土壌汚染対策における粘土科学の役割

The　Clay
The
Clay　Soienoe
Science　Society
Sooiety
of Japan
Japan
of
−
粘 土 科 学 第 47巻 第 3 号　185
195 （
2008）
…
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…
タず まタ
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讖
ゆ め
覊
土 壌汚 染対 策 に お け る 粘 土 科 学 の 役 割
和 田 信 一 郎
九 州 大 学 大 学 院 農 学研 究 院
−
福 岡市 東 区 箱 崎 6−10 1
〒 812−8581
Clays and Soil　Pollution
Shin −lchiro WADA
Faculty　of Aghculture ，
Ky ロ shu University
−
Japan
Fukuoka
812
8581
，
1 ，土 ・土 壌 ・土 壌 汚 染
が 広 が る の を 防 止 し た りす る こ と で す ．こ の
の
「土 」 と 「土 壌 」 と は 基 本 的 に 同 じ 意 味
で
す．こ れ ら
言 葉 を 英 語 に 訳 す 時 に は ど ち ら に 対 し て も Soilと い
の
う単 語 を使
い
ま す ． た だ ，日本 語 で
は 農用 地 の 土 や，自
な役 割 を 果 た して
い
ま す ．汚 染 物 質 の 種 類 や 対 策 法 の 種
類 に よ っ て は ，土 壌 汚 染 対 策
い
過
ぎで は な い
よ うな もの か ，土 の 汚 染
向 が あ り ま す ，つ ま り，農 学 分 野 で は 土 壌 と い う言 葉 が
こ とか
好ん
で
用
ら れ ，地 盤 工 学 分野 で は 基本 的 に 土 と
い
葉が 用 い られ ます．こ
う言
の
粘 土 科 学 とい
≒
っ
て も言
く ら い で す ． こ の 講 座 で は ，土 と は ど の
然 の 林 地 や 草地 で も表 土 に 近 い 部 分 を特 に 土 壌 と呼 ぶ 傾
い
，汚 染 物 質
除去 や 拡散 防止対 策 に お い て は 粘土科 学 が非 常 に 大 き
（＝土 壌 汚 染 ） と は どの よ う な
を 説 明 し な が ら，土 壌 汚 染 対 策 に お け る 粘 土 科 学
役割に つ
い
て
解説 した い
と思
い
ます ，
解 説 で は 基 本 的 に は 「土 」 と い
の
う言 葉 を 用 い ま す が ．土 壌 汚 染 と い うよ うな 決 ま っ
2 ．土 壌 汚 染 と い う環 境 問 題
た言
回 し の ば あ い に は 「土 壌 」 と い う言 葉 も使 い ます ．
い
土
は 地 味 な 存在 で し た ． と き お り，「
金 権政 治 の 土 壌 」
土 壌 汚 染 は 大 気汚 染，水 質汚濁 と並 ぶ 代表 的 な 環境 汚
と
うよ うな 言
染 で す ． こ れ ら の う ち 大 気 汚 染 と 水 質 汚 濁 は ，経 済 の 高
い
回 し で 新 聞 に登 場 す
い
とはあ りま し
る こ
た が ，土 そ の も の に 関 す る 記 事 は ご く少 な か
っ
た の で
度成 長 が
は じ ま っ た 1960年代 か ら 各 地 で 深刻 な
四 日市 ゼ ン ソ ク な ど の
喩 的 な取 り上 げ ら れ 方 だ
国が 環 境 汚染対 策 を講ず
っ
っ
に
なっ
て
ニ
ュ
ース
に
っ
た も
の
が
「土 壌
登 場 す る よ うに な
っ
● ●汚 染 」
の
た わ けで す か
ら ，私 の よ う な ，土 の 研 究 者 に と っ て は ち ょ
っ
と複 雑 な
気分で す．
上
カ
の
ドミ ウ ム
，フ
ッ
の
，
部 分 に入 るの は鉛
素 ，塩 素 を 含 む 有機 溶剤 な ど の 有 害物
質 で す ．こ の よ うな 汚 染 が 工 場 跡 地 や 市 街 地 で 多 く見 出
され
る よ
うに な り，国 は 2002 年 に 土 壌 汚 染 対 策法
法 律 を 制 定 し ま し た ．土 壌 汚 染 対 策
とい
う
の
とい
「公 害 病」 の 発生
の
は ，汚 染
な どが 契機 と な
中で
る よ
，
う に な りま し た ． こ の 法 律
は ，大 気 ，水 質，土 壌 が
3つ
の
重 要 な環境要素 と
さ れ ，そ れ ぞ れ 個 別 の 法 律 や 環 境 基 準 を 制 定 し て 汚 染 対
こ の
年に
法 律 を受 け て
は 水 質汚濁 防 止 法 とい
律 を施 行 す
る
た め 1971 年 に
定め
の
こ とに な
．しか
りま
い
ます．
に は 大 気 汚 染 防 止 法 ，1970
う個別 法 が 制 定 さ れ ，そ の 法
は 水 質 環 境 基 準 が ，1973 年 に
ら れ ，汚 染 防 止 対 策が
は 大気 環境 基準が
した
られ て
，1968年
う
有 無 を判 定 し，土 か ら汚 染 物 質 を 除 去 し た り，汚 染 物 質
とな
りt1967 年 に は 公 害 対 策 基 本 法 と い う 法 律 が 制 定 さ れ
策 を講 ず る べ きこ と が 述 べ
「土 壌 の ● ● 汚 染 」 の ● ●
問題
り ま した ．工 場 か ら排 出 さ れ る 排 気 が 原 因 と考 え ら れ る
す ． と こ ろ が 2000年代 に な て 土 壌 汚 染 に 関 す る 報 道 が
た 土壌の 露出 度が 高 く
非 常 に 多 く な り，地 味 な 存 在 だ
な り ま し た ．た だ ，「● ● 汚 染 の 土 壌 」 と い う よ うな 比
し ，土 壌 汚 染
に
関す
行な わ
る
れ る
個別 法 や
土 壌 汚 染 防 止 法 ）環 境 基 準 （
土 壌 環境 基 準 ） が 定 め
（
一
ら
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of
186
和 田信
れ た の は そ れ ぞ れ 2002年 ，1991年 の
そ
れ で は ，土 壌 汚 染 と い
こ
う環 境 問 題
る まで 日本 で は 問題 に な らなか
粘 土科 学
とで す ．
育 で き な くな
は 20世 紀 後 半 に な
で
た の で し ょ う か ？そ ん
っ
一郎
っ
た とすれ ば ，こ れ は 酸に よ る 土 壌の 汚染
す ．土 の 機 能 が 損 な わ れ る の で あ れ ば ，土 に 入
て
っ
く
る 物 質の 如 何 に よ ら ず 土 壌 汚 染 で す ．
な こ と は あ り ま せ ん ．土 壌 汚 染 は 大 気 汚 染 や 水 質 汚 濁 よ
し か し，法 律 で は も う 少 し限 定 的 に 考 え て い ま す ．土
りもず
壌 汚染対 策 法 は 土壌 汚 染 に よ る
っ
と前 か ら
と っ て の 深 刻 な 環境 問 題 で し
ヒ トに
た ．渡 良 瀬 川 上 流 の 足 尾 銅 山 の 精 錬 所 か ら 渡 良 瀬 川 に 流
目的 に して
入 し た 銅 化 合 物 は ，渡 良瀬 川 の 水 を 灌 漑水 と し て 利 用 す
の
る 流 域 の 水 田 に 蓄 積 し，稲 作 に 壊 滅 的 な打 撃 を 与 え ま し
入 っ た 汚染 物 質が
た ． こ れ は 1880年 ご ろ か ら 顕 在 化 し た 環 境 問 題 で ，足 尾
鉱 毒事 件 と して 知 られ て
ます ．ま た神 通 川 上 流 の 神 岡
い
鉱 山 の 精 錬 所 か ら 流 出 し た カ ドミ ウ
も1920年 頃 に は す で に 問 題 化 し て
い
れ らの 土 壌 汚 染 は す べ て 農 用 地
（
水
ヒ
酸が
た の で す ． しか し こ
田）であ
た ため．
っ
一
政 府 は 般 的 な 土 壌 汚 染 対 策 に 関 す る 法律 の 代 わ りに
「農 用 地 の 土 壌 の 汚 染 防 止 等 に 関 す る 法 律 」 を 制 定 し，
1971〜1975年 に 銅 ，カ ド ミ ウ ム ，砒 素 に 関 す る 環境 基準
を 定 め て 対 応 し ま した ．
地 に 不 法投 棄 さ れ た ク U ム 鉱
東 京 湾岸 の 埋 立
の
よ うな例 外 はあ
た もの
っ
は ，農用 地 以 外 の 土 壌 の 汚 染 の
の
滓に
．1970年
よ る
頃まで
事例 は 比 較 的少 なか
っ
た
と い え ます ． しか し，1980年 ご ろ か ら，水 質 汚 濁 防 止 法
に よ る地 下水の
の
土壌 が 汚 染 され て
い
と い う わ け で す ．こ
水 質調 査
な ど を 契機 と し て 次 第 に
で
と ，地 下 水 が 汚 染 さ れ ま す ．汚 染 物 質 の 濃 度 に よ
は ，そ れ を 利 用 す る 人 の
っ
て
る 可 能 性 が 高 くな り
対す る
に
らの 経 路 を 考 慮 し ，25種 の 有 害 物 質 を 対象
こ れ
どれ だ け 溶 出 して くる か ，万 一土 を
，汚 染 物 質 が 水 に
口 に 入 れ て し ま っ た と き ，消 化管 の 中 で ど れ だ け 溶 出 し
2 つ の 観 点 か ら基 準 が 決 め ら れ て い ま
す ．き こ の た め ，土 に 一定量 の 水 を加 え て 反 応 さ せ ，溶
出 し て くる 汚染 物 質の 濃 度 が 一定 濃度 を超 え た 場 合 に は
て く る か とい う
そ の 土 は 汚 染 土 と判 定 す る ， と 定 め られ て い ます ．
表 1
て
の 土
壌 溶出 量 は 風 乾 土 50g
6 時 間 振 と う し， ろ 過 して 得
の こ とで
た め ，地 下 水 汚 染 を 契 機 と して 発
の
もの も見 出 さ れ る よ うに な り，1991 年 に は 土 壌 環 境 基
準が 定 め られ ，2002年
に は 土壌 汚 染対 策法 が制定 され ま
した ．
500　mL
の
水 を 加え
す ．含 有量 と い うの は 文 字通 り の 全 含 有 量
の こ
と で は な く，消 化 管 内 で の 物 質 の 溶 出 可 能 性 を 評 価 す る
た め ，胃や 腸
内の 状 態 を 模
め の 方法 が定 め られ て
4 ．± は ど の
い
うな 条件 で 抽 出 す
した よ
るた
ます．
〜21は 塩 素 を含 む 有 機 溶 剤 ，22〜24は 農 薬 で す．重 金 属
な ど は も と も と土
が ，多 くの ケ
ース
と は ど の よ うな 土 か
で は
物質が 混入 す る
い
え ば ，「土 の 汚 染 と は
ことに よっ て 土 の
うこ と に な り ます
，土
に 何 らか の
機能が 損 な わ れ
．
土の
る こ と
機 能 と は ，植 物 の
培 地 と し て 自然 生 態系 や 農 業 生 態系 を 支 え る 機能 ，降水
を ろ 過 して 浸 透 させ
，地 下 水 を 涵 養 す る 機 能 ，構 造 物 の
基 礎 と な る 機 能 な どで す ． こ
うな 物 質 の 混 入 は す べ
す ．精 錬 所 か
ら流 出
流 入 し，カ ドミ
て 土
の よ
う な機 能 を 阻 害 す る よ
壌 汚染 と い う こ と に な り ま
した カ ドミウム
ウ ム の
一部 が 土
に
を含 む排 水 が 水 田 に
蓄 積 す る と ，そ の 水 田
っ
表面 か ら土
あ
表面 か
の
中に入
て 土 が
酸性 化 して 植物 が 生
ます ．
の
後
流 入 した 廃 液の 水 が 揮発 して し ま え ば 汚染 物質 は 土 の そ
の
部分 に 残 留す る
こ
と は 当 然 で す ．ま た 粉 剤 の 農 薬 が 散
布 さ れ た り，重 金 属 化 合 物 を含 む 固 体 が 誤
っ
て 土 の 表面
に ま き 散 ら さ れ た り し た 場 合 に は ．土 の 表 面 に 汚 染 物 質
が入
っ
て
き ます ．
し か し ，そ の よ う な 汚 染 が 屋 内 で 起
除 けば
，土 に
い
こ る よ
うな場合 を
は 降水 が 絶 え ず浸 入 し て き ま す ． 日 本 の
れ て
っ
て き
っ
程 度 まで 浸 透 し た と し ます ．そ
と に な り ます ．こ の よ う な 例 は 典 型 的 な 土 壌 汚 染 で す ．
に よ
ら浸透 す る こ と に よ っ て 土 の
る と き ，有 害 物 質 を 含 む 廃 液 が 土 に 流 入 し，そ れ が
土 の 表 面 か ら50cm
平 均 降 水 量 は 2000mm
降雨
鉱 山 や 精錬 所 ，そ の 他 の 工 場 か ら
て く る こ と が 大 部 分 で す ．有 機 溶 剤 や 農 薬 も土
は 安全 な 食 品 と し て の 米 を 生 産 す る 機 能 が 損 な わ れ る こ
．強 酸 性 の
る こ と もあ ります
い
排 水 に 溶 存 し て 土 に 入 る こ と が 多 い で す ．つ ま り，こ
中 に入
の
中 に 含 まれ て
の
れ ら を含む 水が 土 の
く一般 的 に 言
よ う に して 汚 染 さ れ る か
土 壌 汚 染 対 策 法 の 施 行 規 則 で 指 定 さ れ て い る 25種 の 汚
染 物質 （
表 1 ） の う ち 1 〜 9 は 重 金 属 な ど の 無 機 物 ，10
の
3 ．汚 染土
であ る」 と
に
られ る ろ 液 中 の 物 質 濃 度
れ ば そ こ を浸 透 す る 水 も汚 染 さ れ る
す る よ う な形 で 行 わ れ た の で す が ．そ れ で は 対 応 で き な
こ の 他
健 康 を 害す
ま す ． ま た ，土 の 微 粒 子 は 風 に よ っ て 吹 き上 げ ら れ 空 気
す か ら，
覚 し た 土 壌 汚染 に 対 す る 対 策 は ，水 質汚濁 防止 法 を準 用
ご
ま す ．土 に
発 覚 件 数 が 増 加 し ま した ．大 部 分 の 地 下 水 は
降水が 土 壌 を浸 透 し て 帯水 層 に 到 達 した もの
い
い
あ り ま す ．土 壌 汚 染 対 策 法 の 施 行 令 で は 人 の 健 康 被 害 に
精 錬 所 の 煙 道 か ら漏 れ た 亜
ヒ酸
大 気 中 で 凝 結 し て 降 下 し ，土 壌 を 汚 染 し ま し た ． こ れ ら
適用
み に注 目 して
の
，浸 透 水 に 溶解 し て 地 下 水 に 到 達す る
イ タ イ イ タ イ 病 を発 症 し ま し た ． ま た 宮 崎 県
土 呂 久 で は ，亜
土壌 汚染
機能
い
ヒ ト
中 を 漂 っ て い ろ い ろ な も の に 付 着 し，人 の 口 に入 る可 能
腎不 全 や
の
全 機 能 で は な く，特 に
性 も あ り ます ．土 に 直 接 触 り，そ れ が 口 に 入 る 可 能性 も
の
土壌汚染
健 康 と 関係 の 深
トの 健 康 被 害 の 防 止 を
ヒ
に 蓄 積 し，そ れ を 食 べ る こ と に よ っ て 多 くの 人
が
，稲 に 吸 収
化 合 物 は 神 通川 流
ます か ら ，
土の
され た カ ド ミ ウ ム の
域 の 水 田 土 壌 を汚 染 さ せ
一部 は 米
ム
い
す ．市 街 地
年
も ，舗 装 さ
10 ％ 程 度 は 土 に 浸 透 し
は 70〜80 ％ が ，水 田 に い た
て は ほ
程度
で
で
な い 場 所 で は そ の 降水 の
ま す ．畑 や 原 野 で
っ
一
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Japan
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2008）
第47巻 第 3 号 （
187
壌汚 染対 策 に お け る 粘 土 科学 の 役 割
土
表 1　土 壌 汚 染対 策 法 の 施 行 規則 で 定 め られ て い る 有害 物 質 の 種 類 と 溶 出お よ び 含 有 量 基 準
特 定 有 害物 質の 種 類
土 壌 用 溶 出 量 基 準 土 壌含 有量 基 準
一
一
一
…一
一mgfL
1） カ ド ミ ウ ム お よ び そ
2） 六 価 ク ロ ム 化 合 物
の
3） シ ア ン 化 合 物
不検出
4）水 銀 お よ び そ の 化 合 物 （
有機水 銀）
5） セ レ ン お よ び そ の 化 合 物
6）鉛 お よ び そ の 化 合 物
7） ヒ 素 お よ び そ の 化 合 物
8） フ ッ 素 お よ び そ の 化 合 物
0005 （
不 検出）
0，
0．
Ol
O．
Ol
O．
Ol
O，
8
LO
9 ） ホ ウ素 お よ び そ の 化 合 物
11）ベ ン ゼ ン
12）1，
2一
ジ クロ
一
13）1，
1 ジ クロ
14 ） シ
ロ
エ
ロ
エ
チ
レ ン
ロ
チ
エ
エ
レ ン
24 ） チ ウ ラ ム
0．
03
不検 出
不検出
が 浸 透 す る と す れ ば ， 1 年 に 200 mm
が ， も し土
に
る な ら， 1
年 に 20cm ず つ 下 方
入
っ
て
下水汚染 に は
い
計算です
に 流 さ れ ，10年 後 に は
う間
す．
原 因 は ，汚 染 物 質 の な か に は水 に 対 す る 溶 解 度 低
うこ
とで すが
一言 で
は何 か ら できて い る の か
言 う な ら土 は 岩 石 の 風 化 に よ っ て 生 成 し ます ．
は 岩 石 が 物 理 的 に 細 粒 化 し た り，水 と の 反
風 化 と い うの
応 に よ っ て 化 学 的 に 変 質す る こ と で す．岩石 の 風化 は 地
と こ ろ が 実 際 に は そ う な っ て い ま せ ん ．そ の ひ とつ
が あ る とい
2
とに な ります ，こ れ は深 刻 な地
こ
な が りま す が ，土 壌 汚 染 は あ っ と い
に 解 消 さ れ る は ずで
5 ．土
きた 汚染 物 質 が 水 に 溶 ける 物 質で あ
m 以深 まで流 される
つ
ぽ
知 る 必 要 が あ り ます ．そ して そ の た め に は そ も そ も土 が
何 か ら で き て い る の か を理 解 す る 必 要 が あ り ま す ．
っ
0，
003
0，
02
0．
006
と ん ど全 部 の 降水 が 浸 透 し ま す ．た と え ば 降 水 量 が 2000
， そ の 10 ％
0．
02
0．
Ol
1．
0
0，
006
（殺 虫剤 ）
が 地 中 に 浸 透 す る こ と に な り ま す ．荒
50
1515015015040004000
ェ
リン 化合物
0．
Ol
0．
002
エ
で
15）1，
3一
ジ ク ロ ロ プ ロ ペ ン
16） ジ ク ロ ロ メ タ ン
17） テ トラ ク ロ ロ エ チ レ ン
18）1，1，1一ト リ ク ロ ロ タ ン
19 ）1，
1，
2一ト リ ク ロ ロ エ タ ン
20） ト リ ク ロ ロ エ チ レ ン
21） ポ リ塩 化 ビ フ ニ ル
22） シ マ ジ ン
23） チ オ ベ ン カ ル ブ
25）有 機
150250
O．
004
0、
02
0．
04
タ
ン
1，
2一
ジク u
ス
一
一
一
一
一
一
一mg ！kg −一
一
一
一
一
一
O．
002
IO） 四 塩 化 炭 素
mm
一一一
一
一
．
Ol
O．
05
〇
化合 物
，原
の
球
の
表層 で 起
こ
る 現 象 で す か ら 必 ず 生 物 も 関 与 し ます ．
もの
結 局 ，土 は 岩 石 の 砕 片 や 造 岩 鉱 物 ，造 岩 鉱 物 が 化 学 的 に
因は そ れ だ けで は あ りませ
変 質 し て で きた 鉱 物，生 物 由来 の 有機 物 な ど か ら構 成 さ
い
ん ．水 に 対 す る 溶 解 度 が 非 常 に 大 き い カ ド ミ ウ ム 塩 で 汚
れ ます，
染 さ れ た 水 田 が あ りま す ．水 田 で は ，降水 の 大 半 が 浸 透
土
る 問 は 頻 繁 に た ん 水 し ます ，
1 目 あ た り20 〜30mm 程 度 浸 透 し ま す し ，稲
作 期 間 中 ，合 計 40 日 程 度 は た ん 水 し ます か ら，田 面 水 の
浸 透 だ け で も800mm 程 度 に な り ま す ．そ れ に も か か わ
らず ，汚 染 か ら数 十 年 た て も作 土 に カ ド ミ ウ ム が 保 持
さ れ て お り， そ こ で 育 て た 米 の カ ド ミ ウ ム 濃 度 が 1
mg ／kg を超 え る よ う な 事 例 が ま れ で は あ りま せ ん ．
こ の よ うに 土 壌 汚 染 は 長 期 化 し ます ．そ の 理 由の ひ と
つ は ，土 を構 成 す る 物 質が 汚 染 物 質 を 強 く保 持 し ，浸 透
て 洗 脱 し に くい か ら で す ．そ の 理 由 を 理 解 し，
水に よ
土 壌 汚 染 の 環 境 影響 を 評 価 し た り，汚 染 除 去 な ど の 対 策
変 質 に よ っ て 新 た に 生 成 し た 鉱 物 は ほ と ん ど例 外 な く粒
す る 上 ，イ ネ を栽 培 し て
い
田面水 は
っ
っ
を行 う た め に は 土 の 中 で の 汚 染 物 質 の 存 在 状 態 を詳 し く
径1
を 構 成す る 鉱 物 の
うち ，土
の 生
成 過 程 で 造 岩鉱 物 の
以 下 の 微 粒 子 で す ．粒 径 5nm
μm
の
ナ
ノ
粒 子 さえ
も ま れ で は あ り ませ ん ．土 の 構 成 鉱 物 を粒 径 に よ っ
き ，粒 径 2 〜 5
画す る と
分
以 下 の 画 分 を 粘土 画分 と呼
（
数 値 に 範 囲 が あ る の は ，土 壌 学 会 ，地 盤 工 学会
び ます
な ど 学会 に よ
め ）． こ
μm
て
の
っ
て 粒径 区 分 の
仕 方 が 少 しず つ 異 な る た
た め，こ れ らの 鉱 物 は 土 の 粘 土 鉱 物 と総称 さ
れ る こ と が あ り ま す ． ち な み に ，土 壌 学 分 野 で は ＞ 2
1nm
画分
画 分 を レ キ ，2〜O．
2 mm
を 細 砂 ，0．
02 〜0，
002mm
土 は こ
の よ
画 分 を粗 砂
2 〜0 ，
02
，0．
mm
画 分 を シ ル トと呼 び ま す ．
うに大小 さ ま ざま な大 きさ の 粒子 の
で す ．直 感 的 に わ か る と思 い ま す が ，粒 子 の
一
集合 体
集合 す る と
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188
一
ぐ
粘土 科学
5 排m 一
一
一
一・
・
一
一
．
．
一
．
“
5CM −・
一
図
1　2 値 化 画 像 ，自 い 部 分 が 孔 隙
土 の孔 隙 構 造 の
き，粒 子 問
の
オ
な り ま す ．た と え ば 直 径 1cm
ーダ ーに
集ま
っ
図 2 土 の 団粒 構 造 の模 式 図
和 田 ，2008 ；岩 波 書 店 の 許 可 を得 て 転 載 ）
（
間隙
の
大 き さ は 粒 子 自体
の
大 き さ と同 じ
の
球状 粒 子 が
た と き粒 子 問 の 間 隙 の 大 き さ は 差 し 渡 しlcm
度 に な りま す ．球
の
程 度 に な りま す ． 図
大 きさが1
μm
1 は 土 を 樹脂 で
で あ れ ば間 隙
子 間 の 接 着 物 質 と し て 機 能 し ま す ，特 に ，植物 遺 体 の 分
解 過 程 で 生 成 す る 一連 の 有 機 物 群 は 腐 植 物 質 と 総 称 さ
れ ，表 土 で は 接 着 物 質 と し て 特 に 重 要 で す ．
程
もそ の
こ
固 め ，そ れ か ら 切 り
の よ
うに t 多孔 質 体 と し て の 土 の 構 造 形 成 に 粘 土 鉱
物 と 腐 植 物 質 が 重 要 な役 割 を は た し て
ます ．粘 土 鉱 物
い
出 し た 薄 片 を 顕 微 鏡 で 観 察 し た も の で す．分 解 能 の 低 い
と腐 植物 質は 土 を 土 た ら し め て い る 物 質 とい
顕 微 鏡 で 観 察 した と き に は 固 体 に 見 え た 部 分 も さ ら に 拡
で は
あ りま せ
ん
．とい
っ
て も過 言
う の は ，こ れ らの 物 質 は 微 粒 子 で
1
あ る た め 単 位 質量 あ た りの 表 面積 が 極 め て 大 き くな りま
3 つ の 薄 片 像 を 比 較 す る と ， こ の 土 の 中 に は 差 し渡 し
lcm オ ーダ ーの 孔 隙 か ら 10 nm オ ーダ ーの 孔 隙 ま で 含
まれ る こ とが わ か り ます ．
こ の よ う に 多様 な 大 き さ の 孔 隙 が 存在 す る の は ，土 を
す ．そ し て そ の 表 面 は さ ま ざ ま な化 学 物 質 と 相 互 作 用 し
構 成 す る粒 子 の 大 き さが 多様 で あ る か らだけ で は あ りま
んが
1 に示 し
た よ うな 階 層 的 な 孔 隙 構 造 を 持 つ こ と が あ りま す ． そ れ
は ，微 粒 子 が 集 合 して 集 合 体 を 形 成 し ，そ の 集 合 体 が さ
ら に 集合 す る こ と に よ り，次 々 と 高 次 の 集 合 体 が 形 成 さ
れ る こ と が あ る か ら で す ．図 2 は こ の 様 子 を 模 式 的 に 示
し た もの で す ． こ の よ うな 階 層 構 造 は 団 粒 構 造 と よ ば れ
ます ．こ の と き，鉱 物 の 化 学 的 変 質 過 程 で 生 成 す る 水 酸
化 鉄 水 酸化 ア ル ミ ニ ウ ム ， ア ル ミ ニ ウ ム ケ イ 酸塩 な ど
プ に 分 け ，そ れ ら の 性 質 を 簡 単 に ま と め て 表
大 す る と 微 粒 子 と 間 隙 か ら な る こ と が わ か りま す． 図
の
せ ん ．ほ と ん ど 粘 土 だ け で で きて い る 土 で も 図
の
超微 粒子 や 植 物 遺体
の
うる 活性 な 表面 な の で す ．土 を構 成 す る 粘 土 鉱 物 の 種類
や構造につ
い
く解 説 さ れ て
い
，土
の
い ま
すの
で ここ で は
詳細 に は 立 ち 入 りませ
ます．なお，こ
い
の
2
ー
に示 し て
表 に は ，鉱 物 で は あ りませ ん が ，腐
ます ．
ん ，す べ て の 土 に こ れ らすべ て
ま れ る わ け で は あ り ませ ん ．土
の
の
粘 土鉱物 が 含
種 類 に よ り粘 土 鉱 物 の
含 量 や 種 類 は ま ち ま ち で す ，砂 質 土 で は 粘 土 鉱 物 の 含 量
は 1 〜2 ％ の こ と も あ り ます ．粘 性 土 で は 50 ％ を 超 え る
こ と もあ
ります ．土 の 種 類 と粘 土 鉱 物 の 種類
純 で は あ り ませ ん が ，火 山 灰 由 来
分解 過程 で 生 成す る有 機物 が粒
に よっ て 詳 し
粘 土 画 分 を構 成 す る 鉱 物 を い くつ か の グ ル
植 物 質 も加 え て
もち ろ
2002）
（
て は こ の 講座 で南 條
の
関係 は 単
土 で は粘 土鉱物 の 大
の
表 2 土 の 粘 土 画 分 の 主 要 構 成 物 質群 の 特 徴
鉱物 グル
ープ
鉱物 の 例
ス
層状 ケイ酸塩 鉱物
バ
メクタイ ト
ーミキ
ライ ト
ュ
イ ライ ト
酸 化 物 ，水 酸 化 物 鉱 物
ゲ ータ イ ト
ヘ
マ
タイ ト
ギブサイ ト
ア ロ フ ェ ン
ア ロ フ ェ ン
イ モ ゴ ライ ト
イ モ ゴ ラ イ ト
・
粘 土 鉱 物 で は な い が 便 宜 ヒこ の 表 に 加 え て
が 静 電 気 的 に 吸 着 され て
い
こ
る．
の
ン
陽イ
オ ン は 他 の 陽 イ オ ン と容易 に交 換す る ．
吸着量 は 鉱 物 の 種 類 に よ っ て 異 な る ．
Al −OH
表 面 に Fe −OH ，
な どの 水 酸基 が 露
出 し て お り，こ れ らが 多 価 金 属 イ オ ン や
オ キ ソ 酸 イ オ ン を 強 く結合す る ．
同上
弱 酸 的 なカ ル ボ キ シ 基 を 多 く持 ち，
多価
腐植物 質 ＊
8
特 徴や性 質
粒 子 表 面 が 負 に 帯 電 して お り，
陽 イオ
カ オ リン
金 属イ オ ン を 強 く結合 す る
い
る
．
．
一
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Japan
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2008 ）
第 47 巻 第 3 号 （
ユ89
上壌 汚 染対 策 に お け る粘 土 科 学 の 役割
表 3 土 の 空 気 の 組 成 （陽
1994）
十一
の 空気
大気
成分
vo1 ％
N202Ar
75 − 902
− 21
0，
93 − LlO
7821
O．
930
N20
HeKrH2COXe
一
ン
ェ
・イ モ
え ま す ．た と え ば 関 東
い の は
土 の 表 層 30cm
て 大 き く異 な
り1〜2
ロ
ゴ ラ イ トで あ る こ と が
ーム
の
と も あ れ ば 30
一
6 ．汚 染 物 質 は ど の よ う な 状 態 で 存 在 す る の か
高
程 度 で す ．こ れ も土 の 種 類 に よ っ
％ の こ
− O．
tr．
1
0．
08
多 い とい
す ．腐 植 物 質 の 含 量
で
tL − 5
0．
020
．
OlO
．
Ol
0，
0002
SO2
ア ロ フ
5，
2
LO
O5
0．
1
03NH3NO2
部分が
．
1− 10
．
03450
．
000170
．
00003
CO2CHh
％ に達する こ
表 1 に 示
した よ
うな汚 染 物 質 が 土 の 表面 か ら入 っ
と も あ りま す ．
るで し ょ
上 で 述べ た よ うに上 の 骨格 は 孔 隙だ らけで す ．こ れ が
な り ま す ．共 通 し て
岩 石 と 土 と の 大 きな 違 い で す ．土
ち粒 径 の 大 き
構 成 成 分 の 大 部分 は
密 度 は 平 均 す る と 2．
6g
鉱 物 で す ．土 を 構 成 す る 鉱 物 の
／cm3 程 度
す ．土 を ，そ の
で
lL （た と え ば 10
cm
×
す ．こ れ
孔 隙構 造 を乱 さ な い よ
10
cln
燥 して 質 量 測 定 す る と だ
の
×
い た い
10 cm
） 掘 り取
1 〜1，
3kg ／L
＝2 ．
6　kg ／L
て 乾
と な りま
は 土 の 乾 燥 密 度 と よ ば れ ま す ．構 成 鉱 物
が 2．
6g ／cm3
っ
うに
の
密度
す か ら ，半 分 以 上 は 孔 隙 と い
で
うこ と に な りま す ．
湿っ
程度の 部分 を除けば たい て
い
い
す ．た と え ば 粒 径 1mm
程 度 の 砂 だ けか らな る 土 の 場合 ，
液体 状 態 あ る い は 溶 液 と し て 入
ん ど素
て き た 汚染 物 質 は ほ と
っ
通 り して し ま い ます ． も し，汚 染 現 場 が 野 外 で あ
れ ば ，残
っ
洗脱 され
て しま い
た もの も降 水の 浸 透 に よ
ます．しか
含 む 場 合 に は話 が 違
っ
てあ
っ
う間
に
し，土 が ．あ る 程 度 粘 土 を
て き ま す ．粘 上 の
た 汚 染 物 質 の 挙 動 は 大 き く違
とい
っ
っ
っ
に よっ て，
含量
て
土の 中に入
っ
て き ます ．
に 示 す よ うに 土 の 空 気 の 組 成 は 土 の 深 さ や 植 生，
ら ，水 溶 液 と し て 土 に 入 る こ と よ り原 液 と し て 入 る こ と
ます ．た だ し ， こ の 空 気 は 大気 と 同 じ 組 成 で は あ
り ませ ん ．土 の 中 に は 植 物 の 根
し，そ れ らが 呼 吸 を
して い
各種 微 生物 な どが 存在
ます
の で ど
うし て も大 気 と比
較 す る と 二 酸化 炭素 濃 度が 高 くな り ます ．表 3 に は 土 の
の
表 3
季節 な ど に
よ っ て 大 き く変 動 す る の で す が ，大 雑 把 に 言
え ば ，二 酸 化 炭 素 濃 度 が 高 く，そ の 分 だ け 酸 素 濃 度 が 低
くな っ て
い
る
が 特 微 で す ．土 壌 汚 染 が 問 題 に な る 表 層
の
土 の 場 合 ，二 酸化 炭 素濃 度 は 3 ％ 程 度 は あ る と 考 え て も
い
鉱 物 と は あ ま り反 応 し な い とい う こ と で
成分 の 組 成 を示 し ます．
し っ と り と 湿 っ て い る と きに は 土 の 孔 隙 の
には
水 が 保 持 さ れ て い ます ．そ し て そ の 残 り は 空 気 で 満 た さ
い
る こ と は ，土 を 構 成 す る 物 質 の う
6，
1 有 機 化 合物 の 場合
と は い え，表 1 の 10〜25の 有 機 化 合 物 が 水 溶 液 と して
入 て き た と きの 挙 動 は 比 較 的 単 純 で す ．こ れ ら の 物 質
は 粘 土 鉱 物 と は あ ま り強 く反 応 し ま せ ん ．少 量 は鉱 物 表
面 に 分 子 間力 に よ て 吸 着 さ れ ます が ．結 局 ， こ れ ら の
有機 物 が 水溶 液 と し て 土 に 入 て きた 場 合 ， ご く一部 が
土 の 粘 土 鉱 物 に 吸 着 さ れ ，大 半 は 素 通 りで す ．
表 1 の 10〜21 の 有 機 化 合 物 の 主 な 用 途 は 溶 剤 で す か
15〜25 ％
空気
い
は 汚 染 物 質 の 種 類 に よ っ て 大 き く異
い
て い ま す．つ ま り土 の 中 に は 例 外 な く水 が 存 在 し ま
す ．極 端 な 砂 質 で も な く粘 土 質 で もな い ご く普 通 の 土 が
れて
うか ．そ れ
そ し て 粘 土 を構 成 す る 物 質 の 種 類 に よ
野 外 の 土 は 表 層 の lcm
て き
た と き ，土 の 中 で は ど の よ う な状 態 で 存 在 す る こ と に な
と思 い ます ．つ ま り土 の 空 気 の
気 の 100倍 近
い
とい
う こ とで す ．
二
酸化 炭 素濃 度 は 大
っ
っ
っ
が 多 い よ うで す ．た と え ば 貯 蔵 タ
ン ク
や ドラ
破 損 事 故 に よ っ て 地 面 に し み 込 む，とい
ム
す．こ の 場合 に は こ れ らの 化 合物 の 液体 が 図
示 し た よ うな孔 隙構 造
す ．大 き な 孔 隙
の
の
中に入
っ
缶 などの
た ケ ース で
っ
1 ，図 2 に
て くる こ とに な りま
，重 力 に
し，微 細 な
中にだけ とど まるの であ れば
よ っ て どん ど ん 下 に 浸 透 し て い き ま す ． し か
孔 隙 に 入 る と ．重 力 に 逆 ら っ て 長 期 間 保持 さ れ る こ と に
な ります ．土 は 降 水 後 長 期 間 に わ た っ て 水 を 保 持 す る こ
一
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Japan
of
和 田 信 一郎
190
粘 土科 学
一部 は 腐 植 物 質 や
‘匸梱鵡
一
毳
粘土 鉱 物 に よ っ
て
吸 着 さ れ ま す ．そ の
流 入 が 止 み ，降 水 が 浸 透 す る よ う に な る と 間 隙 水 中
の
度 は 低 下 し ま す ．そ う す る と今 ま で 吸 着 さ れ
もの
て い た
濃
が 徐 々 に溶 出 し て き ま す ．
6．
2 無 機 物 の 場 合
表 1 の 1 〜 9 の よ うな 無 機 物 の 挙 動 は も と 複 雑 で
す ．そ の 第 1 の 理 由 は ，た と え ば 鉛 の 場 合 に は 「鉛 お よ
び そ の 化合 物 」 と な
て い る よ うに ．土 に 入
て くる 汚
染 物 質 の 形 態 が 場 合 に よ て ま ち ま ち だ か ら で す ．鉛 の
場 合 ク レ ー射撃場 の 土 に 入 て くる 鉛 の 主 な 形 態 は 散
っ
一
っ
っ
っ
っ
弾
3 腐 植 物 質 の 推 定構 造 の 例
図
と が で き ます が
れた よ
の
，こ
うな マ イ ク
ロ
メ
ートル
の
写真
属鉛
で
す ．鉛 蓄 電 池 が 不 法 投
金 属鉛に 加 えて 硫酸鉛 が 入
Stevenson，
1994 ＞
（
1 の 一番 左
れ は 水 が図
の 金
示さ
に
な い し ナ ノ メ ー トル サ イ ズ
孔 隙 に 保 持 さ れ て い る か らで す ． こ れ と 同 じ こ と が 有
ります ．
詳 し く述 べ
る こ とで は
染
物質 の
こ の
講座
の
鉛塩 の 水溶 液が 入
の
目 的 は 汚染 物質 の 挙 動 を
ん か
あ り ませ
く
て
っ
ら，典 型 的 な 無 機 汚
例 と し て 鉛 と ヒ 素 だ け を 取 り上 げ ，そ の 共 同 に
土 の 粘 土 鉱 物 が どの よ うに か か わ る の か に つ
で
す．こ れ らの 有 機 化合 物 は
す．
粘 土 鉱 物 と 特 別 な 化学 反 応 は
し ま せ ん ．そ れ に もか か わ
鉛 の 場 合 ，ク
機 溶 剤 に 対 して も起 こ る の
．
に は
て き ま す ．工 場 に お け る 事
っ
故 な どで は 塩化 鉛 な ど 可溶性
る こ と もあ
棄された場合
レ ー射撃 場 の 土 に 入
っ
て
て述べ ま
い
くる 鉛 の 主 な 形
らず ，土 の 孔 隙 構 造 が 粘 土 含 量 や ，粘 土 鉱 物 の 種 類 に 大
態 は 散 弾 の 金 属 鉛 で す 、鉛 蓄 電 池 が 不 法 投 棄 さ れ た 場 合
き く影 響 さ れ ま す の で ，結 局 そ
に は ，金 属 鉛 に 加 え て 硫 酸鉛 が は い
存在 状 態
の
が土
の
粘土
に
よ っ て 影 響 さ れ る こ と に な り ます ．
有機 化 合物 の 挙 動 に 大
は腐 植 物 質 で す ．腐 植 物 質
称で
あ
っ
3
うな 高 分 子 で
い
入
っ
て く る こ と も あ りま す ．土 に 汚 染 と し て 入
総
鉛
の
代 表 的 な形 態 は 金 属 鉛 ，難 溶 性 の 鉛 化 合 物 ，溶 解 度
の
高い
の
化合 物
の
の
で すが
，た
い
ま
3
に
て は ま だ 合 意 は な く，図
は な く，低 分 子 が 集 合 し て 見 か け
う見 方 も あ
上 高分 子 的 に なっ た超 分 子 だ と い
き ま す ．工 場 に
成分
の
に示 す よ う な構 造 の 例 が 提 案 され て
す ．腐 植 物 質 の 構 造 に つ
した よ
は 一群
て ，構造 式 を 示 す こ と は で き な い
と え ば ，図
示
うの
て
お け る 事 故 な どで は 塩 化 鉛 な ど可 溶 性 の 鉛 塩 の 水 溶 液 が
き く影響 す る も うひ と つ
とい
っ
り ます ．た
鉛塩の
3 種で
し ょ
う． こ
れ らの
っ
うち 金 属 鉛
て
くる
と難溶
性 の 鉛 化 合 物 は ，土 粒 子 と入 れ 混 ざ っ て 存 在 す る だ け で
す ．一一
方溶 解 度の 高 い 鉛 塩 の 場 合 に は ，土
の
解 して鉛 イオ
ン は
；
Pb2 と な り ま す ．鉛 イ オ
ン
間隙水 に 溶
粘 土 鉱物
と 反応 し ます ．
3 の モ デ ル に もあ る よ うな 芳香
族 構 造 に 富 む と い う点 で す ． こ の よ う な構 造 は 疎 水 的 で
す ． こ の よ う な 構 造 を 持 つ 分 子 が 集合 し て い る と ，そ の
第 1 の 反応
隙 間 に は水 に 対す る溶解 度 の低
の 量 が 多 い の で す ． こ れ ら の 鉱 物 の 粒 子 は 厚 さ 1nIn
だ 共通 して
い
る の は ，図
い
有機 化合 物 分子 が取 り
込 ま れ や す く な ります ，実 際 農 薬 や そ の 他
の
水に溶けに
くい 有 機物 の 土 に よ る 吸 着保 持 に 対 して は 腐 植 物 質 の 関
こ とが
与 が 大 きい
確 か め られ て
キ シ ン 類 で は 特 に そ の 傾 向が 強
い
い
ま す ．PCB
と考 え ら れ ます ．
腐 植 物 質 や 粘 土 鉱 物 に よ る有 機 化 合 物
ン
やダイオ
の
吸着はフ
ロ
イ
q ＝kcv
（1）
とい う形 を して
い
ます ． こ
こ で
／kg な ど ）k と n
よ っ て 決 まる 定数
C
一般 的 に は
で す ，n は
q は有機 化 合 物 の 吸着 量
は 吸 着体 と 吸 着 物 質 に
は 土 の 間隙水 中 の 吸着 物 質 の 濃 度
く
1 で す ．もちろ ん k
＞
0で す か
ら ，（
1）式 は ，土 の 間 隙 水 中 の 物 質 濃 度 が 高 く な れ ば 吸
着 量 が 増 し，低 く な れ ば 減 少 す る こ と を意 味 し て
す ．高 濃 度の 有 機化 合物 や 有機 物 の
入 て くる と 、間 隙 水 中 の 濃 度 は 上
っ
の
ーミキ
ま す．特 に ス メ ク タ イ ト，バ
層 状構造単 位 が 積 層 して で き て
い
ュ
ラ イ トは 負 電 荷
ます ．そ れ ぞ れ の 構
造 単 位 が 負 電荷 を持 つ た め ，層 と層 の 問 に も陽 イ オ ン が
吸着 さ れ て
い
ま す ．普 通 の 土
，最 も多 く吸 着 さ れ
り，マ グ ネ シ ウ ム イ
で は
る の はカ ル シウ ム イ オ ン で
あ
， カ リ ウ ム イ オ ン ，ナ トリ ウ ム
す． こ の 状態 の 土 に 鉛 イ オ ン が 入
ン
て
オ
イオ ン が こ れ に 次 ぎま
て くる と ， こ れ ら の
っ
吸 着 イ オ ン と交 換 し て 吸 着 さ れ ま す ． こ の 反 応 は 陽 イ オ
の式は
／kg ，
mg
い
い
ド リ ッ ヒ の 吸 着 式 と い う式 で 表 す こ と が で き ま す ，こ
mo1
（
は 陽 イ オ ン 交 換 反 応 で す ．土 の 粘 土 鉱 物 の
う ち 層 状 ケ イ 酸 塩 鉱 物 の 多 くは そ の 骨 格 が 負 に 帯 電 し て
原液そ
の
い
ま
もの が 土 に
昇 し ま す か ら，そ の
ン
交 換 反 応 と よ ば れ ます ．模 式 的 に 書 く と 図 4
な ります ，
位
の
こ の 反
電 荷 を持
つ
の よ
応 は ，層 状 ケ イ 酸 塩 鉱 物 表 面 の
部 分 を抽象 的 に
X
うに
一1単
と書 く こ と に す れ ば ，
次 の よ うな 化学 反 応 式 で 表 す こ と も で き ま す ．
CaX2
＋
＋
Pb2 ニPbX2
＋
Ca2
亠
2）
（
鉛 イ オ ン は層 状 ケ イ酸 塩 の 他 ，酸 化 物 ，水 酸 化 物 鉱 物
や 腐 植 物 質 と も反 応 し ます ．表 2 に 示 す よ う に こ れ らの
物 質 は 表面 に
ヒ ドロ キ シ基 や カ ル ボ キ シ基
を持 ち ます ．
た と え ば 吸 い 酸 化 鉄 鉱 物 の 場 合 ，鉛 イ オ ン は ヒ ドロ キ シ
一
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of
第 47巻 第
3号
（
2008＞
土 壌 汚 染対
Ca2
Mg2 ＋ K
＋
策に
Ga2
＋
纏 難i
轢 轗−難 馨鱒 i
K Ca2i　Ca2
＋
．
M2
＋
K
＋
＋
iii
、
i鑓飜 i羅灘 i鍵雛 iiii
驚 i飜 1難i斐i難 i
Pb2
K ＋
＋
iiii
ξ
i； Pb
鶉i
鰹 講 liilii
蠶講
講i
191
お け る粘 土科学 の 役 割
・・
．
＋
講
iiiiiiliiiili
Ca2
攤 iliiii
il
；
蟻藷
…
ll
…
、
Ca2
＋
＋
＋
Mg2 K Ca2 M　2 K Ca2＋
＋
＋
＋
＋
＋
諱
蟻 鑼 ii
鬆欝1難 縷 1騰 籥 ii灘 驚 l　ii
萋雛 i菱
ili
ii戀 …靉 靉 i簗織 織
＋ Mg2
K
Ca2
Ga2 Mg2 K
＋
＋
＋
ii
蠶
＋
＋
図 4 層 状 ケ イ酸 塩 鉱 物 に お け る 陽 イ オ ン 交換 反 応 の 模 式 図
5
基の プ
ロ
ト ン を押 しの け て 図
す．こ
の
反応 は 化学 式 で 書 く と
2Fe −OH
＋
に示す よ うに結合 しま
す し ，二 酸化 炭素 濃 度 は 大 気 よ りも は る か に 高 くな
ます
い
＋ Fe −O Pb
Pb2 ＝（
）
2
＋
2H
3）
（
＋
鉛
成 し た負電 荷 を 持
合す
る 反 応 と み な す こ とが で き ます ．そ の 反 応 が 鉱 物 の
表面 で 起
鉛 イ オ
イ オ ンに
ル
3 に示
ボ キ シ 基 で す ．図
し た 腐 植物 質 の 構 造
モ
を持っ て
い
人
＋
6）
（
の よ
うに ，わ ず か
に 溶解 し ま す， も し ，土 の 成 分 が 鉛 イ
オ ン
と反応 しな
の で
の
い
あ れ ば ，こ れ らの 鉛 化 合 物 が ほ ん
わず か に溶解 す る と土 の 間隙水 は こ れ ら の物質で 飽和
，残
りは そ の ま ま 土 粒 子 と物 理 的 に 混 合 した
（
2），（3），（4 ） 式
は
に
示 した よ うな反応
で 土 の
粘土 画
分 の 酸化 物 ，水 酸化 物鉱 物 や 腐植 物 質 に 取 り込 ま れ て し
まい ます．こ
＋
2H
＋
（4）
を 結 合 し ま す ．こ の 反 応 も ま
うに反 応 して 鉛 イオ ン
5）
（
だ け で 存 在 し 続 け る こ と に な り ま す ． し か し ，鉛 イ オ ン
＋ COO Pb
Pb2 ニ（
）
z
て きた
一
SO42
＋
，
し て しま い
ま す ． こ の カ ル ボ キ シ 基 も また
2COOH
の よ
っ
て き ます ．炭 酸
っ
ご くわ ず か に 溶解 し ま す．硫 酸 鉛 も ま た
＋
デ ル か ら わ か る よ うに ．腐植 物質 は 多量 の カ ル ボ キ シ 基
・
た め 鉛 散 弾 な ど と して 入
＝Pb2 ＋＋ 2HCO3 一
H2CO3 ＝
PbSO ＝PbZ
植 物 質 と も 似 た よ うな 反 応 を し ます ．た
ン は腐
＋
うな 反 応 で
の よ
か ら表 面 錯 形 成 反 応 と よ ば れ ま す ．
だ し 腐植 物 質 の 場合 に は 反 応 す る の は ヒ ドロ キ シ 基 で は
な くカ
PbCO3
配 位結
て 生
こ るこ と
酸素 イ オ ン が
3 ）． こ の
て
鉛 は溶 解 度 の 低 い 化 合 物 で す が ，
と な り ます ．こ の 反 応 は ，表 面 の ヒ ドロ キ シ 基 が 解 離 し
つ
（表
金 属 鉛 は ，次第 に 表面 か ら炭 酸 鉛 に な
っ
た 表 面 錯 形 成 反 応 と よ ば れ ます ．
鉛化合 物 が
， こ れ ら の 物 質 の 共 存 下 で 難 溶性 の
溶 解 す る と， 出 て き た 鉛 イ オ ン が ど ん ど ん 表
の た め
面錯 形 成 に よ っ
固 体 に 取 り込 ま れ て し ま い ま す の
て
解が 促 進 さ れ ます．とは い
ン濃
っ
で
溶
て も土 の 間 隙 水 中 の 鉛 イ オ
度 が 高 くな る と い う わ け で は な く，難 溶 性 固 体 と し
こ れ ら の 反 応 は ．鉛 が 金 属 鉛 や 硫 酸 鉛 な ど と し て 土 に
て 存在 し て い た 鉛が イ オ ン 化 して 粘 土鉱物 や 腐植 物 質の
入 っ て きた 場 合 に も重 要 で す．土 の 中に は 水 分 が あ りま
表面 へ 移 る と い う
藜
蕘
萋
i霎馨
耄
i萋
i萋
＿
變
耄
嚢
苳
蹇
妻
i覇騨
…
鑞
、
雛
難鑛
，
e
・
図
れ
ド ミ ウ ム イ オ ン で も銅 イ オ ン で も 2 価 の 重 金 属 イ
・H
が
5 水 酸 化 鉄 鉱 物 表面 へ
は 化 学 反 応 と して は 比
較的早 い 反応 で す
で も 反 応 速 度 は 少 し ず つ 違 い ます ．土 の 場 合 に
，そ れ
は陽 イオ
ン
交 換 反 応 が 最 も早 く，表 面 錯 形 成 反 応 は そ れ
よ り少 し 遅 れ て 起 こ る よ う で す ．図
低い 土
約 1000mg
含量
の
添加
し ，野 外 の 状 態 に 近
に
変化 を時 間 を追
っ
て
／kg の
い
6 は 比較 的腐 植物 質
銅 を硝 酸銅 溶 液 と して
よ う な 水 分 に 保 ち ，銅 の 形 態
調 べ た 結 果 を 図示 し た もの で す ．形
態変 化 は 各 形 態 の 銅 に 比 較 的 選 択 的 な 抽 出 剤 を用 い た 逐
次 抽 出 法 とい う方 法 で 調 べ
35
％
て い
ます ．加 え た 直 後 に は 約
が 層 状 ケ イ 酸 塩 鉱 物 と酸 化 物 鉱 物
ずつ
大 部分
（
は
酸 化 鉄 鉱 物 ） に 吸 着 さ れ ，5 ％ 程 度 が 腐 植 物 質 に 結 合 し
て い ま す．時 間 を経 る に つ れ て 層状 ケ イ 酸 塩 に 吸 着 し た
婁；鑢
遡 難 簿鱗
郡簸 擬 添
お よび
．カ
こ れ らの 反応
欝
藩孃1
i
靜
ガ 萼麟
躔罵
ん
形 態 変 化 が 起 こ る と い うこ と で す ．
反応 は 鉛 イ オ ン に 限 っ た こ とで は あ りま せ
・H
Pb
驩
らの
オ ン に は 共 通 した反 応 で す ．
〔
難
i鑛鍵le
：
灘
8　驪 8鴫
，
こ
の 鉛イオン
ヒ酸 イ オ ン の 結 合 の 模 式 図
銅 は 減 少 し，酸 化 物 に 吸 着 し た （表 面 錯 体 と な っ た ）銅
が増 えて
い
ます ．腐 植物 質 に 結 合 した
一
（
表面 錯体 と な っ
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The　Clay
The
Clay　Soienoe
Science　Society
Sooiety
of Japan
Japan
of
和 田 信 一郎
192
場合に よっ
60G
…
て
な りの 量 の
素が 土
ヒ
．た と え ば ，
，そ の 場所 の
ネ
トン
くる 土の 中 に は
地質
量 の ヒ 素 が 含 ま れ る こ と が あ りま す
T 400
望
策法 で
汚染
詈　300
層状 ケイ酸塩 吸着態
）
い
うと こ
で はな い
中に 含 ま れ る
の
を掘削 す る と き 出
ル
に よ
っ
．こ
れ は土壌 汚染 対
て は
ろ の 土 壌 汚 染 で は あ りま せ ん
とはい
そ れ が 環 境基 準以 上
200
っ
の
．土
て も
多量
に
．人 為 的 な
素が 含 まれ，
の ヒ
濃 度 で 溶 出 す る 場合
か な りの
に は放置 し て
お くこ とは 出来 ませ ん ．こ の よ
溶性
噛■水
一．
■贈噛卩
100
の
ム
■．一．．冒囚．．．．．．
曙「一
．■，．卩「
中の
ヒ
含 まれ て
うな 場 合 ，掘 削 さ れ た 土
FeAsS
（
）の よ うな鉄鉱 物 と し て
素 は 硫砒 鉄 鉱
い
る こ と が 多 い よ うで す ． こ の 鉱 物 は ，掘 削 さ
れ て 大 気 に さ ら さ れ る よ う に な る と ，大 気 中 の 酸 素 に
0
て はか
こ とが あ り ます
酸 化物吸着態
…
500
佃
粘土 科学
0　20 40 60 80
よ っ て 酸 化 さ れ ，水 酸 化鉄 と硫 酸 イ オ ン と ヒ 酸 イ オ ン に
一部 は 図 5 に 示
分解 します．こ の と きヒ 素 の
銅 溶 液 添加 後 の 日 数
図 6 土 に 硝 酸 銅 溶 液 と して 添加 した 銅 の 形 態 変 化 の 例
した よ うな
形 で 水 酸 化 鉄 に 表 面 錯 体 と して 吸 着 さ れ ます が t
残 りは
溶 出 し ま す ． こ の と き，土 の 中 に 酸 化 鉄 鉱 物 や 水 酸 化 鉄
た ）銅 も少 し 増 加 し て い ま す ．こ れ ら の 形 態変 化 は 添 加
鉱 物 が 多 く含 まれ て
して 約 30 日 間 が 目立 ち ます が ，そ
に 含 まれ て
の
後 も少 しず
つ
起
こ
っ
て い ます．
い
い
る な ら ，そ の 大 部 分 は も と も と 土
た こ れ らの
鉄 鉱 物 に 表面 錯 体 と し て 吸 着 さ
れ る こ と に な りま す ，こ の よ う に ， 自然 由 来 の ヒ 素 の 溶
存 在 形 態 が 異 な れ ば ，水 に 対 す る 溶 出 性 も異 な る と考
え ら れ ます ．
つ
出 に 対 し て も 土 の 粘 土 鉱 物 組 成 が 大 き く影 響 し ま す．
ま り，土 の 重 金 属 の 全 含 量 が 同 じ で あ っ
7 ，汚 染 土 の 修 復
て も溶 出 性 は 異 な りうる とい う こ とで す ． こ こ で 説 明 し
た よ う に ，重 金 属 の 存 在 形 態 に は 土 の 粘 土 鉱 物 組 成 が 大
き く影響 し ます ． し た が
て ，同 じ種 類
っ
同 じ量 の 重 金
属 で 汚 染 さ れ た 土 で も，そ の 土 か らの 重 金 属 の 溶 出 特 性
は ま っ た く異 な る と い うこ と もあ りえ ま す ． さ ら に い え
ば ，汚 染 土 に 対 す る 対 策 を考 え る と き に も 上 の 粘 土 鉱 物
組成 を 考 慮す
次 は
ヒ
る こ と が 重 要 で あ る とい え ま す．
素 の 土 中で
の
挙動
に
い
つ
く
素
る ヒ
形態 は た
の
い
い
う の は ，表
準 を満 た す
で は ，土 に は い
っ
て
H3AsO4 ）， 亜
酸 （
ヒ
と ，汚 染 土 の
修復 と
し た 土 壌 溶 出 量 基 準 と土 壌 含 有 量 基
うに す
る とい
うこ
と で す ．そ の た め に も っ
と も確 実 な 方 法 は 土 か ら汚 染 物 質 を 除 去 す る こ と で す ．
この
少 し考 え て み ます ．
よ
考 える
い て
1 に示
方法は 浄化
と も い わ れ ます ．汚 染土 か ら 汚 染物 質 を
除 去 して し ま う と い う の は 魅 力 的 な 方 法 で す ．幸 い な こ
と に ，多 くの 有 機 汚 染 物 質 に 対 し て は 除 去 法 が
確立
して
酸
い
ます ， も っ と も簡 単 な 方 法 は ，土 が そ れ 以 上 汚 染 しな
ら は土 の 間 隙 水に 溶解す る
い
よ うに し て た だ 放 置 し て お く方 法 で す ．土 の 中 に は 多
て い
H3AsO3 ） の 塩 類 で す． こ れ
（
て
ース
土 が 新 た に ヒ素で 汚染 さ れ る ケ
土 壌 汚 染 対 策法 に 基 づ
ヒ
と こ れ らの イ オ ン と な り ます ． ヒ 酸 や 亜
よ うな 陰 イ オ ン は 層 状 ケ イ 酸塩 鉱
ヒ
酸の イオン
物 や 腐植 物 質 と は あ
り反 応 し ませ ん ．反 応 す る の は酸 化 物
の
ま
水 酸 化物 鉱 物 で
くの 種 類
の
微 生 物 が 棲 ん で お り，そ れ ら は様
合物 を 分解 す る こ とが
で
き ます ． し た が
して お くだ け で 汚 染 物 質 は
い
っ
て
々
な有 機化
，単 に 放 置
ず れ は 消 滅 し ま す． し か
す ．特 に 鉄 の 酸 化 物 ，水 酸 化 物 鉱 物 と は よ く反 応 し，た
し，そ れ で は 長 い 時 間 を 要 す る た め 土 地 利 用 の た め に は
5 に 示 し た よ うな 形 で 鉱 物表 面 に 結合 し ま す．
反 応 も ま た 表 面 錯 形 成 反 応 と 呼 ば れ て い ます ．図 5
不 都合 で す． こ の た め ，土 に 微 生 物 を 接種 し た り，土 着
とえば 図
こ の
の 一番 上 の 遊離 の Fe −OH
と 一番 下
基
の ヒ
素 が 結合
した
部 分 の 構 造 を よ く比 較 す る と わ か る と 思 い ま す が ， こ れ
は 鉱物表面の
ン
HAsO
一
鉄 に 結合 し て い る
2 個 の OH
基 を ヒ 酸イ オ
2
の
微 生物 の 生 育 を促進 させ る た め の 栄養素 を添加 す る な
ど積極 的 な働 きか け が 行 わ れ て
こ
れ に 対 して
・
。
0
が 置 換 して 結 合 して
〜
／
丶
に よっ て
，形 態 変 化
さ
の
と異 な り，無 機 の 汚 染 物 を 土 か ら除
効 率 的 ．経 済 的 な方 法 は 少 な い
の が
現状
で
す ．汚 染 物 質 が 散 弾 の よ うな 巨 視 的 な 金 属 粒 子 で あ る 場
合 に は ，篩 い 分 け ，比 重 の 差 を利 用 した 分 離 な ど の 方 法
OH
で か な りの 部 分 を 除 去 す る こ と が 可 能 で す ． し か し， イ
る と み る こ と もで き ま す ． こ
い
．有 機 汚 染 物
去す る た め
゜
ま す．
せ ら れ る こ と は あ っ て も分 解 さ れ て 消 滅 す る こ と は あ り
ませ ん
，
い
，無 機 物 は 微 生 物
の
た
オ
ン
と して 図 4
，図 5
に示 した よ うな形 で 土 の 粘 土鉱 物
め ， こ の 反 応 は 配 位 子 交換 反 応 と も よ ば れ ま す ． ヒ 素が
に 吸 着 さ れ て し ま っ た 場 合 に は ，除 去 は 非 常 に 困 難 に な
酸化鉄 鉱物 や 水 酸 化鉄 鉱物 の 表 面 に どの ように 結 合 して
り ます ． こ
い るか は
，実
は まだ 完 全 に は わ か
法 を適用 した研 究が 行 われ て
は一
つ
の
可能 性 で す ．
い
っ
て お ら ず ，最 新 の
ま す ．図
5
方
に 示 し た構造
の よ
うな ケ ース に 適 用 で き る 実 用 技 術 と し て
は 土 壌 洗 浄 法 と よ ば れ る 方 法 が あ り ま す ． た だ し，「洗
浄」 とい
っ
て
も土
の
粘土
鉱 物か らt
それ に吸
着 した 汚 染
物 質 を 洗 浄 除 去 す る わ け で は あ り ませ ん ．土 に 水 を 加 え
一
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Japan
of
2008 ）
3・
弓卜　（
第 47 巻 第
て 撹 拌 し，粒 径 の 差 を 利 用 し て 土 の 粘 土 画 分 を 除 去 す る
の で
す ．こ れ ま で 述 べ
て
tOO
■
一 − Pb
− − Gu
80
■
に 濃 縮 され ます ． こ の 微 粒 子 画 分 を 除 け ば 土 が 浄 化 さ れ
●
●
る とい う わ け で す ．経 済性 を考 え る と，こ の 方 法 は 粘 土
遷 60
Zn
十
■
1
土 に しか 適 用 で き ませ ん ．
い
，現 時 点 で
この よ うな理 由で
餐 40
は 土 か ら汚 染物 質 を 除去
す る と い う方 法 は あ ま り行 わ れ て
い
■　●
ま せ ん ．市 街 地 や 工
場 跡 地 の 土 壌 汚 染 サ イ トで は ，汚 染 土 を 掘 削 し て 最 終 処
20
1
す が ，土
，処 分 場 の 立 地 に も よ りま
000 〜 30．
000円 の 経費 が か か り
り5，
搬入
の
トン 当 た
0　2 4 6　8
ます ．土 量 が 多 くな る と 非 常 に 多 額 の 経 費 を 要 す る こ と
に な り ま す． し か も，処 分場 の 立 地 は 年 々 難 し くな
て
い ま す ． こ の よ う な 事 情 を反 映 して ； こ れ よ り安 い 経 費
物質 を 除 去 す る 技 術 の 研 究 が 行 わ
れて
図
水 酸化 鉄 鉱 物 （ゲ ータ イ
吸 着 の pH 依 存性
7
ト） に よ る 重 金 属 イ
1980 ） の デ ータ
（
MacKenzie
（
ま
い
pH
っ
で 土 か ら汚染
●
0
に は
／／
■　●
／ ／
■
●
1
分 場 に 搬 入 す る 方法 （
掘 肖匪除 去 と よ ば れ る 〉 が 主 流 で
す ．最 終 処 分 場 へ
届
／ 晦
きた よ う に ，無 機 の 汚 染 物 質 は
土 の 粘 土 鉱 物 と反 応 し ます の で ，土 の 中 で は 微 粒 子 画 分
含 量 の きわ め て 低
193
土壌 汚染対 策 に お け る 粘 土 科 学 の 役割
に
基づ
オン
作 図）
い て
す ． ま た ，含 有 量 は そ れ ほ ど高 くな い が ，水 に 対 す る 溶
出量 が基準 を上 回
る よ
う な土 に 対 し て
は
，溶 出 を抑
える
くな り ます ． こ の 図 か ら 判 断 す る と ， よ く吸 着 さ れ
よ うな 処 理 が お こ わ な れ ます ，こ の 方 法 は 不 要 化 処 理 ま
で も，酸 を加 え て
た は 安 定 化 処 理 と よ ば れ ます ．
れ ませ ん
土 か らの 除 去す る 技 術 の 研 究 に お
研究
に お い
す ．以 下
ご
て も不 溶 化処 理 の
も粘 土 科 学 が 重 要 な 役 割 を 果 た し て い ま
て
く少数 の
例で
すが
い
，粘 土 科 学 と の か か わ り を
強 調 し な が ら 紹 介 し ます ．
る
鉛
pH を 2 程 度 に す れ ば ほ とん ど吸 着 さ
．腐 植 物 質 の 特 性
も こ れ に 類 似 して
い
ます ．つ
を2
ま り，鉛 を吸 着 し た 土 に 塩 酸 な どの 酸 を加 え て pH
程 度 に す れ ば ，酸 化 物 鉱 物 や 腐 植 物 質 に 吸 着 し た 鉛 は
ほ
と ん ど 溶 出 す る と 考 え ら れ ます ．
とこ
ろ が
，ス
ーミ
メ ク タ イ トや バ
キ ュ ラ イ トの よ う な
層 状 ケ イ 酸塩 鉱 物 が 共存 す る 場 合 に は こ の よ うに う ま く
7．
1　は い か な く な る の で す ．酸 溶 液 を加 え る と土 の 中 の 酸 化
薬剤 洗 浄 に よる 除 去
汚染 物 質 を吸着 した 粘 土 ご と 除去す
土 鉱 物 か ら薬 剤 を用
る
い
技 術 の 研 究 も行 わ
れ て い ま
属 の 場 合 ，EDTA
ン酸 な ど の
た洗浄に よ
（エ チ
っ
ン
い
よ
た鉛 イ オ
うな 薬剤 を 汚 染 土
酢 酸 ）， ク
と 溶解 度 の
錯体 を形成 す る よ うな 化合 物 が しば し ば用
す ．こ の
く，粘
す ．対 象 が 鉛 の よ うな 重 金
レ ン ジ ア ミ ン ン 四
ど ，そ の 金 属 イ オ
有機 酸 な
る の で は な
て 汚 染 物 質 を除去 す
い
徹底 的に 洗 浄す
る
ン
られ て い ま
粘土 鉱 物の 種類
必 要 が あ る と い う欠 点 が あ り ます ，
して 吸 着 さ れ ま す ． （
3 ）式 や
ン
（4 ） 式 か ら わ か る よ う に
が 放 出 され ます
の
す が ，水 素 イ
，
で ，放 出
．こ
か あ りま せ ん
て の
陽イオ
ン の
ン を
場合
大 き く変 わ
濃 度が 上 昇 し ま
イ 酸塩 の カ ル
交 換 し て 吸 着 さ れ ます ．層
を特 に 選択 的 に 吸着 す る
ン
2 とい え ば か な りの 酸 性
は 0．
01mol ／L 程 度 で し
濃 度 で は 層 状 ケ イ酸 塩 鉱 物 か らす べ
脱着 さ せ
る こ とはで きない の で
に
も，そ の 効 率 は 土
っ
て き ま す ． ま だ ，酸 洗
的 な技 術 と し て は 確 立 して
に は土 の
ン
一部 は 層 状 ケ
濃度 と し て
ン
の
す ぐに 脱 着 し て き
う な 理 由 で ，酸 に よ っ て 重 金 属 イ オ
こ の よ
る
オ
ンが
重金属 イ オ
と い う こ と は あ り ませ ん ，pH
で
去す
は 酸化 物 鉱 物 や腐 植 物 質 に よ っ て 表 面錯 体 と
吸着反応 が 進 めば水 素 イオ
す ．す る と，重 金 属 イ オ
の
状 ケ イ 酸 塩 は ，特 定の 陽 イ オ
も う ひ と つ の 方 法 は 単 純 な 無 機酸 に よ る 洗 浄 で す ．重
金属 イ オ
うす る と 溶 液 中
高い
に 関 係 な く 適 用 可 能 で す が ，溶 出量 基 準 を 満 足 す る ま で
．そ
シ ウ ム イ オ ン な ど と陽 イ オ ン
に 添 加す る と，吸 着 さ れ て
と な り溶 出 し て き ま す ．こ の 方 法 は 土 の
ます
エ
らの 化 合 物 と 結 合 し て 水 溶 性 の 錯 体
ン は こ れ
物鉱 物 や 腐植 物 質 か ら重金 属 イ オ
鉱物 組 成 を 一
の
つ
い
の
ませ
ン
す．
を洗 浄 除
粘 土 鉱物組 成 に
よ
っ
て
浄法 と い うの
は 実用
，技 術 化 す
る とき
ん が
重 要 な要 因 と し て 考 慮 す る
こ
と が 必 要 と思 わ れ ま す ．
さ れ る 水 素 イ オ ン を 中和 し て や れ ば 反 応 は ど ん ど ん 右 に
進 み ます
．つ
濃 度 を低
下 させ れ
て反応
ま り反 応 系 に ア
ル
カ リ を加 えて 水 素 イ オ
ば吸 着反応
は
ます ．逆 に 酸
進み
ン
を加 え
オ ン 濃 度 を 高 くす る と 重 金 属 イ オ ン は
く くな り ま す ．図 7 は こ の 様 子 を 示 す 実 験 結
系の 水 素 イ
吸着 され
に
果 で す ．ゲ
ータ イ
に ア ル カリ や
ト に 鉛 ，銅 ，亜 鉛 の 溶 液 を加 え ， さ ら
酸 を加 え
着 量 を測 定 し た もの
反 応 溶 液 の pH を 変 え な が ら 吸
で す ．ア ル カ リ を加 え て pH を 高 く
て
す る と添 加 し た重 金 属 イ オ
す し ，酸 を 加 え て
pH
ン は ほ とん ど全
部吸着 さ れ ま
を低 くす る と ほ と ん ど吸 着 さ れ な
7．
2 不 溶化 処 理
重 金属 汚染 土
とい
う方 法 が
に
対 す る 別 の 対 策 技 術 と して 不 溶 化 処 理
あ り ま す ． こ の 技 術 は ，土 の 中 の 重 金 属 類
を ，水 に 対 す る 溶 解 度 の 低 い 形 態 へ 転 換 さ せ る 技 術 の 総
称 で す ．土 壌 含 有 量 基 準 は 満 た さ れ て
基 準 は 満 た され て
い
い
るが 土壌 溶 出量
な い と い う よ うな 土 に 対 し て 適 用 さ
れ る 方 法 で す ．た と え ば ．土 木 工 事 に 伴 っ て
を 50mg
／kg
程 度含 む 土 が 大 量
に
，ヒ素
や鉛
出 て きた と し ま す ．前
述 し た よ うに ，こ れ は 土 壌 汚 染 対 策 法 と は 直接 関 係 せ
一
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Clay　Soienoe
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Japan
of
和 田 信 一郎
194
して ア
30
uo
ミ
切
嚠
覗
素，フ
ッ
．多
くの 汚 染 土 に 適 用 さ れ て
，フ
素 な どは汚染 土 の 中で は ヒ 酸 イ オ ン
陰イ オ
イ オ ン な どの
●
、
も
0
4
5
囲 で は あ ま り pH
n
て
に よ る 表面 錯 形成 反 応 は
●
5
ら
レ
ロ
い
と し て 存在 し ま す ．
ン
ッ
酸イオ
ヒ
水酸 化 鉄 鉱 物 表 面 で 安 定 な 表 面 錯 体 を 形 成 して 吸 着
れ
さ ます （
図 5 ）．た だ し， ヒ 酸 イ オ ン の 水 酸 化 鉄 鉱 物
∂
ト
が あ り ま す． ア
多 く含 む 火 山 灰 土
ン は
10
e
ヒ
化物
●
15
往
ン を
ェ
ます ．
○
師
フ
化処 理法 は実 用 化 され
佃 20
く
昏
ロ
フ ェ ン 質 の 火 山灰 土 と ア ル カ リ 資 材 な ど を 併 用 す る 不 溶
●
25
E
＼
粘土 科学
6
る こ とに よ
土 の pH7
図8
pH
うち．
ベ
ュ
の土の
，土 の pH
pH 範
を調 節す
した 水 酸 化 鉄 鉱 物 を 汚 染 土 に 加 え る こ と に
ータ
られ る 鉱 物 は ゲ
シ
カ ド ミ ウム 含 量
の で
て 不 溶 化 を 促 進 す る こ と は で き ま せ ん ．こ
ド ラ イ ト， シ ュ
マ ツナの
コ
に依 存 し ませ
よ りヒ 素の 溶 出 を抑制する こ とが
い
を 調 節 し た 土 で 栽 培 した
，合 成
の ため
9
8
っ
pH 4 〜8の ，通 常
い
ま す．用
ェ
リハ イ
ナ イ トな ど様々 で す．こ れ ら の
ナ イ トとフ
トマ
られて
イ ト，マ グ ネ タ イ ト， フ
ル トマ
ベ
ル
試み
リハ イ ドラ イ トとよ ば
ェ
れ る 非常 に低結 晶性 の 水 酸化 鉄 鉱 物 は ヒ 酸 イ オ ン を 特 に
ず ，土
壌汚 染 と は い え な い もの で す ． し か し ，そ れ か ら
環 境 基 準 を超 え る
きませ ん ．こ
の よ
素 が 溶 出 す る よ うで あ れ ば 放 置 は で
ヒ
うな 場 合
に は 不 溶化 処 理 で 対応 す る こ
多 く吸 着
詳 し く調
し ます ．シ
ベ
ュ
ル
トマ ナ イ トの
ヒ
酸吸着機構は
ら れ て お り， ヒ 酸 イ オ ン を 吸 着 した シ
べ
トマ ナ イ トは 非常 に
安定 で
確認
あ る こ とが
ュ
ベ
ル
さ れ て
い
ま
ヒ
酸
う点 で
注
と が 検 討 され て い ます ．不 溶 化 処 理 は また 安 定 化 処 理 と
す．フ
ェ
もい わ れ ます ．
イ オ
に対 し て も ほ ぼ 同 等の 吸着性 を持つ とい
典 型 的 な 不 溶 化 処 理 法 は ，土 に 含 まれ る 鉱 物 に よ る 表
目され て
面 錯 形 成 反 応 を 利 用 す る 方法 で す ．図
た よ う に ，表 面 に 反 応 性
の ヒ
7
に 関 して
説明
し
ドロ キ シ 基 を もつ 鉱 物 や 腐
植物 質 は 重 金 属 イ オ ン を 表面 錯形 成 反 応 に よ っ て 吸 着 し
ま す ．図
7
リ
イ ドラ イ
トは ヒ
酸イオ
ン
だ け で な く亜
ます ．
い
，フ
こ の ほか
酸 化 物 を用
ッ
化 物イオ
た 不 溶 化 法 も研 究 さ れ て
い
−Al 複 水
ま す （成 田 t
に 対 し て は ，Mg
ン
い
2007）．
3 ）， （4） か ら
うに ．そ して 反 応 式 （
形 成 反 応 は 土 の 間 隙 水 の pH を 高
に示 す よ
わ か る よ うに
ン
ハ
8 ．結 び
，表 面 錯
くす る と促 進 さ れ ます ．土 に は ほ と ん ど例 外 な く何 らか
酸 化 鉄鉱 物 や 水 酸化 鉄 鉱物 は含 ま れ ます の
の
ル
シ ウ ム ，水 酸 化 カ
す る だ けで 重金 属 イ オ
す ．こ
の
て
8
ドミ ウ
カ
用い られて
図
溶 出 を 抑制 す
ン の
方 法 は ，カ ド ミ ウ
作物 に よ る
い
で
，炭 酸 カ
シ ウ ム な どの ア ル カ リ 資材 を 添 加
ル
ム の
る こ とが で
きま
汚 染 され た 農 用 地 か らの
ム に
吸 収 を抑 制 す る た め
の
方法 と し
ま す．
カ ル シ ウ ム な ど の ア ル カ リ 資材 を段 階 的 に 添 加 し て 土 の
pH
カ ドミ ウム
ッ ナ を
含 量 を測 定
した
栽 培 し ，収 穫 し た
結果
が
5
か ら
6
吸 収 は激 減 して
い
ます
．こ
うに
の
コ マ
，土
の
pH
に 上
で
す ．図 か
，土
の 間隙
水の
コ マ
ッ ナ の
ら明 ら か な よ
昇 す る だ けで カ ド ミ ウ
ム
れ は 土 に 含 ま れ る酸 化鉄 鉱
物 や 腐植 物 質 に よ る 表 面錯 形成 反 応
が 吸 着 され
に よ
っ
て カ ドミ ウ ム
カ ド ミ ウ ム 濃度 が 低下 した 結
果 と考 え られ ます．
こ
の よ
うに ，土
科 学 との 関係 に つ
性質な
で
，こ
に 含 ま れ る粘土 鉱 物 に よ っ て 重 金属 を
場 合 ，ア
ル カ リ 添加 に
よ る 不 溶 化 の 効 率 は 土 の 粘 土 鉱 物 組 成 に 依 存 し ま す ．表
面 錯 形 成 に 係 る 鉱 物 を あ ま り含 ま な
よ うに か か わ
っ
て 説 明 し ま し た ．粘 土 鉱 物 の 構 造 や
い
て は こ の
講座
に 詳 しい
解 説 が あ りま す の
土 鉱 物 と土 壌 汚 染 とい う環 境 問 題 が どの
て い る か とい
う点 に 重点 を お き ま
物 と は 特 別 の 相 互 作 用 は しませ
した ．
い
土 や ．表面 錯形 成
よ う な 微 細 な孔 隙 に 入
一方
し土 は 粘 土 鉱 物
っ
て し ま う とな か な か 除 去 す る こ
重 金 属 を は じめ と す る 無 機 の 汚染 物質 は 粘 土 鉱 物
と 強 く相 互 作 用 し ま す ．汚 染 土 中 で は ，粘 土 鉱 物 に 重 金
属 な どの イ オ
て い
ン
が 静 電 気 的 に ，あ る い は 化 学 的 に 結 合 し
ま す ．汚 染 土 と い う の は そ の 中 の 粘 土 鉱 物 が 汚 染 さ
っ
て
もい
い
くら い
で
す ．こ
の た め
，粘 土 鉱
物 を多 く含 む 土 が 重 金 属 な ど で 汚 染 さ れ る と浄 化 は 非常
に
困 難 に な り ます ．
し ，粘土 鉱 物 と 重 金 属 な ど と の 強 い 相 互 作 用 を 利
用 す る と ，重 金 属類 を水 に 溶 出 し に く くす る こ と も可 能
しか
す．
材 と 表 面 錯 形 成 能 を もつ 物 質 を 同 時 に 汚 染 土 に 添 加 す る
この
よ うな 目 的 に 適 し た 天 然 資 材 と
． しか
と が 難 し くな りま す ，
で
の
ん
を 含 む が ゆ え に 非 常 に 微 細 な 孔 隙構 造 を 持 ち ます ．こ の
に よ る 不 溶化 を さ ら に 促 進 した い 場 合 に は ， ア ル カ リ 資
効 果 的 で す． こ
い
こ で は粘
れ て い る とい
不 溶 化 す る こ と が で き ま す． こ の
こ とが
どに
つ
要 約 し ます と ，有 機 塩 素 系 化 合 物 な どの 溶 剤 は 粘 土 鉱
は ．カ ド ミ ウ ム 含 量 約 10mg ／kg の 汚 染 土 に 炭 酸
を 調 節 して
駆 け 足 で は あ りま す が ，土 壌 汚 染 と 粘 土 あ る い は 粘 土
よ うに 土 の 汚 染 さ れ や す さ ，汚 染 さ れ た 土 か ら の
有 害物 質の 溶 出 し や す さt 汚染 土 の 修復
一
の しや
す さ ，そ
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library
The　Clay
The
Clay　Soienoe
Science　Society
Sooiety
of Japan
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ま り土 壌 汚 染 を 論 ず る に は 粘 土 科学 の 知 識
南條 正 巳
2002） 土 壌
（
です．
して汚 染 土の 修 復技 術 の すべ て
て い ます
が
．
つ
不可 欠 な の
の
面 に粘 土 鉱 物 が 関 与 し
202 −209 ．
ン
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タ ーカ レ ーシ
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