JP2006150278A - 汚染土壌浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ剤及び分解促進剤を用いて、効率の良い汚染土壌浄化方法を提供する。
【解決手段】嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌及び地下水又は地表水に対し、ｐＨを調整するための緩行性アルカリ剤と、嫌気性微生物による有機塩素化合物の分解を促進するための徐放性分解促進剤とを注入する。
【選択図】なし

Description

本発明は、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を、原位置で浄化する方法に関する。

有機塩素化合物であるテトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレンは、金属類の脱脂・洗浄、ドライクリーニングの洗浄、冷媒等に用いられ、産業上の利用価値は高い。しかし、人体にとっては肝障害や腎障害等を引き起こす有害物質となるため、これらの有機塩素化合物による土壌や地下水汚染は深刻な社会問題となっている。

これまで、これらの有機塩素化合物を分解し、汚染された土壌や地下水を浄化するための技術が多数開発されている。その一つが、嫌気性微生物による還元的脱塩素化処理である。これは、汚染された土壌や地下水に存在する嫌気性微生物を用いて有機塩素化合物の塩素を水素に置換することにより、汚染された土壌及び地下水を浄化する方法である（例えば、特許文献１又は２）。

この還元的脱塩素化を促進するため、汚染された土壌や地下水に低分子の有機物、酢酸、プロピオン酸などの水素供与体を添加することがある。しかし、水素供与体の添加によって、有機酸が生成され、土壌や地下水のｐＨが酸性になる。酸性状態下では、嫌気性微生物の活動が抑制され、有機塩素化合物の分解が停滞するため、酸性化した状態を中和するために、水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤を投入しなければならない。
特開平１０−２１６６９４号公報 特開２０００−２６３０３２号公報

しかしながら、水酸化ナトリウムに代表される強アルカリ剤の投入は好ましくない。何故なら、強アルカリ剤は組織のタンパク質を変性する作用があるので、微生物や人に対して有害であり、使用するにあたっては安全性を確保する必要があるからである。また、即効性の強アルカリ剤は、添加量が少し違うだけでｐＨが大きく変わるため、添加量の調節が難しい。希釈して使用するとしても、多数回投入する必要があり、管理が煩雑になる。

また、即効性の水素供与体を用いると、即効性の強アルカリ剤と同じく、多数回投入する必要があり、管理が煩雑で経費がかかる。

そこで、本発明は、アルカリ剤及び分解促進剤を用いて、効率の良い汚染土壌浄化方法を提供することを目的としてなされた。

有機塩素化合物に汚染された土壌又は地下水に水素供与体を添加すると、ｐＨは酸性化する。また、その添加量が多くなると、より酸性化する。アルカリ剤（ｐＨ調整剤）をその酸性化した土壌又は地下水に添加すると、ｐＨの酸性化が抑制される。この抑制によって、有機塩素化合物の分解が促進されることとなる。例えば、有機塩素化合物を含む土壌５０ｇに有機塩素化合物を含む地下水１００ｍｌを添加し、さらに水素供与体であるグルコン酸ナトリウムとｐＨ調整剤（Ｎａ_２ＨＰＯ_４およびＫＨ_２ＰＯ_４）を適量添加し、有機塩素化合物の分解速度を測定した。

その測定結果を表１に示す。

表１から分かるとおり、グルコン酸ナトリウムだけを添加した場合は、有機塩素化合物が環境基準値以下まで分解されるのに１２０日かかるが、ｐＨ調整剤を併用した場合は、その分解が最大で６０日に短縮された。また、ｐＨ調整剤を添加し、分解速度が上がったときの試験土壌および地下水の最低ｐＨが６．１、最高ｐＨが７．６であるため、ｐＨの適切な範囲は、６．１〜７．６であることが分かった。

さらに、溶解性と分解性が高いグルコン酸ナトリウムの代わりに徐放性分解促進剤であるＨＲＣを用いると、ｐＨ調整剤を添加しなくても有機塩素化合物の分解が３０日程度早まることが分かった。従って、ｐＨ調整剤も持続性の高いものにすることで、有機塩素化合物のさらなる分解促進に繋がると考えられ、本発明の完成に至った。

そこで、本発明に係る汚染土壌浄化方法は、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する汚染土壌浄化方法であって、前記汚染された土壌のｐＨを調整するための緩行性アルカリ剤を前記汚染された土壌に注入する工程と、前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための徐放性分解促進剤を前記汚染された土壌に注入する工程と、を含む。

また、本発明に係る浄化手段判定方法の別態様は、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された地下水又は地表水を原位置で浄化する汚染土壌浄化方法であって、前記汚染された地下水又は地表水のｐＨを調整するための緩行性アルカリ剤を前記汚染された地下水又は地表水に注入する工程と、前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための徐放性分解促進剤を前記汚染された地下水又は地表水に注入する工程と、を含む。

本発明に係る浄化手段判定方法のさらなる別態様は、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌及び地下水又は地表水を原位置で浄化する汚染土壌浄化方法であって、前記汚染された土壌及び地下水又は地表水のｐＨを調整するための緩行性アルカリ剤を前記汚染された土壌及び地下水又は地表水に注入する工程と、前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための徐放性分解促進剤を前記汚染された土壌及び地下水又は地表水に注入する工程と、を含む。

なお、上記のいずれの浄化手段判定方法においても、前記ｐＨを、所定期間５．８〜８．５の範囲にあるように調整することが好ましく、所定期間６．１〜７．６の範囲にあるように調整することが最も好ましく、前記緩行性アルカリ剤が、炭酸カルシウムを含有してもよい。さらに、前記徐放性分解促進剤は、前記有機塩素化合物の塩素原子を水素原子に置換する還元的脱塩素化を促進するための前記水素原子を提供する水素供与体を含有することが好ましく、前記徐放性分解促進剤がＨＲＣ（Hydrogen Release Compound）であってもよい。

本発明により、アルカリ剤及び分解促進剤を用いて、効率の良い汚染土壌浄化方法を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、詳細に説明する。なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。

＝＝＝有機塩素化合物の分解順序＝＝＝
嫌気性微生物による有機塩素化合物の分解は、テトラクロロエチレン（以下「ＰＣＥ」と略す）からトリクロロエチレン（以下「ＴＣＥ」と略す）、そしてジクロロエチレン（以下「ＤＣＥ」と略す）、塩化ビニル（以下「ＶＣ」と略す）、エチレン（以下「ＥＴＹ」と略す）、エタン（以下「ＥＴＡ」と略す）といった順序で反応が進む。なお、ＤＣＥは、トランス−ジクロロエチレン（以下「trans−ＤＣＥ」と略す）とシス−ジクロロエチレン（以下「cis−ＤＣＥ」と略す）の両方の異性体が存在する。

＝＝＝汚染土壌浄化方法＝＝＝
本発明に従って、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌や地下水又は地表水を原位置で浄化するにあたり、以下の工程を実施する。

（１）緩行性アルカリ剤の注入
まず、汚染された土壌や地下水又は地表水のｐＨを調整するための緩行性アルカリ剤を、原位置（本明細書では、「汚染された土壌の場所」を意味する）において浄化する範囲及びその周辺に注入する。

緩行性アルカリ剤を浄化する範囲の土壌に注入するには、耕耘機又は掘削機などを用いればよく、浄化する範囲に地下水や地表水が含まれる場合は、地下水や地表水に緩行性アルカリ剤を散布したり、その近傍の土壌に緩行性アルカリ剤を注入して地下水や地表水に滲出させたりすればよいが、注入方法はこれらに限らない。

ここで、緩行性アルカリ剤とは、水酸化ナトリウムのような即効性アルカリ剤と違って、原位置に注入後に徐々にアルカリ性になるような資材をいう。具体的な緩行性アルカリ剤の例としては、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、ケイ酸石灰（ＣａＳｉＯ_２）、水酸化苦土（ＭｇＯ）等の遅効性アルカリ肥料がある。その形状は通常粉末状態であるが、原位置や原位置の地下水又は地表水に注入できるのであれば水などに溶かして液体状にしてもよいし、石のような固体でもよい。また、緩行性アルカリ剤にさらなる緩行性を付加したい場合には、生分解性のプラスチック等で緩行性アルカリ剤を包含してから、原位置又は原位置の地下水や地表水に注入すればよい。

緩行性アルカリ剤を注入する際、原位置や原位置の地下水又は地表水のｐＨが５．８〜８．５、好ましくは６．１〜７．６の範囲に留まるようにする。この緩行性アルカリ剤は、ｐＨ緩衝剤としての役目を果たすため、長期間このｐＨの範囲におさめることができる。

注入後は緩行性のためその効果がすぐには発揮されないこともある。例えば、緩行性アルカリ剤として、炭酸カルシウムを用いた場合、炭酸カルシウムは弱塩基性であるから、土壌と混和するまで時間がかかり、混和後１週間以上経ってから反応してアルカリ性となる。しかし、適量の緩行性アルカリ剤を注入することにより、原位置や原位置の地下水又は地表水が酸性であったとしても徐々に中和され、ｐＨは５．８〜８．５の範囲に収まり、特に６．１〜７．６の範囲に収まることが望ましい（表１を参照）。

このｐＨ緩衝効果は一定の期間続くが、その期間の長さは緩行性アルカリ剤の投入量によって決まる。嫌気性微生物による有機塩素化合物の分解は数ヶ月から一年以上かかるので、一年以上緩衝効果が続くように投入量を設定するのが好ましい。

（２）徐放性分解促進剤の注入
次に、汚染された土壌や地下水又は地表水に、嫌気性微生物による有機塩素化合物の分解を促進するための徐放性分解促進剤を注入する。

徐放性分解促進剤を注入するには、耕耘機又は掘削機などを用いればよく、浄化する範囲に地下水や地表水が含まれる場合は、地下水や地表水に徐放性分解促進剤を散布したり、その近傍の土壌に徐放性分解促進剤を注入して地下水や地表水に滲出させたりすればよいが、注入方法はこれらに限らない。

ここで、徐放性分解促進剤とは、有機塩素化合物の塩素と水素を置換する還元的脱塩素化処理を促進するために必要な水素を提供する水素供与体、又は水との化学反応によって水素を提供する鉄粉であって、それらが徐放性を有するものをいう。水素供与体としては、例えば、メタノール若しくはエタノールなどのアルコール、グルコース若しくはスクロースなどの低分子の有機物、酢酸、プロピオン酸、乳酸、若しくは酪酸などの低級脂肪酸、又はポリ乳酸エステルである水素供与化合物(ＨＲＣ；Hydrogen Release Compound)などがある。ＨＲＣは粘性を帯びた液体状のポリ乳酸エステルであって、水と反応することで徐々に乳酸を生成する。乳酸は微生物によって分解されることで、水素を提供する。このように、ＨＲＣはそれ自身徐放性を有するため、さらなる加工をせずに用いることができる。他の水素供与体の場合、生分解性のプラスチック等で包含することによって徐放性を備えさせることができる。ＨＲＣを生分解性のプラスチック等で包含することにより、ＨＲＣにさらなる徐放性を付加してもよい。

これらの徐放性分解促進剤の効果の持続期間は、緩行性アルカリ剤と同じく注入量によって決まる。嫌気性微生物による有機塩素化合物の分解は数ヶ月から一年以上かかるので、一年以上、効果が持続するように、投入量を設定するのが好ましい。

（３）他の実施態様
緩行性アルカリ剤注入工程と徐放性分解促進剤注入工程は、緩行性アルカリ剤と徐放性分解促進剤を浄化する範囲の汚染土壌や地下水又は地表水に両者を広く添加することができるのであれば、どのような順序で行ってもよく、各工程を複数回行ってもよい。また、緩行性アルカリ剤と徐放性分解促進剤を混合することにより、両工程を一緒に行ってもよく、一緒に行った場合でも、さらに単独工程を追加して行ってもよく、さらに何れの工程を複数回行ってもよい。複数回行う場合でも、工程の順序、回数に制限はない。

＝＝＝緩行性アルカリ剤と徐放性分解促進剤を用いることの効果＝＝＝
緩行性アルカリ剤は、炭酸カルシウムに代表される遅効性アルカリ肥料なので、水酸化ナトリウムなどの即効性アルカリ剤に比べて購入が容易で安全性も高い。さらに、緩行性アルカリ剤は、希釈濃度に関係なくｐＨの変動が小さい為、管理も利用も容易である。また、ｐＨ緩衝剤としての効果によってｐＨを一定の期間５．８〜８．５、好ましくは６．１〜７．６の範囲にあるように調整でき、その期間は緩行性アルカリ剤を汚染土壌や地下水又は地表水に注入する量により設定できるので、一度の注入で、その効果の持続期間を調節でき、長期間効果を持たせることも可能である。すなわち、注入回数を即効性アルカリ剤と比べて大幅に減らすことができるので、作業回数を減らすことができ、経済的である。

徐放性分解促進剤は、緩行性アルカリ剤と同じく、一度に注入する量によりその効果の持続期間を設定することができる。徐放性でない分解促進剤（低分子の有機物、酢酸、プロピオン酸などの水素供与体）を用いた場合でも、還元的脱塩素化処理は促進されるが、一度の注入量を増やしてもその効果の持続期間が短いため、その処理が行われている間、分解促進剤を多数回注入しなくてはならず、作業手順が増え工数が増大する。一方、徐放性分解促進剤は、還元的脱塩素化処理の促進をしつつ、このような徐放性でない分解促進剤の問題を一度の注入量を増大させることで解決する。

しかしながら、緩行性アルカリ剤及び徐放性分解促進剤のどちらか一方だけを使用したのでは汚染土壌や地下水又は地表水の浄化はあまり促進しない。

本発明による緩行性アルカリ剤と徐放性分解促進剤が注入された汚染土壌や地下水又は地表水は、徐放性分解促進剤によって嫌気性微生物による還元的脱塩素化が促進される。この還元的脱塩素化処理に伴って有機酸が生成されるが、緩行性アルカリ剤によって中和されるのでｐＨが酸性化しない。従って、嫌気性微生物の活動が抑制されず、前述の還元的脱塩素化処理がさらに促進される。このように、緩行性アルカリ剤と徐放性分解促進剤を用いる本発明は汚染土壌や地下水又は地表水の迅速な浄化に寄与する。また、本発明は、還元的脱塩素化処理のさらなる促進という効果だけでなく、作業手順や工数のさらなる削減という効果も得られる。

Claims (7)

1. 嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する汚染土壌浄化方法であって、
   前記汚染された土壌のｐＨを調整するための緩行性アルカリ剤を前記汚染された土壌に注入する工程と、
   前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための徐放性分解促進剤を前記汚染された土壌に注入する工程と、
   を含むことを特徴とする汚染土壌浄化方法。
2. 嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された地下水又は地表水を原位置で浄化する汚染土壌浄化方法であって、
   前記汚染された地下水又は地表水のｐＨを調整するための緩行性アルカリ剤を前記汚染された地下水又は地表水に注入する工程と、
   前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための徐放性分解促進剤を前記汚染された地下水又は地表水に注入する工程と、
   を含むことを特徴とする汚染土壌浄化方法。
3. 嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌及び地下水又は地表水を原位置で浄化する汚染土壌浄化方法であって、
   前記汚染された土壌及び地下水又は地表水のｐＨを調整するための緩行性アルカリ剤を前記汚染された土壌及び地下水又は地表水に注入する工程と、
   前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための徐放性分解促進剤を前記汚染された土壌及び地下水又は地表水に注入する工程と、
   を含むことを特徴とする汚染土壌浄化方法。
4. 前記ｐＨを、所定期間５．８〜８．５の範囲にあるように調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
5. 前記緩行性アルカリ剤が、炭酸カルシウムを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
6. 前記徐放性分解促進剤は、前記有機塩素化合物の塩素原子を水素原子に置換する還元的脱塩素化を促進するための前記水素原子を提供する水素供与体を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
7. 前記徐放性分解促進剤がＨＲＣ（Hydrogen Release Compound）であることを特徴とする請求項６に記載の汚染土壌浄化方法。