(57)【要約】【課題】微生物の活性を低下させることなく汚染物質の浄化を行うことができる土壌用シートが望まれていた。【解決手段】本発明に係る土壌用シートは、土壌中の水分を透過する透過層と、水分と反応することで水和熱を発生させる発熱剤を充填した発熱層と、外部からの水分の透過を防止する防水層を備え、土壌側から透過層、発熱層、防水層の順に積層したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌を覆うための土壌用シートであって、
前記土壌中の水分を透過する透過層と、
前記水分と反応することで水和熱を発生させる発熱剤を充填した発熱層と、
外部からの水分の透過を防止する防水層を備え、
土壌側から透過層、発熱層、防水層の順に積層したことを特徴とする土壌用シート。
【請求項２】
前記透過層が、
前記土壌中の湿気は通過させるが、前記土壌中の水は通過させないものであることを特徴とする請求項１に記載の土壌用シート。
【請求項３】
前記透過層が、
不織布であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の土壌用シート。
【請求項４】
前記発熱剤が、
生石灰であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の土壌用シート。
【請求項５】
前記透過層と前記発熱層との間または／および前記発熱層と前記防水層との間に、
耐熱層または／および耐アルカリ層を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の土壌用シート。
【請求項６】
前記耐熱層または／および耐アルカリ層が、
グラスウールまたはロックウールであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の土壌用シート。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の土壌用シートを用いることを特徴とする土壌の加温方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌を覆うための土壌用シートに関するものであり、詳しくは土壌中の水分を利用して土壌の保温を行うことができる土壌用シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からバイオレメディエーション法に代表されるような微生物を用いた汚染土壌の浄化が行われている。ここで、このような微生物を用いて汚染土壌の浄化を行う場合には微生物の活性を維持するために温度を一定の範囲に保つことが重要となる。従前においては、このような温度を保持するための手段として電熱線やスチームなどの加温手段を用いる方法が一般的に採用されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
しかし、特許文献１、２に開示されているような従前の加温手段は設備が大掛かりになってしまい、また電熱線などの加温装置を稼働させる電力やこれらの装置を制御する制御手段も必要になってしまうという問題がある。
また、このような加温手段は電熱線などの周辺部分においては適正な温度が保たれるものの、それ以外の部分については温度の維持が保てない場合が生じてしまうという問題がある。例えば、特許文献１の図１や図２に示すように汚染土壌の底面にのみ電熱線を設けた場合には、電熱線が設けられていない上面付近の土壌の温度が保てなくなるのである。そして、この問題は冬場において特に顕著なものとなる。すなわち、図９に示すとおり、冬場の外気温は日中と日没後において大きな寒暖差があることから、電熱線が設けられていない特許文献１の上面付近の土壌は直接外気に触れることになり、外気温の影響を大きく受けることになってしまうのである。そしてその結果、かかる部分に存在する微生物の活性が維持できなくなってしまい、汚染土壌の浄化効率が低下したり、汚染土壌中（底面や上面などの間）において浄化の程度にバラツキが生じたりするという問題が発生してしまうのである。
特に、汚染土壌の上面については外気に触れる面であることから微生物が活動するために必要な酸素が汚染土壌の内部に比べて豊富に存在するにもかかわらず、外気温の影響を受けると微生物の活性が低下してしまうことになり、酸素が豊富に存在する好条件を有効に生かせないという問題が発生してしまうのである。
【０００４】
一方、水と発熱反応する化合物を用い、その反応熱を利用して土壌の温度を上昇させる技術が知られている（特許文献３〜７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２７９５４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６０６１１号公報
【特許文献３】特開平５−１６８７２７号公報
【特許文献４】特開２００４−４２０１１号公報
【特許文献５】特開２００４−３２２０７３号公報
【特許文献６】特開２０００−２１０６８３号公報
【特許文献７】特開２００６−７５４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの特許文献に開示されている技術は、いずれも反応熱を利用して汚染土壌中の汚染物質そのものを熱分解、揮発する技術であり、微生物の活性を維持するために土壌の温度を保持することを目的とするものでなない。
また、これらの特許文献に開示されている技術は、いずれも発熱剤を汚染土壌に直接混合することから、発熱剤が土壌中に残存してしまうと土壌にかえって環境負荷を与えてしまう場合もある。特に発熱剤に生石灰を用いた場合には、水との発熱反応の有無にかかわらずアルカリ性を示すことから、土壌に環境負荷を与えてしまうことになる。
【０００７】
今回、本願発明者らは鋭意検討した結果、水と発熱反応する化合物を用い、特定の層構造とすることによって、大掛かりな加温設備や電力を必要とせずに土壌の温度を保持することができ、微生物の活性を低下させることなく汚染物質の浄化を行うことができるという知見を得た。また、季節や土壌中の部位による温度のバラツキを生じさせることなく微生物の活性を維持し、汚染物質の浄化を行うことができるという知見も得た。
【０００８】
すなわち、本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、土壌中の水分を利用して土壌の保温を行うことができ、その結果、微生物の活性を低下させることなく汚染物質の浄化を行うことができる土壌用シートの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る土壌用シートは、土壌中の水分を透過する透過層と、水分と反応することで水和熱を発生させる発熱剤を充填した発熱層と、外部からの水分の透過を防止する防水層を備え、土壌側から透過層、発熱層、防水層の順に積層したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る土壌用シートは、透過層が、土壌中の湿気は通過させるが、土壌中の水は通過させないものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る土壌用シートは、透過層が、不織布であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る土壌用シートは、発熱剤が、生石灰であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に係る土壌用シートは、透過層と発熱層との間または／および発熱層と防水層との間に、耐熱層または／および耐アルカリ層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に係る土壌用シートは、熱層または／および耐アルカリ層が、グラスウールまたはロックウールであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７に係る土壌の加温方法は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の土壌用シートを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る土壌用シートおよび土壌の加温方法によれば、土壌中の水分を透過する透過層と、かかる水分と反応することで水和熱を発生させる発熱剤を充填した発熱層を備えることによって、土壌中の水分を利用して土壌の保温を行うことができる。そしてその結果、微生物の活性を低下させることなく汚染物質の浄化を行うことができる。
また、従前のように発熱剤を汚染土壌に直接混合することによる環境負荷の問題を解決することができる。
さらに、汚染土壌が風雨に曝されないことから、汚染土壌の飛散を防止するとともに、雨による微生物の活性の低下を防止することができる。
【００１７】
本発明の請求項２に係る土壌用シートによれば、透過層を土壌中の湿気のみを通過させるものとすることによって、発熱層の過剰な温度上昇を防止し、より効果的に土壌の保温をすることができる。
【００１８】
本発明の請求項３、４に係る土壌用シートによれば、透過層、発熱層に特定の材料を用いることによって、より効果的に土壌の保温をすることができる。
【００１９】
本発明請求項５、６に係る土壌用シートによれば、透過層、発熱層、防水層の間に耐熱層または／および耐アルカリ層を設け、係る耐熱層または／および耐アルカリ層に特定の材料を用いることによって、土壌の過度な温度上昇をより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の土壌用シートの第一の実施形態を示す断面模式図である。
【図２】本発明の土壌用シートの第二の実施形態を示す断面模式図である。
【図３】本発明の土壌用シートの第三の実施形態を示す断面模式図である。
【図４】本発明の土壌用シートの第四の実施形態を示す断面模式図である。
【図５】本発明の土壌用シートを用いた土壌の加温方法を示す模式図である。
【図６】実施例の土壌用シートの写真である。
【図７】図６の土壌用シートの断面模式図である。
【図８】実施例の土壌用シートを用いて土壌の加温をした際の温度変化を示すグラフである。
【図９】冬場の外気温（奈良市における２０１３年１２月〜２０１４年１月の気温）の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。
図１は本発明の土壌用シートの第一の実施形態を示す断面模式図であり、図２は本発明の土壌用シートの第二の実施形態を示す断面模式図であり、図３は本発明の土壌用シートの第三の実施形態を示す断面模式図であり、図４は本発明の土壌用シートの第四の実施形態を示す断面模式図である。
【００２２】
（第一の実施形態）
まず、本発明にかかる土壌用シートの基本構成を図１に基づいて説明する。本発明にかかる土壌用シート１（１ａ）は、透過層２、発熱層３、防水層４の３つの層を必須の構成要件としている。そして、下層（土壌側）から透過層２、発熱層３、防水層４の順に積層されていることを基本構成としている。
【００２３】
次に、各層について説明する。
【００２４】
（透過層）
本発明の土壌用シート１（１ａ）を構成する透過層２は、土壌中の水分を透過させて発熱層３に供給するためのものである。
ここで、透過層２は土壌中の水分を透過させるものであれば材質などにおいて特に限定されるものではないが、後記するように透過した土壌中の水分が発熱層３中の発熱剤と反応することで発熱することから、あまり大量の水分を透過させるものであると発熱層３における発熱反応が激しくなってしまって微生物の活性を逆に低下させてしまうことになるため、土壌中の湿気のみを通過させて土壌中の水は通過させない材質を用いることが好ましい。そして、このようなものとしてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルなどによって作製した不織布やフィルムが挙げられる。また、上記のとおり、土壌中の湿気のみを通過させて土壌中の水は通過させないために、不織布やフィルムの孔径としては０．３μｍ〜０．５μｍとしたものであることが好ましい。
【００２５】
（発熱層）
本発明の土壌用シート１（１ａ）を構成する発熱層３は、透過層２を通過した土壌中の水分を発熱剤と反応させて反応熱を発生させるためのものである。
ここで、発熱層３として使用される発熱剤は水分と発熱反応する化合物であれはよく、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の硫酸塩、過酸化物、水素化物などが挙げられるが、安全上の問題や温度の調整のし易さなどの観点からアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の硫酸塩を用いることが好ましく、その中でも生石灰を用いることが好ましい。
また、必要に応じて、発熱剤を複数の粒子サイズとすること、厚みの異なるカプセルで被覆すること、上記の発熱剤を併用すること、アルミニウム粉末や砂などの添加剤を混合することなどによって発熱量を調整することができる。
【００２６】
そして、この発熱剤を透過層２と後記する防水層４とで挟み込むことによって発熱層３とする。なお、上記のように発熱剤自体を透過層２と防水層４とで挟み込む形態を採用すれば部品点数や製造工程数を削減できることから好適であるが、発熱量をより効果的に調整するために発熱剤自体を別途不織布やフィルムなどで挟み込むことによって発熱層３を形成した後、透過層２や防水層４とで挟み込む形態とすることもできる。
【００２７】
（防水層）
本発明の土壌用シート１（１ａ）を構成する防水層４は、土壌用シート１（１ａ）が汚染土壌７に適用された際に最外層に位置する層であり、外気に曝される層である。また、雨などの土壌外からの水分が発熱層３に進入しないようにするための層である。かかる防水層４があることによって、発熱剤は透過層２を通過した土壌中の水分のみによって穏やかに反応することになり、土壌の温度を保持することができるのである。
なお、防水層４は土壌外からの水分を通過させないものであれば材質などにおいて特に限定されるものでなく、一般的に使用されている防水シートなどの材質であるポリ塩化ビニルなどを用いることができるが、防水層４は外気に触れる層となることから、外気の酸素を汚染土壌７に取り込むために空気を透過する素材を用いることが好ましい。また、冬季などにおいては、土壌の温度を効率的に上げて土壌中の水分の蒸発を促すために、日光を有効に活用することができるように熱吸収のよい材質や色を採用することが好ましい。
【００２８】
（膜厚）
本発明の土壌用シート１（１ａ）の膜厚についても特に限定されるものではなく、所望する温度、強度、使用期間などに応じて、土壌用シート１（１ａ）を構成する必須の構成層である、透過層２、発熱層３、防水層４の各層の厚みを調整することができる。
なお、透過層２については、あまりにも膜厚が薄すぎると水分の透過量が多くなることから使用可能期間が短くなり、逆に膜厚が厚すぎると水分の透過量が少なくなり過ぎることから、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることが好ましい。
また、発熱層３については、あまりにも膜厚が薄すぎると発熱量が少なくなることから使用可能期間が短くなり、逆に膜厚が厚すぎると発熱量が多くなり過ぎる場合があることから、５０μｍ〜５ｍｍの範囲とすることが好ましい。
そして、透過層２および発熱層３を上記の膜厚とすることによって、使用期間を２週間程度に設計することが好ましい。
【００２９】
（製造方法）
本発明の土壌用シート１（１ａ）の製造方法については、積層シートを製造する際に用いられる各種の公知技術を採用することができ、例えば、生石灰などの発熱剤をポリ塩化ビニルなどで作製した防水層４の上に層状に敷き詰め、その上に不織布など作製した透過層２を積層し、接着剤などによって各層を接着することによって製造する方法などが挙げられる。
【００３０】
（第二の実施形態）
次に、本発明にかかる土壌用シート１（１ｂ）の第二の実施形態を図２に基づいて説明する。本実施形態は第一の実施形態における透過層２と発熱層３との間または／および発熱層３と防水層４との間に、緩衝層としての耐熱層５または／および耐アルカリ層５を設けているという構造となっている。
【００３１】
（耐熱層または／および耐アルカリ層）
このように耐熱層５または／および耐アルカリ層５を設けることによって、発熱剤と水分との反応が激しくなり発熱量が大きくなってしまった場合にも、汚染土壌７の温度が過剰に上昇することを防止することができ、温度が上昇し過ぎることによる微生物の活性の低下を有効に防止することができるのである。また、土壌を覆っている土壌用シート１（１ｂ）の表面温度が上昇し過ぎることを防止することができ、より安全な土壌浄化を行うことができることにもなるのである。
【００３２】
（耐熱層）
本発明の第二の実施形態にかかる土壌用シート１（１ｂ）を構成する耐熱層５は例えば含水量の多い汚染土壌７を浄化する際など、発熱層３における発熱反応が激しくなり、発熱量が大きくなってしまうような場合に設けられるものであり、土壌の温度が上昇し過ぎることを防止することによって微生物の活性の低下を有効に防止するためのものである。
【００３３】
（耐アルカリ層）
また、本発明の第二の実施形態にかかる土壌用シート１（１ｂ）を構成する耐アルカリ層５は、発熱剤に生石灰などのアルカリ性化合物を用いる場合にかかるアルカリ性化合物によって、他の層が劣化することを防止するために設けられるものである。具体的には、例えば過剰な水分が透過層２を通過してしまうことによって生じてしまうアルカリ性水溶液が、土壌用シート１（１ｂ）から溶出しないようにするためなどのために設けられるものである。また、透過層２や防水層４、または後記する遮熱層６の劣化を防止するために設けられるものでもある。
【００３４】
このような耐熱層５、耐アルカリ層５としてはグラスウール、ロックウールなどが挙げられる。なお、必要に応じて透過層２や防水層４に耐熱性や耐アルカリ性を持たせれば、透過層２や防水層４を耐熱層または／および耐アルカリ層としても使用することができる。
【００３５】
（第三の実施形態）
次に、本発明にかかる土壌用シート１（１ｃ）の第三の実施形態を図３に基づいて説明する。本実施形態は第二の実施形態における防水層４と耐熱層５または／および耐アルカリ層５との間に、熱を通さない（熱を反射する）遮熱層６を設けているという構造となっている。
【００３６】
（遮熱層）
このように遮熱層６を設けることによって、発熱層３において発生した熱が土壌用シート１（１ｃ）の外部に漏れることを防止することができ、より効率的に温度を保持することができるのである。
また、夏季など外気温が高い場合には熱を反射することによって汚染土壌７が外気温の影響を受けにくくすることができ、冬季など外気温が低い場合には冷気が汚染土壌７中入るのを防止するとともに発熱層３において発生した熱を外部に漏らすことなく、汚染土壌７の温度を保持することができるのである。
【００３７】
このような遮熱層６としてはアルミシートなどが挙げられる。なお、必要に応じて防水層４に遮熱性を持たせれば、防水層４を遮熱層としても使用することができる。
【００３８】
（第四の実施形態）
次に、本発明にかかる土壌用シート１（１ｄ）の第四の実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態は第二の実施形態における防水層４と耐熱層５または／および耐アルカリ層５との間に、熱を通さない（熱を反射する）遮熱層６を設ける一方、透過層２と発熱層３との間に耐熱層５または／および耐アルカリ層５を設けないという構造となっている。
発熱剤と水分との反応が激しくならないような場合などには、このように透過層２と発熱層３との間の耐熱層５または／および耐アルカリ層５を省くこともできる。
【００３９】
次に、上記のように構成された土壌用シート１（１ａ）の動作および作用を次に説明する。図５は本発明の土壌用シートを用いた土壌の加温方法を示す模式図である。
【００４０】
まず、土壌用シート１（１ａ）を敷設し、その上に浄化対象となる汚染土壌７を盛り土する。そして、盛り土した汚染土壌７の上を土壌用シート１（１ａ）で覆う。
次に、日光を受けた汚染土壌７は温度が上昇することになり、汚染土壌７中の水分は蒸発して盛り土した汚染土壌７の内側から外側に移動することになる。
次に、汚染土壌７の上部に移動した汚染土壌７中の水分は、透過層２を通過して発熱層３に達することになり、発熱層３を構成する発熱剤と接触し発熱反応を起こすことになる。
ここで汚染土壌７は土壌用シート１（１ａ）によって土壌全体が覆われていることから、汚染土壌７の温度が一定の範囲に保持されることになる。
従って、汚染土壌７中に存在する微生物の活性も低下することなく維持され、汚染土壌７中において浄化の程度にバラツキが生じたりすることがなく、浄化効率が向上することになる。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明に係る土壌用シートを実施例および比較例に基づいて詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。図６は実施例の土壌用シートの写真であり、図７は図６の土壌用シートの断面模式図であり、図８は実施例の土壌用シートを用いて土壌の加温をした際の温度変化を示すグラフである。
【００４２】
（実施例）
まず、実験台の上に、防水層として４１ｃｍ×２９ｃｍの大きさの食品用ラップを２枚重ねておいた後、遮熱層として３４ｃｍ×２５ｃｍの大きさのアルミホイルを４枚重ねた。
次に、上記食品用ラップの上に耐熱層または／および耐アルカリ層として２０ｃｍ×２０ｃｍに裁断したキムワイプ（日本製紙クレシア社製）を２枚重ね、その上に発熱層として生石灰１９ｇを平らになるようまんべんなく敷き詰めた。
最後に、その上に透過層として２３ｃｍ×２３ｃｍに裁断したキムワイプ（日本製紙クレシア社製）を２枚重ね、図６、７に示す実施例の土壌用シートを作製した。
【００４３】
（比較例）
発熱層を設けない以外は実施例と同様にして比較例の土壌用シートを作製した。
【００４４】
次に、実施例および比較例の土壌用シートを用いて土壌加温の評価を行った。具体的には、以下の手順にて行った。
まず、真砂土１ｋｇをバットに盛り上げ、表層部に温度センサを挿入した後、土壌用シートの土壌側が真砂土に接触するように実施例の土壌用シートで真砂土を覆った。また、真砂土１ｋｇをバットに盛り上げたものをもう１つ用意し、上記と同様にして比較例の土壌用シートを用いて真砂土を覆った。
次に、それぞれのバットを５℃に保持した冷蔵庫の中に入れ、温度変化を観察することによって土壌加温の評価を行った。図８にそれぞれの温度変化のグラフを示す。
【００４５】
その結果、図８に示すように、実施例の土壌用シートについては定期的に発熱が起こり、かかる土壌用シートで覆った真砂土は土壌の表層部においても加温がなされていることが確認できた。
【００４６】
一方、比較例の土壌用シートについては、発熱層を有さないことから土壌が加温されることなく温度が連続的に低下する結果となった。
【００４７】
以上の結果から、本発明に係る土壌用シートは季節や土壌中の部位による温度のバラツキを生じさせることなく微生物の活性を維持し、汚染物質の浄化を行うことが可能であることがわかった。
なお、本評価では常に５℃に保持した冷蔵庫の中で評価を行ったことから、土壌中の水分が透過層を通過して発熱層に達した際に発熱を起こす状況がよくわかるようになっている。従って、図９に示すような、日中、気温が上昇する実際の環境下においては、さらに土壌中の水分が透過層を通過して発熱を起こすことから、季節や土壌中の部位による温度のバラツキを生じさせることなく微生物の活性を維持し、汚染物質の浄化を行うことが可能となる。
さらに、本評価においては疑似的に試作した土壌用シートを用いたが、発熱剤の量や各層の材質、厚みなどを調整することによって、土壌を所望する温度に保持することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の土壌用シートは、バイオレメディエーション法に代表されるような微生物を用いた汚染土壌の浄化に用いることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１    土壌用シート
１ａ  土壌用シート
１ｂ  土壌用シート
１ｃ  土壌用シート
１ｄ  土壌用シート
２    透過層
３    発熱層
４    防水層
５    耐熱層または／および耐アルカリ層
６    遮熱層
７    汚染土壌
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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