油汚染対策技術

 油汚染対策技術とは、油による海洋・河川等の汚濁を防止あるいは処理するために用いられる技術のことで、油分流出防止技術と、流出油処理技術がある。
 油汚染事故は、船舶の海難やパイプライン・油田等の事故、あるいは河川沿いの工場からの油の漏洩等によって発生する。船舶からの油流出事故については、国際的な取り組みによって油濁防止対策が強化された結果、減少傾向にある。油流出事故発生時の対策にあたっては、油の種類、量、海象条件、海域地形等より最適な手法を選択することが重要である。
 油汚染対策として、洋上の回収船や沿岸に設置する回収機による機械的回収のほか、オイルフェンス、油処理剤、油吸着材等の資材が活用される。図は、大型浚渫兼油回収船「白山」である。我が国では、「白山」の他、「清龍丸」(名古屋港)、「海翔丸」(関門航路)の、計3隻の油回収船によって、48時間以内にほぼ日本全域の油分流出事故をカバーすることができる体制が確立されている。
 一方、国内の河川での水質事故の件数は増加傾向にあり、その大部分を油の流出が占めていると考えられている。そこで、全国の一級河川には、国土交通省など関連主体からなる水質汚濁防止連絡協議会が水系又は地域区分ごとに設置され、河川への油流出に迅速に対応するための体制が整備されている。河川の油汚染対策で利用される技術も、海洋の油汚染対策技術と本質的には同一であるが、その規模は小さくなる。

油回収船『白山』(左)と、その油回収装置の模式図(右)

油回収船『白山』(左)と、その油回収装置の模式図(右)
出典:国土交通省北陸地方整備局 新潟港湾・空港整備事業所「大型浚渫兼油回収船」
http://www.niigata.pa.hrr.mlit.go.jp/t-hakusan.html

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1.背景

1)油汚染の発生状況

(1)海洋
 海洋に油が流出する原因は、船舶の海難、パイプライン・油田等の事故、それに戦争目的での人為的な油井破壊等がある。船舶からの油流出事故は、大型タンカーの往来が盛んになった1960年代から頻発するようになったが(表1)、事故発生後の石油会社や海運会社による油濁防止対策の強化、国際的な規制の整備等により、流出量は劇的に減少している(表2)。
 世界における油流出の最大量は、1990年1月の湾岸戦争で人為的に原油生産中の油井を爆破して、ペルシャ湾内へ約100万トンの原油を流出させたものである。その他、メキシコや北海、中東等の原油生産地において、石油掘削中の爆発や自噴等で多量の原油が流出するなど、多くの事例がある。

表1 主要なタンカー油流出事故一覧
船名 旗国 汚染被害国 流出量(トン) 事故内容
1967 トリー・キャニオン リベリア 英・仏 119,000 座礁
1972 シー・スター 韓国 オマーン 120,000 衝突
1976 ウルキオラ スペイン スペイン 100,000 座礁
1977 ハワイアン・パトリオット リベリア 米国 95,000 破損
1978 アモコ・カディス リベリア 223,000 座礁
1979 アトランティック・エンプレス ギリシア トリニダード・トバゴ 287,000 衝突
1979 インデペンデンタ ルーマニア トルコ 95,000 衝突
1983 カストロ・デ・ベルバー スペイン 南アフリカ 252,000 火災
1988 オデッセイ ギリシア カナダ 132,000 破損
1989 エクソン・バルディス 米国 米国 37,000 座礁
1991 ABTサマー リベリア アンゴラ 260,000 火災
1993 ブレア リベリア 85,000 座礁
1996 シー・エンプレス リベリア 72,000 座礁
1997 ナホトカ ロシア 日本 6,200 破損
1999 エリカ マルタ 10,000+ 破損

注)流出量はITOPF資料等による。ナホトカの流出量は海底沈没部分の貨物油を含まない。

出典:国土交通省「主要なタンカー油流出事故について」
http://www.mlit.go.jp/kaiji/seasafe/safety11_.html

表2 世界の石油海上荷動き量と流出量
期間 石油海上荷動量
(年平均)
石油流出量
(年平均)
流出量/
海上荷動量
比率
(75-79を1.0)
(年) (百万トン) (百万トン) (%) (指数)
1970 - 1974 1,454 0.233 0.016 0.67
1975 - 1979 1,674 0.402 0.024 1.00
1980 - 1984 1,350 0.134 0.010 0.42
1985 - 1989 1,306 0.103 0.008 0.33
1990 - 1994 1,646 0.181 0.011 0.46
1995 - 1999 1,882 0.038 0.002 0.08

注1)石油荷動量はファンレイ統計、流出量は国際タンカー船主汚染防止連盟(ITOPF)資料などから海事産業研究所が作成。
注2)荷動量は原油と石油製品を含む。流出量は、船舶からの石油流出量が700トン以上を対象としている。

出典:(社)日本船主協会「環境コーナー:海運業界と環境問題 1.油による汚染防止(附属書 I)」
http://www.jsanet.or.jp/environment/text/siryo/siryo3a_05.html

(2)河川
 図1は、全国の一級河川での水質事故の件数である。平成19年に8年ぶりに減少したが、依然として増加傾向にある。

図1 全国の一級河川における水質事故件数の推移
図1

図1 全国の一級河川における水質事故件数の推移
出典:出典:国土交通省 報道発表資料「平成20年全国一級河川の水質現況の公表について」(平成21年7月31日)
http://www.mlit.go.jp/report/press/river03_hh_000177.html

図2 河川水質事故の原因別内訳(平成19年度、関東管内)

図2 河川水質事故の原因別内訳(平成19年度、関東管内)
出典:国土交通省関東地方整備局「平成20年度(第21回)関水対協 連合水質事故対策訓練のお知らせ」(PDF)
http://www.ktr.mlit.go.jp/arajo/news/info/h20/1002/kunren.pdf

2)海洋油濁防止に係る国際的取り組み

 油による海水の汚濁についての国際的な取り組みは、1954年の「油による海水汚濁の防止のための国際条約(OILPOL条約)」から始まり、その後、大規模な流出油事故発生のたびに条約による油濁防止策が強化されてきている。
 また、船舶による海洋汚染に関する包括的な要件は1983年に発効した73/78 MARPOL条約(1973年の船舶からの汚染防止のための国際条約に関する1978年の議定書)で定められ、同条約の附属書Iによって船舶からの油による汚染を防止するための構造や設備要件、基準濃度を超える油水等の排出禁止等が規定されている。73/78 MARPOL条約は、2007年発効の改正に伴い、船舶からの油の排出規制が強化され、以下のような国際統一基準が策定されている。

※船舶からの油の排出
 航行中に船底に溜まる、機器及び配管等から漏れた水や油のことを「ビルジ」と呼ぶ。これらは溜まり続けるため、一定量以上になったら船外に排出する必要がある。ビルジに含まれる油は海洋汚染の原因となるため、適切に処理される必要がある。

1.船舶からのビルジその他の油の排出について、すべての船舶に対し、
 [1]希釈しない場合の油分濃度が15ppm以下であること
 [2]南極海域以外の海域において排出すること
 [3]船舶の航行中に排出すること
 [4]排出防止装置を作動させながら排出すること

 上記1.[4]の排出防止装置については、以下の表3の通りとなっており、油水分離装置やビルジ用の濃度監視装置の設置が求められている。

表3 船舶種別と必要な排出防止装置
船舶種別 必要な排出防止装置
総トン数1万トン(地中海海域、バルティック海海域、黒海海域及び北西ヨーロッパ海域にあっては総トン数400トン)以上の船舶油水分離装置及びビルジ用濃度監視装置
総トン数1万トン(地中海海域、バルティック海海域、黒海海域及び北西ヨーロッパ海域にあっては総トン数400トン)未満の船舶油水分離装置(燃料油タンクに積載した水バラストを排出する場合にあっては油水分離装置及びビルジ用濃度監視装置)

(注)今般の改正は、総トン数100トン未満の船舶に装置の設置を義務付けるものではなく、あくまでビルジその他の油の排出時に装置の作動を義務付けたものであり、排出しない場合は設置する必要はない。

出典:国土交通省 「船舶からの油の排出基準の変更について」をもとに編集
http://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/seisaku/kijunhenkou.htm

 なお、船舶から排出される水には、船のバランスを取るため取水され、排出されるバラスト水がある。バラスト水によるプランクトン等の移動とその対策技術については「バラスト水処理技術」を参照のこと。

2. 技術の概要

 油汚染対策技術は、油の流出を防ぐ技術と、流出した油を回収する技術とに分けることができる。以下、海洋の油汚染を中心に、重要な対策技術を紹介する。
 流出防止技術としては、海上を絶えず航行する船舶から排出されるビルジその他の油を分離する技術が代表的である。また、食品工業等の油を多く含む排水を処理する技術も、処理水が最終的に海域に放流されるので、広い意味での海洋油濁防止技術といえる(食品工業における排水処理は、「工業排水処理」の解説を参照のこと)。
 一方、油回収技術は、船舶の海難及び、パイプラインや油田の事故等によって流出した油を回収する技術である。
 海洋油濁による被害は、表4に示すように多岐にわたる。海洋油濁の被害は、油の流出量のみならず、油種、油の状態、海域の特徴、海象状況、防除活動の適否等によって大きく被害の程度は変わってくる。

表4 海洋油濁による被害
項目 被害の内容 備考
自然環境
  • 浅海域海洋生物への影響
  • 海浜の植生
  • 水鳥
食物連鎖に繋がるナホトカでは、加賀の砂浜で被害
経済
  • 沿岸漁業(養殖・磯場漁業)
  • 取水(淡水化プラント、発電所、水族館等)
  • 港等海域への船舶入出港制限
  • 観光
  • 間接被害(通行車両の増大による鶏産卵、牛乳の減等)
水産加工業にも波及プラント操業停止等
風評
  • 観光客の減
  • 海産物の販売不振
 
人命
  • 原油等のガス
油種による

出典:『環境汚染防止のための環境技術・装置大事典』産業調査会(2003)

 例えば、1997年に福井県三国町沖で座礁したタンカー「ナホトカ」からの流出油では、C重油や原油が沿岸に漂着した(図3)。風浪により油が海水と混じりあい、容積は3倍程度にふくらみ、低温下で高粘度化して餅状になっていた。このような油は回収船や油処理剤、油吸着材等は適用できない。また、海岸漂着後の回収に比べて、ゴミや土砂類の混入の少ない洋上での回収が効率的である。一方、揮発性の高い原油やガソリン類の流出については、火災や爆発等の災害拡大を念頭に、防爆構造の船舶などを選択する必要がある。海洋油濁防止対策にあたっては、油の流出状況に応じた臨機応変な資材選択、運用が必要である。

図3 ナホトカ号重油流出事故  沿岸部での回収

図3 ナホトカ号重油流出事故  沿岸部での回収
出典:内閣府「ナホトカ号海難・流出油災害」
http://www.bousai.go.jp/volunteer/html/detail_nahotoka.html

1)油分流出防止技術-油水分離装置

 船舶では運行上、油分を含む水の排出が避けられない。そこで、1.2)で述べたとおり、73/78 MARPOL条約にて、ビルジ等の油の排出の際、油水分離装置の使用を義務付けている。同装置は、水と油の比重差や粘度差等の物理的性質の差を利用して分離する。これは、船舶用におけるビルジ処理だけでなく、食品工業排水処理でも同様である(「工業排水処理」の解説を参照)。
 他の方式に、装置内に平行板を積み重ねた層を多段に格納し、微小油粒子同士の結合を促して浮上速度を向上させるものがある。また、さらに微小な油粒子(50~60ミクロン以下)を回収するためには、コアレッサーを活用する方式もある。図4は、コアレッサー方式油水分離装置の概略である。水中の油分離の場合、遊離油滴をエレメントにて捕集し、凝集・粗大化する方法で、最小1ミクロン程度の遊離油滴から捕捉できる。コアレッサーによって粒子径が大きくなった油滴は、自力で浮上し、油溜槽にて回収される。
 コアレッサー方式は前述のビルジ用途の他に石化プラントプロセス内や排水用途、自動車部品や精密機器等の洗浄用途にも活用されている。

図4 コアレッサ方式油水分離装置

図4 コアレッサ方式油水分離装置
出典:旭化成せんい(株)「ユーテック®FSの分離の原理」
http://www.asahi-kasei.co.jp/eutec/fs_mechanism.html

2)流出油処理技術

 座礁、火災等の海難事故で、海洋への油流出が発生してしまった場合の対処方法として、機械的回収、オイルフェンス、油処理剤、油吸着材等の資材利用が挙げられる。

(1)機械的回収
 海上に流出した油は、洋上にあるうちに機械で短期間に回収することが理想的である。具体的には図5に示すような手法があり、法定の専用回収船のほか、浚渫(しゅんせつ:底部の汚泥等を除去すること)工事に用いられるグラブ船、道路側溝清掃等に用いられる強力吸引車等も活用される。また、沿岸での回収にあたっては、海面に設置される油回収機(スキマー)のほか、動力源、油圧ホース、回収油ホース、簡易タンクから構成される回収装置が用いられる。油回収方式によって、円盤を回転させながら油を付着回収する回転円盤式や、フロート中央部のくぼみに油を集めポンプで送出する堰式(せきしき)等がある。
 図6左は、大型浚渫兼油回収船「白山」である。「白山」は、通常時は新潟西港の浚渫に従事し、油流出事故発生の際は現場海域に出動する。流出油回収装置として、船体両舷に大型油回収装置を備えている(図6右)。また、海面に浮かべて使用する油回収機も装備しており、流出油の状態や海象条件により使い分けることができる。現在、「白山」の他、「清龍丸」(名古屋港)、「海翔丸」(関門航路)の、計3隻の 油回収船によって、48時間以内にほぼ日本全域の油分流出事故をカバーすることができる体制が確立されている。
 なお、機械的に油分を回収した場合、回収された油分、伴って回収する海水やゴミ類等の貯蔵場所、処分施設の確保も重要なポイントとなる。機械的回収に当たっては、なるべく油分に限定した回収を行うことが望ましい。

図5 回収作業で使用される機械

図5 回収作業で使用される機械
出典:『環境汚染防止のための環境技術・装置大事典』産業調査会(2003)

図6 油回収船『白山』(左)と、その油回収装置の模式図(右)

図6 油回収船『白山』(左)と、その油回収装置の模式図(右)
出典:国土交通省北陸地方整備局 新潟港湾・空港整備事業所「大型浚渫兼油回収船」
http://www.niigata.pa.hrr.mlit.go.jp/t-hakusan.html

(2)オイルフェンス
 オイルフェンス(図7)は、洋上に展張して油を囲い込んで集積するフェンスのことである。オイルフェンスは、浮体、スカート、テンションメンバー、錨、アンカー取り付け部で構成され、浮体種類には、発泡スチロールを用いる固形式、空気を入れる充気式等がある。
 オイルフェンスを展開(展張)するには様々な方法があり、油の量や海流、天候等の状況に応じて適切な方法が選択される。具体的には、U字型で展張して底部に油を溜めるケースや、J字型に展張して曳航(えいこう:引っ張りながら航行すること)回収するケース、O字型に閉鎖して保持するケース等がある。例えば、図8の誘導展張(斜め展張)は、海流が強く油の包囲や回収が困難な場合、オイルフェンスを流れに対し斜めに展張し、油を回収しやすい水域に導いたり、流向を変えることで、油の影響を受けやすい地域を保護する方法である。ただし、オイルフェンスは、荒天では油の漏出または乗り越えにより効果が期待できない。

図7 固形式大型オイルフェンス

図7 固形式大型オイルフェンス
出典:石油連盟「大規模な石油流出に備えて」
http://www.pcs.gr.jp/doc/panfj/j6.html

図8 オイルフェンスの展張方法の一例(誘導展張)

図8 オイルフェンスの展張方法の一例(誘導展張)
出典:日本財団図書館(電子図書館)より引用
(独)海上災害防止センター編「油防除資機材の性能の評価及び再評価に関する調査研究」報告書
http://150.48.245.51/seikabutsu/1999/00423/contents/051.htm

(3)油処理剤
 油処理剤を用いる方法では、油の分解を促進する薬剤を用いて油の処理を行う。現在使用されている油処理剤は、界面活性剤を石油系溶剤に溶かした薬剤であり、洋上の油に散布することで、油を微粒子化し、自然界で分解しやすい状態にする。
 油処理剤はそれ自身が化学物質であるため、環境への適用、特に残存しやすい閉鎖性海域での使用においては、二次汚染の恐れがある。そのため、油の状況や海域等を念頭に、慎重に判断する必要がある。我が国では、『海洋汚染及び海上災害の防止に関する法律』において、使用基準、規格等が定められている。近年、植物原料の利用等より安全性の高い油処理剤の開発が進んでいる。
 また、油処理剤の一種として、油の分解能力をもつ微生物を含んだ微生物製剤も開発されている。このような微生物製剤を流出油に散布すると、製剤に含まれる微生物の働きにより、油が分解される。この方法は、広い意味で微生物を用いた環境浄化(バイオレメディエーション)ととらえることができる。バイオレメディエーションによる流出油の分解は、微生物製剤を用いる以外にも、汚染された現場に存在する油分解能力の高い微生物を用いる方法もある。バイオレメディエーションの詳細については、「バイオレメディエーション」の解説を参照されたい。

(4)油吸着材
 水をはじき、油を吸収または付着させる浮揚性のある素材で、洋上に展張して用いられる。化学繊維や綿などの植物繊維を素材としたものが使われている。オイルフェンス等で油膜を厚くしてから展張する。回収した油の放出を避けるために、吸着後は直ちに回収する必要がある。なお、粘度の高い油には適用が難しい。

(5)河川での流出油処理
 河川での流出油の処理に使用される技術も本質的には(1)~(4)と変わらないが、その規模は海洋よりも小規模のことが多く、大型の回収船は使用できないため、現場の汚染状況に応じて、主に(2)~(4)の技術が組み合わせて用いられる。
 図9に示す実際の油流出事故の対応フローでは、河川の流速が一定以下の場合にオイルフェンスを利用し、流出場所(本川か支川か)、油の量によってオイルフェンスの形式を選択する。さらに必要に応じて吸着材等を使用して油を回収する。実際の回収現場の写真を図10に示す。大河川の例では、オイルフェンス(斜め不連続展張)が使用され、中小河川の例では吸着材が用いられている。
 全国の一級河川では、油汚染事故をはじめとする河川の水質事故に対応するために、水質汚濁防止連絡協議会が水系又は地域区分ごとに設置されている。会議の構成メンバーは、国土交通省(地方整備局、河川事務所)、自治体、警察署、消防署、水資源機構などで、水質汚染事故の連絡が入ると、関係者に連絡をとり、連携して水質事故にあたる体制が構築されている。このため、各地の河川事務所には水質事故ホットラインが設けられている。

図9 河川油流出事故の対応フロー例

図9 河川油流出事故の対応フロー例
出典:厚生労働省「第1回緊急時水循環機能障害リスク検討委員会議事・配付資料」(PDF)
http://www.mhlw.go.jp/topics/bukyoku/kenkou/suido/topics/suijunkan/dl/051114-2d3a.pdf

図10 河川における流出油対策の例

図10 河川における流出油対策の例
出典:厚生労働省「第1回緊急時水循環機能障害リスク検討委員会議事・配付資料」(PDF)
http://www.mhlw.go.jp/topics/bukyoku/kenkou/suido/topics/suijunkan/dl/051114-2d3a.pdf

3.技術を取り巻く動向 ~流出油の微生物処理に関する研究~

 国立環境研究所では、1997年のナホトカ号の油流出事故に際して、環境庁(当時)及び関連省庁と連携をとり、油分解微生物を用いた生物的環境修復(バイオレメディエーション)による油浄化に関する調査を行った(詳細は「バイオレメディエーション」の解説を参照のこと)。

引用・参考資料など

(2010年3月現在)