(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
疎水性汚染物質を含有する媒体に、カボチャ属の植物を栽培し、所要の期間生育させることにより前記疎水性汚染物質を前記植物に移行させた後、前記植物を刈り取り又は掘り取ることにより収集し、堆積して放置することにより前記植物を堆肥化し、この堆肥化によって前記植物を減容すると共に、前記植物に移行させた前記疎水性汚染物質を、前記堆肥化に伴う微生物の化学物質分解作用により分解することを特徴とする疎水性汚染物質による汚染の浄化方法。
【請求項２】
堆肥化によって減容され疎水性汚染物質が分解された植物体を、850℃以上の高温で焼却することを特徴とする請求項１に記載の疎水性汚染物質による汚染の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、疎水性汚染物質により汚染された汚染媒体の浄化方法に関するものである。なお、本書で言う疎水性汚染物質とは、ダイオキシン類、ポリ塩化ビフェニール（以下、ＰＣＢと略称する）類、石油系炭化水素、及び有機塩素系農薬を総称するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオキシン類、ＰＣＢ類、石油系炭化水素、又は有機塩素系農薬（以下、疎水性汚染物質という）は、高沸点で揮発しにくく、難分解性であることから、このような疎水性汚染物質に汚染された土壌、焼却灰、底泥等の汚染媒体は、浄化が困難である。また、煤塵、土壌粒子や有機物に強く吸着されているため、残留性が高い。
【０００３】
上述の疎水性汚染物質による土壌、焼却灰、底泥等の汚染には、従来から、種々の対策が採用されているが、これらの対策としては、物理的な封じ込めによる手法と、物理・化学的な手段による分解・分離の手法と、微生物や植物を利用したバイオレメディエーションによる手法がある。このうち、物理・化学的な手段による分解・分離の手法としては、溶融固化（ジオメルト）法、熱脱着分離法、アルカリ触媒化学分解（ＢＣＤ）法が知られている。
【０００４】
物理的な封じ込めによる手法は、汚染媒体を隔壁や非透水性シート等による密閉空間、あるいはドラム缶程度の比較的小型の密閉容器に封じ込めて、非汚染領域から隔絶するものである。
【０００５】
物理・化学的な手段による分解・分離の手法のうち、溶融固化（ジオメルト）法は、地中に設置した容器内に、汚染媒体を入れて電極を設置し、電極に通電することによって媒体を1,600〜2,000℃に加熱して溶融し、媒体に含まれる有機化合物を熱分解するものである。浄化施設は、溶融設備、電力供給設備及び排ガス処理設備で構成される。溶融による熱分解によって発生するガスは、溶融設備の上部に設置される覆いで捕集され、排ガス処理設備によって850℃以上の温度で分解処理する必要がある。
【０００６】
物理・化学的な手段による分解・分離の手法のうち、熱脱着分離法は、有機汚染物質を、汚染媒体の加熱によって揮発分離して浄化するもので、分離・濃縮された汚染物質は、別途処理することを前提としている。加熱方法によって、ロータリーキルン熱脱着分離（400〜800℃）と、赤外加熱脱着分離（1,000〜1,300℃）がある。
【０００７】
物理・化学的な手段による分解・分離の手法のうち、アルカリ触媒化学分解（ＢＣＤ）法は、ダイオキシン類、ＰＣＢ類を分解・脱塩素化する手法である。汚染媒体に炭酸水素ナトリウムを3％程度添加・混合した後に、反応容器中で350〜400℃に間接加熱することで脱塩素し、汚染物質を無害化する。脱塩素されなかった汚染物質は、ガスとして捕集し、液化した後に、再度アルカリ性試薬の添加と300℃以上の加熱によって無害化される。浄化施設は、汚染媒体への薬剤混合・投入設備、反応器、ガス捕集設備、及び捕集ガス処理設備で構成される。
【０００８】
バイオレメディエーションによる手法は、微生物あるいは植物の持つ浄化能力を利用するものである。このうち、微生物による手法は、微生物の持つ化学物質分解能力を利用するもので、汚染媒体中にもともと生息している微生物を活性化することによる方法と、外部から微生物を導入する方法とがある。また、植物による手法は、原位置あるいは掘削した汚染媒体に植物を栽培することによって、汚染物質の吸収・分解、根圏微生物の活性化、及び根系による汚染物質の拡散抑制を図るものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術において、物理的な封じ込めによる手法は、汚染物質を無害化するものではないため、根本的な解決にはならない。しかも将来にわたって、大量の汚染媒体を隔離保管し続けなければならないという問題があり、隔離空間からの漏洩や飛散を完全に遮断しないと、結局、汚染が拡散してしまうおそれもある。
【００１０】
また、物理・化学的な手段による分解・分離の手法は、いずれも浄化施設が大規模なものとなり、かつ大量の熱エネルギを必要とするため、イニシャルコスト、ランニングコスト共、コスト負担が膨大になる。
【００１１】
また、バイオレメディエーションによる手法のうち、微生物によるものは、疎水性汚染物質に対する分解能力の高い微生物を、汚染媒体中で優占化させるための条件設定と、それを維持するための操作が難しく、しかも分解能力の高い微生物を外部から導入する場合は、汚染サイト周辺の住民からの同意を得にくいのが現状である。一方、植物を用いる方法は、低コストで浄化を行うことができるが、疎水性汚染物質は、言い換えれば難水溶性であるため、一般に、植物には吸収されにくく、このため効率の良い浄化が期待できなかった。
【００１２】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、疎水性汚染物質により汚染された媒体を低コスト、低エネルギで修復することができ、しかもパブリックアクセプタンスを得られやすい汚染浄化方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る疎水性汚染物質による汚染の浄化方法は、バイオレメディエーションによる汚染浄化の手法のうち、植物を用いる方法を採用したものである。
【００１４】
植物の根の表面に吸着された疎水性汚染物質は、その一部が水と共に吸収されて、植物の地上部分へ移行して蓄積されるが、植物による疎水性汚染物質の吸収能力は植物の種類によって異なり、疎水性汚染物質は難水溶性であるため、一般に、植物には吸収されにくい。したがって、従来、植物による汚染浄化方法は効率の低いものとされていたが、発明者らが研究を重ねて来た結果、カボチャ属植物は、上述の能力が他の植物に比較して特異的に優れていることがわかった。そこで本発明では、吸着されている媒体中での疎水性汚染物質の移動速度が小さく、媒体の表層付近に留まりやすいことに着目し、疎水性汚染物質の吸収能力が特異的に高いカボチャ属の植物を利用して、疎水性汚染物質による汚染媒体の浄化を図るものである。
【００１５】
すなわち請求項１の発明に係る疎水性汚染物質による汚染の浄化方法は、疎水性汚染物質を含有する媒体に、カボチャ属の植物を栽培し、所要の期間生育させることにより前記疎水性汚染物質を前記植物に移行させた後、前記植物を刈り取り又は掘り取ることにより収集し、堆積して放置することにより前記植物を堆肥化し、この堆肥化によって前記植物を減容すると共に、前記植物に移行させた前記疎水性汚染物質を、前記堆肥化に伴う微生物の化学物質分解作用により分解することを特徴としている。なお、ここでいう媒体とは、土壌や焼却灰、底泥などを総称するものであり、媒体疎水性汚染物質は、先に説明したように、ダイオキシン類、ＰＣＢ類、石油系炭化水素、及び有機塩素系農薬を総称するものである。
【００１８】
請求項２の発明に係る疎水性汚染物質による汚染の浄化方法は、請求項１に記載の方法において、堆肥化によって減容され疎水性汚染物質が分解された植物体を、850℃以上の高温で焼却するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を汚染土壌の浄化に適用する場合の好ましい実施の形態について説明する。ダイオキシン類、ＰＣＢ類、石油系炭化水素、又は有機塩素系農薬（以下、疎水性汚染物質という）を含有する土壌は、これらの疎水性汚染物質がばいじん、土壌粒子、有機物等に強く吸着されていて、その移動速度が著しく小さいため、故意に掘り起こし等を行わない限り、通常は、疎水性汚染物質の濃度が地表面に近い層ほど高く、その分布は深さ数cm〜数十cmまでの表層付近に偏る傾向がある。
【００２０】
一方、草本から木本に至るまで、植物の根の垂直方向分布は、表層付近に限定されるが、根は分岐を繰り返して根毛を発生させることによって、大きな表面積を持ち、土壌中に拡散した物質を効率良く集積するのに適したシステムを形成する。特に、カボチャ属の植物は、疎水性汚染物質に対する吸収・移行能力が特異的に高いため、土壌から疎水性汚染物質をカボチャ属の植物体内に効率良く吸収・移行することができる。また、根毛が十分に発達すると共に葉が地表を覆うことによって、汚染された表土の飛散による汚染の拡大も有効に防止することができる。なお、日本で栽培されているカボチャ属の植物は、ニホンカボチャ、セイヨウカボチャ、ペポカボチャに分類されるが、なかでもペポカボチャの吸収能力が高いと推測される。カボチャ属の植物体内に蓄積された疎水性汚染物質は、植物体の所定期間の生育、例えば播種から４〜５ヶ月の生育後、刈り取り又は掘り取りによって、土壌から除去される。
【００２１】
刈り取り又は掘り取られたカボチャ属の植物は、刈り取り又は掘り取られたカボチャ属の植物を堆積して堆肥化させれば、植物体の容積が減量されることによって疎水性汚染物質が濃縮されると共に、微生物の化学物質分解作用によって分解され、無害化される。一般的に、刈り取り又は掘り取った植物体は、堆積してから最初の３ヶ月ぐらいの間に急速に堆肥化が進み、その後は堆肥化の進行が緩慢になるが、３〜４ヶ月ぐらいの堆積期間中に、容積が１／５、重量が２／１、汚染物質の分解率が40〜50％になるものと想定される。また、堆肥化された植物体は、最終処分場に運搬されて処分され、あるいは850℃以上の高温で焼却される。堆肥化によって、植物体の容積や水分が減少しているので、焼却等の施設に与える負荷を低下させることができる。なお、これらの施設への搬入は、その受け入れ基準を満たしていることが必要である。
【００２２】
植付けの方法としては、播種、幼苗の移植、ある程度生育した苗の移植など、種々の方法が考えられるが、播種による方法が最も容易である。植付け（播種）の密度は、根の張る領域を考慮して、根の分布にブランクが生じないように、かつ単位面積あたりの植物体の収穫量が最大になるようにする。具体的には、例えば、１ｍ２あたり50〜100株が好ましい。
【００２３】
播種による植付けにおいては、土壌中の疎水性汚染物質の種類や濃度によっては、汚染土壌にカボチャ属の植物の種子を直接播種しても、発芽が極端に阻害されることがある。したがってこのような場合は、図１（Ａ）に示されるように、汚染土壌１の表面を非汚染土からなる客土２によって覆土するか、あるいは図１（Ｂ）に示されるように、汚染土壌１の表面に溝１ａを形成して非汚染土からなる客土２を充填し、これにカボチャ属の植物の種子３を播種することによって、発芽期から幼苗期にかけて根が汚染土壌１に直接触れないようにすることが有効である。覆土した場合は、汚染土壌１の飛散による汚染拡大を防止するのにも有効であり、客土２を溝１ａに充填する場合は、使用する客土２の量が少なくて済む。
【００２４】
図１（Ａ）（Ｂ）のいずれの場合も、客土２の表面から汚染土壌１の表面までの層厚ｔは、５ｃｍ程度とすることが好ましい。これは、客土２が厚すぎると、発芽後に十分に生育しても、汚染土壌１内における根の分布が少なくなってしまい、薄すぎると、客土２による発芽の保護及び幼苗の保護効果が小さくなってしまうからである。
【００２５】
【実施例１】
［カボチャ属植物による多環芳香族炭化水素の吸収能力について］
石油系の多環芳香族炭化水素であるフェナントレンを吸収対象として、カボチャ属植物の吸収能力を、以下に説明するように、トウモロコシ、ピーマン、ダイコン、ダイズと比較検証した。
【００２６】
100mg/Lの濃度に調整したフェナントレンの水溶液を、栄養塩を含む培養液にて１０倍に希釈し、すなわちフェナントレン濃度を10mg/Lとして、体積200mlのフラスコに150mlずつ分注した。このフラスコに、カボチャ、トウモロコシ、ピーマン、ダイコン、ダイズの苗を１株ずつ移植し、シェイカーでゆるく撹拌しながら栽培した。そして１ヶ月の栽培期間経過後、各フラスコからフェナントレン溶液と植物体を回収し、それぞれのフェナントレンを定量した。
【００２７】
植物体中のフェナントレンの定量においては、ホモジナイズした試料をアセトン／ｎ−ヘキサン（１：１）にて溶媒抽出した。得られた抽出液は、硫酸処理−カラムクロマトグラフィーにてクリーンアップし、ガスクロマトグラフィーを用いてフェナントレンを定量した。表１は、その定量結果を示すものである。
【表１】
0004025550.tif 000002
【００２８】
上述の比較検証結果から明らかなように、フラスコ内の溶液のフェナントレン濃度から算出した除去率と、植物体からの抽出液の分析によって定量された吸収量のいずれにおいても、カボチャのフェナントレン吸収能力が特異的に高いことがわかる。
【００２９】
【実施例２】
［カボチャ属植物による多環芳香族炭化水素の浄化能力について］
石油系の多環芳香族炭化水素であるフェナントレンを浄化対象とし、カボチャ属植物として、ペポカボチャの一種であるズッキーニを用いて、その浄化能力を検証した。図２は、浄化能力検証のためのズッキーニの栽培方法を示す説明図である。
【００３０】
すなわち、非汚染土壌に、石油系の多環芳香族炭化水素であるフェナントレンを10,000ng/gDWで添加・混合して汚染土壌サンプルａを作り、図２に示されるように、この汚染土壌サンプルａを有効容量0.5Lの市販の栽培容器ｂに充填し、予め１週間育苗したズッキーニｃを１容器あたり３株ずつ移植した。栽培は照明付きの人工気象室内で行い、潅水は、栽培容器ｂの下に配置した鉢皿ｄ内の水ｆを、不織布ｅによる毛細管現象を利用して汚染土壌サンプルａに供給する底面給水法により行い、液肥を７〜１０日に１回の割合で施用した。そして約５ヶ月間栽培を続け、果実が熟した時点で、ズッキーニｃを汚染土壌サンプルａから根ごと掘り取った。
【００３１】
なお、人工気象室における気象条件は、昼間気温25℃、夜間気温17℃、昼間気温の設定時間8:00〜17:00、照度30,000Lux、照明時間7:00〜18:00、風速0.5m/secとした。また、不織布ｅによる底面給水法を採用したのは、汚染土壌サンプルａの含水量を一定に保つこと、及び上部から給水した場合のように、水と共に汚染土壌サンプルａ中の汚染物質（フェナントレン）が移動したり流出してしまうのを防止するためである。
【００３２】
ズッキーニｃを掘り取った後の汚染土壌サンプルａは、十分に風乾してから、目が2mmの篩を通し、ｎ−ヘキサンを用いたソックスレー抽出を行った。抽出液は蒸発・乾固してからｎ−ヘキサンに再溶解して、硫酸処理の後、カラムクロマトグラフィーにてクリーンアップし、ガスクロマトグラフィーを用いてフェナントレンを定量した。
【００３３】
一方、掘り取ったズッキーニｃの植物体内のフェナントレンは、ホモジナイズした試料をアセトン／ｎ−ヘキサン（１：１）にて溶媒抽出した。得られた抽出液は、硫酸処理−カラムクロマトグラフィーにてクリーンアップし、ガスクロマトグラフィーを用いてフェナントレンを定量した。
【００３４】
定量結果、栽培終了時における汚染土壌サンプルａのフェナントレン濃度は7,022 ng/gDWであり、すなわち１回の栽培によって約30％のフェナントレンが汚染土壌サンプルａから除去されていることがわかった。一方、ズッキーニｃの植物体内のフェナントレン濃度は392ng/gFWであり、汚染土壌サンプルａから除去されたフェナントレンのうち、約67％がズッキーニｃに吸収されていたことがわかった。また、掘り取ったズッキーニｃの重量は、m２あたりに換算して455kgFWであった。
【００３５】
次に、掘り取ったズッキーニｃを裁断し、植物体1kgあたり窒素量が5gとなるように石灰窒素を加えて堆積し、３ヶ月間放置して堆肥化した。その結果、植物体の体積は、掘り取った直後の１／５程度に減少した。そして、先に説明した方法に準じてフェナントレンを定量したところ、掘り取った直後に比較してフェナントレンが分解によって約40％減少していた。
【００３６】
【実施例３】
［カボチャ属植物によるＰＣＢ浄化能力について］
ＰＣＢを浄化対象とし、セイヨウカボチャ（品種；みやこ）を用いて、その浄化能力を検証した。
【００３７】
先に説明した図２と同様の方法で、ＰＣＢ濃度が1,350ng/gDWである浄化対象の汚染土壌サンプルａ’を、有効容量0.5Lの市販の栽培容器ｂに充填し、予め１週間育苗したカボチャｃ’を１容器あたり３株ずつ移植した。栽培は照明付きの人工気象室内で行い、潅水は、栽培容器ｂの下に配置した鉢皿ｄ内の水ｆを、不織布ｅによる毛細管現象を利用して汚染土壌サンプルａに供給する底面給水法により行い、液肥を７〜１０日に１回の割合で施用した。そして約５ヶ月間栽培を続け、果実が熟した時点で、カボチャｃ’を汚染土壌サンプルａ’から根ごと掘り取った。
【００３８】
カボチャｃ’を掘り取った後の汚染土壌サンプルａ’は、十分に風乾してから、目が2mmの篩を通し、ｎ−ヘキサンを用いたソックスレー抽出を行った。抽出液は蒸発・乾固してからｎ−ヘキサンに再溶解して、硫酸処理の後、カラムクロマトグラフィーにてクリーンアップし、ＧＣ／ＭＳを用いてＰＣＢを定量した。
【００３９】
一方、掘り取ったカボチャｃ’の植物体内のＰＣＢは、ホモジナイズした試料をアセトン／ｎ−ヘキサン（１：１）にて溶媒抽出した。得られた抽出液は、硫酸処理−カラムクロマトグラフィーにてクリーンアップし、ＧＣ／ＭＳを用いてＰＣＢを定量した。
【００４０】
定量結果、栽培終了時における汚染土壌サンプルａ’のＰＣＢ濃度は993.6 ng/gDWであり、すなわち１回の栽培によって約26.4％のＰＣＢが汚染土壌サンプルａ’から除去されていることがわかった。一方、カボチャｃ’の植物体内のＰＣＢ濃度は62ng/gFWであり、汚染土壌サンプルａ’から除去されたＰＣＢのうち、約82％がカボチャｃ’の植物体に吸収されていたことがわかった。また、掘り取ったカボチャｃ’の植物体の重量は、１m２あたりに換算して423kgFWであった。
【００４１】
次に、掘り取ったカボチャｃ’の植物体を裁断し、この植物体1kgあたり窒素量が5gとなるように、石灰窒素を加えて堆積し、３ヶ月間放置して堆肥化した。そして堆肥化した植物体内のＰＣＢを、先に説明した方法に準じて定量したところ、掘り取った直後に比較して、ＰＣＢが分解によって約37％減少していることがわかった。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る疎水性汚染物質による汚染の浄化方法によれば、疎水性汚染物質を含有する媒体に、疎水性汚染物質に対する吸収・移行能力が特異的に高いカボチャ属の植物を栽培することによって、媒体内の疎水性汚染物質がカボチャ属の植物体内に取り込まれ、この植物体の刈り取り又は掘り取りによって、媒体から除去されるので、効率良く汚染媒体の浄化を図ることができ、刈り取り又は掘り取った植物体の堆肥化によって、この植物体に取り込まれた前記汚染物質を分解して無害化することができる。しかも、大規模な処理設備等も不要であるため、低コスト、低エネルギで浄化を行うことができ、汚染拡大や二次汚染の懸念もないため、浄化の実施に際して、汚染サイト周辺の住民からの容認を得られやすい。
【００４３】
請求項２の発明に係る疎水性汚染物質による汚染の浄化方法によれば、請求項１の発明により堆肥化された植物体を、850℃以上の高温で焼却することによって、この植物体に取り込まれた疎水性汚染物質を分解して無害化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る疎水性汚染物質による汚染の浄化方法において、客土を用いた播種の方法を示す説明図である。
【図２】カボチャ属植物による多環芳香族炭化水素及びＰＣＢ類の浄化能力について検証するための栽培方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  汚染土壌（媒体）
１ａ  溝
２  客土
３  カボチャ属植物の種子
【図１】
0004025550.tif 000003
【図２】
0004025550.tif 000004