JP2004216249A

JP2004216249A - 油汚染環境修復剤、油汚染環境修復方法

Info

Publication number: JP2004216249A
Application number: JP2003005606A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Niwa; 智彦丹羽; Hiroshi Okumura; 洋奥村
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】油汚染土壌等の油汚染環境を修復させることができる油汚染環境修復剤、油汚染環境修復方法を提供する。
【解決手段】油汚染環境修復剤は、鶏糞等の家畜糞を熱処理により炭化して形成された炭化家畜糞を主成分とする。鶏糞等の家畜糞を熱処理により炭化して形成された炭化家畜糞を主成分とする油汚染環境修復剤を、油汚染された土壌に設置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油汚染環境修復剤、油汚染環境修復方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人為的な活動により、油類等の有害物質や難分解性物質によって土壌が汚染され、環境問題を引き起こしている。近年、土壌汚染の浄化・修復技術として、バイオメディレーションが着目されている。この技術は、微生物の働きによって、汚染物質を無機化し無毒化させることにより、汚染土壌を浄化させるという方法である。この場合、微生物の働きを活性化させるために、微生物の栄養源となり得る各種無機塩類を土壌中に水溶液として投入している。また従来、鶏糞を炭化させた炭化鶏糞を敷料として再利用する技術が開示されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７６８６９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、家畜糞を有効利用し、油汚染土壌等の油汚染環境を修復させることができる油汚染環境修復剤、油汚染環境修復方法を提供することを課題とするにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る油汚染環境修復剤は、家畜糞を熱処理により炭化して形成された炭化家畜糞を主成分とすることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明に係る油汚染環境修復方法は、家畜糞を熱処理により炭化して形成された炭化家畜糞を主成分とする油汚染環境修復剤を、油汚染された土壌に設置することを特徴とするものである。
【０００７】
鶏糞等の鳥糞に代表される家畜糞（動物糞）は、植物や微生物の栄養となり得る窒素、リン、カリウム等の栄養成分を含む。従って、家畜糞を熱処理により炭化させて形成された炭化家畜糞は、栄養成分は多い。
【０００８】
また家畜糞を熱処理により炭化して形成された炭化家畜糞は、多数の細孔を有する多孔質であり、微生物の住処となり得、微生物の繁殖、活性化に有利であり、そればかりか栄養成分が水等に溶けた溶液を細孔に長期にわたり保持する効果も期待できる。従って、油汚染の除去に有効な微生物の繁殖、活性化を長期にわたり維持することができる。このような炭化家畜糞を主成分とする油汚染環境修復剤を油汚染土壌に設置すれば、土壌中の微生物が活性化し、油汚染土壌において油分の分解速度を速めることができる。更に炭化家畜糞を主成分とする油汚染環境修復剤は窒素、リン、カリウム等の栄養成分を多く含むため、油汚染土壌の修復の終了後には肥料としての効果も期待できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
熱処理は、一般的には、空気よりも低酸素状態または無酸素状態で家畜糞を高温に蒸し焼き状態に加熱することにより行われる。家畜糞としては鶏糞等の鳥糞が代表的なものであるが、場合によっては、牛糞、豚糞、馬糞等も挙げられる。鶏糞等の鳥糞は一般的には牛糞、豚糞等に比較して栄養成分が多いとされている。油汚染環境修復剤は、家畜糞を熱処理で炭化させた炭化家畜糞を主成分とする。主成分とするとは、油汚染環境修復剤を重量比で１００％としたとき、炭化鶏糞等の炭化家畜糞を３０％以上含む意味である。従って油汚染環境修復剤は重量比で炭化家畜糞を５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上含むことができる。炭化家畜糞を主成分とする油汚染環境修復剤と他の油汚染環境修復剤とを混ぜて使用しても良い。なお、油汚染環境修復剤となる炭化家畜糞に予め微生物を担持させておいても良い。この場合、環境修復の短時間化に有利となる。ここで、油汚染環境修復剤を重量比で１００％としたとき、重量比で炭素を３０％以上含むことができる。また油汚染環境修復剤は、窒素、リン成分、カリウム成分、ナトリウム成分、マグネシウム成分、カルシウム成分、鉄成分、マンガン成分、亜鉛成分のうちの１種または２種以上を含むことができる。
【００１０】
油汚染環境修復剤の形態は特に限定されるものではなく、粒状、粉末状、ペレット状とすることができ、あるいは、バインダ等でれんが状等の塊状化することもでき、サイズとして平均で１μｍ〜２０ｃｍ、５μｍ〜２０ｃｍ、１０μｍ〜５ｃｍ、１０μｍ〜１ｃｍ等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。油汚染環境修復剤については、細孔の細孔容積としては、例えば０．１〜１０ｃｃ／ｇ、０．２〜５ｃｃ／ｇ、０．２〜２ｃｃ／ｇ（水銀圧入法）とすることができ、比表面積としては例えば０．５〜５００ｍ^２／ｇ、１〜３００ｍ^２／ｇ、１〜１００ｍ^２／ｇ（水銀圧入法）とすることができるが、これらに限定されるものではない。油汚染された環境に油汚染環境修復剤を設置するにあたり、油汚染土壌等の汚染環境中に油汚染環境修復剤を埋設して用いても良いし、散布して用いても良い。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例について比較例と共に説明する。まず、園芸用の培養土３ｋｇに機械油を１５０ｇ添加して模擬汚染土壌を作成した。これを園芸用６号ポットに充填した。処理区として、炭化鶏糞を５４ｇ（肥料としての利用時の量に基づく）添加した炭化鶏糞区（実施例）、何も添加しない土壌のみの無添加区（比較例１）、ＮＨ_４ＮＯ_３を６４．３ｇ、ＫＨ_２ＰＯ_４を１９．７ｇ（バイオレメディエーション標準量）添加した栄養塩類区（比較例２）を設けた。上記した炭化鶏糞は、乾燥鶏糞、または乾燥鶏糞のペレットを７００〜９００℃（炭化温度）で低酸素状態で５〜３０分間むし焼きして熱処理し、粒状（平均粒径：１〜１５ｍｍ）のものであり、土壌の全層に混合した。表１は、炭化鶏糞を燃やして灰分とした状態における成分含有量を示す。この場合、灰分を分析しているため、酸化物の形態で示されているが、炭化鶏糞の形態では各栄養成分は必ずしも酸化物の形態で含有されているものではない。なお、表１に示す含有量の残部は、主として揮発分である水素や酸素、微量に硫黄や塩素等である。表１に示すように、炭化鶏糞は、栄養成分となり得る窒素、リン成分、カリウム成分、ナトリウム成分、マグネシウム成分、カルシウム成分、鉄成分、マンガン成分、亜鉛成分を含む。
【００１２】
【表１】

【００１３】
栄養塩類については、水溶液にして土壌に添加した。灌水方法としては、実施例，比較例１，２共に、土壌の表面が乾燥したらシャワー状のホースで５秒間水を土壌表面に供給し、土壌中の水分量がなるべく一定となるようにした。また１週間に１度、ポット内で土壌を攪拌させ、土壌中に空気を混合させた。試験開始から７日、１４日、３０日、６０日後にポットの土壌をサンプリングし、ｎ−ヘキサン抽出法にて土壌中の油の含有量を測定した。その測定結果に基づいて土壌中の油分解率を求めた。油分解率の結果を図１に示す。図１において■印は炭化鶏糞区の結果を示し、◆印は無添加区の結果を示し、○印は栄養塩類区の結果を示す。
【００１４】
図１に示すように、比較例１に係る無添加区においても、油分解率が得られた。これは土壌中の微生物によるものと推察される。これが油汚染に対する自然分解速度となる。図１に示すように、すべてのサンプリング日において、実施例に係る炭化鶏糞区の油分解率は、比較例１，２に係る処理区よりも高かった。即ち、実施例に係る炭化鶏糞区の油分解率は、比較例１に係る無添加区よりも２０〜２５％程度高かった。殊に、試験開始から３０〜４０日までの短期間において、油分解率を８０％以上に到達させることができ、速効性を示すことができる。
【００１５】
これに対して、比較例２に係る栄養塩類区は、開始７日後には無添加区よりも油分解率が高かく、実施例に係る炭化鶏糞区に準じる程度の油分解率が得られたが、それ以降のサンプリング日では油分解率が最も低かった。比較例２に係る栄養塩類区については、初期の段階では油分解率が良好であるものの、栄養塩類が灌水と共にポット外に流れ出てしまったため、微生物の活性に必要な栄養源が欠乏したためと推察される。このため従来から使用されている栄養塩類は、土壌中に繰り返して複数回添加しないと、改善効果が得にくいものと推察される。
【００１６】
■印で示す実施例では、炭化鶏糞を油汚染土壌に添加したことにより、上記した自然分解速度よりも速く分解されたことから、炭化鶏糞は、土壌中の油を速く分解し、土壌の修復速度を速めることに有効であることがわかる。更に、実施例に係る炭化鶏糞区は、比較例２に係る栄養塩類区に比べて、高い油分解率が長期にわたり持続していることから、炭化鶏糞は土壌に栄養を持続的に供給し、土壌中の微生物の活性状態を長期にわたりを持続することができるものと推察される。即ち、炭化鶏糞は多孔質であり細孔を有するため、栄養成分を含有する溶液を炭化鶏糞の細孔に長期にわたり保持できるためと推察される。なお上記試験では６０日まで試験しているが、１年以上経過すれば、無添加区であっても、油分解率は１００％近くとなる。炭化鶏糞区はそれよりも速い時期に油分解率が１００％となると考えられる。
【００１７】
更に土壌中の水分量、土壌中のｐＨについても測定し、これを表２，表３に示す。表２に示すように、土壌中の水分量は実施例、比較例１、比較例２については基本的には同様であった。表３に示すように、土壌中のｐＨについては、実施例に係る炭化鶏糞区はややｐＨ値が高いことが多かった。これは炭化鶏糞等の炭化家畜糞がアルカリ性を示すためと推察される。
【００１８】
【表２】

【００１９】
【表３】

【００２０】
なお、前述したように炭化鶏糞はアルカリ性を示すことが多いため、酸性土壌のｐＨ調整に有利である。更に炭化鶏糞のアルカリ性を中和させるべく、酸性を示すｐＨ調整材と炭化鶏糞（炭化家畜糞）とを混合してｐＨを調整した混合物を形成し、混合物の形態で土壌等に使用しても良い。ｐＨ調整材としては、有機性酸性資材であるピートモス等を例示できる。ピートモスはｐＨが３．５〜４．０と酸性を示すため、アルカリ性を示す炭化鶏糞（ｐＨ９〜１２）と混合すると、その混合物のｐＨを下げることができる。この場合、炭化鶏糞（ｐＨ１１）とピートモス（ｐＨ３．８〜４．０）とを次のように混合し、ｐＨを調整できる。重量比で炭化鶏糞：ピートモス＝１：１のときｐＨは６．９２となった。炭化鶏糞：ピートモス＝１：０．５のときｐＨは７．５０となった。炭化鶏糞：ピートモス＝１：０．３のときｐＨは８．１１となった。炭化鶏糞：ピートモス＝１：０．１のときｐＨは９．４９となった。
【００２１】
また、油汚染された土壌中に炭化鶏糞等の炭化家畜糞（平均粒径：１〜１５ｍｍ）を混ぜた状態で、栄養塩類を含む水溶液を定期的にまたは不定期的に与えて油汚染土壌を修復させることにしても良い。この場合、炭化鶏糞等の炭化家畜糞の細孔に栄養塩類を含む水溶液等の溶液を長期にわたり保持するのに有利となり、栄養塩類を含む溶液の流出を抑えることができ、微生物の活性化をより期待できる。
【００２２】
（製造例）
以下、本発明に係る製造例について図２を参照して説明する。この炭化炉１は、上下方向に複数段に固定状態に設けられた複数個の乾留室２を有する炭化炉本体６と、複数段の乾留室２を同軸的またはほぼ同軸的に隣設され乾留室２の外側から包囲する横断面でリング形状をなす燃焼室３を形成する包囲壁４と、乾留室２に連通し乾留室２内で発生した乾留ガスを燃焼室３に案内して燃焼させる乾留ガス燃焼手段として機能するガスパイプ５と、燃焼室３のガスを燃焼室３外に排気する排気口８とを備えている。
【００２３】
燃焼室３から乾留室２への伝熱を考慮して、乾留室２は耐熱性及び高温耐食性をもつ壁２ｐで形成されている。上下複数段方向（Ｙ方向）の最上側の乾留室２には、原料が供給される原料供給口９０が設けられている。上下複数段方向（Ｙ方向）の最下側の乾留室２には、原料が炭化された後の炭化物が排出される炭化物排出口９１が設けられている。炭化物排出口９１から排出された炭化物は、スクリュー式の搬送装置９４により排出される。更に、上下に隣設する乾留室２同士を連通する原料落下口９２が乾留室２の横方向に沿った床面２ｘに設けられている。
【００２４】
ガスパイプ５は、各乾留室２と燃焼室３とを連通させており、乾留室２で発生した可燃性の乾留ガスを燃焼室３に導くように燃焼室３内に導出されている。乾留室２は、原料供給口９０、炭化物排出口９１、ガスパイプ５以外は、基本的には密閉構造とされており、乾留室２への空気の供給は制限されており、乾留室２において原料の蒸し焼きに適するようにされている。複数段式の炭化炉１には、鶏糞等の家畜糞の原料Ａを攪拌させる攪拌要素である旋回式の攪拌手段１０が設けられている。攪拌手段１０は、各乾留室２の中央域において縦方向に沿って配置された回転可能な駆動軸１１と、駆動軸１１に接続されて各乾留室２内を旋回して各乾留室２内の原料を攪拌する羽根状の攪拌部１２とを有する。駆動軸１１は図略の駆動源１１ｃ（モータ機構等）により回転される。攪拌部１２の旋回速度は一定でも可変でも良い。
【００２５】
原料Ａは、投入装置９６により、複数段式の炭化炉１の上側の原料供給口９０から最上側の乾留室２に供給される。ここで攪拌部１２が各乾留室２で回転するため、各乾留室２の原料は攪拌部１２によって攪拌され、原料Ａは攪拌の際に原料落下口９２を通り、下側の乾留室２に次第に落下する。このようにして原料Ａは炭化されつつ順次下方に搬送される。燃焼室３の底部付近には加熱部としてのバーナ１７が装備されている。バーナ１７は、主として、炭化炉１の立ち上げ時期に複数段式の炭化炉１の燃焼室３を予熱したり、乾留ガスの発生量が著しく少ないときに乾留室２の温度を確保したり、ガスパイプ５の火口５５から吹き出される可燃性をもつ乾留ガスを着火させたりするために使用される。本実施形態に係るガスパイプ５は、図１に示すように、複数本配設されており、耐熱性及び高温耐食性をもつ材料で形成されている。ガスパイプ５の先端である下端には火口５５が設けられている。火口５５は、乾留室２で生成された乾留ガスを燃焼室３内で燃焼させるノズルである。
【００２６】
さて炭化炉１で乾留加熱処理を行う場合には、炭化炉１の燃焼室３内をバーナ１７で予熱しておく。そして原料Ａを投入装置９６により原料供給口９０から最上側の乾留室２に供給する。原料Ａとしては、鶏糞、牛糞、豚糞等の家畜糞である。乾留室２内において攪拌部１２が回転するため、各乾留室２の原料Ａは攪拌部１２によって攪拌され、攪拌途中において各乾留室２の床面２ｘの原料落下口９２を介して、下部の乾留室２に落下して順次下方に搬送される。乾留室２は前述したように基本的には密閉構造であり、空気の供給が制限されているため、乾留室２における原料Ａの燃焼は抑えられ、蒸し焼き状態で熱処理される。よって乾留室２で搬送されている原料Ａは、炭化が次第に進行すると共に、可燃性の乾留ガスが熱分解により原料Ａから乾留室２内で発生する。そして、排気口８に連通する負圧生成用の図略の負圧発生機が作動するため、排気口８に吸引作用が生じる。このため、乾留室２で発生した乾留ガスはガスパイプ５を経て、ガスパイプ５の先端の火口５５から燃焼室３に導かれる。火口５５から吹き出される乾留ガスは燃焼室３の熱で燃焼火炎ＷＡを火口５５で生成する。このように燃焼室３に導かれた可燃性の乾留ガスは、燃焼室３の熱で燃焼火炎ＷＡとして燃焼する。この乾留ガスの燃焼熱が乾留室２で原料を蒸し焼きする熱源となる。このように燃焼室３は、原料Ａの乾留により発生した可燃性の乾留ガスの燃焼により加熱される。従ってバーナ１７は、つまり乾留ガス以外の燃料は、複数段式の炭化炉１の立ち上げ時期以外は、ほとんど必要とされず、省エネルギを図り得る。
【００２７】
上記のように熱処理が進行すると、原料Ａは黒色の炭化物となり、運転中または運転停止後に炭化物排出口９１を経て搬送装置９４により取り出される。なお、本実施例では熱処理の温度は原料Ａの性状等に応じて異なるものの、一般的には４００〜１１００℃、殊に４００〜９００℃、４００〜８００℃となる。油汚染環境修復剤は鶏糞を熱処理により炭化して形成された炭化鶏糞（炭化家畜糞）で形成されているため、栄養分を有し、油汚染を修復させた後であっても、そのまま放置しておけば、芝生や樹木等の植物育成用の肥料としての効果も期待でき、油汚染土壌の有効利用に有利である。更に油汚染環境修復剤は炭化鶏糞等の炭化家畜糞で形成されており、黒色であり、太陽エネルギの吸収が高い。このため太陽エネルギを吸収できる場所で油汚染環境修復剤を使用すれば、積雪地帯では、油汚染土壌等の環境を微生物で修復させる油汚染環境修復剤ばかりでなく、融雪剤としての機能も期待できる。
【００２８】
上記した製造例に係るペレット状または粉末状の炭化家畜糞における栄養成分を増量させることも必要に応じてできる。例えば、窒素成分、リン成分、カリウム成分、ナトリウム成分、マグネシウム成分、カルシウム成分、鉄成分、マンガン成分、亜鉛成分等の少なくとも１種または２種以上を含む液状物を準備する。その液状物と炭化家畜糞とを所定時間接触させ、炭化家畜糞の細孔に液状物を含浸させることができる。この場合、炭化鶏糞等の炭化家畜糞における栄養成分を増量させることができる。接触形態としては、炭化家畜糞を液状物に浸漬させる形態を例示できる。
【００２９】
その他、本発明は上記しかつ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、例えば、炭化家畜糞の製造は上記した製造例に限定されるものではない等、要旨を逸脱しない範囲内で必要に応じて適宜変更できる。上記した本明細書の記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）炭化鶏糞等の炭化家畜糞と酸性を示すｐＨ調整材とを主成分としｐＨ値を調整した混合物を形成することを特徴とする炭化家畜糞のｐＨ調整方法。炭化家畜糞はアルカリ性を示すことが多いため、これを中和させた状態で用いることができる。
（付記項２）家畜糞を熱処理により炭化して形成された炭化家畜糞を主成分とすると共にｐＨ調整剤を含む油汚染環境修復剤を、油汚染された環境（土壌等）に設置することを特徴とする油汚染環境修復方法。炭化家畜糞はアルカリ性を示すことが多いため、これを中和させた状態で、油汚染土壌等の環境に用いることができ、環境のアルカリ化を抑えることができる。
（付記項３）油汚染された土壌に炭化鶏糞等の炭化家畜糞を混ぜ、その状態で、栄養塩類を含む溶液を定期的にまたは不定期的に与えて油汚染土壌を修復させることを特徴とする油汚染環境修復方法。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、油汚染土壌等の油汚染環境は細孔と栄養分を有するため、微生物の活性化に有利であり、油汚染環境を早期に修復させることができる。更に油汚染環境修復剤は、前述したように栄養分を有するため、肥料としての効果も期待でき、油汚染を修復させた後であっても、芝生や樹木等の植物育成用の肥料としての効果も期待でき、油汚染環境の有効利用に有利である。更に油汚染環境修復剤は炭化鶏糞等の炭化家畜糞で形成されており、黒色であり、太陽エネルギの吸収が高く、積雪地帯では、油汚染土壌等の環境を微生物で修復させる環境修復剤ばかりでなく、融雪剤としての機能も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】油分解率の試験結果を示すグラフである。
【図２】炭化炉の概念を示す断面図である。
【符号の説明】
図中、１は炭化炉、２は乾留室、３は燃焼室、４は包囲壁を示す。

Claims

家畜糞を熱処理により炭化して形成された炭化家畜糞を主成分とすることを特徴とする油汚染環境修復剤。
請求項１において、熱処理は、家畜糞を高温（４００〜１１００℃）でむし焼きすることにより行われることを特徴とする油汚染環境修復剤。
請求項１または請求項２において、家畜糞は鳥糞であることを特徴とする油汚染環境修復剤。
家畜糞を熱処理により炭化して形成された炭化家畜糞を主成分とする油汚染環境修復剤を、油汚染された環境に設置することを特徴とする油汚染環境修復方法。