JP3975239B2 - 汚染地下水浄化方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法並びにこの方法に適用可能な成形体及び浄化フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を現位置で処理する技術としては、現位置汚染土壌封じ込め技術と現位置浄化技術が従来から一般的に知られている。前者は、汚染地域の周囲及び地表部を遮水壁やシート等で封鎖し密閉して、汚染地下水や降雨による汚染浸透水を遮断する方法である。しかしこの方法では、遮水壁や遮水シート類の施工に対してきわめて高い精度が要求されると共に、長年にわたる半永久的な遮水機能の維持が絶対条件になるため、その間の壁体やシート材料の品質劣化の問題や地震等による地盤変動に耐えるだけの性能が求められるので、施工工事が難しくその費用も高くなる。又この方法では、汚染土壌や汚染地下水そのものは浄化されず、地中に残留することになるという問題がある。
【０００３】
一方、後者の現位置浄化技術としては、▲１▼汚染土壌及び地下水を一旦地上に回収し、それをプラントや処理装置内で化学的又は生物学的に処理した後現位置に戻す方式、▲２▼汚染土壌中の有害物質だけを電気化学的手段等によって地上に回収する方式、▲３▼現位置のままで電極を地中に設置し、プラズマ電流等によって超高温の下にガラス化して封じ込める方式、等がある。これらのうち、原理的に比較的低コストで浄化できる実用的方式は▲１▼である。この方式によれば、特定の有害物質の浄化の可能な微生物を別途試験室レベルで特定した後、これを所定の生息・増殖環境にコントロール可能な装置で浄化処理に利用しているのが通常である。
【０００４】
即ち、重金属、有機塩素系化合物、農薬、油分等の難分解性の化学合成物質が微生物によって分解される例に関しては、試験室の段階で分解に寄与する特定の微生物が発見されたとしても、実用の段階において、化学合成物質が存在する自然条件が微生物の生息・増殖条件として充分でないため、現位置においては多くの場合充分な効果が得られていない。そのため、微生物処理の大半は、汚染地盤から一度抽出して分離・回収した化学合成物質を、微生物が生息・増殖できる条件にコントロールし易い室内やプラント内で処理する方式によっている。
【０００５】
このような例としては、芳香族化合物資化菌としてのフェノール資化菌とフェノール、酸素及び栄養塩を供給装置から第１リアクタに入れて菌を高濃度に増殖し、地下水の下流側に用水井を掘って地下水を汲み上げ、第２リアクタに地下水と菌の水溶液とを導入して菌による分解酵素でトリクロロエチレンを分解すると共に、この水に注入装置から酸素とメタンと栄養塩とを注入しつつ、この水を注入井によって地中に戻し、メタン資化菌によって現位置バイオ処理もさせるようにした地下水の浄化方法が提案されている（特開平９−２５３６８８号公報参照）。
【０００６】
しかしながら、この方法では、上記の如く専用の諸プラント装置が必要になり、処理コストが高くなる。又、この方法では注入井による原位置処理と用水井による地下水汲み上げ処理とを併用しているが、処理されることなく流される地下水があり、浄化精度が不十分である。又、地上の人工的処理部分が多いため、広範囲の汚染土壌を対象とした大規模な処理には適当でない。更に、地下水を汲み上げるので地盤沈下を発生させる可能性がある。
【０００７】
微生物を利用して現位置で汚染地下水を処理しようとする方法としては、汚染源に沿う地下浸透水や地下水流の下流側に少なくとも１本以上の直径１４cmのボーリング穴を配置し、この中に直径１２cmで小穴を多数設けた塩化ビニール管を挿入し、生物学的に分解するのに必要な複数の材料を一体とした透水性の直径１０cmで長さ５０cmの筒状体を連結して形成し、地下水を微生物的分解によって無害化しようとする方法が提案されている（特開平７ー９６２８９号公報参照）。しかしながら、この方法でも上記と同様に、汚染地下水を漏れなく捕捉して浄化処理することは困難であり、又、広範囲にわたる大規模処理に適していない等の問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、汎用機械及び汎用微生物群を利用して広範囲の汚染地下水を漏れなく容易且つ確実に低コストで浄化処理できる汚染地下水浄化方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１乃至５の発明は、汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法において、
前記汚染土壌における前記地下水の上流域から下流域の方向に前記地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設すると共に、前記案内された地下水を透過させる透水性の微生物処理層であって前記地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群と該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質とを含有する微生物処理層を造成する、ことを共通的特徴とする。
【００１０】
有用微生物群としては、通常、光合成菌、酵母菌、乳酸菌、糸状菌、放線菌等から成る嫌気性及び好気性の有用菌の共存集合体が用いられる。この発明は、降雨が汚染土壌中を浸透する際に溶出した有害物質を含む浸透水流及びこれが合流した地下水流の流れ方向に着目し、この流れを下流側に造成によってほぼ連続的に形成した透水性の微生物処理層で捕捉し、この層を通過する間に、生息し浄化分解機能を有する有用微生物群で浄化処理しようとするものである。
【００１１】
自然界における浄化は、光と水と微生物の相互作用に基づく場合が多く、化学合成物質も時間をかければいずれ分解され無害化される。その場合、自然界での分解に寄与する微生物が単一のものであることは極めて稀であり、好気性分解菌はもとより通性嫌気性菌や絶対嫌気性菌の相互作用によって分解されるというメカニズムが一般的である。このような菌としては、乳酸菌、酵母菌、光合成菌、糸状菌、放線菌等が挙げられるが、栄養源となる栄養塩を含む基質の存在の下で、これらの菌のうち置かれた環境に適合したものがまず増殖し、その菌の生成物が他の微生物の生息や増殖に寄与することにより、種々の有用微生物が生息し増殖するようになる。その結果、これらの有用微生物群のうちの適合するものが有機塩素系化合物を分解したり有害重金属等を無害化する。
【００１２】
本発明は、このような自然界における浄化のメカニズムに着目してこれを応用したものである。即ち、化学合成物質で汚染された多種多様な条件を有する地盤中に上記のような有用微生物群及び基質を人工的に注入した微生物処理層を設置し、有用微生物群を生息・増殖させ、自然界における浄化メカニズムを時間的に促進させ、この部分を通過する地下水を浄化しようとするものである。
【００１３】
この場合、汚染土壌における雨水等の浸透水やこれらの合流した地下水の流れ方向は（削除）一様でなく、地盤中で広い範囲まで拡散していて捕捉し難いことが多いが、本発明では、遮水性の構造体を配設し、上流域から下流域の方向に地下水の流れが拡散しないように限定しつつ案内し、案内された地下水を透過させるように微生物処理層を造成するので、地下水を確実に且つ経済的に処理することができる。なお、遮水性の構造体の配設に当たっては、通常、ボーリング調査などによって汚染地下水の浸透流の範囲を調査することになる。
【００１４】
微生物処理層の造成工法としては、請求項１及び２の発明では有用微生物群を含有する液体を入れる工程、請求項３及び４の発明では粒状体を入れる工程、及び請求項５の発明ではシート状体もしくはマット状体又は成形体を連続するように入れる入れる工程が利用されていて、これらの諸工程のうちの何れか又は複数の工程を有する工法が適当である。このような各工程は、微生物処理層の造成される位置の地質や使用可能な各種汎用機械及び施工方法に対応して選択され、それぞれ微生物処理層の能率的造成と汚染地下水の処理効果向上を可能にする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の発明の特徴に加えて、前記有用微生物群及びその基質を前記汚染土壌中に混入させることを特徴とする。これは、汚染地下水に加えて汚染土壌そのものも同時に浄化するための追加の浄化処理である。これにより、汚染土壌の浄化が促進される。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１乃至５の発明の特徴に加えて、前記微生物処理層に対して前記地下水の上流側に前記微生物処理層の浄化能力を向上させる前処理層を造成することを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法において前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法の前記微生物処理層を構成する成形体であって、
表面に電荷を帯電させた粒状の帯電体を内包し前記有用微生物群が播種されると共に該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質が加えられた透水性のある多数の高分子ゲル体を透水性のあるシート状材料で覆って形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法において前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法の前記微生物処理層を構成する浄化フィルターであって、
地表と前記地下水の不透水層との間に打ち込まれつづら折り状の水路を形成する枠板と、該水路に入れられた浄化材であって複数種類の微生物から成る有用微生物群及び該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質を担持させた浄化材と、前記水路における前記地下水の流入部と流出部とに前記地表から前記不透水層まで設けられた孔部と、を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項８及び９の発明は、汚染地下水の浄化方法を効果的に実施できる単体物を提供するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した汚染地下水浄化方法の実施状態を示す。
汚染地下水浄化方法は、例えば山間部の焼却残滓処分場の焼却残滓１の下方に位置する汚染土壌２から溶出した難分解性の有機塩素系化合物や重金属等の有害物質を含有する地下水３を浄化する方法であり、汚染土壌２における地下水３の上流域から下流域の方向に地下水３の流れを限定し拡散しないように案内する遮水性の構造体としての遮水壁１０を配設すると共に、これによって案内された地下水を透過させる透水性の微生物処理層としての透水性バイオ壁４を造成する方法である。このような造成工事は、汚染地下水流が拡散せず、限られた地盤中に存在する間に施工されることが望ましい。
【００２１】
この透水性バイオ壁４は、地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群として、通常、光合成菌、酵母菌、乳酸菌、放線菌、糸状菌等を含む有用微生物群を含有すると共に、有用微生物群の栄養塩を含みその繁殖を補助する基質とを含有するように造成される。又、本例では地下水の流れ方向で焼却残滓１の後端位置において地表５から不透水層６まで造成されている。但し、後端位置から地下水下流側のある程度離れた位置まで遮水壁１０を導設し、その終端位置に透水性バイオ壁４を造成してもよい。
【００２２】
遮水壁１０は、通常の土木工事と同じ方法で例えば鋼矢板を地表５から不透水層６に到達する程度まで打ち込んで形成される。このようにすれば、広い範囲の汚染地下水を誘導・集合させ、透水性バイオ壁４の長さを短縮し、処理の効率化を図ることができる。なお、遮水性の構造体としては、鋼矢板等から成る遮水壁に代えて不透水膜を敷設するようにしてもよい。又、図１の例では遮水壁１０を両側にそれぞれ３枚に分割して設けているが、遮水壁や不透水膜を両側で連続させて設けるようにしてもよい。
【００２３】
このような地下水３は、降雨７が汚染土壌２を浸透する際に溶出した有害物質を含む浸透水流８や、上流から汚染土壌を通って流れてくる汚染地下水３と降雨浸透による汚染浸透水流８とが合流した地下水流によって構成される。透水性バイオ壁４は、汎用されている各種土木基礎工事用の機械、特に地盤処理機械を用いて効率的に造成される。有用微生物群及び基質は、それぞれの使用機械及びそれに基づく工法に対応して、壁の造成と同時に又は壁の造成後に種々の方法で壁に混合され、透水性バイオ壁４として連続的に造成される。これにより、汚染地下水の流れをほぼ完全に透水性の微生物処理層で捕捉し、この層を通過する間に、生息し増殖して浄化分解機能を有する有用微生物群で汚染地下水を確実に浄化処理することができる。なお、本発明と直接関係しないが、焼却残滓処分場の周囲は環境監視林９になっている。
【００２４】
図２乃至図１０は汎用土木作業機械を主体的に利用して透水性バイオ壁４を造成する種々の方法の例を示す。その中の図２乃至図４は、有用微生物群及び基質を含有する液体を入れる工程を有する透水性地盤に適用可能な方法で、更にその中の図２は誘導型薬液注入方式を利用した方法の一例である。
【００２５】
この方法では、地表に有用微生物群及びその成育に有効な栄養塩や酸素（微生物が嫌気性の菌でない場合）から成る基質を必要に応じて溶解したそれぞれのタンクユニット１１、１２を設け、予め削孔された孔２１にケーシング２２を挿入し、前記タンクユニット１１、１２からこれに設けられているポンプ１１ａ、１２ａによってケーシング２２の先端穴２２ａから有用微生物群及び基質の液を地盤内に注入し、これらを地盤に混入させた微生物ゾーン２３を形成させる。この注入はケーシング２２を引き抜きつつ行い、図１に示す不透水層６から地表５の近傍まで微生物ゾーン２３にする。そして、この工法を繰り返し、図１に示す透水性バイオ壁４の長さ方向Ｌにおいて相互に接触する程度のピッチで微生物ゾーン２３を形成させ、その全体を透水性バイオ壁４として造成する。なお、このように単位工事を長さ方向Ｌに繰り返して透水性バイオ壁４の全体を造成することは、以下の各種施工法においても同じである。
【００２６】
この方法によれば、タンクユニット１１、１２は必要になるが、使用する機械はボーリング機械程度の簡易なものであり、工事も容易である。従って、比較的軟質で液体が均一的に浸透し易い地盤に対して好都合に行われる。なお、誘導型薬液注入方式としては、二重管ダブルパッカー注入方式や多重管複相方式等も周知であり、これらの工法を採用してもよいことは勿論である。
【００２７】
図３は液体を入れる工程を有する方法のうちのコラムジェット方式を利用した方法の一例である。
この方法では、地上に超高圧水ポンプユニット２４を設け、噴射管２５を地盤中に挿入した後、その先端部分から超高圧水を噴射させつつ引き抜き、地盤を切削して均一的軟地盤２６を造成し、その後図３のような方法により、有用微生物群及びその基質の液を地盤中に注入して透水性バイオ壁４を造成する。この方法は、地盤が固いときや、地質が一様でなく液が土中に均一的に浸透しない場合等に有効である。
【００２８】
図４は液体を入れる工程を有する方法のうちの深層混合処理方式を利用した方法の一例である。
この方法では、通常の深層混合処理機械において、スラリープラント３１の一部分、グラウトポンプ及び耐圧ホースから成る管装置部分３２、１軸又は２軸攪拌翼３３を備え地盤中に挿入される本体部分３４等を使用し、通常の用途である地盤改良時に使用するときのセメントスラリーの注入に代えて、有用微生物群及びその基質の液を注入するようにする。即ち、攪拌翼３３を回転させつつ地盤内に挿入し、地盤内の土を切削しつつ攪拌して一様な土質に軟化させ、攪拌翼３３を逆回転させて引き上げつつ液を噴射させ、これを攪拌した部分に混入させて微生物入り単位壁体３５を形成する。この方法を繰り返して透水性バイオ壁４を造成する。
【００２９】
この方法によれば、機械装置は大掛かりになるが、均質な透水性バイオ壁４を能率良く造成することができる。又、地盤がある程度硬くても施工可能である。なお、２連多軸式等の１回の処理面積の大きい機械を使用してもよい。図において符号３６は地盤改良用途のときのセメントサイロを示すが、本発明の用途では通常使用されない。但し、装置を多少改造してこれを微生物群及び基質の供給タンク等として使用することも可能である。
【００３０】
図５及び図６は、有用微生物群を含有する粒状体を入れる工程を有する難透水性地盤にも適用可能な方法で、その中の図５はサンドドレーン方式を利用した方法の一例である。
この方法では、予め有用微生物群及び必要に応じてその基質を含む砂のような透水性を有する粒状体を生産しておき、先端が開閉可能なシュー４１ａになっている大口径砂杭用のケーシング４１を振動打ち込み式方式によって地盤中に挿入し、引き抜き時に投入口４１ｂから粒状体を投入すると共に送気孔４１ｃから圧縮空気を入れ、引き抜きによって開くシュー４１ａから粒状体を吐出し、有用微生物群等を担持した砂柱４２で原地盤を置換する。
【００３１】
投入口４１ｂへの粒状体の投入は、クレーン、ベルトコンベア、バケットローダー等の適当な方法で行われる。なお、ケーシング４１は通常多列に設けられ、多列同時に打ち込まれる。この方法でも施工能率は良い。又この方法では、予め粒度等の調整された適当な砂の微生物担持体を入れられるので、微生物の分布状態を均一にしたり透水性を予測して調整できる利点がある。なお、サンドドレーン工法としては、袋詰め方式やオーガー式等の他の方法を用いることも可能である。
【００３２】
図６は粒状体を入れる他の方法を示し、グラベルドレーン方式を利用した方法の一例である。
この方法では、ケーシングオーガー４６を使用すると共に、粒状体である有用微生物群等の担持体として砕石や砂利を用いる。但し、この方法で砂を用いることも可能である。この方法では、ケーシングオーガー４６を回転させながら地盤内に貫入させ、目的深度に到達すると、砕石を投入すると共に先端のシュウ４６ａを突き棒４７で突いて開放し、投入した砕石を突き棒で突きながらケーシングオーガーを貫入時の反対方向に回転させつつ引上げることにより、砕石柱４８を形成する。砕石柱４８は互いに隣接する程度のピッチで長さＬ方向に形成され、透水性バイオ壁４として造成される。この方法は硬質地盤に対しても適用できる。この方法では、砕石の隙間にその地盤の土が入り込んでミックスされるので、砕石や砂利の大きさによって微生物の生息環境を調整することができる。
【００３３】
図７は有用微生物群及び基質を含有する透水性の良いシート状又はマット状体を入れる工程を有する方法としてぺーパードレーン方式を利用した方法の一例を示す。
この方法では、予め有用微生物群及び必要に応じてその基質を付着・浸透させた多孔質で厚み２〜１０cm程度のぺーパー５１をケーシング５２と共に地盤内に挿入し、ケーシング５２を引き抜いてぺーパー５１だけを地盤内に残存させて透水性バイオ壁４にする。この方法は比較的施工が容易である。なお、図示の例はワイヤー式で、ウインチ５３でケーシング５２に装着された動滑車５４等をドライブワイヤー５５で操作することによってケーシング５２を挿入／引抜できるようになっている。ぺーパー５１は巻取機５６から巻き出される。
【００３４】
図８は有用微生物群及び基質を含有する成形体を連続するように入れる工程を有する方法の一例を示す。
この方法では、有用微生物群及び必要に応じてその基質を担持させた成形体６１を深さＤ方向に継ぎ足すように連続させて透水性バイオ壁４を造成する。成形体６１は、厚さＢが数ｃｍ乃至数１０ｃｍで幅Ｗが数１０ｃｍ乃至いし２ｍ程度のサイズになっていて、周囲が透水性シート６１ａで囲われている。そして同図（ｃ）に示すように、地下水３の流れ方向に交互に部分的に重なるように位置をずらせて配置されている。このような成形体６１を用いた透水性バイオ壁４は、例えば図８に示すぺーパードレーン用の機械を使用して造成される。
【００３５】
図９は図８の成形体６１の構造例を示す。
成形体６１は、中心部に帯電体である担体Ｂを内包した高分子ゲル体である担体Ａを多数集合させて透水性シート６１ａで覆って形成されている。担体Ａは、例えば架橋したデキストランやセルローズなどの高分子ゲルに有用微生物を少なくとも２種類播種し、例えば１０００μｍ〜３０００μｍの外形を持つ大きさに形成されていて、保水性及び適用土壌とほぼ同等又はそれ以上の透水係数を有し、例えば酵母、シュードモナスなどの有用微生物群の増殖、活性度の維持・向上に好適なｐＨや塩濃度、微量元素などの成育環境を提供する。
【００３６】
担体Ｂは、地下水流と共にこれを通過する重金属イオンを吸着・固定するためのもので、球や多面体形状を持つ小さい粒状体が表面にプラス及びマイナス電荷を化学修飾によって一様に帯電させた例えばセラミックスなどから成り、例えば１００μｍ〜２５０μｍ程度の外形を持つ。このような成形体６１によれば、難分解性の有機塩素化合物や重金属等の有害物質を効果的に捕捉して無害化することができる。
【００３７】
図１０は透水性バイオ壁４をカセット形状の浄化フィルター７０で構成する例を示す。
この浄化フィルター７０は、透水性バイオ壁４の一部分を構成し、地下水流のある地層の地表５と不透水層６との間まで打ち込まれた鋼板のような剛性と遮水性とを有する材料から成る枠板７１で“つづら折り状”の水路を形成し、有用微生物群を担持・定着させた例えば砂、ゼオライト、木炭、セラミックス等の浄化材７２を水路内に充填すると共に、地下水３の流入部と流出部とに地表５から不透水層６まで貫通した孔部７３、７４を持つように形成されている。
【００３８】
このような浄化フィルターによれば、地層から流入した地下水３はつづら折り状の通路を浄化材７２と接触しながら通過し、流出部から再び地層に排出される。従って、つづら折り状の水路によって地下水３と浄化材７２とが十分長い時間接触することになり、地下水は高度に浄化される。又、定期的にもしくは必要なときに随時、孔部７３、７４から流入時と浄化された流出時との地下水のサンプルを抽出し、浄化効果を確認することができる。更に、流入側の孔部７３から有用微生物群や基質を随時追加投入することができるので、有用微生物群の増殖の程度を制御したり活性度の維持・向上を図ることができる。
【００３９】
なお、このような浄化フィルター７０の枠板７１の一部分は例えば同図（ｃ）のような断面形状の特殊鋼板を用いたシートウォール工法の施工方式によって打ち込まれる。
【００４０】
図１１は、有用微生物群を汚染土壌中に混入させる例を示す。即ち、地下水３の下流域に透水性バイオ壁４を設けると共に、汚染土壌２の適当な位置に適当な本数の注入井７６を穿孔すると共に、図２でも示したタンクユニット１１、１２を設け、そのポンプ１１ａ、１２ａによって有用微生物群及び必要に応じてその基質を注入井７６に入れ、これを介して有用微生物群等を周辺地盤中に混入させる。これにより、汚染土壌２自体の浄化が促進される。
【００４１】
図１２は透水性バイオ壁４に対して地下水３の上流側にその浄化能力を向上させる前処理層８０を造成している。前処理としては、本例では地下水３のＰＨ調整を行う。そのため、アルカリ性剤等を溶解させるタンクユニット８１、ポンプ８１ａ及びヒータ８２が設けられていてる。このようにＰＨ調整をすることにより、透水性バイオ壁４における浄化効果が促進される。
【００４２】
以上のように構成されている透水性バイオ壁４には、必要に応じて有用微生物群及びその基質を適宜追加注入することが望ましい。又、透水性バイオ壁４が微細な土粒子等によって目詰まりする可能性もあるので、そのときには、逆洗浄法やフラッシング法によって洗浄する。
【００４３】
以上のような透水性バイオ壁及び遮水壁の設計は次のように実施される。
即ち、まず第１段階として、ボーリングやサンプリングによって対象地域の土壌及び水質を分析して汚染土壌及び汚染地下水の地層と不透過層の分布状態を把握し、複数のボーリング孔を用いたトレーサー法等によって地下浸透水流を把握し、その地域における例えば３０年確率の最大雨量を考慮した地下浸透水量を予測し、汚染地下水流を誘導する遮水壁体又は膜体の設置に関しそれに伴う汚染地下水浸透流を解析して誘導遮水体の設置位置を決定する。次に第２段階として、汚染土壌及び地下水の汚染物質含有量及び溶出量並びに溶出速度を把握し、透水性バイオ壁に用いる有用微生物群の原料形態や使用量、有用微生物群にとって必要な基質と使用量、等の諸元とこれらの浄化能力を定量的に求める。そして第３段階として、膜状のものを含む透水性バイオ壁の設置位置及び幅、長さ、厚み等の諸元を決定する。
【００４４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１乃至５の発明においては、汚染土壌における地下水の上流域から下流域の方向に地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設するので、汚染地下水の拡散を防止すると共に、汚染地下水を下流域に集約させて処理すべき範囲を縮小し処理の容易化及び効率化を図り、更に処理コストを低減させることができる。そして、このように案内された地下水を透過させるように有用微生物群及び所定の基質を含有する透水性の微生物処理層を造成するので、汚染土壌によって汚染された地下水を微生物処理層で確実に捕捉し、有用微生物群によって確実に処理することができる。
【００４５】
この有用微生物群は、地下水を浄化可能な複数種類の微生物で構成されているので、これらを例えば乳酸菌、酵母菌、光合成菌、糸状菌、放線菌等の自然界に存在する微生物で構成することにより、これらの菌のうちその環境に適合したものを増殖させ、それらの菌が他の微生物の生息や増殖にも寄与し、これらの相互作用により、効果的に汚染地下水を浄化することができる。
【００４６】
又、このような有用微生物群及び基質を含有する微生物処理層の造成には、例えば地盤処理機のような汎用されている土木機械を利用できるので、広範囲にわたって能率良く容易且つ低コストで微生物処理層を造成することができる。
【００４７】
微生物処理層の造成において、有用微生物群とその繁殖を補助する基質とを含有するものとして、請求項１及び２の発明では液体、請求項３及び４の発明では粒状体、及び請求項５の発明ではシート状体もしくはマット状体又は成形体のの連続したものを入れる工程を用いるので、液体注入工程としてコラムジェット方式及び深層混合処理方式、粒状体投入工程としてサンドドレーン方式やグラベルドレーン方式、シート状体もしくはマット状体又は成形体挿入工程としてぺーパードレーン方式、他の成形体挿入工程としてシートウォール方式、等、地盤処理工事に常用されている諸方式及び機械を利用することができる。その結果、微生物処理層の造成作業を能率的に行えると共に、現位置の地盤状態等に対応させて最適な工法を選択し、現位置に適合した汚染地下水の処理性能の良い微生物処理層を造成することができる。
【００４８】
請求項６の発明においては、有用微生物群を汚染土壌中に混入させるので、汚染土壌自体の浄化を促進し、地下水の浄化を一層完全に行うことができる。
請求項７の発明においては、微生物処理層に対して地下水の上流側に微生物処理層の浄化能力を向上させる前処理層を造成するので、地下水の浄化処理が促進される。
【００４９】
請求項８の発明においては、地下水の浄化方法の実施に使用される成形体を、表面に電荷を帯電させた粒状の帯電体と、これを内包し有用微生物群が播種されると共に基質が加えられた透水性のある多数の高分子ゲル体との二重構造のものを単位として、これらを透水性のあるシート状材料で覆って形成するので、帯電体で地下水中の重金属イオンを吸着すると共に、外側の高分子ゲル体で有用微生物群に良好な生息・増殖環境を提供し、汚染地下水が含有する難分解性の有機塩素系化合物や重金属から成る有害物質を全体的に効果的処理をすることができる。
【００５０】
請求項９の発明においては、微生物処理層を構成する浄化フィルターを、枠板でつづら折り状の水路を持つように形成し、この水路に複数種類の微生物から成る有用微生物群及び基質を担持させた浄化材を入れ、更に水路における地下水の流入部と流出部とに地表から不透水層まで孔部を設けるので、汚染地下水と有用微生物群との接触時間を長くして浄化処理の完全化を図ることができる。又、孔部からの微生物の追加供給や地下水のサンプリングが可能になり、微生物を確実に生息・増殖させて処理効果を上げると共に、良好な処理状態を維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した汚染地下水浄化方法の実施状態の一例を示す説明図で、（ａ）は平面状態で（ｂ）は断面状態である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は誘導型薬液注入方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図である。
【図３】コラムジェット方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図である。
【図４】深層混合注入方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図で、（ａ）は装置の概略構成を示し（ｂ）は施工状態を示す。
【図５】サンドドレーン方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図である。
【図６】グラベルドレーン方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図である。
【図７】ペーパードレーン方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図で、（ａ）は装置の概略構成を示し（ｂ）は施工状態を示す。
【図８】透水性バイオ壁を成形体で構成するときの図で、（ａ）は透水性バイオ壁の縦断面図、（ｂ）は成形体の横断面図、（ｃ）は透水性バイオ壁の一部分の横断面図である。
【図９】上記成形体の断面状態の一例を示す説明図である。
【図１０】透水性バイオ壁を透水フィルターで構成する場合の図で、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）は１つのフィルター部分の横断面図、（ｃ）はシートウォールの横断面図である。
【図１１】汚染土壌部分へ有用微生物群及び基質を混入させるときの状態を示す説明図である。
【図１２】透水性バイオ壁に前処理層を設けた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
２ 汚染土壌
３ 地下水
４ 透水性バイオ壁（微生物処理層）
５ 地表
６ 不透水層
１０ 遮水壁
６１ 成形体
６１ａ 透水性シート材
７１ 枠板
７２ 浄化材
７３、７４ 孔部
Ａ 担体（高分子ゲル体）
Ｂ 担体（帯電体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法並びにこの方法に適用可能な成形体及び浄化フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を現位置で処理する技術としては、現位置汚染土壌封じ込め技術と現位置浄化技術が従来から一般的に知られている。前者は、汚染地域の周囲及び地表部を遮水壁やシート等で封鎖し密閉して、汚染地下水や降雨による汚染浸透水を遮断する方法である。しかしこの方法では、遮水壁や遮水シート類の施工に対してきわめて高い精度が要求されると共に、長年にわたる半永久的な遮水機能の維持が絶対条件になるため、その間の壁体やシート材料の品質劣化の問題や地震等による地盤変動に耐えるだけの性能が求められるので、施工工事が難しくその費用も高くなる。又この方法では、汚染土壌や汚染地下水そのものは浄化されず、地中に残留することになるという問題がある。
【０００３】
一方、後者の現位置浄化技術としては、▲１▼汚染土壌及び地下水を一旦地上に回収し、それをプラントや処理装置内で化学的又は生物学的に処理した後現位置に戻す方式、▲２▼汚染土壌中の有害物質だけを電気化学的手段等によって地上に回収する方式、▲３▼現位置のままで電極を地中に設置し、プラズマ電流等によって超高温の下にガラス化して封じ込める方式、等がある。これらのうち、原理的に比較的低コストで浄化できる実用的方式は▲１▼である。この方式によれば、特定の有害物質の浄化の可能な微生物を別途試験室レベルで特定した後、これを所定の生息・増殖環境にコントロール可能な装置で浄化処理に利用しているのが通常である。
【０００４】
即ち、重金属、有機塩素系化合物、農薬、油分等の難分解性の化学合成物質が微生物によって分解される例に関しては、試験室の段階で分解に寄与する特定の微生物が発見されたとしても、実用の段階において、化学合成物質が存在する自然条件が微生物の生息・増殖条件として充分でないため、現位置においては多くの場合充分な効果が得られていない。そのため、微生物処理の大半は、汚染地盤から一度抽出して分離・回収した化学合成物質を、微生物が生息・増殖できる条件にコントロールし易い室内やプラント内で処理する方式によっている。
【０００５】
このような例としては、芳香族化合物資化菌としてのフェノール資化菌とフェノール、酸素及び栄養塩を供給装置から第１リアクタに入れて菌を高濃度に増殖し、地下水の下流側に用水井を掘って地下水を汲み上げ、第２リアクタに地下水と菌の水溶液とを導入して菌による分解酵素でトリクロロエチレンを分解すると共に、この水に注入装置から酸素とメタンと栄養塩とを注入しつつ、この水を注入井によって地中に戻し、メタン資化菌によって現位置バイオ処理もさせるようにした地下水の浄化方法が提案されている（特開平９−２５３６８８号公報参照）。
【０００６】
しかしながら、この方法では、上記の如く専用の諸プラント装置が必要になり、処理コストが高くなる。又、この方法では注入井による原位置処理と用水井による地下水汲み上げ処理とを併用しているが、処理されることなく流される地下水があり、浄化精度が不十分である。又、地上の人工的処理部分が多いため、広範囲の汚染土壌を対象とした大規模な処理には適当でない。更に、地下水を汲み上げるので地盤沈下を発生させる可能性がある。
【０００７】
微生物を利用して現位置で汚染地下水を処理しようとする方法としては、汚染源に沿う地下浸透水や地下水流の下流側に少なくとも１本以上の直径１４cmのボーリング穴を配置し、この中に直径１２cmで小穴を多数設けた塩化ビニール管を挿入し、生物学的に分解するのに必要な複数の材料を一体とした透水性の直径１０cmで長さ５０cmの筒状体を連結して形成し、地下水を微生物的分解によって無害化しようとする方法が提案されている（特開平７ー９６２８９号公報参照）。しかしながら、この方法でも上記と同様に、汚染地下水を漏れなく捕捉して浄化処理することは困難であり、又、広範囲にわたる大規模処理に適していない等の問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、汎用機械及び汎用微生物群を利用して広範囲の汚染地下水を漏れなく容易且つ確実に低コストで浄化処理できる汚染地下水浄化方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１乃至５の発明は、汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法において、
前記汚染土壌における前記地下水の上流域から下流域の方向に前記地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設すると共に、前記案内された地下水を透過させる透水性の微生物処理層であって前記地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群と該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質とを含有する微生物処理層を造成する、ことを共通的特徴とする。
【００１０】
有用微生物群としては、通常、光合成菌、酵母菌、乳酸菌、糸状菌、放線菌等から成る嫌気性及び好気性の有用菌の共存集合体が用いられる。この発明は、降雨が汚染土壌中を浸透する際に溶出した有害物質を含む浸透水流及びこれが合流した地下水流の流れ方向に着目し、この流れを下流側に造成によってほぼ連続的に形成した透水性の微生物処理層で捕捉し、この層を通過する間に、生息し浄化分解機能を有する有用微生物群で浄化処理しようとするものである。
【００１１】
自然界における浄化は、光と水と微生物の相互作用に基づく場合が多く、化学合成物質も時間をかければいずれ分解され無害化される。その場合、自然界での分解に寄与する微生物が単一のものであることは極めて稀であり、好気性分解菌はもとより通性嫌気性菌や絶対嫌気性菌の相互作用によって分解されるというメカニズムが一般的である。このような菌としては、乳酸菌、酵母菌、光合成菌、糸状菌、放線菌等が挙げられるが、栄養源となる栄養塩を含む基質の存在の下で、これらの菌のうち置かれた環境に適合したものがまず増殖し、その菌の生成物が他の微生物の生息や増殖に寄与することにより、種々の有用微生物が生息し増殖するようになる。その結果、これらの有用微生物群のうちの適合するものが有機塩素系化合物を分解したり有害重金属等を無害化する。
【００１２】
本発明は、このような自然界における浄化のメカニズムに着目してこれを応用したものである。即ち、化学合成物質で汚染された多種多様な条件を有する地盤中に上記のような有用微生物群及び基質を人工的に注入した微生物処理層を設置し、有用微生物群を生息・増殖させ、自然界における浄化メカニズムを時間的に促進させ、この部分を通過する地下水を浄化しようとするものである。
【００１３】
この場合、汚染土壌における雨水等の浸透水やこれらの合流した地下水の流れ方向は（削除）一様でなく、地盤中で広い範囲まで拡散していて捕捉し難いことが多いが、本発明では、遮水性の構造体を配設し、上流域から下流域の方向に地下水の流れが拡散しないように限定しつつ案内し、案内された地下水を透過させるように微生物処理層を造成するので、地下水を確実に且つ経済的に処理することができる。なお、遮水性の構造体の配設に当たっては、通常、ボーリング調査などによって汚染地下水の浸透流の範囲を調査することになる。
【００１４】
微生物処理層の造成工法としては、請求項１及び２の発明では有用微生物群を含有する液体を入れる工程、請求項３及び４の発明では粒状体を入れる工程、及び請求項５の発明ではシート状体もしくはマット状体又は成形体を連続するように入れる入れる工程が利用されていて、これらの諸工程のうちの何れか又は複数の工程を有する工法が適当である。このような各工程は、微生物処理層の造成される位置の地質や使用可能な各種汎用機械及び施工方法に対応して選択され、それぞれ微生物処理層の能率的造成と汚染地下水の処理効果向上を可能にする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の発明の特徴に加えて、前記有用微生物群及びその基質を前記汚染土壌中に混入させることを特徴とする。これは、汚染地下水に加えて汚染土壌そのものも同時に浄化するための追加の浄化処理である。これにより、汚染土壌の浄化が促進される。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１乃至５の発明の特徴に加えて、前記微生物処理層に対して前記地下水の上流側に前記微生物処理層の浄化能力を向上させる前処理層を造成することを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法において前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法の前記微生物処理層を構成する成形体であって、
表面に電荷を帯電させた粒状の帯電体を内包し前記有用微生物群が播種されると共に該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質が加えられた透水性のある多数の高分子ゲル体を透水性のあるシート状材料で覆って形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法において前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法の前記微生物処理層を構成する浄化フィルターであって、
地表と前記地下水の不透水層との間に打ち込まれつづら折り状の水路を形成する枠板と、該水路に入れられた浄化材であって複数種類の微生物から成る有用微生物群及び該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質を担持させた浄化材と、前記水路における前記地下水の流入部と流出部とに前記地表から前記不透水層まで設けられた孔部と、を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項８及び９の発明は、汚染地下水の浄化方法を効果的に実施できる単体物を提供するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した汚染地下水浄化方法の実施状態を示す。
汚染地下水浄化方法は、例えば山間部の焼却残滓処分場の焼却残滓１の下方に位置する汚染土壌２から溶出した難分解性の有機塩素系化合物や重金属等の有害物質を含有する地下水３を浄化する方法であり、汚染土壌２における地下水３の上流域から下流域の方向に地下水３の流れを限定し拡散しないように案内する遮水性の構造体としての遮水壁１０を配設すると共に、これによって案内された地下水を透過させる透水性の微生物処理層としての透水性バイオ壁４を造成する方法である。このような造成工事は、汚染地下水流が拡散せず、限られた地盤中に存在する間に施工されることが望ましい。
【００２１】
この透水性バイオ壁４は、地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群として、通常、光合成菌、酵母菌、乳酸菌、放線菌、糸状菌等を含む有用微生物群を含有すると共に、有用微生物群の栄養塩を含みその繁殖を補助する基質とを含有するように造成される。又、本例では地下水の流れ方向で焼却残滓１の後端位置において地表５から不透水層６まで造成されている。但し、後端位置から地下水下流側のある程度離れた位置まで遮水壁１０を導設し、その終端位置に透水性バイオ壁４を造成してもよい。
【００２２】
遮水壁１０は、通常の土木工事と同じ方法で例えば鋼矢板を地表５から不透水層６に到達する程度まで打ち込んで形成される。このようにすれば、広い範囲の汚染地下水を誘導・集合させ、透水性バイオ壁４の長さを短縮し、処理の効率化を図ることができる。なお、遮水性の構造体としては、鋼矢板等から成る遮水壁に代えて不透水膜を敷設するようにしてもよい。又、図１の例では遮水壁１０を両側にそれぞれ３枚に分割して設けているが、遮水壁や不透水膜を両側で連続させて設けるようにしてもよい。
【００２３】
このような地下水３は、降雨７が汚染土壌２を浸透する際に溶出した有害物質を含む浸透水流８や、上流から汚染土壌を通って流れてくる汚染地下水３と降雨浸透による汚染浸透水流８とが合流した地下水流によって構成される。透水性バイオ壁４は、汎用されている各種土木基礎工事用の機械、特に地盤処理機械を用いて効率的に造成される。有用微生物群及び基質は、それぞれの使用機械及びそれに基づく工法に対応して、壁の造成と同時に又は壁の造成後に種々の方法で壁に混合され、透水性バイオ壁４として連続的に造成される。これにより、汚染地下水の流れをほぼ完全に透水性の微生物処理層で捕捉し、この層を通過する間に、生息し増殖して浄化分解機能を有する有用微生物群で汚染地下水を確実に浄化処理することができる。なお、本発明と直接関係しないが、焼却残滓処分場の周囲は環境監視林９になっている。
【００２４】
図２乃至図１０は汎用土木作業機械を主体的に利用して透水性バイオ壁４を造成する種々の方法の例を示す。その中の図２乃至図４は、有用微生物群及び基質を含有する液体を入れる工程を有する透水性地盤に適用可能な方法で、更にその中の図２は誘導型薬液注入方式を利用した方法の一例である。
【００２５】
この方法では、地表に有用微生物群及びその成育に有効な栄養塩や酸素（微生物が嫌気性の菌でない場合）から成る基質を必要に応じて溶解したそれぞれのタンクユニット１１、１２を設け、予め削孔された孔２１にケーシング２２を挿入し、前記タンクユニット１１、１２からこれに設けられているポンプ１１ａ、１２ａによってケーシング２２の先端穴２２ａから有用微生物群及び基質の液を地盤内に注入し、これらを地盤に混入させた微生物ゾーン２３を形成させる。この注入はケーシング２２を引き抜きつつ行い、図１に示す不透水層６から地表５の近傍まで微生物ゾーン２３にする。そして、この工法を繰り返し、図１に示す透水性バイオ壁４の長さ方向Ｌにおいて相互に接触する程度のピッチで微生物ゾーン２３を形成させ、その全体を透水性バイオ壁４として造成する。なお、このように単位工事を長さ方向Ｌに繰り返して透水性バイオ壁４の全体を造成することは、以下の各種施工法においても同じである。
【００２６】
この方法によれば、タンクユニット１１、１２は必要になるが、使用する機械はボーリング機械程度の簡易なものであり、工事も容易である。従って、比較的軟質で液体が均一的に浸透し易い地盤に対して好都合に行われる。なお、誘導型薬液注入方式としては、二重管ダブルパッカー注入方式や多重管複相方式等も周知であり、これらの工法を採用してもよいことは勿論である。
【００２７】
図３は液体を入れる工程を有する方法のうちのコラムジェット方式を利用した方法の一例である。
この方法では、地上に超高圧水ポンプユニット２４を設け、噴射管２５を地盤中に挿入した後、その先端部分から超高圧水を噴射させつつ引き抜き、地盤を切削して均一的軟地盤２６を造成し、その後図３のような方法により、有用微生物群及びその基質の液を地盤中に注入して透水性バイオ壁４を造成する。この方法は、地盤が固いときや、地質が一様でなく液が土中に均一的に浸透しない場合等に有効である。
【００２８】
図４は液体を入れる工程を有する方法のうちの深層混合処理方式を利用した方法の一例である。
この方法では、通常の深層混合処理機械において、スラリープラント３１の一部分、グラウトポンプ及び耐圧ホースから成る管装置部分３２、１軸又は２軸攪拌翼３３を備え地盤中に挿入される本体部分３４等を使用し、通常の用途である地盤改良時に使用するときのセメントスラリーの注入に代えて、有用微生物群及びその基質の液を注入するようにする。即ち、攪拌翼３３を回転させつつ地盤内に挿入し、地盤内の土を切削しつつ攪拌して一様な土質に軟化させ、攪拌翼３３を逆回転させて引き上げつつ液を噴射させ、これを攪拌した部分に混入させて微生物入り単位壁体３５を形成する。この方法を繰り返して透水性バイオ壁４を造成する。
【００２９】
この方法によれば、機械装置は大掛かりになるが、均質な透水性バイオ壁４を能率良く造成することができる。又、地盤がある程度硬くても施工可能である。なお、２連多軸式等の１回の処理面積の大きい機械を使用してもよい。図において符号３６は地盤改良用途のときのセメントサイロを示すが、本発明の用途では通常使用されない。但し、装置を多少改造してこれを微生物群及び基質の供給タンク等として使用することも可能である。
【００３０】
図５及び図６は、有用微生物群を含有する粒状体を入れる工程を有する難透水性地盤にも適用可能な方法で、その中の図５はサンドドレーン方式を利用した方法の一例である。
この方法では、予め有用微生物群及び必要に応じてその基質を含む砂のような透水性を有する粒状体を生産しておき、先端が開閉可能なシュー４１ａになっている大口径砂杭用のケーシング４１を振動打ち込み式方式によって地盤中に挿入し、引き抜き時に投入口４１ｂから粒状体を投入すると共に送気孔４１ｃから圧縮空気を入れ、引き抜きによって開くシュー４１ａから粒状体を吐出し、有用微生物群等を担持した砂柱４２で原地盤を置換する。
【００３１】
投入口４１ｂへの粒状体の投入は、クレーン、ベルトコンベア、バケットローダー等の適当な方法で行われる。なお、ケーシング４１は通常多列に設けられ、多列同時に打ち込まれる。この方法でも施工能率は良い。又この方法では、予め粒度等の調整された適当な砂の微生物担持体を入れられるので、微生物の分布状態を均一にしたり透水性を予測して調整できる利点がある。なお、サンドドレーン工法としては、袋詰め方式やオーガー式等の他の方法を用いることも可能である。
【００３２】
図６は粒状体を入れる他の方法を示し、グラベルドレーン方式を利用した方法の一例である。
この方法では、ケーシングオーガー４６を使用すると共に、粒状体である有用微生物群等の担持体として砕石や砂利を用いる。但し、この方法で砂を用いることも可能である。この方法では、ケーシングオーガー４６を回転させながら地盤内に貫入させ、目的深度に到達すると、砕石を投入すると共に先端のシュウ４６ａを突き棒４７で突いて開放し、投入した砕石を突き棒で突きながらケーシングオーガーを貫入時の反対方向に回転させつつ引上げることにより、砕石柱４８を形成する。砕石柱４８は互いに隣接する程度のピッチで長さＬ方向に形成され、透水性バイオ壁４として造成される。この方法は硬質地盤に対しても適用できる。この方法では、砕石の隙間にその地盤の土が入り込んでミックスされるので、砕石や砂利の大きさによって微生物の生息環境を調整することができる。
【００３３】
図７は有用微生物群及び基質を含有する透水性の良いシート状又はマット状体を入れる工程を有する方法としてぺーパードレーン方式を利用した方法の一例を示す。
この方法では、予め有用微生物群及び必要に応じてその基質を付着・浸透させた多孔質で厚み２〜１０cm程度のぺーパー５１をケーシング５２と共に地盤内に挿入し、ケーシング５２を引き抜いてぺーパー５１だけを地盤内に残存させて透水性バイオ壁４にする。この方法は比較的施工が容易である。なお、図示の例はワイヤー式で、ウインチ５３でケーシング５２に装着された動滑車５４等をドライブワイヤー５５で操作することによってケーシング５２を挿入／引抜できるようになっている。ぺーパー５１は巻取機５６から巻き出される。
【００３４】
図８は有用微生物群及び基質を含有する成形体を連続するように入れる工程を有する方法の一例を示す。
この方法では、有用微生物群及び必要に応じてその基質を担持させた成形体６１を深さＤ方向に継ぎ足すように連続させて透水性バイオ壁４を造成する。成形体６１は、厚さＢが数ｃｍ乃至数１０ｃｍで幅Ｗが数１０ｃｍ乃至いし２ｍ程度のサイズになっていて、周囲が透水性シート６１ａで囲われている。そして同図（ｃ）に示すように、地下水３の流れ方向に交互に部分的に重なるように位置をずらせて配置されている。このような成形体６１を用いた透水性バイオ壁４は、例えば図８に示すぺーパードレーン用の機械を使用して造成される。
【００３５】
図９は図８の成形体６１の構造例を示す。
成形体６１は、中心部に帯電体である担体Ｂを内包した高分子ゲル体である担体Ａを多数集合させて透水性シート６１ａで覆って形成されている。担体Ａは、例えば架橋したデキストランやセルローズなどの高分子ゲルに有用微生物を少なくとも２種類播種し、例えば１０００μｍ〜３０００μｍの外形を持つ大きさに形成されていて、保水性及び適用土壌とほぼ同等又はそれ以上の透水係数を有し、例えば酵母、シュードモナスなどの有用微生物群の増殖、活性度の維持・向上に好適なｐＨや塩濃度、微量元素などの成育環境を提供する。
【００３６】
担体Ｂは、地下水流と共にこれを通過する重金属イオンを吸着・固定するためのもので、球や多面体形状を持つ小さい粒状体が表面にプラス及びマイナス電荷を化学修飾によって一様に帯電させた例えばセラミックスなどから成り、例えば１００μｍ〜２５０μｍ程度の外形を持つ。このような成形体６１によれば、難分解性の有機塩素化合物や重金属等の有害物質を効果的に捕捉して無害化することができる。
【００３７】
図１０は透水性バイオ壁４をカセット形状の浄化フィルター７０で構成する例を示す。
この浄化フィルター７０は、透水性バイオ壁４の一部分を構成し、地下水流のある地層の地表５と不透水層６との間まで打ち込まれた鋼板のような剛性と遮水性とを有する材料から成る枠板７１で“つづら折り状”の水路を形成し、有用微生物群を担持・定着させた例えば砂、ゼオライト、木炭、セラミックス等の浄化材７２を水路内に充填すると共に、地下水３の流入部と流出部とに地表５から不透水層６まで貫通した孔部７３、７４を持つように形成されている。
【００３８】
このような浄化フィルターによれば、地層から流入した地下水３はつづら折り状の通路を浄化材７２と接触しながら通過し、流出部から再び地層に排出される。従って、つづら折り状の水路によって地下水３と浄化材７２とが十分長い時間接触することになり、地下水は高度に浄化される。又、定期的にもしくは必要なときに随時、孔部７３、７４から流入時と浄化された流出時との地下水のサンプルを抽出し、浄化効果を確認することができる。更に、流入側の孔部７３から有用微生物群や基質を随時追加投入することができるので、有用微生物群の増殖の程度を制御したり活性度の維持・向上を図ることができる。
【００３９】
なお、このような浄化フィルター７０の枠板７１の一部分は例えば同図（ｃ）のような断面形状の特殊鋼板を用いたシートウォール工法の施工方式によって打ち込まれる。
【００４０】
図１１は、有用微生物群を汚染土壌中に混入させる例を示す。即ち、地下水３の下流域に透水性バイオ壁４を設けると共に、汚染土壌２の適当な位置に適当な本数の注入井７６を穿孔すると共に、図２でも示したタンクユニット１１、１２を設け、そのポンプ１１ａ、１２ａによって有用微生物群及び必要に応じてその基質を注入井７６に入れ、これを介して有用微生物群等を周辺地盤中に混入させる。これにより、汚染土壌２自体の浄化が促進される。
【００４１】
図１２は透水性バイオ壁４に対して地下水３の上流側にその浄化能力を向上させる前処理層８０を造成している。前処理としては、本例では地下水３のＰＨ調整を行う。そのため、アルカリ性剤等を溶解させるタンクユニット８１、ポンプ８１ａ及びヒータ８２が設けられていてる。このようにＰＨ調整をすることにより、透水性バイオ壁４における浄化効果が促進される。
【００４２】
以上のように構成されている透水性バイオ壁４には、必要に応じて有用微生物群及びその基質を適宜追加注入することが望ましい。又、透水性バイオ壁４が微細な土粒子等によって目詰まりする可能性もあるので、そのときには、逆洗浄法やフラッシング法によって洗浄する。
【００４３】
以上のような透水性バイオ壁及び遮水壁の設計は次のように実施される。
即ち、まず第１段階として、ボーリングやサンプリングによって対象地域の土壌及び水質を分析して汚染土壌及び汚染地下水の地層と不透過層の分布状態を把握し、複数のボーリング孔を用いたトレーサー法等によって地下浸透水流を把握し、その地域における例えば３０年確率の最大雨量を考慮した地下浸透水量を予測し、汚染地下水流を誘導する遮水壁体又は膜体の設置に関しそれに伴う汚染地下水浸透流を解析して誘導遮水体の設置位置を決定する。次に第２段階として、汚染土壌及び地下水の汚染物質含有量及び溶出量並びに溶出速度を把握し、透水性バイオ壁に用いる有用微生物群の原料形態や使用量、有用微生物群にとって必要な基質と使用量、等の諸元とこれらの浄化能力を定量的に求める。そして第３段階として、膜状のものを含む透水性バイオ壁の設置位置及び幅、長さ、厚み等の諸元を決定する。
【００４４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１乃至５の発明においては、汚染土壌における地下水の上流域から下流域の方向に地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設するので、汚染地下水の拡散を防止すると共に、汚染地下水を下流域に集約させて処理すべき範囲を縮小し処理の容易化及び効率化を図り、更に処理コストを低減させることができる。そして、このように案内された地下水を透過させるように有用微生物群及び所定の基質を含有する透水性の微生物処理層を造成するので、汚染土壌によって汚染された地下水を微生物処理層で確実に捕捉し、有用微生物群によって確実に処理することができる。
【００４５】
この有用微生物群は、地下水を浄化可能な複数種類の微生物で構成されているので、これらを例えば乳酸菌、酵母菌、光合成菌、糸状菌、放線菌等の自然界に存在する微生物で構成することにより、これらの菌のうちその環境に適合したものを増殖させ、それらの菌が他の微生物の生息や増殖にも寄与し、これらの相互作用により、効果的に汚染地下水を浄化することができる。
【００４６】
又、このような有用微生物群及び基質を含有する微生物処理層の造成には、例えば地盤処理機のような汎用されている土木機械を利用できるので、広範囲にわたって能率良く容易且つ低コストで微生物処理層を造成することができる。
【００４７】
微生物処理層の造成において、有用微生物群とその繁殖を補助する基質とを含有するものとして、請求項１及び２の発明では液体、請求項３及び４の発明では粒状体、及び請求項５の発明ではシート状体もしくはマット状体又は成形体のの連続したものを入れる工程を用いるので、液体注入工程としてコラムジェット方式及び深層混合処理方式、粒状体投入工程としてサンドドレーン方式やグラベルドレーン方式、シート状体もしくはマット状体又は成形体挿入工程としてぺーパードレーン方式、他の成形体挿入工程としてシートウォール方式、等、地盤処理工事に常用されている諸方式及び機械を利用することができる。その結果、微生物処理層の造成作業を能率的に行えると共に、現位置の地盤状態等に対応させて最適な工法を選択し、現位置に適合した汚染地下水の処理性能の良い微生物処理層を造成することができる。
【００４８】
請求項６の発明においては、有用微生物群を汚染土壌中に混入させるので、汚染土壌自体の浄化を促進し、地下水の浄化を一層完全に行うことができる。
請求項７の発明においては、微生物処理層に対して地下水の上流側に微生物処理層の浄化能力を向上させる前処理層を造成するので、地下水の浄化処理が促進される。
【００４９】
請求項８の発明においては、地下水の浄化方法の実施に使用される成形体を、表面に電荷を帯電させた粒状の帯電体と、これを内包し有用微生物群が播種されると共に基質が加えられた透水性のある多数の高分子ゲル体との二重構造のものを単位として、これらを透水性のあるシート状材料で覆って形成するので、帯電体で地下水中の重金属イオンを吸着すると共に、外側の高分子ゲル体で有用微生物群に良好な生息・増殖環境を提供し、汚染地下水が含有する難分解性の有機塩素系化合物や重金属から成る有害物質を全体的に効果的処理をすることができる。
【００５０】
請求項９の発明においては、微生物処理層を構成する浄化フィルターを、枠板でつづら折り状の水路を持つように形成し、この水路に複数種類の微生物から成る有用微生物群及び基質を担持させた浄化材を入れ、更に水路における地下水の流入部と流出部とに地表から不透水層まで孔部を設けるので、汚染地下水と有用微生物群との接触時間を長くして浄化処理の完全化を図ることができる。又、孔部からの微生物の追加供給や地下水のサンプリングが可能になり、微生物を確実に生息・増殖させて処理効果を上げると共に、良好な処理状態を維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した汚染地下水浄化方法の実施状態の一例を示す説明図で、（ａ）は平面状態で（ｂ）は断面状態である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は誘導型薬液注入方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図である。
【図３】コラムジェット方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図である。
【図４】深層混合注入方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図で、（ａ）は装置の概略構成を示し（ｂ）は施工状態を示す。
【図５】サンドドレーン方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図である。
【図６】グラベルドレーン方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図である。
【図７】ペーパードレーン方式を利用した透水性バイオ壁の造成方法の一例を示す説明図で、（ａ）は装置の概略構成を示し（ｂ）は施工状態を示す。
【図８】透水性バイオ壁を成形体で構成するときの図で、（ａ）は透水性バイオ壁の縦断面図、（ｂ）は成形体の横断面図、（ｃ）は透水性バイオ壁の一部分の横断面図である。
【図９】上記成形体の断面状態の一例を示す説明図である。
【図１０】透水性バイオ壁を透水フィルターで構成する場合の図で、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）は１つのフィルター部分の横断面図、（ｃ）はシートウォールの横断面図である。
【図１１】汚染土壌部分へ有用微生物群及び基質を混入させるときの状態を示す説明図である。
【図１２】透水性バイオ壁に前処理層を設けた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
２ 汚染土壌
３ 地下水
４ 透水性バイオ壁（微生物処理層）
５ 地表
６ 不透水層
１０ 遮水壁
６１ 成形体
６１ａ 透水性シート材
７１ 枠板
７２ 浄化材
７３、７４ 孔部
Ａ 担体（高分子ゲル体）
Ｂ 担体（帯電体）
Claims (9)
- 汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法であって前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法において、
前記汚染土壌における前記地下水の上流域から前記下流域の方向に前記地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設すると共に、前記微生物処理層が前記案内された前記地下水を透過させる透水性を備えていて前記地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群と該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質とを含有するものになるように、液体を入れる工程を有する方法のうちのコラムジェット方式を利用し、地上に超高圧水ポンプユニットを設け、噴射管を地盤中に挿入した後、その先端部分から超高圧水を噴射させつつ引き抜き、地盤を切削して均一的軟地盤を造成し、その後、前記有用微生物群と前記基質とを含む液を前記液体として前記地盤中に注入して前記微生物処理層を造成する、ことを特徴とする汚染地下水浄化方法。 - 汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法であって前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法において、
前記汚染土壌における前記地下水の上流域から前記下流域の方向に前記地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設すると共に、前記微生物処理層が前記案内された前記地下水を透過させる透水性を備えていて前記地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群と該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質とを含有するものになるように、液体を入れる工程を有する方法のうちの深層混合処理方式を利用し、深層混合処理機械を構成する攪拌翼を回転させつつ地盤内に挿入し、該地盤内の土を切削しつつ攪拌して一様な土質に軟化させ、前記攪拌翼を逆回転させて引き上げつつ前記有用微生物群と前記基質とを含む液を前記液体として噴射させ、前記液を前記攪拌した部分に混入させて微生物入り単位壁体を形成し、該単位壁体を形成する方法を繰り返して前記微生物処理層を造成する、ことを特徴とする汚染地下水浄化方法。 - 汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法であって前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法において、
前記汚染土壌における前記地下水の上流域から前記下流域の方向に前記地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設すると共に、前記微生物処理層が前記案内された前記地下水を透過させる透水性を備えていて前記地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群と該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質とを含有するものになるように、粒状体を入れる工程を有する方法のうちのサンドドレーン方式を利用し、前記有用微生物群と前記基質とを含む砂のような透水性を有する粒状体を前記粒状体として生産しておき、先端が開閉可能なシューになっている大口径砂杭用のケーシングを振動打ち込み式方式によって地盤中に挿入し、引き抜き時に前記ケーシングの投入口から前記粒状体を投入すると共に前記ケーシングに設けられている送気孔から圧縮空気を入れ、引き抜きによって開く前記シューから粒状体を吐出し、前記有用微生物群と前記気質とを担持した砂柱で前記地盤を置換して前記微生物処理層を造成する、ことを特徴とする汚染地下水浄化方法。 - 汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法であって前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法において、
前記汚染土壌における前記地下水の上流域から前記下流域の方向に前記地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設すると共に、前記微生物処理層が前記案内された前記地下水を透過させる透水性を備えていて前記地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群と該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質とを含有するものになるように、粒状体を入れる工程を有する方法のうちのグラベルドレーン方式を利用し、ケーシングオーガーを使用すると共に、砕石又は砂利又は砂 を前記有用微生物群と前記基質との担持体を前記粒状体として用いて、前記ケーシングオーガーを回転させながら地盤内に貫入させ、目的深度に到達すると、前記ケーシングオーガーに前記砕石又は砂利又は砂を投入すると共に前記ケーシングオーガーの先端のシュウを突き棒で突いて開放し、投入した前記砕石又は砂利又は砂を前記突き棒で突きながら前記ケーシングオーガーを貫入時の反対方向に回転させつつ引上げることにより、前記砕石又は砂利又砂の柱を互いに隣接する程度のピッチで前記微生物処理層の長さ方向に形成して前記微生物処理層を造成する、ことを特徴とする汚染地下水浄化方法。 - 汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法であって前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法において、
前記汚染土壌における前記地下水の上流域から前記下流域の方向に前記地下水の流れを限定するように案内する遮水性の構造体を配設すると共に、前記微生物処理層が前記案内された前記地下水を透過させる透水性を備えていて前記地下水を浄化可能な複数種類の微生物から成る有用微生物群と該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質とを含有するものになるように、有用微生物群と基質とを含有する透水性の良いシート状もしくはマット状体又は成形体を入れる工程を有する方法としてぺーパードレーン方式を利用し、予め前記有用微生物群と前記基質とを付着・浸透させた多孔質のぺーパーもしくはマット状体又は成形体をケーシングと共に地盤内に挿入し、前記ケーシングを引き抜いて前記ぺーパーもしくはマット状体又は成形体だけを前記地盤内に残存させて前記微生物処理層を造成する、ことを特徴とする汚染地下水浄化方法。 - 前記有用微生物群と前記基質とを前記汚染土壌中に混入させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１に記載の汚染地下水浄化方法。
- 前記微生物処理層に対して前記地下水の上流側に前記微生物処理層の浄化能力を向上させる前処理層を造成することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１に記載の汚染地下水浄化方法。
- 汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法において前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法の前記微生物処理層を構成する成形体であって、
表面に電荷を帯電させた粒状の帯電体を内包し前記有用微生物群が播種されると共に該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質が加えられた透水性のある多数の高分子ゲル体を透水性のあるシート状材料で覆って形成したことを特徴とする成形体。 - 汚染土壌から溶出した有害物質を含有する地下水を浄化する汚染地下水浄化方法において前記汚染土壌における前記地下水の下流域に微生物処理層を造成する汚染地下水浄化方法の前記微生物処理層を構成する浄化フィルターであって、
地表と前記地下水の不透水層との間に打ち込まれつづら折り状の水路を形成する枠板と、該水路に入れられた浄化材であって複数種類の微生物から成る有用微生物群及び該有用微生物群の栄養塩を含み該有用微生物群の繁殖を補助する基質を担持させた浄化材と、前記水路における前記地下水の流入部と流出部とに前記地表から前記不透水層まで設けられた孔部と、を有することを特徴とする浄化フィルター。
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