循環・廃棄物の基礎講座
2012年2月号

ニッポンの埋立地 「準好気性埋立地」

石垣 智基

構造だけじゃなくて管理

準好気性埋立構造というのは、日本で開発された廃棄物埋立の方法で、現在では我が国で新設される埋立地の多くがこの方式を採用しています。 この方式の要点は、埋立地内に縦横に張り巡らされた排水管により埋立地内部の水分を排除することと、埋立地の中で発生したガスを大気中に逃がす管(ガス抜き管)から排水管の末端までが接続されて大気が自然に埋立地の中に浸入していくこと、の二点です(図1)。 埋立地の中に水が溜まると、いくら自然界との隔離構造(遮水工:「廃棄物最終処分場からの汚水の漏れを防ぐ技術」参照 )があっても環境汚染のリスクは高まりますから、水をできるだけ埋立地に溜めずに、速やかに排水処理行程に導くことが大切です。また、埋立地の中で発生するガスには、可燃性成分、有害成分、悪臭成分が含まれていますので、溜まって濃度が高くなると火災や健康被害を引き起こしかねません。従って、ガスも埋立地に溜めず、濃度が低い段階で速やかに大気に放出した方が安全だといえます。これらの機能を両立させるとともに、大気を浸入させることによって廃棄物の分解を促進させるのが準好気性埋立の特徴です。もちろん埋立地の内部に水が溜まっていては、大気と埋立地の内部ガスを効率的に交換できません。ストローで空気中に息を吹くのと、水に息を吹き込むのでは、吹き込む力が違いますよね。埋立地の排水管も同じで、水が溜まっていると大気圧で埋立地内に空気を出入りさせるのは難しくなります。つまり、準好気性埋立方式は、構造自体にも特徴がありますが、水が溜まらないよう、あるいはガスが排除されるよう「管理」することに特徴があります。

図1 準好気性埋立の構造と管理の概要図 図1 準好気性埋立の構造と管理の概要図

酸素が中途半端に存在する環境

そもそも「準好気」とはどういう意味でしょうか。食物連鎖の中で生産者、消費者に対して、分解者という位置づけになっているのが微生物です。酸素を利用してエネルギーを獲得できる微生物のことを「好気性微生物」と呼びます。逆に、酸素を利用せずにエネルギーを獲得できる微生物は「嫌気性微生物」と呼ばれます。味噌や醤油などの発酵食品を作る時に利用されるのは嫌気性微生物です。また、自然界でも汚い沼や溝に溜まった泥には嫌気性微生物が多く存在しています。もともと大気中の酸素が溶け込んでいたような環境でも、好気性微生物が酸素を消費し尽くしてしまうと、嫌気性微生物の出番となるのです。埋立地でも同じで、自然界から厳重に隔離されている現代の埋立地では、 最初に存在していた酸素が消費されてしまうと、あとは嫌気性微生物が働くことになるのです。 しかし図1のように管理されている場合、埋立地への大気の浸入に伴って酸素が供給されます。嫌気性微生物にとって替わるほどではないですが、細々と好気性微生物が働くことのできる環境、つまり好気に準じた環境ということで「準好気」と命名されました。

一方で、準好気埋立地の実際の環境は果たしてその名称にふさわしいものでしょうか。実験的に管理された準好気性埋立では、嫌気と好気の反応が半々程度の割合で起こることがわかっています(ただしこれは好気性の反応速度の方が速いことを加味しているので、埋立地の半分が好気的環境になっていると言うことではありません)。しかし実際の現場では、雨が降ってから排水に至るまでの浸み込み方や、管まわりの目詰まりなどで実験ほどはうまく排水されず、常に理想的な管理ができているわけではありません。我々の調査では、排水の努力を最大限していても、年間で140日程度は排水管末端が水没している状況にある、という事例もあります。もしかすると実態は準好気よりも「準嫌気」と言った方が妥当かもしれません。

準好気性埋立の科学

ここまでの解説をみなさんはどのように感じたでしょうか。準好気性埋立は環境に負荷を与えない工夫のされた素晴らしい方式だと感じたでしょうか。それとも、いくつかの説明にあいまいな点を感じたでしょうか。どちらも正しいご感想です。準好気性埋立方式が、これまでの埋立方式 と比べて、水環境への負荷を減らし、ガスの排出による問題を未然に防止し、ひいては埋立地管理期間の短縮 につながっている、ということは多くの現場で実証されています。効果が認められているため多くの埋立地への導入が先行していますが、反面、なぜ、どのように、効果が発揮されているのか、という点については、未解明の点が多くあるのです。

例えば、埋立地のガスとの交換で大気が埋立地に浸入する、ということは現象としては確認されていますが、理論としては主に熱対流現象(豆知識参照) によるのではないか、という推測しかなされていません。では熱対流でどの程度大気は浸入するのか?それは観測されているような準好気の効果を得るのに充分なのか?などの検証はまだされていないのです。「管理」が大切な方式であるにもかかわらず、管理方法を改善するための根拠が乏しい、というのは大きな問題です。埋立地はあらゆる都市で必要とされる施設ですから、経験と勘で熟練した職人技のように管理するのでなく、科学的な理論をもとに多くの担当者がミスなく使いこなせるような技術にまで引き上げていく必要があるでしょう。

準好気性埋立構造

こうした想いで我々は、準好気性埋立方式を開発した福岡大学とも共同で、準好気性埋立に科学の理論を与えるための取り組みをしています。ひとつは、先述した大気とガスとの交換・埋立地への浸入に関する検討です。熱対流によって埋立地内へ浸入できる大気量は、埋立地ガスとの温度差、内部埋立地ガスの成分や分圧、水分の偏在状況によって変わってきます。また、一時的に排水管末端が水没した際に何日程度で埋立地内の酸素が枯渇するか、というのも準好気的な管理においては重要です。現在は数値計算(シミュレーション)でこの現象を再現することで、これまで観測された準好気性埋立の効果の検証を進めています。また、酸素が存在する環境下で嫌気的と好気的な微生物反応の配分を数学的に表現する取り組みは過去に例がありません。好気性微生物にとっては酸素が足りなくて、嫌気性微生物にとっては酸素が増殖の邪魔をする、という環境下での微生物による廃棄物分解の定式化を進めています。さらに、埋立地内の汚水に溶出する廃棄物の挙動も、埋立地内でのガス発生に影響を与える重要な要素です。なぜなら、溶解して排出される成分の一部は、埋立地内に貯留していれば微生物によってガスに変換される成分でもあるからです。埋立地の長い一生を通じて、溶解して排出される廃棄物の挙動の定式化にも取り組んでいます。

熱対流、微生物分解、ガスや水の発生挙動は、別々事象ではなくそれぞれが影響し合うため、一体的な研究が必要なテーマです。また、日本だけではなく、気候条件の異なる外国へもこの技術を普及させることを想定して、大変幅広い設定条件を想定しています。こうした成果が世の中に出ることで、真の「準好気性」管理の達成を通じて世界中の埋立地がより安全に運営されるよう期待しています。

<もっと専門的に知りたい人は>
  1. Tomonori Ishigaki et al. Waste Management / Book 2: Greenhouse Gas Emission from Solid Waste Disposal Site in Asia, ISBN 978-953-307-447-4, Intech, 2011
<関連する調査・研究>
  1. 研究プロジェクト2
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