JP2008149241A - 地下水の浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホウ素で汚染された地下水から容易且つ低コストにて汚染物質を除去することが可能な地下水の浄化方法を提供する。
【解決手段】地中に地下水浄化層３を設ける。この地下水浄化層３はホウ素の除去成分を有しており、地下水中のホウ素がこの除去成分と接触することにより、除去される。汚染物質除去成分は、アルカリ剤粒子とＮ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒である。アルカリ剤粒子としては酸化マグネシウム、鉄粉等が用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホウ素で汚染された地下水の浄化方法に関する。

ホウ素は半導体製造業、ガラス工業、メッキ工場等で使用されている。そのため、管理が適切でない場合や、事故等により土壌がホウ素に汚染されることがある。このホウ素は、通常の化学形態として陰イオンで存在するので、一旦漏洩すると比較的土壌に吸着され難いため汚染が帯水層まで到達する場合が多く、この場合地下水が汚染される。なお、ホウ素は、平成１１年に地下水環境基準値が１ｍｇ／Ｌ以下と定められている。

従来、汚染地下水の浄化には、揚水井戸を設けて地下水を揚水し、地上で浄化処理することが行われてきた。しかし、この方法では浄化期間が長期化する上に、揚水された汚染地下水を地上施設を用いて処理した上で放流する必要があるため、維持管理コストが高くなり、長期的には総コストは非常に高いものとなる。

ホウ素で汚染された地下水から容易かつ低コストにてホウ素を除去する方法として、特開２００４−２８３７６０に、マグネシウム化合物、ジルコニウム化合物、アルミナ及びアロフェンの少なくとも１種を含有した地下水浄化層を地中に壁状に設け、この地下水浄化層に地下水を透過させる方法が記載されている。この方法によると、地下水中に存在するホウ酸が、マグネシウム化合物、ジルコニウム化合物に吸着されるとともに、これらの化合物から溶出する金属イオンと不溶性の塩を生成し除去される。なお、マグネシウム化合物としては酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、ハイドロタルサイトが例示されている。
特開２００４−２８３７６０号公報

本発明は、上記特開２００４−２８３７６０に記載の方法よりもさらに十分にホウ素を除去することができる地下水の浄化方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の地下水の浄化方法は、地中に壁状に形成された、汚染物質除去成分を有した水透過性の地下水浄化層に汚染地下水を透過させることにより地下水を浄化する方法において、該汚染物質がホウ素であり、該汚染物質除去成分が、アルカリ剤粒子と、Ｎ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒とを含むことを特徴とするものである。

請求項２の地下水の浄化方法は、請求項１において、前記地下水浄化層において前記アルカリ剤粒子と前記ホウ素選択吸着樹脂粒とが混合状態となっていることを特徴とするものである。

請求項３の地下水の浄化方法は、請求項１において、前記地下水浄化層は、地下水透過方向上流側に設けられた、前記アルカリ剤粒子の含有層と、下流側に設けられた、前記ホウ素選択吸着樹脂粒の含有層とを有することを特徴とするものである。

請求項４の地下水の浄化方法は、請求項１ないし３のいずれか1項において、前記アルカリ剤粒子は、鉄粉、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトの少なくとも1種を含むことを特徴とするものである。

請求項５の地下水の浄化方法は、請求項１ないし４のいずれか1項において、前記地下水浄化層は、地下水透過方向最下流側に設けられた、中和用薬剤を含有した中和剤含有層を有することを特徴とするものである。

請求項６の地下水の浄化方法は、請求項５において、該中和剤は、酸性白土、活性白土、珪藻土、腐植土、火山灰土壌、及び弱酸性イオン交換樹脂の少なくとも1種であることを特徴とするものである。

請求項７の地下水の浄化方法は、請求項１ないし６のいずれか1項において、前記地下水浄化層が透水性材料を含有することを特徴とするものである。

本発明者は、ホウ素で汚染された地下水からのホウ素除去について研究を重ねた結果、地中に壁状に形成され、地下水が透過することによりホウ素が除去される地下水浄化層に、アルカリ剤粒子とＮ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒とを含有させることにより、ホウ素が十分に除去されることを見出した。本発明は、かかる知見に基づくものである。

本発明によるとホウ素が地下水中から十分に除去される理由については、Ｎ−メチルグルカミン基を有する樹脂は、ホウ素に対する選択性が非常に高く、地下水中に含まれる他の共存イオンによる吸着阻害がなく、効率的なホウ素の除去が可能であること、また、Ｎ−メチルグルカミン基を有する樹脂とアルカリ剤とを併用することにより、地下水中に存在する微生物によるＮ−メチルグルカミン基および樹脂母体の生分解が防止されるためであると推察される。なお、一般に、地下水中のホウ素はホウ酸イオン又はホウフッ化物イオンの形態で存在しており、ホウ素選択吸着樹脂粒に効率よく吸着される。

この地下水浄化層は、アルカリ剤粒子とＮ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒とを混合状態で含んでもよく、地下水がアルカリ剤粒子含有層を透過した後、Ｎ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒含有層を透過するようにしてもよく、いずれの場合も、ホウ素が十分に除去される。

本発明では、地下水浄化層がアルカリ剤粒子を含有するところから、地下水浄化層の地下水透過方向最下流側に中和剤含有層を設け、地下水浄化層のアルカリ剤粒子と接触してアルカリ性となった水を中和して地下水浄化層から流出させるようにしてもよい。この中和剤としては、酸性白土、活性白土、珪藻土、腐植土、火山灰土壌、及び弱酸性イオン交換樹脂などの弱酸性のものが好適である。

本発明では地下水浄化層に透水性材料を含有させることにより、地下水浄化層の透水性を高め、薬剤成分と地下水との接触効率を高めることができる。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る地下水の浄化方法を模式的に示す図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。

予め地下水流向、流速、及びホウ素濃度を把握し、汚染プルームが流れ込むように汚染帯水層１０の下流側（図中、矢印で示す地下水の流れ方向の下流側）の地中に、矢板１，２を打ち込むこと等により不透水性の壁を構成する。この不透水性の壁同士の間に、地下水浄化層３を設ける。この地下水浄化層３はホウ素除去成分を有しており、地下水中のホウ素がこの除去成分と接触することにより、除去される。

この実施の形態では、地下水浄化層３は、地中に形成されたトレンチに、汚染物質除去成分と、必要に応じこれに砂や礫等の透水性材料を混合したものを充填したものである。この地下水浄化層３の厚みは３０〜３００ｃｍ特に５０〜２００ｃｍ程度が好適である。

本発明では、汚染物質除去成分として、アルカリ剤粒子とＮ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒とを用いる。

アルカリ剤粒子としては、鉄粉、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトの少なくとも1種を含むことが好適である。アルカリ剤粒子は、これらのアルカリ剤成分のみから成ってもよく、透水性材料との混合造粒物より成ってもよい。

Ｎ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒としては、具体的には下記化学構造式を有したキレート樹脂が例示される。

このキレート樹脂中の水酸基の酸素原子とホウ素原子の相互作用で一種のキレート化合物を形成し、選択的にホウ酸イオンを吸着する。

本発明では、これらのホウ素除去成分は粒状であることが好ましい。粒度については、細かいと透水性に問題を生じ、粗いと比表面積が小さくなり性能上の問題を生じるので好ましくない。従って、粒状物質の粒度は０．０１〜４ｍｍ、好ましくは０．５〜１ｍｍ程度である。なお、細かい粉体状物質を適当な粒子径に造粒して使用することもできる。

汚染物質除去成分は、それのみがトレンチに充填されてもよいが、その使用量を低減したり、透水性を向上させるために、砂や礫等と混合して充填することもできる。

ホウ素除去成分を含む地下水浄化層は、上記のアルカリ剤粒子及び樹脂が混合状態で含有していてもよく、アルカリ剤粒子含有層を地下水透過方向の上流側に配置すると共に樹脂含有層を下流側に配置してもよい。

後者のようにアルカリ剤粒子含有層と樹脂含有層とを別々とする場合、アルカリ剤粒子含有層の厚さは５０〜１００ｃｍ程度が好適であり、樹脂含有層の厚さは５０〜２００ｃｍ程度が好適である。

本発明では、地下水浄化層の地下水透過方向の最下流側に中和用薬剤（中和剤）を含有した中和剤含有層を設けてもよい。この中和剤としては、酸性白土、活性白土、珪藻土、腐植土、火山灰土壌、及び弱酸性イオン交換樹脂の少なくとも1種が好適である。中和剤含有層は、この中和剤のみから成ってもよく、中和剤と上記の透水性材料との混合物から成ってもよい。中和剤の粒径は、上記のホウ素除去成分の粒径と同程度であることが好ましい。中和剤含有層の厚さは５０〜２００ｃｍ程度が好適である。

図１は、矢板１，２により遮水層を形成したｆｕｎｎｅｌ＆ｇａｔｅ法を採用したものであるが、本発明は何らこの方法に限定されるものではない。例えば、遮水層を省略し、地下水浄化層３のみを設けてもよい。また、地下水浄化層３はトレンチ以外によって構成されてもよい。例えば、地中に柱状の孔を複数列掘削し、この中に汚染物質除去成分を充填してもよい。

なお、上記のアルカリ剤粒子、Ｎ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒等のホウ素除去特性を確認する実験結果を次に示す。

実験例１
表１に示すホウ素除去剤を直径３０ｍｍのカラムに、２５ｃｍの充填層高となるように充填した。

なおＮｏ．１、３では２種類のホウ素除去剤を混合状態で充填し、Ｎｏ．２、４では２種類のホウ素除去剤を２層に分けて（即ち、カラムの下層側と、上層側とに分けて）充填した。
酸化マグネシウムの平均粒径は０．５〜４ｍｍ、鉄粉の平均粒径は０．３〜２．５ｍｍである。Ｎ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒としては、三菱化学株式会社製のダイヤイオン（同社登録商標）ＣＲＢ ０２（平均粒径０．４５ｍｍ）を用いた。併用した酸化マグネシウムとホウ素選択吸着樹脂粒との体積比は５０／５０である。水酸化マグネシウムの平均粒径は０．１ｍｍである。

このＮｏ．１〜４は実施例に相当するものである。Ｎｏ．５〜８は、ホウ素除去剤を１種のみ用いており、比較例に相当するものである。

ガラス工場跡地より採取した地下水を各々の充填カラムに通水してホウ素の除去試験を行った。現場から採取した地下水中のホウ素濃度は約２０ｍｇ／Ｌ、ｐＨは７．３であった。流出液中のホウ素濃度を測定し通水量５０、１００、１５０、２００ＢＶ時点での流出液中のホウ素濃度を表1に示す。
表1には、ホウ素の地下水基準濃度（１ｍｇ／Ｌ以下）を超えたときまでの通水倍量（ＢＶ）も示してある。

この実験の結果、本発明に相当するＮｏ．１〜４によると、長期にわたり十分にホウ素が除去されることが認められる。

本発明の実施の形態に係る地下水の浄化方法を模式的に示す図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。

符号の説明

１，２ 矢板
３ 汚染物質浄化層
１０ 汚染帯水層

Claims (7)

1. 地中に壁状に形成された、汚染物質除去成分を有した水透過性の地下水浄化層に汚染地下水を透過させることにより地下水を浄化する方法において、
   該汚染物質がホウ素であり、
   該汚染物質除去成分が、アルカリ剤粒子と、Ｎ−メチルグルカミン基を官能基として有するホウ素選択吸着樹脂粒とを含むことを特徴とする地下水の浄化方法。
2. 請求項１において、前記地下水浄化層において前記アルカリ剤粒子と前記ホウ素選択吸着樹脂粒とが混合状態となっていることを特徴とする地下水の浄化方法。
3. 請求項１において、前記地下水浄化層は、地下水透過方向上流側に設けられた、前記アルカリ剤粒子の含有層と、下流側に設けられた、前記ホウ素選択吸着樹脂粒の含有層とを有することを特徴とする地下水の浄化方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか1項において、前記アルカリ剤粒子は、鉄粉、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトの少なくとも1種を含むことを特徴とする地下水の浄化方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか1項において、前記地下水浄化層は、地下水透過方向最下流側に設けられた、中和用薬剤を含有した中和剤含有層を有することを特徴とする地下水の浄化方法。
6. 請求項５において、該中和剤は、酸性白土、活性白土、珪藻土、腐植土、火山灰土壌、及び弱酸性イオン交換樹脂の少なくとも1種であることを特徴とする地下水の浄化方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか1項において、前記地下水浄化層が透水性材料を含有することを特徴とする地下水の浄化方法。

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