JP4596524B2 - 汚染土壌浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学物質、特に有機塩素化合物に汚染された土壌、底質、汚泥を、さらには地下水まで含めて、安全に効率よく浄化できるようにした汚染土壌の浄化処理条件評価方法および汚染土壌浄化方法に関する。

トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどの有機塩素化合物は、脱脂などの洗浄剤として、各種工場やクリーニング店等で広く使用されている。近年、発ガン性物質の疑いがあるこれらの有機塩素化合物による、地下水、土壌汚染が大きな社会問題となってきている。

これまで行われてきた浄化対策としては、主に封じ込め処理、汚染土壌の掘削・封じ込め処理、および揚水ばっ気、真空抽気と活性炭吸着などの組み合わせによるポンプアンドトリート法が挙げられる。近年では、特に有機塩素化合物で汚染された地下水、土壌に鉄粉を注入、接触して還元処理をすることが検討され実用化されている。従来は、浄化の効率を優先しているために、より水素ガス発生量が多い浄化剤が研究開発され、実用化されつつある（例えば、特許文献１）。しかし、特に水分が多い土壌や地下水浄化用に透過壁または遮断壁として鉄を用いた場合、水素ガスが長期にわたって発生していると想定される。
特開２００４−１１３９７６号公報

従来技術の中でも、可燃性ガスを発生する可能性のある浄化技術、例えば鉄、アルミニウム化合物などの金属を汚染土壌に加える浄化方法では、常温で簡単に、安く浄化可能であるため、近年広く採用されている。しかし、例えば鉄を用いた浄化方法では、下記式（１）または（２）に示すように水素ガスが発生することから、発生した水素ガスが蓄積して爆発範囲（４〜75％）になることを回避できるよう、安全上注意を要する。
3Fe+4H₂O→Fe₃O₄+4H₂ （１）
Fe+2H₂O→Fe²⁺+2OH^- +H （２）

そこで本発明の課題は、可燃性ガスを発生する可能性のある浄化技術、特に鉄を用いた浄化方法における水素ガスに対する安全性を的確に評価し、その評価結果に基づいて、汚染土壌を安全かつ確実に浄化できるようにした、汚染土壌の浄化処理条件評価方法および汚染土壌浄化方法を提供することにある。

本発明者らは、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、シス−1,2 −ジクロロエチレン（c-DCE）などの有機塩素化合物に汚染された土壌、地下水を、特に鉄を用いて浄化する方法についてバイアルテストで検討した結果、土壌、水、鉄粉の三種が存在した場合の密閉系ではガス中の水素ガス濃度がケースによっては4%を超過する場合があることを見出した。さらに発明者らは様々な土壌種に鉄を加えて密閉系にて水素ガス濃度を測定したところ、土壌に鉄を添加した場合の水素発生量は、土壌それぞれによって大きくことなることが確認されたため、単に添加した鉄量から発生する水素ガスを計算で予測することは困難であること、また、水素発生量は鉄粉量及びｐＨに依存することも見出した。このような経緯から、浄化対象の土壌に対して鉄を添加した浄化処理を行う場合、浄化する土壌ごとに前もって実施予定の浄化処理を施した汚染土壌試料を密閉系に封入し、その密閉系下で水素ガスの発生量を測定することが、汚染土壌の処理条件を検討するために有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。このような試験結果に基づいて、水素の発生期間の予測ができ、鉄添加量やｐＨ等を変化させて水素発生抑制に対する適切な処理条件条件の検討を行ったり、測定された水素ガス量を基に、発生ガスの吸引必要量や不活性ガス（窒素など）での希釈方法、地表面での送風による気散方法の検討等を行ったりすることで、安全に浄化する浄化方法を提供することができる。

すなわち、本発明に係る汚染土壌浄化方法は、浄化対象の有機塩素化合物に汚染された汚染土壌に対し、複数の条件で浄化処理を施した複数の汚染土壌試料を作成し、各試料を密閉系にそれぞれ封入し、密閉系下での可燃性水素ガスの発生量を測定するとともに、各試料における浄化対象物質の浄化効率を測定し、可燃性水素ガス発生量の測定結果と浄化効率の測定結果から、前記複数の条件を評価した評価結果に基づいて浄化処理の条件を決定し、前記評価結果に基づいて、可燃性水素ガスに対する安全対策を行いながら金属鉄を添加して汚染土壌を浄化することを特徴とする方法からなる。

この汚染土壌浄化方法においては、浄化対象の汚染土壌に対し実際に行う浄化処理の条件として、前記複数の条件の中から好適な条件あるいは最適な条件を選択することができる。あるいは、前記複数の条件の評価結果に基づいて決定する、例えば、２つの条件間に好適あるいは最適な条件が存在することが明らかに推定される場合には、それらの条件に基づいて実際に行う浄化処理の条件を決定することもできる。

複数の条件の評価は、例えば、以下のように行うことができる。浄化処理のための添加物の量を変化させることにより複数の条件を評価する、あるいは、浄化処理における土壌ｐＨを変化させることにより複数の条件を評価する、さらにはこれらを組み合わせて複数の条件を評価する方法が挙げられる。

上記安全対策としては、例えば、浄化エリアの地表に対し送風しながら浄化する、少なくとも１つの井戸からガスを放散させながら浄化する、少なくとも１つのガス吸引井戸からガスを吸引しながら浄化する、少なくとも１つのガス注入井戸からガスを注入しながら浄化する、少なくとも１つのガス注入井戸からガスを注入するとともに、少なくとも１つのガス吸引井戸からガスを吸引しながら浄化する、浄化エリア近辺のガス濃度をモニタリングしながら浄化する、等の対策を採用できる。このうち、浄化エリア近辺のガス濃度をモニタリングしながら浄化する方法は、他の安全対策と組み合わせて、あるいは所定の浄化処理とともに実施できる。

前述したように、浄化処理に際しては水素ガスの発生量、濃度が問題となることがあることから、浄化エリアにおけるガス中の水素濃度が爆発範囲以下になるようにガスを排出することが望ましい。

本発明に係る汚染土壌浄化方法によれば、可燃性ガスを発生する浄化処理、特に鉄を用いた浄化方法における水素ガスの発生に関して、浄化処理条件、中でも安全性に関して浄化処理条件を的確に評価でき、この評価結果に基づいて、実際の浄化処理を行うので、汚染土壌を安全かつ確実に、しかも効率よく浄化することができる。

以下に、本発明について、望ましい実施の形態および実施例とともに、詳細に説明する。
本発明は、理論上可燃性ガスを発生する可能性がある浄化処理であれば適用できるが、特に鉄を用いた浄化処理における水素ガスに対する場合に好適に適用される。例えば鉄粉を用いた浄化の場合、土壌の浄化に加え、地下水、底質などの浄化でも適用できる。また、浄化対象汚染物質の種類としては、鉄粉を用いた浄化処理であれば特に限定はなく、有機塩素化合物（ＴＣＥ、ＰＣＥ、ダイオキシン類、ＰＣＢ類など）、油の汚染物の浄化、鉄を用いた他の重金属物質などの不溶化処理にも適用可能である。

本発明は、汚染土壌に対して鉄を添加する浄化処理方法を適用する場合、前もって適切な処理条件を評価して設定し、それに基づいて汚染土壌を安全かつ確実に浄化する汚染土壌浄化方法を提供する。

ここでいう「適切な処理条件」とは、土壌浄化工程において、汚染土壌の浄化ができつつ系外へ排出される水素濃度が安全な範囲である処理条件を示し、土壌ガス吸引量や不活性ガス（窒素など）での希釈方法、地表面での送風による気散方法等の安全対策を施した後で水素濃度が安全な範囲である処理条件も含む。

適切な処理条件の設定では、まず、例えば、汚染土壌への鉄粉添加量及びｐＨ条件等といった処理条件を変化させて各系での、可燃性ガスとしての水素の発生量を測定する。これと同時に、各系の浄化対象汚染物質の濃度を測定する。次に各系における浄化効率と水素発生量を比較評価する。これより、浄化対象エリア系外へ排出される水素ガス濃度が安全範囲内か、もしくは少なくとも安全対策を施した後に系外へ排出される水素ガス濃度が安全範囲内である、適切な処理条件を設定することができる。以下、本発明の実施形態を説明する。

水素の発生量の測定には、まず浄化対象となっている汚染土壌を一定量採取し、鉄粉を所定の濃度となるように添加したものを用意する。前記土壌を、ブチルゴム栓を有する定容積の密閉瓶に入れ、アルミシールで密閉する。なお、このとき密閉瓶内のヘッドペース部は実サイトでの状態を考慮して、空気もしくは還元状態を再現するために窒素で満たされていることが望ましい。また、遮光することが望ましい。この瓶を静置して、所定時間ごとに、ブチルゴム栓を介して密閉状態を保ちながらヘッドスペース中のガスをガスタイトシリンジで採取し、ガスクロマトグラフ分析装置に注入して水素ガスの定量分析を行う。このとき、ガス検知管等でも濃度を測定することができる。このヘッドスペース中の水素ガス濃度の増加速度から、水素の発生速度を算出することができ、土壌ガス吸引量や不活性ガス（窒素など）での希釈割合、地表面での送風による気散のための送風量の検討を行うことができる。また、水素ガス濃度の経時変化を測定することで、実サイトにおける水素発生速度が低下するまでの期間を予測することができる。以上の操作を、鉄粉の添加量やｐＨ等といった処理条件を変えた実験系を作成し、同様に行う。一方で、作成した処理条件毎に対して汚染土壌の浄化効率も別途評価する。

一連の操作で得た、水素発生速度および期間の予測値とその処理条件での浄化効率を比較検討し、浄化効率が最も良く、水素ガス発生が安全範囲内か、もしくは少なくとも前述したような土壌ガス吸引量や不活性ガス（窒素など）での希釈方法、地表面での送風による気散方法などの安全対策を行った場合の十分に安全な条件を、適切な処理条件として設定する。

以下に実施例を示すが、下記実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１
60ｍＬのバイアルビンに、種種の土壌5gを入れ、水10mL、鉄粉0.2gを添加後、バイアルビンをゴム栓とアルミシールで密閉して実験を開始した。100h後にバイアルビン内の水素ガス濃度をガスクロマトグラフィーで、互いに異なる土壌Ａ、Ｂ、Ｃについて測定した結果を表１に示す。表１から明らかなように、鉄粉と水、土壌が存在したときの水素発生量は、土壌種によって大きく異なることが分かる。

実施例２
実施例１において用いた土壌ＡをPCEにより模擬的に汚染させ、汚染土壌50gに対して、水15mLと鉄粉を表２に示した量を加えて混錬し、硫酸又は水酸化ナトリウムで所定のｐＨに調整した後に700mLバイアル瓶に入れ、ゴム栓とアルミシールで密閉して実験を開始した。800h後にバイアルビンヘッドスペース内の水素ガス濃度及びPCEの初期濃度に対する分解率をガスクロマトグラフィーで測定した結果を表２に示す。

表２より、鉄粉の量及び土壌ｐＨが異なると、水素の発生挙動及びPCE分解率がそれぞれ異なることが分かる。ここでは条件（１）と（２）を比較することにより、鉄粉量が2.5wt%から1.0wt%に減少すると、水素ガス発生量はあまり変化がないものの、PCE分解率が低下することから、条件（２）を採用し、安全対策を行いながら浄化施工を行うことを計画した。なおここでいう水素ガス濃度はバイアルテスト下の条件であり、実際の現場での濃度を示すものではないが、相対的に同じ挙動を示すと推測される。適切な処理条件の設定では、このように種々の条件での分析を行い、目的に適った条件を設定していくとよい。

Claims (9)

1. 浄化対象の有機塩素化合物に汚染された汚染土壌に対し、複数の条件で浄化処理を施した複数の汚染土壌試料を作成し、各試料を密閉系にそれぞれ封入し、密閉系下での可燃性水素ガスの発生量を測定するとともに、各試料における浄化対象物質の浄化効率を測定し、可燃性水素ガス発生量の測定結果と浄化効率の測定結果から、前記複数の条件を評価した評価結果に基づいて浄化処理の条件を決定し、前記評価結果に基づいて、可燃性水素ガスに対する安全対策を行いながら金属鉄を添加して汚染土壌を浄化することを特徴とする、汚染土壌浄化方法。
2. 浄化対象の汚染土壌を一定量採取し、鉄粉を所定の濃度となるように添加した前記汚染土壌をブチルゴム栓を有する定容積の密閉瓶に入れ、アルミシールで密閉して静置し、所定時間ごとにブチルゴム栓を介して密閉状態を保ちながらヘッドスペース中のガスをガスタイトシリンジで採取し、ガスクロマトグラフ分析装置に注入して水素ガスの定量分析を行い、該定量分析の結果に基づいて前記安全対策を行う、請求項１に記載の汚染土壌浄化方法。
3. 浄化処理のための添加物の量を変化させることにより複数の条件を評価する、請求項１または２に記載の汚染土壌浄化方法。
4. 浄化処理における土壌ｐＨを変化させることにより複数の条件を評価する、請求項１〜３のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
5. 前記安全対策が、浄化エリアの地表に対し送風しながら浄化するものである、請求項１〜４のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
6. 前記安全対策が、少なくとも１つの井戸からガスを放散させながら浄化するものである、請求項１〜４のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
7. 前記安全対策が、浄化エリア近辺のガス濃度をモニタリングしながら浄化するものである、請求項１〜４のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
8. 浄化エリア近辺のガス濃度をモニタリングしながら浄化する、請求項１〜７のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
9. 浄化エリアにおけるガス中の水素濃度が爆発範囲以下になるようにガスを排出する、請求項１〜８のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。