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ナノバブル水による汽水湖阿蘇海溝尻沖合におけるヘドロ減少化の試み

ＮＰＯ法人 エコデザインネットワーク 水質浄化部会

Ⅰ．はじめに

阿蘇海溝尻沖合のような汽水湖では,生活排水に含まれる有機物の増加や、田畑の

肥料に含まれる有機物が影饗し,底質からの硫化水素発生やリン溶出が問題となって

いる・京都府北部に位置する阿蘇海(汽水湖)でも水質汚濁によるカキの大量発生やア

マ藻(汽水に生える水草)の大量発生など,観光地としての経済的な損失も危惧されて

いる.本研究では京都府阿蘇海溝尻沖合を対象とし,マイクロ ナノバブル水による汽水

湖阿蘇海溝尻沖合におけるヘドロ減少化を試みた。今回の調査研究では現楊のヘド

ロ減少を水中カメラにより逐次映像観測と汚泥分析調査を通じて,汽水湖におけるマイ

クロナノバブル水を用いてヘドロ減少の可能性を評価した・特に現場調査ではヘドロ

の減少のプロセスを直接観測し、限られた閉鎖空間で阿蘇海溝尻沖合の生物の挙動

やヘドロ減少の空間分布に着目した。また,水域汚濁を支持する底質の特徴や影響を

詳細に観察したことが特徴である.以下に箇条書きでまとめる

２．調査目的(概要)：

これまで、淡水湖である琵琶湖にてナノバブルによるヘドロ浄化実証実験例（＊１）

はあるが海水域でのナノバブルによるヘドロ減少実験例はなかった。

今回、実海水域にて以下の実験を実施した。

（1)阿蘇海溝尻沖合におけるマイクロナノバブル水によるヘドロ減少プロセスの観察

(2)阿蘇海溝尻沖合における底質泥と水質の分析

３.調査日程：平成 29 年 4 月２０日～７月８日

４.調査地点： 阿蘇海溝尻沖合３０ｍ

阿蘇海溝尻沖合３０ｍ地点にて採泥・水深計測,水質測定および汚泥濃度測定を計

画したが、後述の理由で調査を完遂できなかった。

写真―1 溝尻実験場所

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５.調査・実験方法

５．１ 評価区域の設定・監視方法

阿蘇海溝尻沖合における水質の鉛直分布及びヘドロ減少プロセスの観察調査は、海

流の流れでナノバブル水が拡散し効果が希薄化することを防ぐため、写真―２に示す

ような、閉鎖空間(上部開放型)を人工的に作り、それぞれ、水中カメラを用いて時系列

にヘドロの減少と、海底生物の挙動を観察した。器材の配置を下図に示す。

写真―２

５．２ 海水・底泥の採集及び調査方法

底層部の海水及び底泥を潜水により採集した。採集した海水は分析センターに

持ち込み、ＢＯＤ，ＣＯＤ，全窒素、全燐を計測した。

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底質汚泥については底質硫化水素、底質 COD、熱灼減少量について測定した。DO

等は現地にて多項水質計にて測定した。

写真―３ 使用した多項水質計

６．実証実験に使用した機器とマイクロナノバブルの性質

６．１使用したマイクロナノバブル発生装置

マイクロナノバブル発生装置は、４列の微細孔式バブル発生部を有しており、

底質に投入する酸素量を増やす為に酸素発生器を装備した。

株式会社西研デバイズ 特許製品 特許番号：5885376、5761951、5665392

表部 制御盤と酸素発生器 裏部 BAB 発生部配管類

写真―３ マイクロナノバブル発生装置

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主要な仕様は下記の通りである。

試験装置はパソコンで制御でき、WI-FI 通信でインタ―ネット経由で離れた場所に

て作動状況を監視することができる。また評価枠底部に取り付けた水中カメラ映像を

インタ―ネット経由して 24 時間監視でき、評価枠内の変化・挙動を把握できる。

水中カメラは写真―4 に示すように海底の枠角部に設置して評価枠内を監視した。

写真―４． 水中カメラ配置

（2018 年 4 月 19 日撮影）

重量　　　:　　360kg

外形寸法　　：　　1.1ｍ　ｘ　１．３　ｍ　ｘ　高さ　１．３ｍ

バブル放出部　　：　40Aサイズ　4連方式

主装置構成　　　：　マイクロナノ発生部　、酸素発生器　、　ポンプ　、制御盤

付帯機能　　　　：　WI-FI通信による遠隔操作、水中カメラ監視システム

処理能力　：　　酸素発生器　４NL/min　、　ポンプ　０．０８㎥/min

電力消費量：　酸素発生器　４００Ｗ　、　ポンプ　２５０Ｗ　、

ファン他　１５０Ｗ　　　　　合計　８００Ｗ

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６．２ マイクロナノバブルの性質

微細孔式マイクロナノバブル発生器から放出されるバブルの粒径分布は

第１図に示すとおりであり、０．５μｍ～５μバブル径範囲の中に分布している。

第１図 マイクロナノバブル粒子径分布

（島津製作所 SAID-7500 にて計測）

マイクロナノバブルが底質に存在する好気性細菌を活性化して、ヘドロの嫌気

性細菌を分解し、蓄積しているヘドロが減少する。特に季節的に春から秋までの

水温が高い時期に、この活動が促進される。

6.3 マイクロナノバブル発生のしくみ

今回使用したマイクロナノバブル発生方式は、超微細孔方式と呼ばれる方法で

バブルを発生させている。

このバブル発生方式は省電力でコンパクトに機器を製作できるのが特徴である。

写真―５ マイクロナノバブル発生部

（今回は、この発生部が 4 連式を採用した）

0.5μｍ 5μｍ

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７．阿蘇海溝尻沖の底層海水および底泥の調査結果

７．１ 多項水質計による海水鉛直プロファイラーデータ

溝尻沖３０ｍ地点で多項水質計にて DO 鉛直プロファイラーデータを取得した。

第１表 阿蘇海溝尻沖の DO 鉛直プロファイリングデータ

（測定日：２０１８．０４．１９）

底質で DO 値が下がっているが、３０ｍ沖合は比較的に陸上に近く貧酸素状態ではない。

深度 [m] 水温 [℃] DO [%] DO [mg/l]0 16.822 101.44 9.528

0.2 16.914 113.09 9.490.4 17.094 114.12 9.5660.6 17.128 112.93 9.5010.8 16.854 115.62 9.6891 16.408 118.1 9.882

1.2 15.978 118.6 9.891.4 15.672 122.68 10.2531.6 15.569 124.82 10.4491.8 15.484 124.61 10.4292 15.415 121.29 10.15

2.2 15.363 119.18 9.9692.4 15.414 119.38 9.9682.6 15.32 117.63 9.8342.8 15.295 117.35 9.8113 15.265 117.96 9.868

3.2 15.255 118.13 9.8823.4 15.211 118.98 9.963.6 15.02 116.5 9.7863.8 14.873 107.24 9.0294 14.747 106.54 8.991

4.2 14.62 105.83 8.9444.4 14.518 100.78 8.5294.6 14.433 98.71 8.374.8 14.371 96.61 8.1995 14.244 95.69 8.14

5.2 14.207 94.45 8.0435.4 14.12 91.27 7.7845.6 14.078 88.02 7.5125.8 13.637 73.81 6.3435.9 13.53 49.89 4.3

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７．２ 海水及び底質汚泥調査データ

試験開始前の 4 月 19 日および試験中断後 1 ヶ月を経た 8 月 9 日に採集した

海水および底質汚泥の分析データを、第 2 表に示す。

第２表 阿蘇海溝尻沖の海水及び底質汚泥分析データ

今回の計画では、7 月末まで試験を実施する予定であったが、7 月 7 日から 7 月 8

日に掛けての、西日本を襲った集中豪雨により、試験実施場所にも土砂が流入した。

この土砂流入が、8 月 9 日の分析データにも影響を及ぼしたものと考える。

特に、熱勺減量は、本来は減る傾向であるものが増えた数値となっているのはこの

流入した土砂の有機成分が影響していると考える。

ヘドロ特有の匂い原因となる硫化水素は２０～１００％程度減少していることから、マイ

クロナノバブル効果によるものと考える。

7.3 阿蘇海溝尻沖合の底質挙動の観察

第 2 図に示す様にバブル噴出部を囲い一旦この枠内にバブルを滞留させてから上方の

開口部よりオーバフローさせた。枠内の底部には水中カメラを配置して、底部の変化をインターネ

ット回線を通じて離れた事務所にて観察した。昼間は海面部の明るさで海底部状況を監視できた

が夜間になると、光量不足となり、水中を遊泳する小魚類しか見えなかった。写真撮影と観察時間

は、午前中に決め定時刻に前日との変化度合いを監視した。

4月19日 8月9日 4月19日 8月9日 4月19日 8月9日 4月19日 ー

BOD mg/L 1.1 0.1 1 0.4 1.6 0.1未満 1.4 ー

COD mg/L 2.4 2.1 1.9 2.1 2.4 2.1 2.3 ー

全窒素T-N mg/L 0.13 0.2 0.16 0.16 0.27 0.19 0.18 ー

全燐T-P mg/L 0.052 0.03 0.054 0.033 0.07 0.041 0.053 ー

泥－硫化水素 mg/ｇ 1 0.82 1.3 0.091 0.99 0.092 0.96 ー

泥－COD　 mg/ｇ湿泥 2.2 2.2 2.1 2.2 2.1 2.2 2.8 ー

熱灼減量 ％ 6.6 10.3 7.7 9.2 5 9.8 7.1 ー

海水ー底層部

底質汚泥

BAB評価１ 沖合い2.5m　場所２ 沖合い5m　場所３ 沖合い10m　場所４対象 分析項目 単位

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第２図 評価枠

海底の置状況を写真－６に示す。底面枠部を構成するアングルが平滑なヘドロ上に

置かれている。細かな泥状のヘドロで黒色を呈している。

写真－6 海底設置状況

写真―7 は 試験開始から 1 ヶ月を経過し底部はごつごつとした底面を呈してきており

さらに部分的にヘドロが減り、6 月 6 日写真のように大きな窪みへと進展している。

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写真－7． 実験開始から 1 ヶ月経過

写真－8 は試験開始から 2 ヶ月近く経過しており、底部に窪みが大きくひろがりヘドロが減容して

いるのがはっきりと見える。

6 月 17 日のごとく、均一に減容するのでなく窪みが点在する形で発生しているのがわかる。

写真－8 ２ヶ月経過 ヘドロ減容顕在化

この時期以降から水中カメラ表面に汚れがついてきたのか、映像が不鮮明になってきた。

枠外との段差が見られる写真もあり、減容がより進展していった。

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写真―9

写真－9 は試験期間中に評価枠内でえさを求めて遊泳するアジ・スズキ・ボラやなまこである。

枠内は酸素量が多く含まれた場所でもあり、魚類も集まりやすい状況にあった。

今回水中カメラは 1 台設置であったが、観察ポイントは複数個所あるとより正確な観察が可能とな

る。

８.まとめ

阿蘇海溝尻沖合において閉鎖的枠内でマイクロナノバブル水によるヘドロ減少を

試験した。

7 月 7 日の集中豪雨で土砂が流入し、試験中断を余儀なくされたが、下記結果が得ら

れた。

⑴底層ヘドロは軟質状態から砂利状に変わっていった。

(2)底層部では、ヘドロ部が部分的に凹んでいき、拡大していく傾向が見られた。

（3)底層近くの水質には、BOD 及び全リンにおいて減少が見られた。また、底質汚泥

では、底質硫化水素の減少が見られた。一方熱勺減量は、集中豪雨の土砂流入の

影響で減少は見られなかった。

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１０．今後の展望

今回のマイクロナノバブル水による汽水湖阿蘇海溝尻沖合におけるヘドロ減少化の試

みでは,定性的にヘドロの層が減少したことを観察し。またその性状は、一律の減少で

はなく、局部的大きくくぼむ部分も散見された。その結果から、下記のことが分かる。

（１）マイクロナノバブル水とヘドロは両者が接する表面積が広くなるほど分解が進む。

（２）マイクロナノバブル水とヘドロは、静的な接触より、粒子がはなれ汚濁しながら進

む接触の方が分解は早く進む可能性がある。

（３）マイクロナノバブル水を用いてヘドロを分解する実用的な計画と予算を立てる場

合、供給するマイクロナノバブル水の総量と、分解されるヘドロ層の総体積の関係を定

量的にとらえる必要がある。

よって次回は、下記の様な装置でマイクロナノバブル水の総量と、分解されるヘドロ層

の総体積の関係を定量的にとらえる

謝辞：本調査研究はサラヤ(株）、㈱西研デバイズ及び㈱ポエマの支援を受けて実施さ

れましたここに深甚なる謝意を示します

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参考文献：

（１）新型の超微細気泡（ナノバブル） 発生装置を利用した湖沼浄化実験 立命館大学生命科学部 教授 今中忠行 http://www.ritsumei.ac.jp/lifescience/skbiot/imanaka/nanobabble.pdf

（２)京都府公害対策会雄(1987),阿蘇海溝尻沖合の汚濁機構

（３)京都府：阿蘇海溝尻沖合,レッドデータブック, 2015,

http://www.pref.kyoto.jp/kankyo/rdb/geo/db/sur0022.html

（４)京都府丹後保郎所,野田川及び阿蘇海溝尻沖合の水質について(環境基準の年

度別速成状況).2013.

（５)宮津市：美しく豊かな阿蘇海溝尻沖合をつくり未来につなぐ条例,条例第 13

号,2016.

（６)環境省 水.大気環境局：底質検査法,4 節一般項目,2012.

（７)佐碎圭輔：流砂現象に着目した出水時における汚源負荷特性の解明と阿蘇海溝

尻沖合環境の持統可能性評価・平成 26-27 年度河川整備基金助成事業実績成果報

告, 2017.

（８)民田純一：閉鎖性汽水域における汚濁物質動態の解明：流砂観測手法の設計と

負荷量推定への適応,pp.68,立命館大学大学院理工学研究科,修士綸文,2016.

（９)三村信夫,加藤始,斎藤志,田切康博：河ロ・沿岸海域におけるシルトの凝集と沈降

に関する研究,第 33 回海岸工学講演会綸文集,1986