JP2002119977A - 汚染地下水の浄化方法及び装置 - Google Patents

汚染地下水の浄化方法及び装置

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JP2002119977A JP2000313319A JP2000313319A JP2002119977A JP 2002119977 A JP2002119977 A JP 2002119977A JP 2000313319 A JP2000313319 A JP 2000313319A JP 2000313319 A JP2000313319 A JP 2000313319A JP 2002119977 A JP2002119977 A JP 2002119977A
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正浩 江口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学物質、特に有機塩素化合物で汚染された
地下水を、短期間で、かつ低コスト、低エネルギーで浄
化することができる方法を提供する。 【解決手段】 まず、揚水手段2によって地下水Wを揚
水する。次に、浄化手段4によって揚水した地下水に2
価鉄イオンの存在下で過酸化水素を添加して地下水の浄
化処理を行う。その後、注入手段6によって浄化処理し
た水を再び地下に注入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学物質、特に有
機塩素化合物で汚染された地下水を物理化学的に浄化す
る方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】トリクロロエチレン、テトラクロロエチ
レン等の有機塩素化合物は、洗浄剤として各種工場やク
リーニング店で広く使用されているが、これら有機塩素
化合物は発癌性物質である疑いがあるため、近年、上記
有機塩素化合物による地下水、土壌等の汚染が大きな社
会問題となっている。
【0003】従来、有機塩素化合物で汚染された地下水
の処理法としては、揚水ばっ気と活性炭処理とを組み合
わせたポンプ・アンド・トリート法が主に行われてい
る。ポンプ・アンド・トリート法は、揚水した地下水に
空気を曝気することにより、水中の汚染化学物質を気相
中に移行させて地下水を浄化した後、気相を活性炭処理
する方法であり、浄化後の水は地表に流される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したポン
プ・アンド・トリート法は、高濃度の汚染化学物質をあ
る程度の濃度まで除去するには有効であるが、汚染化学
物質が低濃度(1mg/L程度)になると浄化効率が非
常に悪くなること、汚染化学物質を積極的に分解して無
害化する技術ではないこと、浄化期間が10〜20年と
長いことなどが問題となっていた。
【0005】本発明は、前述した事情に鑑みてなされた
もので、化学物質、特に有機塩素化合物で汚染された地
下水を、短期間で、かつ低コスト、低エネルギーで浄化
することができる方法及び装置を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するために、トリクロロエチレン、テトラクロロエ
チレン等の有機塩素化合物に汚染された地下水を浄化す
る酸化処理法について鋭意検討を行った。その結果、上
記汚染地下水に2価鉄イオンの存在下で過酸化水素を添
加した場合、2価鉄イオンと過酸化水素との反応により
発生するヒドロキシルラジカルによって有機塩素化合物
が効率的に酸化分解され、その結果、数分程度という短
時間で、かつ低コスト、低エネルギーで低濃度(1mg
/L程度)の有機塩素化合物を分解でき、汚染地下水を
浄化できることを知見した。
【0007】また、本発明者は、地中に直接酸化剤を注
入したのでは、地中で地下水の浄化処理が進行している
か否かを把握するのが難しいのに対し、地下水を揚水し
て地上で浄化処理を行う場合には、処理水の水質をチェ
ックすることにより、浄化処理の状況を正確に把握で
き、確実に浄化された水を地下に再注入できること、さ
らには浄化された水を地下に再注入した場合、この水に
よって汚染エリアの汚染源が洗い出され、汚染エリアの
修復を短期間で終了できることを見出した。
【0008】本発明は、上述した知見に基づいてなされ
たもので、化学物質で汚染された地下水の浄化方法であ
って、揚水した地下水に2価鉄イオンの存在下で過酸化
水素を添加して該地下水の浄化処理を行った後、浄化処
理した水を再び地下に注入することを特徴とする汚染地
下水の浄化方法を提供する。
【0009】また、本発明は、化学物質で汚染された地
下水の浄化装置であって、地下水を揚水する揚水手段
と、揚水手段により揚水した地下水に2価鉄イオンの存
在下で過酸化水素を添加して該地下水の浄化処理を行う
浄化手段と、浄化手段により浄化処理した水を再び地下
に注入する注入手段とを具備することを特徴とする汚染
地下水の浄化装置を提供する。
【0010】以下、本発明につきさらに詳しく説明す
る。本発明では、揚水した地下水に2価鉄イオンの存在
下で過酸化水素を添加して地下水の浄化処理を行う。こ
の場合、地下水中に2価鉄イオンを存在させる方法とし
ては、地下水に塩化鉄、硫酸鉄、酸化鉄、鉄粉等の2価
鉄イオン供給物質を添加する方法が挙げられる。ただ
し、揚水した地下水に元々適当量の2価鉄イオンが含ま
れている場合は、地下水に2価鉄イオン供給物質を添加
する必要はない。
【0011】本発明では、浄化処理を下記条件で行うこ
とが適当である。これにより、水中の汚染化学物質のヒ
ドロキシルラジカルによる酸化分解を効率的に行うこと
ができる。なお、pHの制御は水に硫酸等のpH調整剤
を添加することにより行うことができる。 ・水のpH:2〜6、特に3〜4 ・水中の過酸化水素濃度:1〜500mg/L、特に5
〜50mg/L ・水中の2価鉄イオン濃度:1〜200mg/L、特に
5〜50mg/L
【0012】本発明では、浄化処理した水の固液分離処
理を行ってから水を地下に注入することが好ましい。こ
れにより、水を再び地下に注入する際に、3価の鉄化合
物による注入井戸内の地層内の目詰まりを防止、抑制で
きるという利点を得ることができる。固液分離処理の方
法としては、例えば、沈殿処理、凝集沈殿処理、サイク
ロンによる処理、フィルタによる処理等が挙げられる。
【0013】この場合、浄化処理した水の中和処理を行
ってから水の固液分離処理を行うことがより適当であ
る。これは、揚水後の酸化処理水のpHは酸性に傾いて
おり鉄イオンが溶解しているものの、地下に注入した時
点で土の緩衝作用によりpHが中性になったときに生じ
る沈殿を予め固液分離して除去するために有効である。
中和処理の方法としては、例えば、水に水酸化ナトリウ
ム等のアルカリ剤を添加する手段が挙げられる。
【0014】本発明に係る汚染地下水の浄化方法及び装
置は、有機塩素化合物に汚染された地下水の浄化に好適
に使用されるが、これに限定されるものではない。すな
わち、本発明は、ほとんどの有機物と反応する強力な非
特異性酸化剤であるヒドロキシルラジカルによって有機
物を酸化分解するため、様々な有機物を効率的に分解す
ることができる。したがって、本発明は、有機塩素化合
物による汚染地下水の浄化のみならず、他の有機物、例
えば油、ベンゼン、トルエン、キシレン等による汚染地
下水の浄化にも適用可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を説明する。図1は本発明に係る汚染地下
水浄化装置の一実施形態を示す図である。図1において
2は揚水手段、4は浄化手段、6は注入手段を示す。
【0016】揚水手段2は、地下から地下水Wを揚水す
るものである(揚水速度は例えば20L/分)。本例の
揚水手段2は、地中に埋設され、管のスクリーンを通し
て内部に地下水を流入させる揚水井戸8と、揚水井戸8
内に設置された揚水ポンプ10と、揚水ポンプ10に連
結された揚水管12とを備えている。
【0017】浄化手段4は、地下水の浄化処理、中和処
理、固液分離処理を行うものである。本例の浄化手段4
は、揚水管12、過酸化水素添加手段14、硫酸鉄(2
価鉄イオン供給物質)添加手段16が連結され、揚水管
12から導入された地下水に2価鉄イオンの存在下で過
酸化水素を添加して地下水の浄化処理(酸化処理)を行
う反応槽18と、反応槽18で浄化処理した水にアルカ
リ添加手段20から水酸化ナトリウムを添加することに
より、該水の中和処理を行って3価の鉄を析出させる中
和槽22と、中和槽22で中和処理した水の固液分離処
理を行う沈殿槽24と、沈殿槽24で処理した水をさら
に固液分離処理するフィルタ26(孔径3μm)とを備
えている。
【0018】注入手段6は、浄化手段4により浄化処理
した水を再び地下に注入するものである。本例の注入手
段6は、地中に埋設され、管のスクリーンを通して外部
に水を流出させる注水井戸28と、注水井戸28内に浄
化手段4により浄化処理した水を放出する注水管30と
を備えている。
【0019】図2は本発明に係る汚染地下水浄化装置の
他の実施形態を示す図である。本例の装置は、浄化手段
4の構成が異なること以外は図1の装置と同じであるた
め、図2において図1と同一構成の部分には同一参照符
号を付してその説明を省略する。
【0020】本例の浄化手段4は、地下水の浄化処理、
固液分離処理を行うもので、図1の装置と同じ反応槽1
8と、反応槽18で浄化処理した水の固液分離処理を行
うサイクロン32と、サイクロンから排出された沈殿物
をさらに濃縮する沈殿槽34と、図1の装置と同じフィ
ルタ26とを備えている。
【0021】なお、図1及び図2の装置の反応槽18に
おける処理の例としては、例えば、水に硫酸鉄7水和物
30mg/L、過酸化水素10mg/Lを添加して撹拌
し、pH3〜4で30分間反応させる例が挙げられる。
【0022】ところで、図1及び図2の装置では、汚染
地下水の浄化処理を行う汚染領域Xにおいて、揚水手段
による揚水位置Aを地下水の流れFの下流側、注入手段
による注入位置Bを地下水の流れFの上流側に設定して
いる。このようにすると、下流側で揚水した汚染地下水
を浄化して上流側に注入するという水の流れがほぼ閉鎖
された系(閉鎖系)で水処理を行うことができるので、
汚染地下水の浄化を効率的に行うことが可能となる。し
たがって、本発明に係る汚染地下水の浄化装置では、揚
水手段による揚水位置を地下水の流れの下流側、注入手
段による水の注入位置を地下水の流れの上流側に設定す
ることが好ましい。
【0023】
【実施例】[実施例1]下記条件〜で実験を行っ
た。この場合、120mLのバイアルビンに下記〜
に示す物質をそれぞれ入れるとともに、トリクロロエチ
レン(TCE)を1mg/Lの濃度になるように注入し
た後、バイアルビンを密閉して浄化処理を開始した。そ
して、経時的に各バイアルのヘッドスペース中に含まれ
るトリクロロエチレンをガスクロマトグラフィーで測定
することにより、処理効果について評価した。下記条件
〜の内、及びは本発明例、他は比較例である。
及びではpH3.5の条件下で浄化処理を行った。
【0024】(実験条件) ブランク試験:水20mL 過酸化水素単独:水20mL+過酸化水素50mg/
L 硫酸鉄+過酸化水素:水20mL+硫酸第1鉄7水和
物250mg+過酸化水素50mg/L 鉄粉+過酸化水素:水20mL+鉄粉50mg/L+
過酸化水素50mg/L
【0025】(処理結果)図3に処理結果を示す。の
過酸化水素単独では、トリクロロエチレンの分解は見ら
れなかった。これに対し、、の本発明法では、10
分以内にトリクロロエチレンを環境基準値である0.0
3mg/L以下に分解処理できることが確認された。以
上の処理結果から、本発明は有機塩素化合物等の化学物
質の短時間の分解処理に極めて有効であることがわかっ
た。
【0026】[実施例2]本発明において揚水した地下
水を浄化して地下に再注入することの効果を調べた。こ
の場合、トリクロロエチレンで汚染された土を詰めたカ
ラム(土カラム)を用意し、揚水のみを行う場合の通水
条件(線速度14cm/日)と、揚水及び浄化水の再注
入を行う場合の通水条件(線速度70cm/日)でテス
トを行い、浄化期間について比較を行った。より具体的
には、図4に示すように、汚染土40を詰めた土カラム
42に曝気した地下水44を前記線速度で通水し、浄化
期間(通水期間)とカラム流出水46中のトリクロロエ
チレン濃度との関係を調べた。
【0027】図5に浄化期間のテスト結果を示す。図5
より、揚水及び浄化水の再注入を行う場合は、揚水のみ
を行う場合は120日が経過してもトリクロロエチレン
濃度がまだ環境基準値に達していないのに比べ、汚染土
中のトリクロロエチレンが短期間で流出してカラム流出
水中のトリクロロエチレン濃度がおよそ30日という短
期間で環境基準値以下になり、浄化期間が大幅に短縮さ
れることが確認された。以上の処理結果から、本発明が
汚染地下水の短時間の分解処理及び汚染サイトの浄化期
間の短縮に極めて有効であることがわかる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、化学物
質により汚染された地下水、特に有機塩素化合物で汚染
された地下水を、短期間で、かつ低コスト、低エネルギ
ーで浄化することができる。また、本発明は、各種の難
分解性化学物質を効率的に分解できるラジカル反応を利
用しているため、高濃度の複合汚染地下水の浄化にも有
効であり、その有用性は極めて大きい。さらに、本発明
では浄化処理した水を地下に再注入するので、地盤沈下
の防止効果も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る汚染地下水浄化装置の一実施形態
を示す図である。
【図2】本発明に係る汚染地下水浄化装置の他の実施形
態を示す図である。
【図3】実施例1の浄化処理における反応時間とバイア
ルヘッドスペース中のTCE濃度との関係を示すグラフ
である。
【図4】実施例2における浄化期間のテスト方法を示す
図である。
【図5】実施例2の浄化期間のテストにおける浄化期間
とカラム流出水中のトリクロロエチレン濃度との関係を
示すグラフである。
【符号の説明】
2 揚水手段 4 浄化手段 6 注入手段 8 揚水井戸 10 揚水ポンプ 12 揚水管 14 過酸化水素添加手段 16 硫酸鉄(2価鉄イオン供給物質)添加手段 18 反応槽 20 アルカリ添加手段 22 中和槽 24 沈殿槽 26 フィルタ 28 注水井戸 30 注水管 32 サイクロン 34 沈殿槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) E02D 3/10 102 E02D 3/10 102 // C02F 1/00 C02F 1/00 L

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学物質で汚染された地下水の浄化方法
    であって、揚水した地下水に2価鉄イオンの存在下で過
    酸化水素を添加して該地下水の浄化処理を行った後、浄
    化処理した水を再び地下に注入することを特徴とする汚
    染地下水の浄化方法。
  2. 【請求項2】 浄化処理した水の固液分離処理を行って
    から水を地下に注入する請求項1に記載の汚染地下水の
    浄化方法。
  3. 【請求項3】 浄化処理した水の中和処理を行ってから
    水の固液分離処理を行う請求項2に記載の汚染地下水の
    浄化方法。
  4. 【請求項4】 浄化処理において水のpHを2〜6とす
    る請求項1〜3のいずれか1項に記載の汚染地下水の浄
    化方法。
  5. 【請求項5】 浄化処理において水中の過酸化水素濃度
    を1〜500mg/Lとする請求項1〜4のいずれか1
    項に記載の汚染地下水の浄化方法。
  6. 【請求項6】 浄化処理において水中の2価鉄イオン濃
    度を1〜200mg/Lとする請求項1〜5のいずれか
    1項に記載の汚染地下水の浄化方法。
  7. 【請求項7】 化学物質で汚染された地下水の浄化装置
    であって、地下水を揚水する揚水手段と、揚水手段によ
    り揚水した地下水に2価鉄イオンの存在下で過酸化水素
    を添加して該地下水の浄化処理を行う浄化手段と、浄化
    手段により浄化処理した水を再び地下に注入する注入手
    段とを具備することを特徴とする汚染地下水の浄化装
    置。
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