JP4964844B2 - 汚染土壌の浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、微生物による分解活性を利用する汚染土壌の浄化方法に関する。さらに詳しくは、土壌の好気性と中性領域のｐＨを保持して好気性微生物を活性化して浄化する汚染土壌の浄化方法に関する。

２００３年の土壌汚染対策法施行（＝以下「土対法」とする）を契機に、土壌汚染の浄化事例は増加傾向にあり、その浄化方法として、微生物の分解活性を利用したバイオレメディエーションの技術開発が進められてきている。

バイオレメディエーションにおいて、特にシアン化合物や油類などの浄化のような好気性微生物を活用して行う浄化を短時間で効率的に実現するには、微生物の分解活性を高める好気性環境や中性領域のｐＨ環境を作り、その状態を持続させることが重要な鍵となる。

好気的条件下での微生物による汚染土壌の浄化方法として、土壌を活性汚泥の溶液によりスラリー状態にして、そのスラリーを反応槽で酸素供給と撹拌により好気状態を保持して浄化する方法が知られている（特許第３８２０１８０号公報；特許文献１参照）。また、酸素供給装置を必要としない好気状態を維持する方法として、土壌に脂肪族塩塩素化合物分解菌とともに過酸化水素や過酸化カルシウム、過酸化マグネシウムなどの酸素放出剤を散布する方法が提唱されている（特開平６−２２６２３０号公報；特許文献２参照）。また、酸素供給するための装置や設備を設置せずに好気性を維持する処理として、汚染土壌中に過酸化物等の酸素放出剤を添加する方法が知られている（特許第３９６１１９３号公報；特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１における浄化は処理後に脱水工程を必要とし、設備と処理の負荷がかかる。
特許文献２では、液剤である過酸化水素の酸素放出の長期持続性については言及されておらず、また、過酸化物である過酸化カルシウム、過酸化マグネシウムの酸素放出に伴うｐＨ上昇対策についても言及されていない。
特許文献３には過酸化物の酸素放出に伴うｐＨ上昇対策が記載されているが、処理対象土壌の下層に過酸化物を装填する方法をとり、対象土壌の分解阻害を防止しているだけで、装填した下層でのｐＨ上昇に対する対策はなされておらず、アルカリが残留することになる。
以上のことから、酸素放出剤添加手法において好気性と中性領域ｐＨを両立し、かつそれを持続することを可能とする、効率的な好気性土壌浄化方法を確立することが望まれていた。

特許第３８２０１８０号公報 特開平６−２２６２３０号公報 特許第３９６１１９３号公報

本発明は、酸素放出剤添加手法において好気性と中性領域ｐＨを両立し、かつそれを持続することを可能とする、効率的な好気性細菌による土壌浄化方法の提供をその目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、酸素放出剤としてアルカリ土類金属過酸化物、中和剤として生分解性の酸とその塩を添加することにより、好気性と中性ｐＨを両立し持続できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の汚染土壌の浄化方法は、下記１〜１２の実施態様を含む。
〔１〕微生物による分解活性を利用するバイオレメディエーション処理を用いた汚染土壌の浄化方法において、酸素放出剤として第２族金属過酸化物、中和剤として酸または酸とその塩の混合物を汚染土壌に添加することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
〔２〕前記酸素放出剤として用いる第２族金属過酸化物が、過酸化カルシウム及び／または過酸化マグネシウムである前記１に記載の汚染土壌の浄化方法。
〔３〕前記中和剤が、有機酸または有機酸とその塩の混合物である前記１または２に記載の汚染土壌の浄化方法。
〔４〕前記有機酸または有機酸とその塩の混合物が、コハク酸、クエン酸、ピルビン酸、マレイン酸、フマル酸、乳酸、酢酸、蟻酸、シュウ酸、リンゴ酸、グルコン酸、酒石酸から選ばれる少なくとも一種の有機酸、または有機酸とその塩の混合物である前記１乃至３のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
〔５〕前記酸素放出剤と中和剤の添加により、ｐＨを５〜９に保持し、かつ溶存酸素を０ｐｐｍより大きくする前記１乃至５のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
〔６〕前記バイオレメディエーション処理開始後、溶存酸素が低下して０ｐｐｍになるまでの間に、酸素放出剤及び中和剤を、処理土壌のｐＨが５〜９になるように追添加する前記１乃至５のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
〔７〕前記バイオレメディエーション処理開始後、中和剤を、処理土壌のｐＨが５〜９になるように追添加する前記１乃至６のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
〔８〕微生物の栄養源として、酵母エキス及び／またはペプトンを用いる前記１乃至７のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
〔９〕浄化する対象汚染物質がシアン化合物、油類、及び／または揮発性有機化合物である前記１乃至８のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
〔１０〕さらに、浄化する対象汚染物質の分解活性を有する微生物を添加する前記１乃至９のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
〔１１〕浄化する対象汚染物質がシアン化合物であり、添加するシアン化合物分解活性を有する微生物がアースロバクター（Arthrobacter）属に属する微生物である前記１０に記載の汚染土壌の浄化方法。
〔１２〕アースロバクター（Arthrobacter）属に属する微生物が、アースロバクター・エスピー（Arthrobacter sp.）No.5菌株（FERM P-21400号）である前記１１に記載の汚染土壌の浄化方法。

本発明の土壌浄化方法を用いれば、効率的かつ経済的に、好気性微生物を利用するバイオレメディエーションによる土壌浄化処理を行うことができる。

以下、本発明についてより詳細に説明する。
本発明では、好気性微生物による土壌浄化処理を、土壌への酸素放出剤、中和剤等を添加して行うものである。土壌への酸素放出剤、中和剤等の添加方法や実施スケールは特に限定されず、土壌浄化における公知の方法で行うことができる。

添加する酸素放出剤、中和剤等は水溶液、粉末のいずれでも構わないが、水溶液の場合でも粉末の場合でも土壌に拡散・浸透するよう混和することが好ましい。水溶液で添加する場合は、増加した水分を抜き出してもよい。

処理温度は成り行きで行うが、ラボスケールで浄化性能を定量的に確認する場合には、恒温槽等に土壌サンプルを入れて５〜５０℃、好ましくは１５〜３５℃の温度に制御して行うことができる。

酸素放出剤、中和剤等を添加するタイミングは、好気性と中性領域ｐＨを両立する範囲においては特に限定されず、各成分を別々のタイミングで添加しても、全成分同時に添加してもいずれでも構わない。また、その添加回数も限定されない。好気性と中性領域ｐＨの両立の観点で考えると全成分を同時に添加することが好ましい。

［酸素放出剤］
土壌に栄養源を添加した場合、好気性微生物が栄養源を代謝するに伴い土中の酸素は消費され、嫌気状態となり、好気性微生物の生育とその分解活性はやがて大きく低減してしまう。このような浄化性能の低下を回避し、好気状態を保持するためには設備を設置しての酸素添加や、重機による土壌混和の繰り返し施工を行うことが有効であるが、これらは費用負担が大きい。

そこで、本発明では上記費用負担を軽減できる手法として酸素放出剤添加を行う。酸素放出剤は、水に溶解すると酸素を放出し、かつ難水溶性で長期にわたり酸素放出が持続するという理由により、周期表の第２族金属（Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａ）の過酸化物を使用する。第２族金属過酸化物としては、例えば過酸化カルシウム、過酸化マグネシウム、あるいはこれらの混合物を用いることが、経済性と酸素放出性の観点から好ましい。また添加濃度は、通常土壌に対して０．００１〜２．０ｗ／ｗ％、望ましくは０．０１〜０．５ｗ／ｗ％程度で用いることができる。

［中和剤］
上述の酸素放出剤を土壌に添加すると、アルカリ土類金属の過酸化物が水に溶解し、酸素を放出すると同時に水酸化物が生成される。この水酸化物によるｐＨ上昇、及び微生物の生育・分解活性の低下を回避するため、本発明では中和剤として酸または酸とその塩の混合物を用いる。
このような酸としては、例えば、コハク酸、クエン酸、ピルビン酸、マレイン酸、フマル酸、乳酸、酢酸、蟻酸、シュウ酸、リンゴ酸、グルコン酸、酒石酸などから選ばれる少なくとも一種の有機酸または有機酸とその塩の混合物を用いることが好ましい。生分解性の有機酸、有機酸塩は微生物の栄養源にもなり、分解活性を高めることができる。また、これらの有機酸が微生物に分解された場合、その結果発生する二酸化炭素によりアルカリ土類金属の水酸化物は炭酸塩となるため、中和の効果も損なわれることがない。

中和剤は、一般的に微生物が生育と活性化の挙動を中性領域で最もよく示すことから、ｐＨが５〜９になるようにその量を添加することが好ましい。また、中和剤は弱酸及びその塩の混合した緩衝液として添加することもできる。

［栄養源］
上記酸素放出剤、中和剤以外の添加剤として通常のバイオレメディエーション処理同様に、炭素源、窒素源等の微生物の栄養源を汚染土壌に添加することができる。添加する栄養源は、微生物の菌数と分解活性を維持できるものであれば特に限定されない。

炭素源としては、例えばグルコースやシュークロース、フルクトース、廃糖蜜等の糖類等を、単独、あるいは組み合わることにより、通常土壌に対して０．００１〜２．０ｗ／ｗ％、好ましくは０．０１〜０．０５ｗ／ｗ％程度の濃度で用いることができる。

窒素源としては、例えばペプトン、酵母エキス、肉エキス、アンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムまたは尿素等を単独、あるいは組み合わることにより、通常土壌に対して０．００１〜２．０ｗ／ｗ％、望ましくは０．０１〜０．０５ｗ／ｗ％程度の濃度で用いることができる。

さらに必要に応じて、リン酸１水素カリウム、リン酸２水素カリウム等のリン酸塩、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、酢酸カルシウム、塩化マンガンなどの金属塩、ビタミン類、アミノ酸、核酸等の供給源となるビオチン、チアミン等を添加することもできる。

これらの栄養源の中では、菌数増大効果が大きい天然物である酵母エキス及び／またはペプトンを用いることがより好ましい。

［菌の添加］
本発明では、酸素放出剤、中和剤、栄養剤の他に、浄化対象物の分解活性を有する微生物を添加して行うこともできる。
添加する微生物の濃度は、分解活性が発現できれば限定されないが、土壌への拡散、浸透と分解活性の両立を考慮すると、１０⁶ 〜１０⁹ 個／ｇが好ましく、特に１０⁷ 〜１０⁸ 個／ｇがより好ましい。

シアン分解、油類、揮発性有機化合物の分解に添加することの出来る微生物の種類としては、Achromobacter属、Acinetobacter属、Aeromonas属、Arthribacter属、Bacillus属、Corynebacteriumu属、Pseudomonas属、Beneckea属、Brevibacterium属、Flavobacterium属、Fusarium属、Methylobacter属、Methylobacteriumu属、Methylococcus属、Micromonospra属、Nocadia属、Pseudomonas属、Scytalidium属、Vibrio属などが利用できる。特にシアン分解にはArthrobacter.sp.No.5(FERM P-21400号)を用いることが好ましく、油類の分解にはPseudomonas属の微生物を用いることが好ましく、揮発性有機化合物の分解にはAcinetobacter属の微生物を用いることが好ましい。
このうち、シアン分解に好ましく用いられるアースロバクター・エスピー（Arthrobacter sp.）No.5菌株は、平成１９年１０月１８日付で独立行政法人産業総合研究所特許生物寄託センターに受領番号：FERM P-21400号として寄託されている。

［追添加］
バイオレメディエーション処理開始後、溶存酸素が低下しはじめて０ｐｐｍになるまでの間に、処理土壌のｐＨが５〜９になるように酸素放出剤及び中和剤を適宜追添加することができる。

［浄化対象物質］
本発明で浄化対象となる物質は、シアン化合物、油類、揮発性有機化合物である。

シアン化合物としては、例えば鉄シアノ錯体、銅シアノ錯体、金属シアン錯体、ニッケルシアノ錯体、シアン化カリウム、シアン化ナトリウムなどの無機シアン化物や、ニトリル基を含む有機シアン化合物などが挙げられる。

また油類としては、例えば、鎖状飽和炭化水素であるアルカン炭化水素、ヘキサン、オクタン、ウンデカン、オクタデカンなど、鎖状不飽和炭化水素であるアルケン炭化水素、脂環式炭化水素であるシクロアルカン、シクロペンタン、シクロヘキサンなど、芳香族炭化水素であるベンゼン、トルエン、ナフタレン、クレゾールなどが挙げられる。

さらに、揮発性有機化合物としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，１，１，２−テトラクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンなどが挙げられる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載により何らの限定を受けるものではない。

実施例：密閉系での土壌への各成分添加による溶存酸素、ｐＨ、菌数、及び溶出全ＣＮの比較
１００Ｌガラス容器に土壌サンプル（比重１．７ｋｇ／Ｌ、含水率２５％）を１００ｇ入れ、表１に示した添加条件１〜７に従い、各々各成分を土壌サンプルの含水率が３０％となるように水溶液として添加し、混和した後、溶存酸素（＝Dissolved Oxygen＝ＤＯ）センサー（電極形名：ＯＥ−８２７０、原理：隔膜式ガルバニー電池法、メーカー：東亜ディーケーケー株式会社）、ｐＨセンサー（本体形式：Ｄ−５５、原理：ガラス電極法、メーカー：株式会社堀場製作所）及び排ガス回収ライン（内径２ｍｍｓｕｓ製チューブ）を差し込んだシリコン栓でガラス容器に蓋をした。排ガス回収ラインは、透明の容器内に仕込んだ水の中に、水がフルに入った状態で逆さにセットした５０ｍＬメスシリンダーに排ガスを回収できるように、その末端をメスシリンダーの口にセットした。２０日間、３０℃で静置保管する処理において、ＤＯ、ｐＨ、排ガス量を経時的測定し、０日目と２０日目に土壌サンプルの生菌数をＤＩＦＣＯ社製ニュートリエントブロス寒天培地のプレートに無菌水で土壌を懸濁した希釈液を塗布して３５℃、２日間培養して測定した。また、０日目と２０日目に土壌サンプルの溶出全ＣＮを測定した。なお、溶出全ＣＮは、土壌汚染対策法にある土壌溶出全シアン濃度であり、平成１５年度環境省告示１８号「土壌溶出量調査に係る測定方法」に準じて測定した。単位はｍｇ／Ｌ、土壌汚染対策法指定基準＜０．１である。
各添加条件での測定結果を表１に合わせて示す。

条件１は添加成分なしのブランクであるが、ｐＨ、菌数の変動は殆どなく、ＤＯは初発の２ｐｐｍから徐々に抜けていき、２０日目には１．０ｐｐｍまで低下した。溶出全ＣＮは全く低減しなかった。

ブランクに栄養剤のみ添加した条件２では、初発にある栄養源とＤＯにより、菌数が２×１０⁵ 個／ｇから一桁増大し、ｐＨ変動は殆どなくＤＯは０ｐｐｍになった。菌の増殖にともない溶出全ＣＮはわずかに低減した。

酸素放出剤の過酸化カルシウムのみを添加した条件３では、ｐＨは初発より徐々に上昇し、ＤＯは徐々に減少した。上昇したｐＨの影響で、菌数は死滅して一桁下がった。溶出全ＣＮは全く低減しなかった。

酸素放出剤の過酸化カルシウムに対する中和剤であるクエン酸のモル当量比が約０．４の条件で過酸化カルシウムとクエン酸を添加した条件４では、ｐＨは、終始７台に制御された。またＤＯも低減傾向であるものの２０日目でも４ｐｐｍあり，終始好気状態を保持した。その結果、菌数はクエン酸を栄養源として一桁増大した。溶出全ＣＮは菌の増殖と、好気性と中性ｐＨ保持により１．０ｍｇ／Ｌまで低減した。

条件４の条件に栄養剤である酵母エキスをさらに追加した条件５では、菌体の増殖が顕著で二桁上昇した。菌の酸素消費のため、ＤＯは条件４より低下幅が大きかった。栄養剤添加効果により条件４よりさらに分解が進み溶出全ＣＮは０．５ｍｇ／Ｌまで低減した。

条件５の条件にシアン分解菌のアースロバクター（Arthrobacter）No.5をさらに追加した条件６では、添加した菌の代謝のため、ＤＯは２０日目にはなくなり嫌気状態になった。この影響で菌数も若干低下した。溶出全ＣＮは、シアン分解菌の添加効果により＜０．１ｍｇ／Ｌまで低減した。

条件５における中和成分をクエン酸の代わりにコハク酸を対酸素放出剤モル当量比約０．５の条件で添加した条件７は、条件５と同傾向であった。

本実施例において、２０日間の処理期間で、好気性（溶存酸素が０ｐｐｍではない）と中性ｐＨを保持できたのは条件４、５、及び７であった。実際の処理では、浄化対象物質の濃度に浄化終点が決まるため、処理期間や浄化対象物質の濃度に応じて好気性と中性ｐＨを保持するように添加成分の追添加の手法をとり対応することができる。

Claims (4)

1. 微生物による分解活性を利用するバイオレメディエーション処理を用いた汚染土壌の浄化方法において、
   酸素放出剤として過酸化カルシウム及び／または過酸化マグネシウム、中和剤としてコハク酸、クエン酸、ピルビン酸、マレイン酸、フマル酸、乳酸、酢酸、蟻酸、シュウ酸、リンゴ酸、グルコン酸、酒石酸から選ばれる少なくとも一種の有機酸、または有機酸とその塩の混合物を汚染土壌に添加することにより、ｐＨを５〜９に保持し、かつ溶存酸素を０ｐｐｍより大きくし、
   微生物の栄養源として酵母エキス及び／またはペプトンを用い、
   浄化する対象汚染物質がシアン化合物であり、
   アースロバクター（Arthrobacter）属に属し、シアン化合物の分解活性を有する微生物をさらに添加することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
2. 前記バイオレメディエーション処理開始後、溶存酸素が低下して０ｐｐｍになるまでの間に、酸素放出剤及び中和剤を、処理土壌のｐＨが５〜９になるように追添加する請求項１に記載の汚染土壌の浄化方法。
3. 前記バイオレメディエーション処理開始後、中和剤を、処理土壌のｐＨが５〜９になるように追添加する請求項１または２に記載の汚染土壌の浄化方法。
4. アースロバクター（Arthrobacter）属に属する微生物が、アースロバクター・エスピー（Arthrobacter sp.）No.5菌株（FERM P-21400号）である請求項１乃至３のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。