汚染土壌処理方法
【課題】炭化水素系化合物で汚染された土壌を対象とした安定的かつ速やかな浄化を達成可能な汚染土壌処理方法を提供する。
【解決手段】土壌中の温度を概して摂氏５５度を超える高温環境とし、炭素数４以下のアルカン類あるいは水素を含有する気体を土壌中に通気して、該土壌中の温度制御を実行し、高温環境下において土壌中の汚染物質である炭化水素系化合物を資化する好熱性微生物の代謝によって、前記炭化水素系化合物汚染の分解を促す。
【解決手段】土壌中の温度を概して摂氏５５度を超える高温環境とし、炭素数４以下のアルカン類あるいは水素を含有する気体を土壌中に通気して、該土壌中の温度制御を実行し、高温環境下において土壌中の汚染物質である炭化水素系化合物を資化する好熱性微生物の代謝によって、前記炭化水素系化合物汚染の分解を促す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系化合物に代表される汚染物質で汚染された土壌の浄化を図る汚染土壌処理方法に関する。特に、生物的処理法を用いて、土壌を高温環境下とすることにより、安定的かつ速やかに浄化する汚染土壌処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化水素系化合物で汚染された土壌から有機汚染物質を除去する方法として、これまでに物理的処理法、化学的処理法、生物学的処理法が検討されてきた。特に物理的処理法や化学的処理法は、浄化費用が高い半面、浄化の確実性や迅速性に優れており、工期と効果が明確な方法としてこれまでの修復工の主たる浄化手法として採用されてきた。ただし、物理的処理法や化学的処理法の修復費用では対応不可能なケースの蓄積や潜在性が社会問題化してきている。いわゆる“ブラウンフィールド”と呼ばれる未解決の汚染土地資産は、日本国内だけでも約１１兆円と推定されており不良債権化が進行している。
【０００３】
最近は、前述した従来の物理的処理法や化学的処理法に代わる廉価な処理法が求められる状況にあり、この観点から生物学的処理法が見直され始めている。ただし、従来の生物学的処理法は、一般に処理費用が廉価であるが、確実性や迅速性に欠ける方法であった。特に環境温度に対する安定性に欠き、冬季や寒冷気候条件下における分解活性の低下等は本技術における課題の一つであった。
【０００４】
この課題解決において、スチーム熱、キルン廃熱、太陽熱、化学反応熱、ヒータ熱等の各種物理化学的熱源等を用いた加熱型生物学的処理法による温度安定化への解決策が提案されている（例えば、特許文献１〜７参照。）。また、廉価な堆肥化熱源と添加資材を工夫した生物学的熱源の開発も進められた（例えば、特許文献８参照。）。
【０００５】
これらの技術開発により、土壌環境温度の改善が図られ、その結果、汚染分解の安定化が図られたが、その効果は浄化品質を満たす程度に留まっている。すなわち、これらの工法では、工期短縮に対する寄与は些少であり、市場ニーズを満足させるに至っていない。さらに、各種物理化学的熱源の設置が容認しがたいコストアップを招く要因となっていた。
【０００６】
また、生物学的処理分野の従来技術は、一部の例外（例えば、特許文献９、１０参照。）を除き、そのほとんどが中温域を増殖範囲とする微生物を用いたものである。この背景には、土着菌を利用したバイオスティミュレーションの実施が生物学的処理法の主流であり、自然環境がほとんど中温域で占められる状況では、おのずと中温菌の利用が前提となるという考えがある。
【０００７】
前述した加温型の生物学的処理法分野の従来技術（例えば、特許文献１〜８参照。）においても、バイオスティミュレーションの実施を基本としており、結果として中温程度までの加温に留まっている。仮に、高温までの加温を行ったとしても、自然環境にて中温域で馴養されてきた土着菌では、高温環境での汚染分解は困難な場合も多く、高温環境を設定する理由を失していた経緯がある。
【０００８】
また、従来技術のうち特許文献９では、好熱性のメタン酸化細菌群やそれらが産生するメタンモノオキシゲナーゼによる高温環境下における汚染物質の浄化が提案されているが、このメタンモノオキシゲナーゼによる代謝分解は共代謝反応と呼ばれ、本来であればメタンをメタノールに変換する役割を有しており、被分解物質である汚染物質は、増殖・エネルギー源として必須なメタンと酵素動力学上の競争阻害の関係にある。
【０００９】
さらに、本酵素のメタンに対する親和性は、汚染物質に比較し圧倒的に高く、メタン等による酵素活性化ステージと、メタンの存在を厳密に許さない分解ステージを区別したバッチ処理を行わなければならず、その反応制御は複雑である。また、増殖ステージによりメタンモノオキシゲナーゼの細胞内含有量は変化し安定的な酵素発現は、現時点で特殊活性化条件を厳密に制御した水処理バイオリアクタ系のみで達成されているに過ぎない（例えば、特許文献１１参照。）。すなわち、この共代謝系の浄化を制御が困難な固体である土壌系の汚染へ応用する方法論は現実的でないと判断できる。
【００１０】
一方、特許文献１０に見られるように、対象となる汚染物質が好熱性細菌の増殖とリンクして代謝されることは技術的に好ましい。対象の汚染物質が電子受容体や水素供与体として積極的に代謝利用されることがより効率の良い浄化を達成する微生物の選択条件として好ましいものと判断できる。ただし、特許文献１０では、２菌株の生理学的特性が詳細に示されているが、これら菌株の土壌への接種方法や効果、土壌の加温方法に関する周辺技術等の検討を欠いており、市場ニーズを満たすための新たな周辺技術開発の必要性を有していた。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２６０６１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２６０５０５号公報
【特許文献３】特開２００６−２５５６３３号公報
【特許文献４】特開２００６−７１８１号公報
【特許文献５】特開２００３−１８１４４１号公報
【特許文献６】特開２００３−１７０１５４号公報
【特許文献７】特開２００１−３２７９５４号公報
【特許文献８】特開２００４−２５１７２号公報
【特許文献９】特表２０００−５０９９８３号公報
【特許文献１０】特許第３１２０１１４号公報
【特許文献１１】再表９７／０３３８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したこれまでの従来技術は、分解の安定化を目的として、初期コストを最少とする中温域での保温手段の検討が実施されてきたが、工期短縮に対する寄与は些少であり市場の満足を得られていない。かかる工期短縮、すなわち汚染分解速度の飛躍的増加を意図した高温環境下での汚染土壌処理をベースとした新規技術の開発が必要であった。
【００１３】
そこで、発明者らは、これまで当該分野で主流であった中温菌の利用ではなく、さらなる高代謝が期待される高温菌（好熱性細菌）の利用に関する検討を進めた。ここで対象となる汚染物質を増殖とリンクして代謝することが可能な好熱性細菌を選択することはいうまでもない。この方法論の最適化により工期短縮とその結果として、修復ランニングコスト低減を実現する新たな土壌修復法を検討した。
【００１４】
本発明は、以上のような検討の結果としてなされたものであり、概して摂氏５５度を越える高温環境とその高温の継続が各種炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化に好ましい影響を与え、また各種好熱性微生物の存在によって、さらに好ましい汚染土壌の浄化が可能となる汚染土壌処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。
先ず、請求項１に記載の本発明は、
汚染物質で汚染された土壌の浄化を図る汚染土壌処理方法において、
前記土壌中の温度を概して摂氏５５度を超える高温環境とし、
炭素数４以下のアルカン類あるいは水素を含有する気体を前記土壌中に通気して、該土壌中の温度制御を実行し、
前記高温環境下にて土壌中の汚染物質である炭化水素系化合物を資化する好熱性微生物の代謝により、前記炭化水素系化合物の分解を促すことを特徴とする汚染土壌処理方法である。
【００１６】
また、請求項２に記載の本発明は、
予め好熱性微生物を必要量培養し、該好熱性微生物を微生物資材に担持させて土壌に接種することを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌処理方法である。
【００１７】
また、請求項３に記載の本発明は、
前記微生物資材は、主として有機質で構成され生分解性を有する資材であることを特徴とする請求項２に記載の汚染土壌処理方法である。
【００１８】
さらに、請求項４に記載の本発明は、
前記高温環境下での通気によって生じる汚染揮発成分に対し、その除害処理を併せて実施することを特徴とする請求項１，２または３に記載の汚染土壌処理方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のうち請求項１に係る汚染土壌処理方法によれば、概して摂氏５５度を越える高温環境とその高温の継続が、各種炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化に好ましい影響を与え、高温環境下での好熱性微生物の存在により、確実かつ迅速しかも安価に汚染土壌を浄化することができる。
【００２０】
また、請求項２に係る汚染土壌処理方法によれば、外来の好熱性微生物を微生物資材に担持させて土壌に接種することにより、浄化対象の土壌に含まれる好熱性微生物が元々乏しい環境下でも、好熱性微生物の代謝による汚染土壌の浄化を確実に実施することが可能となる。
【００２１】
また、請求項３に係る汚染土壌処理方法によれば、前記微生物資材は、主として有機質で構成され生分解性を有する資材であるから、浄化完了後の土壌中に微生物資材として明瞭に認識できるような残存性がなく、浄化過程で自己分解や微生物による分解を図ることができる。
【００２２】
さらに、請求項４に係る汚染土壌処理方法によれば、高温環境下での通気によって生じる汚染揮発成分に対し、その除害処理を併せて実施することにより、総合的な汚染除去が可能となり、安全かつ効率的な汚染土壌浄化を遂行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を代表する実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る汚染土壌処理方法は、炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化に適している。ここで浄化対象となる汚染土壌としては、例えば、原油、重油、軽油、灯油、ガソリン相当の組成を有した油類、機械加工や装置類等に用いられた廃切削油や廃潤滑油やグリース等で汚染された土壌を挙げることができる。本発明の汚染土壌処理方法は、これらの各種汚染物質に起因する油膜や油臭はもとより、油分含有量を低減する効果を有する。
【００２４】
本実施の形態において、土壌を概して摂氏５５度を超える高温環境までに昇温する方法は多様であり、基本的にその加温方法は問わない。事業所における汚染浄化であれば、既存のボイラー設備や温排水等からの熱交換等でその加温源を得ることもできる。ただし、実際の汚染現場は、概して既存の熱源が存在しない場合が圧倒的である。この場合は、堆肥化熱等を利用した加熱がコスト的に有利な方法であり汎用性を有する。
【００２５】
ここで堆肥化資材としては、具体的には例えば、食品製造由来の植物性油粕（油粕、米糠、ふすまおよびコーンスティープリカー、大豆油粕、コーン油粕、ごま油粕、豆類油粕、米糠油粕等）、発酵残渣（醤油粕、酒粕、ビール粕、焼酎粕、黒砂糖等）、植物発生材（雑草、作物草本、バーク、間伐チップ、籾殻、オガクズ等）、有機地質（泥炭、亜炭、褐炭、ピート等）等を挙げることができる。
【００２６】
なお、この堆肥化資材は、微生物の代謝により発熱反応を呈する資材であれば、その形状や種類を問うものではない。また、高温発酵を経た完熟堆肥等を堆肥化資材に混合し、この堆肥化資材の発酵を促す微生物群の接種を予め実施していく方法は、堆肥化加温をさらに確実なものとするので好ましい。
【００２７】
また、堆肥化熱を利用した高温環境の設定で留意しなければならないのは、その高温条件における温度制御である。堆肥化における温度変化は、一般に一定温度までの上昇の後、下降に転じる単純な上昇下降の変化であり、高温にて一定温度を保つといった温度制御が難しい。通気量を変化させる程度の操作は可能であるが、この操作は冷却操作に他ならず、別途に加温操作を加味した精密な制御法を必要とする。
【００２８】
本実施の形態では、加温あるいは保温を目的として、炭素数４以下のアルカン類あるいは水素を含有する気体を土壌に通気せしめる加温操作を加味した温度制御法を併せて提案するものである。これら燃料系ガスと酸素を含む混合ガスを土壌に通気することで、土壌中に存在する燃料系ガスを資化する好気性微生物による代謝熱の発生により土壌の加熱が図られる。
【００２９】
ここで燃料系ガスとしては、炭素数４以下のアルカン類あるいは水素の単体ガスの他、これらを含む混合ガスを利用できる。中でもメタンを資化可能な微生物は、土壌や堆肥に一般的に存在し、メタンを用いた加熱は汎用性を有する。この燃料系ガスを資化する好気性微生物の代謝熱の発生を加温操作として、また、通気量操作を冷却操作として実施し、必要な温度条件を必要期間に渡って維持することにより効果的な浄化を図る。
【００３０】
なお、燃料系ガスを資化する好気性微生物が、浄化対象土壌や添加堆肥化資材中に存在しない場合には、その製造過程でメタン等の生成が見られ、かつ高温までの馴養が図られた完熟堆肥等を選定して、この完熟堆肥等を予め対象土壌に一定量を加えることにより、前記効果を補完することができる。
【００３１】
本実施の形態では、摂氏５５度以上の環境下において、炭化水素系化合物で汚染された土壌を好熱性微生物の代表例である好熱性細菌による浄化を期待するものであり、本実施の形態で利用する好熱性細菌の由来を特に問うものではない。外来の添加した好熱性細菌はもとより、堆肥化資材や完熟堆肥等に含まれる外来の好熱性細菌、浄化対象土壌に含まれる土着菌の好熱性細菌であっても良い。ただし、より効率的な修復を求めるのであれば、外来の好熱性細菌を事前に必要量培養し、土壌中に適切な濃度で存在する様に接種することが好ましく、好熱性微生物を担持可能な微生物資材を用いて確実な土壌への接種を実施することが最も好ましい。
【００３２】
高温維持の加温に寄与するガス状の低級アルカン類を資化可能な好熱性微生物の例としては、メチロコッカス・カプスラータス、メチロサーマス・サーマリス、メチロカルダム・ゼゲディエンシスなどの微生物が、また、水素を好気的に資化可能な好熱性微生物の例としては、スルフリハイドロジェニバクター・アゾレンセ、ベネニビブリオ・スタグニスプマンティスなどの微生物を挙げることができる。
【００３３】
一方、炭化水素系化合物に対し代謝能を有する汚染処理に直接的に寄与する好熱性微生物の例としては、バチルス・サーモレオボランス等のバチルス属微生物、ジオバチルス・ステアロサーモフィラス、ジオバチルス・サーモレオボランス、ジオバチルス・カウストフィラス、ジオバチルス・サーモグルコシダシウス、ジオバチルス・サーモデナイトリフィカンス等のジオバチルス属の他、サーマス属の微生物を挙げることができる。
【００３４】
本実施の形態で用いる微生物資材は、主として有機質で構成され生分解性を有する資材であることが好ましい。浄化完了後の土壌中に微生物資材として明瞭に認識できるような残存性がなく、浄化過程に自己分解や微生物による分解が図られる特徴を有することが好ましい。加えて色調は、浄化対象土壌と同系色のものを用いることがより好ましい。
【００３５】
さらにまた、本実施の形態で用いる微生物資材には、必要に応じて他の成分を含有させることができる。微生物資材中に含有させる他の成分としては、具体的には例えば、好熱性細菌の増殖を促す培地成分等が挙げられ、かかる含有により、好熱性細菌の増殖がいっそう促進され、汚染土壌の浄化がより促進される。
【００３６】
本実施の形態の実施方法は、通気管を内在する畝を形成する地上型を基本とするが、地中壕に汚染土壌と通気管を埋設する地下型等への応用も図ることができる。また、通気管と対になるような排気管を設置し、一定量の土壌に対して、所定の給排気を達成できるような構造でも良い。いずれも一定量の土壌に対し、概一様の給気が図れるような通気管が少なくとも設置されていれば、その具体的な実施の構造を問うものではない。
【００３７】
前記実施方法により、土壌汚染物質の速やかなる浄化が図られるが、汚染物質の種類によっては、加温条件下の通気によって揮発が促され、土壌中で一定の代謝を受けつつも、その一部が排気中に漏洩してくる場合もある。その際は、活性炭吸着等の適切な除害設備を併用し、周囲への汚染拡散がないように努める必要がある。加温環境下で実施する当該土壌浄化はこの排気の除害設備の併用により、安全かつ効率的な汚染浄化を遂行できる。
【００３８】
この加温条件下の通気によって揮発が促される汚染揮発成分は、具体的には例えば、パラフィン系やオレフィン系の脂肪族炭化水素化合物類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の単環式芳香族炭化水素類の他、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン等のハロゲン置換型炭化水素化合物等の汚染化合物が挙げられる。
【００３９】
これらの汚染揮発成分は、添加微生物により処理が図られる原油、重油、軽油、灯油、ガソリン相当の組成を有した油類、機械加工や装置類等に用いられた廃切削油や廃潤滑油やグリース等による汚染土壌に複合汚染としてしばしば検出される。なお、揮発が促される汚染揮発成分は、前記に記載の汚染化合物に限定されるものではない。
【００４０】
前記化合物の揮発性と同等、あるいはそれ以上の汚染物質であって、原油、重油、軽油、灯油等の油類、機械加工や装置類等に用いられた廃潤滑油等と共に汚染土壌に含まれるものであれば本実施の形態に係る汚染土壌処理方法によって除害を図りつつ、周辺環境の安全性を保ちながらの汚染土壌修復を遂行することができる。
【実施例】
【００４１】
以下に、実施例により本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
本実施例に係る微生物による炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化を図る汚染土壌処理方法の実施においては、先ず微生物資材を準備する。かかる微生物資材は、予め培養しておいた好熱性分解菌培養物に、好ましくはピート等の有機性担持体を浸漬し作成する。担持体を用いて土壌に好熱性分解菌を接種する方法は、好熱性分解菌の中温環境における生残性を高める効果を有するので浄化の効率化に好ましい方法である。
【００４２】
次に、このように準備した微生物資材と堆肥化資材を、原油、重油、軽油、灯油、ガソリン相当の組成を有した油類、機械加工や装置類等に用いられた廃切削油や廃潤滑油やグリース等による汚染土壌に添加混合する。
このようにすると、汚染物質である炭化水素系化合物が高温条件下にて短期間にかつ高い分解率で微生物分解される。
【００４３】
なお、上述した各種資材を添加する際、微生物の増殖や活性向上に必要な培地や水分を必要に応じて適宜添加すると共に、微生物の生息環境に適した環境となるよう、やはり必要に応じて通気を行って好気性環境を維持する。
【００４４】
次に、本実施例に係る微生物による炭化水素系化合物汚染の分解除去方法、およびそれに用いる各種資材の作用効果を実験によって確認したので、その内容を以下に説明する。（実施例１）
本実験には、１．５Ｌ容量の小規模堆肥化培養装置を用いた。この装置は、装置内外に熱伝対を配し、内部の土壌温度変化に装置外表面温度を追随させるための装置外表面用ヒータと温調器を有する。この特殊温度調節機能により、小規模設備で実際の堆肥化加温を忠実に評価することができる。
【００４５】
先ず、JIS規格によるＡ重油とＣ重油を等量混合した混合油を、最終濃度として５ｇ／ｋｇ程度となるように１７００ｇの砂に添加し、模擬汚染土壌を作成した。次に、未粉砕モミガラ１３０ｇ、完熟牛糞堆肥１０ｇを混合した堆肥化資材１５０ｇ、および微生物資材１５０ｇを肥料と共に添加し試験に供した。肥料は、植物用液肥を土壌水分調整用蒸留水と共に添加し、土壌含水量を２０％となる様に調整した。
【００４６】
また、好熱性分解菌として、バチルス・サーモレオボランスＨ４１株（ＦＥＲＭ Ｐ−１７７１５）を用いた。なお、微生物資材の作用効果だけを調べることができるよう、比較対照として、好熱性分解菌を除いたピート資材を添加した対照区を併せて設置し実験に供した。前記２種類の土壌を、小規模堆肥化培養装置内に充填し、空気を単位土壌体積（Ｌ）当たり２０〜１００ｍｌ／分の速度で、装置下部からの通気を実施し、実験を開始した。
【００４７】
表１ａは接種試験区の油分性状・含有量を、表１ｂは対照区の油分性状・含有量をそれぞれ示したものである。また、図１は各実験区の温度変化の結果を示したものである。
【表１ａ】
【表１ｂ】
【００４８】
この結果から、接種試験区は、対照区と比較し良好な油分分解が図られたことが分かった。ただし、加熱が終了し摂氏３５度までに冷却した１０日目の接種試験区では、いまだ油膜と油臭が残存し処理が中途であることが分かった。
【００４９】
（実施例２）
必要な高温処理期間を求めるために、小規模堆肥化培養装置の温度調節設定を内部土壌温度で摂氏６０±５度を保つように変更し、実施例１の１０日目を定温０日として、以後を観察した。この結果を表２に示す。
【００５０】
表２ａは、定温操作後における接種試験区の油分性状・含有量を、表２ｂは定温操作後における対照区の油分性状・含有量をそれぞれ示したものである。
【００５１】
【表２ａ】
【表２ｂ】
【００５２】
この結果から、接種試験区では、温度設定変更後５日目で油膜と油臭が消失し、加温の継続性が必要であることが分かった。一方、対照区では、温度設定変更後２０日を経過した後に油膜・油臭の消失が見られた。
【００５３】
前記実施例１，２を通じて、概して摂氏５５度を越える高温環境とその高温の継続が、炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化に好ましい影響を与え、また、好熱性分解菌の存在により好ましい汚染土壌の浄化を図れることが分かった。
【００５４】
（実施例３）
前記継続した加温を簡易に達成するために、燃焼性ガスの利用を検討した。
前記実施例１で用いた接種試験区で用いた土壌を基本組成とし、完熟堆肥として３２種を用意して、完熟堆肥の由来が異なる３２種の土壌を作成した。この各土壌５ｇを１００ｍｌ用血清バイアルに装填しセプタムで密栓とした後、最終体積濃度としてメタン、プロパン、ブタン、ペンタン、水素が、それぞれ０．１％となるように各燃焼ガスをバイアル中に添加して、各完熟堆肥別に３２バイアルを実験に供した。
これらバイアルを、摂氏５５度の恒温器で好気的微生物分解を促す振とう培養を実施し、１ヶ月後の各ガスの消費をFID／GC等を用いて評価した。この結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
この結果、メタン＞水素＞プロパン＞ブタン＞ペンタンの順で、各ガスが各完熟堆肥に資化された。メタンの資化頻度は３２本中２３本で認められ、供試ガス中で最も高い頻度を示した。一方、ペンタンは３２本中２本で、わずかな減少が見られるに留まった。総じて、完熟堆肥によっては、炭素数４以下のアルカン類あるいは水素に好気的微生物による資化が期待でき、併せて好気的代謝に伴う代謝熱生成を期待できることが示された。
【００５７】
（実施例４）
実施例３で特に有効であったメタンを用いて、加温の継続性について、小規模堆肥化培養装置を用いた評価を行った。また、本実験では、前記実施例３でメタンの消費の見られた完熟堆肥を選択し、予めメタン３％存在下で、２０日間、摂氏５５度で馴養したメタン資化性細菌強化堆肥を実験で使用した。
【００５８】
メタンの供給は、土壌温度が摂氏４０度を超えた４日目から実施した。なお、メタンの供給濃度は開始時には１％、冷却過程に入って以後摂氏６５±５度にて温度維持を図るために、最大３％までの濃度調整を実施した。
【００５９】
この結果を図２に示す。実施例１では開始後７日で最高温度７２度に達し、以後冷却過程に入ったが、本実施例４に係る試験では、試験開始後５日で最高温度摂氏７０度に達した。以後３日を経過し摂氏６４度までに冷却された時点で、適時メタン濃度を増加させ以後摂氏６５±５度の温度範囲での温度制御を達成した。
【００６０】
また、油膜と油臭は、試験開始後８日で消失し良好な浄化処理を達成した。油膜・油臭の消失後も加温に対する継続性を２０日まで検証し、この期間内の一定温度の継続を確認した。
【００６１】
（実施例５）
前記実施例１〜４の模擬試験結果を経て、続いて実汚染土壌と好熱性分解菌の集積培養体を用いた試験を実施した。ここで好熱性分解菌の集積培養体とは、製油所のボイラー温排水が流入する側溝より集積された好熱性炭化水素分解菌を新たに集積した培養物である。
【００６２】
集積培養体の軽油を基質とした場合の温度特性を図３に示す。本集積培養体の増殖至適が摂氏６５度周辺、増殖範囲は摂氏３０度以上９０度以下に存在することが分かった。このように好熱性炭化水素分解には、中温菌と異なる増殖温度帯が存在し、その利用は、摂氏５０度以上９０度以下の範囲が望ましいことが分かった。
【００６３】
特に、概して摂氏５５度を境として、増殖性が格段に高くなることが明らかとなった。従って、土壌中の温度を概して摂氏５５度を超える高温環境に維持することがより望ましい。なお、温度の上限については、好熱性細菌に関する常識の範囲内であるが、図３に示すように、摂氏８０度を越すと著しい増殖性の低下が見られる。以上より高温環境として、より好ましくは、摂氏５５度以上８０度以下の範囲での利用が最も望ましいことが分かった。
【００６４】
この他、前記実施例４の土壌組成を参考に、砂を汚染土壌に変更し試験区を設定した。使用した汚染土壌は、汚染濃度として１２３０ｍｇ／ｋｇの切削油に汚染されたシルト混じり細砂であり、切削油の他にハロゲン化炭化水素化合物として、トリクロロエチレン３ｍｇ／ｋｇ、ジクロロエチレン類０．１５ｍｇ／ｋｇによって汚染されていた。また、この試験区の対照としてメタン通気を実施しない対照区を設け試験を実施した。
【００６５】
この結果を図４に示す。試験区では、試験開始後６日で最高温度摂氏７３度に達した。以後メタン通気による温度制御を実施し、摂氏６５±５度の温度範囲での温度制御を達成した。試験区では、試験開始後１５日を経て油膜・油臭が消失し、併せてハロゲン化炭化水素化合物類の消失が見られた。一方、対照区では、１５日を経過した時点では油膜・油臭とハロゲン化炭化水素化合物類の大部分が消失したが、一部の残存が見られた。
【００６６】
本試験結果で特に興味深かったのは、試験区で見られたハロゲン化炭化水素化合物類の消失である。メタンを通気したことによるメタン資化性菌による分解の可能性も示唆され、この証明に追加の試験を実施した。
【００６７】
（実施例６）
前記実施例５の試験区と同様の設定で、ハロゲン化炭化水素化合物のマスバランス試験を実施した。先ず、小規模堆肥化培養装置の排気部にドレンポットを設置し、その後段に活性炭吸着トラップを接続し、排気中のハロゲン化炭化水素化合物を回収した。この活性炭吸着トラップで回収されたハロゲン化炭化水素化合物量、予め汚染土中に含まれていたハロゲン化炭化水素化合物量、処理後土壌に含まれるハロゲン化炭化水素化合物量からハロゲン化炭化水素化合物の分解量をそれぞれ求め、前記のメタン資化性菌による分解の寄与を推定した。この結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表の値は、予め土壌中の存在していた各ハロゲン化炭化水素化合物量を１００とした場合の各画分における存在割合を示すものである。この結果、汚染土壌に含まれていたトリクロロエチレンの多くは、揮発により土壌からの消失が図られていたことが分かった。また、ジクロロエチレン類の分解割合は、当初の含有量から大きく乖離し、その割合が負の値を示し、その存在量が圧倒的に増加した結果を示した。
【００７０】
この結果は、トリクロロエチレンが、ジクロロエチレン類に変化したことを示すものと推定される。一般に、嫌気微生物の作用で進行する脱塩素化反応として知られる。また、トリクロロエチレンのジクロロエチレン類への変化は、低沸点化化合物への変化でもある。この低沸点化が、ハロゲン化炭化水素化合物の揮発を促進したことは容易に想定でき、本実施例は、浄化処理に好ましい化合物変化を誘導できることが示された。
【００７１】
本発明の高温環境下での炭化水素系化合物汚染の処理は、燃料等の油分を主体とする炭化水素系化合物は好熱性油分分解菌の積極的な分解によってその浄化が図られ、また、ハロゲン化炭化水素化合物等に関しては、嫌気微生物により低分子・低沸点化が図られた揮発化による土壌汚染浄化が図られることが示された。
【００７２】
揮発した汚染成分に関しては、適切な排気の除害が図られることが望ましい。除害設備を備えた総合的汚染処理の概念を図５に示す。本概念では、高温の処理対象土壌１より発生した汚染の揮発成分を含む排ガス５を、ガス除害装置２を経て無害な排気６として大気放散する処理系と、大気放散をせずにガス除害装置２から還流排気ガス７としてガス調整装置３に供給し、ガス調整を経た調整ガス（通気）４として、再度処理対象土壌１に還流する処理系を示している。
【００７３】
通常は、前記実施例６で利用した活性炭トラップのごとく、汚染の揮発成分を吸着除去できるような一方向性の処理を実施する。実施工においては、活性炭処理設備等の除害設備が該当し、これら装置を併用した総合的な汚染除去を実施することが好ましい。
【００７４】
一方、土壌より発生する排ガス中に、加熱目的で添加した低級アルカン成分等が残存する場合には、還流により加熱用ガスの無駄を少なくした効率的な処理が可能となる。また、汚染の揮発成分が土壌中で分解可能な物質である場合は、この還流により再度の分解を図ることが可能となり、除害設備を軽減できる。このような除害設備は、周囲の環境を悪化させることなく、適切かつより効果的な排気処理、および土壌処理に寄与するものである。
【００７５】
以上、本発明の実施例を説明してきたが、具体的な構成は前述した実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、前記除害設備は、図５に示す概念にて包括される総合的な処理系を構築するものであれば、その形状、機種、種類を問うものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例に係る好熱分解微生物の接種試験区と対照区の土壌温度変化を示したグラフである。
【図２】本発明の実施例に係る燃焼性ガス通気による土壌温度への作用効果を示したグラフである。
【図３】本発明の実施例に係る好熱炭化水素分解菌の集積培養体における各温度で増殖性を示したグラフである。
【図４】本発明の実施例に係る実汚染土壌を用いた土壌温度への作用効果を示したグラフである。
【図５】本発明の実施例に係る除害設備を備えた総合的汚染処理の概念を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…処理対象土壌
２…ガス除害装置
３…ガス調整装置
４…調整ガス（通気）
５…汚染の揮発成分を含む排ガス
６…無害な排気
７…還流排気ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系化合物に代表される汚染物質で汚染された土壌の浄化を図る汚染土壌処理方法に関する。特に、生物的処理法を用いて、土壌を高温環境下とすることにより、安定的かつ速やかに浄化する汚染土壌処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化水素系化合物で汚染された土壌から有機汚染物質を除去する方法として、これまでに物理的処理法、化学的処理法、生物学的処理法が検討されてきた。特に物理的処理法や化学的処理法は、浄化費用が高い半面、浄化の確実性や迅速性に優れており、工期と効果が明確な方法としてこれまでの修復工の主たる浄化手法として採用されてきた。ただし、物理的処理法や化学的処理法の修復費用では対応不可能なケースの蓄積や潜在性が社会問題化してきている。いわゆる“ブラウンフィールド”と呼ばれる未解決の汚染土地資産は、日本国内だけでも約１１兆円と推定されており不良債権化が進行している。
【０００３】
最近は、前述した従来の物理的処理法や化学的処理法に代わる廉価な処理法が求められる状況にあり、この観点から生物学的処理法が見直され始めている。ただし、従来の生物学的処理法は、一般に処理費用が廉価であるが、確実性や迅速性に欠ける方法であった。特に環境温度に対する安定性に欠き、冬季や寒冷気候条件下における分解活性の低下等は本技術における課題の一つであった。
【０００４】
この課題解決において、スチーム熱、キルン廃熱、太陽熱、化学反応熱、ヒータ熱等の各種物理化学的熱源等を用いた加熱型生物学的処理法による温度安定化への解決策が提案されている（例えば、特許文献１〜７参照。）。また、廉価な堆肥化熱源と添加資材を工夫した生物学的熱源の開発も進められた（例えば、特許文献８参照。）。
【０００５】
これらの技術開発により、土壌環境温度の改善が図られ、その結果、汚染分解の安定化が図られたが、その効果は浄化品質を満たす程度に留まっている。すなわち、これらの工法では、工期短縮に対する寄与は些少であり、市場ニーズを満足させるに至っていない。さらに、各種物理化学的熱源の設置が容認しがたいコストアップを招く要因となっていた。
【０００６】
また、生物学的処理分野の従来技術は、一部の例外（例えば、特許文献９、１０参照。）を除き、そのほとんどが中温域を増殖範囲とする微生物を用いたものである。この背景には、土着菌を利用したバイオスティミュレーションの実施が生物学的処理法の主流であり、自然環境がほとんど中温域で占められる状況では、おのずと中温菌の利用が前提となるという考えがある。
【０００７】
前述した加温型の生物学的処理法分野の従来技術（例えば、特許文献１〜８参照。）においても、バイオスティミュレーションの実施を基本としており、結果として中温程度までの加温に留まっている。仮に、高温までの加温を行ったとしても、自然環境にて中温域で馴養されてきた土着菌では、高温環境での汚染分解は困難な場合も多く、高温環境を設定する理由を失していた経緯がある。
【０００８】
また、従来技術のうち特許文献９では、好熱性のメタン酸化細菌群やそれらが産生するメタンモノオキシゲナーゼによる高温環境下における汚染物質の浄化が提案されているが、このメタンモノオキシゲナーゼによる代謝分解は共代謝反応と呼ばれ、本来であればメタンをメタノールに変換する役割を有しており、被分解物質である汚染物質は、増殖・エネルギー源として必須なメタンと酵素動力学上の競争阻害の関係にある。
【０００９】
さらに、本酵素のメタンに対する親和性は、汚染物質に比較し圧倒的に高く、メタン等による酵素活性化ステージと、メタンの存在を厳密に許さない分解ステージを区別したバッチ処理を行わなければならず、その反応制御は複雑である。また、増殖ステージによりメタンモノオキシゲナーゼの細胞内含有量は変化し安定的な酵素発現は、現時点で特殊活性化条件を厳密に制御した水処理バイオリアクタ系のみで達成されているに過ぎない（例えば、特許文献１１参照。）。すなわち、この共代謝系の浄化を制御が困難な固体である土壌系の汚染へ応用する方法論は現実的でないと判断できる。
【００１０】
一方、特許文献１０に見られるように、対象となる汚染物質が好熱性細菌の増殖とリンクして代謝されることは技術的に好ましい。対象の汚染物質が電子受容体や水素供与体として積極的に代謝利用されることがより効率の良い浄化を達成する微生物の選択条件として好ましいものと判断できる。ただし、特許文献１０では、２菌株の生理学的特性が詳細に示されているが、これら菌株の土壌への接種方法や効果、土壌の加温方法に関する周辺技術等の検討を欠いており、市場ニーズを満たすための新たな周辺技術開発の必要性を有していた。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２６０６１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２６０５０５号公報
【特許文献３】特開２００６−２５５６３３号公報
【特許文献４】特開２００６−７１８１号公報
【特許文献５】特開２００３−１８１４４１号公報
【特許文献６】特開２００３−１７０１５４号公報
【特許文献７】特開２００１−３２７９５４号公報
【特許文献８】特開２００４−２５１７２号公報
【特許文献９】特表２０００−５０９９８３号公報
【特許文献１０】特許第３１２０１１４号公報
【特許文献１１】再表９７／０３３８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したこれまでの従来技術は、分解の安定化を目的として、初期コストを最少とする中温域での保温手段の検討が実施されてきたが、工期短縮に対する寄与は些少であり市場の満足を得られていない。かかる工期短縮、すなわち汚染分解速度の飛躍的増加を意図した高温環境下での汚染土壌処理をベースとした新規技術の開発が必要であった。
【００１３】
そこで、発明者らは、これまで当該分野で主流であった中温菌の利用ではなく、さらなる高代謝が期待される高温菌（好熱性細菌）の利用に関する検討を進めた。ここで対象となる汚染物質を増殖とリンクして代謝することが可能な好熱性細菌を選択することはいうまでもない。この方法論の最適化により工期短縮とその結果として、修復ランニングコスト低減を実現する新たな土壌修復法を検討した。
【００１４】
本発明は、以上のような検討の結果としてなされたものであり、概して摂氏５５度を越える高温環境とその高温の継続が各種炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化に好ましい影響を与え、また各種好熱性微生物の存在によって、さらに好ましい汚染土壌の浄化が可能となる汚染土壌処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。
先ず、請求項１に記載の本発明は、
汚染物質で汚染された土壌の浄化を図る汚染土壌処理方法において、
前記土壌中の温度を概して摂氏５５度を超える高温環境とし、
炭素数４以下のアルカン類あるいは水素を含有する気体を前記土壌中に通気して、該土壌中の温度制御を実行し、
前記高温環境下にて土壌中の汚染物質である炭化水素系化合物を資化する好熱性微生物の代謝により、前記炭化水素系化合物の分解を促すことを特徴とする汚染土壌処理方法である。
【００１６】
また、請求項２に記載の本発明は、
予め好熱性微生物を必要量培養し、該好熱性微生物を微生物資材に担持させて土壌に接種することを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌処理方法である。
【００１７】
また、請求項３に記載の本発明は、
前記微生物資材は、主として有機質で構成され生分解性を有する資材であることを特徴とする請求項２に記載の汚染土壌処理方法である。
【００１８】
さらに、請求項４に記載の本発明は、
前記高温環境下での通気によって生じる汚染揮発成分に対し、その除害処理を併せて実施することを特徴とする請求項１，２または３に記載の汚染土壌処理方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のうち請求項１に係る汚染土壌処理方法によれば、概して摂氏５５度を越える高温環境とその高温の継続が、各種炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化に好ましい影響を与え、高温環境下での好熱性微生物の存在により、確実かつ迅速しかも安価に汚染土壌を浄化することができる。
【００２０】
また、請求項２に係る汚染土壌処理方法によれば、外来の好熱性微生物を微生物資材に担持させて土壌に接種することにより、浄化対象の土壌に含まれる好熱性微生物が元々乏しい環境下でも、好熱性微生物の代謝による汚染土壌の浄化を確実に実施することが可能となる。
【００２１】
また、請求項３に係る汚染土壌処理方法によれば、前記微生物資材は、主として有機質で構成され生分解性を有する資材であるから、浄化完了後の土壌中に微生物資材として明瞭に認識できるような残存性がなく、浄化過程で自己分解や微生物による分解を図ることができる。
【００２２】
さらに、請求項４に係る汚染土壌処理方法によれば、高温環境下での通気によって生じる汚染揮発成分に対し、その除害処理を併せて実施することにより、総合的な汚染除去が可能となり、安全かつ効率的な汚染土壌浄化を遂行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を代表する実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る汚染土壌処理方法は、炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化に適している。ここで浄化対象となる汚染土壌としては、例えば、原油、重油、軽油、灯油、ガソリン相当の組成を有した油類、機械加工や装置類等に用いられた廃切削油や廃潤滑油やグリース等で汚染された土壌を挙げることができる。本発明の汚染土壌処理方法は、これらの各種汚染物質に起因する油膜や油臭はもとより、油分含有量を低減する効果を有する。
【００２４】
本実施の形態において、土壌を概して摂氏５５度を超える高温環境までに昇温する方法は多様であり、基本的にその加温方法は問わない。事業所における汚染浄化であれば、既存のボイラー設備や温排水等からの熱交換等でその加温源を得ることもできる。ただし、実際の汚染現場は、概して既存の熱源が存在しない場合が圧倒的である。この場合は、堆肥化熱等を利用した加熱がコスト的に有利な方法であり汎用性を有する。
【００２５】
ここで堆肥化資材としては、具体的には例えば、食品製造由来の植物性油粕（油粕、米糠、ふすまおよびコーンスティープリカー、大豆油粕、コーン油粕、ごま油粕、豆類油粕、米糠油粕等）、発酵残渣（醤油粕、酒粕、ビール粕、焼酎粕、黒砂糖等）、植物発生材（雑草、作物草本、バーク、間伐チップ、籾殻、オガクズ等）、有機地質（泥炭、亜炭、褐炭、ピート等）等を挙げることができる。
【００２６】
なお、この堆肥化資材は、微生物の代謝により発熱反応を呈する資材であれば、その形状や種類を問うものではない。また、高温発酵を経た完熟堆肥等を堆肥化資材に混合し、この堆肥化資材の発酵を促す微生物群の接種を予め実施していく方法は、堆肥化加温をさらに確実なものとするので好ましい。
【００２７】
また、堆肥化熱を利用した高温環境の設定で留意しなければならないのは、その高温条件における温度制御である。堆肥化における温度変化は、一般に一定温度までの上昇の後、下降に転じる単純な上昇下降の変化であり、高温にて一定温度を保つといった温度制御が難しい。通気量を変化させる程度の操作は可能であるが、この操作は冷却操作に他ならず、別途に加温操作を加味した精密な制御法を必要とする。
【００２８】
本実施の形態では、加温あるいは保温を目的として、炭素数４以下のアルカン類あるいは水素を含有する気体を土壌に通気せしめる加温操作を加味した温度制御法を併せて提案するものである。これら燃料系ガスと酸素を含む混合ガスを土壌に通気することで、土壌中に存在する燃料系ガスを資化する好気性微生物による代謝熱の発生により土壌の加熱が図られる。
【００２９】
ここで燃料系ガスとしては、炭素数４以下のアルカン類あるいは水素の単体ガスの他、これらを含む混合ガスを利用できる。中でもメタンを資化可能な微生物は、土壌や堆肥に一般的に存在し、メタンを用いた加熱は汎用性を有する。この燃料系ガスを資化する好気性微生物の代謝熱の発生を加温操作として、また、通気量操作を冷却操作として実施し、必要な温度条件を必要期間に渡って維持することにより効果的な浄化を図る。
【００３０】
なお、燃料系ガスを資化する好気性微生物が、浄化対象土壌や添加堆肥化資材中に存在しない場合には、その製造過程でメタン等の生成が見られ、かつ高温までの馴養が図られた完熟堆肥等を選定して、この完熟堆肥等を予め対象土壌に一定量を加えることにより、前記効果を補完することができる。
【００３１】
本実施の形態では、摂氏５５度以上の環境下において、炭化水素系化合物で汚染された土壌を好熱性微生物の代表例である好熱性細菌による浄化を期待するものであり、本実施の形態で利用する好熱性細菌の由来を特に問うものではない。外来の添加した好熱性細菌はもとより、堆肥化資材や完熟堆肥等に含まれる外来の好熱性細菌、浄化対象土壌に含まれる土着菌の好熱性細菌であっても良い。ただし、より効率的な修復を求めるのであれば、外来の好熱性細菌を事前に必要量培養し、土壌中に適切な濃度で存在する様に接種することが好ましく、好熱性微生物を担持可能な微生物資材を用いて確実な土壌への接種を実施することが最も好ましい。
【００３２】
高温維持の加温に寄与するガス状の低級アルカン類を資化可能な好熱性微生物の例としては、メチロコッカス・カプスラータス、メチロサーマス・サーマリス、メチロカルダム・ゼゲディエンシスなどの微生物が、また、水素を好気的に資化可能な好熱性微生物の例としては、スルフリハイドロジェニバクター・アゾレンセ、ベネニビブリオ・スタグニスプマンティスなどの微生物を挙げることができる。
【００３３】
一方、炭化水素系化合物に対し代謝能を有する汚染処理に直接的に寄与する好熱性微生物の例としては、バチルス・サーモレオボランス等のバチルス属微生物、ジオバチルス・ステアロサーモフィラス、ジオバチルス・サーモレオボランス、ジオバチルス・カウストフィラス、ジオバチルス・サーモグルコシダシウス、ジオバチルス・サーモデナイトリフィカンス等のジオバチルス属の他、サーマス属の微生物を挙げることができる。
【００３４】
本実施の形態で用いる微生物資材は、主として有機質で構成され生分解性を有する資材であることが好ましい。浄化完了後の土壌中に微生物資材として明瞭に認識できるような残存性がなく、浄化過程に自己分解や微生物による分解が図られる特徴を有することが好ましい。加えて色調は、浄化対象土壌と同系色のものを用いることがより好ましい。
【００３５】
さらにまた、本実施の形態で用いる微生物資材には、必要に応じて他の成分を含有させることができる。微生物資材中に含有させる他の成分としては、具体的には例えば、好熱性細菌の増殖を促す培地成分等が挙げられ、かかる含有により、好熱性細菌の増殖がいっそう促進され、汚染土壌の浄化がより促進される。
【００３６】
本実施の形態の実施方法は、通気管を内在する畝を形成する地上型を基本とするが、地中壕に汚染土壌と通気管を埋設する地下型等への応用も図ることができる。また、通気管と対になるような排気管を設置し、一定量の土壌に対して、所定の給排気を達成できるような構造でも良い。いずれも一定量の土壌に対し、概一様の給気が図れるような通気管が少なくとも設置されていれば、その具体的な実施の構造を問うものではない。
【００３７】
前記実施方法により、土壌汚染物質の速やかなる浄化が図られるが、汚染物質の種類によっては、加温条件下の通気によって揮発が促され、土壌中で一定の代謝を受けつつも、その一部が排気中に漏洩してくる場合もある。その際は、活性炭吸着等の適切な除害設備を併用し、周囲への汚染拡散がないように努める必要がある。加温環境下で実施する当該土壌浄化はこの排気の除害設備の併用により、安全かつ効率的な汚染浄化を遂行できる。
【００３８】
この加温条件下の通気によって揮発が促される汚染揮発成分は、具体的には例えば、パラフィン系やオレフィン系の脂肪族炭化水素化合物類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の単環式芳香族炭化水素類の他、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン等のハロゲン置換型炭化水素化合物等の汚染化合物が挙げられる。
【００３９】
これらの汚染揮発成分は、添加微生物により処理が図られる原油、重油、軽油、灯油、ガソリン相当の組成を有した油類、機械加工や装置類等に用いられた廃切削油や廃潤滑油やグリース等による汚染土壌に複合汚染としてしばしば検出される。なお、揮発が促される汚染揮発成分は、前記に記載の汚染化合物に限定されるものではない。
【００４０】
前記化合物の揮発性と同等、あるいはそれ以上の汚染物質であって、原油、重油、軽油、灯油等の油類、機械加工や装置類等に用いられた廃潤滑油等と共に汚染土壌に含まれるものであれば本実施の形態に係る汚染土壌処理方法によって除害を図りつつ、周辺環境の安全性を保ちながらの汚染土壌修復を遂行することができる。
【実施例】
【００４１】
以下に、実施例により本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
本実施例に係る微生物による炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化を図る汚染土壌処理方法の実施においては、先ず微生物資材を準備する。かかる微生物資材は、予め培養しておいた好熱性分解菌培養物に、好ましくはピート等の有機性担持体を浸漬し作成する。担持体を用いて土壌に好熱性分解菌を接種する方法は、好熱性分解菌の中温環境における生残性を高める効果を有するので浄化の効率化に好ましい方法である。
【００４２】
次に、このように準備した微生物資材と堆肥化資材を、原油、重油、軽油、灯油、ガソリン相当の組成を有した油類、機械加工や装置類等に用いられた廃切削油や廃潤滑油やグリース等による汚染土壌に添加混合する。
このようにすると、汚染物質である炭化水素系化合物が高温条件下にて短期間にかつ高い分解率で微生物分解される。
【００４３】
なお、上述した各種資材を添加する際、微生物の増殖や活性向上に必要な培地や水分を必要に応じて適宜添加すると共に、微生物の生息環境に適した環境となるよう、やはり必要に応じて通気を行って好気性環境を維持する。
【００４４】
次に、本実施例に係る微生物による炭化水素系化合物汚染の分解除去方法、およびそれに用いる各種資材の作用効果を実験によって確認したので、その内容を以下に説明する。（実施例１）
本実験には、１．５Ｌ容量の小規模堆肥化培養装置を用いた。この装置は、装置内外に熱伝対を配し、内部の土壌温度変化に装置外表面温度を追随させるための装置外表面用ヒータと温調器を有する。この特殊温度調節機能により、小規模設備で実際の堆肥化加温を忠実に評価することができる。
【００４５】
先ず、JIS規格によるＡ重油とＣ重油を等量混合した混合油を、最終濃度として５ｇ／ｋｇ程度となるように１７００ｇの砂に添加し、模擬汚染土壌を作成した。次に、未粉砕モミガラ１３０ｇ、完熟牛糞堆肥１０ｇを混合した堆肥化資材１５０ｇ、および微生物資材１５０ｇを肥料と共に添加し試験に供した。肥料は、植物用液肥を土壌水分調整用蒸留水と共に添加し、土壌含水量を２０％となる様に調整した。
【００４６】
また、好熱性分解菌として、バチルス・サーモレオボランスＨ４１株（ＦＥＲＭ Ｐ−１７７１５）を用いた。なお、微生物資材の作用効果だけを調べることができるよう、比較対照として、好熱性分解菌を除いたピート資材を添加した対照区を併せて設置し実験に供した。前記２種類の土壌を、小規模堆肥化培養装置内に充填し、空気を単位土壌体積（Ｌ）当たり２０〜１００ｍｌ／分の速度で、装置下部からの通気を実施し、実験を開始した。
【００４７】
表１ａは接種試験区の油分性状・含有量を、表１ｂは対照区の油分性状・含有量をそれぞれ示したものである。また、図１は各実験区の温度変化の結果を示したものである。
【表１ａ】
【表１ｂ】
【００４８】
この結果から、接種試験区は、対照区と比較し良好な油分分解が図られたことが分かった。ただし、加熱が終了し摂氏３５度までに冷却した１０日目の接種試験区では、いまだ油膜と油臭が残存し処理が中途であることが分かった。
【００４９】
（実施例２）
必要な高温処理期間を求めるために、小規模堆肥化培養装置の温度調節設定を内部土壌温度で摂氏６０±５度を保つように変更し、実施例１の１０日目を定温０日として、以後を観察した。この結果を表２に示す。
【００５０】
表２ａは、定温操作後における接種試験区の油分性状・含有量を、表２ｂは定温操作後における対照区の油分性状・含有量をそれぞれ示したものである。
【００５１】
【表２ａ】
【表２ｂ】
【００５２】
この結果から、接種試験区では、温度設定変更後５日目で油膜と油臭が消失し、加温の継続性が必要であることが分かった。一方、対照区では、温度設定変更後２０日を経過した後に油膜・油臭の消失が見られた。
【００５３】
前記実施例１，２を通じて、概して摂氏５５度を越える高温環境とその高温の継続が、炭化水素系化合物で汚染された土壌の浄化に好ましい影響を与え、また、好熱性分解菌の存在により好ましい汚染土壌の浄化を図れることが分かった。
【００５４】
（実施例３）
前記継続した加温を簡易に達成するために、燃焼性ガスの利用を検討した。
前記実施例１で用いた接種試験区で用いた土壌を基本組成とし、完熟堆肥として３２種を用意して、完熟堆肥の由来が異なる３２種の土壌を作成した。この各土壌５ｇを１００ｍｌ用血清バイアルに装填しセプタムで密栓とした後、最終体積濃度としてメタン、プロパン、ブタン、ペンタン、水素が、それぞれ０．１％となるように各燃焼ガスをバイアル中に添加して、各完熟堆肥別に３２バイアルを実験に供した。
これらバイアルを、摂氏５５度の恒温器で好気的微生物分解を促す振とう培養を実施し、１ヶ月後の各ガスの消費をFID／GC等を用いて評価した。この結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
この結果、メタン＞水素＞プロパン＞ブタン＞ペンタンの順で、各ガスが各完熟堆肥に資化された。メタンの資化頻度は３２本中２３本で認められ、供試ガス中で最も高い頻度を示した。一方、ペンタンは３２本中２本で、わずかな減少が見られるに留まった。総じて、完熟堆肥によっては、炭素数４以下のアルカン類あるいは水素に好気的微生物による資化が期待でき、併せて好気的代謝に伴う代謝熱生成を期待できることが示された。
【００５７】
（実施例４）
実施例３で特に有効であったメタンを用いて、加温の継続性について、小規模堆肥化培養装置を用いた評価を行った。また、本実験では、前記実施例３でメタンの消費の見られた完熟堆肥を選択し、予めメタン３％存在下で、２０日間、摂氏５５度で馴養したメタン資化性細菌強化堆肥を実験で使用した。
【００５８】
メタンの供給は、土壌温度が摂氏４０度を超えた４日目から実施した。なお、メタンの供給濃度は開始時には１％、冷却過程に入って以後摂氏６５±５度にて温度維持を図るために、最大３％までの濃度調整を実施した。
【００５９】
この結果を図２に示す。実施例１では開始後７日で最高温度７２度に達し、以後冷却過程に入ったが、本実施例４に係る試験では、試験開始後５日で最高温度摂氏７０度に達した。以後３日を経過し摂氏６４度までに冷却された時点で、適時メタン濃度を増加させ以後摂氏６５±５度の温度範囲での温度制御を達成した。
【００６０】
また、油膜と油臭は、試験開始後８日で消失し良好な浄化処理を達成した。油膜・油臭の消失後も加温に対する継続性を２０日まで検証し、この期間内の一定温度の継続を確認した。
【００６１】
（実施例５）
前記実施例１〜４の模擬試験結果を経て、続いて実汚染土壌と好熱性分解菌の集積培養体を用いた試験を実施した。ここで好熱性分解菌の集積培養体とは、製油所のボイラー温排水が流入する側溝より集積された好熱性炭化水素分解菌を新たに集積した培養物である。
【００６２】
集積培養体の軽油を基質とした場合の温度特性を図３に示す。本集積培養体の増殖至適が摂氏６５度周辺、増殖範囲は摂氏３０度以上９０度以下に存在することが分かった。このように好熱性炭化水素分解には、中温菌と異なる増殖温度帯が存在し、その利用は、摂氏５０度以上９０度以下の範囲が望ましいことが分かった。
【００６３】
特に、概して摂氏５５度を境として、増殖性が格段に高くなることが明らかとなった。従って、土壌中の温度を概して摂氏５５度を超える高温環境に維持することがより望ましい。なお、温度の上限については、好熱性細菌に関する常識の範囲内であるが、図３に示すように、摂氏８０度を越すと著しい増殖性の低下が見られる。以上より高温環境として、より好ましくは、摂氏５５度以上８０度以下の範囲での利用が最も望ましいことが分かった。
【００６４】
この他、前記実施例４の土壌組成を参考に、砂を汚染土壌に変更し試験区を設定した。使用した汚染土壌は、汚染濃度として１２３０ｍｇ／ｋｇの切削油に汚染されたシルト混じり細砂であり、切削油の他にハロゲン化炭化水素化合物として、トリクロロエチレン３ｍｇ／ｋｇ、ジクロロエチレン類０．１５ｍｇ／ｋｇによって汚染されていた。また、この試験区の対照としてメタン通気を実施しない対照区を設け試験を実施した。
【００６５】
この結果を図４に示す。試験区では、試験開始後６日で最高温度摂氏７３度に達した。以後メタン通気による温度制御を実施し、摂氏６５±５度の温度範囲での温度制御を達成した。試験区では、試験開始後１５日を経て油膜・油臭が消失し、併せてハロゲン化炭化水素化合物類の消失が見られた。一方、対照区では、１５日を経過した時点では油膜・油臭とハロゲン化炭化水素化合物類の大部分が消失したが、一部の残存が見られた。
【００６６】
本試験結果で特に興味深かったのは、試験区で見られたハロゲン化炭化水素化合物類の消失である。メタンを通気したことによるメタン資化性菌による分解の可能性も示唆され、この証明に追加の試験を実施した。
【００６７】
（実施例６）
前記実施例５の試験区と同様の設定で、ハロゲン化炭化水素化合物のマスバランス試験を実施した。先ず、小規模堆肥化培養装置の排気部にドレンポットを設置し、その後段に活性炭吸着トラップを接続し、排気中のハロゲン化炭化水素化合物を回収した。この活性炭吸着トラップで回収されたハロゲン化炭化水素化合物量、予め汚染土中に含まれていたハロゲン化炭化水素化合物量、処理後土壌に含まれるハロゲン化炭化水素化合物量からハロゲン化炭化水素化合物の分解量をそれぞれ求め、前記のメタン資化性菌による分解の寄与を推定した。この結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表の値は、予め土壌中の存在していた各ハロゲン化炭化水素化合物量を１００とした場合の各画分における存在割合を示すものである。この結果、汚染土壌に含まれていたトリクロロエチレンの多くは、揮発により土壌からの消失が図られていたことが分かった。また、ジクロロエチレン類の分解割合は、当初の含有量から大きく乖離し、その割合が負の値を示し、その存在量が圧倒的に増加した結果を示した。
【００７０】
この結果は、トリクロロエチレンが、ジクロロエチレン類に変化したことを示すものと推定される。一般に、嫌気微生物の作用で進行する脱塩素化反応として知られる。また、トリクロロエチレンのジクロロエチレン類への変化は、低沸点化化合物への変化でもある。この低沸点化が、ハロゲン化炭化水素化合物の揮発を促進したことは容易に想定でき、本実施例は、浄化処理に好ましい化合物変化を誘導できることが示された。
【００７１】
本発明の高温環境下での炭化水素系化合物汚染の処理は、燃料等の油分を主体とする炭化水素系化合物は好熱性油分分解菌の積極的な分解によってその浄化が図られ、また、ハロゲン化炭化水素化合物等に関しては、嫌気微生物により低分子・低沸点化が図られた揮発化による土壌汚染浄化が図られることが示された。
【００７２】
揮発した汚染成分に関しては、適切な排気の除害が図られることが望ましい。除害設備を備えた総合的汚染処理の概念を図５に示す。本概念では、高温の処理対象土壌１より発生した汚染の揮発成分を含む排ガス５を、ガス除害装置２を経て無害な排気６として大気放散する処理系と、大気放散をせずにガス除害装置２から還流排気ガス７としてガス調整装置３に供給し、ガス調整を経た調整ガス（通気）４として、再度処理対象土壌１に還流する処理系を示している。
【００７３】
通常は、前記実施例６で利用した活性炭トラップのごとく、汚染の揮発成分を吸着除去できるような一方向性の処理を実施する。実施工においては、活性炭処理設備等の除害設備が該当し、これら装置を併用した総合的な汚染除去を実施することが好ましい。
【００７４】
一方、土壌より発生する排ガス中に、加熱目的で添加した低級アルカン成分等が残存する場合には、還流により加熱用ガスの無駄を少なくした効率的な処理が可能となる。また、汚染の揮発成分が土壌中で分解可能な物質である場合は、この還流により再度の分解を図ることが可能となり、除害設備を軽減できる。このような除害設備は、周囲の環境を悪化させることなく、適切かつより効果的な排気処理、および土壌処理に寄与するものである。
【００７５】
以上、本発明の実施例を説明してきたが、具体的な構成は前述した実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、前記除害設備は、図５に示す概念にて包括される総合的な処理系を構築するものであれば、その形状、機種、種類を問うものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例に係る好熱分解微生物の接種試験区と対照区の土壌温度変化を示したグラフである。
【図２】本発明の実施例に係る燃焼性ガス通気による土壌温度への作用効果を示したグラフである。
【図３】本発明の実施例に係る好熱炭化水素分解菌の集積培養体における各温度で増殖性を示したグラフである。
【図４】本発明の実施例に係る実汚染土壌を用いた土壌温度への作用効果を示したグラフである。
【図５】本発明の実施例に係る除害設備を備えた総合的汚染処理の概念を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…処理対象土壌
２…ガス除害装置
３…ガス調整装置
４…調整ガス（通気）
５…汚染の揮発成分を含む排ガス
６…無害な排気
７…還流排気ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質で汚染された土壌の浄化を図る汚染土壌処理方法において、
前記土壌中の温度を概して摂氏５５度を超える高温環境とし、
炭素数４以下のアルカン類あるいは水素を含有する気体を前記土壌中に通気して、該土壌中の温度制御を実行し、
前記高温環境下にて土壌中の汚染物質である炭化水素系化合物を資化する好熱性微生物の代謝により、前記炭化水素系化合物の分解を促すことを特徴とする汚染土壌処理方法。
【請求項２】
予め好熱性微生物を必要量培養し、該好熱性微生物を微生物資材に担持させて土壌に接種することを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌処理方法。
【請求項３】
前記微生物資材は、主として有機質で構成され生分解性を有する資材であることを特徴とする請求項２に記載の汚染土壌処理方法。
【請求項４】
前記高温環境下での通気によって生じる汚染揮発成分に対し、その除害処理を併せて実施することを特徴とする請求項１，２または３に記載の汚染土壌処理方法。
【請求項１】
汚染物質で汚染された土壌の浄化を図る汚染土壌処理方法において、
前記土壌中の温度を概して摂氏５５度を超える高温環境とし、
炭素数４以下のアルカン類あるいは水素を含有する気体を前記土壌中に通気して、該土壌中の温度制御を実行し、
前記高温環境下にて土壌中の汚染物質である炭化水素系化合物を資化する好熱性微生物の代謝により、前記炭化水素系化合物の分解を促すことを特徴とする汚染土壌処理方法。
【請求項２】
予め好熱性微生物を必要量培養し、該好熱性微生物を微生物資材に担持させて土壌に接種することを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌処理方法。
【請求項３】
前記微生物資材は、主として有機質で構成され生分解性を有する資材であることを特徴とする請求項２に記載の汚染土壌処理方法。
【請求項４】
前記高温環境下での通気によって生じる汚染揮発成分に対し、その除害処理を併せて実施することを特徴とする請求項１，２または３に記載の汚染土壌処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２５４９９２（Ｐ２００９−２５４９９２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０８５５３（Ｐ２００８−１０８５５３）
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（５０８１２０４００）有限会社エコルネサンス・エンテック (4)
【出願人】（３９６００９１７１）明治コンサルタント株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（５０８１２０４００）有限会社エコルネサンス・エンテック (4)
【出願人】（３９６００９１７１）明治コンサルタント株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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