JP2003516858A - 地下水の汚染除去方法およびシステム - Google Patents

地下水の汚染除去方法およびシステム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 その場で、地下水の汚染を除去する装置および方法を提供する。 【解決手段】 汚染された地下水の汚染を、現地で、除去する装置であって、汚染された地下水を引き込む吸引口を有するポンプ330と、入口と出口を備え、前記ポンプから、地下水を受けるように、前記入口に前記ポンプが連結されたハウジング内に収容された電解セル334と、前記電解セルの前記ハウジングの前記出口に連結されたガス分配チャンバ336とを備え、前記ガス分配チャンバが、少なくとも1つの開口部を、前記電解セルから遠位の端部に備えたことを特徴とする汚染除去装置。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 (技術分野) 本発明は、汚染除去システムに関するものであり、さらに詳細には、大量の溶
解酸素およびヒドロキシルラジカルなどの反応性イニシエータを生成することに
よって、その場で、地下水の汚染を除去する装置および方法に関するものである
。 (発明の背景) 近年、とりわけ1960年代以降、上水道および水源の維持に大きな関心が払
われている。政府機関も、毒性汚染物の人体の健康に対する影響ならびにわが国
および世界的な飲料水に対する需要の増大に、すでに気がついている。政府機関
、たとえば、環境保護庁(EPA)は、数多くの毒性のある化学的な化合物に対
する最大汚染レベルを設定することによって、これに答えている。現在では、法
律によって規制された化学薬品が、土壌中あるいは水中で、最大汚染レベルを越
えていると、一旦、認定されると、施設の経営者あるいは不動産所有者は、汚染
のアセスメントおよび改善に着手することが要求されている。ある場合には、あ
る種の化学薬品の排出物を浄化するのに要する費用が、汚染された不動産の価値
を大きく上回ることも起こり得る。かつては、汚染された土壌を改善するため、
掘削と、ぎっしり詰まった媒体の処分が要求されていた。しかしながら、汚染物
質が地下水にまで及んだときには、公衆衛生に対するリスク、改善コストおよび
汚染物質を除去するのに要する時間が、きわめて増大するという問題があった。 【0002】 全石油炭化水素および他の汚染物質を含む水汚染物質あるいは有機化学薬品の
生物学的な処理は、工業源から、水の環境汚染を制御する上で、重要なプロセス
となっている。有機化学薬品の無機化は、含まれている化学的な化合物に依存し
ている。工業プロセスあるいは自然プロセスから、帯水層への間で、発見された
ある化学薬品は、劣化を妨げ、自然界で、処理することが困難であり、したがっ
て、環境に蓄積される。 【0003】 土壌中の好気性化合物によって、促進されると、自然の回復が生じることが、
よく知られている。酸素放出化合物を土壌中に注入することが、現場で、汚染物
質を減少するために、すでに実行されている。これらの結果は、Regenesisによ
って発行されたThe ORC Oracle Newsletter 3:1に記載されている。 【0004】 従来の方法は、受動的な嫌気性の生物分解であり、速度が遅く、不完全であり
、その範囲も限られていた。システムが受動的であるため、それは、溶解酸素を
分配する地下水の流れに依存していた。したがって、井戸の下流側の地下水のみ
が、影響される領域内にあった。さらに、地下水の流れが遅いときは、濾し出さ
れた溶解酸素の希釈速度もまた、対応して、遅かった。 (発明の要約) 本発明の原理によれば、汚染された流体中の溶解酸素の量を増大させるための
装置が提供される。装置は、汚染された流体を、電解セルを横切って、引きこむ
水中で作動可能なポンプを備えている。電解セルは、セルの出口に取りつけられ
た分配チャンバを備えている。装置が、汚染された流体中に浸され、電力がポン
プおよびセルに供給されると、汚染された流体が、ポンプ吸い込み口に流入し、
セルを横切って、セルのハウジングに吸引され、分配チューブのパーフォレーシ
ョンからm流出する。電流が、流体を通り、セルの荷電プレートを横切って、流
れ、水の分子の一部を、構成要素である水素ガスと酸素ガスとに破壊する。セル
の出口では、水素ガスと酸素ガスの双方が、流体中に存在している。分配チャン
バは、鉛直方向に向けられ、セルの出口から、長手方向に延びている。チャンバ
の鉛直方向長さは、ガス状の酸素が、溶解酸素に移行することができるだけの滞
留時間を流体に与えるように、選択される。 【0005】 装置は、汚染された地下水の高さより下方に、汚染除去装置を設置することに
よって、現地で使用される。電力がシステムに供給されると、ポンプが、セルを
横切って、地下水をセルのハウジングに引き込む。その一方で、セルを流れる電
流が、分子の一部を、構成要素である水素ガスと酸素ガスとに破壊する。ある実
施態様においては、反応性のイニシエータが生成され、汚染された地下水がさら
に改善される。 (発明の詳細な説明) 汚染除去システム、とくに、大量の溶解酸素およびヒドロキシルラジカルなど
の反応性イニシエータを生成することによって、その場で、地下水の汚染を除去
する装置および方法につき、以下に、詳細に説明を加える。以下において、環境
、汚染物質、形状、材料の選択などの例が、数多く、具体的に述べられているが
、それは、本発明の理解のためであり、当業者であれば、これら具体的に記述さ
れたもののうち、1以上のものがなくとも、本発明は、実施可能であり、他の汚
染物質や材料の汚染を除去するために、使用され得ることを、容易に認識するこ
とができるであろう。本発明の特徴が不明確なものとなることを避けるために、
周知の構造や操作については、詳細に、示してはおらず、また、説明も加えてい
ない。 【0006】 図1および図2は、汚染された環境5に置かれた汚染除去装置を示している。
本実施態様においては、土壌15と地下水17は、保持タンク14に漏れ口12
が生じ、汚染源16が生成されると、汚染されることになる。あるいは、表面の
汚染が、周囲の土壌および地下水を汚染する汚染物質16の汚染源16になるこ
ともある。地下水の自然な流れは、図1において、矢印Aで示されている。汚染
源16は、下流側の汚染物質のプルーム18中の地下水17を汚染する。プルー
ム18の満たされた領域の外側のポイントには、汚染されていない地下水22も
存在し、プルーム18の周辺に沿って、好気性の縁部領域24が形成される。混
合と、自然なバイオリミジエーションは、汚染されていない地下水22との間で
の酸素の交換によって、この好気性の縁部領域24内で生じる。プルーム18の
中心部は、地下水の嫌気性の汚染コア26によって構成されている。本発明の一
実施態様においては、汚染除去装置10は、溶解酸素の量を増大させ、反応性イ
ニシエータを生成することによって、汚染された地下水のバイオリミジエーショ
ンを促進するため、嫌気性のコア26中に配置される。ある場所では、明確な嫌
気性のコア26が存在しないことがあり、その場合には、汚染除去装置は、地下
水に悪影響をもたらした汚染源16に隣り合う適当な場所あるいは汚染源16内
の適当な場所に置かれる。 【0007】 図2は、内部に、汚染除去装置10を有する井戸を備え、流れ(矢印Aによっ
て示されている)に対して、上流側に位置する典型的な汚染環境5の平面図であ
る。ガソリンスタンド30は、1以上のタンク14を有し、それぞれが、地下水
中に、汚染のプルーム18を生成する漏れ口12を有している。地下水の流れが
プルームの範囲を変化させることがあり、したがって、1または2以上の汚染除
去装置10を設ける位置は、このことを斟酌して、選択されるべきである。 【0008】 図3は、システムの動作の一実施態様を示している。本実施態様においては、
汚染除去装置10は、井戸310内に下ろされており、汚染された地下水の高さ
よりも下方に沈められている。固体が、汚染除去装置10の下を、動くことが許
容されており、したがって、汚染除去装置10は、井戸310の底の高さ311
よりも上方に、吊り下げられることが望ましい。あるいは、汚染除去装置10を
、処理すべき汚染された流体を含んでいる湖、池、タンクあるいは導管内に置く
こともできる。 【0009】 井戸310は、土壌314の地表レベル312から、地下水面の高さ316よ
り下方に延びている。現場の土壌の条件によっては、土壌が崩れ込むことを防止
するため、井戸310に、ケーシング320を設けることができる。不都合な詰
まりを生ずることなく、地下水が、容易に、ケーシング320を通って、流れる
ことが可能にするため、井戸310の下方の部分に位置するケーシング320に
、井戸用スクリーン322を設けることができる。さらに、地下水の流れを促進
するため、ケーシング320の底の高さ位置に、取り込み用のスクリーン324
を設けることもできる。 【0010】 図3に示された汚染除去装置10は、ポンプ吸い込み口332を備えた水中で
作動可能なポンプ330、電解セル34、ガス分配チャンバ336、電源コード
338、支持ケーブル340およびガス吸着デバイス342を備えた装置支持ハ
ウジング341を備えている。ポンプ330は、電解セル334の下方に位置し
、電解セル334に結合されている。電解セル334は、ガス分配チャンバ33
6の下方に位置し、ガス分配チャンバ336に結合されている。チャンバ336
は、セルハウジングと同じ径を有するチューブによって、形成してもよいし、あ
る場合には、セルハウジングよりも径が大きいチューブあるいは径が小さいチュ
ーブによって形成してもよい。チャンバ336の長さは変えることができる。他
の実施態様においては、分配チャンバ336を、チューブ以外の形状に形成して
もよい。ケーシング320を使用する場合には、井戸用スクリーン322に隣り
合った位置に、ガス分配チャンバ336を設けることができる。ガス吸着デバイ
ス342は、井戸310の頂部に設けられ、井戸310内の汚染除去装置10の
重量を支持可能な支持ハウジング341内に含まれている。 【0011】 ポンプ330は、流体を、ポンプ吸い込み口332および電解セル334を通
じて、引き込む機能を有している。利用可能な水中ポンプの一例としては、1分
あたりに、3ガロンの循環速度と、12VDC入力と、5アンペア連続流吸い込
みと、10アンペア内部ヒューズと、ステンレス鋼インペラーと、凹凸のあるA
BS外部ハウジングと、ニトリルシールとを備えたポンプが挙げられ、ポンプは
、6インチの長さと、ポンプ330を電解セル334に接続する1/2インチの
ホース接続部よりなる出力カップリングを備えていてもよい。 【0012】 ポンプ330は、汚染除去とセル洗浄のために、水17を循環させる。ポンプ
330は、処理サイクル中、通常、セル334よりも長い間、作動し、それによ
って、セル334のプレートに電力を供給することなく、流体が、セル334の
プレートを横切って、移動することを可能にする。これは、処理中に、セルプレ
ートに堆積した炭酸カルシウムあるいは炭酸マグネシウムの堆積物を、セルプレ
ートから取り去るのに役立つ。 【0013】 図4は、汚染除去装置10の一実施態様を示すものである。汚染除去装置10
は、ポンプ330と、ハウジング412内の電解セル334と、分解チャンバ3
36とを備えている。第1のカップリング411は、ポンプ330をセル334
に連結し、第2のカップリング413は、セル334を分解チャンバ336に連
結している。第1のカップリング411および第2のカップリング413は、そ
れぞれ、一対の逆目継ぎ手(barb fitting)1210を含み、逆目継ぎ手121
0は、それぞれ、一対の逆目継ぎ手1210の間で延びるある長さの可撓性チュ
ーブ420の開口端部内に延びている。逆目継ぎ手と可撓性チューブの間には、
締り嵌めが形成されている。その結果、汚染除去装置10は、可撓性を有し、井
戸の輪郭に沿って、自由に動くことができる。本実施態様においては、分配チャ
ンバ336は、ガス分配チューブとして、描かれているが、他の種々の形状を有
していてもよい。チャンバ336は、セルハウジングと同じ径を有するチューブ
によって、形成してもよいし、ある場合には、セルハウジングよりも径が大きい
チューブあるいは径が小さいチューブによって形成してもよい。チャンバ336
の長さは変えることができる。他の実施態様においては、分配チャンバ336を
、チューブ以外の形状に形成してもよい。 【0014】 分配チャンバ、すなわち、ガス分配チューブ336は、中実部分410と、複
数のパーフォレーション、すなわち、小さな孔415を有している。孔は、チュ
ーブ336に、水が自由に流入するとともに、流出することを可能にする一方で
、気相状態にとどまっている酸素あるいは水素の案内路を提供可能なサイズを有
している。孔415は、1/8ないし1/2インチの範囲の径を有し、好ましい
実施態様においては、1/4インチの径を有している。チューブ336上のキャ
ップ417は、処理されたすべての水が、孔415を通って、強制的に、チュー
ブ336外に排出されることを保証するものである。通常は、中実部分410は
、チューブ336の長さの約半分であり、パーフォレーションは、チューブ33
6の長さの他の約半分の部分を延びている。 【0015】 図5は、その内部に、図2の電解セル334が位置しているハウジング412
の拡大図である。カップリング411の取り付けを容易にするために、ねじが切
られた入口502が、液体が自由に流入するように、一端部に設けられている。
ハウジングの他端部に設けられた出口503の内面にも、カップリング413を
連結するためのねじが切られている。図6は、図5のハウジング内に収容されて
いる電解セルプレートアセンブリ602を示している。本実施態様においては、
電解セル334のハウジング412およびチューブ336は、使用目的に応じて
選択された適当なプラスチックによって、形成されている。その径は、1/2イ
ンチで十分であるが、ある使用形態に対しては、1インチ、2インチ、3インチ
あるいはそれより大きいこともある。 【0016】 図6に示されるように、電解セルプレート電極604は、セルプレートハウジ
ング608内に収容されている。セルプレートハウジング608は、セルハウジ
ング412と同じ材料で形成することができる。電解セルの電極604は、本技
術分野で公知のように、プラス電源あるいはマイナス電源に、適当に接続されて
いる。電極604の長さおよび数は、公知の原理にしたがって、所望の量の酸素
が生成されるように、選択される。 【0017】 本発明のこの実施態様によれば、図7に示されるように、ガス分配チューブ3
36は、真っ直ぐに長手方向に延び、断面積は制限されない。ガス分配チューブ
336の一端部には、上述したように、ある長さの可撓性チューブを介して、電
解セルハウジング412の逆目継ぎ手と連結するための逆目継ぎ手1210を備
えたカップリング413が設けられている。ガス分配チューブ336の他端部に
は、処理した水を排出可能なパーフォレーション1220が設けられている。障
害物が存在しないため、水は、層流状態で、断面積が制限されていない部分を通
過する。これによって、静かな領域が提供され、酸素分子が、水により溶解しや
すくなる。ガス分配チューブ336が短すぎると、酸素の大部分が、水に溶解す
る前に、ハウジングが終端してしまい、酸素がエアに晒され、水に溶解すること
なく、ガス状態で、排出されてしまう。さらに、十分な静かな時間がないまま、
セルの直後に、90度のエルボなどの急激な曲がりや他の障害物などによって、
もし、水中に乱流が発生すると、酸素および水素が、ガス状態でとどまり、溶解
酸素に移行しない傾向がある。 【0018】 図3に示されるように、ガス分配チューブは、ガス混合物を、直接、井戸用ス
クリーンに受け渡すように構成されており、帯水層への移行を促進している。本
実施態様にかかるガス分配チューブは、1/2インチのPVCによって形成され
、それに取りつけられた1/2インチの逆目継ぎ手を有している。この逆目継ぎ
手によって、ガスチャンバ336は、可撓性チューブを介して、セルの逆目継ぎ
手に連結され、それによって、たわみ継ぎ手が生成される。ガス分配チューブは
、適用される井戸に最もよく適合するように、いかなる長さを有していてもよく
、任意のパーフォレーションを有している。標準のものは、3フィートの長さと
、1/4インチのパーフォレーションを18インチにわたって有している。 【0019】 図8に示されるように、当然のことながら、最適な長さLは、チューブ336
の径および他のファクタとともに、所望の流速に関係している。きわめて低い流
速に対しては、水が、大部分の酸素が溶解酸素に移行するのに十分な滞留時間を
有しているので、短い長さLを有していてもよい。一方、高い流速に対しては、
長さLが長いことが好ましい。あるいは、チューブ336の径を、セルの径より
も大きくして。同じ容積流速に対して、流速を遅くし、滞留時間が長くなるよう
にすることもできる。 【0020】 図8は、汚染除去装置10のさらに他の構造を示し、この汚染除去装置10に
おいては、セルのハウジング812が切り取られ、内部のセルアセンブリ802
が露出している。ある実施態様においては、全体として、スムーズに、かつ、層
流状に、電解セル334から、ガス分配チャンバ336に移行するように、ハウ
ジング812が、ガス分配チャンバ336と同じ断面積を有している。一般に、
ガス分配チャンバ336は、電解セル334のすぐ上から始まり、それによって
、生成された酸素ガスが、溶解酸素に移行し始めるように構成されている。他の
実施態様においては、与えられた流速に対し、滞留時間が長くなるように、ガス
分配チャンバ336は、セルのハウジング821よりも大きな径を有している。 【0021】 例示された実施態様においては、電解セル334は、セルのハウジングの一端
部で、ユニオンカップリング814を介して、ポンプ330に接続されている。
雄カップリング816が、ポンプの頂部に設けられ、対応する雌カップリング8
18が、セルのハウジングの底部に設けられている。同様のカップリング820
が、分配チャンバ336の連結のため、セルの頂部に設けられている。カップリ
ング連結814は、電解セル334およびハウジング812をメンテナンスし、
洗浄する上で、大きな利点を持っている。電極604を洗浄し、あるいは、部品
などを交換、メンテナンスするなど、電解セル334をメンテナンスすることが
望ましい場合には、システムの稼動が停止されて、汚染除去装置が、井戸から取
り外され、水が排出される。さらに、電解セルが、システムの他の部分から分離
されるように、カップリングが回転される。次いで、セルのハウジングが、所望
の交換、メンテナンスなどのために、システムから、取り外される。その後、新
たな電解セルあるいは洗浄されたセルを備えたセルのハウジングが、置きなおさ
れ、システムが、完全に稼動可能なように、カップリングが、再度、取りつけら
れる。カップリングとしては、回転ねじ、水密性カップリングなど、公知のカッ
プリングを用いることができ、数多くの水密性カップリングが、本技術分野で知
られている。 【0022】 図9、図10および図11に示された電解セルプレートアセンブリ600の実
施態様においては、電極プレート604は、アノードとカソードを備えている。
アノードおよびカソードは、その両面が、貴金属および遷移金属よりなる群から
選ばれる材料、たとえば、EC−400、ニッケル、白金、すず、ステンレス鋼
などによって、被覆されていてもよい。ある実施態様においては、荷電プレート
の間の間隔は、約0.030ないし0.250インチであり、さらに好ましくは
、0.08インチである。プレートのサイズは、1インチ×6インチであるが、
これに限定されるものではない。プレートの構造は、図10に示される8つの電
極プレート構造あるいは図6に示される5つの電極プレート構造などのように、
4ないし12の電極プレートを有している。電極プレートは、溝634によって
、つねに、互いに、あらかじめ定められた距離をもって、離間するように、保持
される。 【0023】 図10、図11および図12に示された実施態様においては、電極プレートア
センブリ600は、さらに、電極プレート604の頂端部および底端部に、防水
ブロック620を備えている。溝が切られたプレートレール630によって、プ
レート604の上側および下側がサンドイッチされ、1つの荷電プレート604
の縁部が、プレートレール630の溝634内に延びている。プレート640の
各端部において、チタンボルト640が、L字状のブラケット650に連結され
ている。本実施態様においては、ブラケット650が、荷電プレートに溶接され
ているように、描かれている。あるいは、図6に示されるように、電解セルを、
ボルトによって、連結することもできる。ボルト640は、電解を生じさせるた
めに、電力をセル334に供給する荷電プレート604に対する電気的接続を提
供し、図9に示されるように、セル304のハウジング812の外側にまで延び
ている。 【0024】 作動中、電解セルには、流入した液体を通る電流の流れを生成するため、直流
電力が供給される。電流を流すことによって、いくつかの分子が、それぞれの構
成要素に分解され、水素ガスと酸素ガスが生成される。液体が水を含んでいる場
合には、水の分子のいくつかが、分解される。セル内に、他の流体や分子が存在
する場合には、エネルギーレベルおよび化学結合にしたがって、それらのいくつ
かが分解される。たとえば、流体中に、塩素化合物ないし分子が存在する場合に
は、それらのいくつかが分解される。また、種々の炭化水素を含む他の化合物は
、一方のプレートから他方のプレートに向けて流れる電気エネルギーを受けたと
きに、分子から、1以上の原子が分解され、あるいは、分子全体が分解される。
流体中の流体および分子の種類および数は、現場によって、大きく異なるから、
セルにエネルギーを加えることによって、分解され、あるいは、生成される可能
性のあるすべての化合物および原子に言及する必要はなく、流体が存在している
プレートの間を電流が流れ、エネルギーが流れることによって、流体中の数多く
の分子が影響を受け、変化するということに言及しておけば十分である。図3に
示されるように、電解セルの出口においては、大きな泡26で示された水素ガス
および小さな泡24で示された酸素ガスが、電極セルから排出される。このとき
、水素ガス26および酸素ガス24は、主として、ガス状態にある。水素の泡2
6は、一般に大きく、水自体から、分離されている場合が多い。一方、酸素の泡
は、きわめて数が多く、電解セル334の出口で、ただちに、雲効果(cloud ef
fect)を生成する。水素および酸素は、ガス状のこの段階で、水中を、上昇し始
める。また、図3において、矢印Bで示されるように、水は、通常、チューブを
通って、移動している。ある実施態様においては、水が静止状態にあるが、その
ような場合でも、水よりも軽いガスが、チューブを通って、ゆっくりと上昇する
。 【0025】 酸素24が、ガス分解チューブ336内を上昇するにつれて、酸素は、ガス状
態から、溶解状態に移行し、分離した酸素ガス分子の数が、急減する。図7に示
されるように、長さLとしては、酸素分子の大部分が、水中に溶解して、溶解酸
素となるように、十分に長い値が選択される。数多くの水素分子が、汚染された
地下水中の物質と反応して、汚染物質の作用を中立化し、あるいは、抑制する。
一方、水素分子の一部は、チューブの全長を通った後も、ガス状を保持しつづけ
ることが多く、したがって、泡26で示されるように、ガス状にとどまることに
なる。 【0026】 本発明の原理によれば、汚染除去装置10は、とくに現場で、容易に、組み立
て、分解することができるように、構成される。たとえば、ポンプ、ハウジング
およびガス分配チャンバを含む種々のユニットが、ユーザーが分解可能なように
、容易に取り外しが可能な継ぎ手やファスナーによって接続される。また、ユー
ザーが、現場で、速やかに組み立てることができ、洗浄後に、再度、組み立てる
ことができるように、汚染除去装置10は、容易に組み立てが可能なコネクタを
備えている。たとえば、ポンプ330と、電解セル334のハウジングのカップ
リングは、好ましくは、容易に取り外しが可能で、かつ、容易に組み立てが可能
なカップリングによって構成される。この種のカップリングの例としては、ねじ
が切られたユニオン継ぎ手、スナップクランプ、ゴムガスケットシールなど、容
易に組み立てが可能で、かつ、容易に分解が可能なカップリングが挙げられる。
図4ないし図7に示された実施態様においては、ポンプ、ハウジングおよびガス
分配チャンバの間のカップリングは、標準ねじ継ぎ手を用いたねじカップリング
である。図8ないし図12に示された実施態様においては、カップリングおよび
接続部は、双方のユニットを静止状態に維持したまま、互いに連結することがで
きるように、互いに回転可能なユニオン継ぎ手やガスケットを含んでいる。さら
に、本技術分野での特別な技術を有さず、また、特別な訓練も受けていない通常
の作業者でも、洗浄やメンテナンスのために、現場で、容易に分解することがで
き、かつ、容易に組み立てができ、ユニットをもとに戻して、使用するために、
容易に再組み立てができる他の等価なカップリングテクニックを使用することも
できる。さらには、洗浄のための分解後、汚染除去装置10を、きわめて短時間
で、再組み立てして、使用することができる。 【0027】 図13Aは、ガス吸着キャップ1310を備えた頂部支持ハウジング1300
を示すものである。図13Bは、図13Aのハウジング1300およびガス吸着
キャップ1310の分解図である。支持ハウジング1300は、処理すべき井戸
310内に吊り下げられた汚染除去装置10を支持するものである。ガス吸着キ
ャップ1310は、上端部に、PVCメッシュスクリーン1320を備え、下端
部に、PVCメッシュスクリーン1330を備えている。メッシュスクリーン1
320、1330は、PVCリング1340、1342およびOリング1350
によって、所定の位置に、保持されている。PVCショルダー1340は、メッ
シュスクリーンアセンブリ1320および井戸310内に延びるカプラー136
0を支持している。カプラー1360には、炭などの、ガス水吸着性化合物およ
び/または水吸着性化合物が充填されている。ハウジング1310およびガス吸
着キャップ1310は、汚染除去装置の重量を支持し、帯水層に侵入しないフリ
ーガスをろ過するように構成されている。カプラー1360は、吸着性材料を、
繰り返し、充填可能に構成されている。ある実施態様においては、キャップは、
2ないし4インチの高さを有している。キャップは、貫通チューブ1348を備
え、汚染除去装置のための支持ケーブルおよび電源コードが、貫通チューブ13
48の中を延びている。 【0028】 図14は、直流・交流電力変換ユニット1415を含むバッテリあるいはキャ
パシタユニット1410を介して、システム1400に電力が供給される実施態
様を示すダイアグラムである。アンペア数h、ユーザーによって調整可能である
。あるときに、典型的に作動されるのは、1つのセル(ポン)のみであるが、電
力供給ユニット1420は、4つの電解セルとポンプ10を作動可能に構成され
ている。電力供給ユニット1420は、各処理サイクルに対して、セル10と反
対の極性を有していなければならない。処理サイクルが開始されると、電力供給
ユニット1420は、前回の処理サイクルとは反対の極性で作動し、セルプレー
トをきれいにする。水の硬度の変化および異なる流体が、炭酸カルシウムおよび
炭酸マグネシウムを含む積層物が、プレート上に形成される原因となる。このた
め、酢あるいは塩酸と水との50%づつの混合液による定期的な点検と洗浄が必
要になることがある。コントローラユニット1420は、1時間ごとに、10分
間づつ、電力をセルに供給する。このタイミングは、5分づつ、30分まで、調
整することができなくてはならない。調整装置としては、ジャンパ、二重インラ
インパッケージスイッチもしくはボードに取り付けられた他の手段またはコント
ローラユニット1420に接続された他の手段が用いられる。コントローラユニ
ット1420はまた、直流水中ポンプ(図示せず)を作動させる。ポンプは、1
2ボルトあたり、5アンペアで、作動する。セルおよびポンプ10は、同時に作
動されるが、処理サイクルの終了時に、セルへの電力の供給を停止した後、さら
に、付加的な時間にわたって、ポンプを作動させるべきである。この時間は変え
ることができるが、好ましい実施態様においては、3分である。ポンプのアンペ
ア数は、電気的にモニターされ、ポンプが故障したときは、コントローラユニッ
ト1420は、赤色LED(図示せず)を点灯させ、ポンプが故障したことを知
らせるように構成されている。システムは、セルを、少なくとも2つの故障条件
にわたって、モニターするように構成されている。第1の故障条件は、過大電流
であり、このとき、セルはオフされる。第2の故障条件は、過小電流であり、そ
れは、セルが寿命に達したことを示すものである。いずれの場合にも、赤色LE
Dが点灯される。ある実施態様においては、過大電流条件は、5ないし10アン
ペアの範囲にあり、過小電流条件は、0.1ないし1アンペアの範囲にあるが、
これらは、現場、流体の種類およびセルの構成によって、変化する。 【0029】 コントローラユニット1420は、故障したシステムを、12動作サイクルに
わたって、再スタートさせるように構成され、12動作サイクル後に、完全な故
障と判定される。入力電源1440は、47ないし63ヘルツで、110ボルト
の交流電圧あるいは220ボルトの交流電圧で動作し、かつ、国内および海外で
販売できるように、UL−CSA確認などを受けていなければならない。 【0030】 セルおよびポンプ10への電力供給のため、図3に示された電力コード338
以外の付加的外部ケーブルは必要ではない。しかしながら、電源コードを外部電
源に接続することが必要である。通常は、標準220ボルトあるいは標準115
ボルト電源が使用可能である。セルおよびポンプは、4つの導体電源コード33
8を利用し、そのゲージは、ワイヤの長さによって変わる。カバーは、Nema
4(あるいは4X)であることを要し、金属かファイバガラスで作られ、壁掛け
でもよい。ファイバガラスが好ましい。すべてのケーブルは、電線管内で、配線
によって接続され、現場で、電気技術者によって、取りつけられる。メイン電源
がオンされていることを示すため、黄色の「パワーオン」ライトが、コントロー
ラユニット1420のカバーの前面のメイン電源スイッチの近くに取りつけられ
る。3つの赤/緑LEDが、3つのシステムのどれが作動しているかを示すため
に、カバーの前面に取りつけられる。緑色のLEDは、システムが作動している
ことを示し、一様の赤色のLEDは、ポンプが故障したことを示すものである。
点滅する赤色のLEDは、セルに過大な電流が供給されたことを示し、あるいは
、点滅のパターンによって、セルが故障したことを示すものである。ケーブルは
、コントローラカバーを貫通し、底部に延びている。これらの電子機器を、「Cl
ass 1, Div. 1」防爆性カバー内に組み込むことが好ましい。 【0031】 セルが、さらに過大な電流を引き込もうとし、あるいは、完全短絡を自記する
と、セルへの電力供給が停止され、ポンプだけが、処理サイクルの残った時間の
間、作動する。セルの故障を示す外部インディケータは連続的に作動される。井
戸で、セルの故障が発生すると、コントローラユニット1420あるいはオペレ
ータは、自動的に、バンク内の次のセルの作動を開始させる。コントローラユニ
ット1420は、故障したセルの順番が、その動作の順番になるたびに、故障し
たセルを、再びテストする。故障したセルが、正常に動作を始めると、正常な動
作順序に、再度、加わることが許される。さらに、コントローラユニット142
0が、最大利用可能電圧をセルに印加しているにもかかわらず、十分な電流に達
しないときは、そのセルにおける動作を許容しつつ、セル過小電流を表示する。
コントローラユニット1420は、電力がある最小しきい値未満に低下すると、
セルへの電力の供給を停止し、最大電圧をセルに印加する。さらに、ポンプが、
過大電流あるいは過小電流を引き込むときは、それは故障であり、ポンプが停止
され、外部インディケータが起動される。セル電圧が、正常に、ゼロから、その
正常操作電圧および電流に復帰され、作動が続けられる。ソフトスタート回路が
よく動作させることができる。ポンプをスタートさせると、ポンプは、5秒間に
わたって、起動され、次いで、5秒間にわたって、停止され、次いで、再起動さ
れて、その時点で、作動される。 【0032】 本システムの付加的特徴は、ネットワークインターフェイス1460を介する
モデムアクセス1450を備えている。無線アクセスあるいは地上通信線146
5を使用することができる。オプションのモデムボードは、データのアクセスお
よびコントローラからのデータのダウンロードが可能なように設計されることが
要求される。モデム、ケーブルあるいは衛星を介したネットワーク。インターフ
ェイスを用いる場合には、セルおよびポンプのリモート・トラブル・シューティ
ング、リモート・ターンオン・シャットオフ(ロックアウト)およびリセットな
どの特徴が利用可能である。プロセス・モニター・コントローラを付け加えるこ
ともでき、その場合には、コントローラユニット1420の作動と同期させるこ
とが要求される。購入可能で、コントローラユニット1420につなぎ合わされ
る既存の「オフ・アンド・シェルフ」システムを用いて、DO、ORP、pH、
バクテリアのカウントをモニターすることができる。これらのデバイスによって
実行された測定は、コントローラユニット1420に同期させることが必要で、
読み取りは、処理サイクルと関連させて、適当に実行される。pH調整装置など
のプロセスコントロール装置および生物学的/栄養物スラリーは、購入可能で、
コントローラユニット1420とともに、使用することができる。電子機器を収
容するオプションの防爆性カバーを用いることもできる。 【0033】 本システムの付加的特徴は、バックアップガス発生器1470、風力発電機1
480あるいは太陽電池アレイ1490を含んでいる。 【0034】 動作に際し、ポンプに、電力が供給されると、ポンプは、井戸内に、流体の循
環流を生成する。あるいは、地下水の流れが、流体の循環流を生成する。電解セ
ルに、電力が供給されると、電流が流れ、水の分子の一部が、構成要素に分解さ
れ、水素ガスおよび酸素ガスが生成される。ガスが、ガス分配チューブを通って
、上方に移動すると、酸素ガスが溶解して、溶解酸素が生成される。実際の溶解
酸素の量は、生成された酸素ガスの吸着に依存する。吸着は、温度と水柱高さに
よって、変化する。酸素ガスは、汚染物を洗浄し、本技術分野において、公知で
、すでに発行された数多くの文献において、公知の反応により、地下水から、汚
染物を取り除く役割を果たす。さらに、自由水素ガスが、炭化水素による環境汚
染の問題を防止する。地下水中の汚染物質、用いた特定の処理プロセス、プロセ
スを助長し、促進するために添加した酵素、化学薬品、ビタミンなどに依存して
、多数の連鎖反応および分子の分割、生成が生じる。ある反応においては、水素
ガスあるいは水素ラジカルが、アルカンあるいはアルコールとともに、水素原子
を引き抜き、水を生成することができる。 【0035】 【式1】 別の反応においては、汚染物質がオレフィンあるいは芳香族化合物の場合には
、ヒドロキシルラジカルを、汚染物質に添加して、次の反応を生じさせることが
できる。 【0036】 【式2】 酸素および水素を用いる電極触媒化学を適用することによって、汚染物質の酸
化の速度を、酸化剤(すなわち、酸素、オゾン、過マンガン酸塩、過酸化物など
)の単なる付加の場合に比して、大幅に増大させることができる。これは、主に
、電解セルの金属合金によって生成されたヒドロキシラジカルなどの高い反応性
を有するイニシエータ(ラジカル)を大量に存在するためである。典型的には、
ヒドロキシラジカル反応装置は、オゾンや過酸化水素よりも、100万ないし1
0億倍も速く、したがって、処理コストを大幅に低下させ、システムサイズを大
幅に小型化することができる。 【0037】 上に述べた例示的な化学反応によって、示されるように、酸素の存在下におけ
るヒドロキシラジカルの攻撃は、無機化に先立って、酸化反応のコンプレックス
・カスケードを開始させる。経験則として、汚染物質の破壊速度は、ヒドロキシ
ラジカルによる汚染物質の反応定数にほぼ比例する。二重結合は、ヒドロキシラ
ジカルの攻撃を受けやすいので、アルケンが最も効率的に処理されるが、飽和分
子(すなわち、アルカン)はより小さな反応定数を有し、したがって、酸化する
ことはより困難である。 【0038】 全石油炭化水素(TPH)に対するテスト、化学的酸素要求量(COD)およ
びBTEXは、合計のBOD−SS負荷が減少することを明らかにしている。こ
れは、電極触媒セルシステムによって生成されたヒドロキシラジカルの効果に起
因するものである。 【0039】 全石油炭化水素の全体的減少は、ヒドロキシラジカル(OH)が、電極触媒セ
ルによって、生成されるためである。ひどく汚染された井戸中のヒドロキシラジ
カルは、広範囲の有機化合物を無機化する。したがって、満たされた井戸を離れ
る地下水には、わずかな有機化合物が含まれているだけで、帯水層中の化学的酸
素要求量も減少する。 【0040】 溶解酸素は、全石油炭化水素により満たされた現場の好気性の生物学的改善に
おいて、不可欠な役割を果たしている。毎日、本発明の電極触媒セルによって、
生成された溶解酸素は、2984mgであった。汚染除去装置を使用することに
よって、周囲のモニターされた井戸内の好気性バクテリアに対する従属栄養プレ
ートのカウントが増大した。全石油炭化水素が減少するにつれて、バクテリアの
数が、減少した炭素源とともに、将来的に減少する。したがって、現場での研究
によって、溶解酸素を、化学的あるいは物理的手段によって、汚染された地下水
帯水層に適用することの有益な効果についての情報が得られた。 【0041】 別の付加的な特徴においては、例示された実施態様に示されるように、ポンプ
セルおよびガス分配チューブが、可撓性チューブに引っ掛けられており、汚染除
去システムが、必要に応じて、曲げることができるように構成されている。この
可撓性は、非線形の設置が要求される環境においても、システムの設置を可能に
する。 【0042】 上述したところから、本発明の特定の実施態様につき、例示の目的で説明を加
えたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変形が可能であ
ることは明らかであろう。したがって、本発明は、添付の請求の範囲以外によっ
て、限定されるものではない。 実施例 この実験の目的は、汚染除去システムを現地試験することにあった。以下に、
使用した装置を示す。 A.セル 2つのセルを、このそのために組み立てた。セルは、それぞれ、標準ローディ
ングEC−400プレートコーティングを用いた。これらのセルは、保存するこ
とができた。セルは、使い捨て可能で、再生することはできなかった。ISO−
GENセルの寿命は90日と評価された。 B.ポンプ この装置に用いたポンプは、Enviro−Tech Services Co.によって製造され
、販売された直流パージポンプであった。このポンプは、井戸内部の水を、約3
gpmで循環させる。ポンプは、ステンレス鋼のインペラーと、ニトリルシール
と、ABSケーシングを有していた。このポンプは、「パージポンプ」として分
類され、長い連続デユーティオペレーション用には設計されていなかった。メー
カーは、このポンプを、約300ないし450時間にわたって、連続運転し、取
りかえることを勧めている。このポンプは、その作動中、絶えず、故障のモニタ
ーをするべきである。 C.電気コントローラ コントローラは、一定電圧に復帰し、最大電圧出力で、作動することになる利
用可能な電圧から外れるようになるまで、つねに、最新のデバイスとして、作動
することを保証するため、新たなポンプ、ソフトウェアの変化を制御する直流ポ
ンプインターフェイスを含んでいる。データを収集するために、コントローラを
遠隔で、ダイヤルアップ可能なように、モデムも用いられる。 D.ガス分配チャンバ 分配チャンバは、1/2インチのPVCから組み立てられ、孔のサイズは、孔
を通じて、いかなる材料の生成も許容するようい、1/8インチの代わりに、3
/16インチであった。 【0043】 汚染除去装置の現地試験から、以下の結果が得られた。 【0044】 【表1】 LEL(爆発下限)を除くすべての結果は、mg/リットル(ppm)で表さ
れている。 【図面の簡単な説明】 【図1】 図1は、汚染された地下水現場の等角図である。 【図2】 図2は、内部に、本発明にかかる汚染除去装置が設けられた井戸を含んだ現場
の平面図である。 【図3】 図3は、内部に、本発明の原理に従った一実施態様にかかる汚染除去装置が設
けられた図2の井戸の断面図である。 【図4】 図4は、本発明の原理にしたがった一実施態様にかかる汚染除去装置の等角図
である。 【図5】 図5は、本発明の原理にしたがった図4に示される電解セルプレートアセンブ
リハウジングの拡大図である。 【図6】 図6は、本発明の原理にしたがった図4に示される実施態様にかかる電解プレ
ートアセンブリの等角図である。 【図7】 図7は、図4の実施態様にかかるガス分配チューブの側面図である。 【図8】 図8は、本発明の原理にしたがった別の実施態様にかかる汚染除去装置の分解
図である。 【図9】 図9は、本発明の原理にしたがった図8のセル用のハウジングの一実施態様を
示す拡大等角図である。 【図10】 図10は、本発明の原理にしたがった図9のハウジング内で用いられる電解プ
レートアセンブリの拡大図である。 【図11】 図11は、本発明の原理にしたがった図10に示される電解プレートアセンブ
リの一実施態様の分解図である。 【図12】 図12は、本発明の原理にしたがった図9の12−12線に沿ったハウジング
およびセルの一実施態様の端面図である。 【図13A】 図13Aは、本発明の原理にしたがった支持ハウジングの等角図である。 【図13B】 図13Bは、図13Aの支持ハウジングの分解図である。 【図14】 図14は、本発明の原理にしたがった汚染除去システムブロックダイアグラム
である。 【符号の説明】 10 汚染除去装置 12 漏れ口 14 保持タンク 15 土壌 16 汚染源 17 地下水 18 プルーム 20 汚染されていない地下水 24 好気性の縁部 26 汚染コア 30 ガソリンスタンド 310 井戸 311 井戸の底の高さ 312 土壌の地表レベル 314 土壌 316 地下水面の高さ 320 ケーシング 322 井戸用スクリーン 324 取り込み用のスクリーン 330 ポンプ 332 ポンプ吸い込み口 334 電解セル 336 ガス分配チャンバ 338 電源コード 340 支持ケーブル 341 支持ハウジング 342 ガス吸着デバイス 410 中実部分 411 第1のカップリング 412 ハウジング 413 第2のカップリング 415 孔 417 キャップ 420 可撓性チューブ 503 入口 503 出口 600 電解セルプレートアセンブリ 602 電解セルプレートアセンブリ 604 電解セルプレート電極 608 セルプレートハウジング 620 防水ブロック 630 プレートレール 634 溝 640 チタンボルト 650 ブラケット 802 セルアセンブリ 812 セルのハウジング 814 ユニオンカップリング 816 雄カップリング 818 雌カップリング 820 カップリング 1210 逆目継ぎ手 1220 パーフォレーション 1300 頂部支持ハウジング 1310 ガス吸着キャップ 1320 PVCメッシュスクリーン 1330 PVCメッシュスクリーン 1340 PVCリング 1342 PVCリング 1348 貫通チューブ 1350 Oリング 1360 カプラー 1400 システム 1410 キャパシタユニット 1415 直流・交流電力変換ユニット 1420 電力供給ユニット
【手続補正書】 【提出日】平成14年6月20日(2002.6.20) 【手続補正1】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】特許請求の範囲 【補正方法】変更 【補正の内容】 【特許請求の範囲】 【請求項1】 汚染された地下水の汚染を、現地で、除去するシステムで
あって、 汚染された地下水の水面レベルよりも下方に、底部のレベルを有する井戸と、 吸い込み口を備え、前記吸い込み口が、汚染された地下水の水面レベルよりも
下方に位置するポンプと、 前記ポンプの上方に位置し、前記ポンプに連結されたハウジング内に収容され
た電解セルであって、前記ポンプによって、汚染された地下水が前記吸い込み口
に吸引されて、その中を循環される電解セルと、 前記電解セルの上方に位置し、処理された水を、層流状に流して、酸素ガスを
溶解させ、溶解酸素に移行させるガス分配チャンバとを 備えたことを特徴とする汚染除去システム。 【請求項2】 前記ガス分配チャンバが、前記ハウジングに連結され、循
環される地下水のための出口を有するとともに、鉛直方向を向けて、配置され、
前記電解セルの上方において、鉛直方向の選ばれた距離にわたって、長手方向に
延びていることを特徴とする請求項1に記載の汚染除去システム。 【請求項3】 前記ガス分配チャンバが、前記電解セルの上方に延びる前
記井戸の壁によって構成されたことを特徴とする請求項1に記載の汚染除去シス
テム。 【請求項4】 前記電解セルが、アノードと、めっき材料によって被覆さ
れたカソードとを備えた電解プレートを含み、前記電解プレート上のめっき材料
が、貴金属および遷移金属よりなる群から選ばれる材料よりなることを特徴とす
る請求項1に記載の汚染除去システム。 【請求項5】 前記電解セルが、アノードと、カソードとを備えた電解プ
レートを含み、前記アノードが、スズによって被覆され、前記カソードが、白金
によって被覆されたことを特徴とする請求項3に記載の汚染除去システム。 【請求項6】 さらに、カプラーを備えたガス吸着キャップを備え、前記
カプラーが、吸着化合物を再充填可能に構成されるとともに、前記キャップが、
前記井戸の頂部に設けられ、前記吸着化合物が、オフガスの漏れを減少させるこ
とを特徴とする請求項1に記載の汚染除去システム。 【請求項7】 前記ガス分配チャンバに取り付けられ、汚染除去システム
を、所定の位置に下降させる支持ケーブルを備えたことを特徴とする請求項1に
記載の汚染除去システム。 【請求項8】 さらに、電源を備え、前記電源が、可逆極性定電流直流電
源によって構成されたことを特徴とする請求項1に記載の汚染除去システム。 【請求項9】 水域の現地でのバイオリミジエーションを促進する方法で
あって、 前記水域中に、電解セルを有する現場酸素生成デバイスを位置させ、 ポンプによって、前記水域から、現場の流体を、前記酸素生成デバイスの前記
電解セル中に、汲み出し、 前記電解セルに電流を流して、水素ガスおよび酸素ガスが生成された処理液体
を生成し、 前記処理液体を、酸素ガスが溶解して、溶解酸素になるのに十分な距離にわた
って、ガス分配チャンバ中を流し、 前記処理液体を前記水域中に戻す ことを特徴とする水域のバイオリミジエーション促進方法。 【請求項10】 さらに、前記電解セルを流れる前記電流の極性を反転さ
せ、前記電解セルを洗浄することを特徴とする請求項9に記載の水域のバイオリ
ミジエーション促進方法。 【請求項11】 前記水域が、地下帯水層によって構成され、さらに、そ
の底部が、地下水面の下方に延びるボアホールを穿孔して、前記帯水層中に、井
戸を形成することを特徴とする請求項9に記載の水域のバイオリミジエーション
促進方法。 【請求項12】 さらに、前記井戸中に、下方の選ばれた部分に、複数の
孔が形成されたケーシングを挿入して、液体が、前記ケーシングを通って、流れ
ることを許容することを特徴とする請求項11に記載の水域のバイオリミジエー
ション促進方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 スーセヴィッチ・ヴォーン・エー・エスア ール アメリカ合衆国 オレゴン州 97068 ウ ェストリン サウスウェスト リバークノ ール ウェイ3400 (72)発明者 ジョンソン・トロイ・ティー アメリカ合衆国 ワシントン州 98119 シアトル ウェスト オリンピック プレ イス201 アパートメント107 (72)発明者 スコッルズマン・スコット・エー アメリカ合衆国 ワシントン州 98036 ブリエ ブリエ ロード23416 Fターム(参考) 4D029 AB01 BB00 CC02 4D050 AA02 AB11 BB01 BB20 BC10 BD04 CA10 CA17 4D061 DA10 DB09 EA02 EB01 EB04 EB14 EB33 FA15 FA16

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 汚染された地下水の汚染を、現地で、除去する装置であって
    、 汚染された地下水を引き込む吸引口を有するポンプと、 入口と出口を備え、前記ポンプから、地下水を受けるように、前記入口に前記
    ポンプが連結されたハウジング内に収容された電解セルと、 前記電解セルの前記ハウジングの前記出口に連結されたガス分配チャンバとを
    備え、 前記ガス分配チャンバが、少なくとも1つの開口部を、前記電解セルから遠位
    の端部に備えたことを特徴とする汚染除去装置。
JP2001545216A 1999-12-17 2000-07-25 地下水の汚染除去方法およびシステム Pending JP2003516858A (ja)

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