果として、表層の藻類濃度を低減させることができたものと考えられる。
2 堤体
10 酸素含有水供給機
11 酸素含有気体供給機
20 担体処理装置
21 曝気手段
Claims (3)
- 閉鎖水域に発生する藻類の増殖を抑制する藻類増殖抑制方法であって、
表層と前記表層に比べて低温の底層との境界に水温躍層が形成される閉鎖水域の前記底層から吸引される底層水に空気を混合させ、溶存酸素を含む前記底層水としての酸素含有水のみを前記閉鎖水域における前記池底上2m以下の供給位置から前記閉鎖水域の前記底層に供給し、前記池底上1mにおける溶存酸素濃度を15mg/L以上とする酸素供給工程を含むことを特徴とする藻類増殖抑制方法。 - 酸素供給工程が、閉鎖水域における池底上1mである底層水のpHを6以上として実施する請求項1に記載の藻類増殖抑制方法。
- 閉鎖水域の上流部表層の水面下2〜5mにおいて、河川水が流入する水深を電気伝導度で検知し、当該水深に、前記河川水に含まれる金属類を酸化させる金属酸化微生物を担持可能な担体を収容するとともに、前記河川水を通過させる反応槽を配し、前記反応槽に酸素を含む気体を供給する金属酸化微生物処理工程を含む請求項1から2のいずれかに記載の藻類増殖抑制方法。
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