浄化技術|地圏環境リスク研究グループ

浄化技術

　2000年社団法人土壌環境センターが取りまとめた「我が国における土壌汚染対策費用の推定」によりますと、土壌汚染調査の実施が望まれる全産業事業所数は約93万箇所、調査費用約2兆円、汚染浄化費用約11兆円が必要と推定されております。

　また、近年環境省水・大気環境局が毎年統計・公表した「土壌汚染対策法の施行状況及び土壌汚染調査・対策事例等に関する調査結果」によりますと、調査事例の約半数は基準不適合、すなわち汚染、となっております。そのうち、重金属類による汚染は6割以上、揮発性有機化合物（VOCs）による汚染は3割程度、複合汚染も含めますと、殆どの汚染は重金属類、またはVOCsによる汚染となっております。同調査結果によりますと、対策方法は主として、掘削除去法が最もよく利用されているのが現状となっております。

　掘削除去法は、比較的短期間でその場にある汚染土を取除くことができるものの、掘削した汚染土の最終処理問題（残余埋立容量の逼迫）や不法投棄と運搬途中の不慮事故による飛散、不適切な処理による汚染拡大の恐れおよび大量土壌の掘削・運搬に伴う二酸化炭素排出など、多くの問題が指摘されており、また必要とされるコストも高いです。このため、低環境負荷・低コスト浄化技術の開発が極めて重要であり、我々はこのような社会ニーズに応えるために、種々の浄化技術の開発に挑んでおります。以下、いくつかの浄化技術の概略をご紹介しますが、各々の技術につきましては知的財産権に絡む場合もあるため、ご興味のある方はグループのお問合せ先にご連絡お願いいたします。

動電学的浄化技術

　動電学的浄化手法は、地盤に直流電圧を付加することによって、水の電気分解による土壌の酸性化と汚染物質の溶出促進、そして電気泳動及び電気浸透流による汚染物質の移動により、汚染物質の浄化が可能となる方法です。直流電源を利用するため、太陽光や風力などの自然エネルギーを利用しやすく、また難透水地盤にも適用できることがメリットとして挙げられます。

　動電学手法を用いた室内実験に関しては、多くの文献が発表されているものの、原位置での浄化技術として、特に日本においては、まだ実用化されていないのが現状となっております。これは、日本の土壌と欧州の土壌の違いなどにより、汚染物質と土壌との相互作用が異なるためです。

　我々は独自に開発した室内動電学的浄化試験システム（図1）を利用し、浄化設計に必要なパラメータを取得しております。特に、土壌の化学組成、鉱物組成および汚染物質の存在形態を考慮した浄化設計の知見を取得しております。また、太陽電池を用いた原位置でのパイロットテスト（図2）にも成功を収めております。


a) 浄化試験用土槽	b) 自動記録・制御システム

図1　動電学的浄化試験システム

図2　原位置浄化試験の風景と結果の例

微生物を利活用した浄化技術

　微生物を利活用した浄化技術、すなわちバイオレメディエーション技術は、環境に優しく、またコスト的にも安価なため、近年注目されております。微生物による汚染物質の分解と集積などに関する研究は広く行われており、対象汚染物質はVOCs、重金属類、農薬など多岐多種にわたっていますが、実際の地下水・土壌汚染対策として実用化されているのは、VOCsと油類が殆どとなっております。

　我々はバイオレメディエーション技術の実用化、特に難透水性汚染地盤への適用に向けて、関連企業と連携し、共同研究によって研究開発を進めてきております。

　数年にわたる研究開発によって、嫌気的微生物によるテトラクロロエチレン (PCE)やトリクロロエチレン（TCE）などのクロロエチレン類の還元分解に必要な微生物群（コンソーシアム）の確立や、分解の最適条件および適用限界などの設計条件の取得ができております。また、好気的微生物を利用し、酸化条件におけるベンゼンとcis-DCEなどとの複合汚染の分解実験にも成功を収めております。表1にPCEの還元分解に寄与する主要微生物および分解経路を示します。また、図1にPCEの脱塩素分解およびcis-DCE酸化分解の実験結果例を示します。

表1　クロロエチレンの脱塩素分解に係る微生物の種類と分解経路

図1　PCEの脱塩素分解（左）およびcis-DCEの酸化分解（右）の実験結果例

論文：

吉川美穂・竹内美緒・張　銘・駒井　武 2012: Dehalococcoides属細菌によるクロロエチレン類の分解適正条件の検討, Proc. Symp. Geo-Environ. Geo-Tech., 22, 11-16.

吉川美穂・竹内美緒・張　銘・駒井　武 2013: 微生物によるcis-DCEの酸化分解条件の検討, 地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会講演集, 19, 561-565.

天然鉱物を利用した浄化技術

　天然鉱物は試薬と比べた場合、環境に優しく、またコスト的にも安いとの利点があります。我々はこの利点、あるいは優位性に注目し、天然鉱物を利活用した有機化合物の分解に関する研究を進めてきております。例えば、黄鉄鉱や黄銅鉱鉱物をTCEの分解に適用した場合、その分解速度は鉄粉よりも速く、効率がよいことが判明しております（図1）。

図1　天然鉱物によるTCE分解試験の結果例

　揮発性有機塩素系化合物のほか、クロロベンゼン類や残留農薬（例えばドリン類）の分解にも適用可能であることが実証できております。現在、この技術の実用化と普及に向けて、さらなる研究開発を重ねております。

論文：

Hara J. (2012) Chemical degradation of chlorinated organic pollutants for In Situ Remediation and Evaluation of Natural Attenuation, Organic Pollutants, InTech Press, pp.345-364.

Hara J. (2011) The effect of oxygen on chemical dechlorination of dieldrin using iron sulphides，Chemosphere，82，pp.1308-1313.

吸着材を用いたヒ素汚染水浄化技術

　東南アジアや南アジア及び南アフリカなどの一部の地域では、ヒ素によって汚染された地下水を井戸から飲料水として直接的に摂取しているため、健康被害をもたらす可能性があります。また、日本でも、自然由来によるヒ素汚染があり、トンネル工事などで発生する大量掘削ズリの処理も時には大きな問題として直面されております。

　我々は、発展途上国、或いは大規模な対策工事でも実用可能な安価な吸着材の開発を目的とし、民間共同研究などを介して、吸着材によるヒ素汚染水の浄化技術、ならびに不溶化、または長期的安定性評価に関する研究開発を進めております。図1に開発した吸着材による模擬ヒ素汚染水中のヒ素の除去結果を示します。吸着材を微量ずつ添加することに伴って、模擬汚染水中のヒ素濃度が急激に低下していくことが分かります。また、三価のヒ素よりも、五価のヒ素が吸着されやすいことも伺えます。現在、複数種類の吸着材による比較実験を体系的に実施しており、技術の実用化を目指して鋭意研究開発に取組んでいます。


a) 初期模擬汚染濃度1㎎/L	b) 初期模擬汚染濃度10mg/L

図1 吸着材によるヒ素汚染水浄化の試験結果例

　上記技術のほか、我々は自然由来土壌における重金属類の溶出特性や存在形態の評価、自然由来汚染の判別方法、ならびにリスク評価に基づく浄化技術の選定や浄化効率の評価などに関する研究開発を戦略的に進めております。