JP2009513342A - 水力掘削および溶媒による改良 - Google Patents

Abstract

本発明は、土壌の一次洗浄および高圧混合のために、溶媒および／または有益微生物との組み合わせにおいて、水力掘削を利用して、汚染物質の除去および改良するための方法を記載する。本発明の種々の実施形態は、汚染物質を有する土壌を浄化するために有用であり、炭化水素ベースの物質を含むがそれらに限定されない。本発明の種々の実施形態とともに使用される溶媒は、脱脂組成物を含み、ケイ酸ナトリウムが含まれ得る。いくつかの実施形態は、土壌に溶媒を添加するステップと、土壌を洗浄するステップと、スラリーを生成するステップと、スラリーを沈殿させて少なくとも２層に分離させるステップと、層の少なくとも１つを除去するステップとを含み、沈殿と分離とから生じる下層は改良された土壌を含む方法である。

Description

本発明は、水力掘削、溶媒および／または微生物を使用する土壌の改良に関する。

本明細書のすべての刊行物は、各個別の刊行物または特許出願が具体的かつ個別に参照によって組込まれる場合と同様に、参照することによって援用される。以下の説明は、本発明の理解に有用となり得る情報を含む。本明細書において提供されるいずれの情報も、従来技術または現在請求中の発明に関連すること、あるいは具体的かつ明示的に参照されるいずれの刊行物も従来技術であることを認諾するものではない。

過去数十年、一般の産業活動から生じる環境への害の最小化に貢献する環境産業の発展が助成されてきている。一般の人々も、業界も、環境における廃棄物の影響を低減するための措置を講じないことによって生じる害を次第に理解しつつある。単に環境に優しい方法で廃棄物を処理しないこと、および格納容器を使用しないことは、非常に費用がかかることになる。

炭化水素が凝縮および自己付着が可能である性質および条件は、多種多様である。さらに複雑な問題は、炭化水素が回収される環境に存在する他の物質によってもたらされる。例えば、製油所においては、炭化水素の流れは、炭化水素とともに蓄積し得る重金属に曝露されることがあり得る。油田においては、油井周辺の原油流出は、油井の坑口を取り囲んでいるコンクリート室内の泥を掘削することで回収することができる。以上のように、他の物質の存在は、多くの理由において、炭化水素廃棄物の処理を妨げ得る。構造的に、他の物質は、炭化水素の付着効果と組み合わさることにより、硬質固体を形成することができる。他の物質が優性の場合、炭化水素は、同量の炭化水素を除去するためには、相対的により多くの量の物質のバルク処理を必要とし得る。他の相対的に不活性であるが構造的に増強する物質が存在する場合には、炭化水素を浄化するステップが行われる前においてさえ、汚染炭化水素を物理的に分離する際に伴う危険があるため、重金属で汚染されている炭化水素は、改良工程を阻害し得る。

汚染炭化水素を除去するためのさらなる問題の１つは、例えば、パイプおよび導管を通してポンプでくみ上げることによって物質の移動を促進するために、溶解して物質の炭化水素部分の粘度を低減するための溶媒の使用に関するものである。しかしながら、汚染炭化水素を積極的に溶解するために、炭化水素溶媒は低分子量であり、それゆえに揮発性のものである場合が多い。揮発性炭化水素との作用によって、危険は減少よりもむしろ増加を示す。さらに、溶媒の分解が機能しても、その結果物は、元の汚染質量の約３倍から５倍の容量になることがある容量の溶媒を含む容量の危険性物質である。さらに、危険性物質は、さらなる処置を促進するためにより濃縮されるよりもむしろ、現段階ではより希薄である。したがって、何らかの危険性物質および非危険性物質が存在する場合、その両方から溶媒を除去するために、追加のステップを実行しなければならない。

溶媒の除去は、非汚染溶媒の返還をもたらす方法において、行われなければならない。そのような処置は、通常、蒸留塔を必要とする。しかしながら、蒸留塔への汚染固体の導入は、除去が同様に難しい残液生成物を生じさせ、事実上、廃棄物除去問題を再発することになる。

土壌洗浄は、最も汚染された土壌部分を除去し、分離するために土壌を洗浄することである。これは、さらなる清浄を必要とする土壌の量を減少させる。土壌洗浄のみでは汚染された土壌の洗浄に十分でないことがある。したがって、汚染除去を進めて、完了する他の方法とともに使用されることが多い。化学物質は、他のものよりもいくつかの種類の土壌に付着または吸着する傾向がある。例えば、砂および砂利などの大粒／粗粒土（粒径が約１００メッシュより大きいもの）と比較する場合、化学物質は、シルトおよび粘土などの細粒土（粒径が約１００メッシュより小さいもの）により吸着する。同様に、シルトおよび粘土は、砂および砂利に付着する傾向にある。土壌洗浄は、大粒かつより清浄な土壌からシルトおよび粘土を分離するのに役立つ。土壌は、細粒土に対する大粒土の割合がかなり大きい場合、土壌洗浄の現行の方法は最善の機能を果たす。土壌洗浄は、土壌に吸着可能な燃料、金属、および農薬などの種々の化学物質を浄化することができる。

土壌洗浄を使用する前に、汚染地域から掘削した土壌を岩および岩屑などの大きい物体を除去するためにふるいにかける。ふるいにかけた土壌を洗浄装置と称する機械内に載置する。洗浄装置において、汚染された土壌に水および時折洗浄剤を添加する。土壌および水の混合物を、ふるい、攪拌羽根、および散水装置に通過させる。これによって、シルトおよび粘土を洗浄し、大粒土からそれらを分離する。汚染の一部は、水中に溶解する、または上部に浮上することがある。汚染された洗浄水を除去し、その後、処理場で清浄する。その後、洗浄装置において清浄水を再利用する、または排出することができる。

汚染のほとんどを含有するシルトおよび粘土は、化学物質を見つけるための検査を受ける。汚染のすべてが洗浄水中に除去される場合もあるが、ほとんどの場合、シルトおよび粘土は、さらに洗浄する必要がある。シルトおよび粘土は、洗浄装置において再度洗浄する、またはバイオレメディエーションもしくは熱脱離など別の方法を使用して、清浄することができる。別の選択肢として、埋立地に汚染された土壌を廃棄する方法もある。

また、洗浄装置の底部に定着する砂および砂利も、化学物質を見つけるための検査を受ける。砂および砂利から汚染がなくなれば、元の現場に戻すことができる。汚染が依然として存在する場合、洗浄装置において再度洗浄する。必要に応じて、清浄工程を完了するために別の方法を使用する。

土壌洗浄は、通常、現場で行われる。これは、現場から清浄施設への汚染された土壌の運搬に伴う危険を避けるためである。掘削中および汚染除去中、大気汚染制御装置は、塵埃および他の潜在的な大気汚染問題に対処することができる。化学物質は、洗浄装置から大気中にほとんど放出されない。しかしながら、有害量の化学物質が放出されないことを保証するために、現場で大気を検査することができる。また、土壌は、現場に戻される前に汚染がないことを保証するために検査を受けなければならない。適切に設計および操作される場合、土壌洗浄は非常に安全である。

土壌洗浄の最大の利点は、さらなる清浄を必要とする土壌の量を減少させることである。この減少により、汚染除去費および汚染物質の廃棄費を低減することができる。土壌洗浄は、多くの種類の汚染を除去することができる。しかしながら、土壌洗浄の現行の方法は、通常、大量のシルトまたは粘土を含む土壌においては、あまり費用効率がよくない。さらに、土壌洗浄の現行の方法は、最適でなく、大量のシルトまたは粘土を含む土壌からすべての汚染物質を除去することができない。さらに、現行の方法は、さらなる処置、または廃棄物として廃棄を必要とする大量の廃水を生じることがある。したがって、当該技術分野において、土壌洗浄のより効果的で環境に優しい方法が必要とされる。

以下の実施形態およびその側面は、例示および実例となることが意図される組成物および方法に関連して説明および図示されるが、その範囲は限定されない。

本発明は、溶媒および／または有益微生物と組み合わせて水力掘削を利用して、汚染物質の除去および改良するための方法を記載する。

いくつかの実施形態は、土壌改良のための方法を提供するものであって、土壌に溶媒を添加するステップと、土壌を洗浄するステップと、スラリーを生成するステップと、スラリーを沈殿させて少なくとも２層に分離させるステップと、層の少なくとも１つを除去するステップとを含み、沈殿と分離とから生じる下層は改良された土壌を含む、方法である。

一実施形態において、本方法は、改良されるべき土壌を水力掘削によって除去するステップをさらに含む。別の実施形態において土壌は、粗粒土および細粒土を含み、本方法は、粗粒土を除去するステップをさらに含む。別の実施形態において、本方法は、高圧ミキサーの中で、土壌を溶媒と混合するステップをさらに含む。別の実施形態において、本方法は、高圧ミキサーの中で土壌を混合するステップは、土壌を継続的に計量して溶媒と混合するステップを含む。別の実施形態において、本方法は、土壌および／または溶媒に有益微生物を添加するステップをさらに含む。

一実施形態において、土壌は、汚染物質を含有する。別の実施形態において、汚染物質は、活性病原体、ヒ素、廃石中の金属、メチル第３ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、炭化水素ベースの物質またはそれらの組み合わせであってもよい。別の実施形態において、炭化水素ベースの物質は、原油、潤滑油、ガソリン、ディーゼル燃料、燃料油またはそれらの組み合わせであってもよい。

一実施形態において、溶媒は脱脂組成物を含んでもよい。別の実施形態において、脱脂組成物は、ケイ酸ナトリウムを含んでもよい。別の実施形態において、脱脂組成物は、大豆粉、リグニン粉、および／または柑橘類ペクチンをさらに含んでもよい。

別の実施形態において、土壌を洗浄するステップは、溶媒を含む土壌および水の混合物を、ふるい、攪拌羽根、および／または散水装置に通過させるステップを含むことができる。別の実施形態において、スラリーは少なくとも３層に分離されて、上層は炭化水素ベースの物質を含み、中層は溶媒を含み、下層は改良された土壌を含み、本方法は、炭化水素ベースの物質から使用可能油を回収する処理をさらに行うために上層を除去するステップと、再利用または廃棄のために中層を除去するステップとをさらに含むことができる。

本発明のさらなる実施形態は、土壌改良方法を提供するものであって、粗粒土および細粒土を含む土壌を水力掘削により除去するステップと、土壌に溶媒を添加するステップと、粗粒土を除去するステップと、高圧ミキサーの中で細粒土を混合し、それによってスラリーを生成するステップと、スラリーを沈殿させて少なくとも３層に分離させるステップであって、上層は炭化水素ベースの物質を含み、中層は溶媒を含み、沈殿と分離から生じる下層は改良された土壌を含む、ステップと、改良された土壌を含む下層を除去するステップと、を含む。一実施形態において、本方法は、土壌および／または溶媒に有益微生物を添加するステップをさらに含むことができる。

本発明の他の実施形態は、炭化水素ベースの汚染物質を有する物質の改良方法を含む。一実施形態において、本方法は、物質を水力掘削によって除去するステップと、脱脂組成物を添加するステップと、スラリーを生成するステップと、スラリーを沈殿させて少なくとも２層に分離させるステップと、少なくとも２層のうち少なくとも１つを取り除くステップと、を含み、少なくとも１層は改良された物質を含む。一実施形態において、脱脂組成物は、ケイ酸ナトリウムを含んでもよい。別の実施形態において、脱脂組成物は、大豆粉、リグニン粉、および／または柑橘類ペクチンをさらに含んでもよい。一実施形態において、水力掘削機によって利用する水に脱脂組成物が添加されてもよい。代替の実施形態において、本方法は、有益微生物を添加するステップをさらに含んでもよい。

本発明の他の特徴および利点は、一例として、本発明の実施形態の種々の特徴を図示する添付図面とともに考慮される、以下の詳細な説明から明白となるであろう。

例示的な実施形態は、参照図において図示される。本明細書において開示される実施形態および図は、例証するものであり、限定されないものであることを目的とする。

本明細書に引用されるすべての参照は、完全に記載された場合と同様に全体として参照することによって援用される。別途定義されない限り、本明細書で使用される技術および科学用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般に理解されるものと同等の意味を有する。Ｓｉｎｇｌｅｔｏｎ ｅｔ ａｌ．、Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ ３ｒｄ ｅｄ．、Ｊ．Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、ＮＹ ２００１）およびＭａｒｃｈ、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ、Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ５ｔｈ ｅｄ．、Ｊ．Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、ＮＹ ２００１）は、本発明で使用される多くの用語の一般的な指針を当業者に提供する。

本明細書に記載されるものに類似または同等である多くの方法および物質が、本発明の実施において使用可能であることを、当業者は理解するであろう。実際には、本発明は、記載される方法および物質に限定されるものではない。本発明の目的のために、以下の用語を以下に定義する。

本明細書で使用される「抗生物質」とは、細菌を死滅させる、または細菌の増殖を抑える物質を意味する。抗生物質は、生体から派生する、または合成することができる。

本明細書で使用される「バイオレメディエーション」とは、環境内の試料において、微生物またはそれらの酵素を使用して、炭化水素ベースの化合物などの汚染物質の濃度を低減することを意味する。試料の例として、汚染物質を含有する土壌または水を含むが、それらに限定されない。試料は、環境の中に存在する間に改良されるか、または環境に導入もしくは再度導入される前に改良されることができる。汚染物質の濃度は、化合物の消化、溶解、破壊、除去、腐食、または分解を含むが、それらに限定されない技術によって低減されることができる。

本明細書で使用される「有益な微生物」とは、環境に有益な特性を与えるための能力を有する微生物を意味する。「有益な能力」は、汚染物質を消化する、溶解する、破壊する、除去する、腐食させる、または死滅させる能力を含むが、それらに限定されない。汚染物質の例は、活性病原体、ヒ素、廃石中の金属、メチル第３ブチルエーテル（「ＭＴＢＥ」）、および油などの炭化水素ベースの物質を含むが、それらに限定されない。そのような微生物の例は、プロバイオティクス、細菌、真菌、酵母菌、および藻類を含むが、それらに限定されない。

本明細書で使用される「プロバイオティクス」とは、有益な細菌または酵母菌を意味する。プロバイオティクスの例は、ビフィドバクテリウム、ビフィドバクテリウム ビフィダム（ｂｉｆｉｄｕｍ）、ビフィドバクテリウム ブレーベ（ｂｒｅｖｅ）、ビフィドバクテリウム インファンティス（ｉｎｆａｎｔｉｓ）、ビフィドバクテリウム ロンガム（ｌｏｎｇｕｍ）、乳酸菌、アソドヒィルス菌、ブルガリア菌、カセイ菌、ラクトバチルス プランタラム（ｐｌａｎｔａｒｕｍ）、ラクトバチルス ラムノーサス（ｒｈａｍｎｏｓｕｓ）、ラクトバチルスＧＧ、ストレプトコッカス サーモフィルス（ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、腸球菌およびサッカロミセス ブラウディ（ｂｏｕｌａｒｄｉｉ）を含むが、それらに限定されない。

本明細書で使用される「脱脂組成物」とは、炭化水素ベースの物質を溶解、破壊、除去、腐食または分解可能な有機または無機組成物を意味する。脱脂組成物は、固体、液体または気体として存在することができる。種々の実施形態において、脱脂組成物は、大豆粉、リグニン粉、柑橘類ペクチンおよびケイ酸ナトリウムのうちの１つ以上を含むことができる。

本明細書で使用される「溶媒」とは、他の物質の１つ以上を溶解または分散できるいずれかの組成物を意味する。種々の実施形態において使用される溶媒は、脱脂組成物、ケイ酸ナトリウム、米国特許第５，３０６，３５１号に記載される組成物、および米国特許第５，３０６，３５１号に記載される分散液を含むことができる。

本明細書で使用される「処理する」、「処理」、または「処置」とは、処置が最終的に不成功であったとしても、その目的は、例えば、汚染物質を消化、溶解、破壊、除去、腐食、分解、または死滅させることによる汚染物質の濃度を低減するための工程を意味する。

本発明は、溶媒および／または有益微生物と組み合わせて水力掘削を利用して、汚染物質の除去および改良するための方法を記載する。

本発明の種々の実施形態は、活性病原体、ヒ素、廃石中の金属、ＭＴＢＥ、廃棄物および例えば、原油、潤滑油、ガソリン、ディーゼル燃料、および燃料油などの石油製品などの炭化水素ベースの物質などの汚染物質を有する岩、砂利、砂、シルトおよび粘土を含むがそれらに限定されない、土壌の清浄に有用である。例えば、汚染物質は、石油流出、パイプラインの破壊、燃料タンクの漏出、生産工程などからの結果であってもよい。

本発明の実施形態は、図１に示されるように、何らかの望ましい順序において、以下のステップの１つ以上を含むことができる。ステップ１０１では、水力掘削は、汚染物質を含有する土壌を除去するために利用される。ステップ１０２では、除去された土壌は、一次洗浄を受ける。ステップ１０８では、一次洗浄後、粗粒土を除去することができる。ステップ１０３では、高圧混合は、土壌または細粒土の上で行われ、それによってスラリーを生成する。ステップ１０４では、スラリーを沈殿させて、分離される。ステップ１０９で、油が、上層から除去されることができ、ステップ１１０で、さらなる処置および／または処理により回収されることができる。ステップ１１１では、中層から溶媒を除去することができ、ステップ１１２では、再利用することができる。ステップ１０５では、下層から土壌または細粒土を除去することができ、ステップ１０６では、土壌または細粒土に有益微生物を添加することができ、ステップ１０７では、掘削現場に戻すことができる。あるいは、ステップ１０７で、有益微生物を添加せずに、掘削現場に土壌または細粒土を戻すことができる。さらなる別の実施形態において、当業者により容易に理解されるような他の目的のため、例えば、耕地用に土壌または細粒土を使用することができる。

例えば、水力掘削、一次洗浄、高圧混合のうちの１つ以上のステップ中で、溶媒および／または微生物の添加を行うことができる。

本発明の種々の実施形態とともに使用される溶媒は、脱脂能力を備える溶媒であってもよい。脱脂能力を備える溶媒は、脱脂組成物を含んでもよい。脱脂組成物の例は、米国特許第５，３０６，３５１号、「Ｗａｓｔｅ Ｏｉｌ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」において開示されており、完全に記載された場合と同様に全体として参照することによって援用される。あるいは、溶媒は、ケイ酸ナトリウムを含んでもよい。脱脂能力を備える溶媒の他の例は、当業者には容易に識別され、理解されるであろう。

脱脂化合物および脱脂技術（米国特許第５，３０６，３５１号に記載されるもの）は、商業的用途を見つけた。例えば、ある州法は、油貯蔵タンクを定期的に空にし、漏出検査を必要とする。本検査工程の困難な側面は、「釜残」と一般に呼ばれる堆積した原油スラッジを除去することである。半固体および固体のスラッジは、通常危険廃棄物として分類され、そのようなものとして除去および廃棄されなければならない。除去工程は、典型的に時間、労力、および輸送の集約を必要とし、タンク所有者には大幅な費用がかかる。危険廃棄物として分類された釜残は、正式に許可された「クラス１」危険廃棄物処理場にトラックで運ばれなければならず、そこではバキュームトラックを空にし、清掃するための投棄（ｔｉｐｐｉｎｇ）費用が請求される。投棄費用は、廃棄物処理場の業者により請求される。さらに、一般の清掃技術は、典型的には、凝縮蒸気および／またはディーゼル燃料などのカッターストック（ｃｕｔｔｅｒ ｓｔｏｃｋ）という形で、廃棄物の総容量を１００％〜３００％まで増加させる。対照的に、米国特許第５，３０６，３５１号に記載される脱脂技術は、廃棄物の総容量をわずか１５％から２５％だけ増加させる。さらに、掘削段階で得られた岩および粒状体から再利用可能な油を分離するために、清掃場で廃棄油スラッジを処理することができる。したがって、回収した原油は、コストのかかる廃棄物の代わりに価値のある最終生成物となる。

プロバイオティクス、細菌、真菌、酵母菌、藻類などの有益微生物を油などの炭化水素ベースの廃棄物を含む汚染物質の消化、溶解、破壊、除去、腐食、分解、および／または死滅に使用することができる。ＷＭＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．（テキサス州ヒューストン）により製造販売されているＷＭＩ−２０００は、使用可能な有益微生物の一例である。ＷＭＩ−２０００は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｇｅｎｃｙ Ｐｌａｎ（ＮＧＰ）Ｓｃｈｅｄｕｌｅに記載されているバイオレメディエーション剤である。ＮＧＰ一覧に示される他のバイオレメディエーション剤も使用することができる。有益微生物の使用のさらなる例は、例えば、米国特許第６，８８４，３０１号（「Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ｆｏｒ Ｄｉｇｅｓｔｉｎｇ Ｏｉｌｓ ａｎｄ／ｏｒ Ｇｒｅａｓｅｓ」）、第６，７８７，０３４号（「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｖｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ ａｎｄ Ｈａｌｏｇｅｎａｔｅｄ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ ｆｒｏｍ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」）、および第６，７４６，１８０号（「Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｌｏｗ Ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」）において確認できる。当業者は、油などの炭化水素ベースの廃棄物を含む汚染物質の消化、溶解、破壊、除去、腐食、分解、および／または死滅に有益な微生物のさらなる使用および発生源を理解するであろう。本発明の別の実施形態において、いずれかの単一の有益な微生物または有益微生物の組み合わせを使用することができる。

（溶媒を使用する水力掘削）
水力掘削は、穴または領域を掘削するために、加圧水および真空吸引工程を使用して水によって掘削する方法である。水力掘削は、光ファイバーケーブル、下水管、危険ガス管線、または加工ラインなどの既存の地下インフラストラクチャに損傷を与える危険を低減する。さらに、水力掘削は、粘土、凍土、岩の多い土地、およびコンクリート表面下などのオフハイウェイ（ｏｆｆ−ｈｉｇｈｗａｙ）装置が使用不可能な制限領域においても、オペレータによる掘削を可能にする。掘削中、土壌、粘土、凍土、岩の多い土地、およびコンクリート表面下方、表土、油タンク、ドラム缶、油穴、油汚水などの標的領域に侵入するために加圧水（例えば、約２，０００〜約８，０００ｐｓｉ）を使用することができる。当業者は、使用される水または溶液に対する適切な圧力を容易に理解するであろう。特定の実施形態においては、一定の圧力が有用となり得る。例えば、（１）表面からのスラッジの除去のためには、最高５０００ｐｓｉの圧力、特に、約２０００〜約４０００ｐｓｉの圧力、約３０００〜約４０００ｐｓｉの圧力、（２）油穴または油汚水を流動化するためには、それぞれ約４０００〜約７０００ｐｓｉ、約４０００〜約８０００ｐｓｉである。水と土壌との混合などの結果として生じるスラリーは、真空吸引され、現場または現場外で廃棄されてもよい。スラリーは、汚染物質を含有する場合、ＥＰＡ認可の埋立地に移動することもできる。そのようなものとして、本発明の種々の実施形態は、汚染土壌の改良のために提供される。

さらなる実施形態は、油ピットを流動化し、掘削することを含む。油ピットは、固体および脱水原油を含有してもよい。一実施形態において、水力掘削装置は、約２０〜約３０ガロン／分、約４０００〜約７０００ｐｓｉの圧力で、水を注入することができる。これは、大気温度において実施することができる。結果として生じるスラリーは、真空吸引され、石油回収システムに輸送されることができる。

別の実施形態は、油溜めを流動化し、掘削することを含む。この工程は、特別装備のトラックによって実施することができる。特別装備のトラックは、油溜めまで延出し、流動化させることができる拡張部品を有している。水力掘削装置は、容積の約２０％で、約４０００〜約８０００ｐｓｉの圧力で水を注入することができる。これは、大気温度において実施することができる。結果として生じるスラリーは、真空吸引され、石油回収システムに輸送することができる。

さらなる実施形態は、ロボットを利用して、前述の操作のいずれかを実施することができる。ロボットは、油圧駆動であり、いずれかの方向またはすべての方向に移動することができる。ロボットは、発明組成物を注入するための流動化部品および結果として生じるスラリーを排出するための真空吸引部品を搭載することができる。

種々の用途において、水力掘削機によって利用される水に溶媒が添加される。溶媒は、脱脂能力を備える溶媒であってもよい。脱脂能力を備える溶媒は、脱脂組成物を含んでもよい。一実施形態において、溶媒は、米国特許第５，３０６，３５１号に記載されるように組成物または分散液を含む。別の実施形態において、溶媒は、ケイ酸ナトリウムを含む。水力掘削と油除去のための溶媒の併用は、土壌、粘土、凍土、岩の多い土地、およびコンクリート表面下、表土、油タンク、ドラム缶、油ピット、油溜めなどの標的領域または物質の同時処理および除去を可能にする。水力掘削機は、溶媒を土壌などの標的領域に接触させ、スラリー型混合物を生成する。また、水力掘削機は、現場、輸送中、または現場外で混合物の成分を分離するために、スラリー型混合物を真空吸引し、除去する。また、水力掘削機によって真空吸引された混合物から異なる成分を分離するために、脱脂技術を利用することもできる。本工程のさらなる用途において、油は、回収され、再利用することができる。

分散液の１つとして、米国特許第５，３０６，３５１号に記載のものが挙げられる。別の分散液は、様々な濃度で、ケイ酸ナトリウムおよび水から生成することができる。さらに他の分散液は、大豆粉、リグニン粉、柑橘類ペクチン、およびケイ酸ナトリウムの４つの成分の様々な組み合わせで混合物から生成することができる。非イオン界面活性剤などの追加成分を添加することができる。分散液は、必要に応じて、高圧で、物質の塊りに注入することができる。あるいは、分散液は、除去された汚染物質とともに、高圧混合工程を使用して、しっかりと混合することができる。

分散液は、水ベースであるが、それでも炭化水素を液体化させ、自己付着を遅延させる。自己付着の遅延によって、除去が十分可能となる。

真空吸引工程は、溶媒を標的領域に接触させると同時に、またはその後に実施することができる。

別の実施形態において、水力掘削機は、溶媒を使用して、土壌、粘土、凍土、岩の多い土地、およびコンクリート表面下などの標的領域に侵入し、それによって溶媒を導入して標的領域と接触させる。そのような実施形態においては、水力掘削の真空吸引する段階を実施する必要はない。

他の実施形態において、水力掘削工程前（すなわち、水力掘削水に溶媒を導入することにより）、水力掘削工程中（すなわち、実質的に標的領域に溶媒を導入しているときに水力掘削水に溶媒を導入することにより）、および水力掘削工程後（すなわち、土壌または他の標的物質を地面から除去後の処置ステップとして）を含む、水力掘削工程のいずれかの１つ以上の段階で、溶媒を添加することができる。さらに、水力掘削において、前述の段階のいずれかまたはすべてにおいて、連続または並行して溶媒を導入することができる。さらなる実施形態において、現場、輸送中、または施設で、溶媒を使用することができる。これらのいずれの組み合わせも、本発明の範囲内であると考慮される。

（有益微生物の添加）
別の実施形態において、水力掘削機によって利用される水に１種類以上の有益微生物を添加する。有益微生物は、通常、非病原性であるが、病原性有益微生物を使用することもできる。

水力掘削と連携した油除去のための微生物の使用は、土壌、粘土、凍土、岩の多い土地、およびコンクリート表面下、表土、油タンク、ドラム缶、油ピット、油溜めなどの標的の領域または物体の同時処理および除去を可能にすることができる。水力掘削機は、土壌などの標的領域に油除去のための微生物を接触させ、スラリー型混合物を生成する。また、水力掘削機は、現場、輸送中、または現場外で混合物の成分の分離のために、スラリー型混合を真空吸引して除去する。

さらなる実施形態において、水力掘削機によって利用される水に溶媒および有益微生物を添加する。特定の実施形態においては、油除去のための分散液に有益微生物を添加し、米国特許第５，３０６，３５１号に記載されるように、同様に、水力掘削機によって利用される。

さらなる実施形態において、水力掘削機によって利用される水に抗生物質を添加することもできる。

水力掘削と連携した有益微生物および溶媒の使用は、土壌、粘土、凍土、岩の多い土地、およびコンクリート表面下、表土、油タンク、ドラム缶、油ピット、油溜めなどの標的の領域または物体の同時処理および除去を可能にすることができる。水力掘削機は、土壌などの標的領域に有益微生物および溶媒を接触させ、スラリー型混合物を生成する。また、水力掘削機は、現場、輸送中、または現場外で混合物の成分の分離のために、スラリー型混合を真空吸引して除去する。真空吸引工程は、標的領域に有益微生物および溶媒が接触されるのと同時に、またはその後に実施することができる。

別の実施形態において、水力掘削機は、土壌、粘土、凍土、岩の多い土地、およびコンクリート表面下などの標的領域に侵入するために、有益微生物および溶媒を含む水とともに利用でき、それによって有益微生物および溶媒が導入され、標的領域に接触させられる。そのような実施形態において、水力掘削の真空吸引する段階を実施する必要はない。

他の実施形態において、水力掘削工程前（すなわち、水力掘削水に溶媒を導入することにより）、水力掘削工程中（すなわち、実質的に溶媒を標的領域に導入するときに水力掘削水に溶媒を導入することにより）、および水力掘削工程後（すなわち、土壌または他の標的物質を地面から除去後の処置ステップとして）を含む、水力掘削工程のいずれかの１つ以上の段階で組成物（すなわち、有益微生物、溶媒または双方を含む）を添加することができる。さらに、水力掘削において、前述の段階のいずれかまたはすべてにおいて連続または並行して、組成物を導入することができる。さらなる実施形態において、現場、輸送中、または施設で、組成物を使用することができる。これらのいずれの組み合わせも、本発明の範囲内であると考慮される。

さらなる実施形態において、最終浄化のための生物学的方法により土壌はさらに処理される。土壌をさらに浄化するために、有益微生物を添加することができる。本発明の種々の実施形態は、汚染油、潤滑油、または燃料を迅速除去することができ、溶媒の少量の残渣を残すが、それ自体は容易に生物分解可能であり、かつ汚染物質のなんらかの微量の残留物を分解する有益微生物の増殖を促進し得る。

さらに、本土壌改良方法は、石鹸、界面活性剤、および除去が求められる汚染物質に対して親和性を有する他の物質など、他の化学物質の添加に修正可能であることが考慮される。

（一次洗浄）
種々の実施形態において、一次洗浄工程前および／または一次洗浄工程中に溶媒を添加することができる。従来知られているいずれかの方法で一次洗浄工程を実施することができる。例えば、土壌、水および／または溶媒の混合物をふるい、攪拌羽根、および散水装置に通過させる。一実施形態において、散水装置は溶媒にスプレーしてもよい。溶媒は、脱脂能力を備える溶媒であってもよい。脱脂能力を備える溶媒は、脱脂組成物を含んでもよい。一実施形態において、溶媒は、米国特許第５，３０６，３５１号に記載されるように組成物または分散液を含む。別の実施形態において、溶媒は、ケイ酸ナトリウムを含む。

さらに別の実施形態において、一次洗浄工程前および／または一次洗浄工程中に有益微生物を添加することができる。

（汚染物質および土壌の分離）
除去した物質を沈殿タンクに入れ、炭化水素物質を溶媒から分離することができ、必要に応じて、再付着させることができる。

沈殿タンクにおいて、溶媒に対して優れた親和性を有する土壌、砂、泥、シルト、粘土などの無機の汚染物質または物質は、溶液から離脱することになる。除去現場でより大きな圧力を使用、および／または沈殿させる前に激しい攪拌を使用することによって、本作用を促進することができる。濃度の相違のため、泥および無機汚染物質は溶媒の底に沈むが、炭化水素物質は水溶性の溶媒の上に浮上することになる。これによって、溶媒は、沈殿タンクの中央から再抽出され、さらに多くの除去物質を除去および輸送するために使用されるシステムを介して再利用されることができる。

（高圧混合工程）
従来知られている方法で高圧混合工程を実施することができる。例えば、本明細書に完全に記載された場合と同様に全体として参照することによって援用される、米国特許第３，４６８，３２２号は、本発明の種々の実施形態とともに使用可能な高圧混合の工程および装置の説明を提供する。

高圧混合工程は、溶媒を使用して細粒土を継続的に計測し、迅速に混合する。溶媒は、脱脂能力を備える溶媒であってもよい。脱脂能力を備える溶媒は、脱脂組成物を含んでもよい。一実施形態において、溶媒は、米国特許第５，３０６，３５１号に記載されるように組成物または分散液を含む。別の実施形態において、溶媒は、ケイ酸ナトリウムを含む。

土壌は、溶媒とともに液体スラリーを形成する。その後、スラリーは、通常、溶媒の流れに比例して、一定量がその流れの中に供給される。その後、スラリーの混合物は、中に少なくとも１本の延長鎖がある導管を含む、乱流誘発装置へと押し出される。鎖の数は、導管を緩く充填するのに十分であることが望ましい。優れた分散および溶出速度は、より長い鎖で達成することができる。

本発明の実施形態にしたがう工程および装置を実装するための工程および装置のフローチャートである、図２を参照することにより、本工程をより理解することができる。図２において、遠心力ポンプ２０２によって、配管を通って溶媒２０１が混合Ｔ２０７に供給される。流量は、流量計２０３によって計測される。ピストンポンプ２０５によって、配管を通って土壌スラリー２０６が混合Ｔ２０７へ注入される。溶媒および土壌スラリーの合流から生じる混合物は、混合Ｔから、数本の鎖２０９を含む導管で構成される乱流誘発装置２１０へ配管を通って排出される。これらの鎖は、溶媒とスラリーの混合物のための注入口から上流の導管の中でヘッダキャップ２０８の一端において固定される。それらは一体となって鎖基盤（ｃｈａｉｎ ｂｅｄ）を形成する。導管の流出端および混合Ｔに、それぞれ圧力計２１１および２０４がある。遠心力ポンプ２０２およびピストンポンプ２０５は、土壌と溶媒との望ましい比率を与えるために、相対速度で操作されることができる。矢印２１３、２１４および２１５は、物質の流れ方向を示す。当然ながら、スラリーポンプ流量は、スラリー内の土壌の濃度によって決まるであろう。これは、非溶媒物において、うまく流動化することができる任意の量であってもよい。通常は、土壌は、液体スラリーの重量の約４０％を越えない。乱流誘発装置を通る圧力および流速は、効果的な分散および急速溶解を生じるのに十分なレベルで維持される。上流の計器と下流の計器との間の有効な圧力低下は、乱流誘発装置の設計により変化することがある。導管が大きくなるとともに、望ましい圧力低下を得るためにはより高い流速が必要とされることがある。また、乱流誘発装置の中の鎖の数および長さ、および連鎖（ｃｈａｉｎ ｌｉｎｋｓ）の数の設計または大きさは、圧力低下に作用するであろう。鎖の充填密度の増加、すなわち、鎖の数および長さおよび各鎖における連鎖の増加は、乱流誘発装置の単位長さあたりの圧力低下に好ましい影響を及ぼす。また、全圧力低下は、乱流誘発装置の中の鎖基盤の長さの増加により異なることがある。平方インチあたり約５０〜２００ポンドの乱流誘発装置全体の圧力低下は、優れた分散および溶解速度をもたらすことになる。

種々の修正が、本装置で可能である。導管に充填された鎖を追加することにより、さらに分散および混合を生じさせることができる。さらなる圧力低下が必要とされる場合、導管に沿ってポンプを追加することができる。

混合Ｔで形成された溶媒とスラリーとの混合物は、乱流誘発装置の中の延長鎖の長さによって画定された蛇行流路に沿って、均一な混合を受ける。乱流誘発装置からの排出と同時に、溶媒・スラリーシステムは、激しいまたはせん断攪拌を使用せずに、固体の優れた分散をもたらすのに十分な混合を行う。

以下の実施例は、請求の範囲に記載されている発明をより説明するために提供されるものであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されない。特定の物質が言及されているという範囲内での、説明する目的のみのものであり、本発明を限定することを意図しない。当業者は、発明能力を行使することなく、または本発明の範囲から逸脱することなく、同等の方法または反応物質を開発することができる。
（実施例１）
（汚染土壌の水力掘削）
液体を利用する水力掘削機は、汚染土壌の中に高圧で液体を送達するために使用される。液体は、（１）水に添加した脱脂組成物、（２）米国特許第５，３０６，３５１号に記載される水に添加した脱脂組成物、（３）米国特許第５，３０６，３５１号に記載される油除去のための分散液、（４）水に添加した有益微生物、（５）水に添加した有益微生物および脱脂組成物、（６）米国特許第５，３０６，３５１号に記載される水に添加した有益微生物および脱脂組成物、（７）米国特許第５，３０６，３５１号に記載される油除去のための有益微生物および分散液、（８）水に添加したケイ酸ナトリウム、および（９）抗生物質のうちのいずれか１つ以上の組み合わせを含む。水力掘削機は、分離トレーラーなどの分離のための車両に汚染スラリーを真空吸引する。分離トレーラーにおいて、石油（すなわち、上層）、液体（すなわち、中層）、および土壌（すなわち、下層）などの汚染物質を含有する層にスラリーを分離する。当業者は、３つ以上の層にスラリーを分離できることを容易に理解するであろう。石油などの汚染物質は、上部を除去し、液体を再利用でき、土壌をその元の環境に戻すことができる。現場、輸送中、または現場外で分離工程を実施することができる。

あるいは、水力掘削工程前（すなわち、水力掘削水に組成物を導入することにより）、水力掘削工程中（すなわち、実質的に水力掘削水が標的領域に導入されているときに水力掘削水に組成物を導入することにより）、および水力掘削工程後（すなわち、土壌または他の標的物質を地面から除去後の処置ステップとして）を含む、水力掘削工程のいずれか１つ以上の段階で有益微生物、脱脂組成物、または双方を含む組成物を添加することができる。さらに、水力掘削における前述のいずれかまたはすべての段階において、連続または並行して組成物を導入することができる。さらなる実施形態において、現場または施設で、組成物を使用することができる。これらのいずれの組み合わせも、本発明の範囲内であると考慮される。

（実施例２）
大気温度において、約４０００〜約７０００ｐｓｉの圧力で、米国特許第５，３０６，３５１号の分散液を油ピットに注入する。結果として生じるスラリーは、真空吸引され、石油回収システムに輸送される。油溜めを流動化するための用途においては、本工程は、特別装備のトラックにより実施される。特別装備のトラックは、拡張部品を汚水まで延出し、流動化することができる。発明組成物は、大気温度において、容積の約２０％で、約４０００〜約８０００ｐｓｉの圧力で注入される。結果として生じるスラリーは、真空吸引され、石油回収システムに輸送される。

（実施例３）
汚泥、ボーリング泥水、泥および／または岩屑の混合物は、米国特許第５，３０６，３５１号の分散液を使用した一次洗浄を受ける。粗粒土の粒子を除去する。高圧混合工程において、米国特許第５，３０６，３５１号の分散液および／または有益微生物を細粒土の粒子とともに混合する。分離タンクにおいて、混合物の沈殿および分離を行う。上部からの油を除去し、使用のために回収する。分散液を取り出し、再利用することができる。細粒土の粒子を元の場所に戻すことができる。土壌を元の場所に戻す前、最中、またはその後に細粒土の粒子に有益微生物を添加することができる。

上記の説明は、本発明の特定の実施形態を参照するが、多くの修正がその精神を逸脱することなく行われ得ることが当業者には容易に明らかであろう。添付の請求項は、そのような修正が本発明の真の精神および範囲内に含まれるものとして網羅されていることを意図している。したがって、現段階で開示される実施形態は、限定されるものではなく、実例としてすべての点で考慮され、本発明の範囲は、前述の説明よりむしろ添付の特許請求の範囲により示される。特許請求の範囲と均等の意味および均等の範囲内で理解されるすべての変更は、本明細書に包含されることを意図する。

図１は、本発明の実施形態による方法のフローチャートを示す。 図２は、本発明の種々の実施形態に利用可能な高圧ミキサーの概略図を示す。

Claims (21)

1. 土壌改良方法であって、
   該土壌に溶媒を添加することと、
   該土壌を洗浄することと、
   スラリーを生成することと、
   該スラリーを沈殿させて少なくとも２層に分離させることと、
   該層のうちの少なくとも１つを除去することと
   を含み、
   該沈殿と分離とから生じる下層は改良された土壌を含む、方法。
2. 前記改良されるべき土壌を水力掘削によって除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記土壌は粗粒土および細粒土を含み、前記方法は、該粗粒土を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 高圧ミキサーの中で前記土壌を前記溶媒と混合することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記高圧ミキサーの中で前記土壌を混合することは、該土壌を継続的に計測し、前記溶媒と混合することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記土壌および／または前記溶媒に有益微生物を添加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記土壌は、汚染物質を含有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記汚染物質は、活性病原体、ヒ素、廃石中の金属、メチル第３ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、炭化水素ベースの物質およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項７に記載の方法。
9. 前記炭化水素ベースの物質は、原油、潤滑油、ガソリン、ディーゼル燃料、燃料油およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項８に記載の方法。
10. 前記溶媒は、脱脂組成物を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記脱脂組成物は、ケイ酸ナトリウムを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記脱脂組成物は、大豆粉、リグニン粉、および／または柑橘類ペクチンをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記土壌を洗浄することは、前記溶媒を含む土壌と水との混合物を、ふるい、攪拌羽根、および／または散水装置を通過させることを含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記スラリーは、少なくとも３層に分離し、上層は炭化水素ベースの物質を含み、中層は前記溶媒を含み、前記下層は改良された土壌を含む、請求項１に記載の方法であって、
    該炭化水素ベースの物質から使用可能油を回収する処理をさらに行うために、該上層を除去することと、
    再利用または廃棄のために該中層を除去することと
    をさらに含む、方法。
15. 炭化水素ベースの汚染物質を有する物質の改良方法であって、
    水力掘削により前記物質を除去することと、
    脱脂組成物を添加することと、
    スラリーを生成することと、
    該スラリーを沈殿させて少なくとも２層に分離させることと、
    該少なくとも２層のうちの少なくとも１つを取り除くことと
    を含み、
    少なくとも１層は、改良物質を含む、方法。
16. 前記脱脂組成物は、ケイ酸ナトリウムを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記脱脂組成物は、大豆粉、リグニン粉、および／または柑橘類ペクチンをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記脱脂組成物は、水力掘削機によって利用される水に添加される、請求項１５に記載の方法。
19. 有益微生物を添加することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
20. 土壌改良方法であって、
    粗粒土および細粒土を含む土壌を水力掘削によって除去することと、
    該土壌に溶媒を添加することと、
    該土壌を洗浄することと、
    該粗粒土を除去することと、
    高圧ミキサーの中で該細粒土を混合し、それによってスラリーを生成することと、
    該スラリーを沈殿させて少なくとも３層に分離させることであって、上層は炭化水素ベースの物質を含み、中層は該溶媒を含み、該沈殿と分離から生じる下層は該改良された土壌を含む、ことと、
    該改良された土壌を含む該下層を除去することと
    を含む、方法。
21. 前記方法は、前記土壌および／または前記溶媒に有益微生物を添加することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。

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