(57)【要約】【課題】  カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上からなる特定物質を吸収蓄積した植物を植物に含まれる特定物質を再拡散させることなく、安全、低コスト、効率的に処理する植物の焼却方法を提供する。【解決手段】  カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上からなる特定物質を含む植物１７を焼却炉１１で焼却して、前記特定物質を単体又は化合物として気化させ、この気化した単体又は化合物を冷却して析出させ、集塵機１５で捕集する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上からなる特定物質を含む植物を焼却炉で焼却して、前記特定物質を単体又は化合物として気化させ、この気化した単体又は化合物を冷却して析出させ、集塵機で捕集することを特徴とする植物の焼却方法。
【請求項２】
請求項１記載の植物の焼却方法において、前記特定物質はカドミウムであって、前記植物を前記焼却炉で５００℃以上、好ましくは７６５℃以上で焼却して、前記焼却炉から発生し、カドミウムを含む排ガスを２５０℃以下、好ましくは１５０℃以下に冷却した後、前記排ガスから固化したカドミウムを前記集塵機で捕集することを特徴とする植物の焼却方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の植物の焼却方法において、焼却に供する前記植物が、焼却に先立って減容化されたものであることを特徴とする植物の焼却方法。
【請求項４】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の植物の焼却方法において、焼却に供する前記植物が、焼却に先立って発酵に利用されたものである植物の焼却方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の植物の焼却方法において、前記植物は収穫時において、水分を除いた状態で、前記特定物質の濃度が０．２〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする植物の焼却方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の植物の焼却方法において、前記集塵機のろ布の目付け量が３３０ｇ／ｍ2 以上であることを特徴とする植物の焼却方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の植物の焼却方法において、前記集塵機のろ布の表面が無機微粉で被覆されたものであることを特徴とする植物の焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上からなる特定物質を吸収蓄積した植物を、特定物質を飛散させること無く安全に焼却する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題、あるいは食料に対する安全性の問題などから、環境中及び土壌中のカドミウム、砒素及び水銀等の人体に蓄積されて深刻な健康被害をもたらす有害物質について関心が高まっている。これらの有害物質は工場排水として、あるいは鉱山等から流出して土壌、環境、あるいは海洋を汚染し、さらには食品中に含まれて、人体に摂取、蓄積されることにより深刻な健康被害をもたらすことが知られている。これら人体に影響を及ぼす有害物質を土壌中から除去する技術として、従来より、汚染土壌を取り除いて非汚染土壌と入れ替える、あるいは汚染土壌を非汚染土壌で覆ってしまう客土という方法、又は汚染土壌を物理的、化学的に処理し有害物質、特に重金属を除去する方法などが採られていたが、昨今、経済性あるいは非汚染土壌入手難等の問題から、新たな土壌浄化方法として植物利用の環境修復技術いわゆるファイトレメディエーションと言う手法が検討され始めている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
ファイトレメディエーションとして、カドミウム、水銀、鉛等の重金属で汚染された土壌などに重金属を吸収蓄積する植物を生育させ、この植物を収穫・除去することにより土壌中の重金属を浄化せしめることが行われている。最終的な植物の処理方法としてはこれまでに焼却処理が挙げられているが、実際に焼却した場合に重金属の挙動がどうなるのか、また重金属の再拡散を防ぐために確実に重金属を捕捉できるのかといった検証がなされていなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−１９０号公報
【特許文献２】特表平７−５０８２０６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８８５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上からなる特定物質を吸収蓄積した植物を安全に焼却処理することにより、はじめてこの特定物質により汚染された土壌に対するファイトレメディエーション技術の発明は完結するものであり、そのためにもカドミウム、砒素及び水銀の再拡散のない焼却方法が必要とされている。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上の特定物質を吸収蓄積した植物を安全に、低コストで効率的に処理する植物の焼却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、植物により吸収蓄積された有害物質、例えばカドミウムの挙動は、例えば８００℃以上の高温で植物体の有機物や燃焼に伴い発生した一酸化炭素によって還元されほとんど金属カドミウムとして揮散する事を見出した。このため、カドミウムを再拡散させることなく安全に回収するためには排ガス中のカドミウム蒸気の処理に着目すべきである事を発見した。
前記目的に沿う本発明に係る植物の焼却方法は、カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上からなる特定物質を含む植物を焼却炉で焼却して、前記特定物質を単体又は化合物として気化させ、この気化した単体又は化合物を冷却して析出させ、集塵機で捕集している。ここで、析出とは固化及び／又は液化させることをいう。従って、カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上の特定物質を含む植物を、植物を焼却して発生する排ガス中の特定物質の再拡散を防いで安全に焼却処理することができると共に、この特定物質を捕集して再利用することができる。
【０００７】
また、本発明に係る植物の焼却方法において、前記特定物質がカドミウムの場合は、前記植物を前記焼却炉で５００℃以上、好ましくはカドミウムの沸点である７６５℃以上、更に好ましくは８００℃以上で焼却し、前記焼却炉から発生し、カドミウムを含む排ガスを２５０℃以下、好ましくは１５０℃以下に冷却した後、前記排ガスから固化したカドミウムを前記集塵機で捕集してもよい。
本発明に係る植物の焼却方法において、焼却に供する前記植物を、焼却に先立って減容化していてもよい。また、焼却に供する植物は、焼却に先立って発酵に利用することも可能である。
更に、焼却に供する前記植物の収穫時において水分を除いた状態で、該植物に含まれる特定物質の合計濃度は０．２ｐｐｍ以上が好ましく、更には１〜１０００ｐｐｍが好ましい。該特定物質の合計濃度が０．２ｐｐｍ未満であれば、該特定物質の量が少なすぎて回収効率が悪く、１０００ｐｐｍより多いと植物の生育が困難になるため、通常ない。
前記集塵機のろ布の目付け量が３３０ｇ／ｍ2 以上（１ｍ2 あたりのろ布の重量が３３０ｇ）であるのが好ましく、また、前記集塵機のろ布の表面が無機微粉で被覆されたものであるのが好ましい。目付け量が３３０ｇ／ｍ2 未満であると、ろ布の目が荒すぎて、捕集する排ガス中のカドミウム、砒素、水銀等の析出物が逃げてしまう恐れがある。また、無機微粉で被覆することによって、排ガス中の析出物の捕集効率を上昇させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る植物の焼却方法においては、カドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上からなる特定物質を吸収蓄積した植物を、特定物質を再拡散させることなく、安全、低コスト、効率的に焼却処理することができる。
すなわち、その浄化処理がこれまで困難であった、あるいは高い費用又は長い年月がかかっていたカドミウム、砒素及び水銀のいずれか１又は２以上からなる特定物質で汚染された土壌より、この特定物質吸収蓄積能を有する植物を使用して特定物質を吸収蓄積させ、特定物質を再拡散させることなく焼却処理をして汚染土壌の浄化を図るので、より安全な農作物、食品、あるいは生活環境などを提供することが可能になる。
特に、焼却に供する植物を、焼却に先立って発酵に利用する場合には、メタン発酵、アルコール発酵に利用し、その後で焼却処分をすることができ、より有効な利用が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施の形態に係る植物の焼却方法は、特定物質の一例であるカドミウムを含む植物を焼却炉で５００℃以上、好ましくはカドミウムの沸点である７６５℃以上で焼却し、焼却炉から発生する排ガスを２５０℃以下、好ましくは１５０℃以下に冷却した後、この排ガスから固化したカドミウムを集塵機で捕集する方法である。
【００１０】
本発明の実施の形態に係る植物の焼却方法に用いられる植物とは、土壌が含有するカドミウムを植物体内に取り込む性質を有する植物であり、例えば、アブラナ科、アオイ科、マメ科、ナス科、キク科、ヒユ科、イネ科等の植物が挙げられる。なかでも、オオバタカナ、ケナフ、オクラは、カドミウム吸収蓄積能の点で好ましく、稲は種苗から収穫までの生産技術が高くかつ広く普及している点で好ましい。
【００１１】
焼却に供する植物中のカドミウム濃度は高い程、回収効率が良く、カドミウム濃度を０．２ｐｐｍ以上、好ましくは１ｐｐｍ以上で１０００ｐｐｍ以下としている。なお、植物中のカドミウム濃度とは、植物中の水分を除いた状態、即ち水分含量を０とした時の濃度（重量割合）である。
焼却に供する植物は、焼却に先立って減容化されることが好ましい。減容化されることにより、焼却処理の効率を高くすることができる。減容化とは、重量が減る場合及び体積が減る場合も含まれる。減容化の方法としては特に制限はないが、例えば、乾燥、圧搾、抽出、腐葉化、発酵等が挙げられる。
【００１２】
また、焼却に供される植物は、特にバイオマス（生物資源）として有効利用された後の植物が好ましい。バイオマスとしての有効利用としては例えばアルコール発酵によるメタノール、エタノールの回収、メタン発酵によるメタンガスの回収等が挙げられる。
具体的には、カドミウム吸収能を有する植物として、カドミウムを含有する土壌に稲等のアルコール発酵する植物を植えて生育させ、十分生育した稲を根も含めて全草、好ましくは根以外の部分を収穫し、収穫した例えば稲をアルコール発酵させ、生成したアルコールを蒸留して回収する。この際、蒸留したアルコール中にはカドミウムは含まれず、カドミウムは残渣中に含まれるため、バイオマスとしての有効利用をした後の焼却で何ら問題はない。
従って、アルコール発酵に使用したカドミウム含有植物を焼却した場合には、土壌の浄化及びカドミウムの回収だけでなく、アルコール醸造にも利用できることになる。また、アルコール発酵の代わりに、メタン発酵させた植物を焼却に供することもできる。回収したメタンガスは有効利用する。この場合にも発生するメタンガスにはカドミウムは移行しないためメタンガスの有効利用が可能である。
【００１３】
植物を焼却する焼却炉の型式としては、流動床炉、キルン・ストーカ炉、ストーカ炉、固定床炉、電気炉等が挙げられる。いずれの焼却炉でも被焼却物の焼却温度を５００℃以上、好ましくは８００℃以上とする能力が必要である。更に焼却により発生する排ガスは焼却炉の下流側に配置されたガス冷却装置で２５０℃以下にして、冷却により固化したカドミウムを集塵機で集塵する。
【００１４】
固化したカドミウムを捕集する集塵機は、ろ布の目付け量が３３０ｇ／ｍ2 以上であるものが好ましい。
また、集塵機のろ布は、無機微粉（無機微粒子）により被覆されたものが好ましい。
無機微粉としては、平均粒径が２〜５０μｍ、更に好ましくは、５〜２０μｍであるものが好ましい。粒径が上記範囲より小さいと、ろ布の小孔を必要以上に塞ぐこととなり、焼却炉中のガスの流れを阻害する場合がある。また、上記範囲より大きい場合は、カドミウム金属及び／又はカドミウム化合物の捕集率が低下する場合がある。
【００１５】
無機微粉粒子の材質としては例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化チタン、水酸化鉄、水酸化イットリウム、水酸化セリウム等の水酸化物；酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化ケイ素、酸化イットリウム、酸化セリウム等の酸化物；リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、リン酸チタン、リン酸鉄、リン酸イットリウム、リン酸セリウム等のリン酸塩；硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、硫酸鉄、硫酸イットリウム、硫酸セリウム等の硫酸塩；炭素粉末等が挙げられる。これら無機微粉は二種以上混合して用いても良い。これら無機微粉は植物を焼却する前に集塵機に流入するガス中に導入し、集塵機のろ布に被覆することができる。
【００１６】
以上、植物がカドミウムを含む場合について説明をしたが、植物が水銀を含む場合には、植物の焼却温度を好ましくは水銀の沸点である３５６．７℃以上、更に好ましくは４００℃以上にして、水銀を気化させ、その後気化した水銀及び水銀化合物を冷却して、析出させるための温度を好ましくは２５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以下とする。
【００１７】
また、植物が砒素を含む場合にも、植物の焼却温度を５００℃以上、好ましくは砒素の昇華点である６１３℃以上、更に好ましくは７００℃以上にして砒素を気化させ、その後気化した砒素を集塵機で捕集するための温度を好ましくは２５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以下とする。
【００１８】
更に、植物中にカドミウム、水銀、砒素の２種以上を含む場合には、植物中の特定物質のいずれもが気化する温度以上で植物を焼却して該特定物質を気化させ、その後、この特定物質のいずれもが析出する温度以下に冷却して該特定物質を析出させて植物の焼却、及びカドミウム、水銀、砒素の回収を行う。
本発明に用いられる植物は、土壌が含有するカドミウム、水銀、砒素を植物体内に取り込む性質を有する植物であればいずれでもよく、例えば、アブラナ科、アオイ科、マメ科、ナス科、キク科、ヒユ科、イネ科等の植物を用いてもよいし、他の植物でもよい。
なお、植物中のカドミウム、水銀、砒素は、通常は土壌に由来する。
【００１９】
本発明に適用できる土壌は、ごく一般的な土壌でもよいが、環境や人体に影響を及ぼす程度に高濃度のカドミウム、砒素及び水銀のいずれか１あるいは２以上を含む土壌に適用するのが有用である。これら金属あるいは非金属の特定物質は金属、あるいは非金属単体として、あるいは塩類、有機金属化合物等の各種化合物として土壌中に存在している。
適用される土壌中の特定物質の濃度としては、カドミウム、砒素、水銀が単体であれば０．２ｐｐｍ以上が好ましく、０．３〜１０ｐｐｍがより好ましい。カドミウム、砒素及び水銀のうちの２種以上を含む場合には、合計で０．２〜１００ｐｐｍであるのが好ましい。
【実施例】
【００２０】
次に図１を参照しつつ、以下に示す実施例により本発明を更に詳しく説明する。ここで、図１は、本発明の実施例１〜４に係る植物の焼却方法に用いられる焼却処理装置２０の説明図である。
図１に示すように、本実施例に使用した焼却処理装置２０は、温度検出記録器１０を備えた焼却炉の一例である電気炉１１を有し、電気炉１１の上流側に送風機１２とその空気流量を測定する流量計１３を有する。この電気炉１１としては、管の周囲にヒータ（又は誘導加熱用のコイル）を配置し、空気を一方側（上流側）から他方側（下流側）に流す流通式管状炉を用いた。そして、電気炉１１の下流側にはガス冷却装置１４を介して集塵機の一例であるバグフィルター１５が設けられている。このバグフィルター１５には、目付け量３３０ｇ／ｍ2 のポリエステルフェルトのろ布が設けられ、電気炉１１から排出された排ガス１８をガス冷却装置１４で冷却して、析出した物質（霧状あるいは粉状となっている）を回収する。バグフィルター１５から排出されるガスは、吸収液１６（例えば、アルカリ水）を通じて、酸化窒素、二酸化硫黄等を除いて大気に排出される。
【００２１】
カドミウム吸収蓄積能を有する植物としてケナフを採用した。カドミウムを含有する土壌にケナフを植え、生育期間の半ばで、ケナフの根以外の部分を刈り取る。刈り取った植物（ケナフ）を乾燥させ、１ｃｍ以下に粉砕した植物１７を使用した。植物の水分含量を０として５００ｍｇの植物１７中のカドミウム量を測定すると１７ｐｐｍであった。ここで、植物１７中のカドミウム量の測定は塩酸と硝酸の割合が約１：１である混酸に植物を入れ、これをマイクロ波分解装置にかけて植物を分解し、混酸溶液中のカドミウム濃度を原子吸光分析装置を用いて測定し、これから植物１７中のカドミウム濃度を算出したが、通常の定量分析で行ってもよい。
【００２２】
粉砕した植物１７を電気炉１１に入れ、送風機１２によって電気炉１１に空気を入れ、温度検出記録器１０で温度を確認し、電気炉１１で７００℃、９００℃に加熱して焼却する。この時、燃焼した植物１７の排ガス１８は、ガス冷却装置１４によって２５０℃以下、例えば１１０℃に冷却されてバグフィルター１５に送られる。植物１７中のカドミウムは加熱されて気化するが、ガス冷却装置１４によって冷却され、固化し、バグフィルター１５に捕捉される。また、バグフィルター１５の下流側に配置した吸収液１６を使用した場合には、排ガス１８中の二酸化窒素、二酸化硫黄等のガスが吸収される。
【００２３】
〔実施例１〕
粉砕した植物１７を５００ｍｇ（水分量を０としてカドミウム量は１７ｐｐｍ）電気炉１１に入れ、空気を入れて電気炉１１で５００℃に加熱して焼却した。この時、電気炉１１に残った焼却残渣のカドミウム量を測定すると４．７μｇであった。
同様にして９００℃にして加熱し、その焼却残渣のカドミウム量を測定すると０．０２６μｇであった。
従って、５００℃で燃焼した場合のカドミウムの揮散率は４４．７％であり、９００℃で燃焼した場合のカドミウムの揮散率は９９．７％であった。
実施例１からカドミウム含有植物の焼却温度をカドミウムの沸点で温度である７６５℃以上の９００℃で焼却した方が７６５℃以下の場合よりも非常に良いことがわかる。
【００２４】
〔実施例２〕
粉砕した植物１７を５００ｍｇ（水分量を０としてカドミウム量は１７ｐｐｍ）電気炉１１に入れ、空気を入れて電気炉１１で９００℃に加熱して植物１７を焼却し、発生した排ガス１８をガス冷却装置１４で１１０℃に冷却して、固化したカドミウムをバグフィルター１５で捕集し、ろ布でのカドミウム捕集率（揮散し、ろ布まで到達したカドミウムに対して）を測定すると捕集率は９６．６％であった。
次に、植物１７を焼却する前に、無機微粉の一例である平均粒径が１０μｍの消石灰を電気炉１１に入れ、流量計１３で空気量を調整しつつ、送風機１２より空気を投入して、消石灰の無機微粉でバグフィルター１５を被覆しておき、その後ケナフ５００ｍｇ（水分量を０としてカドミウム濃度は１７ｐｐｍ）を９００℃で焼却して、発生した排ガスをガス冷却装置１４で１１０℃に冷却して、カドミウムを捕集した。無機微粉で被覆されたバグフィルター１５で捕集した場合のカドミウムの捕集率は９９．９８％であった。
実施例２により、集塵機のろ布に無機微粒子が被覆されることによって、捕集率が上昇することがわかる。
【００２５】
〔実施例３〕
ケナフの代わりにカドミウム濃度２ｐｐｍのオオバタカナの葉１ｇ（水分量を０として）を焼却処理装置２０を用いて、電気炉１１で９００℃に加熱し、その焼却残渣のカドミウム量を測定すると０．１５μｇであった。従って、揮散率は９２．５％であり、ケナフの９９．７％に対してやや少なかった。
実施例３から、土中のカドミウムの浄化には、オオバタカナよりもケナフを用いた方が良く、土中の有害物質の浄化に最適の植物を選択する事が大切であることがわかる。
【００２６】
〔実施例４〕
カドミウム濃度２ｐｐｍのオオバタカナの葉１ｇに対して、塩化カルシウム４０ｍｇを添加して電気炉１１に入れて焼却した結果、揮散率が９８％であった。
実施例４から、塩化カルシウム４０ｍｇを添加することによって、オオバタカナ中のリン酸根、硫酸根がカルシウムと塩を作り、一方カドミウムは単体、又は塩化物となって揮散率を上昇させたことがわかる。
【００２７】
以上、本発明に係る植物の焼却方法を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態、実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲での変更等は本発明の適用範囲である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係る植物の焼却方法に用いられた焼却処理装置の説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０：温度検出記録器、１１：電気炉、１２：送風機、１３：流量計、１４：ガス冷却装置、１５：バグフィルター、１６：吸収液、１７：植物、１８：排ガス、２０：焼却処理装置
【図１】
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