JP2008229579A

JP2008229579A - 土壌及び地下水の浄化方法

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Publication number: JP2008229579A
Application number: JP2007076355A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ito; 善孝伊藤; Keiichi Suzuki; 圭一鈴木; Koji Shimizu; 巧治清水; Kazuhiro Niwa; 和裕丹羽; Kazuya Shimada; 和哉島田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: JP4770767B2

Abstract

【課題】芽胞を持つ嫌気性微生物、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３が揮発性有機塩素化合物を低分子化するに当たって、揚水した地下水の塩化物イオン濃度の増減を計測することで、前記嫌気性微生物が活性して揮発性有機塩素化合物を分解、低分子化して無害化となる処理方法を提供する。
【解決手段】汚染領域２または、その近傍に土壌下部の透水層３下部に達する注入井戸４と揚水井戸５を設け、嫌気性微生物とそれを活性させる栄養源を注入井戸４に注入し、揚水井戸５から揚水した地下水を貯留槽９に貯留し、貯留槽９の地下水を曝気槽１０に流入させ、曝気槽１０を好気状態とするとともに嫌気性微生物を芽胞形成させた後、微生物培養槽８で発芽させ、発芽した嫌気性微生物を再度注入井戸４に注入させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、揮発性有機塩素化合物によって汚染された土壌及び地下水について、微生物によって浄化させる方法に関する。

微生物を利用して汚染された土壌及び地下水を浄化する方法として、バイオスティミレーションとバイオオギュメンテーションの２通りの方法がある。前者のバイオスティミレーションとは、揮発性有機塩素化合物によって汚染された土壌及び地下水の汚染領域に自生している微生物のうち揮発性有機塩素化合物を分解する微生物を活性化させる栄養源を注入し、その微生物の働きにより揮発性有機塩素化合物を低分子化させて、最終的には無害化するものである。

また、後者のバイオオギュメンテーションは、揮発性有機塩素化合物によって汚染された土壌及び地下水の汚染領域に揮発性有機塩素化合物を分解する微生物を外部から導入して汚染の浄化を促進するものである。

しかしながら、バイオスティミレーションやバイオオギュメンテーションを利用して揮発性有機塩素化合物によって汚染された土壌及び地下水の汚染領域に揮発性有機塩素化合物を分解する方法は数多く挙げられているが、その殆どがジクロロエチレンやジクロロメタンまでの低分子化で留まることが多く、このジクロロエチレンやジクロロメタンが人体に与える影響（発がん性の可能性）がテトラクロロエチレンや、トリクロロエチレンと比較して最も高く、ジクロロエチレンやジクロロメタンを低分子化する微生物についても多くは発見されていない。

そして、このような生物膜はが効率良く排水中の有機物を処理するので、ＢＯＤ容積負荷が活性汚泥法の５倍前後もあるため、り極めて効率のよい排水処理方法である。しかし、生物膜処理法は、元々はＢＯＤが低く水量の多い排水場合に有利な処理法であり、３次処理に使用されていた。しかしながらそして、ここ数年らい近年では、ＢＯＤ容積負荷が高い点に着目して１次処理や２次処理にも使用され始めているるようになった。尚また、回転接触曝気法、や嫌気性浸漬濾床、散水撒水濾床など等も、ＢＯＤ容積負荷が高い処理方法である。

ジクロロエチレンやジクロロメタンを低分子化する微生物については、Ｄｅｈａｌｏｃｏｃｃｏｉｄｅｓｅｔｈｅｎｏｇｅｎｅｓ１９５株が嫌気性微生物として知られており、この微生物を利用したジクロロエチレン（ＤＣＥ）の分解に関する浄化判定について提案されている（下記特許文献１参照）。
特開２００６‐２６５５３号公報

Ｄｅｈａｌｏｃｏｃｃｏｉｄｅｓｅｔｈｅｎｏｇｅｎｅｓ１９５株に代表される揮発性有機塩素化合物を低分子化及び無害化する微生物の分解経路は塩素が１つずつ外れ、例えばＰＣＥ（テトラクロロエチレン）では、ＰＣＥ→ＴＣＥ→ｃｉｓ−ＤＣＥ→ＶＣ→エチレンというように分解される。

このときのｃｉｓ−ＤＣＥについて、汚染領域の土を採取して試験土として調整、また汚染領域の地下水を採取して試験水として調整し、試験土及び試験水にジクロロエチレン（ＤＣＥ）を添加してジクロロエチレンスパイク試験土及び試験水を調整し、これらに嫌気性微生物による分解を促進させるための嫌気性微生物促進剤とを混合し、この混合物を嫌気状態下において所定温度に保持した後、この混合物に含まれているジクロロエチレンをガスクロマトグラフィ又は液体クロマトグラフィを用いて分析し、ジクロロエチレンが減少していた場合は、ＤＣＥ分解微生物が存在するという判断をするというものである。

このような分析技術を用いても、その作業が複雑で結果が出るまでに最低２日以上かかる。また、ガスクロマトグラフィ又は液体クロマトグラフィを用いて分析する場合、塩素イオン濃度の測定も必要条件である。これは分解経路で塩素が同時に２つ以上外れる場合もあり低分子化と、微生物による分解や代謝物として塩化物イオンを生成する微生物も存在するからである。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、芽胞を持つ嫌気性微生物（クロストリジウム属、バチルス属）によって、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）が揮発性有機塩素化合物（特にｃｉｓ−ＤＣＥ＝シスージクロロエチレン）を低分子化するに当たって、揚水した地下水の塩化物イオン濃度の増減を計測することで、芽胞を持つ嫌気性微生物が活性して揮発性有機塩素化合物を低分子化して無害化となる処理方法を提供することである。

上記課題について、発明者が鋭意検討を重ねた結果、本願第１の発明に係る土壌及び地下水の浄化方法は、揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌及び地下水を、芽胞を持つ嫌気性微生物によって浄化処理する方法であって、汚染領域または汚染領域の近傍に土壌下部の透水層下部に達する注入井戸と揚水井戸を設け、前記嫌気性微生物及び前記嫌気性微生物を活性させる栄養源を前記注入井戸に注入し、前記揚水井戸から揚水した前記地下水を地上において貯留槽に貯留し、前記貯留槽の前記地下水を、制御弁を介して曝気槽に流入させ、前記曝気槽に具備された散気管から空気による曝気を行い、前記曝気によって前記曝気槽を好気状態とするとともに前記嫌気性微生物を芽胞形成させて、後段の培養槽に具備された加温手段により前記嫌気性微生物を発芽させ、発芽した前記嫌気性微生物を再度前記注入井戸に注入させる工程を繰り返すことを特徴とするものである。

この方法によって、芽胞を持つ嫌気性微生物が発芽し活性する状態と芽胞を形成して活性を停止することをコントロールでき、発芽し活性する状態では、揮発性有機塩素化合物を体内に取込み、好気状態とした場合には芽胞を形成することを繰り返すことにより、嫌気性微生物の増殖命令を司る遺伝子を働かすことができ、芽胞を持つ嫌気性微生物を増殖させることができる。その理由は、芽胞を持つ嫌気性微生物の生息環境を活性可能な環境と、活性が困難な環境を循環させることにある。

また、本願第２の発明に係る土壌及び地下水の浄化方法は、嫌気性微生物が、少なくともクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を含むクロストリジウム属であることを特徴としたものである。

この方法によって、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）は、揮発性有機塩素化合物であるＰＣＥ（テトラクロロエチレン）、ＴＣＥ（トリクロロエチレン）、ｃｉｓ−ＤＣＥ（シスージクロロエチレン）と栄養源等を体内に取込み、代謝物として、酢酸、酪酸、塩化物イオンを放出する。放出された酢酸及び酪酸は、他の嫌気性微生物の栄養源の一部として利用できる。

またクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）は、分解経路が塩素を１つずつ外すＤｅｈａｌｏｃｏｃｃｏｉｄｅｓｅｔｈｅｎｏｇｅｎｅｓ１９５株とは異なる分解経路を示す。

また、本願第３の発明に係る土壌及び地下水の浄化方法は、曝気槽での曝気により揮発性有機塩素化合物であるＰＣＥ（テトラクロロエチレン）、ＴＣＥ（トリクロロエチレン）、ｃｉｓ−ＤＣＥ（シスージクロロエチレン）等を揮発させることを特徴とするものである。

この方法によって、揚水井戸から汲みあげた汚染された地下水を一時的に貯留槽にためた後、流量制御弁により制御された流量の地下水を曝気槽に供給することにより、地下水に溶解している浄化できなかった揮発性有機塩素化合物を揮発させることができ、且、曝気槽を好気状態とすることで、芽胞を持つ嫌気性微生物の芽胞形成を促すことができる。

また、本願第４の発明に係る土壌及び地下水の浄化方法は、培養槽において、加温手段がシーズヒータであり、前記シーズヒータの加熱により培養槽の温度が２５℃から３７℃に調整され、前記嫌気性微生物を活性、増殖するよう栄養源供給槽から栄養源を前記培養槽に供給することを特徴とするものである。

この方法によって、培養槽において、シーズヒータによって水温を２５℃から３７℃の培養適正温度に調整し、芽胞形成しているクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を発芽させることができる。

また、この培養槽に栄養源供給槽から栄養源を供給することで、クロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を活性・増殖させることができる。

また、本願第５の発明に係る土壌及び地下水の浄化方法は、培養槽に供給する栄養源供給槽からの栄養源は、グルコースが溶解した水溶液が主成分であることを特徴とするものである。

この方法によって、栄養源により培養槽中のクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（注入井戸に注入する前記前記嫌気性微生物が、微生物供給槽からの芽胞形成をした前記前記嫌気性微生物と、前記培養槽からの発芽した前記嫌気性微生物を同時に注入することを特徴としたｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を増殖させることができる。

この栄養源の割合は、グルコース５２％、アスパラギン−水和物２５％Ｋ₂ＨＰＯ₄１５％、ＫＨ₂ＰＯ₄４％、ＭｇＳＯ₄１％、その他の塩３％であり、地下水との親和性から、グルコースは液体状が好ましい。

また、本願第６の発明に係る土壌及び地下水の浄化方法は、注入井戸に注入する嫌気性微生物が、微生物供給槽からの芽胞形成をした前記嫌気性微生物と、前記培養槽からの発芽した前記嫌気性微生物を同時に注入することを特徴としたものである。

この方法によって、注入井戸から注入される嫌気性微生物（クロストリジウム属）が、芽胞形成をした嫌気性微生物と、発芽した嫌気性微生物を栄養源とともに同時に注入することで、地下水の流れとともに透水槽の汚染領域で拡散させることができる。

また、本願第７の発明に係る土壌及び地下水の浄化方法は、注入井戸に注入する嫌気性微生物が、微生物供給槽からの芽胞形成をした前記前記嫌気性微生物と、培養槽からの発芽した前記嫌気性微生物であり、前記培養槽からの発芽した前記嫌気性微生物を連続的に注入し、前記微生物供給槽からの芽胞形成をした前記嫌気性微生物は一定の時間をおいて間欠的に供給することを特徴としたものである。

この方法によって、注入井戸から注入される嫌気性微生物（クロストリジウム属）のうち、発芽した嫌気性微生物と栄養源を同時に連続的に注入し、微生物供給槽からの芽胞形成をした嫌気性微生物は一定の時間をおいて間欠的に供給することで、嫌気性微生物の活性する時間に時間差を設けることと、注入する嫌気性微生物の注入量を節約することができる。

本発明により、揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌及び地下水を、芽胞を持つ嫌気性微生物によって揮発性有機塩素化合物の一つであるｃｉｓ−ＤＣＥを分解、浄化し無害化処理することができる。

この浄化処理に際して、汚染領域または汚染領域の近傍に、透水層下部に達する注入井戸と揚水井戸を設け、地上において揚水した地下水を曝気することで、芽胞を持つ嫌気性微生物が芽胞形成をし、その後段の培養槽において芽胞を持つ嫌気性微生物を発芽させることで微生物の活性及び増殖を促進させることができる。

請求項１に記載の発明は、揮発性有機塩素化合物（例えば、ＰＣＥ、ＴＣＥ、ｃｉｓ−ＤＣＥ等）で汚染された土壌及び地下水を、芽胞を持つ嫌気性微生物（例えば、バチルス属、クロストリジウム属等）によって浄化処理する方法であって、汚染領域または汚染領域の近傍に土壌下部の透水層下部に達する位置までの注入井戸を汚染領域の地下を流れる地下水の上流側に、もう一方の揚水井戸は地下水の下流側に夫々１本または複数本設け、前記嫌気性微生物及び前記嫌気性微生物を活性させる栄養源（例えば、グルコースが溶解した水溶液、液体状のスクロース等の糖類）を前記注入井戸に注入し、前記揚水井戸から揚水した前記地下水を地上において貯留槽に貯留し、貯留した地下水を一部抜き取り塩化物イオン濃度を液体クロマトグラフィで測定し、塩化物イオン濃度が高くなれば、芽胞を持つ嫌気性微生物（特に、クロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）が活性していると判断でき、前記貯留槽に貯めた地下水全てを、制御弁を介して曝気槽に流入させ、前記曝気槽に具備された散気管から空気による曝気を行い、前記曝気によって前記曝気槽を好気状態とする。このとき芽胞を持つ通性嫌気性微生物であるバチルス属が活性、増殖するとともに前記嫌気性微生物のうちクロストリジウム属を芽胞形成させて、後段の培養槽（窒素ガス充填嫌気状態）に具備された加温手段（シーズヒータで水温を２５℃から３７℃に調整）により前記嫌気性微生物（クロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５））を発芽させ、発芽した嫌気性微生物（クロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５））を培養槽で増殖させ、増殖させた嫌気性微生物（クロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５））と培養槽で芽胞形成したバチルス属を再度前記注入井戸に注入させる工程を繰り返すことにより、揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌及び地下水を浄化することができる。

特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）は、ＰＣＥ、ＴＣＥ、ｃｉｓ−ＤＣＥ、ＶＣを、分解、または体内に取込み低分子化させることができ、バチルス属は、１５℃（地下水温度）の状態でも活性し、硝酸態窒素、硫酸イオン、硫化水素、油分、アンモニア、澱粉を糖に分解することから、偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）と、通性嫌気性微生物であるバチルス属とを汚染領域で共存させることができる。これにより、揮発性有機塩素化合物の嫌気性微生物による低分子化と、嫌気性微生物の活性化及び増殖を行うことができる。

また、請求項２に記載の発明は、前記嫌気性微生物が、少なくともクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を含むクロストリジウム属であることを特徴とするものであり、Ｄｅｈａｌｏｃｏｃｃｏｉｄｅｓｅｔｈｅｎｏｇｅｎｅｓ１９５株に代表される揮発性有機塩素化合物を低分子化及び無害化する偏性嫌気性微生物と同じく、揮発性有機塩素化合物を低分子化及び無害化できる。

また、請求項３に記載の発明は、曝気槽での曝気により揮発性有機塩素化合物を揮発させることを特徴とするものであり、曝気により好気性雰囲気化において、通性嫌気性微生物であるバチルス属の活性、増殖をさせることができる。

さらに曝気により好気性雰囲気化において、偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を芽胞形成させることができ、芽胞形成の状態と、発芽する状態をコントロールすることができる。

また、請求項４に記載の発明は、培養槽において、加温手段がシーズヒータであり、前記シーズヒータの加熱により培養槽の温度が２５℃から３７℃に調整され、嫌気性微生物のうち、編成嫌気性微生物を活性、増殖するように、前記培養槽に窒素ガスを用いて嫌気雰囲気化にした後、栄養源供給槽から栄養源を前記培養槽に供給することを特徴とするものである。

これにより、通生嫌気性微生物であるバチルス属を芽胞形成させることができ、偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を選択的に増殖させることができる。この増殖に関しては、好気性雰囲気化という環境ストレスを与え、芽胞形成させた後、増殖に適した温度である２５℃から３７℃（最も適した温度は培養実験から３４℃であった）で、栄養源を供給した培養槽に移動させることにより、発芽し、かつ増殖させることができる。

また、請求項５に記載の発明は、培養槽に供給する栄養源は、グルコースが溶解した水溶液を主成分であることを特徴とするものであり、具体的な前記栄養源の成分割合は、グルコース５２％、アスパラギン水和物２５％Ｋ₂ＨＰＯ₄１５％、ＫＨ₂ＰＯ₄４％、ＭｇＳＯ₄１％、その他の塩３％である。この栄養源のうち主成分であるグルコースの代替としてスクロースや廃密糖にすることができる。

この栄養源により、偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を活性、増殖させることができる。

また、請求項６に記載の発明は、注入井戸に注入する偏性嫌気性微生物が、微生物供給槽からの芽胞形成をした偏性嫌気性微生物と、前記培養槽からの発芽した偏性嫌気性微生物及び芽胞形成をした通性嫌気性微生物を同時に注入することを特徴としたものである。

これにより、注入井戸から注入される発芽した偏性嫌気性微生物（クロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５））が、芽胞形成をした偏性嫌気性微生物及び、芽胞形成をした通性嫌気性微生物とグルコースを主成分とした栄養源を同時に注入することで、地下水の流れとともに透水槽の汚染領域で拡散させることができ、汚染物質である揮発性有機塩素化合物を低分子化又は無害化することができる。

また、請求項７に記載の発明は、注入井戸に注入する編成嫌気性微生物が、微生物供給槽からの芽胞形成をした前記偏性嫌気性微生物と、前記培養槽からの発芽した前記偏性嫌気性微生物と芽胞形成をした通性嫌気性微生物であり、前記培養槽からの発芽した前記偏性嫌気性微生物及び芽胞形成をした通性嫌気性微生物を連続的に注入し、前記微生物供給槽からの芽胞形成をした前記偏性嫌気性微生物は一定の時間をおいて間欠的に供給することを特徴としたものである。

これにより、注入井戸から注入される偏性嫌気性微生物（クロストリジウム属）のうち、発芽した偏性嫌気性微生物及び芽胞形成をした通性嫌気性微生物とグルコースを主成分とした栄養源を同時に連続的に注入し、微生物供給槽からの芽胞形成をした偏性嫌気性微生物（クロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５））は一定の時間をおいて間欠的に供給することで、偏性嫌気性微生物の活性する時間に時間差を設けることで、注入する偏性嫌気性微生物の注入量を節約することができ、しかも汚染物質である揮発性有機塩素化合物を低分子化又は無害化することができる。

本発明について図１を用いて説明する。図１は本発明の浄化処理方法の概略図である。汚染物質である揮発性有機塩素化合物は、電子部品等の洗浄に過去頻繁に使用されていたが、近年環境基準値を超える濃度の揮発性有機塩素化合物が土壌や、地下水から検出されるようになった。

この揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌は、現在稼動している工場の地下や、過去に使用していた工場跡地１から検出され、その汚染浄化作業に例えば掘削工法、金属還元剤注入工法、微生物利用浄化工法等により行われている。

本発明は、揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌・地下水の浄化に際して、微生物を利用したバイオオギュメンテーションによって浄化することを試みた。

図１に示すように、工場は無く工場跡地１での浄化作業であり、工場跡地１の広さは約３００００ｍ²であり、その中の汚染領域２は２０００ｍ²であった。

資料等の調査をした後、バイオオギュメンテーションが可能か否かを試験した。

この工場跡地１の揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌・地下水の汚染領域２は、地下水が流れる透水層３にまで達している。

この汚染領域２に相関する地下水の上流側に表層から砂礫等の透水層３の下部まで掘削した直径１００ｍｍの注入井戸４を設け、この注入井戸４から見て汚染領域２の対向する地下水の下流側の位置に揚水井戸５を設けた。尚、注入井戸４は、汚染領域２の揮発性有機塩素化合物の最も濃度が高い位置に設けても良い。

また、注入井戸４からは、地上に設けた栄養源供給槽６、微生物供給槽７、微生物培養槽８から栄養源と、偏性嫌気性微生物及び通性嫌気性微生物が注入される。栄養源供給槽６には、グルコースを主成分とする液体状の栄養源が入っており、偏性嫌気性微生物、通性嫌気性微生物の活性化を促進するものである。栄養源供給槽６の栄養源は微生物培養槽８に投入された後、注入井戸４に注入される。また、微生物供給槽７からの偏性嫌気性微生物及び通性嫌気性微生物は芽胞形成した胞子状態の微生物であり、微生物の供給に際しては、微生物供給槽７から直接注入井戸４に注入するものと、微生物培養槽８に投入後、偏性嫌気性微生物を胞子状態から発芽させ活性化させた後、微生物培養槽８で増殖された
偏性嫌気性微生物及び芽胞形成した通性嫌気性微生物と栄養源と共に注入井戸４に注入するものがある。ここで言う偏性嫌気性微生物は芽胞を持つクロストリジウム属であり、特には、クロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）である。また、通性嫌気性微生物は芽胞を持つバチルス属である。また、栄養源は、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を増殖、活性促進させる為のものであり、グルコースを主成分とする液体状の栄養源を使用した。具体的な成分は、グルコース５０％、アスパラギン−水和物２５％Ｋ₂ＨＰＯ₄１５％、ＫＨ₂ＰＯ₄４％、ＭｇＳＯ₄２％、その他の塩４％としたが。栄養源のうち主成分であるグルコースの代替としてスクロースや廃密糖を用いることもできる。また、実験室レベルでの培養では、３４℃の温度管理化において、栄養源の成分割合をグルコース５２％、アスパラギン−水和物２５％Ｋ₂ＨＰＯ₄１５％、ＫＨ₂ＰＯ₄４％、ＭｇＳＯ₄１％、その他の塩３％とした場合が、最も増殖速度が速かった。微生物培養槽８には、加温手段であるシーズヒータが具備されており、微生物培養槽８の溶液の温度を増殖に適した温度である２５℃から３７℃にコントロールできるように微生物培養槽８の槽内下部にサーミスターが備わっている。

また、微生物培養槽８には、後述する曝気槽とも配管で連通している。

ここで、揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌・地下水の浄化のフローを説明すると、注入井戸４に注入された偏性嫌気性微生物及び芽胞形成した通性嫌気性微生物と栄養源は、地中の透水層３から地下水流によって分散され、汚染領域２の揮発性有機塩素化合物（特にｃｉｓ‐ＤＣＥ）を、偏性嫌気性微生物、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）によって低分子化される。偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３が揮発性有機塩素化合物を摂取し、その代謝物として塩化物イオンが放出される。代謝物としては他に酪酸、酢酸、二酸化炭素などがある。これらのうち、グルコースを体内で分解し、代謝物として放出された酪酸、酢酸は、他の嫌気性微生物の栄養源の一部となり、浄化促進を図ることができる。透水層３の地下水には硫酸イオンも多く含まれているが、通性嫌気性微生物であるバチルス属により分解される。

このように表層から透水層３の地下水に染み出た揮発性有機塩素化合物（ＰＣＥ、ＴＣＥ、ｃｉｓ‐ＤＣＥ、ＶＣ）は、低分子化又は無害化される。本発明を用いての浄化を時系列で観測した結果、揮発性有機塩素化合物であるＰＣＥ及びＴＣＥは約６０日で環境基準値以下になり、ｃｉｓ‐ＤＣＥについても８０日で環境基準値以下になった。

しかしながら、地下水の流れる方向や、地下水の水位、（高低差）により、揮発性有機塩素化合物が偏性嫌気性微生物と接しない場合もあり、汚染領域２の地下水の下流側に揚水井戸５を設け、地下水を揚水する。なお、揚水した地下水の温度は１８℃であった。この揚水させた地下水は一時的に貯留槽９に貯められ、この貯留槽の地下水を一部抜き取り、溶出している塩化物イオン濃度を液体クロマトグラフィで測定することで、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３が揮発性有機塩素化合物（ＰＣＥ、ＴＣＥ、ｃｉｓ‐ＤＣＥ、ＶＣ）を体内に摂取し、揮発性有機塩素化合物の低分子化を促進している状態を判断することができる。また、貯留槽９に貯められた地下水に揮発性有機塩素化合物が残存していても、貯留槽９より後段で処理をする曝気槽１０の散気管１１からの曝気により、揮発性有機塩素化合物を揮発させることができる。このとき、貯留槽９に貯められた地下水は全量を曝気槽１０に移すことになる。なぜなら溶出している塩化物イオン濃度を正確に測定するには、貯留槽９に地下水が残存した状態では難しいからである。曝気槽１０において散気管からの曝気により、揮発性有機塩素化合物を揮発させた後の処理水は、曝気槽１０の底部から配管を介して、微生物培養槽８に供給される。この一連の処理工程を繰り返すことにより、揮発性有機塩素化合物（ＰＣＥ、ＴＣＥ、ｃｉｓ‐ＤＣＥ、ＶＣ）は、低分子化又は無害化される。

また、微生物については、この一連の処理において、微生物供給槽７では、通性嫌気性微生物及び偏性嫌気性微生物は、芽胞を形成した胞子状態であり、微生物培養槽８においては槽内が窒素ガスで充填され、完全に嫌気状態となっているため、通性嫌気性微生物であるバチルス属は、芽胞を形成した胞子状態であり、偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）は発芽状態となり、増殖または活性化する。また、注入井戸４から注入された通性嫌気性微生物であるバチルス属は、芽胞を形成した胞子状態から発芽して活性化する。また、偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）は、微生物供給槽７から芽胞を形成した胞子状態のまま注入井戸４から注入されるものと、微生物培養槽８に供給された後、胞子状態から発芽して活性化されたものを、グルコースを主成分とする栄養源と共に注入するものがある。

また、曝気槽１０においては、偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）は、好気状態となるため、芽胞を形成し、胞子状態となる。これは偏性嫌気性微生物であるクロストリジウム属、特にクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）に、生存環境のストレスを与え、後段の処理工程である微生物培養槽８において増殖作用を促進させるものである。

以上、揮発性有機塩素化合物の浄化処理方法とそれに用いる微生物のメカニズムを説明したが、本発明の一実施例に過ぎず、曝気槽１０が不要な場合や、微生物供給槽７から必ず微生物培養槽８を介して注入井戸４に注入するなど、汚染土壌の存在する現場にあわせた施工方法で揮発性有機塩素化合物を浄化する形態についても同様である。

本発明の浄化処理方法の概略図

符号の説明

１工場跡地
２汚染領域
３透水層
４注入井戸
５揚水井戸
６栄養源供給槽
７微生物供給槽
８微生物培養槽
９貯留槽
１０曝気槽

Claims

揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌及び地下水を、芽胞を持つ嫌気性微生物によって浄化処理する方法であって、汚染領域または汚染領域の近傍に土壌下部の透水層下部に達する注入井戸と揚水井戸を設け、前記嫌気性微生物及び前記嫌気性微生物を活性させる栄養源を前記注入井戸に注入する注入工程と、前記揚水井戸から揚水した前記地下水を地上において貯留槽に貯留する貯留工程と、前記貯留槽の前記地下水を、制御弁を介して曝気槽に流入させ、前記曝気槽に具備された散気管から空気による曝気を行う曝気工程と、前記曝気工程によって前記曝気槽を好気状態とするとともに前記嫌気性微生物を芽胞形成させて、後段の培養槽に具備された加温手段により前記嫌気性微生物を発芽させる培養工程と、発芽した前記嫌気性微生物を再度前記注入井戸に注入させる工程を繰り返すことを特徴とする土壌及び地下水の浄化方法。
前記嫌気性微生物が、少なくともクロストリジウム・スピーシーズＫＤ１３（ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＫＤ１３（特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−２１１１５）を含むクロストリジウム属であることを特徴とする請求項１記載の土壌及び地下水の浄化方法。
前記曝気槽での前記曝気により前記揮発性有機塩素化合物を揮発させることを特徴とする請求項１記載の土壌及び地下水の浄化方法。
前記培養槽において、加温手段がシーズヒータであり、前記シーズヒータの加熱により培養槽の温度が２５℃から３７℃に調整され、前記嫌気性微生物を活性、増殖するよう栄養源供給槽から栄養源を前記培養槽に供給することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の土壌及び地下水の浄化方法。
前記培養槽に供給する前記栄養源は、グルコースが溶解した水溶液が主成分であることを特徴とする請求項１または請求項４記載の土壌及び地下水の浄化方法。
前記注入井戸に注入する前記嫌気性微生物が、微生物供給槽からの芽胞形成をした前記前記嫌気性微生物と、前記培養槽からの発芽した前記嫌気性微生物を同時に注入することを特徴とした請求項１記載の土壌及び地下水の浄化方法。
前記注入井戸に注入する前記嫌気性微生物が、微生物供給槽からの芽胞形成をした前記前記嫌気性微生物と、前記培養槽からの発芽した前記嫌気性微生物であり、前記培養槽からの発芽した前記嫌気性微生物を連続的に注入し、前記微生物供給槽からの芽胞形成をした前記前記嫌気性微生物は一定の時間をおいて間欠的に供給することを特徴とした請求項１記載の土壌及び地下水の浄化方法。