JP2008289954A

JP2008289954A - 含塩土壌の重金属除去方法

Info

Publication number: JP2008289954A
Application number: JP2007135267A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ozawa; 隆司小澤
Original assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University PUC
Current assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University PUC
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】工業排水などから土壌中に流出した重金属を回収するには、植物に重金属を吸収させて回収するファイトレメディエーションが提案されている。しかし、従来提案されている植物は、含塩土壌中では生息することができず、海浜地帯に建設された工場群から流出した重金属の回収には適していなかった。
【解決手段】好塩性植物を利用したファイトレメディエーションによって、含塩土壌中からでも重金属が回収できる。特にアカザ科のアッケシソウは、含塩土壌中でＣｄなどの重金属をよく吸収する。本発明は、これらの植物を利用した含塩土壌におけるファイトレメディエーションを提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、塩分を含む土壌中から植物を用いて重金属を除去する方法に関するものである。

土壌や水中から重金属を回収・除去する方法として植物を利用した方法が提案されている。この方法はファイトレメディエーション（Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ）と呼ばれている。この回収方法に用いられる植物は、例えばキク科、オシロイバナ科、シソ科、マメ科、ナス科などの植物が提案されている（特許文献１参照）。

また、重金属のうちカドミウムは、土壌のｐＨが酸性側にあると、土壌から溶出しやすいため、土壌のｐＨを４．５〜７．５に調整した上で、ファイトレメディエーションを行う方法の開示がある（特許文献２参照）。

また、これらの植物に蓄積させた重金属の回収方法としては、焼却処分するなどの方法があるほか、アルコール発酵処理をする方法などが提案されている（特許文献３参照）。
特開２０００−２８８５２９号公報特開２００５−２７９６３７号公報特開２００６−１６７６３２号公報

重金属による汚染は、工業地帯で広がっており、上記のようなファイトレメディエーションによる重金属の回収・除去は注目されている。特に、海岸線に近い場所に設けられた工業地帯では、重金属汚染は塩分リッチな土壌で広がる。

しかし、ほとんどの植物は含塩土壌では生育ができない。すなわち、塩を含む海岸や河口付近の土壌中の重金属汚染の解消には従来提案されている植物を用いたファイトレメディエーションは使えなかった。本発明はかかる課題に鑑みて想到されたものである。

かかる課題を解決するために、本発明では、好塩分性の植物を重金属が含まれる土壌で栽培し、土壌中の重金属をその植物に吸収、蓄積させることで、土壌中の重金属を回収・除去するものである。

そこで本発明は、アカザ科アッケシソウ、ハママツナ、シチメンソウ、オカヒジキ、ベンケイソウ科タイトゴメ、マメ科ハマエンドウから選択される１種類以上の植物を重金属の含まれる土壌に栽培し、生育した植物を回収する重金属除去方法を提供する。

本発明はアッケシソウなどの好塩分植物を用いたファイトレメディエーションを行うので、含塩土壌中の重金属を回収・除去することができる。

本発明で用いることのできる植物は好塩分植物である。具体的には、アカザ科アッケシソウ、ハママツナ、シチメンソウ、オカヒジキ、ベンケイソウ科タイトゴメ、マメ科ハマエンドウのうちから選ばれる１種類以上の植物である。

本発明で、除去回収できる重金属とは、比重が４〜５以上の金属元素をいう。具体的には、鉄（Ｆｅ）、鉛（Ｐｂ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｔｎ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）およびこれらの化合物をいう。

本発明で植物を栽培する方法は、上記の植物を重金属が含まれる含塩土壌に播種し栽培するだけでなく、植物を他の場所から移植することも含まれる。つまり、植物を植える方法としては、直接播種する方法や、苗床、育苗、セル苗、ポット苗、ペーパーポット苗、プラグ苗、といった形態の培地で、ある程度育成させてから、土壌に移植してもよい。なお、予めこれらの培地で育てる場合は、培地自体に塩分を含有させておくのがよい。

本発明で重金属を回収・除去できる土壌は、砂土、砂壌土、壌土、埴壌土、埴土など特に限定はない。しかし、栽培する植物に適した土壌の特性として、排水性、保水性、養分保持力の観点から、砂壌土、壌土、埴壌土、埴土であれば好ましい。

また、本発明で用いる植物は好塩分性を有するので、土壌はある程度塩分を有するのがよい。具体的には、土壌溶液中に０．１Ｍから０．５Ｍの塩化ナトリウムが含まれているのが好ましい。

また、本発明で用いる植物を重金属の含まれる土壌中で栽培するために、土壌に対して土壌改良施用資材若しくは肥料等を用いてもよい。このような施用資材は、アンモニウム、カリウム、リン酸、カルシウム、マグネシウム、ナトリウムの水溶塩を用いることができる。

本発明の植物は、土壌に植えてから、適当な期間生育させてから回収する。これらの植物は、１年草であるので、長くても数ヶ月の生育で回収するのが好ましい。生育に伴い蓄積量は増えるが、蓄積量は飽和する場合もあるからである。より好ましくは１ヶ月から２ヶ月の期間の栽培が好ましい。

本発明の植物の回収は、地上部分を回収すればよいが、地下茎も一緒に回収してもよい。地下茎にも重金属は蓄積されるからである。

本実施例で用いたのは、アカザ科（Ｃｈｅｎｏｐｏｄｉａｃｅａｅ）アッケシソウ属アッケシソウ（Ｓａｌｉｃｏｒｎｉａｅｕｒｏｐａｅａ）である。アッケシソウはアッケシソウ属の一年草であり、赤く群生することからサンゴ草とも呼ばれる。アッケシソウは、液胞内に高濃度のアルカリおよびアルカリ土金属イオンを蓄積することによって、高塩環境に適応している塩生植物である。

アッケシソウは野生のものを採取し、人工的な環境で育成させたものを用いた。育成したアッケシソウから得られた種子は、１０％さらし粉溶液に８分間つけて滅菌処理をしてから使用した。

アッケシソウの栽培には修飾したムラシゲ−スクーグ（Ｍｕｒａｓｈｉｇｅ−Ｓｋｏｏｇ）固形培地（以下ＭＳ培地）を用いた。表１には、オリジナルのＭＳ培地の組成を示す。

表１で示したオリジナルのＭＳ培地は、アッケシソウの育成には培地の窒素成分が濃すぎるため、ＭＳ培地中の窒素分はさらに１／１０にする。結果、本実施例で用いる修飾されたＭＳ培地（ＭＳ−６Ｎ培地と呼ぶ）の組成は表２のようになる。

これらの成分に、さらに塩化ナトリウムと重金属を加えたのち、寒天若しくはゲランガムで固形化して培地を用意した。寒天を使うかゲランガムを使うかは、添加する重金属の種類によって適宜変える。重金属の種類によって、寒天では固形化しない場合があるからである。なお、寒天を用いる場合は全量の１重量％、ゲランガムの場合は０．３重量％を加えて固形化した。なお、重金属や塩化ナトリウムの添加量はサンプルによって適宜変更した。

このＭＳ−６Ｎ培地に滅菌処理を行ったアッケシソウの種子を播種し、播種６日目に正常に発芽した個体だけを実験に用いた。「個体」とは、１つの種子由来の植物を言う。ここで植物とは、もちろんアッケシソウである。播種しても発芽しない個体もあり、環境の影響で発芽しなかったのか、最初から発芽できなかったのか、区別できないからである。

発芽した個体は、さまざまな条件の培地に移植し、人工気象器内で無菌的に栽培した。ここで無菌的とは、滅菌処理をしたアッケシソウの種子を、滅菌処理をした容器を用いて、雑菌が入らないように栽培することを意味する。

人工気象器は、温度が一定（２６℃）に保たれ、１６時間の照明と８時間の暗室が繰り返される環境を作り出す。

一定期間育成させたアッケシソウは、地上部を回収し、生重量、乾物重量、および金属含量を測定した。金属含量は、１１０℃で６時間乾燥させた乾物試料を酸で分解したのち、原子吸光分析で定量した。分析には、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）発光分光分析を用いてもよい。

図１には、ＭＳ−６Ｎ培地に重金属を添加した培地に播種６日目の個体を移植し、２８日間育成させた場合の生重量を示す。縦軸は生重量（ｍｇ）であり、横軸は添加金属量（ｍＭ）である。重金属の種類は９種類で、水銀（Ｈｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、カドミウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）である。

添加されたほとんどの重金属について、添加量が増加することによって、生重量が減少する。これは、重金属の存在によってアッケシソウの育成が抑制されることを示している。

重金属の種類によってアッケシソウの育成に違いが生じており、水銀（Ｈｇ）は、非常にわずかな量（０．００４から０．０００６（ｍＭ））で、アッケシソウは枯れてしまった。図１の符号１０のラインは、アッケシソウが枯れてしまったことを示す。

一方、ニッケル、鉛、クロム、コバルト、カドミウム、亜鉛、マンガンといった金属は、０．数ｍＭから数ｍＭまで添加されていても育成は可能である。以後カドミウムにつて実施例を示すので、カドミウムについては太線で示した。

図２は、カドミウムを培地に添加した場合によるアッケシソウの育成状態を示す。カドミウムを含まないＭＳ−６Ｎ培地に播種し、播種６日目に発芽した個体だけを、塩化カドミウム（ＣｄＣｌ₂）を添加したＭＳ−６Ｎ培地に移植し、２６日間育成した。

図２において、左縦軸は生重量（ｍｇ）であり、右縦軸は回収後のカドミウム含有量（ｍｇ／ｇｄ．ｗ．）であり、横軸はカドミウムの添加量（ｍＭ）である。カドミウム含有量は、乾物試料１ｇ中のカドミウム含有量（ｍｇ）の意味である。グラフ中のプロット点はそれぞれの条件下で、８つの個体の平均値であり、上下のラインは標準誤差を表す。なお、黒四角のプロット点は生重量を、白丸のプロット点はカドミウム含有量を示す。

培地中のカドミウムの添加量が増えるに従って、生重量は減少してゆく。これは図１の結果を示している。一方、それぞれの個体のカドミウムの含有量は、培地のカドミウム量が増加するに従って増加し、１ｍＭ以上含有する培地で育成させても、アッケシソウに蓄積するカドミウムの量はあまり変化せず飽和傾向を示す。

培地に含有されるカドミウムが１ｍＭというのは、１００ｍｇ／ｋｇに相当する。カドミウムに汚染されていないとされる場合のカドミウム存在量の上限が、０．３４〜０．４４ｍｇ／ｋｇとされているので、１ｍＭという量は、大変汚染された状況であるといえる。すなわち、アッケシソウはそのような劣悪な環境でも育成し、カドミウムを回収することができる。

図３に、塩化カドミウムを１ｍＭ添加した培地中でのアッケシソウの育成状況を示す。図２の場合同様、ＭＳ−６Ｎ培地に播種し、６日目に発芽した個体だけを、ＭＳ−６Ｎ培地に塩化カドミウムを１ｍＭ添加した培地に移植した。

左縦軸は生重量（ｍｇ）、右縦軸はカドミウムの含有量（ｍｇ／ｇｄ．ｗ．）、横軸は播種後の経過日を示す。それぞれのプロット点は８個体の平均値であり、上下のラインが標準誤差を示すのは図２の場合と同じである。

なお、白丸のプロット点はカドミウム含有量を示し、四角のプロット点は生重量を示す。また、生重量は塩化カドミウムを添加していないＭＳ−６Ｎ培地で育成した場合を白四角のプロット点で示し、塩化カドミウムを含むＭＳ−６Ｎ培地で育成した場合を黒四角のプロット点で表した。カドミウムを含まない場合は、比較のために示した。

塩化カドミウムが存在する培地で育成された場合と、塩化カドミウムがない培地で育成された場合の生重量は、播種後４０日まではほとんど変わらない。すなわち、アッケシソウでは、カドミウムが１ｍＭ存在する培地でも、カドミウムがない状態と同じように育成することができることを示している。

一方、カドミウムの含有量は２８日で、ほぼ飽和する。これは乾物試料１ｇ中のカドミウムの量であるので、アッケシソウ中のカドミウムの存在密度に相当する。つまり、アッケシソウは、乾物試料１ｇ中に１乃至１．５ｍｇのカドミウムを保持することが出来ることを示している。

乾燥試料１ｇ中のカドミウムの密度は飽和するが、回収できるカドミウムの全量は、個体が育成するに従って増える。

図４に、培地中の塩の量とアッケシソウの育成状態、およびカドミウムの吸収量の関係を示す。左縦軸は生重量（ｍｇ）、右縦軸はカドミウムの含有量（ｍｇ／ｇｄ．ｗ．）、横軸は塩化ナトリウムの添加量（Ｍ）を示す。それぞれの培地には、塩化カドミウムが１ｍＭ含まれており、２８日間育成させた結果である。なお、黒四角のプロット点は生重量を、白丸のプロット点はカドミウム含有量を示す。

塩化ナトリウムの量が０．３Ｍまでは、塩化ナトリウムが増加するに従って生重量が増加する。これは、アッケシソウが好塩性の植物であるからである。なお、海水の塩分濃度は０．３から０．４Ｍである。通常の植物の場合は、０．１Ｍ程度の塩分濃度で枯れてしまう。

一方、カドミウムの含有量は塩分濃度が増えるに従って、減少する。つまり、アッケシソウがよく育成するに従って、個体内のカドミウム濃度が減少する。しかし、カドミウムの全回収量は、アッケシソウの全重量と個体内のカドミウム濃度の積を考えればよい。例えば、図４より塩化ナトリウムが０Ｍの時のアッケシソウの生重量は１０ｍｇで、カドミウムの含有量は１．６（ｍｇ／ｇｄ．ｗ．）である。乾燥によってアッケシソウの重量が１／２になると仮定すると、１つの個体から回収できるカドミウムの量は、１０ｍｇ×１／２×１．６／１０００で算出でき、８／１０００（ｍｇ）である。

一方、塩化ナトリウムが０．３Ｍの場合のアッケシソウの生重量は７０ｍｇであり、カドミウムの含有量は０．８（ｍｇ／ｇｄ．ｗ．）であるので、２８／１０００（ｍｇ）のカドミウムを回収することができる。

つまり、乾燥試料の単位重量あたりのカドミウムの含有量は、培地中の塩化ナトリウムが増加するに従って減少するが、塩化ナトリウムの増加によって、アッケシソウの育成がよくなるので、塩分の無い土壌中より、含塩分の土壌中で、より多くのカドミウムを回収することができる。

本発明は、好塩性の植物をファイトレメディエーションに利用するので、含塩土壌中の重金属を回収や、土壌の改質に利用できる。

ＭＳ−６Ｎ培地に重金属を添加した培地に播種６日目の個体を移植し、２８日間育成させた場合の生重量を示す図である。カドミウムを培地に添加した場合によるアッケシソウの育成状態を示す図である。カドミウムが１ｍＭ添加された培地中でのアッケシソウの育成状況を示す図である。培地中の塩の量とアッケシソウの育成状態、およびカドミウムの吸収量の関係を示す図である。

Claims

重金属を含む含塩土壌で植物を栽培する工程と、
前記含塩土壌から前記植物を取り除く工程を含む含塩土壌中の重金属除去方法。
前記植物はアカザ科アッケシソウ、ハママツナ、シチメンソウ、オカヒジキ、ベンケイソウ科タイトゴメ、マメ科ハマエンドウから選択される１種類以上の植物である請求項１に記載された重金属除去方法。
前記重金属が、カドミウムである請求項１又は２に記載された重金属除去方法。
前記植物を栽培する工程は、
前記植物を予め重金属を含まない含塩培地に播種する工程と、
前記含塩培地で発芽した個体を前記重金属を含む含塩土壌に移植する工程を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の含塩土壌中の重金属除去方法。
前記重金属を含まない含塩培地の塩分濃度は、前記重金属を含む含塩土壌に含まれる塩分濃度と異なっていてもよい請求項４記載の含塩土壌中の重金属除去方法。