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
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70鳥取市東町 1丁目 2
2
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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
F
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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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5
）
農業農村工学会論文集第 289号（第 82巻第 l号
56
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E︶酬縦長芯
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︵凶 uA
）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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,n=9)
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4hg︶酬栂邸入口
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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
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7
4
3
23m2/g）は木炭
比表 面積についてみると，スギ担体（ l.
.
4
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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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,36,1064・
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biomass,
) ：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，
7
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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.
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)
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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