JP5145034B2 - 汚染土壌の浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機汚染物質に汚染された汚染土壌に通気し、有機汚染物質の分解性能を備えた好気性微生物を活性化させて、有機汚染物質を発酵分解することにより汚染土壌を浄化する汚染土壌の浄化方法に関する。

近年、有機汚染物質に汚染された汚染土壌の浄化方法としては、有機汚染物質に汚染された汚染土壌に通気し、有機汚染物質の分解性能を備えた好気性微生物を活性化させて、有機汚染物質を発酵分解させることにより汚染土壌の浄化を行う通気型バイオレメディエーション工法（例えば、特開平７−１００４５９号公報参照）がある。

このような汚染土壌の浄化方法では、冬期や寒冷地など低温時には冷たい空気が汚染土壌に通気されるため汚染土壌の温度が低下してしまい、好気性微生物を充分に活性化させることができない。その結果、汚染土壌の浄化効率が著しく低下してしまう。

そこで、従来、冬期や寒冷地などの低温時にも好気性微生物を活性化させるため、人工腐植土と糖類を利用した汚染土壌の浄化方法（例えば、特開２００２−１３０３号公報参照）や、糟糠類を利用した汚染土壌の浄化方法（例えば、特開２００４−２５４５０８号公報参照）がある。

ところで、汚染土壌の浄化効率を充分に向上させるには、有機汚染物質の分解性能を備えた好気性微生物の活性を促す温度帯に、汚染土壌を制御する必要がある。しかしながら、従来の方法では、低温時における汚染土壌の温度を充分に上昇させることができず、好気性微生物の活性化が不充分であるという問題があった。また、必要以上に汚染土壌の温度が上昇してしまうような場合には土壌内で活性化している菌叢が異なり、浄化効率を充分に向上させることができないという問題があった。

そこで、本発明は、低温時においても汚染土壌の温度を制御し、有機汚染物質の分解性能を備えた好気性微生物の活性化を促進させ、汚染土壌の浄化効率を充分に向上させることができる浄化方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、有機汚染物質に汚染された汚染土壌に通気し、前記有機汚染物質の分解性能を備えた好気性微生物を活性化させて、前記有機汚染物質を発酵分解することにより前記汚染土壌を浄化する汚染土壌の浄化方法であって、糟糠類を含有する発酵助材の添加割合毎に求めた、気温と、前記添加割合の発酵助剤を添加した場合における土壌温度との関係に基づき、前記関係において、気温に対応する土壌温度が所望の温度となるような添加割合を、前記汚染土壌に対する前記発酵助材の添加割合として決定し、前記決定した添加割合で前記発酵助材を前記汚染土壌に対して添加し、この汚染土壌の温度を前記所望の温度が維持できるように通気量を制御することを特徴とする。

また、本発明は、前記発酵助材を、前記汚染土壌の質量に対して０．２〜５質量％添加することを特徴とする。

また、本発明は、前記通気量の制御を、吸気と送気を組合せて行うことを特徴とする。

また、本発明は、前記通気量の制御において、通気を一時的に停止することを特徴とする。

また、本発明は、前記有機汚染物質の易分解性成分が分解された後に、前記通気量を減少させることを特徴とする。

＜関連文献とのクロスリファレンス＞
本出願は、２００５年２月２８日付けで出願した日本国特願２００５―５４１４０号に基づく優先権を主張し、その内容を援用するものである。

ＨＣ２質量％を上記土壌に添加し、バイオパイル型の通気による浄化方法における土壌温度の変化を示すグラフである。 汚染物質である油分（ｎ−ヘキサン抽出物）で汚染された汚染土壌を対象として、吸気型通気方式における汚染土壌の浄化効率を調べた結果を示すグラフである。 気温と土壌温度との関係をＨＣの添加量別に示すグラフである。 汚染土壌へのＨＣ添加量と通気量との関係を示すグラフである。 吸気と送気を組合せた場合の試験結果を示すグラフである。 通気を一時的に停止した場合の試験結果を示すグラフである。 有機汚染物質の易分解性成分が分解された後に、通気量を減少させた場合の試験結果を示すグラフであり、（ａ）は土中温度の経時的変化を示し、（ｂ）は油分含有量の経時的変化を示す。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施形態における汚染土壌の浄化方法は、有機汚染物質に汚染された汚染土壌（以下、単に「土壌」ともいう）に通気し、有機汚染物質の分解性能を備えた好気性微生物を選択的に活性化させて、汚染物質を発酵分解することにより汚染土壌を浄化する汚染土壌の浄化方法であって、汚染土壌に糟糠類を含有する発酵助材を添加し、汚染土壌の温度を１０〜５０℃となるように通気量を制御するという構成を担っている。

なお、本発明が浄化対象とする有機汚染物質としては、例えば、ガソリン、灯油、軽油、重油、機械油、潤滑油、原油等、石油由来の油分や、タールやベンゼン等の石炭由来の油分、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレン等の有機塩素系化合物や、上記油分に含まれるベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等が挙げられる。

また、上記構成における好気性微生物としては、一般生菌、糸状菌、放線菌、石油資化性菌等が挙げられるが、本発明では必ずしもこれらの微生物に限定されるものではなく、有機汚染物質を発酵分解させる性能を持つものであるならば、その他の好気性微生物であっても良い。また、浄化土壌の再利用を考慮すれば汚染土壌に含まれる好気性微生物を活性化させる方法が良いが、これに限定されるものではない。

次に、本発明の効果、すなわち汚染土壌の適正な温度制御による浄化効率の向上効果および土壌改善効果について、各々説明する。

本発明における発酵助材は、糟糠類を主成分とするものであり、糟糠類としては、小麦フスマ、末粉、米糠、コーンブランおよびグルテンフィールドからなる群から選択される少なくとも１種である。また、当該発酵助材は、例えば、全て糟糠類からなるものであってもよく、さらに必要に応じてｐＨ緩衝剤、腐植酸類、カルシウムやマグネシウム等のミネラル類、パーライト、ゼオライト、ケイソウ土等の鉱物、その他土壌改良材を適宜配給してもよい。本発明の発酵助材としては、例えば、小麦フスマを主成分とする市販のヒートコンポ（商品名）が挙げられる。なお、本発明の実施例では、発酵助材としてこのヒートコンポを使用した。このような発酵助材、例えばヒートコンポ（以下「ＨＣ」と略する。）を汚染土壌に添加・配合することにより、土壌温度を十分に上昇させることができる。

このため、冬期や寒冷地などの低温時に汚染土壌に通気し、冷たい空気を土壌中に送気および／又は吸気させたとしても、好気性微生物は活性化され、汚染物質分解性能は向上するが、ともすれば温度上昇が過ぎる場合があるので通気による制御を行う。

なお、土壌温度が１０℃未満では、土壌中における好気性微生物の汚染物質の分解活性が殆ど確認できないほど低くなってしまう。他方、土壌温度が５０℃を超えた範囲では完全に菌叢が異なってしまい、汚染物質の分解活性が期待できなくなってしまう。また、好ましくは土壌温度として２５〜４０℃が最適な分解活性を有するため、有機汚染物質の浄化効率は充分向上する。

実施例ではバイオパイル型の通気による浄化を行った。なお、ＨＣの添加量を２質量％とした。また、好気性微生物の分解活性が高くなる土壌温度に調整するため、汚染土壌に通気する風量は、土壌１ｍ^３当たり、０．０２ｍ^３／分（＝０．０２ＶＶＭ）とした。さらに栄養源として、窒素およびリンをＣ（油分）：Ｎ（窒素）：Ｐ（リン）＝１００：５：０．５の割合で添加した。

このようにＨＣ２質量％を上記土壌に添加し、バイオパイル型の通気による浄化方法における土壌温度の変化を図１に示す。なお、図１（ａ）は送気型通気方式における土壌温度の変化を示すグラフであり、図１（ｂ）は吸気型通気方式における土壌温度の変化を示すグラフである。なお、同図におけるＧＬとはグラウンドレベルのことを意味し、例えば、ＧＬ＋３０とはグラウンドレベルから＋３０ｃｍの区画をいう。

ＨＣの添加により、図１（ａ）に示すように送気型通気方式における土壌温度は、最大で約３０℃の温度上昇が確認された。一方、図１（ｂ）に示すように吸気型通気方式における土壌温度は、５℃程度の温度上昇であった。その原因として、吸気型通気方式のパイルが小型（送気型通気方式のパイルが３２ｍ^３と比して吸気型通気方式は５ｍ^３）であり、放熱しやすくなったことが考えられる。なお、標準区は牛糞堆肥と栄養源を添加したものであり、攪拌区は標準区と同様に牛糞堆肥と栄養源を添加した上で１週毎に攪拌を行ったものである。

さらに、汚染物質である油分（ｎ−ヘキサン抽出物）で汚染された汚染土壌を対象として、吸気型通気方式における汚染土壌の浄化効率を調べた。その結果を図２に示す。

図２（ａ）は汚染土壌の浄化効率をＧＣ／ＦＩＤ（水素炎イオン化検出器付きガスクロマトグラフ）法を利用した油分濃度の測定結果を示すグラフであり、図２（ｂ）は四塩化炭素／ＩＲ法を利用した油分濃度の測定結果を示すグラフである。なお、ＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）は、可燃性の有機化合物を水素炎中で燃焼させたときに生成されるイオンと電子により、流れる電流を検出するものである。また、四塩化炭素／ＩＲ法は四塩化炭素で抽出した有機化合物を赤外線照射による吸収状態により分析するものである。

図２に示すように、吸気型パイルにおいて、ＧＣ／ＦＩＤ法（図２（ａ）参照）と四塩化炭素／ＩＲ法（図２（ｂ）参照）に基づく油分濃度は、いずれも標準区では１ヶ月目まで継続して減少したのに対し、ＨＣ添加区では２週目まで急激に減少したが、その後１ヶ月目まで濃度変化が観察されなかった。また、ＨＣ添加区では２週目まで急激に減少したが、その後１ヶ月目まで濃度変化が観察されなかった。また、ＨＣ添加区では油分濃度の減少速度が上昇した結果、２週間目までに油分の主な易分解性成分（例えば、ガソリン成分や軽油成分等、或いは炭素数が比較的少ない脂肪族炭化水素や３環までの芳香族炭化水素等）が分解され、速やかに平衡状態に達している可能性が示唆された。なお、油分濃度が減少する原因としては、好気性微生物の油分分解活性が向上したことに合わせ、土壌温度の上昇により油分中の揮発性成分の蒸散が促進されたことも考えられる。

＜土壌改善効果＞
また、本発明における発酵助材は植物性の繊維を多く含むため、発酵助材を添加することにより、土壌の通気性が向上し、さらに強熱減量も増加している。その結果、土壌改善効果が見られた。このような土壌の通気性を表す湿潤密度（ｇ／ｃｍ^３）及び土壌粒子間の間隙率（％）を表１に示す。他方、土壌中に含まれる有機物量の目安となる強熱減量（％）を表２に示す。

表１に示すように、ＨＣを２質量％添加することにより、湿潤密度は減少するとともに、土粒子間の間隙率が増加した。このことから、ＨＣを２質量％添加することにより、土壌の通気性が向上することがわかる。

表２に示すように、ＨＣを２質量％添加することにより、強熱減量は約０．６％増加した。なお、上記表には示していないが、夏場のＨＣ添加量は土壌温度が充分高いことから低温時に比して少量であってもよい。土壌の通気性が向上し、有機物が多く含まれるような土壌となることで好気性微生物の活性化を妨げるものが無くなり、好気性微生物による有機汚染物質の分解が促進される。

図３は、気温と土壌温度との関係をＨＣの添加量別に示すグラフである。これらの関係により、土壌温度を１０〜５０℃とする場合にはＨＣの添加量を０．２〜５質量％とすれば良い。また、土壌温度をより好ましい温度である２５〜４０℃とする場合にはＨＣの添加量を０．５〜５質量％とすれば良い。具体的な添加量は、気温等の条件に応じて適宜決めることとする。

図４は、汚染土壌へのＨＣ添加量と通気量との関係を示すグラフである。ＨＣを添加しても充分な通気が行われていなければ好気性微生物の活性が不充分となり、他方、必要以上に通気が行われた場合、例えば低温時に通気量が多すぎた場合には、土壌温度を下げる結果となりかねない。従って、通気量は必要通気量を満たし、更に必要通気量＋０．０３ＶＶＭ程度の範囲に制御することが望ましい。

以上に記載した浄化工事における通気は、吸気もしくは送気のいずれか一方の制御によるものである。これらの制御方法はパイルの大きさや通気性能により決定することもできる。しかし、土質によっては吸気若しくは送気のどちらかによる通気制御を行った場合パイル内に空気筋ができてしまったり、パイル中の好気性微生物の活性化により空気中の酸素が消費されてしまったりして、空気が十分に行き渡らずパイル内全体の好気性微生物が充分に活性化しないことも考えられる。そこで、パイル内全体で好気性微生物の充分な分解活性を行わせるために、吸気及び送気を組合せて行うことが好ましい。これにより、空気筋を変更したり、或いはパイルの内部及び外縁からの通気が可能となり、空気を土壌中に十分に行き渡らせることができる。このような通気制御を行うと、パイル内の温度を好気性微生物の活性化が充分に行われるようにコントロールすることが容易となる。なお、吸気と送気との組合せは、適宜設定することとし、例えば、吸気と送気とを交互に切り替えながら周期的に行う。また、吸気から送気への切り替え及び送気から吸気への切り替えのタイミングは、例えば通気の際に土壌温度や二酸化炭素濃度を測定し、その測定結果を考慮しながら適宜設定する。

かかる実施例の結果を図５に示す。本実施例では、土壌にＨＣを０．３質量％添加して初日（０日）から２０日までを吸気とし、２０日目から送気に切り替えて通気を行った。

図５に示すように、土壌にＨＣを添加することにより、土中温度は上昇し始め７〜１１日で最大温度３０℃に到達すると、その後、次第に低下した。土中温度の上昇に伴い、酸素濃度が減少して二酸化炭素濃度が上昇した。このことから、微生物活性が高まったことが示唆される。一方、土中温度が次第に低下しつつある期間（１１日目から２０日目まで）にも、酸素濃度及び二酸化炭素濃度の値は殆ど変わらず、微生物活性の必要な酸素の飢餓が危惧される。そこで、２０日目に吸気から送気に切り替えることにより、酸素濃度を上昇させ、二酸化炭素濃度を減少させた。このような通気方式の切り替えにより、空気（酸素）の土中への拡散効果が向上し、油分分解効果も向上した。すなわち、初日目に４１３ｍｇ／ｋｇであった油分濃度は、１６日目には３７８ｍｇ／ｋｇへと微減したに過ぎなかった。しかし、２０日目に通気方式を送気に切り替えることにより、２６日目には油分濃度は２５０ｍｇ／ｋｇ以下へと大きく減少した。

また、空気を十分に行き渡らせる方法として、通気を一時的に停止することで空気の流通を行わない時間を設ける方法（例えば、間欠通気）もある。このような制御方法では低温時にパイル内の温度を一定化させることが容易である。さらに、好気性微生物が消費する酸素の供給を一時的に停止することで、微生物に負荷を与え、次に通気を行った場合では微生物活性の向上を図ることができる。例えば、１２時間の通気の後、１２時間の通気停止を繰り返す等が考えられる。このような通気制御を行うタイミングは土壌等、パイルの状況や汚染状態、気温などにより適宜設定する。

かかる実施例の結果を図６に示す。本実施例では、土壌にＨＣを２質量％添加し、通気量２０ｍＬ／ｍｉｎ／Ｌ、雰囲気温度５℃で間欠通気を行った。この間欠通気は８時間通気／日で繰り返した。また、比較例として連続通気（２４時間通気／日）も行った。

図６に示すように、間欠通気を実施した場合には、連続通気を実施した場合と比べると、土中温度の最高温度は低いものの、温度の高い状態が持続した。このことから、２〜３週間の浄化試験では、間欠通気の方が連続通気よりも浄化効果の促進が期待できる。

このような好気性微生物の汚染分解活性は、被分解物質である有機汚染物質の質量にも左右される。よって、易分解性成分がほぼ分解され微生物活性による酸素消費量が減少した後には、例えば、低温時には通気によって低温の外気をパイル内部に送込むため、土壌温度が低下することが起こりうる。残る有機汚染物質は易分解性成分ではないので通気量を減少させることにより、好気性微生物が活性化する土壌温度を適正に維持することで更なる汚染浄化を促進することができる。

かかる実施例の結果を図７に示す。土壌にＨＣを２質量％添加して１ヶ月目（２８日目）に攪拌し、その後、この土壌を分画して、通気量をコントロールする区（本実施例）と通気量をコントロールしない区（比較例）とに分けた。なお、通気量をコントロールする区では、２８日目以降、通気量を２５ｍＬ／ｍｉｎ／Ｌから５ｍＬ／ｍｉｎ／Ｌへと減少させた。２８日目には、土中温度が急激に減少し、土壌に含まれている有機汚染物質の易分解性成分が分解されたものと示唆される。一方、通気量をコントロールする区では、通気量を２５ｍＬ／ｍｉｎ／Ｌのまま継続した。その結果、本実施例のように通気量をコントロールする区では、通気量をコントロールしない区と比べると、土中温度の減少幅を小さくすることが可能となり（図７（ａ）参照）、また、油分含有量の減少幅を大きくすることができた（図７（ｂ）参照）。

本発明によれば、低温時においても汚染土壌の温度を好気性微生物の活性が充分となる温度に制御することができ、汚染土壌の浄化効率を充分に向上させることができる。また、土壌の通気性も向上するので、土壌の性状を改善することもできる。

Claims (5)

1. 有機汚染物質に汚染された汚染土壌に通気し、前記有機汚染物質の分解性能を備えた好気性微生物を活性化させて、前記有機汚染物質を発酵分解することにより前記汚染土壌を浄化する汚染土壌の浄化方法であって、
   糟糠類を含有する発酵助材の添加割合毎に求めた、気温と、前記添加割合の発酵助剤を添加した場合における土壌温度との関係に基づき、前記関係において、気温に対応する土壌温度が所望の温度となるような添加割合を、前記汚染土壌に対する前記発酵助材の添加割合として決定し、
   前記決定した添加割合で前記発酵助材を前記汚染土壌に対して添加し、この汚染土壌の温度を前記所望の温度が維持できるように通気量を制御することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
2. 前記発酵助材を、前記汚染土壌の質量に対して０．２〜５質量％添加することを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌の浄化方法。
3. 前記通気量の制御を、吸気と送気を組合せて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の汚染土壌の浄化方法。
4. 前記通気量の制御において、通気を一時的に停止することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
5. 前記有機汚染物質の易分解性成分が分解された後に、前記通気量を減少させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。