JP4281551B2

JP4281551B2 - 土壌及び地下水の汚染の浄化設備およびその浄化方法

Info

Publication number: JP4281551B2
Application number: JP2003424171A
Authority: JP
Inventors: 善孝伊藤; 繁和鈴木; 巧治清水
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-12-22
Also published as: JP2005177658A

Description

この発明はバイオレメデエーション法を用いて、嫌気性微生物を活性化せしめ土壌及び地下水の汚染浄化を促進せしめ汚染領域を短期間に浄化する技術に関する。

従来、土壌及び地下水の汚染の浄化設備とその浄化方法として、真空抽出法、揚水曝気法、石灰法、鉄粉法、土壌掘削置換法、土壌湿気式洗浄法、不溶化処理法、気・液混合井戸方法、エアースパージング方式、バイオレメディエーション法と、浄化に関して様々な方法が用いられるが、短期間で、土壌及び地下水の汚染の浄化ができる方法は、鉄粉法とバイオレメディエーション法である。

有機性物質で汚染された領域を遮水壁で囲み、地下水に含まれる有害性の物質を無害化処理する処理剤又は有害性の物質を吸着する吸着剤を含む浄化手段を有し、井戸内での汚染濃度が基準値以上〜以下によって浄化処理を効率化する設備及び方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

アミノ酸（水溶液）を有機塩素化合物で汚染された汚染地下水路に注入し、地下水の流れによって汚染地下水路および汚染土壌に拡散させ、同汚染環境中に存在する有機塩素化合物分解微生物の分解能力を高めて処理する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

嫌気微生物を用いたイン・シチュー・バイオレメディエーション（土壌中や地下水中は、一般的に嫌気状態にあることが多いので）において、水素供給体（例えば、糖類や有機酸、アルコール、タンパク質、シリコーン等）を土壌又は地下水中に供給し、少ない水素供給体の供給量で有機塩素化合物を還元的に分解する方法がある（例えば、特許文献３参照）。

地中の地下水を揚水ポンプで揚水し、この揚水した地下水に地上の装置によって、微生物、栄養塩（例えば窒素化合物、リン酸塩である硝酸カリウム、リン酸２水素化カリウム、炭酸ナトリウム等の無機栄養塩類）を付与し、この地下水を再び地中に注水して有機塩素系化合物の汚染された地下水の浄化を行う方法・システム・装置がある（例えば、特許文献４、５及び６参照）。
特開２００３−１７０１５３号公報（第５〜６頁、第１〜２、５〜６図）特開２００３−１４５１３１号公報（第３頁、第１図）特開２０００−１０７７４３号公報（第２頁）特開平９−１０７５２号公報（第６〜７頁、第１図）特開平９−２５３６８８号公報（第４頁、第１図）特開平１１−２０７３７３号公報（第５〜７頁、第２〜５図）

しかしながら、このような従来の土壌及び地下水の汚染の浄化設備とその浄化方法では、鉄粉法は土壌を掘削してゼロ化鉄粉を注入する方法で、化学反応により短期間に土壌浄化するが、現状では汚染領域を絞って掘削する方法が主流の為、汚染領域全てを短期間に浄化することができなく、しかも高額な施工費用がかかる。またバイオレメデエーション法は、環境に左右され短期間に浄化することができない場合もあり不安定である。

本発明は、このような背景・課題を解決するものであり、施工費用が比較的安いバイオレメデエーション法に注目し微生物処理での土壌及び地下水の汚染の浄化を促進せしめ、汚染領域全てを短期間に安定して浄化する方法を提供することを目的とする。

本発明の土壌及び地下水の汚染の浄化設備とその浄化方法は、上記目的を達成するために、有機塩素化合物で汚染された汚染部の土壌及び透水層を囲んで構築した地下遮断壁と、前記汚染部の上流側部に設置して不透水層又は／及び難透水層の地下水を揚水する揚水井戸と、前記汚染部の上流側部に設置して栄養塩供給装置から栄養塩を供給する栄養塩供給井戸と、前記汚染部の下流側部かつ前記地下遮断壁手前に設置して前記透水層の地下水の汚染度を検知するモニタリング井戸と、前記モニタリング井戸で汚染度を検知して前記栄養塩供給装置による前記栄養塩の供給又は／及び前記揚水井戸の地下水の供給を制御する制御装置とを備え、前記揚水井戸から揚水したＤＯ値の低い地下水を前記地下遮断壁で囲まれた領域内に供給するとともに、前記栄養塩供給装置から栄養塩を供給することにより、前記地下遮断壁で囲まれた領域内の嫌気性微生物を増殖かつ活性化せしめて汚染された前記土壌及び前記透水層を無害化処理するものである。

本発明者らは、この手段により、汚染領域を掘削等により特定した後、当該汚染領域の周囲を地下遮断壁（矢板）で囲み当該地下遮断壁は不透水層まで打ち込み、透水層の地下水の流れる方向を確認し、その上流に汚染深度領域まで掘削し、掘削した井戸（栄養塩供給・注入井戸）に即効性栄養塩（ポリ乳酸を主成分とする栄養塩）、または、遅効性栄養塩（炭素数が６以上のカルボン酸を主成分とする栄養塩、又は／及び炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする栄養塩）のいずれか、または両方を混合した栄養塩を選択し、栄養塩供給井戸に当該栄養塩を注入する。

また、不透水層の下層の水層まで掘削して揚水井戸を設け、揚水したＤＯ値の低い地下水を地下遮断壁で囲んだ汚染領域全体に土壌（層）から浸透させて嫌気状態に保つことにより、嫌気性微生物が揮発性有機化合物を分解する環境をつくり、さらに栄養塩供給井戸の栄養塩が浸透しているＤＯ値の低い地下水により、汚染領域全体に広がり嫌気性微生物を活性化させることにより、短期間で汚染領域全体を浄化することができる。

本発明によれば、地下遮断壁で囲み、不透水層の下層の水層まで掘削して揚水井戸を設け、揚水したＤＯ値の低い地下水を利用することで簡単に嫌気性状態を汚染領域全体につくることができ、汚染物質である揮発性有機化合物を嫌気性微生物により分解することが安定して行われる土壌及び地下水の汚染の浄化設備とその浄化方法を提供できる。

また、地下遮断壁で囲むことにより、栄養塩が汚染領域全体に広がることにより、嫌気性微生物が比較的均一に存在し活性化せしめることができ、短期間で汚染物質である揮発性有機化合物を嫌気性微生物が分解し土壌及び地下水の汚染の浄化ができる。

また、地下遮断壁で囲むことにより、栄養塩の注入量が計算でき、適切な栄養塩の量を投入できることにより、栄養塩にかかる費用を低くすることができる。

請求項１，６に記載の本発明によれば、難透水層、不透水層のＤＯ値がきわめて低い地下水を地下遮断壁（矢板）で囲われた汚染領域に供給することで、同領域全体が嫌気状態となって分解菌の活性化が為され、汚染物質の浄化ができる。しかし、この地下水は硝酸態窒素が多いため、嫌気性微生物の栄養塩として確かに利用できるが、窒素成分だけでは活性化が不十分なので、さらに最適の栄養塩を供給することによって、嫌気性微生物の活性化がより促進され、早期・高効率的・自動制御的に汚染領域の浄化ができる。

請求項２，３に記載の本発明によれば、難透水層、不透水層の地下水を地下遮断壁（矢板）で仕切られた汚染領域に供給することで、嫌気状態となり嫌気性微生物が増殖する環境を作りだし、揮発性有機化合物を嫌気性微生物が分解する環境を、汚染領域全体に均一に作り出すことができる。

請求項４に記載の本発明によれば、難透水層、不透水層の地下水は硝酸態窒素が多いため、嫌気性微生物の栄養塩として利用できるが、窒素成分だけでは活性化ができず、ポリ乳酸を主成分とする栄養塩、炭素Ｃ数が６以上のカルボン酸、炭素Ｃ数が１２以上のアルコール等を適量供給することによって、嫌気性微生物の活性化が促進され、微生物による水素と塩素の交換が活発になり、早期に安定した汚染領域の浄化（無害化処理）ができる
請求項５に記載の本発明によれば、地下遮断壁で囲むことにより、栄養塩の適切な注入量が計算し、供給することにより、栄養塩の費用を低価格におさえることができる。

以下、本発明の土壌及び地下水の汚染の浄化設備とその浄化方法の一実施例について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例を示す概略断面図であり、図２は、同概略平面配置図である。

図１，図２において、１は有機塩素化合物（または、揮発性有機化合物ＶＯＣ）で汚染された汚染部を示し、地下遮断壁（矢板）２によって、大きく囲っている。地下遮断壁２は、地下水流の下流側部を囲んで汚染された地下水や物質を洩らさずに遮断する（堰き止めて）ように構築される。その囲い方（平面配置）は、長方形だけに留まらず、現地の汚染部１の状態や障害物等に応じて種々の変形の形態を自在に採ることは自明である。なお、地下遮断壁２の先端（掘削）は、不透水性岩体３に達するように垂直（下）方向に設置・構築するのが良い。また、汚染部１は、例えば図１のとおり、上表層から仮に土壌４、第１透水層５、難透水層６、第２透水層７、不透水層８、不透水性岩体３となっているとして、以下に説明する。

また、第１透水層５、難透水層６、第２透水層７を単に透水層と総称（但し、不透水層８は除く）し、説明する。

有機塩素化合物（または、揮発性有機化合物ＶＯＣ）は、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ホルムアルデヒド、トルエン、ベンゼン、キシレンなどさまざまな物質がある。安定していて分解しにくい性質があり、産業界で普及した反面、特に土壌４・地下水汚染の原因ともなっている。

１１は、揚水井戸を示し、汚染部１の上流側部に設置（掘削）して不透水層８又は／及び難透水層６のＤＯ値の低い地下水を、揚水ポンプａ（１３ａ）により揚水する。

１０は、栄養塩供給井戸を示し、汚染部１の上流側部に設置（掘削）して栄養塩供給装置９から栄養塩を地下遮断壁２で囲われた汚染領域に供給する。栄養塩としては、高級脂肪酸＝ポリ乳酸を主成分とする栄養塩、炭素数が６以上のカルボン酸を主成分とする栄養塩、炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする栄養塩等を適宜選択できるようにし、汚染領域内の嫌気性微生物群を増殖かつ活性化する。

栄養塩供給井戸１０は、上述の地下水又は／及び栄養塩を供給できるものであり、開閉弁ａ（１２ａ），開閉弁ｂ（１２ｂ）によって操作される。ここに、揚水したＤＯ値の低い地下水は、簡単に還元雰囲気・嫌気性状態を汚染領域全体につくることができ、汚染物質である揮発性有機化合物を嫌気性微生物により分解することが安定して行われる。

１４は、モニタリング井戸を示し、汚染部１の下流側部かつ地下遮断壁２手前に設置（掘削）して、検知部１５により透水層の地下水の汚染度を検出する。検知部１５は、例えばＯＲＰ計（酸化還元電位計）等を用い、また別に揚水ポンプｂ（１３ｂ）により、汚染物質の濃度（変化）等についてもその各分析計で計測することもできる。

１６は、制御装置を示し、上記の検知部１５や分析計から入力されたデータを判読し、栄養塩の種別や供給・注入量が演算し、適切な栄養塩の投入量を制御できる。また、同時に揚水井戸１１の地下水の供給量も制御できる。

以上の説明により、本実施例においては、難透水層６、不透水層８の地下水（ＤＯ値がきわめて低い）をくみ上げ、地下遮断壁（矢板）２で仕切られた汚染領域に投入することで、嫌気状態にして分解菌の活性を図り汚染領域を浄化する。難透水層６、不透水層８の地下水は硝酸態窒素が多いため、嫌気性微生物の栄養塩として利用できるが、窒素成分だけでは活性できなく、Ｃ成分であるＣが６以上のカルボン酸、Ｃが１２以上のアルコールを適量投入することで、嫌気性微生物の活性化が促進され、微生物による水素と塩素の交換が活発になり、早期に安定して汚染領域を浄化（無害化処理）できる（適量の判断はＯＲＰ計の測定等による）。

なお、汚染部１に対する揚水井戸１１、栄養塩供給井戸１０、モニタリング井戸１４の配置は、詳細な記述はしていないが、現場の汚染状況に応じて自在に為されることは自明のことである。例えば、汚染部１の広がりに応じて、複数の各井戸で囲んで設置したりする。

また、汚染部１の周囲を地下遮断壁２で囲い、その外側に揚水井戸１１を設置しても良い。

さらに、モニタリング井戸１４の他の用途としては、例えば、浄化処理が不十分な場合、1)地下水をくみ上げて別の同処理施設へ回送したり、2)元の透水層に戻して循環（再浄化）させたりすること等に兼用しても良い。

図３は、同汚染の浄化状況の一例を示すグラフである。

図３において、汚染物質である揮発性有機化合物を嫌気性微生物が分解し、その結果、短期間で土壌４及び地下水の汚染のバイオレメデエーションによる浄化を示している。

揮発性有機化合物（汚染物質）の測定は、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、ジクロロエチレン（ｃｉｓ−１，２−ＤＣＥ）、ジクロロエチレン（１，１−ＤＣＥ）、塩化ビニル（ＶＣ）をとりあげ、その各濃度（ｍｇ／ｌ）の経日変化（減少状況）を示した一例である。

上述のとおり、本実施例では、制御装置を地下水や栄養塩の供給制御用として設けているが、さらにその制御項目や制御範囲を拡大して展開すれば、無人化の遠隔制御等への用途にも容易に適用できる。

本発明の一実施例を示す概略断面図同概略平面配置図同汚染の浄化状況の一例を示すグラフ

符号の説明

１汚染部
２地下遮断壁
３不透水性岩体
４土壌
５第１透水層（又は透水層）
６難透水層（又は透水層）
７第２透水層（又は透水層）
８不透水層
９栄養塩供給装置
１０栄養塩供給井戸
１１揚水井戸
１２ａ，１２ｂ開閉弁ａ，開閉弁ｂ
１３ａ，１３ｂ揚水ポンプａ，揚水ポンプｂ
１４モニタリング井戸
１５検知部
１６制御装置

Claims

有機塩素化合物で汚染された汚染部の土壌及び透水層を囲んで構築した地下遮断壁と、前記汚染部の上流側部に設置して不透水層又は／及び難透水層の地下水を揚水する揚水井戸と、前記汚染部の上流側部に設置して栄養塩供給装置から栄養塩を供給する栄養塩供給井戸と、前記汚染部の下流側部かつ前記地下遮断壁手前に設置して前記透水層の地下水の汚染度を検知するモニタリング井戸と、前記モニタリング井戸で汚染度を検知して前記栄養塩供給装置による前記栄養塩の供給及び前記揚水井戸の地下水の供給を制御する制御装置とを備え、前記揚水井戸から揚水したＤＯ値の低い地下水を前記地下遮断壁で囲まれた領域内に供給するとともに、前記栄養塩供給装置から栄養塩を供給することにより、前記地下遮断壁で囲まれた領域内の嫌気性微生物を増殖かつ活性化せしめて汚染された前記土壌及び前記透水層を無害化処理することを特徴とする土壌及び地下水の汚染の浄化方法。
不透水性岩体まで垂直方向に構築した前記地下遮断壁と、前記不透水層又は／及び前記難透水層から揚水した地下水を前記地下遮断壁で囲まれた領域内に供給する前記栄養塩供給井戸とにより、前記地下遮断壁で囲まれた領域内を還元雰囲気にすることを特徴とする請求項１に記載の土壌及び地下水の汚染の浄化方法。
前記不透水層又は／及び前記難透水層から揚水した地下水に含まれる硝酸態窒素を前記微生物の栄養塩として利用することを特徴とする請求項１または２に記載の土壌及び地下水の汚染の浄化方法。
前記栄養塩供給装置から供給される前記栄養塩は、ポリ乳酸を主成分とする栄養塩、又は炭素数が６以上のカルボン酸を主成分とする栄養塩、又は／及び炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする栄養塩を適宜選択し、前記微生物を増殖かつ活性化することを特徴とする請求項１記載の土壌及び地下水の汚染の浄化方法。
前記栄養塩供給装置から供給する前記栄養塩の供給量を、前記モニタリング井戸に設置した酸化還元電位を測定する検知部により制御することを特徴とする請求項１または４に記載の土壌及び地下水の汚染の浄化方法。
有機塩素化合物で汚染された汚染部の土壌及び透水層を囲んで構築した地下遮断壁と、前記汚染部の上流側部に設置して不透水層又は／及び難透水層の地下水を揚水する揚水井戸と、前記汚染部の上流側部に設置して栄養塩供給装置からの栄養塩を供給する栄養塩供給井戸と、前記汚染部の下流側部かつ前記地下遮断壁手前に設置して前記透水層の地下水の汚染度を検知するモニタリング井戸と、前記モニタリング井戸で汚染度を検知して前記栄養塩供給装置による前記栄養塩の供給及び前記揚水井戸の地下水の供給を制御する制御装置とを備え、前記揚水井戸から揚水したＤＯ値の低い地下水を前記地下遮断壁で囲まれた領域内に供給するとともに、前記栄養塩供給装置から栄養塩を供給することを特徴とする土壌及び地下水の汚染の浄化設備。