(57)【要約】【課題】重金属汚染土壌を効率良く浄化する方法の提供。【解決手段】重金属汚染土壌を原位置で洗浄する方法であって、注入した水の水面の高さの平均と施行前の土壌表面の高さの平均との差が０〜１０cmになるように、重金属汚染土壌に水を注入し、撹拌して土壌をスラリーとした後、静置し、次いで、薬剤水溶液で重金属汚染土壌を洗浄することを特徴とする重金属汚染土壌の浄化方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属汚染土壌を原位置で洗浄する方法であって、注入した水の水面の高さの平均と施行前の土壌表面の高さの平均との差が０〜１０cmになるように、重金属汚染土壌に水を注入し、撹拌して土壌をスラリーとした後、静置し、次いで、薬剤水溶液で重金属汚染土壌を洗浄することを特徴とする重金属汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
重金属汚染土壌が、カドミウム含有水田土壌又は水田転換畑土壌である請求項１記載の重金属汚染土壌の浄化方法。
【請求項３】
攪拌機構と該攪拌機構を牽引する牽引装置とで構成される土壌攪拌装置を用いて重金属汚染土壌のスラリー化及び土壌洗浄を行う請求項１又は２記載の重金属汚染土壌の浄化方法。
【請求項４】
洗浄に用いる薬剤が、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄及びポリ硫酸鉄から選ばれる鉄塩である請求項１〜３のいずれか１項記載の重金属汚染土壌の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属汚染土壌を、効率良く浄化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重金属で汚染された土壌の浄化法の一つとして、薬剤洗浄（例えば、特許文献１）が知られている。この方法は、重金属汚染土壌に薬剤水溶液を投入し、混合および／または撹拌によって重金属を溶出せしめ、上澄み水中の重金属を除去するものであり、重金属を根本的に除去するという意味で優れた方法である。しかしながら、洗浄対象となる重金属汚染土壌の下方に位置する土壌層の透水係数が大きい場合、薬剤水溶液が土壌の下方向に浸透してしまうおそれがあった。薬剤水溶液が浸透により失われると、薬剤による土壌洗浄の効率が落ちてしまうという問題が生じる。
【０００３】
一方、水田での下方向への水の浸透を抑制する方法のひとつとして、代かきが知られている（例えば、非特許文献１）。代かきは、浸透抑制のほか、砕土、圃場の均平化、雑草防除なども目的とし、代かき後に稲苗の移植が行われるという特徴を有するものである。
しかして、重金属汚染水田土壌を薬剤洗浄する場合も、水田土壌に水を加えて攪拌する処理は、代かきと同様である。しかしながら、薬剤洗浄に用いる水（水溶液）の量（湛水深で２０cm以上）は、通常の代かきに用いる水の量（湛水深で１０cm以下）よりも極めて多く、また、通常の稲栽培では、用水に薬剤を入れて代かきを行うことはない。このように、薬剤洗浄は、通常の代かきとは、全く異なるものである。
更に、薬剤洗浄の前に代かきを行っても、薬剤洗浄時に、通常の稲栽培の湛水時と同様に、漏水防止効果が得られるかどうかは知られていなかった。
【０００４】
更に、薬剤洗浄に用いられる水の量は多量であり、土壌層には高い水圧がかかるため、薬剤洗浄時には通常の稲栽培の湛水時よりも、土壌層の透水係数が小さいことが必要とされる。また、薬剤洗浄は土壌の撹拌を伴う操作であるため、土壌洗浄の前に代かきを行ったとしても、代かきによって形成された透水係数の低い土壌層の構造の大部分が破壊されて、代かきによる漏水防止効果のかなりの部分が失われてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６９３８１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】足立一日出、代かきによる浸透抑制の研究、農工報、32、pp.1-62、1993
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、重金属含有土壌を原位置で洗浄する際の薬剤水溶液の浸透を抑制し、重金属汚染土壌を効率良く浄化する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、斯かる現状に鑑み、種々検討した結果、土壌洗浄を行う前に特定量の水を用いてスラリー化を行えば、薬剤水溶液および／または洗浄水の浸透が抑制され、重金属汚染土壌を効率良く洗浄できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、重金属汚染土壌を原位置で洗浄する方法であって、注入した水の水面の高さの平均と施工前の土壌表面の高さの平均との差が０〜１０cmになるように、重金属汚染土壌に水を注入し、撹拌して土壌をスラリーとした後、静置し、次いで、薬剤水溶液で重金属汚染土壌を洗浄することを特徴とする重金属汚染土壌の浄化方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、重金属含有土壌を原位置で洗浄する際、薬剤水溶液が土壌の下方向へ浸透するのを抑制し、重金属汚染土壌を効率良く浄化することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明で浄化対象となる重金属汚染土壌としては、市街地、山林、工場跡地、農用地、沼地、更には排土等で、鉛、カドミウム、ヒ素等の重金属元素の単体、化合物又はイオンを含有する土壌が挙げられる。例えば平成３年環境庁告示第４６号に定める方法によって測定される重金属類の溶出量が土壌環境基準を超える土壌や、土壌１kg当たり鉛重量で４００mg以上の鉛を含有する鉛含有土壌、土壌１kg当たりカドミウム重量で２mg以上のカドミウムを含有するカドミウム含有土壌、土壌１kg当たりヒ素重量で３０mg以上のヒ素を含有するヒ素含有土壌等の土壌に好適に適用することができる。特に、カドミウム含有水田土壌および水田転換畑土壌、更に、カドミウム濃度が０．１〜５ppmの水田土壌および水田転換畑土壌の浄化に好適である。
【００１２】
本発明においては、まず重金属汚染土壌に水を注入する。
水は、注入した水の水面の高さの平均と施行前の土壌表面の高さの平均との差が０〜１０cm、好ましくは１〜５cmになるように注入する。これらの高さは、水面に対して垂直になるよう張ったスケール、水面に対して垂直になるよう差し込んだ物差しなどにより測定される。
注入した水の水面の高さの平均と施行前の土壌表面の高さの平均との差が０cm未満では、水中に土粒子が均一に分散しないため、土粒子の移動が阻害されて、透水係数の小さい層を形成することができない。また、注入する水の量が１０cmを超えると、土粒子が分級してしまい、浸透を抑制することができない。
【００１３】
なお、本発明において透水係数とは、水面に対して垂直に浸透する水の一日あたりの量を示し、具体的には、静置開始時から静置終了時までの水面の高さの変化（mm）から、水の蒸発量（mm）を引き、降雨量（mm）を加えた値を、静置時間（日）で割った値で求められる。
【００１４】
次に、水と土壌とを均一になるように混合・撹拌してスラリーとする（スラリー化）。
スラリー化及び土壌洗浄の際には、土壌攪拌装置として、ロータリーなどの縦方向に攪拌することができる攪拌機構と該攪拌機構を牽引するトラクターなどの牽引装置とで構成される土壌攪拌装置を用いるのが好ましく、特に、土壌と薬剤とを混合するため、該薬剤を含む土壌を攪拌する土壌攪拌機構であって、水平方向に延設された回転軸と、該回転軸から放射状に延設された複数の攪拌爪と、該複数の攪拌爪の回転半径の外側に螺旋状に配置された板状部材とを備える土壌攪拌機構と、該土壌攪拌機構を牽引する牽引装置とで構成されるもの（例えば、特開2007-319747号公報に記載のもの等）が好ましい。更に、攪拌機構の回転部全体の縦方向の回転半径が、水面の高さと土壌の洗浄深さの和より大きいのが好ましい。
【００１５】
スラリー化の際の撹拌回数は、多いほど、下方向への薬剤水溶液の浸透が抑制されるが、作業時間や効率の点から、１０回以下が好ましく、５回以下がより好ましい。
また、撹拌操作などによって土壌が砕かれることにより生成する土粒子が細かいほど、透水係数の小さい層で土粒子は密に詰まり、より浸透を抑制する。このため、スラリー化後の重金属汚染土壌中の土塊の５mm篩上残分が４０％以下、特に３０％以下になるまで攪拌するのが好ましい。
【００１６】
なお、５mm篩上残分は、以下のようにして求められる。すなわち、スラリーを水田から採取する。水面から洗浄深さまでの試料を均一に取るために、塩ビ管を水面に垂直に差込み、下を金属板でふさいでスラリーを持ち上げる。スラリーを５mmの目開きのふるいに通す。篩下および篩上の含水土壌を１０５℃で１２時間乾燥する。乾燥した土壌の重量をそれぞれはかる。以下の式により５mm篩上残分（絶乾ベース）を求める。
【００１７】
【数１】
2010207675.tif 000002
【００１８】
土粒子を移動させることにより水の浸透が小さい層を形成させるため、スラリー化を行った後、スラリーを静置する。土壌粒子の沈降がほぼ収まるまでに６〜２４時間を要するので、スラリー化後の静置時間は６〜２４時間が好ましい。日暮れまでにスラリー化を行い翌日朝まで静置したのち洗浄を行うと、時間を効率的に使うことができる。したがって、スラリー化後の静置時間は、８〜１６時間がより好ましい。
【００１９】
スラリー化工程で土粒子をよく分散させるために、スラリー化の前に荒起しと同様の方法で土を砕いておくことが好ましい。また、この砕土の後に注水し、水位を維持しながら静置することにより土塊に水をしみこませ、スラリー化での土粒子の分散をさらに良くすることもできる。注水後、スラリー化前の静置時間は、６時間〜１週間が好ましい。これより静置時間が短いと、分散効果が得られない。また、これより静置時間を長くしても、分散がよくならないばかりか、水位を維持するために多くの用水を必要とすることとなる。
【００２０】
スラリーを静置した後、薬剤水溶液で土壌を洗浄する。
ここで用いる薬剤としては、浄化対象土壌との混合により加水分解によって、水酸化物イオンを配位するものが好ましい。pHが低いほどカドミウムの除去効率が高くなるため、カドミウムを除去する場合は、浄化対象土壌との混合によってpHが４以下になるものが好ましい。かかる金属塩化合物としては、例えば、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄、ポリ硫酸鉄等の鉄塩；硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム塩；塩化マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン等のマンガン塩；塩化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト等のコバルト塩；塩化銅、硝酸銅、硫酸銅等の銅塩などが挙げられる。
【００２１】
これらの金属塩化合物は、重金属汚染土壌に直接散布することもできる。取り扱いが容易かつ濃度の調整が容易であることから、これらの金属塩水溶液を用いるのが好ましい。水溶液の濃度は、１〜２００mM、特に３〜１００mMであるのが、重金属の除去効果が大きいとともに、土壌への残留が少ないので好ましい。
【００２２】
原位置で、水溶液を用いて土壌洗浄する場合には、例えば、タンクを用いて金属塩化合物を水に溶解し、所定の濃度になるよう混合した後施用できるほか、所定濃度より高濃度の溶液を調製して施用した後、所定濃度になるように水を加えてもよい。また、導水時に連続的に金属塩化合物を投入できる装置により施用しても良い。
薬剤水溶液と土壌の混合は、ロータリーなどの縦方向に撹拌することのできる撹拌機構と該攪拌機構を牽引するトラクターなどの牽引装置とで構成される土壌攪拌装置を用いて行うことができる。撹拌効率を上げるためには、撹拌機構の回転部全体の回転半径が、洗浄操作前の地表面の高さを基準とした水面の高さと土壌洗浄の深さの和より大きいことが好ましい。
【００２３】
抽出洗浄に用いる水溶液の量は、浄化対象土壌の１〜５重量倍、特に１〜２．５重量倍であるのが、重金属を効率的に抽出できるので好ましい。
このように処理することにより、土壌中の重金属は水溶液中に抽出される。
洗浄は、土壌の重金属含有量のうち、洗浄水溶液に溶出しない重金属含有量が土壌汚染対策法（平１４・５・２９法律第５３号）に定める含有量基準値以下になるまで繰り返すのが好ましく、さらに、洗浄処理後の土壌から溶出する重金属濃度が「土壌の汚染に係る環境基準について」（平３・８・２３環告４０号）に定める溶出基準値以下になるまで洗浄するのが好ましい。薬剤水溶液による洗浄は、少なくとも１回、好ましくは１〜３回行われる。
【００２４】
なお、土壌中の重金属含有量は、「土壌含有量調査に係る測定方法を定める件」（平１５・３・６環告１９号）により、また、土壌から溶出する重金属濃度は、「土壌の汚染に係る環境基準について」（平３・８・２３環告４０号）に定める方法により、原子吸光法、ＩＣＰ発光法、ＩＣＰ質量分析法の分析機器により測定される。
【００２５】
薬剤水溶液による洗浄により、土壌中の重金属を水溶液中に抽出させた後、原位置にて土壌を沈降させて上澄廃液を集めることが好ましい。上澄み廃液は、一時的にピットに貯留しその後ポンプで廃水処理設備に入れても良いし、そのままポンプで洗浄区域から排水しても良い。
【００２６】
一方、処理された土壌には、用いた水溶液中の金属塩化合物の一部が残存する場合や、洗浄により抽出された重金属の一部が残存する場合があるため、更に土壌を水で洗浄することにより、これらを除去するのが好ましい。
水による洗浄は、水溶液による洗浄と同様に行えば良く、土壌中の重金属の濃度、及び水溶液洗浄で用いた金属化合物の残留量が土壌環境基準以下になるまで繰り返し行うのが好ましく、少なくとも１回、特に１〜５回、水で洗浄するのが好ましい。
【００２７】
さらに、洗浄後の重金属汚染土壌を農用地土壌として用いる場合は、土壌中の塩素濃度が５００ppm以下、電気伝導度が２mS／cm以下、特に１mS／cm以下になるまで、水による洗浄を繰り返し行うのが好ましい。一方、水洗浄にはコストと時間を要する。また、洗浄回数が増加すると、水洗浄の効果は低減する。このため、水洗浄は５回以下が好ましい。
【実施例】
【００２８】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
【００２９】
実施例１
室内でミニカラムを用いて工法のシミュレーションを行った。土を保持しかつ水を通すように底部を加工した直径１０cmのミニカラムに、突き固めながら２mm以下の風乾土を厚さ５cmになるように詰めた。その上に金網を設置した。金網の上に２mm以下の風乾土を、風乾土採取地の土壌厚さ１５cmに相当するように載せた。さらに、金網表面から２３cmになるように、水道水を注入した。この水量は、風乾土採取地の土壌表面の高さと水面高さの差が８cmに相当する水量である。プロペラをモーターで回転させながら金網と水面の間を、２分間上下させることにより、重金属汚染土壌スラリーとした。スラリーを１日静置した後、FeCl3水溶液と水道水を加えた。FeCl3濃度は１５mM、金網から水面までの高さ、すなわち、水面高さと土壌洗浄深さの和は４５cmとなるようにした。プロペラをモーターで回転させながら金網と水面の間を上下させることにより、２分間、薬剤洗浄を行った。一日静置した後、上澄み水を排水した。さらに、金網から水面までの高さが４５cmになるように水道水を加え、プロペラをモーターで回転させながら金網と水面の間を上下させることにより、２分間、水洗浄を行った。一日静置した後、上澄み水を排水した。なお、排水した廃液は適切な方法で処理した。薬剤洗浄時の透水係数を求め、表１に示した。
【００３０】
比較例１
重金属汚染土壌のスラリー化を行わない以外は実施例１と同様の操作を行った。
【００３１】
比較例２
風乾土採取地の土壌表面の高さと水面高さの差が２０cmに相当する水道水を加えてスラリー化を行なった以外は実施例１と同様の操作を行った。
【００３２】
【表１】
2010207675.tif 000003
【００３３】
表１の薬剤洗浄時の下方向への透水係数を、実施例１と比較例１及び２で比較すると、重金属汚染土壌の特定量の水を用いたスラリー化が薬剤水溶液の浸透を抑制したことが分かる。
【００３４】
実施例２
Ａ圃場においてカラム試験を行った。Ａ圃場に直径３０cmの円筒を打ち込み、ハンドスコップで荒起しし、実験用モーターとプロペラで撹拌を行った。水面の高さと施行前の土壌表面の高さとの差が１cmになるように河川水を注水した後、撹拌を２分間行い重金属汚染土壌をスラリーとした。スラリー化直後に、５mm篩上残分を求めた（表２）。一晩静置した後、FeCl3の濃度が１５mMかつ荒起し前の地表面からの水面高さと土壌洗浄深さとの和が４５cmになるように、工業用の４２％FeCl3と河川水を注入し、２分間撹拌した。
薬剤洗浄時の透水係数、洗浄前及び洗浄後のCd濃度、Cd除去率を求め、表２に示した。
【００３５】
比較例３
Ａ圃場において、スラリー化の撹拌の前に、水面の高さと施行前の土壌表面の高さとの差が１４cmになるように河川水を注水する以外は、実施例２と同様の操作を行った。
【００３６】
【表２】
2010207675.tif 000004
【００３７】
重金属汚染土壌のスラリー化時の水面の高さと施行前の土壌表面の高さとの差が小さい実施例の方が、薬剤洗浄時の水田の下方向への透水係数が小さくなり、薬剤水溶液の浸透が抑制されたことが分かる。一方、Cd除去率には大きな差は見られなかった。
【００３８】
実施例３
Ｂ圃場において、カドミウムの洗浄を行った。まず、圃場を囲むように波板を打ち込み、圃場の外側に廃水が漏れないようにした。次に、ロータリーを装着したトラクターを用いて荒起しを行った。
水田の水面の高さの平均と荒起し前の地表面の高さ平均との差が４cmになるようにポンプで水田に河川水を注水した。土壌の洗浄深さは、荒起し前の地表面から耕盤までの深さである１７cmとした。耕盤からの水面の高さは２１cmである。注水後、ロータリーを装着したトラクターを用いて撹拌を４回行い、重金属汚染土壌をスラリーとし、スラリー化直後に、５mm篩上残分を求めた（表３）。その後、一晩静置した。
FeCl3の濃度が２０mMかつ耕盤からの水面高さが４０cmになるように、工業用の４２％FeCl3と河川水を水田に加えた。次に、ロータリーを装着したトラクターを用いて２回撹拌を行った。一晩放置して土粒子を沈降させた後、上澄みを排水した。
耕盤からの水面高さが４０cmになるまで河川水を注水し、ロータリーを装着したトラクターで１回撹拌した。一晩放置して土粒子を沈降させた後、上澄みを排水した。この水洗浄をもう一度行った。なお、排水した廃液は適切な方法で処理した。
薬剤洗浄時の透水係数、洗浄前及び洗浄後のCd濃度、Cd除去率を求め、表３に示した。
【００３９】
【表３】
2010207675.tif 000005