JP2000506437A - 生物浄化反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複合生物反応器とこの反応器を用いる方法を説明する。生物反応器（１０）は、硫酸還元菌（ＳＲＢ）生物反応器（１４）の真上に硫黄酸化菌（ＳＯＢ）生物反応器（１２）を配置した組合せと、ここで、ＳＯＢ生物反応器（１２）は改善すべき山積み土壌を含み、かつ、含有された汚染物を反応分解させるのに適した微生物を有し、該ＳＲＢ生物反応器はその開口部に関連した山積み土壌を支えるための支持手段を備えたトラフ手段（１８）を含み、該支持手段はそこに密着した透過性膜（１６）を備えて、該トラフ手段（１８）内部で液体を通過させるが土壌と硫黄還元菌を実質的に通過させることがなく、該複合生物反応器内において該硫黄酸化菌と該硫黄酸化菌の増殖を促進する液体及び栄養素を供給する手段とを含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】 生物浄化反応器 本発明は生物浄化技術による汚染土壌の改善方法とその手段に関する。 本願と同一出願人の特許出願第ＷＯ９５／２２３７４号、第ＷＯ９５／２２３ ７５号および第ＷＯ９５／２２４１８号では、物資や土地を現場で浄化する方法 を開示している。これらの方法は運営については申し分ないが、工場とマンパワ ーに多大の資本投資を必要とし、大きな用地の浄化には適当でない。 従って、本発明の目的は、工場に多額の資本支出を伴わずに、毒性を有する重 金属類、金属類及び有機汚染物類一種以上を含有する土壌を生物浄化するための 効率的かつ経済的な方法と手段とを提供することにある。 本発明の第一の態様では、生物浄化技術による、有機物類一種以上及び／又は 金属類一種以上により汚染された土壌の改善方法において、酸性及びアルカリ性 の液体類に対して不浸透性であるトラフ手段を配置するステップと、支持手段を 該トラフ手段開口部に配置するステップと、ここで、該支持手段はそれに関連し た透過性膜を備えており、該透過性膜上に、硫黄酸化菌を含有した浄化すべき土 壌を積み上げるステップと、任意に、好気性条件及び有機汚染物類一種以上が存 在している該山積み土壌内部の有機汚染物を最初に分解する微生物の増殖を促進 する条件を提供するステップと、該一種以上の有機汚染物類が分解されるまで該 任意に提供される条件を維持するステップと、該硫黄酸化菌の増殖及び該一種以 上の金属類を硫酸塩に転換することを促進する硫酸の発生を促す条件下で、栄養 素と液体を該土壌に供給するステップと、該硫酸還元菌の増殖を促進する条件下 で、硫酸還元菌と栄養素により提供された該トラフ中の硫酸塩浸出液を回収する ステップと、該硫酸塩浸出液を金属硫化物に転換するステップとを含む方法を提 供する。 本発明の第二の態様では、有機物類一種以上及び／又は金属類一種以上を含有 する土壌を改善するための複合生物反応反応器を提供する。生物反応器は、硫酸 還元菌（sulfate reducing bacteria;ＳＲＢ）生物反応器の上に硫黄酸化菌（su lphuroxididising bacteria;ＳＯＢ）生物反応器を配置した組合せと、ここで、 ＳＯＢ生物反応器は改善すべき土壌の山と、含有された汚染物を反応分解させる のに適した微生物とを有し、該ＳＲＢ生物反応器はその開口部に関連した山積み 土壌を支えるための支持手段を備えたトラフ手段を含み、該支持手段はそれに関 連した透過性膜を備えて、該トラフ手段内部で液体を通過させるが土壌と硫酸還 元菌を実質的に通過させることがなく、該複合生物反応器内において該硫黄酸化 菌と該硫酸還元菌の増殖を促進する液体及び栄養素を供給する手段とを含んでな る。 硫黄酸化菌には、エネルギー源を提供する酸化可能な硫黄源が必要であること が理解される。これが浄化すべき土壌中に既に存在していない場合は、この種の 供給源、例えば、硫黄元素又は他の硫黄化合物類を土壌に添加する必要がある。 同様に、硫黄還元菌(sulphur reducing bacteria)は、通常、炭素源を必要とし 、この場合の炭素源は、例えば、エタノール、乳酸塩、ある種の有機汚染物類（ 例えば、揮発性有機化合物類−ＶＯＣ、フェノール(類)、塩化芳香族化合物類を 含む）又はこれらの組合せでもよいことが理解される。例えば、任意に提供され る有機分解ステップによって炭素源が分解されてなくなっている場合には、炭素 源をトラフ中の浸出液に添加する必要がある。ＳＲＢ反応器をこのように手配し て、ＳＯＢや何かの予備分解を潜り抜けて山積み土壌内部に残存している汚染有 機物質を分解するように作用させることができる。 ＳＲＢによる硫化物類の生成に加えて、溶解性硫黄化合物類を典型的には亜硫 酸塩類として生成ことが可能である。これらは、直ちにあるいは場合に応じて予 備酸化ステップ後にＳＯＢに逆送し、硫黄を生成させて生物反応器を至適に運営 する。 トラフ手段は、地表面を掘り抜いたくぼみと、例えば、硫酸、エタノール、ア ルカリ性硫化物及び硫化水素の効果に耐性を有する、例えば、適当な不透過性の プラスチックシート材料製の膜を裏打ちしたものをを含んでもよい。トラフの寸 法は、被改善土壌の量と改善が行われる用地の大きさとに依存する。 あるいは、地表上にコンクリート・スラブ又はある種の他の適当かつ安価な資 材を材料としてトラフを構成してもよい。 トラフ支持手段は、例えば、瓦礫類、小石類、石造破砕物、石材類や砂利、あ るいはその一部又は全部の混合物などの適当な充填材料である。支持用充填材料 は地面と略水平に配置し、さらにまた十分な多孔性を持たせて液体が少なくとも トラフ手段専用領域中を移動や循環して回ることができるようにする。 あるいは、支持手段がトラフ開口部を覆う金属製格子を含み、これに透過性膜 を取り付けて土壌がトラフに進入するのを実質的に防止するようにしてもよい。 好ましくは、支持手段が不透過性膜を含むか、あるいはそれと関連して二個の 反応器をそのままの状態に維持する。この不透過性膜がない場合、浸出液は透過 性膜を通過して直接トラフに到達するが、不透過性膜が配置されている場合には 、浸出液が山積み土壌からＳＲＢに着くまでの、例えば、不透過性膜を貫通する 通路又は迂回する通路あるいは導管とポンプによる通路を確保することが必要で ある。 ＳＲＢ生物反応器における支持手段あるいは充填の主たる機能は、上部のＳＯ Ｂ生物反応器の山積み土壌を支えることにある。また、ＳＲＢ微生物膜の発生と 増殖を促進する。 山積み土壌の高さは２ｍ以下、又はトラフの幅と調和して、山積み土壌が安定 する適当な高さである。 トラフ手段と山積み土壌には、場合に応じて、液体類、栄養素類、酸類、アル カリ類及びガス類（例えば、空気など）を抽出又は供給する抽出用導管及び／又 は供給用導管を配置してもよい。導管は、適当なポンプ又は吸引手段と連結して 、液体類及び／又はガス類を供給したり、抽出できるようにする。例えば、液体 類 を抽出したり、ポンプで押し出したりする導管をトラフ手段に配置して、ＳＲＢ 生物反応器内でこれら液体類の循環及び混合を促進できるようにしてもよい。 ＳＲＢ生物反応器には、トラフ手段内において高さの異なる二以上の部位に供 給／抽出用導管を設置してもよい。例えば、トラフ内のＳＲＢに対する炭素源と して、例えば、エタノールの循環／分散を助長する導管と、水酸化ナトリウムの ようなアルカリをトラフ全体に分散させることを助長する導管を配置するなどで ある。 ＳＲＢ生物反応器に、再循環を目的とする液体抽出用導管を底部近傍と頂部近 傍とに配置して、液体類を採取して、（必要な場合、処理後）山積み土壌中に投 入する。液体を下部で採取する場合、トラフ底面を採取点に向けて僅かに傾斜さ せて置くと有利である。 同様に、ＳＯＢ生物反応器の山積み土壌中に、高さの異なる数箇所の部位に（ 任意で）供給用導管を備え、例えば、硫黄還元体を添加する、例えば、ＳＲＢ反 応器から液体又はガス類をリサイクルする場合に制御ができるようにする。この 添加は連続供給又は断続供給で行う。 本発明の生物反応器は、トラフ手段の端部周辺の山積み土壌を、ＳＲＢ生物反 応器内で硫酸塩が硫化物に転換した結果発生する硫化水素が、大気中に漏出する のを実質的に防止するガス封止として利用できることに、特に利点を有する。こ れは、トラフ手段内部の不透過性膜を外部にまで延長させて、地面に平らに這わ せ、この平坦部上に山積み土壌の外縁部を重ねることにより実施する。硫化水素 は山積み土壌に戻して、他の化学成分と反応させて、ＳＯＢ増殖を促進する硫黄 源を提供する。このようにして、複合生物反応器周辺の大気汚染を実質的に無く すことができる。 径時的には、最初に山積み土壌の有機汚染物類が分解して無害物質あるいは有 害度が低い物質に転換し、金属汚染物類が土壌から次第に染み出てＳＲＢ生物反 応器に供給され、そこから硫化物スラッジの形で回収されて、さらに加工して回 収されるか、あるいは公知の方法で処分される。山積み土壌からの汚染物類の除 去が完了したならば、土壌を取り外して地面にばら撒いて再利用し、次のバッチ の汚染土壌をＳＲＢ生物反応器に山積みして上記の工程を再開する。この工程は 改善すべき用地の土壌すべての浄化が完了する時まで反復実施する。必要であれ ば、浄化土壌は、再利用前に、例えば、石灰を使ってｐＨを調整する、及び／又 は堆肥化材料を添加するなどの追加処理を行う。 これまでＳＲＢに土壌の山積み一個を供給する場合を説明してきたが、連続法 で山積みするのか、断続法で山積みするのかによって土壌の組成及び／又は分布 を異ならせることができるし、また同一のＳＲＢに一以上の山積み土壌を供給す るように配置することもできる。 次に、本発明のより完全な理解を得るため、添付図面のうち図１のみを図解し て実施例を説明する。図１は、本発明の複合生物反応器の横断面を示す模式図で ある。 図中、複合生物反応器１０は、液体は通すが実質的に多量の土壌は通さない透 過性膜１６によって分離されている上部ＳＯＢ生物反応器１２と下部ＳＲＢ生物 反応器１４、及び二つの反応器をそのままの状態で維持する不透過性膜１７を備 える。下部ＳＲＢ生物反応器１４は地表面１１を掘り抜いたトラフ１８を備える 。トラフ１８の内側は使用されている液体類や化学薬品類を浸透させないプラス チックシート材料２０で裏打ちされている。トラフは、瓦礫や小石の充填材料２ ２の床で満たされていて、その上に不透過性膜１７が取り付けられている。床は 、ＳＯＢ生物反応器の土壌の重量を支えるとともに、微生物が増殖する底質とな っている。ＳＲＢ生物反応器のトラフ１８には高さの異なる部位に導管２４、２ ６が配置されているが、これらの導管は各種ポンプと連結していて、場合に応じ てＳＲＢ生物反応器の液体を抜いたり、注入したりすることができる。導管２４ 、２６はさらに、トラフ内の液体の循環を促進したり、エタノールなどの炭素源 の供給分散や、ＳＲＢ生物反応器のｐＨを制御するための水酸化ナトリウムなど の アルカリの供給分散を行う役割も果たしている。ポンプ５０は、導管２４に接続 されていて、抽出された液体／スラッジを貯蔵タンク（図示省略）に押し出して さらに加工させたり、あるいは液体を導管２８に再循環して、其処で改善工程の ステップ毎に所望される高さから液体をＳＯＢ生物反応器１２に供給する。空気 ポンプ３０は、導管３２経由で空気を供給することにより、ＳＯＢ生物反応器１ ２を曝気して、山積み土壌内部の細菌の増殖や汚染物の生物濾過（bioleaching ）を促進するのに用いる。栄養素は、容器３４からポンプ５２と導管２８を経由 してＳＯＢ反応器１２に供給される。ＳＯＢ生物反応器は、実質的に、改善すべ き汚染土壌からなる。土壌が微生物、栄養素及び硫黄と混合してから、生物改善 工程が開始される。 これまでに供給用導管／分散用導管は２セットのみしか図示しなかったが、複 合生物反応器のサイズ及び工程で実施を所望される制御の程度によっては、この 数以上のものを配置してもよいことは言うまでもない。山積み土壌内部に埋設す る場合、有孔体の導管を用いて、場合に応じて山積み土壌の出来る限り広い面積 に液体や空気を分散させることができる。 次に、山積み土壌が有機物類と金属類両方の汚染物によって汚染されていると 仮定して、複合生物反応器の操作を説明する。 改善の第一ステップでは、存在する有機分子を分解することを目的として、主 として導管２８、３２経由で空気と栄養素を山積み土壌に供給して好気条件を造 り、有機分子がＳＯＢを通って徐々に排出されるように制御する。採取用導管３ ８を用いて、例えば、図に示すようにポンプ５２、容器３４と導管２８を経由し て液体を山積み土壌中に再循環させてもよい。生化学法による有機分子の分解化 学は知られており、これについては同時係属特許出願第ＷＯ９５／２２３７５号 を参照されたい。この出願の内容は引用することにより本明細書の一部とする。 有機汚染物が分解されつつある間に、ＳＲＢ生物反応器１４をｐＨ６の希釈硫 酸液で満たし、トラフ内容物にＳＲＢ共同体(consortia)を播種する。エタノー ル その他の適当な炭素源をＳＲＢ生物反応器に供給して、ＳＲＢの健全な増殖を促 進する条件を造り出す。この増殖期には硫酸イオン類、栄養素類や炭素源を必要 とし、従ってその一部又は全部を導管２６に接続したポンプ５８に連結している ６０などの一以上の容器から供給する。導管２４とポンプ５０によって液体を引 き抜いて混合し、例えば、ポンプ５０と導管２６を経由してトラフ１８内に再注 入して混合と液体の移動を促進する。ＳＲＢの増殖を持続させるためには、液体 の一部を取り除いてＳＲＢに対して毒性を持つ条件が生じるのを防ぐ必要がある 。 有機汚染物の分解が完了したならば、工程条件を調整して土壌中の金属汚染物 類の侵出を開始する。適当な栄養素類を容器３４からポンプ５２と導管２８を経 由して山積み土壌内に投入して、ＳＯＢの増殖を剌激する。増殖したＳＯＢから 硫酸が形成されるにつれて、酸前線（acid front）が山積み土壌中を下降し、こ のため金属類が金属硫酸塩に転換して遊離する。この酸前線に先立って、ＳＲＢ 生物反応器の底面から硫化物含有液体が土壌中のアルカリ性がより強い領域にリ サイクルされる。土壌中のリサイクル液体と重金属汚染物から、多量の硫化水素 を発生させることなく金属硫化物が土壌中で生成される。この効果により、硫化 水素の発生が最小限度に抑えられるため、ＳＯＢによる硫化物の酸化が効率よく 行われて、多量の硫化水素が大気中に漏れ出すのを防止することができる。 ポンプ５６で速度を制御しながらトラフ１８に投入する前に、山積み土壌中か ら濾し出されてくる酸浸出液を容器４０で採集する。ＳＲＢ生物反応器１４から の流出液を貯蔵容器（図示省略）に供給し、（反応器のパラメーターによっては ）導管２８を経由して山積み土壌中にリサイクルする前に処理を行う。このリサ イクルされるＳＲＢ液には、ＳＯＢ増殖に必要な栄養素を提供する化合物を含む 溶解性硫黄が含有されていて、硫黄を別個に添加すると比較的高価につくため、 工程の経済性を高める。酸前線がやがて山積み土壌の深さ全部を通り抜けるにつ れて、ＳＲＢ生物反応器内で金属類が硫酸塩類として取り除かれ、さらに硫化物 に転換し、沈殿してトラフ底面にスラッジを形成するので、ここからスラッジを 取 り除くことができる。 さらに、窒素などの不活性ガス源４２を供給し、導管３６を経由してＳＲＢま で通気する。これを利用して、例えば、ＳＲＢを播種したり、あるいはまたＳＲ Ｂ中で形成される硫化水素ガスを取り除く際に、ＳＲＢを無酸素状態に保持する ことができる。さらにまた、ＳＲＢとＳＯＢの間に導管類（図示省略）を配置し て、ＳＲＢからガス類を導入して山積み土壌内に分散させること（、ガスが硫化 水素である場合に、硫黄をリサイクルすること）ができる。 山積み土壌の浄化が完了したら、取り除いて所望にしたがって処分し、新しい 汚染土壌を山積みして、工程を反復実施する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 エックルズ，ハリー イギリス国、ピーアール２ ２ワイエフ プレストン、アシュトン・オン・リブル、 ナヴィゲーション・ウェイ、リヴァーズウ ェイ・ビジネス・ヴィレッジ ６、ブリテ ィッシュ・ニュークリア・フューエルズ・ パブリック・リミテッド・カンパニー、レ メディエイション・テクノロジーズ・グル ープ (72)発明者 カーニー，テレサ・エリザベス イギリス国、ピーアール４ ０エックスジ ェイ プレストン、ソルウィック、スプリ ングフィールド・ワークス、ブリティッシ ュ・ニュークリア・フューエルズ・パブリ ック・リミテッド・カンパニー、カンパニ ー・リサーチ・ラボラトリー (72)発明者 ヌガウーファー，トレヴァー・サイモン イギリス国、ピーアール４ ０エックスジ ェイ プレストン、ソルウィック、スプリ ングフィールド・ワークス、ブリティッシ ュ・ニュークリア・フューエルズ・パブリ ック・リミテッド・カンパニー、カンパニ ー・リサーチ・ラボラトリー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．硫酸還元菌（ＳＲＢ）生物反応器の上に硫黄酸化菌（ＳＯＢ）生物反応器 を配置した組合せと、ここで、ＳＯＢ生物反応器は改善すべき土壌の山と、含有 された汚染物を反応分解させるのに適した微生物とを有し、該ＳＲＢ生物反応器 はその開口部に関連した山積み土壌を支えるための支持手段を備えたトラフ手段 を含み、該支持手段はそれに関連した透過性膜を備えて、該トラフ手段内部で液 体を通過させるが土壌と硫黄還元菌を実質的に通過させることがなく、 該複合生物反応器内において該硫黄酸化菌と該硫酸還元菌の増殖を促進する液 体及び栄養素を供給する手段と を含んでなる、一種以上の有機物類及び／又は一種以上の金属類を含有する土壌 を改善するための複合生物反応器。 ２．支持手段が、反応器をそのままの状態で保持する不透過性膜をさらに含む 請求項１に記載の複合生物反応器。 ３．トラフ手段が、地表面を掘り抜いたくぼみを含む請求項１又は請求項２に 記載の複合生物反応器。 ４．該トラフ手段が、プラスチックシート材料製膜で裏打ちされている請求項 １〜３のいずれか一に記載の複合生物反応器。 ５．該支持手段が、瓦礫、小石、石造破砕物、石材及び砂利、又は、それらの うちのいずれか又はそれらのうちのすべての混合物から選ばれる充填材料を含む 請求項１〜４のいずれか一に記載の複合生物反応器。 ６．該支持手段が、トラフ開口部を覆う金属製格子を含む請求項１〜５のいず れか一に記載の複合生物反応器。 ７．トラフ手段と山積み土壌が、抽出用導管及び／又は供給用導管を備えて、 場合に応じて、液体類、栄養素類、酸類、アルカリ類及びガス類を抽出又は供給 する請求項１〜６のいずれか一に記載の複合生物反応器。 ８．ＳＲＢ生物反応器が、トラフ手段において高さの異なる二以上の部位に供 給用導管及び／又は抽出用導管を備え、トラフの底部及び下部では液体の循環を 促進し、トラフの中央部ではＳＲＢ用炭素源を供給分散し、トラフ手段の上部で はアルカリを供給分散する請求項１〜７のいずれか一に記載の複合生物反応器。 ９．ＳＲＢ生物反応器が、少なくともその底面近傍とＳＯＢ生物反応器との界 面近傍に液体抽出用導管を備えた請求項１〜８のいずれか一に記載の複合生物反 応器。 １０．ＳＯＢ生物反応器の山積み土壌が、その内部に配置された供給用導管を 備えた請求項１〜９のいずれか一に記載の複合生物反応器。 １１．山積み土壌が、上記トラフ手段の端部を超えて延長し、ガスの漏出に対 して周囲の地面とともに封止を形成する請求項１〜１０のいずれか一に記載の複 合生物反応器。 １２．酸性及びアルカリ性の液体類に対して不浸透性であるトラフ手段を配置 するステップと、支持手段を該トラフ手段開口部に配置するステップと、ここで 、該支持手段はそれに関連した透過性膜を備えており、硫黄酸化菌を含有した浄 化すべき土壌を該透過性膜の上に積み上げるステップと、任意に、好気性条件及 び有機汚染物類一種以上が存在している該山積み土壌内部の有機汚染物を最初に 分解する微生物の増殖を促進する条件を提供するステップと、該一種以上の有機 汚染物が分解されるまで該任意に提供される条件を維持するステップと、該硫黄 酸化菌の増殖及び該一種以上の金属類を硫酸塩に転換することを促進する硫酸の 発生を促す条件下で、該土壌に栄養素と液体を供給するステップと、該硫酸塩を 含む浸出液を該山積み土壌から該トラフ手段に送り出し、硫酸還元菌の増殖を促 進する条件下で該硫酸還元菌と栄養素をトラフ手段に供給するステップと、及び 該硫酸塩浸出液を金属硫化物に転換するステップとを含んでなる、有機物類一種 以上及び／又は金属類一種以上により汚染された土壌の生物浄化技術による改善 方法。 １３．上記の金属硫化物に転換後、該浸出液の液体部分を該山積み土壌に戻す 請求項１２に記載の方法。 １４．添付図面に基づいて上記で実質的に説明してきた、有機物類一種以上及 び／又は金属類一種以上により汚染された土壌の生物浄化技術による改善方法。 １５．添付図面に基づいて上記で実質的に説明してきた、有機物類一種以上及 び／又は金属類一種以上を含有する土壌の改善用複合生物反応器。