JP2005185986A

JP2005185986A - 石油汚染土壌の浄化方法

Info

Publication number: JP2005185986A
Application number: JP2003432054A
Authority: JP
Inventors: Norimitsu Tanaka; 宣光田中; Ayumi Takahashi; あゆみ高橋; Shinji Saito; 真二齋藤
Original assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Current assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】低コストで、環境負荷の小さい処理が可能であるバイオレメディエーションを汚染土壌に対して用いることによって、浄化に長時間を要するとされた重質油による汚染土壌の場合でも浄化時間を短縮して浄化することのできる石油汚染土壌の浄化方法の提供。
【解決手段】汚染土壌に存在する空気の酸素濃度、温度および水分を常時測定し、それぞれ、所定の数値範囲にあるように自動制御することを特徴とする石油汚染土壌の浄化方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、バイオレメディエーションによる石油汚染土壌の浄化方法に関する。

石油を扱う事業所（製油所、油槽所、ガソリンスタンド等）は国内に数多く存在している。その中には取り扱いの最中にこぼれて汚染した場合や、油設配管の劣化、破損等により油が漏洩し土壌中に石油が浸透し汚染している場合がある。石油の汚染に関してはベンゼンのみが法規制に定められており、ベンゼンが規制値以下で、法規制上は汚染とされていない場合でも、土地取引の当事者にとって汚染とみなされる場合がある。
石油により汚染された土壌の浄化事業を進めることは必要不可欠である。
このような背景にも関わらず、土壌浄化事業の進行が遅いのはそのコストが高いことも一因であり、より一層低コストの浄化技術の開発が望まれている。
石油汚染土壌の浄化技術としては、汚染油を分離する溶剤抽出法及び熱脱着法等や、汚染油を分解する焼却法等が挙げられるが、溶剤抽出法、熱脱着法では分離後の再処理工程が必要であり、焼却法や熱脱着法では、補助燃料を必要とする等の理由により処理コストが高くなる。また焼却法では、燃焼により窒素酸化物が発生する等の問題点がある。
これらの方法に対して、微生物を用いた生物的処理法であるバイオレメディエーションは石油汚染土壌浄化において環境にやさしい浄化方法であることが認められている。
バイオレメディエーション開発技術では、軽・中質油汚染土壌浄化については種々開発されつつあるが、一層の期間短縮が望まれている。一方、分子量の大きい芳香族化合物を多く含む重質油は微生物分解の速度が軽・中質油に比較して遅く、浄化時間がかかり、実用的な技術開発が遅れているのが現状であり、軽・中質油汚染と同様に期間短縮が望まれている。
例えば、特許文献１には、芳香族炭化水素と飽和脂肪族炭化水素を共に含む物質により汚染された土壌に窒素源とリン源を水溶液として添加した後、その供給を一旦停止し、土壌中の窒素濃度を１ｋｇ当り０．０１ｇ以下まで減少した後に、前記窒素源とリン源の供給を再開することを特徴とする油汚染土壌の修復方法について記載されている。
また、特許文献２には、汚染土壌にピートモスを添加混合し、必要に応じ混合を繰り返すことを特徴とする汚染土壌のバイオレメディエーション法について記載されている。

特開２００１−２１２５５２号公報特開２００３−１０８３４号公報

本発明は、低コストで、環境負荷の小さい処理が可能であるバイオレメディエーションを汚染土壌に対して浄化に必要な各条件のモニタリング技術及びその制御技術を用いることによって、浄化に長時間を要するとされた重質油による汚染土壌の場合でも浄化時間を短縮して浄化することのできる石油汚染土壌の浄化方法を提供することを目的とする。

本発明の第１は、汚染土壌に存在する空気の酸素濃度、温度および水分を常時測定し、それぞれ、所定の数値範囲にあるように自動制御することを特徴とする石油汚染土壌の浄化方法に関する。
本発明の第２は、汚染土壌中に存在する空気の酸素濃度を１５容量％以上に制御することを特徴とする請求項１記載の石油汚染土壌の浄化方法に関する。
本発明の第３は、汚染土壌の温度を１５〜５０℃に維持するように制御することを特徴とする請求項１または２記載の石油汚染土壌の浄化方法に関する。
本発明の第４は、汚染土壌の水分を５〜４０重量％に維持するように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の石油汚染土壌の浄化方法に関する。

微生物を用いたバイオレメディエーションは環境にやさしい浄化方法であることが認められているが、微生物処理であるが故に、諸条件によりその効果が大きな影響を受ける。また、一般に処理期間が他の物理化学的方法と比較して長いため、長期にわたって浄化条件の維持のために人手が必要となるなどの課題が挙げられる。
従って、浄化期間を短縮することがバイオレメディエーションという環境にやさしい手法を大いに広めることに繋がる。
これらの問題を解決する方法として、我々は従来の汚染土壌の処理方法を改良して、適切な温度、水分、酸素供給を適時モニタリングしながら、条件を制御することにより、今までに要していた処理時間（期間）を大幅に短縮する技術を開発した。
本発明者らは、バイオレメディエーションを利用して石油により汚染された土壌の浄化の期間を大幅に短縮する技術を開発した。軽中質油は当然として、重質油でも浄化する手法を開発した。
汚染土壌中の酸素供給（濃度）、温度、水分を適時制御を細かくコントロールすることにより浄化期間の短縮を行うことが可能となった。

石油汚染土壌の土質としては砂質、シルト質、粘土質及びそれらの混合土壌に本発明は適用可能である。必要とあれば、例えば汚染土壌が粘土質の場合、吸気の供給が難しいので、間隙剤としてピートモスや間伐剤等を用いて空気供給を行うことで、汚染土壌の浄化促進を図ることが可能である。
土壌中で微生物による汚染石油の分解を効果的に進めるためには、微生物の要求する栄養素（リン、窒素等）、水分、酸素、温度の最適な条件での管理が必要である。これらは人為的に供給、管理する必要があり、これらの浄化技術を自動化することにより省力化を図れば、浄化コストの低減につながる。課題解決のための具体的な方法として、土壌への栄養塩、水分、空気の補給、温度等を自動的に制御することが可能な設備を備えた装置を構築し、検討により見出だされた汚染状況に応じた最適な浄化条件の設定、維持管理を行うことにより、浄化効率の向上、浄化期間の短縮及び省力化が可能となる。

処理すべき土壌中の栄養源は、処理すべき炭素源を重量比で１００とした場合、窒素含有量が１〜１０、リン含有量が０．１〜１．０、塩濃度で土壌含水量に対して０．５〜６．０重量％となるように窒素系栄養塩、リン系栄養塩を浄化開始時に土壌中に添加混合し、一定期間ごとに窒素含有量、リン含有量を測定し、下限値を下回った場合には、窒素系栄養塩、リン系栄養塩を必要量土壌中に加え攪拌混合する。
窒素系栄養塩としては、例えば硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、尿素、アミノ酸等がしようされ、リン系栄養塩としては、リン酸水素２ナトリウム、リン酸２水素ナトリウム、リン酸２水素カリウム等が使用される。
これら栄養塩は通常水溶液として土壌上に散布され、必要に応じ、土壌を攪拌することにより実施される。

処理すべき土壌中の酸素濃度は、土壌中の適当な場所に酸素濃度センサーを据え付け、酸素濃度を常時モニタリング測定し、土壌中の空気の酸素濃度が１５容量％下回った場合には自動攪拌装置、又は自動送風装置により土壌中に通気作業を実施する。
処理すべき土壌中の空気の酸素濃度は、酸素濃度が１５容量％以上、好ましくは１８容量％以上である。酸素濃度が１５容量％を下回る部分では、微生物の活性が落ちるため、汚染土壌の微生物による油分の分解速度は著しく遅くなる。１８容量％以上であれば、微生物活性が向上し分解速度は速くなる。
酸素供給方法としては、バイオパイル法による空気吸引又は供給方式を採用することができ、また、酸素富化膜等を用いて酸素富化空気を供給する方法がある。

処理すべき土壌の温度は、１５〜５０℃、好ましくは２５〜４５℃に維持することが必要である。温度が１５℃を下回ると、微生物の活性が落ちるため、分解速度が遅くなる。特に２５℃以上だと微生物活性が向上し分解速度は速くなる。５０℃を超えると高温に耐えられない微生物の活性が落ちるため、分解速度は全体的には遅くなる。
温度管理の方法としては、恒温槽を用いたり、床暖房装置にて土壌下部から加温し、地温センサーにより、１５〜５０℃、好ましくは２５〜４５℃に自動制御する方法がある。

処理すべき土壌中の水分量は、５〜４０重量％、処理すべき土壌が細粒土の場合は１０〜４０重量％であり、砂質土の場合は５〜２０重量％である。
細粒土の場合は、水分が１０重量％を下回ると、微生物の活性が落ちるため、分解速度が遅くなる。４０重量％を超えると土壌総表面積に対して水分量が多すぎるため、酸素供給効率が下がり、微生物活性が低下し分解速度は全体的には遅くなる。
砂質土の場合は、水分が５重量％を下回ると、微生物の活性が落ちるため、分解速度が遅くなる。２０重量％を超えると土壌総表面積に対して水分量が多すぎるため、酸素供給効率が下がり、微生物活性が低下し分解速度は全体的には遅くなる。
処理すべき土壌中の水分量の測定は、土壌の表面部に水分センサーを据え付け、水分を常時モニタリング測定し、下限水分量を下回った場合には自動散水装置により水分補給作業を行う。また、水分として酸素リッチな水分を供給し水分と酸素を同時に制御しながら適用することもできる。
このようにして、汚染土壌の浄化における影響因子（油分濃度、酸素濃度、栄養塩濃度、水分、温度、等）を迅速かつ正確に把握することにより、土壌の浄化過程が把握でき、その状況に応じて栄養塩濃度、水分、空気等の補給を適切に行い、最適な浄化条件に管理することが可能となる。

本発明により、低コストで、低濃度の処理が可能であるバイオレメディエーションを汚染土壌に対して用いることによって、浄化に長時間を要するとされた重質油による汚染土壌の場合でも浄化時間を短縮して浄化することのできる石油汚染土壌の浄化方法を提供することができた。

以下に実施例および比較例を挙げて説明するが、本発明はこれにより限定されるものでない。

実施例１
油分濃度２１０００ｍｇ／ｋｇとなるように乾燥土壌にＣ重油を均一に混合し、試料土壌とした。この試料土壌を１０００ｋｇ使用した。
酸素濃度制御方法として、土壌中の空気の酸素濃度を酸素濃度計で常時測定し、酸素濃度が常時１８容量％以上となるように自動攪拌により酸素濃度を制御したもの（酸素濃度制御と表示、表中％は容量％を示す。）。週１回土壌の攪拌を実施したもの(攪拌と表示）及びそのまま放置したもの（酸素濃度制御なしと表示）とを対比して土壌中の酸素濃度制御の効果を観察した。
なお、この実験を行うに当り、表１に示すように、水分制御方法として、実験種酸素濃度制御及び攪拌の場合は、水分含量が１２重量％となるように２日に１回の割合で調整し、実験種酸素濃度制御なしの場合は水分量の調整はしなかった。温度制御について、大気温とは、実験室内の温度で、この場合土壌中の温度は５〜１３℃であった(大気温と表示）。また、栄養源の調整については、実験種酸素濃度制御及び攪拌の場合Ｃ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：０．５となるように栄養塩を加えて調整した。また、栄養塩の添加は行わなかった場合は無添加と表示した。

この結果を図１に示す。図１には酸素濃度制御の効果が明らかであることが示されている。

実施例２
実施例１と同様の試料土壌１ｋｇを用いて、温度制御した場合について、温度制御しない場合と対比する実験を行った。
表２は、この実験における各種制御の状態を示し、その内容は、実施例１における表１と同様とした。

この結果を図２に示す。図２には温度制御の効果が明らかであることが示されている。

実施例３
実施例１と同様の試料土壌１ｋｇを用いて、水分量を制御した場合について、水分含量１２重量％となるように、２日に１回水分量を測定し不足分を添加する方法と、週１回水分量を測定し不足分を添加する方法と、水分量を調整せず、放置した場合とを対比する実験を行った。
表３は、この実験における各種制御の状態を示し、その内容は、実施例１における表１と同様とした。

この結果を図３に示す。図３には水分量制御の効果が明らかであることが示されている。

実施例４
実施例１と同様の試料土壌を用いて、土壌中の酸素濃度、温度、水分量制御を同時に実施した場合について、それぞれの制御条件のうち１つの制御が実施されなかった場合、酸素濃度制御のみ実施した場合及び制御を全く実施しなかった場合とを対比する実験を行った。
表４は、この実験における各種制御の状態を示し、その内容は、実施例１における表１と同様とした。

この結果を図4に示す。図4には土壌中の酸素濃度、温度、水分量制御を同時に制御することにより優れた効果を示すことが示されている。

酸素濃度制御した実施例１の結果を示す図である。温度制御した実施例２の結果を示す図である。水分量を制御した実施例３の結果を示す図である。酸素濃度、温度、水分量制御を同時に実施した実施例４の結果を示す図である。

Claims

汚染土壌に存在する空気の酸素濃度、温度および水分を常時測定し、それぞれ、所定の数値範囲にあるように自動制御することを特徴とする石油汚染土壌の浄化方法。
汚染土壌中に存在する空気の酸素濃度を１５容量％以上に制御することを特徴とする請求項１記載の石油汚染土壌の浄化方法。
汚染土壌の温度を１５〜５０℃に維持するように制御することを特徴とする請求項１または２記載の石油汚染土壌の浄化方法。
汚染土壌の水分を５〜４０重量％に維持するように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の石油汚染土壌の浄化方法。