JP2007330921A - 汚染土壌浄化方法及び汚染土壌浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の汚染土壌浄化方法では、汚染土壌中に生息する微生物に酸素を十分に供給できない。
【解決手段】本発明の汚染土壌浄化方法は、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を微生物の生息する汚染土壌１０Ｚに供給する。本発明の汚染土壌浄化装置１は、酸素溶解水生成装置２と、酸素溶解水生成装置に酸素を供給する酸素供給手段３と、酸素溶解水生成装置に供給された酸素の圧力を大気圧以上に設定する酸素圧力調整手段４と、酸素溶解水生成装置に水を供給する水供給手段５と、酸素溶解水生成装置で生成された酸素溶解水を汚染土壌に供給する酸素溶解水供給手段７とを備え、酸素溶解水生成装置は、酸素溶解室１１を備え、酸素供給手段及び酸素圧力調整手段により酸素溶解室内で大気圧以上の圧力に保たれた酸素中に水供給手段から供給された水を通すことによって、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚染土壌中に生息する微生物に酸素を十分に供給できて汚染土壌の浄化を促進可能な汚染土壌浄化方法及び汚染土壌浄化装置に関する。

汚染土壌に酸素を過分に含む過飽和水を供給して汚染土壌中の微生物の活動を活発化させることによって、汚染土壌中の汚染物質の分解作用を早めて汚染土壌を浄化する方法が知られている。
特開平１０−２１６６９６号公報

気体は水に溶けるが、大気（空気）中酸素が水に溶ける溶解量（＝酸素溶解水中の溶存酸素量（Dissolved Oxygen））は、水温によって大きく異なり、水温０℃では最大１４．１６ｍｇ／Ｌ（リットル）、水温３５℃では７．０４ｍｇ／Ｌである。また、微生物の活性適温は３０℃〜４０℃である。
上記従来技術によれば、加圧水作成槽内に地下水を供給して滞留させるとともに空気を供給して圧力を上昇させ、地下水を加圧することによって酸素を過分に含む過飽和水を生成しているため、空気中の酸素以外の気体（ガス）も水中に溶解してしまうことによって酸素の溶解が妨げられ、水中への酸素の溶解量が少なくなる。また、土壌を微生物の活性適温に近くするために水温を上げれば、水中への酸素の溶解量がさらに少なくなると考えられる。したがって、従来技術によれば、水温を上げて土壌を微生物の活性適温にできたとしても、水温条件及び空気中の酸素以外の他の気体も水中に溶けてしまうという現象によって、過飽和水中の酸素量が少なくなってしまい、汚染土壌中に生息する微生物に酸素を十分に供給できないといった課題があった。
また、従来技術では、水中に空気を供給して酸素を水中に溶解させる方法により過飽和水を生成している。即ち、空気曝気によって過飽和水を生成していると考えられるため、水中に溶解されずに放散される酸素の量が多くなり、水中への酸素の溶解効率が悪い。この場合、加圧水作成槽内に供給された空気の酸素が水中に溶ける割合は、供給した空気の数パーセント程度であると考えられる。よって、供給空気の無駄な消費量が多くなり、不経済であるという課題があった。

本発明による汚染土壌浄化方法は、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を微生物の生息する汚染土壌に供給することを特徴とする。
高濃度の酸素溶解水は、酸素溶解室内において大気圧以上の圧力に保たれた酸素中に水を通すことによって生成されたことも特徴とする。
微生物を汚染土壌に供給したり、微生物への栄養分を汚染土壌に供給したり、酵素を汚染土壌に供給することも特徴とする。
本発明による汚染土壌浄化装置は、酸素溶解水生成装置と、酸素溶解水生成装置に酸素を供給する酸素供給手段と、酸素溶解水生成装置に供給された酸素の圧力を大気圧以上に設定する酸素圧力調整手段と、酸素溶解水生成装置に水を供給する水供給手段と、酸素溶解水生成装置で生成された酸素溶解水を汚染土壌に供給する酸素溶解水供給手段とを備えた汚染土壌浄化装置であって、酸素溶解水生成装置は、酸素溶解室を備え、酸素供給手段及び酸素圧力調整手段により酸素溶解室内で大気圧以上の圧力に保たれた酸素中に水供給手段から供給された水を通すことによって、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を生成することを特徴とする。
酸素溶解水生成装置は、酸素溶解室に水を取込むための水取込口と酸素溶解水を酸素溶解室の外に出す酸素溶解水出口とを繋ぐ水路とを備え、水路が螺旋状に延長する螺旋路により形成されたことも特徴とする。

本発明の汚染土壌浄化方法によれば、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を微生物の生息する汚染土壌に供給するため、汚染土壌中の微生物に酸素を十分に供給でき、汚染土壌中の微生物の活動を活発化させることができるので、汚染土壌の浄化を促進できる。
酸素溶解室内において大気圧以上の圧力に保たれた酸素中に水を通すことによって上記高濃度の酸素溶解水を生成することによって、水中への酸素の溶解効率が良くなる。つまり、酸素溶解室内に供給した酸素を無駄なくすべて水中に溶解させることができて、経済的となる。
微生物を汚染土壌に供給して、汚染土壌中の微生物を増やすことによって、微生物による汚染土壌の浄化作用を向上できる。
微生物への栄養分を汚染土壌に供給することによって、微生物の活動を活発化させることができ、微生物による汚染土壌の浄化作用を向上できる。
酵素を汚染土壌に供給することによって、微生物の活動を活発化させることができ、微生物による汚染土壌の浄化作用を向上できる。
本発明の汚染土壌浄化装置によれば、酸素溶解室内に供給した酸素を無駄なく水中に溶解させることができて、上記高濃度の酸素溶解水を効率的に生成できるので、経済的な汚染土壌浄化装置を提供できる。さらに、上記高濃度の酸素溶解水を微生物の生息する汚染土壌に供給できるため、汚染土壌中の微生物に酸素を十分に供給でき、汚染土壌中の微生物の活動を活発化させることができるので、汚染土壌の浄化を促進できる。
また、酸素溶解水生成装置は、酸素溶解室の水取込口と酸素溶解水出口とを繋ぐ水路とを備え、水路が螺旋状に延長する螺旋路により形成されたことで、酸素溶解室内の酸素と溶解室水路を流下する水とが互いに接触する面積を増やすことができ、水中への酸素の溶解効率を良くできるので、経済的な汚染土壌浄化装置を提供できる。

図１及び図２は本発明の最良の形態１を示す。図１は汚染土壌浄化方法を実現するために廃棄物処分場に設置された汚染土壌浄化装置を示し、（ａ）は廃棄物処分場の上から見た場合の汚染土壌浄化装置を示し、（ｂ）は廃棄物処分場を断面で示した場合においての汚染土壌浄化装置の設置状態を示す。図２は酸素溶解水生成装置を断面で示す。

図１を参照し、汚染土壌浄化装置を説明する。
汚染土壌浄化装置１は、酸素溶解水生成装置２、酸素供給手段３、酸素圧力調整手段４、水供給手段５、水取込量調整手段６、酸素溶解水供給手段７、酸素溶解水配水量調整手段８を備える。
汚染土壌浄化装置１は、例えば、廃棄物埋立部１０Ｘに廃棄物１０Ｙが埋め立てられることによって廃棄物埋立部１０Ｘと隣接する土壌が汚染土壌１０Ｚとなる廃棄物処分場１０に設置される。

図２を参照し、酸素溶解水生成装置２の構造を説明する。
酸素溶解水生成装置２は、酸素溶解室１１、制御装置１２、酸素溶解室１１内に設けられた圧力計１３、圧力計１３で計測された圧力値を表示する圧力表示器１４、酸素を酸素溶解室内に導く酸素導入管１５、酸素導入管１５に設けられた酸素圧力調整用の流量調整弁１６、水を酸素溶解室内に導く水導入管１７、水導入管に設けられた水取込量調整用の流量調整弁１８、酸素溶解室内で生成された酸素溶解水を酸素溶解水生成装置の外に導く酸素溶解水導出管１９、酸素溶解水導出管１９に設けられた酸素溶解水供給量調整用の流量調整弁２０を備える。流量調整弁１６、１８、２０は、制御装置１２による電子制御によって弁開度が制御される電磁弁が使用される。

酸素供給手段３は、高圧酸素ボンベ２１と、高圧酸素ボンベ２１と酸素導入管１５とを互いに繋ぐ酸素連結管２２とにより形成される。
水供給手段５は、貯水槽２３と、ポンプ２４とを互いに繋ぐ貯水槽側連結管２５と、ポンプ２４と水導入管１７とを互いに繋ぐ酸素溶解水生成装置側連結管２６とにより形成される。
酸素溶解水供給手段７は、酸素溶解水導出管１９と流量調整弁２０と配水管２７とにより形成される。配水管２７は、管が複数に分岐されて吐出口２８が複数形成される。酸素溶解水導出管１９の出口と配水管２７の入口とが流量調整弁２０により繋がれる。よって、酸素溶解水が、酸素溶解水導出管１９、流量調整弁２０、配水管２７を経由して廃棄物処分場１０の上方から廃棄物処分場１０に散水される。

酸素圧力調整手段４は、圧力計１３と、酸素導入管１５に設けられた流量調整弁１６と、制御装置１２とにより形成される。即ち、酸素圧力調整手段４として機能する制御装置１２は、酸素溶解室１１内の酸素圧力値を圧力計１３から入力し、この酸素圧力値に基づいて生成した制御信号４ａによって流量調整弁１６の弁開度を調整することにより酸素溶解室１１内への酸素取込量を調節して、酸素溶解室１１内の酸素の圧力を大気圧以上の一定値に保つ。
水取込量調整手段６は、水導入管１７に設けられた図外の流量計と、水導入管１７に設けられた流量調整弁１８と、制御装置１２とにより形成される。水取込量調整手段６として機能する制御装置１２は、流量計からの水の流量値を入力し、この流量値に基づいて生成した制御信号６ａによって当該流量値が目標値となるように流量調整弁１８の弁開度を制御する。
酸素溶解水配水量調整手段８は、酸素溶解水導出管１９に設けられた図外の流量計と、酸素溶解水導出管１９に設けられた流量調整弁２０と、制御装置１２とにより形成される。酸素溶解水配水量調整手段８として機能する制御装置１２は、流量計からの酸素溶解水の流量値を入力し、この流量値に基づいて生成した制御信号８ａによって当該流量値が目標値となるように流量調整弁２０の弁開度を制御することによって、配水管１７から廃棄物処分場１０に散布される酸素溶解水の量を制御する。
また、制御装置１２は、ポンプ制御信号２４ａをポンプ２４に出力してポンプ２４の駆動及び停止を制御する。

酸素溶解室１１の水取込口３０と酸素溶解室１１の酸素溶解水出口３１とを繋ぐ水路は、酸素溶解室１１内において上下方向に延長する螺旋状の水路（以下、螺旋水路３２という）によりに形成される。尚、図２の断面図においては、螺旋水路３２の一部を断続的に図示し、この螺旋水路３２を介して流れる水の流れを矢印Ｗで示した。
螺旋水路３２は、水と接触する路面部３３、路面部３３における酸素溶解室１１の中心側の路縁より立ち上がる側壁部３４と、路面部３３における酸素溶解室１１の内壁面３５側の路縁より立ち上がる側縁部３６とを備えて上下方向に螺旋状に延長する螺旋路により形成され、この螺旋路の側縁部３６と内壁面３５とが溶接やねじなどにより互いに連結されることによって酸素溶解室１１の内壁面３５に固定されたものである。
螺旋水路３２を備えることによって、酸素溶解室１１の水取込口３０を経由して螺旋水路３２の路面部３３上を流れる水は、薄い水膜状となって流下する。このため、螺旋水路３２の路面部３３上を薄い水膜状で流れる水と酸素溶解室１１内の酸素との接触面積が増えるので、酸素が水中に溶解しやすくなり、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を効率的に生成できる。

次に、酸素溶解水生成装置２による酸素溶解水生成方法を説明する。
高圧酸素ボンベ２１の図外の開閉栓を開放することにより、酸素が酸素連結管２２、酸素導入管１５、流量調整弁１６を経由して酸素溶解室１１内に圧送される。酸素溶解室１１内の酸素の圧力は圧力計１３により検出され、圧力計１３で検出された圧力値が制御装置１２に出力される。制御装置１２は、圧力計１３からの検出値に基づいて流量調整弁１６の弁開度を制御し、酸素溶解室１１内の酸素の圧力値を目標設定値、即ち、大気圧（１気圧）より高い一定値に保つ。目標設定値は、例えば、１．５〜２気圧程度である。
制御装置１２は、酸素溶解室１１内の酸素の圧力値が目標設定値に保たれた状態において、ポンプ制御信号２４ａをポンプ２４に出力してポンプ２４を駆動する。これにより、貯水槽２３、貯水槽側連結管２５、ポンプ２４、酸素溶解水生成装置側連結管２６、流量調整弁１８、水導入管１７を経由して酸素溶解室１１内に水が取り込まれる。
水が螺旋水路３２の路面部３３上を薄い水膜状で流れる過程において、水と酸素とが互いに接触して酸素が水中に溶解し、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水が生成される。
そして、酸素溶解水生成装置２で生成された高濃度の酸素溶解水が、配水管２７を経由して廃棄物処分場１０に散布される。
尚、図１（ｂ）に示すように、廃棄物処分場１０の廃棄物埋立部１０Ｘの底に形成された汚濁水貯留部１０Ｔ（図１（ｂ）参照）に溜まった汚濁水１０Ｗは、汚濁水管１０Ｍを経由して１０ポンプ１０Ｐにより汲み上げられ、図外の汚濁水処理施設に送られて浄化処理される。

最良の形態１によれば、酸素の圧力値を大気圧以上の目標設定値に保った状態の酸素溶解室１１内に水を送り込み、また、螺旋水路３２を経由させて水を流下させることによって、水中への酸素の溶解効率を向上でき、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を効率的に生成できる。つまり、酸素溶解室１１内に供給した酸素を無駄なくすべて水中に効率的に溶解させることができて、経済的となる。最良の形態１では、水温０℃で酸素溶解量（＝酸素溶解水中の溶存酸素量（Dissolved Oxygen））が７０ｍｇ／Ｌ程度、水温３５℃で酸素溶解量が３４ｍｇ／Ｌ程度の酸素溶解水を効率的に生成できる。そして、この高濃度の酸素溶解水を廃棄物処分場１０に散布でき、廃棄物処分場１０の汚染土壌１０Ｚ中に生息する微生物に十分な水分と十分な酸素とを供給できるので、微生物の活動が活性化され、汚染土壌１０Ｚの浄化が促進される。

また、曝気によって酸素溶解水を生成する方法の場合、貯水槽２３から酸素溶解室１１内に取り込まれた水に含まれる小粒状物質である懸濁物質（Suspended Solid）が気泡の回りに付着することによって酸素と水との接触面積が減少するため、酸素が水中に溶けにくくなる。
一方、最良の形態１では、酸素溶解室１１内に満たされた酸素中に水を通すことによって酸素溶解水を生成するので、気泡が生じず、懸濁物質によって酸素と水との接触面積が減少することがないので、酸素を水中に効率的に溶解させることができ、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を効率的に生成できるので、経済性に優れた汚染土壌浄化方法及び汚染土壌浄化装置を提供できる。

最良の形態２
廃棄物処分場１０に、上述した酸素溶解水の他に、微生物を供給することにより、汚染土壌１０Ｚ中の微生物を増やすことによって、微生物による汚染土壌１０Ｚの浄化作用を向上できる。

供給する微生物としては、人、動物体、植物等の生物に有用な微生物を供給する。例えば、糸状菌・カビ、酵母、枯草菌、中温性放線菌、高温性放線菌、エンテロバクター、好気性セルロース分解菌、嫌気性セルロース分解菌、アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌、脱窒菌である。

微生物の供給方法としては、例えば、図外の微生物培養槽を設けて、この微生物培養槽で培養した微生物を貯水槽２３の水に混入する。

最良の形態３
廃棄物処分場１０に、最良の形態１で説明した酸素溶解水の他に微生物への栄養分を供給したり、最良の形態２で説明した酸素溶解水と微生物の他に微生物への栄養分を供給することによって、微生物の活動を活発化させることができ、微生物による汚染土壌の浄化作用を向上できる。
栄養分としては、窒素やたんぱく質を供給する。栄養分の供給方法としては、例えば、最良の形態１；２の貯水槽に栄養分を混入したり、最良の形態２の微生物培養槽に栄養分を混入する。

最良の形態４
廃棄物処分場１０に、最良の形態１で説明した酸素溶解水の他に酵素を供給したり、最良の形態２で説明した酸素溶解水と微生物の他に酵素を供給したり、最良の形態２で説明した酸素溶解水と微生物と栄養分の他に酵素を供給することによって、微生物の活動を活発化させることができ、微生物による汚染土壌の浄化作用を向上できる。
酵素としては、プロテアーゼなどの糖分を供給する。酵素の供給方法としては、例えば、上述した貯水槽や微生物培養槽に混入する。

最良の形態５
本発明の汚染土壌浄化方法及び汚染土壌浄化装置は、油や揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などで汚染された汚染土壌を浄化したい場合にも使用できる。
例えば、汚染土壌において上記酸素溶解水を地下水位より下の位置まで配水管で導くととともに、汚染土壌中を流れる地下水の流れと同じ方向に向けて酸素溶解水を排出する構成とする。
この場合、最良の形態２のように上記酸素溶解水の他に微生物も汚染土壌に供給したり、最良の形態３の栄養分や、最良の形態４の酵素も汚染土壌に供給すれば、微生物による油や揮発性有機化合物の生分解がより促進され、汚染土壌を浄化できる。

上記では、制御装置１２による電子制御方式の酸素溶解水生成装置２を示したが、人が人力で流量調整弁などを調整する方式の酸素溶解水生成装置を用いてもよい。
微生物、栄養分、酵素は、汚染土壌に直接散布してもよい。
螺旋水路３２は、路面部３３における酸素溶解室１１の内壁面３５側の路縁と当該内壁面３５とが溶接などによって互いに連結されることによって酸素溶解室１１の内壁面３５に固定された構成のものでもよい。
酸素溶解水導出管１９、流量調整弁２０、配水管２７を用いずに酸素溶解水出口３１から廃棄物１０Ｙ上に酸素溶解水を散布する構成の酸素溶解水供給手段としてもよい。

汚染土壌浄化装置の設置図（最良の形態１）。 酸素溶解水生成装置の断面図（最良の形態１）。

符号の説明

１ 汚染土壌浄化装置、２ 酸素溶解水生成装置、３ 酸素供給手段、
４ 酸素圧力調整手段、５ 水供給手段、７ 酸素溶解水供給手段、
１０Ｚ 汚染土壌、１１ 酸素溶解室、３０ 水取込口、３１酸素溶解水出口、
３２ 螺旋水路（螺旋路）。

Claims (7)

1. 水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を微生物の生息する汚染土壌に供給することを特徴とする汚染土壌浄化方法。
2. 高濃度の酸素溶解水は、酸素溶解室内において大気圧以上の圧力に保たれた酸素中に水を通すことによって生成されたことを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌浄化方法。
3. 微生物を汚染土壌に供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の汚染土壌浄化方法。
4. 微生物への栄養分を汚染土壌に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
5. 酵素を汚染土壌に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
6. 酸素溶解水生成装置と、酸素溶解水生成装置に酸素を供給する酸素供給手段と、酸素溶解水生成装置に供給された酸素の圧力を大気圧以上に設定する酸素圧力調整手段と、酸素溶解水生成装置に水を供給する水供給手段と、酸素溶解水生成装置で生成された酸素溶解水を汚染土壌に供給する酸素溶解水供給手段とを備えた汚染土壌浄化装置であって、酸素溶解水生成装置は、酸素溶解室を備え、酸素供給手段及び酸素圧力調整手段により酸素溶解室内で大気圧以上の圧力に保たれた酸素中に水供給手段から供給された水を通すことによって、水中に溶解した気体がすべて酸素である高濃度の酸素溶解水を生成することを特徴とする汚染土壌浄化装置。
7. 酸素溶解水生成装置は、酸素溶解室に水を取込むための水取込口と酸素溶解水を酸素溶解室の外に出す酸素溶解水出口とを繋ぐ水路とを備え、水路が螺旋状に延長する螺旋路により形成されたことを特徴とする請求項６に記載の汚染土壌浄化装置。

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