博士（工学） 佐藤昌宏 学位論文題名
都市ごみ埋立地における多環芳香族炭化水素の挙動と長期 的放出予測に関する研究
学位論文内容の要旨
我 々 の 社 会 か ら 排 出 さ れ る 廃 棄 物 は ， 最 終 的 に は 都 市 ご み 埋 立 地 に お い て 処 分 さ れ る ． 極 め て 多 様 を 物 質 が 利 用 さ れ て い る 現 代 社 会 に お い て は ， 廃 棄 物 中 に 有 害 物 質 （ 重 金 属 ， 有 機 化 学 物 質 ） が 含 ま れ る こ と は 不 可 避 で あ り ， そ れ ら 有 害 物 質 に 起 因 す る 環 境 影 響 を 最 小 化 す る こ と が 埋 立 地 管 理 に お ぃ て 重 要 を 課 題 と を っ て い る ． 特 に 。 残 留 性 を 有 す る 難 分 解 性 の 有 機 化 学 物 質 に つ い て は ， 埋 立 地 の 管 理 期 間 を 越 え た 時 間 ス ケ ー ル で の 動 態 を も 考 慮 す る 必 要 が あ る ． こ れ5ま ， 我 が 国 の 埋 立 地 の 廃 止 基 準 で は ， 廃 棄 物 の 安 定 化 を 浸 出 水 中 の 汚 濁 物 質 濃 度 や 埋 立 ガ ス 発 生 量 か ら 判 断 す る が ， 廃 止 以 降 も 廃 棄 物 の 安 定 化 は 長 期 に 渡 っ て 継 続 し ， そ れ に 伴 う 層 内 環 境 の 変 化 等 が 有 機 化 学 物 質 の 動 態 に 影 響 を 与 え る 可 能 性 が あ る か ら で あ る ． 廃 止 後 は ， 浸 出 水 処 理 は 停 止 し ， 埋 立 地 の 容 器 構 造 も 保 障 さ れ を い た め ， 有 害 物 質 の 放 出 可 能 性 に 関 し て は 十 分 に 検 討 し て お く 必 要 が あ る ．
本 研 究 で は ， 有 害 化 学 物 質 と し て ， 多 環 芳 香 族 炭 化 水 素(PAHs)に 着 目 し た.PAHsは ダ イ オ キ シ ン 類 等 と 同 様 に 燃 焼 過 程 （ 不 完 全 燃 焼 ） で 非 意 図 的 に 生 成 す る 有 機 化 学 物 質 で あ り ，Benzo[a]pyreneに 代 表 さ れ る 発 ガ ン 性 の ほ か ， 変 異 原 性 ， 生 殖 毒 性 が 疑 わ れ て い る も の が 複 数 存 在 し ， 特 性 と し て も 疎 水 性 を 有 す る と 共 に 分 子 量 が 大 き い も の ほ ど 難 分 解 性 で あ る と 報 告 さ れ る ． 加 え て ， 我 が 国 で は 焼 却 残 渣 の 埋 立 処 分 量 が 圧 倒 的 に 多 く ． 埋 立 地 に 多 く のPAHsが も た ら さ れ て い る と 考 え た か ら で あ る ．
埋 立 地 に お け るPAHsの 動 態 を 明 ら か に す る た め に は ， ま ず ，1） 存 在 量 を 把 握 し ， 次 い で 挙 動 を 把 握 す る た め に ，2） 固 液 気 相 間 の 分 配 ，3） 分解 ，4） 水 分や ガ ス に よ る輸 送 に 関 す る知 見 が 必 要 と を る ． そ こ で 本 研 究 で は ， は じ め に ， 埋 立 地 へ も た ら さ れ るPAHsの 種 類 と 量 を 把 握 す る た め に 焼 却 灰 中 のPAHs含 有 量 を 明 ら か に し ， 次 に ，PAHsの 有 機 炭 素 へ の 親 和 性 を 考 慮 し て ， 廃 棄 物 固 相 の 有 機 炭 素 へ のPAHs分 配 特 性 ， 廃 棄 物 固 相 か ら 溶 出 す る 溶 存 有 機 炭 素 へ の 分 配 特 性 に つ い て 検 討 し た ． さ ら に ， 生 物 分 解 性 と し て 焼 却 灰 溶 出 液 を 用 い た PAHs分 解 実 験 を 行 い 分 解 速 度 式 を 決 定 し た ． 最 後 に ， 埋 立 層 内 で の 有 機 物 分 解 ， 水 分 ／ ガ ス 移 動 を 表 現 で き る 埋 立 地 シ ミ ュ レ ー タ ー にPAHsの 挙 動 ・ 分 解 モ デ ル を 組 み 込 み 。 埋 立 地 か ら のPAHs放 出 の 長 期 予 測 を 試 み た ，
本 論 文 は6章 で 構 成 さ れ ， 以 下 に 概 要 を 示 す ，
第1章 で は ， 本 研 究 の 背 景 と し て ， 埋 立 地 に お け る 長 期 的 を 安 全 ・ 安 心 に 関 わ る 課 題 を 述
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べ る と と も にPAHsに 関 す る 既 往 の 研 究 を 整 理 し ， 本 研 究 の 目 的 と 構 成 を 述 べ た ． 第2章 で は ， 焼 却 灰 由 来 で 埋 立 地 に も た ら さ れ るPAHを 明 ら か に す る た め に ， 焼 却 灰 中 のPAHs含 有 量 の 把 握 を 試 み た ， 始 め に ， 焼 却 灰 か ら のPAHsの 効 果 的 を 抽 出 方 法 が 不 明 で あ っ た こ と か ら ，3つ の 溶 媒 ，Acetone/Hexane(A/H)，Dichloromethane(DCM)， Toluene/Methanol(Tf M)に よ る 添 加 回 収 実 験 を 行 い ， 回 収 率 に つ い て 検 討 し た ． そ の 結 果 ，naphthaleneやacenaphtheneの よ う な 比 較 的 低 分 子 のPAHsで は ，A/H抽 出 に よ る 分 析 法 が 最 も 良 好 な 回 収 率 を 示 し ，phenanthrene〜pyrene， お よ びchrysene以 降 の 高 分 子PAHs で は ，T/M抽 出 に よ る 分 析 法 が 良 好 を 回 収 率 と を っ た ， こ の 結 果 を 元 に ，T/M抽 出 に よ る 分 析 を 採 用 し て10施 設 の 都 市 ご み 焼 却 灰 を 対 象 に18種 類 のPAHs全 含 有 量 を 決 定 し た.PAHsの 含 有 量 は ， 灰 の 種 類 に よ っ て 差 が 大 き く ，100倍 程 度 の 差 が 確 認 さ れ た ． 一 方 ， 個 別 のPAHに つ い て は ， 灰 種 に よ っ て 含 有 量 の 大 小 は あ る も の の 含 有PAHの 種 類 に は 類 似 の パ タ ー ン が 認 め ら れ ，naphthalene，phenanthrene，fluorantheneが 焼 却 灰 中 の 主 要 なPAH で あ っ た ．
第3章 で は ， 焼 却 灰 中 に 多 く 含 ま れ て い た3種 類 のPAHsを 対 象 物 質 と し て ，PAHsの 分 配 特 性 の 把 握 を 試 み た ， 埋 立 層 内 でPAHsは ， 固 相 収 着 態 ， 溶 存 態 ， 溶 存 有 機 炭 素(DOC)収 着 態 の3つ の 形 態 で 存 在 す る と 考 え ら れ ， こ の3種 間 で の 分 配 係 数 を 明 ら か に す る 必 要 が あ っ た ， 本 研 究 で は ， 固 相 マ イ ク ロ 抽 出 法(SPME)を 採 用 す る こ と で ， そ れ ぞ れ の 形 態 の PAHを 同 時 に 決 定 す る 方 法 を 提 案 し ，DOCへ の 分 配 係 数(KDOC)， 固 相 有 機 炭 素 へ の 分 配 係 数(Koc)を 対 象 と し た3種 のPAHsに つ い て 決 定 し た ，
第4章 で は ， 焼 却 灰 埋 立 層 内 で のPAHsの 微 生 物 に よ る 分 解 を 把 握 す る た め に ， 嫌 気 性 条 件 下 で の 分 解 実 験 を 行 っ た ． 焼 却 灰 は 高 ア ル カ り で あ り ，pHが 低 下 す る ま で は 生 分 解 が 起 こ ら ず ， 降 雨 等 に よ る ア ル カ リ 成 分 の 洗 い 出 し の み で はpHの 低 下 は 見 込 め を い こ と を 確 認 し た ． そ こ で 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 に よ る 中 和 を 想 定 し ， 焼 却 灰 溶 出 液 を 炭 酸 中 和 し ， そ の 溶 液 中 で のPAHs分 解 を 追 跡 し た ． 結 果 ， 焼 却 灰 層 内 で のPAHsの 分 解 速 度 は 濃 度 に1次 比 例 し ． 分 解 速 度 定 数 を 決 定 し た ．
第5章 で は ， 埋 立 層 内 で 生 じ る 諸 現 象 （ 有 機 物 分 解 ， 水 分 移 動 等 ） を 計 算 可 能 橡 埋 立 地 シ ミ ュ レ ー タ を 用 い て ， 埋 立 地 か ら のPAHs(acenaphthene，phenanthrene，fluoranthene)放 出 の 長 期 的 を 予 測 を 行 っ た ， ま ず ，DOCへ のPAHs分 配 を 考 慮 す る た め ，DOC溶 出 モ デ ル を 組 み 込 み ， さ ら に3章 ，4章 の 検 討 か ら 得 ら れ たPAHs分 配 ・ 分 解 モ デ ル を 組 み 込 ん だ ， 焼 却 灰 埋 立 層 を 対 象 と し 計 算 し た 結 果 ， 約50年 経 過 す る と 層 内 のpHは 生 分 解 が 起 こ り 得 る ま で 低 下 し た.50年 以 前 で は ， 固 相 へ の 収 着 が 支 配 的 で あ り ， 埋 立 地 か ら の 放 出 さ れ た 量 は 初 期 量 に 対 し て10%未 満 で あ っ た.50年 以 降 は 分 解 が 支 配 的 と を っ て90%以 上 が 分 解 し た ， 初 期 存 在 量 の99%が 分 解 ま た は 放 出 さ れ ， 層 内 か ら 消 失 す る に5ま ，62年 か ら115年 が 必 要 で あ る と 予 測 で き た ．
第6章 は ， 結 諭 で あ り ， 論 文 の 主 を 内 容 を ま と め た ．
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学位論文審査の要旨 主査 副査
副査
教授 教授 准教授
松藤 五十嵐 東條
学 位 論 文 題 名
敏彦 敏文 安匡
都市ごみ埋立地における多環芳香族炭化水素の挙動と長期 的放出予測に関する研究
本 研 究は ， 埋 立 地 に もた ら さ れ る 有害 化 学 物 質 とし て 多 環 芳 香族 炭 化 水 素(PAHs)に着 目し， その 長 期 的 を 挙 動を 検 討 し た もの で あ る ． はじ め に ， 埋 立 廃棄 物 中 に 合 まれ るPAHsの種類 と量を 把握す る た め に 多 数 の 焼 却 灰 中 のPAHs含 有 量 と 種 類 を 把 握 し ， 次 に 埋 立 層 内 で のPAHsの 長期 的 を 消 長 を 支 配 す る 有機 炭 素 へ の 分配 特 性 ， さ らに は 嫌 気 性 条 件下 で の 微 生 物に よ る 分解特 性を実 験的 に明 ら か に し て いる ． 最 後 に それ ら の 知 見 をも と に ， 既 仔 の埋 立 地 シ ミ ュレ ー タ ーにPAHsの挙動 ・分解 モ デ ル を 組 み 込 み ，100年 程 度 の 時 間 ス ケ ー ル で のPAHsの 消長 と そ の 環 境へ 放 出 が 生 態系 に 与 え る 影響に つい て評価 してい る．
本 論文 は6章 で構 成され ている ．
第1章は ， 序 論 で あり ， 廃 棄 物 埋 立地 の 安 全 ・ 安心 に 関わ る課題 ，PAHsに 関する 既往の 研究っ そし て 研究の 目的 と論文 構成が 示され ている ，
第2章 で は ， 埋 立 地 に も た ら さ れ て い るPAHsを 明 ら か に する た め に ． 焼却 灰 を 対 象 とし たPAHs の 含 有 量 把 握が 行 わ れ て いる ， まず ，3種の溶 媒，Acetone凪ex伽e（Am） ，Dichloromem卸e（DCM） ， ToluenリMemanol（1ソM） に よ る添 加 回 収 実 験 を行 い 回 収 率 につ い て 検 討 した 結 果 、 低 分子 のPAHs で はA/H抽 出 が 最 も 良 好 で あ る 一 方 ， 高 分 子PAHsで は ，T／M抽 出 に よる 分 析 が 良 好 な回 収 率 と な る こ と を 兇 出し て い る ． この 成 果 に 基 づき ，1ソM抽出 に よ っ てlO施 設 の 都 市ご み焼却 灰を対 象に18 種 類 のn丶Hsの 含 有 量 を 決 定 し て お り ，R亀Hsの 含 有 量 が 灰 の種 類 に よ っ て100倍 程 度の 差 が 存 在 す る こ と ， 個 別 のPAHに つ い て は 灰 種 に よ っ て 含 有量 の 大 小 は あ るも の のR｀Hの 種 類 に は 類似 の パ ターン が認 められ ，naphthalene，phenanthrene， 月uorantheneが焼却灰中の主要をn｀Hであることを 明 らかに して いる，
第3章 で は ， 焼 却 灰 中 に 多 く 含 ま れ て い た3種 類 のR｀Hsを 対 象 にPAHsの 分 配 特 性 の 把 握 が 試 み ら れ て い る． 埋 立 層 内 でB｀Hsの 存在 形 態 を ， 固相 収 着 態 ， 溶存 態 ， 溶 存 有機炭 素収着 態の3っと し ， こ の3種間 で の 分 配 を， 固 相 マ イ クロ 抽 出 法 （SPME） の 採用 と ， 蒸 留 水系 ，抽出DOC系，固 相共 存 系 の3系 で のn｀Hs添 加 量 とSPMEの く ℃ −FIDの ピ ー ク 面 積 の 関 係 か ら ， 各 形態 のI）AHを 同 時 に 決 定 す る 独自 の 手 法 を 用い て 明ら かに してい る．本 手法に より ，DOCへの分 配係数 （JらDc）， 固相 有 機炭素 への 分配係 数（協 。）が3種 のPAHsに ついて 決定さ れて いる．
第4章 で は ， 焼 却 灰 埋 立 層 内 で のPAHsの 微 生 物 に よ る 分 解を 把 握 す る ため に ， 嫌 気 性条 件 下 で の 分 解 実 験 を行 っ て い る ．ま ず ， 焼 却 灰は 高 ア ル カ り でpHが 低 下す る ま で は生 分解 が起こ らず， 降
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雨 等 に よ る ア ル カ リ成 分 の 洗 い 出し の み で はpHの 低 下 は 見込 め を い こ と を確 認 し て い る． そ こ で 大 気 中 の 二 酸 化炭 素 に よ る 中和 を 想 定 し ，焼 却 灰 溶 出 液を 炭 酸 中和 し，そ の溶 液中で のPAHs分 解を 追 跡 し た 結 果 、 焼 却 灰 層 内 で のPAHsの 分 解速 度 が 濃 度 に1次 比 例 す るこ と を 確 認 し， 分 解 速 度 定 数 を決 定して いる．
第5章 では ， 埋 立 層 内で 生 じ る 有 機物 分 解 や水分 移動等 を計算 する埋 立地 シミュ レータ を用い て，
埋 立 地 か ら のPAHs放 出 の 長 期 予 測 が 行 わ れ て い る.DOCへ のPAHs分 配 を 考 慮 す る た め にDOC 溶 出 モ デ ル を 組 み 込み ， さ ら に3章 ，4章 の 検討 か ら 得 ら れたPAHs分配 ・ 分 解 モ デル を 組 み 込 んだ シ ミ ュ レ ー タ に て ，焼 却 灰 埋 立 層を 対 象 と し た 計算 を 実 施 し ，約50年 経 過す る と 層 内 のpHが 生 分 解 が 起 こ り 得 るま で 低下 するこ と，50年 以前 では， 固相へ の収着 が支配 的で あり， 埋立地 から放 出さ れ るPAHsは 初 期 存 在 量 に 対 し て10010未 満 で あ る こ と ，50年 以 降 は 分 解が 支 配 的 と をっ て90%以 上 が 分 解 す る こ と 等 を 示 し て い る ． 廃 棄 物 の 分 解が 激 し い 時 期に は ，DOCの 濃 度 上 昇 によ りPAHs の 浸 出 水 中 濃 度も 上 昇 す る が， 諸 外 国 で 設定 さ れ て い る生 態 影 響に 関する 基準 値を上 回るこ とは無 い こ と を 示 し ．最 終 的 に 埋 立地 か ら 放 出 するPAHsに よ る 環 境 影 響は大 きくを いと結 論付け てい る．
第6章は， 結論で あり， 論文の 主な 内容が まとめ られて いる ，
こ れ を 要す る に 、 著者は 多環芳 香族炭 化水 素の埋 立地内 におけ る長期 的消 長を， 埋立地 へもた らさ れ る量 ，内部 での分 配・分 解特 性，さ らに長 期予測 モデル から 明らか にし， 放出経路，最大濃度等から り ス ク が 大 き くを い こと を示し ている ，これ らの成 果は ，廃棄 物処分 場の長 期的 を安全 安心を 保証す る 重 要 を 学 術 的知 見 を提 供して いると 言える ，以上 より ，著者 は北海 道大学 博士 （工学 ）の学 位を授 与 され る資格 あるも のと認 める ．
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