Thermal Remediation of Highly Concentrated Chlorinated Organic Compounds Infiltrated into Clay Soil and Intrinsic Safety Management

Research Project

Project/Area Number	21H03630
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
Research Institution	Yokohama National University
Principal Investigator	小林剛横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (60293172)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000) Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2021: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Keywords	土壌浄化技術 / 揮発性有機塩素化合物 / 粘性土壌への浸潤 / 加熱浄化 / 本質安全管理 / 高濃度有機塩素化合物 / 加温浄化
Outline of Research at the Start	揮発性有機塩素化合物は、クリーニングや機械部品の脱脂洗浄などに大量に用いられたが、過去の漏洩や廃液投棄等による土壌汚染が多数顕在化している。多くの事業所では汚染調査ができず、社会には数万箇所の高濃度汚染が潜在すると考えられる。放置期間が長いほど地下浸透して、浄化困難な粘性土中に浸潤する。本研究では、液状有機塩素化合物の粘性土への浸潤の経時変化を測定・解析する。また、粘性土からの効率的な浄化技術の開発のために、高温加熱等の粘性土中からの溶出促進効果を測定・解析する。更に実汚染現場への加温等浄化技術の適用を検討するとともに、汚染が拡散せずリバウンドの問題もない本質安全な浄化終了判定手法を検討する。
Outline of Annual Research Achievements	揮発性有機塩素化合物CVOCは脱脂洗浄などに多量に用いられ、土壌汚染が多数顕在化している。多くの小規模事業所では汚染調査もされておらず、高濃度汚染が多く潜在することが懸念される。また放置すると粘性土奥部まで浸潤して浄化困難となる可能性もあり、粘性土に着目した汚染の評価技術、効率的浄化技術が求められる。本研究では、CVOCの粘性土への浸潤の経時変化を測定・解析する。また、粘性土からの効率的な浄化技術の開発のために、高温加熱等による粘性土中からの溶出促進効果を測定・解析する。更に実汚染現場への加温・熱対流浄化技術の適用を検討し、汚染が拡散せずリバウンド問題もない「本質安全な浄化終了判定手法」を検討・提案する。 ①粘性土への浸潤挙動の測定・解析について、2022年度は、粘性土中への浸潤時の各物質の拡散係数を実測できた。また、一方向拡散の予測計算シートにより、30年に亘って汚染を放置した場合の浸潤挙動を予測計算した。１m程度の厚みの粘土層では数十年に亘って汚染浸潤が進行し続けてより浄化困難となるため、早期の高濃度の除去が重要であることが示唆された。 ②-1　定温時・熱対流発生時の溶出促進効果の測定・解析については、15℃～80℃までの各物質の加熱時の溶出挙動を測定し、解析シートにより見かけの拡散係数を把握することができた。感度解析により、各土壌の特性値の影響を評価し、見かけの拡散係数や粒径以外に吸着平衡定数も溶出挙動に大きく影響することが分かった。 ②-2　さらに熱対流による溶出促進実験を実施した。粘性土では十分に熱対流による溶出促進ができず、粒径を変化させた実験で、熱対流の効果は100μm程度以上で見られることが分かった。この知見は粘性土の浄化は困難であるが、より粒径の大きな土壌浄化には有用な知見と考えられた。また、エタノールの浸潤等による、溶出促進効果の確認実験も開始した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ①液状揮発性有機塩素化合物存在時の粘性土への浸潤挙動の測定・解析については、前年度に検討した実験方法により、粘性土中への汚染物質の浸潤時の各物質の拡散係数を実測できた。また、実験結果の解析により得られた拡散係数を用いた一方向拡散の予測計算シート（拡散挙動、吸脱着挙動等）を作成し、30年に亘って汚染を放置した場合の浸潤挙動を予測計算できるようになった。また、1m程度の厚みの粘土層では数十年に亘って高濃度汚染の浸潤が進行し続ける、つまり汚染期間が長期化するほど定常状態に到達するのではなく、より浄化困難となることが示唆された。 ②粘性土からの定温時・熱対流発生時の溶出促進効果の測定・解析については、前年に引き続き、15℃から計画より高温の80℃まで加熱した場合の粘性土からの各物質の溶出挙動を測定することができた。実験により得られた拡散係数と作成した予測計算シートを用いて、実験のみでなく感度解析により、各土壌の特性値の影響を評価し、見かけの拡散係数や吸着平衡定数が、溶出挙動に大きく影響することを把握することができた。 ③さらに、粘性土中からの熱対流による溶出（物質移動）促進効果を把握する実験を実施した。粒径の小さな粘性土では十分に熱対流による溶出促進ができず、粒径を変化させた実験により、熱対流の効果は粒径が大きい100μm程度までであることを明らかにできた。この知見は粘性土では困難ではあるが、より粒径の大きな土壌の浄化促進には有用な知見と考えられた。また、エタノールの浸潤による、溶出促進効果の確認実験も開始することができた。また更なる溶出試験方法として、超音波を使用することの検討も開始した。以上により、一部、追加の実験も行ったが、おおむね順調に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	①液状揮発性有機塩素化合物存在時の粘性土への浸潤挙動の測定・解析前年度に引き続き、液状汚染物質の放置により、粘性土にどの程度浸潤して浄化困難になるか測定する実験を継続する。前年度までに作成した粘性土壌中の拡散予測計算シート（拡散挙動、吸脱着挙動等）の改善と、浄化時に第二帯水層まで汚染を拡げないかなどの安全性の観点からも予測計算を試みるとともに、安全な浄化条件を検討しとりまとめる。 ②粘性土からの定温時・熱対流発生時の溶出促進効果の測定・解析 ②-1 15℃～70℃程度まで加熱した場合の粘性土からの溶出挙動の測定実験を継続する。具体的には、汚染粘性土壌からの各有機塩素化合物の溶出挙動を、温度を変えて測定する。特に加熱方法については実汚染現場を想定した加熱方法の検討を行う。更に、前年度に引き続き、実験により得られた拡散係数を用いて、実汚染現場を想定した解析により加熱方法を検討してまとめる。 ②-2 前年度に引き続き、粘性土中に拡散以外の溶出（物質移動）促進について検討を進める。エタノール水溶液による溶出促進の可能性（それほど大きな効果が無い）の確認と、更なる溶出促進の可能性の確認として、超音波を用いた溶出促進実験を試みる。また加熱とともに、帯水層および不飽和帯の浄化を促進することで帯水層内の境膜拡散を律速とさせずに、粘性土中からの加熱溶出を促進する手法について、現地試験とともに検討してまとめる。