JP5686368B2 - 汚染土の積層式浄化方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は汚染土の積層式浄化方法及びシステムに関し、とくに汚染土中の好気性微生物の活性化により汚染土を浄化する方法及びシステムに関する。

石油等の有機物その他の汚染物質で汚染された汚染土壌（以下、汚染土ということがある）を浄化・修復する方法として、汚染土中に好気性微生物（以下、単に微生物という）の生育に必要な空気（酸素）と栄養物質と水分とを供給し、汚染土中に生息する微生物を人為的に活性化させて汚染物質を分解するバイオレメディエーション技術が開発されている。バイオレメディエーションは、汚染土自体を微生物増殖の支持体として利用しながら汚染土中の汚染物質を直接分解する技術であり、二次廃棄物の発生がないので環境負荷が低く、処理に要するエネルギーが少ないので比較的低コストであり、物理化学的処理のみでは分解が難しい低濃度まで汚染物質を浄化できる等の効果が期待されている。バイオレメディエーションは、地盤中の原位置の汚染土を対象とする場合もあるが、本明細書では地表に現れた汚染土又は地表に掘り出した汚染土を対象とする。

地表で行うバイオレメディエーションの一例は、汚染土を耕作機械等で耕転し（切り返し）ながら継続的に空気（大気中の酸素）を供給して汚染物質の微生物分解を促進するランドファーミング法である（非特許文献１参照）。ランドファーミング法は、油性汚泥その他の油系汚染土の浄化に広く用いられており、例えば土壌１ｋｇ当たり１００ｍｇのペンタクロロフェノール（ＰＣＰ）で汚染された汚染土を１０〜２０週間で２０ｍｇ／ｋｇ程度の低濃度にまで浄化できることも報告されている。しかし、ランドファーミング法は耕転可能な地表１フィート（３０ｃｍ程度）程度の表層を浄化対象とする方法であり、１フィート以深の汚染土については地盤から掘り出して地表に撒き広げたうえで耕転する必要があるため、地盤中の広範囲に拡散した大量の汚染土を浄化するには撒き広げるための広大な敷地（処理スペース）を必要とする。

これに対し、バイオレメディエーションの他の一例として、例えば図２（Ｃ）に示すように、地盤Ｅ中から掘削した汚染土Ｃを積み上げてパイルＰを作り、汚染土パイルＰを油圧ショベル等の重機（切り返し装置）２１で切り返し又は撹拌しながら空気を供給して微生物分解を促進するバイオパイル法（静置堆積法）が開発されている。また、重機による汚染土の切り返しに代えて又は加えて、図２（Ｄ）に示すように汚染土パイルＰの下部又は中間部に通気パイプ２３を設置又は挿入し、通気パイプ２３に接続した送気又は吸気装置により汚染土パイルＰ中に強制的に空気を圧入又は吸引するバイオパイル法もある（特許文献１〜４参照）。バイオパイル法は、汚染土Ｃをパイル状に高く積み上げることにより、ランドファーミング法に比して小さな敷地で比較的大量の汚染土Ｃを処理することが可能であり、汚染土Ｃの浄化・修復のために広いスペースを確保できない汚染現場のオンサイト処理に適した技術とされている。

特開２００２−１１９９５４公報 特開２００５−１８５９８６公報 特開２００５−２７９３９５公報 特開２００６−２５５６３３公報

ジョン・Ｔ・クリックソン「バイオレメディエーションエンジニアリング〜設計と応用〜」株式会社エヌ・ティー・エス、１９９７年１月２３日発行、３００〜３１８頁

しかし、従来のバイオパイル法は、例えば１５分間程度の短時間でも通気が止まるとパイルＰ中にかなりの嫌気ゾーンを生じることが報告されており（非特許文献１参照）、効率的に浄化するためには嫌気ゾーンが生じないように切り返しや強制的な通気を継続しなければならず、通気のために大量の動力やエネルギーを消費する問題点がある。汚染濃度にもよるが、通常のバイオパイル法では浄化完了までに数週間〜数ヶ月程度を要し、その期間にわたり汚染土Ｃの切り返しや強制通気の継続するため、それに応じて処理コストも増加している。大量のエネルギー消費は環境面からも好ましくなく、エネルギーの消費をできるだけ小さく抑えて汚染土を効率的・経済的に浄化・修復できる技術の開発が望まれている。

また、バイオパイル法でも汚染土を積み上げるパイルＰの高さに限界があり、あまり高くすると汚染土パイルＰの切り返しや強制通気が難しくなる。例えば重機で切り返す場合は、汚染土パイルＰの安定性（崩壊防止）や重機の作業性を確保するために高さを２〜５ｍ程度に抑える必要があり、それ以上に高くすると重機２１による切り返しが難しくなってパイルＰ中に通気の困難な嫌気ゾーンが生じうる。また、強制的に通気する場合も、あまり高く積み上げるとパイルＰ中に圧密等が生じて嫌気ゾーンが発生しやすくなる。このため、浄化対象の汚染土量が増えた場合は、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）に示すように汚染土Ｃを適当な高さの細長いパイルＰａ、Ｐｂの複数の列として積み上げなければならず、パイルの設置スペースが大きくなると共に、動力やエネルギーの消費量も比例的に増加する。すなわち、従来のバイオパイル法ではスケールメリットを得ることが難しく、浄化対象の土量が増えても処理スペースや動力・エネルギーの増加をできる限り小さく抑えることができる技術が望まれている。

そこで本発明の目的は、汚染土を小さなエネルギー消費量で効率的・経済的に浄化できる浄化方法及びシステムを提供することにある。

本発明者は、バイオパイル法のように汚染土を積み上げて浄化する際に、汚染土の表面から自然供給される大気中の酸素を利用することに着目した。図９（Ａ）は、油系汚染物質で汚染された汚染土（以下、油系汚染土ということがある）Ｃの表面から異なる深さ（図示例では汚染土パイルの表面から１０、２０、４０、８０ｃｍの深度）に酸素濃度計を埋め込み、各深度における酸素濃度データをデータロガーにより連続的に測定した実験を示す。その実験結果を示す図９（Ｂ）から分かるように、この実験対象の汚染土Ｃでは、地表面（酸素濃度約２１％）から８０ｃｍ以深では大気中の酸素が供給されず、微生物分解時の酸素消費によえりほぼ１日以内で酸素が全て消費されてしまう。４０ｃｍの深度でも、８０ｃｍに比して地表面からの酸素供給の影響は多少見られるものの、ほぼ２日以内に酸素が全て消費されている。しかし深度２０ｃｍより浅い部分では、３日以上経過しても一定の酸素濃度（約５〜１０％）が維持されており、地表面からの酸素供給により微生物分解が継続的に進行していることが分かる。

図９（Ｂ）の実験結果は、油系汚染土Ｃの種類や汚染濃度により相違しうるが、汚染土Ｃの表層の一定厚さ部分は大気中の酸素が自然に供給され、動力やエネルギーを用いなくても微生物分解による浄化が進行することを示している。油系汚染土Ｃを、そのような自然通気可能な厚さの土層として撒き出し、各土層を自然通気状態にできる限り長く保持しながら積層すれば、パイル中の嫌気ゾーンの発生を抑制し、動力やエネルギーの消費を小さく抑えつつ汚染土全体を浄化することが期待できる。また、油系汚染土Ｃを自然通気可能な厚さの土層として積層する方法によれば、各土層に対して大気中の酸素供給だけでなく、隣接する浄化済の土層（下層）からの酸素供給も期待できる。本発明は、この着想に基づく研究開発の結果、完成に至ったものである。

図１の実施例を参照するに、本発明による汚染土の積層式浄化方法は、浄化対象の油系汚染物質で汚染された汚染土（油系汚染土）Ｃの表面から自然通気可能な厚さｄを検出し（図９参照）、油系汚染土Ｃの一部を検出厚さｄの土層Ｃ１として撒き出し且つ撒き出した土層Ｃ１を所定濃度に浄化されるまで放置し、浄化後の土層Ｃ１上に油系汚染土Ｃの他の一部を検出厚さｄの覆土層Ｃ２として撒き出し且つ撒き出した土層Ｃ２を所定濃度に浄化されるまで放置するサイクルを繰り返すことにより、油系汚染土Ｃ全体を積層しながら浄化してなるものである。好ましくは、撒き出した土層Ｃ１、Ｃ２の浄化進行状況を継続的に測定し、その測定値により撒き出した土層Ｃ１、Ｃ２の浄化を検知する。

また、図１に示すブロック図を参照するに、本発明による汚染土の積層式浄化システムは、浄化対象の油系汚染物質で汚染された汚染土（油系汚染土）Ｃの表面から自然通気可能な厚さｄを検出する検出装置６、油系汚染土Ｃの一部を検出厚さｄの土層Ｃ１として撒き出す撒き出し装置１０、撒き出した土層Ｃ１の所定濃度への浄化を検知する検知装置１２、及び撒き出し装置１０により浄化後の土層Ｃ１上に油系汚染土Ｃの他の一部を検出厚さｄの覆土層Ｃ２として撒き出し且つ検知装置１２により浄化が検知されるまで撒き出した土層Ｃ２を放置するサイクルを繰り返す制御装置１１を備えてなるものである。

好ましくは、撒き出し装置１０で撒き出す汚染土Ｃに栄養物質及び水分８と均一に混合する混合装置７を設け、汚染土Ｃを栄養物質及び水分８と均一に混合したうえで撒き出す。検知装置１２には、撒き出した土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）の浄化進行状況を継続的に測定する測定装置１４を含めることができる。また、図１（Ｄ）に示すように、撒き出した土層Ｃｎを検出厚さｄで切り返す撹拌装置１５を設け、撒き出した土層Ｃｎを放置するのではなく、撒き出した土層Ｃｎを撹拌装置１５により検出厚さｄで切り返しながら浄化することができる。

更に好ましくは、図４に示すように、汚染土Ｃを撒き出す複数の基盤５ａ、５ｂ……を設け、汚染土Ｃの一部を各基盤５ａ、５ｂ……上に順次撒き出し且つ撒き出した土層Ｃｎａ、Ｃｎｂ……（ｎ＝１、２、……）を順次所定濃度に浄化されるまで放置するサイクルを繰り返す。この場合は、各基盤５ａ、５ｂ……上への汚染土Ｃｎａ、Ｃｎｂ……の撒き出し量を、その基盤５ｉに撒き出した土層Ｃｎｉが他の基盤５ｊ（ｊ≠ｉ）への撒き出し時間中に浄化が完了する量とすることが望ましい。

望ましくは、検出装置６に、異なる粒度分布の土壌について深度別の最低酸素濃度を記憶する記憶手段と、浄化対象の汚染土Ｃの粒度分布を計測する計測手段とを含め、その粒度分布の計測値により汚染土の自然通気可能な厚さを検出する。

本発明による汚染土の積層式浄化方法及びシステムは、浄化対象の油系汚染土Ｃ（以下、単に汚染土Ｃということがある）の一部を表面から自然通気可能な厚さｄの土層Ｃ１として撒き出して所定濃度に浄化されるまで放置し、浄化後の土層Ｃ１上に油系汚染土Ｃの他の一部を自然通気可能な厚さｄの覆土層Ｃ２として撒き出して所定濃度に浄化されるまで放置するサイクルを繰り返すことにより、油系汚染土Ｃ全体を積層しながら浄化するので、次の有利な効果を奏する。

（イ）汚染土Ｃの各土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）を、その表面から自然通気により供給される大気中の酸素により浄化するので、強制的な酸素の供給が不要であり、従来のバイオパイル法に比して動力・エネルギーの消費量を低く抑えつつ汚染土Ｃを浄化することができる。
（ロ）また、汚染土Ｃの各土層Ｃｎを所定濃度に浄化したのち、その上に他の汚染土Ｃの土層Ｃ（ｎ＋１）を撒き出すので、２層目以降の土層Ｃ（ｎ＋１）はその表面からのみならず下方の土層Ｃｎからも残存する酸素を取り込むことができ、上方に積み重ねる土層Ｃ（ｎ＋１）の浄化に要する時間を下方の土層Ｃｎよりも短縮することができる。
（ハ）汚染土Ｃの土層Ｃｎを浄化しながら積層するので、積層した汚染土パイル中に嫌気ゾーンが発生しにくく、浄化対象の土量が増えても、崩壊を防止できる範囲内であれば、パイルを高く積層することで処理スペースの増加を避けることができる。
（ニ）必要に応じて従来のランドファーミング法と組み合わせることができ、撒き出した土層Ｃｎを検出厚さｄで切り返しながら浄化することにより、各土層Ｃｎの浄化を促進すると共に、各土層Ｃｎに残存する酸素濃度を増やすことで上方に撒き出す土層Ｃ（ｎ＋１）の浄化の促進を図ることができる。
（ホ）また、必要に応じて従来のバイオパイル法と組み合わせることができ、浄化後の土層Ｃｎの積層パイルに対してバイオパイル法を適用することにより、積層した各土層Ｃｎ中に未浄化部分が残っていた場合でも、汚染土Ｃの全体を短時間で経済的に浄化することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
は、本発明の浄化システムの一実施例の説明図である。 は、本発明の浄化方法の一実施例の説明図である。 は、図２の浄化方法の流れ図の一例である。 は、本発明の浄化方法の他の実施例の説明図である。 は、本発明の浄化方法の更に他の実施例の説明図である。 は、粒度分布に応じた汚染土の表面から自然通気可能な厚さを検出する実験例の説明図である。 は、隣接する浄化済土層（下層）からの酸素供給効果を確認する実験例の説明図である。 は、図５の実験結果を示すグラフである。 は、汚染土の表面から自然通気可能な厚さを検出する他の方法の説明図である。

図２（Ｅ）は油系汚染地盤Ｅから掘り出した汚染土Ｃに本発明の浄化方法を適用した実施例を示し、図３はその浄化方法の流れ図を示す。図３のステップＳ０１〜Ｓ０２は、図２（Ａ）に示すように油圧ショベル等の掘削装置２０により汚染地盤Ｅから汚染土Ｃを掘り出し、汚染の種類及び汚染濃度を確認すると共に汚染土Ｃの土質・粒度分布等の性状を確認し、掘り出した汚染土Ｃが微生物により分解可能なものであるか否かを判断する処理を示す。或いは、ステップＳ０１〜Ｓ０２において、ボーリング装置（図示せず）により汚染地盤Ｅのコアサンプルを採取し、そのコアサンプルにより汚染土Ｃの汚染の種類や汚染濃度、土質、粒度分布等を確認し、微生物により分解可能なものであるか否かを判断したうえで、汚染地盤Ｅから掘り出してもよい。ステップＳ０２において不適と判断された場合は、ステップＳ１１へ進み、汚染土Ｃを本発明以外の方法で浄化することを検討する。

ステップＳ０２において適用可能と判断された場合は、掘り出した汚染土Ｃに本発明を適用して微生物分解により、更に大気中への揮発や降水による希釈効果も利用して汚染土Ｃを所定濃度に浄化する（図２（Ｅ）参照）。微生物分解に適する濃度以上（例えば、油系汚染濃度が平均して５０００ｍｇ／ｋｇ程度以上）の汚染土Ｃは、ステップＳ０２において別途適当な前処理（洗浄処理、加熱処理、その他の物理化学処理等）を施して濃度を低下させたうえで本発明の処理対象とすることが有効である。例えば、油系汚染濃度が１０００〜５０００ｍｇ／ｋｇ程度、好ましくは１０００〜３０００ｍｇ／ｋｇ程度の汚染土Ｃを処理対象とし、本発明の浄化方法により汚染濃度を４０〜６０％に低下させる。水分調整等を必要とする汚染土Ｃは、図２（Ｂ）に示すように汚染が拡散しない貯蔵場３に一時的に仮置きして水分調整等を施してもよい。また、汚染濃度や土質の異なる汚染土Ｃは、後述するように浄化に必要な時間等が異なるので、別々に処理することが望ましい。

図２（Ｅ）の実施例においても、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）に示す従来のバイオパイル法と同様に、例えば汚染物質の移動を防止できる不透性ライナー等を汚染地盤Ｅ上又はその近傍に敷設して処理基盤（又はベッド）５を設け、掘削した汚染土Ｃを基盤５に移し替えてオンサイト処理することができる。ただし、従来のバイオパイル法のように汚染土Ｃを基盤５上に単に積み上げてパイルＰとするのではなく、図３のステップＳ０３〜Ｓ１０に示すように、汚染土Ｃの土質や汚染濃度に応じて表面から自然通気可能な厚さｄを予め検出し、汚染土Ｃをその検出された厚さｄの複数の土層Ｃ１、Ｃ２、……として基盤５上に順次撒き出し、各土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）を浄化に有効な時間放置したのち次の土層Ｃ（ｎ＋１）を積層することにより、嫌気ゾーンの発生しにくい積層パイルＰを形成する。

図１は、図２（Ｅ）のような積層パイルＰを形成する本発明の浄化システムの実施例を示す。図示例の浄化システムは、汚染土Ｃの自然通気可能な厚さｄを検出する検出装置６と、汚染土Ｃの一部をその検出厚さｄの土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）として基盤５上に順次捲き広げる撒き出し装置１０と、撒き出した各土層Ｃｎの浄化を検知する検知装置１２と、撒き出し装置１０及び検知装置１２に接続された制御装置１１とを有する。以下、図１を参照しながら、図３のステップＳ０３〜Ｓ１０の流れ図を具体的に説明する。

先ずステップＳ０３において、処理対象の汚染土Ｃについて、その表面から自然通気可能な厚さｄを検出装置６により検出する（図１（Ａ）参照）。図示例の検出装置６は、例えば図９を参照して上述したように、汚染土Ｃの表面に異なる深さで埋め込む複数の酸素濃度計を有し、微生物分解に必要な酸素濃度が維持される深さを自然通気可能な厚さｄとして検出するものである。図示例では、自然通気可能な厚さｄを掘削後の仮置きした汚染土Ｃから検出しているが、例えばステップＳ０１において汚染地盤Ｅのコアサンプルを採取している場合は、そのコアサンプルから汚染土Ｃの自然通気可能な厚さｄを検出してもよい。汚染土Ｃの土質や濃度によって自然通気可能な厚さｄは異なるが、本発明者の予備的実験によれば、上述した微生物分解に適する汚染濃度とした通常の油系汚染土Ｃの場合は１０〜５０ｃｍ程度と想定される。また、このように自然通気により所定酸素濃度に維持できる厚さｄは、汚染土Ｃの土質とくに粒度分布から推定することができる。

［実験例１］
図６は粒度分布の異なる砂、シルト砂質（シルトが混合した砂）、砂質シルト（砂が混合したシルト）の３種類の模擬土を用いて油系汚染土Ｃを調製し、その各々の自然通気可能な厚さｄを検出した実験例を示す。各模擬土の粒度分布は、図６（Ｄ）に示すようにシルト砂質は砂よりも細粒分が多く、砂質シルトはシルト砂質より更に細粒分が多くなっている。砂質シルトより更に粒度の細かい粘土には油系汚染が届かない（浸透しない）ので、本発明において浄化対象の油系汚染土Ｃの典型的な土質は図６の３種類であると考えられる。図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、同一形状の一端開放試験カラム９に各模擬汚染土Ｃをそれぞれ所定深度の検出装置（図示例では酸素濃度計）６と共に封入し、各カラム９の一端を大気に開放しながら模擬汚染土Ｃ中の様々な深度における酸素濃度の経時的変化を検出した。実験結果を図８のグラフに示す。

図８のグラフは、汚染土Ｃが砂であれば深度約５０ｃｍでも酸素濃度（最低酸素濃度）を１８％程度に維持できるのに対し、シルト砂質であると１８％程度の最低酸素濃度を維持できる深度は３０ｃｍ程度となることを示している。また、汚染土Ｃが砂質シルトの場合は、深度が１０ｃｍであれば１６％程度の最低酸素濃度に維持できるが、深度が３０ｃｍ程度になると維持できる最低酸素濃度は１２％程度にまで低下してしまう。この実験結果から、例えば微生物分解に１５％以上の酸素濃度を維持する必要がある場合に、汚染土Ｃが砂であれば自然通気可能な厚さｄを５０ｃｍ程度とし、シルト砂質であれば３０ｃｍ程度とし、砂質シルトであれば１０ｃｍ程度とすればよいことが分かる。すなわち、図６（Ｄ）及び図８のグラフは汚染土Ｃの粒度分布と汚染土Ｃの深度毎の最低酸素濃度との間に相関関係があることを示しており、様々な粒度分布の土壌について深度別の最低酸素濃度を予め求めておくことにより、処理対象の汚染土Ｃの粒度分布から、所定最低酸素濃度に維持できる自然通気可能な深さｄを推定できることを示唆している。例えば図示例の検出装置６に、異なる粒度分布の土壌について深度別の最低酸素濃度を記憶する記憶手段と、浄化対象の汚染土Ｃの粒度分布を計測する計測手段とを含め、その粒度分布の計測値により汚染土Ｃの自然通気可能な厚さｄを推定することができる。

次いで図３の流れ図のステップＳ０４において、ステップＳ０１で検出した汚染土Ｃの汚染濃度からステップＳ０３で検出した自然通気可能な厚さｄの汚染土Ｃの単位面積当たりの汚染物質量を求め、厚さｄの汚染土Ｃを所定濃度レベルとするために必要な酸素量及び酸素接触時間、すなわち厚さｄで撒き出す汚染土Ｃの濃度が所定レベル以下に低減する浄化時間Ｔを設定する。或いはステップＳ０４において、汚染土Ｃを厚さｄで実験的に撒き出し、その汚染土Ｃの汚染濃度が所定レベル以下に低減する浄化時間Ｔを実験的に求めてもよい。設定する浄化時間は汚染土Ｃの土質や濃度、目的とする浄化レベル、更に気象条件等によっても異なるが、本発明者の予備的実験によれば、上述した厚さｄ＝１０〜５０ｃｍ程度で撒き出した汚染濃度１０００〜５０００ｍｇ／ｋｇ程度（好ましくは、１０００〜３０００ｍｇ／ｋｇ程度）の油系汚染土Ｃを４０〜６０％程度の濃度に低減させる場合は７〜１４日程度の浄化時間が必要であると想定される。

なお、図３のステップＳ０３とステップＳ０４とを逆転させ、処理対象の汚染土Ｃについて浄化時間Ｔを設定したのち、その浄化時間Ｔで汚染土Ｃの濃度が所定レベル以下に低減するように（表面から自然通気可能な厚さの範囲内で）汚染土Ｃの撒き出し厚さｄを設定することも可能である。すなわち、汚染土Ｃの汚染濃度と厚さｄと浄化時間Ｔとの間には相関関係があり、浄化時間Ｔが予め決められている場合は、汚染土Ｃの汚染濃度に応じて、汚染土Ｃを所定濃度レベルとするために必要な酸素量が所定浄化時間Ｔで得られる厚さｄを求めることができる。例えば、上述したように検出装置６に、異なる粒度分布の土壌について深度別の最低酸素濃度を記憶する記憶手段と、浄化対象の汚染土Ｃの粒度分布を計測する計測手段とを含め、その粒度分布の計測値と浄化時間Ｔとから必要な酸素量が得られる自然通気可能な厚さｄを算出することができる。

次にステップＳ０６において、制御装置１１により撒き出し装置１０を駆動し、処理対象の汚染土Ｃの一部をステップＳ０３で検出した自然通気可能な厚さｄの土層（底土層）Ｃ１として基盤５上に撒き出す（図１（Ｂ）参照）。図１の撒き出し装置１０の一例は、基盤５上を走行しながら土層Ｃｎを厚さｄに撒き広げる耕作機械又は重機等であり、土層Ｃｎをできるだけ圧縮しないように捲き広げる装置とすることが望ましい。また、汚染土Ｃは撒き出す前にステップＳ０５において栄養物質（無機栄養塩等）や水分と混合し、できるだけ空隙率を増加させたうえで撒き広げることが望ましい。図１に示す混合装置７は、汚染土Ｃ中の大きな岩石等を取り除くと共に、栄養物質及び水分８を均一に撹拌・混合して汚染土Ｃ中の空隙率を増加させるものである。汚染土Ｃに混合すべき栄養物質及び水分８の添加量は、例えばステップＳ０１で検出した汚染土Ｃの汚染濃度に基づき定めることができる。

撒き出した底土層Ｃ１は、ステップＳ０８において検知装置１２により浄化が検知されるまで放置し、土層表面からの自然通気（酸素供給）によって微生物分解を進行させる（図１（Ｂ）の白抜き矢印参照）。検知装置１２の一例は、土層Ｃ１を撒き出したのち微生物分解に有効な期間の経過を判定するタイマーであり、例えばステップＳ０３で設定された厚さｄの汚染土Ｃの微生物分解に必要な浄化時間に基づき土層Ｃ１が所定濃度レベル（例えば、上述した当初濃度の４０〜６０％程度）に浄化されたことを判定する。或いは、図１に示すように検知装置１２に土層Ｃ１の浄化状況を測定する測定装置１４を含め、ステップＳ０７に示すように測定装置１４によって土層Ｃ１の浄化進行状況を適宜測定し、ステップＳ０８において測定装置１４の測定値により土層Ｃ１が所定濃度レベルに浄化されたことを検知してもよい。例えば測定装置１４により土層Ｃ１中の汚染濃度を適宜測定し、その測定値に基づき検知装置１２が土層Ｃ１の所定濃度レベルに浄化されたことを検知する。また、測定装置１４により土層Ｃ１中の酸素濃度、二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、含水率を測定し、土層Ｃ１の浄化進行を管理しながら浄化の完了を検知することも可能である。

好ましくは、浄化システムに底土層Ｃ１をその厚さｄで切り返すスタビライザー等の撹拌装置１５を含め（図１（Ｄ）参照）、撒き出した土層Ｃ１を放置するのではなく、ステップＳ０７において、従来のランドファーミング法と同様に撹拌装置１５によって土層Ｃ１を厚さｄで耕転しながら微生物分解を進行させる。土層Ｃ１は自然通気可能な厚さｄとすることで嫌気ゾーンの発生が防止されるが、例えば土層Ｃ１中の汚染濃度の偏りや気象条件等により自然通気だけでは部分的に酸素供給不足が発生する場合も考えられる。撹拌装置１５による切り返しは従来のバイオパイル法のように継続する必要はなく、例えば１日に１回程度の割合で土層Ｃ１を撹拌装置１５で耕転することにより、小さなエネルギーで土層Ｃ１中の微生物分解の進行遅れをなくし、土層Ｃ１を均一に浄化することができる。また、測定装置１４で土層Ｃ１の浄化進行状況を測定している場合は、進行状況に遅れが検出されたときに撹拌装置１５を走行させ、土層Ｃ１を耕転することで浄化を促進してもよい。

ステップＳ０８において底土層Ｃ１の浄化が検知されたのち、ステップＳ０９において必要に応じて濃度分析等により底土層Ｃ１の浄化状態を検査確認し、浄化不十分である場合は検知装置１２の浄化時間を再設定したうえでステップＳ０５〜０８を更に継続する。ステップＳ０９において目的とするレベルの浄化が確認された場合は、ステップＳ１０からステップＳ０５に戻って汚染土Ｃの他の一部を栄養物質８等と均一に撹拌・混合し、ステップＳ０６において再び制御装置１１により撒き出し装置１０を駆動し、汚染土Ｃの他の一部を浄化後の底土層Ｃ１上に自然通気可能な厚さｄの覆土層Ｃ２として撒き出す（図１（Ｃ）参照）。また、底土層Ｃ１に設置した測定装置１４は、覆土層Ｃ２の撒き出し前に撤去し、撒き出した覆土層Ｃ２に移し替える。なお、ステップＳ０９における検査確認は本発明に必須の処理ではなく、後述するように複数の土層Ｃｎを積層したのちステップＳ１２においてパイルＰの浄化状態を検査確認する場合は、各土層Ｃｎについて検査確認するステップＳ０９は省略可能である。この場合は、図１の実施例において、例えば検知装置１２による浄化の検知に応じて直ちに撒き出し装置１０を駆動することが可能である。

更にステップＳ０７〜Ｓ０８において、撒き出した覆土層Ｃ２を検知装置１２により浄化が検知されるまで放置し、又は撹拌装置１５により適宜切り返しながら浄化する。覆土層Ｃ２では、その表面からの自然通気による酸素と共に、下方の底土層Ｃ１からも酸素を取り込んで微生物分解が進行する（図１（Ｃ）の白抜き矢印参照）。すなわち、覆土層Ｃ２の下方の底土層Ｃ１には基盤５に比して空隙が多く存在し、しかも浄化後は空隙中の空気が消費されずに残存しているので、覆土層Ｃ２には自然通気による酸素だけでなく底土層Ｃ１の空隙に残存する酸素も供給され、覆土層Ｃ２の微生物分解を底土層Ｃ１との相互作用により迅速に進行させることができる。

［実験例２］
図７は、浄化後の底土層Ｃ１の上方に覆土層Ｃ２を積層して浄化する本発明の浄化方法（以下、積層工法ということがある）と、覆土層Ｃ２のみを単層で浄化する方法（以下、単層工法ということがある）とを比較した実験例を示す。図７（Ａ）は、一端開放試験カラム９内に浄化済み土Ｃ１（土質＝砂、厚さ１０ｃｍ）と油系汚染土Ｃ２（土質＝砂、厚さ８０ｃｍ）とを積層充填して積層工法を模擬したもの、図７（Ｂ）は、同一形状の一端開放試験カラム９内に油系汚染土Ｃ２（土質＝砂、厚さ８０ｃｍ）のみを充填して単層工法を模擬したものである。各カラム９の汚染土Ｃ２の地表面から同一所定深度に検出装置（図示例では酸素濃度計）６を設置し、その所定深度における酸素濃度の経時的変化を検出した。実験結果を図７（Ｃ）のグラフに示す。

図７（Ｃ）のグラフは、積層工法では単層工法に比して汚染土Ｃ中の酸素濃度の低下速度が小さくなることを示しており、この速度低下は、汚染土Ｃ２中に自然通気による酸素だけでなく下方の底土層Ｃ１からも酸素が供給されたことによると考えられる。すなわち、この実験結果から、本発明のように浄化後の汚染土Ｃ１上に未浄化の汚染土Ｃ２を積層しながら浄化することにより、上方層Ｃ２の微生物浄化の迅速化を図ることができることを確認できた。なお、図７（Ｃ）において積層工法のグラフと単層工法のグラフとの面積差（積分値の差）が厚さ１０ｃｍの下層Ｃ１から上層Ｃ２への酸素供給量に相当するが、下層Ｃ１の厚さを１０ｃｍ以上とすれば、上層Ｃ２への酸素供給量を更に増やすことができる。

好ましくは、覆土層Ｃ２を撒き出す前に底土層Ｃ１を撹拌装置１５によって切り返し、底土層Ｃ１に含まれる酸素濃度を高めたうえで覆土層Ｃ２を撒き出す。土層Ｃ１中の酸素濃度は切り返しにより増大することが知られており、底土層Ｃ１を切り返したうえで覆土層Ｃ２を撒き出すことで覆土層Ｃ２に対する底土層Ｃ１からの酸素供給量を増やし、覆土層Ｃ２の浄化時間を底土層Ｃ１に比して短縮すること期待できる。汚染土Ｃの土質や濃度、気象条件等によっても異なるが、覆土層Ｃ２の浄化時間は底土層Ｃ１に比して例えば１日程度短縮することも想定できる。例えばステップＳ０４において覆土層Ｃ２の浄化時間を求めておき、ステップＳ０８において検知装置１２のタイマーの浄化時間を再設定したうえで覆土層Ｃ２の浄化を判定する。

ステップＳ０８〜Ｓ０９において覆土層Ｃ２の浄化が検知されたのち、ステップＳ１０から再びステップＳ０５に戻って制御装置１１により撒き出し装置１０を駆動し、汚染土Ｃの他の一部を浄化後の覆度層Ｃ２上に自然通気可能な厚さｄの覆土層Ｃ３として撒き出して上述したステップＳ０６〜Ｓ１０を繰り返す（図１（Ｄ）参照）。このように、汚染土Ｃの一部を自然通気可能な厚さｄの土層Ｃｎとして順次撒き出し、各土層Ｃｎを土壌表面及び下方の土層Ｃ（ｎ−１）からの酸素の取り込みにより浄化されるまで放置するサイクルを繰り返すことにより、従来のバイオパイル法のように強制的通気のための動力・エネルギーの消費を小さく抑えつつ、図１（Ｅ）及び図２（Ｅ）のような嫌気ゾーンの発生しにくい積層パイルＰを形成することができる。

図３のステップＳ１２において、図１（Ｅ）及び図２（Ｅ）の積層パイルＰの浄化状態を検査確認し、積層パイルＰ中に浄化不十分な部分が発見された場合は、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）のような従来のバイオパイル法を積層パイルＰに対して適用することができる。積層パイルＰの各土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）はそれぞれ浄化に有効な所定時間放置されて嫌気ゾーンの発生が抑えられているので、バイオパイル法を適用した場合でも比較的短時間の切り返しや強制的通気で積層パイルＰを十分に浄化することができ、最小限の動力乃至エネルギーで積層パイルＰを経済的に浄化することができる。ステップＳ１２において十分な浄化が確認された場合は、図２（Ｆ）に示すように積層パイルＰの土壌を汚染地盤Ｅに埋め戻す。

こうして、本発明の目的である「汚染土を小さなエネルギー消費量で効率的・経済的に浄化できる浄化方法及びシステム」の提供が達成できる。

なお、図３の流れ図では、ステップＳ０５において汚染土Ｃに栄養物質及び水分８を混合したうえで各土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）として撒き出しているが、ステップＳ０７において各土層Ｃｎの浄化進行状況又は水分不足等の検知に応じて、必要に応じて各土層Ｃｎの上方から栄養物質及び水分８を適宜散布して供給することも可能である。また、例えば図１の実施例において、各土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）の表面に酸素が供給できる上方空間を設けたうえで基盤５上の積層パイルＰを覆うシート（図示せず）を設け、降水による積層パイルＰの含水率の過剰な上昇を抑制することも有効である。必要に応じて、積層パイルＰを載置する基盤５上又は積層パイルＰ中に電熱線その他の保温装置を設け、各土層Ｃｎを微生物分解に適した温度に保温することで浄化を促進することもできる。

図４は、汚染土Ｃを撒き出す複数の基盤５ａ、５ｂ、……、５ｆを設け、各基盤５ａ、５ｂ、……、５ｆ上にそれぞれ図１（Ｅ）のような積層パイルＰａ、Ｐｂ……、Ｐｆを形成する本発明の実施例を示す。図１の実施例では、単独の基盤５上に自然通気可能な厚さｄの土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）を浄化に有効な時間放置しながら順次撒き出すので、各土層Ｃｎの撒き出し作業に待ち時間（各土層Ｃｎの浄化期間）が発生し、従来のバイオパイル法に比して単独のパイルＰを形成するために長い時間が必要となる。図４の実施例では、図４（Ｃ）に示すように各基盤５ａ、５ｂ、……、５ｆ上に厚さｄの土層Ｃｎａ、Ｃｎｂ、……、Ｃｎｆ（ｎ＝１、２、……）を撒き出す時間をシフトさせることにより、従来のバイオパイル法とほぼ同じ時間で複数の積層パイルＰａ、Ｐｂ、……、Ｐｆを形成することができる。

先ず図４（Ａ）に示すように、各基盤５ａ、５ｂ、……、５ｆ上にそれぞれ汚染土Ｃの一部を底土層Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、……、Ｃ１ｆとして順次撒き出すが、図４（Ｃ）に示すように各基盤５ａ、５ｂ、……、５ｆ上に撒き出す時間をシフトさせ、例えば基盤５ａに撒き出した底土層Ｃ１ａを微生物分解により浄化させる間に他の基盤５ｂ、……、５ｆに底土層Ｃ１ｂ、……、Ｃ１ｆを順次撒き出す。基盤５ａ上の底土層Ｃ１ａの撒き出し量を、他の基盤５ｂ、……、５ｆへの撒き出し時間中に浄化が完了する量とすれば、他の基盤５ｂ、……、５ｆの撒き出し終了後直ちに浄化後の底土層Ｃ１ａ上に覆土層Ｃ２ａを撒き出すことができる（図４（Ｂ）参照）。他の基盤５ｉ（ｉ≠ａ）についても底土層Ｃ１ｉ（ｉ≠ａ）の撒き出し量を、その他の基盤５ｊ（ｊ≠ｉ）の撒き出し時間中に浄化が完了する量とすれば、全体として底土層の撒き出し作業の待ち時間をなくすことができ、例えば１台の撒き出し装置１０を各基盤上へ順次移動させながら連続的に撒き出し作業を進めることができる。

同様に、図４（Ｂ）に示すように、各基盤５ａ、５ｂ、……、５ｆ上に撒き出す覆土層Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、……、Ｃ２ｆも他の基盤への撒き出し時間中に浄化が完了する量とすれば、図４（Ｃ）に示すように全体として見れば撒き出し作業を連続的に進めることが可能となり、実質的に従来のバイオパイル法と同じ時間で複数の積層パイルＰａ、Ｐｂ、……、Ｐｆを形成することができる。上述したように従来のバイオパイル法では、パイルＰを積み上げたのち嫌気ゾーンが生じないように切り返しや強制的な通気を継続しなければならず、通気のために大量の動力やエネルギーが必要である。これに対し図４（Ｂ）の積層パイルＰの形成方法によれば、積層パイルＰを形成する段階で各土層Ｃｎ（ｎ＝１、２、……）がそれぞれ所定濃度レベルに浄化されて嫌気ゾーンの発生が抑制されているので、バイオパイル法を適用した場合でも、必要に応じて短時間の切り返しや強制的通気を行うことで積層パイルＰの全体を浄化することができる。しかも、パイルＰを従来のバイオパイル法と同程度の時間で形成できるので、全体として見れば従来のバイオパイル法に比し小さなエネルギーで効率的・経済的に汚染土Ｃを浄化することが可能となる。

図５は、比較的大きな単独の基盤５上にパイルＰを形成する場合に、撒き出し作業の待ち時間をできるだけ削減し、積層パイルＰを従来のバイオパイル法と実質上同程度の時間で形成することができる本発明の他の実施例を示す。図５（Ａ）に示すように、単独の基盤５を複数の区画に区分けし、図４（Ｃ）の場合と同様に各区画上に厚さｄの土層Ｃｎａ、Ｃｎｂ、……、Ｃｎｆ（ｎ＝１、２、……）を撒き出す時間をシフトさせ、各区画上に撒き出す底土層Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、……、Ｃ１ｆの量を他の区画への撒き出し時間中に浄化が完了する量とする。同様に、図５（Ｂ）に示すように各区画上の覆土層Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、……、Ｃ２ｆの撒き出し量も他の区画への撒き出し時間中に浄化が完了する量とし、図４（Ｃ）の場合と同様に全体として撒き出し作業を連続的に進めることにより、実質的に従来のバイオパイル法と同程度の時間で単独の積層パイルＰを形成することができる。図５の方法で形成した単独の積層パイルＰも、形成段階で嫌気ゾーンの発生が抑制されているので、図４の場合と同様に従来のバイオパイル法を適用することにより、積層パイルＰを小さなエネルギーで効率的・経済的に浄化することが可能である。

３…貯蔵場（仮置場） ５…基盤（ベッド）
６…検出装置 ７…混合装置
８…栄養物質及び水分 ９…試験カラム
１０…撒き出し装置 １１…制御装置
１２…検知装置 １４…測定装置
１５…撹拌装置 ２０…掘削装置
２１…切り返し装置 ２３…通気パイプ
Ｃ…汚染土 Ｅ…汚染地盤
Ｓ…浄化土 Ｐ…汚染土パイル
Ｒ…浄化土パイル

Claims (12)

1. 浄化対象の油系汚染物質で汚染された汚染土の表面から自然通気可能な厚さを検出し、前記汚染土の一部を前記検出厚さの土層として撒き出し且つ撒き出した土層を所定濃度に浄化されるまで放置し、浄化後の土層上に前記汚染土の他の一部を前記検出厚さの覆土層として撒き出し且つ撒き出した土層を所定濃度に浄化されるまで放置するサイクルを繰り返すことにより前記汚染土全体を積層しながら浄化してなる汚染土の積層式浄化方法。
2. 請求項１の浄化方法において、前記撒き出した土層の浄化進行状況を継続的に測定し、その測定値により撒き出した土層の浄化を検知してなる汚染土の積層式浄化方法。
3. 請求項１又は２の浄化方法において、前記汚染土を栄養物質及び水分と均一に混合したうえで撒き出してなる汚染土の積層式浄化方法。
4. 請求項１から３の何れかの浄化方法において、前記放置に代えて、前記撒き出した土層を前記検出厚さで切り返しながら浄化してなる汚染土の積層式浄化方法。
5. 請求項１から４の何れかの浄化方法において、前記汚染土を撒き出す複数の基盤を設け、前記汚染土の一部を各基盤上に順次撒き出し且つ撒き出した土層を順次所定濃度に浄化されるまで放置するサイクルを繰り返し、前記各基盤上への前記汚染土の撒き出し量を、その基盤に撒き出した土層が他の基盤への撒き出し時間中に浄化が完了する量としてなる汚染土の積層式浄化方法。
6. 請求項１から５の何れかの浄化方法において、前記汚染土の粒度分布を計測し、その計測値により表面から自然通気可能な厚さを検出してなる汚染土の積層式浄化方法。
7. 浄化対象の油系汚染物質で汚染された汚染土の表面から自然通気可能な厚さを検出する検出装置、前記汚染土の一部を前記検出厚さの土層として撒き出す撒き出し装置、前記撒き出した土層の所定濃度への浄化を検知する検知装置、及び前記撒き出し装置により浄化後の土層上に前記汚染土の他の一部を前記検出厚さの覆土層として撒き出し且つ前記検知装置により浄化が検知されるまで撒き出した土層を放置するサイクルを繰り返す制御装置を備えてなる汚染土の積層式浄化システム。
8. 請求項７の浄化システムにおいて、前記検知装置に撒き出した土層の浄化進行状況を継続的に測定する測定装置を含めてなる汚染土の積層式浄化システム。
9. 請求項７又は８の浄化システムにおいて、前記撒き出し装置で撒き出す前記汚染土に栄養物質及び水分と均一に混合する混合装置を設けてなる汚染土の積層式浄化システム。
10. 請求項７から９の何れかの浄化システムにおいて、前記撒き出した土層を前記検出厚さで切り返す撹拌装置を設け、前記放置に代えて、前記撒き出した土層を前記検出厚さで切り返しながら浄化してなる汚染土の積層式浄化システム。
11. 請求項７から１０の何れかの浄化システムにおいて、前記汚染土を撒き出す複数の基盤を設けると共に前記検知装置を基盤毎に設け、前記制御装置により前記汚染土の一部を各基盤上に順次撒き出し且つ撒き出した土層を順次所定濃度に浄化されるまで放置するサイクルを繰り返し、前記撒き出し装置による各基盤上への前記汚染土の撒き出し量を、その基盤に撒き出した土層が他の基盤への撒き出し時間中に浄化が完了する量としてなる汚染土の積層式浄化システム。
12. 請求項７から１１の何れかの浄化システムにおいて、前記検出装置に、異なる粒度分布の土壌について深度別の最低酸素濃度を記憶する記憶手段と、前記汚染土の粒度分布を計測する計測手段とを含め、その粒度分布の計測値により前記汚染土の自然通気可能な厚さを検出してなる汚染土の積層式浄化システム。