JP4513262B2

JP4513262B2 - 地下水浄化方法

Info

Publication number: JP4513262B2
Application number: JP2003031222A
Authority: JP
Inventors: 巧治清水
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP2004237245A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染地下水の生物学的浄化に係り、特にトリクロロエチレン、ＰＣＢなどの有機塩素系化合物で汚染された地下水の浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の地下水浄化方法に関しては、各種のものが提案され知られている。例えば、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（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）、嫌気性化のための密封、窒素等を付与し、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がある（例えば、特許文献１および２）。
また、複数種類の有用微生物からなる有用微生物群、この有用微生物群の栄養塩（鉄、コバルト等の重金属）、有用微生物群の繁殖を補助する基質を含有する透水性の処理層（成形体）を形成し、この地中に埋設した処理層中で、汚染された地下水の浄化を行う方法がある（例えば、特許文献３）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１０７５２号公報（第６〜７頁、第１図）
【特許文献２】
特開平９−２５３６８８号公報（第４頁、第１図）
【特許文献３】
特開平１１−３３３４９３号公報（第４〜６頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の地下水の浄化方法においては、揚水した地下水または地中に形成した処理層に含有させた従来の栄養塩類では水に対する溶解度が大きすぎ、供給する栄養塩の地下水への溶出が早く過剰な栄養塩の付与と、さらに長期的な安定した栄養塩の付与ができない。このため前記過剰栄養塩よる特に湖沼や内海などの閉鎖系の水系でのプランクトン、藻、赤潮の異常発生をまねく課題があった。
また、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、微生物等とともに、栄養塩を付与し、この地下水を再び地中に注水する方法においては、栄養塩の供給量のバラツキによる過剰栄養化の恐れがあるとともに、装置の複雑化をまねく課題があった。また、嫌気性微生物のみの地下水の浄化は不完全であった。
【０００５】
本発明は、前記従来のような課題を解決するもので、地下水中への過剰な栄養塩の付与による悪影響を防止し、嫌気性処理の後で好気性処理を行う、２段の処理により生息する微生物を増殖、活性化させて効率的に地下水の浄化を行うとともに地上に備える構成を簡略化した地下水浄化方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明は、炭素数が６以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とした透水性を有する地中に埋設された固体栄養塩付与体と、この固体栄養塩付与体の地下水流における下流側に設けた揚水井戸と、この揚水井戸から汲み上げた地下水を前記固体栄養塩付与体の下から注水する注水管と、前記固体栄養塩付与体の下から嫌気性化のための窒素または好気性化のための空気のいずれかを供給する散気管と、前記散気管から窒素を供給することにより地下水を嫌気性処理する嫌気性処理手段と、前記散気管から酸素を供給することにより地下水を好気性処理する好気性処理手段を用い、地下水中の微生物に、地中に埋設した前記固体栄養塩付与体からの栄養塩と前記嫌気性処理手段からの窒素付与を行い、後段で前記固体栄養塩付与体からの栄養塩と前記好気性処理手段からの酸素付与する２段処理をして、前記微生物の活性化による有機塩素系化合物の分解を促進するもので、固体栄養塩付与体は水に対する溶解度が小さく、従って栄養塩は水に対して徐々に溶解することになり、富栄養塩化による様々な悪影響を防止することができるとともに長期間栄養塩を安定して供給することができる。
また、注水のための穴を別途掘削する必要がなく、固体栄養塩付与体内の過剰栄養塩化と目詰まりを防止し、さらに地中の透水帯により近傍から注水することによって、窒素を付与した場合には効果的に地下水の嫌気性化が図られ、又切り換えにより酸素を付与した場合には効果的に好気性化が図られる。
また、固体栄養塩付与体内を通過する地下水に微小な気泡が接触し、さらに気体の微小な気泡の浮力作用により固体栄養塩付与体内をスムースに上昇し、より効果的に地下水の嫌気性化又は好気性化が図られる。
さらに嫌気性処理手段により窒素を付与して、メタン資化性菌、ビフェニール資化性菌等の嫌気性微生物の活性化によるＰＣＢ、トリクロロエチレン等の有機塩素系化合物の分解を促進させ、後段の好気性処理手段により酸素を付与して、好気性微生物の活性化によるトリクロロエチレン等の有機塩素系化合物を完全に分解することができる。また地上に備える構成の簡略化を図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、炭素数が６以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とした透水性を有する地中に埋設された固体栄養塩付与体と、この固体栄養塩付与体の地下水流における下流側に設けた揚水井戸と、この揚水井戸から汲み上げた地下水を前記固体栄養塩付与体の下から注水する注水管と、前記固体栄養塩付与体の下から嫌気性化のための窒素または好気性化のための空気のいずれかを供給する散気管と、前記散気管から窒素を供給することにより地下水を嫌気性処理する嫌気性処理手段と、前記散気管から酸素を供給することにより地下水を好気性処理する好気性処理手段を用い、地下水中の微生物に、地中に埋設した前記固体栄養塩付与体からの栄養塩と前記嫌気性処理手段からの窒素付与を行い、後段で前記固体栄養塩付与体からの栄養塩と前記好気性処理手段からの酸素付与する２段処理をして、前記微生物の活性化による有機塩素系化合物の分解を促進するもので、固体栄養塩付与体は水に対する溶解度が小さく、従って栄養塩は水に対して徐々に溶解することになり、富栄養塩化による様々な悪影響を防止することができるとともに長期間栄養塩を安定して供給することができる。
また、注水のための穴を別途掘削する必要がなく、固体栄養塩付与体内の過剰栄養塩化と目詰まりを防止し、さらに地中の透水帯により近傍から注水することによって、窒素を付与した場合には効果的に地下水の嫌気性化が図られ、又切り換えにより酸素を付与した場合には効果的に好気性化が図られる。
また、固体栄養塩付与体内を通過する地下水に微小な気泡が接触し、さらに気体の微小な気泡の浮力作用により固体栄養塩付与体内をスムースに上昇し、より効果的に地下水の嫌気性化又は好気性化が図られる。
さらに嫌気性処理手段により窒素を付与して、メタン資化性菌、ビフェニール資化性菌、通性嫌気性菌等の嫌気性微生物の活性化によるＰＣＢ、トリクロロエチレン等の有機塩素系化合物の分解を促進させ、後段の好気性処理手段により酸素を付与して、好気性微生物及び通性嫌気性菌等の活性化によるトリクロロエチレン等の有機塩素系化合物を完全に分解することができる。また地上に備える構成の簡略化を図ることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、複数の固体栄養塩付与体を併設して一体化したもので、個々の固体栄養塩付与体を小形に製作することができ、また実施状況に応じて固体栄養塩付与体の全体の必要サイズを任意に選択することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、揚水井戸と固体栄養塩付与体間の一定の汚染範囲に強制的な地下水流を発生させたもので、地下水の自然の流れが無いか非常に少ない状況等においても、土壌、地下水に固体栄養塩付与体から安定して栄養塩を供給することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る地下水浄化方法について、図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
本発明の実施例１を、図１から図４を参照しながら説明する。
図１（ａ）は本発明の実施例１に係る地下水浄化方法の一例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の平面配置図、図２（ａ）は他の例を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の平面配置図、図３（ａ）〜（ｅ）は固体栄養塩付与体の斜視図、図４は固体栄養塩付与体への注水状態を示す斜視図である。
【００１５】
図１（ａ）（ｂ）において、地中領域Ａ（地中領域Ａとは土壌汚染領域）１を掘削し、ここに固体栄養塩付与体坦持枠１１を埋設し固体栄養塩付与体１０を固体栄養塩付与体坦持枠１１内部に埋設している。この固体栄養塩付与体坦持枠１１から一定距離をおいて揚水井戸３を形成し、この中に揚水管４を位置させてポンプ５で地下水を汲み上げる。
貯留タンク６で、ポンプ５で汲み上げた地下水を貯留し、調整バルブ７にて水量を調整し注水管８を介して、固体栄養塩付与体１０に注水され、注水された地下水は、透水性を有する固体栄養塩付与体１０を通って地中の地下水に戻す。
固体栄養塩付与体１０は、地下水の流れのある地下水流帯に接触するように埋設し、また揚水井戸３は固体栄養塩付与体１０の地下水流の下流側に設けられている。
また固体栄養塩付与体１０の底部には散気管１２が設けられており、地上に備える嫌気性化の為の窒素又は、好気性化の為に空気のいずれか一方を切り換えバルブ１５により、最初に嫌気性化の為の窒素を、供給管１４を介して固体栄養塩付与体１０の底部に備える散気管１２に供給される。
その後に好気性化の為の空気を、供給管１４を介して固体栄養塩付与体１０の底部に備える散気管１２に供給することにより、嫌気性化状態又は好気性化状態をつくることができる。また、固体栄養塩付与体坦持枠１１上部には坦持枠上部用蓋９が設けられている。図中の実線矢印は揚水及び注水の流れ方向を示し、破線矢印は地下水の流れ方向を示す。
【００１６】
地中の土壌、地下水には、固体栄養塩付与体１０から分解微生物への栄養塩が供給されるとともに、地中領域Ｂ（地中領域Ｂとは揚水井戸３と固体栄養塩付与体坦持枠１１の間の領域）２の土壌、地下水に自然条件下で生息する微生物を増殖、活性化させて効率的に地下水の浄化を行うことができる。
【００１７】
また、図２（ａ）（ｂ）に示す例は、揚水井戸３を中央部にしてこの周囲に複数の固体栄養塩付与体１０を配置したものである。図２（ａ）（ｂ）に示すように、中央部に設けた揚水井戸３の周囲に複数の固体栄養塩付与体１０を配置し、揚水井戸３の揚水管４からポンプ５で地下水を汲み上げる。貯留タンク６でポンプ５が汲み上げた地下水を貯留し、調整バルブ７にて水量を調整し地下水は注水管８を介して、固体栄養塩付与体１０に注水され、注水された地下水は、透水性を有する複数の固体栄養塩付与体１０を通って地中の地下水に戻す。
また、揚水井戸３に地下水のレベルセンサ（図示なし）を設置し、ポンプ５は地下水位に応じて自動的に運転、停止をさせてもよい。また固体栄養塩付与体１０の内部には散気管１２が設けられており、適宜、嫌気性化の為の窒素又は、好気性化の為に空気中の酸素を切り換えにより図1に示す実施例と同様に散気管１２より供給され固体栄養塩付与体１０を嫌気性化状態又は好気性化状態をつくることができる。
【００１８】
尚、図１に示す実施例において、複数の揚水井戸３と固体栄養塩付与体１０とを一定距離をおいて平行に対向させて配置し、上記した動作と同様に循環させても、揚水井戸３と固体栄養塩付与体１０間の一定の汚染範囲に強制的な地下水流を発生させてもよい（図示せず）。
【００１９】
これにより、地下水の自然の流れが無いか非常に少ない状況等において、揚水井戸３と固体栄養塩付与体１０間の一定の汚染範囲に強制的な地下水流を発生させるとともに、揚水井戸３と固体栄養塩付与体１０間の土壌、地下水に固体栄養塩付与体１０から分解微生物への栄養塩が供給されるとともに、地中の土壌、地下水に自然条件下で生息する微生物を増殖、活性化させて効率的に地下水の浄化を行うことができる。
【００２０】
次に本発明の実施例１における固体栄養塩付与体１０の材料組成、構成例を図３に示す。固体栄養塩付与体１０は、炭素数が６以上のカルボン酸を主成分または炭素数が１２以上のアルコールを主成分としたものである。
【００２１】
本発明に用いる固体栄養塩付与体１０のカルボン酸としては、炭素数が６以上であることが必須であり、炭素数が６未満では水に対する溶解度が大きすぎ、短期間でその形状をとどめなくなり、一時的な過剰な栄養塩の付与と、さらに長期的な安定した栄養塩の付与ができないことから好ましくない。
また炭素数の上限は特に設ける必要はないが、工業的に大量に入手可能な材料としては炭素数１８程度と考えられるが、炭素数が１８以下のものに限られるものではないことはいうまでもない。また、本実施の形態に用いるカルボン酸は直鎖状構造を有し、さらには飽和モノカルボン酸であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明に用いる固体栄養塩付与体１０のアルコールとしては、炭素数が１２以上であることが必須であり、炭素数が１２未満では水に対する溶解度が大きすぎ、短期間でその形状をとどめなくなり、一時的な過剰な栄養塩の付与と、さらに長期的な安定した栄養塩の付与ができないことから好ましくない。炭素数の上限は特に設ける必要はないが、工業的に大量に入手可能な材料としては炭素数２０程度と考えられる。また本発明におけるアルコールは炭素数２０以下のものに限定されるものではない。
【００２３】
前記カルボン酸やアルコールは、粒状体に形成するかまたは、主成分であるカルボン酸やアルコールをセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールなどの生体親和性の高い材料を用いた坦体に坦持させ、坦持体として用いることができる。カルボン酸やアルコールを成形するためには、物質の融点以上に加熱した状態で金型などに挿入後、冷却固化させる方法などの通常の方法で容易になしうる（これらの基本的な構成等は特許第３２９８５６２号公報に記載されている）。
【００２４】
これらは、例えば粒径が１から３ｍｍの粒状体、板状や棒状体としての成形品またはカルボン酸やアルコールを通気性のあるウレタン体、連続発泡体、紐上または織布、不織布上に固定化（コーティング）する等の手段によって実用に供する成形品とすることができる。さらに前記した粒状体、坦持体等の成形品を内部へ水が進入可能な袋、もしくは箱に挿入して、地中領域Ａ（地中領域Ａとは土壌汚染領域）１に充填、埋設した状態で地下水を通過させるための透水性を有する固体栄養塩付与体１０を構成するものである。
【００２５】
次に固体栄養塩付与体１０の構成例を図３（ａ）〜（ｅ）で説明する。図３（ａ）および（ｂ）は固体栄養塩付与体坦持枠１１を円状または多角形状の柱状体に成形したもので、（ｃ）は粒状体または一定の大きさに成形した多数の固体栄養塩付与体１０を、透水性を有する固体栄養塩付与体坦持枠１１に収納して柱状体に構成したものである。
また（ｄ）のように板状に構成してもよく、さらに（ｅ）に示すように、前記柱状体を複数用いてこれらを併設し一体化した固体栄養塩付与体１０を構成してもよい。特に、複数の固体栄養塩付与体１０を併設して一体化したものは、個々の固体栄養塩付与体１０を小形に製作することができ、実施状況に応じて固体栄養塩付与体１０の全体の必要サイズを任意に選択することができる。また固体栄養塩付与体１０は、透水性のあるフイルター、シート等で覆って地中領域Ａ（地中領域Ａとは土壌汚染領域）１に埋設してもよい。
尚、地中領域Ａ（地中領域Ａとは土壌汚染領域）１を掘削して形成した穴に固体栄養塩付与体１０の成形品を直接充填して構成してもよく、また充填する時に必要に応じて砂、砂利等を混入させてもよい。
【００２６】
次に本発明の実施例における嫌気性処理又は好気性処理のための構成例を図４に示す。窒素又は酸素のいずれか一方を付与した地下水を、固体栄養塩付与体１０の下方から注水するもので、固体栄養塩付与体１０の下方に設けた散気管１２の噴出口１３から注水するようにし、これによって地中の透水帯により近傍から注水することで効果的に地下水の嫌気性化又は好気性化が図れる。
【００２７】
本実施例における地下水の浄化方法は、炭素数が６以上のカルボン酸を主成分または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とした固体栄養塩付与体１０を地中に充填、埋設することによって、固体栄養塩付与体１０は水に対する溶解度が小さく、従って固体栄養塩付与体１０は水に対して徐々に溶解することになり、富栄養塩化による様々な悪影響を防止することができるとともに長期間栄養塩を安定して供給することができる。
【００２８】
また、本実施例においては、地下水中の微生物に、固体栄養塩付与体１０からの富栄養塩化の防止を図りつつ長期間栄養塩を安定して供給するにあたり、最初に嫌気性処理手段により窒素を付与して、メタン資化性菌、ビフェニール資化性菌、通性嫌気性菌等の嫌気性微生物の活性化によるＰＣＢ、トリクロロエチレン等の有機塩素系化合物の分解を促進させ、その後に好気性処理手段により酸素を付与して、好気性微生物及び通性嫌気性菌等の活性化によるトリクロロエチレン等の有機塩素系化合物を完全に分解することができる。
【００２９】
また、窒素又は酸素のいずれか一方を付与した地下水を、透水性を有する固体栄養塩付与体１０に注水するもので、注水のための穴を別途掘削する必要がなく、固体栄養塩付与体内の過剰栄養塩化と目詰まりを防止することができる。
【００３０】
（実施例２）
本発明の実施例２を、図５（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。図５（ａ）は本実施例に係る地下水浄化方法の一例を示す断面図、図５（ｂ）固体栄養塩付与１０へ窒素又は酸素を含む空気を供給する構成を示す斜視図である。本実施例が実施例１と異なる点は、地中の固体栄養塩付与体に対して、外部から窒素又は空気中の酸素を、供給管１４を介して地下水に供給して嫌気性処理又は、好気性処理を行うものである。
図５（ａ）（ｂ）において、地下水の流れのある地下水流帯に接触するように地中１を掘削し、ここに固体栄養塩付与体１０を埋設している。この固体栄養塩付与体１０の下方に位置して多数の噴出口１３を有する散気管１２を設けて、散気管１２に供給管１４を介して気体供給ポンプ１６から窒素（嫌気性手段）又は、空気（好気性手段）を供給する。
この窒素又は空気は噴出口１３から固体栄養塩付与体１０内に流入して、固体栄養塩付与体１０内を通過する地下水と接触させて嫌気性状態又は好気性状態の環境をつくるものである。また、後段の好気性状態の環境では、固体栄養塩付与体１０内を上昇してきた空気は捕集体１７で集合させて、この空気中に微量含まれる塩素ガスを処理する有機溶剤処理装置１８に連結している。固体栄養塩付与体１０は実施例１の場合と同様のものを用いているものである。
【００３１】
本実施例２においても、実施例１と同様の効果が得られるもので、地下水に固体栄養塩付与体１０から分解微生物への栄養塩が供給されるとともに、固体栄養塩付与体１０を通過する地下水に窒素又は空気を接触させて、嫌気性処理又は、好気性処理を行って嫌気性化又は、好気性化を図り、地中の土壌、地下水に自然条件下で生息する微生物を増殖、活性化させて効率的に地下水の浄化を行うことができる。
【００３２】
さらに、炭素数が６以上のカルボン酸を主成分または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とした固体栄養塩付与体１０を地中に充填、埋設することによって、固体栄養塩付与体１０は水に対する溶解度が小さく、従って栄養塩は水に対して徐々に溶解することになり、富栄養塩化による様々な悪影響を防止することができるとともに長期間栄養塩を安定して供給することができる。
【００３３】
また、本実施例において、地下水中の微生物に、前記固体栄養塩付与体からの富栄養塩化の防止を図りつつ長期間栄養塩を安定して供給するとともに、最初に嫌気性処理手段、後に好気性処理手段の２段処理により分解微生物の活性化によるＰＣＢ、トリクロロエチレン等の有機塩素系化合物の分解を促進することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、固体栄養塩付与体の水に対する溶解度が小さく、これによって栄養塩は水に対して徐々に溶解することになり、過剰栄養塩化による様々な悪影響を防止することができるとともに長期間栄養塩を安定して供給することができる。
また、注水のための穴を別途掘削する必要がなく、固体栄養塩付与体内の過剰栄養塩化と目詰まりを防止し、さらに地中の透水帯により近傍から注水することによって、窒素を付与した場合には効果的に地下水の嫌気性化が図られ、又切り換えにより酸素を付与した場合には効果的に好気性化が図られる。
また、固体栄養塩付与体内を通過する地下水に微小な気泡が接触し、さらに気体の微小な気泡の浮力作用により固体栄養塩付与体内をスムースに上昇し、より効果的に地下水の嫌気性化又は好気性化が図れる。
さらに最初に窒素を付与する嫌気性処理を実施し、後に空気中の酸素を付与する好気性処理を実施する２段処理により、有機塩素系化合物の分解微生物の増殖、活性化が図られ、有機塩素系化合物の分解を促進することができる。また地上に備える装置構成の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施例１に係る地下水浄化方法の一例を示す断面図
（ｂ）同平面配置図
【図２】（ａ）本発明の実施例１に係る地下水浄化方法の他の例を示す断面図
（ｂ）同平面配置図
【図３】（ａ）〜（ｅ）本実施例１に係る地下水浄化方法の固体栄養塩付与体の斜視図
【図４】本発明の実施例１に係る地下水浄化方法の固体栄養塩付与体への注水状態を示す斜視図
【図５】（ａ）本発明の実施例２に係る地下水浄化方法の一例を示す断面図
（ｂ）固体栄養塩付与体へ窒素又は酸素を含む空気を供給する構成を示す斜視図
【符号の説明】
１地中領域Ａ
２地中領域Ｂ
３揚水井戸
４揚水管
５ポンプ
６貯留タンク
７調整バルブ
８注水管
９坦持枠上部用蓋
１０固体栄養塩付与体
１１固体栄養塩付与体坦持枠
１２散気管
１３噴出口
１４供給管
１５切り換えバルブ
１６気体供給ポンプ
１７捕集体
１８有機溶剤処理装置

Claims

炭素数が６以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とした透水性を有する地中に埋設された固体栄養塩付与体と、この固体栄養塩付与体の地下水流における下流側に設けた揚水井戸と、この揚水井戸から汲み上げた地下水を前記固体栄養塩付与体の下から注水する注水管と、前記固体栄養塩付与体の下から嫌気性化のための窒素または好気性化のための空気のいずれかを供給する散気管と、前記散気管から窒素を供給することにより地下水を嫌気性処理する嫌気性処理手段と、前記散気管から酸素を供給することにより地下水を好気性処理する好気性処理手段を用い、
地下水中の微生物に、地中に埋設した前記固体栄養塩付与体からの栄養塩と前記嫌気性処理手段からの窒素付与を行い、後段で前記固体栄養塩付与体からの栄養塩と前記好気性処理手段からの酸素付与する２段処理をして、前記微生物の活性化による有機塩素系化合物の分解を促進する地下水浄化方法。
複数の固体栄養塩付与体を併設して一体化した請求項１に記載の地下水浄化方法。
揚水井戸と固体栄養塩付与体間の一定の汚染範囲に強制的な地下水流を発生させる請求項１または２記載の地下水浄化方法。