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平成22年度川崎市環境技術産学公民連携公募型共同研究事業

等々力緑地釣り池水質浄化研究報告(概要)

平成21年度より炭素繊維による閉鎖性水域の水質汚濁対策技術開発のため、川崎市と共同研究をおこなっています。

“川崎市環境技術産学公民連携公募型共同研究事業”
「炭素繊維による閉鎖性水域の水質浄化工法の研究」
平成22年度の共同研究が終了したので研究報告概要をお知らせします。

平成21年度概要はこちら


研究概要

 ますます深刻化する閉鎖性水域の水質汚濁対策技術開発のため、21年度研究にてその有効性を実証した「炭素繊維水質浄化装置ロープフローティングユニット」を、より効果的に働かせるための手法を検証します。
 21年度研究にて、炭素繊維水質浄化装置有効性確認と、その設置により一定の水質浄化効果は得られましたが、劣悪な水環境下では炭素繊維設置だけでは不十分であることも判明しました。22年度においては、その問題解決のため「炭素繊維」と「循環・曝気装置」と組み合わせた複合技術開発を課題としました。
 水質汚濁問題を抱える等々力緑地釣り池に「炭素繊維+循環・曝気装置」を設置し、定期的に水質測定や経過を観察しながら、水質浄化装置の有効性・耐候性および水質浄化効果の検証することにより、炭素繊維による閉鎖性水域の水質浄化工法の研究開発を行います。
水質浄化装置平面図
図1 水質浄化装置平面図
水質浄化装置断面図
図2 水質浄化装置断面図


研究結果

 1.炭素繊維水質浄化材状況

 循環曝気装置により、水域内は水流が起こり循環されたことから、炭素繊維は塊とならず、常に水中で揺れて広がりをみせました。炭素繊維は付着物の塊とならないことにより、吸着効果が保持され、より大量の様々な物質が付着しました。

炭素繊維状況(10月) 炭素繊維状況(1月)
写真1 炭素繊維状況(10月) 写真2 炭素繊維状況(1月)


 2.付着微生物の状況

 炭素繊維へは水中の様々な物質が吸着され、水質汚濁の原因物質であるアオコなどの植物プランクトンとともに、それを捕食分解して水質浄化へ貢献する動物プランクトンが付着し活動を始めます。21年度では、炭素繊維付着物が塊となってしまい、流れが無く酸素も供給されないことから微生物の良好な環境とはいえませんでしたが、今年度は、循環曝気装置を設置したことにより、水域内は水流による循環と酸素が供給され、動物プランクトンなど微生物の生息環境改善が図られました。
 顕微鏡観察により、動物プランクトンの種類、個体数が時間経過とともに増加していることが確認されました。

表1 炭素繊維付着した微生物の径月変化
炭素繊維付着した微生物の径月変化


 ●動物プランクトン
マルミジンコ ヒラタミジンコ オオシカクミジンコ ケンミジンコ
マルミジンコ ヒラタミジンコ オオシカクミジンコ ケンミジンコ
水生ミミズ ウズムシ類 カゲロウの幼虫 ユスリカの幼虫
水生ミミズ ウズムシ類 カゲロウの幼虫 ユスリカの幼虫
ワムシ類 ヒドラ 繊毛虫類 オオマリコケムシの休芽
ワムシ類 ヒドラ 繊毛虫類 オオマリコケムシの休芽

 ●植物プランクトン
アオコ 糸状体藍藻 珪藻類 アオミドロ
アオコ 糸状体藍藻 珪藻類 アオミドロ
写真3 主な付着微生物


 3.水質浄化効果

 今年度の気象条件が、高温・少雨であったことにより、実証地の水質指標は悪化し、有機物汚濁指標のCOD値は132/lと極めて高い値を示し、窒素、リンなど栄養塩類も増加したことから、アオコの大量発生を招きました。
 この劣悪な環境下において、炭素繊維設置場所の各水質指標は、一般水域と比べて良好であり、いずれも60%以上の抑制効果が得られました。

表2 水質指標比較
区分 測定場所 pH 透視度
(cm)
濁度
(度)
COD
(mg/l)
全窒素
(mg/l)
全リン
(mg/l)
最悪値 設置場所 9.2 12.0 31.6  33.7 2.96 0.374
対 照 地 9.4  4.0 83.9 132.0 7.56 1.090
最良値 設置場所 7.8 39.0  8.4   9.2 0.93 0.066
対 照 地 8.0 32.5  8.6   9.0 1.01 0.064
抑 制 効 果 (%) 5.3 66.7 62.3 76.7 60.9 65.7
※抑制効果は、各時の対照地水質に対する炭素繊維設置場所水質の割合を表す。



研究よりわかったこと

  1. 循環曝気装置により、水域内に水流が起こり循環されたため、炭素繊維は水中にて揺れ、塊となることなく広がりをみせた。その結果、炭素繊維の吸着効果は保持され、炭素繊維表面にはより多くの汚濁物質が付着された。

  2. 炭素繊維表面には、水質汚濁の原因物質であるアオコなどの植物プランクトンと、それを捕食分解して水質浄化に貢献する動物プランクトンが共存して付着するため、動物プランクトンを活性化することができれば水質浄化が図ることができる。

  3. 炭素繊維に付着した動物プランクトンは、水流や酸素の供給により、時間経過とともにその種類と個体数が増加したことから、炭素繊維水質浄化装置により、生態系保全と生物多様性の向上が図られている。

  4. 炭素繊維設置域内は、一般水域が気象条件などにより水質汚濁し劣悪な水環境になるのに対して、穏やかな水質変化を示したことから、炭素繊維水質浄化装置による水質抑制効果が図られた。

  5. 炭素繊維には大量の汚濁物質が吸着し一定の水質浄化効果があるが、その分解が進まず固着した状態のままでは、より大きな水質浄化効果が得られない。

  6. 本実証地のような劣悪な水環境下にある水域の水質を、環境基準値に示される水質まで浄化を図るには、より積極的な手法が必要である。



今後の研究課題

 都市部の、潜在的に汚濁物質が蓄積された閉鎖性水域では、気象条件などにより影響を受けやすく、気温上昇や降水量が少ないとすぐさま水質悪化に繋がります。
 本年度の共同研究では、「炭素繊維+循環曝気装置」の複合技術により、炭素繊維の吸着効果と自然発生する動物プランクトンを主体とする微生物を活性化させ、一定の水質浄化と水質悪化抑制効果が成されました。しかし、この劣悪な水環境を求められる環境基準とするためには、より高い水質浄化効果が必要です。
 炭素繊維による水質浄化効果をより高めるため、さらに物理化学的処理や有用微生物群供給などを併用した複合的水質浄化技術開発を推進します。



研究を終わって

 本共同研究事業にあたり、等々力釣り池にて釣りを楽しむ皆さん、地域住民の皆さんには大変お世話になりありがとうございました。
川崎市環境局環境技術情報センター、公害研究所、中原区役所その他関係部局の皆さん、ご指導ご協力ありがとうございました。今後も、等々力釣り池を始めとした閉鎖性水域の水質浄化を目指していきますので、よろしくお願いいたします。



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