JP6991726B2

JP6991726B2 - 藻類増殖促進用資材

Info

Publication number: JP6991726B2
Application number: JP2017055380A
Authority: JP
Inventors: 彩香三宅; 昌平柳谷; 晶子西城; 隆神谷
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2022-01-12
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: JP2017184731A

Description

本発明は、藻類増殖促進用資材に関する。

海域や淡水域等において、水中のケイ酸及びカルシウムが不足した場合、これらを栄養成分とする藻類（例えば、珪藻）が減少することで、赤潮が発生する場合がある。
また、赤潮が発生することによって、藻場と呼ばれる海草及び海藻等の繁茂する群落が衰退あるいは消失して、水棲生物の餌場や住処が減少し、水棲生物の成育環境が悪化するという問題があった。
一方、ケイ酸及びカルシウムを供給できる資材として、ケイ酸カルシウム水和物を主成分とする軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）が知られている。
例えば、特許文献１には、軽量気泡コンクリートを炭酸化処理することによって、ｐＨが９．６以下である石英含有の無機質多孔体を得る方法が記載されている。通常、ＡＬＣのｐＨは１０以上であり、強アルカリ性のため、ＡＬＣは周囲の環境に悪影響を及ぼす場合があるが、該方法によれば、ＡＬＣに含まれるケイ酸カルシウムを炭酸化することで、ｐＨを下げることができる。

特開平６－１４１６７１号公報

ケイ酸カルシウムは、炭酸化した場合、炭酸カルシウムとシリカゲルになる。このような炭酸化したケイ酸カルシウムを水中に供給した場合、シリカゲルから溶出するケイ酸は、水中の塩化物イオン等の成分によって、ゲル化して、再析出することがある。この場合、藻類（例えば、珪藻）の栄養成分となる水中のケイ酸の量が低減する。
また、シリカゲルなどの非晶質シリカから水中に溶出するケイ酸量は、ｐＨ１０．０以上では多くなるが、ｐＨ１０．０未満では少なくなる。このため、シリカゲルを水中に供給しても、藻類（例えば、珪藻）の栄養成分となる水中のケイ酸の量は不足する場合がある。そのため、水中のｐＨが１０．０未満でも安定したケイ酸供給能を持つ資材は重要視されている。
一方、ケイ酸及びカルシウムを供給する資材を大量に供給した場合、ケイ酸及びカルシウムの過剰供給によって、藻類の生育阻害や、水中の環境悪化が起こることがある。例えば、水中のカルシウム量が多い場合、石灰化した硬い細胞壁を持つ紅藻類（例えば、珊瑚藻）が水底を覆うことによって磯焼けが起こり、水中の環境が悪化する。
本発明の目的は、藻類を増殖させるための水のｐＨが強アルカリ性（例えば、１０．５以上）になることを防ぎ、該水中にケイ酸及びカルシウムを安定的に供給でき、かつ、回収等が不要で、管理が容易な資材を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ケイ酸カルシウム含有材料および腐植物質を含む藻類増殖促進用資材によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［６］を提供するものである。
［１］ケイ酸カルシウム含有材料および腐植物質を含むことを特徴とする藻類増殖促進用資材。
［２］上記ケイ酸カルシウム含有材料が、トバモライト、ゾノトライト、ＣＳＨゲル、フォシャジャイト、ジャイロライト、ヒレブランダイト、およびウォラストナイトからなる群より選ばれる１種以上を含み、かつ、上記腐植物質が、フミン酸、フルボ酸、およびヒューミンからなる群より選ばれる１種以上を含む前記［１］に記載の藻類増殖促進用資材。
［３］上記ケイ酸カルシウム含有材料１００質量部に対する上記腐植物質の量が、１～５０質量部である前記［１］又は［２］に記載の藻類増殖促進用資材。
［４］上記藻類増殖促進用資材が、粉粒状の形態を有する前記［１］～［３］のいずれかに記載の藻類増殖促進用資材。
［５］前記［１］～［４］のいずれかに記載の藻類増殖促進用資材を用いた藻類の増殖方法であって、上記藻類を増殖させるための水の中に、上記藻類増殖促進用資材を供給して、上記藻類を増殖させることを特徴とする藻類の増殖方法。
［６］上記藻類が、珪藻である前記［５］に記載の藻類の増殖方法。

本発明の藻類増殖促進用資材によれば、藻類を増殖させるための水（以下、「藻類増殖水」ともいう。）のｐＨが強アルカリ性（例えば、１０．５以上）になることを防ぎ、かつ、水中にケイ酸及びカルシウムを安定的に供給できる。
また、本発明の藻類増殖促進用資材は、徐々に溶けて最終的には消滅することから、回収や除去が不要であり、管理が容易である。

本発明の藻類増殖促進用資材は、ケイ酸カルシウム含有材料および腐植物質を含むものである。
ケイ酸カルシウム含有材料とは、ケイ酸とカルシウムを含む化合物である。具体的にはトバモライト、ゾノトライト、ＣＳＨゲル、フォシャジャイト、ジャイロライト、ヒレブランダイト、ウォラストナイト等からなる群より選ばれる１種以上を含むものである。
トバモライトとは、結晶性のケイ酸カルシウム水和物であり、Ｃａ_５・（Ｓｉ_６Ｏ_１８Ｈ_２）・４Ｈ₂Ｏ（板状の形態）、Ｃａ_５・（Ｓｉ_６Ｏ_１８Ｈ_２）（板状の形態）、Ｃａ_５・（Ｓｉ_６Ｏ_１８Ｈ_２）・８Ｈ₂Ｏ（繊維状の形態）等の化学組成を有するものである。
ゾノトライトとは、結晶性のケイ酸カルシウム水和物であり、Ｃａ_６・（Ｓｉ_６Ｏ_１７）・（ＯＨ）₂（繊維状の形態）等の化学組成を有するものである。
ＣＳＨゲルとは、αＣａＯ・βＳｉＯ₂・γＨ₂Ｏ（ただし、α／β＝０．７～２．３、γ／β＝１．２～２．７である。）の化学組成を有するものである。具体的には、３ＣａＯ・２ＳｉＯ₂・３Ｈ₂Ｏの化学組成を有するケイ酸カルシウム水和物等が挙げられる。
フォシャジャイトとは、Ｃａ_４（ＳｉＯ_３）_３（ＯＨ）_２等の化学組成を有するものである。
ジャイロライトとは、（ＮａＣａ_２）Ｃａ_１４（Ｓｉ_２３Ａｌ）Ｏ_６０（ＯＨ）_８・１４Ｈ_２Ｏ等の化学組成を有するものである。
ヒレブランダイトとは、Ｃａ_２ＳｉＯ_３（ＯＨ）_２等の化学組成を有するものである。
ウォラストナイトとは、ＣａＯ・ＳｉＯ_２（繊維状又は柱状の形態）等の化学組成を有するものである。

また、ケイ酸カルシウム含有材料として、トバモライトを主成分とする軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）や、ゾノトライトを含む保湿材等の、ケイ酸カルシウムを含む建築材料（特に、端材や廃材）を用いてもよい。
中でも、入手の容易性および経済性の観点から、トバモライトを主成分とする軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）を用いることが好ましい。また、廃棄物の利用促進の観点から、軽量気泡コンクリートの製造工程や建設現場で発生する軽量気泡コンクリートの端材を用いることが、より好ましい。

ここで、軽量気泡コンクリートとは、トバモライト、および、未反応の珪石からなるものであり、かつ、８０体積％程度の空隙率を有するものである。ここで、空隙率とは、コンクリートの全体積中の、空隙の体積の合計の割合をいう。
軽量気泡コンクリート中のトバモライトの割合は、軽量気泡コンクリートの内部の空隙部分を除く固相の全体を１００体積％として、６５～８０体積％程度である。
軽量気泡コンクリートは、例えば、珪石粉末、セメント、生石灰粉末、発泡剤（例えば、アルミニウム粉末）、水等を含む原料（例えば、これらの混合物からなる硬化体）をオートクレーブ養生することによって得ることができる。

また、ケイ酸カルシウム含有材料は多孔質であることが好ましい。ケイ酸カルシウム含有材料が多孔質である場合、該材料を水中に添加した際に、該材料の多孔質部分に存在する空気が、水中に連行されることによって、水中の溶存酸素量の低下を防ぐことができる。

本発明で用いられるケイ酸カルシウム含有材料は、粉粒状物であることが好ましい。
ここでで、本明細書中、「粉粒状」とは、粉状の材料（０．１ｍｍ未満の粒度を有するもの；粉体）の集合体、粒状の材料（０．１ｍｍ以上の粒度を有するもの；粒体）の集合体、または、粉状の材料および粒状の材料を含む集合体の形態を有することを意味する。また、「粉粒状物」とは、粉体の集合体、粒体の集合体、または、粉体および粒体を含む集合体を意味する。

ケイ酸カルシウム含有材料の粒度は、該材料に含まれる水溶性ＳｉＯ_２の溶出量をより多くする観点から、好ましくは６ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、特に好ましくは４．５ｍｍ以下である。該粒度の下限値は、粉砕に要するエネルギーの削減の観点から、好ましくは０．０５ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ、特に好ましくは０．５ｍｍである。
なお、水溶性ＳｉＯ_２の溶出量が多くなれば、藻類（特に、珪藻）の成育がより安定し、その増殖がより促進される。
ケイ酸カルシウム含有材料の粒度分布は、水溶性ＳｉＯ_２の溶出量を多くする観点から、好ましくは６ｍｍ以下の粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものであり、より好ましくは５ｍｍ以下の粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものであり、特に好ましくは４ｍｍ以下の粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものである。
本明細書中、粒度の値は、篩の目開き寸法に対応する値である。

本明細書中、「腐食物質」とは、土壌中の動植物等の遺体が、微生物による分解を経て形成された最終生成物をいい、様々な有機化合物を含むものである。
具体的には、フミン酸、フルボ酸、およびヒューミンからなる群より選ばれる１種以上を含むものである。中でも、藻類の生育性の観点から、フミン酸およびフルボ酸が好ましく、フミン酸がより好ましい。
なお、フミン酸とは、腐植物質を構成する成分の中でも、アルカリに溶け、酸に溶けない成分をいう。フルボ酸とは、腐植物質を構成する成分の中でも、アルカリ及び酸に溶ける成分をいう。ヒューミンとは、腐植質を構成する成分の中でも、アルカリ及び酸に溶けない成分をいう。

藻類増殖促進用資材において、ケイ酸カルシウム含有材料１００質量部に対する腐植物質の量は、好ましくは１～５０質量部、より好ましくは３～４５質量部、さらに好ましくは６～４２質量部、特に好ましくは８～３７質量部である。該量が１質量部以上であれば、水中へのカルシウム及びケイ酸の供給量を、長期に亘って安定にすることができる。また、藻類増殖水のｐＨが強アルカリ性（ｐＨ１０．５以上）になることを防ぐことができる。該量が５０質量部以下であれば、水のｐＨが強酸性（ｐＨ３．５未満）になることを防ぐことができる。
なお、本明細書中、強アルカリ性とは、ｐＨが１０．５以上であり、強酸性とは、ｐＨが３．５未満であるものとする。
また、腐植物質の量が多くなるほど、水中へのカルシウム及びケイ酸の供給量が多くなる傾向にあることから、腐植物質の量を調整することによって、水中へのカルシウム及びケイ酸の供給量を調整することが可能である。

本発明の藻類増殖促進用資材は、ケイ酸カルシウム含有材料を含むため、水中へケイ酸及びカルシウムを供給して、水中の藻類（例えば、珪藻）の増殖を安定化および促進できる。その結果、水域において、アオコ等の発生を抑えることができ、水質の悪化を抑制できる。
また、本発明の藻類増殖促進用資材は、腐植物質を含むため、藻類増殖水のｐＨを好ましくは１０．５未満、より好ましくは１０．０未満、さらに好ましくは３．５～９．５、さらに好ましくは４．５～９．０、特に好ましくは５．０～８．６にすることができる。なお、該ｐＨは、長期に亘って藻類増殖水が強アルカリ性になることを防ぐ観点から、本発明の藻類増殖促進用資材を供給後、好ましくは１日以上、より好ましくは２日以上、特に好ましくは６日以上経過した時点の数値である。
また、本発明の藻類増殖促進用資材は、腐植物質を含むため、水中へのカルシウム及びケイ酸の単位時間当たりの供給量を、長期に亘って安定的に維持することができる。

藻類増殖促進用資材の形態は、特に限定されるものではなく、ケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質を混合してなる粉粒状の形態（粉粒状の混合物の形態）、該混合物を造粒してなる造粒物の形態、該混合物をペレット状に成形してなるペレット状物の形態等が挙げられる。
中でも、ケイ酸およびカルシウムの供給量をより大きくする観点からは、好ましくはケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質を混合してなる粉粒状の形態である。
また、ケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質が水中において分離しないようにする観点からは、好ましくは造粒物の形態又はペレット状物の形態である。ケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質が水中において分離した場合、本発明の効果が低下することがある。

ケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質を混合する方法は、特に限定されるものではなく、公知のミキサーを用いればよい。
ケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質を混合してなる粉粒状の混合物を造粒する方法としては、例えば、該混合物と水を混合してペースト状にし、次いで、ペースト状の混合物を造粒した後、乾燥する方法や、該混合物をパンペレタイザー等の造粒機を用いて、散水しながら造粒する方法等が挙げられる。散水しながら造粒する方法において、混合物の添加及び散水を繰り返すことで、得られる造粒物の粒径を調整することができる。また、造粒物の粒径を調整することで、水中におけるケイ酸及びカルシウムの供給量を調整し、また、造粒物を水の中に沈降し易くすることができる。
ケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質を混合してなる粉粒状の混合物をペレット状物に成形する方法としては、例えば、該混合物、または、該混合物と水を混練してなる混練物を加圧して成形する方法等が挙げられる。

上記方法によって得られた造粒物やペレット状物は、水中において沈降することが好ましい。このため、造粒物やペレット状物の比重は、好ましくは１ｇ／ｃｍ^３以上、より好ましくは１．２ｇ／ｃｍ^３以上である。

本発明の藻類増殖促進用資材を、藻類を増殖させるための水（藻類増殖水）の中に供給することで、該水の中の藻類を増殖させることができる。
藻類としては、本発明の藻類増殖促進用資材によって、その増殖が促進されるものであればよく、例えば、珪藻が挙げられる。
藻類増殖水としては、特に限定されるものではなく、淡水、汽水および海水のいずれでも良い。また、藻類増殖水とは、上述した淡水等の水を収容した養殖池若しくは養殖槽、または、自然界における海水域若しくは河川域等であって、上記藻類が存在している水をいう。該藻類は、自然に存在するものであっても、人為的に投入されたものであってもよい。
本発明の藻類増殖促進用資材は、好ましくは、藻類が減少した海水域若しくは河川域、または、藻類の少ない養殖池若しくは養殖槽に投入する。

藻類増殖促進用資材を、藻類増殖水の中に供給する方法としては、藻類増殖促進用資材を、そのまま水中に散布する方法や、藻類増殖促進用資材を収容することができ、かつ、通水性を有する収容手段に、藻類増殖促進用資材を収容した後、水中に沈める方法等が挙げられる。
ケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質を混合してなる粉粒状の形態の藻類増殖促進用資材を、そのまま水中に散布する場合、ケイ酸カルシウム含有材料と腐植物質が水中で分離しないようにする観点から、水深が浅い場所に藻類増殖促進用資材を投入することが好ましい。また、該資材を養殖池や養殖槽に投入する場合において、養殖池等に水を入れる前に、あるいは、養殖池等に水を入れ始めた後に、まだ水深が浅いときに、藻類増殖促進用資材を投入することが好ましい。

ここで、通水性を有する収容手段とは、例えば、セルロース繊維、ポリアミド合成繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維、アラミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維等の有機繊維や、ガラス繊維、セラミック繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、ロックウール、スラグウール等の無機繊維等の繊維を用いた、織布または不織布からなる袋；鉄、プラスチック、木材、石材、陶磁器、または、セメント等の水硬性組成物を原料として形成した、収納スペースを有する容器等が挙げられる。
収容手段における通水性を有する部分は、収容手段の一部分（一領域）でもよいし、全体（全領域）であってもよい。

通水性を有する部分の目開きの寸法は、藻類増殖促進用資材の流出を防ぐ観点から、収容手段に収容された藻類増殖促進用資材が通過することができない寸法であることが好ましい。例えば、粒径が３０ｍｍである造粒物からなる藻類増殖促進用資材を収容する収容手段として、目開きの寸法が１０ｍｍであるネット状の袋を使用することができる。

収容手段に収容した藻類増殖促進用資材を、増殖用の水の中に供給した後、該資材は、ケイ酸及びカルシウムが水中に供給されるに従って、徐々に小さくなる。該資材の粒径が、収容手段の通水性を有する部分の目開き寸法よりも小さくなった場合、該資材は、該部分から落下する。該資材が収容手段の中で無くなった場合、新しい資材を収容手段の中に供給すればよい。新しい資材を供給すべき時期は、収容手段の中の藻類増殖促進用資材の目視等によって判断できる。
なお、収容手段の内部または水底に、小さくなった藻類増殖促進用資材が残存していても、時間が経てば自然に消滅するので、除去する必要はない。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）ケイ酸カルシウム含有材料：トバモライトを含む軽量気泡コンクリートを破砕および粉砕した粒粉状のもの（以下、「ＡＬＣ粉粒状物」ともいう。）、粒径：１～４ｍｍ
（２）腐植物質Ａ：フミン酸（和光純薬工業株式会社製）
（３）腐植物質Ｂ：フルボ酸（日本フミン化学株式会社製）
（４）腐植物質Ｃ：ヒューミン（土壌から抽出した腐植物質を酸およびアルカリに混合し、酸およびアルカリの両方に溶解せずに残存したもの）

［実施例１］
ケイ酸カルシウム含有材料１００質量部に対して、表１に示す量のフミン酸を混合して、藻類増殖促進用資材を得た。蒸留水３３０ミリリットルに、得られた資材を、１．２ｇ／リットルとなる量で投入した後、振とう機を用いて、７０ｒｐｍの条件で攪拌して混合し、該資材と水の混合物を得た。
混合後、３時間、１日、２日、３日、７日、１４日経過後の各時点における、混合物のｐＨ、カルシウム（Ｃａ）濃度、ケイ素（Ｓｉ）濃度を測定した。なお、カルシウム濃度、ケイ素濃度は、ＩＣＰを用いて測定した。

［実施例２～６］
ケイ酸カルシウム含有材料１００質量部に対して、表１に示す量のフミン酸を混合して、藻類増殖促進用資材を得る以外は、実施例１と同様にして、混合物を得た。
得られた混合物のｐＨ等を実施例１と同様にして測定した。
［実施例７］
ケイ酸カルシウム含有材料１００質量部に対して、表１に示す量のフルボ酸を混合して、藻類増殖促進用資材を得る以外は、実施例１と同様にして、混合物を得た。
得られた混合物のｐＨ等を実施例１と同様にして測定した。
［実施例８］
ケイ酸カルシウム含有材料１００質量部に対して、表１に示す量のヒューミンを混合して、藻類増殖促進用資材を得る以外は、実施例１と同様にして、混合物を得た。
得られた混合物のｐＨ等を実施例１と同様にして測定した。

［比較例１］
藻類増殖促進用資材の代わりにケイ酸カルシウム含有材料を用いる以外は、実施例１と同様にして、混合物を得た。
得られた混合物のｐＨ等を実施例１と同様にして測定した。
結果を表１～３に示す。

表１から、本発明の藻類増殖促進用資材を用いた場合（実施例１～８）と、ケイ酸カルシウム含有材料のみを用いた場合（比較例１）と比較すると、実施例１～８の各時点におけるｐＨは、比較例１の各時点におけるｐＨよりも低いことがわかる。例えば、比較例１の１日経過時におけるｐＨが１０．０であるのに対して、実施例１～８の１日経過時におけるｐＨは４．１～７．４である。比較例１の７日経過時におけるｐＨが１０．２であるのに対して、実施例１～８の７日経過時におけるｐＨは４．６～９．５である。
また、実施例１～８の各時点におけるｐＨは、強酸性（ｐＨが３．５未満）と強アルカリ性（ｐＨが１０．５以上）のいずれでもないことがわかる。
また、比較例１のｐＨが、１日経過時以降、１０．０以上であるのに対し、実施例１～８のｐＨは、少なくとも７日経過時までは１０．０未満であることがわかる。特に、実施例２～８の１４日経過時におけるｐＨは、５．４～９．７であり、１０．０未満であることがわかる。中でも、実施例４～７における１４日経過時のｐＨは、６．０～７．４であり、排水基準値であるｐＨ５．８～８．６の範囲内であることがわかる。
また、表２から、本発明の藻類増殖促進用資材を用いた場合（実施例１～８）と、ケイ酸カルシウム含有材料のみを用いた場合（比較例１）を比較すると、実施例１～８では、１４日経過時におけるカルシウムの供給量は、２０．９～８５．６ｍｇ／リットルであり、比較例１（２０．５ｍｇ／リットル）よりも多いことがわかる。特に、実施例２～８では、１日経過時以降のすべての測定時点において、比較例１に比べてカルシウムの供給量が多いことがわかる。
また、表３から、本発明の藻類増殖促進用資材を用いた場合（実施例１～８）、３時間経過時から１４日経過時までの期間に亘って、安定的にケイ素の供給量が増大していることから、長期に亘って安定的に、ケイ酸を水中に供給できることがわかる。特に、実施例２～８では、１４日経過時におけるケイ素の量は、７．４～２０．１ｍｇ／リットルであり、比較例１（７．０ｍｇ／リットル）よりも多いことがわかる。
また、表２～３の実施例１～６から、腐植物質（フミン酸）の量が増加すると、ｐＨが低下し、かつ、カルシウムおよびケイ素の各供給量が増加することがわかる。
さらに、実施例１～８より、配合する腐植物質の種類（フミン酸、フルボ酸、ヒューミン）、及び、配合量によって、ｐＨ、及び、カルシウムとケイ素の各供給量を調整することができることがわかる。

Claims

ケイ酸カルシウム含有材料および腐植物質を含む藻類増殖促進用資材であって、
上記ケイ酸カルシウム含有材料が、軽量気泡コンクリートからなる粉粒状物であり、
上記腐植物質が、フミン酸およびフルボ酸からなる群より選ばれる１種以上であり、
上記ケイ酸カルシウム含有材料１００質量部に対する上記腐植物質の量が、２０～３７質量部であることを特徴とする藻類増殖促進用資材。
請求項１に記載の藻類増殖促進用資材を用いた藻類の増殖方法であって、
上記藻類を増殖させるための水の中に、上記藻類増殖促進用資材を供給して、上記藻類を増殖させることを特徴とする藻類の増殖方法。
上記藻類が、珪藻である請求項２に記載の藻類の増殖方法。