環境技術産学公民連携公募型共同研究事業

研究内容研究テーマ名【湖沼等の閉鎖性水域における水質改善に関する技術実証】

2020年3月

p.2

１．研究の全体計画

１．１．共同研究の背景と目的

１．２．成果目標

１．３．研究の流れ

２．検証対象となる環境技術

３．共同研究の実施体制

４．研究1年目成果（2019年度実施）

４．１．研究内容

４．２．研究結果

４．３．水槽試験により検証された環境技術による水質改善効果

５．研究2年目計画案（2020年度）

p.3

• 湖沼等は親水性の高い水域であり、地域住民の憩いの場として貴重な空間となっている。一方で、水の滞留性が高いために流入等の汚濁負荷の影響を受けやすく、しばしばアオコ等の水質障害が発生する状況にある。

• 本研究では、湖沼等の水質改善に資することのできる複数の水質改善技術の効果を実証すること、および、複数の技術を組み合わせることによる複合的効果を検証することを目的として、試験フィールド（むじなが池公園内に位置するむじなが池） において実証試験を実施する。

【 むじなが池 】

• 小規模な浅い池で水源は雨水• 池水の濁りが高く、底には粘土質シルトが堆積• 夏季には植物プランクトンが増加することで水の濁りがより高い状態となる• 親水空間としての水質改善（特に透明度）が望まれていると考えられる

むじなが池

p.4

本研究は3ヵ年（2019年度～2021年度）にかけて環境技術の実証試験を実施する。

• 各環境技術による水質改善効果を検証することを目的として、水槽を用いた予備試験を実施

• 実湖沼における水質は、流況や気象等の環境条件の影響を大きく受けるため、水質改善試験を実施する場合には、改善効果の定量把握に不確実性が伴うと考えられる。環境条件を管理しやすい屋内に設置した水槽内で実証試験を行うことで、技術による水質改善効果（技術有無での水質変化）を的確に捉えられると考えられる。

1年目（2019年度）

【成果目標】予備試験により個別の環境技術による水質改善効果を検証

p.5

• むじなが池に対して各環境技術を施工し、個別の技術による水質改善効果を検証

• 水質浄化メカニズムの異なる複数の実証技術を組み合わせることによる複合的な水質改善効果を検証

• 1年目から3年目の実証試験結果から、各実証技術の水質改善特性、および、複合的効果をとりまとめる

2年目（2020年度）

【成果目標】個別の環境技術による水質改善効果を検証

3年目（2021年度）

【成果目標】環境技術の複合的な水質改善効果を検証

p.6

共同研究実績（1年目）

7月

8月

9月

10月

11月

12月

1月

2月

3月

2019年度

調査計画の立案

予備試験の実施

試験結果のまとめ

報告書の作成

・1年目予備試験の調査計画の立案・予備試験の準備

（水槽などの試験器具、設置場所など、むじなが池の池水および底泥の採取）

・予備試験の実施（試験期間中は常時任意間隔でカメラ撮影）

・水質分析（試験開始時、開始2週間後、6週間後、10週間後）※水質分析結果は随時、研究参画者へ提供する。

・研究参画者による試験結果のまとめ

・川崎市環境総合研究所および研究代表者による予備試験結果の解析

・第12回川崎国際環境技術展への出展

予備試験結果のとりまとめ、1年目研究成果報告書の作成

p.7

共同研究スケジュール（2・3年目）4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

1月

2月

3月

2020年度

2021年度

協議検討

実証試験の実施

試験結果のまとめ

報告書の作成

・実証試験の実施内容の協議検討

（川崎市環境総合研究所、研究代表者、研究参画者）

・実証試験の調査計画の立案 ・むじなが池における実証試験の準備

・実証試験の実施

・水質分析

※水質分析結果は随時、研究参画者へ提供する。

・研究参画者による試験結果のまとめ

・川崎市環境総合研究所および研究代表者による実証試験結果の解析

・実証試験結果のとりまとめ、研究成果報告書の作成

p.8

• 好気的・嫌気的条件下で働ける有用微生物菌群（GS菌※）とタンパク質・炭水化物・脂肪・繊維分解酵素等の多種の酵素の働きにより、有機物の分解促進などの底泥および水質の浄化を図る

※GS菌は独自開発をした有用微生物菌群で、タンパク質分解酵素、炭水化物分解酵素、アルコール分解酵素、脂肪分解酵素 なども含み、有機物分解に優れている。多孔石に活着または液体に混合させて散布する。

• 閉鎖度が高くヘドロが堆積している池や養殖漁場において、透明度改善やヘドロ減容の効果実績あり

• 平成31年度環境事業実証技術（環境省）に選定

環境技術① げんすけクリーン（有限会社上田微生物）【主な水質改善メカニズム】有機物分解の促進

p.9

• 散布したかき殻片（加熱・乾燥・粉砕）表面の無数の微細孔へのリン成分の吸着やかき殻から溶出したカルシウムイオンによるリン成分の固定化により、底泥からの栄養塩溶出抑制効果、水中栄養塩固定化効果により水質の浄化を図る

• 底泥pHが安定することによる微生物の活性化効果、かき殻のポーラス構造による微生物シェルターの提供が期待できる

• 目黒川や瀬戸内海河口干潟において底質改善実績、底生生物増加効果あり

環境技術② かき殻（丸栄株式会社）

《 かき殻 》粒度：約4～7mm

《 拡大写真 》

【主な水質改善メカニズム】栄養塩の固定

p.10

応用技術株式会社（研究代表者）

（役割）•調査計画の作成、実施•実験進捗の管理•カメラによる撮影の実施•結果の解析に必要な資料の収集、整理•研究結果報告書の作成

有限会社上田微生物（研究参画者）

（役割）•げんすけクリーンに係る実証試験•実証試験結果の報告

丸栄株式会社（研究参画者）

（役割）•かき殻に係る実証試験•実証試験結果の報告

環境総合研究所

（役割）•全体総括•関係機関との調整•水質分析、採水採泥等の実施•実証結果の解析

p.11

• 水槽を用いた予備試験（実施期間：8/19～10月末）を実施した。むじなが池から採取した池水および池底泥を水槽に入れ、環境技術を投入しない水槽、各環境技術を投入した水槽を設置した。分析結果から環境技術による水質改善効果を検証した。

試験開始２週間後

技術なし

げんすけクリーンかき殻

項 目 内 容

試験期間 2019年8月19日～2019年10月30日（約10週間）

試験条件

・試験用水槽（幅60cm×奥行30cm×高さ36cm）を用意し、底から10cmまで底泥を敷設、水深20cmとなるまで池水を満たす・水槽の表層にポンプを設置し、水槽内の水を緩やかに循環させる・室温下で静置（日中約8時間蛍光灯の照射あり）・“げんすけクリーン”投入、“かき殻”投入、技術なし（資材投入なし）の３つの水槽を用意・資材投入量げんすけクリーン ： 粒状タイプ100g、液状タイプ10ｍLかき殻 ： 900g

分析項目水質 ： 水温、濁度、Chl-a、DO、EC、pH、COD、T-N、T-P、SS、VSS底質 ： 含水率、強熱減量、COD、T-N、T-P

分析工程 試験開始時、開始2週間後、6週間後、10週間後の計4回

【目的】水槽試験により環境技術の水質改善効果を検証

p.12

試験開始時 2日目 3日目 4日目 5日目

8日目 10日 12日目 15日目 20日目

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

上 ：技術なし左下：げんすけ右下：かき殻

すべての水槽で高濁度かき殻の濁度が低下し始める

かき殻の濁度が早期低減

げんすけの濁度が低下技術なしの濁度が最も高いげんすけとかき殻の濁度は同程度 すべての水槽で低濁度

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0

20

40

60

80

100

電機電導度(mS/m)

電気伝導度 技術なし げんすけクリーン かき殻

0

10

20

30

40

50

濁度(NTU)

濁度 技術なし げんすけクリーン かき殻

0

10

20

30

40

50

60

70

80

クロロフィルa(μg/L)

クロロフィルa 技術なし げんすけクリーン かき殻

6.8

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

8.0

8.2

8.4

ｐＨ

ｐＨ 技術なし げんすけクリーン かき殻

0

1

2

3

4

5

6

7

全窒素(mgN/L）

全窒素 技術なし げんすけクリーン かき殻

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

全リン(mgP/L)

全リン 技術なし げんすけクリーン かき殻

0

5

10

15

20

25

30

COD(mg/L）

COD 技術なし げんすけクリーン かき殻

定量下限以下

012345678910

SS(mg/L）

SS 技術なし げんすけクリーン かき殻

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

VSS(mg/L）

VSS 技術なし げんすけクリーン かき殻

測定なし 測定なし 測定なし 測定なし 測定なし 測定なし

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

「げんすけ」・「かき殻」は技術なしと比べて濁度が低下している

分析2回目 ： 試験開始2週間後分析3回目 ： 試験開始6週間後分析4回目 ： 試験開始10週間後

「げんすけ」は技術なしと比べて全窒素濃度が低く保たれている

「げんすけ」は技術なしと比べて全リン濃度が低下している

「げんすけ」・「かき殻」は技術なしと比べてCOD濃度が低下している

「げんすけ」・「かき殻」は技術なしと比べてSS・VSSが低下している

各水槽は、水中のリン濃度が低いために植物プランクトンが増殖できず、クロロフィル濃度はほぼゼロで横ばい

「かき殻」は技術なしと比べて濃度が高く保たれている⇒殻自体に含まれる窒素・リンが溶出した可能性

「かき殻」は技術なしと比べて電気伝導度が高い⇒電荷を帯びた成分（イオン成分？）が溶出している可能性

p.14

10

15

20

25

30

35

強熱減量（%）

強熱減量 技術なし げんすけクリーン かき殻

30

35

40

45

50

55

60

65

70

COD(mg/g）

COD 技術なし げんすけクリーン かき殻

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

全窒素(mg/g）

全窒素 技術なし げんすけクリーン かき殻

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

全リン(mg/g）

全リン 技術なし げんすけクリーン かき殻

測定なし 測定なし 測定なし 測定なし

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析1回目 2回目 3回目 4回目

（試験開始時）

分析2回目 ： 試験開始2週間後分析3回目 ： 試験開始6週間後分析4回目 ： 試験開始10週間後

「げんすけ」は技術なしと比べて強熱減量が低下している

「げんすけ」・「かき殻」は技術なしと比べてCOD含有量が低く保たれている

分析3回目以降は、底泥中で繁殖した底生生物の影響の可能性？

「かき殻」は技術なしと比べて全窒素・全リン含有量が増加している⇒「かき殻」に窒素・リンが吸着されたためと考えられる

p.15

「酵素による分解作用」と「GS菌活性化作用」による水質改善効果が実証された

環境技術① げんすけクリーン

水中の濁り（濁度、SS、VSS、写真での見た目）を早期に低減 水中の有機物（COD）を低減 水中の栄養塩（窒素、リン）を低減

水質改善効果

「かき殻への吸着作用」と「カルシウムによる凝集沈殿作用」による水質改善効果が実証された

環境技術② かき殻

水中の濁り（濁度、SS、VSS、写真での見た目）を早期に低減 水中の有機物（COD）を低減

水質改善効果

※かき殻に含まれるリンや窒素などの溶出の懸念がある

本研究は、新たな負荷流入が無い静置状態において試験を実施したため、沈降等の自然浄化作用により水槽内の水質濃度が低くなる分析3回目（試験開始から概ね6週間後）以降は技術なし・あり水槽の水質に明瞭な差はみられなくなったが、継続した負荷流入がある実湖沼においては、試験当初（分析2回目まで）にみられた水質改善効果が継続して発揮されるものと考えられる

p.16

【研究内容②】むじなが池において「げんすけクリーン」の水質改善効果を検証• 水槽試験により「げんすけクリーン」の水質改善効果を実証できたが、実際の湖沼水質は気象条件等の影響を大きく受ける。

• むじなが池に「げんすけクリーン」を投入し、定期的に実施する水質分析結果から技術による水質改善効果を検証する。

【研究内容①】かき殻の適正資材量・投入方法の検討• 水槽試験で使用した資材量900gは海域への過去投入実績（5000g/m2）をもとに算出しており、湖沼等への投入を考えた場合、資材量が膨大となる課題がある。

• かき殻からの窒素やリンの溶出による影響が課題である。

• 室内試験により、水質改善効果を発揮でき、かつ、溶出量が抑えられるる適正なかき殻資材量や投入方法等を検討する。

p.17

【研究内容②】むじなが池における「げんすけクリーン」の水質改善効果検証の実施案

• むじなが池内に3つの区画（技術投入なし、げんすけクリーン粒状及び液状、げんすけクリーン液状のみ）を設置し、技術による水質改善効果を実証する。

• 各区画（幅1ｍ×奥1ｍ程度）は、水面から底面までを遮水性のシート等を用いて区画外と隔離する。

• 試験中は、研究内容と実証技術の紹介をまとめたポスター等を試験場所付近に掲示し、市民への広報とする。

• 試験期間中において、各区画の水質分析、カメラによる池水面写真撮影を行い、それらの変化から、技術による水質改善効果を検証する。 《 遮水性シートの一例 》

約90cm

p.18

流出マス

試験区画

池代表地点テラス

《 むじなが池の各区画設置案 》

項 目 内 容

試験期間 夏季を含む4ヵ月間（7月～10月）

資材投入量

【げんすけクリーン粒状+液状投入区画】・液状タイプ（1回投入）3.3cc/m3を試験開始3ヵ月後（10月初旬）に投入・粒状タイプ（2回投入）300g/m2を試験開始時、150g/m2を試験開始1.5ケ月後に底泥上にまんべんなく散布（もしくは袋入り）

【げんすけクリーン液状投入区画】・液状タイプ（4回投入）3.3cc/m3を試験開始時、試験開始1ヵ月後、2ヵ月後、3ヵ月後に投入

分析項目水質分析 ： 全リン、全窒素、COD、SS、VSS、PO4-P、NO3-N、NH4-N、

NO2-N、透視度多項目水質計 ： 水温、濁度、クロロフィルa、pH、電気伝導度、DO

分析工程

・各区画の水質分析及び多項目水質計測定を計6回（試験開始時、開始2週間後、1ヵ月後、2ヵ月後、3ヵ月後、試験終了時）実施・むじなが池代表1地点（テラス前）の水質分析及び多項目水質計測定を1回/2ヵ月の頻度で4月～翌年2月まで実施（試験期間中は各区画分析と同日実施）

・カメラによる撮影は水質分析のための採水時に実施

むじなが池

：流出マスへの大まかな流れ

試験区画設置位置周辺拡大

約4.5m

1m

1mげんすけ

クリーン

粒状＋液状技術なし

げんすけ

クリーン

液状

テラス流出マス

遮水性シート