JP2006320848A

JP2006320848A - 水環境の浄化方法及び水環境浄化用添加剤

Info

Publication number: JP2006320848A
Application number: JP2005146877A
Authority: JP
Inventors: Masako Ito; 雅子伊藤; Masanori Negishi; 昌範根岸; Akira Takahata; 陽高畑; Yuichi Higuchi; 雄一樋口; Motoshige Ariyama; 元茂有山
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】低コスト、且つ実効性のある地下水等の水環境の浄化方法を提供する。
【解決手段】浄化対象の水環境に対して有機資材を添加する。上記有機資材は、廃糖蜜及び/又は乳酸ナトリウムであることが好ましい。有機資材として廃糖蜜を使用する場合には上記水環境中の廃糖蜜濃度を０．０１〜０．１重量％とすることが好ましい。有機資材として乳酸ナトリウムを使用する場合には上記水環境中の乳酸ナトリウム濃度を０．０２５〜０．１重量％とすることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、汚染地下水等の水環境を効率よく且つ、低コストに浄化することができる水環境の浄化方法及び水環境浄化用添加剤に関する。

従来トリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物で汚染された地下水を浄化する技術としては、汚染地下水を揚水し水処理プラント設備による処理を行う方法が主であった。こうした物理的な浄化手法は高濃度の汚染源を早急に除去するという目的には合致するものの、低濃度で広範囲に拡散した汚染に対しては大きな効果が期待できない。

また、汚染地盤に直接酸化剤を注入して、化学的に有機塩素化合物を酸化分解する手法も適用されつつある。酸化剤としては過マンガン酸カリウムや鉄溶液と過酸化水素液を組み合わせた薬剤による事例が見受けられる。しかしながら、化学分解法は地下水のpHを低下させるため重金属類など有害金属の土壌からの溶出を促進する恐れがあること、土壌に含有する有機物量に応じて余分に酸化剤が消費されてしまうことなどの問題点がある。

近年、こうした物理化学的手法に変わるものとして微生物を利用した生物分解が着目されている。地下水中に嫌気状態を形成し微生物を活性化するための薬剤を注入し、その後はモニタリング以外のメンテナンスが不要な手法である。もともと低濃度の汚染サイトや揚水処理で一定以上の濃度低減措置を講じたサイトに対して、環境基準レベルまで低コストで浄化が見込める技術である。しかしながら、現状としては系統だった設計手法が構築されていない、商品化される薬剤のコストが予想外に高価である、などの問題点が生じている。

汚染土壌や汚染地下水に対するバイオレメディエーション技術において、嫌気性微生物の炭素源として様々な有機炭素源を利用すべく多くの提案がなされている（特許文献１〜４）。しかしながら、実際の汚染地下水に対する浄化技術において、有機炭素源に関する詳細な検討を行った報告はなく、依然として確立された実効性のある手法が提案されていないのが現状であった。

特開2005-58838号公報特開平10-230243号公報特開平11-253926号公報特開2003-251331号公報

そこで、本発明は、上述したような実状に鑑み、低コスト、且つ実効性のある地下水等の水環境の浄化方法及び水環境浄化用添加剤を提供することを目的としている。

上述した目的を達成するために本発明者らが鋭意検討した結果、様々な有機資材のなかでも特に廃糖蜜及び乳酸ナトリウムの有効性を見いだし本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下を包含する。

(1) 浄化対象の水環境に対して有機資材を添加する、水環境の浄化方法。
(2) 上記有機資材は、廃糖蜜及び/又は乳酸ナトリウムであることを特徴とする(1)記載の水環境の浄化方法。

(3) 上記水環境中の有機資材の濃度を測定し、有機資材濃度を所定の範囲に維持するように当該有機資材の添加量を調整することを特徴とする(1)記載の水環境の浄化方法。

(4) 上記有機資材として廃糖蜜を使用する場合には、上記水環境中の廃糖蜜濃度を０．０１〜０．１重量％とすることを特徴とする(3)記載の水環境の浄化方法。

(5) 上記有機資材として乳酸ナトリウムを使用する場合には、上記水環境中の乳酸ナトリウム濃度を０．０２５〜０．１重量％とすることを特徴とする(3)記載の水環境の浄化方法。

(6) 上記水環境中のpHを測定し、水環境のpHを所定の範囲に維持するように上記有機資材の添加量を調整することを特徴とする(1)記載の水環境の浄化方法。

(7) 上記水環境のpHが5.6を超えるように上記有機資材の添加量を調整することを特徴とする(6)記載の水環境の浄化方法。

(8) 上記水環境が地下水であることを特徴とする(1)乃至(7)いずれか１記載の水環境の浄化方法。
(9) 廃糖蜜及び/又は乳酸ナトリウムを主成分とする、水環境浄化用添加剤。

本発明によれば、有機塩素化合物等の汚染物資により汚染された地下水等の水環境を、低コスト且つ実効性に優れた手法で浄化することができる。したがって、本発明に係る水環境の浄化方法を使用することによって、水環境の改善に大きく寄与することができる。

本発明に係る浄化方法が適用される水環境とは、汚染物質により汚染された地下水、貯水池等を挙げることができる。本発明に係る浄化方法は、これら例示列挙した水環境に広く使用することができる。浄化対象の水環境を汚染する汚染物質とは、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等を挙げることができるがこれらに限定されない。

本発明に係る浄化方法では、浄化対象の水環境に対して、廃糖蜜や乳酸ナトリウムといった有機資材を投入する。これにより、浄化対象の水環境においては、汚染物質の分解能力を有する嫌気性微生物を活性化することができ、当該微生物による汚染物質の分解を促進することができる。

特に、本発明に係る浄化方法においては、浄化対象の水環境における有機資材の濃度を所定の範囲となるように投入することが望ましい。或いは、本発明に係る浄化方法においては、浄化対象の水環境における有機資材の濃度を測定し、有機資材濃度を所定の範囲に維持するように当該有機資材の投入量を調整することが望ましい。有機資材として廃糖蜜を使用する場合には、水環境中の廃糖蜜濃度を０．０１〜０．１重量％とすることがより望ましい。水環境中の廃糖蜜濃度が０．０１重量％未満である場合には、汚染物質の分解促進効果を期待できない虞がある。また、水環境中の廃糖蜜濃度が０．１重量％を超える場合には、汚染物質の分解促進効果が低下する虞がある。ここで、廃糖蜜とは、サトウキビ等の精糖原料から砂糖を精製する際に副産物として生ずる有機廃棄物の一種である。

また、有機資材として乳酸ナトリウムを使用する場合には、水環境中の乳酸ナトリウム濃度を０．０２５〜０．１重量％とすることがより望ましい。水環境中の乳酸ナトリウム濃度が０．０２５重量％未満である場合には、汚染物質の分解促進効果を期待できない虞がある。また、水環境中の乳酸ナトリウム濃度が０．１重量％を超える場合には、汚染物質の分解促進効果が低下する虞がある。

さらに、本発明に係る浄化方法においては、浄化対象の水環境中のpHを測定し、水環境のpHを所定の範囲に維持するように上記有機資材の添加量を調整することが望ましい。より具体的には、水環境のpHが5.6を超えるように上記有機資材の添加量を調整することがより望ましい。水環境のpHが5.6以下になると、汚染物質の分解促進効果が低下する虞がある。

一方、本発明において、浄化対象の水環境に対して有機資材を投入する手法には特に限定されないが、浄化対象の水環境が地下水である場合には、例えば、地下水の汚染深度にストレーナを持つ井戸を介して当該地下水に有機資材を投入することができる。ここで、ストレーナ（Strainer）とは、流量計の入口側に設置され、計量液中に混入する固形異物を捕捉し、流量計を保護する装置で、特に可動部を持つ流量計（オーバル流量計、ＵＦ-II流量計、場合によりタービン流量計）に使用される装置である。有機資材の投入用の井戸としては、浄化対象の地下水に設けられた既存の観測井戸や揚水井戸を使用することができる。有機資材の投入用の井戸を新設することも可能である。

また、本発明において、有機資材の投入設備としては何ら限定されないが、ポンプのような送水設備や、地下水面との水位差を利用したタンクを設けて重力注水する方法が挙げられる。重力注水する方法を採用する場合は、砂層など比較的透水性の良い地盤の場合に有効な手法である。

ところで、本発明に係る浄化方法は、水環境に有機資材を投入することにより汚染物質を分解するものであるが、汚染物質の分解能力を有する微生物を別途、水環境に投入することもできる。当該微生物としては、トリクロロエチレン及び/又はテトラクロロエチレンを分解することが知られている嫌気性微生物を何ら限定することなく使用することができる。例えば、Dehalococcides sp.、Dehalobacter 属、Desulfitobacterium属、メタン生産細菌など、脱塩素化能を有する嫌気性細菌等を使用することができる。

また、本発明に係る浄化方法において、有機資材を除く他の成分を浄化対象の水環境に対して投入しても良い。他の成分としては、ピルビン酸、酢酸などの有機酸類、アスパラギン酸、グルタミン酸などの天然アミノ酸類、またはそれらを含むスラッジ等をあげることができる。

以下、実施例を用いて本発明に係る水環境の浄化方法をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
実施例１では、廃糖蜜及び乳酸ナトリウムによる、地下水に含まれる汚染物質（トリクロロエチレン）の分解促進効果について検討した。

本例で使用した地下水は、金属加工工場から採取した地下水である。この工場敷地内の土壌および地下水は、高濃度のPCE及びTCEによって汚染されていたが、数年間の揚水処理などによって現在では、汚染濃度は環境基準値の数倍またはそれ以下に低減している。採取した地下水もTCE濃度は0.009mg/Lと低濃度であった。本実施例では試験のため、初期濃度が2mg/L程度になるようにTCEを添加した地下水を使用した。

また、本例で使用した廃糖蜜の成分は、ショ糖、ブドウ糖、果糖などの糖類が約50％であって。その他、廃糖蜜には、カルシウム、マグネシウム、カリウム、リンなどの無機塩、鉄及びアミノ酸も含まれていた。本例で使用した乳酸ナトリウムは、60％溶液の試薬である。なお乳酸ナトリウムは、ｐH調整剤として食品添加物にも使用されている。

本実施例では、先ず、35ml容の滅菌バイアル瓶に、廃糖蜜（又は乳酸ナトリウム）を設定条件の分量を計りいれた。そこに採取した地下水を8分目まで入れ、さらにその中に約200ｍg/Lに溶解したトリクロロエチレン（TCE）を350μL添加した。そして、TCEが揮発しないように速やかにバイアル瓶が満水になるまで地下水を入れ、テフロン加工したブチルゴム栓で密栓した。各試験条件につき複数本のバイアル瓶を作成し、20℃で10rpmの振とう培養を行った。

TCE濃度は経時的にバイアル瓶を回収し、ヘッドスペースGC-MS法により測定した。サンプリング毎に各培地条件のバイアル瓶を2本ずつ回収し、TCE濃度を測定し、その平均値より求めた。有機資材として廃糖蜜を使用した場合の実験結果を表１及び図１に示す。

表１及び図１から、廃糖蜜を投入することによって、地下水中に含まれるトリクロロエチレンを効率的に分解できることが明らかとなった。また、表１及び図１から、廃糖蜜濃度を0.001〜0.1重量％の範囲で廃糖蜜を地下水に投入することによって、トリクロロエチレンの分解率が99％以上となることが明らかとなった。

この結果から、廃糖蜜を有機資材として、好ましくは0.001〜0.1重量％の濃度範囲で地下水に投入することによって、当該地下水に含まれる汚染物質を効果的に且つ安価に分解できることが明らかとなった。本実施例により、廃糖蜜を利用した新規な水環境の浄化方法を確立することができた。

一方、有機資材として乳酸ナトリウムを使用した場合の実験結果を表２及び図２に示す。

表２及び図２から、乳酸ナトリウムを投入することによって、地下水中に含まれるトリクロロエチレンを効率的に分解できることが明らかとなった。また、表２及び図２から、廃糖蜜濃度を0.025〜0.1重量％の範囲で廃糖蜜を地下水に投入することによって、トリクロロエチレンの分解率が99％以上となることが明らかとなった。

この結果から、乳酸ナトリウムを有機資材として、好ましくは0.025〜0.1重量％の濃度範囲で地下水に投入することによって、当該地下水に含まれる汚染物質を効果的に且つ安価に分解できることが明らかとなった。本実施例により、廃糖蜜を利用した新規な水環境の浄化方法を確立することができた。

〔実施例２〕
実施例１では、廃糖蜜を低濃度で供給した条件で脱塩素化が促進されることが示された。廃糖蜜の主成分である糖類は時間の経過に伴って分解し、酢酸などの有機酸類が廃糖蜜の添加量に応じて生成してくる。その結果として、図３に示すように培地のpHが低下する。pHの低下はVOCs分解の阻害要因の一つとなっていると考えられる．そこで、実施例２では、廃糖蜜による汚染物質（トリクロロエチレン）の分解促進実験における浄化対象の地下水におけるpHの影響を検討した。

本例において地下水に対する廃糖蜜の添加量は、脱塩素化が促進される0.02％とした。地下水のpHを制御しpH5.0〜8.0まで変動させた場合のTCE脱塩素化の影響について試験した。培養条件を表３に示した。

本実施例において、pH8.0とpH7.0のpH緩衝剤にはHEPES (N-(2-hydroxyethyl) piperazine-N- 2-ethanesulfonic acid)を使用し、pH6.5〜pH5.5のpH緩衝剤にはMES（2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid）を使用し、pH5.0のpH緩衝剤にはHClを使用し、培地中のpHの変動が起こらないように制御した。その他の培養方法及び分析方法は実施例１と同様に行った。

試験開始14日目のVOCs構成比率の変化を図４示す。培地のpHを6.0〜8.0に制御した試験条件（No.2〜No.5）のVOCs組成と、pHを5.0〜6.0に制御した試験条件（No.6〜No.7）のVOCs組成とを比較すると、顕著な差があり、地下水のpHの低下によりVOCsの脱塩素化速度が低下するることが示された。以上の結果から、TCE汚染サイトを効率的に浄化するには、pH低下を招かないように有機物の供給量を制御することが重要であり、その適正pH範囲は6.0〜8.0であることが示された。

また、地下水のpHとトリクロロエチレン除去率との関係を図５に示した。図５から、廃糖蜜によるトリクロロエチレン分解促進効果は、浄化対象の地下水のpHが5.9を超える場合に特に優れていることが明らかとなった。この結果から、廃糖蜜及び/又は乳酸ナトリウムを有機資材として水環境に投入するとともに、水環境のpHを5.9より大とすることで、当該地下水に含まれる汚染物質を効果的に且つ安価に分解できることが明らかとなった。

浄化対象の地下水に投入する廃糖蜜の濃度と、地下水に含まれるトリクロロエチレンの分解率との関係を示す特性図である。浄化対象の地下水に投入する乳酸ナトリウムの濃度と、地下水に含まれるトリクロロエチレンの分解率との関係を示す特性図である。各種濃度の廃糖蜜を添加した地下水におけるpHの経時変化を示す特性図である。実施例２における各実験区における試験開始14日目のVOCs構成比率の変化を示す特性図である。浄化対象の地下水のpHと、地下水に含まれるトリクロロエチレンの分解率との関係を示す特性図である。

Claims

浄化対象の水環境に対して有機資材を添加する、水環境の浄化方法。
上記有機資材は、廃糖蜜及び/又は乳酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１記載の水環境の浄化方法。
上記水環境中の有機資材の濃度を測定し、有機資材濃度を所定の範囲に維持するように当該有機資材の添加量を調整することを特徴とする請求項１記載の水環境の浄化方法。
上記有機資材として廃糖蜜を使用する場合には、上記水環境中の廃糖蜜濃度を０．０１〜０．１重量％とすることを特徴とする請求項３記載の水環境の浄化方法。
上記有機資材として乳酸ナトリウムを使用する場合には、上記水環境中の乳酸ナトリウム濃度を０．０２５〜０．１重量％とすることを特徴とする請求項３記載の水環境の浄化方法。
上記水環境中のpHを測定し、水環境のpHを所定の範囲に維持するように上記有機資材の添加量を調整することを特徴とする請求項１記載の水環境の浄化方法。
上記水環境のpHが5.6を超えるように上記有機資材の添加量を調整することを特徴とする請求項６記載の水環境の浄化方法。
上記水環境が地下水であることを特徴とする請求項１乃至７いずれか一項記載の水環境の浄化方法。
廃糖蜜及び/又は乳酸ナトリウムを主成分とする、水環境浄化用添加剤。