本研究は,土壌浸透水からの硝酸態窒素を直接除去する技術の開発を目指すものである。土壌に,その場の浸透水量とほぼ等しい飽和透水係数をもった土壌(低透水性土壌層と呼ぶ)を設置し,その下層に硫黄等の電子供与体を投入しておくと,水が浸透した場合に,低透水性土壌層の水分飽和度が上昇し,酸素拡散が抑制される。開発上の一番の難点は低透水性土壌層をどのように調整するかという点にあったが,試行錯誤の結果,砂とシルト土壌を混合することにより,0.01md^<-1>〜0.lmd^<-1>程度の浸透水量に対応できることが明らかになった。低透水性土壌層として,宇ノ気産の砂と平均粒子径(メーカー値)0.01mmのシルトを3:1に混合したものを用い,内径0.15m,高さ0.8mのカラムを2本用意し,1本には低透水性土壌層と硫黄と中和剤である炭酸カルシウムを投入し,もう一本には,硫黄と炭酸カルシウムのみを投入,供給水量0.025,0.05,0.1md^<-1>で硝酸カリウムを添加して約20mg-Nl^1とした水道水を供給したところ,それぞれ79%,84%,94%の窒素除去率が得られた。このように,本研究で開発を目指していた方法についてはフィージビリティが示され,なおかつ,その最も重要なポイントである低透水性土壌層について,現場の代表的浸透水量に等しい飽和透水係数をもつ土壌を用いればよいこと,さらには,そのような土壌層を得るため,粒子径の異なる士壌を混合すればよいことなどが明らかとなった。また,土壌水流,酸素拡散に関するモデルを作成し,現場におけるパラメーターが得られれば,流量と酸素供給抑制効果との関係が計算できることを明らかにした。今後,実際の場への適用に関しては,流量変動にいかに対応するか,また,さらに低流量の場合にいかに窒素除去を行うかが課題となるが,まずは当面の目的をほぼ達成したと考えられる。
The objective of this research is to develop a method for removing nitrate directly from soil percolate. We construct a low permeability layer (LPL) below the level where nitrogen is sufficiently nitrified. By "low permeability layer" we mean the soil layer whose saturated hydraulic conductivity is approximately equal to the infiltration rate of the site. As the water percolates in the soil, LPL becomes saturated and acts as a barrier to oxygen supply. In addition, we put electron donor for denitrification, such as sulfur, etc. below the LPL. Thus, below LPL, oxygen concentration will be suppressed and there exist electron donors, then denitrification will occur. Two soil columns of 0.15 m in diameter and 0.8 m in height are prepared. For the one column (LPL column) we set LPL whose saturated hydraulic conductivity is approximately 0.1 m d^<-1>(20℃) at depth from 0.16 to 0.32 m. Below the LPL, sulfur (electron donor) and calcium carbonate was added to the soil in a (mass) ratio of S : CaC0_3 : soil = 5 : 5 : 90, at depths from 0.32 to 0.48 m. For the other (control) column, LPL is not prepared but sulfur and calcium carbonate was added to the soil in the same ratio at the same depths. Potassium nitrate solution of 20 mg-N∫^1 was supplied from the top of the column continuously at several different rates.In a 3-month experiment, LPL column revealed apparent nitrate removal efficiency of 0.79, 0.84 and 0.94 for the water feed rates of 0.025, 0.05 and 0.1 m d^<-1>, respectively. Thus, we concluded this Low Permeability Layer Oxygen Barrier method really works.
研究課題/領域番号:11558074, 研究期間(年度):1999-2001
出典：「低透水性土壌層および硫黄導入による畑地等地下浸透水からの窒素除去技術の開発」研究成果報告書 課題番号11558074(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成