(57)【要約】【課題】重金属等の有害金属、あるいは放射性物質など有害物質により汚染された土壌の恒久的な浄化手段を提供する。【解決手段】有害金属汚染土壌ＧにヨウシュヤマゴボウＩｎｂを植栽し、生育後その地上部を植栽地より除去し、除去したヨウシュヤマゴボウ地上部を有害金属処理する。特に地上部を植栽地より除去する作業の時期が、根からアレロ・ケミカル（アレロパシー効果をもつ物質）Ａが放出される花芽形成時であって、花芽が形成された地上部を少なくとも１回除去するものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害金属汚染土壌に有害金属蓄積能力の高い植物を植栽し、次いでこの植物を植栽地より除去する有害金属汚染土壌の浄化方法において、植栽植物がヨウシュヤマゴボウであり、該ヨウシュヤマゴボウの地上部を植栽地より除去し、除去したヨウシュヤマゴボウ地上部を有害金属処理する有害金属汚染土壌の浄化方法
【請求項２】
請求項１に記載された地上部を植栽地より除去する作業の時期が、ヨウシュヤマゴボウの花芽形成時であって、花芽が形成された地上部を少なくとも１回除去するものである有害金属汚染土壌の浄化方法
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された植栽に際し、ヨウシュヤマゴボウ根茎部を埋めるために一時的に排除した有害金属汚染土壌と該排除土壌重量の１０分の１以下の重量である他の土壌とを混合した混合土でヨウシュヤマゴボウの根茎部を埋めて植栽する有害金属汚染土壌の浄化方法
【請求項４】
請求項３に記載された他の土壌が、植栽するヨウシュヤマゴボウの株が自然生育していた土地の土壌である有害金属汚染土壌の浄化方法
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載された植栽するヨウシュヤマゴボウが、浄化対象の有害金属を０．１ｐｐｍ以上の濃度で含有する土壌で自然生育または浄化対象の有害金属を０．１ｐｐｍ以上の濃度で含有する土壌で栽培したものである有害金属汚染土壌の浄化方法
【請求項６】
請求項１から請求項４に記載された植栽するヨウシュヤマゴボウが、浄化対象の有害金属を乾燥重量で１ｐｐｍ以上含有しているものである有害金属汚染土壌の浄化方法
【請求項７】
請求項１から請求項４に記載された植栽にて、ヨウシュヤマゴボウを二回に分けて有害金属汚染土壌に植栽するものであり、第一回目の植栽の後、ヨウシュヤマゴボウの花芽形成時に花芽が形成された第一回目に植栽したヨウシュヤマゴボウの地上部を少なくとも１回除去し、前記除去作業後に第一回目に植栽したヨウシュヤマゴボウの植栽間隙に第二回目の植栽をするものである有害金属汚染土壌の浄化方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害金属を含有する土壌から有害金属を排除し土地を有害金属汚染から浄化する方法であって、より詳しくは有害金属汚染土壌に有害金属蓄積能力の高い植物を植栽し、次いでこの植物を植栽地より除去する有害金属汚染土壌の浄化方法に関するものである。ここで、有害金属とはおもに重金属であるが、軽金属や放射性物質も人間に有害という意味でふくまれる。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物などを発生源とした有害金属による土壌汚染は深刻な問題である。土壌中に存在する有害有害金属の浄化処理法の開発は次世代の環境を保全するために必須である。従来の浄化法には、汚染土地にて有害金属の不溶化する方法がある。これは薬剤投入によって汚染土壌を化学的に調整し、汚染土壌から有害金属が周辺環境へ溶出拡散しないように有害金属の不溶化、不活性化を行うものであるが、当面の有害金属拡散防止は行えるものの、土壌有害金属は依然として存在する。有害金属は一旦安定化又は不溶出化されるが、自然環境下の経時過程で起こる降雨、酸化、温度変化などに伴い土壌自体が化学変化し、有害金属が再溶出することがある。これは恒久的な解決方策ではない。
【０００３】
また、汚染地から汚染土壌を除去する方法がある。これは大量の土壌を採取及び移送せねばならないため、莫大な経費と労力を要する上に、除去した汚染土壌を別の場所に移転させるだけの一時的な処理策となることが多く、移転先で同様の汚染問題を引き起こす可能性がある。これも恒久的な解決方策ではない。よって、汚染土壌から「有害金属のみを選択的」に除去し、除去された有害金属が新たな汚染源とならない恒久的な土壌浄化法が望まれていた。その観点から植物によるファイトレメディエーション（土壌修復）が昭和５０年代から注目され、さまざまな技術が提案されている。（たとえば特許文献１、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８参照。）
【０００４】
特許文献１では、特定の植物が重金属を吸収し、これを大量に蓄積できることに着目し、このような植物を重金属汚染土壌に植栽し、重金属の吸収及び蓄積機構が考察されている。特に、植物の茎や葉といった地上部分よりも、地下部分である根に多量の重金属が蓄積される、イオン化された重金属のみならず、安定な化合物として存在する重金属もイオン化して吸収する、などが記載されている。また重金属汚染土壌浄化に適する重金属蓄積能力の高い植物として、キク科、オシロイバナ科、シソ科、マメ科、ナス科、ハナシノブ科、クマツヅラ科、ツルナ科、バラ科、フジウツギ科、オトギリソウ科、ウコギ科、ヒノキ科、マンサク科、カバノキ科、フトモモ科、キョウチクトウ科、ユキノシタ科、イネ科、アヤメ科、カンナ科、ヒルガオ科、アブラナ科、メシダ科、アカザ科、セリ科、ヤナギ科の何れか１種以上の植物であると記載されている。
【０００５】
しかしながら、これらの好適とされる植物にて、重金属を含む有害金属の蓄積能力はさほど高いものではない。具体的には、浄化対象の有害金属を各植物の乾燥重量で測定しても５ｐｐｍ未満である。さらに、前記の「根に多量の重金属が蓄積される」、「イオン化された重金属のみならず、安定な化合物として存在する重金属もイオン化して吸収する」といった記載を証明する実験が示されておらず再現性と実用性に疑問がある。
【０００６】
その他の特許文献３，４，５，６，７，８についても、土壌汚染浄化法として実用化されるほど効果的な浄化作用を有する植物が提案されていない。また、特許文献の一部では毛根病菌のプラスミド導入などによって浄化作用の顕著な毛状根を形成したり、遺伝子導入による形質転換によって浄化能力を向上させるといった手間とコストのかかる方法が提案されているが、実用性に疑問がある。
【０００７】
一方、特許文献２にては、植物のアレロパシー作用の利用が記載されているが、これは除草効果を有するアレロパシー物質を放出し、かつ、安定なトランスジェニック植物を提供するものであって、有害金属汚染土壌浄化を課題とするものではない。
【０００８】
「アレロパシー」というのは「他感作用」と訳されており、その定義は『植物から放出される化学物質が、他の植物や微生物・昆虫に対して阻害的あるいは促進的な何らかの作用を及ぼす現象』とされている。例としては、空き地や休耕地のセイタカアワダチソウが放出する化学物質による他の植物の生育抑制、マメ科牧草の「ヘアリーベッチ」による果樹園や休耕地における雑草抑制、日本在来の豆「はっしょうまめ」による雑草抑制と害虫除け、「ヒガンバナ」のネズミ、モグラ、害虫除け、「ソバ」による雑草抑制、樹木類の落ち葉被覆による雑草抑制等がある。また、コーヒーやお茶に多量に含まれているカフェインがマメ科以外の植物の発芽を著しく阻害するという研究報告があって、これもアレロパシーの一種ともいわれている。現在このアレロパシーの活用法として、草で草を退治する研究がなされている。特定の雑草のみを抑制し、作物に害を与えない雑草防除法は、除草剤使用に比べて効果は低いものの、環境に与える影響が少ない利点がある。
【０００９】
非特許文献１は、植物を用いたファイトレメディエーション（土壌修復）の問題点を記載したもので、そう方法については具体的な記載はない。非特許文献１は、本発明で用いるヨウシュヤマゴボウ（ｉｎｋ−ｂｅｒｒｙ）が、希土類元素の蓄積植物であることが報告されているが、土壌汚染への用途を示唆するものではない。非特許文献３はヨモギの含有する元素と生育土壌との相関および比例関係を記載したもので、非特許文献４はヨモギなどの植物の元素含有量を土壌汚染のＩｎｄｉｃａｔｏｒ（標準）としてもちいることを記載したもので、いずれも有害金属汚染土壌浄化について詳しく記載されていない。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−２８８５２９号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５０９８３号公報
【特許文献３】
特開昭５７−１９０号公報
【特許文献４】
特表平７−５０８２０６号公報
【特許文献５】
特開平２０００−１６７５３４号公報
【特許文献６】
特開平２０００−１７６４３３号公報
【特許文献７】
特開平２００１−２７５６８３号公報
【特許文献８】
特開平２００２−１７２３８０号公報
【非特許文献１】
Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ，　Ｓ．Ｄ．，　Ｂｅｔｒｉ，　Ｗ．　Ｒ．，　Ｈｕａｎｇ，　Ｊ．　Ｗ．　（１９９５）、Ｔｒｅｎｄ　Ｂｉｏｔｅｃｈ、ｖｏｌ１３，　ｐ３９３−３９７
【非特許文献２】
Ｉｃｈｉｈａｓｈｉ，　Ｈ．，　Ｍｏｒｉｔａ，　Ｈ．，　Ｔａｔｓｕｋａｗａ，　Ｒ．　（１９９２）、Ｅｎｖｏｉｒｏｎ．　Ｐｏｌｌｕｔ．　、ｖｏｌ７６，　ｐ１５７−１６２
【非特許文献３】
Ｈｏｎｍａ，　Ｓ．，　Ｔｓｕｍｉｔａ，　Ｋ．．，　Ｓｈｉｒａｔａ，　Ｋ．（１９７７）、Ｅｎｖｏｉｒｏｎ．　ａｎｄ　Ｈｕｍａｎ　Ｓｕｒｖａｌ．　Ｍｉｎｉｓｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ．　ｐ１０３−１１１
【非特許文献４】
Ｂａｋｅｒ，　Ａ．Ｊ．Ｍ．，　Ｍｃｇｒａｔｈ，　Ｓ．Ｐ．，　Ｒｅｅｖｅｓ，　Ｒ．Ｄ．，　Ｓｍｉｔｈ，　Ｊ．Ａ．Ｃ．（１９９９）、Ｍｅｔａｌｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ｐｌａｎｔｓ、ｐ８５−１０７
【００１１】
【発明が解決する課題】
本発明は、有害金属を含有する土壌から有害金属を排除し土地を有害金属汚染から浄化する方法であって、基本的には特許文献１に記載された有害金属を含む有害金属汚染土壌に有害金属蓄積能力の高い植物を植栽し、次いでこの植物を植栽地より除去する有害金属汚染土壌の浄化方法に関する課題の解決を与えるものである。具体的には、かかる植栽植物の好適な種を特定し、好適な植栽方法、好適な除去方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有害金属汚染土壌に有害金属蓄積能力の高い植物を植栽し、次いでこの植物を植栽地より除去する有害金属汚染土壌の浄化方法において、植栽植物がヨウシュヤマゴボウ（Ｐｈｙｔｏｌａｃｃａ　ａｍｅｒｉｃａｎａ）であり、該ヨウシュヤマゴボウの地上部を植栽地より除去し、除去したヨウシュヤマゴボウ地上部を有害金属処理する。すなわち発明者は、課題解決に好適な植栽植物がヨウシュヤマゴボウであり、該ヨウシュヤマゴボウ全体ではなく、その地上部を植栽地より除去し、除去したヨウシュヤマゴボウ地上部を有害金属処理すればよいことを見出した。
【００１３】
本案はヨウシュヤマゴボウの地上部のみを植栽地より除去し、除去したヨウシュヤマゴボウ地上部を有害金属処理する。もちろんヨウシュヤマゴボウの根にも有害金属が吸収されているので、短期的にはヨウシュヤマゴボウ全体を除去したほうが有害金属除去量は多い。しかしながら、後で述べるようにヨウシュヤマゴボウでは土壌より吸収された有害金属が根→茎→葉と転流する傾向にあるので、地上部（茎と葉）のみの除去でも十分な有害金属除去効果をもつ。しかも、根を残留させておけば地上部（茎と葉）は再生するので、再度植栽する必要がない。
【００１４】
ヨウシュヤマゴボウは、１ｍ程度の長い（深い）根を張る。このことは土地上層から深い部分の有害金属も吸収される可能性があり有利である。ヨウシュヤマゴボウは、人里の空地、荒地、河原、竹林のふちなど、やや藪になっているようなところによく見られる。花は淡紫色をおびた白っぽい花で、夏のころ、穂になってたくさんつける。そのころから草全体が大きくなりはじめ、秋には高さ１〜２メートルの株になる。そして、直径８ｍｍほどの黒紫色の実がよく目立つ。北アメリカ原産の帰化植物で、明治のはじめごろ渡来し、各地に増えていった。ヨゥシュとは西洋種の意味で、根がヤマゴボウに似ているところからこの名がついた。原産地の名前を冠してアメリカヤマゴボウの別名もある。　この実は手でつぶすと、その濃い紫色っぽい汁が手につく。原産地ではインク・ベリー（ｉｎｋ−ｂｅｒｒｙ）と呼ばれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本案の実施において、植物のアレロパシーを利用することが重要である。ヨウシュヤマゴボウの植栽を長期間にわたって研究したところ、一代目ヨウシュヤマゴボウを生育させたあと、さらに二代目のヨウシュヤマゴボウを植栽すると生育良好である。その理由は、ヨウシュヤマゴボウ自身によるアレロパシー作用と考えている。一般のアレロパシー作用同様、ヨウシュヤマゴボウのアレロパシー作用も科学的に解明されていないが、一代目の植栽が二代目の同種生育に促進的な作用をなすことは実験的に明らかである。したがって、有害金属汚染土壌の浄化に際しても、ヨウシュヤマゴボウを複数回植栽することが好適である。
【００１６】
多年草であるヨウシュヤマゴボウを数年に渡って植え続けることで、植物アレロパシー効果が得られる。ここで、できれば頻繁に地上部を刈り取ることが望ましい。この刈り取り時の目安は花芽形成時であって、その時期にバイオマスの成長が止まるため地上部を刈り取ることで、根部からのアレロ・ケミカル（アレロパシー効果をもつ物質）放出を増進し、汚染金属をより吸収しやすくすると考えられるからである。つまり、最もオーソドックスな場合、植えて二年以上放置し有害金属を吸収させ、アレロパシー効果も相乗的に上昇させる。さらに、アレロパシーを活性化させるため、花芽が形成された時期に頻繁に地上部を刈り取るのが好適である。
【００１７】
上記の作業を図解したものを図４、図５、図６に示す。図４（ａ）が有害金属に汚染された土壌ＧにヨウシュヤマゴボウＩｎｂを植栽したもので、これが図４（ｂ）のように成育し、図５（ｃ）のように花芽をつける。この時期までに根からある程度アレロ・ケミカル（アレロパシー効果をもつ物質）が放出され、地上部除去によってさらにアレロ・ケミカル放出が増進される（図５（ｄ））。そこで、図６（ｅ）のように第一回目に植栽したヨウシュヤマゴボウＩｎｂ１の間隙に、ヨウシュヤマゴボウＩｎｂ２を第二回目に植栽する。その後、図６（ｆ）のように成育し花芽が形成された時期に地上部を刈り取り有害金属処理する。
【００１８】
また、浄化対象土壌にヨウシュヤマゴボウを植栽するに際して、植栽前または植栽作業中に自然土を混入するとヨウシュヤマゴボウの生育が促進され好ましい。この原因も自然土自体、あるいは自然土に混入した任意の植物由来物質によるアレロパシー作用と考えられる。混入する自然土は、植栽するヨウシュヤマゴボウが生育していた土地の自然土が望ましい。自然土を混入する量は、ヨウシュヤマゴボウの根を植栽するために用いる根の埋設用土壌重量の７−８％程度で効果がある。
【００１９】
すなわち、植栽に際し、ヨウシュヤマゴボウ根茎部を埋めるために一時的に排除した有害金属汚染土壌と該排除土壌重量の１０分の１以下の重量である他の土壌とを混合した混合土でヨウシュヤマゴボウの根茎部を埋めて植栽すると好適である。また、前記の他の土壌が、植栽するヨウシュヤマゴボウの株が自然生育していた土地の土壌であると好適である。この理由は、同種生育土壌によるアレロパシー作用、あるいは自然生育環境である土壌にヨウシュヤマゴボウ生育に適する微量元素が含まれるから、と考えられる。
【００２０】
さらに、植栽するヨウシュヤマゴボウが、浄化対象の有害金属を０．１ｐｐｍ以上の濃度で含有する土壌で自然生育または浄化対象の有害金属を０．１ｐｐｍ以上の濃度で含有する土壌で栽培したものであると、浄化対象有害金属をよく吸収する。これは生育環境への適応のひとつの発現である、と考えられる。この現象の科学的説明はまだできない。
【００２１】
浄化対象の有害金属を０．１ｐｐｍ以上の濃度で含有する土壌の判定は、通常の土壌分析で行って判定してもよいし、ヘビノネコザ、ブタクサ、ヨモギなどを土壌モニタリング種として、浄化対象の有害金属の含有有害金属量で間接的に求めてもよい。もちろん、ヨウシュヤマゴボウを土壌モニタリング種としてもよい。
【００２２】
さらに、植栽するヨウシュヤマゴボウが、浄化対象の有害金属を乾燥重量で１ｐｐｍ以上含有しているものであると好適である。つまり、もともと生育した環境土壌に有害金属があるヨウシュヤマゴボウの有害金属吸収能力は高い。また、そのヨウシュヤマゴボウ自体に有害金属がすでに含有されているものは、有害金属吸収能力が高いことの証左である。これらの判定基準で植栽するヨウシュヤマゴボウの産地を選別すればよい。
【００２３】
図１、図２、図３は発明者ら環境化学学会で発表した「ヨウシュヤマゴボウを用いた微量金属元素汚染のモニタリング及び修復の可能性」要旨集の図面である。これらで本案説明を補足する。図１は、植物種とＣｄ蓄積量（安中市採取植物）の測定例であって、他の種に比べてヨウシュヤマゴボウの一種であるＰｈｙｔｏｌａｃｃａｃｅａｅが抜群のＣｄ蓄積量であることがわかる。図２は、ヨウシュヤマゴボウの産地とＴｌ（タリウム）、Ｂｅ（ベリリウム）蓄積量の関係であって、汚染地である中国上海市大金山（Ｄａｊｉｎ−ｓｈａｎ）で採取されたものに極めて多く蓄積されていることがわかる。図３は、土壌Ｃｄ、Ｚｎ濃度とヨウシュヤマゴボウの根、茎、葉に含有されるＣｄ、Ｚｎ量との相関を示す図（Ｓｐｅａｒｍａｎ’ｓ　ｒａｎｋ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）であって、ヨウシュヤマゴボウの根は土壌の濃度と相関があって、Ｃｄ、Ｚｎが根→茎→葉と転流する傾向にあることが示唆される。
【００２４】
有害金属の例について補足する。カドミウムＣｄ（原子番号＝４８）の毒性については、富山県神通川流域のイタイイタイ病というカドミウム中毒で一般的である。これは、カドミウムが蓄積した腎臓で、カドミウムが亜鉛酵素の働きを、その元素としての類似性から阻害し、腎障害を起こすものである。また、ベリリウム（Ｂｅ）は軽金属（原子番号＝４）に属し、その化合物には甘みがあり強い毒性がある。わずかな量で死に至るほどの強い毒性なのだが、その毒性の理由は詳しくわかっていない。タリウム（Ｔｌ）（原子番号＝８１）は、非常に毒性の高い元素の一つであって、かつてはアリやネズミの駆除用に硫酸タリウムという物質が使われたが、味もにおいも無く人間の致死量も２ｇ程度と大変危険なため、使用されなくなった。
【００２５】
さらにまた、放射線物質のために汚染された土壌においてもヨウシュヤマゴボウを植栽すれば、放射性元素がヨウシュヤマゴボウにて吸収される（データ略）。これを利用してヨウシュヤマゴボウを植栽することによって期間は長いものの安全かつ確実な放射線汚染土壌処理ができる。
【００２６】
除去された植物は、電気、プラズマ、あるいは一般燃料エネルギーによって高温処理部を形成した密封式焼却炉を用いて、９００℃以上で焼却を行う。これは公知の有害金属含有物質の処理方法である。密封式の焼却炉とは、焼却飛灰や揮発有害金属などが極力直接外界に漏出しない構造になっている焼却炉を総称し、このような焼却炉であれば何れのものでもよい。焼却後は、およそ５００℃までは自然放冷でもよいが、少なくとも３００〜４５０℃の範囲ではダイオキシンの生成を防ぐため長時間滞留させないようにし、望ましくはこの範囲で急冷を行うと良い。炉内温度が常温又は数十度位となった段階で焼却灰を取り出す。更に、炉壁等に煤塵を始めとする焼却残渣が付着している場合は同時に取り出し、焼却灰と合わせて焼却物とし、以下のような処理を行うのが好ましい。
【００２７】
取り出された焼却物は、かなり減容化されているので、例えばセメント系固化材などの公知の無機系固化材を加えて有害金属成分を溶出し難くするために固化し、これを埋立処分することもできる。また、焼却物中に濃縮された有害金属成分を分離回収し、回収有害金属を有価資源として再利用すると好適である。焼却灰中の有害金属の分離回収は公知何れの方法で行ってもよい。たとえば、硫酸や塩酸を用いて焼却灰を酸洗浄して有害金属を溶出させ、これを固液分離して得た液分をアルカリ処理して有害金属を高純度の化合物として析出させる方法が一般的である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、有害金属に汚染された土壌から有害金属成分を効率良く除去できるので、時間はかかるが有害金属が一掃された土壌に土壌再生することができる。除去は定期的に地上部だけを刈り取って根をそのままにする。地上部はいずれ再生され吸収は永続するので一度植栽すれば定期的な地上部刈り取りだけでよい。しかも根は深いので地表下１ｍ程度の有害金属除去も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】植物種とＣｄ蓄積量（安中市採取植物）
【図２】ヨウシュヤマゴボウの産地とＴＩ（タリウム）、Ｂｅ（ベリリウム）蓄積量
【図３】土壌Ｃｄ、Ｚｎ濃度とヨウシュヤマゴボウの根、茎、葉に含有されるＣｄ、Ｚｎ量との相関を示す図（Ｓｐｅａｒｍａｎ’ｓ　ｒａｎｋ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）
【図４】本案のヨウシュヤマゴボウ植栽の説明図その１
【図５】本案のヨウシュヤマゴボウ植栽の説明図その２
【図６】本案のヨウシュヤマゴボウ植栽の説明図その３
【符号の説明】
Ａ　根から放出されたアレロ・ケミカル（アレロパシー効果をもつ物質）
Ｂｅ　ベリリウム
Ｃｄ　カドニウム
Ｆ　ヨウシュヤマゴボウの花芽
Ｇ　有害金属に汚染された土壌
Ｉｎｂ　ヨウシュヤマゴボウ（ｉｎｋ−ｂｅｒｒｙ）
Ｉｎｂ１　第一回目に植栽したヨウシュヤマゴボウ（ｉｎｋ−ｂｅｒｒｙ）
Ｉｎｂ２　第二回目に植栽したヨウシュヤマゴボウ（ｉｎｋ−ｂｅｒｒｙ）
Ｔｌ　タリウム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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