(57)【要約】【課題】バイオレメディエーションにおいて、嫌気性菌による有機系難分解性物質の分解を促進する。【解決手段】土壌や埋立地に含まれる有機溶剤、油分、その他の難分解物質を、嫌気性菌により分解して浄化するに際し、水とともにサポニン含有物、窒素や燐を供与しておく。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中に含まれる有機溶剤、油分、その他の難分解物質を嫌気性或いは通性嫌気性菌の活性を利用して浄化する場合において、サポニン含有物を窒素や燐などの栄養分とともに水に溶解した浄化液を、浄化対象土壌の適宜箇所に注入機で圧入することを特徴とする土壌の嫌気的浄化方法。
【請求項２】
土壌中に含まれる有機溶剤、油分、その他の難分解物質を嫌気性或いは通性嫌気性菌の活性を利用して浄化する場合において、サポニン含有物を窒素や燐などの栄養分とともに増量剤に混合した粉状浄化剤を、スタビライザー等の攪拌機により浄化対象土壌と混合し、次いで該混合した箇所に散水することを特徴とする土壌の嫌気的浄化方法。
【請求項３】
浄化対象土壌中に含まれる汚染物質の濃度を測定し、サポニン含有物の使用濃度を決定するものである、請求項１又は請求項２記載の土壌の嫌気的浄化方法。
【請求項４】
浄化対象土壌中に含まれる汚染物質の濃度を、１〜４ケ月後に再度測定し、サポニン含有物を該濃度に合わせて追加添加するものである、請求項１又は請求項２記載の土壌の嫌気的浄化方法。
【請求項５】
サポニン含有物とともに、菌体を混合するものである、請求項１又は請求項２記載の土壌の嫌気的浄化方法。
【請求項６】
菌体は、対象汚染土壌中から採取した菌体を増殖して使用するものである請求項５記載の土壌の嫌気的浄化方法。
【請求項７】
難分解物質に馴致した菌体を使用するものである、請求項５又は請求項６記載の土壌の嫌気的浄化方法。
【請求項８】
サポニンは、キラヤサポニンである、請求項１又は２記載の土壌の嫌気的浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンスタンドや自動車解体工場の跡地など鉱物油に汚染された土壌や、有機溶剤、有機塩素系化合物などの難分解物質に汚染された工場跡地などの汚染土壌を、嫌気性或いは通性嫌気性菌の活性を利用して土壌を浄化する方法に関わり、特に、サポニン含有物を窒素や燐などの栄養分とともに水や増量剤に混合して土壌中に供与して放置しておき、自然に難分解物質を分解して土壌の浄化をなさしめるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な経済活動の結果、その排出物である重金属や有機物質が土壌中に蓄積し、これらが環境を悪化させるとして大きな社会問題になっている。現在、これら土壌汚染物質の除去には、汲み上げた地下水中に溶解している成分を曝気や薬品処理で除去したり、地中に空気を吹き込んだり吸い出したりして、該空気中の汚染物質を除去したり、汚染された土壌自体を加熱焼却処理するなど、各種の方法が行われている。
【０００３】
しかし、地下水の汲み上げでは、水に溶解しない油分や難分解物質は処理できないし、空気の吸い出しでは、揮発成分以外の処理はできない。また、土壌の加熱焼却処理は手間とコストが掛かる上に、処理した土壌の処分も問題になる。
【０００４】
そこで、土中の微生物を利用し、その分解作用により土壌中の有機物を分解する、いわゆるバイオレメディエーションの技術開発が活発に行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このバイオレメディエーションには、好気性菌を用いて好気的な雰囲気で処理するものと、嫌気性菌を用いて嫌気的な雰囲気で処理するものとがある。前者は処理速度は早いが、空気の供給などに手間とコストがかかる。また、原位置での処理には限界もある。これに対し、土壌中に生息する嫌気性菌を利用すれば、原則的に原位置での処理ができ、比較的手間をかけず低コストで土壌の浄化処理を行うことが可能となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかし、嫌気性菌は好気性菌に比べて一般に増殖速度が遅いし、有機物の分解速度も遅く、土壌浄化に時間がかかる難点がある。
【０００７】
本発明は、この嫌気性菌による浄化処理のスピードアップを図るために土壌中にサポニンを添加するものであり、原位置で、菌体及びサポニン含有物を窒素や燐などの栄養分とともに土壌中に注入したり土壌と攪拌混合して土壌浄化をなさしめることを最大の特徴とする。
【０００８】
即ち、本発明が対象とする汚染土壌は、ガソリンや軽油、重油などの鉱物油に汚染されたガソリンスタンドや自動車解体工場の跡地、石油コンビナート、海岸などの土壌や、有機溶剤、有機塩素系化合物などの難分解物質に汚染された工場跡地などの土壌である。これら汚染土壌、特に鉱物油汚染のものの中には、油まみれになって油で固められたよう性状を示すものがある。このようになると、土壌は殆ど水を受け付けない。また、有機溶剤や有機塩素系化合物に汚染された土壌も撥水性を示す。これは、土壌自体が吸油機能を有していることによる。
【０００９】
このような撥水性土壌に対して、サポニンは二つの面から作用する。まず、サポニンは界面活性作用を有しており、その濃度にもよるが撥水性土壌に水ひいては菌体を土壌中に浸透させる働きをする。一方、サポニン、特にしゃぼんの木から得られたキラヤサポニンは、排水処理（活性汚泥処理）や汚泥処理において、発生汚泥の減少、油分の分解、汚泥分解の促進などに著効を示すことが本発明者らによって明らかにされている。これは、サポニンが有する微生物の生理活性を向上させる作用によるものと推察されている。
【００１０】
ところで、微生物の生息活動には、水分が必要である。土壌中の水分には、化合水、吸湿水、毛管水、及び重力によって自由に移動する重力水がある。このうち、前２者は土壌の種類にもよるが１〜１５％程度といわれており、１００℃程度に熱しても蒸発しないものであるが、バクテリアはこの程度の水分でも生存できる。上記油まみれの土壌も１５〜２０％程度の水分は存在している。しかし、菌体が繁殖し拡散していくには、通常、３０〜５０％程度の水分は必要と言われている。そこで、原位置での土壌浄化では、水の注入が必要になる。
【００１１】
そこで本発明の第一の方法では、この水中にサポニンを添加しておく。また第二の方法では、あとで散水するなどして土壌の水分を多くするようにする。一方、菌体は土壌中に元々生存しているものを活用する。汚染土壌中には、この汚染物質を資化するバクテリア（油分解菌）が必ずと行ってよいほど存在する。ただ、菌体数が少ないと増殖に時間がかかるので、菌体自体も、サポニンとともに土壌中に供給するようにしてもよい。この場合、被処理土壌中に元々存在するバクテリアを培養して増殖して使用することが最も好ましい。或いは、汚染土壌中の難分解物質に馴致した別種の菌体を使用するようにしてもよい。
【００１２】
使用される嫌気性菌や通性嫌気性菌としては、メタン生成菌、硫酸塩還元菌、酸生成菌、油分解菌、バチルス菌等が挙げられる。尚、硫酸塩還元菌とメタン生成菌は競合関係にあると言われている。
【００１３】
ところで、菌体が繁殖するためには、Ｃ／Ｎ比と言って、一般に、Ｃ：Ｎ：Ｐが１００：５：１の割合で存在することが必要である。ところが、本発明が対象とする汚染物質は、石油由来のものが殆どで、汚染土壌中にＮやＰは少ない。そこで、窒素や燐などの栄養分を供給することが必要になる。その添加量は、汚染物質の種類や濃度による。更にｐＨ調整剤等の添加剤も必要に応じて添加する。また、増殖にシリカ分を要求するバクテリアの場合、珪酸分の多いスギナ粉末或いはその抽出物を添加してもよい。鉄分、微量元素等の各種ミネラル分を添加してもよい。
【００１４】
次にサポニンとは、植物体に含有される配糖体の一種で、セッケンのように著しくアワ立つコロイド水溶液を作るものの総称であり、多くの植物から見出されている。本発明では用いるサポニンの種類は問わないが、コストや安定供給の点から、植物体中の含有量が多く且つその植物が大量に存在し安定して入手できるものが好ましい。この観点から、キラヤサポニンやユッカ、なぎいかだ、大豆、砂糖大根、スギナ等から得られるサポニンが好ましい。この内特に、南米のチリー、ボリビア、ペルー等に自生するシャボンの木（学名：Ｑｕｉｌａｉａ  ｓａｐｏｎａｒｉａ  Ｍｏｌ．バラ科）から抽出したキラヤサポニンが好適である。これは、キラヤ酸をアグリコン（配糖体の非糖質部分）とするトリテルペン系の配糖体であり、構造及び分析技術が解明されている数少ないサポニンであるし、比較的サポニン含有濃度の高い抽出液が得られることによる。
【００１５】
サポニン含有剤は、植物体から抽出した抽出液（溶媒を含む）をそのまま用いてもよく、それを精製したもの自体でもよい。抽出の方法は通常の方法でよく、エタノール等の低級アルコール等で抽出できる。更に、精製物や抽出液を粉状、顆粒状、又は錠剤に加工したものも用いられる。或いはサポニンを含む植物体の部分を乾燥して粉砕したものでもよい。現在入手可能なキラヤサポニン含有物は、液状抽出物の場合天然サポニンとして４％程度含有している。また、植物体の乾燥粉砕物も同程度の天然サポニンとして４％程度含有している。
【００１６】
ところで、本発明者はサポニンが汚水の生物学的処理工程に有効であることを見出したが、これはサポニンが配糖体であるため微生物の栄養分となり、酸素含有量が多いこととあいまって微生物の繁殖を助ける結果、処理効率が向上するものと推察されている。更に、植物体から抽出した抽出液中には、糖類や蛋白質が多く含まれており、これらも微生物の栄養分になる。
【００１７】
土壌中に供給するサポニンの濃度は、土壌中の汚染物質の濃度によって増減する。前述した排水処理の場合、ＢＯＤ成分５００ｐｐｍ  に対し、シャボンの木抽出液（天然サポニンとして４％含有）１０〜２０ｐｐｍ  程度が望ましいとされる。一方、自動車解体工場の跡地で採取した鉱物油の濃度は２万〜６万ｐｐｍ  にも達する。従って、１０００ｐｐｍ  以上は必要となるが、土壌中では水中と異なり移動や拡散も起こりにくいので、サポニン含有物はこの数倍は必要と思われる。
【００１８】
次に、サポニン含有物などを汚染土壌中に供給する方法について説明する。本発明が処理対象にする汚染物質は、鉱物油や有機溶剤、有機塩素系化合物などの難分解物質であるが、これらは比重が軽くまた水に不溶であるので、土壌の比較的浅い部分に滞留する可能性が大きい。従って、通常では地下２〜３ｍ程度までの範囲を浄化すればよいと思われる。この場合は、サポニン含有物などを混合溶解した浄化液を、土壌中に圧力をかけて注入し、土壌中に拡散させるとよい。また、汚染が表層部分に限られている場合には、サポニン含有物などを増量剤に混合した粉状浄化剤を、表層土壌に攪拌混合するとよい。
【００１９】
前者は、サポニン含有物を窒素や燐などの栄養分とともに、更には必要に応じて菌体をも加えて水に混合溶解した浄化液を、浄化対象土壌の適宜箇所に注入機で圧入することにより行う。まず、注入箇所にボーリングマシンで注入孔を掘削し、この注入孔に注入機で圧入する。浄化液の濃度や注入量、及び注入口の数などは、汚染物質濃度や汚染の深さ、土地面積により適宜選定する。
【００２０】
後者では、サポニン含有物を窒素や燐などの栄養分とともに、更には必要に応じて菌体をも加えて増量剤に混合した粉状浄化剤を、スタビライザー等の攪拌機により浄化対象土壌と攪拌混合する。但し、この場合の処理は、地表から５０ｃｍ程度が限度である。増量剤を使用するのは、菌体等の割合が土壌に比べて少ないため、均等な攪拌混合がしにくいことによる。通常、スタビライザーによる土壌表層の攪拌は、セメント等を土壌に混合して土壌の安定化を図るためのもので、セメント等は土壌に対し１０％程度使用する。これに対し、菌体やサポニン含有物等は％以下のオーダーである。そこで、これらを増量する必要がある。増量剤としては、米ぬか、コーヒー滓等の有機物や、タルク等の無機物などが使用できる。尚、スタビライザーによる混合は通常乾燥状態で行われるので、混合処理後、該混合した箇所に散水することが望ましい。
【００２１】
スタビライザー等では届かない、より深い地層に粉状浄化剤を混合したい場合には、手間はかかるがブルドーザなどで土壌を掘り起こし、混合、地ならしを行うことも可能である。
【００２２】
対象土壌の汚染の状況殊に深さは、掘削やサンプルコアの採取などで分かるので、深さに応じた工法を採用すればよい。本発明の場合、汚染の深さが３ｍを越えることは少ないと思われるが、浄化液の圧入では対応できない深さまで汚染されている場合には、深層混合工法などで対応するとよい。深層混合工法とは、元来現場における簡略杭成形工法であり、ドリルマシンで穿孔しながら土壌とセメントを混合して地中柱を形成するものである。本発明で利用する場合、セメントの代わりに前記粉状浄化剤を混合すればよい。
【００２３】
（実験例）
自動車廃車工場から採取した油汚染土壌（油分３．１％）と市販のマサ土を混合し、油分が約２％になるように調整した。この実験土壌は、全炭素：７７０００ｐｐｍ、ＣＯＤ（マンガン法）：６６００ｐｐｍ、全窒素：７３０ｐｐｍ、全燐：５００ｐｐｍ、灼熱減量：１０％、含水率：１５．５  ｐｐｍであった。これに、市販の窒素肥料（硫安、尿素）を、実験土壌の全窒素が約３８５０ｐｐｍになるように添加した。この添加量は、実験土壌の密度を２．２５ｇ／ｃｍ３  として産出した。同様に、市販の燐肥料（燐酸塩）を、全燐が７７０ｐｐｍとなるように添加した。
【００２４】
ブランクは、この土壌を、２Ｌメスシリンダーに充填し、空気と水分の出入りがないように、開口部を被覆した。サポニン添加は、キラヤサポニン含有物（液状、サポニンを４％含有）を、対土壌２５００及び３５００ｐｐｍになるように添加した。更に、油分解菌３５００ｐｐｍ、バチルス菌３５００ｐｐｍをサポニン添加の内の一部に添加した。
【００２５】
２ケ月経過後、ブランク、サポニン入り、油分解菌入り、バチルス菌入りの各メスシリンダーの土壌を観察したところ、ブランクは、油の臭いが当初よりも激しく、また、指で摘むと油が付着した。これに対し、それ以外のものは、土壌がサラサラし、油分の臭いも当初より少なかった。
【００２６】
そして、非常に驚くべきことに、油分約２％のはずが、ブランク以外は約６％に増加していた。ブランクも油分は増加していた。これは、当初土壌粒子の微細孔に含浸保持されていた油分が、サポニンの作用で溶出し、測定ができる状態になったためと思われる。尚、ブランクの場合や、水分の添加や肥料添加により菌体の働きがよくなり、その結果油分の溶出がよられたものと思われる。
【００２７】
本発明におけるサポニン含有物の添加割合は、本発明らの従来の経験から、割り出したものであるが、油分濃度が２〜３倍にもなったため、計算上必要と思われるサポニン含有物の量が不足することになる。そこで、本発明では、サポニン含有物添加後１〜４ケ月後に、油分濃度を再測定し、不足分のサポニン含有物の補充を行うようにすると、処理が迅速且つ完全に行われることになる。或いは、当初計算量の半分程度を添加し、同程度のサポニン含有物を数回に渡って添加するようにしてもよい。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づいて、更に詳細に説明する。
（実施例  １）
あるガソリンスタンドの跡地（面積２００ｍ２  ）は、ガソリンや灯油、軽油などの石油製品に汚染されていた。汚染深さ２〜３ｍで、汚染物質濃度は場所により１０００〜３０００ｐｐｍ  であった。そこで、３０００ｐｐｍ  の場所に２０ｍ２  のところに、ボーリングマシンで３箇所の注入孔を掘削し、処理液を注入機で圧入する。処理液は、ガソリンスタンドの跡地で採取した油分解菌を、米ぬかとキラヤサポニン含有物（液状）を混合した培養地で１０９  個／ｍｇ〜１０１１程度に増殖させたもの３５００ｐｐｍ  、サポニン含有物３５００ｐｐｍ  を、窒素３．８５Ｋｇ、燐０．７７Ｋｇを水にとかし、全量を１ｍ３  としたものである。この処理液を、１箇所に２００リットル注入した。この注入で、処理液は、満遍なく土中に浸透した。
【００２９】
その結果、土壌中の嫌気性微生物の活動が４〜５倍にも促進された。ことにより、土壌中の難分解有機物の分解が速やかに行われ、処理に要する時間の短縮が図られ、処理費用が大幅に低減する結果となる。
【００３０】
（実施例  ２）
同じくガソリンスタンドの跡地で汚染深さが比較的浅い（４０ｃｍ）場所を選び、菌体及びサポニン含有物を、窒素や燐などの栄養分とともに、増量剤としての米ぬかに混合して粉状浄化剤としたものをスタビライザーで土壌と混合した。混合割合は約１０％である。その後、散水した状態で放置した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したように、嫌気性菌による浄化処理のスピードアップを図るために土壌中にサポニンを添加するものであり、原位置で、サポニン含有物を窒素や燐などの栄養分とともに土壌中に注入したり土壌と攪拌混合して土壌浄化をなさしめるものである。更に、必要に応じて、培養増殖させたり、被処理物に純化させた菌体を、サポニン含有物とともに用いてもよい。
【００３２】
従って、好気菌を用いた場合に比べて処理に時間はかかるが、嫌気菌のみを用いた場合に比べて数倍も処理が迅速化される。しかも、当初に処理液の圧入、粉状浄化剤の混合と言う操作のみで手間も殆どかからず、処理コストが極めて低い特徴を有するものである。