(57)【要約】【課題】最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用を大幅に削減することができる重金属汚染土壌の浄化計画方法を提供する。【解決手段】洗浄槽内の土壌を洗浄液で洗浄して重金属成分を除去する際の浄化計画策定方法であって、土壌中の現状重金属成分量Ａ、土壌中の陽イオン成分量Ｂ、土壌中の水素イオン成分量Ｃ、土壌中の陰イオン成分量Ｄ、土壌の陽イオン交換基の容量Ｅ、陽イオン交換基の重金属イオンに対する選択係数Ｆ、陽イオン交換基の陽イオンに対する選択係数Ｇ、陽イオン交換基の水素イオンに対する選択係数Ｈ、水素イオン及び陰イオンと土壌の表面官能基との錯形成定数Ｉ、陰イオン及び重金属イオンと土壌の表面官能基との錯形成定数Ｊ、重金属イオン及び水と土壌の表面官能基との錯形成定数Ｋ、に基づいて、式（１）〜（１４）から、洗浄後の土壌中の残留重金属成分量Ｌを求める。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽内に入れられた土壌を酸性の洗浄液で洗浄して当該土壌中に含まれている重金属成分を除去する際の浄化計画策定方法であって、
単位量当たりの土壌中の現状重金属成分量Ａ、
単位量当たりの土壌中の、重金属イオン及び水素イオンを除く陽イオン成分量Ｂ、
単位量当たりの土壌中の水素イオン成分量Ｃ、
単位量当たりの土壌中の陰イオン成分量Ｄ、
単位量当たりの土壌の粒子表面の陽イオン交換基の容量Ｅ、
土壌の粒子表面の陽イオン交換基の重金属イオンに対する選択係数Ｆ、
土壌の粒子表面の陽イオン交換基の前記陽イオンに対する選択係数Ｇ、
土壌の粒子表面の陽イオン交換基の水素イオンに対する選択係数Ｈ、
水素イオン及び陰イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｉ、
陰イオン及び重金属イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｊ、
重金属イオン及び水酸化物イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｋ、
に基づいて、下記の式（１）〜（１４）から、洗浄後の土壌中の残留重金属成分量Ｌを求める
ことを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法。
Ａ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４            （１）
Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２                        （２）
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３                  （３）
Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３                  （４）
Ａ３＝Ｄ３                            （５）
Ｃ３＝Ｄ２                            （６）
Ｅ＝ａ・Ａ２＋ｂ・Ｂ２＋Ｃ２＋Ｅ１    （７）
Ｆ＝Ａ２／（Ｅ１ａ  ×Ａ１）            （８）
Ｇ＝Ｂ２／（Ｅ１ｂ  ×Ｂ１）            （９）
Ｈ＝Ｃ２／（Ｅ１×Ｃ１）              （１０）
Ｉ＝Ｄ３／（Ｃ１×Ｄ１）              （１１）
Ｊ＝（Ａ３×Ｃ１ａ  ）／（Ａ１×Ｄ１）  （１２）
Ｋ＝（Ａ４×Ｃ１ａ  ）／Ａ１            （１３）
Ｌ＝Ａ２＋Ａ３＋Ａ４                  （１４）
ただし、
Ａ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している重金属イオン量、
Ａ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している重金属イオン量、
Ａ３は陰イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している重金属イオン量、
Ａ４は水素イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している重金属イオン量、
Ｂ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している前記陽イオン量、
Ｂ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している前記陽イオン量、
Ｃ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している水素イオン量、
Ｃ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している水素イオン量、
Ｃ３は土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している水素イオン量、
Ｄ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している陰イオン量、
Ｄ２は水素イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している陰イオン量、
Ｄ３は重金属イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している陰イオン量、
Ｅ１は土壌単位量当たりの未反応の陽イオン交換基量、
ａは重金属イオンの価数、
ｂは前記陽イオンの価数
である。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける陽イオン交換反応係数Ｍを前記式（８）〜（１０）の前記選択係数Ｆ〜Ｈに乗算すると共に、
土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける表面錯形成反応係数Ｎを前記式（１１）〜（１３）の前記錯形成定数Ｉ〜Ｋに乗算する
ことを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記洗浄槽内の前記土壌中での前記洗浄液の移流分散現象による濃度分布を所定時間ごとに求め、
当該濃度分布に基づいて、前記式（１）〜（１４）から、当該洗浄槽内の当該土壌中の所定時間ごとの残留重金属成分量分布を求める
ことを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記洗浄槽内の前記土壌中での前記洗浄液の流通による当該土壌の間隙変化に伴う当該土壌の所定時間ごとの透水性分布を求め、
当該透水性分布に基づいて、当該洗浄液の前記濃度分布を補正する
ことを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかにおいて、
前記洗浄液が塩酸水溶液であり、
前記重金属イオンが鉛イオンであり、
前記陽イオンがカルシウムイオンである
ことを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重金属で汚染された土壌の浄化計画策定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カドミウム、鉛、クロム、砒素、銅、水銀、セレン等の重金属で汚染された土壌を浄化する場合、例えば、下記の特許文献１では、汚染された土壌を洗浄槽内に入れ、塩酸や硫酸や硝酸等の酸性の洗浄液を当該洗浄槽内に下方から供給して上記土壌を洗浄液中に所定時間浸漬した後に当該洗浄液を洗浄槽の下方から抜き出すことを繰り返し、土壌中に含まれている重金属成分を洗浄液に移行させて、土壌中の重金属成分の濃度を規定値以下にまで低減させることにより、当該土壌を浄化することを提案している。
【０００３】
このような浄化方法においては、土壌の浄化を効率よく行なうため、浄化対象地域の土壌をビーカやカラム等に入れ、洗浄液の酸濃度や流通速度や流通時間、洗浄土壌の堆積高さ等の各種条件を変更した試験を行って、最適な洗浄条件を予め求めてから、当該条件に基づいて浄化処理を行なうようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−８８８４７号公報
【特許文献２】
特開２００３−９４０３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような条件決定試験は、その実施する試験条件が非常に多く、最適な浄化条件の浄化計画を策定するまでに多くの時間と費用を要していた。
【０００６】
このようなことから、本発明は、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用を大幅に削減することができる重金属汚染土壌の浄化計画策定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明は、洗浄槽内に入れられた土壌を酸性の洗浄液で洗浄して当該土壌中に含まれている重金属成分を除去する際の浄化計画策定方法であって、単位量当たりの土壌中の現状重金属成分量Ａ、単位量当たりの土壌中の、重金属イオン及び水素イオンを除く陽イオン成分量Ｂ、単位量当たりの土壌中の水素イオン成分量Ｃ、単位量当たりの土壌中の陰イオン成分量Ｄ、単位量当たりの土壌の粒子表面の陽イオン交換基の容量Ｅ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の重金属イオンに対する選択係数Ｆ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の前記陽イオンに対する選択係数Ｇ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の水素イオンに対する選択係数Ｈ、水素イオン及び陰イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｉ、陰イオン及び重金属イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｊ、重金属イオン及び水酸化物イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｋ、に基づいて、下記の式（１）〜（１４）から、洗浄後の土壌中の残留重金属成分量Ｌを求めることを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法である。
【０００８】
Ａ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４            （１）
Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２                        （２）
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３                  （３）
Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３                  （４）
Ａ３＝Ｄ３                            （５）
Ｃ３＝Ｄ２                            （６）
Ｅ＝ａ・Ａ２＋ｂ・Ｂ２＋Ｃ２＋Ｅ１    （７）
Ｆ＝Ａ２／（Ｅ１ａ  ×Ａ１）            （８）
Ｇ＝Ｂ２／（Ｅ１ｂ  ×Ｂ１）            （９）
Ｈ＝Ｃ２／（Ｅ１×Ｃ１）              （１０）
Ｉ＝Ｄ３／（Ｃ１×Ｄ１）              （１１）
Ｊ＝（Ａ３×Ｃ１ａ  ）／（Ａ１×Ｄ１）  （１２）
Ｋ＝（Ａ４×Ｃ１ａ  ）／Ａ１            （１３）
Ｌ＝Ａ２＋Ａ３＋Ａ４                  （１４）
【０００９】
ただし、Ａ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している重金属イオン量、Ａ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している重金属イオン量、Ａ３は陰イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している重金属イオン量、Ａ４は水素イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している重金属イオン量、Ｂ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している前記陽イオン量、Ｂ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している前記陽イオン量、Ｃ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している水素イオン量、Ｃ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している水素イオン量、Ｃ３は土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している水素イオン量、Ｄ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している陰イオン量、Ｄ２は水素イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している陰イオン量、Ｄ３は重金属イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している陰イオン量、Ｅ１は土壌単位量当たりの未反応の陽イオン交換基量、ａは重金属イオンの価数、ｂは前記陽イオンの価数である。
【００１０】
また、第二番目の発明は、第一番目の発明において、さらに、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける陽イオン交換反応係数Ｍを前記式（８）〜（１０）の前記選択係数Ｆ〜Ｈに乗算すると共に、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける表面錯形成反応係数Ｎを前記式（１１）〜（１３）の前記錯形成定数Ｉ〜Ｋに乗算することを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法である。
【００１１】
また、第三番目の発明は、第一番目又は第二番目の発明において、前記洗浄槽内の前記土壌中での前記洗浄液の移流分散現象による濃度分布を所定時間ごとに求め、当該濃度分布に基づいて、前記式（１）〜（１４）から、当該洗浄槽内の当該土壌中の所定時間ごとの残留重金属成分量分布を求めることを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法である。
【００１２】
また、第四番目の発明は、第三番目の発明において、前記洗浄槽内の前記土壌中での前記洗浄液の流通による当該土壌の間隙変化に伴う当該土壌の所定時間ごとの透水性分布を求め、当該透水性分布に基づいて、当該洗浄液の前記濃度分布を補正することを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法である。
【００１３】
また、第五番目の発明は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記洗浄液が塩酸水溶液であり、前記重金属イオンが鉛イオンであり、前記陽イオンがカルシウムイオンであることを特徴とする重金属汚染土壌の浄化計画策定方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る重金属汚染土壌の浄化計画策定方法の実施の形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１５】
まず、はじめに、本発明で適用される洗浄方法の概略機構について図１に基づいて説明する。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、重金属イオンである例えば鉛イオンＰｂ２＋は、重金属イオン及び水素イオンを除く陽イオンである例えばカルシウムイオンＣａ２＋と共に、主に、土壌の鉱物からなる粒子１０１の表面がマイナスに帯電した陽イオン交換基Ｘ−  に電気的に吸着していると共に、土壌の鉱物からなる粒子１０１の表面に存在する水酸基（−ＯＨ）等から生じる表面官能基ＳＯ−  （ただし、「Ｓ」は土壌の粒子の表面（Ｓｕｒｆａｃｅ）を表わす。）と錯体を形成して吸着していると考えられる。
【００１７】
ここで、酸性の洗浄液（例えば塩酸）で洗浄することにより、水素イオンＨ＋が、表面官能基と錯体を形成している鉛イオンＰｂ２＋と交換し、当該鉛イオンを当該表面官能基から離脱させると共に、陽イオン交換基に吸着している鉛イオンと交換し、当該鉛イオンを当該陽イオン交換基から離脱させることにより、土壌が浄化される。
【００１８】
このとき、表面官能基から離脱した鉛イオンが、陽イオン交換基に吸着して粒子１０１に再び吸着してしまうため、当該陽イオン交換基に再吸着した鉛イオンを再離脱させるように、水素イオンを多量に供給、すなわち、洗浄液を多量に使用する必要がある。
【００１９】
しかしながら、図１（ｂ）に示すように、土壌中にカルシウムイオンが多数存在し、当該カルシウムイオンが水素イオンと共に粒子１０１に供給されると、当該カルシウムイオンが陽イオン交換反応において鉛イオンと競合し得る陽イオンであることから、表面官能基から離脱した鉛イオンが陽イオン交換基に吸着する前に、上記カルシウムイオンが当該陽イオン交換基に吸着するので、当該鉛イオンの粒子１０１への再吸着を防止することができ、水素イオンの供給量、すなわち、洗浄液の液量や酸濃度を減らすことができ、酸性の洗浄液による洗浄後の土壌の中和作業の容易化が可能となる。
【００２０】
このカルシウムイオンは、土壌中に当初から存在するものを利用するだけではなく、洗浄液と共に例えば塩化カルシウム等により土壌中にさらに供給すると好ましい。
【００２１】
このような上記陽イオン交換基Ｘ−  における上述した反応（陽イオン交換反応）及び上記表面官能基ＳＯ−  における上述した反応（表面錯形成反応）は、下記の式（Ａ）〜（Ｆ）として表わすことができる。
【００２２】
［陽イオン交換反応］
Ｐｂ２＋＋２Ｘ−    ←→  ＰｂＸ２                        （Ａ）
Ｃａ２＋＋２Ｘ−    ←→  ＣａＸ２                        （Ｂ）
Ｈ＋  ＋Ｘ−      ←→  ＨＸ                          （Ｃ）
【００２３】
［表面錯形成反応］
ＳＯＨ＋Ｈ＋    ＋Ｃｌ−    ←→  ＳＯＨ２  Ｃｌ          （Ｄ）
ＳＯＨ＋Ｐｂ２＋＋Ｃｌ−    ←→  ＳＯＰｂＣｌ＋Ｈ＋      （Ｅ）
ＳＯＨ＋Ｐｂ２＋＋Ｈ２  Ｏ  ←→  ＳＯＰｂＯＨ＋２Ｈ＋    （Ｆ）
【００２４】
よって、上記反応の平衡状態を規定して、当該平衡状態にかかる定数（係数）等を求めることにより、土壌への重金属の吸着量を求めることができると考え、本発明を完成したのである。
【００２５】
このようにしてなされた本発明に係る重金属汚染土壌の浄化計画方法は、洗浄槽内に入れられた土壌を酸性の洗浄液で洗浄して当該土壌中に含まれている重金属成分を除去する際の浄化計画策定方法であって、単位量当たりの土壌中の現状重金属成分量Ａ、単位量当たりの土壌中の、重金属イオン及び水素イオンを除く陽イオン成分量Ｂ、単位量当たりの土壌中の水素イオン成分量Ｃ、単位量当たりの土壌中の陰イオン成分量Ｄ、単位量当たりの土壌の粒子表面の陽イオン交換基の容量Ｅ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の重金属イオンに対する選択係数Ｆ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の前記陽イオンに対する選択係数Ｇ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の水素イオンに対する選択係数Ｈ、水素イオン及び陰イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｉ、陰イオン及び重金属イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｊ、重金属イオン及び水酸化物イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｋ、に基づいて、下記の式（１）〜（１４）から、洗浄後の土壌中の残留重金属成分量Ｌを求めるものである。
【００２６】
Ａ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４            （１）
Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２                        （２）
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３                  （３）
Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３                  （４）
Ａ３＝Ｄ３                            （５）
Ｃ３＝Ｄ２                            （６）
Ｅ＝ａ・Ａ２＋ｂ・Ｂ２＋Ｃ２＋Ｅ１    （７）
Ｆ＝Ａ２／（Ｅ１ａ  ×Ａ１）            （８）
Ｇ＝Ｂ２／（Ｅ１ｂ  ×Ｂ１）            （９）
Ｈ＝Ｃ２／（Ｅ１×Ｃ１）              （１０）
Ｉ＝Ｄ３／（Ｃ１×Ｄ１）              （１１）
Ｊ＝（Ａ３×Ｃ１ａ  ）／（Ａ１×Ｄ１）  （１２）
Ｋ＝（Ａ４×Ｃ１ａ  ）／Ａ１            （１３）
Ｌ＝Ａ２＋Ａ３＋Ａ４                  （１４）
【００２７】
ただし、Ａ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している重金属イオン量、Ａ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している重金属イオン量、Ａ３は陰イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している重金属イオン量、Ａ４は水素イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している重金属イオン量、Ｂ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している前記陽イオン量、Ｂ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している前記陽イオン量、Ｃ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している水素イオン量、Ｃ２は土壌単位量当たりの陽イオン交換基に吸着している水素イオン量、Ｃ３は土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している水素イオン量、Ｄ１は土壌単位量当たりの水中に溶存している陰イオン量、Ｄ２は水素イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している陰イオン量、Ｄ３は重金属イオンと共に土壌単位量当たりの表面官能基と錯体を形成している陰イオン量、Ｅ１は土壌単位量当たりの未反応の陽イオン交換基量、ａは重金属イオンの価数、ｂは前記陽イオンの価数である。
【００２８】
ここで、上記各値について説明する。
【００２９】
［現状重金属成分量Ａ］
単位量当たりの土壌中の現状重金属成分量は、浄化対象土壌の事前調査分析により予め判明している値である。
【００３０】
［陽イオン成分量Ｂ］
単位量当たりの土壌中の、重金属イオン及び水素イオンを除く陽イオン成分量Ｂは、予め判明している値である。すなわち、当該陽イオン成分量Ｂは、浄化対象土壌の事前調査分析により予め判明している、単位量当たりの土壌自身に当初から含まれている上記陽イオン成分量と、使用する洗浄液の調製により予め設定されている、単位量当たりの洗浄液中の上記陽イオン成分量との合計値である。
【００３１】
［水素イオン成分量Ｃ］
単位量当たりの土壌中の水素イオン成分量Ｃは、予め判明している値である。すなわち、当該水素イオン成分量Ｃは、浄化対象土壌の事前調査分析により予め判明している、単位量当たりの土壌自身に当初から含まれている水素イオン成分量と、使用する洗浄液の調製により予め設定されている、単位量当たりの洗浄液中の水素イオン成分量との合計値である。
【００３２】
［陰イオン成分量Ｄ］
単位量当たりの土壌中の陰イオン成分量Ｄは、予め判明している値である。すなわち、当該陰イオン成分量Ｄは、浄化対象土壌の事前調査分析により予め判明している、単位量当たりの土壌自身に当初から含まれている陰イオン成分量と、使用する洗浄液の調製により予め設定されている、単位量当たりの洗浄液中の陰イオン成分量との合計値である。
【００３３】
［陽イオン交換基の容量Ｅ］
単位量当たりの土壌の粒子表面の陽イオン交換基Ｘ−  の容量Ｅは、浄化対象土壌ごとに異なり、実験的に求められる。これは、所定量の浄化対象土壌を適用な塩溶液、例えば酢酸アンモニウム等で抽出される陽イオンを合計することにより、容易に求めることができる。
【００３４】
［陽イオン交換基の重金属イオンに対する選択係数Ｆ］
土壌の粒子表面の陽イオン交換基Ｘ−  の重金属イオンに対する選択係数Ｆは、重金属が例えば鉛であれば、前記化学式（Ａ）における平衡定数であり、文献等から容易に求めることができる。
【００３５】
なお、本発明における重金属とは、「土壌汚染対策法」等で規定されているものであり、具体的には、カドミウム、鉛、クロム、砒素、銅、水銀、セレンの七種類である。これらの重金属の中でも鉛は、土壌への吸着性が一般的に最も高いものである。このため、鉛を洗浄除去できる条件であれば、他の重金属も洗浄除去できると考えられるので、重金属の中で鉛のみを考慮することにより、すべての重金属成分の除去を可能としながらも、洗浄条件の設定の容易化を図ることが可能となる。
【００３６】
［陽イオン交換基の陽イオンに対する選択係数Ｇ］
土壌の粒子表面の陽イオン交換基Ｘ−  の前記陽イオンに対する選択係数Ｇは、当該陽イオンが例えばカルシウムイオンであれば、前記化学式（Ｂ）における平衡定数であり、文献等から容易に求めることができる。
【００３７】
なお、本発明における陽イオンとは、前記重金属イオン及び水素イオンを除くものであり、カルシウムイオンを始めとして、アルミニウムイオンやマグネシウムイオン等を挙げることができる。これらの陽イオンの中でもカルシウムイオンは、土壌中に最も多く含まれているものである（通常、陽イオンの７０％以上を占める）。このため、陽イオンの中でカルシウムイオンのみを考慮するだけでも、十分な洗浄条件の設定が可能であり、洗浄条件の設定の容易化を図ることが可能となる。
【００３８】
しかしながら、カルシウムイオンの考慮だけでは十分な洗浄条件の設定が難しい場合には、アルミニウムイオンやマグネシウムイオン等の他の陽イオンの反応系を、カルシウムイオンの場合と同様にして考慮し、この結果を併せて検討することも可能である。
【００３９】
［陽イオン交換基の水素イオンに対する選択係数Ｈ］
土壌の粒子表面の陽イオン交換基Ｘ−  の水素イオンに対する選択係数Ｈは、前記化学式（Ｃ）における平衡定数であり、文献等から容易に求めることができる。
【００４０】
［水素イオン及び陰イオンと表面官能基との錯形成定数Ｉ］
水素イオン及び陰イオンと土壌の粒子の表面官能基ＳＯ−  との錯形成定数Ｉは、当該陰イオンが塩化物イオンであれば、前記化学式（Ｄ）における平衡定数であり、実験に基づいて求めることができる。
【００４１】
すなわち、上記化学式（Ｄ）からわかるように、当該反応は、表面官能基に対して塩化物イオンと水素イオンとが等量吸着することから、土壌の酸滴定によって水素イオンの吸着量（＝塩化物イオンの吸着量）を求めることにより、上記錯形成定数Ｉを求めることができる。
【００４２】
ここで、上記陰イオンとして、塩化物イオンを例にして説明しているが、これは、洗浄液として塩酸（ＨＣｌ）を利用することにより、土壌中に最も多く含まれる陰イオンとなるからである。よって、洗浄液として、例えば、硫酸（Ｈ２  ＳＯ４  ）を利用する場合には、陰イオンとしてＳＯ４２− を考慮し、硝酸（ＨＮＯ３  ）を利用する場合には、陰イオンとしてＮＯ３−を考慮すればよい。
【００４３】
また、陰イオンとして、洗浄液に由来するものが土壌中に最も多く含まれるため、例えば、塩化物イオンのみを考慮するだけでも、十分な洗浄条件の設定が可能となり、洗浄条件の設定の容易化を図ることが可能である。
【００４４】
［陰イオン及び重金属イオンと表面官能基との錯形成定数Ｊ］
陰イオン及び重金属イオンと土壌の粒子の表面官能基ＳＯ−  との錯形成定数Ｊは、当該陰イオンが塩化物イオンであり、当該重金属イオンが鉛イオンであれば、前記化学式（Ｅ）における平衡定数であり、実験に基づいて求めることができる。
【００４５】
具体的には、重金属イオンは、上記表面官能基に対して吸着するだけでなく、先に説明したように、前記陽イオン交換基に対しても吸着するため、単純に酸滴定を行っただけでは、表面官能基に対して吸着する重金属イオンの量を求めることができない。
【００４６】
そこで、土壌に対してカルシウムイオン等の陽イオンを重金属イオン濃度よりもはるかに高い濃度（１０〜１００倍）で共存させて、上記陽イオン交換基に対する吸着のほとんどすべてを陽イオンとすることにより、前述した水素イオン及び陰イオンと表面官能基との錯形成定数Ｉの場合と同様に、土壌の酸滴定によって、表面官能基と錯体を形成している重金属イオンの吸着量を求めるのである。
【００４７】
しかしながら、上述のようにして求められる重金属イオンの表面官能基に対する吸着量は、陰イオンと共に錯体を形成する重金属イオンだけでなく、前記化学式（Ｆ）に示すような、水等から生じる水酸化物イオンと共に錯体を形成する重金属イオンも算入されている。ここで、低ｐＨ領域（約ｐＨ５以下程度）においては、前記化学式（Ｅ）に示される反応がほとんどであり、前記化学式（Ｆ）に示される反応は無視できる程度にしか生じない。
【００４８】
そこで、低ｐＨ領域のみの結果を考慮することにより、陰イオンと共に錯体を形成する重金属イオンの吸着量を求めるのである。そして、さらに、前記錯形成定数Ｉから、上記ｐＨ領域における陰イオンの吸着量を求めることにより、上記錯形成定数Ｊを求めることができる。
【００４９】
［重金属イオン及び水酸化物イオンと表面官能基との錯形成定数Ｋ］
重金属イオン及び水酸化物イオンと土壌の粒子の表面官能基ＳＯ−  との錯形成定数Ｋは、当該重金属イオンが鉛イオンであれば、前記化学式（Ｆ）における平衡定数であり、上述した実験結果に基づいて求めることができる。
【００５０】
すなわち、上述した実験結果で得られた、表面官能基と錯体を形成している重金属イオンの吸着量から、陰イオンと共に錯体を形成する重金属イオンの吸着量を差し引いて、水等から生じる水酸化物イオンと共に錯体を形成する重金属イオンの吸着量を求めることにより、上記錯形成定数Ｋを求めることができる。
【００５１】
このようにして求められた上記各値Ａ〜Ｋを前記式（１）〜（１４）に代入し、当該式（１）〜（１４）を連立させることにより、洗浄後の土壌中の残留重金属成分量Ｌを求めることができる。
【００５２】
これにより、浄化対象土壌中の残留重金属成分Ｌを規定値以下にする場合の洗浄液の酸濃度等の最適な洗浄条件を予測することができる。
【００５３】
したがって、浄化対象地域の土壌をビーカ等に入れて行なう条件決定試験を大幅に少なくすることができるので、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用を大幅に削減することができる。
【００５４】
［陽イオン交換反応係数Ｍ及び表面錯形成反応係数Ｎ］
ところで、上述した陽イオン交換反応及び表面錯形成反応は、図２に示すように、土壌の粒子と洗浄液との接触時間（反応時間）Ｔで反応進行度が異なり、当該接触時間Ｔが大きくなるにしたがって反応進行度が高くなり、ある時間ＴＬ  以上になると、平衡状態となる。
【００５５】
このため、洗浄液を土壌中に流通させて浄化処理を行なう場合には、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔ（土壌中での洗浄液の流通速度）に対応した上記反応進行度（反応係数）を考慮することにより、洗浄後の土壌中の残留重金属成分量Ｌをより精度よく求めることが可能となる。
【００５６】
すなわち、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける陽イオン交換反応係数Ｍを前記式（８）〜（１０）の前記選択係数Ｆ〜Ｈに乗算すると共に、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける表面錯形成反応係数Ｎを前記式（１１）〜（１３）の前記錯形成定数Ｉ〜Ｋに乗算することをさらに行なうのである。
【００５７】
これにより、非平衡状態のときでも、浄化対象土壌中の残留重金属成分Ｌを規定値以下にする場合の洗浄液の酸濃度や土壌中での洗浄液の流速等の最適な洗浄条件をより精度よく予測することができる。
【００５８】
したがって、浄化対象地域の土壌をビーカ等に入れて行なう条件決定試験をさらに大幅に少なくすることができるので、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用をさらに大幅に削減することができる。
【００５９】
なお、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける陽イオン交換反応係数Ｍ及び表面錯形成反応係数Ｎは、文献又は実験により予め求められる値である。
【００６０】
［洗浄液の濃度分布］
また、図３に示すように、土壌１００を入れた洗浄槽１０内に洗浄液１を供給しながら当該土壌１００を洗浄する場合、洗浄液１の濃度が洗浄槽１０内の土壌１００中で三次元的に分布を生じながら経時的に変化していく。
【００６１】
そこで、前記洗浄槽内の前記土壌中での前記洗浄液の移流分散現象による濃度分布を所定時間ごとに求め、当該濃度分布に基づいて、前記式（１）〜（１４）から、当該洗浄槽内の当該土壌中の所定時間ごとの残留重金属成分量Ｌの分布を求めることにより、洗浄槽内の土壌中の残留重金属成分量の経時的変化を三次元的に把握することができる。
【００６２】
すなわち、実験又は文献により予め求められる、洗浄槽内に供給する洗浄液の流速、土壌中での洗浄液の分散長及び分散係数等の各種値から、移流分散解析を行なうことにより、洗浄液の三次元的な濃度分布の変化を経時的に求めるのである。
【００６３】
これにより、洗浄液が洗浄槽内の土壌中にまんべんなく行き渡るのに時間を要する大きさ等のような条件の場合であっても、浄化対象土壌中の残留重金属成分Ｌを規定値以下にする場合の洗浄液の酸濃度や土壌中での洗浄液の流速や流量等の最適な洗浄条件をさらに精度よく予測することができる。
【００６４】
したがって、浄化対象地域の土壌をカラム等に入れて土壌中に洗浄液を流通させて行なう条件決定試験をさらに大幅に少なくすることができるので、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用をさらに大幅に削減することができる。
【００６５】
なお、上記移流分散解析は、各種文献（例えば、西垣誠、外３名，「飽和・不飽和領域における物質移動を伴う密度依存地下水流の数値解析手法に関する研究」，土木学会論文集，Ｎｏ．５１１／ＩＩＩ−３０，  ｐｐ．１３５−１４４，  １９９５等）ですでに知られている技術であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６６】
［洗浄液の濃度分布補正］
また、図４に示すように、土壌１００を入れた洗浄槽１０の下方から洗浄液１の供給及び排出を行いながら当該土壌１００を洗浄する場合、洗浄液１の浮力等により、洗浄槽１０内の土壌１００の間隙の大きさが変化し、当該土壌１００における三次元的な透水性が経時的に変化する。
【００６７】
そこで、前記洗浄槽内の前記土壌中での前記洗浄液の流通による当該土壌の間隙変化に伴う当該土壌の所定時間ごとの透水性分布を求め、当該透水性分布に基づいて、当該洗浄液の前記濃度分布を補正することにより、洗浄槽内の土壌中の残留重金属成分量の三次元的な経時的変化をより精度よく把握することができる。
【００６８】
すなわち、実験又は文献により予め求められる、土壌の密度、間隙比、弾性係数、粘着係数、内部摩擦角等の各種値から、予測解析を行なうことにより、洗浄槽内の土壌の三次元的な透水性分布の変化を経時的に求めるのである。
【００６９】
これにより、洗浄槽内への洗浄液の給排を繰り返し行なって浄化処理するような条件の場合であっても、浄化対象土壌中の残留重金属成分Ｌを規定値以下にする場合の洗浄液の酸濃度や土壌中での洗浄液の流速や流量や洗浄槽内への土壌の充填量等の最適な洗浄条件をさらに精度よく予測することができる。
【００７０】
したがって、浄化対象地域の土壌をカラム等に入れて土壌中に洗浄液を流通させて行なう条件決定試験をさらに大幅に少なくすることができるので、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用をさらに大幅に削減することができる。
【００７１】
なお、上記予測解析は、各種文献（例えば、太田秀樹、外３名，「弾・粘塑性有限要素解析の入力パラメーター決定における一軸圧縮強度の利用」，土木学会論文集，Ｎｏ．４００／ＩＩＩ−１０，  ｐｐ．４５−５４，  １９８８等）ですでに知られている技術であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７２】
また、上記予測解析においては、各種の汎用プログラムが市販されており（例えば、米国Ｉｔａｓｃａ社製「ＦＬＡＣ（商品名）」、ＣＲＣソリューションズ社製「Ｍｒ．Ｓｏｉｌ（商品名）」、沿岸開発技術研究センター製「ＧｅｏＦｅｍ（商品名）」等）、これらを利用することも可能である。
【００７３】
【実施例】
前述した実施の形態に基づいて行った解析結果を図５に示す。図５において、横軸は、残留重金属成分量Ｌを表わし、右側ほど値が大きく、縦軸は、洗浄槽内での土壌の位置を表わし、上側ほど洗浄液の流通方向下流位置を表わしている。
【００７４】
図５からわかるように、本実施の形態に係る解析結果によれば、設定した洗浄液の濃度や種類に応じた洗浄回数（使用洗浄液の量）に対応する洗浄槽内の土壌中の残留重金属成分量Ｌの分布を把握することができ、最適な浄化計画を容易に策定することができる。
【００７５】
また、前述した実施の形態に基づいて行った解析結果とカラムを用いた実測試験結果との比較を図６に示す。図６において、横軸は、洗浄回数（使用洗浄液の量）を表わし、右側ほど値が大きく、縦軸は、残留重金属成分量Ｌを表わし、上側ほど値が大きい。
【００７６】
図６から明らかなように、本実施の形態に係る解析結果は、カラムを用いた実測試験結果と非常に近い値を示した。よって、本発明に基づく解析結果は、カラム等を用いた実測試験の代用とすることが十分にでき、最適な浄化条件の策定に要する実測試験を大幅に削減できることが確認できた。
【００７７】
【発明の効果】
第一番目の発明による重金属汚染土壌の浄化計画策定方法は、洗浄槽内に入れられた土壌を酸性の洗浄液で洗浄して当該土壌中に含まれている重金属成分を除去する際の浄化計画策定方法であって、単位量当たりの土壌中の現状重金属成分量Ａ、単位量当たりの土壌中の、重金属イオン及び水素イオンを除く陽イオン成分量Ｂ、単位量当たりの土壌中の水素イオン成分量Ｃ、単位量当たりの土壌中の陰イオン成分量Ｄ、単位量当たりの土壌の粒子表面の陽イオン交換基の容量Ｅ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の重金属イオンに対する選択係数Ｆ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の前記陽イオンに対する選択係数Ｇ、土壌の粒子表面の陽イオン交換基の水素イオンに対する選択係数Ｈ、水素イオン及び陰イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｉ、陰イオン及び重金属イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｊ、重金属イオン及び水酸化物イオンと土壌の粒子の表面官能基との錯形成定数Ｋ、に基づいて、前述した式（１）〜（１４）から、洗浄後の土壌中の残留重金属成分量Ｌを求めることから、浄化対象土壌中の残留重金属成分Ｌを規定値以下にする場合の洗浄液の酸濃度等の最適な洗浄条件を予測することができるので、浄化対象地域の土壌をビーカ等に入れて行なう条件決定試験を大幅に少なくすることができ、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用を大幅に削減することができる。
【００７８】
また、第二番目の発明による重金属汚染土壌の浄化計画策定方法は、第一番目の発明において、さらに、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける陽イオン交換反応係数Ｍを前記式（８）〜（１０）の前記選択係数Ｆ〜Ｈに乗算すると共に、土壌の粒子と洗浄液との接触時間Ｔにおける表面錯形成反応係数Ｎを前記式（１１）〜（１３）の前記錯形成定数Ｉ〜Ｋに乗算することから、非平衡状態のときでも、浄化対象土壌中の残留重金属成分Ｌを規定値以下にする場合の洗浄液の酸濃度や土壌中での洗浄液の流速等の最適な洗浄条件をより精度よく予測することができるので、浄化対象地域の土壌をビーカ等に入れて行なう条件決定試験をさらに大幅に少なくすることができ、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用をさらに大幅に削減することができる。
【００７９】
また、第三番目の発明による重金属汚染土壌の浄化計画策定方法は、第一番目又は第二番目の発明において、前記洗浄槽内の前記土壌中での前記洗浄液の移流分散現象による濃度分布を所定時間ごとに求め、当該濃度分布に基づいて、前記式（１）〜（１４）から、当該洗浄槽内の当該土壌中の所定時間ごとの残留重金属成分量分布を求めることから、洗浄液が洗浄槽内の土壌中にまんべんなく行き渡るのに時間を要する大きさ等のような条件の場合であっても、浄化対象土壌中の残留重金属成分Ｌを規定値以下にする場合の洗浄液の酸濃度や土壌中での洗浄液の流速や流量等の最適な洗浄条件をさらに精度よく予測することができるので、浄化対象地域の土壌をカラム等に入れて土壌中に洗浄液を流通させて行なう条件決定試験をさらに大幅に少なくすることができ、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用をさらに大幅に削減することができる。
【００８０】
また、第四番目の発明による重金属汚染土壌の浄化計画策定方法は、第三番目の発明において、前記洗浄槽内の前記土壌中での前記洗浄液の流通による当該土壌の間隙変化に伴う当該土壌の所定時間ごとの透水性分布を求め、当該透水性分布に基づいて、当該洗浄液の前記濃度分布を補正することから、洗浄槽内への洗浄液の給排を繰り返し行なって浄化処理するような条件の場合であっても、浄化対象土壌中の残留重金属成分Ｌを規定値以下にする場合の洗浄液の酸濃度や土壌中での洗浄液の流速や流量や洗浄槽内への土壌の充填量等の最適な洗浄条件をさらに精度よく予測することができるので、浄化対象地域の土壌をカラム等に入れて土壌中に洗浄液を流通させて行なう条件決定試験をさらに大幅に少なくすることができ、最適な浄化条件の策定に係る時間及び費用をさらに大幅に削減することができる。
【００８１】
また、第五番目の発明による重金属汚染土壌の浄化計画策定方法は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記洗浄液が塩酸水溶液であり、前記重金属イオンが鉛イオンであり、前記陽イオンがカルシウムイオンであることから、最も効率よく重金属汚染土壌の浄化計画を策定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る重金属汚染土壌の浄化計画方法で適用される洗浄方法の概略機構の説明図である。
【図２】陽イオン交換反応及び表面錯形成反応における、土壌の粒子と洗浄液との接触時間（反応時間）Ｔと反応進行度との相関関係を表すグラフである。
【図３】洗浄槽内の土壌中での洗浄液濃度分布変化の説明図である。
【図４】洗浄槽内の土壌の透水性分布変化の説明図である。
【図５】本発明に係る重金属汚染土壌の浄化計画方法の実施の形態に基づいて行った解析結果を表わすグラフである。
【図６】本発明に係る重金属汚染土壌の浄化計画方法の実施の形態に基づいて行った解析結果とカラムを用いた実測試験結果とを比較したグラフである。
【符号の説明】
１  洗浄液
１０  洗浄槽
１００  土壌
１０１  粒子
【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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