JP4027209B2 - 化学物質による汚染の浄化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学物質、特に有機塩素化合物に汚染された土壌、底質、汚泥、地下水等を物理化学的に浄化する方法に関し、特に、化学物質に汚染された土壌および地下水に原位置で過硫酸塩を添加して土壌および地下水を浄化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、土壌、地下水等の様々な化学物質による汚染が顕在化し、その対策が急がれている。特に、脱脂などのための洗浄剤として各種工場やクリーニング店で広く使用されているトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の有機塩素化合物は、発癌性物質である疑いがあり、そのためこれら有機塩素化合物による汚染は大きな社会問題となってきている。
【０００３】
従来、有機塩素化合物で汚染された土壌や地下水の処理方法としては、汚染土壌の封じ込め処理、汚染土壌の掘削・封じ込め処理、地下水を揚水して曝気処理や活性炭吸着処理を行うポンプ・アンド・トリート法などが主に用いられてきた。
【０００４】
しかし、現状実施されている既存技術は、汚染化学物質を分解して無害化する技術ではないこと、莫大なエネルギーおよび手間を要すること、浄化期間が１０〜２０年と長いことなどが問題となっていた。また、現状の方法では、揚水した汚染地下水を浄化処理することは可能であるが、地下に存在する汚染源に対しては除去処理を行わないため、浄化期間が長引くという問題があった。
【０００５】
これに対し、近年では、酸化剤を直接井戸に注入する原位置化学酸化の開発も行われている。酸化剤としては、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、過硫酸塩、次亜塩素酸、過塩素酸、塩素、オゾンなどが存在するが、水への溶解性、操作性などの点から、現状では過マンガン酸カリウムや過酸化水素を用いる方法が主に実用化されている。
【０００６】
しかし、過酸化水素を用いる方法では、地中内での急激な過酸化水素分解に伴い影響範囲が小さいという問題があった。また、過マンガン酸カリウムを用いる方法では、酸化剤自身が濃い紫色を呈しており、地下水に直接注入するのは好ましくないという問題点があった。
【０００７】
これに対し、過硫酸塩を使用した汚染物質の分解研究事例も増えてきている。例えば、特開２００２−１３６９６１号には、有機塩素化合物で汚染された土壌または地下水を含む区域を区画し、この区画内に直接過硫酸塩を添加する土壌または地下水の浄化処理方法が開示されている（特許文献１参照）。この浄化処理方法では、トリクロロエチレン濃度２ｐｐｍに対する過硫酸カリウムの好ましい添加量は土壌または地下水に対して４０ｐｐｍから１００ｐｐｍ程度とされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１３６９６１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが、汚染土壌および地下水に原位置で酸化剤を直接注入する浄化法を想定して、汚染されている実際の地下水と土壌とを共存させて浄化する実験を行った結果、特開２００２−１３６９６１号の浄化法で最も好ましいとされている過硫酸カリウム濃度４０ｐｐｍから１００ｐｐｍでは、目的としているトリクロロエチレンがほとんど減少せず、したがってこの浄化法は現場への適用が実質的に困難であることが確認された。
【００１０】
これは、添加した酸化剤が地下水と土壌中に含まれる被酸化性の物質（有機物や無機物）によって消費されてしまうために、目的としている微量の汚染化学物質を効率よく分解できないことがその理由であると考察された。この結果から、酸化剤濃度をより高くすることが有効と考えられるものの、むやみに過硫酸塩の濃度を高くして汚染土壌や地下水に注入すると、汚染化学物質は分解できても、過硫酸塩の分解に伴う硫酸濃度の増加により、土壌や地下水のｐＨが酸性に低下してしまう懸念がある。土壌や地下水のｐＨが５より低くなると、セメントの腐食や生態系に与える影響などもあることから、酸化剤濃度をより高くする方法は、建物の下の汚染を浄化する際や、浄化エリア周辺に湖沼池などが存在する地域での適用は困難であった。
【００１１】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、有機塩素化合物などの化学物質に汚染された土壌、地下水等を、過硫酸塩を用いて確実かつ安全に浄化することができる方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前述した問題点を解決するために、実際の汚染地下水中に含まれる濃度２ｍｇ／Ｌのトリクロロエチレンの分解性能に関して、過硫酸ナトリウム濃度１０００ｍｇ／Ｌ以下の条件で実験を行った。その結果、地下水中における過硫酸ナトリウム濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上であれば、地下水中のトリクロロエチレンを確実に分解できるが、５０ｍｇ／Ｌ以下の低濃度では、土壌や地下水中に存在する有機物や無機イオンの影響で酸化剤が消費されてしまい、分解対象物であるトリクロロエチレンの分解速度が遅く、実用的ではないことが明らかとなった。
【００１３】
また、本発明者らは、実際の汚染地下水に各種濃度で過硫酸ナトリウムを添加し、過硫酸ナトリウムが完全に硫酸イオンに分解したときの地下水のｐＨ変化について検討を行った。この結果、使用する地下水により多少値が異なるものの、１０００ｍｇ／Ｌ程度の過硫酸ナトリウムでは地下水のｐＨ変化は小さく、ｐＨを５程度に保持できることを見出した。
【００１４】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたもので、化学物質に汚染された汚染物に過硫酸塩を添加して前記汚染物を浄化するに当たり、反応領域における過硫酸塩濃度を１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲に保持するとともに、反応領域のｐＨを５以上に保持することを特徴とする化学物質による汚染の浄化方法を提供する。
【００１５】
特に、本発明は、化学物質に汚染された土壌および地下水に原位置で過硫酸塩を添加して土壌および地下水を浄化するに当たり、反応領域における過硫酸塩濃度を１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲に保持するとともに、反応領域のｐＨを５以上に保持することを特徴とする化学物質による汚染の浄化方法を提供する。
【００１６】
この場合、反応領域における過硫酸塩濃度および反応領域のｐＨをモニタリングし、反応領域における過硫酸塩濃度が１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲を保持し、かつ反応領域のｐＨが５以上を保持するように、土壌および地下水への過硫酸塩の添加量を調整することができる。
【００１７】
また、土壌および地下水に原位置で過硫酸塩を添加する過硫酸塩添加手段と、反応領域の地下水の観測を行う観測井戸とを設け、前記観測井戸において反応領域の地下水のｐＨをモニタリングし、該地下水のｐＨが５以上を保持するように、前記過硫酸塩添加手段による土壌および地下水への過硫酸塩の添加量を調整することが、より確実かつ安全な浄化処理を行う点で適当である。
【００１８】
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明において、過硫酸塩としては、過硫酸カリウムまたは過硫酸ナトリウムを好適に用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
本発明では、反応領域における過硫酸塩濃度を１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲に保持するものであるが、特に５００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲に保持することが、より確実かつ安全な浄化処理を行う点で適当である。
【００２０】
また、本発明では、反応領域のｐＨを５以上に保持するものであるが、特にｐＨ５〜７、中でもｐＨ５．５〜６．５の範囲に保持することが、より確実かつ安全な浄化処理を行う点で適当である。
【００２１】
本発明は、有機塩素化合物に汚染された土壌、底質、汚泥、地下水等の浄化に好適に使用されるが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、有機塩素化合物（ＴＣＥ、ＰＣＥ、ダイオキシン類、ＰＣＢ類など）による汚染物の浄化のみならず、他の有機物、例えば油、ベンゼン、トルエン、キシレン等による汚染物の浄化にも適用可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態を示す図である。図１において１０は過硫酸塩添加手段、２０は揚水手段、３０は曝気処理手段を示す。
【００２３】
過硫酸塩添加手段１０は、化学物質に汚染された土壌および地下水に原位置で過硫酸塩を添加するものである。本例の過硫酸塩添加手段１０は、地中に埋設され、管のスクリーンを通して外部に薬剤を流出させる注入井戸１１と、過硫酸塩水溶液が貯留された薬剤貯槽１２と、薬剤貯槽１２に連結され、注入井戸１１内に過硫酸塩水溶液を放出する薬剤注入管１３と、薬剤注入管１３に接続された薬剤注入ポンプ１４とを備えている。本例の過硫酸塩添加手段１０によって土壌および地下水に過硫酸塩を添加すると、過硫酸塩を添加した地下水が下流の反応領域Ｘを流れる間に、反応領域Ｘに存在する汚染化学物質が過硫酸塩によって酸化分解される。
【００２４】
揚水手段２０は、反応領域Ｘの下流側から、反応領域Ｘを通過した後の地下水を揚水するものである。本例の揚水手段２０は、地中に埋設され、管のスクリーンを通して内部に地下水を流入させる揚水井戸２１と、揚水井戸２１内に設置された揚水ポンプ２２と、揚水ポンプ２２に連結された揚水管２３とを備えている。
【００２５】
曝気処理手段３０は、揚水手段２０により揚水した地下水の曝気処理を行うものである。本例の曝気処理手段３０は、揚水管２３に連結された曝気槽３１を備えている。曝気槽３１は、例えば内部を下向流で流れる地下水に空気を曝気して、水中の汚染化学物質を気相中に移行させるものである。曝気後の処理水中には過硫酸塩が残存していることが多いため、本例では曝気処理水を配管３２を通して薬剤注入管１３を流れる過硫酸塩水溶液に混合し再利用している。この場合、必要に応じ、曝気処理水に配管３２において過硫酸塩を添加した後、この曝気処理水を薬剤注入管１３を流れる過硫酸塩水溶液に混合してもよい。
【００２６】
図２は本発明の他の実施形態を示す図である。図２において、図１と同一構成の部分には同一参照符号を付してその説明を省略する。図１の実施形態と図２の実施形態の違いは、図１の実施形態では曝気処理水を薬剤注入管１３を流れる過硫酸塩水溶液に混合して再利用したのに対し、図２の実施形態では曝気処理水を配管３３を通して地表に流すようにした点であり、その他の点では両実施形態は同じである。
【００２７】
図３は本発明のさらに他の実施形態を示す図である。図３において、１０は過硫酸塩添加手段、４０は観測井戸を示す。過硫酸塩添加手段１０は図１と同様のものであるので、図１と同一構成の部分には同一参照符号を付してその説明を省略する。観測井戸４０は、反応領域Ｙの地下水の観測を行うものである。本例では、過硫酸塩添加手段１０の下流側で揚水を行わないため、過硫酸塩を添加した地下水は注入井戸１１を中心としたほぼ円状に広がる。したがって、本例における反応領域は図中Ｙで示す領域であり、本例ではこの反応領域Ｙ内に観測井戸４０を設けている。
【００２８】
図１〜図３に示した実施形態では、反応領域Ｘ、Ｙに存在する土壌および地下水中における過硫酸塩濃度が１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲に保持されるように、また、反応領域Ｘ、Ｙに存在する土壌および地下水のｐＨが５以上に保持されるように、過硫酸塩添加手段１０により土壌および地下水への過硫酸塩の添加量を調整している。この場合、反応領域Ｘ、Ｙに存在する土壌および地下水の過硫酸塩濃度およびｐＨを測定する手段に限定はないが、例えば、図１、図２に示した実施形態では揚水手段２０により揚水した地下水の過硫酸塩濃度およびｐＨを測定する手段が挙げられ、図３に示した実施形態では観測井戸４０内の地下水の過硫酸塩濃度およびｐＨを測定する手段が挙げられる。
【００２９】
なお、図１、図２に示した実施形態では曝気処理手段を設けたが、曝気処理手段は必要に応じて設置すればよい。また、図３に示した実施形態では反応領域の内部に観測井戸を設けたが、観測井戸は反応領域の外部に設けてもよい。
【００３０】
【実施例】
［実施例１］
１００ｍＬのバイアルビンに、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）で汚染された地下水１００ｍＬを入れ、この地下水に下記の条件になるように過硫酸ナトリウムを添加した。その後、水に対する紫外線照射を５時間実施し、過硫酸ナトリウムを硫酸ナトリウムに分解した。そして、紫外線照射後の水に汚染土壌３０ｇを添加し、４時間以上経過後に水のｐＨを測定した。
【００３１】
（実験条件）
▲１▼ブランク（過硫酸ナトリウム無添加）
▲２▼過硫酸ナトリウム濃度２５ｍｇ／Ｌ
▲３▼過硫酸ナトリウム濃度５０ｍｇ／Ｌ
▲４▼過硫酸ナトリウム濃度１００ｍｇ／Ｌ
▲５▼過硫酸ナトリウム濃度２００ｍｇ／Ｌ
▲６▼過硫酸ナトリウム濃度５００ｍｇ／Ｌ
▲７▼過硫酸ナトリウム濃度１０００ｍｇ／Ｌ
▲８▼過硫酸ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌ
【００３２】
（処理結果）
図１に処理結果を示す。過硫酸ナトリウム濃度が高い系▲８▼（１５００ｍｇ／Ｌ）ではｐＨが５より低かったのに対し、過硫酸ナトリウム濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以下の系▲１▼〜▲７▼ではｐＨは５以上であった。この結果から、過硫酸ナトリウム濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以下であれば、反応領域のｐＨを５以上に保持することができ、周辺地下水に対する影響がより少ない浄化処理が可能であることが確認された。
【００３３】
［実施例２］
１００ｍＬのバイアルビンに、濃度２．５ｍｇ／ＬのＴＣＥで汚染された地下水２０ｍＬと土壌１０ｇを入れ、この地下水および土壌に下記の条件になるように過硫酸ナトリウムを添加した。その後、バイアルビンを密閉し、常温で静置して水中のＴＣＥ濃度を経時的に測定した。
【００３４】
（実験条件）
▲１▼ブランク（過硫酸ナトリウム無添加）
▲２▼過硫酸ナトリウム濃度２５ｍｇ／Ｌ
▲３▼過硫酸ナトリウム濃度５０ｍｇ／Ｌ
▲４▼過硫酸ナトリウム濃度１００ｍｇ／Ｌ
▲５▼過硫酸ナトリウム濃度２００ｍｇ／Ｌ
▲６▼過硫酸ナトリウム濃度５００ｍｇ／Ｌ
▲７▼過硫酸ナトリウム濃度１０００ｍｇ／Ｌ
▲８▼過硫酸ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌ
【００３５】
（処理結果）
図５に処理結果を示す。過硫酸ナトリウム濃度が低い系▲１▼、▲２▼（２５ｍｇ／Ｌ以下）ではＴＣＥの分解が認められなかったのに対し、過硫酸ナトリウム濃度が５０ｍｇ／Ｌ以上の場合にはＴＣＥの分解が確認された。しかし、過硫酸ナトリウム濃度が５０ｍｇ／Ｌでは分解速度が遅く、短期の浄化に実用的ではないことが示された。したがって、過硫酸ナトリウム濃度としては１００ｍｇ／Ｌ以上であることが短期的な浄化に有効な濃度であることが明らかとなった。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、有機塩素化合物などの化学物質に汚染された土壌、地下水等を、過硫酸塩を用いて確実かつ安全に浄化することができ可能であり、特に、従来の過硫酸塩を用いた原位置酸化システムをより安全に実施することができる。本発明は、より安全に、より低コストに浄化を促進することが可能であり、その有用性は極めて大きい。また、従来地下水を揚水して曝気処理や活性炭吸着処理を行っていても浄化が終了できない汚染サイトなどに対して、本発明を適用して浄化を促進することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【図４】実施例の浄化処理における地下水の過硫酸ナトリウム濃度とｐＨとの関係を示すグラフである。
【図５】実施例の浄化処理における地下水の過硫酸ナトリウム濃度とＴＣＥ濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｘ 反応領域
Ｙ 反応領域
１０ 過硫酸塩添加手段
１１ 注入井戸
１２ 薬剤貯槽
１３ 薬剤注入管
１４ 薬剤注入ポンプ
２０ 揚水手段
２１ 揚水井戸
２２ 揚水ポンプ
２３ 揚水管
３０ 曝気処理手段
３１ 曝気槽
３２ 配管
３３ 配管
４０ 観測井戸

Claims (6)

1. 化学物質に汚染された汚染物に過硫酸塩を添加して前記汚染物を浄化するに当たり、反応領域における過硫酸塩濃度を１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲に保持するとともに、反応領域のｐＨを５以上に保持することを特徴とする化学物質による汚染の浄化方法。
2. 化学物質に汚染された土壌および地下水に原位置で過硫酸塩を添加して土壌および地下水を浄化するに当たり、反応領域における過硫酸塩濃度を１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲に保持するとともに、反応領域のｐＨを５以上に保持することを特徴とする化学物質による汚染の浄化方法。
3. 反応領域における過硫酸塩濃度および反応領域のｐＨをモニタリングし、反応領域における過硫酸塩濃度が１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲を保持し、かつ反応領域のｐＨが５以上を保持するように、土壌および地下水への過硫酸塩の添加量を調整することを特徴とする請求項２に記載の化学物質による汚染の浄化方法。
4. 土壌および地下水に原位置で過硫酸塩を添加する過硫酸塩添加手段と、反応領域の地下水の観測を行う観測井戸とを設け、前記観測井戸において反応領域の地下水のｐＨをモニタリングし、該地下水のｐＨが５以上を保持するように、前記過硫酸塩添加手段による土壌および地下水への過硫酸塩の添加量を調整することを特徴とする請求項２に記載の化学物質による汚染の浄化方法。
5. 過硫酸塩が過硫酸カリウムまたは過硫酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学物質による汚染の浄化方法。
6. 汚染化学物質が有機塩素化合物であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の化学物質による汚染の浄化方法。

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