特開 2025-17458 環境改善装置、及び環境改善装置に用いられる鉄ユニットカートリッジ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025017458

(43)【公開日】2025-02-06

(54)【発明の名称】環境改善装置、及び環境改善装置に用いられる鉄ユニットカートリッジ

(51)【国際特許分類】

   A01G 33/00 20060101AFI20250130BHJP

   A01K 61/51 20170101ALI20250130BHJP

【ＦＩ】

A01G33/00

A01K61/51

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023120485

(22)【出願日】2023-07-25

(71)【出願人】

【識別番号】523070425

【氏名又は名称】アキシオン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100158023

【弁理士】

【氏名又は名称】牛田 竜太

(72)【発明者】

【氏名】坂本 幸資

(72)【発明者】

【氏名】飛田和 義行

(72)【発明者】

【氏名】石橋 定己

【テーマコード（参考）】

2B026

2B104

【Ｆターム（参考）】

2B026AA02

2B026AB05

2B026AC01

2B104AA27

2B104DA01

2B104EF09

2B104EF10

(57)【要約】

【課題】
フルボ酸鉄を含む腐植液を外部環境に提供することにより生物を活性化させて環境改善を行う環境改善装置及び環境改善装置に用いられる鉄ユニットカートリッジの提供。
【解決手段】
環境改善装置２は、フルボ酸を含む腐植液を送る第１ポンプ２４と、二価鉄を含む鉄含有物質が配置され、第１ポンプ２４から送られた腐植液が通過するフィルタ部２６及び鉄ユニット２７と、を有している。第１ポンプ２４から送られた腐植液が鉄ユニット２７を通過することにより二価のフルボ酸鉄を含んだ鉄含有記腐植液となり、外部環境に供給される。鉄ユニット２７は、鉄ユニットカートリッジとして、環境改善装置２に着脱可能に設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

腐植液を送る輸送部と、
二価鉄を含む鉄含有物質が配置され、前記輸送部から送られた前記腐植液が通過する鉄ユニットと、を有し、
前記輸送部から送られた前記腐植液が前記鉄ユニットを通過することにより二価鉄を含んだ鉄含有腐植液となり、外部環境に供給されることを特徴とする環境改善装置。

【請求項2】

前記鉄ユニットが設けられた本体部をさらに有し、
前記輸送部は、前記腐植液を本体部に輸送し、
前記本体部は、外部環境に前記鉄含有腐植液を供給する排出部を有し、
前記鉄ユニットは、前記本体部に対して着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の環境改善装置。

【請求項3】

記腐植液を前記鉄含有物質に所定時間漬け込み前記腐植液を前記鉄含有腐植液とする第１反応部と、
前記鉄ユニットと、前記輸送部と、を備え、前記輸送部が前記第１反応部の鉄含有腐植液を前記鉄ユニットに通過させる第２反応部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の環境改善装置。

【請求項4】

前記鉄ユニットを通過した前記鉄含有腐植液のｐＨ値を調整するｐＨ調整部をさらに有し、前記ｐＨ調整部は、前記外部環境に基づいて前記鉄含有腐植液のｐＨ値を調整することを特徴とする請求項１に記載の環境改善装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の環境改善装置に着脱可能に装着される鉄ユニットを含む鉄ユニットカートリッジ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は環境改善装置及び環境改善装置に用いられる鉄ユニットカートリッジに関し、特にフルボ酸鉄を含む腐植液を用いて水環境又は土壌環境を改善する環境改善装置及び環境改善装置に用いられる鉄ユニットカートリッジに関する。

【背景技術】

【0002】

自然界では落葉や倒木などの植物が蓄積され、微生物や菌類が関与する発酵分解作用の腐熟によって腐植質が生成される。腐植質は、アルカリや酸によって分画され、アルカリ可溶、酸可溶の画分がフルボ酸と呼ばれる。フルボ酸にはカルボキシル基という強いキレート作用をもった錯化剤が多く存在し、これが土中の無酸素状態の中で水に溶けている鉄（イオン化されている二価鉄）と結びついてフルボ酸と二価の鉄イオンがキレート化した水溶性物質であるフルボ酸鉄となり、鉄含有腐植物質を生成する。鉄含有腐植物質から溶出したフルボ酸鉄は、河川によって海に運ばれ、植物プランクトンや海藻の生育に寄与する。

【0003】

フルボ酸鉄は自然界において腐植質の存在と二価の鉄イオンとの結合によって生成されるが、偶然性に支配される要素が大きいため地域によっては不足しており、河川のヘドロ化や底質における有毒ガスの発生、及び海洋資源の荒廃の原因と考えられている。フルボ酸鉄を海中で人為的に生成させることも試みられているが、環境改善のためには膨大な量の二価の鉄イオンが必要となり困難な状況となっている。特許文献１及び特許文献２では、フルボ酸鉄を含有する腐植質を製造するために、鉄又は鉄を含む物質を有機廃棄物の発酵分解工程で添加し、人工的なフルボ酸鉄含有腐植質を製造している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－２５４４５０号公報

【特許文献2】特許第５８６４８１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、腐植質によって光合成生物が摂取可能な二価の鉄イオンが溶出されたとしても、二価の鉄イオンは水中の酸素によって酸化され易く、三価の鉄イオンとなって即座に固体鉄として沈降し、生物が摂取することが不可能となる。したがって、従来の技術では二価の鉄イオンの生物への供給は効率的と言い難い。水域環境又は土壌環境に鉄分を供給するのであれば、二価の鉄イオンが酸化されにくい状態で供給することが好ましいが、従来のフルボ酸鉄含有腐植質で生成された二価の鉄イオンは酸化されにくい状態とは言い難かった。

【0006】

特に、水域環境では、沿岸部の海域では、岩場から海藻が消えて石灰藻に覆われる磯焼けと言われる海の砂漠化が急速に拡がり、昆布、ウニ、アワビ等の沿岸水産資源の減少が顕著になっている。磯焼けはコンブ・ワカメなどの食用海藻収穫量の減少のみならずそれを摂食するアワビサザエなどの漁獲量も減少しており漁業への深刻な影響を引き起こしているため、水環境の改善方法が求められていた。

【0007】

そこで本発明は、フルボ酸鉄を含む腐植液を外部環境に提供することにより生物を活性化させ環境改善を行う環境改善装置及び環境改善装置に用いられる鉄ユニットカートリッジを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明は、腐植液を送る輸送部と、二価鉄を含む鉄含有物質が配置され、前記輸送部から送られた前記腐植液が通過する鉄ユニットと、を有し、前記輸送部から送られた前記腐植液が前記鉄ユニットを通過することにより二価鉄を含んだ鉄含有腐植液となり、外部環境に供給されることを特徴とする環境改善装置を提供している。

【0009】

また、前記鉄ユニットが設けられた本体部をさらに有し、前記輸送部は、前記腐植液を本体部に輸送し、前記本体部は、外部環境に前記鉄含有腐植液を供給する排出部を有し、前記鉄ユニットは、前記本体部に対して着脱可能に設けられていることが好ましい。

【0010】

また、前記腐植液を前記鉄含有物質に所定時間漬け込み前記腐植液を前記鉄含有腐植液とする第１反応部と、前記鉄ユニットと、前記輸送部と、を備え、前記輸送部が前記第１反応部の鉄含有腐植液を前記本体部の前記鉄ユニットに通過させる第２反応部と、を有することが好ましい。

【0011】

また、前記鉄ユニットを通過した前記鉄含有腐植液のｐＨ値を調整するｐＨ調整部をさらに有し、前記ｐＨ調整部は、前記外部環境に基づいて前記鉄含有腐植液のｐＨ値を調整することが好ましい。

【0012】

さらに本発明では、上述の環境改善装置に着脱可能に装着される鉄ユニットを含む鉄ユニットカートリッジを提供している。

【発明の効果】

【0013】

このような構成によると、腐植液が鉄ユニットを通過して鉄含有腐植液となり外部環境に供給されるため、鉄含有腐植液を海洋又は土壌環境に用いることにより、鉄含有腐植液の持つ二価のフルボ酸鉄が生物に吸収されることで土壌への病気の低減による肥沃な田畑作りや海洋生物の豊富な海域を実現することができる。また、輸送部によって輸送された腐植液が鉄ユニットで鉄含有腐植液となるため、外部環境に対して連続的に鉄含有腐植液を供給することができる。さらに、このようなプロセスで製造された鉄含有腐植液は、三価の鉄イオンとなって即座に固体鉄として沈降することなく二価の鉄イオンとして存在することが可能であるため、外部環境に効率的に二価の鉄イオンを供給することができる。

【0014】

このような構成によると、鉄ユニットが本体部に対して着脱可能に設けられているため、所定期間使用することにより鉄含有腐植液の二価鉄含有量が減少した場合は鉄ユニットを取り替えることで環境改善装置を再利用することができる。また、本体部は外部環境に鉄含有腐植液を提供する排出部を有するため、本体部に腐植液を通過させることで外部環境に鉄含有腐植液を供給することができる。これにより、外部環境の生物に鉄含有腐植液に含まれる二価のフルボ酸鉄を供給して環境改善を図ることができる。

【0015】

このような構成によると、第１反応部で鉄含有物質を腐植液に所定時間漬け込むことで、腐植液に含まれるフルボ酸と鉄含有物質とを十分に反応させることができる。また、第１反応部の鉄含有物質を鉄ユニットに通過させることにより、二価のフルボ酸鉄の濃度を高めることができる。これにより、二価のフルボ酸鉄を高濃度で含んだ鉄含有腐植液を外部環境に供給することができる。

【0016】

このような構成によると、ｐＨ調整部が外部環境に応じて鉄含有腐植液のｐＨ値を調整するため、外部環境への負荷を最小限に抑えつつ鉄含有腐植液を外部環境に供給することができる。ｐＨ調整部は鉄含有腐植液のｐＨ値を調整するため、環境改善装置から外部環境に鉄含有腐植液を供給する最終段階でｐＨ値の調整を行うこととなる。ここで、環境改善装置の初期段階である腐植液のｐＨ値を調整したとしても、鉄ユニットを通過する段階でｐＨ値が変化してしまう。これに対し、本発明の環境改善装置では最終段階の鉄含有腐植液のｐＨ値を調整するため、外部環境への負荷を抑制することができる。

【0017】

このような構成によると、鉄ユニットがカートリッジ式で取り換え可能となっているため、所定期間使用することにより鉄含有腐植液の二価のフルボ酸鉄含有量が減少した場合は鉄ユニットカートリッジを取り替えることで環境改善装置を再利用することができる。

【0018】

本発明によれば、フルボ酸鉄を含む腐植液を外部環境に提供することにより生物を活性化させ環境改善を行う環境改善装置及び環境改善装置に用いられる鉄ユニットカートリッジを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１の実施の形態の環境改善システムのブロック図。

【図2】本発明の第１の実施の形態の環境改善システムのフロー図。

【図3】本発明の第１の実施の形態の環境改善装置の斜視図。

【図4】本発明の第１の実施の形態の環境改善装置の鉄含有腐植液における全有機炭素量の測定結果を示す図。

【図5】本発明の第１の実施の形態の環境改善装置の鉄含有腐植液の図６に示すサンプルの製造条件を示す図。

【図6】本発明の第１の実施の形態の環境改善装置の鉄含有腐植液の図５の各サンプルの有機炭素量を示す図。

【図7】本発明の第１の実施の形態の環境改善装置のスラグ鉄を漬け込んだ腐植液の鉄イオン濃度を示す表。

【図8】本発明の第１の実施の形態の環境改善装置のスラグ鉄を漬け込んだ腐植液の鉄イオン濃度を示す表。

【図9】本発明の第１の実施の形態の環境改善装置のスラグ鉄を漬け込んだ腐植液の鉄イオン濃度を示す表。

【図10】本発明の第２の実施の形態の環境改善装置の環境改善システムのブロック図。

【図11】本発明の第２の実施の形態の環境改善装置の環境改善システムのフロー図。

【図12】本発明の第２の実施の形態の環境改善装置の環境改善システムの斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の第１の実施の形態による環境改善システム１を図１から図９に基づき説明する。環境改善システム１は、環境改善装置２と、腐植液生成部３と、溶解部４と、から構成される。環境改善システム１は、環境改善装置２が二価の鉄イオンを含むフルボ酸を水環境及び土壌環境を含む外部環境１００に供給することにより、水中又は地中に存在する動植物、細菌、微生物等に取り込まれることで環境の改善を行う。

【0021】

環境改善装置２は、反応部２１と、制御部２２と、貯蔵部２３と、第１ポンプ２４と、を有している。反応部２１は、本体部２５と、フィルタ部２６と、鉄ユニット２７と、ｐＨ調整部３０と、を備える。図３に示すように、反応部２１は略円筒形状であって、矢印の方向にフルボ酸を含む気体含有腐植液４３が供給される。本体部２５の流れ方向下流端には蓋２８が設けられていて、フィルタ部２６が着脱可能となる。

【0022】

本体部２５は、第１ポンプ２４によって圧送された気体含有腐植液４３を、反応部２１を通過させて外部環境１００に排出している。外部環境１００とは、水環境及び土壌環境であり、具体的には、海、河川、湖、池、田畑、森林、砂浜、沼地、動物肥料、植物となる。

【0023】

本体部２５は、後部に径方向内方に突出した略円環形状の段差２５Ａと、鉄ユニット２７を覆うカートリッジ蓋２５Ｂと、前端部に設けられた排出部２５Ｃと、コントロールバルブ２５Ｄと、を有している。鉄ユニット２７は、本発明の鉄ユニットカートリッジの一例である。カートリッジ蓋２５Ｂは、本体部２５の略中央に設けられていて、鉄ユニット２７の交換時に開閉される。排出部２５ＣにはｐＨ調整部３０が接続され、ｐＨ調整用コントロールバルブ３０Ａによって水（海水）又はｐＨ調整剤を投入し、鉄含有腐植液５０のｐＨ値を所定の範囲に調整する。鉄含有腐植液５０のｐＨ値は、外部環境１００に応じて鉄含有腐植液５０のｐＨ値を調整することができる。水又はｐＨ調整剤の投入量は、鉄含有腐植液５０のｐＨ値、又は外部環境１００のｐＨ値に応じて最適に設定される。具体的には、外部環境１００のｐＨ値に近い値にすることで、外部環境１００の負荷を低減する。排出部２５Ｃは、鉄ユニット２７を通過した気体含有腐植液４３が鉄鋼スラグ２９の二価の鉄イオンと結びついた鉄含有腐植液５０を外部環境１００にする。排出部２５Ｃにはコントロールバルブ２５Ｄが設けられていて、鉄含有腐植液５０の流量調整を行っている。

【0024】

フィルタ部２６は、樹脂又は金属製のフィルタであって３メッシュから４０メッシュのフィルタを複数枚重ねて構成される。ここで言うメッシュとは、１インチの間に存在するマス目の数である。フィルタ部２６の各層のフィルタは、上流側から下流側に向かうにつれて高いメッシュとなるように配置される。フィルタ部２６の構成は、気体含有腐植液４３の状態に応じて任意に設定することができる。フィルタ部２６は、蓋２８の後面に設けられた円筒状の押さえ２８Ａと、反応部２１の内部に設けられた段差２５Ａとの間に挟持される。フィルタ部２６は、蓋２８を取り外すことで取替可能となっている。

【0025】

反応部２１は、略円柱形状のメッシュであってカートリッジ蓋２５Ｂを介して本体部２５に着脱可能に設けられている。反応部２１は、内部に鉄鋼スラグ２９が収納されている。鉄鋼スラグ２９は、製鉄所において鉱石から金属を還元・精錬する際に特定の成分が溶解してできた鉄鋼副産物であり、転炉スラグ、予備処理スラグ、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、電気炉酸化スラグ、電気炉還元スラグ、二次精錬スラグ、鋳造スラグ、混銑炉スラグ等が含まれる。鉄鋼スラグ２９は、本体部２５内において気体含有腐植液４３に二価の鉄イオンを溶出させ鉄含有腐植液５０とするために用いられる。

【0026】

制御部２２は、環境改善装置２及び腐植液生成部３を制御するマイコンであって、第１ポンプ２４及び後述の第２ポンプ３６の駆動停止、コントロールバルブ２５Ｄ、ｐＨ調整部３０及びｐＨ調整用コントロールバルブ３０Ａの制御を行っている。貯蔵部２３は、溶解部４からの気体含有腐植液４３を蓄えており、レベルセンサが配置される。制御部２２は、予め定められたプログラムにより第１ポンプ２４を駆動し、貯蔵部２３のレベルセンサに応じて第２ポンプ３６を駆動する。具体的には、制御部２２は、第１ポンプ２４を所定時間駆動し、鉄ユニット２７において気体含有腐植液４３に含まれるフルボ酸が二価の鉄イオンとキレートしてフルボ酸鉄となる程度の時間停止した後、再び駆動する。なお、制御部２２は、本体部２５の形状や前後方向の長さに応じて第１ポンプ２４を連続運転してもよい。第１ポンプ２４又は第２ポンプ３６は、本発明の輸送部の一例である。

【0027】

制御部２２は、外部環境１００のｐＨ値に応じてｐＨ調整用コントロールバルブ３０Ａを制御し、鉄含有腐植液５０への水の添加量を調整することでｐＨ値を所望の範囲とする。なお、制御部２２は、外部環境１００のｐＨ値をセンサで検知し、フィードバック制御により鉄含有腐植液５０のｐＨ値を調整してもよい。

【0028】

腐植液生成部３では、木酢液３１に有機物３２を漬け込むことにより腐植液３３を生成する。腐植液生成部３は、製造タンク３４と、保管部３５と、第２ポンプ３６と、を有している。図２に示すように、製造タンク３４において木酢液３１に有機物３２を漬け込み腐植液３３とする。使用する木酢液３１は、水分が８０％以上，有機酸含有量が１．０％以上でｐＨ（Ｈ2Ｏ）５．０以下，電気伝導度が１．０ｍＳ／ｃｍ以上であることが望ましい。以下の説明において、木酢液とは竹材から得られた竹酢液を含む概念である。

【0029】

有機物３２には、各種バイオマス原料及びその残渣、海草及び藻類，漁業における採取や養殖及びその加工で生じる藻類の残渣、木材、竹材、草本類、野菜屑、又は落葉落枝であるが、これに限定されない。腐植液生成部３では、製造タンク３４に容量比で有機物１．０に対して木酢液３１を０．５以上の割合で混合して撹拌機等で攪拌し、少なくとも３時間以上、有機物３２の種類によっては６００時間程度漬け込む。長時間浸漬することにより、腐植化が進んでいない木や草又は残渣等に木酢液３１を含侵させることができる。養生期間が経過した後の製造タンクの溶液が、腐植液３３となる。腐植液３３は、ヒューミン、フミン酸、フルボ酸を主成分とし、土壌改質、キレートマリン、果樹栽培、魚類及び家畜の養殖等に用いることができる。

【0030】

腐植液３３に含まれるヒューミン、フルボ酸、及びフミン酸は、日本腐植物質学会の属する国際腐植物質学会の分類に基づき、生物体有機物が微生物的・化学的作用を受けて崩壊して生じる化学構造が特定されていない有機物（非生体有機物）である腐植物のうち、アルカリ・酸に対する溶解性での分類を行う。フルボ酸は、アルカリに可溶であり、酸に可溶な成分であって、フミン酸もアルカリに可溶であるが、酸に不溶な成分である。ヒューミンは、アルカリに不溶であり、かつ、酸に不溶な成分である。フルボ酸液等に含まれているフルボ酸の程度は、フルボ酸が混合物質であり、かつ他の有機物の有無の影響も大きいため具体的な成分ごとの濃度で規定することが適切ではなく、具体的な数値では規定できない場合がある。

【0031】

ヒューミン、フルボ酸、及びフミン酸は多くのカルボキシル基（－ＣＯＯＨ）やフェノール性水酸基（Ｒ－ＯＨ）を含んでおり、これらの結合の末端にある酸素（Ｏ）と水素（Ｈ）の結合力は極めて弱いため末端の水素が結合から離れると取り残された酸素には負電荷が発生する。二価鉄のような鉄イオンは陽イオンであるため、負電荷の腐植と結合する。このようにフルボ酸と鉄イオンが結合した物質をフルボ酸鉄と呼ぶ。

【0032】

溶解部４では、二酸化炭素４０を腐植液３３中に溶解させる。溶解部４は、腐植液３３に気体を溶解させる溶解槽４１と、二酸化炭素供給源４２と、から構成される。溶解槽４１は密閉された容器であって内部には二酸化炭素供給源４２の気体が充填され、上から腐植液３３を落下又は噴霧させることにより、腐植液３３に二酸化炭素４０が溶解した気体含有腐植液４３を生成する。本実施の形態では、バイオマス発電設備の排気ガス等から分離回収された二酸化炭素を用いているが、これに限定されず他の気体を利用してもよい。気体含有腐植液４３は、本発明の腐植液の一例である。

【0033】

溶解槽４１では、密閉された装置内で二酸化炭素４０を供給するため、従来の曝気による供給方法よりも効率が良い。曝気によって二酸化炭素４０を供給すると液体に溶け出す前に外に逃げてしまうが、本発明では溶解槽４１が密閉されているため供給された分のみが液体に溶け出し無駄がない。これにより、気体含有腐植液４３において高い溶存二酸化炭素濃度を実現することができる。本実施の形態では、溶解槽４１として岩谷産業株式会社の酸素ファイター（登録商標）を用いるが、これに限定されず他の無気泡溶解装置を用いてもよい。溶解槽４１によると、腐植液３３に溶解している気体を二酸化炭素４０に置換し気体含有腐植液４３とすることができるため、曝気と比較して高い二酸化炭素濃度を実現することができる。二酸化炭素供給源４２から溶解槽４１に供給される二酸化炭素４０の量は必ずしも一定である必要は無く、設備や外部環境１００に応じて供給量を変動させてもよい。

【0034】

第１ポンプ２４により、本体部２５に気体含有腐植液４３が供給され、フィルタ部２６によって混入している異物が除去され、鉄ユニット２７によって気体含有腐植液４３が鉄含有腐植液５０となる。鉄ユニット２７に収納された鉄鋼スラグ２９は、製鉄工程で発生する副産物であって、有機酸で溶解されイオン化する鉄分が多く含まれるとともに鉄イオンの溶解度も高いため、二価の鉄イオンを溶出させる材料としては好適と考えられる。二価鉄は水中での酸化過程で溶出しやすく、二価の鉄イオンの形で生物に吸収されるが、二価鉄は非常に不安定な物質である。気体含有腐植液４３に含まれるフルボ酸は、カルボキシル基やカルボニル基を有しており、無酸素下で生成された二価の鉄イオンが錯体としてフルボ酸と結合しフルボ酸鉄となる。二価の鉄イオンはフルボ酸とキレートすることで安定的なフルボ酸鉄となり、有酸素下であっても安定的に存在することができる。鉄鋼スラグ２９はアルカリであるため、気体含有腐植液４３においてフルボ酸よりも存在量は多いがアルカリ性の雰囲気でなければ水に溶けないフミン酸も二価鉄のキレート剤とすることができる。これにより、鉄含有腐植液５０にはフルボ酸鉄やフミン酸鉄を豊富に含むこととなり、安定的な二価鉄イオンを有するため各種用途に使用可能となる。鉄含有腐植液５０におけるフルボ酸鉄の濃度を高めるために、本体部２５における気体含有腐植液４３と鉄鋼スラグ６１とは、重量比で５０：１～５０：５０の範囲であることが望ましい。

【0035】

図４に、鉄含有腐植液５０に含まれる全有機炭素量（ＴＯＣ）の測定結果を示す。人工海水で７００ｍｇ／ｍＬに調整した腐植液３３に所定の鉄鋼スラグ２９を添加し、３時間経過後に液体をろ過する。固相抽出法によって有機物に結合する鉄を分離捕集して酸で溶出させ、発色法により鉄を測定する。図４に示すように、実線が調整された鉄含有腐植液５０、点線が腐植液３３、一点鎖線が鉄鋼スラグ２９の溶出液である。鉄含有腐植液５０は、他の溶液と比べても高い炭素量を示している。図５及び図６に示すのは、ｐＨ値が異なる鉄鋼スラグ２９を用いた場合の有機炭素量である。図５に、準備した４つのサンプルの鉄鋼スラグ２９のｐＨ及び腐植液３３への漬け込み時間との関係を示す。図６に、腐植液３３にｐＨが異なる鉄鋼スラグ２９を６時間又は２４時間漬け込んだ鉄含有腐植液の結果を示す。試験の結果、ｐＨ値が弱アルカリ性の鉄鋼スラグ２９を腐植液３３に２４時間漬け込んだ溶液の鉄イオン含有量が１０００ｐｐｍと最も高くなっている。これに対し、強アルカリ性の鉄鋼スラグ２９を腐植液３３に２４時間以上漬け込んだとしても、鉄イオン含有量は２００ｐｐｍ程度となっている。

【0036】

図７から図９に、腐植液３３に鉄鋼スラグ２９を漬け込んだ期間と、ｐＨ及び二価鉄イオンの濃度と、の関係性を示す。腐植液３３と鉄鋼スラグ２９とを１：１の重量比で漬け込んだ結果を図７に示す。漬け込んでから７日経過後で二価鉄イオンの濃度が最大となり、ｐＨも７．０５と略中性を示している。また、３日経過後まではｐＨ値は酸性～弱酸性を示し、二価鉄イオンの濃度も１０００～２０００ｐｐｍとなっている。

【0037】

図８に、腐植液３３と鉄鋼スラグ２９とを２：１の重量比で漬け込んだ結果を示す。漬け込んでから７日経過後で二価鉄イオンの濃度が最大となり、ｐＨ値も５．３と弱酸性を示している。また、３日経過後まではｐＨ値は酸性～弱酸性を示し、二価鉄イオンの濃度も１０００～２０００ｐｐｍとなっている。

【0038】

図９に、腐植液３３と鉄鋼スラグ２９とを１０：１の重量比で漬け込んだ結果を示す。漬け込んでから７日経過後で二価鉄イオンの濃度が最大となり、ｐＨ値も４．１１と弱酸性を示している。また、３日経過後まではｐＨ値は酸性～弱酸性を示し、二価鉄イオンの濃度も１０００～３０００ｐｐｍとなっている。以上より、腐植液３３と鉄鋼スラグ２９との混合比率は、１０：１であっても７日経過すると鉄鋼スラグ２９が多い場合と比較しても十分な二価鉄イオンの濃度を得ることができた。

【0039】

次に、環境改善システム１の流れについて、図１及び図２を参照して説明する。腐植液生成部３の製造タンク３４において、所定の前処理を行った後、木酢液３１に有機物３２を所定時間漬け込み、腐植液３３を生成する。製造タンク３４で生成された腐植液３３は、保管部３５に蓄えられる。第２ポンプ３６は、制御部２２によって貯蔵部２３の液面位置に応じて駆動される。貯蔵部２３の液面が所定以下となると、第２ポンプ３６が駆動して腐植液３３を溶解槽４１に送る。

【0040】

溶解槽４１において、腐植液３３に二酸化炭素４０が溶解して気体含有腐植液４３となり貯蔵部２３に蓄えられる。第１ポンプ２４が制御部２２によって駆動されると、気体含有腐植液４３が鉄ユニット２７で鉄鋼スラグ２９と反応して鉄含有腐植液５０となり、排出部２５Ｃから外部環境１００に排出される。鉄ユニット２７を交換した際、鉄ユニット２７内に残る鉄鋼スラグ２９は、気体含有腐植液４３によって二価の鉄イオンを多量に含むキレート沈殿鉄２９Ａとして利用することができる。具体的には、キレート沈殿鉄２９Ａを海又は河川に供給、又は農地に供給することにより、二価の鉄イオンが外部環境１００の生物に供給され、環境改善を行うことができる。

【0041】

鉄含有腐植液５０は、外部環境１００である二価の鉄イオンを含み海又は河川の栄養として、又は農地に供給される。鉄含有腐植液５０は、反応部２１を通過後にパイプラインによる自動輸送システムで外部環境１００に提供してもよい。海で養殖される藻類は、多細胞生物であるアオノリ、アオサ等の緑藻類、カギケノリ、アサクサノリ、フノリ、テングサ等の紅藻類、コンブ、ヒジキ、モズク、ワカメの褐藻類等の海藻類又は共生藻である。貝類としては、牡蛎、ホタテ、アワビ、シジミ、アサリ等が対象となり、棘皮動物としてはウニ、ナマコが対象となる。海で魚類を養殖する際は、網等で海中に生け簀を区画し鉄含有腐植液５０を添加することが望ましい。鉄含有腐植液５０は、二価の鉄イオンやフルボ酸鉄を豊富に含むとともに溶存二酸化炭素濃度が高いため、周辺海域での光合成生物の生産性が増大し、生物により水質が浄化される。さらに、鉄含有腐植液５０からの二価鉄イオン流出による硫化水素等の有毒ガスの発生抑制、及び底質における嫌気性の付着珪藻の増殖によるヘドロの改善が行われる。このような連鎖により、生物資源の豊富な、海の森が創設される。さらに、農地に二価の鉄イオンを豊富に含む鉄含有腐植液５０を供給することにより、植物が土中のミネラル（微量要素）をキレート作用で取り込むとともに光合成に必要な二酸化炭素も供給されるため、土壌改良や塩害からの回復などの効果が得られる。

【0042】

このような構成によると、気体含有腐植液４３が鉄ユニット２７を通過して鉄含有腐植液５０となり外部環境１００に供給されるため、鉄含有腐植液５０を海洋又は土壌環境に用いることにより、鉄含有腐植液５０の持つ二価のフルボ酸鉄が生物に吸収されることで土壌への病気の低減による肥沃な田畑作りや海洋生物の豊富な海域を実現することができる。また、第１ポンプ２４によって輸送された腐植液３３が鉄ユニット２７で鉄鋼スラグ２９と反応して鉄含有腐植液５０となるため、外部環境１００に対して連続的に鉄含有腐植液５０を供給することができる。さらに、このようなプロセスで製造された鉄含有腐植液５０は、三価の鉄イオンとなって即座に固体鉄として沈降することなく二価の鉄イオンとして存在することが可能であるため、外部環境１００に効率的に二価の鉄イオンを供給することができる。

【0043】

このような構成によると、鉄ユニット２７が本体部２５に対して着脱可能に設けられているため、所定期間使用することにより鉄含有腐植液５０の二価鉄含有量が減少した場合は鉄ユニット２７を取り替えることで環境改善装置２を再利用することができる。また、本体部２５は外部環境１００に鉄含有腐植液５０を提供する排出部２５Ｃを有するため、本体部２５に気体含有腐植液４３を通過させることで外部環境１００に鉄含有腐植液５０を供給することができる。これにより、外部環境１００の生物に鉄含有腐植液５０に含まれる二価のフルボ酸鉄を供給して環境改善を図ることができる。

【0044】

このような構成によると、ｐＨ調整部３０が外部環境１００に応じて鉄含有腐植液５０のｐＨ値を調整するため、外部環境１００への負荷を最小限に抑えつつ鉄含有腐植液５０を外部環境１００に供給することができる。ｐＨ調整部３０は鉄含有腐植液５０のｐＨ値を調整するため、環境改善装置２から外部環境１００に鉄含有腐植液５０を供給する最終段階でｐＨ値の調整を行う。ここで、環境改善装置２における初期段階である腐植液３３でｐＨ値を調整したとしても、鉄ユニット２７を通過する段階でｐＨ値が変化してしまう。これに対し、本実施の形態の環境改善装置２では、外部環境１００に供給する鉄含有腐植液５０のｐＨ値を調整するため、外部環境１００への負荷を抑制することができる。

【0045】

このような構成によると、第１ポンプ２４は間欠運転を行うため、鉄ユニット２７において二価鉄と気体含有腐植液４３とを十分に反応させることができる。これにより、二価鉄を高濃度で含んだ鉄含有腐植液５０を外部環境１００に供給することができる。

【0046】

このような構成によると、鉄ユニット２７がカートリッジ式で取り換え可能となっているため、所定期間使用することにより鉄含有腐植液５０の二価鉄含有量が減少した場合は鉄ユニット２７を取り替えることで環境改善装置２を再利用することができる。

【0047】

次に、本発明の第２の実施の形態の環境改善システム１０１について、図１０から図１２を参照して説明する。第１の実施の形態と略同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。

【0048】

環境改善システム１０１の環境改善装置１０２は、第１反応部１３１と、第２反応部１２１と、を有している。第１反応部１３１は、反応槽１３２と、支持部１３３と、第３ポンプ１３４と、を有している。第１反応部１３１では、反応槽１３２において鉄鋼スラグ２９を腐植液３３内に所定時間漬け込むことにより鉄含有腐植液１５０を生成する。図１２に示すように、腐植液３３が満たされた反応槽１３２に、鉄鋼スラグ２９が配置されたメッシュ状の支持部１３３を所定時間漬け込む。このとき、腐植液３３と鉄鋼スラグ６１とは、重量比で５０：１～５０：５０の範囲であることが望ましい。漬け込み時間は、第１の実施の形態と同様に腐植液３３と鉄鋼スラグ２９との重量比、鉄鋼スラグ２９のｐＨ値等に応じて設定する。

【0049】

反応槽１３２には、図１２に示すように、鉄鋼スラグ２９が配置されている支持部１３３が蓋として着脱可能に設けられている。第３ポンプ１３４は、反応槽１３２の鉄含有腐植液５０を第１反応部１２１に送る。第３ポンプ１３６は、本発明の輸送部の一例である。

【0050】

第２反応部１２１は、本体部２５と、第１フィルタ部１２６と、第２フィルタ部１２７と、鉄ユニット２７と、を備える。図１２に示すように、第２反応部１２１は略円筒形状であって、矢印の方向からフルボ酸を含む腐植液３３が供給される。本体部２５の流れ方向上流端には蓋２８が設けられていて第１フィルタ部１２６が取替可能となり、本体部２５の流れ方向下流端には下流蓋１２８が設けられていて第２フィルタ部１２７が取替可能となる。本体部２５内側には、径方向内方に突出した略円環形状の段差２５Ａ及び下流段差１２５Ａが設けられている。

【0051】

次に、環境改善システム１０１の流れについて説明する。腐植液生成部３の製造タンク３４において、所定の前処理を行った後、有機物３２を木酢液３１に所定時間漬け込み腐植液３３を生成する。製造タンク３４で生成された腐植液３３は、保管部３５に蓄えられる。第２ポンプ３６は、制御部２２によって反応槽１３２の液面位置に応じて駆動される。反応槽１３２の液面が所定以下となると、第２ポンプ３６が駆動して腐植液３３を反応槽１３２に送る。

【0052】

第１反応部１３１では、鉄鋼スラグ２９と腐植液３３とが互いに反応して鉄含有腐植液１５０が生成される。支持部１３３に収納された鉄鋼スラグ２９は、製鉄工程で発生する副産物であって有機酸で溶解されイオン化する鉄分が多く含まれるとともに鉄イオンの溶解度も高いため、二価の鉄イオンを溶出させる材料としては好適と考えられる。二価鉄は水中での酸化過程で溶出しやすく二価の鉄イオンの形で生物に吸収されるが、二価鉄は非常に不安定な物質である。腐植液３３に含まれるフルボ酸は、カルボキシル基やカルボニル基を有しており、無酸素下で生成された二価の鉄イオンが錯体としてフルボ酸と結合しフルボ酸鉄となる。二価の鉄イオンはフルボ酸とキレートすることで安定的なフルボ酸鉄となり、有酸素下であっても安定的に存在することができる。鉄鋼スラグ２９はアルカリであるため、腐植液３３においてフルボ酸よりも存在量は多いがアルカリ性の雰囲気でなければ水に溶けないフミン酸も二価鉄のキレート剤とすることができる。反応槽１３２に沈殿した鉄鋼スラグ２９は、腐植液３３によって二価の鉄イオンを多量に含むキレート沈殿鉄２９Ａとして利用することができる。具体的には、キレート沈殿鉄２９Ａを海又は河川に供給、又は農地に供給することにより、二価の鉄イオンが外部環境１００の生物に供給され、環境改善を行うことができる。

【0053】

第３ポンプによって、第１反応部１３１の鉄含有腐植液１５０が第２反応部１２１に送られる。第２反応部１２１では、第１フィルタ部１２６を通過することで異物が除去され、鉄ユニット２７を通過することで鉄含有腐植液１５０にさらにフルボ酸鉄の濃度を高めることができる。鉄ユニット２７を通過した鉄含有腐植液１５０は、第２フィルタ部１２７で粒径の大きい鉄鋼スラグ２９及び異物が除去され溶解部４に送られる。

【0054】

溶解槽４１では、二酸化炭素供給源４２から供給される二酸化炭素４０が鉄含有腐植液１５０に溶解することにより気体含有腐植液１４３となる。ｐＨ調整部３０によって気体含有腐植液１４３のｐＨ値が調整され、外部環境１００に排出される。

【0055】

このような構成によると、第１反応部で鉄含有物質を腐植液に所定時間漬け込むことで、腐植液に含まれるフルボ酸と鉄含有物質とを十分に反応させることができる。また、第１反応部の鉄含有物質を鉄ユニットに通過させることにより、二価のフルボ酸鉄の濃度を高めることができる。これにより、二価のフルボ酸鉄を高濃度で含んだ鉄含有腐植液を外部環境に供給することができる。

【0056】

本発明による環境改善装置及び環境改善装置に用いられる鉄ユニットカートリッジは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

【0057】

上述の実施の形態では、第２ポンプ３６で保管部３５から溶解部４を介して貯蔵部２３に気体含有腐植液４３を輸送し、第１ポンプ２４で貯蔵部２３から環境改善装置２を介して外部環境１００に鉄含有腐植液５０を供給したが、これに限定されない。例えば、第１ポンプ２４及び貯蔵部２３を省略して第２ポンプ３６のみで保管部３５から腐植液３３を溶解部４及び環境改善装置２を介して外部環境１００に供給してもよい。このときは、二酸化炭素供給源４２から溶解槽４１に供給される二酸化炭素４０を第２ポンプ３６の駆動状態に応じて制御することが望ましい。

【0058】

上述の実施の形態では、本体部２５に異物除去のためのフィルタ部２６を設けたが、これに限定されない。フィルタ部２６に替えて、環境改善装置２よりも上流側にストレーナやフィルタ装置等を設置してもよい。

【0059】

上述の実施の形態では、本体部２５にフィルタ部２６及び鉄ユニット２７を別々に着脱可能に設けたが、これに限定されない。鉄ユニット２７とフィルタ部２６とを、一体的なカートリッジとしてもよい。これにより、フィルタ部２６の定期的な交換により目詰まりを回避できるとともに環境改善装置２のメンテナンス負担を軽減することができる。

【0060】

上述の実施の形態では、二酸化炭素供給源４２から二酸化炭素４０を分離回収して腐植液３３に溶解させたが、溶解させる気体は二酸化炭素４０に限定されない。例えば、窒素、水素、酸素等であってもよい。窒素、酸素等のガスの抽出は、吸着材による選択吸着であるＰＳＡ方式、濾過作用を利用した膜方式、液化温度の違いにより気体を抽出する深冷式等の方法を用いることができる。

【0061】

上述の実施の形態では、製造タンク３４で木酢液３１に有機物３２を漬け込み腐植液３３としたが、これに限定されない。例えば、製造タンク３４の下部に振動装置を配置して木酢液３１と有機物３２との反応速度を速めることができる。これにより、腐植液３３の生産効率を高めることができる

【0062】

上述の実施の形態では、鉄ユニット２７内に鉄鋼スラグ２９を配置して気体含有腐植液１３を通過させることで鉄含有腐植液１４を生成したが、これに限定されない。例えば、本体部２５の下部に振動装置を配置して鉄鋼スラグ２９と鉄含有腐植液５０との反応速度を速めることができる。これにより、第１ポンプ２４の停止時間を短縮して鉄含有腐植液５０の生産効率を高めることができる。第２の実施の形態においても同様に、第１反応部１３１の反応槽１３２の下部に振動装置を配置して反応速度を速めることができる。

【符号の説明】

【0063】

１、１０１ 環境改善システム
２、１０２ 環境改善装置
３ 腐植液生成部
４ 溶解部
２１ 反応部
２４ 第１ポンプ
２６ フィルタ部
２７ 鉄ユニット
２９ 鉄鋼スラグ
３１ 木酢液
３２ 有機物
３３ 腐植液
３４ 製造タンク
３５ 保管部
３６ 第２ポンプ
４１ 溶解槽
４２ 二酸化炭素供給源
４３ 気体含有腐植液
５０ 鉄含有腐植液
１００ 外部環境
１２１ 第１反応部
１３１ 第２反応部
１３４ 第３ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】