JP3703288B2 - 土壌の浄化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚染土壌浄化方法に関するものである。より詳しくは、微生物の活動を利用することによって汚染された領域内で汚染物質を分解する汚染土壌浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年の急速な科学技術の進歩は大量の化学物質や化成品を生みだしている。これらの多くは環境中に徐々に蓄積しながら自然を汚染している。環境中の水、大気が循環していることを考えると環境汚染は地球レベルへと拡大していく深刻な問題である。これまでによく知られた汚染物質としては、有機塩素化合物（例えばトリクロロエチレン（ＴＣＥ）、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）やダイオキシンなど）、芳香族化合物（例えば、トルエン、キシレン、ベンゼンなど）、更にはガソリンなどの燃料などが挙げられる。特に塩素化脂肪族炭化水素化合物（ジクロロエチレン、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなど）は、精密部品の洗浄やドライクリーニング用の溶剤としてかつて大量に使用され、またそれによる土壌や地下水の汚染が明らかになりつつある。またこれらの有機化合物は、揮発性が高く大気汚染を引き起こす可能性もある。更にこれら有機化合物は催奇性や発がん性を有することが指摘されており、生物界へも極めて重大な影響を及ぼすことが明らかになりつつあり、汚染源の遮断だけでなく、既にこれらの有機化合物で汚染されている土壌や地下水の浄化は、早急に解決すべき課題となっている。
【０００３】
有機塩素化合物で汚染された土壌の浄化方法として従来より知られている方法としては、例えば、汚染土壌を掘り起こして加熱処理する方法が知られている。この方法では回収した土壌からは殆ど完全に汚染物質を取り除くことが可能であるが、土壌の掘削等に多大の費用と期間が必要である。また地下深くに位置する汚染土壌の回収は実質的に不可能であり、適用範囲が限定されるという問題がある。また回収した汚染土壌の加熱によって土壌から分離させた有機塩素化合物は、それが大気汚染を引き起こさない様に活性炭等に吸着して回収する必要があるが、この活性炭をさらに処理する必要がある。この活性炭を例えば焼却処理してしまうと、汚染物質がＤＣＥ，ＴＣＥ，ＰＣＥ等の塩素系化合物であった場合にはホスゲン等さらに毒性の高い副生成物を生じさせてしまう可能性がある。従って回収した汚染物質の無害化の為のステップが必要となるため、最終的な処理コストは莫大なものとなることが予想される。
【０００４】
上記の方法の問題点の一つである、処理領域が限定されるという問題を解決する方法として、例えば汚染土壌から真空抽出する方法、および汚染物質を分解する能力を有する微生物を用いる方法等が挙げられる。即ちこれらの方法は土壌の回収を行なわず、土壌が存在しているその位置（以降「原位置」と略）における土壌浄化処理が可能である。具体的には汚染物質が含まれている土壌中に、真空抽出用パイプや微生物投入用の井戸を掘る程度の小規模な作業を行なえば良く、上記の方法と比較して安価で簡便な方法である。しかし真空抽出法は数ｐｐｍ以下の低濃度の有機塩素化合物の除去効率が低く、また上記の方法と同様に回収した有機塩素化合物の更なる処理が必要である。一方微生物を用いた浄化方法は、土壌に元来生息する土壌の分解微生物を利用する方法と土壌に元来生息しない外来の分解微生物を利用する方法に分けられるが、いずれの場合にも微生物によって、土壌中の汚染物質を無害な物質にまで分解させることが可能なため、上記２つの方法に於いて必須であった回収した汚染物質の無害化処理の為の工程が実質的に不要となる。また汚染物質の濃度が比較的低い領域での該汚染物質の分解効率が高いため、近年注目されている方法である。
【０００５】
しかし微生物を用いた浄化方法のうち、浄化すべき領域に生息する微生物（土着微生物）を利用する場合には、該土着微生物の分解活性を誘導するためのインデューサや、分解活性を高めるための栄養素、酸素、増殖刺激剤などの菌活性化物質を該土壌中の浄化すべき領域に投入することが必要である。また分解すべき汚染物質の分解能を備えた微生物を用いる場合にはその微生物、および必要に応じてその微生物の活性化物質を該土壌中の浄化すべき領域に投入することが必要である。
【０００６】
そしていずれの場合にも微生物や活性化物質は土壌中になるべく均等に注入することが好ましいが、土壌の内部構造は一般的に不均質であり、菌や菌活性化物質を含む液体を土壌中に均等に拡散するように注入するのは困難である。この様な技術課題に対して出願人は、特開平８−２２４５６６号において土壌中に注入した微生物や活性化物質を含む液体が、均一に拡散されるようにした技術を開示した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らの検討によれば土壌中に微生物や活性化物質を含む液体の注入に伴って、土壌間隙中に位置している汚染物質の一部が押出され、該液体の拡散に伴って汚染物質も移動することがあり、液体の注入によって汚染領域を拡大させてしまうことがあることを見出した。この傾向は、ＤＣＥ，ＴＣＥやＰＣＥ等の揮発性の汚染物質に顕著であり、液体の注入による汚染領域の拡大は、特に原位置での土壌浄化においては、その濃度によらず極力防ぐことが好ましく、そのための技術開発が必要であるとの結論を得た。
【０００８】
このような技術課題の解決を目的として本発明者らは更なる検討を行なった結果、修復すべき土壌領域を原位置において周囲の土壌と隔離し、実質的に密閉された空間に閉じ込めて、その閉空間内で土壌浄化を完結させる方法を見出した。
【０００９】
本発明は、かかる本発明者らによる新たな知見に基づきなされたものであり、汚染土壌のより高度な浄化を、汚染領域の拡大を防ぎつつ行なう方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成することのできる本発明の一実施態様に係る土壌の浄化方法は、汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する工程を含む土壌の浄化方法において、該工程が、該領域を、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する工程と、隔離された領域の土壌間隙水を該液体で置換する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成することのできる本発明の他の実施態様に係る土壌の浄化方法は、汚染物質を含んでいる土壌を処理槽内に取り込み、該処理槽内に該汚染物質を分解可能な微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せしめる工程を有する土壌の浄化方法であって、該処理槽が該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させることのない材質で構成された該処理槽内に土壌を取り込む工程と、該土壌中の土壌間隙水が該液体で置換されるように該液体を注入する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の更に他の実施態様にかかる土壌の浄化方法は、揮発性汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する工程を含む土壌の浄化方法において、該工程が、該領域を、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する工程と、隔離された土壌間隙の体積を超える該液体を隔離された領域に注入することで隔離された領域の土壌間隙を該液体で充填し、且つ該汚染物質を該領域の外へ押し出す工程と、該土壌間隙に残留する該汚染物質を、該領域に注入した該液体中の微生物によって分解する工程とを有することを特徴とするものである。
本発明の他の実施態様にかかる土壌の浄化方法は、揮発性汚染物質を含んでいる土壌を処理槽内に取り込み、該処理槽内に該汚染物質を分解可能な微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せしめる工程を有する土壌の浄化方法において、該処理槽が、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させることのない材質で構成され、かつ、該工程が、該処理槽内に土壌を取り込む工程と、該処理槽内の土壌間隙の体積を超える該液体を該処理槽に注入することで該土壌間隙を該液体で充填し、且つ該汚染物質を押し出す工程と、該土壌間隙に残留する該汚染物質を、該処理槽内に注入した該液体中の微生物によって分解する工程と、を有することを特徴とするものである。
本発明の一実施態様にかかる土壌浄化装置は、汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する工程を有する土壌浄化方法を行うための浄化装置において、該領域を、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する手段と、隔離された領域の土壌間隙水を該液体で置換する手段と、を有することを特徴とするものである。
本発明の他の実施態様にかかる土壌浄化装置は、汚染物質を含んでいる土壌に 、該汚染物質を分解可能な微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せしめる工程を有する土壌浄化方法を行うための浄化装置において、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させることのない材質で構成された処理層と、該処理槽内に土壌を取り込む手段と、該処理層内に取り込まれた土壌中の土壌間隙水が該液体で置換されるように該液体を注入する手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（浄化装置の概略）
図１に示す汚染土壌の浄化装置の概略断面図において、汚染物質で汚染された土壌の原位置（サイト）に設置した汚染分解処理糟８は、側壁１、底部７および蓋２によって形成されている。そして処理槽８内には汚染領域の土壌が、周囲の土壌と隔離された状態で収納されている。蓋２は注入口３および排出口４を備え、注入口３には例えば土壌浄化の為に土壌に注入する微生物、または微生物および活性化物質の汚染分解処理槽８内の土壌中に注入するための液体注入用パイプ５が挿入されている。液体注入用パイプの一端は、分解処理槽内８内の汚染土９中に挿入され、汚染土９中に液体を注入可能に構成されている。また注入用パイプ５の他端は微生物または微生物および活性化物質を含む液体が収納されている分解微生物培養槽１１に接続されている。そして分解微生物培養槽１１内の微生物、または微生物および活性化物質を含む液体は、注入用パイプ５の中間部に配置されたポンプ１０によって汚染土９中に注入される。
【００１４】
開口４には排出用パイプ６が挿入されている。排出用パイプ６は例えば液体注入用パイプ５から汚染土壌に液体を注入した結果、注入液体の圧力によって押出されてくる土壌間隙中に保持されている汚染物質、および注入用パイプ５からの液体注入を過剰に行なって該液体をオーバーフローさせた場合に、汚染物質が含まれている可能性のあるオーバーフローした液体を汚染物質分解装置１２に導くためのパイプである。また１３は汚染物質分解装置１２から汚染物質が大気中に放出されるのを防止する活性炭トラップである。
【００１５】
汚染物質分解処理槽８は、処理すべき土壌が存在しているその場において汚染源、あるいは高濃度汚染領域の土壌をその閉空間に内包する様に形成するのが好ましい。これにより土壌浄化の効率化が図れると共に汚染の拡散を防止することが可能となる。また地下水の流れがある場合はできるだけ上流域に処理層を形成することが汚染領域拡大の防止に効果的である。側壁１は水、微生物および汚染物質を透過しない材質であれば、形状やその形成方法は何ら限定されるものではない。例えば鉄製のパイプを汚染土壌に打ち込むことで該鉄パイプを側壁１とすることができる。また鉄板を４面に打ち込むことによって側壁１を形成することができる。
【００１６】
（底部の形成）
底部７は例えば土壌硬化剤を注入し、底部の土壌を硬化させることによって形成することができる。かかる底面の形成方法としては鉄製のパイプをサイトに打ち込み、その後土壌硬化剤を注入する方法や、鉄板を４面に打ち込んだ後に、該鉄板で囲まれた領域の底部に土壌硬化剤を注入する方法が挙げられる。ここで土壌硬化剤としては例えば水ガラス系、急硬性セメント系、セメント系、および特殊セメント系等が挙げられ、これらからサイトの状況や目的によって適宜選択決定すればよい。またモンモリロナイト、カルシウム、アニオン系高分子活性剤、流動化促進剤等の混和物質を上記土壌硬化剤に混入してもよい。また汚染物質が塩素化脂肪族炭化水素化合物（例えばジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等）の揮発性の化合物である場合には、この化合物の透過性が低い水ガラス系の土壌硬化剤を用いることが好ましい。
【００１７】
（硬化剤の注入方法）
硬化剤を地盤中に注入する方法としては、例えばＣＣＰ工法、ジェットクラウト工法及びロディンジェットパイル工法等が挙げられる。これらの工法の中から処理する汚染土壌領域の大きさや、地盤の状態により適宜決定すれば良いが、ＣＣＰ工法は、汚染土壌を外部へ流出させることなしに土壌硬化剤の注入が可能であり、外部に流出させた汚染土壌の処理を行なう必要が無い為好ましい方法である。
【００１８】
硬化剤を高圧注入し汚染土壌処理層の底部を形成する工程を含むＣＣＰ法について図２を用いて説明する。ポーリングマシン５６には特殊噴射装置を取付けたロッド５７を取付け、特殊噴射装置の他端は超高圧パルスボンプ５８、バルブ５９を介し循環水タンク６０が接続されている。ポンプの吐出圧力を例えば３０Ｋｇｆ／ｃｍ2以下に保持し、循環水を送り込みながら土質に応じたロッドの回転およびストロークで注入位置まで地盤を削孔する。目的深度に到達したら循環水タンクを切り離し、バルブ５９の操作で土壌硬化剤タンク６１に接続し、例えば回転数１０〜２０ｒｐｍ、吐出圧力２００〜４００Ｋｇｆ／ｃｍ2で圧入する。その後分解微生物の注入は、例えば土壌硬化剤タンク６１から微生物貯留タンク６２に切り替えて、ロッド５７および超高圧パルスポンプ５８を用いて土壌内に注入しても良く、或いは別の注入用パイプを処理領域に立て込んで注入しても良い。
【００１９】
なお底部として岩盤等の不透水層を利用できるサイトであれば、その不透水層をそのまま底部７として用いても良い。
【００２０】
（処理槽の上部構成）
処理槽８の上部は、注入液の注入先端の上昇に伴って地表面に上昇してくる汚染物質を大気中に拡散させることのない様に、例えば側壁と同様に汚染物質が透過しない材質の蓋を設け密閉構造とすることが好ましい。このような処理槽８を汚染土壌の原位置に形成する事で、液体の注入による処理槽８内の汚染物質の周囲の環境への拡散をほぼ完全に防止することができる。また該処理槽に投入した汚染物質を分解可能な微生物や汚染物質を分解可能な微生物の栄養やインデューサー等の活性化物質の環境への拡散を抑えられる。
【００２１】
（汚染物質分解装置１２について）
汚染土９から押出されてくる汚染物質分解装置１２としては、例えば担体上に汚染物質分解微生物を固定化したものを充填したバイオリアクターや、分解微生物を含む液中に汚染ガスあるいは汚染土壌水を導入し分解するバイオリアクター、あるいは紫外線や鉄を用いた化学反応による分解装置などが挙げられる。
【００２２】
（浄化方法）
次に汚染物質を含む土壌に外部から微生物を投入して浄化する技術に、本発明の一実施態様にかかる浄化方法を適用した場合について以下に説明する。
【００２３】
汚染物質の分解活性を有する微生物は分解微生物培養槽１１で増殖させた後、汚染物質分解処理槽８内に注入用パイプ５を通して培養液と共に注入する。微生物の注入位置や注入方法は処理糟内の土質、圧密により適宜選択すればよく、例えばポンプを用いて処理槽下部より培養液を押し上げてゆく方法や，静水圧で処理槽上部から流し込む方法が挙げられる。ここで土壌中に注入される培養液は、例えば該微生物の活性化剤を含んでいても良い。そして活性化剤の例としては例えば微生物の増殖の為の栄養素を含む培地や、微生物に汚染物質の分解能を発現させるためのインデューサ等が含まれる。
【００２４】
そして例えば汚染物質がＴＣＥやＰＣＥ等の揮発性の化合物の場合には、処理槽下部から微生物を含む培養液を注入して処理槽内を液体で満たしていく方法は土壌のより一層高度な浄化を行ない得る好ましい方法である。即ち土壌間隙中に保持されている揮発性汚染物質の一部は液体の注入先端に押出されて地表に向って移動し、最終的には地表から気体の状態或いは液体に混合した状態で土壌から押出されると推測される。しかし本実施態様によれば液体注入によって土壌から押出された汚染物質は排出用パイプ６を介して汚染物質分解装置１２に導かれそこで分解される。一方液体の注入によっても移動することなく土壌間隙中に存在している汚染物質は、該土壌中に注入された微生物によって分解される。よって本実施態様によれば土壌のより一層高度な浄化を達成することができる。また微生物の注入口は、微生物ができるだけ槽内にまんべんなく均一に行き渡らせることができれば、一箇所に限定されない。しかし複数の注入口を用いる場合には、注入先端の拡大に伴って移動する汚染物質を確実に捕捉できるように、具体的には、例えば地表に向うように配置することが好ましい。尚採用する注入方法に応じてオーバーフロー液の排出口の位置や形態も適宜考慮することが望ましい。
【００２５】
処理槽内に注入する微生物は汚染物質の分解能を有していることが好ましく、例えば汚染物質がフェノール等の芳香族化合物やトリクロロエチレンやテトラクロロエチレン等のハロゲン化脂肪族炭化水素化合物の場合には、例えばシュードモナス・セパシアＫＫ０１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−４２３５）、Ｊ１株（ＦＥＲＭＢＰ−５１０２）、ＪＭ１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５３５２）、ＪＭＣ１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５９６０）、ＪＭ２Ｎ株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５９６１）、ＪＭ６Ｕ株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５９６２）、ＪＭ７株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５９６３）等を用いることができる。また汚染物質が石油系燃料の場合には例えばアルカリジェネス・スピーシズＳＭ８−４Ｌ株（ＦＥＲＭ Ｐ−１３８０１）を用いて本発明を実施する事ができる。
【００２６】
また注入に供される微生物は、汚染物質の分解活性が高い状態に培養されたものを使用することが好ましい。そして微生物は一般に対数増殖期が最も汚染物質の分解活性が高いとされており、例えば対数増殖期にある微生物を汚染物質の存在する土壌に注入することが好ましい。
【００２７】
ところで塩素化脂肪族炭化水素化合物と接触した微生物は、自らの生成した分解反応の中間産物等でダメージを受けることがある。この場合汚染物質濃度が高ければ高いほど微生物の受けるダメージは大きく、活性もこれとともに低下することになる。このような問題は本実施態様に係る技術を用いることで解決することができる。即ち高濃度の汚染物質の存在する処理槽内に注入用パイプ５を用いて分解微生物を注入し、この時には処理層内に元々あった土壌中の水を押し出し、土壌内の間隙が全て培養液で満たされるように大過剰に注入することが好ましい。即ち土壌内に注入した培養液は、土壌内に元々あった水により稀釈されながら土壌内を移動するが、土壌間隙の総体積以上の培養液を注入し、本来土壌間隙中にあった土壌間隙水を押し出し、更に土壌間隙水によって稀釈された培養液をも押し出すように培養液の量を調整しつつ処理されるべき土壌中に注入することにより、高濃度の汚染水は処理されるべき土壌中から押出され、土壌内汚染物質濃度を低下させられる。これによって菌へのダメージを抑えられる。かつまた処理槽内の土壌に高濃度の培養液を均一に行き渡らせることが可能となる。
【００２８】
ここで処理槽内に注入する微生物を含む培養液の最適な量は、土壌の性質、例えば含水比等により異なるが、土壌間隙総体積の１．１倍以上、好ましくは１．２倍以上とすることが好ましい。即ち注入液量を上記の様にして、注入培養液をオーバーフローさせることによって土壌内部の高濃度の汚染物質の一部は、オバーフローした土壌水とともに流出するので、土壌中の汚染濃度が低下する。これにより汚染物質あるいはその分解中間産物による分解微生物のダメージが軽減され、高濃度汚染領域での処理が可能となる。
【００２９】
ここで土壌間隙の体積（Ｖｖ）は下記方程式（１）によって求めることができる。
【００３０】
Ｖｖ＝Ｖ−１００・ｗ／｛（１００＋ω）・γｓ｝・・・（１）
上記式（１）にて、Ｖは所定の領域の土壌体積、Ｗは所定の領域の土壌総重量、ωは所定の領域の土壌含水比、γｓは所定の領域の土壌粒子の比重である。土壌総重量は単位体積重量を常法（例えば直接測定法や置換測定法等）によって求め、土壌体積との積によって与えられる。
【００３１】
また土壌含水比は例えば以下の方法によって求められる。即ち対象となる土壌から所定量のサンプルを採取し、時計皿の上に載せ全体の重さ（Ｗｔ）を測る。この重さは時計皿の重さ（Ｗｐ）、土壌サンプルの土壌粒子の重さ（Ｗｓ）および土壌サンプル中に含まれる水分の重さ（Ｗｗ）の総和に等しい。次に土壌サンプルを１１０℃程度の温度で２４時間乾燥させ再度秤量する。このときの重さをＷａとするとＷａ＝Ｗｐ＋Ｗｓである。よって土壌サンプルの含水比（ω）は１００・Ｗｗ／Ｗｓ＝（Ｗｔ−Ｗａ）／（Ｗａ−Ｗｐ）で求められる。
【００３２】
更に土壌粒子の比重に関しては例えば以下の方法によって算出できる。即ち内容積Ｖｐ、重さがＷｐのピクノメータに蒸留水を満たし秤量する。このときの重さをＷｃとするとＷｃ＝Ｗｐ＋γｗＶｐとなる。ここでγｗは水の単位重量である。次にこのピクノメータに対象となる土壌から採取した土壌サンプルを入れ、十分に空気を追い出したときの全体の重さ（Ｗｔ）は下記式（２）によって示される。
【００３３】
Ｗｔ＝Ｗｐ＋（Ｖｐ−Ｖｓ）γｗ＋Ｗｓ・・・（２）
但しＶｓは土壌サンプルの土壌粒子部分の体積である。そして土壌粒子の比重は一般的に土壌粒子の単体重量（γｓ＝Ｗｓ／Ｖｓ）を水の単体重量（γｗ）で除した比重（Ｇｓ）が用いられる。よって上記式（２）は下記式（３）に変形できる。
【００３４】
よってピクノメータから土壌サンプルを取出し、乾燥させた後の重さ（ＷＳ）を秤量することで下記式（４）を用いて土壌粒子の比重が求められる。
【００３５】
Ｇｓ＝Ｗｓ／（Ｗｓ＋Ｗｃ−Ｗｔ）・・・（４）
【００３６】
ところで隔壁によって隔離した土壌領域の構成は当然均一でない場合も想定されるため、隔離した土壌領域の間隙体積を求める為の土壌サンプルの採取は複数箇所から行なうことが好ましい。複数箇所からの土壌サンプルを用いて算出した土壌間隙体積はその平均値をもって該隔離土壌の土壌総間隙体積として用いてよい。また各々の土壌サンプルから算出される土壌間隙体積の値が大幅にばらついている場合にはサンプリング数を増やすことが好ましい。また隔離した土壌領域内に異なる性質の土壌粒子を含む層が存在することが予測され、或いは分かっている場合には隔離土壌領域の層構成を掘削等によって予め調査し、各々の層の土壌間隙体積を求め、その総和をもって土壌間隙総体積としてもよい。
【００３７】
注入する微生物として最も活性が高く、且つ増殖期にあるものを用いる場合、該微生物が処理槽内の土壌中にて酸素を多量に消費する。このため処理槽内の土壌中の酸素濃度は、微生物を注入した直後から急激に低下することがある。このような酸素濃度の低下は、微生物の汚染物質分解活性を低下させる原因の一つとなる。従って土壌中の酸素濃度の低下が認められる場合には、処理槽内の土壌に注入する微生物を含む培養液を酸素、或いは空気で予め充分曝気することが土壌浄化をより効率的に行なううえで好ましい。或いは土壌中に注入する培養液が活性化剤として微生物の増殖の為の栄養を含む培地を含んでいる場合には、その栄養素濃度を下げて微生物の土壌中での増殖を抑えるか、もしくはその培地から該微生物にとっての炭素源を取り除き、微生物の土壌中での増殖を実質的に止めることも土壌のより一層の浄化に効果的である。
【００３８】
以下、実施例をもって本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は、本発明を限定するものではない。
【００３９】
【実施例】
実施例１
図３に示す実験装置を組み立てて本実施例の実験に供した。まず内容積が２リットルの蓋付きステンレス容器１４を用意した。容器の密閉性を考慮し、ステンレス製容器１４と蓋１５との接触面は鏡面加工し、テフロン製のＯリング２０を使用した。蓋１５に微生物注入口１６、排出口１７、およびサンプリング口１８を設け、排出口１７にはテフロンチューブを取り付けテフロンシールにより固定した。サンプリング口にはテフロンコートゴムを取り付けた。
【００４０】
ステンレス容器に平均粒径１ｃｍの礫を厚さ約４ｃｍに充填した。なお充填にあたっては、この礫の層２２の含水率はゼロ、間隙率は５３％となるように調整した。次いで微生物注入用パイプ１９を礫の層２２に立て込んだ。次に比重２．７の細砂２１を２９３２ｇを含水比１４％、間隙率４０％となるように充填し、更にその上に平均粒径１ｃｍの礫を、含水率ゼロ、間隙率５３％となるようにステンレス容器の上面まで敷き詰めた。こうして作成したステンレス容器内の土壌の土壌間隙体積は以下のようにして求められる。
【００４１】
まず細砂の層に関して、含水比１４％であり、比重２．７の細砂が２９３２ｇ用いられていることから、以下の式が成り立つ。
【００４２】
・細砂粒子の重さ（Ｗｓ）＋細砂層中の水分の重さ（Ｗｗ）＝２９３２ｇ
・含水比（ω＝１００・Ｗｗ／Ｗｓ）＝１４
・比重（Ｗｓ／Ｖｓ）＝２．７
上記式から細砂層中の細砂が占める体積
（Ｖｓ）＝２９３２・１００／［２．７（１００＋１４）］＝９５２．５７（ｃｍ3）となる。
【００４３】
また間隙率は（細砂層の総体積（Ｖ）−Ｖｓ）／細砂層の総体積（Ｖ）で示されるから
【００４４】
次に礫層の体積はステンレス容器の体積と細砂層の体積の差となるから２０００−１５８７．６＝４１２．４（ｃｍ3）となる。
そして礫層の間隙率は５３％としたから４１２．４×０．５３＝２１８．５（ｃｍ3）となる。よってステンレス容器内の土壌の間隙総体積は６３５＋２１８．５＝８５３．５（ｃｍ3）となる。
【００４５】
次にステンレス製容器１４に蓋１５を取り付けた。微生物注入用パイプ１９を蓋１５の微生物注入口１６に貫通させその周囲にはテフロンシールを施した。蓋は万力で固定し密閉性を確認した。
【００４６】
一方５０ｐｐｍＴＣＥ水溶液２６が５００ｍｌ入ったＴＣＥリザーバータンク２５およびポンプ２４を用意し、微生物注入用パイプ１９と排出口１７に取り付けたテフロンチューブとを図３に示すようにパイプジョイント２７で接続した後、ポンプ２４を作動させて、１リットル／分で２４時間ＴＣＥ汚染蒸気を循環しステンレス製容器１４内の砂を汚染した。その後ＴＣＥリザーバータンクを切り離し、微生物注入用パイプに分解微生物ＪＭ１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５３５２）の培養液タンク（不図示）を接続し、圧搾空気によりＪＭ１株培養液をゆっくりと注入した。注入液量は土壌間隙総体積の約１．１倍量（９３８．９ｍｌ）とし、本来土壌中に存在したと考えられる土壌間隙水量（Ｗｗ＝０．１４Ｗｓ＝０．１４・２．７Ｖｓ＝３６０ｍｌ）＋過剰量の培養液量（０．１Ｖｖ＝８５．３ｍｌ）＝４４５．４ｍｌがサンプリング１８からオーバーフローするまで注入を続けた。注入後ＪＭ１培養液タンクを取り外し、注入口、排出口を密栓した。またオーバーフローした液体も全て捕捉した。
【００４７】
注入直後より３時間毎にサンプリング口よりシリンジを差し込み、０．５ｍｌずつサンプリングした。サンプリング点は砂層の下部（下部礫層の上１ｃｍ）、中層部（下部サンプリング点より５ｃｍ上部）、上部（中層部サンプリング点より更に５ｃｍ上）の３箇所で行なった。サンプリングした液は直ちにｎ−ヘキサン５ｍｌの入った容器に入れ、３分間撹拌した後、ｎ−ヘキサン層を分取し、ＥＣＤガスクロマトグラフィーにてＴＣＥ量を測定した。実験装置を図３に示す。また測定結果を図５から図７に示す。また汚染物質を分解させる微生物の培養液の条件を以下に記す。
【００４８】
土壌への注入液体としては、分解微生物ＪＭ１の培養開始から３日目、菌濃度としては４．８×１０8ｃｅｌｌ／ｍｌの培養液をＭ９培地で２倍希釈したものを使用した。
【００４９】
Ｍ９培地
・Ｎａ2ＨＰＯ4 ６．２ ｇ／ｌ
・ＫＨ2ＰＯ4 ３．０ ｇ／ｌ
・ＮａＣｌ ０．５ ｇ／ｌ
・ＮＨ4Ｃｌ １．０ ｇ／ｌ
・Ｌ−グルタミン酸ナトリウム ２０ ｇ／ｌ
【００５０】
また捕捉したオーバーフローした培養液中のＴＣＥ濃度を上記同様の方法で測定したところ、２０ｐｐｍであった。このことからオーバーフローした培養液中にはＴＣＥが含まれていることが分かった。
【００５１】
比較例１
実施例１と同様にしてＴＣＥで汚染された土壌を含むステンレス容器を用意した。
微生物供給用タンクに培地のみを入れ、実施例１で注入したＪＭ１培養液と同量のＭ９培地を注入した。実施例１と同様にしてステンレス容器内の砂層中のＴＣＥ濃度を測定した。結果を図５から図７に示す。
【００５２】
比較例２
実施例１と同様にしてＴＣＥで汚染された土壌を含むステンレス容器を用意し、実施例１と同様にして培養したＪＭ１株を含む培養液を注入した。但し培養液の注入は、排出口よりオーバーフローさせず排出口から液が出始めた時点で停止した。即ち土壌間隙体積（８５３．５ｃｍ3）から土壌間隙水の体積（３６０ｍｌ）を差し引いた量の培養液を注入した。そして実施例１と同様にしてステンレス容器内の砂層中のＴＣＥ濃度を測定した。結果を図５〜図７に示す。
【００５３】
実施例２
模擬汚染土壌に汚染分解層を形成―ＴＣＥ分解
はじめに図４に示す実験装置に用いる模擬試験土壌の土壌間隙体積を測定するための予備実験を行なった。即ち内容積３６．６リットルの蓋付きステンレス容器２８を用意した。容器の密閉性を考慮し容器２８と蓋２９との接触面は鏡面加工し、テフロン製のＯリング３０を使用した。蓋２９には土壌硬化剤注入口３１、微生物注入口３２、ＴＣＥ導入口３３、２箇所の排出口３４および３５を設け、排出口にはテフロンチューブをテフロンシールで固定した。土壌硬化剤注入管３６は径１３ｍｍステンレスパイプの先端を絞り先端部に約１ｍｍの孔を多数形成したものを用いた。ＴＣＥ導入管３７には一方の先端を絞った、径１３ｍｍのＬ字形ステンレスパイプを用いた。このパイプにはステンレス容器底部よりＴＣＥを導入出来るように所々に径１ｍｍ程度の孔を形成した。また微生物導入管３８として径１３ｍｍのステンレスパイプを取り付けた。
【００５４】
ステンレス容器の下層部約４ｃｍまで礫を敷き詰めた礫層３９を形成し、ＴＣＥ導入管３７を立て込み、次に細砂をステンレス容器２８に充填していき、ステンレス容器２８の上部から２００ｍｍのところまで砂４０を充填した段階で径１１２ｍｍ、高さ２００ｍｍの鉄製パイプ４１を立て込み、その中央の同じ深さのところに土壌硬化剤注入管３６を立て込んだ。更に砂を充填しステンレス容器３８の上部から１８０ｍｍのところで微生物注入管３８を土壌硬化剤注入管３６に平行に立て込み、次いでステンレス容器２８の上面まで砂を充填した。土壌硬化剤注入管３６、微生物導入管３８、ＴＣＥ導入管３７はそれぞれ砂との隙間がなくなるよう、石膏４３を流し込み固定した。土壌硬化剤注入管３６および微生物導入管３８を貫通させる形で鉄製パイプの上部に鉄製の蓋４２をし接続部分を石膏にて固定した。更にステンレス容器の蓋に設けた微生物注入管、硬化剤注入管、ＴＣＥ導入管用開口部に各パイプを貫通させ、テフロンシールを施し蓋をした。蓋は万力で固定し、密閉性を確認した。
【００５５】
次に土壌硬化剤注入管３６をバルブ４７、加圧ポンプ４６を介して土壌硬化剤タンク５０に接続した。土壌硬化剤には水ガラス系土壌硬化剤（日東化学（株）社製）を用いた。土壌硬化剤タンク５０内の土壌硬化剤４００ｍｌを加圧ポンプ４６により５ｋｇ／ｃｍ2で圧送した後バルブを閉じた。この状態で２４時間放置した。次いで蓋２９を取り去り、鉄製パイプ４１を引き抜いたところ、鉄製パイプの底部には水ガラス系土壌硬化剤の硬化物によって塞がれており、またこの鉄パイプ４１内からは気体上のＴＣＥ、本実施例に用いる微生物を含む培溶液、および水の漏洩がないことを確認した。
【００５６】
このようにして周囲の環境から隔離した土壌領域の土壌間隙体積を求めた。まず土壌体積は（１１．２／２）2×３．１４×２０＝１９６９ｃｍ3となる。また隔離した土壌領域の任意の３箇所からサンプリングした土壌サンプルを用いて土壌粒子の比重、含水比および単位体積重量を求めた。その結果土壌粒子の比重は２．７、含水比は１４％、そして単位体積重量は１．８６ｇ／ｃｍ3であった。そしてこれらの値はサンプリング位置によって有意な差は認められなかった。よって隔離した土壌領域の土壊間隙総体積は前記式（１）から７７９．１ｃｍ3と算出された。
【００５７】
次に上記と全く同様にして図５の実験装置を作成し、リザーバタンク４４には４００ｐｐｍのＴＣＥ水溶液５００ｍｌを入れ、このリザーバータンク４４はポンプ４５を介してＴＣＥ導入口３３にテフロンチューブで接続し、また排出口３４、３５ともテフロンチューブで接続した。次にポンプ４５を作動させ、１リットル／分で２４時間ＴＣＥ汚染蒸気を循環し容器内の砂を汚染した。汚染後２個所の排出口３４および３５に接続したテフロンチューブを一旦外し、これらの排出口からシリンジを差し込み深さ１００ｍｍの砂層におけるＴＣＥガス濃度をサンプリングしＦＩＤ検出器付ガスクロマトグラフィー（商品名：ＧＣ１４Ｂ：島津製作所（株）社製）を用いて測定したところ排出口３４では９８５ｐｐｍ、排出口３５では９５０ｐｐｍであった。
【００５８】
ＴＣＥ導入口３３および微生物注入口３２のバルブ４８、４９を閉じ、土壌硬化剤注入管３６をバルブ４７、加圧ポンプ４６を介して土壌硬化剤タンク５０に接続した。土壌硬化剤には水ガラス系土壌硬化剤（日東化学（株）社製）を用いた。土壌硬化剤タンク５０内の土壌硬化剤４００ｍｌを加圧ポンプ４６により５ｋｇ／ｃｍ2で圧送した後バルブを閉じた。この状態で２４時間放置した。次に図５に示した様に排出口３４、３５とリザーバータンク４４を結ぶテフロンチューブを、バルブ５６、５７の切替えによってＴＣＥリザーバタンク４４から切り離し、排出口３４に繋がるテフロンチューブはＪＭ１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５３５２）を含む培養液５００ｍｌを含む分解装置５３および該分解装置の排気口に繋がる活性炭充填カラム５２に接続した。ここで用いたＪＭ１株は土壌注入に用いるものと同様に培養したものである。また排出口３５に繋がるテフロンチューブは活性炭充填カラムに接続した。
【００５９】
次に微生物培溶液タンク５１に貯留させた、実施例１と同様の条件下で培養したＪＭ１株（ＦＥＲＭ Ｂ−Ｐ−５３５２）の培養液を、土壌間隙体積の１．２倍量に相当する９３４．９ｍｌ実施例１と同様に圧搾空気にてパイプ３８から注入し排出口３４より液がオーバーフローするのを確認して注入を停止した。注入時に分解装置の排出口より排出される気体をサンプリング口５５からサンプリングし、ＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフィー（商品名：ＧＣ１４Ｂ；島津製作所（株）社製）を用いて測定したところ測定限界以下であった。微生物培養液の注入後、微生物注入管のバルブ４８を閉じ、活性炭カラムに接続したテフロンチューブを外し、テフロンゴムを取付け排出口３４、３５をサンプリング口とした。
【００６０】
注入後より３時間毎にサンプリング口３４よりシリンジを差し込み深さ１００ｍｍのところから土壌水０．５ｍｌをサンプリングし、実施例１と同様の方法にてＴＣＥ濃度の測定を行った。またサンプリング口３５からも３時間毎に深さ１００ｍｍのところから気相を採取しＦＩＤ−ガスクロマトグラフにてＴＣＥの測定を行った。測定結果を図８および図９に示す。
【００６１】
また実験終了時点で分解装置５３内の培養液５４を０．５ｍｌサンプリングし、ｎ−ヘキサンで抽出してガスクロマトグラフィで測定した結果、０．０１ｐｐｍであった。
【００６２】
実施例３
実施例１と同様にしてＴＣＥで汚染された模擬土壌を２セット用意した。
【００６３】
次にリンゴ酸ナトリウム１ｗｔ％を含むＭ９寒天培地上のＪＭ１株（ＦＥＲＭＢＰ−５３５２）のコロニーをグルタミン酸ナトリウム１ｗｔ％を含むＭ９液体培地に植菌し、１５℃で２日間振盪培養した。２日間振盪培養した後の培養液の菌濃度は６×１０8ＣＦＵ／ｍｌであった。この培養液を炭素源を含まないＭ９培地を用いて２倍および４倍に希釈し、酸素ガスで１０分間曝気した。各々の培養液を先に用意した２つのタンクの土壌中に実施例１と同様にして注入した。
【００６４】
土壌への注入終了後、注入口および排出口を密栓し２０℃で４８時間静置した後、砂層の下層部（下部碑層の上１ｃｍ）、中間部（下部サンプリング点より５ｃｍ上）、上層部（中層郡サンプリング点より更に５ｃｍ上）の３箇所のサンプリング口よりシリンジを差し込み、各々土壌水を０．５ｍｌづつサンプリングし、直ちにｎ−ヘキサン５ｍｌの入った容器に入れ、３分間撹拌した後、ｎ−ヘキサン層を分取し、ＥＣＤガスクロマトグラフィ（商品名：ＧＣ１４Ｂ；島津製作所（株）社製）を用いてＴＣＥ量を測定した。その結果を表１および表２に示す。
【００６５】
実施例４
実施例３と同様にしてＴＣＥで汚染された模擬土壌を２セット作成した。実施例３と同様の条件で培養したＪＭ１株の培養液を炭素源を含まないＭ９培地で２倍希釈、および４倍希釈し空気で１０分間曝気した。この培養液をＴＣＥ汚染土壌の入った容器に実施例３と同様にして注入し、実施例３と同様にサンプリングして土壌内のＴＣＥ濃度を測定した。その結果を表１および表２に示す。
【００６６】
実施例５
実施例４において、注入する培養液を空気で曝気しない以外は実施例４と同様にして土壌修復の実験を行なった。その結果を表１および表２に示す。
【００６７】
実施例６
実施例３において、ＪＭ１を含む培養液の注入を排出口から注入液をオーバーフローさせず、排出口から注入液が出始めたところで停止した以外は実施例３と同様にして土壌修復実験を行なった。その結果を表１および表２に示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
【表２】
【００７０】
上記表１および２の結果から、土壌への注入の為の菌液を予め酸素または空気で曝気することによって、より高度な土壌浄化を達成できることが確かめられた。更に浄化が不十分となり易い土壌の上層部についても、土壌への注入の為の菌液を予め酸素または空気で曝気すると共にその菌液を土壌間隙体積の１．２倍以上注入することで、より一層の浄化を行なうことができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の一実施態様によれば、汚染物質を高濃度で含む環境を微生物を用いることによって効率的に修復することができる。また浄化に伴って汚染物質、微生物、菌活性物質等が修復すべき環境の外に流出させることを抑えることができた。
【００７２】
また本発明の他の実施態様によれば、上記の効果に加えて、汚染された環境のより一層の修復が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理槽の模式図
【図２】土壌硬化方法の説明図
【図３】実施例１に用いた実験装置の説明図
【図４】実施例２に用いた実験装置の説明図
【図５】実施例１、比較例１、２の砂層上部におけるＴＣＥの分解を示すグラフ
【図６】実施例１、比較例１、２の砂層中部におけるＴＣＥの分解を示すグラフ
【図７】実施例１、比較例１、２の砂層下部におけるＴＣＥの分解を示すグラフ
【図８】実施例２に於てサンプリング口３４からサンプリングしたサンプル中のＴＣＥ濃度
【図９】実施例２においてサンプリング口３５からサンプリングしたサンプル中のＴＣＥ濃度
【符号の説明】
１ 側壁
２ 蓋
３ 注入口
４ 排出口
５ 注入用パイプ
６ 排出用パイプ
７ 底部
８ 汚染物質分解処理槽
９ 汚染土
１０ ポンプ
１１ 分解微生物培養槽
１２ 汚染物質分解装置（生物処理、ｏｒ 物理化学処理）
１３ 活性炭トラップ
１４ ステンレス製容器
１５ 蓋
１６ 微生物注入口
１７ 排出口
１８ サンプリング口
１９ 微生物注入用パイプ
２０ Ｏリング
２１ 佐原砂
２２ 礫の層
２３ サンプリング点
２４ ポンプ
２５ ＴＣＥリザーバータンク
２６ ＴＣＥ水溶液
２７ パイプジョイント
２８ ステンレス容器
２９ 蓋
３０ Ｏリング
３１ 土壌硬化剤導入口
３２ 微生物注入口
３３ ＴＣＥ導入口
３４、３５ 排出口
３６ 土壌硬化剤注入管
３７ ＴＣＥ導入管
３８ 微生物導入管
３９ 礫層
４０ 砂
４１ 鉄製パイプ
４２ 蓋
４３ 石膏
４４ ＴＣＥリザーバタンク
４５、４６ ポンプ
４７、４８、４９、５６、５７ バルブ
５０ 土壌硬化剤タンク
５１ 微生物培養液貯留タンク
５２ 活性炭充填カラム
５３ 分解装置
５４ 微生物培養液
５５ サンプリング口
５６ ポーリングマシン
５７ ロッド
５８ 超高圧パルスポンプ
５９ バルブ
６０ 循環水タンク
６１ 土壌硬化剤タンク
６２ 微生物貯留タンク
【発明の属する技術分野】
本発明は汚染土壌浄化方法に関するものである。より詳しくは、微生物の活動を利用することによって汚染された領域内で汚染物質を分解する汚染土壌浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年の急速な科学技術の進歩は大量の化学物質や化成品を生みだしている。これらの多くは環境中に徐々に蓄積しながら自然を汚染している。環境中の水、大気が循環していることを考えると環境汚染は地球レベルへと拡大していく深刻な問題である。これまでによく知られた汚染物質としては、有機塩素化合物（例えばトリクロロエチレン（ＴＣＥ）、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）やダイオキシンなど）、芳香族化合物（例えば、トルエン、キシレン、ベンゼンなど）、更にはガソリンなどの燃料などが挙げられる。特に塩素化脂肪族炭化水素化合物（ジクロロエチレン、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなど）は、精密部品の洗浄やドライクリーニング用の溶剤としてかつて大量に使用され、またそれによる土壌や地下水の汚染が明らかになりつつある。またこれらの有機化合物は、揮発性が高く大気汚染を引き起こす可能性もある。更にこれら有機化合物は催奇性や発がん性を有することが指摘されており、生物界へも極めて重大な影響を及ぼすことが明らかになりつつあり、汚染源の遮断だけでなく、既にこれらの有機化合物で汚染されている土壌や地下水の浄化は、早急に解決すべき課題となっている。
【０００３】
有機塩素化合物で汚染された土壌の浄化方法として従来より知られている方法としては、例えば、汚染土壌を掘り起こして加熱処理する方法が知られている。この方法では回収した土壌からは殆ど完全に汚染物質を取り除くことが可能であるが、土壌の掘削等に多大の費用と期間が必要である。また地下深くに位置する汚染土壌の回収は実質的に不可能であり、適用範囲が限定されるという問題がある。また回収した汚染土壌の加熱によって土壌から分離させた有機塩素化合物は、それが大気汚染を引き起こさない様に活性炭等に吸着して回収する必要があるが、この活性炭をさらに処理する必要がある。この活性炭を例えば焼却処理してしまうと、汚染物質がＤＣＥ，ＴＣＥ，ＰＣＥ等の塩素系化合物であった場合にはホスゲン等さらに毒性の高い副生成物を生じさせてしまう可能性がある。従って回収した汚染物質の無害化の為のステップが必要となるため、最終的な処理コストは莫大なものとなることが予想される。
【０００４】
上記の方法の問題点の一つである、処理領域が限定されるという問題を解決する方法として、例えば汚染土壌から真空抽出する方法、および汚染物質を分解する能力を有する微生物を用いる方法等が挙げられる。即ちこれらの方法は土壌の回収を行なわず、土壌が存在しているその位置（以降「原位置」と略）における土壌浄化処理が可能である。具体的には汚染物質が含まれている土壌中に、真空抽出用パイプや微生物投入用の井戸を掘る程度の小規模な作業を行なえば良く、上記の方法と比較して安価で簡便な方法である。しかし真空抽出法は数ｐｐｍ以下の低濃度の有機塩素化合物の除去効率が低く、また上記の方法と同様に回収した有機塩素化合物の更なる処理が必要である。一方微生物を用いた浄化方法は、土壌に元来生息する土壌の分解微生物を利用する方法と土壌に元来生息しない外来の分解微生物を利用する方法に分けられるが、いずれの場合にも微生物によって、土壌中の汚染物質を無害な物質にまで分解させることが可能なため、上記２つの方法に於いて必須であった回収した汚染物質の無害化処理の為の工程が実質的に不要となる。また汚染物質の濃度が比較的低い領域での該汚染物質の分解効率が高いため、近年注目されている方法である。
【０００５】
しかし微生物を用いた浄化方法のうち、浄化すべき領域に生息する微生物（土着微生物）を利用する場合には、該土着微生物の分解活性を誘導するためのインデューサや、分解活性を高めるための栄養素、酸素、増殖刺激剤などの菌活性化物質を該土壌中の浄化すべき領域に投入することが必要である。また分解すべき汚染物質の分解能を備えた微生物を用いる場合にはその微生物、および必要に応じてその微生物の活性化物質を該土壌中の浄化すべき領域に投入することが必要である。
【０００６】
そしていずれの場合にも微生物や活性化物質は土壌中になるべく均等に注入することが好ましいが、土壌の内部構造は一般的に不均質であり、菌や菌活性化物質を含む液体を土壌中に均等に拡散するように注入するのは困難である。この様な技術課題に対して出願人は、特開平８−２２４５６６号において土壌中に注入した微生物や活性化物質を含む液体が、均一に拡散されるようにした技術を開示した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らの検討によれば土壌中に微生物や活性化物質を含む液体の注入に伴って、土壌間隙中に位置している汚染物質の一部が押出され、該液体の拡散に伴って汚染物質も移動することがあり、液体の注入によって汚染領域を拡大させてしまうことがあることを見出した。この傾向は、ＤＣＥ，ＴＣＥやＰＣＥ等の揮発性の汚染物質に顕著であり、液体の注入による汚染領域の拡大は、特に原位置での土壌浄化においては、その濃度によらず極力防ぐことが好ましく、そのための技術開発が必要であるとの結論を得た。
【０００８】
このような技術課題の解決を目的として本発明者らは更なる検討を行なった結果、修復すべき土壌領域を原位置において周囲の土壌と隔離し、実質的に密閉された空間に閉じ込めて、その閉空間内で土壌浄化を完結させる方法を見出した。
【０００９】
本発明は、かかる本発明者らによる新たな知見に基づきなされたものであり、汚染土壌のより高度な浄化を、汚染領域の拡大を防ぎつつ行なう方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成することのできる本発明の一実施態様に係る土壌の浄化方法は、汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する工程を含む土壌の浄化方法において、該工程が、該領域を、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する工程と、隔離された領域の土壌間隙水を該液体で置換する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成することのできる本発明の他の実施態様に係る土壌の浄化方法は、汚染物質を含んでいる土壌を処理槽内に取り込み、該処理槽内に該汚染物質を分解可能な微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せしめる工程を有する土壌の浄化方法であって、該処理槽が該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させることのない材質で構成された該処理槽内に土壌を取り込む工程と、該土壌中の土壌間隙水が該液体で置換されるように該液体を注入する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の更に他の実施態様にかかる土壌の浄化方法は、揮発性汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する工程を含む土壌の浄化方法において、該工程が、該領域を、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する工程と、隔離された土壌間隙の体積を超える該液体を隔離された領域に注入することで隔離された領域の土壌間隙を該液体で充填し、且つ該汚染物質を該領域の外へ押し出す工程と、該土壌間隙に残留する該汚染物質を、該領域に注入した該液体中の微生物によって分解する工程とを有することを特徴とするものである。
本発明の他の実施態様にかかる土壌の浄化方法は、揮発性汚染物質を含んでいる土壌を処理槽内に取り込み、該処理槽内に該汚染物質を分解可能な微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せしめる工程を有する土壌の浄化方法において、該処理槽が、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させることのない材質で構成され、かつ、該工程が、該処理槽内に土壌を取り込む工程と、該処理槽内の土壌間隙の体積を超える該液体を該処理槽に注入することで該土壌間隙を該液体で充填し、且つ該汚染物質を押し出す工程と、該土壌間隙に残留する該汚染物質を、該処理槽内に注入した該液体中の微生物によって分解する工程と、を有することを特徴とするものである。
本発明の一実施態様にかかる土壌浄化装置は、汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する工程を有する土壌浄化方法を行うための浄化装置において、該領域を、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する手段と、隔離された領域の土壌間隙水を該液体で置換する手段と、を有することを特徴とするものである。
本発明の他の実施態様にかかる土壌浄化装置は、汚染物質を含んでいる土壌に 、該汚染物質を分解可能な微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せしめる工程を有する土壌浄化方法を行うための浄化装置において、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させることのない材質で構成された処理層と、該処理槽内に土壌を取り込む手段と、該処理層内に取り込まれた土壌中の土壌間隙水が該液体で置換されるように該液体を注入する手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（浄化装置の概略）
図１に示す汚染土壌の浄化装置の概略断面図において、汚染物質で汚染された土壌の原位置（サイト）に設置した汚染分解処理糟８は、側壁１、底部７および蓋２によって形成されている。そして処理槽８内には汚染領域の土壌が、周囲の土壌と隔離された状態で収納されている。蓋２は注入口３および排出口４を備え、注入口３には例えば土壌浄化の為に土壌に注入する微生物、または微生物および活性化物質の汚染分解処理槽８内の土壌中に注入するための液体注入用パイプ５が挿入されている。液体注入用パイプの一端は、分解処理槽内８内の汚染土９中に挿入され、汚染土９中に液体を注入可能に構成されている。また注入用パイプ５の他端は微生物または微生物および活性化物質を含む液体が収納されている分解微生物培養槽１１に接続されている。そして分解微生物培養槽１１内の微生物、または微生物および活性化物質を含む液体は、注入用パイプ５の中間部に配置されたポンプ１０によって汚染土９中に注入される。
【００１４】
開口４には排出用パイプ６が挿入されている。排出用パイプ６は例えば液体注入用パイプ５から汚染土壌に液体を注入した結果、注入液体の圧力によって押出されてくる土壌間隙中に保持されている汚染物質、および注入用パイプ５からの液体注入を過剰に行なって該液体をオーバーフローさせた場合に、汚染物質が含まれている可能性のあるオーバーフローした液体を汚染物質分解装置１２に導くためのパイプである。また１３は汚染物質分解装置１２から汚染物質が大気中に放出されるのを防止する活性炭トラップである。
【００１５】
汚染物質分解処理槽８は、処理すべき土壌が存在しているその場において汚染源、あるいは高濃度汚染領域の土壌をその閉空間に内包する様に形成するのが好ましい。これにより土壌浄化の効率化が図れると共に汚染の拡散を防止することが可能となる。また地下水の流れがある場合はできるだけ上流域に処理層を形成することが汚染領域拡大の防止に効果的である。側壁１は水、微生物および汚染物質を透過しない材質であれば、形状やその形成方法は何ら限定されるものではない。例えば鉄製のパイプを汚染土壌に打ち込むことで該鉄パイプを側壁１とすることができる。また鉄板を４面に打ち込むことによって側壁１を形成することができる。
【００１６】
（底部の形成）
底部７は例えば土壌硬化剤を注入し、底部の土壌を硬化させることによって形成することができる。かかる底面の形成方法としては鉄製のパイプをサイトに打ち込み、その後土壌硬化剤を注入する方法や、鉄板を４面に打ち込んだ後に、該鉄板で囲まれた領域の底部に土壌硬化剤を注入する方法が挙げられる。ここで土壌硬化剤としては例えば水ガラス系、急硬性セメント系、セメント系、および特殊セメント系等が挙げられ、これらからサイトの状況や目的によって適宜選択決定すればよい。またモンモリロナイト、カルシウム、アニオン系高分子活性剤、流動化促進剤等の混和物質を上記土壌硬化剤に混入してもよい。また汚染物質が塩素化脂肪族炭化水素化合物（例えばジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等）の揮発性の化合物である場合には、この化合物の透過性が低い水ガラス系の土壌硬化剤を用いることが好ましい。
【００１７】
（硬化剤の注入方法）
硬化剤を地盤中に注入する方法としては、例えばＣＣＰ工法、ジェットクラウト工法及びロディンジェットパイル工法等が挙げられる。これらの工法の中から処理する汚染土壌領域の大きさや、地盤の状態により適宜決定すれば良いが、ＣＣＰ工法は、汚染土壌を外部へ流出させることなしに土壌硬化剤の注入が可能であり、外部に流出させた汚染土壌の処理を行なう必要が無い為好ましい方法である。
【００１８】
硬化剤を高圧注入し汚染土壌処理層の底部を形成する工程を含むＣＣＰ法について図２を用いて説明する。ポーリングマシン５６には特殊噴射装置を取付けたロッド５７を取付け、特殊噴射装置の他端は超高圧パルスボンプ５８、バルブ５９を介し循環水タンク６０が接続されている。ポンプの吐出圧力を例えば３０Ｋｇｆ／ｃｍ2以下に保持し、循環水を送り込みながら土質に応じたロッドの回転およびストロークで注入位置まで地盤を削孔する。目的深度に到達したら循環水タンクを切り離し、バルブ５９の操作で土壌硬化剤タンク６１に接続し、例えば回転数１０〜２０ｒｐｍ、吐出圧力２００〜４００Ｋｇｆ／ｃｍ2で圧入する。その後分解微生物の注入は、例えば土壌硬化剤タンク６１から微生物貯留タンク６２に切り替えて、ロッド５７および超高圧パルスポンプ５８を用いて土壌内に注入しても良く、或いは別の注入用パイプを処理領域に立て込んで注入しても良い。
【００１９】
なお底部として岩盤等の不透水層を利用できるサイトであれば、その不透水層をそのまま底部７として用いても良い。
【００２０】
（処理槽の上部構成）
処理槽８の上部は、注入液の注入先端の上昇に伴って地表面に上昇してくる汚染物質を大気中に拡散させることのない様に、例えば側壁と同様に汚染物質が透過しない材質の蓋を設け密閉構造とすることが好ましい。このような処理槽８を汚染土壌の原位置に形成する事で、液体の注入による処理槽８内の汚染物質の周囲の環境への拡散をほぼ完全に防止することができる。また該処理槽に投入した汚染物質を分解可能な微生物や汚染物質を分解可能な微生物の栄養やインデューサー等の活性化物質の環境への拡散を抑えられる。
【００２１】
（汚染物質分解装置１２について）
汚染土９から押出されてくる汚染物質分解装置１２としては、例えば担体上に汚染物質分解微生物を固定化したものを充填したバイオリアクターや、分解微生物を含む液中に汚染ガスあるいは汚染土壌水を導入し分解するバイオリアクター、あるいは紫外線や鉄を用いた化学反応による分解装置などが挙げられる。
【００２２】
（浄化方法）
次に汚染物質を含む土壌に外部から微生物を投入して浄化する技術に、本発明の一実施態様にかかる浄化方法を適用した場合について以下に説明する。
【００２３】
汚染物質の分解活性を有する微生物は分解微生物培養槽１１で増殖させた後、汚染物質分解処理槽８内に注入用パイプ５を通して培養液と共に注入する。微生物の注入位置や注入方法は処理糟内の土質、圧密により適宜選択すればよく、例えばポンプを用いて処理槽下部より培養液を押し上げてゆく方法や，静水圧で処理槽上部から流し込む方法が挙げられる。ここで土壌中に注入される培養液は、例えば該微生物の活性化剤を含んでいても良い。そして活性化剤の例としては例えば微生物の増殖の為の栄養素を含む培地や、微生物に汚染物質の分解能を発現させるためのインデューサ等が含まれる。
【００２４】
そして例えば汚染物質がＴＣＥやＰＣＥ等の揮発性の化合物の場合には、処理槽下部から微生物を含む培養液を注入して処理槽内を液体で満たしていく方法は土壌のより一層高度な浄化を行ない得る好ましい方法である。即ち土壌間隙中に保持されている揮発性汚染物質の一部は液体の注入先端に押出されて地表に向って移動し、最終的には地表から気体の状態或いは液体に混合した状態で土壌から押出されると推測される。しかし本実施態様によれば液体注入によって土壌から押出された汚染物質は排出用パイプ６を介して汚染物質分解装置１２に導かれそこで分解される。一方液体の注入によっても移動することなく土壌間隙中に存在している汚染物質は、該土壌中に注入された微生物によって分解される。よって本実施態様によれば土壌のより一層高度な浄化を達成することができる。また微生物の注入口は、微生物ができるだけ槽内にまんべんなく均一に行き渡らせることができれば、一箇所に限定されない。しかし複数の注入口を用いる場合には、注入先端の拡大に伴って移動する汚染物質を確実に捕捉できるように、具体的には、例えば地表に向うように配置することが好ましい。尚採用する注入方法に応じてオーバーフロー液の排出口の位置や形態も適宜考慮することが望ましい。
【００２５】
処理槽内に注入する微生物は汚染物質の分解能を有していることが好ましく、例えば汚染物質がフェノール等の芳香族化合物やトリクロロエチレンやテトラクロロエチレン等のハロゲン化脂肪族炭化水素化合物の場合には、例えばシュードモナス・セパシアＫＫ０１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−４２３５）、Ｊ１株（ＦＥＲＭＢＰ−５１０２）、ＪＭ１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５３５２）、ＪＭＣ１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５９６０）、ＪＭ２Ｎ株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５９６１）、ＪＭ６Ｕ株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５９６２）、ＪＭ７株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５９６３）等を用いることができる。また汚染物質が石油系燃料の場合には例えばアルカリジェネス・スピーシズＳＭ８−４Ｌ株（ＦＥＲＭ Ｐ−１３８０１）を用いて本発明を実施する事ができる。
【００２６】
また注入に供される微生物は、汚染物質の分解活性が高い状態に培養されたものを使用することが好ましい。そして微生物は一般に対数増殖期が最も汚染物質の分解活性が高いとされており、例えば対数増殖期にある微生物を汚染物質の存在する土壌に注入することが好ましい。
【００２７】
ところで塩素化脂肪族炭化水素化合物と接触した微生物は、自らの生成した分解反応の中間産物等でダメージを受けることがある。この場合汚染物質濃度が高ければ高いほど微生物の受けるダメージは大きく、活性もこれとともに低下することになる。このような問題は本実施態様に係る技術を用いることで解決することができる。即ち高濃度の汚染物質の存在する処理槽内に注入用パイプ５を用いて分解微生物を注入し、この時には処理層内に元々あった土壌中の水を押し出し、土壌内の間隙が全て培養液で満たされるように大過剰に注入することが好ましい。即ち土壌内に注入した培養液は、土壌内に元々あった水により稀釈されながら土壌内を移動するが、土壌間隙の総体積以上の培養液を注入し、本来土壌間隙中にあった土壌間隙水を押し出し、更に土壌間隙水によって稀釈された培養液をも押し出すように培養液の量を調整しつつ処理されるべき土壌中に注入することにより、高濃度の汚染水は処理されるべき土壌中から押出され、土壌内汚染物質濃度を低下させられる。これによって菌へのダメージを抑えられる。かつまた処理槽内の土壌に高濃度の培養液を均一に行き渡らせることが可能となる。
【００２８】
ここで処理槽内に注入する微生物を含む培養液の最適な量は、土壌の性質、例えば含水比等により異なるが、土壌間隙総体積の１．１倍以上、好ましくは１．２倍以上とすることが好ましい。即ち注入液量を上記の様にして、注入培養液をオーバーフローさせることによって土壌内部の高濃度の汚染物質の一部は、オバーフローした土壌水とともに流出するので、土壌中の汚染濃度が低下する。これにより汚染物質あるいはその分解中間産物による分解微生物のダメージが軽減され、高濃度汚染領域での処理が可能となる。
【００２９】
ここで土壌間隙の体積（Ｖｖ）は下記方程式（１）によって求めることができる。
【００３０】
Ｖｖ＝Ｖ−１００・ｗ／｛（１００＋ω）・γｓ｝・・・（１）
上記式（１）にて、Ｖは所定の領域の土壌体積、Ｗは所定の領域の土壌総重量、ωは所定の領域の土壌含水比、γｓは所定の領域の土壌粒子の比重である。土壌総重量は単位体積重量を常法（例えば直接測定法や置換測定法等）によって求め、土壌体積との積によって与えられる。
【００３１】
また土壌含水比は例えば以下の方法によって求められる。即ち対象となる土壌から所定量のサンプルを採取し、時計皿の上に載せ全体の重さ（Ｗｔ）を測る。この重さは時計皿の重さ（Ｗｐ）、土壌サンプルの土壌粒子の重さ（Ｗｓ）および土壌サンプル中に含まれる水分の重さ（Ｗｗ）の総和に等しい。次に土壌サンプルを１１０℃程度の温度で２４時間乾燥させ再度秤量する。このときの重さをＷａとするとＷａ＝Ｗｐ＋Ｗｓである。よって土壌サンプルの含水比（ω）は１００・Ｗｗ／Ｗｓ＝（Ｗｔ−Ｗａ）／（Ｗａ−Ｗｐ）で求められる。
【００３２】
更に土壌粒子の比重に関しては例えば以下の方法によって算出できる。即ち内容積Ｖｐ、重さがＷｐのピクノメータに蒸留水を満たし秤量する。このときの重さをＷｃとするとＷｃ＝Ｗｐ＋γｗＶｐとなる。ここでγｗは水の単位重量である。次にこのピクノメータに対象となる土壌から採取した土壌サンプルを入れ、十分に空気を追い出したときの全体の重さ（Ｗｔ）は下記式（２）によって示される。
【００３３】
Ｗｔ＝Ｗｐ＋（Ｖｐ−Ｖｓ）γｗ＋Ｗｓ・・・（２）
但しＶｓは土壌サンプルの土壌粒子部分の体積である。そして土壌粒子の比重は一般的に土壌粒子の単体重量（γｓ＝Ｗｓ／Ｖｓ）を水の単体重量（γｗ）で除した比重（Ｇｓ）が用いられる。よって上記式（２）は下記式（３）に変形できる。
【００３４】
【００３５】
Ｇｓ＝Ｗｓ／（Ｗｓ＋Ｗｃ−Ｗｔ）・・・（４）
【００３６】
ところで隔壁によって隔離した土壌領域の構成は当然均一でない場合も想定されるため、隔離した土壌領域の間隙体積を求める為の土壌サンプルの採取は複数箇所から行なうことが好ましい。複数箇所からの土壌サンプルを用いて算出した土壌間隙体積はその平均値をもって該隔離土壌の土壌総間隙体積として用いてよい。また各々の土壌サンプルから算出される土壌間隙体積の値が大幅にばらついている場合にはサンプリング数を増やすことが好ましい。また隔離した土壌領域内に異なる性質の土壌粒子を含む層が存在することが予測され、或いは分かっている場合には隔離土壌領域の層構成を掘削等によって予め調査し、各々の層の土壌間隙体積を求め、その総和をもって土壌間隙総体積としてもよい。
【００３７】
注入する微生物として最も活性が高く、且つ増殖期にあるものを用いる場合、該微生物が処理槽内の土壌中にて酸素を多量に消費する。このため処理槽内の土壌中の酸素濃度は、微生物を注入した直後から急激に低下することがある。このような酸素濃度の低下は、微生物の汚染物質分解活性を低下させる原因の一つとなる。従って土壌中の酸素濃度の低下が認められる場合には、処理槽内の土壌に注入する微生物を含む培養液を酸素、或いは空気で予め充分曝気することが土壌浄化をより効率的に行なううえで好ましい。或いは土壌中に注入する培養液が活性化剤として微生物の増殖の為の栄養を含む培地を含んでいる場合には、その栄養素濃度を下げて微生物の土壌中での増殖を抑えるか、もしくはその培地から該微生物にとっての炭素源を取り除き、微生物の土壌中での増殖を実質的に止めることも土壌のより一層の浄化に効果的である。
【００３８】
以下、実施例をもって本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は、本発明を限定するものではない。
【００３９】
【実施例】
実施例１
図３に示す実験装置を組み立てて本実施例の実験に供した。まず内容積が２リットルの蓋付きステンレス容器１４を用意した。容器の密閉性を考慮し、ステンレス製容器１４と蓋１５との接触面は鏡面加工し、テフロン製のＯリング２０を使用した。蓋１５に微生物注入口１６、排出口１７、およびサンプリング口１８を設け、排出口１７にはテフロンチューブを取り付けテフロンシールにより固定した。サンプリング口にはテフロンコートゴムを取り付けた。
【００４０】
ステンレス容器に平均粒径１ｃｍの礫を厚さ約４ｃｍに充填した。なお充填にあたっては、この礫の層２２の含水率はゼロ、間隙率は５３％となるように調整した。次いで微生物注入用パイプ１９を礫の層２２に立て込んだ。次に比重２．７の細砂２１を２９３２ｇを含水比１４％、間隙率４０％となるように充填し、更にその上に平均粒径１ｃｍの礫を、含水率ゼロ、間隙率５３％となるようにステンレス容器の上面まで敷き詰めた。こうして作成したステンレス容器内の土壌の土壌間隙体積は以下のようにして求められる。
【００４１】
まず細砂の層に関して、含水比１４％であり、比重２．７の細砂が２９３２ｇ用いられていることから、以下の式が成り立つ。
【００４２】
・細砂粒子の重さ（Ｗｓ）＋細砂層中の水分の重さ（Ｗｗ）＝２９３２ｇ
・含水比（ω＝１００・Ｗｗ／Ｗｓ）＝１４
・比重（Ｗｓ／Ｖｓ）＝２．７
上記式から細砂層中の細砂が占める体積
（Ｖｓ）＝２９３２・１００／［２．７（１００＋１４）］＝９５２．５７（ｃｍ3）となる。
【００４３】
また間隙率は（細砂層の総体積（Ｖ）−Ｖｓ）／細砂層の総体積（Ｖ）で示されるから
次に礫層の体積はステンレス容器の体積と細砂層の体積の差となるから２０００−１５８７．６＝４１２．４（ｃｍ3）となる。
そして礫層の間隙率は５３％としたから４１２．４×０．５３＝２１８．５（ｃｍ3）となる。よってステンレス容器内の土壌の間隙総体積は６３５＋２１８．５＝８５３．５（ｃｍ3）となる。
【００４５】
次にステンレス製容器１４に蓋１５を取り付けた。微生物注入用パイプ１９を蓋１５の微生物注入口１６に貫通させその周囲にはテフロンシールを施した。蓋は万力で固定し密閉性を確認した。
【００４６】
一方５０ｐｐｍＴＣＥ水溶液２６が５００ｍｌ入ったＴＣＥリザーバータンク２５およびポンプ２４を用意し、微生物注入用パイプ１９と排出口１７に取り付けたテフロンチューブとを図３に示すようにパイプジョイント２７で接続した後、ポンプ２４を作動させて、１リットル／分で２４時間ＴＣＥ汚染蒸気を循環しステンレス製容器１４内の砂を汚染した。その後ＴＣＥリザーバータンクを切り離し、微生物注入用パイプに分解微生物ＪＭ１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５３５２）の培養液タンク（不図示）を接続し、圧搾空気によりＪＭ１株培養液をゆっくりと注入した。注入液量は土壌間隙総体積の約１．１倍量（９３８．９ｍｌ）とし、本来土壌中に存在したと考えられる土壌間隙水量（Ｗｗ＝０．１４Ｗｓ＝０．１４・２．７Ｖｓ＝３６０ｍｌ）＋過剰量の培養液量（０．１Ｖｖ＝８５．３ｍｌ）＝４４５．４ｍｌがサンプリング１８からオーバーフローするまで注入を続けた。注入後ＪＭ１培養液タンクを取り外し、注入口、排出口を密栓した。またオーバーフローした液体も全て捕捉した。
【００４７】
注入直後より３時間毎にサンプリング口よりシリンジを差し込み、０．５ｍｌずつサンプリングした。サンプリング点は砂層の下部（下部礫層の上１ｃｍ）、中層部（下部サンプリング点より５ｃｍ上部）、上部（中層部サンプリング点より更に５ｃｍ上）の３箇所で行なった。サンプリングした液は直ちにｎ−ヘキサン５ｍｌの入った容器に入れ、３分間撹拌した後、ｎ−ヘキサン層を分取し、ＥＣＤガスクロマトグラフィーにてＴＣＥ量を測定した。実験装置を図３に示す。また測定結果を図５から図７に示す。また汚染物質を分解させる微生物の培養液の条件を以下に記す。
【００４８】
土壌への注入液体としては、分解微生物ＪＭ１の培養開始から３日目、菌濃度としては４．８×１０8ｃｅｌｌ／ｍｌの培養液をＭ９培地で２倍希釈したものを使用した。
【００４９】
Ｍ９培地
・Ｎａ2ＨＰＯ4 ６．２ ｇ／ｌ
・ＫＨ2ＰＯ4 ３．０ ｇ／ｌ
・ＮａＣｌ ０．５ ｇ／ｌ
・ＮＨ4Ｃｌ １．０ ｇ／ｌ
・Ｌ−グルタミン酸ナトリウム ２０ ｇ／ｌ
【００５０】
また捕捉したオーバーフローした培養液中のＴＣＥ濃度を上記同様の方法で測定したところ、２０ｐｐｍであった。このことからオーバーフローした培養液中にはＴＣＥが含まれていることが分かった。
【００５１】
比較例１
実施例１と同様にしてＴＣＥで汚染された土壌を含むステンレス容器を用意した。
微生物供給用タンクに培地のみを入れ、実施例１で注入したＪＭ１培養液と同量のＭ９培地を注入した。実施例１と同様にしてステンレス容器内の砂層中のＴＣＥ濃度を測定した。結果を図５から図７に示す。
【００５２】
比較例２
実施例１と同様にしてＴＣＥで汚染された土壌を含むステンレス容器を用意し、実施例１と同様にして培養したＪＭ１株を含む培養液を注入した。但し培養液の注入は、排出口よりオーバーフローさせず排出口から液が出始めた時点で停止した。即ち土壌間隙体積（８５３．５ｃｍ3）から土壌間隙水の体積（３６０ｍｌ）を差し引いた量の培養液を注入した。そして実施例１と同様にしてステンレス容器内の砂層中のＴＣＥ濃度を測定した。結果を図５〜図７に示す。
【００５３】
実施例２
模擬汚染土壌に汚染分解層を形成―ＴＣＥ分解
はじめに図４に示す実験装置に用いる模擬試験土壌の土壌間隙体積を測定するための予備実験を行なった。即ち内容積３６．６リットルの蓋付きステンレス容器２８を用意した。容器の密閉性を考慮し容器２８と蓋２９との接触面は鏡面加工し、テフロン製のＯリング３０を使用した。蓋２９には土壌硬化剤注入口３１、微生物注入口３２、ＴＣＥ導入口３３、２箇所の排出口３４および３５を設け、排出口にはテフロンチューブをテフロンシールで固定した。土壌硬化剤注入管３６は径１３ｍｍステンレスパイプの先端を絞り先端部に約１ｍｍの孔を多数形成したものを用いた。ＴＣＥ導入管３７には一方の先端を絞った、径１３ｍｍのＬ字形ステンレスパイプを用いた。このパイプにはステンレス容器底部よりＴＣＥを導入出来るように所々に径１ｍｍ程度の孔を形成した。また微生物導入管３８として径１３ｍｍのステンレスパイプを取り付けた。
【００５４】
ステンレス容器の下層部約４ｃｍまで礫を敷き詰めた礫層３９を形成し、ＴＣＥ導入管３７を立て込み、次に細砂をステンレス容器２８に充填していき、ステンレス容器２８の上部から２００ｍｍのところまで砂４０を充填した段階で径１１２ｍｍ、高さ２００ｍｍの鉄製パイプ４１を立て込み、その中央の同じ深さのところに土壌硬化剤注入管３６を立て込んだ。更に砂を充填しステンレス容器３８の上部から１８０ｍｍのところで微生物注入管３８を土壌硬化剤注入管３６に平行に立て込み、次いでステンレス容器２８の上面まで砂を充填した。土壌硬化剤注入管３６、微生物導入管３８、ＴＣＥ導入管３７はそれぞれ砂との隙間がなくなるよう、石膏４３を流し込み固定した。土壌硬化剤注入管３６および微生物導入管３８を貫通させる形で鉄製パイプの上部に鉄製の蓋４２をし接続部分を石膏にて固定した。更にステンレス容器の蓋に設けた微生物注入管、硬化剤注入管、ＴＣＥ導入管用開口部に各パイプを貫通させ、テフロンシールを施し蓋をした。蓋は万力で固定し、密閉性を確認した。
【００５５】
次に土壌硬化剤注入管３６をバルブ４７、加圧ポンプ４６を介して土壌硬化剤タンク５０に接続した。土壌硬化剤には水ガラス系土壌硬化剤（日東化学（株）社製）を用いた。土壌硬化剤タンク５０内の土壌硬化剤４００ｍｌを加圧ポンプ４６により５ｋｇ／ｃｍ2で圧送した後バルブを閉じた。この状態で２４時間放置した。次いで蓋２９を取り去り、鉄製パイプ４１を引き抜いたところ、鉄製パイプの底部には水ガラス系土壌硬化剤の硬化物によって塞がれており、またこの鉄パイプ４１内からは気体上のＴＣＥ、本実施例に用いる微生物を含む培溶液、および水の漏洩がないことを確認した。
【００５６】
このようにして周囲の環境から隔離した土壌領域の土壌間隙体積を求めた。まず土壌体積は（１１．２／２）2×３．１４×２０＝１９６９ｃｍ3となる。また隔離した土壌領域の任意の３箇所からサンプリングした土壌サンプルを用いて土壌粒子の比重、含水比および単位体積重量を求めた。その結果土壌粒子の比重は２．７、含水比は１４％、そして単位体積重量は１．８６ｇ／ｃｍ3であった。そしてこれらの値はサンプリング位置によって有意な差は認められなかった。よって隔離した土壌領域の土壊間隙総体積は前記式（１）から７７９．１ｃｍ3と算出された。
【００５７】
次に上記と全く同様にして図５の実験装置を作成し、リザーバタンク４４には４００ｐｐｍのＴＣＥ水溶液５００ｍｌを入れ、このリザーバータンク４４はポンプ４５を介してＴＣＥ導入口３３にテフロンチューブで接続し、また排出口３４、３５ともテフロンチューブで接続した。次にポンプ４５を作動させ、１リットル／分で２４時間ＴＣＥ汚染蒸気を循環し容器内の砂を汚染した。汚染後２個所の排出口３４および３５に接続したテフロンチューブを一旦外し、これらの排出口からシリンジを差し込み深さ１００ｍｍの砂層におけるＴＣＥガス濃度をサンプリングしＦＩＤ検出器付ガスクロマトグラフィー（商品名：ＧＣ１４Ｂ：島津製作所（株）社製）を用いて測定したところ排出口３４では９８５ｐｐｍ、排出口３５では９５０ｐｐｍであった。
【００５８】
ＴＣＥ導入口３３および微生物注入口３２のバルブ４８、４９を閉じ、土壌硬化剤注入管３６をバルブ４７、加圧ポンプ４６を介して土壌硬化剤タンク５０に接続した。土壌硬化剤には水ガラス系土壌硬化剤（日東化学（株）社製）を用いた。土壌硬化剤タンク５０内の土壌硬化剤４００ｍｌを加圧ポンプ４６により５ｋｇ／ｃｍ2で圧送した後バルブを閉じた。この状態で２４時間放置した。次に図５に示した様に排出口３４、３５とリザーバータンク４４を結ぶテフロンチューブを、バルブ５６、５７の切替えによってＴＣＥリザーバタンク４４から切り離し、排出口３４に繋がるテフロンチューブはＪＭ１株（ＦＥＲＭ ＢＰ−５３５２）を含む培養液５００ｍｌを含む分解装置５３および該分解装置の排気口に繋がる活性炭充填カラム５２に接続した。ここで用いたＪＭ１株は土壌注入に用いるものと同様に培養したものである。また排出口３５に繋がるテフロンチューブは活性炭充填カラムに接続した。
【００５９】
次に微生物培溶液タンク５１に貯留させた、実施例１と同様の条件下で培養したＪＭ１株（ＦＥＲＭ Ｂ−Ｐ−５３５２）の培養液を、土壌間隙体積の１．２倍量に相当する９３４．９ｍｌ実施例１と同様に圧搾空気にてパイプ３８から注入し排出口３４より液がオーバーフローするのを確認して注入を停止した。注入時に分解装置の排出口より排出される気体をサンプリング口５５からサンプリングし、ＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフィー（商品名：ＧＣ１４Ｂ；島津製作所（株）社製）を用いて測定したところ測定限界以下であった。微生物培養液の注入後、微生物注入管のバルブ４８を閉じ、活性炭カラムに接続したテフロンチューブを外し、テフロンゴムを取付け排出口３４、３５をサンプリング口とした。
【００６０】
注入後より３時間毎にサンプリング口３４よりシリンジを差し込み深さ１００ｍｍのところから土壌水０．５ｍｌをサンプリングし、実施例１と同様の方法にてＴＣＥ濃度の測定を行った。またサンプリング口３５からも３時間毎に深さ１００ｍｍのところから気相を採取しＦＩＤ−ガスクロマトグラフにてＴＣＥの測定を行った。測定結果を図８および図９に示す。
【００６１】
また実験終了時点で分解装置５３内の培養液５４を０．５ｍｌサンプリングし、ｎ−ヘキサンで抽出してガスクロマトグラフィで測定した結果、０．０１ｐｐｍであった。
【００６２】
実施例３
実施例１と同様にしてＴＣＥで汚染された模擬土壌を２セット用意した。
【００６３】
次にリンゴ酸ナトリウム１ｗｔ％を含むＭ９寒天培地上のＪＭ１株（ＦＥＲＭＢＰ−５３５２）のコロニーをグルタミン酸ナトリウム１ｗｔ％を含むＭ９液体培地に植菌し、１５℃で２日間振盪培養した。２日間振盪培養した後の培養液の菌濃度は６×１０8ＣＦＵ／ｍｌであった。この培養液を炭素源を含まないＭ９培地を用いて２倍および４倍に希釈し、酸素ガスで１０分間曝気した。各々の培養液を先に用意した２つのタンクの土壌中に実施例１と同様にして注入した。
【００６４】
土壌への注入終了後、注入口および排出口を密栓し２０℃で４８時間静置した後、砂層の下層部（下部碑層の上１ｃｍ）、中間部（下部サンプリング点より５ｃｍ上）、上層部（中層郡サンプリング点より更に５ｃｍ上）の３箇所のサンプリング口よりシリンジを差し込み、各々土壌水を０．５ｍｌづつサンプリングし、直ちにｎ−ヘキサン５ｍｌの入った容器に入れ、３分間撹拌した後、ｎ−ヘキサン層を分取し、ＥＣＤガスクロマトグラフィ（商品名：ＧＣ１４Ｂ；島津製作所（株）社製）を用いてＴＣＥ量を測定した。その結果を表１および表２に示す。
【００６５】
実施例４
実施例３と同様にしてＴＣＥで汚染された模擬土壌を２セット作成した。実施例３と同様の条件で培養したＪＭ１株の培養液を炭素源を含まないＭ９培地で２倍希釈、および４倍希釈し空気で１０分間曝気した。この培養液をＴＣＥ汚染土壌の入った容器に実施例３と同様にして注入し、実施例３と同様にサンプリングして土壌内のＴＣＥ濃度を測定した。その結果を表１および表２に示す。
【００６６】
実施例５
実施例４において、注入する培養液を空気で曝気しない以外は実施例４と同様にして土壌修復の実験を行なった。その結果を表１および表２に示す。
【００６７】
実施例６
実施例３において、ＪＭ１を含む培養液の注入を排出口から注入液をオーバーフローさせず、排出口から注入液が出始めたところで停止した以外は実施例３と同様にして土壌修復実験を行なった。その結果を表１および表２に示す。
【００６８】
【表１】
【表２】
上記表１および２の結果から、土壌への注入の為の菌液を予め酸素または空気で曝気することによって、より高度な土壌浄化を達成できることが確かめられた。更に浄化が不十分となり易い土壌の上層部についても、土壌への注入の為の菌液を予め酸素または空気で曝気すると共にその菌液を土壌間隙体積の１．２倍以上注入することで、より一層の浄化を行なうことができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の一実施態様によれば、汚染物質を高濃度で含む環境を微生物を用いることによって効率的に修復することができる。また浄化に伴って汚染物質、微生物、菌活性物質等が修復すべき環境の外に流出させることを抑えることができた。
【００７２】
また本発明の他の実施態様によれば、上記の効果に加えて、汚染された環境のより一層の修復が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理槽の模式図
【図２】土壌硬化方法の説明図
【図３】実施例１に用いた実験装置の説明図
【図４】実施例２に用いた実験装置の説明図
【図５】実施例１、比較例１、２の砂層上部におけるＴＣＥの分解を示すグラフ
【図６】実施例１、比較例１、２の砂層中部におけるＴＣＥの分解を示すグラフ
【図７】実施例１、比較例１、２の砂層下部におけるＴＣＥの分解を示すグラフ
【図８】実施例２に於てサンプリング口３４からサンプリングしたサンプル中のＴＣＥ濃度
【図９】実施例２においてサンプリング口３５からサンプリングしたサンプル中のＴＣＥ濃度
【符号の説明】
１ 側壁
２ 蓋
３ 注入口
４ 排出口
５ 注入用パイプ
６ 排出用パイプ
７ 底部
８ 汚染物質分解処理槽
９ 汚染土
１０ ポンプ
１１ 分解微生物培養槽
１２ 汚染物質分解装置（生物処理、ｏｒ 物理化学処理）
１３ 活性炭トラップ
１４ ステンレス製容器
１５ 蓋
１６ 微生物注入口
１７ 排出口
１８ サンプリング口
１９ 微生物注入用パイプ
２０ Ｏリング
２１ 佐原砂
２２ 礫の層
２３ サンプリング点
２４ ポンプ
２５ ＴＣＥリザーバータンク
２６ ＴＣＥ水溶液
２７ パイプジョイント
２８ ステンレス容器
２９ 蓋
３０ Ｏリング
３１ 土壌硬化剤導入口
３２ 微生物注入口
３３ ＴＣＥ導入口
３４、３５ 排出口
３６ 土壌硬化剤注入管
３７ ＴＣＥ導入管
３８ 微生物導入管
３９ 礫層
４０ 砂
４１ 鉄製パイプ
４２ 蓋
４３ 石膏
４４ ＴＣＥリザーバタンク
４５、４６ ポンプ
４７、４８、４９、５６、５７ バルブ
５０ 土壌硬化剤タンク
５１ 微生物培養液貯留タンク
５２ 活性炭充填カラム
５３ 分解装置
５４ 微生物培養液
５５ サンプリング口
５６ ポーリングマシン
５７ ロッド
５８ 超高圧パルスポンプ
５９ バルブ
６０ 循環水タンク
６１ 土壌硬化剤タンク
６２ 微生物貯留タンク
Claims (12)
- 汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する工程を含む土壌の浄化方法において、
該工程は、
該領域を、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する工程と、
隔離された領域の土壌間隙水を該液体で置換する工程と、
を有し、
該浄化方法は、
前記液体の注入によって前記領域から追い出される該汚染物質を捕集し、分解せしめる工程を更に有する
ことを特徴とする土壌の浄化方法。 - 注入する前記液体は、前記土壌間隙体積の１．１倍量以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の土壌の浄化方法。 - 前記活性化剤が、前記微生物の栄養およびインデュサーの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の土壌の浄化方法。 - 前記活性化剤が、該微生物の炭素源を含まない培地である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の土壌の浄化方法。 - 前記汚染物質が、炭化水素である
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の土壌の浄化方法。 - 前記炭化水素が、塩素化脂肪族炭化水素化合物および芳香族化合物の少なくとも一方である
ことを特徴とする請求項５に記載の土壌の浄化方法。 - 前記塩素化脂肪族炭化水素化合物が、ジクロロエチレン、トリクロロエチレンおよびテトラクロロエチレンの少なくとも一つである
ことを特徴とする請求項６に記載の土壌の浄化方法。 - 前記領域への前記液体の注入に先立って、該液体を、酸素、あるいは空気と予め接触させる工程を有する
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の土壌の浄化方法。 - 前記汚染物質の分解活性が最も高い状態にある微生物を前記領域に注入する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。 - 汚染物質を含んでいる土壌を処理槽内に取り込み、該処理槽内に該汚染物質を分解可能な微生物を含む液体、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せしめる工程を有する土壌の浄化方法であって、
該工程は、
該処理槽が、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させることのない材質で構成されている該処理槽内に、該土壌を取り込む工程と、
該処理槽内に取り込まれた該土壌中の土壌間隙水が該液体で置換されるように該液体を注入する工程と、を有する
ことを特徴とする土壌の浄化方法。 - 揮発性汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する工程を含む土壌の浄化方法において、
該工程が、
該領域を、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する工程と、
隔離された該領域の土壌間隙の体積を超える該液体を、該隔離された領域に注入することで、隔離された領域の土壌間隙を該液体で充填し、且つ該汚染物質を該領域の外へ押し出す工程と、
該領域の土壌間隙に残留する該汚染物質を、該領域に注入した該液体中の微生物によって分解する工程と、を有する
ことを特徴とする土壌の浄化方法。 - 揮発性汚染物質を含んでいる土壌を処理槽内に取り込み、該処理槽内に該汚染物質を分解可能な微生物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せしめる工程を有する土壌の浄化方法であって、
該処理槽は、該汚染物質、該微生物、該活性化剤および水を透過させることのない材質で構成され、かつ
該工程が、
該処理槽内に該土壌を取り込む工程と、
該処理槽内に取り込まれた土壌間隙の体積を超える該液体を該処理槽内に注入することで、該土壌間隙を該液体で充填し、且つ該汚染物質を押し出す工程と、
該土壌間隙に残留する該汚染物質を、該処理槽内に注入した該液体中の微生物によって分解する工程と、を有する
ことを特徴とする土壌の浄化方法。
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