JP2009154044A - 原位置バイオレメディエーションによる汚染土壌の浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原位置バイオレメディエーションを実施するに際して、簡単な方法で汚染物質に対する微生物の分解能を高めて、効率的で経済的に汚染土壌を浄化する方法を提供する。
【解決手段】 汚染土壌領域の土壌の一部を採取し、該採取土壌に対してバイオレメディエーションの適用性を評価する事前評価試験を実施して、該採取土壌中に汚染物質の分解能を有する微生物を生育して該採取土壌を浄化する。次いで、その浄化された土壌を粒状に成形して、微生物を含んだ土壌成形体２とする。この土壌成形体２を、汚染土壌領域を流れる地下水流の上流側に配置した井戸１に充填し、土壌成形体２に含まれる微生物を汚染土壌領域に移動・拡散させることによって、汚染土壌領域を原位置で浄化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、汚染物質を包含する土壌領域を原位置バイオレメディエーションによって浄化する方法に関し、さらに詳しくは、原位置の汚染土壌に生息する微生物を用いたバイオスティミュレーションによって、低コストで効率的に汚染土壌領域を浄化する方法に関する。

我国においては、従来からクロム、カドミウム、鉛などの重金属に対して公害防止が叫ばれ、その対策に取り組んできた。しかし、近年では、化学的な汚染物質である石油系化合物、有機塩素化合物、農薬（肥料）などによる土壌の汚染が深刻な社会問題となっている。

これらの土壌汚染は、動植物の生育を直接的に阻害するばかりではなく、汚染物質の大気中への揮発・拡散により大気汚染を引き起こしたり、雨水とともに河川や湖沼、地下水へと汚染物質が流出して汚染が拡大したりする恐れがある。また、食物連鎖の上でも、広範囲にわたって被害が拡大する危険性が高い。

これらの土壌汚染に対する根本的な浄化対策としては、汚染物質を包含する土壌を掘削して地上で浄化し、清浄な土壌にして埋め戻す方法が行われており、その浄化方法としては焼却、水・薬品等での洗浄、或いは微生物の代謝機能を利用して汚染物質を分解するバイオレメディエーションなどが行われてきた。また、汚染土壌領域に固化剤を注入し、固定化・安定化する方法、汚染物質から揮発した有害ガスを井戸から吸引することによる分離・無害化方法、又は汚染物質が溶脱した地下水の揚水による土壌からの分離・無害化方法等の処理方法も行われてきた。

しかし、汚染された土壌を掘削した後に地上で浄化して埋め戻す方法は、多大なコストと労力がかかり、大量の汚染土壌の処理には不適当である。しかも、焼却して浄化する場合は、例えば有機塩素化合物で汚染された土壌ではダイオキシンなどの有害物が二次的に発生する危険性があり、土壌洗浄法の場合は洗浄後の廃水処理や分離した汚染物質の処理等の問題がある。また、バイオレメディエーションでは、微生物の生態により修復期間が他の洗浄方法と比較して長くなってしまうという問題がある。更に、固定化・安定化する方法は信頼性に問題があり、恒久的な対策としては適切ではないし、ガス吸引や揚水浄化処理方法では浄化に限界があるという問題を抱えている。

一方、汚染が実際に確認されている場所としては、主に工場跡地が多いが、その他、稼動中の工場敷地内及びその周辺なども潜在的な汚染場所として数多く存在していると考えられる。これら稼動中の工場敷地内においては、汚染領域が建物の直下であったり、地下配管が廻らされていたり、或いは設備等が隣接していて重機が進入出来ないなど、土壌を掘削しての浄化は極めて困難であることが多いため、必然的に原位置における浄化処理の必要性が高くなり、とりわけ原位置バイオレメディエーションが適しているとされてきた。

原位置バイオレメディエーションには大きく分けて、原位置に生息する汚染物質分解菌を選択的に活性化して浄化するバイオスティミュレーションと、汚染物質分解能を持つ微生物を原位置に注入するバイオオーギュメンテーションとがあり、いずれも比較的汚染濃度が低く、広範囲に及ぶ汚染領域の浄化に適しているとされている。これらの方法は、一般的に、対象とする汚染物質に対する微生物の分解能をラボスケールにおいて事前に調査することによって、バイオレメディエーションの現地への適応性を十分に検討する必要がある。

従来、原位置バイオレメディエーションを実施する際には、特開平１１−０９０４１１号公報（特許文献１）及び特開２００６−００７１８２号公報（特許文献２）に記載されるように、汚染物質分解能を持つ微生物の分解活性を向上させるために、事前に微生物の培養（以下、前培養と称する）を実施する施工法が知られている。これらの施工法は微生物の分解能を地上設備で前培養することにより向上させるものであり、前培養を実施しない施工法と比較すると、微生物を活性化させるための条件を絞りやすいという特徴を有している。
特開平１１−０９０４１１号公報 特開２００６−００７１８２号公報

しかしながら、上記特許文献１の前培養を伴う従来の原位置バイオレメディエーション施工法では、前培養の対象が、浄化対象となっている汚染土壌・汚染地下水そのものではなく、微生物そのものである。このため、前培養する前に、当該汚染物質に対する分解能の高い特定の微生物をスクリーニングする必要がある。従って、汚染土壌・汚染地下水の浄化が非効率的となり、コスト高に繋がる可能性がある。また、培養する微生物を外部から導入する場合には、環境や人体等に対する影響にも注意をはらう必要がある。

一方、上記特許文献２の前培養法を伴う従来の原位置バイオレメディエーション施工法においては、汚染物質分解能を有する微生物を前培養するための装置を浄化設備に組み込む必要があり、この装置が大掛かりで高コストに繋がる可能性が懸念される。更に、前培養は原位置バイオレメディエーションと並行して行われるため、浄化期間に応じランニングコストも嵩むことになる。また、前培養した微生物を半固定状態、あるいは適当な担体に担持させた状態で原位置にもどす場合は、固定や担持用の担体が別途必要となるうえ、微生物を担持する工程も必要となるため、更にコスト高が予想される。

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑み、汚染物質を包含する汚染土壌領域に対して、原位置バイオレメディエーションを実施するにあたり、簡単な方法で汚染物質に対する微生物の分解能を高めて、効率的で経済的な汚染土壌の浄化方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意研究した結果、汚染土壌の一部を採取して地上にて栄養類及び酸素を供給することによって、採取した汚染土壌をほぼ完全に浄化し、その浄化処理済み採取土壌を粒状に成形して、汚染土壌領域を流れる地下水流の上流側に配置した井戸内に充填することにより、原位置にて汚染物質が効率的に分解されることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明においては、原位置バイオレメディエーションを実施するに際して、対象とする汚染土壌領域の土壌の一部を採取し、該採取土壌に対してバイオレメディエーションの適用性を評価する事前評価試験において、該採取土壌に汚染物質の分解能を有する微生物を生育して該採取土壌を浄化する。次いで、その浄化された土壌に必要に応じて粘結剤及び／又は接着剤、栄養剤及び／又は徐放性の酸素放出剤などを添加し、そのまま粒状に成形して、微生物を含んだ土壌成形体とする。その後、この土壌成形体を、汚染土壌領域を流れる地下水流の上流側に配置した井戸に充填し、土壌成形体に含まれる微生物を汚染土壌領域に移動・拡散させることによって、汚染土壌領域を原位置で浄化する。

本発明によれば、原位置バイオレメディエーションによる汚染土壌の浄化に際し、採取した汚染土壌の事前評価試験を利用して、汚染物質の分解能を有する微生物が増殖し浄化された土壌成形体を簡単に作製することができ、この土壌成形体を井戸内に充填することによって、微生物の分布領域を地下水流を利用して拡張させることができるため、原位置で汚染土壌を効率よく浄化でき、浄化期間を短縮することが可能となる。更に、バイオレメディエーションの施工設備そのものについては、従来からある地上設備をそのまま流用可能であるため、経済的なメリットも大きい。

本発明における浄化対象の有害物質としては、炭化水素、有機塩素化合物、油脂類及びシアン化合物等が挙げられる。炭化水素としては、べンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ケトン類などが含まれ、有機塩素化合物としては、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエチレン、ダイオキシ、ＰＣＢ、ＰＣＰ（ペンタクロロフェノール）などが含まれる。また、油脂類としては、ガソリン、軽油、灯油、重油、機械油、潤滑油などの石油化学製品が含まれ、シアン化合物としては、各種シアン化物、及び鉄、ニッケル、銅など各種金属のシアン錯体が含まれる。

本発明の浄化方法の実施に際しては、先ず、現地の汚染状況を調査した後、汚染が認められた領域（以下、汚染土壌領域と称する）にボーリングを行って、汚染物質を含有する汚染土壌の一部をボーリングコアとして採取する。土壌採取後の当該ボーリング箇所は、後述するように、微生物を含む土壌成形体の充填用の井戸や観測井戸などに仕上げても良いし、二重管構造の井戸に仕上げて土壌成形体の充填用と栄養水の注入用や観測用の両機能を持たせても良い。

次に、上記採取した土壌試料に対して、地上において種々の条件で栄養剤や酸素などを供給することによって、バイオレメディエーションの適用性を評価する事前評価試験を実施する。この事前評価試験によって、採取土壌に含まれる汚染物質の分解能を有する微生物の増殖や活性化に適した生育条件を選定すると共に、該微生物によって採取土壌をほぼ完全に浄化する。

尚、上記した微生物の生育条件に関しては、栄養剤や徐放性酸素放出剤等の選定や調合設計、及び注入水に含有させる栄養剤等の選定や、これらを用いた場合の効果等を十分に検討し、後述する土壌成形体中に含有させる場合の調合設計をしておくことが望ましい。また、上記事前評価試験と併せて、採取した汚染土壌を用いたフラスコレベル試験、或いは連続通水カラム試験などのトリタビリティ試験を行って、修復対象となる汚染物質への適用限界などを十分に調査・検討しておくことが望ましい。

次に、上記事前評価試験で浄化した採取土壌を、増殖した微生物を含んだままの状態で粒状に成形する。この土壌成形体には、汚染物質分解能を有する微生物が含まれるが、その微生物の汚染物質分解能を更に活性化するために、例えば、窒素源やリン源、炭水化物などからなる徐放性の栄養剤、徐放性の酸素放出剤を混合することができる。

上記のごとく浄化済みの採取土壌を粒状に成形することによって、以降のハンドリングが容易になるとともに、その土壌成形体を井戸内に充填して地下に戻したとき、粒状の土壌成形体同士の間に空隙を形成することが可能となる。その結果、汚染土壌領域に存在する地下水流との間の接触が容易となり、土壌成形体に含まれている微生物を地下水流に効率良く漏出させて、汚染土壌領域全体に移動・拡散させることが可能となる。尚、土壌成形体に栄養剤や酸素放出剤等が含まれている場合は、これら栄養剤や酸素放出剤等も地下水流に漏出させて汚染土壌領域全体に拡張させることができる。

上記した微生物を含む土壌成形体の成形方法は、微生物を実質的に失活させることが無く、地下に戻したときに環境への汚染が無く、ハンドリング時はもちろん、原位置バイオレメディエーションの最終浄化段階まで、実質的に成形体の形状を維持することができる方法であれば、いかなる手段を用いても良い。例えば、押し出し成型機、転動造粒機、ブリケットマシーンなどの造粒機を使用して粒状に成形するのが好ましい。このとき、造粒した形状を維持するために、ベントナイトなどの粘結剤や接着剤を用いることが出来る。

次に、微生物を含む土壌成形体を井戸に充填して地下に戻し、原位置バイオレメディエーションによる土壌浄化を実施する。土壌成形体を地下に戻すための井戸の位置は、土壌成形体内に含まれる微生物や栄養剤等が汚染土壌領域に適度に広がっていけるのであれば特に限定されない。例えば、図１に示すように、汚染土壌領域を流れる地下水流の上流側となる位置に井戸１を配置し、この井戸１に土壌成形体２を充填する。尚、前述した事前評価試験用の土壌を採取した井戸を用いることができれば、掘削費用を抑える点から好ましい。

汚染土壌領域を流れる地下水流によって、井戸１内の土壌成形体２から微生物が放出され、汚染土壌領域に移動し拡散する。また、栄養剤や酸素放出剤が土壌成形体に含まれている場合は、それらも地下水に徐放され、汚染土壌領域全体に移動し拡散する。このようにして、微生物が生育すると同時に汚染土壌領域全体に活性化領域を拡張し、汚染物質を分解して浄化する。尚、原位置バイオレメディエーションの進行状況をモニターすべく、図１に示すように、汚染土壌領域を流れる地下水流の下流側に観測井戸３を設けても良い。

土壌成形体に栄養剤や酸素放出剤等を包含しない場合、或いは、土壌成形体に栄養剤や酸素放出剤等を包含する場合であっても、微生物の汚染物質分解能をより一層活性化させたい場合には、土壌形成体が充填されている井戸に栄養水を供給することができる。その際、栄養水と土壌成形体との接触効率を高めるため、図２に示すように、土壌成形体を充填する井戸１を多数の通水孔５が設けられた内管４ａと外管４ｂからなる二重管構造とし、これら内管４ａと外管４ｂの間に土壌成形体２を充填して、栄養水を内管４ａ内に供給することが好ましい。栄養水は内管４ａの各通水孔５から流れ出して、内管４ａと外管４ｂの間に充填されている土壌成形体２の間の空隙を通り、外管４ｂの各通水孔５から汚染土壌に注入される。

上記栄養水は、別の井戸から揚水した地下水を用いて調整することが好ましい。例えば、図３に示すように、汚染土壌領域を流れる地下水の上流側に土壌形成体２を充填する井戸１を設け、下流側に揚水井戸６を設ける。この揚水井戸６内に設けた揚水ポンプ７で地下水を汲み上げ、栄養水調整設備８で栄養剤を添加する。調整した栄養水はポンプで井戸１に供給される。尚、栄養水調整設備８には、地下水の揚水量をおぎなうために、水道水や工業用水等の給水ライン９が接続されていても良い。また、前述した観測井戸３（図１参照）を揚水井戸６と兼用しても良い。

深さ約１０ｍ、幅約８ｍ、長さ約１５ｍにおよぶシアンで汚染された汚染土壌領域に対して、ボーリングを実施して汚染土壌５００ｋｇを採取した。このボーリング孔内に、複数の通水孔を有する内径２００ｍｍの外管及び内径５０ｍｍの内管を挿入配置して、二重管構造を有する井戸を設置した。

一方、採取土壌に対し、ラボスケールでの事前評価試験を実施して、バイオレメディエーションの適用性及び栄養剤や酸素などの供給条件を検討すると共に、選定した条件下で微生物を増殖させることにより、シアン溶出値がＮ.Ｄ.（不検出）に到達するまで土壌中のシアンを浄化した。

次に、上記事前評価試験で浄化済みの採取土壌に対して、粘結剤としてベントナイトを２.５重量％、炭水化物としてグルコースを１５重量％、酸素放出剤としてＯＲＣ（商品名：リジェネシス社製）を１２.５重量％添加混合し、ブリケットマシーンによって成形して、長径１５ｍｍ及び短径８ｍｍのラグビーボール状の土壌成形体を得た。

原位置バイオレメディエーションを開始するにあたり、まず、上記二重管構造を有する井戸とは別に、地下水流の下流側に観測・揚水井戸を設け、地下水を定期的に採取して地下水中のシアン濃度の経時変化を５０日間モニターした。次いで、上記土壌成形体を、二重管構造を有する井戸の外管と内管の間に充填して、同様に５０日間モニターした。更にその後、観測・揚水井戸から揚水した地下水にグルコースを添加した栄養水を、二重管構造を有する井戸の内管側に毎時約３００リットルの流量で供給しながら上記と同様に１１０日間モニターした。

その結果、図４に示すように、試験開始から５０日を経過するまでは、シアン溶出値は初期値１.５ｍｇ／Ｌレベルを推移したが、５０日経過後に微生物を含む土壌形成体を井戸内に充填してから徐々にシアン濃度が低下し、試験開始から１００日目では１.３ｍｇ／Ｌに低減した。更に１００日目以降、土壌形成体を充填した井戸に栄養水の供給を開始した後は、地下水中のシアン濃度は急激に低下し、試験開始から約２００日目で検出限界以下となった。

その後、汚染土壌領域をボーリングして土壌を採取し、シアンの溶出値及び含有分析を行ったところ、シアン濃度は検出限界以下であることが確認された。このように、地下水、土壌ともに浄化されたことが確認され、本実施例の原位置バイオレメディエーションは効果的であることがわかった。

本発明の原位置バイオレメディエーションによる浄化方法の具体例を示す概略図である。 本発明に用いる二重管構造を有する井戸を示す概略の断面図である。 本発明の原位置バイオレメディエーションによる浄化方法の他の具体例を示す概略図である。 本発明の浄化方法を用いた原位置バイオレメディエーションによる地下水中シアン濃度の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 井戸
２ 土壌成形体
３ 観測井戸
４ａ 井戸内管
４ｂ 井戸外管
５ 通水孔
６ 揚水井戸
７ 揚水ポンプ
８ 栄養水調整設備
９ 給水ライン

Claims (5)

1. 汚染物質を包含する汚染土壌領域を原位置バイオレメディエーションにより浄化する方法であって、汚染土壌領域の土壌の一部を採取し、該採取土壌に対してバイオレメディエーションの適用性を評価する事前評価試験を実施することで、汚染物質に対する分解能を有する微生物を生育させて該採取土壌を浄化した後、この浄化された採取土壌を粒状に成形して、前記汚染土壌領域を流れる地下水流の上流側に配置した井戸内に充填することによって、該土壌成形体に含まれる微生物を汚染土壌領域に移動・拡散させることを特徴とする、原位置バイオレメディエーションによる汚染土壌の浄化方法。
2. 前記地下水流の下流側に位置する井戸から揚水した地下水に栄養剤を添加して、前記土壌成形体を充填した上流側の井戸に供給することを特徴とする、請求項１に記載の原位置バイオレメディエーションによる汚染土壌の浄化方法。
3. 前記上流側の井戸は、複数の通水孔が穿設された内管と外管からなる二重管構造を有しており、該内管と外管の間に前記土壌成形体を充填し、前記栄養剤を添加した地下水を該内管側に供給することを特徴とする、請求項２に記載の原位置バイオレメディエーションによる汚染土壌の浄化方法。
4. 前記土壌成形体は、粘結剤及び／又は接着剤を含んでいることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の原位置バイオレメディエーションによる汚染土壌の浄化方法。
5. 前記土壌成形体は、栄養剤及び／又は酸素放出剤を含んでいることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の原位置バイオレメディエーションによる汚染土壌の浄化方法。

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