第 25 回 国土技術開発賞 最優秀賞受賞

汚染地盤の加温式原位置高速バイオ浄化技術
CO2 排出量の少ない非掘削浄化技術「温促バイオ®」〔受賞者〕 株式会社竹中工務店／株式会社竹中土木〔本稿執筆者〕 株式会社竹中工務店
株式会社竹中土木

ふなかわ

まさふみ

し みず

舟川将史，清水菅沼優巳

すがぬま

まさ み

たかあき孝昭以下に，第 25 回 国土技術開発賞で最優秀賞を受賞した「汚染地盤の加温式原位置高速バイオ浄化技術」を紹介します。

1.

はじめに
図− 1 日本国内の潜在的ブラウンフィールドの試算

環境省の調査によると，日本国内には土壌汚染のために再開発が進まない土地「ブラウンフィールド」が 2.8 万 ha 存在すると推定されている（図1）。これらの土地は土壌汚染対策が実施され− 1）

れば，まちづくりの視点で有効な土地である場合が多い。

揮発性有機化合物（VOC）

帯水層

不透水層

土壌汚染対策法で規定されている特定有害物質のうち，第一種特定有害物質（揮発性有機化合

地下水の流れ図− 2

VOC による土壌汚染の特徴

物：VOC，以下，「VOC」という）は，その物性のために地中に浸透した場合，他の特定有害物質い。これらの要因のため，ブラウンフィールドのと比較して，汚染が深く，かつ広く拡散する特徴再生が進まず，低・未利用にとどまっている。

（図− 2）を持ち，土壌汚染の規模が大きくなる

日本は，2050 年にカーボンニュートラルを達傾向がある。このため，土壌汚染対策工事で最も成することを目指しており，その実現を通して多く採用される掘削除去・場外搬出（約 60%）で「経済と環境の好循環」を創り出すことを目指しは，膨大なコストが必要となり，再開発の事業採ている 2）。この社会の流れを受けて，不動産分野算性が見合わない場合がある。

においても低環境負荷，特に CO2 排出量の削減

一方，低コストの土壌対策工法として微生物にのニーズが高まっている。また，原位置浄化技術

より VOC を分解する「原位置浄化技術」（バイによりブラウンフィールドを再生することで経済オレメディエーション）があるが，長い期間を要活動の活性化を図ることが期待される。そのためするために再開発の工程に合致しない場合が多には，低コストで短工期，土地利用に制約が少な

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図− 3

本技術の概要く，CO2 排出量の削減を図れる汚染土壌浄化技術

そこで，VOC の微生物分解の温度依存性（15 ～が必要不可欠であることから，本技術「温促バイ45℃）を把握するため，生分解バッチ試験を実施

オⓇ」を開発・展開するに至った。

した 3）。図− 4 に VOC の微生物分解の温度依存性を示す結果を，図− 5 に 15℃と 25℃の場合に

2.

技術概要

おける VOC の分解試験の結果を示す。生分解バッチ試験の結果，25 ～ 30℃では国内の一般的な本技術は，現在主流となっている大規模な汚染地盤温度に近い 15℃に比べて 3 ～ 8 倍の分解速

土壌の掘削や搬送を伴わず，地盤中に生息する度向上が確認された。一方，40℃以上ではいずれVOC を分解する微生物の力を最大限に活用したの VOC も分解しないことを確認した。

低コストで地球にやさしい原位置浄化技術であまた，VOC の土壌への吸着に関する指標であるる。図− 3 に本技術を用いた場合の土壌汚染浄化

吸着平衡定数の温度依存特性（15 ～ 40℃）を把の概要を示す。

握するため，室内吸着平衡試験を実施した 4）。図本技術の特徴を次に示す。
・温水を注入して地盤を VOC の微生物分解に最適な 25 ～ 30℃に加温すること− 6 に VOC の土壌への吸着の温度依存性の結果を示す。室内吸着平衡試験の結果，25 ～ 30℃に加温すると土壌吸着量が 5 ～ 20% 低減し，土壌・浄化剤と併せて蛍光トレーサーを注入剤に混合から地下水中への VOC 溶出促進効果を確認した。

することで，注入状況を可視化し，不均質な地これらの結果より，VOC の土壌からの脱離を盤内でも均一に地盤中の温度と浄化剤の濃度を促進させながら微生物分解が最も効果的に生じる制御すること温度帯が 25 ～ 30℃であることを見出した。図− 7⑴加温による VOC 浄化促進メカニズムの把握
本技術の開発を始めた時点において，地盤を30℃程度に加温して VOC の微生物分解を促進させる浄化技術の実用例はなく，VOC の微生物分解の加温促進効果や土壌からの VOC 溶出促進効
果の温度依存性は不明であった。そのため，土壌から VOC の溶出が促進され，効果的に微生物分解が起こる最適な温度域を把握する必要があった。

図− 4

VOC の微生物分解の温度依存性

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（日）図− 5（日）VOC の分解期間

PCE

Koc（L-water/kg-C）

TCE
cisDCEy = -2.6x + 227.5

VC

y = -1.2389x + 102.94
y = -0.3024x + 57.255
y = -0.7456x + 45.652

温度（℃）

図− 6

VOC の土壌への吸着の温度依存性

浄化剤添加量を変化させた場合，従来の注入制御システムでは地盤内を微生物分解に適した条件に制御することが困難であった。このため，浄化不良箇所が存在した場合，浄化終了時の判定試験の結果を待って，改めて浄化剤を追加注入する必要があった。
そこで，浄化対象範囲の地下水温および浄化剤濃度を微生物分解に適した目標範囲内に適正に制御できる「浄化剤の見える化」と，新しい「注入制御システム」を開発した。図− 8 に蛍光トレーサーを用いた注入制御システムの概要を示す。

図− 7

浄化促進メカニズムに，加温による VOC の浄化促進メカニズムの概念を示す。
⑵

蛍光トレーサーを用いた浄化剤の拡散状況の可視化と注入制御システムの開発
従来の薬剤注入技術では，地盤の不均質性が原

図− 8

注入制御システムの概要因で，浄化剤を浄化対象範囲に均一に拡散させることは困難であった。また，浄化剤の濃度を把握

浄化剤の見える化は，地盤内で浄化剤と同様なするには，分析機関による機器分析を行う必要が挙動を示す蛍光トレーサーを指標物質として選定あり，現地でリアルタイムに把握することが困難し，それを現地でリアルタイムに計測できる蛍光であった。

センサーシステムにより実現した。

さらに，注入した浄化剤は地盤内に拡散するの

また，各計測結果から地下水・熱・物質連成解に時間を要するため，地下水循環流量，加熱量，析と類似地盤での実績に基づいた制御関数を用い

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て，浄化剤の注入用の各種ポンプおよび地下水揚水用の水中ポンプの回転数，加温量，浄化剤添加量を制御するロジックをシステムに組み込むことで，新しい「注入制御システム」を実現した。
⑶

適用範囲
対象となる汚染物質は VOC であり，対象地盤は，汚染物質が広く拡散する砂質土層（帯水層）

図− 9である。

3.

土壌汚染サイト適用事例

国内の VOC 汚染サイトの浄化に本技術を適用した 5）。図− 9 に対象サイトの概要と実施状況を示す。VOC の汚染範囲は 158 m2 であり，汚染は深さ 10.5 ～ 15 m の砂層に存在していた。ここに月/日

注入井戸，揚水井戸，および観測井戸を設置し，

図− 10

注入剤濃度とトレーサー濃度の比較

加温した浄化剤の注入と地下水の揚水を行って地盤内を加温し，浄化の進捗をモニタリングした。
⑴

蛍光トレーサーを用いた注入制御システムの効果

図− 10 に浄化剤の見える化の効果を確認するため，現地で測定した蛍光トレーサーの濃度と機器分析で測定した浄化剤濃度の経時変化の結果を示す。また，図− 11 に浄化対象範囲の浄化剤濃度・蛍光トレーサー濃度・地盤温度の分布図を示す。

図− 11

地盤温度と浄化剤の分布

蛍光トレーサーを浄化剤の代替指標とした浄化剤の見える化により，地盤内での浄化剤の挙動をリアルタイムで把握し，対象範囲全域について適正な浄化剤濃度を維持した。
一方，地盤温度について，図− 12 に地盤温度

月/日

図− 12

地盤の加温制御の結果
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図− 13

適用サイトの浄化結果の経時変化を示す。対象範囲全域で，VOC の微生物分解に適した 29℃3℃および 26℃3℃を低減し，基準に適合していることを確認し（図−13 右上），工事を完了した。

安定的に維持した。

4.
⑵

類似技術との比較

VOC の浄化効果
図− 13 に浄化結果を示す。浄化開始前は，対類似の土壌対策技術と比較した本技術の優位性

象範囲全域に VOC の地下水汚染が確認されていについて，実サイトでのデータを踏まえ，土壌汚たが（図− 13 左），浄化開始 12 カ月で地下水の染モデルサイト〔対策土量：12,000 m3（40 m ×

VOC 濃度が目標値（環境基準）以下まで低減し，30 m × 10 m，深さ：5 ～ 15 m）〕にて対策期間・その後 6 カ月にわたり地下水中の VOC 濃度の再対策コスト・CO2 排出量等を比較した結果を表−上昇がないことを確認した（図− 13 右下）。ま1 に示す。温促バイオの優位性は次の 3 点である。

た，浄化開始前と浄化開始 20 カ月後の土壌中の・浄化費用を掘削除去の 50% 以下，従来の原位VOC 濃度を確認した結果，浄化開始後に濃度が表− 1

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置浄化技術と比較して 80% 程度に削減

従来の技術との比較

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・浄化期間を従来の原位置浄化技術の 50% 以下に短縮
・CO2 排出量を掘削除去の 50% 以下，従来の原と，浄化費用・期間・CO2 排出量において優位性がある本技術を開発した。
欧米では，ブラウンフィールドの再生をまちの位置浄化技術と比較して 80% 程度に削減

さまざまな課題を解決し活性化につなげる再開発

また，デジタルセンサーや制御装置により遠隔と位置付けた取り組みにより，地域経済の好循環管理が可能であるため，浄化期間中の省人化を図を生み出しているケースが多く見られる。国内でることができる。さらに，地上部の建物を有効活も同様の手法で，ブラウンフィールドを活気ある用しながら浄化することが可能である。

まちへの再生につなげる効果が期待される。本技
術も，土地活用を進めながら浄化を進めるという5.

展開可能性について利点を生かすことで柔軟な開発スケジュールの策定が可能となり，「まちづくり」に資するブラウ

海外においても土壌汚染，特に VOC の土壌汚ンフィールドの再生に貢献していきたい。

染は社会問題となっており，さまざまな浄化技術の開発や展開が進んでいる。しかし，本技術のコ謝辞

ア技術である地盤を温めて地盤中の微生物による本技術の開発は，国立研究開発法人新エネル

VOC の分解を促進する，蛍光トレーサーを用いギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の戦略的た浄化剤の注入を制御する，という技術に類似す

省エネルギー技術革新プログラムの助成を受け，る技術は少なく，現地の環境コンサルタント等と横浜国立大学，岡山大学と共同研究の上実施した技術連携することで，海外展開も可能であると考ものです。

える。
本技術は，地下水を揚水井戸で揚水し，注入井戸から注入して循環させながら浄化を進めるものである。浄化完了後に地下水循環型の地中熱の建物利用システムに転用し，地上部の建物の空調熱源に利用でき，土壌汚染の対策後も有効活用が可能である。地中熱利用に供することで建物運用時の省エネ（省 CO2）にも貢献することができる。

6.

おわりに地盤に温水を注入することで加温すること，また，不均質な地盤内での浄化剤の拡散状況を蛍光【参考文献】1）‌ 環境省 土壌汚染をめぐるブラウンフィールド対策
手法検討調査検討会：土壌汚染をめぐるブラウンフィールド問題の実態等について

中 間 と り ま と め，

pp.15，2007
2）‌ 内閣官房：2050 年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略，2021
3）‌ Y. Yamazaki et al.：Temperature dependence ofsequential chlorinated ethenes dechlorination andthe dynamics of dechlorinating microorganisms,Chemosphere, Vol.287, 131989, 2022
4）‌ 久保ら：土壌中揮発性有機塩素化合物の加温による吸着平衡および溶出促進効果の検討，第 23 回 地下
水・ 土 壌 汚 染 と そ の 防 止 対 策 に 関 す る 研 究 集 会，
pp.765-766，2017

トレーサーで可視化して，地盤内の VOC を分解

5）‌ 山崎ら：加温原位置バイオレメディエーションによする微生物に最適な温度と栄養源を届ける制御シるクロロエチレン類汚染地下水浄化，土木学会論文集

ステムにより，従来の土壌対策技術と比較する

G（環境），Vol.78，No.2，pp.49-60，2022

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