我が国における汚染された土壌の修復技術の工学的応用とビジネスモデルの分析

Thread Content

この投稿は、2016年2月25日09時23分にyinkuilin6868によって最終的に編集されました。近年、我が国の産業構造の調整や都市化の進展に伴い、全国各地の大中都市では「第二次産業から第三次産業への転換」「都市部から工業団地への移転」といった政策が実施されています。その結果、化学、冶金、石油、交通運輸、軽工業などの分野に属する多くの汚染を排出する企業が次々と移転したり、閉鎖されたりしています。大量の工業企業が移転した後に残された場所の汚染土壌を再利用する過程で、汚染物質がその地域で生産や生活を行う人々の健康に直接的な脅威となる。我が国の土壌汚染面積が拡大し続ける中、複合型や混合型の高リスク汚染地域が出現し、都市郊外から農村へと広がり、局所的な汚染が地域全体に及ぶ傾向が見られている。2005年4月から2013年12月まで、**環境保護部と国土資源部は共同で全国の土壌汚染状況について調査を行い、調査対象地域にはすべての耕地面積に加え、一部の森林地、草地、未利用地、および建設用地が含まれていた。調査結果によると、全国の土壌環境状況は全体的に厳しく、一部地域では土壌汚染が深刻であり、耕作地の土壌環境質も憂慮すべき状態にある。工業・鉱業による廃棄地の土壌環境問題も顕著で、工業・鉱業や農業などの人為的活動、そして土壌環境の基準値が高いことが、土壌汚染や基準値超過の主な原因となっている。限られた土地資源と脆弱な環境の負荷容量の状況のもとで、土壌汚染の修復・治理を積極的に推進することは、我が国が緑の持続可能な発展を実現するための強力な保証となる。 本稿では、我が国の土壌汚染の状況および汚染地の特性に基づき、国内におけるいくつかの典型的な汚染地の土壌修復技術の実用状況について紹介している。これには、工学技術の適用特性、システム構成、工事用機器、実施事例、参考コストなどが含まれる。また、現在の我が国の土壌修復業界の特徴を踏まえ、現段階における国内の汚染された敷地の土壌修復業界のビジネスモデルや、今後の発展方向について体系的に分析した。 1 我が国における汚染土壌修復技術の工学的応用の現状 1.1 解吸・脱着技術 1.1.1 工学的応用 解吸・脱着技術は、常温解吸と熱解吸に分けられる。熱解吸は熱脱着技術とも呼ばれ、解吸温度によって低温熱脱着（土壌の加熱温度が315℃未満）および高温熱脱着（土壌の加熱温度が315℃以上）に分類される。国内での工学的応用において、常温脱着技術では通常、汚染された土壌を帯状の土の山として積み上げ、撹拌装置を用いてその土の山をかき混ぜることで、土壌中の揮発性汚染物質を揮発させて除去する。熱脱離技術で使用される処理システムや装置は、ローラー式熱脱離システム、流動層式熱脱離システム、マイクロ波熱脱離システム、遠赤外線熱脱離システムなど、比較的複雑です。国内のプロジェクトで主に使用されているのはローラー式の熱脱離システムで、このシステムは主に給料系、熱脱離系、および排ガス処理系から構成されており、加熱方法としては直接加熱または間接加熱を選択できる。一般的に、直接加熱による土壌の処理温度は150～650℃、間接加熱による土壌の処理温度は120～530℃である。国内の工業的利用において、熱脱離の効率とエネルギー消費を確保するため、土壌を供給する前に予処理を行い、含水率を25％未満にし、最大土壌粒子径を50mm以下にしなければならない。 1. 1. 2 工事事例　ある化学工場が廃止された後、敷地調査およびリスク評価を行った結果、工場内の土壌がすべてVOCsやSVOCsを主とする複合有機物によって汚染されていることが判明した。主な汚染物質はBTEX、有機リン系農薬、多環芳香族炭化水素などであり、工事規模は約20万m3である。軽度に汚染された土壌には常温解吸技術を、重度に汚染された土壌にはローラー式熱脱着技術を用いて土壌を300～550℃まで均一に加熱し、酸化燃焼室による汚染物質の除去率は99.9％以上となり、修復後の土壌中の汚染物質濃度は修復目標に達する。このプロジェクトの実際の工事費用は約1,000元/m3である。 1. 2 化学的酸化/還元技術 1. 2.1 工業での応用 現在、国内における化学的酸化/還元技術の応用において、一般的に使用される酸化還元剤にはフェントン試薬、マンガン酸塩、過硫酸塩、オゾン、硫化水素、水素亜硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄、カルシウム多硫化物、価数0の鉄などがある。その中でも、過硫酸塩と価数0の鉄は、現在、国内外で特に好んで用いられている酸化剤および還元剤である。工学応用技術は、原位置処理技術と非原位置処理技術に分けられる。異位処理システムは、主に土壌の前処理、薬剤の混合、および防浸透システムなどで構成される。前処理システムとは、汚染された土壌を破砕したり、ふるいにかけたり、改良剤を添加したりするもので、主な機器には破砕ふるい装置や掘削機などがあります。薬剤混合システムとは、汚染された土壌と薬剤を混合・撹拌するもので、主な機器には土壌改良機や表層土壌撹拌機などがある。防浸透システムとは、浸透に抵抗する能力を持つ反応槽であり、撹拌装置による損傷を防ぐことができ、通常は耐浸透コンクリートまたは防浸透フィルムに保護層を施したものが用いられる。原位置処理システムは、主に薬剤調製/貯蔵システム、注入システム、監視システムなどで構成される。薬剤は注入井を通じて汚染地域に投入され、注入井の数と深さは汚染地域の範囲や汚染度に応じて設計される。また、修復作業中および修復後に汚染地域内の汚染物質や薬剤の分布・移動状況を監視するため、注入井の周辺および汚染地域の外周に監視井が配置される。浸透性が低い土壌の場合は、土壌混合技術や水圧破砕技術を用いて、化学薬剤を汚染地域の土壌中に拡散させることができる。 1. 2. 2 工事事例　ある農薬製造工場の敷地において、現地調査およびリスク評価を行った結果、主な汚染物質はオルトトルエンアミン、パラクロロトルエン、1,2-ジクロロエタンなどの有機汚染物であることが判明した。地下水の汚染面積は約6,000平方メートルで、汚染の深さは18メートルに達している。敷地内の汚染物質の特性、濃度、土壌の特徴、およびプロジェクトの開発ニーズを総合的に考慮し、掘削を行わない区域の地下水汚染対策として現場での化学酸化処理技術が採用された。この修復プロジェクトの運営管理費用は2,000～2,500/m2である。 1. 3 化学的リーチング技術 1. 3.1 工業的応用 化学的リーチング技術の応用において、有機汚染に対しては一般的に界面活性剤や有機溶剤がリーチャーとして使用され、重金属汚染に対しては無機酸、有機酸、キレート剤などがリーチャーとして用いられる。有機物と重金属の複合汚染の場合は、これら2種類のリーチャーを組み合わせて使用することも考えられる。工学応用技術も、原位置処理技術と非原位置処理技術に分けられるが、国内の工学応用においては、現場の条件などの制約により原位置処理技術はほとんど使用されず、工事では非原位置の化学的浸出技術がより多く用いられている。異位処理システムは、主に土壌の前処理、ふるい分け、洗浄、土水分離、汚水処理、および揮発性ガス制御システムなどで構成される。主な設備には、土壌前処理装置（破砕機、ふるい機など）、搬送装置（スクリュー搬送機、ベルトコンベヤーなど）、物理的ふるい分け装置（湿式振動ふるい、ローラーふるいなど）、効率化された洗浄装置（洗浄撹拌タンク、水平振動装置、薬剤添加・調合装置など）、土水分離および脱水装置（脱水ふるい、圧搾濾過機、遠心分離機など）、汚水処理システム（沈殿池、物質化学処理システムなど）、泥水搬送システム（泥水ポンプ、パイプラインなど）、自動制御装置などが含まれる。この技術は、汚染物質が集中した大きな粒子を持つ土壌（例えば砂利、砂、細砂など）に対してより効果的であり、粘土の処理は比較的困難である。土壌中の細粒分の割合が、この技術による修復効果とコストを決定する重要な要因となる。土壌中の粘粒分が25％以上含まれている場合、修復コストは**上昇し、このような状況では通常、化学的浸出法は採用されない。 1. 3. 2 工事事例　ある有機塩素系農薬工場では、敷地調査およびリスク評価の結果、敷地内の一部地域の土壌に有機物による汚染が存在していることが判明した。主な汚染物質はDDTとBHCで、その最大濃度はそれぞれ46.4mg/kg、33.2mg/kgに達した。工事規模は約1,000m³である。汚染された土壌は主に混合廃棄物層であり、粗粒子（2～10mm）の含有率は約58％、砂粒（0.3～2mm）の含有率は約25％、細粒子（0.3mm未満）は約17％である。敷地内の汚染物質の特性、濃度、および土壌の性質を総合的に考慮し、この混合廃棄物土壌の汚染対策として異所化学浸出技術が採用された。修復後の土壌における汚染物質の除去率は85％以上に達し、すべて修復目標を満たしている。プロジェクトにおけるシステム設備の運用コストは約300元/m3で、浸出剤および汚水処理薬剤のコストは約240元/m3である。 1. 4 固化/安定化技術 1. 4.1 工程応用 固化/安定化技術で使用される修復材料は主に3つのカテゴリーに分けられる：無機接着剤（セメント、火山灰質材料、石灰、リン灰石、スラグなど）、有機接着剤（有機粘土、アスファルト、エポキシ樹脂、ポリエステル、ワックス類など）、専用添加剤（活性炭、pH調整剤、中和剤、界面活性剤など）。工学的応用には、オンサイト処理技術とオフサイト処理技術の2種類があり、国内の工学的応用ではオフサイトでの硬化／安定化技術の利用がより多い傾向にある。異位処理システムは、主に土壌の前処理、薬剤の添加、および混合撹拌システムなどで構成される。主要な機器には、土壌掘削機器（掘削機など）、土壌水分調整機器（送水ポンプ、スプレー装置、脱水機など）、土壌破砕・ふるい分け機器（破砕機、破砕ホッパー、振動ふるい、ふるい分け破砕ホッパーなど）、土壌と薬剤の混合撹拌機器（二軸撹拌機、単軸スクリュー撹拌機、切断打撃式混合撹拌機など）が含まれる。修復実施過程において、土壌と薬剤の混合度は、この技術が成功裏に適用されるかどうかの重要な指標であり、混合が均一であればあるほど固化・安定化効果は高くなる。また、土壌の事前処理としての破砕は、後続の薬剤との十分な混合・接触を促進するのに役立ち、一般的に破砕後の土壌粒子の粒径は50mmを超えないようにすることが求められる。 1. 4. 2 工事事例　ある電子メッキ工場において、現地調査およびリスク評価を行った結果、敷地内の大部分の地域で土壌が重金属に汚染されていることが判明した。主な汚染物質は銅、亜鉛、銀で、その最大濃度はそれぞれ1,560mg/kg、385mg/kg、3,306mg/kgに達していた。工事規模は約2,000m3である。汚染された土壌は主に粘土質土とシルト質粘土で、汚染深さは1～4mである。汚染場所の汚染物質の特性、濃度、および土壌の性質を総合的に考慮し、異所固化/安定化技術を用いて汚染された土壌の浄化を行った。処理後の土壌はすべて修復目標を満たしており、プロジェクトの総コストは約600元/m3である。 1. 5 複合的修復　我が国の一部の土壌汚染地域では複合汚染の特徴が見られ、単一の修復手法だけでは理想的な効果を得ることは難しいため、複数の技術を組み合わせた修復技術の開発が必要である［11］。複合汚染土壌の修復には、解吸脱着、化学酸化/還元、化学浸出、および固化/安定化といった技術を組み合わせて使用することができる。例えば、化学洗浄技術は固化/安定化修復の前処理段階で用いられ、汚染物質中の揮発性および半揮発性有機汚染物質を効果的に除去し、固化効果を高めることができる。また、化学酸化修復の前に常温脱着技術を用いることで、汚染物質中の一部の揮発性有機汚染物質を効果的に除去でき、酸化剤の使用量を減らすことができ、結果として修復コストを低減できる。 2 我が国の汚染土壌修復業界のビジネスモデル分析 「十二五」計画期間中、全国の汚染土壌修復に投入された中央政府の資金は約300億元であった。業界関係者の分析によると、この300億元という数値が後押しとなり、最終的には地方や民間資本も引き付けられる可能性があり、土壌修復市場は数千億円から数兆円規模にまで成長する見込みだ。しかし、我が国の土壌修復産業の市場規模には大きな潜在力があるものの、完備されたビジネスモデルがないため、資金不足という問題が常に同産業の発展を妨げている。現在、我が国の土壌修復業界の資金源は主に3つのタイプがあり、「汚染した者が処理する」「恩恵を受けた者が処理する」、そして「出資」です。 1) 「汚染した者が処理する」というモデルは、汚染の責任主体が明確な汚染された敷地に適用され、これは「汚染者負担型モデル」に属する。汚染された敷地については、法的な意味での責任主体を明確にし、その汚染責任主体が資金を調達して汚染敷地の修復・処理を行うものとする。 2) 「誰が利益を得るか、その者が管理する」というこのモデルは、「受益者負担型モデル」に属し、市場メカニズムを十分に活用して、汚染された土地の開発業者や利用者がその修復資金を調達し、汚染地の開発再利用によって生じる見込まれる価値上昇分を、土壌汚染修復のための商業的報酬とするものである。 3) 「**出資**」モデルとは、汚染の責任主体が不明確で、適切な収益メカニズムが欠如している汚染地において、**または地方**が資金を調達し、そのような汚染地の修復工事費用に充てるものである。 歴史的な理由から、我が国の土壌汚染の主な原因は各種の国有工場であり、何度もの再編を経て、多くの工場の所有権関係は消滅し、汚染の責任主体を明確にすることができなくなっている。そのため、「出資モデル」によって資金を調達して汚染された土地の修復を行うことになり、これが**に大きな財政的負担をもたらしている。資金不足の問題をどう解決し、汚染対策の効率を高めるかが、土壌修復業界の発展を妨げるボトルネックとなっている。このような状況に対し、近年登場したPPPモデルは中国の国情に合致していることが証明され、土壌修復業界における新たなビジネスモデルとなる見込みである。PPPモデルの正式名称はPublic-Private-Partnershipで、公私パートナーシップを意味します。広義に言えば、**民間企業との間で協力を行う場合（一般的なBOT、BT、EPCモデルなど）は、すべてPPPモデルと見なすことができる。しかし、狭義においてPPPモデルとは、**民間企業と協力してリスクを分かち合い、**民間企業に事業の運営権を委託し、最終的に利益を共有することを指します。例えば、国内のある環境修復会社は2014年に湘潭市岳塘区と協力し、行政と企業が合弁会社を設立して岳塘区の工業団地における重金属汚染土壌の総合的な処理を行った。処理が完了すれば、この工業地帯は一体的にエコロジーニュータウンとして開発され、同環境修復会社はその後の土地取引から処理による収益を得ることになる。“「岳塘モデル」とは、PPPモデルの一種であり、土壌修復を行い、その権利を譲渡することで付加価値を得るという手法です。これにより、業界の発展における資金面の制約が打破され、第三者の資金が導入され、土壌修復から収益化に至るまでの仕組みが整備されました。 3 結語　我が国では土地資源が不足しており、土壌汚染の状況も深刻である。近年、各都市で現地の調査評価や修復作業が行われる中、海外の先進的な技術や機器を継続的に導入することにより、我が国の汚染土壌修復技術はすでに実用化されている。しかし、既成品の技術装備を一式導入する場合、海外の知的財産権による保護を受けるため費用が高くなります。また、土壌や気候に適応できないという問題もあります。そのため、我が国の土壌汚染の特徴に基づいて適応性を分析し、海外の先進的な経験を取り入れるとともに、国内での修復用材料や装置の研究開発を強化し、早期に我が国独自の知的財産権を持つ工学技術や修復用材料、工学装置を確立する必要があります。我が国が土壌環境汚染問題にますます注目する中、土壌修復業界の将来性は非常に広がっている。しかし現在、ほとんどのプロジェクトは依然として環境治理のための資金不足という課題に直面している。PPPモデルによる環境保護治理サービスのビジネスモデルは、このような課題を解決する有効な手段である。将来的に、我が国で環境税が導入されたり、「土壌汚染防止行動計画」が施行されたりすることで、地方の財政補助の源泉もより多様になり、より多くの汚染土壌修復プロジェクトがPPPモデルを採用するようになるだろう。これにより、我が国の土壌修復作業の進展が促進されることになる。