土壌地下水汚染対策の分類措置分類内容浄化原位置浄化原位置分解原位置抽出汚染土壌地下水に含まれる汚染物質を地下 ( 原位置 )で分解する技術汚染地下水または土壌中の

(1)

ヒ素汚染土壌の

バイオレメディエーション

東北大学大学院環境科学研究科

教授

井上

千弘

東北学院大学大学院工学研究科

教授

遠藤

銀朗

２０１１．１０．８２０１１．１０．８２０１１．１０．８２０１１．１０．８仙台国際センター仙台国際センター仙台国際センター仙台国際センター東北大学大学院環境科学研究科東北大学大学院環境科学研究科東北大学大学院環境科学研究科東北大学大学院環境科学研究科第４回第４回第４回第４回震災フォーラム震災フォーラム震災フォーラム震災フォーラム

(2)

封じ込め封じ込め封じ込め封じ込め原位置抽出原位置抽出原位置抽出原位置抽出原位置分解土壌を一度掘削してから、改めて汚染土壌を封じ込める技術掘削除去後封じ込め現場の土壌を移動させずに原位置で汚染土壌を封じ込める技術原位置封じ込め対象地から汚染土壌を掘削する技術対象地から汚染土壌を掘削する技術対象地から汚染土壌を掘削する技術対象地から汚染土壌を掘削する技術掘削除去掘削除去掘削除去掘削除去汚染地下水または土壌中の汚染物質を分汚染地下水または土壌中の汚染物質を分汚染地下水または土壌中の汚染物質を分汚染地下水または土壌中の汚染物質を分離し地上に取り除く技術離し地上に取り除く技術離し地上に取り除く技術離し地上に取り除く技術汚染土壌・地下水に含まれる汚染物質を地下（原位置）で分解する技術原位置浄化浄化浄化浄化浄化内内内内容容容容分分分分類類類類措置措置措置措置環境省：土壌・地下水汚染に係る調査・対策指針運用基準より作成

土壌・地下水汚染対策の分類

(3)

汚染物質ごとの特性と主な浄化方法

物理的な分離、化学的な分離安定な化合物への変換生物濃縮・揮発性なし・揮発性なし・揮発性なし・揮発性なし・分解性なし・分解性なし・分解性なし・分解性なし・濃縮性・濃縮性・濃縮性・濃縮性重金属等重金属等重金属等重金属等物理的な分離熱分解、化学分解、生物分解・揮発性・揮発性・揮発性・揮発性・分解性・分解性・分解性・分解性・水への低溶解度・水への低溶解度・水への低溶解度・水への低溶解度揮発性有機揮発性有機揮発性有機揮発性有機化合物化合物化合物化合物（（（（VOCs)

主な浄化手法

特

性

物

質

(4)

掘削除去法

汚染土壌を掘削後、専用の施設に汚染土壌を掘削後、専用の施設に汚染土壌を掘削後、専用の施設に汚染土壌を掘削後、専用の施設に輸送し、適正な処置をする輸送し、適正な処置をする輸送し、適正な処置をする輸送し、適正な処置をする汚染土壌の掘削汚染土壌の掘削汚染土壌の掘削汚染土壌の掘削 ↓ ↓ ↓ ↓ トラック輸送トラック輸送トラック輸送トラック輸送 ↓ ↓ ↓ ↓ 専用施設での適正処置専用施設での適正処置専用施設での適正処置専用施設での適正処置産業廃棄物最終処分場産業廃棄物最終処分場産業廃棄物最終処分場産業廃棄物最終処分場汚染土壌焼却処理施設汚染土壌焼却処理施設汚染土壌焼却処理施設汚染土壌焼却処理施設セメント工場などセメント工場などセメント工場などセメント工場など汚染物質の迅速汚染物質の迅速汚染物質の迅速汚染物質の迅速･･･確実な除去･確実な除去確実な除去確実な除去依頼者のニーズにマッチ依頼者のニーズにマッチ依頼者のニーズにマッチ依頼者のニーズにマッチ産業廃棄物最終処分場産業廃棄物最終処分場産業廃棄物最終処分場産業廃棄物最終処分場汚染土壌焼却処理施設汚染土壌焼却処理施設汚染土壌焼却処理施設汚染土壌焼却処理施設汚染土壌掘削除去の現場汚染土壌掘削除去の現場汚染土壌掘削除去の現場汚染土壌掘削除去の現場別の場所への汚染物質の移動別の場所への汚染物質の移動別の場所への汚染物質の移動別の場所への汚染物質の移動エネルギーの消費や二酸化炭素のエネルギーの消費や二酸化炭素のエネルギーの消費や二酸化炭素のエネルギーの消費や二酸化炭素の発生などの大きな環境負荷発生などの大きな環境負荷発生などの大きな環境負荷発生などの大きな環境負荷

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1. 物理化学的手法

長所長所長所長所短期間で処理可能短所短所短所短所処理費用が高い、消費エネルギー量が大きい、土壌機能の破壊、二次汚染、低濃度で広範囲の汚染に対応し難い

2. 生物学的手法

・微生物浄化法（バイオレメディエーション）・植物浄化法（ファイトレメディエーション）長所長所長所長所エネルギー消費が少ない、エネルギー消費が少ない、エネルギー消費が少ない、エネルギー消費が少ない、CO 2の排出が少ない、汚染物質の排出が少ない、汚染物質の排出が少ない、汚染物質の排出が少ない、汚染物質の適用範囲が広い、低濃度・広範囲の汚染に対応可能、太陽の適用範囲が広い、低濃度・広範囲の汚染に対応可能、太陽の適用範囲が広い、低濃度・広範囲の汚染に対応可能、太陽の適用範囲が広い、低濃度・広範囲の汚染に対応可能、太陽エネルギー利用、社会的受容性高いエネルギー利用、社会的受容性高いエネルギー利用、社会的受容性高いエネルギー利用、社会的受容性高い短所短所短所短所処理時間が長い、制御が難しい、植物の選定が必要である

土壌汚染浄技術の比較

(6)

ファイトレメディエーション

（

Phytoremediation

）

・植物の生理作用により土壌から汚染物質を除

去する方法（主として根から吸収させ、葉や

茎に蓄積させる）

・広義の意味では、植生浄化法も含む（栄養塩

や有機物の浄化）

“Phyton”+ “ remediation”＝phytoremediation

(7)

ファイトレメディエーションの分類

(8)

ファイトレメディエーションの対象

Cs、U、3H、Sr チェルノブイリ原発事故→ヒマワリの植生 Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Se、 As 重金属を対象として発見件数･･･45科約415種湾岸戦争後の重油中の重金属の回収有機塩素化合物、爆発物、多環芳香族化合物、農薬、殺虫剤など

TCE、PAHs、PCE、TNT

対象対象対象対象無機物質重金属等放射性物質その他有機物質 ClO₄、F、Na、NH 4 、 B

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ファイトエキストラクション

（

Phytoextraction

）

対象とする物質に対する高い耐性および蓄積性を有する植物を利用対象とする物質に対する高い耐性および蓄積性を有する植物を利用対象とする物質に対する高い耐性および蓄積性を有する植物を利用対象とする物質に対する高い耐性および蓄積性を有する植物を利用して、土壌に含有される重金属等を植物体内に吸収・蓄積する機能して、土壌に含有される重金属等を植物体内に吸収・蓄積する機能して、土壌に含有される重金属等を植物体内に吸収・蓄積する機能して、土壌に含有される重金属等を植物体内に吸収・蓄積する機能植物のタイプとしては indicator ：土壌中の金属濃度に比例して蓄積するタイプ excluder：金属を排除し吸収しないタイプ hyperaccumulator ：土壌中の濃度よりも高い濃度の金属を蓄積するタイプ重金属の除去効率は次式で表される重金属除去量（g/ｍ2）＝植物体中重金属濃度（g/㎏） ×植物体生産量（㎏/ｍ2）

(10)

ファイトレメディエーションに利用可能

な植物の要件

• 高蓄積性植物であること

土壌中の汚染濃度よりも植物体中の蓄積濃度が高い

• 汚染物質に対する耐性能が高い

• バイオマス量が多い

• 植物根の成長範囲が広く、密度が高い

重金属の除去効率は次式で表される重金属除去量（g/ｍ2）＝植物体中重金属濃度（g/㎏） ×植物体生産量（㎏/ｍ2）

(11)

カドミウム高蓄積植物

• アルプスグンバイナズナ（Thlaspi caerulescens ）ヨーロッパ（アルプス地方）で広く自生

植物乾燥重量あたり最大でカドミウム1,800mg/kg、亜鉛51,600mg/kg を蓄積

• ハクサンハタザオ（ Arabidopsis halleri ssp.gemmifera ）日本各地に広く分布

植物乾燥重量あたり最大でカドミウム2,000mg/kg蓄積 • ヨウシュヤマゴボウ 400mg/kg

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ハクサンハタザオ（ハクサンハタザオ（ハクサンハタザオ（

ハクサンハタザオ（ Arabidopsis halleri ssp.gemmifera ））））

アブラナ科シロイヌナズナ属の越年草

わが国に広く分布、山地の日当たりのよい場所に生育高さは10～30 cm になる

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鉛高蓄積植物

• ソバ(Fagopyrum esculentum Moench)

緑化用の品種、キレート剤を併用した場合、植物乾燥重量あたり最大で鉛22,000mg/kg を蓄積 • ヒマワリ（ Helianthus annsu）キレート剤を併用した場合、植物乾燥重量あたり最大で鉛1,000mg/kg を蓄積 • カラシナ（Brassica juncea）キレート剤を併用した場合、植物乾燥重量あたり最大で鉛2,800mg/kg を蓄積

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Amaranthus retroflexus （アオゲイトウ）

Dushenkov S, Mikheev A, Prokhnevsky A, Ruchko M, Sorochinsky B (1999) "Phytoremediation of Radiocesium-Contaminated Soil in the Vicinity of Chernobyl, Ukraine" Environ Sci Technol 33, 469-475

アマランサス（ヒユまたはケイトウ）類による放射性セシウムの除去アマランサス（ヒユまたはケイトウ）類による放射性セシウムの除去アマランサス（ヒユまたはケイトウ）類による放射性セシウムの除去アマランサス（ヒユまたはケイトウ）類による放射性セシウムの除去原発事故から10年後、チェルノブイリ周辺の土壌での検討（土質はポドソル、放射性セシウムは地表から5cm以内に蓄積）アマランサス類の移行係数（植物体Cs／土壌Cs）の値：1～2 他の植物より高い値を示し、ヒマワリの10倍アマランサス類の植物体中への放射性セシウム蓄積量は乾燥重量で1000 ∼ 3000 ベクレル/kg程度

(15)

ヒ素高蓄積植物

• モエジマシダ（ Pteris vittata ）亜熱帯で広く自生する多年草植物乾燥重量あたり最大でヒ素22,630mg/kg蓄積米国ではモエジマシダを利用した土壌浄化ビジネスが開始されているわが国でも実汚染土壌への適用が開始(茅ヶ崎市）

(16)

モエジマシダ

(Pteris vittata)

ヒ素を高濃度蓄積することが可能であり、ヒ素を高濃度蓄積することが可能であり、ヒ素を高濃度蓄積することが可能であり、ヒ素を高濃度蓄積することが可能であり、バイオマスも大きく除去能力が高いバイオマスも大きく除去能力が高いバイオマスも大きく除去能力が高いバイオマスも大きく除去能力が高い年間生産量 1m2 _あたり₁_～_{2 kg}_‐_DW 最大ヒ素濃度 22,630 mg/kg(乾燥重量）以上 1,500 mg/kg 模擬汚染土壌で6週間栽培 2001年にMaらにより、フロリダのヒ素汚染土壌より発見されNatureに報告、以降活発に研究

(17)

モエジマシダを用いたファイトレメディエーション

乾燥重量の2%～を蓄積する hyperaccumulater 90%以上のヒ素を羽片に蓄積・ヒ素化合物の取り込み・弱毒と高蓄積・ヒ素化合物の解毒・地上部の回収モエジマシダ（Pteris vittata）再資源化・バイオマス・Asの回収

(18)

津波被害の状況（仙台市）

排水機場仙台東部道路雨水幹線七北田川名取川塩釜亘理線仙台市水田面積仙台市水田面積仙台市水田面積仙台市水田面積 5,545ha うち津波被害面積うち津波被害面積うち津波被害面積うち津波被害面積 1,645ha 地震による用排水路の崩落、津波による排水機場の機能停止、海水の浸入による塩害さらに津波堆積物の影響の懸念

(19)

仙台市沿岸部水田の津波堆積物の状況（七郷地区）

津波堆積物：仙台市内のみで約130 万トン発生（がれき量100万トンに匹敵）水田作土の上に5cm程度堆積 Na塩の影響で堆積物が固化し、ひび割れが発生

(20)

ヒ素を含む海の泥が三陸沿岸に打ち上げられていることが、東北大の調査でわかった。環境基準を超える濃度を検出したのは、調査した東日本大震災の被災３県１２９地点のうち３６地点。土屋範芳・同大学院教授は「過去に流れ込んで海底にたまっていたヒ素が津波で巻き上げられたため」とみている。東北沿岸にはかつて鉱山が多く、製錬時にヒ素や重金属が出ていた。ヒ素は自然界にもあり、２００６～０８年の東北大調査でも宮城県沿岸の土壌から検出されていた。ヒ素が溶けた水を長期間飲むと皮膚が黒ずみ、手のひらや足の裏が硬くなる。肝臓や腎臓の機能が低下することもある。稲の生育にも影響を与える恐れがあるという。東北大は６～７月、岩手県久慈市から福島県相馬市までの海岸沿いや津波がさかのぼった川岸で、津波で海から運ばれてきたとみられる泥を採取・測定した。ヒ素の環境基準（水に溶け出すヒ素の量が１リットルあたり０．０１ミリグラム以下）を超えた地点があるのは岩手、宮城の両県。岩手県の大船渡港では基準の５倍超、野田村や宮城県の岩沼市と名取市で約４倍だった。土屋教授は「神経質になる必要はないが、４～５倍の地域では、がれき撤去時に吸い込まないよう、手袋やマスク、手洗いは必須」という。一方、最大の２５倍のヒ素を検出した宮城県気仙沼市の調査地点は、１９７６年まで金を採掘していた大谷鉱山の周辺。製錬時に出たヒ素を含む鉱滓（こうさい）の堆積（たいせき）場が今回の地震で崩れ、約４万立方メートルの鉱滓が流出した。田畑や川の下流へ流れ落ち、津波で海岸まで広がった。周辺では１２倍と１０倍の濃度を検出した地点もあり、すべて回収して堆積場に戻し、排水処理機能も完全復旧させるには約２年かかる見通しだ。土屋教授は「周辺の井戸水を飲んだり、地下水や川、沢の水を農業用には使わないように」と呼びかけている。今回の調査では、ほかに環境基準を超えたカドミウムを１カ所、鉛を１２カ所で検出した。基準約５倍の鉛を検出した岩手県宮古市以外は、基準より少し高い程度だった。（中山由美）

海底のヒ素、津波で岸に

東北大、岩手・宮城の３６地点

2011年9月3日朝日新聞朝刊の記事

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津波堆積物の“重金属汚染レベル”は

土壌溶出量基準の数倍程度

土壌から地下水への汚染物質の流出リスクを想定したもの津波堆積物の分析値の一例（仙台市内の試料）ヒ素溶出量： 23μg/L （土壌溶出量基準の2.3倍）ヒ素全含有量＊：10mg/kg （土壌含有量基準の1/15以下）＊蛍光X線分析による測定値 ☆農用地の基準は15mg/kg（1mol/Lの塩酸抽出、すべてのヒ素が溶けるわけではない） 6時間連続振とうろ液を分析遠心分離後、ろ過固液比１：10で混合土壌溶出量の測定方法土壌溶出量の測定方法土壌溶出量の測定方法土壌溶出量の測定方法

(22)

三井物産環境基金（H23－H25年度）津波による有害無機化合物汚染土壌の生物浄化技術の開発 JST研究シーズ探索プログラム（23年度）地震・津波流出土壌の生物浄化技術の開発

東北学院大学

遠藤銀朗教授との共同研究

植物を利用した津波堆積物からのヒ素の除去

農用地からの津波堆積物の撤去は困難汚染のレベルは高くないので、比較的時間をかけた浄化手法が適用可能モエジマシダを活用したファイトレメディエーション

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研究を進める上での問題点

モエジマシダがどの程度の耐塩モエジマシダがどの程度の耐塩モエジマシダがどの程度の耐塩モエジマシダがどの程度の耐塩性を有するかが不明性を有するかが不明性を有するかが不明性を有するかが不明・津波堆積物を用いた栽培試験・実験室での耐塩性試験の実施・来年度以降実際のフィールドでの栽培実験