No.15-43

国際学会『Mine Closure 2015』参加報告—海外における自然力活用型坑廃水処理技術(パッシブトリートメント)の研究・導入状況—

2015年6月1～3日、カナダ・バンクーバーにて開催された国際学会『Mine Closure 2015』に参加し、世界の鉱害防止に関する最新の技術動向を始めとした情報収集を行った。 　Mine Closureは鉱山開発後の閉山処理、開発用地の回復、閉山と地域住民との関係、生態系の回復などを主なテーマとしており、2006年の発足以来、今回が10回目の開催となる。カナダで開催されるのは2011年に続いて2度目であり、今回は同会場でthe British Columbia Technical and Research Committee on Reclamation(BC TRCR)Symposiumが共催され、土地の再生利用などのテーマに関する情報交換が行われた。 　本稿では、学会における講演内容及び配布資料等に基づき、鉱山跡地の修復に関するISO基準の制定準備状況、海外における自然力活用型坑廃水処理技術(パッシブトリートメント)研究・開発例、鉱山開発後の覆土工事をメインとした鉱害防止とパッシブトリートメントの導入による坑廃水処理コストの削減例を紹介する。

1. はじめに

　JOGMEC金属環境事業部では国内休廃止鉱山で発生する坑廃水の低コスト・低環境負荷処理を目的として、自然力活用型坑廃水処理(パッシブトリートメント)などの技術開発を行っている。また、ラオスやペルーを始めとした資源保有国に対して鉱害防止技術に関する情報提供や技術支援を行うことで、資源保有国との関係強化に努めている。

　北米や欧州は世界でもパッシブトリートメント技術の研究が進んでおり、低コストの坑廃水処理法として室内試験規模のものから、広大な敷地を活用した約15,000平方メートルの大規模な処理設備の実用化が報告されている。一方、日本国内では土地の制約や処理の確実性に対する懸念から本格的な適用例は非常に少ない。

　本学会への参加により最新の鉱害防止技術に関する情報収集を行うとともに、海外におけるパッシブトリートメント技術導入に対する考え方を調査した。

2. 概要

　3日間の開催期間中に基調講演6件、本講演9件、個別講演84件、ポスターセッション11件が行われ、セッション毎に規制・基準、リスクアセスメント、地形回復、ファーストネーション(先住民)や地域住民、植生・生態系、モデリングとモニタリング、覆土、ケーススタディーなどのテーマが設定されていた。参加者429名(5月29日集計)のうち8割以上がカナダ、アメリカ合衆国からの参加であり、その他オーストラリア、ブラジル、チリ、フランス、ドイツ、インドネシア、日本、カザフスタン、メキシコ、モンゴル、南ア、イギリスなどからの参加がみられた。このうち南ア、イギリス、オーストラリアは直近のMine Closureの開催地である。

　所属別にみるとAnglo AmericanやBHP Billitonといった資源メジャー企業、カナダの州政府関係者(サスカチュワン州、ノースウエスト(NWT)準州)、大学関係者(アルバータ大学、ブリティッシュコロンビア大学、オタワ大学、ウィットウォーターズランド大学など)、鉱山会社、その他大部分はカナダ国内外の鉱山・環境コンサルタント会社が占めた。

写真：Mine Closure 2015のブース出展者

およびスポンサー企業、研究所、メディア関係者

3. 主な講演内容

　以下では環境管理や坑廃水処理技術に関係する講演から3講演をとりあげて概要を示す。

(A) Development of international standards for mine reclamation management(P. A. Steenhof; CSA Group, Canada)

　鉱業分野において国際基準は装置・機器の使い方などの安全管理、規則を制定する際の基準、鉱山会社が操業上の問題に直面した際の解決方法など、様々な場面で利用される。規制基準といった点からは、ISO(the International Organization for Standardization)には鉱山会社に求められる事項が記載されているが、具体的にどのようにそれらの要求を達成することができるかについては書かれていない。また、国際基準は鉱山会社が実践すべき行動の手引きとなるため、これを遵守することにより、鉱山に求められる要求内容を満たすことができる。また、企業は国際基準を満たすことにより市場における信用を得ることができる。

　鉱山跡地の修復要件に関する国際基準の制定に向け、ISO専門委員会を通した新たな国際基準整備計画が現在進行中である。専門委員会の下には鉱山の修復管理に特化した小委員会が設置されており、基準の整備計画には鉱業国を含めた9ヵ国が参加している(表1)。

　ISOによる基準は1. Proposal、2. Preparation、3. Committee、4. Enquiry、5. Approval、6. Publicationの6つの段階を経て制定される。

　第一段階では投票権保有国(P-members)と基準制定プロセスのオブザーバー国(O-members)からなる専門委員会を通して新たな国際基準の原案書が提出され、具体的な基準の内容は最低4～5ヵ国からなる内部の専門家作業部会によって精査される。第二段階では関連するISOの作業部会によって国際基準の原稿が準備される。ここで作成された原稿は第三段階の専門委員会による投票が行われ、投票権保有国の2/3以上が賛成すると国際基準草案(DIS：draft international standard)となる。第四段階では賛否の投票およびコメント期間として3ヶ月間、国際基準草案がISO加盟国で稟議される。この過程で各国は国際投票において国内の利害関係者から賛成が得られるような草案を作成する。草案は投票によって投票権保有国のうち2/3以上の賛成を受け、かつ反対が1/4以下であった場合に承認される。第五段階では最終草稿がISO加盟国で稟議され、2ヶ月間の最終投票が行われる。最終草案は前段階と同様に2/3以上の賛成を受け、かつ反対が1/4以下であった場合に承認される。投票の結果承認された最終草案は公式なISO国際基準として公開される。

　鉱業に関するISOの専門委員会にはISO/TC82(Mining)とISO/TC127(Earth-moving machinery)の2つがあり、ISO/TC127の中には水質ISO/TC147、環境管理ISO/TC207、水の再利用ISO/TC282などが含まれている。

　鉱業活動は周辺環境へ直接的な影響を与えるものであるため、地域住民や国民、関係産業界から常に注視されている。鉱山では採鉱や選鉱過程において重機や様々な化学物質を用いており、環境や地形に大きな影響を与えている。これらは資源国の環境へ負荷を与えるだけではなく、資源国経済の信用問題にも大きく関係している。

　鉱山の修復(mine reclamation)という語には、鉱山開発の初期から生産期、閉山期、廃止後における鉱山用地の修復と、環境への影響を低減するための計画およびその実施といった意味が含まれている。鉱山の修復は環境に対する影響を最小化し、地域住民が属する環境を保護するだけでなく、鉱山会社が社会的に操業認可を得るための条件にもなっている(Slocombe, 2012)。

　現在では鉱山を管轄する組織の多くが、鉱山の修復計画を新規鉱山開発案件や既存鉱山の拡張を承認する際の重要な条件としている(Otto, 2010)。

　現代の鉱山会社は社会ネットワークの発展やグリーンコンシューマーリズム、高まり続ける鉱業界への注目への対応として環境管理を重要視し、現行の鉱山が環境に関する規制や基準を満たしていたとしても、更なる環境管理を推し進めている。

　環境に関する規制や基準は国だけではなく、より詳細なものとして鉱山の存在する各管轄地域(州など)においても定められる。カナダでは多くの州がより発展的で具体的な手引き書を作成している。例えば歴史的な露天掘り炭鉱の多いノバスコシア(NS)州政府は「露天掘り鉱山に関するガイド」、ブリティッシュコロンビア(BC)州では「回復および閉山規定(BC州の鉱山における衛生、安全、回復規定に含まれる)」、NWT準州では「鉱山に係るMackenzie Valley土地および水委員会書付」が作成されている。これらの文献は規定等を定めているだけではなく、鉱山修復の原則や地形設計、植栽の考え方など広範囲にわたる有益な情報も掲載されている。

　鉱山で発生したズリ等の廃棄物から発生する酸性坑廃水や重金属汚染に対するガイドラインはthe Global Acid Rock Drainage(GARD) Guide(International Network for Acid Prevention, 2012)やthe Guidelines for Metal Leaching and Acid Rock Drainage at Mine Sites in British Columbia(Price and Errington, 1998)が利用可能である。

(B) Passive biological treatment of acid mine drainage with recovery of copper(A. Schwarz, N. Pérez and G. Chaparro; Centre of Water Resources for Agriculture and Mining(CRHIAM), Universidad de Concepción, Chile)

　チリの主要な鉱産物は銅、金、銀であり、2014年には世界の32 ％にあたる銅5.78百万トンを生産した(Consejo Minero, 2014)。銅は世界中の様々な地域で生産されており、特に湿潤気候下では天水や融雪水が銅を含んだ岩石と接触することで酸性坑廃水が形成される。銅鉱山では発生した尾鉱やズリ中に残された硫化鉱物が酸化されることで、銅や硫酸イオンを多量に含んだ酸性坑廃水が発生する。

　坑廃水処理に必要なエネルギー資源の価格上昇や、発生するスラッジの処分にかかる費用を削減するため、化学的な酸性坑廃水処理技術を代替するものとしてパッシブトリートメントが研究されてきた。チリの銅産業においてパッシブトリートメント技術を用いた処理は既に導入されているが、効率的な処理のためには微生物に対する銅の有毒性を抑える必要がある。

　還元環境の下で坑廃水処理に用いられる微生物は硫酸還元菌であり、反応槽の内容物の組み合わせは効果的な硫酸還元プロセスを行う上で重要である。従来の反応槽では基質として有機物の混合物を用い、そこに坑廃水を流すことで硫酸還元菌の働きによって発生した硫化水素イオンと金属を反応させ、坑廃水中の金属を硫化物として沈澱、除去するものである。反応槽にはアルカリ源(例：石灰石)を有機物と共に混ぜることで、酸性坑廃水を中和し、微生物の活性を保つ効果がある。

　上述のとおり、チリの銅鉱山で発生する酸性坑廃水には高濃度の銅が含まれており、その影響で硫酸還元菌の活動が低下してしまう問題があった。

　そこで微生物を金属の影響から保護し、活性を維持するために、Schwarz and Rittman(2010) は従来の坑廃水処理システム(homogeneous system)の代わりに新しい処理方法(heterogeneous system)を提唱した。

　この新たなシステムは銅を含む酸性坑廃水の流れと硫酸還元の区画を分離し、これらの間を溶質が拡散移動できるようにしたものであり、The diffusive exchange systems(DES)とよばれる。この処理方式では、反応槽の基質に垂直なスクリーンチューブ(管)を設置することで、酸性坑廃水がスクリーンチューブ中を優先的に通過する。基質で硫酸還元菌の活動により形成された硫化水素イオンは基質内を水平方向に拡散移動し、スクリーンチューブ内で坑廃水に含まれる銅イオンと反応し、硫化物沈澱を形成する。スクリーンチューブは沈澱物の形成、沈降、凝集反応場として作用し、沈殿物は水の流れと共に反応槽から排出される。この設計によって槽内の反応速度が大きくなり、反応槽内の詰まりを回避し、排出された沈殿物からは有価金属の回収が可能となる。

　この処理方式では槽内の透水性がスクリーンチューブにより確保されているため、従来の基質に比べより細粒の有機物を利用することができるため、高い反応速度が達成可能である。

　DESシステムを最適化するため、講演者らは有機物基質、菌の接種方法、坑廃水処理の運転方法およびベンチスケール試験について評価を行った。

　試験方法はチリ中部の巨大銅鉱山で発生する酸性坑廃水水質を想定して作成した模擬坑廃水を用い、硫酸還元菌を利用した坑廃水処理を行うものである。

　その結果、従来の処理方法では中和および金属の効果的な除去が可能であるが、中和に使われる石灰石はリアクター上部から順に消費されていく。中和および金属の除去反応場は時間と共にリアクター下部に移動していくと考えられ、長期的な処理能力を評価する必要があるとされた。

　一方、DESリアクターでは酸性坑廃水中の金属類を除去することが可能であるが、中和能力は乏しい。これはDESリアクターでは中和反応に必要な石灰石と坑廃水の接触が少ないことを示している。金属の除去性能には通水性のある部分と反応場となる部分の体積比および接触部分の面積が影響している。本技術をスケールアップするにあたり、これらの設計条件をより詳しく研究することが重要である。

(C) Closure of legacy waste rock piles: can we achieve passive treatment to manage residual seepage in the short term?(G. Meiers, M. O’Kane; O’Kane Consultants Inc., D. Mayich; David Mayich Consulting, P. Weber; O’Kane Consultants(NZ) Ltd., C. Bradley; O’Kane Consultants Inc., J. Shea; Public Works and Government Services Canada)

　カナダNS州シドニー炭鉱地域には50以上の坑内掘り鉱山があり、1685年の操業開始以降500 Mtの石炭を産出した。過去には陸上の720区域で石炭関連の95事業が行われており、その面積は1,000平方キロメートルに及ぶ。これらの炭鉱で発生した捨石の一部には鉱害防止対策が必要なものがある。

　The Victoria Junction捨石堆積場はシドニーの東約3キロメートルに位置する選炭場内に存在しており、その面積は約26ヘクタール、高さ40メートルである。鉱害防止対策は前事業者の Enterprise Cape Breton Corporation(ECBC)が2014年に解体されたため、現在はPublic Works and Government Services Canada(PWGSC)が引き継いでいる。

　選炭場は1976年に操業を開始し、当初は毎時750ショート・トン(＝680.4 t)の能力で原料炭や燃料炭を処理していた。1981～82年には処理能力が1,000ショート・トン(＝907.2 t)に強化され、2000年に操業が終了した。

　選炭場から南に700メートル離れたところにはGrand Lakeを水源とするBrook川が流れており、選炭場から北に約4キロメートルの地点で大西洋に面したLingan Bayに流れ込んでいる。

　Cape Breton島では選炭場の排水に水質規制基準は適用されないが、自主規制の排水基準として SS(suspended solids)やpH、種々の溶存金属濃度に関するガイドラインを設定されている。

　酸性坑廃水による環境への負荷を低減する方法として、捨石堆積場の覆土や浸透水の処理は一般的な技術である。堆積場への浸透水量や酸素の流入量といった点から覆土の効果と環境に対する負荷の大きさを関連付けて考察することで、適切な覆土設計の基準を設定することができる。

　長期的な浸透水の処理と閉山に係るコストを予測するため、①水量の変動によって汚染負荷量が不変で、水量に反比例して汚染物質濃度が変化する場合と、②水量が変動しても汚染物質濃度が不変で、負荷量は水量に比例する場合の2つのモデルが設定された。前者は水と岩石の接触時間が短く、汚染物質の溶出よりも水量増加による希釈効果が勝る場合、後者は汚染源と水が十分な接触時間をもち、岩石からの溶出と水中の汚染物質濃度が平衡に達している状態である。

　酸性廃水の周辺地域への流出を防止するため、1987年に1メートルのベントナイト壁が堆積場の北部～東部に造設された。浸透水はtoe-drain(埋設型の透水水路)で集水され、薬剤を使った廃水処理設備に送られていた。2006年にはtoe-drainからleachate system(粘土層の上に透水層を設置し、透水層内に穴の開いたパイプを通すことで集水するシステム)に改良され、集水された廃水は石灰スラリーを用いた中和処理(アクティブ処理)を行い、沈殿槽や調整槽を経てBrook川に放流された。

　その後、アクティブ処理は2013年に終了し、代わりにパッシブトリートメントシステムが堆積場東部に造設された。このシステムは石灰石とポリマーを使用し、leachate systemからポンプで導水されているため厳密には“パッシブ”ではないが、石灰スラリーを添加する処理場が不要であり、年間の処理コストも20万C$から1,800 C$へ削減されたことから、ここではパッシブトリートメントとして扱う。

　石灰スラリーを用いた廃水処理(2002～2013年)では、管理目標pHを8.5に設定していた。覆土工事前は石灰消費量が年によって変動しているが、これは堆積場への浸透水量が天候の影響を受けやすいことを示している。覆土工事後は堆積場への浸透水量が減少し、廃水量の発生が抑えられたことで集水設備や処理場への負荷が軽減された(図1)。

　2006年の覆土工事後の廃水処理コストは大きく減少している。パッシブトリートメントの導入により薬剤費だけでなく、処理に係る電気代や人件費も著しく削減されている(表2)。

　短期的にみると堆積場の覆土工事には多額の費用が必要であるが、長期的なコストを考えた場合、堆積場を含めた土地の回復と併せてパッシブトリートメントシステムを導入することで、覆土を行わずに中和処理を続けた場合よりもコストを削減することができる。

　アクティブトリートメント(中和処理)、パッシブトリートメントどちらの処理方法においてもメンテナンス費用が必要である。中和処理設備はパッシブトリートメント設備に比べて一般に複雑であるため、メンテナンスの必要回数やコストが大きいことが予想される。

　また、プロセスが複雑なアクティブ処理には故障の発生確率が高いため、不完全な処理が行われてしまうリスクも大きいと考えられる。

4. おわりに

　本稿では鉱山跡地の(環境)修復に係るISO基準の制定プロセスを紹介した。酸性坑廃水や重金属汚染に対するガイドラインはISOにより示される環境マネジメントに関する指針のほか、様々な組織により公開されており、今回のMine Closureを始めとした環境に関する国際学会やシンポジウムで周知が図られている。

　これらの基準を遵守するため、必要な鉱害防止に係る初期投資を行い、鉱山開発により発生する環境への負荷をできる限り小さくすることで、坑廃水処理設備への負荷を低減することができ、長期的には薬剤費やメンテナンス費用といった坑廃水処理コストを小さくすることができる。坑廃水の水量や水質、周辺の環境などの条件によりパッシブトリートメント技術の導入可能性は異なるものの、適切な鉱害防止対策に加えて同技術を用いた坑廃水処理を活用することができれば、薬剤費や人件費も抑えられ、より大きなコスト削減に繋がる例を示した。

　海外におけるパッシブトリートメント技術の開発状況については、世界の主要産銅国であるチリの大学においてバイオリアクター方式の銅処理システムが研究されていた。バイオリアクター方式の坑廃水処理システムはJOGMECでも技術開発を行っているものであるが、本稿で紹介した例ではシステムの構造や処理対象としている元素や、処理の性能(中和処理性能、処理の持続性)にも違いがみられた。

　カナダの環境コンサルタント会社の話から、パッシブトリートメント技術の適用は実際の坑廃水処理技術を行う際の選択肢の一つとして当然のように扱われている印象を受けた。パッシブトリートメントを研究しているという学生の参加も見られ、同技術の適用実績や実導入に向けた取り組みは依然日本よりも進んでいるようであった。

　本報告が鉱山の開発と環境管理に関係する方々の参考になれば幸いである。

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