JP3909239B2 - 汚染土壌の浄化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚染土壌の浄化方法に関し、特に冬期や寒冷地の汚染土壌を効率的に浄化修復するのに適する汚染土壌の浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油精製プラントや各種有機化合物を扱っていた工場等の汚染された土壌を浄化することが、環境上や土地の有効再利用上から極めて重要になってきた。
現在利用されている汚染土壌の浄化手段は、物理化学的手段とバイオレメディエーションと称する生物的手段に大別できる。主に汚染土壌中に住む土着の微生物を活性化して汚染原因物質を無害化するタイプのバイオレメディエーションは汚染原因物質に石油系炭化水素や有機塩素系化合物等が含まれる場合に特に有効であり、環境への影響の少ない方法として近年注目されている。しかし、土壌温度が低下する冬期や寒冷地では、微生物の活動が極度に低下し到底実用し得ないという欠点をもっている。このような欠点を解消する手段として、汚染土壌中に配管して温風、温水、蒸気等を循環させる手段や土壌中に配線を行って通電させる等の手段で、現位置で汚染土壌の温度を微生物の活動に適する温度まで上昇させる手段が提案されているが、実用されていない。
【０００３】
本発明者等はこれら従来の加温・加熱手段について検討した結果、これらの手段では土壌の熱伝導が悪いため、熱源や熱媒体から離れている部分には熱が伝わりにくく、特定の箇所あるいは特定の方向から浄化対象とする汚染土壌全体を加温するのには時間がかかり、広範囲の処理を行うには土壌中に万遍なく多くの配管や配線等を施すことが必要となり、加熱・加温設備をはじめ設備費やランニングコストが嵩むこととなり、汚染土壌の浄化目的には実用し得ないことを知見した。
【０００４】
また汚染土壌の加熱による浄化という点では前記の物理化学的手段の一つとして処理施設を用いた熱処理土壌浄化法がある。これは浄化すべき土壌全量を処理施設に移送して例えば加圧加熱蒸気に接触させる手段であり、油汚染土壌では２００℃〜４００℃、水銀汚染土壌では４００℃〜８００℃といった高温で、土壌から汚染物質を揮散・脱離させることができるが、当然、複雑かつ高度な専用設備を必要とし、設備費及びランニングコストは高価となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、汚染土壌を効率的に浄化するために、高価な専用設備等を要せずして浄化対象とする汚染土壌を簡便、迅速かつ均等に、目標とする温度に加熱・加温また必要に応じその温度を維持する方法を提供することにある。特に本発明の目的は冬期や寒冷地等の微生物が実用的に作用し得ない状況にある汚染土壌をバイオレメディエーションにより効果的に浄化する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、微生物の働きにより汚染土壌を浄化するに際し、該土壌の一部及び／又は砕石、砂利、砂等の骨材及び塊状もしくは粒状のセラミック等の耐火物から選ばれる該土壌以外の第三材料を現位置外で高温加熱する工程、高温加熱された土壌及び／又は第三材料を浄化すべき汚染土壌に添加して現位置で混合する工程、及び混合された汚染土壌を現位置で放置して微生物の働きにより汚染土壌を浄化する工程をもつことを特徴とする汚染土壌の浄化方法である。
本発明で高温加熱する材料は、原則として浄化後の土壌中にその一部として残存させたまま当該土壌を再利用に供することが可能な材料である。このような高温加熱材料をマスとしての土壌、例えば平均深さ（厚さ）が３０ｃｍ以上、見掛け容積が１０ｍ³ 以上の土壌中に添加混合して熱交換させると、マスとしての土壌が顕著に低い熱伝導性をもつことに由来して冷めにくく長期間加温状態を維持するだけでなく、土壌全体中の微生物の活動には悪影響を与えずむしろ場合によってはその活性化を促して浄化を促進するという顕著な効果を示すのである。
【０００７】
本発明において汚染土壌の一部及び／又は第三材料を高温加熱する手段は特に限定されない。熱源としては火炎、温風、温水、電磁波、摩擦熱等どのようなエネルギーでもそれら複数を併用するのでもよく、その設備についても特に限定されず、既存かつ汎用の効率的な設備である、例えばロータリーキルン等の加熱乾燥炉や高温焼成炉等を流用することができる。
第三材料の種類も特に限定されないが、砕石、砂利、砂等の舗装用骨材として実用されている材料が作用効果及び経済性の両面から好ましい。
【０００８】
例えば汚染土壌の一部及び／又は砕石、砂利、砂等の第三材料を全国各地に所在する（１６００基以上といわれる）最寄りのアスファルトプラントに搬送すれば、容易に２００℃程度に加熱・加温することができる。この高温加熱材料を搬入し、現位置の汚染土壌の上に一定厚に敷ならしたのち、汎用の建設機械（バックホウ、ショベルローダ等）や耕うん機で汚染土壌とともに所定の深さまで混合攪拌するか、あるいは現場に簡便な混合設備を設置して高温加熱材料を汚染土壌に混合する等によって、浄化対象とする汚染土壌中に熱媒体である高温加熱材料が均等に分散するので、全体を簡便、迅速かつ均等に加温することができる。
【０００９】
高温加熱の温度及び汚染土壌への添加混合量は用いる材料の種類、汚染土壌の状態（低温の程度）等に応じ適宜選定しうるが、温度は一般的には８０℃以上、好ましくは１００℃以上、特に好ましくは１５０℃以上であり、上限は特に制限はなく経済性によって主に決まるが、通常は４００℃程度までで十分である。添加混合量は一般的には外割りで１〜６０重量％、好ましくは３〜３０重量％、特に好ましくは５〜２０重量％程度である。
【００１０】
本発明ではマスとしての土壌、例えば平均深さが３０ｃｍ以上、見掛け容積が１０ｍ³ 以上のマスとしての土壌の浄化を対象としているが、この状態は高温加熱材料を添加混合後に満足すればよい。平均深さはより好ましくは５０ｃｍ以上、さらに好ましくは１ｍ以上、見掛け容積はより好ましくは３０ｍ³ 以上、さらに好ましくは５０ｍ³ 以上である。それぞれ上限は特に制限されない。浄化すべき現位置の状態に応じて定まりうる。現位置汚染土壌の量と温度に対して、高温加熱材料の温度とその添加混合割合を設定することで、全体を目標とする温度にすることができる。
【００１１】
本発明方法はバイオレメディエーションによる浄化に特に有効であり、この場合は、周知のように、土壌の温度は微生物が活性化する１５℃〜４０℃程度、望ましくは２０℃〜３０℃程度が好適である。冬期を想定した５℃程度の汚染土壌に２００℃程度に高温加熱した土壌の一部及び／又は砕石等を外割で例えば数％〜２０数％添加混合することによって、この微生物の活性化に好適な温度とすることができると共に、このマスとしての混合土壌はそのまま放置しても予想されるよりはるかに温度低下が少ないのである。この土壌の温度が下がりにくい理由は、前記したように土壌の熱伝導率が低いためと放熱が比表面積に比例するためと推察されるが、シート、合板、発泡スチロール板等で保温することにより、マスとしての土壌の温度をさらに長時間保持することが容易となる。なお、ここでの保温とは加温後の土壌の温度低下を防ぐ意図で加湿暖気等を加えることも含むものである。
【００１２】
従来のバイオレメディエーションでは前記したように冬期等に土壌を微生物にとっての至温温度に加熱・加温することは試みられた例があるが、微生物が死滅するおそれがある５０℃程度以上の温度媒体で汚染土壌を加熱・加温することは避けられてきた。然るに汚染土壌全体を例えば１００℃以上の高温加熱しても所要の時間以上これを続けなければ、汚染土壌由来の浄化に役立つ微生物をすべて死滅させることはなく、ときには、むしろ浄化微生物の活性化を促すことがあることを見出した。これは混合攪拌に伴って、土壌中に多量の空気を巻き込み、酸素を供給して微生物の活動を促すことも一因として考えられる。
すなわち本発明によれば、現位置での微生物による土壌浄化法であるバイオレメディエーションにおいて、大規模、小規模に関わらず、とくに専用の設備等を要さずして、汚染土壌全体を簡便、迅速かつ均等に目標とする温度に加温して、浄化を促進することが可能なのである。
【００１３】
本発明方法は必要に応じ複数回繰り返すことも可能である。バイオレメディエーションは通常汚染土壌の浄化に数ヶ月を要するが、その間本発明方法による加熱を２回以上繰り返したり、前記したシート等による保温や他の間接加熱手段等を組合せることも可能である。
尚加熱設備が現位置近傍にある場合等には、そこで浄化対象汚染土壌の全部を所要の温度に加温することを排除するものではない。
【００１４】
また本発明方法では、高温焼成施設で汎用的に製造されている８００℃以上といった高温の焼成物（例えば、塊状もしくは粒状のセラミック等の耐火物）を冷却せずに供給を受けて、この第三材料のみを浄化対象とする汚染土壌に添加し、混合攪拌することもできる。この場合も汚染土壌の量と温度に対して高温加熱する材料の温度とその混合割合を設定することにより全体を目標とする温度にすることができる。
尚高温加熱蒸気に接触させようとするときは、上記の操作に加えて、予め適量の水を添加する等により密閉容器中で混合攪拌できるようにすることが好ましい。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１：
数十年にわたって油槽所として使用された跡地の油汚染土壌から試料採取した砂質土を用いて、本発明の間接加熱方法について予備実験を行った。
上記土壌を一晩低温室に入れ、これから４つのバットに取り分け、各１０００ｇ、２℃かつ含水比２０％の試料とした。次にこれらの試料それぞれに、重量比で５号砕石２０％、６号砕石３５％、７号砕石２８％および砂７％を混合して２０〜０ｍｍの骨材とし、これを予め２００℃に加熱乾燥したものを、１００、２００、３００および４００ｇと量を変えて添加し、手早く均一に混合攪拌した後、パイル状に成形した。
混合直後の温度は、順に２２、２４、３３および３６℃であった。
ちなみに、これらの４つのバットを低温室に戻したところ、１５分後にはそれぞれ順に７〜１５℃温度が低下し、１５〜２１℃になり、３時間後にはいずれも１〜２℃となったが、それぞれの含水比は順に１６〜１０％に低下していた。
【００１６】
次に、乾燥加熱骨材を外割２０％加えた試料と３０％加えた試料および何も加えなかった原土壌について、微生物による浄化についてのトリータビリティー試験を行った。
各供試土壌（乾燥土壌）を滅菌済みの容器に入れ、各種栄養塩類と滅菌水を添加した。栄養塩として窒素およびリンが２５０および５０ｍｇ／ｋｇ（乾燥土壌）の組合せとなるように土壌に添加した。
含水比は、滅菌水を用いて２０ｗｔ％に調整し、容器の中の土壌をクリーンベンチ内で２〜３日に一回攪拌した。土壌のｐＨは７付近になるよう調整し、培養を３０℃で静置して行った。
培養開始後、乾燥加熱骨材を外割２０％および３０％加えた土壌では、１ヶ月で油濃度がそれぞれ３５％、３８％低下した。これらは、何も加えなかった原土壌での油濃度の低減率３２％に対して遜色なく、むしろ乾燥骨材添加土壌の浄化率が幾分上回るといえる結果となった。
【００１７】
実施例２：
数十年にわたって油槽所として使用された跡地の油汚染した砂質土壌の現場において、最寄りのアスファルトプラントで２１０℃程度に加熱乾燥した砕石２０〜０ｍｍ、１７ｔを搬入して、２０ｍ×５ｍに１２〜１３ｃｍの均一な厚さとなるように順次敷き拡げ、直ちに追いかけて、これを原土壌の表面から１ｍの深さまでの土壌とともにバックホウ等により混合攪拌し、モーターグレーダによる不陸整正を行った。施工時の気象条件は、曇、ほぼ無風状態で気温は８℃であった。
混合攪拌直前の現状土の地表面は約１％の片勾配であり、地表面と５０ｃｍおよび１ｍ深さのそれぞれの温度は７、４および２℃であったが、加熱乾燥砕石を混合攪拌し、整正した仕上がり直後の表面およびそこから約５０ｃｍ深さの温度はそれぞれ平均で２２および２５℃であった。
その後直ちに、当該箇所の表面に５ｃｍ厚の発泡スチロール板を敷き詰めたのちシートをかけ、これらの周囲には、１．５ｍ離して素掘側溝を設け雨水が進入しないようにした。３０日後にエリアの中央部で表面および５０ｃｍ深さの温度を測定したところ、順に１７および２０℃であって、この３０日間の平均気温が６．１℃であったのを勘案すると思いのほか温度の低下は少なかった。
【００１８】
実施例３：
実施例２の現場において、油汚染土壌の縦２０ｍ、横５ｍ、深さ１ｍをバックホウにより掘削し、底部に内径７５ｍｍの通気孔を開けた塩ビ製パイプを土被りが約１０ｃｍとなるように磔で埋め戻し、縦方向に２ｍピッチで設置した。続いて、掘り起こした土壌を均一になるように、併せて窒素およびリンがそれぞれ２５０および５０ｇ／ｔとなるように農業用肥料を水道水とともに添加しながら、バックホウ等で入念に混合し、これを掘削した部分に埋め戻し、モーターグレーダによる不陸整正、タイヤローラによる転圧を１往復行った。
次に、実施例２と同様に、最寄りのアスファルトプラントで２１０℃程度に加熱乾燥した砕石２０〜０ｍｍ、１７ｔを搬入して、掘削埋め戻し部分２０ｍ×５ｍに１２〜１３ｃｍの均一な厚さとなるように順次敷き拡げ、直ちに追いかけて、これを表面から１．１３ｍ深さまで、土壌とともにバックホウ等により混合攪拌し、モーターグレーダによる不陸整正を行った。施工時の気象条件は、晴、ほぼ無風状態で気温は１０℃であった。
その後直ちに、当該箇所の表面に５ｃｍ厚の発泡スチロール板を敷き詰めたのちシートをかけた。また、これらの周囲には１．５ｍ離して素掘側溝を設け、雨水が進入しないようにした。以降は、配置したパイプにより１週間に１日間の割合で加湿温風を送り酸素の供給を図った。なお以降３０日間の平均気温は５．３℃であった。
上記の試験区およびこれらから５ｍ程離れた原土壌について、３０日後の土壌を採取し、油分濃度を分析した。加熱乾燥砕石を添加混合して発泡スチロール板とシートがけを行った試験区では同低減率が２３％であったのに対し、原土壌では油分低減率４％とほとんど浄化の進展は認められなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、土壌の熱伝導の悪い点を逆利用および克服し、多大な設備費やランニングコストを要せずして、全国各地にあるアスファルトプラント等の既存設備施設のうち、最寄りの設備施設を利用して、大規模、小規模にかかわらず汚染土壌を簡便、迅速かつ効率的、経済的に浄化に適した温度に加熱・加温することができ、またシートがけ等の保温を施すことにより冷めにくいマスとして長期間温度保持できる。

Claims (4)

1. 微生物の働きにより汚染土壌を浄化するに際し、該土壌の一部及び／又は砕石、砂利、砂等の骨材及び塊状もしくは粒状のセラミック等の耐火物から選ばれる該土壌以外の第三材料を現位置外で高温加熱する工程、高温加熱された土壌及び／又は第三材料を浄化すべき汚染土壌に添加して現位置で混合する工程、及び混合された汚染土壌を現位置で放置して微生物の働きにより汚染土壌を浄化する工程をもつことを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
2. 第三材料が砕石、砂利、砂等の骨材である請求項１の方法。
3. 高温加熱された土壌及び／又は第三材料を添加し混合する工程の後に表面を保温する工程を含む請求項１又は２の方法。
4. 一連の工程を複数回繰り返す請求項１〜３のいずれか１項の方法。