JP2005000758A

JP2005000758A - Water cleaning structure and method for constructing the same

Info

Publication number: JP2005000758A
Application number: JP2003165174A
Authority: JP
Inventors: Hideo Sugimoto; 英夫杉本
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: JP4608851B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently remove nitrate nitrogen from groundwater at a low cost. <P>SOLUTION: The subject water cleaning structure 1 is constructed by burying an underground continuous wall-form water cleaning body 4 in the permeable layer 3 of ground 2. Here, the permeable layer overlies a impermeable layer 5, and groundwater flows through the permeable layer from right to left in the figure. The water cleaning body 4 is buried perpendicularly to the ground 2 so as to rectangularly cross such underground stream and reaches the impermeable layer 5 at its lower end. The water cleaning body 4 is constructed by mixing an alkaline waste mud containing cement being a hydraulic material with sulfur and sulfur oxidation bacteria before solidification of the alkaline sludge. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化する水質浄化構造及びその構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、地下水に含まれる有害汚染物質として硝酸態窒素が問題となっている。かかる問題は、湖沼、河川等の閉鎖性水域において窒素やリンによる水質の富栄養化が進行し、その結果、硝酸態窒素という形で地下水に流入することが原因であると考えられている。
【０００３】
硝酸態窒素は、農薬、除草剤、肥料、糞尿などに含まれる窒素成分が微生物により分解を受けた結果生じてくる物質であるが、この硝酸性窒素が体内に入ると、還元されて亜硝酸性窒素に変化し、発ガン性物質であるニトロソアミンという物質を生成したり、血液中のヘモグロビンの機能を低下させて酸素欠乏を引き起こしてチアノーゼ症状に陥る、いわゆるメトヘモグロビン血症を引き起こしたりすることが指摘されている。
【０００４】
そのため、地下水に含まれる硝酸態窒素をあらかじめ健康被害を生じない濃度以下となるように除去しなければならない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２３２８７６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１１３６９３号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１０−２８６５９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
水に含まれる硝酸態窒素を除去する方法として、該硝酸態窒素をプラントで還元して窒素ガスに変える試みがなされており、既に実用化されているものもある。
【０００９】
ここで、プラントで実用化されている手法としては、スリースラッジ法、デュアルスラッジ法、シングルスラッジ法などがあるが、いずれも、中間工程において硝酸態窒素を還元させるために水素供与体（通常、メタノール）が別途必要となる、あるいはｐＨを中和するアルカリ剤の添加が必要となるという問題や、その結果として反応過程が複雑になるという問題を生じており、大量の汚染水を効率よくかつ低コストに処理するには未だ改善の余地があった。
【００１０】
加えて、地下水の硝酸態窒素を処理するとなると、該地下水をいったん揚水して地上プラントまで導水しなければならず、さらなるコスト増を招くという問題も生じていた。
【００１１】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去可能な水質浄化構造及びその構築方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る水質浄化構造は請求項１に記載したように、脱窒作用を有しかつ透水性及び通気性を有する水質浄化体を、地下水が流れており又は滞留している地盤内の透水層に埋設してなるものである。
【００１３】
また、本発明に係る水質浄化構造は、前記水質浄化体を、石灰と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成したものである。
【００１４】
また、本発明に係る水質浄化構造は、前記水質浄化体を、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを、前記アルカリ性排泥の固化前に混合して構成したものである。
【００１５】
また、本発明に係る水質浄化構造は、前記水質浄化体を、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成したものである。
【００１６】
また、本発明に係る水質浄化構造は、前記水質浄化体の内部通気空間と大気とが連通するように所定の窒素ガス排出管を前記地盤内に埋設したものである。
【００１７】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は請求項６に記載したように、所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入し、次いで前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とするものである。
【００１８】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は請求項７に記載したように、所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換し、次いで、前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とするものである。
【００１９】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は請求項８に記載したように、所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入して水質浄化体とするものである。
【００２０】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は請求項９に記載したように、所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換して水質浄化体とするものである。
【００２１】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は、前記混合物を透水性及び通気性を有する袋体に詰め、該袋体を前記孔内に投入するものである。
【００２２】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は、前記置換された安定液をあらたな水質浄化体を製造するためのアルカリ性排泥とするものである。
【００２３】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００２４】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置するものである。
【００２５】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は、前記孔内に前記水質浄化体を設ける前に、該孔内に鉄筋籠等の補強鋼材を建込むものである。
【００２６】
また、本発明に係る水質浄化構造の構築方法は請求項１５に記載したように、アースオーガーで地盤を掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記アースオーガの先端から吐出しつつ、該混合物と掘削土とを攪拌混合するものである。
【００２７】
本発明に係る水質浄化構造及びその構築方法においては、脱窒作用を有しかつ透水性及び通気性を有する水質浄化体を、地下水が流れており又は滞留している地盤内の透水層に埋設する。
【００２８】
このようにすると、水質浄化体の脱窒作用によって地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００２９】
例えば、水質浄化構造を構成する水質浄化体に硫黄及び硫黄酸化細菌を含む場合、かかる水質浄化体と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００３０】
ここで、水質浄化構造を構成する水質浄化体に硫黄及び硫黄酸化細菌を含む場合、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、石灰やアルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和される。例えば、石灰やアルカリ性排泥中の炭酸カルシウムや水酸化カルシウムと中和することにより、硫酸は中性の石膏となる。そのため、硫酸によってｐＨが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができることはもちろん、アルカリ性排泥の場合は特に、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったものが、本発明によれば、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【００３１】
硝酸態窒素汚染の問題は、微生物分野では本願出願の時点で既に知られているところであるとともに、かかる硝酸態窒素を脱窒させる方法として硫黄と硫黄酸化細菌とを使用できる可能性や石灰石で硫酸を中和させることができることも知られている。
【００３２】
一方、土木建築業界においては、地中連続壁工法などの泥水工法でアルカリ性排泥が大量に発生し、その廃棄処分が大きな社会的問題となっているとともに、硝酸態窒素で汚染された地下水を地上まで揚水することなく浄化可能な技術の開発が待たれていた。
【００３３】
本出願人は、かかる問題や、ガソリン精製等での脱硫工程で硫黄が余剰しつつある社会状況をも踏まえつつ、上述した微生物分野における公知技術を土木建築業界で活かすことはできないかという点に着眼し、さまざまな研究開発を行った結果、上述した新規な知見を得たものであり、その知見は産業上きわめて有意義な知見であることを念のため付言しておく。
【００３４】
水質浄化体は、脱窒作用を有しかつ透水性及び通気性を有するものであればどのようなものでもよいが、上述したように硫黄及び硫黄酸化細菌を含む構成がよい。
【００３５】
例えば、石灰と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成する、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成する、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを、前記アルカリ性排泥の固化前に混合して構成するなどの態様が考えられる。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。例えば、炭、木材、サトウキビの絞りかす、廃材などが考えられる。
【００３６】
水質浄化体が透水性及び通気性を備えるようにするには、例えばひび割れを生じるように成分調整する方法や、発泡剤等を添加することで多孔質体とする方法が考えられる。
【００３７】
水質浄化体を埋設する地盤内の位置は、地下水と接触する可能性がある箇所、すなわち地下水が流れている透水層や、地下水が滞留している帯水層（以下、透水層に含めるものとする）とすればよい。したがって、不透水層の上方に透水層がある場合はもちろんのこと、不透水層の下方に透水層がある場合、該透水層に水質浄化体を埋設した構成も本発明に係る水質浄化構造の概念に含まれる。
【００３８】
なお、本願発明でいう埋設とは、地下水が通過する深さ位置での埋設という意味であるため、水質浄化体の天端が地表面と一致することもあれば、地表面から例えば数十ｍの深さに埋設されることもあり、後者の場合には、水質浄化体の天端は、地表面と一致しない。
【００３９】
また、水質浄化体を埋設する平面位置や埋設形状は任意であり、壁体や柱体として構成する場合をはじめ、多数の柱体を離間配置して構成したり、多数の柱体を隙間なく並列させることで壁状に構成したりといったさまざまな態様が考えられる。また、汚染地域を取り囲むように埋設する態様もあり得る。
【００４０】
水硬性材料にはセメントや石灰が含まれる。
【００４１】
水硬性材料を含むアルカリ性排泥は、主として地中連続壁工法、泥水シールドなどの泥水工法で生じた排泥が対象となるが、運送の便宜のため、固化させる目的で水硬性材料が添加された排泥であってアルカリ性を呈しているものであれば、上述した泥水工法で生じた排泥に限定されるものではない。また、水硬性材料の固化作用は、セメントや石灰による水和反応を主として意味する。
【００４２】
ここで、水質浄化体の内部通気空間と大気とが連通するように所定の窒素ガス排出管を前記地盤内に埋設した場合には、上述した脱窒反応で発生した窒素ガスをスムーズに大気中に排気することができる。
【００４３】
水質浄化体を埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたり、透水層の深さや土質性状の関係で水質浄化体を埋設するための孔を掘削するときに孔壁が崩落する可能性の有無により概ね２つに大別され、孔壁が崩落する可能性がない場合にはいわゆる素堀りで足りるが、崩落する可能性が高い場合には、孔内を安定液で満たしながら掘削することで孔壁の崩落を防止する。
【００４４】
ここで、排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を孔内に投入して水質浄化体とする際、該混合物を透水性及び通気性を有する袋体に詰め、該袋体を孔内に投入するようにすれば、投入の作業性が格段に向上する。
【００４５】
一方、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを、アルカリ性排泥の固化前に混合して水質浄化体を構成する場合、硫黄の酸化反応を硫黄酸化細菌が触媒するには、微生物活性が高くなるまで待たねばならず、それには日数を要するため、アルカリ性排泥に添加したとしても、硫黄の酸化反応が始まるまでには、アルカリ性排泥が固化する。したがって、水質浄化構造を構築する際に硫黄が酸化されてしまう懸念はほとんどない。
【００４６】
水質浄化体を埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたって、孔内を安定液で満たしながら掘削する際、置換された安定液をあらたな水質浄化体を製造するためのアルカリ性排泥とするようにすれば、水質浄化構造を構築する領域内から排出される産業廃棄物の量を大幅に低減することができる。
【００４７】
また、同様に掘削する際、孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置するようにすれば、排泥管と窒素ガス排出管とが同軸に配置されることとなり、設備規模を簡略化することが可能となる。
【００４８】
水質浄化体を孔内に埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたり、該孔内に前記水質浄化体を設ける前に、孔内に鉄筋籠等の補強鋼材を建込むようにすれば、水質浄化体の強度を向上させることが可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水質浄化構造及びその構築方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
（第１実施形態）
【００５１】
図１は、本実施形態に係る水質浄化構造を示したものである。同図でわかるように、本実施形態に係る水質浄化構造１は、地盤２内の透水層３に地中連続壁状の水質浄化体４を埋設してなる。
【００５２】
ここで、透水層３は非透水層５の上層に分布しており、該透水層内を地下水が同図では右から左に流れているが、水質浄化体４は、かかる地下水流と直交するように地盤２内に鉛直に埋設してあるとともに、その下端を非透水層５内まで延設してある。
【００５３】
水質浄化体４は、水硬性材料であるセメントを含むアルカリ性排泥、硫黄及び硫黄酸化細菌を、アルカリ性排泥の固化前に混合して構成してある。アルカリ性排泥と硫黄との混合比は、重量比で例えば５０〜９０：５０〜１０とすればよい。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。
【００５４】
原材料であるアルカリ性排泥は、地中連続壁工事で発生した排泥を用いるのがよい。地中連続壁工事においては、地盤掘削を行う際、掘削された孔壁の崩落を防止すべく、掘削孔内に安定液として泥水を入れながら掘削を行うが、掘削終了後は、水中コンクリートを打設しながら安定液を置換回収する。
【００５５】
この使用済安定液が排泥となるが、水中コンクリートと置換回収されたものであるため、排泥中にはセメントが混入しており、それゆえ、かかる排泥は、アルカリ性排泥となっている。
【００５６】
水質浄化体４は、透水性及び通気性を備えるように構成する必要があるが、かかる点においては、ひび割れを生じさせる、多孔質状に形成するなど、公知の技術を用いて透水性及び通気性を確保すればよい。
【００５７】
ここで、水質浄化構造１は、水質浄化体４内に貫入され上端が地上側に解放された窒素ガス排出管６を備えてあり、該窒素ガス排出管を介して水質浄化体４の内部通気空間と大気とを互いに連通させてある。
【００５８】
窒素ガス排出管６は図１（ｂ）でよくわかるように、水質浄化体４の壁芯に沿って適宜間隔で配置するのが望ましい。また、窒素ガス排出管６のうち、水質浄化体４内に貫入された部分については、同図（ｃ）に示すように、窒素ガス排出孔７を設けておく。
【００５９】
本実施形態に係る水質浄化構造１を構築するには、まず、図２（ａ）に示すように、所定の孔１１を安定液１２によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削する。
【００６０】
次に、同図（ｂ）に示すように孔１１内に窒素ガス排出管６を建て込む。
【００６１】
ここで、窒素ガス排出管６内に安定液を置換排出するための排泥管１３を挿入配置しておく。
【００６２】
一方、かかる窒素ガス排出管６及び排泥管１３を建て込む前後あるいは同時に、図３（ａ）に示すように補強鋼材としての鉄筋籠１４を孔１１内に建て込む。
【００６３】
次に、上述したアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物１５を同図（ｂ）に示すように孔１１内に投入しつつ、排泥管１３を介して安定液１２を揚泥し、該安定液と置換する。
【００６４】
このとき、混合物１５が安定液１２内で分離する懸念があるのであれば、必要に応じて混合物１５内に増粘剤をあらかじめ添加しておけばよい。
【００６５】
次に、混合物１５を透水性及び通気性が確保されるように固化させ、図１に示すように水質浄化体４とする。なお、安定液の揚泥が終了したら、排泥管１３を引き抜いて撤去する。
【００６６】
本実施形態に係る水質浄化構造１においては、硝酸態窒素を含む地下水が水質浄化体４に接触すると、水質浄化体４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００６７】
そして、水質浄化体４に透水した水は硝酸態窒素が除去された処理水として水質浄化体４を逆側に通り抜け、還元された窒素ガスは、窒素ガス排出孔７を介して窒素ガス排出管６に流入し、さらに該窒素ガス排出管を通って大気へと放出される。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体４と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、かくして地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去することが可能となるほか、地下水が浄化されることにより、地下水が流入する湖沼をも浄化することも可能となる。
【００６９】
一方、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、アルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和されるため、硫酸によってｐＨが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができる。
【００７０】
なお、アルカリ性排泥はリンの吸着能が高いため、本実施形態に係る水質浄化体は、硝酸態窒素の浄化作用のみならず、リンを吸着除去する作用効果も有する。
【００７１】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったアルカリ性排泥を、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【００７２】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、ガソリン精製等での脱硫工程で余剰しがちな硫黄を有効活用することもできる。
【００７３】
本実施形態では、孔１１が例えば２０ｍを越える深さであって孔壁が崩落のおそれがあることを前提としたが、安定液を使用せずとも孔壁が崩落する懸念がないのであれば、安定液を使用する必要はない。この場合には、安定液を使用せず、単なる掘削（素堀り）で足りる。
【００７４】
また、本実施形態では、置換された安定液について特に言及しなかったが、かかる安定液を本発明でいうところのアルカリ性排泥としてもよい。
【００７５】
かかる構成によれば、硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化するための水質浄化構造を構築するにあたり、建設残土をほとんど発生させずにすむこととなり、ゼロエミッションに寄与する。
【００７６】
また、本実施形態では、窒素ガスを大気に放出するための窒素ガス排出管６を設けるようにしたが、かかる窒素ガス排出管を設けずとも窒素ガスを大気に放出させることができるのであれば、これを省略してもかまわない。
【００７７】
また、本実施形態では、土圧によって水質浄化体４が破損するのを防止すべく、鉄筋籠で内部補強された水質浄化体としたが、土圧による破損の懸念がないのであれば、鉄筋籠等の補強鋼材を省略してもかまわない。
【００７８】
また、本実施形態では、窒素ガス排出管内に排泥管を挿入配置するようにしたが、排泥管の配置の仕方は任意であり、上述した構成に限定されない。
【００７９】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、孔１１に設けた水質浄化体４を設けた後、図４に示すように、水質浄化体４の上に礫等からなる保護材１６を投入するようにしてもかまわない。この場合、同図に示すように、地盤３の地表面と保護材１６の天端とを揃えるのが好ましい。
【００８０】
また、本実施形態では、水質浄化体４を地中連続壁状に構築したが、本発明の水質浄化体の平面形状は任意であって地下水の流れに合わせてその形状を決めるようにしてもよい。例えば、まっすぐな壁でなくても、湾曲した壁でもよい。また、柱列状としてもよい。
【００８１】
特に、図５に示すように、壁状に形成された水質浄化体４を地下水の流れに対して直交配置するとともに、止水壁５１，５１を地下水の流れに斜めにかつ該流れを水質浄化体４の方向に導水するように該水質浄化体の両側方に接続配置するようにすることが考えられる。
【００８２】
かかる構成においては、同図に示すように、上流から流れてきた地下水は、止水壁５１，５１によって水質浄化体４に集水されることとなり、地下水の浄化効率を大幅に高めることが可能となる。
【００８３】
さらには、図６に示すように必ずしも地下水を堰き止めるような配置にせずとも、地下水が流れる領域に柱状の水質浄化体４を離散配置するようにしてもかまわない。
【００８４】
かかる構成においても、地下水中の硝酸態窒素の濃度をある程度低下させることが可能である。
【００８５】
また、本実施形態では、孔を掘削しその中に水質浄化体を設けるようにしたが、これに代えて原位置攪拌工法により、水質浄化体を形成するようにしてもかまわない。
【００８６】
かかる構成においては、アースオーガーで地盤を掘削し、次いで、アルカリ性排泥と硫黄と硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物をアースオーガの先端から吐出しつつ、該混合物と掘削土とを攪拌混合する。
【００８７】
このような変形例によっても、上述したと同様の作用効果を奏する水質浄化体を形成することができる。
【００８８】
なお、かかる水質浄化体についても、その配置について上述したようにさまざまな態様があり得ることは言うまでもない。
【００８９】
（第２実施形態）
【００９０】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９１】
図７は、本実施形態に係る水質浄化構造を示したものである。同図でわかるように、本実施形態に係る水質浄化構造４１は、地盤２内の透水層３に地中連続壁状の水質浄化体４４を埋設してなる。
【００９２】
ここで、透水層３は非透水層５の上層に分布しており、該透水層内を地下水が同図では右から左に流れているが、水質浄化体４４は、かかる地下水流と直交するように地盤２内に鉛直に埋設してあるとともに、その下端を非透水層５内まで延設してある。
【００９３】
水質浄化体４４は、水硬性材料であるセメントを含むアルカリ性排泥が該セメントの固化作用（水和反応による固化作用）によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成してある。
【００９４】
原材料であるアルカリ性排泥については第１実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略するが、使用済安定液は、水中コンクリートと置換回収されたものであるため、排泥中にはセメントが混入しており、それゆえ、かかる排泥は、アルカリ性排泥となっている。
【００９５】
水質浄化体４４を製造するには、まず、原材料の一つであるアルカリ性排泥を固化させる。アルカリ性排泥を固化させるにあたっては、地中連続壁工事で生じたアルカリ性排泥をそのまま放置してもよいし、セメントや石灰を投入して固化を早めるようにしてもよい。
【００９６】
次に、アルカリ性排泥を固化してなる排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合し、水質浄化体４４とする。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。
【００９７】
排泥固化体と硫黄との混合比は、重量比で例えば５０〜９０：５０〜１０とすればよい。
【００９８】
製造された水質浄化体４４は、大きさ（粒径）を適宜調整しておくことが望ましい。かかる粒度調整は、排泥固化体の段階で行うことも可能であり、クラッシャー等で排泥固化体を適当な大きさに破砕しながら硫黄及び硫黄酸化細菌を混合するようにすれば、粒度調整工程と混合工程を一工程で済ませることができる。
【００９９】
なお、水質浄化体４４は、上述したように排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌との混合物であって互いに固結させる必要はないため、排泥固化体同士の間隙により、透水性及び通気性を確保することができる。
【０１００】
ここで、水質浄化構造４１は、水質浄化体４４内に貫入され上端が地上側に解放された窒素ガス排出管６を備えてあり、該窒素ガス排出管を介して水質浄化体４４の内部通気空間と大気とを互いに連通させてある。
【０１０１】
窒素ガス排出管６は図７（ｂ）でよくわかるように、水質浄化体４４の壁芯に沿って適宜間隔で配置するのが望ましい。また、窒素ガス排出管６のうち、水質浄化体４４内に貫入された部分については、同図（ｃ）に示すように、窒素ガス排出孔７を設けておく。
【０１０２】
本実施形態に係る水質浄化構造４１を構築するには、まず、図２（ａ）と同様、所定の孔１１を安定液１２によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削する。
【０１０３】
次に、図２（ｂ）と同様、孔１１内に窒素ガス排出管６を建て込む。
【０１０４】
ここで、窒素ガス排出管６内に安定液を置換排出するための排泥管１３を挿入配置しておく。
【０１０５】
一方、かかる窒素ガス排出管６及び排泥管１３を建て込む前後あるいは同時に、図３（ａ）と同様、補強鋼材としての鉄筋籠１４を孔１１内に建て込む。
【０１０６】
次に、アルカリ性排泥がセメントの固化作用によって固化した排泥固化体、硫黄及び硫黄酸化細菌を混合してなる混合物４５を図８に示すように孔１１内に投入しつつ、排泥管１３を介して安定液１２を揚泥し、該安定液と置換する。
【０１０７】
このように安定液を揚泥したならば、図７に示す水質浄化体４４が形成される。なお、安定液の揚泥が終了したら、排泥管１３を引き抜いて撤去する。
【０１０８】
本実施形態に係る水質浄化構造４１においては、硝酸態窒素を含む地下水が水質浄化体４４に接触すると、水質浄化体４４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【０１０９】
そして、水質浄化体４４に透水した水は硝酸態窒素が除去された処理水として水質浄化体４４を逆側に通り抜け、還元された窒素ガスは、窒素ガス排出孔７を介して窒素ガス排出管６に流入し、さらに該窒素ガス排出管を通って大気へと放出される。
【０１１０】
以上説明したように、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体４４と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体４４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、かくして地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去することが可能となるほか、地下水が浄化されることにより、地下水が流入する湖沼をも浄化することも可能となる。
【０１１１】
一方、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、アルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和されるため、硫酸によってｐＨが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができる。
【０１１２】
なお、アルカリ性排泥はリンの吸着能が高いため、本実施形態に係る水質浄化体は、硝酸態窒素の浄化作用のみならず、リンを吸着除去する作用効果も有する。
【０１１３】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったアルカリ性排泥を、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【０１１４】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、ガソリン精製等での脱硫工程で余剰しがちな硫黄を有効活用することもできる。
【０１１５】
本実施形態では、孔１１が例えば２０ｍを越える深さであって孔壁が崩落のおそれがあることを前提としたが、安定液を使用せずとも孔壁が崩落する懸念がないのであれば、安定液を使用する必要はない。この場合には、安定液を使用せず、単なる掘削（素堀り）で足りる。
【０１１６】
また、本実施形態では、置換された安定液について特に言及しなかったが、かかる安定液を本発明でいうところのアルカリ性排泥としてもよい。
【０１１７】
かかる構成によれば、硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化するための水質浄化構造を構築するにあたり、建設残土をほとんど発生させずにすむこととなり、ゼロエミッションに寄与する。
【０１１８】
また、本実施形態では、窒素ガスを大気に放出するための窒素ガス排出管６を設けるようにしたが、かかる窒素ガス排出管を設けずとも窒素ガスを大気に放出させることができるのであれば、これを省略してもかまわない。
【０１１９】
また、本実施形態では、土圧によって水質浄化体４４が破損するのを防止すべく、鉄筋籠で内部補強された水質浄化体としたが、土圧による破損の懸念がないのであれば、鉄筋籠等の補強鋼材を省略してもかまわない。
【０１２０】
また、本実施形態では、窒素ガス排出管内に排泥管を挿入配置するようにしたが、排泥管の配置の仕方は任意であり、上述した構成に限定されない。
【０１２１】
また、本実施形態では、水質浄化体４４を孔１１にそのまま投入するようにしたが、これに代えて水質浄化体４４を透水性袋体に充填した状態で投入するようにしてもよい。かかる構成によれば、投入の作業性が格段に向上するとともに、水質浄化体４４の交換も容易となる。
【０１２２】
また、本実施形態では、水質浄化体４４を、アルカリ性排泥が該その固化作用（水和反応による固化作用）によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成したが、これに代えて、石灰、硫黄及び硫黄酸化細菌を混合して構成してもよい。
【０１２３】
そして、かかる構成においては、上述の実施形態と同様に孔１１にそのまま投入するようにしてもよいし、上述のように混合されてなる水質浄化体を透水性袋体に充填した状態で投入するようにしてもよい。かかる構成によれば、やはり投入の作業性が格段に向上するとともに、石灰、硫黄及び硫黄酸化細菌からなる水質浄化体の交換も容易となる。
【０１２４】
以下、第１実施形態で述べた変形例、すなわち、
【０１２５】
（１）水質浄化体４の上に保護材１６を投入する変形例（図４）
【０１２６】
（２）水質浄化体の平面形状に関する変形例
【０１２７】
（３）壁状に形成された水質浄化体４を地下水の流れに対して直交配置するとともに、止水壁５１，５１を地下水の流れに斜めにかつ該流れを水質浄化体４の方向に導水するように該水質浄化体の両側方に接続配置する変形例（図５）
【０１２８】
（４）地下水が流れる領域に柱状の水質浄化体４を離散配置する変形例（図６）
【０１２９】
（５）原位置攪拌工法によって水質浄化体を形成する変形例
【０１３０】
については、本実施形態の変形例としても採用することができることは言うまでもない。なお、（１）乃至（５）記載の水質浄化体４は、本実施形態の水質実施形態４４に読み替えるものとする。
【０１３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、該地下水を浄化することができる。
【０１３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る水質浄化構造の図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＡ−Ａ線方向から見た矢視図。
【図２】第１実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【図３】引き続き第１実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【図４】第１実施形態の変形例に係る水質浄化構造の鉛直断面図。
【図５】同じく他の変形例に係る水質浄化構造の平面図。
【図６】同じく他の変形例に係る水質浄化構造の平面図。
【図７】第２実施形態に係る水質浄化構造の図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線方向から見た矢視図。
【図８】第２実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【符号の説明】
１，４１水質浄化構造
２地盤
３透水層
４，４４水質浄化体
５非透水層
６窒素ガス排出管
１１孔
１２安定液
１３排泥管
１４鉄筋籠（補強鋼材）
１５，４５混合物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water purification structure for purifying groundwater contaminated mainly with nitrate nitrogen and a construction method thereof.
[0002]
[Prior art]
Recently, nitrate nitrogen has become a problem as a harmful pollutant contained in groundwater. Such problems are thought to be caused by the eutrophication of water quality by nitrogen and phosphorus in closed water areas such as lakes and rivers, and as a result, flowing into groundwater in the form of nitrate nitrogen.
[0003]
Nitrate nitrogen is a substance produced as a result of decomposition of nitrogen components in agricultural chemicals, herbicides, fertilizers, manure, etc. by microorganisms, but when nitrate nitrogen enters the body, it is reduced and nitrous acid is added. It changes to natural nitrogen and produces a substance called nitrosamine, which is a carcinogen, or causes so-called methemoglobinemia, which decreases the function of hemoglobin in the blood and causes oxygen deficiency, resulting in cyanosis. Has been pointed out.
[0004]
Therefore, nitrate nitrogen contained in groundwater must be removed in advance so that the concentration is less than the concentration that does not cause health damage.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-232728
[0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-113693
[0007]
[Patent Document 3]
JP-A-10-286590
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As a method of removing nitrate nitrogen contained in water, attempts have been made to reduce the nitrate nitrogen to nitrogen gas by a plant, and some have already been put into practical use.
[0009]
Here, as a method put into practical use in the plant, there are a sludge sludge method, a dual sludge method, a single sludge method, etc., all of which are hydrogen donors (usually, for reducing nitrate nitrogen in an intermediate step). Methanol) is required separately, or the addition of an alkaline agent that neutralizes the pH is required, and as a result, the reaction process becomes complicated. There was still room for improvement in processing at low cost.
[0010]
In addition, when the nitrate nitrogen of groundwater is treated, the groundwater has to be pumped once and led to the ground plant, resulting in a further cost increase.
[0011]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a water purification structure capable of efficiently removing nitrate nitrogen contained in groundwater at a low cost and a construction method thereof.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the water purification structure according to the present invention has a denitrification action and water permeability and air permeability, and the groundwater flows or stays in the water purification body having water permeability and air permeability. It is embedded in the permeable layer in the ground.
[0013]
In the water purification structure according to the present invention, the water purification body is formed by mixing lime, sulfur, and sulfur-oxidizing bacteria.
[0014]
In the water purification structure according to the present invention, the water purification body is configured by mixing alkaline waste mud containing hydraulic material, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria before solidification of the alkaline waste mud. is there.
[0015]
In the water purification structure according to the present invention, the water purification body is prepared by mixing the waste mud solidified body obtained by solidifying alkaline waste mud containing the hydraulic material by the solidifying action of the hydraulic material, and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria. It is configured as follows.
[0016]
In the water purification structure according to the present invention, a predetermined nitrogen gas discharge pipe is embedded in the ground so that the internal ventilation space of the water purification body communicates with the atmosphere.
[0017]
Moreover, the construction method of the water purification structure according to the present invention, as described in claim 6, excavates a predetermined hole from the ground surface, and then combines alkaline waste mud containing hydraulic material, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria. A mixture obtained by mixing is introduced into the pores, and then the mixture is solidified so as to ensure water permeability and air permeability to obtain a water purification body.
[0018]
According to the water purification structure construction method of the present invention, as described in claim 7, a predetermined hole is excavated from the ground surface while protecting the hole wall with a stabilizing liquid, and then an alkaline waste containing a hydraulic material is excavated. A mixture formed by mixing mud with sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is replaced with the stabilizing solution while being put into the pores, and then the mixture is solidified so as to ensure water permeability and air permeability, thereby purifying water. It is intended for the body.
[0019]
Moreover, the construction method of the water purification structure according to the present invention is such that, as described in claim 8, a predetermined hole is excavated from the ground surface, and then the alkaline waste mud containing the hydraulic material is solidified by the hydraulic material. Thus, a mixture obtained by mixing waste solidified solidified so as to ensure water permeability and air permeability and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is introduced into the hole to form a water purification body.
[0020]
According to the water purification structure construction method of the present invention, as described in claim 9, a predetermined hole is excavated from the ground surface while protecting the hole wall with a stabilizing liquid, and then an alkaline waste containing a hydraulic material is excavated. While the mud is solidified so that water permeability and air permeability are ensured by the solidifying action of the hydraulic material, a mixture of sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is mixed into the pore while the mixture is mixed. It replaces the liquid to make a water purification body.
[0021]
In the water purification structure construction method according to the present invention, the mixture is filled in a bag body having water permeability and air permeability, and the bag body is put into the hole.
[0022]
Moreover, the construction method of the water purification structure according to the present invention uses the substituted stabilizing liquid as alkaline waste mud for producing a new water purification body.
[0023]
Further, in the construction method of the water purification structure according to the present invention, before the water purification body is provided in the hole, a nitrogen gas discharge pipe for communicating the internal ventilation space of the water purification body and the atmosphere is provided in the hole. Is to be placed.
[0024]
Further, in the construction method of the water purification structure according to the present invention, before the water purification body is provided in the hole, a nitrogen gas discharge pipe for communicating the internal ventilation space of the water purification body and the atmosphere is provided in the hole. And a mud pipe for replacing and discharging the stabilizing liquid is inserted into the nitrogen gas discharge pipe.
[0025]
Moreover, the construction method of the water purification structure according to the present invention is such that a reinforcing steel material such as a reinforcing bar is built in the hole before the water purification body is provided in the hole.
[0026]
Moreover, the construction method of the water purification structure according to the present invention includes excavating the ground with an earth auger as described in claim 15 and then mixing alkaline waste mud containing hydraulic material with sulfur and sulfur-oxidizing bacteria. The mixture and the excavated soil are agitated and mixed while discharging the resulting mixture from the tip of the earth auger.
[0027]
In the water purification structure and the construction method thereof according to the present invention, a water purification body having a denitrification action and water permeability and breathability is embedded in a water permeable layer in the ground where groundwater flows or stays. To do.
[0028]
In this way, nitrate nitrogen in the groundwater is reduced to nitrogen gas by the denitrification action of the water purification body.
[0029]
For example, when sulfur and sulfur-oxidizing bacteria are included in the water purification structure that constitutes the water purification structure, if the water purification body comes into contact with groundwater containing nitrate nitrogen, the sulfur in the water purification structure is converted to the enzyme activity of the sulfur-oxidizing bacteria. In addition to oxidation, the sulfur becomes an electron donor along with the oxidation reaction, and nitrate nitrogen in the groundwater is reduced to nitrogen gas.
[0030]
Here, when sulfur and sulfur-oxidizing bacteria are contained in the water purification structure constituting the water purification structure, sulfur is oxidized by itself to become sulfuric acid, but is neutralized by alkali components in lime and alkaline waste mud. For example, sulfuric acid becomes neutral gypsum by neutralizing with calcium carbonate or calcium hydroxide in lime or alkaline waste mud. Therefore, it is possible to prevent the pH from being lowered by sulfuric acid and prevent the enzyme activity of sulfur-oxidizing bacteria from being lowered. In the case of alkaline waste mud, in the past, it had to be disposed of as industrial waste. However, according to the present invention, there is a remarkable effect that it can be effectively used as a raw material for detoxifying nitrate nitrogen.
[0031]
The problem of nitrate nitrogen contamination is already known in the field of microorganisms at the time of filing of the present application, and the possibility of using sulfur and sulfur-oxidizing bacteria as a method for denitrifying such nitrate nitrogen and sulfuric acid in limestone It is also known that can be neutralized.
[0032]
On the other hand, in the civil engineering and construction industry, a large amount of alkaline waste mud is generated by mud construction methods such as the underground continuous wall construction method, and its disposal becomes a big social problem, and groundwater contaminated with nitrate nitrogen is also removed. Development of technology that can be purified without pumping to the ground has been awaited.
[0033]
The applicant is concerned with the above-mentioned problem and the social situation where sulfur is surplus in the desulfurization process in gasoline refining etc. As a result of conducting various research and development, we have obtained the above-mentioned new knowledge, and I will add it just in case that the knowledge is extremely significant in the industry.
[0034]
The water purification body may be anything as long as it has a denitrification action and has water permeability and air permeability. However, as described above, a structure containing sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is preferable.
[0035]
For example, a mixture of lime, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria, and alkaline waste mud containing hydraulic material solidified by solidifying action of the hydraulic material, and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria It is conceivable that the mixture is constituted by mixing alkaline waste mud containing hydraulic material, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria before solidifying the alkaline waste mud. In addition, what is necessary is just to add suitably the enzyme active substance required for the enzyme activity of the sulfur oxidation bacterium which catalyzes sulfur oxidation reaction, for example, a carbon source or organic substance as needed. For example, charcoal, wood, sugarcane residue, waste material, and the like can be considered.
[0036]
In order to make the water purification body have water permeability and air permeability, for example, a method of adjusting components so as to cause cracking, or a method of making a porous body by adding a foaming agent or the like can be considered.
[0037]
The position in the ground where the water purification body is buried is the place where it may come into contact with the groundwater, that is, the permeable layer where the groundwater flows or the aquifer where the groundwater is retained (hereinafter referred to as the permeable layer). Yes). Accordingly, not only when there is a water permeable layer above the water impermeable layer, but also when there is a water permeable layer below the water impermeable layer, the structure in which the water purification body is embedded in the water permeable layer is also included in the water quality purification structure according to the present invention. Included in the concept.
[0038]
In addition, since the embedding in the present invention means embedding at a depth position through which groundwater passes, the top end of the water purification body may coincide with the ground surface or, for example, several tens of meters from the ground surface. In the latter case, the top of the water purification body does not coincide with the ground surface.
[0039]
In addition, the plane position and embedment shape for embedding the water purification body are arbitrary, including the case where it is configured as a wall body or a column body, a large number of column bodies are arranged apart from each other, or a large number of column bodies are formed without gaps. Various modes such as a wall-like configuration can be considered by arranging them in parallel. There may also be a mode of embedding so as to surround the contaminated area.
[0040]
Hydraulic materials include cement and lime.
[0041]
Alkaline waste mud containing hydraulic materials is mainly for waste mud produced by underground wall construction methods and mud construction methods such as shields, but for the convenience of transportation, hydraulic materials are added for the purpose of solidification. The waste mud is not limited to the waste mud produced by the muddy water method as long as it is alkaline. The solidifying action of the hydraulic material mainly means a hydration reaction with cement or lime.
[0042]
Here, when a predetermined nitrogen gas discharge pipe is embedded in the ground so that the internal ventilation space of the water purification body communicates with the atmosphere, the nitrogen gas generated by the above-described denitrification reaction is smoothly introduced into the atmosphere. Can be exhausted.
[0043]
When constructing a water purification structure that embeds a water purification body, depending on whether there is a possibility that the hole wall will collapse when excavating a hole for embedding the water purification body due to the depth of the permeable layer and soil properties If there is no possibility of collapsing the hole wall, so-called bare drilling is sufficient, but if the possibility of collapsing is high, drilling while filling the hole with a stable liquid Prevent collapse of the hole wall.
[0044]
Here, when the mixture formed by mixing the sludge solidified body and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is put into the hole to form a water purification body, the mixture is packed in a bag body having water permeability and air permeability, If the bag body is thrown into the hole, the workability of the throwing will be greatly improved.
[0045]
On the other hand, when alkaline waste mud containing hydraulic material, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria are mixed before alkaline waste mud is solidified to form a water purification body, sulfur oxidation bacteria catalyze the oxidation reaction of sulfur. Therefore, it takes a number of days until the microbial activity becomes high, and even if it is added to the alkaline waste mud, the alkaline waste mud solidifies before the oxidation reaction of sulfur starts. Therefore, there is almost no concern that sulfur is oxidized when the water purification structure is constructed.
[0046]
When constructing a water purification structure that embeds a water purification body, when excavating while filling the hole with a stable liquid, the substituted stable liquid should be used as alkaline waste mud to produce a new water purification body. If so, the amount of industrial waste discharged from the area where the water purification structure is constructed can be greatly reduced.
[0047]
In addition, when excavating in the same manner, before the water purification body is provided in the hole, a nitrogen gas discharge pipe that communicates the internal ventilation space of the water purification body and the atmosphere is disposed in the hole, and the stable If the drainage pipe for replacing and discharging the liquid is inserted and arranged in the nitrogen gas discharge pipe, the drainage pipe and the nitrogen gas discharge pipe will be arranged coaxially, and the equipment scale will be simplified. Is possible.
[0048]
In constructing a water purification structure in which a water purification body is buried in a hole, before the water purification body is provided in the hole, if a reinforcing steel material such as a reinforcing bar is installed in the hole, It is possible to improve the strength of the purifier.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a water purification structure and a construction method thereof according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that components that are substantially the same as those of the prior art are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
[0050]
(First embodiment)
[0051]
FIG. 1 shows a water purification structure according to this embodiment. As can be seen from the figure, the water purification structure 1 according to the present embodiment is formed by burying a water purification body 4 in the form of a continuous underground wall in a water permeable layer 3 in the ground 2.
[0052]
Here, the permeable layer 3 is distributed in the upper layer of the non-permeable layer 5, and the groundwater flows in the permeable layer from right to left in the figure, but the water purification body 4 is orthogonal to the groundwater flow. In this way, it is buried vertically in the ground 2, and its lower end is extended to the impermeable layer 5.
[0053]
The water purification body 4 is configured by mixing alkaline waste mud containing cement, which is a hydraulic material, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria before the alkaline waste mud is solidified. The mixing ratio of the alkaline waste mud and sulfur may be, for example, 50 to 90:50 to 10 by weight. In addition, what is necessary is just to add suitably the enzyme active substance required for the enzyme activity of the sulfur oxidation bacterium which catalyzes sulfur oxidation reaction, for example, a carbon source or organic substance as needed.
[0054]
The alkaline waste mud that is the raw material should use the waste mud generated by underground continuous wall construction. In continuous underground wall construction, when excavating the ground, in order to prevent the excavated hole wall from collapsing, excavation is carried out while putting muddy water as a stabilizing liquid in the excavation hole. Replace and collect the stable solution while placing.
[0055]
Although this spent stable liquid becomes waste mud, it is replaced and recovered with underwater concrete, so cement is mixed in the waste mud, and therefore, such waste mud becomes alkaline waste mud. Yes.
[0056]
The water purification body 4 needs to be configured so as to have water permeability and air permeability. However, in this respect, the water quality purification body 4 is formed using a known technique such as cracking or formation of a porous shape. What is necessary is just to ensure sex.
[0057]
Here, the water purification structure 1 includes a nitrogen gas discharge pipe 6 penetrating into the water purification body 4 and having an upper end released to the ground side, and the internal ventilation of the water quality purification body 4 through the nitrogen gas discharge pipe. Space and the atmosphere are in communication with each other.
[0058]
The nitrogen gas discharge pipes 6 are desirably arranged at appropriate intervals along the wall core of the water purification body 4 as can be seen in FIG. Further, a portion of the nitrogen gas discharge pipe 6 penetrating into the water purification body 4 is provided with a nitrogen gas discharge hole 7 as shown in FIG.
[0059]
In order to construct the water purification structure 1 according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 2A, a predetermined hole 11 is excavated from the ground surface while protecting the hole wall with a stabilizing liquid 12.
[0060]
Next, the nitrogen gas discharge pipe 6 is installed in the hole 11 as shown in FIG.
[0061]
Here, a sludge discharge pipe 13 for replacing and discharging the stabilizing liquid is inserted into the nitrogen gas discharge pipe 6.
[0062]
On the other hand, a reinforcing bar 14 as a reinforcing steel material is installed in the hole 11 as shown in FIG. 3 (a) before or after the nitrogen gas discharge pipe 6 and the mud pipe 13 are built.
[0063]
Next, the mixture 15 formed by mixing the alkaline waste mud described above with sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is introduced into the hole 11 as shown in FIG. And then replace it with the stabilizer.
[0064]
At this time, if there is a concern that the mixture 15 is separated in the stabilizing liquid 12, a thickener may be added to the mixture 15 as necessary.
[0065]
Next, the mixture 15 is solidified so as to ensure water permeability and air permeability, and the water purification body 4 is obtained as shown in FIG. When the stabilization liquid has been pumped up, the mud pipe 13 is pulled out and removed.
[0066]
In the water purification structure 1 according to this embodiment, when groundwater containing nitrate nitrogen comes into contact with the water purification body 4, sulfur in the water purification body 4 is oxidized by the enzyme activity of the sulfur-oxidizing bacteria, and the oxidation reaction thereof. Along with this, the sulfur becomes an electron donor, and nitrate nitrogen in the groundwater is reduced to nitrogen gas.
[0067]
The water that has permeated through the water purification body 4 passes through the water purification body 4 to the opposite side as treated water from which nitrate nitrogen has been removed, and the reduced nitrogen gas passes through the nitrogen gas discharge hole 7 to the nitrogen gas discharge pipe. 6 and then discharged to the atmosphere through the nitrogen gas discharge pipe.
[0068]
As described above, according to the water purification structure and the construction method thereof according to the present embodiment, when the water purification body 4 and groundwater containing nitrate nitrogen come into contact with each other, sulfur in the water purification body 4 becomes sulfur-oxidizing bacteria. Oxidized by enzyme activity, and with the oxidation reaction, the sulfur becomes an electron donor, reducing nitrate nitrogen in the groundwater to nitrogen gas, thus reducing the nitrate nitrogen contained in the groundwater at low cost and efficiency. In addition to being able to remove well, by purifying the groundwater, it is also possible to purify lakes and marshes into which groundwater flows.
[0069]
On the other hand, sulfur is oxidized by itself to become sulfuric acid, but since it is neutralized by the alkaline component in the alkaline waste mud, it prevents the pH from being lowered by sulfuric acid and the enzymatic activity of sulfur-oxidizing bacteria from being reduced. Can do.
[0070]
In addition, since alkaline waste mud has high phosphorus adsorption capacity, the water purification body according to the present embodiment has not only the action of purifying nitrate nitrogen but also the action and effect of adsorbing and removing phosphorus.
[0071]
Further, according to the water purification structure and the construction method thereof according to the present embodiment, it is possible to effectively use alkaline waste mud that has been conventionally disposed of as industrial waste as a raw material for detoxifying nitrate nitrogen. There is a remarkable effect of being able to.
[0072]
Further, according to the water purification structure and the construction method thereof according to the present embodiment, it is possible to effectively utilize sulfur that tends to be surplus in the desulfurization process in gasoline refining or the like.
[0073]
In the present embodiment, it is assumed that the hole 11 has a depth exceeding 20 m, for example, and the hole wall may collapse. However, if there is no concern that the hole wall collapses without using a stabilizing liquid. There is no need to use a stabilizer. In this case, a simple excavation (undercutting) is sufficient without using a stabilizer.
[0074]
Moreover, in this embodiment, although it did not mention in particular about the substituted stabilization liquid, it is good also considering this stabilization liquid as the alkaline waste mud as said in this invention.
[0075]
According to such a configuration, in constructing a water purification structure for purifying groundwater contaminated with nitrate nitrogen, it is possible to generate little construction residual soil, contributing to zero emission.
[0076]
In the present embodiment, the nitrogen gas discharge pipe 6 for releasing the nitrogen gas to the atmosphere is provided. However, as long as the nitrogen gas can be released to the atmosphere without providing the nitrogen gas discharge pipe. This can be omitted.
[0077]
Moreover, in this embodiment, in order to prevent the water purification body 4 from being damaged by the earth pressure, the water quality purification body is internally reinforced with the reinforcing bar rod. However, if there is no concern about the damage due to the earth pressure, the reinforcing bar You may omit reinforcement steel materials, such as firewood.
[0078]
In the present embodiment, the sludge pipe is inserted and arranged in the nitrogen gas discharge pipe, but the arrangement of the sludge pipe is arbitrary and is not limited to the above-described configuration.
[0079]
Although not particularly mentioned in the present embodiment, after providing the water purification body 4 provided in the hole 11, as shown in FIG. 4, a protective material 16 made of gravel or the like is placed on the water purification body 4. It doesn't matter if you do. In this case, it is preferable to align the ground surface of the ground 3 and the top edge of the protective material 16 as shown in FIG.
[0080]
Moreover, in this embodiment, although the water purification body 4 was constructed in the shape of an underground continuous wall, the planar shape of the water purification body of the present invention is arbitrary and may be determined in accordance with the flow of groundwater. Good. For example, a curved wall may be used instead of a straight wall. Moreover, it is good also as columnar column shape.
[0081]
In particular, as shown in FIG. 5, the water purification body 4 formed in the shape of a wall is arranged orthogonal to the flow of groundwater, and the water blocking walls 51 and 51 are slanted to the flow of groundwater and the flow is purified. It is conceivable to connect and arrange both sides of the water purification body so as to conduct water in the direction of the body 4.
[0082]
In such a configuration, as shown in the figure, the groundwater flowing from the upstream is collected by the water purification body 4 by the water blocking walls 51, 51, and the purification efficiency of the groundwater can be greatly increased. It becomes.
[0083]
Furthermore, as shown in FIG. 6, the columnar water purification bodies 4 may be discretely arranged in an area where the groundwater flows without necessarily arranging the groundwater to be dammed.
[0084]
Even in such a configuration, the concentration of nitrate nitrogen in the groundwater can be reduced to some extent.
[0085]
In this embodiment, the hole is excavated and the water purification body is provided therein. However, the water purification body may be formed by an in-situ stirring method instead.
[0086]
In such a configuration, the ground is excavated with an earth auger, and then the mixture and the excavated soil are stirred and mixed while discharging a mixture of alkaline waste mud, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria from the tip of the earth auger. To do.
[0087]
Also by such a modification, the water purification body which has the same effect as mentioned above can be formed.
[0088]
In addition, it cannot be overemphasized that there may exist various aspects as mentioned above about the arrangement | positioning also about this water purification body.
[0089]
(Second Embodiment)
[0090]
Next, a second embodiment will be described. Note that components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0091]
FIG. 7 shows a water purification structure according to this embodiment. As can be seen in the figure, the water purification structure 41 according to this embodiment is formed by burying a water purification body 44 in the form of a continuous underground wall in the permeable layer 3 in the ground 2.
[0092]
Here, the permeable layer 3 is distributed in the upper layer of the non-permeable layer 5, and groundwater flows in the permeable layer from right to left in the figure, but the water purification body 44 is orthogonal to the groundwater flow. In this way, it is buried vertically in the ground 2, and its lower end is extended to the impermeable layer 5.
[0093]
The water purification body 44 is a mixture of waste sludge solidified body obtained by solidifying alkaline waste mud containing cement, which is a hydraulic material, by solidification action (solidification action by hydration reaction) of the cement, and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria. It is configured.
[0094]
Since the alkaline waste mud that is a raw material is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted here, but the used stabilizer is replaced and recovered with the underwater concrete. Cement is mixed in and therefore, such waste mud is alkaline waste mud.
[0095]
In order to manufacture the water purification body 44, first, alkaline waste mud that is one of raw materials is solidified. In solidifying the alkaline waste mud, the alkaline waste mud generated in the underground continuous wall construction may be left as it is, or cement or lime may be added to accelerate the solidification.
[0096]
Next, the sludge solidified body obtained by solidifying alkaline waste mud and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria are mixed to obtain a water purification body 44. In addition, what is necessary is just to add suitably the enzyme active substance required for the enzyme activity of the sulfur oxidation bacterium which catalyzes sulfur oxidation reaction, for example, a carbon source or organic substance as needed.
[0097]
The mixing ratio of the waste mud solidified body and sulfur may be, for example, 50 to 90:50 to 10 by weight.
[0098]
It is desirable to adjust the size (particle diameter) of the manufactured water purification body 44 as appropriate. Such particle size adjustment can also be performed at the stage of solidified sludge. If crusher or the like crushes the solid waste sludge to an appropriate size and mixes sulfur and sulfur-oxidizing bacteria, the particle size can be adjusted. The process and the mixing process can be completed in one process.
[0099]
The water purification body 44 is a mixture of the waste mud solidified body and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria as described above and does not need to be solidified with each other. Sex can be secured.
[0100]
Here, the water purification structure 41 includes a nitrogen gas discharge pipe 6 penetrating into the water purification body 44 and having an upper end released to the ground side, and the internal ventilation of the water quality purification body 44 through the nitrogen gas discharge pipe. Space and the atmosphere are in communication with each other.
[0101]
The nitrogen gas discharge pipe 6 is desirably arranged at an appropriate interval along the wall core of the water purification body 44, as can be seen in FIG. 7B. Further, a portion of the nitrogen gas discharge pipe 6 that has penetrated into the water purification body 44 is provided with a nitrogen gas discharge hole 7 as shown in FIG.
[0102]
In order to construct the water purification structure 41 according to this embodiment, first, similarly to FIG. 2A, a predetermined hole 11 is excavated from the ground surface while protecting the hole wall with the stabilizing liquid 12.
[0103]
Next, the nitrogen gas discharge pipe 6 is installed in the hole 11 as in FIG.
[0104]
Here, a sludge discharge pipe 13 for replacing and discharging the stabilizing liquid is inserted into the nitrogen gas discharge pipe 6.
[0105]
On the other hand, a reinforcing bar 14 as a reinforcing steel material is installed in the hole 11 before, or at the same time as the installation of the nitrogen gas discharge pipe 6 and the mud discharge pipe 13 as in FIG.
[0106]
Next, as shown in FIG. 8, the mixture 45 formed by mixing the waste sludge solidified by the solidification action of the alkaline waste sludge, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is put into the hole 11 as shown in FIG. Then, the stabilizing liquid 12 is pumped up and replaced with the stabilizing liquid.
[0107]
When the stabilizing liquid is pumped up in this way, the water purification body 44 shown in FIG. 7 is formed. When the stabilization liquid has been pumped up, the mud pipe 13 is pulled out and removed.
[0108]
In the water purification structure 41 according to the present embodiment, when groundwater containing nitrate nitrogen comes into contact with the water purification body 44, sulfur in the water purification body 44 is oxidized by the enzyme activity of sulfur-oxidizing bacteria, and the oxidation reaction thereof. Along with this, the sulfur becomes an electron donor, and nitrate nitrogen in the groundwater is reduced to nitrogen gas.
[0109]
The water that has permeated the water purification body 44 passes through the water purification body 44 as treated water from which nitrate nitrogen has been removed, and the reduced nitrogen gas passes through the nitrogen gas discharge hole 7 to the nitrogen gas discharge pipe. 6 and then discharged to the atmosphere through the nitrogen gas discharge pipe.
[0110]
As described above, according to the water purification structure and the construction method thereof according to the present embodiment, when the water purification body 44 and groundwater containing nitrate nitrogen come into contact with each other, sulfur in the water purification body 44 becomes sulfur-oxidizing bacteria. Oxidized by enzyme activity, and with the oxidation reaction, the sulfur becomes an electron donor, reducing nitrate nitrogen in the groundwater to nitrogen gas, thus reducing the nitrate nitrogen contained in the groundwater at low cost and efficiency. In addition to being able to remove well, by purifying the groundwater, it is also possible to purify lakes and marshes into which groundwater flows.
[0111]
On the other hand, sulfur is oxidized by itself to become sulfuric acid, but since it is neutralized by the alkaline component in the alkaline waste mud, it prevents the pH from being lowered by sulfuric acid and the enzymatic activity of sulfur-oxidizing bacteria from being reduced. Can do.
[0112]
In addition, since alkaline waste mud has high phosphorus adsorption capacity, the water purification body according to the present embodiment has not only the action of purifying nitrate nitrogen but also the action and effect of adsorbing and removing phosphorus.
[0113]
In addition, according to the water purification structure and the construction method thereof according to the present embodiment, it is possible to effectively use alkaline waste mud that has been conventionally disposed as industrial waste as a raw material for detoxifying nitrate nitrogen. There is a remarkable effect of being able to.
[0114]
Further, according to the water purification structure and the construction method thereof according to the present embodiment, it is possible to effectively utilize sulfur that tends to be surplus in the desulfurization process in gasoline refining or the like.
[0115]
In the present embodiment, it is assumed that the hole 11 has a depth exceeding 20 m, for example, and the hole wall may collapse. However, if there is no concern that the hole wall collapses without using a stabilizing liquid. There is no need to use a stabilizer. In this case, a simple excavation (undercutting) is sufficient without using a stabilizer.
[0116]
Moreover, in this embodiment, although it did not mention in particular about the substituted stabilization liquid, it is good also considering this stabilization liquid as the alkaline waste mud as said in this invention.
[0117]
According to such a configuration, in constructing a water purification structure for purifying groundwater contaminated with nitrate nitrogen, it is possible to generate little construction residual soil, contributing to zero emission.
[0118]
In the present embodiment, the nitrogen gas discharge pipe 6 for releasing the nitrogen gas to the atmosphere is provided. However, as long as the nitrogen gas can be released to the atmosphere without providing the nitrogen gas discharge pipe. This can be omitted.
[0119]
In the present embodiment, the water purification body 44 is internally reinforced with a reinforcing bar to prevent the water purification body 44 from being damaged by earth pressure. However, if there is no concern about damage due to earth pressure, the reinforcing bar You may omit reinforcement steel materials, such as firewood.
[0120]
In the present embodiment, the sludge pipe is inserted and arranged in the nitrogen gas discharge pipe, but the arrangement of the sludge pipe is arbitrary and is not limited to the above-described configuration.
[0121]
Further, in this embodiment, the water purification body 44 is put into the hole 11 as it is, but instead, it may be put in a state where the water purification body 44 is filled in the water-permeable bag. According to such a configuration, the workability of charging is remarkably improved and the water purification body 44 can be easily replaced.
[0122]
Further, in this embodiment, the water purification body 44 is configured by mixing the waste mud solidified body obtained by solidifying the alkaline waste mud by the solidifying action (solidifying action by hydration reaction), and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria. However, instead of this, lime, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria may be mixed.
[0123]
And in this structure, you may make it throw into the hole 11 as it is in the above-mentioned embodiment, or throws it in the state which filled the water quality | purity purification body mixed as mentioned above in the water-permeable bag body. You may do it. According to such a configuration, the workability of the input is significantly improved, and the water purification body made of lime, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria can be easily replaced.
[0124]
Hereinafter, the modifications described in the first embodiment, that is,
[0125]
(1) Modified example in which the protective material 16 is put on the water purification body 4 (FIG. 4)
[0126]
(2) Modification examples regarding the planar shape of the water purification body
[0127]
(3) The water purification body 4 formed in a wall shape is arranged orthogonal to the flow of groundwater, and the water blocking walls 51 and 51 are introduced obliquely to the flow of groundwater and the flow is directed toward the water purification body 4. The modification which connects and arranges on both sides of this water purification body so that it may do (FIG. 5)
[0128]
(4) Modified example in which columnar water purification bodies 4 are discretely arranged in an area where groundwater flows (FIG. 6).
[0129]
(5) Modified example of forming a water purification body by in-situ stirring method
[0130]
Needless to say, can be adopted as a modification of the present embodiment. In addition, the water purification body 4 of (1) thru | or (5) description shall be read as the water quality embodiment 44 of this embodiment.
[0131]
【The invention's effect】
As described above, according to the water purification structure and the construction method thereof according to the present invention, when the water purification body contacts with groundwater containing nitrate nitrogen, sulfur in the water purification body is caused by the enzyme activity of the sulfur-oxidizing bacteria. In addition to being oxidized, the sulfur becomes an electron donor along with the oxidation reaction, and nitrate nitrogen in the groundwater can be reduced to nitrogen gas to purify the groundwater.
[0132]
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are views of a water purification structure according to a first embodiment, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a view as viewed from the direction of the line AA.
FIG. 2 is a construction diagram showing a construction method of the water purification structure according to the first embodiment.
FIG. 3 is a construction diagram illustrating a construction method of the water purification structure according to the first embodiment.
FIG. 4 is a vertical sectional view of a water purification structure according to a modification of the first embodiment.
FIG. 5 is a plan view of a water purification structure according to another modification.
FIG. 6 is a plan view of a water purification structure according to another modification.
FIGS. 7A and 7B are views of a water purification structure according to a second embodiment, wherein FIG. 7A is a cross-sectional view, and FIG. 7B is an arrow view seen from the direction of the line BB.
FIG. 8 is a construction diagram showing a construction method of a water purification structure according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
1,41 Water purification structure
2 ground
3 water permeable layer
4,44 Water purification body
5 Non-permeable layer
6 Nitrogen gas discharge pipe
11 holes
12 Stabilizer
13 Drainage pipe
14 Reinforcing bar (reinforced steel)
15,45 mixture

Claims

A water purification structure characterized in that a water purification body having a denitrifying action and having water permeability and air permeability is embedded in a water permeable layer in the ground where groundwater flows or stays.

The water purification structure according to claim 1, wherein the water purification body is constituted by mixing lime, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria.

The water quality purification structure according to claim 1, wherein the water purification body is constituted by mixing alkaline waste mud containing a hydraulic material, sulfur and sulfur-oxidizing bacteria before solidification of the alkaline waste mud.

2. The water purification device according to claim 1, wherein the water purification body is constituted by mixing a waste mud solidified body in which alkaline waste mud containing a hydraulic material is solidified by a solidifying action of the hydraulic material, and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria. Construction.

The water purification structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a predetermined nitrogen gas discharge pipe is embedded in the ground so that the internal ventilation space of the water purification body communicates with the atmosphere.

A predetermined hole is excavated from the ground surface, and then a mixture formed by mixing alkaline waste mud containing hydraulic material and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is introduced into the hole, and then the mixture is permeable and breathable. A method for constructing a water purification structure, wherein the water purification body is solidified so as to be secured.

A predetermined hole is excavated from the ground surface while protecting the hole wall with a stabilizing liquid, and then a mixture of alkaline waste mud containing hydraulic material and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is introduced into the hole. A method for constructing a water purification structure, characterized by substituting the stabilizing liquid and then solidifying the mixture so as to ensure water permeability and air permeability to obtain a water purification body.

Excavation of a predetermined hole from the ground surface, and then solidified waste mud and sulfur and sulfur in which alkaline drainage containing hydraulic material is solidified so that water permeability and air permeability are secured by the solidification action of the hydraulic material A method for constructing a water purification structure, wherein a mixture obtained by mixing with oxidizing bacteria is introduced into the pores to form a water purification body.

A predetermined hole is excavated from the ground surface while protecting the hole wall with a stabilizing liquid, and then the alkaline waste mud containing the hydraulic material is solidified so that water permeability and air permeability are ensured by the solidifying action of the hydraulic material. A method for constructing a water purification structure, characterized in that a mixture obtained by mixing the waste sludge solidified body with sulfur and sulfur-oxidizing bacteria is replaced with the stabilizing solution while being put into the holes to obtain a water purification body.

The method for constructing a water purification structure according to claim 8 or 9, wherein the mixture is packed in a bag body having water permeability and air permeability, and the bag body is put into the hole.

The method for constructing a water purification structure according to claim 7 or 9, wherein the substituted stabilizing liquid is used as alkaline waste mud for producing a new water purification body.

The nitrogen gas discharge pipe for communicating the internal ventilation space of the water purification body and the atmosphere is disposed in the hole before the water purification body is provided in the hole. The construction method of the water purification structure as described.

Before the water purification body is provided in the hole, a nitrogen gas discharge pipe for communicating the internal ventilation space of the water purification body and the atmosphere is disposed in the hole, and for replacing and discharging the stabilizing liquid. The water purification structure construction method according to claim 7 or 9, wherein a sludge pipe is inserted and arranged in the nitrogen gas discharge pipe.

The construction method of the water purification structure according to any one of claims 6 to 9, wherein a reinforcing steel material such as a reinforcing bar is built in the hole before the water purification body is provided in the hole.

Excavate the ground with an earth auger, and then stir the mixture and excavated soil while discharging from the tip of the earth auger a mixture of alkaline drainage containing hydraulic material and sulfur and sulfur-oxidizing bacteria A construction method of a water purification structure characterized by mixing.