JP2013017947A

JP2013017947A - ファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法

Info

Publication number: JP2013017947A
Application number: JP2011152834A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Shibuya; 勝利渋谷; Mitsuhiro Sumikura; 光博隅倉
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】ファイトレメディエーションに用いられ、重金属や塩分等の汚染物質を吸収、蓄積した植物を有効に利活用して処理する方法を提供する。
【解決手段】ファイトレメディエーションに用いられ、土壌中の汚染物質を吸収、蓄積した植物Ｓを処理する方法であって、バイオマス原料を熱分解してガス化するガス化反応設備２を備えたバイオマスガス化装置Ａを用い、ガス化反応設備２からの排熱を利用し植物Ｓを乾燥処理して減容化するとともに、乾燥処理した植物Ｓ１をバイオマス原料としてガス化反応設備２でガス化し、植物Ｓを処理しつつバイオガスＧを生成するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法に関する。

従来、例えば重金属や油分などの汚染物質で汚染した土壌を浄化する手法の一つとして、ファイトレメディエーション（Phytoremediation）と称する方法が用いられている。

このファイトレメディエーションでは、植物の根から吸収して汚染物質を土壌から除去したり、植物の根圏に共生的に存在する微生物群によって汚染物質を分解して、汚染土壌を浄化する。このため、他の浄化方法と比較して浄化コストが低く抑えられ、また、浄化過程で景観を損なうことがないなどの多くの利点を有している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、例えば津波等が発生し、田畑が海水によって冠水すると、土壌の塩分濃度（塩分含有量）が多くなって農作物の育成が妨げられ、この塩害によってその土地の農業的な価値が低下してしまう。このため、塩害が発生した土壌から塩分などの汚染物質を除去する対策としても、ファイトレメディエーションに大きな期待が集められている。

一方、塩害が発生した土壌をファイトレメディエーションで浄化処理する場合には、塩分濃度が高いと使用できる植物が限定され、塩生植物を用いることが必要になる。この塩生植物としては、アイスプラント（Mesembryanthemum crystallinum）、アッケシソウ（Salicornia herbacea L.）、アイアシ、シオクグ、ウラギク、ハマサジ、シバナなどが挙げられ、例えば、土壌から吸収した塩分を茎や葉の液胞（塩嚢細胞）に隔離し、古い葉に塩分を集めて落葉させるなどの耐塩性機能を備えている。また、アイスプラント等においては、塩分だけでなく、カドミウム等の有害な重金属を多く吸収、蓄積する特性を有しており、塩分と重金属を同時に除去可能となる。

特開２００６−１０２６８９号公報特開２００７−３１９８０４号公報

しかしながら、ファイトレメディエーションは、汚染物質を吸収、蓄積した植物（落葉を含む植物体）を処理する手法が十分に確立されていないことが、広く普及させる上での課題となっている。すなわち、例えば、重金属や塩分等の汚染物質を吸収、蓄積した植物を処理する際には、植物を回収し、外部から熱を投入して乾燥処理し、乾燥処理によって減容化した植物から化学的、物理的に汚染物質を抽出して残渣を廃棄処分したり、あるいは汚染物質を含む減容化した植物をそのまま廃棄処分することになる。このため、ファイトレメディエーションに用いた植物の処理に、多大な時間と労力、エネルギーを要し、コストがかかるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、ファイトレメディエーションに用いられ、重金属や塩分等の汚染物質を吸収、蓄積した植物を有効に利活用して処理する方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法は、ファイトレメディエーションに用いられ、土壌中の汚染物質を吸収、蓄積した植物を処理する方法であって、バイオマス原料を熱分解してガス化するガス化反応設備を備えたバイオマスガス化装置を用い、前記ガス化反応設備からの排熱を利用し前記植物を乾燥処理して減容化するとともに、前記乾燥処理した植物を前記バイオマス原料として前記ガス化反応設備でガス化し、前記植物を処理しつつバイオガスを生成するようにしたことを特徴とする。

本発明のファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法によれば、バイオマスガス化装置のガス化反応設備の排熱を利用して土壌中の重金属や塩分等の汚染物質を吸収、蓄積した植物を乾燥処理することができ、外部から別途熱を投入することなく、植物を減容化することができる。そして、この乾燥処理した植物をバイオマス原料としてガス化反応設備に投入し、ガス発電等に利用可能なバイオガスを生成することができる。

これにより、ファイトレメディエーションに用いられ、汚染物質を吸収、蓄積した植物を有効に利活用（資源化）して処理することができる。また、従来と比較し、この植物の処理に要する労力、コストなどを大幅に低減することが可能になる。このため、ファイトレメディエーションの普及を促進させ、重金属や塩分等の汚染物質で汚染された土壌をファイトレメディエーションによって低コストで効果的に浄化処理する効果も得ることができる。

本発明の一実施形態に係るファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法で使用するバイオマスガス化装置を示す図である。

以下、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法について説明する。

はじめに、本実施形態のファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法は、例えば津波等が発生し、海水によって冠水した田畑などの土壌をファイトレメディエーションによって浄化処理し、このファイトレメディエーションに用いた植物を処理する方法に関するものである。

また、本実施形態では、ファイトレメディエーションで、塩分、重金属を吸収、蓄積するアイスプラントやアッケシソウなどの植物が用いる。そして、本実施形態のファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法では、このファイトレメディエーションで用いた植物をバイオマス原料として利活用し、バイオマスガス化装置でガス化する。

ここで、本実施形態のバイオマスガス化装置Ａは、図１に示すように、破砕設備１と、バイオマス原料Ｓ１、Ｒ１をガス化するガス化反応設備２と、ガス化反応設備２を加熱するための熱ガス発生炉３と、ガス化反応設備２から排気された熱ガスを冷却処理して外部に排出させる熱ガス処理設備４と、バイオマス原料Ｓ１を乾燥処理する乾燥設備５とを備えて構成されている。また、図示していないが、ガス化反応設備２で生成したバイオマスガスＧの精製装置、処理したバイオマスガスＧを貯留するガスタンクなども具備されている。

破砕設備１は、例えば、破砕機を備え、まず、木材等の有機性廃棄物（廃材）Ｒを受け入れてこれをチップ化するとともに、平均粒径３ｍｍを超える粗細断物（チップ）Ｒ２と平均粒径３ｍｍ以下のバイオマス原料として用いる微細断物（粉体）Ｒ１を製造する。

熱ガス発生炉３は、破砕設備１から廃材Ｒの粗細断物Ｒ２を受け入れ、空気などの支燃剤により廃材Ｒの粗細断物Ｒ２を例えば９００〜１２００℃の高温で燃焼させ、高温の熱ガス（バイオマス燃焼高温ガス）Ｈを生成する。そして、生成した熱ガスＨをガス化反応設備２に供給し、このガス化反応設備２を加熱させる。

ガス化反応設備２は、加熱チャンバ６と反応管７とを備え、加熱チャンバ６には、熱ガス発生炉３で生成した熱ガスＨを導入する導入口と、加熱チャンバ６内を流通した熱ガスＨを外部に排出する排出口６ａとが設けられている。また、反応管７は、複数のＵ字状管を連結した形やロータリーキルン形式などで形成され、加熱チャンバ６の内部に配設されている。このとき、本実施形態では、塩分濃度が高いファイトレメディエーションに用いた植物Ｓをバイオマス原料Ｓ１とするため、反応管７は、耐食性に優れた例えばＮｉ基材の合金などを用いて形成されていることが好ましい。なお、ステンレスなどを用いて反応管７を形成することができれば、安価で済む。

熱ガス処理設備４は、ガス化反応設備２の排出口６ａに接続して設けられており、送風ファン８から空気が送られて熱交換を行う２つの熱交換器９、１０と、水蒸気Ｔを生成し、この水蒸気Ｔをガス化反応設備２の反応管７に供給する蒸発部１１と、熱交換器９、１０で冷却した熱ガスＨ’を外部に排出するための排気ファン１２とを備えて構成されている。

乾燥設備４は、ファイトレメディエーションに用いた植物Ｓ（Ｓ１、Ｓ２）を受け入れ、この植物Ｓを乾燥処理する。また、このとき、本実施形態では、ガス化反応設備２の排出口６ａから熱ガス処理設備４に送られる熱ガスＨの一部を乾燥設備４に導入し、この熱ガスＨの熱（すなわち、ガス化反応設備２でバイオマス原料Ｓ１、Ｒ１をガス化した後の排熱）を有効利活用して植物Ｓを乾燥処理するように構成されている。

さらに、本実施形態では、ガス化反応設備２で生成され、反応管７からガス精製装置に送られる高温のバイオガスを冷却する際に熱回収を行い、この排熱も乾燥設備４に導入して植物Ｓの乾燥処理に有効利活用する。

また、例えばＨＥＰＡフィルタ、活性炭フィルタ等を備える除害装置１３が乾燥設備４に接続して設けられ、この除害装置１３によって乾燥設備４から外部に排出する空気の脱臭対策、この空気に含まれた重金属等の汚染物質を捕捉する除害対策が施されている。さらに、ガス化反応設備２で生成したバイオガスＧをガス発電機１４に導入するまでの間にも、例えばＨＥＰＡフィルタ、活性炭フィルタ等を備える除害装置１５が設けられ、この除害装置１５によってバイオガスＧに含まれた重金属等の汚染物質を捕捉する除害対策が施されている。

次に、上記の構成からなるバイオマスガス化装置Ａを用い、ファイトレメディエーションに用いた植物Ｓを処理する方法について説明するとともに、本実施形態のファイトレメディエーションに用いた植物Ｓの処理方法の作用及び効果について説明する。

ファイトレメディエーションに用いた植物Ｓを処理する際には、はじめに、回収した植物Ｓを、重金属や塩分等の汚染物質が予め設定した許容値以上含まれている植物Ｓ２（植物体）と、汚染物質が許容値以下であり、バイオマス原料として利用する植物Ｓ１（植物体）とに分別する。そして、バイオマス原料として利用する植物Ｓ１は、必要に応じて破砕設備１に送って破砕し、乾燥設備５に送る。また、汚染物質が許容値以上含まれている植物Ｓ２は、そのまま乾燥設備５に送る。

一方、予め例えば含水率が３０％以下に調整した廃材Ｒを破砕設備１で破砕し、バイオマス原料として利用する微細断物Ｒ１と、粗細断物Ｒ２に分別する。そして、粗細断物Ｒ２を熱ガス発生炉３に供給し、高温の熱ガスＨを生成するとともに、ガス化反応設備２を加熱させる。

このように熱ガス発生炉３で生成し、ガス化反応設備２を加熱させた後の熱ガスＨは、その一部が乾燥設備４に導入され、乾燥設備４に送られた植物Ｓ１、Ｓ２が熱ガスＨの排熱を利活用して乾燥処理される。このとき、例えば、含水率約８０％の植物Ｓ１、Ｓ２が含水率約１５％程度に乾燥処理され、約１／４に減容化される。そして、汚染物質が許容値以上含まれている植物Ｓ２は、乾燥処理によって約１／４に減容化して外部に廃棄処分される。

バイオマス原料として利用する植物Ｓ１は、乾燥処理した後に、ガス化反応設備２の反応管７に回分的あるいは連続的に供給される。さらに、熱ガス処理設備４の蒸発部１１から水蒸気Ｔが反応管７に供給される。

このように植物Ｓ１の乾燥物であるバイオマス原料Ｓ１を反応管７に供給すると、ガス化される。また、ガス化するとともにバイオマス原料Ｓ１は灰化され、元の植物Ｓに対し数％まで減容化される。

また、バイオマス原料Ｓ１をガス化して生成された含水状態のバイオガス（含水生成ガス）は、少量の副生したタール・煤が分解され、且つ固形有機物及び炭素が全て分解される。さらに、含水状態のバイオガスは、反応管７から精製装置に送られて水分と硫黄分と塩素分が除去され、バイオガスＧがガスタンクに貯留される。このバイオガスＧは、ガス発電機１４などに送り、燃料として利用される。

また、反応管７から精製装置に送られる高温のバイオガスを冷却する際に熱回収を行い、この排熱も乾燥設備５に導入して植物Ｓの乾燥処理に有効に利活用する。

そして、上記のようにファイトレメディエーションに用いた植物Ｓ１をバイオマス原料としてバイオガスＧを生成する場合であっても、乾燥設備排気系統、反応管系統は密閉化が可能であるため、重金属等の汚染物質が漏洩することはない。また、本実施形態では、これら乾燥設備排気系統、反応管系統にそれぞれ、除害装置１３、１５が設けられている。このため、バイオガスＧや乾燥設備５からの排気に、重金属等の汚染物質がガス化したり、粉塵として含まれている場合であっても、確実に除害装置１３、１５で汚染物質を細くし、外部に拡散することを防止できる。

なお、ファイトレメディエーションに用いた植物Ｓが得られないときには、廃材Ｒの微細断物Ｒ１をバイオバス原料とし、この廃材Ｒの微細断物Ｒ１を上記と同様にしてガス化し、バイオガスＧの生成を行うことが可能である。

したがって、本実施形態のファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法においては、バイオマスガス化装置Ａのガス化反応設備２の排熱を利用して土壌中の重金属や塩分等の汚染物質を吸収、蓄積した植物Ｓを乾燥処理することができ、外部から別途熱を投入することなく、植物Ｓを減容化することができる。そして、この乾燥処理した植物Ｓをバイオマス原料としてガス化反応設備２に投入し、ガス発電等に利用可能なバイオガスＧを生成することができる。

これにより、ファイトレメディエーションに用いられ、汚染物質を吸収、蓄積した植物Ｓを乾燥、ガス化し、大幅な減容化を可能にすると同時にガス発電などに利用可能なバイオガスＧを得ることができ、また、乾燥に排熱を利用できる。

よって、本実施形態のファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法によれば、ファイトレメディエーションに用いた植物Ｓを有効に利活用（資源化）した省エネルギー的処理・資源化システムを構築することができる。また、従来と比較し、ファイトレメディエーションに用いた植物Ｓの処理に要する労力、コストなどを大幅に低減することが可能になる。このため、ファイトレメディエーションの普及を促進させ、重金属や塩分等の汚染物質で汚染された土壌をファイトレメディエーションによって低コストで効果的に浄化処理する効果も得ることができる。

以上、本発明に係るファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１破砕設備
２ガス化反応設備
３熱ガス発生炉
４熱ガス処理設備
５乾燥設備
６加熱チャンバ
６ａ排出口
７反応管
８送風ファン
９熱交換器
１０熱交換器
１１蒸発部
１２排気ファン
１３除害装置
１４ガス発電機
１５除害装置
Ａバイオマスガス化装置
Ｇバイオガス
Ｈ熱ガス
Ｒ廃材（有機性廃棄物）
Ｒ１廃材の微細断物（バイオマス原料：Ｓ１が得られない場合でも単独運転可能）
Ｒ２廃材の粗細断物
Ｓ植物
Ｓ１植物（バイオマス原料）
Ｓ２植物

Claims

ファイトレメディエーションに用いられ、土壌中の汚染物質を吸収、蓄積した植物を処理する方法であって、
バイオマス原料を熱分解してガス化するガス化反応設備を備えたバイオマスガス化装置を用い、前記ガス化反応設備からの排熱を利用し前記植物を乾燥処理して減容化するとともに、前記乾燥処理した植物を前記バイオマス原料として前記ガス化反応設備でガス化し、前記植物を処理しつつバイオガスを生成するようにしたことを特徴とするファイトレメディエーションに用いた植物の処理方法。