(57)【要約】  【課題】  費用の嵩む別途の設備を設けることなく、自然の営みを利用して汚染土壌の保水量を低減させて汚染の拡大を防止し、併せて加熱溶融による無害化処理を低燃料費で行なえる汚染土壌の処理方法を提供する。  【解決手段】  汚染土壌１に植物油が生産される品種の植物を定植または播種し育成させる育成工程と、前記植物が生育した汚染土壌の表層土を掘削する掘削工程と、前記掘削工程による掘削土壌から溶融不適物を分離除去する分離工程と、分離除去された掘削土壌を溶融炉６により無害化処理する加熱溶融工程とからなり、前記育成工程で生育した植物から採油した植物油から精製された燃料油が前記加熱溶融工程における燃料として使用される。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染土壌に植物油が生産される品種の植物を定植または播種し育成させる育成工程と、前記植物が生育した汚染土壌の表層土を掘削する掘削工程と、前記掘削工程による掘削土壌から溶融不適物を分離除去する分離工程と、分離除去された掘削土壌を加熱溶融により無害化処理する加熱溶融工程とからなり、前記育成工程で生育した植物から採油した植物油から精製された燃料油が前記加熱溶融工程における燃料として使用される汚染土壌の処理方法。
【請求項２】
前記植物は、特定期間の平均蒸発散量が当該汚染土壌地域における当該特定期間の平均降水量より多いかまたはほぼ等しい品種である請求項１記載の汚染土壌の処理方法。
【請求項３】
前記植物は、特定期間の平均蒸発散量の総量が当該汚染土壌地域における当該特定期間の平均降水量より多いかまたはほぼ等しい二種以上の品種の組み合わせである請求項１記載の汚染土壌の処理方法。
【請求項４】
前記植物は、アブラナ科、イネ科、ヤシ科、マメ科、モクセイ科の何れかから選択されるものである請求項１から３の何れか１項記載の汚染土壌の処理方法。
【請求項５】
前記植物は、ナタネ、トウモロコシ、ゴマ、アブラヤシ、ココナッツ、ヒマワリ、ダイズ、オリーブの何れかから選択されるものである請求項１から３の何れか１項記載の汚染土壌の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業廃棄物、焼却灰、都市ごみなどが投棄された汚染土壌や、化学物質で汚染された汚染土壌の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物、焼却灰、都市ごみなどの廃棄物の非管理型埋立地では、投棄された廃棄物による環境汚染、つまり、投棄された廃棄物に含まれる化学物質、重金属、ダイオキシンなどの有害物質が付着した粒子が強風により飛散して周辺土壌を汚染し、降雨などにより流出して周辺土壌を汚染し、さらに地下水に流入して地下水を汚染するなどといった二次汚染を招く虞の問題があった。
【０００３】
そこで、降雨による汚染土壌への流入水の増量による汚染水の周囲への流出を防止すべく汚染土壌を遮水通気シートで被覆して流入水を減らしたり、汚染水の流出を防止すべく処理場に汚染水を浄化する排水処理施設を設けたりといった処理場周辺における環境汚染の拡大防止対策が採られたり、汚染土壌を加熱により無害化処理することが提案されている。
【特許文献１】特開２００１-３３４２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、遮水通気シートで汚染土壌を被覆しても気温の低い秋冬期にはそれほど蒸発効果が上がらず却って保水量が増すという問題点があり、特に傾斜地では周辺土壌から流入する雨水による保水量の上昇を回避することが困難であるという問題点があった。また、排水処理施設を設ける場合には、時として大量に発生する汚染水を浄化するための大規模な設備が必要になり初期費用ばかりでなく維持費用も嵩むという問題点もあった。
【０００５】
さらには、汚染土壌の修復や廃棄物の減容化のために汚染土壌を加熱炉や溶融炉により加熱・溶融処理して無害化する技術では、加熱処理するため被処理物である汚染土壌を掘り起こして熱処理などに適する粒径に破砕したり不適物を除去したりする前処理工程としての破砕・選別工程が必要になるが、保水量が約２０パーセントを超える汚染土壌の場合には、汚染土壌を搬送するコンベア装置、汚染土壌を破砕する破砕機、不適物を除去する選別機、熱処理前に貯留する貯留槽などの前処理工程で使用する機器の内部に汚染土壌が泥状に付着して、機器内搬送経路の閉塞事故や、機器内駆動部の破損事故が頻発するために、予め土壌保水量を減少させる乾燥工程がさらに必要とされる。そしてこれら乾燥や加熱溶融のための熱源を化石燃料に求めると燃料費用が嵩むという問題があった。
【０００６】
本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、費用の嵩む別途の設備を設けることなく、自然の営みを利用して汚染土壌の保水量を低減させて汚染の拡大を防止し、併せて加熱溶融による無害化処理を低燃料費で行なえる汚染土壌の処理方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明による汚染土壌の処理方法の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、汚染土壌に植物油が生産される品種の植物を定植または播種し育成させる育成工程と、前記植物が生育した汚染土壌の表層土を掘削する掘削工程と、前記掘削工程による掘削土壌から溶融不適物を分離除去する分離工程と、分離除去された掘削土壌を加熱溶融により無害化処理する加熱溶融工程とからなり、前記育成工程で生育した植物から採油した植物油から精製された燃料油が前記加熱溶融工程における燃料として使用される点にある。
【０００８】
表層の汚染土壌を掘削する工程において、汚染土壌が前記植物の根により捕捉されているので、汚染物質の付着した粒子の飛散を抑制しながら掘削処理を遂行することができ、加熱工程においては汚染土壌の保水量が低く抑えられているので、加熱処理の際に必要となる総熱量を下げてエネルギー効率を向上させた状態で汚染土壌の無害化処理が可能となる。さらには、従来必要とされた乾燥工程が不要になり、仮に乾燥工程が必要とされる場合であっても、予め植物の蒸発散作用により土壌の保水量が低くなっているので、乾燥のために必要となる燃料消費量も低く抑えることが可能となるばかりか、汚染土壌を搬送するコンベア装置、汚染土壌を破砕する破砕機、不適物を除去する選別機、熱処理前に貯留する貯留槽などの前処理工程で使用する機器の閉塞事故や、機器内駆動部の破損事故を未然に防止することができるのである。
【０００９】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記植物は、特定期間の平均蒸発散量が当該汚染土壌地域における当該特定期間の平均降水量より多いかまたはほぼ等しい品種である点にある。
【００１０】
つまり、汚染土壌で育成される植物からの蒸発散により土壌の保水量が急速に低減されるので、降雨時に汚染土壌からの排水が抑制され周辺土壌への汚染が低減されるのであり、これにより、当該特定期間を通じて降雨による汚染水の流出を防ぐとともに、土壌の保水量を低く抑えることが可能となる。
【００１１】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記植物は、特定期間の平均蒸発散量の総量が当該汚染土壌地域における当該特定期間の平均降水量より多いかまたはほぼ等しい二種以上の品種の組み合わせである点にある。
【００１２】
このように品種を組み合わせることにより、当該特定期間における育成品種の生育期間の違いや蒸発散量の違いなどに応じて、お互いに補完すべく育成植物の品種選択自由度を広げることができる。
【００１３】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記植物は、アブラナ科、イネ科、ヤシ科、マメ科、モクセイ科の何れかから選択されるものである点にある。
【００１４】
上述した植物油が採油できる植物としては、アブラナ科、イネ科、ヤシ科、マメ科、モクセイ科の何れかから選択されることが好ましく、特に、アブラナ科、イネ科、マメ科などの地被植物または浅根性植物であれば、汚染土壌の表層土や中層土に根を張らせるために、表層土から中層土にかけて保水量を大きく低減でき、特に、表層土に根が張っている地被植物であれば表層土壌捕捉能力が高まり、投棄された廃棄物に含まれる重金属やダイオキシンなどの有害物質が付着した粒子が強風により飛散して周辺土壌を汚染する事態を効果的に抑止することも可能となるのである。
【００１５】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記植物は、ナタネ、トウモロコシ、ゴマ、アブラヤシ、ココナッツ、ヒマワリ、ダイズ、オリーブの何れかから選択されるものである点にある。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した通り、本発明によれば、費用の嵩む別途の設備を設けることなく、自然の営みを利用して汚染土壌の保水量を低減させて汚染の拡大を防止し、併せて加熱溶融による無害化処理を低燃料費で行なえる汚染土壌の処理方法を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を説明する。図１に示すように、産業廃棄物、焼却灰、都市ごみなどの廃棄物やそれら廃棄物への覆土が混ざり重金属やダイオキシンなどで汚染された汚染土壌１が山間の谷部または地盤５が凹状に掘削された処理場２に堆積している。前記汚染土壌１の表土には、表層部に根を張る地被植物であるアブラナ科のナタネが全面に植栽されており、その蒸発散により汚染土壌の保水量が調整されている。前記ナタネは秋口に播種し、４，５月頃には枯れるが、二毛作することにより６月から８月の梅雨期や大量の降雨時に成長期を迎え、最も蒸発散能を高めることが可能である。特にこの時期は蒸発散により土壌の保水量が裸地の場合よりも低く調整される効果が大きい。
【００１８】
前記処理場２には、降雨による汚染土壌からの溢流を貯水する貯水池３が掘削形成されており、前記貯水池３に溜まった汚染排水を前記汚染土壌に育成されているナタネに灌水するポンプ、配管などでなる灌漑設備４が設けられている。従って、灌水用の外部水源を必要とすることなく、汚染土壌から生じた排水を閉じられた系の中で植物の生育のために灌水として循環させることにより系外への汚染の拡大を回避可能に構成してある。尚、貯水池３に溜まった汚水排水は必要に応じて排水処理場７に送られて浄化処理された後に河川に放流することも可能である。
【００１９】
植物が生育して採種された後に、処理場２の表土が掘削され、選別された後に溶融炉６により溶融処理され、溶融処理後の土壌は処理場２に埋め戻され、またはコンクリート骨材や路盤材として利用される。
【００２０】
上述した処理場２で育成されたナタネは、結実後に収穫されて採油され、さらに燃料油として調製または精製され、その一部または全部が後述の溶融炉における溶融のための燃料として使用される。食用油には、鉱油系燃料とは異なり、高粘性、低揮発性あるいは着火性の問題点が存在する。これらの問題を解決するため、植物油にテルペン化合物を混合したり、重油とブレンドした燃料油として使用したり、植物油の主成分であるトリグリセライドや遊離の脂肪酸をメタノールなどのアルコールと超臨界状態または亜臨界状態でエステル交換および脱水することにより、モノエステル化物に転化させて燃料油として回収できる。
【００２１】
このようにして使用される植物由来の燃料を使用すれば、自然界に排出される二酸化炭素の量が低減できるとともに、化石燃料の消費量を抑制できるのである。気候変動に関する国際連合枠組条約京都議定書によれば、日本は１９９０年を基準年として２００８年〜２０１２年の５年間で６パーセントの二酸化炭素排出量を削減する必要がある。この点に関して、環境省地球環境局平成１５年７月発行の「事業者からの温室効果ガス排出量算出方法ガイドライン」に基づいて、図４に示す試算表の通り試算すれば、重油の一部を上述の植物由来の燃料油を使用することにより、約１．８パーセント削減することができるという顕著な効果を得ることができるのである。
【００２２】
以下に、汚染土壌の無害化処理について説明する。前記汚染土壌１が表層部から３ｍ以上の深さにわたり堆積しており、長期にわたり処理する場合、図２（ａ）に示すように、ほぼ一定の面積でブロック分割された表層を、ブロック単位で２ｍ程度の深さに掘削して後述の無害化処理を施し、掘削後の表層にさらにナタネを播種する。播種されたナタネが発芽して成長する間に隣接ブロック、または掘削済みブロックとは離間したブロックに対して同様に２ｍ程度の深さに掘削して無害化処理を施す。掘削後のブロックは上述と同様にさらにナタネを播種する。以上の処理を順次繰り返すことにより植物による蒸発散機能を利用して掘削対象土壌の保水率を低く抑え、周辺への汚染水の流出を回避しながら長期にわたる無害化処理プロセスを完結させる。尚、掘削の手順としては、掘削済みブロックと隣接したブロックを掘削するよりも、掘削済みブロックと離間したブロックに対して掘削した方が、降雨による保水量の増加の影響を少なくできる点で好ましい。ここに、掘削深さを２ｍとしたのは、地被植物または浅根性植物による土壌の保水量低減効果が得られる深さに対応したものである。
【００２３】
前記汚染土壌１が表層部から３ｍ以下の深さにわたり堆積しており、数ヶ月の短期に処理可能となる場合、図２（ｂ）に示すように、ほぼ一定の面積でブロック分割された表層を、ブロック単位で順次地盤まで掘削して後述の無害化処理を施す。あるブロックの掘削中に降雨があった場合には、そのブロックに生育していた植物が掘削除去された後であれば、残余の掘削は行なわずに含水率が２０パーセント以下になるまで天日乾燥させ、その間に次のブロックの掘削処理に進む。
【００２４】
以下に、上述した無害化処理について詳述する。図３に示すように、育成されたナタネを採種した後に（Ｓ１）、上述した汚染土壌の掘削工程を行ない（Ｓ２）、汚染土壌をコンベア機構により二軸せん断破砕機などの破砕機に投入して大型の廃棄物などを数十ｍｍの粒径に破砕処理し（Ｓ３）、次に、磁力選別機などの金属選別機を用いて金属類を分離回収し（Ｓ４）、残余の廃棄物、土、植物を貯留槽に貯留し、貯留された処理物を順次表面溶融炉に投入してガラス化させることでダイオキシンなどの有害物質の熱分解処理および重金属類のガラス結晶内への封じ込めを行ない（Ｓ５）、コンクリート骨材や路盤材として利用する（Ｓ６）一連の処理をオンサイトで行なうのである。以上の無害化処理の手順においては、汚染土壌に育成された植物による蒸発散作用により含水率が２０パーセント以下に調整されているため、掘削土壌の乾燥工程が不要となり、それに纏わる乾燥エネルギーの消費や、機器の損傷等、従来存在していた種々の不都合が解消される。さらに表面溶融炉の加熱バーナーに供給される溶融燃料として、ステップＳ１で採種されたナタネから採油して燃料油に精製する工程Ｓ７を設けて、生成された植物由来の燃料油を使用することにより化石燃料の節減と二酸化炭素発生量の低減ができるのである。
【００２５】
上述した実施形態では、処理場で育成される植物として、アブラナ科のナタネを用いるものを説明したが、他に、アブラナ科、イネ科、ヤシ科、マメ科、モクセイ科の採油の可能な何れかの植物から単一または複数選択して育成することが可能である。具体的には、ナタネ以外に、トウモロコシ、ゴマ、アブラヤシ、ココナッツ、ヒマワリ、ダイズ、オリーブなどが選択可能である。
【実施例】
【００２６】
図５に示すように、断熱材１４で囲まれた１／２０００ａワグネルポット６の底部に礫層７を設けて、木綿布を介してその上に汚染土壌８を詰め、ポット６内に、地温計測のため銅―コンスタンタン熱電対９を深さ方向中程に設置するとともに、含水率計測のために３線式ＴＤＲプローブ１０を深さ方向中程に設置した試験用ポットを複数個準備し、それぞれ電子天秤１１上に設置した。各ポット６の底部からは土壌に保水されなかった溢流水がシリコンチューブ１２を介してメスシリンダ１３に流入するように設置した。上述の実験装置を用いて植物の蒸発散量の確認実験を行なった。
【００２７】
上述のワグネルポットの一つは裸地のままとし、他のポットには、アブラナ科のアサカノナタネ、オウミナタネ、ナナシキブをそれぞれ植栽して、全てに１日に１回、前日のポット重量からの減少量だけ灌水した。ポット重量、メスシリンダ重量を電子天秤で連続計測してｍｍ単位に換算して７月中旬から１０月までの蒸発散量を記録した。
【００２８】
その結果、図６に示すように、裸地で平均３ｍｍ／ｄ（最大約４．８ｍｍ／ｄ）の蒸発散量が、植物を育成することにより平均約５ｍｍ／ｄ（最大約９．６ｍｍ／ｄ）に上昇することが判明し、アカサノナタネでは期間合計の蒸発散量が裸地の場合に比べて５７パーセントほど多くなることが明らかになった。植物の蒸発散能は土壌含水率が高い（＞２０パーセント）場合に高く、土壌含水率が低い（＜２０パーセント）場合には低くなるため、土壌含水率が高い場合に含水率を急速に低下させて低含水率で安定させる効果５７パーセントという数字よりも大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による汚染土壌の処理方法の説明図
【図２】汚染土壌の無害化処理方法の説明図
【図３】汚染土壌の無害化処理方法のフローチャート
【図４】二酸化炭素排出量の試算表
【図５】試験設備の説明図
【図６】試験結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００３０】
１：  汚染土壌
２：  処理場
３：  貯水池
４：  灌漑設備
５：  地盤
６：  溶融炉
【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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