JP4962331B2

JP4962331B2 - 土地の汚染改良構造およびその方法

Info

Publication number: JP4962331B2
Application number: JP2008010724A
Authority: JP
Inventors: 栄作白谷; 強治 ▲高▼木; 麻三浦
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2028-01-21
Also published as: JP2009171847A

Description

本発明は、土地の汚染改良構造およびその方法に関し、特に重金属に汚染された農地の汚染改良構造およびその方法に関する。

従来、土壌が重金属で汚染された農地に対して、汚染土壌を浄化する方法として、汚染土壌の表層に生分解性不織布を敷設し、この生分解性不織布上で植物を密植して汚染土壌を被覆し、汚染土壌中の重金属を植物体中に回収し、この植物を定期的に刈り取ることにより重金属を土壌から除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の浄化方法では、植物を植えた土壌にキレート剤を添加することにより重金属の吸着性を高めるようにしている。また、重金属で汚染された土壌に植物を植栽するとともに酸性変化物質としての硫黄華を添加し、植物を刈り取ることにより重金属を土壌から除去する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２に記載の浄化方法では、耐酸性および重金属耐性を併せ持つ植物を選択して植えるようにしている。しかしながら、これら特許文献１および２に記載された重金属の除去方法では、いずれも除去に要する時間が植物の生育に左右されて長時間を要するとともに、回収途中の植物体を昆虫や鳥が食し、重金属の汚染を拡大させる虞がある。

このため、従来、土壌が重金属で汚染された農地に対し、短時間でかつ低コストで作付けを可能とするため、外部から汚染されていない清浄な土を客土として持ち込み、汚染された農地の表層に投入して作土層を形成するようにしていた。
特開２００４−２９０８２０号公報（第５−６頁、図３）特開２００３−２２５６４９号公報（第３頁、図１）

しかしながら、上記従来の、客土を重金属で汚染された農地の表層に投入して汚染を回避する方法では、下層の重金属で汚染された土壌から土壌中の土壌水を通じて重金属が上層の客土に徐々に浸潤し、清浄な非汚染土である客土を汚染してしまうという問題がある。特に、農地においては、畑作は水田作に比べてカドミウム（Ｃｄ）が土壌溶液に溶出しやすく、下層の汚染土から上層の客土への上向き浸潤による上方移行が阻止しにくいという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡素な構成で、重金属で汚染された農地に対し、作物の生育上必要な土壌水の上向き浸潤を妨げることなく、重金属が上層の作土へ移行するのを抑制する土地の汚染改良構造およびその方法を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る土地の汚染改良構造は、重金属を含む下側の土壌と投入される上側の土との間に、透水性を有し重金属を吸着する吸着材の層を下層側に、透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材の層を上層側にそれぞれ配設したことを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る土地の汚染改良構造では、重金属を含む下側の土壌と投入される上側の土との間に、透水性を有し重金属を吸着する吸着材の層を下層側に、透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材の層を上層側にそれぞれ配設したことにより、下側の土壌に含まれる重金属が土壌水を通じて上方に移行すると、吸着材により吸着され、重金属が除去された土壌水は伸張阻止材を通過して上側の投入された土に浸透する。このため、伸張阻止材上の投入された土が重金属で汚染されにくく、たとえ、重金属の浸透が生じても低濃度に抑えることができる。従って、投入された土に植物を植えても重金属への汚染を低レベルに抑えることができる。また、伸張阻止材は、植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止するので、吸着材の層は根により破損されることがなく、根は重金属で汚染された土壌に達することがない。このため、投入された土に対し重金属汚染の抑制が長期間に亘って確実に維持される。

本発明の請求項２に係る土地の汚染改良方法は、重金属を含む土壌の表面に、透水性を有し重金属を吸着する吸着材を敷設する第１の工程と、敷設された吸着材の層に透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材を敷設する第２の工程と、敷設された伸張阻止材上に土を投入する第３の工程とを有することを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る土地の汚染改良方法では、重金属を含む土壌の表面に、透水性を有し重金属を吸着する吸着材を敷設する第１の工程と、敷設された吸着材の層に透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材を敷設する第２の工程と、敷設された伸張阻止材上に土を投入する第３の工程とを有することにより、第１の工程で、重金属を含む土壌の表面に、水の通過を許容し重金属を吸着する吸着材が敷設され、第２の工程で、敷設された吸着材の層に透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材が敷設され、第３の工程で、敷設された伸張阻止材上に土が投入される。下側の土壌に含まれる重金属が土壌水を通じて上方に移行すると、吸着材により吸着され、重金属が除去された土壌水は伸張阻止材を通過して上側の投入された土に浸透する。このため、伸張阻止材上の投入された土が重金属で汚染されにくく、たとえ、重金属の浸透が生じても低濃度に抑えることができる。従って、投入された土に植物を植えても重金属への汚染を低レベルに抑えることができる。また、伸張阻止材は、植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止するので、吸着材の層は根により破損されることがなく、根は重金属で汚染された土壌に達することがない。このため、投入された土に対し重金属汚染の抑制が長期間に亘って確実に維持される。

本発明の請求項３に係る土地の汚染改良方法は、投入される土は、植物の生育を許容する土であって、外部から運び込まれる清浄土または重金属で汚染された土壌を洗浄して得られた重金属の含有量の低い低汚染土であることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る土地の汚染改良方法では、投入される土は、植物の生育を許容する土であって、外部から運び込まれる清浄土または重金属で汚染された土壌を洗浄して得られた重金属の含有量の低い低汚染土であることにより、投入された土に何も処理を行うことなく、直ちに植物や作物を植えることができ、効率が向上する。

本発明に係る土地の汚染改良構造では、重金属を含む下側の土壌と投入される上側の土との間に、透水性を有し重金属を吸着する吸着材の層を下層側に、透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材の層を上層側にそれぞれ配設するようにしたので、たとえ、下側に重金属で汚染された土壌が存在しても、上側に投入される土が重金属に汚染されるのを抑制することができ、低コストでかつ短期間で植物や作物を植えることができる。

本発明に係る土地の汚染改良方法では、重金属を含む土壌の表面に、透水性を有し重金属を吸着する吸着材を敷設する第１の工程と、敷設された吸着材の層に透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材を敷設する第２の工程と、敷設された伸張阻止材上に土を投入する第３の工程とを有するようにしたので、たとえ、下側に重金属で汚染された土壌が存在しても、投入された上側の土が重金属に汚染されるのを抑制することができ、低コストでかつ短期間で植物や作物を植えることができる。

下側に重金属で汚染された土壌が存在しても、投入された客土の汚染を抑制するという目的を、第１の工程で、重金属を含む土壌の表面に、水の通過を許容し重金属を吸着する吸着材を敷設し、第２の工程で、敷設された吸着材の層に透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材を敷設し、第３の工程で、敷設された伸張阻止材上に土を投入するようにしたことにより実現した。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る土地の汚染改良構造を示す要部の断面図である。本実施例に係る土地の汚染改良構造の対象となる土地は、例えば、土壌（以下、汚染土壌という）２が重金属で汚染された農地（土地）３である。この汚染改良構造の農地を造成するにあたって、まず、透水性有し重金属（本実施例では、例えば、カドミウム（Ｃｄ））を吸着する炭（吸着材）４と、透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する防根透水シート（伸張阻止材）５とを準備する。これら炭４と防根透水シート５はいずれも透水性を有しているので、水の通過を許容するようになっている。次に、汚染土壌２の農地３の表層に、炭４を投入し、所定の厚さＷｄを確保して敷設する（第１の工程）。この炭４の厚さＷｄは、汚染土壌２に含まれる重金属の含有量に応じて決定される。本実施例では、炭４の厚さＷｄを数cmにして敷設している。炭４は内部に多数の細かい孔を有し、汚染土壌２中の浸透水Ｗ１の通過を許容するとともに、浸透水Ｗ１に重金属（カドミウム、銅、亜鉛、クロム、ヒ素、コバルト等）が含まれていると、それら重金属を吸着するようになっている。

次に、炭４が所定の厚さＷｄで敷設されて形成された吸着材の層４の上面に、防根透水シート５を敷設する（第２の工程）。この防根透水シート５は、植物（農地にあっては作物）の根が下側土壌へ伸張するのを完全に阻止する市販のもの（例えば、東洋紡社製の防根透水シート）を用いる。防根透水シート５は、汚染土壌２中の重金属を含む浸透水Ｗ１が上昇してくると、炭４の層が重金属を吸着して重金属が除去された浸透水Ｗ２のみを通過させるようになっている。そして、この防根透水シート５は、植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止することにより、炭４の層の破損を防ぐとともに、根が汚染土壌２に伸びるのも防ぐようになっている。

次に、敷設された防根透水シート５の上面に外部から運び込まれた清浄な土６を投入して整地し、造成を完了する（第３の工程）。すなわち、本実施例に係る土地の汚染改良構造は、重金属を含む下側の汚染土壌２と投入される上側の清浄な土６との間に、炭（吸着材）の層４を下層側に、防根透水シートの層５を上層側にそれぞれ配設して構成される。投入される土６は、植物７の生育を許容する土であって、上述のように外部から運び込まれる清浄土であってもよいし、重金属で汚染された土壌を洗浄して得られた清浄土または重金属の含有量の低い低汚染土を用いるようにしてもよい。重金属で汚染された土壌の洗浄については、例えば、特開２００５−１６９３８１号公報に開示されている。重金属の含有量の低い低汚染土であっても人の生活や植物７の生育に支障がなければよい。なお、農地の場合には、畑作や水田の作土に適した土が好ましく、工業地や商業地の場合、土に代えて土砂でもよい。

次に、上記実施例に係る土地の汚染改良構造の作用に基づいて、本発明の土地の汚染改良方法について説明する。本実施例に係る土地の汚染改良方法では、第１の工程で、重金属を含む汚染土壌２の表面に、浸透水Ｗ１の通過を許容し重金属を吸着する炭４が敷設されて吸着層４を形成し、第２の工程で、敷設された炭４の吸着層に透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する防根透水シート５が敷設され、第３の工程で、敷設された防根透水シート５上に清浄な土６が投入されて整地され、造成が完了する。下側の汚染土壌２に含まれる重金属が土壌水Ｗ１を通じて上方に移行すると、炭４の層により吸着され、重金属が除去された土壌水Ｗ２は防根透水シート５を通過して上層の投入された土６に浸透する。このため、防根透水シート５上の投入された土６が重金属で汚染されにくく、たとえ、重金属の浸透が生じてもきわめて低濃度に抑えることができ、投入された土６に植物や作物７を植えても重金属への汚染をきわめて低レベルに抑えることができ、重金属汚染の影響を考慮する必要がないレベルまで下げることができる。また、防根透水シート５は、植物７の根７Ａが下側土壌２へ伸張するのを阻止するので、炭４の層は根７Ａにより破損することがなく、根７Ａが汚染土壌２まで伸びることもない。従って、投入された土６では、重金属からの汚染防止が長期間に亘って確実に維持される。なお、投入される土６に重金属の含有量の低い低汚染土を用いた場合、下側の重金属を含む土壌水Ｗ２の防根透水シート５より上方への移行を抑制しつつ、重金属吸収性の高い植物を植えることにより短期間で清浄土への浄化を行うことができる。

本発明者等は、上記実施例に係る土地の汚染改良構造とその方法に基づいて実際に試験ポットに地層を形成して試験を行った。その試験結果を以下に示す。
まず、図２に示すように、面積１／２０００ａ（アール）（５００cm^２）のワグネルポット２０（規格は、２５２φ×３００mm）を用意し、このワグネルポット２０にマリオット給水装置２１を接続する。マリオット給水装置２１は、ワグネルポット２０の外に配置され、水を給水可能なタンク２２と、タンク２２下端から延びワグネルポット２０の下部に開口する導水管２３と、一端が密閉したタンク２２の上部から大気に開放され、他端がタンク２２の貯留水中に浸漬される大気連通管２４とを備えている。ワグネルポット２０に土が投入されると、タンク２２に水を給水して密閉し、タンク２２の貯留水中の連通管２４の上端開口を大気圧にすることで、ワグネルポット２０の水分が蒸発散により消費された分をタンク２２内の水から供給するようになっている。このマリオット給水装置２１は、連通管２４の下端開口部位置ａでは大気圧と同圧となっており、タンク２２内の水位に関係なく、常に導水管２３の水圧をｈａに保つようになっている。従ってポット２０内の水位ｈｂは、ｈｂ＝ｈａに保たれるようになっている。

（１）実験例１（表１のＥｘｐ．１参照）では、空のワグネルポット２０に、カドミウム濃度１８．８mg/Kgの汚染土壌Ｓｄを約２０リットル（ポット内高さ２０cm）投入し、その汚染土壌Ｓｄに、清浄な作土Ｓｃ（カドミウム濃度０．０mg/Kg）約２．５リットル（ポット内高さ５cm）を直接投入し、この作土Ｓｃにイネの種を蒔き、１０５日で収穫した。収穫後のイネのＣｄ濃度mg/Kgを表１のＥｘｐ．１に示す。
（２）実験例２（表１のＥｘｐ．２参照）では、同じく、空のポット２０に、カドミウム濃度１８．８mg/Kgの汚染土壌Ｓｄを約２０リットル（ポット内高さ２０cm）投入し、その汚染土壌Ｓｄ上面に重金属吸着材としての炭２５Ａを３cmの厚さで敷き詰めて炭の層を形成し、この炭の層２５Ａの上面に市販の防根透水シート２６を敷き詰め、この防根透水シート２６上に、清浄な作土Ｓｃ（カドミウム濃度０．０mg/Kg）約２．５リットル（ポット内高さ５cm）を投入し、この作土Ｓｃにイネの種を蒔き、１０５日で収穫した。収穫後のイネのＣｄ濃度mg/Kgを表１のＥｘｐ．２に示す。
（３）実験例３（表１のＥｘｐ．３参照）では、同じく、空のポット２０に、カドミウム濃度１８．８mg/Kgの汚染土壌Ｓｄを約２０リットル（ポット内高さ２０cm）投入し、その汚染土壌Ｓｄ上面に炭２５Ｂを１cmの厚さで敷き詰めて炭の層を形成し、この炭の層２５Ｂの上面に市販の防根透水シート２６を敷き詰め、この防根透水シート２６上に、清浄な作土Ｓｃ（カドミウム濃度０．０mg/Kg）約２．５リットル（ポット内高さ５cm）を投入し、この作土Ｓｃにダイズの種を蒔き、１２０日で収穫した。収穫後のダイズのＣｄ濃度mg/Kgを表１のＥｘｐ．３に示す。Ｃｄ吸着材として使用した炭２５Ａ、２５Ｂはそれぞれ、１０５０°Ｃで焼成したスギの粉炭を使用し、市販の防根透水シート２６は東洋紡社製の製品を使用した。
実験例２および３において投入した作土Ｓｃの収穫後のカドミウム濃度はそれぞれ０．３０mg/Kg、０．３１mg/Kgであった。

表１の結果より、炭の層と防根透水シートを用いない場合、Ｅｘｐ．１に示すように、イネにはカドミウムが濃い濃度で蓄積することが判明した。一方、Ｅｘｐ．２および３に示すように、炭の層と防根透水シートを用いた場合、作土Ｓｃは重金属で汚染されにくく、たとえ、重金属の浸透が生じてもきわめて低濃度に抑えることができることが判明した。また、この作土Ｓｃに作物（イネ、ダイズ）を植えても重金属への汚染をきわめて低レベルに抑えられることが判明した。

なお、上記実施例では、重金属としてカドミウム（Ｃｄ）を挙げているがこれに限られるものではなく、銅、亜鉛、クロム、ヒ素、コバルト等の単体、化合物またはこれらがイオン化したものも含まれるのはいうまでもない。また、上記実施例では、植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材として市販の防根透水シートを用いているがこれに限られるものではなく、根の下側土壌への伸張を阻止し透水性を有するものであればよい。さらに、上記実施例では、重金属を吸着する吸着材として炭を用いているがこれに限られるものではなく、重金属を吸着する機能を備えた材料であればよく、工業用の重金属吸着膜を用いてもよい。カドミウムについては、特定の樹皮について吸着効果があることが知られている。さらに、上記実施例では、重金属で汚染された農地について述べているがこれに限られるものではなく、工業用地や商業地など土地全般に適用可能であることはいうまでもない。

本発明の第１の実施例に係る土地の汚染改良構造で造成された農地を示す要部の断面図である。（実施例１）図１に示す土地の汚染改良構造およびその方法に基づいて実験を行った実験装置を概念的に示す説明図である。

符号の説明

２重金属を含む土壌
４炭（吸着材）
５防根透水シート（伸張阻止材）
６清浄な土（土）

Claims

重金属を含む下側の土壌と投入される上側の土との間に、透水性を有し重金属を吸着する吸着材の層を下層側に、透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材の層を上層側にそれぞれ配設したことを特徴とする土地の汚染改良構造。
重金属を含む土壌の表面に、透水性を有し重金属を吸着する吸着材を敷設する第１の工程と、敷設された吸着材の層に透水性を有し植物の根が下側土壌へ伸張するのを阻止する伸張阻止材を敷設する第２の工程と、敷設された伸張阻止材上に土を投入する第３の工程とを有することを特徴とする土地の汚染改良方法。
投入される土は、植物の生育を許容する土であって、外部から運び込まれる清浄土または重金属で汚染された土壌を洗浄して得られた重金属の含有量の低い低汚染土であることを特徴とする請求項２に記載の土地の汚染改良方法。