汚染土壌浄化装置及び汚染土壌浄化方法
【課題】オンサイトで浄化を行うことができ、なおかつ低コストで効率よく土壌汚染の浄化を行うことが可能な汚染土壌浄化装置を提供する。
【解決手段】汚染土壌Ｐを包囲して、土中に止水層２を埋置し、止水層２で包囲される汚染土壌Ｐの全体に洗浄水を分散注入する表面透水層３ａを設ける。止水層２で包囲される汚染土壌Ｐには、止水層２のある底部又はその近傍まで掘削された集水井戸５を設け、集水井戸５の底部には、毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体から成る吸上蒸散体７を立設し、集水井戸５が外気と換気可能とする。汚染土壌Ｐに分散注水された洗浄水は、汚染物質を溶出して集水井戸５に集水され、吸上蒸散体７に吸収される。ここで水分が蒸散し、汚染物質は吸上蒸散体７に凝縮される。従って、水処理を必要とすることなく効率的に汚染物質浄化が可能となる。
【解決手段】汚染土壌Ｐを包囲して、土中に止水層２を埋置し、止水層２で包囲される汚染土壌Ｐの全体に洗浄水を分散注入する表面透水層３ａを設ける。止水層２で包囲される汚染土壌Ｐには、止水層２のある底部又はその近傍まで掘削された集水井戸５を設け、集水井戸５の底部には、毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体から成る吸上蒸散体７を立設し、集水井戸５が外気と換気可能とする。汚染土壌Ｐに分散注水された洗浄水は、汚染物質を溶出して集水井戸５に集水され、吸上蒸散体７に吸収される。ここで水分が蒸散し、汚染物質は吸上蒸散体７に凝縮される。従って、水処理を必要とすることなく効率的に汚染物質浄化が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属等によって汚染された汚染土壌を洗浄し浄化する汚染土壌浄化技術に関し、特に、汚染土壌を他所に搬出する事なく現位置（オンサイト）で且つ省エネルギーで効率的に浄化することが可能な汚染土壌浄化技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場跡地等において、土壌が重金属などによって汚染されることにより、跡地の再利用が困難となることが問題となっている。なかでも日本における汚染土壌は、カドミウム、セレン、鉛、ヒ素等の重金属による汚染が多い。そこで、現在、土壌汚染の対策として、汚染土壌の掘削除去や搬出処理が広く行われている。これは、重金属汚染土壌は常温では分解による浄化が行われないことや、重金属類は土壌への吸着性が大きく土壌との分離が容易ではない事による。また、将来の健康被害の発生等のリスクを回避するために、完全浄化を前提としていることも大きな要因である。
【０００３】
しかしながら、汚染土壌の掘削除去処理や搬出処理は処理コストが高く、特に土地価格の低い地方などでは土壌汚染処理対策が進まず、ブラウンフィールド化する懸念がある。また、汚染土壌を汚染場所から搬出する場合、汚染が分散拡大するおそれがあるため、搬出先の選定が困難であるという問題もある。
【０００４】
そこで、できるだけ低コストで汚染された土壌を浄化する汚染土壌浄化方法が求められている。従来の土壌汚染浄化方法としては、特許文献１，２に記載のものが公知である。
【０００５】
特許文献１に記載の土壌汚染浄化方法は、汚染土壌１０１を包囲するように止水壁１０２を土中に埋置し、止水壁１０２で包囲された汚染土壌１０１に洗浄剤水溶液供給用井戸１０３と揚水用井戸１０４を設置し、洗浄剤水溶液供給用井戸１０３から汚染土壌１０１内に洗浄用溶液を注水し、汚染土壌１０１を洗浄剤水溶液で浸漬させて汚染物質を洗浄用溶液に溶出させ、汚染土壌１０１を通過した洗浄用溶液を揚水用井戸１０４から揚水し、揚水した洗浄用溶液から水処理によって汚染物質を除去するものである。図３１にその概略図を示す。
【０００６】
この方法は、広く一般に用いられている方法である。この場合、洗浄用溶液には酸性又はアルカリ性の溶液が用いられ、重金属汚染物質が洗浄溶液中に溶出しやすくするのが一般的である。
【０００７】
一方、特許文献２には、平均繊維径２μｍ以下の無機繊維を主体とした繊維質層に希土類化合物を含有する重金属吸着剤を分散保持させて柱状体に形成した土壌改良資材１１０が記載されている。また、土壌改良資材１１０を、上端部を地表に露出させて汚染土壌１０１内に埋め込むことにより、土壌中の重金属汚染物質を繊維質層に吸着させて土壌中の汚染物質を除去する土壌改良方法が記載されている。図３２にその概略図を示す。
【０００８】
この場合、汚染土壌中の汚染物質は、地下水に溶出し、土壌改良資材１１０によって捕捉される。土壌改良資材１１０の上端部は地表に露出しているため、この上端部から水分が蒸発する。その結果、汚染物質は土壌改良資材１１０内に濃縮・保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−９０３０１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０３２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の土壌汚染浄化方法は、揚水用井戸１０４から汲み上げた洗浄用溶液を水処理して溶出した汚染物質を回収する必要がある。重金属汚染の場合、汚染物質の濃度は極めて低いのが一般的である。このように極めて低濃度の汚染物質を洗浄用溶液から除去するのは容易ではなく、水処理コスト（金銭的コストやエネルギーコスト）が嵩むという問題が生じる。上述したように、現在、汚染土壌の浄化を低コストで行うことが求められており、上記特許文献１の方法では、低コスト化の問題を解決するものとはならない。
【００１１】
また、洗浄剤水溶液供給用井戸１０３に洗浄用溶液を注入したり、揚水用井戸１０４から洗浄用溶液を汲み上げたりするのにポンプが必要であり、このポンプの運転にエネルギーコストが必要であるため、省エネルギー化に限界があるという問題もある。
【００１２】
一方、上記特許文献２に記載の土壌改良方法は、以下の理由によって、実際の土壌改良に使用されていない。特許文献２の方法の場合、図３１に示したように、汚染土壌１０１から浸透する水は土壌改良資材１１０に浸入し、その水分だけが土壌改良資材１１０の上部から蒸発するが、このような水の移動が生じるのは、図３１の斜線で示したような、地表面近傍の極一部分である。地中に埋設された部分については、土壌改良資材１１０に浸入した地下水は他に行き場がないため土壌改良資材１１０に留まる。従って、汚染物質が土壌改良資材１１０に殆ど蓄積されることはなく、汚染土壌１０１の浄化効率は極めて低くなる。故に、実際の土壌改良用に実用化はされていないのが現状である。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、汚染土壌を他所に搬出する事なくオンサイトで処理することができ、低コストで且つ効率よく汚染土壌中から汚染物質を除去することが可能な汚染土壌浄化技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１の構成は、汚染された土壌を浄化するための汚染土壌浄化装置であって、汚染土壌を包囲して土中に埋置された止水層と、前記止水層で包囲される汚染土壌の全体に洗浄液を分散注入する注水手段と、前記止水層で包囲される汚染土壌に、前記止水層のある底部又はその近傍まで掘削された、前記汚染土壌内を通過した前記洗浄液を集水する集水装置と、前記集水装置内の空気中に曝気した状態で前記集水装置内に配設され、前記集水装置内に貯留する前記洗浄液を吸水する繊維質体からなる吸水蒸散体と、を備え、前記集水装置が外気と換気可能とされていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、まず注水手段によって汚染土壌の全体に洗浄液が分散注入される。分散注入された洗浄液は、汚染土壌内を通過するが、この際に、汚染土壌中の汚染物質が洗浄液に溶出する。汚染物質を溶解した洗浄液は、重力によって汚染土壌の底部の止水層上に集まり、最終的には集水装置に集水され、集水装置の底部には汚染物質が溶解濃縮された洗浄液（浸出液）が貯留される。この浸出液は、集水装置内に配設された吸水蒸散体に吸収され、毛管現象によって吸水蒸散体内に広がる。吸水蒸散体は集水装置内の空気中に暴露されているため、浸出液が空気と接触する表面積が拡大し、水分の蒸散が促進される。そして、集水装置は外気と換気されているので、集水装置内の湿度上昇が抑えられて効率よく水分蒸散が行われ、その結果浸出液内の汚染物質のみが吸水蒸散体内に残留する。従って、この吸水蒸散体内に汚染物質が濃縮蓄積されるので、ある程度汚染物質が蓄積した時点で吸水蒸散体を交換すれば、汚染物質を除去することができる。
【００１６】
このように、本発明では、まず第１段階として洗浄液により汚染物質を濃縮して集水装置に集め、第２段階として集水装置内で水分を蒸散させて吸水蒸散体中に汚染物質を濃縮するようにしたことで、効率よく汚染物質を回収・除去することが可能となる。
【００１７】
また、水処理や浸出液の汲み上げなども必要としないため、低コストで汚染土壌の浄化を行うことが可能である。また、汚染土壌を他所に運び出すことなく、原位置に止水層を設けて浄化処理することが可能である。
【００１８】
ここで、「止水層」としては、コンクリート、遮水シート等の水のしみ出さない層を使用することができる。「注水手段」は、止水層で包囲される汚染土壌の全体に洗浄液を分散注入するものであればよく、例えば、汚染土壌の表面や土中に不織布、散水管、水平ドレーン等の透水性部材を設置してこの透水性部材に洗浄液を供給するような構造が使用できる。「洗浄液」については、ここでは特に特定はしないが、重金属汚染土壌を浄化処理する場合には、酸性又はアルカリ性の溶液を用いる。酸性溶液としては、例えば、硝酸、クエン酸、ギ酸、リンゴ酸、マレイン酸、酢酸などを用いることができる。また、アルカリ性溶液としては、苛性ソーダ溶液等を用いることができる。「注水手段」についても、ここでは特に特定しないが、例えば、汚染土壌の地表に一様に散水するシートや透水性部材、散水管を設けたり、汚染土壌の土中に散水用の透水性部材を設けたりすることによって構成することができる。「集水装置」の深さは「止水層のある底部又はその近傍」とされるが、これは、重力によって汚染土壌の底部の止水層上に集まった洗浄液を集水するためである。「毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体」とは、繊維内に保持された水分が毛管現象によって原水面よりも高所に吸い上げられる特性を有する繊維質体をいう。吸水蒸散体としては、様々なものを使用することが可能であり、例えば、ガラス繊維、不織布、スポンジ等を使用することができる。この吸水蒸散体は、特に強度は必要としないため、円筒状又は円柱状の集合体としてもよいし、シート状の形状としてもよい。特に、蒸散効率を向上させるため、波板状又はそれを丸めた形状として表面積を増加させるようにすることが好ましい。集水装置は外気と換気可能であればよく、例えば、単に集水装置の上部を外気に解放したり、ファン等により外気を積極的に送風するようにすることができる。
【００１９】
本発明の汚染土壌浄化装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記吸水蒸散体は、前記集水装置の底部に立設された、毛管現象により前記集水装置内に貯留する前記洗浄液を吸い上げることが可能な繊維質体からなることを特徴とする。
【００２０】
これにより、吸水蒸散体を収納する集水装置の構造をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
本発明の汚染土壌浄化装置の第３の構成は、前記第１又は２の構成において、前記吸水蒸散体は、無機繊維に重金属吸着剤を分散保持させたものからなることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、吸水蒸散体に吸収された重金属汚染物質は、重金属吸着剤に吸着されるため、効率よく汚染物質を浄化することができる。
【００２３】
ここで、「無機繊維」は、毛管現象により水の吸い上げが可能な太さの繊維であれば良く、吸い上げ性能の観点からは、好ましくは平均繊維径が２μｍ以下のものであることが好ましい。また、材料としては、一般にはガラスが使用されるが、それ以外の材料を用いることも可能である。
【００２４】
本発明の汚染土壌浄化装置の第４の構成は、前記第１乃至３の何れか一の構成において、前記集水装置に外気を送気する送風機を備えていることを特徴とする。
【００２５】
このように、集水装置に送風機で外気を強制的に送風することにより、集水装置内の湿度を低い状態に保ち、吸水蒸散体の水分が蒸散する速度を速めることで、汚染物質の除去速度を向上させることができる。
【００２６】
本発明の汚染土壌浄化装置の第５の構成は、前記第４の構成において、前記送風機から送気する外気を加熱する加熱装置を備えていることを特徴とする。
【００２７】
このように、加熱装置によって集水装置内の空気の温度を上昇させ、集水装置内の吸水蒸散体からの水分蒸発を早めることで、汚染物質の除去速度を更に向上させることができる。
【００２８】
本発明の汚染土壌浄化装置の第６の構成は、前記第５の構成において、前記加熱装置は、太陽熱集熱板と、前記太陽熱集熱板内に外気を通して該太陽熱集熱板で集熱される熱を内部を通る外気に給熱する給熱管とを備え、前記給熱管を通した外気を前記集熱井戸に送気することを特徴とする
【００２９】
この構成によれば、太陽熱により集水装置に送風する外気を加熱するため、外気を加熱するためのエネルギーコストが削減され、汚染物質の除去速度を早めるとともにより低コストで運用することが可能となる。
【００３０】
本発明の汚染土壌浄化装置の第７の構成は、前記第１乃至６のいずれかの構成において、前記集水装置の上部を覆って設けられた透光板を備えていることを特徴とする。
【００３１】
このように、集水装置の上部を透光板で覆うことで、太陽光が透光板を通って集水装置内に差し込んで温室効果により集水装置内の温度を上昇させることができる。その結果、集水装置内の吸水蒸散体からの水分蒸発を早め、汚染物質の除去速度を更に向上させることができる。尚、この場合、集水装置内の空気を換気するための換気路をいずれかの場所に設ける。
【００３２】
本発明の汚染土壌浄化装置の第８の構成は、前記第１乃至７の何れか一の構成において、前記注水手段は、前記止水層で包囲される汚染土壌の表面全体に敷設された透水性部材から構成される表面透水層を備えていることを特徴とする。
【００３３】
この構成によれば、汚染土壌の表面敷設された透水層に洗浄液を送水すると、汚染土壌の表面全体に洗浄液が分散注水される。この洗浄液は重力により汚染土壌内を下方に浸透し、結果的に汚染土壌全体にわたって洗浄液を分散させることができる。また、散水用の設備が簡単で、ポンプなどの動力装置も必要としないので、低コストで洗浄液の分散注水を行うことができる。
【００３４】
本発明の汚染土壌浄化装置の第９の構成は、前記第８の構成において、前記注水手段は、前記表面透水層に加えて、前記止水層で包囲される汚染土壌内の各所に垂直に埋設された透水性部材からなる垂直透水層を備えていることを特徴とする。
【００３５】
この構成によれば、汚染土壌の表面のみならず、垂直透水層を通して汚染土壌の内部にも洗浄液を直接注水することができる。従って、効率よく汚染土壌内に洗浄液を分散させ効率よく汚染物質の溶出を行うことができる。
【００３６】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１０の構成は、前記第１乃至９の何れか一の構成において、前記止水層で包囲される汚染土壌の底部に敷設され、前記汚染土壌の底部に浸出する洗浄液を前記集水装置に導く回収透水層を備えていることを特徴とする。
【００３７】
この構成によれば、汚染物質が溶出された洗浄液は、底部の回収透水層を通して集水装置に回収されるため、汚染土壌中の洗浄液の流れが垂直方向の一方向となり、土壌からの汚染物質の分離を効率よく行うことができる。
【００３８】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１１の構成は、前記第１乃至１０の何れか一の構成において、前記汚染土壌と前記止水層の間に形成された貯水空間と、
前記貯水空間内に投入された、微生物を培養するための粉粒状の培床と、
前記貯水空間内に空気を散気する散気手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００３９】
この構成により、汚染土壌を通過して汚染物質が溶出された洗浄液（浸出液）は、汚染土壌の下部の貯水空間に貯溜する。そして、散気手段により、浸出液と粉粒状の培床とが攪拌されるとともに、曝気されて微生物の繁殖に適した好気状態となる。繁殖した微生物は、浸出液に含まれる有機酸成分を分解し、蓄積する酸量が低減される。また、微生物の活動により、浸出水の温度が上昇するため、水分が蒸発しやすい状態となり、吸水蒸散体における蒸散が促進される。
【００４０】
ここで、「粉粒状の培床」としては、大鋸屑、木片、糠、籾殻等の菌床を使用することができる。
【００４１】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１２の構成は、前記第１乃至１１の何れか一の構成において、前記止水層で包囲される汚染土壌が入れられた容体内と前記集水装置とは、その最下部において前記洗浄液が通過する通液路により連通しており、前記通液路には、前記洗浄液の通液を通断する開閉栓が設けられていることを特徴とする。
【００４２】
この構成により、まず、汚染土壌に洗浄液を分散注水する際に開閉栓を閉栓しておくことにより、汚染土壌全体に洗浄液を確実に浸漬させ、その後開閉栓を開栓して洗浄液を集水装置に排出させることにより、汚染土壌内に洗浄液が行き渡らない部分が生じることが防止される。また、使用する酸の量を減らすことができる。
【００４３】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１３の構成は、前記第１乃至１２の何れか一の構成において、前記集水装置の底部に吸着材が配設されていることを特徴とする。
【００４４】
この構成により、集水装置の底部に溜まった洗浄液は、吸着材に吸収され、集水装置内の空気と接触する比表面積が増大する。これにより、集水装置底部に溜まった洗浄液の蒸発が促進され、洗浄液の不揮発成分が濃縮される。その結果、吸水蒸散体内に汚染物質を濃縮蓄積し回収する時間を短縮することができる。また、吸着材は洗浄液に含まれる汚染物質を吸着する能力が極めて大きい素材である。従って、集水装置の底部に溜まった洗浄液中の汚染物質は、吸着材に吸着され除去される。そのため、吸水蒸散体に集積される汚染物質量が幾分低減されることになり、吸水蒸散体を取り替えなしに使用できる期間が長くなる。
【００４５】
ここで、汚染物質が重金属で酸性の洗浄液を使用する場合、汚染物質の吸着性能がよく、吸着処理後の処理溶液のｐＨが中性に近くなる点を考慮すると、「吸着材」としては、グラスウール（ガラス繊維）、ロックウール、セラミックファイバー（セラミック繊維）、シリカ繊維、アルミナ繊維、ムライト繊維、ゼオライト繊維等の無機繊維や活性炭繊維、有機樹脂繊維等の有機繊維、若しくはこれらの繊維の組合せ、若しくはこれらの繊維にさらにシリカ、セピオライト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム及び炭酸カルシウム等の吸着材の粉末を担持させたものを使用することができる。中でも特に、「吸着材」として、マグネシア・アルミナ系又はマグネシア系のロックウールを使用するのが適している。
【００４６】
本発明の汚染土壌浄化方法の第１の構成は、汚染された土壌を浄化するための汚染土壌浄化方法であって、汚染土壌を包囲した状態で止水層を土中に埋置し、前記止水層で包囲された汚染土壌に、前記止水層のある底部又はその近傍まで集水装置を掘削形成し、前記集水装置の底部に、毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体から成る吸水蒸散体を立設し、前記汚染土壌に洗浄液を分散注水して、前記汚染土壌全体に洗浄液を通過させ、前記汚染土壌を通過した洗浄液を前記集水装置により集水し、前記集水装置に集水された洗浄液を前記吸水蒸散体に吸水させるとともに、前記集水装置内の空気を換気して、前記吸水蒸散体の水分を前記集水装置内の空気中に蒸散させることにより、前記吸水蒸散体に汚染物質を凝集させることを特徴とする。
【００４７】
本発明の汚染土壌浄化方法の第２の構成は、前記第１の構成において、前記集水装置内の空気を太陽熱により加熱することを特徴とする。
【００４８】
本発明の汚染土壌浄化方法の第３の構成は、前記第１又は２の構成において、前記止水層で包囲される汚染土壌が入れられた容体内と前記集水装置とは、その最下部において前記洗浄液が通過する通液路により連通するように形成するとともに、前記通液路に、前記洗浄液の通液を通断する開閉栓が設け、前記汚染土壌に洗浄液を分散注水する際に前記開閉栓を閉栓しておき、前記汚染土壌全体が前記洗浄液により浸漬された後に、前記開閉栓を開栓して、前記汚染土壌を通過させた洗浄液を前記集水装置により集水することを特徴とする。
【００４９】
本発明の汚染土壌浄化方法の第４の構成は、前記第１乃至３の何れかの構成において、前記汚染土壌全体に洗浄液を通過させることにより前記汚染土壌の洗浄を行い前記吸水蒸散体に汚染物質を凝集させた後に、前記汚染土壌に水又は中和液を分散注水して、前記汚染土壌全体に水又は中和液を通過させ、前記汚染土壌を通過した水又は中和液を前記集水装置により集水し、前記集水装置に集水された水又は中和液を前記吸水蒸散体に吸水させるとともに、前記集水装置内の空気を換気して、前記吸水蒸散体の水分を前記集水装置内の空気中に蒸散させることにより、前記汚染土壌内の汚染物質の除去を行うことを特徴とする。
【００５０】
ここで、「中和液」とは、洗浄液により酸性化又はアルカリ性化した汚染土壌を中性化する液体をいい、洗浄液のｐＨによって最適な組成のものが適宜選択される。例えば、洗浄液が酸性の場合、中和液としては、水酸化カルシウム溶液、苛性ソーダ溶液等を使用することができる。
【発明の効果】
【００５１】
以上のように、本発明によれば、汚染土壌を他所に搬出する事なくオンサイトで処理することが可能であり、低コストで且つ効率よく汚染土壌中から汚染物質を除去することが可能となる。従って、土地価格の低い地方などでも容易に導入して汚染土壌の浄化を実施することが可能であり、土壌汚染処理対策の促進を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２】本実施例における汚染土壌浄化装置１における洗浄液の移動を模式的に表した図である。
【図３】本発明の実施例２に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る汚染土壌浄化装置１の別の例の構成を表す図である。
【図５】本発明の実施例３に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図６】各種酸を用いた溶出試験の結果である。横軸は酸の種類、縦軸は重金属汚染物質の溶出量を表す。
【図７】クエン酸の濃度と重金属汚染物質の溶出量の実験結果である。横軸はクエン酸濃度、縦軸は溶出量を表す。
【図８】クエン酸濃度と溶出試験前後のｐＨ値である。
【図９】クエン酸量と溶出量・ｐＨとの関係である。
【図１０】カラム試験の実験装置の構成を示す模式図である。
【図１１】クエン酸投入量と土壌からのＰｂ溶出量及び溶出液のｐＨ
【図１２】クエン酸投入量と土壌からのＰｂ溶出量の積算
【図１３】クエン酸投入量と土壌からのＣｄ溶出量及び溶出液のｐＨ
【図１４】クエン酸投入量と土壌からのＣｄ溶出量の積算
【図１５】Ａｄ，Ｃｄ，ＰｂについてｐＨ３及びｐＨ７における各種吸着剤とその吸着率［＝１−（溶液に残存している重金属量／初期の溶液中の重金属量）］を示す図である。
【図１６】各種吸着剤（ｐＨ３，ｐＨ７）と吸着率（Ａｓ，Ｃｄ，Ｐｂ）の関係を表す図である。
【図１７】促進方法の違いによる蒸発量の変化を表す図である。
【図１８】本発明の実施例４に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図１９】本発明の実施例５に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２０】本発明の実施例６に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２１】本発明の実施例７に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２２】本発明の実施例８に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２３】本発明の実施例９に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２４】実験例３の浄化実験装置の構成を表す図である。
【図２５】表１５の結果から汚染土壌の浄化前と最終的な浄化後の溶出値を示した図である。
【図２６】改良バッチ土壌浄化法による汚染土壌浄化試験２の試験の結果から浄化前後の溶出値を示した図である。
【図２７】実験例４の実験装置を表す図である。
【図２８】実験例４のケース１における通水吸着試験結果を表す図である。
【図２９】実験例４のケース２における通水吸着試験結果を表す図である。
【図３０】各種ロックウールの吸着実験後の溶出液中の重金属（Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ）の吸着率を示した図である。
【図３１】非特許文献１に記載の汚染土壌浄化方法の概略を示す説明図である。
【図３２】非特許文献２に記載の土壌改良方法の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００５４】
図１は、本発明の実施例１に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。本実施例の汚染土壌浄化装置１は、まず、土壌汚染がされた現地の地面Ｇの汚染土壌を掘削して、掘削してできた凹地全体を覆うように止水層２を設置し、この止水層２の内部に汚染土壌である被処理土壌Ｐを埋め戻すことによって設置される。この汚染土壌浄化装置１は、止水層２、表面透水層３ａ、回収透水層４、集水装置５、透光板６、吸水蒸散体７、吊棒８、送風機９、送気管１０、表面遮水層１１、注水タンク１２を備えている。
【００５５】
止水層２は、コンクリートや遮水シートなどの遮水性材料によって構成された層である。止水層２で包囲された領域を、以下「ピット」と呼ぶ。
【００５６】
注水タンク１２には、汚染土壌を洗浄するための洗浄液が貯水されている。洗浄液は、汚染物質の種類に応じて選択される。重金属汚染物質の場合、例えば、浄化処理の初期段階では硝酸、塩酸などの強酸、中期・後期段階ではクエン酸、ギ酸、リンゴ酸、マレイン酸、酢酸などの弱酸が選択される。前期に強酸を使用する理由は、汚染土壌中に多く存在する汚染物質以外の金属成分（カルシウム、鉄、アルミニウム等）は、酸を中和し汚染物質の溶出の妨げとなることから、これら多量含有成分を初期段階で溶出させることで、早期に汚染物質の溶出しやすい環境を作り出す為である。尚、コスト面から考えて、初期に使用する強酸としては、硝酸を使用するのが好ましいと考えられる。
【００５７】
尚、環境への影響等を考慮する場合には、溶出処理速度は多少遅くなるが、全過程を通して天然系有機酸である酢酸を使用するようにしてもよい。
【００５８】
表面透水層３ａは、透水性の部材によって構成され、止水層２内に充填された被処理土壌Ｐの表面全体に亘り敷設されている。表面透水層３ａには、注水タンク１２から注水管１３を解して洗浄液が供給される。本実施例では、この表面透水層３ａ、注水タンク１２、及び注水管１３が注水手段として機能する。透水性の部材としては、例えば、透水砂礫、透水性コンクリートや水平ドレーン材を使用することができる。「水平ドレーン材」とは、プラスチック製の表面に高強度の凹凸と透水口が一様に形成されたシートであり、ジオドレーン工法などで一般的に用いられている素材である。例えば、商品名「ＳＢドレーン」として市販されているものが使用可能である。
【００５９】
表面透水層３ａの表面は、遮水性の表面遮水層１１によって舗装されており、被処理土壌Ｐ上の土地は駐車場等に利用可能となっている。
【００６０】
回収透水層４は、被処理土壌Ｐの底部（止水層２の底面上）全体に敷設された透水層である。この回収透水層４も、水平ドレーン材等の透水性部材を用いて構成される。
【００６１】
集水装置５は、止水層で包囲される容体内の汚染土壌に、止水層２のある底部まで掘削された井戸である。集水装置５の位置は、ピットの中央でも端でもよいが、図１の例では、ピットの端に設けられている。
【００６２】
集水装置５の上部の開口部には、強化ガラス又は透明強化プラスチックで作られた透光板６が設けられている。透光板６は、人や動物が誤って集水装置５に転落することを防止するとともに、温室効果によって集水装置５内の温度を上昇させるための役割を有する。尚、透光板６は、強化ガラス又は透明強化プラスチック以外でも、太陽光が透過可能な透明部材であればよい。集水装置５の上部の開口部の端には、透光板６により完全には遮蔽されておらず、換気のための換気路１６が隙間として設けられている。
【００６３】
更に、集水装置５の底部には、吸水蒸散体７が立設されている。吸水蒸散体７は、毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体からなる。具体的には、本実施例では、重金属吸着剤を分散保持させたガラス繊維の不織布が用いられており、その繊維中には重金属吸着剤を分散保持されている。吸水蒸散体７の形状は、表面積を大きくするために断面波状に褶曲された板状に形成されており、転倒を防ぐために、透光板６から吊棒８により吊り下げられている。また、吸上吸収体７の下端には受皿７ａが設置されている。
【００６４】
送風機９は、集水装置５内に外気を送り込むためのファンである。送風機９の吐出口には送気管１０の一端が接続され、送気管１０の他端は集水装置５の底部付近の空気中に開口している。
【００６５】
以上のように構成された本実施例の汚染土壌浄化装置１について、以下その浄化処理方法（以下「逐次土壌浄化法」と呼ぶ。）について説明する。図２は、本実施例における汚染土壌浄化装置１における洗浄液の移動を模式的に表した図である。
【００６６】
まず、注水タンク１２に洗浄液を入れる。洗浄液としては、硝酸、クエン酸等の汚染物質を溶出する酸性液体（汚染物質の種類によってはアルカリ性溶液も用いられるが、本実施例では一例として、酸性溶液を用いて説明する。）が選択される。注水タンク１２に洗浄液が充填された状態で、注水管１３に設けられた開閉弁１４を開弁する。これにより、表面透水層３ａに洗浄液が供給される。洗浄液の供給速度は、開閉弁１４の開度を調節することによって、調節することができ、被処理土壌Ｐの透水係数と集水装置５における蒸発速度とをバランスさせるように設定する。
【００６７】
表面透水層３ａでは、洗浄液が被処理土壌Ｐの表面全体にわたって広がり、表面全体から被処理土壌Ｐ内に洗浄液が分散注水されていく。被処理土壌Ｐ内に浸透した洗浄液は、被処理土壌Ｐ内の汚染物質を溶出しながら、重力により徐々に底部に向かって移動する。最終的には、洗浄液は回収透水層４に達する。洗浄液が被処理土壌Ｐを通過する過程で、酸によりｐＨが低下して洗浄液には汚染物質が溶出されていくので、回収透水層４に回収される洗浄液（浸出液）には汚染物質が濃縮されている。回収透水層４に回収された浸出液は、回収透水層４内を水平に移動して集水装置５に集水される。このように、洗浄液の移動方向は被処理土壌Ｐ内では垂直方向であり、滞留したり循環したりすることがないため、効率よく汚染物質の溶出回収がされる。
【００６８】
集水装置５に集水された浸出液は、吸水蒸散体７に吸収される。吸水蒸散体７では、毛管現象によって浸出液が上向きに徐々に上昇する。この毛管上昇距離は、吸水蒸散体７の素材によって異なるが、ガラス繊維を使用して実験した場合、水面上５０ｃｍ〜１ｍ程度であった。
【００６９】
吸水蒸散体７内を水面上まで上昇した浸出液は、水分が蒸散する。蒸散した水分は、送風機９の強制換気によって外気中に放出される。このとき、晴れた昼間は、透光板６から差し込む日光によって集水装置５内の温度が上昇するため、吸水蒸散体７内の水分の蒸散速度は速くなる。吸水蒸散体７内の浸出液が脱水されることによって、不揮発性の汚染物質が吸水蒸散体７内に残留し濃縮される。このとき、吸水蒸散体７内には繊維中には重金属吸着剤が含まれているため、重金属汚染物質は吸水蒸散体７内に吸着され、吸水蒸散体７内の重金属汚染物質濃度が高くなっても、重金属汚染物質が再び集水装置５内の水中に溶出することが防止される。
【００７０】
以上のように、汚染物質は最終的には吸水蒸散体７内に濃縮される。ある程度吸水蒸散体７内の汚染物質の濃度が高くなると、吸水蒸散体７を新しい物と交換する。これによって、継続して土壌汚染の浄化を行うことができる。
【００７１】
このように、本実施例では、吸水蒸散体７を集水装置５内に設けることで、水分の蒸散を促進すると同時に汚染物質の濃縮回収をし、水処理を不要としたので、極めて低コストで汚染物質の浄化処理を行うことができる。
【００７２】
尚、上述した本実施例の汚染土壌浄化装置１を用いた被処理土壌Ｐの浄化方法においては、酸性（又はアルカリ性）の洗浄液を被処理土壌Ｐに通過させて汚染物質を溶出させ、被処理土壌Ｐ内の汚染物質の含有量を低減させることについて説明した。
【００７３】
ところで、観点を変えると、被処理土壌Ｐ内の汚染物質の含有量の多少によらず、被処理土壌Ｐから汚染物質が一定の基準量以上溶出しないように洗浄すれば環境汚染の問題は生じないとも考えることができる。ここで、「含有量」とは、土壌に含まれる汚染物質の絶対量であり、環境基準として重金属等の含有量が種類ごとに定められている（例えば、Ｐｂの場合、１５０ｍｇ／ｋｇ）。また、「溶出量」とは、土壌に水を加えて攪拌した場合に水中に溶出してくる汚染物質の絶対量である。溶出量の環境基準としては、土壌に10倍の水を加えて十分に攪拌した場合に溶出する汚染物質の絶対量として、特定有害物質ごとに定められている（例えば、Ｐｂの場合、０．０１ｍｇ／Ｌ）。現実的には、汚染物質の含有量の環境基準を満たすように土壌を洗浄するという観点よりも、溶出量の環境基準を満たすように土壌を洗浄するという観点のほうがより重要である。
【００７４】
次に、各洗浄液で溶出する重金属汚染物質を分画すると、水溶性画分、中和画分、酸可溶性画分、酸化画分、残渣画分に分画することができる。ここで、水溶性画分とは、精製水で溶出する重金属の画分である。中和画分とは、精製水と酢酸程度で溶出する重金属の画分である。酸可溶性画分とは、酢酸程度で溶出する重金属の画分である。酸化画分とは、酢酸より強い酸性物質により溶出する重金属の画分である。残渣画分とは、上記画分以外の重金属の画分である。通常の自然環境下において最大可能溶出量となる成分は、上記画分のうち、水溶性画分、中和画分、及び酸可溶性画分の一部までである。
【００７５】
そこで、溶出量の環境基準を満たすという観点から、本実施例の汚染土壌浄化装置１を用いた被処理土壌Ｐの浄化方法としては次のような方法（以下「改良逐次土壌浄化法」と呼ぶ。）を用いることも可能である。
【００７６】
まず、上記説明した逐次土壌浄化法により酸の洗浄液によって被処理土壌Ｐから汚染物質を溶出させて吸水蒸散体７による回収を行う。この場合、酸としては天然の有機酸である酢酸を用いるのがもっとも適している。そして、ある程度、汚染物質の溶出が終わった時点で、最後に、洗浄液を水又は中和液に切り替えて、上記説明した逐次土壌浄化法により水又は中和液による被処理土壌Ｐの洗浄（中和処理）を行う。この中和処理によって、被処理土壌Ｐ内の酸が洗い流され土壌Ｐが酸性から中性に戻るとともに、重金属等の汚染物質が安定化し溶出しないようになる。
【００７７】
このように、最後に水による被処理土壌Ｐの洗浄を行うことで、洗浄液により溶出されきれずに被処理土壌Ｐ内に残留した汚染物質が化学的に安定化し、土壌内に固定化されて溶出しないようになるため、汚染物質の溶出量を低減させることができる。
【００７８】
尚、上記中和液は、使用する洗浄液のｐＨにより異なってくるが、例えば、洗浄液に酸を使用した場合には、アルカリ性の中和液、例えば、水酸化カルシウム溶液等を使用することができる。
【実施例２】
【００７９】
図３は、本発明の実施例２に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。本実施例では、基本的には実施例１の場合と同様であるが、注水手段として、表面透水層３ａに加えて垂直透水層３ｂを備えた点で異なっている。垂直透水層３ｂは、被処理土壌Ｐ内の各所に垂直に埋設された透水性部材からなる。具体的には、透水性コンクリートや垂直ドレーン材を使用することができる。垂直ドレーン材を使用する場合、例えば、商品名「ＳＢドレーン」として市販されているものが使用可能である。
【００８０】
このように、垂直方向の注水手段として垂直透水層３ｂを設けることで、被処理土壌Ｐの内部にも洗浄液を直接注水し、汚染物質の溶出効果をより高めることができる。
【００８１】
更に、浄化速度を早める必要がある場合には、図４に示したように、被処理土壌Ｐの地中に水平透水層３ｃを一乃至複数埋設してもよい。この水平透水層３ｃも、表面透水層３ａと同様の透水性部材からなる。表面透水層３ａに供給された洗浄液は、垂直透水層３ｂにも流れ込み、更に垂直透水層３ｂから水平透水層３ｃへも流れ込む。これによって、被処理土壌Ｐの各所により直接的に洗浄液が直接分散注入されるため、より効果的な汚染物質の溶出を行うことができる。
【実施例３】
【００８２】
図５は、本発明の実施例３に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。本実施例の汚染土壌浄化装置１は、基本的には、実施例２の図３で説明したものと同様であるが、送風機９に供給する外気を加熱する加熱装置として、太陽熱集熱板１５ａ及び給熱管１５ｂからなる太陽熱集熱器１５を備えたことを特徴とする。太陽熱集熱器１５は、建物の屋上や壁面に設置されるものなど、従来から広く使用されているものを用いればよい。
【００８３】
太陽熱集熱板１５ａは、太陽光により加熱され蓄熱される板状体である。給熱管１５ｂは、太陽熱集熱板１５ａ上にジグザグに配設されており、太陽熱集熱板１５ａ内に外気を通して該太陽熱集熱板１５ａで集熱される熱を、内部を通る外気に給熱する。この加熱された外気が、送風機９及び送気管１０を通って、集水装置５内に供給される。これにより、集水装置５内の空気が加熱されて吸水蒸散体７からの水分の蒸発速度が速まり、より高速に浄化処理を行うことが可能となる。
【００８４】
（実験例１）
次に、本発明で使用する洗浄液の検討・評価をするために試験を行ったので、その結果について説明する。
【００８５】
（１）汚染土壌試料の性状
【００８６】
（１−１）基本量
汚染土壌は、国内２カ所より入手し、土壌中からゴミ等を除いた後、プラスチック製２ｍｍメッシュ篩を通過させて、十分に混合して試験用の汚染土壌を作成した。混合重金属汚染土壌の基本量は、湿潤密度ρｗ＝１．５９Ｍｇｍ-3、間隙率ｎ＝４５％、体積含水率θ＝１２％、透水係数ｋ＝２．０７×１０−３ｃｍ／ｓであった。但し、一方の土壌はスラッジ混じりであり、汚染原因物質そのものが含有されていると考えられる。
【００８７】
（１−２）汚染土壌の含有用試験
調製汚染土壌資料を、環境庁告示第１９号「土壌含有量調査に係わる測定方法を定める件」に従って試験を行い、Ｃｄ，Ｓｅ，Ｐｄ，Ａｓの含有量測定はＩＣＰ−ＭＳを用いた。また、併せて主成分の含有量はＩＣＰ−ＡＥＳにより求めた。
【００８８】
対象４物質と主要３物質の測定結果を表１に示す。
【００８９】
【表１】
【００９０】
表１より、Ｐｂの含有量が指定基準を超えており、Ａｓの含有量は指定基準に近い値となっていることが分かる。また、土壌中に含有されているＣａ，Ａｌ，Ｆｅは、重金属の含有量に比べてかなり多いことが分かる。
【００９１】
主要物質は、酸と反応して溶出してくるため、その単位重量あたりの当量を求めた。その結果を表２に示す。
【００９２】
【表２】
【００９３】
上記表２の結果から、試験土壌１ｋｇ中の主要物質溶出に要する酸の当量を推測すると、２．２１ｍｏｌとなる。
【００９４】
（１−３）溶出試験
上記の調製汚染土壌試料の溶出試験を行い、その結果を表３に示した。溶出量は、Ａｓのみが指定基準を超えていることが分かる。
【００９５】
【表３】
【００９６】
（２）実験方法と結果
実験は、１）バッチ試験による有機酸の選定、２）カラム試験による溶出条件の検討、の順に行い、有機酸による土壌浄化の可能性を評価検討した。
【００９７】
（４−１）バッチ試験による有機酸の選定
まず、汚染土壌から重金属汚染物質を分離するために有用な酸の選定を行うため、8種類の有機酸による溶出試験を行った。試験は、環境庁告示第１９号「土壌含有調査に係わる測定方法を定める件」に従って行った。また、比較のため、１％硝酸で同様の試験を行った。検討した酸の種類を表４に示す。また、試験結果を図６に示す。
【００９８】
【表４】
【００９９】
１％硝酸に近い溶出力を示したのは、Ｃｄでは酢酸、マロン酸、クエン酸、酒石酸、マレイン酸及びリンゴ酸であり、Ｐｂでは、マロン酸、クエン酸、酒石酸及びマレイン酸となっている。また、Ａｓでは、マロン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸及びシュウ酸が良好な溶出値となっている。特に、シュウ酸は１％硝酸の約３倍の溶出値となっている。
【０１００】
以上の結果から、シュウ酸とクエン酸の混合液、及び特にＰｂで有効であったマレイン酸とシュウ酸を組み合わせた２種の混合液で溶出試験を行ったが、単独での溶出値と比べ特に強い溶出値は確認されなかった。従って、最終的にコストを加味して、クエン酸が最良の有機酸洗浄剤であるという結論を得た。
【０１０１】
（４−２）有機酸濃度の検討
以上の実験で選定されたクエン酸を用いて、酸濃度と溶出量との関係を検討した。クエン酸の濃度としては、１％，０．４％，０．１％，０．０４％，０，０１％の５種類の濃度で実験を行った。図７に溶出試験の結果、図８に溶出試験前後のｐＨ値を示す。この結果からすると、０．４％以上のクエン酸が有効となるが、試験土壌１ｋｇ中の主要物質（Ｃａ，Ａｌ，Ｆｅ）の溶出に２．２１ｍｏｌ当量の酸が必要であることを考慮すれば、０．４％のクエン酸の２．２１ｍｏｌ当量の多くはイオン化傾向の小さい主要物質に優先的に消費される可能性があることが示唆される。
【０１０２】
（４−３）有機酸の必要量の検討
有機酸濃度による重金属汚染物質の溶出試験において、酸での溶出では、最初に主要物質が溶出し、その後、浄化対象となる重金属汚染物質が溶出する可能性がある。これを確認するために、クエン酸の量を変えた溶出試験を行った。実験は、次のような手順で実施した。
【０１０３】
まず、汚染土壌試料３０ｇにクエン酸０ｇ，１ｇ，２ｇ，４ｇ，６ｇ，１０ｇと精製水３０ｍＬを加え、２時間振盪した後、０．４５μｍメンブランフィルタで吸引濾過した。得られた濾液２ｍＬをビーカーにとり、精製水と硝酸５ｍＬを２３０℃で５ｍＬになるまでホットプレートで加熱した。この操作を３回繰り返して、計１５ｍＬの硝酸で有機酸を分解した。放冷後、精製水を加えてポリ試験管に入れ、正確に５０ｍＬとし、測定前に内標準溶液５０μＬを加えＩＣＰ−ＭＳで測定した。
【０１０４】
図９に、実験の結果から得られたクエン酸量と土壌からの重金属溶出量及び溶出試験液のｐＨを示す。この結果から、クエン酸量が４ｇ以上になると急にｐＨが減少し、対象重金属の溶出量が増加していることが分かる。この量は、上述の表２の結果から推定すると、試験土壌３０ｇに含まれる主要物質の酸消費量は０．０６６３ｍｏｌ当量、即ち、クエン酸４．４５ｇに相当する。つまり、主要物質がクエン酸を消費する間は対象重金属の溶出はあまり進まないことになる。
【０１０５】
（４−４）溶出促進剤（クエン酸）を用いたカラム試験
上述の実験はバッチ試験であるが、実際の現場での浄化はバッチ法を採用できないため、カラム試験により対象金属の溶出挙動を調査する実験を行った。
【０１０６】
図１０は、カラム試験の実験装置の構成を示す模式図である。図１０に示したような、内径１０ｃｍ、長さ５０ｃｍのカラム試験装置に、下から順にガラスビーズ３ｃｍ、標準砂３ｃｍ、土壌５ｃｍ（４０ｍＬ，５００ｇ）、標準砂３ｃｍを積層し、水面と砂の面が同じになるまで精製水を下から入れ、空気を抜いて準備をする。この状態から、１０％クエン酸を約１．０ｍＬ／ｍｉｎで上部から流し、溶出液をポリ瓶に１００ｍＬずつ回収した。クエン酸を２．１Ｌ浸透させた後、再び精製水（ミリＱ水）を注水する。対象重金属濃度は、回収溶液から１ｍＬをポリ試験管に分取して、５％硝酸で５０ｍＬとして内標準液５０μＬを加えＩＰＣ−ＭＳで測定した。また、実験後の土壌を回収し、環境庁告示第１９号「土壌含有量調査に係わる測定法を定める件」に従って試験を行い、Ｃｄ，Ｓｅ，Ｐｂ，Ａｓの含有量を求めた。
【０１０７】
この実験結果の一部（ＰｂとＣｄの結果）を図１１〜図１４に示す。図１１，図１３は、クエン酸投入量と土壌からの溶出量及び溶出液のｐＨとの関係を示す。図１２，図１４は、クエン酸投入量と土壌からの溶出量積算との関係を示す。
【０１０８】
これらの実験結果を見ると、ｐＨはカラムを通過するのに要するデッドボリューム６００ｍＬまでは中性を示し、溶出量の多いＰｂの場合は殆ど溶出してこない。その後ｐＨは低下して、Ｐｂの溶出量は急増し、クエン酸浸透期間中は安定的に溶出が継続している。その後、クエン酸からミリＱ水に変えると、一時的に溶出量が急増しているが、ｐＨは徐々に上昇し、溶出量は急減している。試験汚染土壌５００ｇ中の主要物質の酸消費量は１．１１ｍｏｌ当量であり、それに相当する１０％クエン酸は７００ｍＬである。溶出液のｐＨ低下及び対象金属の溶出の開始が６００〜９００ｍＬから始まっていることから、カラム試験の結果も上記（４−３）の結果と同様、主要物質が最初に酸と反応したと考えられる。一方、Ｃｄの場合は、溶出量が小さいこともあって、初期段階から溶出している。
【０１０９】
次に、試験前後の土壌及び溶出液中の重金属含有量を測定した結果を表５に示す。
【０１１０】
【表５】
【０１１１】
Ｃｄ，Ｓｅ，Ｐｂの溶出率は７０％以上とかなり大きくなっているが、Ａｓは２６％と小さいことが分かる。Ａｓが小さい理由としては、汚染土壌中にヒ素を含有すると考えられるスラッジが含まれており、ヒ素については異なる挙動となっている可能性がある。
【０１１２】
一方、試験前後と溶出量の収支を見ると、バラツキがあるが概ね整合していることが確認できる。試験前後の測定は、１Ｍ塩酸を用い、溶出はクエン酸であるが、特に大きな差異は認められない。
【０１１３】
（５）結論
以上の実験の結果、本発明の汚染土壌浄化装置１を用いて土壌浄化を行う場合、土壌中に一定濃度以上のクエン酸を浸透させることで、Ｃｄ，Ｓｅ，Ｐｄについては７０％以上の溶出率が期待され、重金属の分離、溶出が十分に可能であることが、モデル実験によって確認された。Ａｓについては溶出率が２６％と小さくなったが、これは汚染土壌中にＡｓを含むスラッジが含有されており、除去が容易ではない可能性があると推察される。また、浸透させた酸は、最初に土壌中の主成分（Ｃａ，Ｆｅ，Ａｌ等）の溶出に多く消費され、その後に重金属汚染物質の溶出に消費されることが示唆された。従って、浄化処理の初期段階で土壌中の主成分（Ｃａ，Ｆｅ，Ａｌ等）を早期に溶出させ、重金属汚染物質の溶出を促進させるため、浄化処理の初期段階では硝酸等の強酸を洗浄液に用い、浄化処理の中期から後期段階にかけてはクエン酸等の弱酸を使用するのがよいといえる。
【０１１４】
（実験例２）
次に、吸水蒸散体７に含有させるための吸着剤の検討、毛管吸引材の検討、毛管上昇・水分蒸発促進試験、及び重金属の吸引確認試験を行ったのでその結果を説明する。
【０１１５】
（１）吸着剤の検討
吸水蒸散体７に分散保持させる重金属吸着剤（以下「吸着剤」という。）についての検討を行う。吸着剤は、回収した重金属を濃縮・回収する効率を向上させることが期待される。ここでは、数種類の吸着剤を選定し、重金属溶出溶液を用いて吸着実験を行った。
【０１１６】
実験方法は、まず、吸着剤２ｇをとり、上述のカラム試験で得られた溶液を２００ｍＬ加え１時間振盪し、その後１μｍグラスフィルターで濾過した。次に、濾液から５ｍＬ取り、５％ＨＮＯ３で５００ｍＬにした後、内標準液５０μＬを加えてよく攪拌し、試験液とした。また、この試験液は測定前にＮａＯＨ水溶液を用いてｐＨ３及びｐＨ７の２種類に調製した。
【０１１７】
測定対象物質は、Ａｓ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｓｅの４種類とし、ＩＣＰ−ＭＳにて測定した。吸着剤は、試料等調査を行い、表６に示した６種類を選定した。
【０１１８】
【表６】
【０１１９】
図１５は、Ａｄ，Ｃｄ，ＰｂについてｐＨ３及びｐＨ７における各種吸着剤とその吸着率［＝１−（溶液に残存している重金属量／初期の溶液中の重金属量）］を示したものである。この結果から、ｐＨ３とｐＨ７の差を見ると、当然ながらｐＨ３での吸着率は小さくなっており、最大でも３０％を若干越える程度となっている。吸着剤の種類についてみると、ｐＨ７で無規性重金属吸着剤Ｄのヒ素（Ａｓ）とキレート樹脂のカドミウム（Ｃｄ）で６０％を越える値となっている。一般的に水処理で使用される場合には、活性炭、無機性重金属吸着剤、キレート樹脂は、かなり高い吸着率となるが、土壌からの酸溶出液では、土壌中のＣａ，Ａｌ，Ｆｅが重金属に比べて桁違いに多く存在し、重金属の吸着を抑制していると考えられる。
【０１２０】
一方、セレン（Ｓｅ）においては、表７に示すようになった。表７は各種吸着剤によるセレン（Ｓｅ）の吸着率である。
【０１２１】
【表７】
【０１２２】
Ｓｅの場合、ｐＨの依存性は認められないが、火山灰及び無機性重金属吸着剤Ｃ及びＤにおいて吸着率がマイナス値となっている。これは、現象としては吸着剤から逆にセレンが溶出していることになり、特に無機性重金属吸着剤においてこの傾向は顕著となっている。
【０１２３】
この原因を解明するために、無機性重金属吸着剤を２ｇ取り、精製水２００ｍＬを加えて１時間振盪し、その後１μｍグラスフィルターで濾過した。濾液から５ｍＬ取り、５％ＨＮＯ３で５０ｍＬにした後、内標準液５０μＬを加えてよく攪拌し試験液とし、吸着実験と同様に測定した。表８はこの試験における無機性吸着剤からの溶出値を表す。
【０１２４】
【表８】
【０１２５】
これを見ると、Ａｓ及びＳｅが溶出しており、特にＳｅの溶出値が高く、上述のように溶液中の濃度が吸着剤の使用により逆に大きくなることも十分にあり得る。
【０１２６】
以上より、相対的に高い吸着性能を示したのは、中性環境下での無機性重金属吸着剤Ｄおよびキレート樹脂であった。但し、無機性重金属吸着剤ＤはＳｅが材料そのものから溶出される可能性があり、一方、キレート樹脂はＡｓの吸着が期待できず且つコスト高である等の課題も残る。
【０１２７】
（２）毛管吸引材の検討
吸水蒸散体７に使用する毛管吸引材は、汚染物質が溶出した溶出液を吸収して、水分のみを放出し、重金属及び使用した酸を回収・濃縮するために用いるものであり、基本的に高い毛管力を有しつつ、蒸発量も確保できることが要求される。
【０１２８】
（２−１）毛管吸引材の基本性能実験
資料調査等の結果から、表９に示した６種類の毛管吸引材を選定し、毛管上昇実験を実施した。
【０１２９】
【表９】
【０１３０】
実験方法は、材料を高さが５０ｃｍ（屋上緑化用保水材のみ３０ｃｍ）となるように切り、材料の下部が見ず５００ｍＬに浸るように設置して、５日間放置後、各材料の毛管上昇を測定（目視）した。その結果、無機微細繊維マットがもっとも上昇速度・上昇高さ共に大きく、その他の材料については、上昇高さは１０〜１５ｃｍとなった。また、無機微細繊維マットを２ｍに設定し、１４日間放置した実験を行った結果、毛管上昇高さは６０ｃｍと若干上昇した。以上の結果から、毛管吸引材として、無機微細繊維マット（以下「繊維マット」という。）を選択した。
【０１３１】
（２−２）毛管上昇・水分蒸発促進実験
線マット材料を用いて、水分の蒸発に伴う水分移動速度を検討するため、図１６に示したように電子天秤の上にビーカーを設置して、その中に１Ｌの水道水を入れ、半透明のアクリル性の円筒管内に繊維マット材料を吊してセットした。実験の条件は、
〔１〕無風（放置状態）
〔２〕強制送風（常温，１．４ｍ３／ｍｉｎ）
〔３〕温風（約６０℃，１．４ｍ３／ｍｉｎ）
の３条件である。送風（あるいは温風）の位置は、水面より１０ｃｍの高さ部分とした。各条件における繊維マットの重量変化を１時間毎に１０時間まで測定し、蒸発量を算出した。図１７は、促進方法の違いによる蒸発量の変化を表す図である。蒸発量は、当然ではあるが温風、送風、無風の順になり、送風・熱の効果が大きいことが実証された。表１０は、実験の結果を整理したものである。
【０１３２】
【表１０】
【０１３３】
最終的な蒸発速度をマットの単位面積あたりの蒸発量として算定した。強制送風の場合の蒸発量は、無風のそれの約７倍、温風の場合は約１６倍となった。この蒸発量のオーダーを見積もるため、例えば、送風のケースでの７０５ｃｍ３／ｈ／ｍ２は、仮に１ｍ２（表裏であるから２ｍ２）の繊維マットであるとして計算すると、１年間で約１２．４ｍ３の水を蒸発させることができることになる。図１（又は図３，図４，図５）に示した汚染土壌浄化装置１のピットの上面からの浸透量を５ｍｍ／ｄとすると、この量は約６．８ｍ２の面積に相当することになり、本発明の汚染土壌浄化装置１において、集水装置５を２〜５ｍ程度とするスケールでも適用可能であると考えられる。
【０１３４】
（２−３）重金属の吸着確認実験
最後に、上述のカラム試験で得られた重金属溶出液を用いて、重金属の繊維マットへの移行を確認する実験を行った。
【０１３５】
実験方法は、重金属溶出液をビーカーに入れて、毛管上昇・促進を上記（２−２）と同様の方法で行い、約８時間後に溶出液中の重金属の濃度を分析した。表１１は、毛管吸引前後での溶出液の重金属濃度の測定結果である。
【０１３６】
【表１１】
【０１３７】
実験の結果、Ａｓ，Ｃｄ、Ｐｂ，Ｓｅのすべての重金属について、吸引前後での濃度差が認められなかったことから、すべての条件において重金属が繊維マットに吸収されたものと判断できる。
【０１３８】
（３）結論
以上の実験の結果、以下のような結論が得られた。
【０１３９】
〔１〕吸着剤を用いることで、酸溶出液中の重金属をある程度回収することができる可能性があることが示唆された。しかし、本実験でもっとも高い吸着率となった無機性重金属吸着剤では、素材からセレン（Ｓｅ）の溶出が確認され、実際の適用には課題が残る。従って、さらなる素材の設定が必要である。
【０１４０】
〔２〕吸着剤による重金属の吸着率は、ｐＨ３では大きく低下することが確認された。
【０１４１】
〔３〕水処理等で実績のある吸着剤を使用したが、重金属の吸着率は全体的にかなり低い値となった。これは、処理土壌中の主成分であるＣａ，Ａｌ，Ｆｅ等の溶出値がかなり大きく、吸着性能も低下したものと考えられる。
【０１４２】
〔４〕毛管吸引材に関しては、高い毛管力を有し、且つ蒸発量も確保できる材料として、無機微細繊維マットが適用できる可能性が高いことが確認された。
【０１４３】
〔５〕毛管吸引材に送風や温風を付加することで、大幅な水分蒸発促進効果を得ることができた。
【０１４４】
〔６〕毛管吸引した溶出液は、送風、温風付加両条件においても毛管吸引材に移行していることが確認された。
【０１４５】
以上より、本発明で提案する汚染土壌浄化装置１における浸透溶液の回収が、毛管吸引材とその促進により可能であることが確認された。
【実施例４】
【０１４６】
図１８は、本発明の実施例４に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図１８において、止水層２、集水装置５、透光板６、吸水蒸散体７、受皿７ａ、吊棒８、送風機９、送気管１０、表面遮水層１１、注水タンク１２、注水管１３、開閉弁１４、換気路１６、及び被処理土壌Ｐは、実施例１の図１と同様の構成であるため説明は省略する。
【０１４７】
本実施例では、注水手段３として、止水層２で包囲された容体内の被処理土壌Ｐの直方体容器の一端面に垂直に設けられた主給水垂直透水層３ｄと、当該一端面からそれに対向する端面にかけて、所定の間隔で被処理土壌Ｐ内に垂直に複数設けられた補助給水垂直透水層３ｅとから構成されている。また、回収透水層４は、主給水垂直透水層３ｄが設置された直方体容器の端面に対向する端面に垂直に設置されている。主給水垂直透水層３ｄ及び各補助給水垂直透水層３ｅの上端には、下流側が分岐した注水管１３が接続されており、注水タンク１２から主給水垂直透水層３ｄ及び各補助給水垂直透水層３ｅへそれぞれ洗浄液が注入される。また、主給水垂直透水層３ｄは被処理土壌Ｐの上面から被処理土壌Ｐの底面までの全体に亘る長さに形成されており、各補助給水垂直透水層３ｅは主給水垂直透水層３ｄよりも短い長さに形成されている。尚、主給水垂直透水層３ｄ、各補助給水垂直透水層３ｅ、及び回収透水層４は、商品名「ＳＢドレーン」等のドレーン材のような透水性部材が使用される。
【０１４８】
本実施例４に係る汚染土壌浄化装置１では、図１８に矢印で示したように、主給水垂直透水層３ｄから被処理土壌Ｐ内に注入される洗浄液は、被処理土壌Ｐ内を主給水垂直透水層３ｄから回収透水層４まで略水平に移動する。この過程で被処理土壌Ｐ内の汚染物質は洗浄液に溶出する。そして、回収透水層４に達した洗浄液は、下方に移動して集水装置５の底部に貯留し回収される。
【０１４９】
尚、この場合、洗浄液は被処理土壌Ｐ内を水平方向に移動するに従って、重力のため、図１８に示すように地下水位Ｓは徐々に下がってくる。そこで、主給水垂直透水層３ｄと回収透水層４との間に、新しい洗浄液を補填して地下水位Ｓの低下を抑えるために、補助給水垂直透水層３ｅを複数設けている。これにより、被処理土壌Ｐは全体に亘って洗浄液が飽和した状態に保たれ、満遍なく洗浄される。
【０１５０】
このように、被処理土壌Ｐ全体を洗浄液に浸沈させることで、被処理土壌Ｐの洗浄処理をより速く行うことができる。
【実施例５】
【０１５１】
図１９は、本発明の実施例５に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図１９において、止水層２、表面透水層３ａ、集水装置５、送風機９、送気管１０、表面遮水層１１、注水タンク１２、注水管１３、開閉弁１４、換気路１６、及び被処理土壌Ｐは、実施例１の図１と同様であるため説明は省略する。
【０１５２】
本実施例では、被処理土壌Ｐの底部に、透水性コンクリートのような透水性部材からなる透水性底板１７を設けて、底部の止水層２と透水性底板１７との間に空間を形成し、この空間を集水装置５としている。集水装置５の両端には、集水装置５の内部空間が外気と連通するように換気路１６，１６が形成されている。そして、送風機９及び送気管１０により、集水装置５の内部空間に外気が送気される。
【０１５３】
透水性底板１７の底面には、吸水性の繊維質体からなる複数の吸水蒸散体７が垂下されている。この場合、集水装置５の内部空間の通気性を確保するため、吸水蒸散体７は所定の間隔をおいて設けられている。吸水蒸散体７の形状は、通気性を考慮してシート状とすることが好ましい。
【０１５４】
本実施例において、被処理土壌Ｐの上面の表面透水層３ａから注入された洗浄液は、被処理土壌Ｐ内を垂直下方に移動して透水性底板１７に達する。そして、透水性底板１７内を浸透し、その底面に垂下された各吸水蒸散体７に吸収される。各吸水蒸散体７に吸収された洗浄液（浸出液）は、集水装置５内の空気に曝気されるため、水分が蒸発し、汚染物質が各吸水蒸散体７内に残留する。尚、吸水蒸散体７に吸収されずに滴下した浸出液は集水装置５の底部に貯まるが、各吸水蒸散体７を集水装置５の底部付近まで垂下させておくことにより、貯まった浸出液は毛管現象により各吸水蒸散体７に吸い上げられることになる。
【実施例６】
【０１５５】
図２０は、本発明の実施例６に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図２０において、止水層２、表面透水層３ａ、回収透水層４、透光板６、送風機９、送気管１０、表面遮水層１１、注水タンク１２、注水管１３、開閉弁１４、換気路１６、及び被処理土壌Ｐは、実施例１の図１と同様であるため説明は省略する。
【０１５６】
本実施例では、集水装置５の構造が実施例１の場合と異なっている。集水装置５の内部空間は、その底部が被処理土壌Ｐの底面より低位となるように深く形成されている。そして、集水装置５の内部空間に臨む回収透水層４が端部に位置して、集水装置５の内部に集水ピット１８が設けられており、回収透水層４から浸出する洗浄液（浸出液）は集水ピット１８内に貯留する。集水ピット１８の底面と集水装置５の内部空間の底面との間には空間があり、この空間に集水ピット１８の底面から複数の吸水蒸散体７が垂下されている。また、この空間には、送風機９及び送気管１０によって外気が送気されている。
【０１５７】
回収透水層４から集水ピット１８に浸出した浸出液は、各吸水蒸散体７に吸収されて、集水装置５の内部空間の空気に曝気される。これにより、水分が蒸発して汚染物質のみが吸水蒸散体７内に残留蓄積される。
【０１５８】
尚、吸水蒸散体７に吸収されずに滴下した浸出液は集水装置５の底部に貯まるが、各吸水蒸散体７を集水装置５の底部付近まで垂下させておくことにより、貯まった浸出液は毛管現象により各吸水蒸散体７に吸い上げられることになる。
【実施例７】
【０１５９】
図２１は、本発明の実施例７に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図２１において、止水層２、主給水垂直透水層３ｄ、補助給水垂直透水層３ｅ、回収透水層４、集水装置５、透光板６、吸水蒸散体７、受皿７ａ、吊棒８、注水タンク１２、注水管１３、開閉弁１４、及び換気路１６は、図１８と同様のものであり、同符号を付して説明は省略する。また、透水性底板１７は図１９と同様のものである。
【０１６０】
本実施例の汚染土壌浄化装置１は、被処理土壌Ｐの底部に透水性底板１７を設けて、この透水性底板１７上に被処理土壌Ｐを保持している。また、透水性底板１７の下部には、止水層２の底板との間に、貯水空間１９を形成している。この貯水空間１９には、大鋸屑及び木片からなる微生物の培床２０が投入されている。
【０１６１】
さらに、貯水空間１９の底部付近には、貯水空間１９に空気を注入するための散気管２１が配設されている。散気管２１は、管壁に多数の散気孔２１ａが開口形成された多孔管である。散気管２１の基端側には給気管２２が接続されており、この給気管２２の他端は、地上に設置されたエアポンプ２３に接続されている。エアポンプ２３から給気管２２を通して散気管２１に空気が供給される。また、回収透水層４の下部には、貯水空間１９と集水装置５の井内とを連通する抜気孔２４が設けられており、散気管２１から貯水空間１９内に供給される空気を集水装置５の井内へ抜気する。
【０１６２】
注水タンク１２から注水管１３を通して主給水垂直透水層３ｄ及び補助給水垂直透水層３ｅへ洗浄液が注入される。注入された洗浄液は、被処理土壌Ｐを通過する間に被処理土壌Ｐ内の汚染物質を溶出させ、透水性底板１７を浸透通過して貯水空間１９に入る。貯水空間１９は汚染物質が溶け込んだ洗浄液（浸出液）により満盈される。培床２０は浸出液よりも比重が小さいので、貯水空間１９の上部に浮上する。この状態で、エアポンプ２３により空気が送気され、散気管２１から貯水空間１９内の浸出液内に空気が散気される。これにより、培床２０と浸出液とが攪拌されるとともに曝気され、好気状態となり、培床２０内の微生物が活性化される。この微生物は、浸出液の酸性成分である有機酸を分解する。また、微生物の活動によって貯水空間１９内の浸出液の温度が上昇する。
【０１６３】
貯水空間１９内の浸出液は、回収透水層４を浸透透過して、集水装置５の井内底部に溜まる。また、散気管２１から貯水空間１９内へ放出された空気は、抜気孔２４を通して集水装置５の井内底部に放出される。そして、換気路１６から大気中へ放出される。これにより、集水装置５の井内の空気の循環が行われる。
【０１６４】
集水装置５の井内底部に貯溜した浸出液は、毛管現象によって吸水蒸散体７に吸い上げられ、水分が集水装置５の井内の空気へ蒸散され、汚染物質が吸水蒸散体７内へ残留する。
【０１６５】
ここで、集水装置５の井内底部に貯溜した浸出液は、微生物の活動によって温められているため、水分の蒸散が促進される。また、浸出液中の水分以外の成分は、酸の量が多く、重金属等の汚染物質の量は微量である。従って、微生物によって酸を分解することで、集水装置５の井内に蓄積する酸量を低減することができる。
【０１６６】
なお、本実施例では、貯水空間１９内の培床２０と浸出液との攪拌は、簡便で効率のよい散気管２１によるエアレーションを使用したが、これだけでは攪拌能力が不足するような場合には、さらに機械的な攪拌装置を付加することもできる。
【実施例８】
【０１６７】
図２２は、本発明の実施例８に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図２２において、実施例１の図１と同様の構成部分については、同符号を付して説明は省略する。
【０１６８】
本実施例においては、止水層２で包囲された被処理土壌Ｐが入れられた容体内と集水装置５とは、その最下部において洗浄液が通過する通液路２５により連通している。回収透水層４は、被処理土壌Ｐの底部（止水層２の底面上）全体に敷設され、通液路２５の容体内側の開口部に被処理土壌Ｐが侵入するのを防いでいる。また、通液路２５の集水装置５側の開口部には開閉栓２６が開閉自在に設けられている。本実施例では、開閉栓２６は、コックやバルブのような栓を使用するが、開閉栓２６はこれ以外にゴム栓のような開口に挿し込み式の栓を使用してもよい。また、本実施例では注水タンク１２及び開閉弁１４は不要のため省略してある。それ以外の構成は、実施例１と同様である。
【０１６９】
次に、この本実施例における汚染土壌浄化装置１による被処理土壌Ｐの浄化処理方法（以下「バッチ土壌浄化法」と呼ぶ。）について説明する。尚、本実施例の汚染土壌浄化装置１による被処理土壌Ｐの浄化方法は、実施例１と大部分が共通するため、ここでは、実施例１の場合と相違する部分を中心に説明する。
【０１７０】
まず、通液路２５を開閉栓２６により閉栓する。この状態で、注水管１３から表面透水層３ａに洗浄液を供給する。表面透水層３ａでは、洗浄液が被処理土壌Ｐの表面全体にわたって広がり、表面全体から被処理土壌Ｐ内に洗浄液が分散注水される。そして、被処理土壌Ｐを浸透して回収透水層４まで達した洗浄液は、通液路２５が閉塞されているために止水層２で包囲された用体内の底部から逐次貯溜される。これにより、洗浄液の土中水面下にある被処理土壌Ｐは洗浄液に完全に浸漬される。
【０１７１】
そして、洗浄液の土中水面が被処理土壌Ｐの上面に達するまで洗浄液を注入し、被処理土壌Ｐを洗浄液に完全に浸漬させる。洗浄液の土中水面が被処理土壌Ｐの上面に達すると、開閉弁１４を閉止して洗浄液の注入を一旦止める。この状態で、暫く放置して被処理土壌Ｐ内の重金属汚染物質を洗浄液に溶出させる。
【０１７２】
その後、開閉栓２６を開栓して、通液路２５から被処理土壌Ｐ内に溜まった洗浄液を集水装置５にゆっくりと放出させる。集水装置５に集水された浸出液は、吸水蒸散体７に吸収される。そして、吸水蒸散体７内を水面上まで上昇した浸出液は、水分が蒸散し、不揮発性の汚染物質が吸水蒸散体７内に残留し濃縮される。
【０１７３】
上述のような一連の処理を１回乃至数回繰り返すことにより被処理土壌Ｐ内の汚染物質が除去される。繰り返し回数は、被処理土壌Ｐの汚染物質の種類や汚染の度合いに応じて適宜決めればよい。
【０１７４】
このように、本実施例では、通液路２５に開閉栓２６を設け、止水層２で包囲された用体内に洗浄液を溜めて被処理土壌Ｐを完全に浸漬することで、洗浄液が被処理土壌Ｐ内の隅々にまで満遍なく行き渡り、被処理土壌Ｐと洗浄液との接触効率を上げることができる。また、一旦洗浄液を貯溜させてから排出するため、実施例１のように洗浄液を流しながら被処理土壌Ｐの浄化を行う場合に比べて、使用する洗浄液（すなわち酸）の量を減らすことができる。
【０１７５】
また、止水層２で包囲された容体が洗浄液を溜めるタンクの代わりとなるため、実施例１の注水タンク１２を別途に必要とせず、装置全体をコンパクトにすることができる。
【０１７６】
なお、ここでは、被処理土壌Ｐ内の汚染物質の含有量を低減させる方法についての説明を行ったが、実施例１と同様に、被処理土壌Ｐ内からの汚染物質の溶出量を低減させるという観点からこの方法を改良すると、次のような方法を採ることができる（以下「改良バッチ土壌浄化法」と呼ぶ）。
【０１７７】
まず、上記本実施例で説明したバッチ土壌浄化法により酸の洗浄液によって被処理土壌Ｐから汚染物質を溶出させて吸水蒸散体７による回収を行う。この場合、酸としては天然の有機酸である酢酸を用いるのがもっとも適している。そして、ある程度、汚染物質の溶出が終わった時点で、最後に、洗浄液を水（又は中和液）に切り替えて、上記説明したバッチ土壌浄化法又は実施例１の逐次土壌浄化法により水（又は中和液）による被処理土壌Ｐの洗浄（中和処理）を行う。この中和処理によって、被処理土壌Ｐ内の酸が洗い流され土壌Ｐが酸性から中性に戻るとともに、重金属等の汚染物質が安定化し溶出しないようになる。
【０１７８】
このように、最後に水（又は中和液）による被処理土壌Ｐの洗浄を行うことで、洗浄液により溶出されきれずに被処理土壌Ｐ内に残留した汚染物質が化学的に安定化し、土壌内に固定化されて溶出しないようになるため、汚染物質の溶出量を低減させることができる。
【実施例９】
【０１７９】
図２３は、本発明の実施例９に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図２３において、実施例１の図１と同様の構成部分については、同符号を付して説明は省略する。
【０１８０】
本実施例においては、実施例１と同様に、止水層２で包囲された被処理土壌Ｐが入れられた容体の底部（止水層２の底面上）全体に、回収透水層４が敷設されている。集水装置５と被処理土壌Ｐとを仕切る止水層２の縦壁の最下部には隙間２７が設けられており、その隙間２７には回収透水層４が詰められ被処理土壌Ｐが入り込まないようにされている。そして、集水装置５の底部には、隙間２７の出口を塞ぐようにして吸着材であるロックウール２８が配設されている。それ以外の構成は、実施例１と同様である。
【０１８１】
次に、この本実施例における汚染土壌浄化装置１による被処理土壌Ｐの浄化方法について説明する。尚、本実施例の汚染土壌浄化装置１による被処理土壌Ｐの浄化方法は、実施例１と大部分が共通するため、ここでは、実施例１の場合と相違する部分を中心に説明する。
【０１８２】
注水タンク１２から洗浄液を被処理土壌Ｐに分散注入し、集水装置５に集水させるまでは、実施例１と同様である。隙間２７を通過して集水装置５に流入する洗浄液は、まずロックウール２８を通過する。この際、ロックウール２８は大きな吸着面積を有するため、洗浄液に含まれる重金属の多くはロックウール２８に吸着される。従って、洗浄液を吸水蒸散体７により毛管吸引する前に、あらかじめロックウール２８においてある程度重金属が回収される。これにより、実施例１の場合に比べ、重金属の回収率が向上し、回収された洗浄液中の有害重金属量を大きく低減させることができるというメリットがある。
【０１８３】
尚、本実施例において、洗浄液の注入は、被処理土壌Ｐの上面に設置した表面透水層３ａから分散注入する例を示したが、改良バッチ土壌浄化法を用いる場合には、洗浄液の注入は被処理土壌Ｐの上面からでなくてもよい。或いは、注水管１３を回収透水層４に直接接続して、被処理土壌Ｐの下方から上方に向かって洗浄液を分散注入するように構成してもよい。結局、被処理土壌Ｐが完全に洗浄液に浸漬するまで洗浄液を注入するからである。尚、上部からの洗浄液の注入の場合、土壌中にガス（空気）が被処理土壌Ｐ内に残存する確率が高くなるのに対し、下部からの洗浄液の注入では被処理土壌Ｐ内のガスは上に向かって排除されるので、そのような心配はないというメリットがある。
【０１８４】
（実験例３）
本実験例では、実施例８の後半で説明した改良バッチ土壌浄化法についての検証結果を示す。
【０１８５】
（１）供試土壌試料の性状
本実施例では、供試土壌試料として２種類の汚染土壌（汚染土壌Ａ，Ｂ）を使用した。これらの供試土壌試料を、公定法（環境省告示第46号）に従って溶出試験を行い、土壌１ｋｇ当たりに換算した重金属の溶出量を次表１２に示す。
【０１８６】
【表１２】
【０１８７】
次に、上記各供試土壌試料に含まれる重金属の分画試験を次のようにして行った。
［１］ 供試土壌１０ｇに精製水４００ｍＬを加えて１６時間振盪し、遠心分離及び濾過により得られた濾液を水溶性画分とした。
［２］ ［１］で得られた残渣に、精製水３００ｍＬを加えて１Ｍ酢酸でｐＨ７に中和し、遠心分離及び濾過により得られた濾液を中和画分とした。
［３］ ［２］で得られた残渣に、０．１１Ｍ酢酸４００ｍＬを加えて６時間振盪し、遠心分離及び濾過により得られた濾液を酸可溶性画分とした。
【０１８８】
次表１３に、分画試験の測定結果を示す。表１３より、ＡｓとＳｅは水溶性画分と中和画分とが多く、酸可溶性画分は少ない傾向にあることがわかる。一方、ＣｄとＰｂは、水溶性画分と中和画分とが少なく、酸可溶性画分が圧倒的に多くなることがわかる。
【０１８９】
【表１３】
【０１９０】
（２）酸可溶性画分除去による対象重金属の除去率
まず、酸可溶性画分の除去までで、供試土壌試料内の重金属の抽出が可能であるか否かを確認するために、各供試土壌試料１０ｇに対し上記分画試験［１］〜［３］の操作を行った後、得られた残渣試料に対してＣａ（ＯＨ）２による中和処理を行い、その後公定法（環境庁告示第４６号）に従って対象重金属（Ａｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂ）の溶出試験を行った。その結果を、次表１４に示す。表１４（浄化後）と表１２（浄化前）とを比較すると、いずれも、汚染土壌の含有量相当値は、浄化前の含有量が少なかったＣｄを除き、大きく低減していることが確認できる。
【０１９１】
【表１４】
【０１９２】
（３）改良バッチ土壌浄化法による汚染土壌浄化試験１
次に、実際の現場を想定して、汚染土壌試料について、数回のバッチ土壌浄化法による浸漬浄化と中和処理とを連続して実施したときの対象重金属の溶出量の低減効果についての検証を行った。尚、本実験では、上記汚染土壌Ａ，Ｂとは別の、Ａｓ濃度の高い新たな汚染土壌Ｃを供試土壌試料として使用した。また、洗浄液には酢酸とクエン酸を使用した。
【０１９３】
実験は、図２２に示した汚染土壌浄化装置１の代わりに、実験室でも実施可能な図２４の模型を用いて行った。実験手順は、ビフネルロート（φ90）にＡｓ汚染土壌を２ｃｍ（１５０ｇ）詰め、０．１１Ｍ酢酸または０．１１Ｍクエン酸を土壌が浸漬するまでロート下部から入れて２４時間静置した後、溶出液をカラムの下から抜き溶出液を回収した。これを５回繰り返すことで浄化を行った。溶出液は硝酸５ｍＬを加えてマイクウェーブで分解した後、ＩＣＰ−ＭＳで測定した。また、浸漬実験後の土壌は以下の２つの中和方法１，２で中和し、それぞれ溶出試験（公定法）を行った。中和方法１は、ｐＨが中性になるまで精製水で洗浄（５回程度洗浄）する方法、中和方法２は、水酸化カルシウム溶液を通水して中和する方法を表す。
表１５にその実験結果を示す。
【０１９４】
【表１５】
【０１９５】
図２５は、表１５の結果から汚染土壌の浄化前と最終的な浄化後の溶出値を示した図である。本実験では上記分画試験より土壌と酸の接触時間が短くなることから、全体的にみると溶出値は低減しているものの大きくはない。酸の比較では、クエン酸の溶出作用は酢酸よりも強く、公定法以上に溶出していると思われる。通常の自然環境下における溶出には酢酸が適していると考えられる。結果として、酢酸５回−中和処理２において環境基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）を満たし、低減率は９９．８％となった。ただし、中和方法の違いによる差は明確ではなかった。
【０１９６】
（４）改良バッチ土壌浄化法による汚染土壌浄化試験２
次に、汚染土壌Ｃ（Ａｓ汚染土壌）に加えて汚染土壌Ｄ（Ｐｂ汚染土壌）を供試汚染土壌試料として使用し、確認試験を行った。実験方法は（３）と同様に、ビフネルロート（φ９０）に汚染土壌Ｃ及び汚染土壌Ｄを２ｃｍ（１５０ｇ）詰め、０．１１Ｍ酢酸を汚染土壌が浸漬するまでロート下部から入れて２４時間静置した後、溶出液をカラムの下から抜いた。これを５回繰り返して浄化した。溶出液は硝酸を加えてマイクウェーブで分解した後、ＩＣＰ−ＭＳで測定した。浄化後の土壌から酢酸を除去するために最初に精製水を４００ｍＬ流し、続いて精製水２００ｍＬを加えて２４時間浸漬、さらに、精製水４００ｍＬを流した。
【０１９７】
洗浄液が中性であることを確認後、土壌の溶出試験（公定法）を行った。図２６は、試験の結果から浄化前後の溶出値を示した図である。汚染土壌Ｃ（Ａｓ汚染土壌）は、浄化前の溶出値は基準値の５０倍と高いが、浄化後は０．０２８ｍｇ／Ｌと基準値の３倍程度まで低減している。また、汚染土壌Ｄ（Ｐｂ汚染土壌）は、浄化前は基準値の５倍程度で浄化後は基準値以下となった。低減率はそれぞれ、９５％、８７％となっており、改良バッチ土壌浄化法の効果が確認された。汚染土壌Ｃ（Ａｓ汚染土壌）は浄化後に基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）を満たしていないものの、浸漬の回数を増やすことで対応は可能と思われる。
【０１９８】
（実験例４）
本実験例では、実施例９で説明したロックウール２８の設置効果についての検証結果を示す。ここでは、ロックウール２８として、マグネシア系のロックウールを用いて必要吸着材量の検討を行った。
【０１９９】
（１）ロックウールによる重金属吸着試験（バッチ試験）
事前の実験の結果、ロックウール（吸着材）１０ｇに対して模擬汚染液（試験液）２００ｍＬ（１：２０）でＡｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂに対し、吸着率９５％以上となった。そこで、ここでは吸着材と模擬汚染液（試験液）が１：１００および１：１０００（重量比）になるようにして２４時間振盪させた。模擬汚染液は土壌を通水したもの（ＣａやＮａ等の金属も含む）にＡｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂの金属標準液を添加したものを用いた。結果を表１６に示す。
【０２００】
【表１６】
【０２０１】
表１６より、１：１００ではＳｅを除いて９７％以上の高い吸着率となったが、１：１０００では、それが３．０〜１３．３％と大きく低下することとなった。吸着率にはｐＨが大きく関係していると思われ、前者ではｐＨ=９．７、後者では４．７と酸性になっている。これについては、ｐＨ，ロックウール量を変えた試験が必要であるが、ここではロックウールと汚染液の比率をある程度確保し、ｐＨを大きく低下させないことが必要であることが確認された。
【０２０２】
（２）ロックウールによる重金属吸着試験（カラム試験）
実際のロックウール（吸着材）の適用を想定すると、汚染液を吸着材であるロックウールに通水して処理することになる。ここでは、汚染液の吸着材の通水速度（接触時間）の影響を検討するため、簡易カラムを用いて吸着試験を行った。
【０２０３】
実験装置は、図２７に示したようにビフネルロートに下から吸着材（ロックウールＤ）を１ｃｍ（２５．５ｇ）、ガラスビーズを１ｃｍ、濾紙の順で詰めた。実験手順は、模擬汚染液を、１００ｍＬずつ計１Ｌを上部から流し、浸出溶液を順に採取した。その後、流出液をマイクロウェーブで分解後、ＩＣＰ−ＭＳを用いて測定を行い、試験前の重金属濃度と比較した。模擬汚染液は土壌を通水したもの（ＣａやＮａ等の金属も含む）にＡｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂの金属標準液を添加したものを用いた。通水時間を変えるため、粒径の異なる２種類のガラスビーズを用いた。試験は、以下に示すように透水性の異なるケース１，２とバッチ試験のケース３の３ケース実施した。
【０２０４】
ケース１：吸着材とガラスビーズ小φ０．１０５〜０．１２５ｍｍ
透水係数 ｋ＝１．１×１０−２ｃｍ／ｓ，
汚染液１００ｍＬ×１０回通水した。
ケース２：吸着材とガラスビーズ大φ０．７１０〜０．９９０ｍｍ
透水係数 ｋ＝２．０×１０−２ｃｍ／ｓ，
汚染液１００ｍＬ×１０回通水した。
ケース３：吸着材のみをロートに詰め、吸着材が浸る程度汚染液を入れて（２００ｍＬ）２４時間浸漬した。
【０２０５】
図２８は、ケース１における浸出液中の重金属濃度を通水回数毎に示し、吸着率に換算した。同図にはバッチ試験の結果を併せて示している。１回目の通水は、ガラスビーズ中の間隙水に留まり、浸出量が１００ｍＬを下回ったため、予備通水とした。図２９は、ケース２におけるそれらを示している。両者の差異は、透水係数で２倍程度である。まず、図２８に注目すると、浸出液の重金属濃度が初期汚染液のそれに比較して大きく低下していることが確認できる。Ａｓはやや大きいが、Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂはかなり小さい。吸着率でみるとＡｓが６０〜８０%程度、Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂで９０％以上となっている。つぎに、図２９をみると、Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂはやや低下しているが、Ａｓについてはほとんど低減傾向が認められない。吸着率は、Ａｓが０〜３５％程度、Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂでも６０〜８５％程度とケース１に比較すると大きく低下している。一方、両者において通水回数による有意な変化は認められなかった。以上のことから、通水時間（積極時間）によって、吸着材の効果が大きく変化することが確認された。特に、Ａｓがそれの影響を大きく受けることがわかった。しかし、バッチ試験の結果から十分な接触時間を確保できれば、いずれの重金属も９５％程度の吸着率が期待できることが確認された。
【０２０６】
（実験例５）
本実験例では、実施例９で説明したロックウール２８の設置効果について、種々のロックウール材を使用して行った検証結果を示す。表１７に、本実験例で使用したロックウール（吸着材）を示す。
【０２０７】
【表１７】
【０２０８】
実験方法は、酢酸で調整した約ｐＨ４の液にＡｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ標準液をそれぞれ２６５、２６８、２３７、１５０３μｇ／Ｌになるように添加し、その試験液２００ｍＬを５００ｍＬ用のポリ容器に満たし、吸着剤１０ｇ加え１８時間振盪した。振盪後、遠心分離を行い、上澄み液１μｍをグラスフィルターで吸引し濾過した。次に、濾液から３０ｍＬ分取し、ＨＮＯ３を５ｍＬ添加してマイクロウェーブ分解した後、超純水で５０ｍＬにした。その分解液を１０ｍＬ分取し、５０ｍＬに定容した後、ＩＣＰ−ＭＳで測定した。
【０２０９】
【表１８】
【０２１０】
表１８に各種ロックウールの吸着実験後の溶出液中の重金属（Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ）濃度を示す。また、図３０は、各種ロックウールの吸着実験後の溶出液中の重金属（Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ）の吸着率を示した図である。
【０２１１】
図３０より、Ａｓ、Ｐｂの吸着率はロックウールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの全てで１００％近くに達したが、ＳｅはロックウールＥで３３．７%、ＣｄはロックウールＢで７７．３%であった。特にＳｅは他の重金属と比較してロックウールへの吸着率が低くなった。ロックウール別に見ると、ロックウールＡ、Ｃ、Ｄが全ての重金属（Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ）に対して９０％以上の吸着率を示した。特にロックウールＤはＡｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ全てにおいて９５％以上の吸着率を示しており、重金属に対して高い吸着性能を有していることがわかった。吸着処理後の溶液のｐＨは、ロックウールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅでそれぞれ９．９、５．１、１１．８、９．６、１１．０であり、吸着性能および吸着処理後のｐＨを考慮すると、本実験で用いた吸着剤の中ではロックウールＡ、Ｄが吸着剤として妥当であると考えられる。
【符号の説明】
【０２１２】
１ 汚染土壌浄化装置
２ 止水層
３ 注水手段
３ａ 表面透水層
３ｂ 垂直透水層
３ｃ 水平透水層
３ｄ 主給水垂直透水層
３ｅ 補助給水垂直透水層
４ 回収透水層
５ 集水装置
６ 透光板
７ 吸水蒸散体
７ａ 受皿
８ 吊棒
９ 送風機
１０ 送気管
１１ 表面遮水層
１２ 注水タンク
１３ 注水管
１４ 開閉弁
１５ 加熱装置
１５ａ 太陽熱集熱板
１５ｂ 給熱管
１６ 換気路
１７ 透水性底板
１８ 集水ピット
１９ 貯水空間
２０ 培床
２１ 散気管
２１ａ 散気孔
２２ 給気管
２３ エアポンプ
２４ 抜気孔
２５ 通液路
２６ 開閉栓
２７ 隙間
２８ ロックウール
Ｇ 現地の地面
Ｐ 被処理土壌
Ｐ 被処理土壌
Ｓ 地下水位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属等によって汚染された汚染土壌を洗浄し浄化する汚染土壌浄化技術に関し、特に、汚染土壌を他所に搬出する事なく現位置（オンサイト）で且つ省エネルギーで効率的に浄化することが可能な汚染土壌浄化技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場跡地等において、土壌が重金属などによって汚染されることにより、跡地の再利用が困難となることが問題となっている。なかでも日本における汚染土壌は、カドミウム、セレン、鉛、ヒ素等の重金属による汚染が多い。そこで、現在、土壌汚染の対策として、汚染土壌の掘削除去や搬出処理が広く行われている。これは、重金属汚染土壌は常温では分解による浄化が行われないことや、重金属類は土壌への吸着性が大きく土壌との分離が容易ではない事による。また、将来の健康被害の発生等のリスクを回避するために、完全浄化を前提としていることも大きな要因である。
【０００３】
しかしながら、汚染土壌の掘削除去処理や搬出処理は処理コストが高く、特に土地価格の低い地方などでは土壌汚染処理対策が進まず、ブラウンフィールド化する懸念がある。また、汚染土壌を汚染場所から搬出する場合、汚染が分散拡大するおそれがあるため、搬出先の選定が困難であるという問題もある。
【０００４】
そこで、できるだけ低コストで汚染された土壌を浄化する汚染土壌浄化方法が求められている。従来の土壌汚染浄化方法としては、特許文献１，２に記載のものが公知である。
【０００５】
特許文献１に記載の土壌汚染浄化方法は、汚染土壌１０１を包囲するように止水壁１０２を土中に埋置し、止水壁１０２で包囲された汚染土壌１０１に洗浄剤水溶液供給用井戸１０３と揚水用井戸１０４を設置し、洗浄剤水溶液供給用井戸１０３から汚染土壌１０１内に洗浄用溶液を注水し、汚染土壌１０１を洗浄剤水溶液で浸漬させて汚染物質を洗浄用溶液に溶出させ、汚染土壌１０１を通過した洗浄用溶液を揚水用井戸１０４から揚水し、揚水した洗浄用溶液から水処理によって汚染物質を除去するものである。図３１にその概略図を示す。
【０００６】
この方法は、広く一般に用いられている方法である。この場合、洗浄用溶液には酸性又はアルカリ性の溶液が用いられ、重金属汚染物質が洗浄溶液中に溶出しやすくするのが一般的である。
【０００７】
一方、特許文献２には、平均繊維径２μｍ以下の無機繊維を主体とした繊維質層に希土類化合物を含有する重金属吸着剤を分散保持させて柱状体に形成した土壌改良資材１１０が記載されている。また、土壌改良資材１１０を、上端部を地表に露出させて汚染土壌１０１内に埋め込むことにより、土壌中の重金属汚染物質を繊維質層に吸着させて土壌中の汚染物質を除去する土壌改良方法が記載されている。図３２にその概略図を示す。
【０００８】
この場合、汚染土壌中の汚染物質は、地下水に溶出し、土壌改良資材１１０によって捕捉される。土壌改良資材１１０の上端部は地表に露出しているため、この上端部から水分が蒸発する。その結果、汚染物質は土壌改良資材１１０内に濃縮・保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−９０３０１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０３２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の土壌汚染浄化方法は、揚水用井戸１０４から汲み上げた洗浄用溶液を水処理して溶出した汚染物質を回収する必要がある。重金属汚染の場合、汚染物質の濃度は極めて低いのが一般的である。このように極めて低濃度の汚染物質を洗浄用溶液から除去するのは容易ではなく、水処理コスト（金銭的コストやエネルギーコスト）が嵩むという問題が生じる。上述したように、現在、汚染土壌の浄化を低コストで行うことが求められており、上記特許文献１の方法では、低コスト化の問題を解決するものとはならない。
【００１１】
また、洗浄剤水溶液供給用井戸１０３に洗浄用溶液を注入したり、揚水用井戸１０４から洗浄用溶液を汲み上げたりするのにポンプが必要であり、このポンプの運転にエネルギーコストが必要であるため、省エネルギー化に限界があるという問題もある。
【００１２】
一方、上記特許文献２に記載の土壌改良方法は、以下の理由によって、実際の土壌改良に使用されていない。特許文献２の方法の場合、図３１に示したように、汚染土壌１０１から浸透する水は土壌改良資材１１０に浸入し、その水分だけが土壌改良資材１１０の上部から蒸発するが、このような水の移動が生じるのは、図３１の斜線で示したような、地表面近傍の極一部分である。地中に埋設された部分については、土壌改良資材１１０に浸入した地下水は他に行き場がないため土壌改良資材１１０に留まる。従って、汚染物質が土壌改良資材１１０に殆ど蓄積されることはなく、汚染土壌１０１の浄化効率は極めて低くなる。故に、実際の土壌改良用に実用化はされていないのが現状である。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、汚染土壌を他所に搬出する事なくオンサイトで処理することができ、低コストで且つ効率よく汚染土壌中から汚染物質を除去することが可能な汚染土壌浄化技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１の構成は、汚染された土壌を浄化するための汚染土壌浄化装置であって、汚染土壌を包囲して土中に埋置された止水層と、前記止水層で包囲される汚染土壌の全体に洗浄液を分散注入する注水手段と、前記止水層で包囲される汚染土壌に、前記止水層のある底部又はその近傍まで掘削された、前記汚染土壌内を通過した前記洗浄液を集水する集水装置と、前記集水装置内の空気中に曝気した状態で前記集水装置内に配設され、前記集水装置内に貯留する前記洗浄液を吸水する繊維質体からなる吸水蒸散体と、を備え、前記集水装置が外気と換気可能とされていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、まず注水手段によって汚染土壌の全体に洗浄液が分散注入される。分散注入された洗浄液は、汚染土壌内を通過するが、この際に、汚染土壌中の汚染物質が洗浄液に溶出する。汚染物質を溶解した洗浄液は、重力によって汚染土壌の底部の止水層上に集まり、最終的には集水装置に集水され、集水装置の底部には汚染物質が溶解濃縮された洗浄液（浸出液）が貯留される。この浸出液は、集水装置内に配設された吸水蒸散体に吸収され、毛管現象によって吸水蒸散体内に広がる。吸水蒸散体は集水装置内の空気中に暴露されているため、浸出液が空気と接触する表面積が拡大し、水分の蒸散が促進される。そして、集水装置は外気と換気されているので、集水装置内の湿度上昇が抑えられて効率よく水分蒸散が行われ、その結果浸出液内の汚染物質のみが吸水蒸散体内に残留する。従って、この吸水蒸散体内に汚染物質が濃縮蓄積されるので、ある程度汚染物質が蓄積した時点で吸水蒸散体を交換すれば、汚染物質を除去することができる。
【００１６】
このように、本発明では、まず第１段階として洗浄液により汚染物質を濃縮して集水装置に集め、第２段階として集水装置内で水分を蒸散させて吸水蒸散体中に汚染物質を濃縮するようにしたことで、効率よく汚染物質を回収・除去することが可能となる。
【００１７】
また、水処理や浸出液の汲み上げなども必要としないため、低コストで汚染土壌の浄化を行うことが可能である。また、汚染土壌を他所に運び出すことなく、原位置に止水層を設けて浄化処理することが可能である。
【００１８】
ここで、「止水層」としては、コンクリート、遮水シート等の水のしみ出さない層を使用することができる。「注水手段」は、止水層で包囲される汚染土壌の全体に洗浄液を分散注入するものであればよく、例えば、汚染土壌の表面や土中に不織布、散水管、水平ドレーン等の透水性部材を設置してこの透水性部材に洗浄液を供給するような構造が使用できる。「洗浄液」については、ここでは特に特定はしないが、重金属汚染土壌を浄化処理する場合には、酸性又はアルカリ性の溶液を用いる。酸性溶液としては、例えば、硝酸、クエン酸、ギ酸、リンゴ酸、マレイン酸、酢酸などを用いることができる。また、アルカリ性溶液としては、苛性ソーダ溶液等を用いることができる。「注水手段」についても、ここでは特に特定しないが、例えば、汚染土壌の地表に一様に散水するシートや透水性部材、散水管を設けたり、汚染土壌の土中に散水用の透水性部材を設けたりすることによって構成することができる。「集水装置」の深さは「止水層のある底部又はその近傍」とされるが、これは、重力によって汚染土壌の底部の止水層上に集まった洗浄液を集水するためである。「毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体」とは、繊維内に保持された水分が毛管現象によって原水面よりも高所に吸い上げられる特性を有する繊維質体をいう。吸水蒸散体としては、様々なものを使用することが可能であり、例えば、ガラス繊維、不織布、スポンジ等を使用することができる。この吸水蒸散体は、特に強度は必要としないため、円筒状又は円柱状の集合体としてもよいし、シート状の形状としてもよい。特に、蒸散効率を向上させるため、波板状又はそれを丸めた形状として表面積を増加させるようにすることが好ましい。集水装置は外気と換気可能であればよく、例えば、単に集水装置の上部を外気に解放したり、ファン等により外気を積極的に送風するようにすることができる。
【００１９】
本発明の汚染土壌浄化装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記吸水蒸散体は、前記集水装置の底部に立設された、毛管現象により前記集水装置内に貯留する前記洗浄液を吸い上げることが可能な繊維質体からなることを特徴とする。
【００２０】
これにより、吸水蒸散体を収納する集水装置の構造をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
本発明の汚染土壌浄化装置の第３の構成は、前記第１又は２の構成において、前記吸水蒸散体は、無機繊維に重金属吸着剤を分散保持させたものからなることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、吸水蒸散体に吸収された重金属汚染物質は、重金属吸着剤に吸着されるため、効率よく汚染物質を浄化することができる。
【００２３】
ここで、「無機繊維」は、毛管現象により水の吸い上げが可能な太さの繊維であれば良く、吸い上げ性能の観点からは、好ましくは平均繊維径が２μｍ以下のものであることが好ましい。また、材料としては、一般にはガラスが使用されるが、それ以外の材料を用いることも可能である。
【００２４】
本発明の汚染土壌浄化装置の第４の構成は、前記第１乃至３の何れか一の構成において、前記集水装置に外気を送気する送風機を備えていることを特徴とする。
【００２５】
このように、集水装置に送風機で外気を強制的に送風することにより、集水装置内の湿度を低い状態に保ち、吸水蒸散体の水分が蒸散する速度を速めることで、汚染物質の除去速度を向上させることができる。
【００２６】
本発明の汚染土壌浄化装置の第５の構成は、前記第４の構成において、前記送風機から送気する外気を加熱する加熱装置を備えていることを特徴とする。
【００２７】
このように、加熱装置によって集水装置内の空気の温度を上昇させ、集水装置内の吸水蒸散体からの水分蒸発を早めることで、汚染物質の除去速度を更に向上させることができる。
【００２８】
本発明の汚染土壌浄化装置の第６の構成は、前記第５の構成において、前記加熱装置は、太陽熱集熱板と、前記太陽熱集熱板内に外気を通して該太陽熱集熱板で集熱される熱を内部を通る外気に給熱する給熱管とを備え、前記給熱管を通した外気を前記集熱井戸に送気することを特徴とする
【００２９】
この構成によれば、太陽熱により集水装置に送風する外気を加熱するため、外気を加熱するためのエネルギーコストが削減され、汚染物質の除去速度を早めるとともにより低コストで運用することが可能となる。
【００３０】
本発明の汚染土壌浄化装置の第７の構成は、前記第１乃至６のいずれかの構成において、前記集水装置の上部を覆って設けられた透光板を備えていることを特徴とする。
【００３１】
このように、集水装置の上部を透光板で覆うことで、太陽光が透光板を通って集水装置内に差し込んで温室効果により集水装置内の温度を上昇させることができる。その結果、集水装置内の吸水蒸散体からの水分蒸発を早め、汚染物質の除去速度を更に向上させることができる。尚、この場合、集水装置内の空気を換気するための換気路をいずれかの場所に設ける。
【００３２】
本発明の汚染土壌浄化装置の第８の構成は、前記第１乃至７の何れか一の構成において、前記注水手段は、前記止水層で包囲される汚染土壌の表面全体に敷設された透水性部材から構成される表面透水層を備えていることを特徴とする。
【００３３】
この構成によれば、汚染土壌の表面敷設された透水層に洗浄液を送水すると、汚染土壌の表面全体に洗浄液が分散注水される。この洗浄液は重力により汚染土壌内を下方に浸透し、結果的に汚染土壌全体にわたって洗浄液を分散させることができる。また、散水用の設備が簡単で、ポンプなどの動力装置も必要としないので、低コストで洗浄液の分散注水を行うことができる。
【００３４】
本発明の汚染土壌浄化装置の第９の構成は、前記第８の構成において、前記注水手段は、前記表面透水層に加えて、前記止水層で包囲される汚染土壌内の各所に垂直に埋設された透水性部材からなる垂直透水層を備えていることを特徴とする。
【００３５】
この構成によれば、汚染土壌の表面のみならず、垂直透水層を通して汚染土壌の内部にも洗浄液を直接注水することができる。従って、効率よく汚染土壌内に洗浄液を分散させ効率よく汚染物質の溶出を行うことができる。
【００３６】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１０の構成は、前記第１乃至９の何れか一の構成において、前記止水層で包囲される汚染土壌の底部に敷設され、前記汚染土壌の底部に浸出する洗浄液を前記集水装置に導く回収透水層を備えていることを特徴とする。
【００３７】
この構成によれば、汚染物質が溶出された洗浄液は、底部の回収透水層を通して集水装置に回収されるため、汚染土壌中の洗浄液の流れが垂直方向の一方向となり、土壌からの汚染物質の分離を効率よく行うことができる。
【００３８】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１１の構成は、前記第１乃至１０の何れか一の構成において、前記汚染土壌と前記止水層の間に形成された貯水空間と、
前記貯水空間内に投入された、微生物を培養するための粉粒状の培床と、
前記貯水空間内に空気を散気する散気手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００３９】
この構成により、汚染土壌を通過して汚染物質が溶出された洗浄液（浸出液）は、汚染土壌の下部の貯水空間に貯溜する。そして、散気手段により、浸出液と粉粒状の培床とが攪拌されるとともに、曝気されて微生物の繁殖に適した好気状態となる。繁殖した微生物は、浸出液に含まれる有機酸成分を分解し、蓄積する酸量が低減される。また、微生物の活動により、浸出水の温度が上昇するため、水分が蒸発しやすい状態となり、吸水蒸散体における蒸散が促進される。
【００４０】
ここで、「粉粒状の培床」としては、大鋸屑、木片、糠、籾殻等の菌床を使用することができる。
【００４１】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１２の構成は、前記第１乃至１１の何れか一の構成において、前記止水層で包囲される汚染土壌が入れられた容体内と前記集水装置とは、その最下部において前記洗浄液が通過する通液路により連通しており、前記通液路には、前記洗浄液の通液を通断する開閉栓が設けられていることを特徴とする。
【００４２】
この構成により、まず、汚染土壌に洗浄液を分散注水する際に開閉栓を閉栓しておくことにより、汚染土壌全体に洗浄液を確実に浸漬させ、その後開閉栓を開栓して洗浄液を集水装置に排出させることにより、汚染土壌内に洗浄液が行き渡らない部分が生じることが防止される。また、使用する酸の量を減らすことができる。
【００４３】
本発明の汚染土壌浄化装置の第１３の構成は、前記第１乃至１２の何れか一の構成において、前記集水装置の底部に吸着材が配設されていることを特徴とする。
【００４４】
この構成により、集水装置の底部に溜まった洗浄液は、吸着材に吸収され、集水装置内の空気と接触する比表面積が増大する。これにより、集水装置底部に溜まった洗浄液の蒸発が促進され、洗浄液の不揮発成分が濃縮される。その結果、吸水蒸散体内に汚染物質を濃縮蓄積し回収する時間を短縮することができる。また、吸着材は洗浄液に含まれる汚染物質を吸着する能力が極めて大きい素材である。従って、集水装置の底部に溜まった洗浄液中の汚染物質は、吸着材に吸着され除去される。そのため、吸水蒸散体に集積される汚染物質量が幾分低減されることになり、吸水蒸散体を取り替えなしに使用できる期間が長くなる。
【００４５】
ここで、汚染物質が重金属で酸性の洗浄液を使用する場合、汚染物質の吸着性能がよく、吸着処理後の処理溶液のｐＨが中性に近くなる点を考慮すると、「吸着材」としては、グラスウール（ガラス繊維）、ロックウール、セラミックファイバー（セラミック繊維）、シリカ繊維、アルミナ繊維、ムライト繊維、ゼオライト繊維等の無機繊維や活性炭繊維、有機樹脂繊維等の有機繊維、若しくはこれらの繊維の組合せ、若しくはこれらの繊維にさらにシリカ、セピオライト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム及び炭酸カルシウム等の吸着材の粉末を担持させたものを使用することができる。中でも特に、「吸着材」として、マグネシア・アルミナ系又はマグネシア系のロックウールを使用するのが適している。
【００４６】
本発明の汚染土壌浄化方法の第１の構成は、汚染された土壌を浄化するための汚染土壌浄化方法であって、汚染土壌を包囲した状態で止水層を土中に埋置し、前記止水層で包囲された汚染土壌に、前記止水層のある底部又はその近傍まで集水装置を掘削形成し、前記集水装置の底部に、毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体から成る吸水蒸散体を立設し、前記汚染土壌に洗浄液を分散注水して、前記汚染土壌全体に洗浄液を通過させ、前記汚染土壌を通過した洗浄液を前記集水装置により集水し、前記集水装置に集水された洗浄液を前記吸水蒸散体に吸水させるとともに、前記集水装置内の空気を換気して、前記吸水蒸散体の水分を前記集水装置内の空気中に蒸散させることにより、前記吸水蒸散体に汚染物質を凝集させることを特徴とする。
【００４７】
本発明の汚染土壌浄化方法の第２の構成は、前記第１の構成において、前記集水装置内の空気を太陽熱により加熱することを特徴とする。
【００４８】
本発明の汚染土壌浄化方法の第３の構成は、前記第１又は２の構成において、前記止水層で包囲される汚染土壌が入れられた容体内と前記集水装置とは、その最下部において前記洗浄液が通過する通液路により連通するように形成するとともに、前記通液路に、前記洗浄液の通液を通断する開閉栓が設け、前記汚染土壌に洗浄液を分散注水する際に前記開閉栓を閉栓しておき、前記汚染土壌全体が前記洗浄液により浸漬された後に、前記開閉栓を開栓して、前記汚染土壌を通過させた洗浄液を前記集水装置により集水することを特徴とする。
【００４９】
本発明の汚染土壌浄化方法の第４の構成は、前記第１乃至３の何れかの構成において、前記汚染土壌全体に洗浄液を通過させることにより前記汚染土壌の洗浄を行い前記吸水蒸散体に汚染物質を凝集させた後に、前記汚染土壌に水又は中和液を分散注水して、前記汚染土壌全体に水又は中和液を通過させ、前記汚染土壌を通過した水又は中和液を前記集水装置により集水し、前記集水装置に集水された水又は中和液を前記吸水蒸散体に吸水させるとともに、前記集水装置内の空気を換気して、前記吸水蒸散体の水分を前記集水装置内の空気中に蒸散させることにより、前記汚染土壌内の汚染物質の除去を行うことを特徴とする。
【００５０】
ここで、「中和液」とは、洗浄液により酸性化又はアルカリ性化した汚染土壌を中性化する液体をいい、洗浄液のｐＨによって最適な組成のものが適宜選択される。例えば、洗浄液が酸性の場合、中和液としては、水酸化カルシウム溶液、苛性ソーダ溶液等を使用することができる。
【発明の効果】
【００５１】
以上のように、本発明によれば、汚染土壌を他所に搬出する事なくオンサイトで処理することが可能であり、低コストで且つ効率よく汚染土壌中から汚染物質を除去することが可能となる。従って、土地価格の低い地方などでも容易に導入して汚染土壌の浄化を実施することが可能であり、土壌汚染処理対策の促進を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２】本実施例における汚染土壌浄化装置１における洗浄液の移動を模式的に表した図である。
【図３】本発明の実施例２に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る汚染土壌浄化装置１の別の例の構成を表す図である。
【図５】本発明の実施例３に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図６】各種酸を用いた溶出試験の結果である。横軸は酸の種類、縦軸は重金属汚染物質の溶出量を表す。
【図７】クエン酸の濃度と重金属汚染物質の溶出量の実験結果である。横軸はクエン酸濃度、縦軸は溶出量を表す。
【図８】クエン酸濃度と溶出試験前後のｐＨ値である。
【図９】クエン酸量と溶出量・ｐＨとの関係である。
【図１０】カラム試験の実験装置の構成を示す模式図である。
【図１１】クエン酸投入量と土壌からのＰｂ溶出量及び溶出液のｐＨ
【図１２】クエン酸投入量と土壌からのＰｂ溶出量の積算
【図１３】クエン酸投入量と土壌からのＣｄ溶出量及び溶出液のｐＨ
【図１４】クエン酸投入量と土壌からのＣｄ溶出量の積算
【図１５】Ａｄ，Ｃｄ，ＰｂについてｐＨ３及びｐＨ７における各種吸着剤とその吸着率［＝１−（溶液に残存している重金属量／初期の溶液中の重金属量）］を示す図である。
【図１６】各種吸着剤（ｐＨ３，ｐＨ７）と吸着率（Ａｓ，Ｃｄ，Ｐｂ）の関係を表す図である。
【図１７】促進方法の違いによる蒸発量の変化を表す図である。
【図１８】本発明の実施例４に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図１９】本発明の実施例５に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２０】本発明の実施例６に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２１】本発明の実施例７に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２２】本発明の実施例８に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２３】本発明の実施例９に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。
【図２４】実験例３の浄化実験装置の構成を表す図である。
【図２５】表１５の結果から汚染土壌の浄化前と最終的な浄化後の溶出値を示した図である。
【図２６】改良バッチ土壌浄化法による汚染土壌浄化試験２の試験の結果から浄化前後の溶出値を示した図である。
【図２７】実験例４の実験装置を表す図である。
【図２８】実験例４のケース１における通水吸着試験結果を表す図である。
【図２９】実験例４のケース２における通水吸着試験結果を表す図である。
【図３０】各種ロックウールの吸着実験後の溶出液中の重金属（Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ）の吸着率を示した図である。
【図３１】非特許文献１に記載の汚染土壌浄化方法の概略を示す説明図である。
【図３２】非特許文献２に記載の土壌改良方法の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００５４】
図１は、本発明の実施例１に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。本実施例の汚染土壌浄化装置１は、まず、土壌汚染がされた現地の地面Ｇの汚染土壌を掘削して、掘削してできた凹地全体を覆うように止水層２を設置し、この止水層２の内部に汚染土壌である被処理土壌Ｐを埋め戻すことによって設置される。この汚染土壌浄化装置１は、止水層２、表面透水層３ａ、回収透水層４、集水装置５、透光板６、吸水蒸散体７、吊棒８、送風機９、送気管１０、表面遮水層１１、注水タンク１２を備えている。
【００５５】
止水層２は、コンクリートや遮水シートなどの遮水性材料によって構成された層である。止水層２で包囲された領域を、以下「ピット」と呼ぶ。
【００５６】
注水タンク１２には、汚染土壌を洗浄するための洗浄液が貯水されている。洗浄液は、汚染物質の種類に応じて選択される。重金属汚染物質の場合、例えば、浄化処理の初期段階では硝酸、塩酸などの強酸、中期・後期段階ではクエン酸、ギ酸、リンゴ酸、マレイン酸、酢酸などの弱酸が選択される。前期に強酸を使用する理由は、汚染土壌中に多く存在する汚染物質以外の金属成分（カルシウム、鉄、アルミニウム等）は、酸を中和し汚染物質の溶出の妨げとなることから、これら多量含有成分を初期段階で溶出させることで、早期に汚染物質の溶出しやすい環境を作り出す為である。尚、コスト面から考えて、初期に使用する強酸としては、硝酸を使用するのが好ましいと考えられる。
【００５７】
尚、環境への影響等を考慮する場合には、溶出処理速度は多少遅くなるが、全過程を通して天然系有機酸である酢酸を使用するようにしてもよい。
【００５８】
表面透水層３ａは、透水性の部材によって構成され、止水層２内に充填された被処理土壌Ｐの表面全体に亘り敷設されている。表面透水層３ａには、注水タンク１２から注水管１３を解して洗浄液が供給される。本実施例では、この表面透水層３ａ、注水タンク１２、及び注水管１３が注水手段として機能する。透水性の部材としては、例えば、透水砂礫、透水性コンクリートや水平ドレーン材を使用することができる。「水平ドレーン材」とは、プラスチック製の表面に高強度の凹凸と透水口が一様に形成されたシートであり、ジオドレーン工法などで一般的に用いられている素材である。例えば、商品名「ＳＢドレーン」として市販されているものが使用可能である。
【００５９】
表面透水層３ａの表面は、遮水性の表面遮水層１１によって舗装されており、被処理土壌Ｐ上の土地は駐車場等に利用可能となっている。
【００６０】
回収透水層４は、被処理土壌Ｐの底部（止水層２の底面上）全体に敷設された透水層である。この回収透水層４も、水平ドレーン材等の透水性部材を用いて構成される。
【００６１】
集水装置５は、止水層で包囲される容体内の汚染土壌に、止水層２のある底部まで掘削された井戸である。集水装置５の位置は、ピットの中央でも端でもよいが、図１の例では、ピットの端に設けられている。
【００６２】
集水装置５の上部の開口部には、強化ガラス又は透明強化プラスチックで作られた透光板６が設けられている。透光板６は、人や動物が誤って集水装置５に転落することを防止するとともに、温室効果によって集水装置５内の温度を上昇させるための役割を有する。尚、透光板６は、強化ガラス又は透明強化プラスチック以外でも、太陽光が透過可能な透明部材であればよい。集水装置５の上部の開口部の端には、透光板６により完全には遮蔽されておらず、換気のための換気路１６が隙間として設けられている。
【００６３】
更に、集水装置５の底部には、吸水蒸散体７が立設されている。吸水蒸散体７は、毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体からなる。具体的には、本実施例では、重金属吸着剤を分散保持させたガラス繊維の不織布が用いられており、その繊維中には重金属吸着剤を分散保持されている。吸水蒸散体７の形状は、表面積を大きくするために断面波状に褶曲された板状に形成されており、転倒を防ぐために、透光板６から吊棒８により吊り下げられている。また、吸上吸収体７の下端には受皿７ａが設置されている。
【００６４】
送風機９は、集水装置５内に外気を送り込むためのファンである。送風機９の吐出口には送気管１０の一端が接続され、送気管１０の他端は集水装置５の底部付近の空気中に開口している。
【００６５】
以上のように構成された本実施例の汚染土壌浄化装置１について、以下その浄化処理方法（以下「逐次土壌浄化法」と呼ぶ。）について説明する。図２は、本実施例における汚染土壌浄化装置１における洗浄液の移動を模式的に表した図である。
【００６６】
まず、注水タンク１２に洗浄液を入れる。洗浄液としては、硝酸、クエン酸等の汚染物質を溶出する酸性液体（汚染物質の種類によってはアルカリ性溶液も用いられるが、本実施例では一例として、酸性溶液を用いて説明する。）が選択される。注水タンク１２に洗浄液が充填された状態で、注水管１３に設けられた開閉弁１４を開弁する。これにより、表面透水層３ａに洗浄液が供給される。洗浄液の供給速度は、開閉弁１４の開度を調節することによって、調節することができ、被処理土壌Ｐの透水係数と集水装置５における蒸発速度とをバランスさせるように設定する。
【００６７】
表面透水層３ａでは、洗浄液が被処理土壌Ｐの表面全体にわたって広がり、表面全体から被処理土壌Ｐ内に洗浄液が分散注水されていく。被処理土壌Ｐ内に浸透した洗浄液は、被処理土壌Ｐ内の汚染物質を溶出しながら、重力により徐々に底部に向かって移動する。最終的には、洗浄液は回収透水層４に達する。洗浄液が被処理土壌Ｐを通過する過程で、酸によりｐＨが低下して洗浄液には汚染物質が溶出されていくので、回収透水層４に回収される洗浄液（浸出液）には汚染物質が濃縮されている。回収透水層４に回収された浸出液は、回収透水層４内を水平に移動して集水装置５に集水される。このように、洗浄液の移動方向は被処理土壌Ｐ内では垂直方向であり、滞留したり循環したりすることがないため、効率よく汚染物質の溶出回収がされる。
【００６８】
集水装置５に集水された浸出液は、吸水蒸散体７に吸収される。吸水蒸散体７では、毛管現象によって浸出液が上向きに徐々に上昇する。この毛管上昇距離は、吸水蒸散体７の素材によって異なるが、ガラス繊維を使用して実験した場合、水面上５０ｃｍ〜１ｍ程度であった。
【００６９】
吸水蒸散体７内を水面上まで上昇した浸出液は、水分が蒸散する。蒸散した水分は、送風機９の強制換気によって外気中に放出される。このとき、晴れた昼間は、透光板６から差し込む日光によって集水装置５内の温度が上昇するため、吸水蒸散体７内の水分の蒸散速度は速くなる。吸水蒸散体７内の浸出液が脱水されることによって、不揮発性の汚染物質が吸水蒸散体７内に残留し濃縮される。このとき、吸水蒸散体７内には繊維中には重金属吸着剤が含まれているため、重金属汚染物質は吸水蒸散体７内に吸着され、吸水蒸散体７内の重金属汚染物質濃度が高くなっても、重金属汚染物質が再び集水装置５内の水中に溶出することが防止される。
【００７０】
以上のように、汚染物質は最終的には吸水蒸散体７内に濃縮される。ある程度吸水蒸散体７内の汚染物質の濃度が高くなると、吸水蒸散体７を新しい物と交換する。これによって、継続して土壌汚染の浄化を行うことができる。
【００７１】
このように、本実施例では、吸水蒸散体７を集水装置５内に設けることで、水分の蒸散を促進すると同時に汚染物質の濃縮回収をし、水処理を不要としたので、極めて低コストで汚染物質の浄化処理を行うことができる。
【００７２】
尚、上述した本実施例の汚染土壌浄化装置１を用いた被処理土壌Ｐの浄化方法においては、酸性（又はアルカリ性）の洗浄液を被処理土壌Ｐに通過させて汚染物質を溶出させ、被処理土壌Ｐ内の汚染物質の含有量を低減させることについて説明した。
【００７３】
ところで、観点を変えると、被処理土壌Ｐ内の汚染物質の含有量の多少によらず、被処理土壌Ｐから汚染物質が一定の基準量以上溶出しないように洗浄すれば環境汚染の問題は生じないとも考えることができる。ここで、「含有量」とは、土壌に含まれる汚染物質の絶対量であり、環境基準として重金属等の含有量が種類ごとに定められている（例えば、Ｐｂの場合、１５０ｍｇ／ｋｇ）。また、「溶出量」とは、土壌に水を加えて攪拌した場合に水中に溶出してくる汚染物質の絶対量である。溶出量の環境基準としては、土壌に10倍の水を加えて十分に攪拌した場合に溶出する汚染物質の絶対量として、特定有害物質ごとに定められている（例えば、Ｐｂの場合、０．０１ｍｇ／Ｌ）。現実的には、汚染物質の含有量の環境基準を満たすように土壌を洗浄するという観点よりも、溶出量の環境基準を満たすように土壌を洗浄するという観点のほうがより重要である。
【００７４】
次に、各洗浄液で溶出する重金属汚染物質を分画すると、水溶性画分、中和画分、酸可溶性画分、酸化画分、残渣画分に分画することができる。ここで、水溶性画分とは、精製水で溶出する重金属の画分である。中和画分とは、精製水と酢酸程度で溶出する重金属の画分である。酸可溶性画分とは、酢酸程度で溶出する重金属の画分である。酸化画分とは、酢酸より強い酸性物質により溶出する重金属の画分である。残渣画分とは、上記画分以外の重金属の画分である。通常の自然環境下において最大可能溶出量となる成分は、上記画分のうち、水溶性画分、中和画分、及び酸可溶性画分の一部までである。
【００７５】
そこで、溶出量の環境基準を満たすという観点から、本実施例の汚染土壌浄化装置１を用いた被処理土壌Ｐの浄化方法としては次のような方法（以下「改良逐次土壌浄化法」と呼ぶ。）を用いることも可能である。
【００７６】
まず、上記説明した逐次土壌浄化法により酸の洗浄液によって被処理土壌Ｐから汚染物質を溶出させて吸水蒸散体７による回収を行う。この場合、酸としては天然の有機酸である酢酸を用いるのがもっとも適している。そして、ある程度、汚染物質の溶出が終わった時点で、最後に、洗浄液を水又は中和液に切り替えて、上記説明した逐次土壌浄化法により水又は中和液による被処理土壌Ｐの洗浄（中和処理）を行う。この中和処理によって、被処理土壌Ｐ内の酸が洗い流され土壌Ｐが酸性から中性に戻るとともに、重金属等の汚染物質が安定化し溶出しないようになる。
【００７７】
このように、最後に水による被処理土壌Ｐの洗浄を行うことで、洗浄液により溶出されきれずに被処理土壌Ｐ内に残留した汚染物質が化学的に安定化し、土壌内に固定化されて溶出しないようになるため、汚染物質の溶出量を低減させることができる。
【００７８】
尚、上記中和液は、使用する洗浄液のｐＨにより異なってくるが、例えば、洗浄液に酸を使用した場合には、アルカリ性の中和液、例えば、水酸化カルシウム溶液等を使用することができる。
【実施例２】
【００７９】
図３は、本発明の実施例２に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。本実施例では、基本的には実施例１の場合と同様であるが、注水手段として、表面透水層３ａに加えて垂直透水層３ｂを備えた点で異なっている。垂直透水層３ｂは、被処理土壌Ｐ内の各所に垂直に埋設された透水性部材からなる。具体的には、透水性コンクリートや垂直ドレーン材を使用することができる。垂直ドレーン材を使用する場合、例えば、商品名「ＳＢドレーン」として市販されているものが使用可能である。
【００８０】
このように、垂直方向の注水手段として垂直透水層３ｂを設けることで、被処理土壌Ｐの内部にも洗浄液を直接注水し、汚染物質の溶出効果をより高めることができる。
【００８１】
更に、浄化速度を早める必要がある場合には、図４に示したように、被処理土壌Ｐの地中に水平透水層３ｃを一乃至複数埋設してもよい。この水平透水層３ｃも、表面透水層３ａと同様の透水性部材からなる。表面透水層３ａに供給された洗浄液は、垂直透水層３ｂにも流れ込み、更に垂直透水層３ｂから水平透水層３ｃへも流れ込む。これによって、被処理土壌Ｐの各所により直接的に洗浄液が直接分散注入されるため、より効果的な汚染物質の溶出を行うことができる。
【実施例３】
【００８２】
図５は、本発明の実施例３に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。本実施例の汚染土壌浄化装置１は、基本的には、実施例２の図３で説明したものと同様であるが、送風機９に供給する外気を加熱する加熱装置として、太陽熱集熱板１５ａ及び給熱管１５ｂからなる太陽熱集熱器１５を備えたことを特徴とする。太陽熱集熱器１５は、建物の屋上や壁面に設置されるものなど、従来から広く使用されているものを用いればよい。
【００８３】
太陽熱集熱板１５ａは、太陽光により加熱され蓄熱される板状体である。給熱管１５ｂは、太陽熱集熱板１５ａ上にジグザグに配設されており、太陽熱集熱板１５ａ内に外気を通して該太陽熱集熱板１５ａで集熱される熱を、内部を通る外気に給熱する。この加熱された外気が、送風機９及び送気管１０を通って、集水装置５内に供給される。これにより、集水装置５内の空気が加熱されて吸水蒸散体７からの水分の蒸発速度が速まり、より高速に浄化処理を行うことが可能となる。
【００８４】
（実験例１）
次に、本発明で使用する洗浄液の検討・評価をするために試験を行ったので、その結果について説明する。
【００８５】
（１）汚染土壌試料の性状
【００８６】
（１−１）基本量
汚染土壌は、国内２カ所より入手し、土壌中からゴミ等を除いた後、プラスチック製２ｍｍメッシュ篩を通過させて、十分に混合して試験用の汚染土壌を作成した。混合重金属汚染土壌の基本量は、湿潤密度ρｗ＝１．５９Ｍｇｍ-3、間隙率ｎ＝４５％、体積含水率θ＝１２％、透水係数ｋ＝２．０７×１０−３ｃｍ／ｓであった。但し、一方の土壌はスラッジ混じりであり、汚染原因物質そのものが含有されていると考えられる。
【００８７】
（１−２）汚染土壌の含有用試験
調製汚染土壌資料を、環境庁告示第１９号「土壌含有量調査に係わる測定方法を定める件」に従って試験を行い、Ｃｄ，Ｓｅ，Ｐｄ，Ａｓの含有量測定はＩＣＰ−ＭＳを用いた。また、併せて主成分の含有量はＩＣＰ−ＡＥＳにより求めた。
【００８８】
対象４物質と主要３物質の測定結果を表１に示す。
【００８９】
【表１】
【００９０】
表１より、Ｐｂの含有量が指定基準を超えており、Ａｓの含有量は指定基準に近い値となっていることが分かる。また、土壌中に含有されているＣａ，Ａｌ，Ｆｅは、重金属の含有量に比べてかなり多いことが分かる。
【００９１】
主要物質は、酸と反応して溶出してくるため、その単位重量あたりの当量を求めた。その結果を表２に示す。
【００９２】
【表２】
【００９３】
上記表２の結果から、試験土壌１ｋｇ中の主要物質溶出に要する酸の当量を推測すると、２．２１ｍｏｌとなる。
【００９４】
（１−３）溶出試験
上記の調製汚染土壌試料の溶出試験を行い、その結果を表３に示した。溶出量は、Ａｓのみが指定基準を超えていることが分かる。
【００９５】
【表３】
【００９６】
（２）実験方法と結果
実験は、１）バッチ試験による有機酸の選定、２）カラム試験による溶出条件の検討、の順に行い、有機酸による土壌浄化の可能性を評価検討した。
【００９７】
（４−１）バッチ試験による有機酸の選定
まず、汚染土壌から重金属汚染物質を分離するために有用な酸の選定を行うため、8種類の有機酸による溶出試験を行った。試験は、環境庁告示第１９号「土壌含有調査に係わる測定方法を定める件」に従って行った。また、比較のため、１％硝酸で同様の試験を行った。検討した酸の種類を表４に示す。また、試験結果を図６に示す。
【００９８】
【表４】
【００９９】
１％硝酸に近い溶出力を示したのは、Ｃｄでは酢酸、マロン酸、クエン酸、酒石酸、マレイン酸及びリンゴ酸であり、Ｐｂでは、マロン酸、クエン酸、酒石酸及びマレイン酸となっている。また、Ａｓでは、マロン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸及びシュウ酸が良好な溶出値となっている。特に、シュウ酸は１％硝酸の約３倍の溶出値となっている。
【０１００】
以上の結果から、シュウ酸とクエン酸の混合液、及び特にＰｂで有効であったマレイン酸とシュウ酸を組み合わせた２種の混合液で溶出試験を行ったが、単独での溶出値と比べ特に強い溶出値は確認されなかった。従って、最終的にコストを加味して、クエン酸が最良の有機酸洗浄剤であるという結論を得た。
【０１０１】
（４−２）有機酸濃度の検討
以上の実験で選定されたクエン酸を用いて、酸濃度と溶出量との関係を検討した。クエン酸の濃度としては、１％，０．４％，０．１％，０．０４％，０，０１％の５種類の濃度で実験を行った。図７に溶出試験の結果、図８に溶出試験前後のｐＨ値を示す。この結果からすると、０．４％以上のクエン酸が有効となるが、試験土壌１ｋｇ中の主要物質（Ｃａ，Ａｌ，Ｆｅ）の溶出に２．２１ｍｏｌ当量の酸が必要であることを考慮すれば、０．４％のクエン酸の２．２１ｍｏｌ当量の多くはイオン化傾向の小さい主要物質に優先的に消費される可能性があることが示唆される。
【０１０２】
（４−３）有機酸の必要量の検討
有機酸濃度による重金属汚染物質の溶出試験において、酸での溶出では、最初に主要物質が溶出し、その後、浄化対象となる重金属汚染物質が溶出する可能性がある。これを確認するために、クエン酸の量を変えた溶出試験を行った。実験は、次のような手順で実施した。
【０１０３】
まず、汚染土壌試料３０ｇにクエン酸０ｇ，１ｇ，２ｇ，４ｇ，６ｇ，１０ｇと精製水３０ｍＬを加え、２時間振盪した後、０．４５μｍメンブランフィルタで吸引濾過した。得られた濾液２ｍＬをビーカーにとり、精製水と硝酸５ｍＬを２３０℃で５ｍＬになるまでホットプレートで加熱した。この操作を３回繰り返して、計１５ｍＬの硝酸で有機酸を分解した。放冷後、精製水を加えてポリ試験管に入れ、正確に５０ｍＬとし、測定前に内標準溶液５０μＬを加えＩＣＰ−ＭＳで測定した。
【０１０４】
図９に、実験の結果から得られたクエン酸量と土壌からの重金属溶出量及び溶出試験液のｐＨを示す。この結果から、クエン酸量が４ｇ以上になると急にｐＨが減少し、対象重金属の溶出量が増加していることが分かる。この量は、上述の表２の結果から推定すると、試験土壌３０ｇに含まれる主要物質の酸消費量は０．０６６３ｍｏｌ当量、即ち、クエン酸４．４５ｇに相当する。つまり、主要物質がクエン酸を消費する間は対象重金属の溶出はあまり進まないことになる。
【０１０５】
（４−４）溶出促進剤（クエン酸）を用いたカラム試験
上述の実験はバッチ試験であるが、実際の現場での浄化はバッチ法を採用できないため、カラム試験により対象金属の溶出挙動を調査する実験を行った。
【０１０６】
図１０は、カラム試験の実験装置の構成を示す模式図である。図１０に示したような、内径１０ｃｍ、長さ５０ｃｍのカラム試験装置に、下から順にガラスビーズ３ｃｍ、標準砂３ｃｍ、土壌５ｃｍ（４０ｍＬ，５００ｇ）、標準砂３ｃｍを積層し、水面と砂の面が同じになるまで精製水を下から入れ、空気を抜いて準備をする。この状態から、１０％クエン酸を約１．０ｍＬ／ｍｉｎで上部から流し、溶出液をポリ瓶に１００ｍＬずつ回収した。クエン酸を２．１Ｌ浸透させた後、再び精製水（ミリＱ水）を注水する。対象重金属濃度は、回収溶液から１ｍＬをポリ試験管に分取して、５％硝酸で５０ｍＬとして内標準液５０μＬを加えＩＰＣ−ＭＳで測定した。また、実験後の土壌を回収し、環境庁告示第１９号「土壌含有量調査に係わる測定法を定める件」に従って試験を行い、Ｃｄ，Ｓｅ，Ｐｂ，Ａｓの含有量を求めた。
【０１０７】
この実験結果の一部（ＰｂとＣｄの結果）を図１１〜図１４に示す。図１１，図１３は、クエン酸投入量と土壌からの溶出量及び溶出液のｐＨとの関係を示す。図１２，図１４は、クエン酸投入量と土壌からの溶出量積算との関係を示す。
【０１０８】
これらの実験結果を見ると、ｐＨはカラムを通過するのに要するデッドボリューム６００ｍＬまでは中性を示し、溶出量の多いＰｂの場合は殆ど溶出してこない。その後ｐＨは低下して、Ｐｂの溶出量は急増し、クエン酸浸透期間中は安定的に溶出が継続している。その後、クエン酸からミリＱ水に変えると、一時的に溶出量が急増しているが、ｐＨは徐々に上昇し、溶出量は急減している。試験汚染土壌５００ｇ中の主要物質の酸消費量は１．１１ｍｏｌ当量であり、それに相当する１０％クエン酸は７００ｍＬである。溶出液のｐＨ低下及び対象金属の溶出の開始が６００〜９００ｍＬから始まっていることから、カラム試験の結果も上記（４−３）の結果と同様、主要物質が最初に酸と反応したと考えられる。一方、Ｃｄの場合は、溶出量が小さいこともあって、初期段階から溶出している。
【０１０９】
次に、試験前後の土壌及び溶出液中の重金属含有量を測定した結果を表５に示す。
【０１１０】
【表５】
【０１１１】
Ｃｄ，Ｓｅ，Ｐｂの溶出率は７０％以上とかなり大きくなっているが、Ａｓは２６％と小さいことが分かる。Ａｓが小さい理由としては、汚染土壌中にヒ素を含有すると考えられるスラッジが含まれており、ヒ素については異なる挙動となっている可能性がある。
【０１１２】
一方、試験前後と溶出量の収支を見ると、バラツキがあるが概ね整合していることが確認できる。試験前後の測定は、１Ｍ塩酸を用い、溶出はクエン酸であるが、特に大きな差異は認められない。
【０１１３】
（５）結論
以上の実験の結果、本発明の汚染土壌浄化装置１を用いて土壌浄化を行う場合、土壌中に一定濃度以上のクエン酸を浸透させることで、Ｃｄ，Ｓｅ，Ｐｄについては７０％以上の溶出率が期待され、重金属の分離、溶出が十分に可能であることが、モデル実験によって確認された。Ａｓについては溶出率が２６％と小さくなったが、これは汚染土壌中にＡｓを含むスラッジが含有されており、除去が容易ではない可能性があると推察される。また、浸透させた酸は、最初に土壌中の主成分（Ｃａ，Ｆｅ，Ａｌ等）の溶出に多く消費され、その後に重金属汚染物質の溶出に消費されることが示唆された。従って、浄化処理の初期段階で土壌中の主成分（Ｃａ，Ｆｅ，Ａｌ等）を早期に溶出させ、重金属汚染物質の溶出を促進させるため、浄化処理の初期段階では硝酸等の強酸を洗浄液に用い、浄化処理の中期から後期段階にかけてはクエン酸等の弱酸を使用するのがよいといえる。
【０１１４】
（実験例２）
次に、吸水蒸散体７に含有させるための吸着剤の検討、毛管吸引材の検討、毛管上昇・水分蒸発促進試験、及び重金属の吸引確認試験を行ったのでその結果を説明する。
【０１１５】
（１）吸着剤の検討
吸水蒸散体７に分散保持させる重金属吸着剤（以下「吸着剤」という。）についての検討を行う。吸着剤は、回収した重金属を濃縮・回収する効率を向上させることが期待される。ここでは、数種類の吸着剤を選定し、重金属溶出溶液を用いて吸着実験を行った。
【０１１６】
実験方法は、まず、吸着剤２ｇをとり、上述のカラム試験で得られた溶液を２００ｍＬ加え１時間振盪し、その後１μｍグラスフィルターで濾過した。次に、濾液から５ｍＬ取り、５％ＨＮＯ３で５００ｍＬにした後、内標準液５０μＬを加えてよく攪拌し、試験液とした。また、この試験液は測定前にＮａＯＨ水溶液を用いてｐＨ３及びｐＨ７の２種類に調製した。
【０１１７】
測定対象物質は、Ａｓ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｓｅの４種類とし、ＩＣＰ−ＭＳにて測定した。吸着剤は、試料等調査を行い、表６に示した６種類を選定した。
【０１１８】
【表６】
【０１１９】
図１５は、Ａｄ，Ｃｄ，ＰｂについてｐＨ３及びｐＨ７における各種吸着剤とその吸着率［＝１−（溶液に残存している重金属量／初期の溶液中の重金属量）］を示したものである。この結果から、ｐＨ３とｐＨ７の差を見ると、当然ながらｐＨ３での吸着率は小さくなっており、最大でも３０％を若干越える程度となっている。吸着剤の種類についてみると、ｐＨ７で無規性重金属吸着剤Ｄのヒ素（Ａｓ）とキレート樹脂のカドミウム（Ｃｄ）で６０％を越える値となっている。一般的に水処理で使用される場合には、活性炭、無機性重金属吸着剤、キレート樹脂は、かなり高い吸着率となるが、土壌からの酸溶出液では、土壌中のＣａ，Ａｌ，Ｆｅが重金属に比べて桁違いに多く存在し、重金属の吸着を抑制していると考えられる。
【０１２０】
一方、セレン（Ｓｅ）においては、表７に示すようになった。表７は各種吸着剤によるセレン（Ｓｅ）の吸着率である。
【０１２１】
【表７】
【０１２２】
Ｓｅの場合、ｐＨの依存性は認められないが、火山灰及び無機性重金属吸着剤Ｃ及びＤにおいて吸着率がマイナス値となっている。これは、現象としては吸着剤から逆にセレンが溶出していることになり、特に無機性重金属吸着剤においてこの傾向は顕著となっている。
【０１２３】
この原因を解明するために、無機性重金属吸着剤を２ｇ取り、精製水２００ｍＬを加えて１時間振盪し、その後１μｍグラスフィルターで濾過した。濾液から５ｍＬ取り、５％ＨＮＯ３で５０ｍＬにした後、内標準液５０μＬを加えてよく攪拌し試験液とし、吸着実験と同様に測定した。表８はこの試験における無機性吸着剤からの溶出値を表す。
【０１２４】
【表８】
【０１２５】
これを見ると、Ａｓ及びＳｅが溶出しており、特にＳｅの溶出値が高く、上述のように溶液中の濃度が吸着剤の使用により逆に大きくなることも十分にあり得る。
【０１２６】
以上より、相対的に高い吸着性能を示したのは、中性環境下での無機性重金属吸着剤Ｄおよびキレート樹脂であった。但し、無機性重金属吸着剤ＤはＳｅが材料そのものから溶出される可能性があり、一方、キレート樹脂はＡｓの吸着が期待できず且つコスト高である等の課題も残る。
【０１２７】
（２）毛管吸引材の検討
吸水蒸散体７に使用する毛管吸引材は、汚染物質が溶出した溶出液を吸収して、水分のみを放出し、重金属及び使用した酸を回収・濃縮するために用いるものであり、基本的に高い毛管力を有しつつ、蒸発量も確保できることが要求される。
【０１２８】
（２−１）毛管吸引材の基本性能実験
資料調査等の結果から、表９に示した６種類の毛管吸引材を選定し、毛管上昇実験を実施した。
【０１２９】
【表９】
【０１３０】
実験方法は、材料を高さが５０ｃｍ（屋上緑化用保水材のみ３０ｃｍ）となるように切り、材料の下部が見ず５００ｍＬに浸るように設置して、５日間放置後、各材料の毛管上昇を測定（目視）した。その結果、無機微細繊維マットがもっとも上昇速度・上昇高さ共に大きく、その他の材料については、上昇高さは１０〜１５ｃｍとなった。また、無機微細繊維マットを２ｍに設定し、１４日間放置した実験を行った結果、毛管上昇高さは６０ｃｍと若干上昇した。以上の結果から、毛管吸引材として、無機微細繊維マット（以下「繊維マット」という。）を選択した。
【０１３１】
（２−２）毛管上昇・水分蒸発促進実験
線マット材料を用いて、水分の蒸発に伴う水分移動速度を検討するため、図１６に示したように電子天秤の上にビーカーを設置して、その中に１Ｌの水道水を入れ、半透明のアクリル性の円筒管内に繊維マット材料を吊してセットした。実験の条件は、
〔１〕無風（放置状態）
〔２〕強制送風（常温，１．４ｍ３／ｍｉｎ）
〔３〕温風（約６０℃，１．４ｍ３／ｍｉｎ）
の３条件である。送風（あるいは温風）の位置は、水面より１０ｃｍの高さ部分とした。各条件における繊維マットの重量変化を１時間毎に１０時間まで測定し、蒸発量を算出した。図１７は、促進方法の違いによる蒸発量の変化を表す図である。蒸発量は、当然ではあるが温風、送風、無風の順になり、送風・熱の効果が大きいことが実証された。表１０は、実験の結果を整理したものである。
【０１３２】
【表１０】
【０１３３】
最終的な蒸発速度をマットの単位面積あたりの蒸発量として算定した。強制送風の場合の蒸発量は、無風のそれの約７倍、温風の場合は約１６倍となった。この蒸発量のオーダーを見積もるため、例えば、送風のケースでの７０５ｃｍ３／ｈ／ｍ２は、仮に１ｍ２（表裏であるから２ｍ２）の繊維マットであるとして計算すると、１年間で約１２．４ｍ３の水を蒸発させることができることになる。図１（又は図３，図４，図５）に示した汚染土壌浄化装置１のピットの上面からの浸透量を５ｍｍ／ｄとすると、この量は約６．８ｍ２の面積に相当することになり、本発明の汚染土壌浄化装置１において、集水装置５を２〜５ｍ程度とするスケールでも適用可能であると考えられる。
【０１３４】
（２−３）重金属の吸着確認実験
最後に、上述のカラム試験で得られた重金属溶出液を用いて、重金属の繊維マットへの移行を確認する実験を行った。
【０１３５】
実験方法は、重金属溶出液をビーカーに入れて、毛管上昇・促進を上記（２−２）と同様の方法で行い、約８時間後に溶出液中の重金属の濃度を分析した。表１１は、毛管吸引前後での溶出液の重金属濃度の測定結果である。
【０１３６】
【表１１】
【０１３７】
実験の結果、Ａｓ，Ｃｄ、Ｐｂ，Ｓｅのすべての重金属について、吸引前後での濃度差が認められなかったことから、すべての条件において重金属が繊維マットに吸収されたものと判断できる。
【０１３８】
（３）結論
以上の実験の結果、以下のような結論が得られた。
【０１３９】
〔１〕吸着剤を用いることで、酸溶出液中の重金属をある程度回収することができる可能性があることが示唆された。しかし、本実験でもっとも高い吸着率となった無機性重金属吸着剤では、素材からセレン（Ｓｅ）の溶出が確認され、実際の適用には課題が残る。従って、さらなる素材の設定が必要である。
【０１４０】
〔２〕吸着剤による重金属の吸着率は、ｐＨ３では大きく低下することが確認された。
【０１４１】
〔３〕水処理等で実績のある吸着剤を使用したが、重金属の吸着率は全体的にかなり低い値となった。これは、処理土壌中の主成分であるＣａ，Ａｌ，Ｆｅ等の溶出値がかなり大きく、吸着性能も低下したものと考えられる。
【０１４２】
〔４〕毛管吸引材に関しては、高い毛管力を有し、且つ蒸発量も確保できる材料として、無機微細繊維マットが適用できる可能性が高いことが確認された。
【０１４３】
〔５〕毛管吸引材に送風や温風を付加することで、大幅な水分蒸発促進効果を得ることができた。
【０１４４】
〔６〕毛管吸引した溶出液は、送風、温風付加両条件においても毛管吸引材に移行していることが確認された。
【０１４５】
以上より、本発明で提案する汚染土壌浄化装置１における浸透溶液の回収が、毛管吸引材とその促進により可能であることが確認された。
【実施例４】
【０１４６】
図１８は、本発明の実施例４に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図１８において、止水層２、集水装置５、透光板６、吸水蒸散体７、受皿７ａ、吊棒８、送風機９、送気管１０、表面遮水層１１、注水タンク１２、注水管１３、開閉弁１４、換気路１６、及び被処理土壌Ｐは、実施例１の図１と同様の構成であるため説明は省略する。
【０１４７】
本実施例では、注水手段３として、止水層２で包囲された容体内の被処理土壌Ｐの直方体容器の一端面に垂直に設けられた主給水垂直透水層３ｄと、当該一端面からそれに対向する端面にかけて、所定の間隔で被処理土壌Ｐ内に垂直に複数設けられた補助給水垂直透水層３ｅとから構成されている。また、回収透水層４は、主給水垂直透水層３ｄが設置された直方体容器の端面に対向する端面に垂直に設置されている。主給水垂直透水層３ｄ及び各補助給水垂直透水層３ｅの上端には、下流側が分岐した注水管１３が接続されており、注水タンク１２から主給水垂直透水層３ｄ及び各補助給水垂直透水層３ｅへそれぞれ洗浄液が注入される。また、主給水垂直透水層３ｄは被処理土壌Ｐの上面から被処理土壌Ｐの底面までの全体に亘る長さに形成されており、各補助給水垂直透水層３ｅは主給水垂直透水層３ｄよりも短い長さに形成されている。尚、主給水垂直透水層３ｄ、各補助給水垂直透水層３ｅ、及び回収透水層４は、商品名「ＳＢドレーン」等のドレーン材のような透水性部材が使用される。
【０１４８】
本実施例４に係る汚染土壌浄化装置１では、図１８に矢印で示したように、主給水垂直透水層３ｄから被処理土壌Ｐ内に注入される洗浄液は、被処理土壌Ｐ内を主給水垂直透水層３ｄから回収透水層４まで略水平に移動する。この過程で被処理土壌Ｐ内の汚染物質は洗浄液に溶出する。そして、回収透水層４に達した洗浄液は、下方に移動して集水装置５の底部に貯留し回収される。
【０１４９】
尚、この場合、洗浄液は被処理土壌Ｐ内を水平方向に移動するに従って、重力のため、図１８に示すように地下水位Ｓは徐々に下がってくる。そこで、主給水垂直透水層３ｄと回収透水層４との間に、新しい洗浄液を補填して地下水位Ｓの低下を抑えるために、補助給水垂直透水層３ｅを複数設けている。これにより、被処理土壌Ｐは全体に亘って洗浄液が飽和した状態に保たれ、満遍なく洗浄される。
【０１５０】
このように、被処理土壌Ｐ全体を洗浄液に浸沈させることで、被処理土壌Ｐの洗浄処理をより速く行うことができる。
【実施例５】
【０１５１】
図１９は、本発明の実施例５に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図１９において、止水層２、表面透水層３ａ、集水装置５、送風機９、送気管１０、表面遮水層１１、注水タンク１２、注水管１３、開閉弁１４、換気路１６、及び被処理土壌Ｐは、実施例１の図１と同様であるため説明は省略する。
【０１５２】
本実施例では、被処理土壌Ｐの底部に、透水性コンクリートのような透水性部材からなる透水性底板１７を設けて、底部の止水層２と透水性底板１７との間に空間を形成し、この空間を集水装置５としている。集水装置５の両端には、集水装置５の内部空間が外気と連通するように換気路１６，１６が形成されている。そして、送風機９及び送気管１０により、集水装置５の内部空間に外気が送気される。
【０１５３】
透水性底板１７の底面には、吸水性の繊維質体からなる複数の吸水蒸散体７が垂下されている。この場合、集水装置５の内部空間の通気性を確保するため、吸水蒸散体７は所定の間隔をおいて設けられている。吸水蒸散体７の形状は、通気性を考慮してシート状とすることが好ましい。
【０１５４】
本実施例において、被処理土壌Ｐの上面の表面透水層３ａから注入された洗浄液は、被処理土壌Ｐ内を垂直下方に移動して透水性底板１７に達する。そして、透水性底板１７内を浸透し、その底面に垂下された各吸水蒸散体７に吸収される。各吸水蒸散体７に吸収された洗浄液（浸出液）は、集水装置５内の空気に曝気されるため、水分が蒸発し、汚染物質が各吸水蒸散体７内に残留する。尚、吸水蒸散体７に吸収されずに滴下した浸出液は集水装置５の底部に貯まるが、各吸水蒸散体７を集水装置５の底部付近まで垂下させておくことにより、貯まった浸出液は毛管現象により各吸水蒸散体７に吸い上げられることになる。
【実施例６】
【０１５５】
図２０は、本発明の実施例６に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図２０において、止水層２、表面透水層３ａ、回収透水層４、透光板６、送風機９、送気管１０、表面遮水層１１、注水タンク１２、注水管１３、開閉弁１４、換気路１６、及び被処理土壌Ｐは、実施例１の図１と同様であるため説明は省略する。
【０１５６】
本実施例では、集水装置５の構造が実施例１の場合と異なっている。集水装置５の内部空間は、その底部が被処理土壌Ｐの底面より低位となるように深く形成されている。そして、集水装置５の内部空間に臨む回収透水層４が端部に位置して、集水装置５の内部に集水ピット１８が設けられており、回収透水層４から浸出する洗浄液（浸出液）は集水ピット１８内に貯留する。集水ピット１８の底面と集水装置５の内部空間の底面との間には空間があり、この空間に集水ピット１８の底面から複数の吸水蒸散体７が垂下されている。また、この空間には、送風機９及び送気管１０によって外気が送気されている。
【０１５７】
回収透水層４から集水ピット１８に浸出した浸出液は、各吸水蒸散体７に吸収されて、集水装置５の内部空間の空気に曝気される。これにより、水分が蒸発して汚染物質のみが吸水蒸散体７内に残留蓄積される。
【０１５８】
尚、吸水蒸散体７に吸収されずに滴下した浸出液は集水装置５の底部に貯まるが、各吸水蒸散体７を集水装置５の底部付近まで垂下させておくことにより、貯まった浸出液は毛管現象により各吸水蒸散体７に吸い上げられることになる。
【実施例７】
【０１５９】
図２１は、本発明の実施例７に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図２１において、止水層２、主給水垂直透水層３ｄ、補助給水垂直透水層３ｅ、回収透水層４、集水装置５、透光板６、吸水蒸散体７、受皿７ａ、吊棒８、注水タンク１２、注水管１３、開閉弁１４、及び換気路１６は、図１８と同様のものであり、同符号を付して説明は省略する。また、透水性底板１７は図１９と同様のものである。
【０１６０】
本実施例の汚染土壌浄化装置１は、被処理土壌Ｐの底部に透水性底板１７を設けて、この透水性底板１７上に被処理土壌Ｐを保持している。また、透水性底板１７の下部には、止水層２の底板との間に、貯水空間１９を形成している。この貯水空間１９には、大鋸屑及び木片からなる微生物の培床２０が投入されている。
【０１６１】
さらに、貯水空間１９の底部付近には、貯水空間１９に空気を注入するための散気管２１が配設されている。散気管２１は、管壁に多数の散気孔２１ａが開口形成された多孔管である。散気管２１の基端側には給気管２２が接続されており、この給気管２２の他端は、地上に設置されたエアポンプ２３に接続されている。エアポンプ２３から給気管２２を通して散気管２１に空気が供給される。また、回収透水層４の下部には、貯水空間１９と集水装置５の井内とを連通する抜気孔２４が設けられており、散気管２１から貯水空間１９内に供給される空気を集水装置５の井内へ抜気する。
【０１６２】
注水タンク１２から注水管１３を通して主給水垂直透水層３ｄ及び補助給水垂直透水層３ｅへ洗浄液が注入される。注入された洗浄液は、被処理土壌Ｐを通過する間に被処理土壌Ｐ内の汚染物質を溶出させ、透水性底板１７を浸透通過して貯水空間１９に入る。貯水空間１９は汚染物質が溶け込んだ洗浄液（浸出液）により満盈される。培床２０は浸出液よりも比重が小さいので、貯水空間１９の上部に浮上する。この状態で、エアポンプ２３により空気が送気され、散気管２１から貯水空間１９内の浸出液内に空気が散気される。これにより、培床２０と浸出液とが攪拌されるとともに曝気され、好気状態となり、培床２０内の微生物が活性化される。この微生物は、浸出液の酸性成分である有機酸を分解する。また、微生物の活動によって貯水空間１９内の浸出液の温度が上昇する。
【０１６３】
貯水空間１９内の浸出液は、回収透水層４を浸透透過して、集水装置５の井内底部に溜まる。また、散気管２１から貯水空間１９内へ放出された空気は、抜気孔２４を通して集水装置５の井内底部に放出される。そして、換気路１６から大気中へ放出される。これにより、集水装置５の井内の空気の循環が行われる。
【０１６４】
集水装置５の井内底部に貯溜した浸出液は、毛管現象によって吸水蒸散体７に吸い上げられ、水分が集水装置５の井内の空気へ蒸散され、汚染物質が吸水蒸散体７内へ残留する。
【０１６５】
ここで、集水装置５の井内底部に貯溜した浸出液は、微生物の活動によって温められているため、水分の蒸散が促進される。また、浸出液中の水分以外の成分は、酸の量が多く、重金属等の汚染物質の量は微量である。従って、微生物によって酸を分解することで、集水装置５の井内に蓄積する酸量を低減することができる。
【０１６６】
なお、本実施例では、貯水空間１９内の培床２０と浸出液との攪拌は、簡便で効率のよい散気管２１によるエアレーションを使用したが、これだけでは攪拌能力が不足するような場合には、さらに機械的な攪拌装置を付加することもできる。
【実施例８】
【０１６７】
図２２は、本発明の実施例８に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図２２において、実施例１の図１と同様の構成部分については、同符号を付して説明は省略する。
【０１６８】
本実施例においては、止水層２で包囲された被処理土壌Ｐが入れられた容体内と集水装置５とは、その最下部において洗浄液が通過する通液路２５により連通している。回収透水層４は、被処理土壌Ｐの底部（止水層２の底面上）全体に敷設され、通液路２５の容体内側の開口部に被処理土壌Ｐが侵入するのを防いでいる。また、通液路２５の集水装置５側の開口部には開閉栓２６が開閉自在に設けられている。本実施例では、開閉栓２６は、コックやバルブのような栓を使用するが、開閉栓２６はこれ以外にゴム栓のような開口に挿し込み式の栓を使用してもよい。また、本実施例では注水タンク１２及び開閉弁１４は不要のため省略してある。それ以外の構成は、実施例１と同様である。
【０１６９】
次に、この本実施例における汚染土壌浄化装置１による被処理土壌Ｐの浄化処理方法（以下「バッチ土壌浄化法」と呼ぶ。）について説明する。尚、本実施例の汚染土壌浄化装置１による被処理土壌Ｐの浄化方法は、実施例１と大部分が共通するため、ここでは、実施例１の場合と相違する部分を中心に説明する。
【０１７０】
まず、通液路２５を開閉栓２６により閉栓する。この状態で、注水管１３から表面透水層３ａに洗浄液を供給する。表面透水層３ａでは、洗浄液が被処理土壌Ｐの表面全体にわたって広がり、表面全体から被処理土壌Ｐ内に洗浄液が分散注水される。そして、被処理土壌Ｐを浸透して回収透水層４まで達した洗浄液は、通液路２５が閉塞されているために止水層２で包囲された用体内の底部から逐次貯溜される。これにより、洗浄液の土中水面下にある被処理土壌Ｐは洗浄液に完全に浸漬される。
【０１７１】
そして、洗浄液の土中水面が被処理土壌Ｐの上面に達するまで洗浄液を注入し、被処理土壌Ｐを洗浄液に完全に浸漬させる。洗浄液の土中水面が被処理土壌Ｐの上面に達すると、開閉弁１４を閉止して洗浄液の注入を一旦止める。この状態で、暫く放置して被処理土壌Ｐ内の重金属汚染物質を洗浄液に溶出させる。
【０１７２】
その後、開閉栓２６を開栓して、通液路２５から被処理土壌Ｐ内に溜まった洗浄液を集水装置５にゆっくりと放出させる。集水装置５に集水された浸出液は、吸水蒸散体７に吸収される。そして、吸水蒸散体７内を水面上まで上昇した浸出液は、水分が蒸散し、不揮発性の汚染物質が吸水蒸散体７内に残留し濃縮される。
【０１７３】
上述のような一連の処理を１回乃至数回繰り返すことにより被処理土壌Ｐ内の汚染物質が除去される。繰り返し回数は、被処理土壌Ｐの汚染物質の種類や汚染の度合いに応じて適宜決めればよい。
【０１７４】
このように、本実施例では、通液路２５に開閉栓２６を設け、止水層２で包囲された用体内に洗浄液を溜めて被処理土壌Ｐを完全に浸漬することで、洗浄液が被処理土壌Ｐ内の隅々にまで満遍なく行き渡り、被処理土壌Ｐと洗浄液との接触効率を上げることができる。また、一旦洗浄液を貯溜させてから排出するため、実施例１のように洗浄液を流しながら被処理土壌Ｐの浄化を行う場合に比べて、使用する洗浄液（すなわち酸）の量を減らすことができる。
【０１７５】
また、止水層２で包囲された容体が洗浄液を溜めるタンクの代わりとなるため、実施例１の注水タンク１２を別途に必要とせず、装置全体をコンパクトにすることができる。
【０１７６】
なお、ここでは、被処理土壌Ｐ内の汚染物質の含有量を低減させる方法についての説明を行ったが、実施例１と同様に、被処理土壌Ｐ内からの汚染物質の溶出量を低減させるという観点からこの方法を改良すると、次のような方法を採ることができる（以下「改良バッチ土壌浄化法」と呼ぶ）。
【０１７７】
まず、上記本実施例で説明したバッチ土壌浄化法により酸の洗浄液によって被処理土壌Ｐから汚染物質を溶出させて吸水蒸散体７による回収を行う。この場合、酸としては天然の有機酸である酢酸を用いるのがもっとも適している。そして、ある程度、汚染物質の溶出が終わった時点で、最後に、洗浄液を水（又は中和液）に切り替えて、上記説明したバッチ土壌浄化法又は実施例１の逐次土壌浄化法により水（又は中和液）による被処理土壌Ｐの洗浄（中和処理）を行う。この中和処理によって、被処理土壌Ｐ内の酸が洗い流され土壌Ｐが酸性から中性に戻るとともに、重金属等の汚染物質が安定化し溶出しないようになる。
【０１７８】
このように、最後に水（又は中和液）による被処理土壌Ｐの洗浄を行うことで、洗浄液により溶出されきれずに被処理土壌Ｐ内に残留した汚染物質が化学的に安定化し、土壌内に固定化されて溶出しないようになるため、汚染物質の溶出量を低減させることができる。
【実施例９】
【０１７９】
図２３は、本発明の実施例９に係る汚染土壌浄化装置１の構成を表す図である。図２３において、実施例１の図１と同様の構成部分については、同符号を付して説明は省略する。
【０１８０】
本実施例においては、実施例１と同様に、止水層２で包囲された被処理土壌Ｐが入れられた容体の底部（止水層２の底面上）全体に、回収透水層４が敷設されている。集水装置５と被処理土壌Ｐとを仕切る止水層２の縦壁の最下部には隙間２７が設けられており、その隙間２７には回収透水層４が詰められ被処理土壌Ｐが入り込まないようにされている。そして、集水装置５の底部には、隙間２７の出口を塞ぐようにして吸着材であるロックウール２８が配設されている。それ以外の構成は、実施例１と同様である。
【０１８１】
次に、この本実施例における汚染土壌浄化装置１による被処理土壌Ｐの浄化方法について説明する。尚、本実施例の汚染土壌浄化装置１による被処理土壌Ｐの浄化方法は、実施例１と大部分が共通するため、ここでは、実施例１の場合と相違する部分を中心に説明する。
【０１８２】
注水タンク１２から洗浄液を被処理土壌Ｐに分散注入し、集水装置５に集水させるまでは、実施例１と同様である。隙間２７を通過して集水装置５に流入する洗浄液は、まずロックウール２８を通過する。この際、ロックウール２８は大きな吸着面積を有するため、洗浄液に含まれる重金属の多くはロックウール２８に吸着される。従って、洗浄液を吸水蒸散体７により毛管吸引する前に、あらかじめロックウール２８においてある程度重金属が回収される。これにより、実施例１の場合に比べ、重金属の回収率が向上し、回収された洗浄液中の有害重金属量を大きく低減させることができるというメリットがある。
【０１８３】
尚、本実施例において、洗浄液の注入は、被処理土壌Ｐの上面に設置した表面透水層３ａから分散注入する例を示したが、改良バッチ土壌浄化法を用いる場合には、洗浄液の注入は被処理土壌Ｐの上面からでなくてもよい。或いは、注水管１３を回収透水層４に直接接続して、被処理土壌Ｐの下方から上方に向かって洗浄液を分散注入するように構成してもよい。結局、被処理土壌Ｐが完全に洗浄液に浸漬するまで洗浄液を注入するからである。尚、上部からの洗浄液の注入の場合、土壌中にガス（空気）が被処理土壌Ｐ内に残存する確率が高くなるのに対し、下部からの洗浄液の注入では被処理土壌Ｐ内のガスは上に向かって排除されるので、そのような心配はないというメリットがある。
【０１８４】
（実験例３）
本実験例では、実施例８の後半で説明した改良バッチ土壌浄化法についての検証結果を示す。
【０１８５】
（１）供試土壌試料の性状
本実施例では、供試土壌試料として２種類の汚染土壌（汚染土壌Ａ，Ｂ）を使用した。これらの供試土壌試料を、公定法（環境省告示第46号）に従って溶出試験を行い、土壌１ｋｇ当たりに換算した重金属の溶出量を次表１２に示す。
【０１８６】
【表１２】
【０１８７】
次に、上記各供試土壌試料に含まれる重金属の分画試験を次のようにして行った。
［１］ 供試土壌１０ｇに精製水４００ｍＬを加えて１６時間振盪し、遠心分離及び濾過により得られた濾液を水溶性画分とした。
［２］ ［１］で得られた残渣に、精製水３００ｍＬを加えて１Ｍ酢酸でｐＨ７に中和し、遠心分離及び濾過により得られた濾液を中和画分とした。
［３］ ［２］で得られた残渣に、０．１１Ｍ酢酸４００ｍＬを加えて６時間振盪し、遠心分離及び濾過により得られた濾液を酸可溶性画分とした。
【０１８８】
次表１３に、分画試験の測定結果を示す。表１３より、ＡｓとＳｅは水溶性画分と中和画分とが多く、酸可溶性画分は少ない傾向にあることがわかる。一方、ＣｄとＰｂは、水溶性画分と中和画分とが少なく、酸可溶性画分が圧倒的に多くなることがわかる。
【０１８９】
【表１３】
【０１９０】
（２）酸可溶性画分除去による対象重金属の除去率
まず、酸可溶性画分の除去までで、供試土壌試料内の重金属の抽出が可能であるか否かを確認するために、各供試土壌試料１０ｇに対し上記分画試験［１］〜［３］の操作を行った後、得られた残渣試料に対してＣａ（ＯＨ）２による中和処理を行い、その後公定法（環境庁告示第４６号）に従って対象重金属（Ａｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂ）の溶出試験を行った。その結果を、次表１４に示す。表１４（浄化後）と表１２（浄化前）とを比較すると、いずれも、汚染土壌の含有量相当値は、浄化前の含有量が少なかったＣｄを除き、大きく低減していることが確認できる。
【０１９１】
【表１４】
【０１９２】
（３）改良バッチ土壌浄化法による汚染土壌浄化試験１
次に、実際の現場を想定して、汚染土壌試料について、数回のバッチ土壌浄化法による浸漬浄化と中和処理とを連続して実施したときの対象重金属の溶出量の低減効果についての検証を行った。尚、本実験では、上記汚染土壌Ａ，Ｂとは別の、Ａｓ濃度の高い新たな汚染土壌Ｃを供試土壌試料として使用した。また、洗浄液には酢酸とクエン酸を使用した。
【０１９３】
実験は、図２２に示した汚染土壌浄化装置１の代わりに、実験室でも実施可能な図２４の模型を用いて行った。実験手順は、ビフネルロート（φ90）にＡｓ汚染土壌を２ｃｍ（１５０ｇ）詰め、０．１１Ｍ酢酸または０．１１Ｍクエン酸を土壌が浸漬するまでロート下部から入れて２４時間静置した後、溶出液をカラムの下から抜き溶出液を回収した。これを５回繰り返すことで浄化を行った。溶出液は硝酸５ｍＬを加えてマイクウェーブで分解した後、ＩＣＰ−ＭＳで測定した。また、浸漬実験後の土壌は以下の２つの中和方法１，２で中和し、それぞれ溶出試験（公定法）を行った。中和方法１は、ｐＨが中性になるまで精製水で洗浄（５回程度洗浄）する方法、中和方法２は、水酸化カルシウム溶液を通水して中和する方法を表す。
表１５にその実験結果を示す。
【０１９４】
【表１５】
【０１９５】
図２５は、表１５の結果から汚染土壌の浄化前と最終的な浄化後の溶出値を示した図である。本実験では上記分画試験より土壌と酸の接触時間が短くなることから、全体的にみると溶出値は低減しているものの大きくはない。酸の比較では、クエン酸の溶出作用は酢酸よりも強く、公定法以上に溶出していると思われる。通常の自然環境下における溶出には酢酸が適していると考えられる。結果として、酢酸５回−中和処理２において環境基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）を満たし、低減率は９９．８％となった。ただし、中和方法の違いによる差は明確ではなかった。
【０１９６】
（４）改良バッチ土壌浄化法による汚染土壌浄化試験２
次に、汚染土壌Ｃ（Ａｓ汚染土壌）に加えて汚染土壌Ｄ（Ｐｂ汚染土壌）を供試汚染土壌試料として使用し、確認試験を行った。実験方法は（３）と同様に、ビフネルロート（φ９０）に汚染土壌Ｃ及び汚染土壌Ｄを２ｃｍ（１５０ｇ）詰め、０．１１Ｍ酢酸を汚染土壌が浸漬するまでロート下部から入れて２４時間静置した後、溶出液をカラムの下から抜いた。これを５回繰り返して浄化した。溶出液は硝酸を加えてマイクウェーブで分解した後、ＩＣＰ−ＭＳで測定した。浄化後の土壌から酢酸を除去するために最初に精製水を４００ｍＬ流し、続いて精製水２００ｍＬを加えて２４時間浸漬、さらに、精製水４００ｍＬを流した。
【０１９７】
洗浄液が中性であることを確認後、土壌の溶出試験（公定法）を行った。図２６は、試験の結果から浄化前後の溶出値を示した図である。汚染土壌Ｃ（Ａｓ汚染土壌）は、浄化前の溶出値は基準値の５０倍と高いが、浄化後は０．０２８ｍｇ／Ｌと基準値の３倍程度まで低減している。また、汚染土壌Ｄ（Ｐｂ汚染土壌）は、浄化前は基準値の５倍程度で浄化後は基準値以下となった。低減率はそれぞれ、９５％、８７％となっており、改良バッチ土壌浄化法の効果が確認された。汚染土壌Ｃ（Ａｓ汚染土壌）は浄化後に基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）を満たしていないものの、浸漬の回数を増やすことで対応は可能と思われる。
【０１９８】
（実験例４）
本実験例では、実施例９で説明したロックウール２８の設置効果についての検証結果を示す。ここでは、ロックウール２８として、マグネシア系のロックウールを用いて必要吸着材量の検討を行った。
【０１９９】
（１）ロックウールによる重金属吸着試験（バッチ試験）
事前の実験の結果、ロックウール（吸着材）１０ｇに対して模擬汚染液（試験液）２００ｍＬ（１：２０）でＡｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂに対し、吸着率９５％以上となった。そこで、ここでは吸着材と模擬汚染液（試験液）が１：１００および１：１０００（重量比）になるようにして２４時間振盪させた。模擬汚染液は土壌を通水したもの（ＣａやＮａ等の金属も含む）にＡｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂの金属標準液を添加したものを用いた。結果を表１６に示す。
【０２００】
【表１６】
【０２０１】
表１６より、１：１００ではＳｅを除いて９７％以上の高い吸着率となったが、１：１０００では、それが３．０〜１３．３％と大きく低下することとなった。吸着率にはｐＨが大きく関係していると思われ、前者ではｐＨ=９．７、後者では４．７と酸性になっている。これについては、ｐＨ，ロックウール量を変えた試験が必要であるが、ここではロックウールと汚染液の比率をある程度確保し、ｐＨを大きく低下させないことが必要であることが確認された。
【０２０２】
（２）ロックウールによる重金属吸着試験（カラム試験）
実際のロックウール（吸着材）の適用を想定すると、汚染液を吸着材であるロックウールに通水して処理することになる。ここでは、汚染液の吸着材の通水速度（接触時間）の影響を検討するため、簡易カラムを用いて吸着試験を行った。
【０２０３】
実験装置は、図２７に示したようにビフネルロートに下から吸着材（ロックウールＤ）を１ｃｍ（２５．５ｇ）、ガラスビーズを１ｃｍ、濾紙の順で詰めた。実験手順は、模擬汚染液を、１００ｍＬずつ計１Ｌを上部から流し、浸出溶液を順に採取した。その後、流出液をマイクロウェーブで分解後、ＩＣＰ−ＭＳを用いて測定を行い、試験前の重金属濃度と比較した。模擬汚染液は土壌を通水したもの（ＣａやＮａ等の金属も含む）にＡｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂの金属標準液を添加したものを用いた。通水時間を変えるため、粒径の異なる２種類のガラスビーズを用いた。試験は、以下に示すように透水性の異なるケース１，２とバッチ試験のケース３の３ケース実施した。
【０２０４】
ケース１：吸着材とガラスビーズ小φ０．１０５〜０．１２５ｍｍ
透水係数 ｋ＝１．１×１０−２ｃｍ／ｓ，
汚染液１００ｍＬ×１０回通水した。
ケース２：吸着材とガラスビーズ大φ０．７１０〜０．９９０ｍｍ
透水係数 ｋ＝２．０×１０−２ｃｍ／ｓ，
汚染液１００ｍＬ×１０回通水した。
ケース３：吸着材のみをロートに詰め、吸着材が浸る程度汚染液を入れて（２００ｍＬ）２４時間浸漬した。
【０２０５】
図２８は、ケース１における浸出液中の重金属濃度を通水回数毎に示し、吸着率に換算した。同図にはバッチ試験の結果を併せて示している。１回目の通水は、ガラスビーズ中の間隙水に留まり、浸出量が１００ｍＬを下回ったため、予備通水とした。図２９は、ケース２におけるそれらを示している。両者の差異は、透水係数で２倍程度である。まず、図２８に注目すると、浸出液の重金属濃度が初期汚染液のそれに比較して大きく低下していることが確認できる。Ａｓはやや大きいが、Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂはかなり小さい。吸着率でみるとＡｓが６０〜８０%程度、Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂで９０％以上となっている。つぎに、図２９をみると、Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂはやや低下しているが、Ａｓについてはほとんど低減傾向が認められない。吸着率は、Ａｓが０〜３５％程度、Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂでも６０〜８５％程度とケース１に比較すると大きく低下している。一方、両者において通水回数による有意な変化は認められなかった。以上のことから、通水時間（積極時間）によって、吸着材の効果が大きく変化することが確認された。特に、Ａｓがそれの影響を大きく受けることがわかった。しかし、バッチ試験の結果から十分な接触時間を確保できれば、いずれの重金属も９５％程度の吸着率が期待できることが確認された。
【０２０６】
（実験例５）
本実験例では、実施例９で説明したロックウール２８の設置効果について、種々のロックウール材を使用して行った検証結果を示す。表１７に、本実験例で使用したロックウール（吸着材）を示す。
【０２０７】
【表１７】
【０２０８】
実験方法は、酢酸で調整した約ｐＨ４の液にＡｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ標準液をそれぞれ２６５、２６８、２３７、１５０３μｇ／Ｌになるように添加し、その試験液２００ｍＬを５００ｍＬ用のポリ容器に満たし、吸着剤１０ｇ加え１８時間振盪した。振盪後、遠心分離を行い、上澄み液１μｍをグラスフィルターで吸引し濾過した。次に、濾液から３０ｍＬ分取し、ＨＮＯ３を５ｍＬ添加してマイクロウェーブ分解した後、超純水で５０ｍＬにした。その分解液を１０ｍＬ分取し、５０ｍＬに定容した後、ＩＣＰ−ＭＳで測定した。
【０２０９】
【表１８】
【０２１０】
表１８に各種ロックウールの吸着実験後の溶出液中の重金属（Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ）濃度を示す。また、図３０は、各種ロックウールの吸着実験後の溶出液中の重金属（Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ）の吸着率を示した図である。
【０２１１】
図３０より、Ａｓ、Ｐｂの吸着率はロックウールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの全てで１００％近くに達したが、ＳｅはロックウールＥで３３．７%、ＣｄはロックウールＢで７７．３%であった。特にＳｅは他の重金属と比較してロックウールへの吸着率が低くなった。ロックウール別に見ると、ロックウールＡ、Ｃ、Ｄが全ての重金属（Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ）に対して９０％以上の吸着率を示した。特にロックウールＤはＡｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｐｂ全てにおいて９５％以上の吸着率を示しており、重金属に対して高い吸着性能を有していることがわかった。吸着処理後の溶液のｐＨは、ロックウールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅでそれぞれ９．９、５．１、１１．８、９．６、１１．０であり、吸着性能および吸着処理後のｐＨを考慮すると、本実験で用いた吸着剤の中ではロックウールＡ、Ｄが吸着剤として妥当であると考えられる。
【符号の説明】
【０２１２】
１ 汚染土壌浄化装置
２ 止水層
３ 注水手段
３ａ 表面透水層
３ｂ 垂直透水層
３ｃ 水平透水層
３ｄ 主給水垂直透水層
３ｅ 補助給水垂直透水層
４ 回収透水層
５ 集水装置
６ 透光板
７ 吸水蒸散体
７ａ 受皿
８ 吊棒
９ 送風機
１０ 送気管
１１ 表面遮水層
１２ 注水タンク
１３ 注水管
１４ 開閉弁
１５ 加熱装置
１５ａ 太陽熱集熱板
１５ｂ 給熱管
１６ 換気路
１７ 透水性底板
１８ 集水ピット
１９ 貯水空間
２０ 培床
２１ 散気管
２１ａ 散気孔
２２ 給気管
２３ エアポンプ
２４ 抜気孔
２５ 通液路
２６ 開閉栓
２７ 隙間
２８ ロックウール
Ｇ 現地の地面
Ｐ 被処理土壌
Ｐ 被処理土壌
Ｓ 地下水位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染された土壌を浄化するための汚染土壌浄化装置であって、
汚染土壌を包囲して土中に埋置された止水層と、
前記止水層で包囲される汚染土壌の全体に洗浄液を分散注入する注水手段と、
前記止水層で包囲される汚染土壌に、前記止水層のある底部又はその近傍まで掘削された、前記汚染土壌内を通過した前記洗浄液を集水する集水装置と、
前記集水装置内の空気中に曝気した状態で前記集水装置内に配設され、前記集水装置内に貯留する前記洗浄液を吸水する繊維質体からなる吸水蒸散体と、
を備え、前記集水装置が外気と換気可能とされていることを特徴とする汚染土壌浄化装置。
【請求項２】
前記吸水蒸散体は、前記集水装置の底部に立設された、毛管現象により前記集水装置内に貯留する前記洗浄液を吸い上げることが可能な繊維質体からなることを特徴とする請求項１記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項３】
前記吸水蒸散体は、無機繊維に重金属吸着剤を分散保持させたものからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項４】
前記集水装置に外気を送気する送風機を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項５】
前記送風機から送気する外気を加熱する加熱装置を備えていることを特徴とする請求項４記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項６】
前記加熱装置は、太陽熱集熱板と、前記太陽熱集熱板内に外気を通して該太陽熱集熱板で集熱される熱を内部を通る外気に給熱する給熱管とを備え、
前記給熱管を通した外気を前記集熱井戸に送気することを特徴とする請求項５記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項７】
前記集水装置の上部を覆って設けられた透光板を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項８】
前記注水手段は、
前記止水層で包囲される汚染土壌の表面全体に敷設された透水性部材から構成される表面透水層を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項９】
前記注水手段は、前記表面透水層に加えて、
前記止水層で包囲される汚染土壌内の各所に垂直に埋設された透水性部材からなる垂直透水層を備えていることを特徴とする請求項８に記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１０】
前記止水層で包囲される汚染土壌の底部に敷設され、前記汚染土壌の底部に浸出する洗浄液を前記集水装置に導く回収透水層を備えていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１１】
前記汚染土壌と前記止水層の間に形成された貯水空間と、
前記貯水空間内に投入された、微生物を培養するための粉粒状の培床と、
前記貯水空間内に空気を散気する散気手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１２】
前記止水層で包囲される汚染土壌が入れられた容体内と前記集水装置とは、その最下部において前記洗浄液が通過する通液路により連通しており、
前記通液路には、前記洗浄液の通液を通断する開閉栓が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１３】
前記集水装置の底部に吸着材が配設されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１４】
汚染された土壌を浄化するための汚染土壌浄化方法であって、
汚染土壌を包囲した状態で止水層を土中に埋置し、
前記止水層で包囲された汚染土壌に、前記止水層のある底部又はその近傍まで集水装置を掘削形成し、
前記集水装置の底部に、毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体から成る吸水蒸散体を立設し、
前記汚染土壌に洗浄液を分散注水して、前記汚染土壌全体に洗浄液を通過させ、
前記汚染土壌を通過した洗浄液を前記集水装置により集水し、
前記集水装置に集水された洗浄液を前記吸水蒸散体に吸水させるとともに、前記集水装置内の空気を換気して、前記吸水蒸散体の水分を前記集水装置内の空気中に蒸散させることにより、前記吸水蒸散体に汚染物質を凝集させることを特徴とする汚染土壌浄化方法。
【請求項１５】
前記集水装置内の空気を太陽熱により加熱することを特徴とする請求項１４記載の汚染土壌浄化方法。
【請求項１６】
前記止水層で包囲される汚染土壌が入れられた容体内と前記集水装置とは、その最下部において前記洗浄液が通過する通液路により連通するように形成するとともに、前記通液路に、前記洗浄液の通液を通断する開閉栓が設け、
前記汚染土壌に洗浄液を分散注水する際に前記開閉栓を閉栓しておき、
前記汚染土壌全体が前記洗浄液により浸漬された後に、前記開閉栓を開栓して、前記汚染土壌を通過させた洗浄液を前記集水装置により集水することを特徴とする請求項１４又は１５記載の汚染土壌浄化方法。
【請求項１７】
前記汚染土壌全体に洗浄液を通過させることにより前記汚染土壌の洗浄を行い前記吸水蒸散体に汚染物質を凝集させた後に、
前記汚染土壌の上面から水又は中和液を分散注水して、前記汚染土壌全体に水又は中和液を通過させ、
前記汚染土壌を通過した水又は中和液を前記集水装置により集水し、
前記集水装置に集水された水又は中和液を前記吸水蒸散体に吸水させるとともに、前記集水装置内の空気を換気して、前記吸水蒸散体の水分を前記集水装置内の空気中に蒸散させることにより、前記汚染土壌内の汚染物質の除去を行うことを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか一記載の汚染土壌浄化方法。
【請求項１】
汚染された土壌を浄化するための汚染土壌浄化装置であって、
汚染土壌を包囲して土中に埋置された止水層と、
前記止水層で包囲される汚染土壌の全体に洗浄液を分散注入する注水手段と、
前記止水層で包囲される汚染土壌に、前記止水層のある底部又はその近傍まで掘削された、前記汚染土壌内を通過した前記洗浄液を集水する集水装置と、
前記集水装置内の空気中に曝気した状態で前記集水装置内に配設され、前記集水装置内に貯留する前記洗浄液を吸水する繊維質体からなる吸水蒸散体と、
を備え、前記集水装置が外気と換気可能とされていることを特徴とする汚染土壌浄化装置。
【請求項２】
前記吸水蒸散体は、前記集水装置の底部に立設された、毛管現象により前記集水装置内に貯留する前記洗浄液を吸い上げることが可能な繊維質体からなることを特徴とする請求項１記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項３】
前記吸水蒸散体は、無機繊維に重金属吸着剤を分散保持させたものからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項４】
前記集水装置に外気を送気する送風機を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項５】
前記送風機から送気する外気を加熱する加熱装置を備えていることを特徴とする請求項４記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項６】
前記加熱装置は、太陽熱集熱板と、前記太陽熱集熱板内に外気を通して該太陽熱集熱板で集熱される熱を内部を通る外気に給熱する給熱管とを備え、
前記給熱管を通した外気を前記集熱井戸に送気することを特徴とする請求項５記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項７】
前記集水装置の上部を覆って設けられた透光板を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項８】
前記注水手段は、
前記止水層で包囲される汚染土壌の表面全体に敷設された透水性部材から構成される表面透水層を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項９】
前記注水手段は、前記表面透水層に加えて、
前記止水層で包囲される汚染土壌内の各所に垂直に埋設された透水性部材からなる垂直透水層を備えていることを特徴とする請求項８に記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１０】
前記止水層で包囲される汚染土壌の底部に敷設され、前記汚染土壌の底部に浸出する洗浄液を前記集水装置に導く回収透水層を備えていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１１】
前記汚染土壌と前記止水層の間に形成された貯水空間と、
前記貯水空間内に投入された、微生物を培養するための粉粒状の培床と、
前記貯水空間内に空気を散気する散気手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１２】
前記止水層で包囲される汚染土壌が入れられた容体内と前記集水装置とは、その最下部において前記洗浄液が通過する通液路により連通しており、
前記通液路には、前記洗浄液の通液を通断する開閉栓が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１３】
前記集水装置の底部に吸着材が配設されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一記載の汚染土壌浄化装置。
【請求項１４】
汚染された土壌を浄化するための汚染土壌浄化方法であって、
汚染土壌を包囲した状態で止水層を土中に埋置し、
前記止水層で包囲された汚染土壌に、前記止水層のある底部又はその近傍まで集水装置を掘削形成し、
前記集水装置の底部に、毛管現象により水の吸い上げが可能な繊維質体から成る吸水蒸散体を立設し、
前記汚染土壌に洗浄液を分散注水して、前記汚染土壌全体に洗浄液を通過させ、
前記汚染土壌を通過した洗浄液を前記集水装置により集水し、
前記集水装置に集水された洗浄液を前記吸水蒸散体に吸水させるとともに、前記集水装置内の空気を換気して、前記吸水蒸散体の水分を前記集水装置内の空気中に蒸散させることにより、前記吸水蒸散体に汚染物質を凝集させることを特徴とする汚染土壌浄化方法。
【請求項１５】
前記集水装置内の空気を太陽熱により加熱することを特徴とする請求項１４記載の汚染土壌浄化方法。
【請求項１６】
前記止水層で包囲される汚染土壌が入れられた容体内と前記集水装置とは、その最下部において前記洗浄液が通過する通液路により連通するように形成するとともに、前記通液路に、前記洗浄液の通液を通断する開閉栓が設け、
前記汚染土壌に洗浄液を分散注水する際に前記開閉栓を閉栓しておき、
前記汚染土壌全体が前記洗浄液により浸漬された後に、前記開閉栓を開栓して、前記汚染土壌を通過させた洗浄液を前記集水装置により集水することを特徴とする請求項１４又は１５記載の汚染土壌浄化方法。
【請求項１７】
前記汚染土壌全体に洗浄液を通過させることにより前記汚染土壌の洗浄を行い前記吸水蒸散体に汚染物質を凝集させた後に、
前記汚染土壌の上面から水又は中和液を分散注水して、前記汚染土壌全体に水又は中和液を通過させ、
前記汚染土壌を通過した水又は中和液を前記集水装置により集水し、
前記集水装置に集水された水又は中和液を前記吸水蒸散体に吸水させるとともに、前記集水装置内の空気を換気して、前記吸水蒸散体の水分を前記集水装置内の空気中に蒸散させることにより、前記汚染土壌内の汚染物質の除去を行うことを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか一記載の汚染土壌浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１０−２９８４３（Ｐ２０１０−２９８４３Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３６９５０（Ｐ２００９−１３６９５０）
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００１５６５８１）日鉄環境エンジニアリング株式会社 (67)
【出願人】（５９７０２５６３３）株式会社九州テクノリサーチ (1)
【出願人】（８０２００００３１）財団法人北九州産業学術推進機構 (187)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００１５６５８１）日鉄環境エンジニアリング株式会社 (67)
【出願人】（５９７０２５６３３）株式会社九州テクノリサーチ (1)
【出願人】（８０２００００３１）財団法人北九州産業学術推進機構 (187)
【Ｆターム（参考）】
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