JP2004016859A - 汚染地盤の原位置浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原位置で直接汚染地盤と生物浄化処理に必要な注入物質とを混合撹伴する。
【解決手段】揮発性有機化合物や油などの環境汚染物質により汚染された地盤を浄化する地盤浄化方法において、ロッド（１）の先端に設けた高圧の流体を噴射するノズル（２）をロットを介して回転させ、このノズルをロットを介して上下することで地盤を切削するジェット工法を用い、切削した汚染地盤Ｔー１内でノズル（２）から生物浄化に必要な電子受容体もしくは電子供与体を長期間継続的に放出する化合物、各種栄養物質、分解微生物などを汚染地盤に注入し、原位置で直接汚染地盤と注入物質を混合撹伴する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）や油などの環境汚染物質により汚染された土壌及び地下水（以下、汚染地盤という）を浄化する浄化技術に関し、詳しくは、微生物を利用し、原位置で汚染物質を浄化する浄化技術に関す。
【０００２】
【従来の技術】
微生物を利用した汚染地盤の浄化方法として、汚染地盤に土着の分解微生物を原位置で活性化させ、汚染物質を分解させる「バイオスティシュレーション」技術と、外部で活性化させた分解微生物を汚染地盤に添加し、汚染物質を分解させる「バイオオーグメンテーション」技術とが知られている。これらの技術はともに、汚染物質を分解させるのに必要な酸素などの電子受容体や栄養物質などの化学物質を汚染地盤に供給するものである。
【０００３】
その注入供給作業としては、原位置生物処理技術で最も多く行われている方法は、注入井戸を介し、酸素などの電子受容体や栄養物質、分解微生物等の注入物質を液状もしくはガス状で汚染地盤に供給する方法である。
【０００４】
また、これ以外にも、酸素除放剤である固形の過酸化物を供給する方法として、以下の方法が知られている。
（１）　井戸内に固形状のものを設置し、地下水流を利用して地盤に供給する。
（２）　バックホウなどにより土壌中に混合する。
（３）　オーガーなどにより土壌中に混合する。
（４）　水に溶解した状態（スラリー状等）で井戸に注入する。
（５）　高圧のガスや気体を地盤中に噴出する。
（６）　懸濁液をポンプで地下水の地層に圧入する。
以上の方法は、酸素除放剤の添加の他、栄養塩や分解微生物の添加についても同様に適用可能な方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の注入法による場合は、次のような問題点がある。
（１）　地下水の流れを介して供給する方法は、透水性の悪いシルトや粘土質の場合には供給速度が砂層に比べて大幅に遅く浄化速度が極端に低下する。また、砂層でも透水性は不均一であり水みちのような透りやすい部分のみに集中的に流出してしまう危険がある。
（２）　重機などを用いて直接汚染土壌に混合する方法は、深度の深い汚染地盤に対してはコストが大幅に増加する。
（３）　オーガーなどを用いて混合する方法は、深度の深い汚染地盤に対して適用可能であるが、平面的な広がりは期待できない。また、混ぜ込む薬剤は地表面から底部まで全体に広がるが、汚染されていない部分にも薬剤が供給され、無駄に薬剤を使用することになる。
（４）　スラリー状で直接地盤に注入する方法は、透水性の高い砂層では広範囲に注入されるが、透水性の悪いシルトや粘土質には十分な注入が難しい。
（５）　高圧のガスや液体で地盤中に注入する方法は、透気性や透水性の高い部分などの通りやすい部分に集中的に流れ込むことから、所定の範囲で均一に注入することが難しい。
【０００６】
更に、次のような問題点もある。
（１）　過酸化マグネシウムや過酸化カルシウムなどの酸素除放剤は酸素の放出後、強アルカリ性を示す。そのため地下水の流れが十分ある場所では問題はないが、地下水の流れが遅い粘土やシルト層ではこれらの薬剤の添加により土壌のｐＨが強アルカリとなり、汚染物質の生物分解活性の低下を招く危険がある。
（２）　注入する酸素などの電子受容体や各種の栄養物質、分解微生物の土壌中での移動特性が異なり、また、これは地盤特性に大きな影響を受ける。特に微生物を地盤中に注入し広い範囲に高濃度で拡散させるのは難しい。
【０００７】
また、汚染地盤の浄化方法として、汚染地盤をジェット工法で掘削し、ジェット工法を用いて、掘削孔内で過酸化水素のような浄化剤を噴射する技術が提案されている。（特開平８ー１９２１３７号公報参照）
【０００８】
しかし、この汚染地盤の浄化方法は、地盤中で短時間で分解し、長期間継続して酸素を供給できない過酸化水素のような微生物活性化剤（浄化補助剤）の注入に限られる。また、微生物は高水圧条件下では菌体損傷を起こすため、単にジェット工法で注入する場合は効率が大きく低下する危険性がある。
【０００９】
したがって本発明の目的は、透水性が悪い地盤でも注入物質を均一に供給でき、効果的な生物処理を可能にする汚染地盤の原位置浄化方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の汚染地盤の原位置浄化方法によれば、揮発性有機化合物や油などの環境汚染物質により汚染された地盤を浄化する地盤浄化方法において、ロッドの先端に設けたノズルをロッドを介してノズルより高圧の流体を噴射することで地盤を切削・混合するジェット工法を用い、切削した汚染地盤内でノズルから生物浄化に必要な電子受容体もしくは電子供与体を長期間持続して放出する化合物、各種栄養物質、分解微生物などを汚染地盤に注入し、原位置で直接汚染地盤と注入物質とを混合撹伴するようになっている。
さらに、ロッドを回転もしくは上下することにより、広範囲を混合攪拌することができる。
【００１１】
また、本発明の汚染地盤の原位置浄化方法によれば、分解微生物の注入に際し、該分解微生物をベントナイトや活性炭などの担体に担持して注入することも採用される。
【００１２】
また、本発明の汚染地盤の原位置浄化方法によれば、分解微生物の注入に際し、該分解微生物を高分子化合物により包括固定化して注入することも採用される。
【００１３】
また、本発明の汚染地盤の原位置浄化方法によれば、注入する電子受容体もしくは電子受容体を放出する化合物の種類により大幅にｐＨ等の環境が変化する際にその環境で活性の高い汚染物質分解微生物を添加することも採用される。
【００１４】
また、本発明の汚染地盤の原位置浄化方法によれば、分解微生物として好気性微生物を用いる場合、過酸化マグネシウムや過酸化カルシウムなどの酸素除放剤を電子受容体として用いることも採用される。
【００１５】
【作用】
ロッドの先端に設けたノズルをロッドを介してノズルより高圧の流体を噴射することで地盤を切削・混合するジェット工法を用い、切削した汚染地盤内でノズルから生物浄化に必要な電子受容体もしくは電子受容体を放出する化合物、各種栄養物質、分解微生物などの注入物質を汚染地盤に注入し、混合撹伴することにより、透水性の悪い地盤中にも注入物質を均等に直接汚染地盤に混合することができる。
さらに、ロッドを回転もしくは上下することにより、より広い範囲を混合することができる。
【００１６】
また、ジェット工法は、任意の深度の汚染地盤への適用が可能であるため、深度の深い汚染地盤への対応が可能であるとともに、汚染されていない土壌への注入物質の消費を抑え最小限の量で注入物質をピンポイントで注入、混合ができる。
【００１７】
微生物の注入については、せん断力や薬剤の影響を受ける可能性があるので、必要に応じてベントナイトや活性炭などの担体に付着させ、或いは、高分子化合物により包括固定化して、菌体を保護し、注入することもできる。
【００１８】
過酸化マグネシウムや過酸化ナトリウムなどの薬剤によりｐＨなどの環境が大幅に変化する場合、それに応じた好アルカリ性汚染物質分解菌などの変化した環境下で分解活性の高い微生物を添加する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の汚染地盤の原位置浄化方法で採用されるジェット工法について述べる。
ジェット工法は、ロッドの先端に設けたノズルをロッドを介して回転且つ上下させてノズルより高圧の流体（水、エア）を噴射することで地盤を掘削する工法であり、地盤中の特定の部分を精度良く切削もしくは原位置での撹伴、置換できる工法である。
【００２０】
ジェット工法の内、スーパージェット工法は、ロッド上に１８０度の角度で設けた２個のジェット孔からロッドに対して直行する角度で水などの流体を噴射させる工法であり、交差噴流工法は、ロッドの同一線上に設けた２個のジェット孔からある角度を持ってジェット流がクロスするように水などの流体を噴射させる工法である。スーパージェット工法は、石などの障害物が存在していると、その裏側に注入物質を供給できないことがあるので、注入物質が動き難い地盤の場合は、交差噴流工法を採用する。
【００２１】
汚染地盤浄化に必要な物質については、各々の汚染物質や地質・地下水条件、用いる微生物により必要な物質を選択し、それらを均一な濃度の液状に調整して、ジェット噴射式地盤掘削機により汚染地盤にジェット噴射する。
【００２２】
主な注入物質としては、酸素や硝酸、各種有機物などの電子受容体もしくは電子供与体を発生する物質、栄養物質である窒素原としてのアンモニア化合物や硝酸化合物、尿素などの窒素を含んだ化合物やリン源としてのリン酸化合物などのリンを含んだ化合物やその他分解微生物の増殖や代謝に必要な物質、共代謝が生じるに必要な基質、分解微生物、バイオアベイラビリティーを高めるための界面活性物質などの化合物、ｐＨを調整する化合物などである。
【００２３】
次ぎに、酸素除放剤の添加について述べる。
汚染濃度が高い場合や分解速度が遅い場合は、微生物を活性化させる物質を多量に、もしくは長期間加える必要が生じる。酸素を例にとると、一度に供給できる量は限界があるため、汚染物質濃度が極めて高い場合は十分な量が供給できない場合がある。また、浄化に長期間要する場合は、注入した物質が地下水等により希釈されたり拡散して濃度が低下したりする。過酸化水素水等は地盤中での分解が速く、長期間酸素を供給することができない。
【００２４】
これらの問題を解決するために、酸素を除々に放出する固形の酸素除放剤を注入することが考えられる。浄化に必要な酸素を供給できる過酸化マグネシウムや過酸化カルシウム、過酸化ナトリウムなどをスラリ状に液化し、これをジェット工法により汚染土壌に供給することで、一度の混合により浄化が可能となる。また、水素を除々に放出したり水素生成を促進させる固形の水素除放剤を使用することもできる。
【００２５】
次ぎに、微生物の添加について述べる。
生物処理法は、通常汚染地盤中に存在している微生物を活性化させて汚染物質を浄化する方法（バイオスティミュレーション）が多いが、浄化対象地盤中に分解微生物が不足している場合は、外部より分解微生物を添加する方法（バイオオーグメンテーション）が適用される。
【００２６】
例えば、ベンゼン汚染土中にはベンゼン分解微生物は０〜３（ＭＰＮ個／ｇ）と浄化に最低必要な１０^２〜１０^３（個／ｇ）の微生物濃度よりも低く、バイオスティミュレーションを模擬した室内実験での浄化速度も極めて遅いものであった。これに対して、ベンゼン分解微生物を培養し添加した系では、これに比べて数十倍の浄化速度を示し、浄化の可能性が見出された。
【００２７】
微生物の添加方法として、微生物を懸濁した溶液をジェット工法により注入することも可能であるが、ジェット工法特有の高圧な水流により生ずるせん断力などの力により微生物が物理的に損傷を受ける可能性がある。このため、ベントナイトや活性炭なの担体に担持したり、ポリビニールアルコールやポリアクリルアミドなどの高分子化合物に包括固定化することで、微生物に直接かかる力を低減し、微生物が物理的に損傷を受けることなくジェット注入が可能となる。
【００２８】
微生物をベントナイトや活性炭などの担体に担持するには、微生物を液中で培養し、ベントナイトや活性炭をこれに投入し、微生物を付着させる。重力沈降等により上澄み液を排水し、スラリー状の担体＋菌懸濁液を作成する。ベントナイトは電気的に菌体を付着させ、活性炭粉末はその微細孔内に菌体を付着させる。
【００２９】
微生物を高分子化合物に包括固定化するには、一般的には高分子化合物の溶液に菌体を懸濁し、凝固促進剤の溶液に液滴を滴下することで球状の包括固化体を得る。ジェット工法に適用する場合は、適用可能な粒径の包括固化体を形成する必要があり、凝固剤に投入する際に、霧状に噴霧するなどの工夫が必要である。
【００３０】
微生物は休止菌体でも、活性化された状態でも使用可能である。活性が落ち易い菌の場合は、休止菌体で注入する必要があり、タンクの水温は低く保つ必要がある。また、注入後すぐに分解活性が生じる必要がある場合は、活性化した状態で注入する。この場合はタンクに培養装置に類する装置、ばっ気装置や基質がどの供給装置等が必要である。
【００３１】
次ぎに、好アルカリ性分解微生物の添加について述べる。
過酸化マンガンや過酸化ナトリウム、過酸化カルシウムなどの酸素除放剤は酸素を放出した後、強アルカリの化合物を生成するため、溶液のｐＨは高アルカリ性となる。高アルカリ性環境でも汚染物質を分解できる微生物は存在するが、その数や種類はｐＨ中性環境で汚染物質を浄化できる微生物の数や種類と比べると非常に少ない。
【００３２】
油汚染土壌中のｐＨ７でヘキサデカンを分解できる微生物の数はｐＨ１０で分解できる微生物の１０万倍程度存在していた。このように酸素除放剤を添加することにより高アルカリ環境となった汚染地盤を浄化する際には、対象となる地盤中の好アルカリ性分解微生物の数や種類が不足している場合は、好アルカリ性分解微生物を添加する。
【００３３】
次ぎに、本発明の方法を直接に実施するジェット噴射式の掘削装置について述べる。
図１は、本発明の汚染地盤の原位置浄化方法を実施するジェット噴射式の掘削装置を示し、この掘削装置自体は公知のものであり、ロッド１は３重管構造のものであり、内側流路から汚染地盤を浄化するための注入物質を、中間流路から高圧水を、外側通路から圧縮空気を供給する。ロッドの先端にジェット噴流を噴射するノズル２が取付られている。
【００３４】
このロッド１をクレーンで吊下げ施工マシン３に設置し、ロッド１を回転させてノズル２より高圧水のジェット噴流を噴射し高圧水のジェット噴流により地盤Ｔを汚染地盤Ｔー１の下部に至るまで掘削する。掘削土砂はスライム４として排出する。
【００３５】
次いで、ロッド１の内側流路に、注入ポンプ５を介して注入物質を入れリザーバータンク６を接続する。リザーバータンクには、注入物質をスラリー化し濃度を均一にするための撹伴装置を設けるようにする。注入物質は、生物浄化に必要な電子受容体もしくは電子供与体を放出する化合物、各種栄養物質、分解微生物などからなり均一なスラリー状に液化されている。
【００３６】
掘削した汚染地盤Ｔー１内でノズル２を回転させノズル２から注入物質を汚染地盤に注入し、原位置で直接汚染地盤Ｔー１と注入物質とを混合撹伴する。ロッド１を上昇させて下方から上方へと染地地盤Ｔー１の全域に亘り注入物質を注入する。ロッド２を下降させて上方から下方へと注入することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の汚染地盤の原位置浄化方法によれば、次の効果が得られる。
（１）　従来の井戸などを用いた地下水を介した浄化に必要な注入物質を供給する方法では難しい、透水性の悪い汚染地盤に対して効果的な生物処理浄化ができる。
（２）　直接注入物質を注入混合することがら、的確な範囲の汚染地盤に対して均一に浄化に必要な電子受容体、栄養物質、分解微生物などの注入物質を注入混合することができる。
（３）　バックホウなどの重機を用いた原位置撹伴工法では対応が難しい深度の深い汚染地盤に対して適用できる。
（４）　オーガーなどを用いた従来の原位置撹伴工法はジェット工法と同様に深度が深く、透水性の悪い地盤への適用が可能であるが、ジェット工法はピンポイントで注入物質を供給できることから、これらの工法に比べ注入量を低減できる。
（５）　微生物の注入については、せん断力や薬剤の影響を受ける可能性があるが、ベントナイトや活性炭などの担体に担持させ、或いは、高分子化合物により包括固定化することで菌体は保護され、せん断力や薬剤の影響を受けることなく注入することができる。
（６）　過酸化マグネシウムや過酸化ナトリウムなどの薬剤によりｐＨなどの環境が大幅に変化する場合、それに応じた好アルカリ性汚染物質分解菌などの変化した環境下で分解活性の高い微生物を添加することで対処できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚染地盤の原位置浄化方法を実施するジェット噴射式の掘削装置の正面図
【符号の説明】
１・・・ロッド
２・・・ノズル
３・・・施工マシン
４・・・注入ポンプ
５・・・リザーバータンク

Claims (5)

1. 揮発性有機化合物や油などの環境汚染物質により汚染された地盤を浄化する地盤浄化方法において、ロッドの先端に設けたノズルをロッドを介してノズルより高圧の流体を噴射することで地盤を切削・混合するジェット工法を用い、切削した汚染地盤内でノズルから生物浄化に必要な電子受容体もしくは電子供与体を長期間持続して放出する化合物、各種栄養物質、分解微生物などを汚染地盤に注入し、原位置で直接汚染地盤と注入物質とを混合撹伴することを特徴とする汚染地盤の原位置浄化方法。
2. 分解微生物の注入に際し、該分解微生物をベントナイトや活性炭などの担体に担持して注入することを特徴とする請求項１に記載の汚染地盤の原位置浄化方法。
3. 分解微生物の注入に際し、該分解微生物を高分子化合物により包括固定化して注入することを特徴とする請求項１に記載の汚染地盤の原位置浄化方法。
4. 注入する電子受容体もしくは電子供与体を放出する化合物の種類により大幅にｐＨ等の環境が変化する際にその環境で活性の高い汚染物質分解微生物を添加することを特徴とする請求項１に記載の汚染地盤の原位置浄化方法。
5. 分解微生物として好気性微生物を用いる場合、過酸化マグネシウムや過酸化カルシウムなどの酸素除放剤を電子受容体として用いることを特徴とする請求項１に記載の汚染地盤の原位置浄化方法。

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