鉄バクテリア集積物による自然水域からのリン回収における木炭の可能性

研究ノート
農業農村工学会論文集
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No
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5∼ 5
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鉄バクテリア集積物による自然水域からの
リン回収における木炭の可能性
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山根達弘＊＊
武田育郎＊
宗村広昭＊
佐藤裕和＊
深田耕太郎＊
＊島根大学生物資源科学部，干 6
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4松江市西川
｜津町 1
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判鳥取県庁，干6
8
0”85
70鳥取市東町 1丁目 2
2
0
キーワード鉄バクテリア，木質担体，自然水域，リン回収，木炭
2
. 方法
はじめに
地下水や浸透水の流入が多い水路やため池などの自然水
使用する木質担体として
これまで報告してきたスギの
域の底部では，しばしば赤褐色または黄褐色を呈する浮泥
ノコクズ（スギ担体）と，粉砕機で 5分間粉砕した木炭（ V
状の柔らかな沈殿物の堆積がみられるが，これらの多くは
社製高波動炭）について， 2m mの簡でふるったものを用い
鉄バクテリアの作用によって集積した鉄バクテリア集積物
た．これらを 2gずつ，縦 7cm，横 9cmの微細孔のある不
（リン吸着能をもっ酸化鉄の集合体）である目このような水
織布の袋に入れ，鉄バクテリア集積物の堆積が常時観察で
路では，水中のリン濃度は下流へ行くにしたがい次第に低
きる，水田排水河川である島根県東部の A川に浸J
責させた
下することがあるが，その理由の
っとして，水中のリン
なお，欽バクテリアの中性付近での良好な生育条件は，酸
が底部の鉄バクテリア集積物に吸着していることが挙げら
化還元電位＝ O∼500mV 程度である（ Mouc
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992）ので，
れる（ Takeda叩 dFukushima, 2006). しかしながら，鉄バ
担体を入れた容器が水面から露出することなく，また，底
クテリア集積物は浮遊性に富むので，降雨時なと。の増水で、
質中に埋没しないようにした．そして浸漬後 3週間と 5週
容易に流亡することとなり，したがって，上述の水質低下
間後にこれらの木質担体を回収し，炉乾燥の後，担体が収
は一時的な現象左いうことができる
方，枯渇資源でわ
集した酸化鉄をフェナントロリン法（日本分析化学会北海
が国が専ら輸入に頼っているリンは，循環に乏しい元素で
道支部， 1994）で，リンについては，植物に利用可能な画
あり，水域から陸域への移行過程は極めて限定的である（武
分である Br
a
y2リン酸（土壌標準分析・
測定法委員会，198
6
)
田
， 2010).
そこで著者らは，木質材料を用いた担体を自然水域に浸
を測定した．一連の浸漬と鉄およびリンの測定は 2010年 8
月∼ 1
2月に 9回行った．
漬させて鉄バクテリア集積物を収集し，これをリン酸肥料
また，担体として供したスギ担体と木炭の比表面積につ
またはリン吸着材としてそのまま利用できる形態で回収す
いては，試料 l
gについて 1
05
℃で 1
5時間脱ガス処理を行
ることを試みているその結果，浸漬期間が 3∼5週間で回
った後，比表面積測定装置 ASAP2400 （島津製作所）を用
収された木質担体は，水田土壌の高リン酸区に分類される
いて測定した．
肥沃度の 3倍程度の可給態リン（土壌リンのうち溶存態と
さらに，木質担体の浸漬を行った河川のリン酸態リン
なって植物に利用可能な画分）を保持し，抽出工程なしで
(
P
0
4P）の水質と担体が回収したリンの量（ Bray2 リン酸）
植物体へのリンの供給源となること（武田・宗村， 2008;
の関係を調べるため，週 l回の頻度で、河川水を採水し， J
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.
, 2010），また，面源から流出するリンの負荷削
法（並木， 2008）に準拠して水質を測定した．
減にも寄与しうること（武田ら， 2011）などを報告した．
しかしながら，これまで用いてきた木質担体は針葉樹（ス
3
. 結果および考察
ギとヒノキ）のノコクズであり，中空の細長い細胞である
仮道管による大きな比表面積が期待できるものの，さらに
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こ浸漬後の担体が収集した鉄とリンの量を示す．鉄
大きな吸着面積を提供するものとして，水質浄化材などと
の収集量の平均値は，スギ担体 8.54mg/kg，木炭 9
.
42mg/kg
して用いられることの多い木炭（たとえば，山岡・
凌
， 2004)
であり，リンの吸着量の平均値は，スギ担体 0.
254mg/kg,
が考えられた．
このようなことから本報告では，木炭について，これま
木炭 0
.
293mg/kgであった．鉄とリンの平均値のいずれも木
炭の方がスギ担体よりも大きくなったが，その差はわずか
でと同様の方法で自然水域において浸漬試験を行い，木質
であり，統計解析（ s
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t）の結果，両者に有意差
担体としての利用可能性について考察した．
は認められなかった．
農業農村工学会論文集 2
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21
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）
農業農村工学会論文集第 289号（第 82巻第 l号
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）鉄収集量
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スギ担体
木炭
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b）リン吸着量
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3 木質担体と鉄ノ〈クテリア集積物
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とは，リン回収量の若干の増加につながるものの，炭化に
よる比表面積の増大に匹敵する効果はみられなかった．こ
1
.
0
の理由は， Fig.3に示すように，鉄ノくクテリア集積物は木質
。
担体（木炭では全体が黒くなるため，この写真ではスギ担
0
.
スギ担体
木炭
)
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=
1 浸漬試験の結果（平均値と標準誤差，n
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木炭
スギ担体
一一一ー線形（木炭）
ーーー・線形（スギ担体）
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水質（mダL)
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P水質とリン吸着量
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2 浸漬期間中の P
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体）を包むようにフロック状に集積することにあると考え
られた．
謝辞：本論文の一部は，科学研究費補助金（20380179）の助成を
受けた．記して謝意を表します．
引用文献
土壌標準分析・測定法委員会 (1986) 土壌標準分析・測定法，樽
友社， 130・131.
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並木博（2008) 要説工場排水試験方法，日本規格協会
.
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日本分析化学会北海道支部 (1994）：水の分析，化学同人， 185・
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武田育郎，宗村広昭（2008）・間伐材と鉄バクテリアを用いた自然
),
5
水域からのリンの回収とその農業利用，環境技術， 37(
.
1
5
3
7
4
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23m2/g）は木炭
比表面積についてみると，スギ担体（ l.
.
4
8
武田育郎（2010）：よくわかる水環境と水質，オーム社， 82・
こ比べて極めて小さな値でしかなかった．これ
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(330m
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は，木炭では炭化過程によって微細な孔隙構造が形成され
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るのに対し，スギ担体では，仮道管のみが比表面積の増大
に寄与していることによるものであると考えられた．
p濃度の平均値と担体が回収したリン
・
浸漬期間中の P04
2），統計
.
g
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(Bray-2 リン酸）の関係について整理すると（
p水質
的な有意性は認められなかったものの，河川の P04・
が高くなるにつれてリンの回収量も多くなる傾向がみられ
.
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) ：鉄バクテリアと木質バイ
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武田育郎，宗村広昭，佐藤裕和（
オマスによる面源のリン負荷削減と循環利用，用水と廃水，
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53(12),961-
山岡賢，凌祥之（2004) 木炭による畑地濯瓶用水の浄化，農
6.
1
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, 1
)
1
業および園芸，79(
た．そして 2本の回帰式の傾きはほぼ同じで，木炭の回帰
式は，スギ担体の回帰式よりもわずかに上に位置していた．
なお，水質調査時に測定した水温は， 9.4∼30.5℃の範囲で
3℃であった．
.
1
平均すると 2
これらの結果より，本方法の担体として木炭を用いるこ
56
閲読了〕
. 27.
， 2013. tI
受稿
.7.23.
3
1
20
〔
，
氾字以内
α
I，
この研究ノートに対する公開の質疑あるいは討議(
〔
， 2014年 8
は
農業農村工学会論文集企画・編集委員会あて）
〕
月 24日まで受付けます．
14
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