WO2007046557A1 - スラグ材及びその製造方法並びにそのスラグ材を利用した環境改善材料、環境改善方法及び土木建築材料 - Google Patents

スラグ材及びその製造方法並びにそのスラグ材を利用した環境改善材料、環境改善方法及び土木建築材料 Download PDF

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WO2007046557A1
WO2007046557A1 PCT/JP2006/321457 JP2006321457W WO2007046557A1 WO 2007046557 A1 WO2007046557 A1 WO 2007046557A1 JP 2006321457 W JP2006321457 W JP 2006321457W WO 2007046557 A1 WO2007046557 A1 WO 2007046557A1
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WO
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slag
microorganisms
environmental improvement
nutrients
water
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/321457
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Inventor
Kumi Arai
Satoru Shimizu
Hitoshi Saima
Tatsuhito Takahashi
Original Assignee
Jfe Steel Corporation
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Publication date
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Publication of WO2007046557A1 publication Critical patent/WO2007046557A1/ja

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/14Enzymes or microbial cells immobilised on or in an inorganic carrier
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/10Packings; Fillings; Grids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/40Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing mixtures of inorganic and organic compounds
    • C09K17/42Inorganic compounds mixed with organic active ingredients, e.g. accelerators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a slag material that is difficult to consolidate even when exposed to rainwater or laid in water and has an excellent effect of suppressing pH increase, and a method for producing the slag material. It relates to environmental improvement materials and environmental improvement methods for improving the environment of the bottom of rivers, lakes, etc., and civil engineering and building materials applied to roadbed materials, soil improvement materials, ground improvement materials, etc. Background technology _ As a method of purifying the bottom of the sea, rivers, lakes, etc., the bottom of the water is covered with sand, that is, the bottom of the water is covered with a vertical material, causing red tide and blue tide.
  • lime-like materials are used.
  • those having the function of chemically adsorbing the eutrophication component of the bottom have been used.
  • materials that do not have chemical reactivity, such as natural sand are concerned that the sand-capping effect cannot be obtained sufficiently.
  • materials that have chemical reactivity, such as lime are expensive.
  • pH are difficult to control and water quality is high.
  • Patent Document 1 discloses a method of laying a sand-covering material made of slag generated in a manufacturing process in a recess formed in the bottom of the water, thereby improving the environment of the bottom of the water.
  • the second is that Ca ions generated in the steel manufacturing process are generated in the water to form at least a part of the bottom sediment where shellfish live on the bottom of the sea or the beach where the existing shellfish or fishing ground should be constructed.
  • a method of laying slag to dissolve is disclosed.
  • firewood slag and Ml Oka slag have the property of solidifying in water (consolidation), and as a habitat for the main benthic organisms, such as shellfish and shellfish, that inhabit solidified sand and mud.
  • Patent Document 4 discloses a method in which part or all of the surface of the slag is covered with cement or a cement-containing material and used as a sand-capping material.
  • cement is highly alkaline, and it can have an adverse effect on organisms when it is laid on the seabed. Also, it is not possible to uniformly coat cement on slag particles. Since it is extremely difficult, there is a drawback that consolidation cannot be sufficiently prevented. '
  • furnace slag and steelmaking slag are used for various purposes as well as the above sand-capping materials.
  • steelmaking slag is effectively used as civil engineering and building materials such as soil improvement materials, roadbed materials, ground improvement materials, cement and concrete aggregates.
  • steelmaking slag has hydrated 'I' main components (free CaO and free
  • increases about twice as much as the slag expansion phenomenon, or especially the rise of pH due to the dissolution of free CaO into water, and also the elution into seawater.
  • the cloudiness phenomenon caused by the precipitation of Mg (OH) 2 is caused by the civil engineering and building materials such as roadbed materials, aggregates, and stones, and submarine materials in the ocean. It was an impediment when it was used as a building material.
  • the alkali elution phenomenon such as pH increase and cloudiness of the latter is not limited to the remaining free CaO even after the above aging treatment, but also C a (OH ( 2 ) Since it is also soluble and exists as an elution source, there is no solution.
  • steelmaking slag when used as environmental improvement materials and civil engineering and building materials, steelmaking slag that has been crushed and adjusted to a predetermined size is piled up in the field, for example, and temporarily placed. There is also a problem that slag particles solidify and cannot be converted into environmental improvement materials or civil engineering materials unless they are crushed again.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-286711
  • Patent Document 2 JP-A-2004-215533 ''
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 2005-52031
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-313818
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 10-338557 Disclosure of Invention
  • the present invention has been made in view of the above circumstances.
  • the object of the present invention is to improve the environment for purifying blast furnace slag and steelmaking slag from the bottom and water quality of seas, rivers, lakes, etc., or soil improvement.
  • civil engineering and building materials such as roadbed materials
  • the production method for obtaining the slag material is ⁇ , and further, using this slag material for a long time!
  • the present invention has been made on the basis of the above findings, and the slag material according to the first invention includes slag and microorganisms present in the slag of not less than 10 4 cel ls / g-slag. It is characterized by.
  • the slag material according to the second invention is the slag material according to the first invention, further comprising an organic substance formed by a microorganism.
  • the slag material according to the third invention is the slag material according to the first invention, further comprising an organic acid formed by a tijf microorganism.
  • a slag material according to a fourth invention is any one of the first to third inventions, wherein the slag is blast furnace slag and / or slag.
  • a method for producing a slag material ⁇ Microbes and nutrients or nutrients are brought into contact with slag to grow microorganisms, and the number of microorganisms present in the lag is 10 4 pel ls / g-slag or more. It specializes in producing a certain slag material. '
  • a method for producing a slag material wherein microorganisms and nutrients are brought into contact with slag to grow microorganisms, and the number of microorganisms present in the slag is 10 4 cel ls / g-slag or more. And producing a slag material in which an organic substance formed by the microorganism is present.
  • a method for producing a slag material wherein microorganisms and nutrients are brought into contact with slag to grow microorganisms, and the number of microorganisms present in the slag is 10 4 cel ls / g-slag or more. And producing a slag material containing an organic acid formed by the microorganism.
  • a method for producing a slag material according to any one of the fifth to seventh aspects of the invention.
  • the lag is characterized by being blast furnace slag and / or steelmaking slag.
  • An environment improving material according to a ninth invention is characterized by containing the slag material according to any one of the first to fourth inventions.
  • the environmental improvement material according to the tenth invention is characterized by containing a slag material produced by the method for producing a slag material according to any one of the fifth to eighth inventions. is there.
  • the environmental improvement method according to the first aspect of the invention is to lay the environmental improvement material described in the ninth or zeroth aspect of the invention in the water or on the beach.
  • the civil engineering and building material according to the 12th invention is based on the fact that it contains the slag material described in any one of the 1st to 4th inventions.
  • the civil engineering and building material according to the first invention is characterized in that it contains a slag material produced by the method for producing a slag material according to any one of the fifth to eighth inventions. It is.
  • slag material In the slag material according to the present invention, since microorganisms of 10 4 cells / g-slag or more exist between the surface of the slag particles and between the slag particles, a condition in which oxygen is present abundantly (referred to as “aerobic condition”) Then, an organic substance consisting of a collection of microorganisms called biofilms formed by microorganisms covers at least a part of the surface of the slag particles, so that it can be temporarily placed in a slag yard, laid in water or on the beach. Even so, contact between the slag particles is hindered and slag consolidation is suppressed.
  • the slag since the slag has organic matter, C a 2+ Ion also order to remain in the organic layer, C a 2+ ion itself is reduced to cause slag caking eluted from the slag, more is consolidated It is further suppressed.
  • the decrease in .C a 2+ naturally reduces the pH and can prevent white and turbidity.
  • This biofilm can be easily formed into one slag particle by simply bringing microorganisms and nutrients or nutrients into contact with the slag, making it possible to attach the biofilm very easily and inexpensively.
  • the organic matter itself contains nutrients such as nitrogen, when the slag material of the present invention is used as an ammo base material as an environmental improvement material, it can also serve as a nutrient replenishment.
  • a metabolite with a chelate property is released: ⁇ , Ca 2+ ions eluted from the surface of the slag particles are fixed, and alkali elution from the surface of the slag particles is suppressed.
  • metabolites such as polysaccharides also have the effect of suppressing ion elution from the surface of slag particles.
  • Polysaccharides also prevent slag particles from contacting each other, thus helping to prevent caking.
  • organic acids such as acetic acid, lactic acid, and formic acid may be produced by a large amount of microorganisms present in the slag.
  • the organic acid formed and produced has the effect of neutralizing the alkali eluted from the surface of the slag particles. That is, by neutralizing the alkali, the Ca 2+ ions causing caking are reduced and caking is suppressed. Of course, the pH increase phenomenon is also prevented.
  • FIG. 1 is a diagram showing the results of observing the surface of the environment improving material A at a magnification of 500,000 times using a scanning electron microscope. '
  • FIG. 2 is an enlarged view of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing ED qualitative analysis results of Bacillus bacteria shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • microorganisms are brought into contact with blast furnace slag or steelmaking slag, nutrients for these microorganisms, or nutrients of microorganisms, and the microorganisms are propagated, so that the surface of the particles of blast furnace slag or steelmaking slag is between 10 and 4 Make slag materials that can effectively use slag as environmental improvement materials or civil engineering materials.
  • a microorganism of 10 4 cel ls / g-slag or more means “a microorganism of 10 4 cel ls or more per 1 g of slag”.
  • microorganisms exist between and between the particles of blast furnace slag or steelmaking slag. Can be wear.
  • the reason why the unit of the number of microorganisms is described as “cells” is that the microorganism is a single cell, and the number of cells (cells) and the number of individual microorganisms are different.
  • the upper limit value of the number of microorganisms present in the slag does not need to be specified in particular, but a certain area is naturally determined by things discharged from the microorganisms when the microorganisms grow alone. It is necessary to secure it in the surroundings. Judging from this, approximately 10 I4 cell S / g-slag is considered to be the upper limit for growth of microorganisms. '
  • An organic film that is, a biofilm is formed on at least a part of the particle surface. This biofilm prevents simultaneous contact of slag particles and prevents slag consolidation.
  • a slag material made of blast furnace slag or steelmaking slag in which microorganisms of 10 4 cel ls / g-sl0 g or more are added, in other words, has an organic matter produced by the microorganisms and consolidated.
  • the size of the high-grade slag and steelmaking slag (hereinafter collectively referred to as “steel slag”) constituting the slag material is there is no particular limitation. However, if it is too large as an environmental improvement material, the gap between particles will become large, and it will be necessary to increase the laying thickness to cover the water bottom.
  • the diameter is preferably 3 O mm or less.
  • a diameter of 30 mm or less means passing through a sieve having a mesh size of 30 mm, and the major axis is 3 as long as it passes through a sieve having a mesh size of 30 mm.
  • the slag that is bound to the slag material is a slag obtained by flowing molten slag through a slag processing card and air-cooling, and smashing the cooled and solidified bulk slag. Also, a large amount of water is injected into the molten steel slag and mixed rapidly with mixing and stirring, or the molten steel slag is poured into a large amount of water and rapidly cooled.
  • blast furnace slag is slag discharged from the blast furnace together with hot metal, and slag is generated in the hot metal pretreatment process! 3 ⁇ 43 ⁇ 4 slag, desulfurization slag, dephosphorization slag, and hot metal in the converter This is a decarburized slag generated during decarburization.
  • microorganisms to be made to the steel slag that is, microorganisms to form an organic film on the surface of the steel slag or to attach an organic acid
  • bacteria such as bacteria, fountain fungi, and fungi contained in the fungal kingdom
  • Mushrooms such as white rot fungi can be used.
  • bacteria that are aerobic alkalophilic bacteria that can grow in an alkaline environment of pH 8 or higher are particularly preferred from the viewpoint of growth on slag. This is mainly the case with Bacillus bacteria.
  • Bacillus bacteria examples include Bacillus cohnii, Bacillus alcalophilus, Bacillus agarad haerens sp., Bacillus agarad haerens sp.
  • lactic acid bacterium lactic acid bacterium. Lactobacillus, Sporolactobacillus, Streptococcus, Enterococcus, Lactcoccus, Leuconostocco and Leuconostocco There are genera such as.
  • anaerobic bacteria that produce acids can be used to anaerobically ferment carbohydrates and produce organic acids such as acetic acid, lactic acid, and butyric acid outside the cells. Is preferable because the effect of neutralizing the alkali component of the slag can be obtained.
  • Sex bacteria that produce such acids include the genus Peptococcus (genus Peptococcus), the genus Norenococcus (genus Ruminococcus), the genus Zanoretina (genus Sarcina), the genus Propionibacterium (genus Propionibacterium), Examples include the genus Bifidobacterium (genus Bifidobacterium), the genus Eubacterium (genus Eubacterium), the genus Butyrivibrio (genus Butyrivibrio), and the genus Acetobacterium (genus Acetobacterium).
  • acetic acid bacteria that produce aerobic acids include Darconobacter genus (Gluconobacter genus) and Acetobacter genus (Acetobacter genus), and these bacteria can also be used.
  • microorganisms include photosynthetic bacteria and microalgae. However, light is needed to grow them. ,
  • biofilm formation tends to increase in complex microbial systems.
  • the combination of the complex microbial system in which the amount of nanofilm was increased included the combination of yeast and lactic acid bacteria. Judging from the fact that yeast and lactic acid bacteria rarely form biofilms in a single system, biofilms are formed in ⁇ that coexist with certain bacterial species, even if the bacterial system does not form a biofilm in a single system. I found out that In particular, Lactobacillus casei subsp. Rh ⁇ ⁇ osus (Lactobacillus casei subsp. Rh ⁇ osus) in combination with Saccharomyces cerevisiae association No.
  • Nutrients added to steel slag to grow these microorganisms include glucose, night (glucose concentration: 0: 5-10 mass%), protein hydrolysates, meat and yeast extracts, blood and Eggs, shochu and beer squeezed sugar cane squeezed sugar cane, molasses, molasses, pruning material, seaweed, plant waste and its fermentation products can be used.
  • slag indigenous bacteria originally added to steel slag are increased by being fed with nutrients, and the pH can be lowered by metabolites such as organic acids.
  • microorganisms of 10 4 cells / g-slag or more present in steel slag for example, the above-mentioned microorganisms and nutrients or nutrients are sprayed on steel slag accumulated in a slag yard, preferably mixed, and mixed for one week.
  • the number of days until biofilm organic matter or organic acid is formed in steel slag by microorganisms is affected by the number of added microorganisms and the amount of nutrients.
  • 5 mass% containing microorganisms of about 10 7 cell s per lm L (hereinafter referred to as “ C ell s / m L”) with respect to slag lm 3 It is preferable to add about 0.15 m 3 of the glucose solution.
  • cultured microorganisms are present at 10 6 to 10 8 cells / mL, so that the above-mentioned relationship may be maintained according to the number of cells to be fficient.
  • the relationship may be maintained according to the concentration of Darcos. It is not necessary to deposit steel slag in the slag yard, and organic matter or organic acid can be formed in a container having a closed bottom. In addition, water is added to the dried layer. Microorganisms and nutrients may be added again with this water.
  • the counting board method uses a grid made by carving a small groove in the part of the slide glass that has been cut to a very thin surface, and slag 5 g of physiological saline 1 O m L ⁇ and ultrasonically treat for about 2 minutes to detach the microorganisms from the slag, drop the physiological saline containing the detached microorganisms, cover the glass with a cover glass, and fill the liquid with a liquid.
  • the number of micro-organisms in the lattice-like minimum compartment on the slide glass is counted, and the number per unit volume is calculated from there. It is also possible to use a method of extracting genes from slag and measuring the number of genes by using a gene analysis method called “real-time PCR” to determine the number of microorganisms. Specifically, it is a method in which 0.5 g of slag is loaded into an extraction kit to extract DNA. In order to judge microorganisms or organic substances derived from microorganisms and nutrients, in elemental analysis, the amount of carbon and nitrogen is clearly greater than the content of slag itself! You can also tSij if the microbial morphology is clear!
  • Microorganisms adhering to the surface of the slag particles are fixed by immersing the collected slag particles in a dartal aldehyde solution, and then water in organic matter mainly composed of microorganisms in the night of alcohol with different concentrations. After performing pre-treatment and drying so that the morphology does not collapse, such as by substituting alcohol with alcohol and performing C 2 critical point drying, osmium (O s) is deposited and high-resolution scanning is performed.
  • the surface of the slag particles can be observed with a scanning electron microscope (FE-SEM), and it can be judged by whether or not a large amount of carbon and nitrogen is detected with the characteristic X-ray analyzer (EDX) attached to the FE-SEM.
  • FE-SEM scanning electron microscope
  • microorganisms After a certain amount of microorganisms are present in the slag, they are dried to remove microorganisms, organic matter or organic acids! It is preferable to adhere to the surface of the slag particles. The effect is enhanced by drying and sticking, It is not always necessary to dry it.
  • the slag can be left in the slag yard or can be sprinkled out of the slag yard and stored in a container. By drying ffe Oka slag, most of the microorganisms are killed, but they are present in the slag as organic matter or organic acid, and the consolidation of slag particles is prevented.
  • the steel slag only needs to have microorganisms of 10 4 cells / g -slag or more once, and even if the microorganisms die after that, the cells remain as organic matter, so the effect is maintained.
  • 10 4 cel ls / g- Slag or more organic matter containing microorganisms or organic matter derived from microorganisms or nutrients can be attached to prevent caking of slag and further prevent alkaline components from elution from slag.
  • it is preferable that 10 7 cel ls / g-slag or more microorganisms are present in the slag.
  • the slag material produced in this way can be applied as an environmental improvement material for improving the environment and water quality of the bottom of the sea, rivers, lakes, etc., or roadbed material, soil improvement material, ground improvement material, cement Applicable to concrete aggregates, stones, and oceans, such as submerged dike materials, lining materials, backfill materials, embankment materials, sand compactions, SCP sand mats, and shallow ground.
  • this environmental improvement material will be laid on the bottom of the sea, rivers, lakes, etc. or on the waterside to improve the environment.
  • the slag material according to the present invention is an environmental improvement material. Since slag has organic matter or organic acid, contact between slag particles is prevented by organic matter when laid in water or on the beach.
  • the Ca 2+ ions eluted from the surface of the slag particles are neutralized by the organic acid, thereby suppressing the consolidation of the slag particles.
  • a microbial layer is further formed on the surface of the slag particles, and the slag particles are also prevented from solidifying with this microbial layer.
  • organisms that prey on the microorganisms and organic matter gather and proliferate, so the organism is agitated and the slag is constantly moved, making it harder to consolidate.
  • the organic matter that slag has is essentially an aggregate of living organisms, and when laid in water, it serves as a nutrient for other organisms and has a high biocompatibility. Or keep it.
  • the above-mentioned organic matter or organic acid can be present in the slag by simply adding microorganisms and nutrients or nutrients to the slag, so that an improved material can be obtained very easily and inexpensively.
  • organic matter itself contains nutrients such as phosphorus and nitrogen when this environmental improvement material is used for the duck base material, it also serves as a nutrient replenisher. In this case, a laying thickness of about 2 O cm or more is sufficient.
  • the above-mentioned slag material having organic matter or organic acid is mixed with ordinary steel slag to which no organic matter or organic acid adheres. It may be laid as an environmental improvement material.
  • the blending amount may be determined according to the desired effect.
  • the slag material according to the present invention when used as a civil engineering and building material, since the slag has an organic substance or an organic acid, elution of alkali ions from the slag is hindered by the organic substance layer, or By neutralizing the alkali ions eluted from the slag by the organic acid and suppressing the increase in pH, it is possible to prevent white turbidity caused by the increase in pH.
  • the present invention it is not necessary to use only the above-mentioned slag material having an organic substance or an organic acid as a civil engineering and building material.
  • a mixture of the above-mentioned slag material and ordinary steel slag to which no organic substance or organic acid is adhered As a civil engineering building material, you can ⁇ ⁇ .
  • Bacillus number is contained in a concentration of 1 0 7 cel ls / m L , ' a glucose solution glucose concentration of 5 mass 0/0 After spraying 1.5 m 3 , the mixture was stirred with a shovel loader.
  • Figure 1 shows the surface of the manufactured slag material, that is, the environmental improvement material A, with a high-resolution scanning electron microscope. (Observed by Hitachi, Ltd .: S-4800) is shown with the result of observation with an acceleration voltage of 5. OkV and a magnification of 5000 times.
  • the electron microscope observation sample was prepared by drying the slag material by the co 2 critical point drying method, and then plasma-coating osmium (O s) on the surface after drying.
  • O s osmium
  • Bacillus bacteria can be present in the upper middle part and the lower left part of the figure.
  • FIG. 2 is an enlarged view of Bacillus bacteria shown in the lower left part of FIG. 1 at a magnification of 30000 times. You can see how rod-shaped Bacillus bacteria exist on the surface of the slag.
  • FIG. 3 shows the EDX qualitative analysis results of the Bacillus bacteria shown in FIG. 2 (the apparatus used is Genesis 4000 manufactured by EDAX JAPAN).
  • the specimen could be organic because carbon (C) was detected with high intensity and nitrogen (N) was detected at the same time.
  • C carbon
  • N nitrogen
  • S i, A ⁇ , Mg, C a, O s etc. were detected, but 0, S i, A l, Mg, Ca etc. are elements constituting slag, and O s is an electron It is a vapor deposition layer of a microscope observation sample.
  • the number of Bacillus bacteria is 10 7 cells / mL concentration
  • a 15 g 3 glucose solution containing 5% by mass of glucose was introduced. After that, the glucose slag was changed every 2 days. After 1 week, the microorganisms adhered to the surface of the blast furnace water slag particles using an electron microscope, and then contacted with the granulated blast furnace slag.
  • the slag material of the present invention was produced by taking it out, placing it in a container and drying it. This slag material was used as the environmental improvement material B. As a result of measurement by real-time PCR, the environmental improvement material B had 10 s cells / g-slag microorganisms.
  • the environmental improvement material A and the environmental improvement material B produced in this way were laid on the sea floor, and the blast furnace water slag was laid as it was and the natural sea floor were compared, and the growth status of benthic organisms and eelgrass were compared .
  • the environment improvement material A and the environment improvement material B were laid in a range of 1 m square (length 1 m x width lm) at a thickness of 30 cm on the seabed at a depth of 5 m.
  • untreated blast furnace granulated slag was also laid on the seabed as a comparison zone. After that, diving was conducted every two weeks, and a stick was inserted into the laying section to examine the consolidation status.
  • the laying part 15 cm in length, 15 cm in width and 30 cm in thickness was collected, and surveys were made on what benthic organisms live in the collected laying part. did. Investigating benthic organisms in natural areas did.
  • the environmental improvement material A is within a range of lm square (length lm x width lm) at a thickness of 3 O cm.
  • environmental improvement material B was laid.
  • untreated blast furnace granulated slag was also laid on the seabed as a comparison zone.
  • the natural zone (length l m x width l m) after extraction of the eel was also tested.
  • 40 eels were transplanted into each of these test areas, and the number of eels after half a year was investigated in the summer. The survey results are shown in Table 2.
  • the slag material of the present invention was produced.
  • This slag material was designated as environmental improvement material C.
  • Ligation and environmental improvement material C measured by the real-time FCR method had 10 7 cells / g-slag microorganisms.
  • a container with a depth of 30 cm, a length of 6 O.cm, and a height of 50 cm was installed on the seabed at a depth of 2 m, with an environmental improvement material C laid at a thickness of 20 cm.
  • a container with untreated blast furnace granulated slag was installed as a comparison zone. The test period was from April to September, with an average water temperature of 20 ° C and August and September 30 °. r
  • Example 3 was hard
  • a steel slag with a volume of 1 O m 3 and an average particle size of 3 O mm is flattened, and a bank is created beside it so that water does not flow out.
  • Inhabiting sewage sludge, Pseudomonas, Flavobacterium, Anole power The culture solution containing each genus of Alcaligenes and Colinebacterium at a concentration of 10 7 cells / mL was poured into 15 m 3 . After that, the culture medium is changed every two days. After 1 week, the microorganisms are adhered to the surface of the slag particles by electron microscopy, and then steelmaking slag is sprinkled.
  • the slag material of the present invention was manufactured by taking out 3 ⁇ 4 ⁇ in a container and drying it. This slag material was designated as 3 ⁇ 4 ⁇ improvement material D. As a result of measurement by real-time PCR, the material D for environmental improvement had 10 7 cells / g-slag microorganisms.
  • the coastal improvement material D was laid on the seabed in a section of lm 2 with a thickness of 10 cm.
  • untreated slag with an average particle size of 3 Omm was also laid.
  • the comparison The area around the ward caused white turbidity due to the dissolution of alkali from the slag, but when the environmental improvement material D was laid, no white turbidity occurred. In this way, in the environment improvement material D, alkali elution was suppressed and white turbidity was suppressed.
  • a slag with a volume of 10m 3 and an average particle size of 30mm is made flat, and on the side of it, a bank is created so that water does not flow out, and there is a waste of molasses concentration of 5% by mass.
  • elaborate and stream 1 5 m 3 of the culture solution in a concentration of yeast and lactic acid bacteria were cultured in the molasses solution each 10 7 cells / mL. Then, once a day, half of the culture solution is replaced with fresh molasses solution with 5% by weight molasses concentration, and after 4 days, it is cultured with molasses solution with molasses concentration of 5% by mass.
  • a culture solution containing Bacillus at a concentration of 10 7 cells / mL was added. Thereafter, when one week passed, it was confirmed by an electron microscope that microorganisms adhered to the surface of the steelmaking slag particles, and the slag material of the present invention was produced.
  • This slag material was designated as environmental improvement material E.
  • the environmental improvement material E had 10 9 cells / g-slag microorganisms.
  • microorganisms were analyzed by analyzing the presence of organic acid such as acetic acid in the pore water of each sample by more than 10 ppm due to the activity of microorganisms derived from granulated blast furnace slag.
  • these microorganisms included microorganisms contained in the granulated water used for producing blast furnace granulated slag.
  • a container with a depth of 30 cm, a height of 60 cm, and a width of 50 cm was installed on the bottom of the sea at a depth of 2 m.
  • a container with untreated high; granulated slag was installed as a comparison zone.
  • the test period is from April to September, the average water temperature is 20 ° C, and in August and September 30t;
  • the civil engineering material A had 10 7 cells / g-slag microorganisms.

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Abstract

スラグ材は、104cells/g-slag以上の微生物を有しており、更に、この微生物によって形成された有機物或いは微生物によって形成された有機酸を有する。スラグ材の製造方法においては、スラグに、微生物と養分、または養分を接触させて微生物を増殖させ、スラグに存在する微生物の数が104cells/g-slag以上であるスラグ材を製造する。スラグ材は、環境改善材料及び土木建築材料として使用される。

Description

明細書 スラグ材及びその製造方法並びにそのスラグ材を利用した環境改善材料、 環境改善方法及び 土木建築材料
技術分野
本発明は、 雨水に曝されたり水中に敷設されたりしても固結しにくく且つ p H上昇の抑制効 杲に優れたスラグ材及びその製造方法に関し、 更に、 このスラグ材を利用した、 海、 河川、 湖 沼などの水底の環境を改善するための環境改善材料及び環境改善方法、 並びに、 路盤材、 土壌 改良材、 地盤改良材などに適用される土木建築材料に関するものである。 背景技術 _ 海、 河川、 湖沼などの水底を浄化する方法として、 水底を覆砂する方法、 即ち、 水底を^立 状材料で覆い、 赤潮や青潮の原因となる、 水底から溶出する硫化水素や栄養塩類を封じ込める 方法が知られており、 この覆砂に用いる材料としては、 海砂や山砂などの天然砂のように水底 を覆うことのみを目的とした材料の他に、 石灰のように水底を覆うことに加えて水底の富栄養 化成分を化学的に吸着する機能を持つものが用いられてきた。 しかし、 天然砂のような化学反 応性を有しない材料では、 覆砂効果が十分に得られないことが懸念され、 一方、 石灰のように 化学反応性を有する材料では、 費用が高価になること、 及び p Hの制御が困難で水質が高アル 力リになる^ ^があるといった問題点があった。
そこで、 上記の問題点を解決する手段として、 覆砂材料として高炉スラグ或いは製鋼スラグ を用い、 水質や水底の浄化を図る技術が提案されている。
例えば、 特許文献 1には、 水底に形成された凹部内に、 製造プロセスで発生するスラグ からなる覆砂材料を敷設し、 これにより水底の環境を改善する方法が開示され、 また、 特許文 献 2には、 貝類の既存漁場または漁場を造成すべき場所の水底または水浜に、 貝類が生息する 底質の少なくとも一部を構成するべく、 鉄鋼製造プロセスで発生した、 水中に C aイオンを溶 出するスラグを敷設する方法が開示されている。 しかしながら、 髙炉スラグや Ml岡スラグには水中で固まる (固結) という性質があり、 固結 した 、 砂泥中に生息する生物、 つまり貝類ゃゴカイなどの主要な底生生物の生息場として は不適となり、 また、 アマモの根も張れない状況になってしまうという問題点があった。 この 固結は、 スラグ粒子間の間隙水に溶出した C a 2+イオンが沈殿し、 水和物を形成してスラグ粒 子を結合させる水和反応によって発生する。 この固結反応は、 間隙水の p Hが上昇すると促進 される。 '
従って、 スラグ粒子が直接接触しないようにすれば、 水和反応は起こらず、 固結することは ない。 そのために、 スラグに天然砂、 浚渫土などを混合して、 ス-ラグ同士の接触を抑制させる 方法が提案されているが (例えば特許文献 3参照) 、 この方法には、 スラグと天然砂、 浚潔土 などとを均一に混合させることが困難であり固結を十分に抑制できない、 また、 混合する « 土などの性質が一定でないことから、 事前に浚渫土などを分析する必要がある、 更には、 地域 によっては山砂のみならず浚渫土さえも入手しにくいなどの欠点がある。
また、 特許文献 4には、 スラグの表面の一部或いは全てを、 セメントまたはセメント含有物 で覆い、 これを覆砂材料とする方法が開示されている。 し力 ^しな力 ら、 この方法には、 セメン トはアルカリ性が強く、 海底に敷いた爭合に生物に悪影響 与える可能性がある、 また、 セメ ントを均一にスラグ粒子に被覆させることは極めて困難であるので固結を十分に防止できない という欠点がある。 '
このように、 高炉スラグ或いは製鋼スラグを覆砂材料として有効利用する技術は未だ確率さ れていないのが現状である。
また、 髙炉スラグ及び製鋼スラグは上記の覆砂材料のみならず、 様々な用途に使用されてい る。 例えば、 製鋼スラグは、 土壌改良材、 路盤材、 地盤改良材、 セメントやコンクリートの骨 材などの土木建築材料として有効利用されている。 しかしながら、 製鋼スラグは、 C a O成分 などを始めとする水和' I"主成分 (遊離 C a Oや遊 ¾|M g O) を有しており、 これらの成分が水分 と接触して水和する際に ^が約 2倍に增加することに起因するスラグの膨張現象、 或いは、 とりわけ遊離 C a Oが水に溶出することに起因する p Hの上昇現象や、 同じく海水に溶出して p Hが增加し、 M g (O H) 2 が析出することに起因する白濁現象などを生じさせることから 、 路盤材、 骨材、 石材といった土木建築材料や海洋での潜堤材などの土木建築材料として利用 を図る際の阻害要因となっていた。 製鋼スラグを土木建築材料として使用する^ \ i岡スラグの有する上記問題のうち、 前者 の膨張現象については、 その原因である遊離 C aOや遊離 MgOを減少させてスラグの膨 生 を安定化させるための処理方法として、 大気雰囲気下に数ケ月から数年の期間、 暴露させて十 分に水和反応を施す 「大気エージング処理」 や、 大気圧下または加圧下で強制的に水蒸気と反 応させて水和処理反応を促進させる 「蒸気エージング処理」 或いは 「加圧エージング処理」 が 広く知られている (例えば特許文献 5参照) 。 しかしながら、 後者の pH上昇や白濁といった アルカリ溶出現象については、 上記のエージング処理を施しても、 残存する遊離 C a Oのみな らず、 エージング処理後の水和処理生成物である C a (OH) 2 同じく可溶性であり、 アル 力リ溶出源としては何ら変わりなく存在するために、 解決に至つてレ、ない。
また更に、 スラグには、 環境改善材料及び土木建築材料として製鋼スラグを するに 当たり、 破砕して所定のサイズに調製した製鋼スラグを例えば野外に積み上げて仮置きし、 仮 置き期間が長引くと、 スラグ粒子同士が固結してしまレ、、 再度破砕しなければ、 環境改善材料 や土木建築材料として翻できなくという問題点もある。
. 特許文献 1 :特開 2003— 286711号公報
特許文献 2 :特開 2004— 215533号公報 '
特許文献 3 :特 2005— 52031号公報
特許文献 4 :特開 2004— 313818号公報
特許文献 5 :特開平 10—338557号公報 発明の開示
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、 その目的とするところは、 高炉スラグ及び製鋼 スラグを、 海、 河川、 湖沼などの水底及び水質を浄化するための環境改善材料、 或いは、 土壌 改良材ゃ路盤材などの土木建築材料として使用するに当たり、 スラグ同士の固結を防止すると ともにスラグからのアル力リの溶出を抑制して 改善材料及ぴ土木建築材料として十分に適 用することのできるスラグ材を提供するとともに、 そのスラグ材を得るための製造方法を^^ することであり、 更に、 このスラグ材を利用した、 長期間に!:つて水底及び水質を浄化するこ とのできる環境改善材料及び環境改善方法、 並びに、 アルカリの溶出に起因する pHの上昇現 象や白濁現象を発生することのない土木建築材料を ¾Wすることである。 本発明者等は、 上記籤題を解決すべく鋭意研究'検討を行った。 その結果、 スラグ表面で微 生物を増殖させ、 スラグ表面に大量の微生物を^させることにより、 この微生物によって形 成される、 バイオフィルムと呼ばれる有機物膜でスラグ粒子の表面が被覆され、 スラグ粒子同 士の接触が物理的に妨げられてスラグの固結が抑制される、 或いは、 スラグに存在する微生物 によって形成される有機酸により、 スラグから溶出した C a イオンが中和され、 固結の原因 である C a 2+イオンが減少して、 スラグの固結が抑制されるとの知見を得た。 また、 C a 2+ィ オンが減少することで、 p Hの上昇現象も防止されるとの知見を得た。
本発明は、 上記知見に基づいてなされたものであり、 第 1の発明に係るスラグ材は、 スラグ と、 該スラグに存在する 1 04 cel l s/g- slag以上の微生物と、 を含むことを特徴とするもので ある。
第 2の発明に係るスラグ材は、 第 1の発明において、 更に、 ΙΐίΙΕ微生物によって形成された 有機物を有することを とするものである。
第 3の発明に係るスラグ材は、 第 1の発明において、 更に、 tijf己微生物によって形成された 有機酸を有することを とするものである。
第 4の発明に係るスラグ材は、 第 1ないし第 3の発明の何れかにおいて、 前記スラグは、 高 炉スラグ及び/また スラグであることを ¾とするものである。
第 5の発明に係るスラグ材の製造方法は〈 スラグに、 微生物と養分、 または養分を接触させ て微生物を増殖させ、 ラグに存在する微生物の数が 1 04 pel l s/g- slag以上であるスラグ材 を製造することを特徵とするものである。 '
第 6の発明に係るスラグ材の製造方法は、 スラグに、 微生物と養分、 または養分を接触させ て微生物を増殖させ、 スラグに存在する微生物の数が 1 0 4 cel ls/g- slag以上であり、 且つ、 前記微生物によって形成された有機物が存在するスラグ材を製造することを特徴とするもので ある。
第 7の発明に係るスラグ材の製造方法は、 スラグに、 微生物と養分、 または養分を接触させ て微生物を増殖させ、 スラグに存在する微生物の数が 1 04 cel l s/g- slag以上であり、 且つ、 前記微生物によつて形成された有機酸が存在するスラグ材を製造することを特徴とするもので ある。
第 8の癸明に係るスラグ材の製造方法は、 第 5ないし第 7の発明の何れかにおいて、 前記ス ラグは、 高炉スラグ及び/または製鋼スラグであることを特徴とするものである。
第 9の発明に係る環境改善材料は、 第 1ないし第 4の発明の何れか 1つに記載のスラグ材を 含有していることを特徴とするものである。
第 1 0の発明に係る環境改善材料は、 第 5ないし第 8の発明の何れか 1つに記載のスラグ材 の製造方法によって製造されたスラグ材を含有していることを特徵とするものである。
第 1 1の発明に係る環境改善方法は、 第 9または第: 0の発明に記载の環境改善材料を、 水 中または水浜に敷設することを !敫とするものである。
第 1 2の発明に係る土木建築材料は、 第 1ないし第 4の発明の何れか 1つに記载のスラグ材 を含有していることを樹敫とするものである。
第 1 3の発明に係る土木建築材料は、 第 5ないし第 8の発明の何れか 1つに記載のスラグ材 の製造方法によって製造されたスラグ材を含有していることを糊敷とするものである。
本発明に係るスラグ材は、 スラグ粒子表面及びスラグ粒子間に、 1 04 cells/g- slag以上の 微生物が存在しているので、 酸素が潤沢に存在する条件 ( 「好気条件」 という) では、 微生物 によって形成されるバイオフィルムと呼ばれる微生物の集合体からなる有機物がスラグ粒子の 表面の少なくとも一部を被い、 これにより、 スラグヤードに仮置きしたり、 水中或いは水浜に 敷設したりしてもスラグ粒子同士の接触が妨げられて、 スラグの固結が抑制される。 また、 ス ラグが有機物を有することにより、 スラグから溶出する C a 2+ィオンも有機物膜中に留まるた め、 スラグ固結の原因となる C a 2+イオン自体が少なくなり、 固結がより一層抑制される。 .C a 2+が減少することにより、 当然ながら p Hが低下し、 白,濁現象を防止することができる。 このバイオフィルムは、 微生物と養分または養分をスラグに接触するだけで、 スラグ粒子の 1粒 1粒に簡単に形成させることができるので、 極めて簡単に且つ安価にバイオフィルムを付 着させることができる。 また、 有機物自体が憐ゃ窒素といった養分を含んでいるので、 本発明 のスラグ材を環境改善材料としてアマモ基盤材などに用いた場合には、 養分補給の役割も果た すことができる。 更に、 予め有機物を有しているので、 海底などに沈設した際に天然の微生物 も付着しやすくなり、 既に海中に存在する天然石や砂の状態に、 より早く近づきやすくなる。 また更に、 予め有機物を有していることによって、 例えば海域の生物の親和性が高くなり、 海 底に本発明のスラグ材を敷設した場合には、 貝ゃゴカイなどの底性生物が生息しゃすくなる。 また、 スラグにィ する微生物が出す代謝物によって、 スラグ粒子の表面に変化がもたらさ れる。 例えば、 キレートの性質を持つ代謝物が出た:^^には、 スラグ粒子の表面から溶出した C a 2+イオンなどが固定され、 スラグ粒子表面からのアルカリ溶出が抑制される。 また、 代謝 物が多糖類などの^ ·も、 スラグ粒子表面からのイオンの溶出の抑制効果をもたらす。 多糖類 はまたスラグ粒子同士の接触を妨げるので、 固結防止にも寄与する。
一方、 酸素が潤沢にない条件 ( 「嫌気条件」 という) や、 或いは好気条件であっても菌種に よっては、 スラグに存在する大量の微生物によって、 酢酸、 乳酸、 蟻酸などの有機酸が形成さ れ、 生成される有機酸により、 スラグ粒子表面から溶出するアルカリが中和されるという効果 がもたらされる。 即ち、 アルカリが中和されることで、 固結の原因となる C a 2+イオンが減少 し、 固結が抑制される。 当然ながら、 p Hの上昇現象も防止される。 強い有機酸を出す微生物 の^は、 中和の効果が大きく、 スラグを水または海水に浸漬 (スラグ:水 = 1 0 : 1 ) した. ときの間隙水の p Hが 9以下または 8以下になる^もある。 また、 死んだ微生物が分解する ときに酸を生成する^にも、 同様な効果が認められる。 図面の簡単な説明
図 1は、 環境改善材料 Aの表面を、 走査型電子顕微鏡を用いて 5 0 0 0倍の倍率で観察した 結果を示す図である。 '
図 2は、 図 1の拡大図である。
図 3は、 図 2に示すバチルス菌の E D X定性分析結杲を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を具体的に説明する。 ,
本発明では、 高炉スラグ或いは製鋼スラグに、 微生物とこの微生物用の養分、 または微生物 の養分を接触させ、 微生物を増殖させて、 高炉スラグ或いは製鋼スラグの粒子表面及ひ拉子間 に 1 0 4 cel ls/g- slag以上の微生物を存在させ、 そのスラグを環境改善材料或いは土木建築材 料として有効活用することのできるスラグ材とする。 ここで、 「1 04 cel ls/g-slag以上の微 生物」 とは、 「スラグ 1 g当たりで 1 04 cel l s以上の微生物」 という意味である。 また、 自 然界には種々の微生物が存在しており、 養分のみを接触させてもこれらの微生物が増殖し、 上 記の数値の微生物を高炉スラグ或いは製鋼スラグの粒子表面及び粒子間に存在させることがで きる。 尚、 微生物の数の単位を 「cells」 と記載する理由は、 微生物は単細胞であり、 細胞 (c ell) の数と微生物個体の数とがー ¾1 "るからである。
本発明のスラグ材においては、 スラグに存在する微生物の数の上限値は特に規定する必要は ないが、 微生物単体が生育する上で微生物から排出される 物などによって自ずと或る程度 の領域をその周囲に確保する必要がおり、 これから判断して 1 0 I4cellS/g- slag程度が微生物 の生育する上限値であると思われる。 '
このように大量の微生物を存在させることで、 スラグを取り囲む雰囲気に酸素が潤沢に 7¾ する^には、 この微生物が排出する糖類、 増殖した微生物、 死滅した微生物などによって、 高炉スラグ或いは M岡スラグの粒子表面の少なくとも一部には有機物膜即ちバイオフィルムが 形成される。 このバイオフィルムにより、 スラグ粒子同時の接触が妨げられ、 スラグの固結が 防止される。
—方、 スラグを取り囲む雰囲気に酵素が潤沢に存在しない場合には、 バイオフィルムを形成 するための主成分となる糖類は排出されないが、 代わりに、 乳酸、 酢酸などの有機酸を微生物 が生成し、 高炉スラグ或いは製鋼スラグは有機酸を有することになる。 この有機酸によってス ラグ粒子表面から溶出する C a 2+イオンが中和されて、 固結の原因である C a 2+イオンが減少 して固結が防止される。 また、 有機酸と C a 2+イオンとの反応による化合物がスラグ粒子の表 面に被膜を形成し、 スラグからの C a 2+イオンの溶出が抑制されることによつても、 固結が防 止される。 尚、 好気条件であっても有機酸を する菌種も存在する。
そして、 本発明では、 1 04 cel ls/g-sl0g以上の微生物を させた、 高炉スラグ或いは製 鋼スラグからなるスラグ材を、 換言すれば、 微生物によって生成された有機物を有し固結しに くくなつたスラグ材、 或いは、 微生物によって生成された有機酸を有し固結しにくくなつたス ラグ材を、 海、 河川、 湖沼などの水底の環境を改善するための環境改善材料、 または、 土壌改 良材、 路盤材、 ±也盤改良材などの土木建築材料として使用する。
本発明において、 上記スラグ材を環境改善材料及び土木建築材料として使用するに当たり、 スラグ材を構成する高垆スラグ及び製鋼スラグ (以下、 これらを総称して 「鉄鋼スラグ」 と記 す) のサイズは、 特に限定する必要はない。 ただ、 環境改善材料として水底に敷設される^ には、 余りに大きいと粒子間の隙間が大きくなつて、 水底を覆うためには敷設厚みを厚くする 必要が生じるなどの不都合が生じるので、 環境改善材料として使用する には、 一般的に直 径 3 O mm以下とすることが好ましい。 ここで、 直径 3 0 mm以下とは、 目開き寸法が 3 0 m mの篩分器を通過するという意味であり、 目開き寸法が 3 O mmの篩分器を通過する限り、 長 径が 3 O mmを超える紡錘形であっても構わない。 但し、 環境改善材料として使用する^で も、 潜堤材などに用いる場合には大きさの制限はない。 また、 敷設した際に有機物が蓄積しや す 、海域などでは、 却って間隙が大きレ、方が好ましく、 その ¾ ^には大きさの制限はな 、。 また、 本発明においてスラグ材とじて^する^!罔スラグは、 溶融状態の スラグをスラ グ処理ャ一ドに流して空冷し、 冷却固化した塊状のスラグを破 幾によって破碎して得たスラ グでも、 溶融状態の鉄鋼スラグに大量の水を噴射 '混合攪拌して急冷する或いは溶融状態の鉄 鋼スラグを大量の水の中に流し込んで急冷する方法 (これらの冷却方法を 「水 去」 という) によって得た、 粒径がおよそ 6 mm以下の粒状のスラグ ( 「水砕スラグ」 と呼ぶ) で'も、 溶融 状態の スラグを空気などの気体とともに空気中に吹き飛ばして急冷する方法 (この冷却方 法を 「風砕法」 という) によって得た、 粒径がおよそ 6 mm以下の球状のスラグ ( 「風砕スラ グ J と呼ぶ) でも、 どの方法により粒度を調整したスラグであっても構わない。 また、 その組 成も所謂 「高炉スラグ」 及ぴ所謂 「製鋼スラグ」 であるならば、 組成に 少の違いがあっても 構わない。 ここでいう、 高炉スラグとは、 溶鉱炉から溶銑どともに排出されるスラグであり、 スラグとは、 溶銑予備処理工程で発生する! ¾¾スラグ、 脱硫スラグ、 脱燐スラグ、 並びに 、 転炉における溶銑の脱炭精錄時に発生する脱炭スラグである。
この鉄鋼スラグに^させる微生物としては、 つまり鉄鋼スラグの表面に有機物膜を形成さ せる或いは有機酸を付着させるための微生物としては、 バクテリア、 泉菌、 菌類界に含まれ る麹菌などのカビ、 白色腐朽菌などのキノコゃ酵母、 を使用することができる。
好気的な菌として、 バクテリアでは、 特に p H 8以上のアルカリ環境でも生育できる好アル カリ性細菌がスラグ上での成育という観点から好ましい。 主にバチルス属細菌がこれに該当す る。 バチルス属細菌の例として、 バチルス · コ一二一 (Baci llus cohnii ) 、 バチルス ·アル カロフィラス (Bacillus alcalophilus) 、 ノくチノレス 'ァガラドハエレンス (Bacillus agarad haerens sp. ) 、 ノくチノレス 'クラーキ一 (Bacillus clarkii sp. ) 、 ノくチルス ·クラウジ一 (B acillus clausii sp. ) チノレス · ギブソニー (Bacillus gibsonii sp. ) チノレス · /レ マノ ラス (Baci l lus halmapalus sp. 、 ノヽチノレス ·ノヽロァュフンス (Bacillus halodurans c omb. ) チノレス ·ホリコジー (Baci llus horikosii sp. ) チノレス · シ アルカロフ イラス (Bacillus pseudoalcalophi lus sp. ) 、 ノくチノレス · シュードファームス (Bacillus ps eudofirmus sp. ) 、 ノくチノレス 'ベンデリ (Bacillus vedderi sp.; などが上げられる。 納豆菌 (Bacil lus subtilis natto) もこの属に属し、 増殖速度が速く大量に培養しやすいことから 有効に利用できる。 アンモニア酸化細菌などは増殖速度が遅いために使用しにくいという欠点 力ある。
また一般に好気的な菌の方が、 増殖速度が速いために使用しやすいが、 嫌気的な菌は p Hを 低下させる効果がある。 ¾ ^的な菌の例として乳酸菌が挙げられる。 乳酸菌にはラク トバチル ス (Lactbacillus) 、 スポロラク トノくチノレス (Sporolactobacillus) 、 スプレプトコッカス ( Streptococcus) 、 ェンテロコッカス (Enterococcus) 、 フク トコッ ス (Lactcoccus) 、 リ ユウコノストック (Leuconostoc) 、 ぺデイノコッカス (Pediococcus) などの属がある。
また、 乳酸菌以外にも酸を生成する嫌気性菌を用いると、 炭水化物などを嫌気的に発酵し、 酢酸や乳酸や酪酸などの有機酸を菌体外に生成し、 それらの有機酸は p Hが低く、 スラグのァ ルカリ成分を中和する効果が得られるので好ましい。 このような酸を生成する 性の菌とし ては、 ぺプトコッカス属 (Peptococcus属) 、 ノレミノコッカス属 (Ruminococcus属) 、 ザノレチ ナ属 (Sarcina属) 、 ォゥロピオニバクテリゥム属 (Propionibacterium属) 、 ビフイ ドバクテ リウム属 (Bifidobacterium属) 、 ユウバクテリゥム属 (Eubacterium属) 、 ブチリビブリオ属 (Butyrivibrio属) 、 ァセトバクテリゥム属 (Acetobacterium属) などが挙げられる。
また、 好気的に酸を生成する菌である酢酸菌の例として、 ダルコノバクタ一属 (Gluconobac ter属) やァセトパクター属 (Acetobacter属) などが挙げられ、 これらの菌も活用できる。 更に、 微生物としては、 光合成細菌や微細藻類なども含まれる。 但し、 これらを増殖させる ためには光を必要とする。 ,
また、 上記の微生物から選ばれる 2種以上を併用することが好ましい。 2種以上を併用する ことにより、 バイオフィルムが形成されやすくなつたり、 しっかりとしたバイオフィルムが形 成されたりする効杲が得られる。 これは、 様々な場所で形成されているバイオフィルムにおけ る微生物叢を考えた場合、 その多くは複合系で存在しているからである。 例えば、 古川等 (Fu rukawa et al. , Proc. ASM Biofi lm Conf., p. 93, 2003.参照) は、 複合微生物系バイオフィルム の形成機構解明に関して、 4 3種類の食品関連微生物の 2種ずつの複合培養系におけるバイオ フィルム形成について検討を行った結果、 全 9 0 3通り中で 3 0 . 6 %の組み合わせでバイオ フィルムの形成量が増加し、 9 . 7 %の組み合わせでバイオフィルム形成量が減少したことを 報告している。
この結杲から複合微生物系においては、 バイオフィルム形成量は増加する傾向にあることが 明らかである。 また、 ノくィオフイルム形成量が増加した複合微生物系の組み合わせには、 酵母 と乳酸菌との組み合わせが含まれていた。 酵母及び乳酸菌は単独系ではほとんどバイオフィル ムを形成しないことから判断して、 単独系ではバイオフィルムを形成しない菌種でも、 或る特 定の菌種と共存した^^にはバイオフィルムが形成されることが分かった。 特に、 サッカロマ イセス 'セレビザ協会 1 0号 (Saccharomyces cerevisae 協会 1 .0号) とラク トバチルス .力 ゼィ ·サブスぺシ一ズ · ラムノザス (Lactobacillus casei subsp. Rh纖 osus) との組み合わ せにおいては、 乳酸菌の培養上清を添加することにより、 酵母のバイオフィルム形成が促進さ. れること、 及び、 培養上清は加熱処理によってバイオフィルム形成促進活性を失うこと、 など が本発明者等によって ¾ ^されている。 以上のことから、 特に 2種以上の微生物を用いる^ には、 酵母や乳酸菌との組み合わせが好ましいと考えられる。 また、 特定の菌種ではなく、 土 壌、 下水汚泥、 ヘドロなどをスラグに ¾ させるための複合微生物群として用いることもでき る。 . '
これらの微生物を^育させるために鉄鋼スラグに添 0 ^する養分としては、 グルコース、 夜 ( グルコース濃度: 0 : 5〜1 0質量%) 、 たんぱく質加水分解物、 肉や酵母のエキス、 血液や 卵、 焼酎やビールの絞り粕、 サトウキビの絞り粕、 糖蜜、 廃糖蜜、 剪定材ゃ海藻や植物系廃棄 物やその醱酵物などを使用することができる。 また、 鉄鋼スラグに元々^していたスラグ常 在菌が養分を与えられることにより増加し、 その代謝物、 例えば有機酸により p Hを低下きせ ることも本発明の範囲に含まれる。
鉄鋼スラグに 1 04 cells/g- slag以上の微生物を存在させるには、 例えばスラグヤードに堆 積させた鉄鋼スラグに上記の微生物と養分または養分を散布し、 好ましくは搔き混ぜ、 1週間 程度を費やして微生物を育成'生長して増殖させる。 この^、 微生物は乾燥状態になると育 成-生長しないので、 鉄鋼スラグの周囲に土手を形成する、 或いは、 鉄鋼スラグをシートで覆 うなどして、 養分の流出並びに乾燥を防止してもよい。 乾燥した:^には、 水分を添 するこ とが好ましい。 また、 微生物によりバイオフィルム有機物或いは有機酸が鉄鋼スラグに形成さ れるまでの日数は、 添加する微生物の個数及び養分の量に影響されるので、 1週間程度で有機 物或いは有機酸を形成させるためには、 スラグ l m3 に対して、 l m L当たり 1 07 cell s (以下、 「Cell s/m L」 と記す) 程度の微生物を含有する、 5質量%のグルコース溶液を 0 . 1 5 m3 程度添加することが好ましい。 通常、 培養した微生物は 1 06 〜: 1 08 cells/m L 存在するので、 ffiする個数に応じて前記関係を維持するようにすればよい。 同様に、 ダルコ —ス觀夜の濃度に応じて前記関係を維持するようにすればよい。 この^、 鉄鋼スラグをスラ グヤードに堆積させる必要はなく、 密閉した底を有する容器の中で有機物或いは有機酸を形成 させることもできる。 また、 乾燥した ¾ ^には水を添加することとする。 この^ \ 水ととも に微生物及び養分を再度添加してもよい。
,スラグに存在する微生物の数を、 微生物の生死に拘わらず計数する方法としては計数盤 法がある。 計数盤法とは、 スライ ドグラスの表面を極薄く削って低くした部分に、 小さな溝を 刻んでつくった格子を描いたものを用い、 そこに、 スラグ 5 gを生理的食塩水 1 O m Lに; τ て超音波で 2分間程度処理してスラグから微生物を剥離し、 剥離した微生物を含む生理的食塩 水を滴下し、 カバーグラスをかけて一定の間隙が液で満たされるようにし、 顕微鏡でスライド グラスにある格子状の最少区画内にいる微生物の数を数え、 そこから単位容量当たりの数を計 算で求める方法である。 また、 スラグから遺伝子を抽出し、'リアルタイム P C R法と呼ばれる 遺伝子解析手法を用いて、 遺伝子の数を計測して微生物の数を求める手法も用いることができ る。 具体的には、 0 . 5 gのスラグを抽出キットに装入し、 D N Aを抽出する方法である。 微生物、 或いは、 微生物及び栄養源から由来した有機物と判断するには、 元素分析において 、 炭素量及び窒素量がスラグ自体の含有量より明らかに多いことから!^リできる。 また微生物 の形態がはっきりしていれば! tSijすることができる。 また、 スラグ粒子表面に付着している微 生物は、 採取したスラグ粒子をダルタールアルデヒ ド溶液に浸漬して固定し、 その後、 濃度の 異なるアルコール激夜で主に微生物体からなる有機物中の水分をアルコールと置換し、 C o2 臨界点乾燥を行うなどのように、 形態が崩れないような前処理と乾燥とを行った後、 ォスミゥ ム (O s ) を蒸着し、 高分解能型の走査型電子顕微鏡 ( F E - S E M) でスラグ粒子表面を観 察し、 F E— S E M付帯の特性 X線分析装置 (E D X) で、 炭素及び窒素が多く検出されるか どうかによって判断できる。
スラグに所定量の微生物を存在せしめた後に乾燥させ、 微生物、 有機物或いは有機酸を^! スラグ粒子の表面に密着させることが好ましレ、。 乾燥して密着させることで効果が高まるが、 必ずしも乾燥させる必要はない。 鉄 スラグを乾燥するには、 スラグをスラグヤードにそのま ま放置する、 或いは、 スラグヤードから搔き出してコンテナに収容するなどして行うことがで きる。 ffe岡スラグを乾燥することで、 微生物の大半は死滅するが、 有機物或いは有機酸として スラグに存在しており、 スラグ粒子の固結は防止される。
本発明のスラグ材では、 鉄鋼スラグが 1 04 cells/g- slag以上の微生物を一旦有すればよく 、 その後微生物は死んでもその細胞が有機物として残るので効杲は保たれる。 1 0 4 cel l s/g- slag以上の微生物を含む有機物または微生物や養分由来の有機物が付着することによって、 ス ラグの固結を防止でき、 更にスラグからのアルカリ成分の溶出を防止できる。 但し、 これらの 効果をより一層発揮させるために、 望ましくは 1 0 7 cel l s/g- slag以上の微生物がスラグに存 在していることが好ましい。
このようにして製造したスラグ材を、 海、 河川、 湖沼などの水底の環境及び水質を改善する ための澴境改善材料として適用し、 或いは、 路盤材、 土壌改良材、 地盤改良材、 セメントゃコ ンクリートの骨材、 石材、 及び、 海洋における、 潜堤材、 裏ごめ材、 裏埋め材、 盛土材、 サン ド.コンパクション、 S C Pサンドマット、 浅場 などの土木建築材料として適用する。 ま た、 この環境改善材料を海、 河川、 湖沼などの水底或いは水辺に敷設して環境の改善を図る。 本発明に係るスラグ材を環境改善材料として した^^には、 スラグは有機物或いは有機 酸を有しているので'、 水中或いは水浜に敷設した際に、 有機物によってスラグ粒子同士の接触 が妨げられる、 或いは、 有機酸によってスラグ粒子表面から溶出する C a 2+イオンが中和さ.れ ることによって、 スラグ粒子同士の固結が抑制される。 また、 有機物を食べに水中の微生物や 生物が集まってくるので、 スラグ粒子の表面には更に微生物層が形成され、 この微生物層によ つてもスラグ粒子同士の固結が防止される。 また、 その微生物や有機物を捕食するゴカイなど が集まり増殖することで、 生物攪拌が行われ、 常にスラグが動かされるので、 更に固結しにく くなる。 更に、 スラグ粒子には有機物が付着しているので、 スラグから溶出する C a 2+ィ オンも有機物中に留まるため、 固結の原因となるイオン自体が少なくなり、 固結がより一層抑 制され、 長期間に亘つて海、 河川、 湖沼などの水底の環境を改善する効果が^される。 また 更に、 スラグが有する有機物は、 本来生物の集合体であり、 水中に敷設した場合には、 他の生 物の養分となったり、 生物親和力が高いので、 その他の生物の生息環境を良好に保ったりする ことができる。 上記の有機物或いは有機酸は、 微生物と養分、 または養分をスラグに ¾ するだけで、 , スラグに存在せしめることができるので、 極めて簡単に且つ安価に 改善材料を得.ることが できる。 また、 有機物自体が燐や窒素といった養分を含んでいるため、 この環境改善材料をァ マモ基盤材などに用いた場合には、 養分補給の役割も果たす。 この場合、 敷設厚みは 2 O c m 程度以上であれば十分である。
本発明においては、 有機物或いは有機酸を有する上記スラグ材のみを環境改善材料とする必 要はなく、 上記スラグ材に、 有機物或いは有機酸が付着していない通常の鉄鋼スラグを混合し たものを環境改善材料として敷設しても構わない。 但し、 この ¾ ^には上記の固結防止効果は 自ずと低下するので、 所望する効杲に応じて配合量を決定すればよい。
また、 本発明に係るスラグ材を土木建築材料として使用した ^には、 スラグは有機物或い は有機酸を有しているので、 有機物層によってスラグからのアルカリイオンの溶出が妨げられ る、 或いは、 有機酸によってスラグから溶出するアルカリイオンが中和されて p Hの上昇が抑 えられることにより、 p H上昇に起因する白濁現象などを防止すること力できる。
本発明においては、 有機物或いは有機酸を有する上記スラグ材のみを土木建築材料とする必 要はなく、 上記スラグ材に、 有機物或いは有機酸が付着していない通常の鉄鋼スラグを混合し たものを土木建築材料として ί ^しても構わなレ、。 但し、 この場合には上記の ρ Η上昇防止効 杲は自ずと低下するので、 所望する効杲に応じて配合量を決定すればよい。
実施例 1
スラグヤードに堆積させた体積 1 O m3 の高炉水砕スラグに対し、 バチルス菌個数が 1 07 cel ls/m Lの濃度で含まれる、'グルコース濃度が 5質量0 /0のグルコース溶液を 1 . 5 m3散布 した後、 シャベルローダ一で攪拌した。
3日に一度の毎に l m3 の水を散布して乾燥を防ぎながら、 そのまま 1週間放置した。 この とき好気性を保っために、 堆積させたスラグの下方から毎分 l m3 の通気を行った。 1週間経 過した時点で、 微生物が高炉水碎スラグ粒子の表面に付着したことを電子顕微鏡によつて確認 し、 確認後はそのままスラグヤードに放置して乾燥させ、 本発明のスラグ材を製造した。 そし て、 このスラグ材を澴境改善材料 Aとした。 リアノレタイム P C R法 (抽出キッドとして Spinki t 使用) で測定した結果、 環境改善材料 Aは 1 07 cells/g-slagの微生物を有していた。
図 1に、 製造したスラグ材つまり環境改善材料 Aの表面を、 髙分解能型の走査型電子顕 « ( (株) 日立製作所製: S— 4800) を用いて 5. OkVの加速電圧、 5000倍の倍率で 観察した結果を示す。 電子顕微鏡観察試料は、 co2臨界点乾燥法により上記スラグ材を乾燥 し、 乾燥後、 その表面にオスミウム (O s) をプラズマコーティングして作製した。 図 1にお いて、 図の中央上段部と左側下段部とにバチルス菌が存在しているのが できる。 図 2は、 図 1の左側下段部に示すバチルス菌を倍率 30000倍で拡大した図である。 棒状のバチルス 菌がスラグの表面に存在する様子が分かる。
図 3に、 図 2に示すバチルス菌の EDX定性分析結果を示す (使用した装置は、 エダックス ' ジャパン (株) 製の Genesis4000である) 。 図 3に示すように、 検体物は、 炭素 (C) が高い強度で検出されると同時に窒素 (N) が検出されることから、 有機物であることが できた。 その他に 0、 S i、 A】 、 Mg、 C a、 O sなどが検出されたが、 0、 S i、 A l、 Mg、 C aなどはスラグを構成する元素であり、 O sは電子顕微鏡観察試料の蒸着層である。 また、 平坦なコンクリート路面に体積 10 m3 の高炉水碎スラグを平坦にならし、 その脇に 、 水が流れ出ないように土手を作り、 そこに、 バチルス菌個数が 107 cells/mLの濃度で含 まれる、 グルコース濃度が 5質量%のグルコース溶液を 15m3 流し込んだ。 その後、 2日に 1度の毎にグルコース辯夜を交換し、 1週間経過時点で、 微生物が高炉水碎スラグ粒子の表面 に付着したことを電子顕微鏡によって した後、 高炉水砕スラグを接き出し、 コンテナに装 入して乾燥させ、 本発明のスラグ材を製造した。 そして、 このスラグ材を澴境改善材料 Bとし た。 リアルタイム PCR法で測定した結果、 環境改善材料 Bは 10s cells/g- slagの微生物を 有していた。
こうして作製した環境改善材料 A及 境改善材料 Bを海底に敷設し、 高炉水碎スラグをそ のまま敷設した^及び天然の海底の場合とで、 底生生物及びアマモの生育状況について比較 調査した。
[試験 1 ]
澴境改善材料 A及び環境改善材料 Bを水深 5 mの海底に厚み 30 c mで 1 m平方 (縦 1 m X横 lm) の範囲に敷設した。 また、 比較区として無処理の高炉水砕スラグを同様に海底に 敷設した。 その後、 2週間毎に潜水し、 金羼棒を敷設部に突き刺して固結の状況を調べた。 ま た、 2力月後には、 縦 1 5 cm、 横 1 5 cm、 厚み 30 cmの敷設部を回収し、 回収した敷設 部中にどのような底生生物がどの程度生息しているかを調査した。 底生生物は天然区でも調査 した。
その結果、 無処理の高炉水砕スラグを敷設した箇所では、 1力月後に固結が発生したが、 本 発明の環境改善材料 A及び環境改善材料 Bを敷設した箇所では、 半年間固結が起こらなかった 。 また、 底生生物の調査結果では、 表 1に示すように、 無処理の高炉水砕スラグを敷設した箇 所では、 底生生物の種類及び個体数がともに天然区に比較して少なかったが、 これに対して環 境改善材料 A及び環境改善材料 Bを敷設した箇所では、 底生生物の種類及び個体数がともに天 然区と同等以上であることが分かった。
表 1
Figure imgf000017_0001
このように、 有機物を付着させることで高炉水砕スラグの固結が防止され、 底生生物に対し て天然区と同等の環境であることが確認できた。
[試験 2 ]
水深 5 mの海底のアマモ場において、 試験区に使用する面積分のアマモを抜き取り、 アマモ を抜き取った部位に、 厚み 3 O c mで l m平方 (縦 l m X横 l m) の範囲に環境改善材料 A 及び環境改善材料 Bを敷設した。 また、 比較区として無処理の高炉水砕スラグを同様に海底に 敷設した。 また更に、 アマモを抜き取った後の天然区 (縦 l m X横 l m) も試験区どした。 冬季にこれらの試験区にアマモを 4 0本ずつ移植し、 夏季に半年後のアマモの株数を調査した 。 調査結果を表 2に示す。
表 2
Figure imgf000017_0002
表 2に示すように、 高炉水枠スラグを敷設した箇所は、 養分が少なく株数がほとんど増加し なかったが、 本発明の環境改善材料 A及び瑗境改善材料 Bを敷設した箇所では、 有機物膜の有 する養分があるため、 天然区と同様に、 アマモの株数が增加することが できた。
実施例 2
スラグヤードに堆積させた体積 1 O m3 の高^水砕スラグに対し、 廃糖蜜濃度が 5質量%の 廃糖蜜溶液を 1 . 5 m3散布した後にシャベルローダーで攪拌し、 2日間静置した。 2日間の 静置後、 廃糖蜜とスラグ粒子とが十分混合され、 廃糖蜜によりスラグの間隙水の p Hが 1 0以 下になつたことを した後、 5質量%の廃糖蜜濃度の廃糖蜜 夜で培養した乳酸菌の個数が 1 08 cells/m Lの濃度で含まれる培養液を 1 . 5 m3散布し、 その後、 ショベルローダーで ¾拌し放置した。
3ョに一度の毎に l m3 の水を散布して乾燥を防ぎながら、 そのまま 1週間放置した。 1週 間経過時点で、 堆積させた高炉水碎スラグの表面及び内部の、 それぞれ任意の 6 ffl所の位置か ら 1 0 0 gの高炉水砕スラグをサンプリングし、 スラグの間隙水の平均 p Hが 9 . 5以下に低 下したこと確認し、 本発明のスラグ材を製造した。 そして、 このスラグ材を環境改善材料 Cと した。 リアルタイム FC R法で測定した結杲、 澴境改善材料 Cは 1 0 7 cells/g- slagの微生物 を有していた。 また、 各サンプルの間隙水に乳酸菌の活動により酢酸などの有機酸が 1 0 p p m以上存在していることも分析して ¾ISした。
水深 2 mの海底に、 2 0 c mの厚みで環境改善材料 Cを敷設した、 深さ 3 0 c m、 縦 6 O .c m、 橫 5 0 c mのコンテナを設置した。 また、 比較区として無処理の高炉水砕スラグを敷設し たコンテナを設置した。 試験期間は 4月から 9月の期間で平均水温は 2 0 °C、 8月及び 9月は 3 0 \:であった。 r
6ヶ月経過後の固結の状態について調査を行った結果、 環境改善材 Cでは全く固結が起こつ ていなかったが、 高炉水砕スラグ区では固結が起こっており、 全体積の約 3割が固まっていた 実施例 3
平坦なコンクリート路面に、 体積が 1 O m3 、 平均粒径が 3 O mmの製鋼スラグを平坦にな らし、 その脇に、 水が流れ出ないように土手を作り、 そこに、 一般的な土壌や下水汚泥に生息 してレ、るシユードモナス (Pseudomonas) 、 フロ一バクテリゥム (Flavobacterium) 、 ァノレ力 リゲネス (Alcaligenes) 、 コリネバクテリゥム (Colinebacterium) の各属が各々 107 cell s/mLの濃度で含まれる培養液を 1 5 m3流し込んだ。 その後、 2日に 1度の毎に培養液を交 換し、 1週間経過時点で、 微生物が スラグ粒子の表面に付着したことを電子顕«によつ て mした後、 製鋼スラグを搔き出し、 コンテナに ¾Λして乾燥させ、 本発明のスラグ材を製 造した。 そして、 このスラグ材を ¾ ^改善材料 Dとした。 リアルタイム PCR法で測定した結 杲、 環境改善材料 Dは 107 cells/g- slagの微生物を有していた。
澴境改善材料 Dを、 厚み 10 cmで lm2 の区画で海底に敷設した。 比較区として無処理の 平均粒径が 3 Ommの スラグも敷設した。 敷設の際に、 比較.区の周辺はスラグからのアル カリ溶出によって白濁現象が生じたが、 環境改善材料 Dを敷設した際には白濁現象は起きなか つた。 このように、 漯境改善材料 Dではアルカリ溶出が抑えられ白濁現象が抑制された。 実施例 4
平坦なコンクリート路面に、 体積が 10m3 、 平均粒径が 30mmの スラグを平坦にな らし、 その脇に、 水が流れ出ないように土手を作り、 そこに、 5質量%の廃糖蜜濃度の廃糖蜜 溶液で培養した酵母及び乳酸菌が各々 107 cells/mLの濃度で含まれる培養液を 1 5m3 流 し込んだ。 その後、 1日に 1度の毎に、 培養液の半分の量を新鮮な 5質量%の廃糖蜜濃度の廃 糖蜜溶液で交換し、 4日後に糖蜜濃度が 5質量%の廃糖蜜溶液で培養した、 バチルス菌が 10 7 cells/mLの濃度で含まれる培養液を投入した。 その後、 1週間経過時点で、 微生物が製鋼 スラグ粒子の表面に付着したことを電子顕微鏡によって確認し、 本発明のスラグ材を製造した 。 そして、 このスラグ材を環境改善材料 Eとした。 リアルタイム PCR法で測定した結果、 環 境改善材料 Eは 109 cells/g- slagの微生物を有していた。
水深 5mの海底のアマモ場において、 試験区に使用する面積分のアマモを抜き取り、 アマモ を抜き取った部位に、 厚み 30 cmで l m平方 (縦 l mX横 l m) の範囲に、 環境改善材料 Eを海砂に体積比で 40%混合した混合物を敷設した。 また、 比較区として無処理の製鋼スラ グを同様に海底に敷設した。 また更に、 アマモを抜き取った後の天然区 (縦 l mX横 l m) も試験区とした。
冬季にこれらの試験区にアマモを 40本ずつ移植し、 夏季に半年後のアマモの株数を調査し た。 移植直後の各区画の間隙水の pHは、 環境改善材料 Eでは 8、 製鋼スラグ区では 10. 5 、 天然区では 8であった。 アマモの株数の調査結果を表 3に示す。 表 3
Figure imgf000020_0001
表 3に示すように、 Mi スラグを敷設した箇所は、 初期の p Hが高かったためにほとんどの アマモが枯れてしまったが、 本発明の環境改善 料 Eを敷設しだ箇所では、 底質の聞隙水の p Hも適正で且つ有機物膜の有する養分があるため、 アマモの株数が天然区以上に增加すること が確認できた。 更に、 生育したアマモを抜き取ってみると、 根が環境改善材料 Eに絡みついて おり、 アマモが流されにくくするために環境改善材料 Eをアンカ一材として利用していたこと が分かった。
実施例 5 .
スラグヤードに堆積させた体積 1 0 m3 の高炉水碎スラグに対し、 廃糖蜜濃度が 5質量%の 廃糖蜜溶液を 1 . 5 m3 散布し、 その後、, シャベルローダーで攪拌して 2日間静置した。 廃糖 蜜とスラグ粒子とが十分混合され、 廃糖蜜によりスラグの間隙水の p Hが 1 0以下になったこ とを確認した後、 更にそのまま 1週間放置した。
1週間経過時点で、 堆積させた高;^水碎スラグの表面及び内部の、 それぞれ任意の 6箇^の 位置から 1 0 0 gの高炉水砕スラグをサンプリングし、 スラグの間隙水の平均 p Hが 9 . 5以 下に低下したことを し、 本発明のスラグ材を製造した。 そして、 このスラグ材を環境改善 材料 Fとした。 リアルタイム P C R法で測定した結果、 '環境改善材料 Fは 1 07 cells/g-slag の微生物を有していた。
また、 各サンプルの間隙水には高炉水砕スラグに由来する微生物の活動により、 酢酸などの 有機酸が 1 0 p p m以上存在していることも分析して ¾ ^した。 また、 この微生物には高炉水 砕スラグを製造するときの水砕水に含まれている微生物も含まれていた。
水深 2 mの海底に、 2 0 c mの厚みで瓌境改善材料 Fを敷設した、 深さ 3 0 c m、 縦 6 0 c m、 横 5 0 c mのコンテナを設置した。 また、 比較区として無処理の高;^水砕スラグを敷設し たコンテナを設置した。 試験期間は 4月から 9月の期間で平均水温は 2 0 °C、 8月及び 9月は 30t;であった。
6ヶ月経過後の固結の状態について調査を行った結杲、 環境改善材 Fでは全く固結が起こつ ていなかったが、 髙炉水碎スラグ区では固結が起こっており、 全 ίΨ¾の約 3割が固まっていた 実施例 6
スラグヤードに堆積させた、 体積が 1 0m3 、 粒径が 5〜1 Ommの スラグに対し、 乳 酸菌個数が 1 03 cells/mLの濃度で含まれる焼酎廃液を 5 m3 散布した後、 シャベルローダ 一で攪拌した。
3日に一度の毎に lm3 の水を散布して乾燥を防ぎながら、 そのまま 1週間放置した。 1週 間経過時点で、 製鋼スラグの pHを測定し、 9.5以下であることを確認し、 コンテナにば して乾燥させ、 本発明のスラグ材を製造した。 そして、 このスラグ材を土木建築材料 Aとした 。 リアルタイム PCR法で測定した結果、 土木建築材料 Aは 107 cells/g- slagの微生物を有 していた。
微密な粘土質の土壌の物性を改良するために、 土木建築材料 Aを面積 2m2 で深さ 0. 5m の土壌に 350k g混合した。 比較区 して無処理の粒径 S'〜l Ommの スラグを面積 2 m2 で深さ 0. 5mの土壌に 350 k g混合した。 また、 何も混合しない同じ面積の区画も設 けた。 これらの試験'区に茄子の苗を 80本 つ植えた。
製鋼スラグを混合した区では、 2週間後に 70%が枯れ、 1月後には全て枯れてしまった。 また何も混合しない区では 50%の苗が生長したが、 茄子の実が結実したのは全体の 20%に 留まった。 本発明の土木建築材料 Aを混合した区では、 90%の苗が順調に生育し且つ茄子の 実が結実した。 ,
何も混合しない区では、 土壌が徵密なために根がうまく張れず、 このような結果となり、 ま た、 製鋼スラグを混合した区では、 土壌に適度な空隙ができたが、 土壤のアルカリ性が高まつ たために根に悪影響をもたらし、 枯れてしまった。 これに対して、 本発明の土木建築材料 Aを 混合した区では、 土壌に適度な空隙ができ、 更に土壌の pHも変化しなかったため、 茄子が順 調に生育した。 更に、 微生物が生成する有機酸などの酸性物質も有機物からできているため、 それが養分になったものと考えられる。

Claims

請求の範囲
1 . スラグと、 該スラグに する 1 04 cell s/g- slag以上の微生物と、 を含むことを特徴と するスラグ材。
2. 更に、 前記微生物によって形成された有機物を有することを特徴とする、 請求項 1に記載 のスラグ材。
3 . 更に、 前記微生物によって形成された有機酸を有することを 敫とする、 請求項 1に記載 のスラグ材。
4. tin己スラグは、 高炉スラグ及び zまたは ¾ !スラグであることを特徵とする、 請求項 1な
I、し請求項 3の何れか 1つに記載のスラグ材。
5. スラグに、 微生物と養分、 または養分を劍もさせて微生物を増殖させ、 スラグに存在する 微生物の数が 1 04 cells/g- slag以上であるスラグ材を製造することを特徴とする、 スラグ材 の製造方法。 ' '
6. スラグに、 微生物と養分、 または養分を接触させて微生物を増殖させ、 スラグに存在する 微生物の数が 1 04 cel ls/g- slag以上であり、 且つ、 前記微生物によって形成された有機物が 存在するスラグ材を製造することを特徴とする、 スラグ材の製造方法。
7. スラグに、 微生物と養分、 または養分を接触させて微生物を增殖させ、 スラグに存在する 微生物の数が 1 04 cel ls/g- slag以上であり、 且つ、 前記微生物によって形成された有機酸が するスラグ材を製造することを特徴とする、 スラグ材の製造方法。
8. 前記スラグは、 髙炉スラグ及び/または製鋼スラグであることを特徴とする、 請求項 5な いし請求項 7の何れか 1つに記載のスラグ材の製造方法。
9 . 請求項 1ないし請求項 4の何れか 1つに記载のスラグ材を含有していることを 教とする 漯境改善材料。
1 0 . 請求項 5ないし請求項 8の何れか 1つに記载のスラグ材の製造方法によって製造された スラグ材を含有していることを糊教とする環境改善材料。
1 1 . 請求項 9または請求項 1 0に記載の環境改善材料を、 水中または水浜に敷設することを 特徴とする環境改善方法。
1 2. 請求項 1ないし請求項 4の何れか 1つに記載のスラグ材を含有していることを とす る土木建築材料。
1 3 . 請求項 5ないし請求項 8の何れか 1つに記載のスラグ材の製造方法によって製造された スラグ材を含有していることを«とする土木建築材料。 "
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015117544A (ja) * 2013-12-19 2015-06-25 Jfeスチール株式会社 サンドコンパクションパイル用中詰材、サンドコンパクションパイル工法およびサンドコンパクションパイル
CN109518703A (zh) * 2019-01-15 2019-03-26 内蒙古工业大学 一种微生物矿化胶结处理液及砂质边坡的治理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003053379A (ja) * 2001-06-05 2003-02-25 Nkk Corp 水質浄化及び水中成分の回収方法
JP2005144371A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 底質改善材
JP2006068732A (ja) * 2004-08-06 2006-03-16 Hiroshima Univ 水域環境改善材およびそれを用いる水域環境改善方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003053379A (ja) * 2001-06-05 2003-02-25 Nkk Corp 水質浄化及び水中成分の回収方法
JP2005144371A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 底質改善材
JP2006068732A (ja) * 2004-08-06 2006-03-16 Hiroshima Univ 水域環境改善材およびそれを用いる水域環境改善方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015117544A (ja) * 2013-12-19 2015-06-25 Jfeスチール株式会社 サンドコンパクションパイル用中詰材、サンドコンパクションパイル工法およびサンドコンパクションパイル
CN109518703A (zh) * 2019-01-15 2019-03-26 内蒙古工业大学 一种微生物矿化胶结处理液及砂质边坡的治理方法
CN109518703B (zh) * 2019-01-15 2021-07-02 内蒙古工业大学 一种微生物矿化胶结处理液及砂质边坡的治理方法

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