JP4608851B2 - 水質浄化構造の構築方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化する水質浄化構造の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、地下水に含まれる有害汚染物質として硝酸態窒素が問題となっている。かかる問題は、湖沼、河川等の閉鎖性水域において窒素やリンによる水質の富栄養化が進行し、その結果、硝酸態窒素という形で地下水に流入することが原因であると考えられている。
【０００３】
硝酸態窒素は、農薬、除草剤、肥料、糞尿などに含まれる窒素成分が微生物により分解を受けた結果生じてくる物質であるが、この硝酸性窒素が体内に入ると、還元されて亜硝酸性窒素に変化し、発ガン性物質であるニトロソアミンという物質を生成したり、血液中のヘモグロビンの機能を低下させて酸素欠乏を引き起こしてチアノーゼ症状に陥る、いわゆるメトヘモグロビン血症を引き起こしたりすることが指摘されている。
【０００４】
そのため、地下水に含まれる硝酸態窒素をあらかじめ健康被害を生じない濃度以下となるように除去しなければならない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２３２８７６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１１３６９３号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１０−２８６５９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
水に含まれる硝酸態窒素を除去する方法として、該硝酸態窒素をプラントで還元して窒素ガスに変える試みがなされており、既に実用化されているものもある。
【０００９】
ここで、プラントで実用化されている手法としては、スリースラッジ法、デュアルスラッジ法、シングルスラッジ法などがあるが、いずれも、中間工程において硝酸態窒素を還元させるために水素供与体（通常、メタノール）が別途必要となる、あるいはｐＨを中和するアルカリ剤の添加が必要となるという問題や、その結果として反応過程が複雑になるという問題を生じており、大量の汚染水を効率よくかつ低コストに処理するには未だ改善の余地があった。
【００１０】
加えて、地下水の硝酸態窒素を処理するとなると、該地下水をいったん揚水して地上プラントまで導水しなければならず、さらなるコスト増を招くという問題も生じていた。
【００１１】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去可能な水質浄化構造の構築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】
上記目的を達成するため、本発明は、請求項１に記載したように、所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入し、次いで前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００１３】
また、本発明は、請求項２に記載したように、所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換し、次いで、前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００１７】
また、本発明は、請求項３に記載したように、所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００１８】
また、本発明は、請求項４に記載したように、所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００１９】
また、本発明は、請求項５に記載したように、所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換し、次いで、前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置するものである。
【００２０】
また、本発明は、請求項６に記載したように、所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置するものである。
【００２７】
本発明に係る水質浄化構造の構築方法においては、脱窒作用を有しかつ透水性及び通気性を有する水質浄化体を、地下水が流れており又は滞留している地盤内の透水層に埋設する。
【００２８】
このようにすると、水質浄化体の脱窒作用によって地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００２９】
例えば、水質浄化構造を構成する水質浄化体に硫黄及び硫黄酸化細菌を含む場合、かかる水質浄化体と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００３０】
ここで、水質浄化構造を構成する水質浄化体に硫黄及び硫黄酸化細菌を含む場合、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、石灰やアルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和される。例えば、石灰やアルカリ性排泥中の炭酸カルシウムや水酸化カルシウムと中和することにより、硫酸は中性の石膏となる。そのため、硫酸によってpHが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができることはもちろん、アルカリ性排泥の場合は特に、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったものが、本発明によれば、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【００３１】
硝酸態窒素汚染の問題は、微生物分野では本願出願の時点で既に知られているところであるとともに、かかる硝酸態窒素を脱窒させる方法として硫黄と硫黄酸化細菌とを使用できる可能性や石灰石で硫酸を中和させることができることも知られている。
【００３２】
一方、土木建築業界においては、地中連続壁工法などの泥水工法でアルカリ性排泥が大量に発生し、その廃棄処分が大きな社会的問題となっているとともに、硝酸態窒素で汚染された地下水を地上まで揚水することなく浄化可能な技術の開発が待たれていた。
【００３３】
本出願人は、かかる問題や、ガソリン精製等での脱硫工程で硫黄が余剰しつつある社会状況をも踏まえつつ、上述した微生物分野における公知技術を土木建築業界で活かすことはできないかという点に着眼し、さまざまな研究開発を行った結果、上述した新規な知見を得たものであり、その知見は産業上きわめて有意義な知見であることを念のため付言しておく。
【００３４】
水質浄化体は、脱窒作用を有しかつ透水性及び通気性を有するものであればどのようなものでもよいが、上述したように硫黄及び硫黄酸化細菌を含む構成がよい。
【００３５】
例えば、石灰と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成する、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成する、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを、前記アルカリ性排泥の固化前に混合して構成するなどの態様が考えられる。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。例えば、炭、木材、サトウキビの絞りかす、廃材などが考えられる。
【００３６】
水質浄化体が透水性及び通気性を備えるようにするには、例えばひび割れを生じるように成分調整する方法や、発泡剤等を添加することで多孔質体とする方法が考えられる。
【００３７】
水質浄化体を埋設する地盤内の位置は、地下水と接触する可能性がある箇所、すなわち地下水が流れている透水層や、地下水が滞留している帯水層（以下、透水層に含めるものとする）とすればよい。したがって、不透水層の上方に透水層がある場合はもちろんのこと、不透水層の下方に透水層がある場合、該透水層に水質浄化体を埋設した構成も本発明に係る水質浄化構造の概念に含まれる。
【００３８】
なお、本願発明でいう埋設とは、地下水が通過する深さ位置での埋設という意味であるため、水質浄化体の天端が地表面と一致することもあれば、地表面から例えば数十ｍの深さに埋設されることもあり、後者の場合には、水質浄化体の天端は、地表面と一致しない。
【００３９】
また、水質浄化体を埋設する平面位置や埋設形状は任意であり、壁体や柱体として構成する場合をはじめ、多数の柱体を離間配置して構成したり、多数の柱体を隙間なく並列させることで壁状に構成したりといったさまざまな態様が考えられる。また、汚染地域を取り囲むように埋設する態様もあり得る。
【００４０】
水硬性材料にはセメントや石灰が含まれる。
【００４１】
水硬性材料を含むアルカリ性排泥は、主として地中連続壁工法、泥水シールドなどの泥水工法で生じた排泥が対象となるが、運送の便宜のため、固化させる目的で水硬性材料が添加された排泥であってアルカリ性を呈しているものであれば、上述した泥水工法で生じた排泥に限定されるものではない。また、水硬性材料の固化作用は、セメントや石灰による水和反応を主として意味する。
【００４２】
ここで、水質浄化体の内部通気空間と大気とが連通するように所定の窒素ガス排出管を前記地盤内に埋設した場合には、上述した脱窒反応で発生した窒素ガスをスムーズに大気中に排気することができる。
【００４３】
水質浄化体を埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたり、透水層の深さや土質性状の関係で水質浄化体を埋設するための孔を掘削するときに孔壁が崩落する可能性の有無により概ね２つに大別され、孔壁が崩落する可能性がない場合にはいわゆる素堀りで足りるが、崩落する可能性が高い場合には、孔内を安定液で満たしながら掘削することで孔壁の崩落を防止する。
【００４４】
ここで、排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を孔内に投入して水質浄化体とする際、該混合物を透水性及び通気性を有する袋体に詰め、該袋体を孔内に投入するようにすれば、投入の作業性が格段に向上する。
【００４５】
一方、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを、アルカリ性排泥の固化前に混合して水質浄化体を構成する場合、硫黄の酸化反応を硫黄酸化細菌が触媒するには、微生物活性が高くなるまで待たねばならず、それには日数を要するため、アルカリ性排泥に添加したとしても、硫黄の酸化反応が始まるまでには、アルカリ性排泥が固化する。したがって、水質浄化構造を構築する際に硫黄が酸化されてしまう懸念はほとんどない。
【００４６】
水質浄化体を埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたって、孔内を安定液で満たしながら掘削する際、置換された安定液をあらたな水質浄化体を製造するためのアルカリ性排泥とするようにすれば、水質浄化構造を構築する領域内から排出される産業廃棄物の量を大幅に低減することができる。
【００４７】
また、同様に掘削する際、孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置するようにすれば、排泥管と窒素ガス排出管とが同軸に配置されることとなり、設備規模を簡略化することが可能となる。
【００４８】
水質浄化体を孔内に埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたり、該孔内に前記水質浄化体を設ける前に、孔内に鉄筋籠等の補強鋼材を建込むようにすれば、水質浄化体の強度を向上させることが可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水質浄化構造及びその構築方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
（第１実施形態）
【００５１】
図１は、本実施形態に係る水質浄化構造を示したものである。同図でわかるように、本実施形態に係る水質浄化構造１は、地盤２内の透水層３に地中連続壁状の水質浄化体４を埋設してなる。
【００５２】
ここで、透水層３は非透水層５の上層に分布しており、該透水層内を地下水が同図では右から左に流れているが、水質浄化体４は、かかる地下水流と直交するように地盤２内に鉛直に埋設してあるとともに、その下端を非透水層５内まで延設してある。
【００５３】
水質浄化体４は、水硬性材料であるセメントを含むアルカリ性排泥、硫黄及び硫黄酸化細菌を、アルカリ性排泥の固化前に混合して構成してある。アルカリ性排泥と硫黄との混合比は、重量比で例えば５０〜９０：５０〜１０とすればよい。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。
【００５４】
原材料であるアルカリ性排泥は、地中連続壁工事で発生した排泥を用いるのがよい。地中連続壁工事においては、地盤掘削を行う際、掘削された孔壁の崩落を防止すべく、掘削孔内に安定液として泥水を入れながら掘削を行うが、掘削終了後は、水中コンクリートを打設しながら安定液を置換回収する。
【００５５】
この使用済安定液が排泥となるが、水中コンクリートと置換回収されたものであるため、排泥中にはセメントが混入しており、それゆえ、かかる排泥は、アルカリ性排泥となっている。
【００５６】
水質浄化体４は、透水性及び通気性を備えるように構成する必要があるが、かかる点においては、ひび割れを生じさせる、多孔質状に形成するなど、公知の技術を用いて透水性及び通気性を確保すればよい。
【００５７】
ここで、水質浄化構造１は、水質浄化体４内に貫入され上端が地上側に解放された窒素ガス排出管６を備えてあり、該窒素ガス排出管を介して水質浄化体４の内部通気空間と大気とを互いに連通させてある。
【００５８】
窒素ガス排出管６は図１(b)でよくわかるように、水質浄化体４の壁芯に沿って適宜間隔で配置するのが望ましい。また、窒素ガス排出管６のうち、水質浄化体４内に貫入された部分については、同図(c)に示すように、窒素ガス排出孔７を設けておく。
【００５９】
本実施形態に係る水質浄化構造１を構築するには、まず、図２(a)に示すように、所定の孔１１を安定液１２によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削する。
【００６０】
次に、同図(b)に示すように孔１１内に窒素ガス排出管６を建て込む。
【００６１】
ここで、窒素ガス排出管６内に安定液を置換排出するための排泥管１３を挿入配置しておく。
【００６２】
一方、かかる窒素ガス排出管６及び排泥管１３を建て込む前後あるいは同時に、図３(a)に示すように補強鋼材としての鉄筋籠１４を孔１１内に建て込む。
【００６３】
次に、上述したアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物１５を同図(b)に示すように孔１１内に投入しつつ、排泥管１３を介して安定液１２を揚泥し、該安定液と置換する。
【００６４】
このとき、混合物１５が安定液１２内で分離する懸念があるのであれば、必要に応じて混合物１５内に増粘剤をあらかじめ添加しておけばよい。
【００６５】
次に、混合物１５を透水性及び通気性が確保されるように固化させ、図１に示すように水質浄化体４とする。なお、安定液の揚泥が終了したら、排泥管１３を引き抜いて撤去する。
【００６６】
本実施形態に係る水質浄化構造１においては、硝酸態窒素を含む地下水が水質浄化体４に接触すると、水質浄化体４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００６７】
そして、水質浄化体４に透水した水は硝酸態窒素が除去された処理水として水質浄化体４を逆側に通り抜け、還元された窒素ガスは、窒素ガス排出孔７を介して窒素ガス排出管６に流入し、さらに該窒素ガス排出管を通って大気へと放出される。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体４と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、かくして地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去することが可能となるほか、地下水が浄化されることにより、地下水が流入する湖沼をも浄化することも可能となる。
【００６９】
一方、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、アルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和されるため、硫酸によってpHが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができる。
【００７０】
なお、アルカリ性排泥はリンの吸着能が高いため、本実施形態に係る水質浄化体は、硝酸態窒素の浄化作用のみならず、リンを吸着除去する作用効果も有する。
【００７１】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったアルカリ性排泥を、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【００７２】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、ガソリン精製等での脱硫工程で余剰しがちな硫黄を有効活用することもできる。
【００７３】
本実施形態では、孔１１が例えば２０ｍを越える深さであって孔壁が崩落のおそれがあることを前提としたが、安定液を使用せずとも孔壁が崩落する懸念がないのであれば、安定液を使用する必要はない。この場合には、安定液を使用せず、単なる掘削（素堀り）で足りる。
【００７４】
また、本実施形態では、置換された安定液について特に言及しなかったが、かかる安定液を本発明でいうところのアルカリ性排泥としてもよい。
【００７５】
かかる構成によれば、硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化するための水質浄化構造を構築するにあたり、建設残土をほとんど発生させずにすむこととなり、ゼロエミッションに寄与する。
【００７６】
また、本実施形態では、窒素ガスを大気に放出するための窒素ガス排出管６を設けるようにしたが、かかる窒素ガス排出管を設けずとも窒素ガスを大気に放出させることができるのであれば、これを省略してもかまわない。
【００７７】
また、本実施形態では、土圧によって水質浄化体４が破損するのを防止すべく、鉄筋籠で内部補強された水質浄化体としたが、土圧による破損の懸念がないのであれば、鉄筋籠等の補強鋼材を省略してもかまわない。
【００７８】
また、本実施形態では、窒素ガス排出管内に排泥管を挿入配置するようにしたが、排泥管の配置の仕方は任意であり、上述した構成に限定されない。
【００７９】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、孔１１に設けた水質浄化体４を設けた後、図４に示すように、水質浄化体４の上に礫等からなる保護材１６を投入するようにしてもかまわない。この場合、同図に示すように、地盤３の地表面と保護材１６の天端とを揃えるのが好ましい。
【００８０】
また、本実施形態では、水質浄化体４を地中連続壁状に構築したが、本発明の水質浄化体の平面形状は任意であって地下水の流れに合わせてその形状を決めるようにしてもよい。例えば、まっすぐな壁でなくても、湾曲した壁でもよい。また、柱列状としてもよい。
【００８１】
特に、図５に示すように、壁状に形成された水質浄化体４を地下水の流れに対して直交配置するとともに、止水壁５１，５１を地下水の流れに斜めにかつ該流れを水質浄化体４の方向に導水するように該水質浄化体の両側方に接続配置するようにすることが考えられる。
【００８２】
かかる構成においては、同図に示すように、上流から流れてきた地下水は、止水壁５１，５１によって水質浄化体４に集水されることとなり、地下水の浄化効率を大幅に高めることが可能となる。
【００８３】
さらには、図６に示すように必ずしも地下水を堰き止めるような配置にせずとも、地下水が流れる領域に柱状の水質浄化体４を離散配置するようにしてもかまわない。
【００８４】
かかる構成においても、地下水中の硝酸態窒素の濃度をある程度低下させることが可能である。
【００８５】
また、本実施形態では、孔を掘削しその中に水質浄化体を設けるようにしたが、これに代えて原位置攪拌工法により、水質浄化体を形成するようにしてもかまわない。
【００８６】
かかる構成においては、アースオーガーで地盤を掘削し、次いで、アルカリ性排泥と硫黄と硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物をアースオーガの先端から吐出しつつ、該混合物と掘削土とを攪拌混合する。
【００８７】
このような変形例によっても、上述したと同様の作用効果を奏する水質浄化体を形成することができる。
【００８８】
なお、かかる水質浄化体についても、その配置について上述したようにさまざまな態様があり得ることは言うまでもない。
【００８９】
（第２実施形態）
【００９０】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９１】
図７は、本実施形態に係る水質浄化構造を示したものである。同図でわかるように、本実施形態に係る水質浄化構造４１は、地盤２内の透水層３に地中連続壁状の水質浄化体４４を埋設してなる。
【００９２】
ここで、透水層３は非透水層５の上層に分布しており、該透水層内を地下水が同図では右から左に流れているが、水質浄化体４４は、かかる地下水流と直交するように地盤２内に鉛直に埋設してあるとともに、その下端を非透水層５内まで延設してある。
【００９３】
水質浄化体４４は、水硬性材料であるセメントを含むアルカリ性排泥が該セメントの固化作用（水和反応による固化作用）によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成してある。
【００９４】
原材料であるアルカリ性排泥については第１実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略するが、使用済安定液は、水中コンクリートと置換回収されたものであるため、排泥中にはセメントが混入しており、それゆえ、かかる排泥は、アルカリ性排泥となっている。
【００９５】
水質浄化体４４を製造するには、まず、原材料の一つであるアルカリ性排泥を固化させる。アルカリ性排泥を固化させるにあたっては、地中連続壁工事で生じたアルカリ性排泥をそのまま放置してもよいし、セメントや石灰を投入して固化を早めるようにしてもよい。
【００９６】
次に、アルカリ性排泥を固化してなる排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合し、水質浄化体４４とする。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。
【００９７】
排泥固化体と硫黄との混合比は、重量比で例えば５０〜９０：５０〜１０とすればよい。
【００９８】
製造された水質浄化体４４は、大きさ（粒径）を適宜調整しておくことが望ましい。かかる粒度調整は、排泥固化体の段階で行うことも可能であり、クラッシャー等で排泥固化体を適当な大きさに破砕しながら硫黄及び硫黄酸化細菌を混合するようにすれば、粒度調整工程と混合工程を一工程で済ませることができる。
【００９９】
なお、水質浄化体４４は、上述したように排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌との混合物であって互いに固結させる必要はないため、排泥固化体同士の間隙により、透水性及び通気性を確保することができる。
【０１００】
ここで、水質浄化構造４１は、水質浄化体４４内に貫入され上端が地上側に解放された窒素ガス排出管６を備えてあり、該窒素ガス排出管を介して水質浄化体４４の内部通気空間と大気とを互いに連通させてある。
【０１０１】
窒素ガス排出管６は図７(b)でよくわかるように、水質浄化体４４の壁芯に沿って適宜間隔で配置するのが望ましい。また、窒素ガス排出管６のうち、水質浄化体４４内に貫入された部分については、同図(c)に示すように、窒素ガス排出孔７を設けておく。
【０１０２】
本実施形態に係る水質浄化構造４１を構築するには、まず、図２(a)と同様、所定の孔１１を安定液１２によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削する。
【０１０３】
次に、図２(b)と同様、孔１１内に窒素ガス排出管６を建て込む。
【０１０４】
ここで、窒素ガス排出管６内に安定液を置換排出するための排泥管１３を挿入配置しておく。
【０１０５】
一方、かかる窒素ガス排出管６及び排泥管１３を建て込む前後あるいは同時に、図３(a)と同様、補強鋼材としての鉄筋籠１４を孔１１内に建て込む。
【０１０６】
次に、アルカリ性排泥がセメントの固化作用によって固化した排泥固化体、硫黄及び硫黄酸化細菌を混合してなる混合物４５を図８に示すように孔１１内に投入しつつ、排泥管１３を介して安定液１２を揚泥し、該安定液と置換する。
【０１０７】
このように安定液を揚泥したならば、図７に示す水質浄化体４４が形成される。なお、安定液の揚泥が終了したら、排泥管１３を引き抜いて撤去する。
【０１０８】
本実施形態に係る水質浄化構造４１においては、硝酸態窒素を含む地下水が水質浄化体４４に接触すると、水質浄化体４４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【０１０９】
そして、水質浄化体４４に透水した水は硝酸態窒素が除去された処理水として水質浄化体４４を逆側に通り抜け、還元された窒素ガスは、窒素ガス排出孔７を介して窒素ガス排出管６に流入し、さらに該窒素ガス排出管を通って大気へと放出される。
【０１１０】
以上説明したように、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体４４と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体４４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、かくして地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去することが可能となるほか、地下水が浄化されることにより、地下水が流入する湖沼をも浄化することも可能となる。
【０１１１】
一方、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、アルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和されるため、硫酸によってpHが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができる。
【０１１２】
なお、アルカリ性排泥はリンの吸着能が高いため、本実施形態に係る水質浄化体は、硝酸態窒素の浄化作用のみならず、リンを吸着除去する作用効果も有する。
【０１１３】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったアルカリ性排泥を、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【０１１４】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、ガソリン精製等での脱硫工程で余剰しがちな硫黄を有効活用することもできる。
【０１１５】
本実施形態では、孔１１が例えば２０ｍを越える深さであって孔壁が崩落のおそれがあることを前提としたが、安定液を使用せずとも孔壁が崩落する懸念がないのであれば、安定液を使用する必要はない。この場合には、安定液を使用せず、単なる掘削（素堀り）で足りる。
【０１１６】
また、本実施形態では、置換された安定液について特に言及しなかったが、かかる安定液を本発明でいうところのアルカリ性排泥としてもよい。
【０１１７】
かかる構成によれば、硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化するための水質浄化構造を構築するにあたり、建設残土をほとんど発生させずにすむこととなり、ゼロエミッションに寄与する。
【０１１８】
また、本実施形態では、窒素ガスを大気に放出するための窒素ガス排出管６を設けるようにしたが、かかる窒素ガス排出管を設けずとも窒素ガスを大気に放出させることができるのであれば、これを省略してもかまわない。
【０１１９】
また、本実施形態では、土圧によって水質浄化体４４が破損するのを防止すべく、鉄筋籠で内部補強された水質浄化体としたが、土圧による破損の懸念がないのであれば、鉄筋籠等の補強鋼材を省略してもかまわない。
【０１２０】
また、本実施形態では、窒素ガス排出管内に排泥管を挿入配置するようにしたが、排泥管の配置の仕方は任意であり、上述した構成に限定されない。
【０１２１】
また、本実施形態では、水質浄化体４４を孔１１にそのまま投入するようにしたが、これに代えて水質浄化体４４を透水性袋体に充填した状態で投入するようにしてもよい。かかる構成によれば、投入の作業性が格段に向上するとともに、水質浄化体４４の交換も容易となる。
【０１２２】
また、本実施形態では、水質浄化体４４を、アルカリ性排泥が該その固化作用（水和反応による固化作用）によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成したが、これに代えて、石灰、硫黄及び硫黄酸化細菌を混合して構成してもよい。
【０１２３】
そして、かかる構成においては、上述の実施形態と同様に孔１１にそのまま投入するようにしてもよいし、上述のように混合されてなる水質浄化体を透水性袋体に充填した状態で投入するようにしてもよい。かかる構成によれば、やはり投入の作業性が格段に向上するとともに、石灰、硫黄及び硫黄酸化細菌からなる水質浄化体の交換も容易となる。
【０１２４】
以下、第１実施形態で述べた変形例、すなわち、
【０１２５】
（１）水質浄化体４の上に保護材１６を投入する変形例（図４）
【０１２６】
（２）水質浄化体の平面形状に関する変形例
【０１２７】
（３）壁状に形成された水質浄化体４を地下水の流れに対して直交配置するとともに、止水壁５１，５１を地下水の流れに斜めにかつ該流れを水質浄化体４の方向に導水するように該水質浄化体の両側方に接続配置する変形例（図５）
【０１２８】
（４）地下水が流れる領域に柱状の水質浄化体４を離散配置する変形例（図６）
【０１２９】
（５）原位置攪拌工法によって水質浄化体を形成する変形例
【０１３０】
については、本実施形態の変形例としても採用することができることは言うまでもない。なお、（１）乃至（５）記載の水質浄化体４は、本実施形態の水質実施形態４４に読み替えるものとする。
【０１３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、該地下水を浄化することができる。
【０１３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る水質浄化構造の図であり、(a)は断面図、(b)はＡ−Ａ線方向から見た矢視図。
【図２】第１実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【図３】引き続き第１実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【図４】第１実施形態の変形例に係る水質浄化構造の鉛直断面図。
【図５】同じく他の変形例に係る水質浄化構造の平面図。
【図６】同じく他の変形例に係る水質浄化構造の平面図。
【図７】第２実施形態に係る水質浄化構造の図であり、(a)は断面図、(b)はＢ−Ｂ線方向から見た矢視図。
【図８】第２実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【符号の説明】
１，４１ 水質浄化構造
２ 地盤
３ 透水層
４，４４ 水質浄化体
５ 非透水層
６ 窒素ガス排出管
１１ 孔
１２ 安定液
１３ 排泥管
１４ 鉄筋籠（補強鋼材）
１５，４５ 混合物
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化する水質浄化構造の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、地下水に含まれる有害汚染物質として硝酸態窒素が問題となっている。かかる問題は、湖沼、河川等の閉鎖性水域において窒素やリンによる水質の富栄養化が進行し、その結果、硝酸態窒素という形で地下水に流入することが原因であると考えられている。
【０００３】
硝酸態窒素は、農薬、除草剤、肥料、糞尿などに含まれる窒素成分が微生物により分解を受けた結果生じてくる物質であるが、この硝酸性窒素が体内に入ると、還元されて亜硝酸性窒素に変化し、発ガン性物質であるニトロソアミンという物質を生成したり、血液中のヘモグロビンの機能を低下させて酸素欠乏を引き起こしてチアノーゼ症状に陥る、いわゆるメトヘモグロビン血症を引き起こしたりすることが指摘されている。
【０００４】
そのため、地下水に含まれる硝酸態窒素をあらかじめ健康被害を生じない濃度以下となるように除去しなければならない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２３２８７６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１１３６９３号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１０−２８６５９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
水に含まれる硝酸態窒素を除去する方法として、該硝酸態窒素をプラントで還元して窒素ガスに変える試みがなされており、既に実用化されているものもある。
【０００９】
ここで、プラントで実用化されている手法としては、スリースラッジ法、デュアルスラッジ法、シングルスラッジ法などがあるが、いずれも、中間工程において硝酸態窒素を還元させるために水素供与体（通常、メタノール）が別途必要となる、あるいはｐＨを中和するアルカリ剤の添加が必要となるという問題や、その結果として反応過程が複雑になるという問題を生じており、大量の汚染水を効率よくかつ低コストに処理するには未だ改善の余地があった。
【００１０】
加えて、地下水の硝酸態窒素を処理するとなると、該地下水をいったん揚水して地上プラントまで導水しなければならず、さらなるコスト増を招くという問題も生じていた。
【００１１】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去可能な水質浄化構造の構築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】
上記目的を達成するため、本発明は、請求項１に記載したように、所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入し、次いで前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００１３】
また、本発明は、請求項２に記載したように、所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換し、次いで、前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００１７】
また、本発明は、請求項３に記載したように、所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００１８】
また、本発明は、請求項４に記載したように、所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するものである。
【００１９】
また、本発明は、請求項５に記載したように、所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換し、次いで、前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置するものである。
【００２０】
また、本発明は、請求項６に記載したように、所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置するものである。
【００２７】
本発明に係る水質浄化構造の構築方法においては、脱窒作用を有しかつ透水性及び通気性を有する水質浄化体を、地下水が流れており又は滞留している地盤内の透水層に埋設する。
【００２８】
このようにすると、水質浄化体の脱窒作用によって地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００２９】
例えば、水質浄化構造を構成する水質浄化体に硫黄及び硫黄酸化細菌を含む場合、かかる水質浄化体と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００３０】
ここで、水質浄化構造を構成する水質浄化体に硫黄及び硫黄酸化細菌を含む場合、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、石灰やアルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和される。例えば、石灰やアルカリ性排泥中の炭酸カルシウムや水酸化カルシウムと中和することにより、硫酸は中性の石膏となる。そのため、硫酸によってpHが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができることはもちろん、アルカリ性排泥の場合は特に、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったものが、本発明によれば、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【００３１】
硝酸態窒素汚染の問題は、微生物分野では本願出願の時点で既に知られているところであるとともに、かかる硝酸態窒素を脱窒させる方法として硫黄と硫黄酸化細菌とを使用できる可能性や石灰石で硫酸を中和させることができることも知られている。
【００３２】
一方、土木建築業界においては、地中連続壁工法などの泥水工法でアルカリ性排泥が大量に発生し、その廃棄処分が大きな社会的問題となっているとともに、硝酸態窒素で汚染された地下水を地上まで揚水することなく浄化可能な技術の開発が待たれていた。
【００３３】
本出願人は、かかる問題や、ガソリン精製等での脱硫工程で硫黄が余剰しつつある社会状況をも踏まえつつ、上述した微生物分野における公知技術を土木建築業界で活かすことはできないかという点に着眼し、さまざまな研究開発を行った結果、上述した新規な知見を得たものであり、その知見は産業上きわめて有意義な知見であることを念のため付言しておく。
【００３４】
水質浄化体は、脱窒作用を有しかつ透水性及び通気性を有するものであればどのようなものでもよいが、上述したように硫黄及び硫黄酸化細菌を含む構成がよい。
【００３５】
例えば、石灰と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成する、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成する、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを、前記アルカリ性排泥の固化前に混合して構成するなどの態様が考えられる。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。例えば、炭、木材、サトウキビの絞りかす、廃材などが考えられる。
【００３６】
水質浄化体が透水性及び通気性を備えるようにするには、例えばひび割れを生じるように成分調整する方法や、発泡剤等を添加することで多孔質体とする方法が考えられる。
【００３７】
水質浄化体を埋設する地盤内の位置は、地下水と接触する可能性がある箇所、すなわち地下水が流れている透水層や、地下水が滞留している帯水層（以下、透水層に含めるものとする）とすればよい。したがって、不透水層の上方に透水層がある場合はもちろんのこと、不透水層の下方に透水層がある場合、該透水層に水質浄化体を埋設した構成も本発明に係る水質浄化構造の概念に含まれる。
【００３８】
なお、本願発明でいう埋設とは、地下水が通過する深さ位置での埋設という意味であるため、水質浄化体の天端が地表面と一致することもあれば、地表面から例えば数十ｍの深さに埋設されることもあり、後者の場合には、水質浄化体の天端は、地表面と一致しない。
【００３９】
また、水質浄化体を埋設する平面位置や埋設形状は任意であり、壁体や柱体として構成する場合をはじめ、多数の柱体を離間配置して構成したり、多数の柱体を隙間なく並列させることで壁状に構成したりといったさまざまな態様が考えられる。また、汚染地域を取り囲むように埋設する態様もあり得る。
【００４０】
水硬性材料にはセメントや石灰が含まれる。
【００４１】
水硬性材料を含むアルカリ性排泥は、主として地中連続壁工法、泥水シールドなどの泥水工法で生じた排泥が対象となるが、運送の便宜のため、固化させる目的で水硬性材料が添加された排泥であってアルカリ性を呈しているものであれば、上述した泥水工法で生じた排泥に限定されるものではない。また、水硬性材料の固化作用は、セメントや石灰による水和反応を主として意味する。
【００４２】
ここで、水質浄化体の内部通気空間と大気とが連通するように所定の窒素ガス排出管を前記地盤内に埋設した場合には、上述した脱窒反応で発生した窒素ガスをスムーズに大気中に排気することができる。
【００４３】
水質浄化体を埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたり、透水層の深さや土質性状の関係で水質浄化体を埋設するための孔を掘削するときに孔壁が崩落する可能性の有無により概ね２つに大別され、孔壁が崩落する可能性がない場合にはいわゆる素堀りで足りるが、崩落する可能性が高い場合には、孔内を安定液で満たしながら掘削することで孔壁の崩落を防止する。
【００４４】
ここで、排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を孔内に投入して水質浄化体とする際、該混合物を透水性及び通気性を有する袋体に詰め、該袋体を孔内に投入するようにすれば、投入の作業性が格段に向上する。
【００４５】
一方、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを、アルカリ性排泥の固化前に混合して水質浄化体を構成する場合、硫黄の酸化反応を硫黄酸化細菌が触媒するには、微生物活性が高くなるまで待たねばならず、それには日数を要するため、アルカリ性排泥に添加したとしても、硫黄の酸化反応が始まるまでには、アルカリ性排泥が固化する。したがって、水質浄化構造を構築する際に硫黄が酸化されてしまう懸念はほとんどない。
【００４６】
水質浄化体を埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたって、孔内を安定液で満たしながら掘削する際、置換された安定液をあらたな水質浄化体を製造するためのアルカリ性排泥とするようにすれば、水質浄化構造を構築する領域内から排出される産業廃棄物の量を大幅に低減することができる。
【００４７】
また、同様に掘削する際、孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置するようにすれば、排泥管と窒素ガス排出管とが同軸に配置されることとなり、設備規模を簡略化することが可能となる。
【００４８】
水質浄化体を孔内に埋設してなる水質浄化構造を構築するにあたり、該孔内に前記水質浄化体を設ける前に、孔内に鉄筋籠等の補強鋼材を建込むようにすれば、水質浄化体の強度を向上させることが可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水質浄化構造及びその構築方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
（第１実施形態）
【００５１】
図１は、本実施形態に係る水質浄化構造を示したものである。同図でわかるように、本実施形態に係る水質浄化構造１は、地盤２内の透水層３に地中連続壁状の水質浄化体４を埋設してなる。
【００５２】
ここで、透水層３は非透水層５の上層に分布しており、該透水層内を地下水が同図では右から左に流れているが、水質浄化体４は、かかる地下水流と直交するように地盤２内に鉛直に埋設してあるとともに、その下端を非透水層５内まで延設してある。
【００５３】
水質浄化体４は、水硬性材料であるセメントを含むアルカリ性排泥、硫黄及び硫黄酸化細菌を、アルカリ性排泥の固化前に混合して構成してある。アルカリ性排泥と硫黄との混合比は、重量比で例えば５０〜９０：５０〜１０とすればよい。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。
【００５４】
原材料であるアルカリ性排泥は、地中連続壁工事で発生した排泥を用いるのがよい。地中連続壁工事においては、地盤掘削を行う際、掘削された孔壁の崩落を防止すべく、掘削孔内に安定液として泥水を入れながら掘削を行うが、掘削終了後は、水中コンクリートを打設しながら安定液を置換回収する。
【００５５】
この使用済安定液が排泥となるが、水中コンクリートと置換回収されたものであるため、排泥中にはセメントが混入しており、それゆえ、かかる排泥は、アルカリ性排泥となっている。
【００５６】
水質浄化体４は、透水性及び通気性を備えるように構成する必要があるが、かかる点においては、ひび割れを生じさせる、多孔質状に形成するなど、公知の技術を用いて透水性及び通気性を確保すればよい。
【００５７】
ここで、水質浄化構造１は、水質浄化体４内に貫入され上端が地上側に解放された窒素ガス排出管６を備えてあり、該窒素ガス排出管を介して水質浄化体４の内部通気空間と大気とを互いに連通させてある。
【００５８】
窒素ガス排出管６は図１(b)でよくわかるように、水質浄化体４の壁芯に沿って適宜間隔で配置するのが望ましい。また、窒素ガス排出管６のうち、水質浄化体４内に貫入された部分については、同図(c)に示すように、窒素ガス排出孔７を設けておく。
【００５９】
本実施形態に係る水質浄化構造１を構築するには、まず、図２(a)に示すように、所定の孔１１を安定液１２によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削する。
【００６０】
次に、同図(b)に示すように孔１１内に窒素ガス排出管６を建て込む。
【００６１】
ここで、窒素ガス排出管６内に安定液を置換排出するための排泥管１３を挿入配置しておく。
【００６２】
一方、かかる窒素ガス排出管６及び排泥管１３を建て込む前後あるいは同時に、図３(a)に示すように補強鋼材としての鉄筋籠１４を孔１１内に建て込む。
【００６３】
次に、上述したアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物１５を同図(b)に示すように孔１１内に投入しつつ、排泥管１３を介して安定液１２を揚泥し、該安定液と置換する。
【００６４】
このとき、混合物１５が安定液１２内で分離する懸念があるのであれば、必要に応じて混合物１５内に増粘剤をあらかじめ添加しておけばよい。
【００６５】
次に、混合物１５を透水性及び通気性が確保されるように固化させ、図１に示すように水質浄化体４とする。なお、安定液の揚泥が終了したら、排泥管１３を引き抜いて撤去する。
【００６６】
本実施形態に係る水質浄化構造１においては、硝酸態窒素を含む地下水が水質浄化体４に接触すると、水質浄化体４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【００６７】
そして、水質浄化体４に透水した水は硝酸態窒素が除去された処理水として水質浄化体４を逆側に通り抜け、還元された窒素ガスは、窒素ガス排出孔７を介して窒素ガス排出管６に流入し、さらに該窒素ガス排出管を通って大気へと放出される。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体４と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、かくして地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去することが可能となるほか、地下水が浄化されることにより、地下水が流入する湖沼をも浄化することも可能となる。
【００６９】
一方、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、アルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和されるため、硫酸によってpHが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができる。
【００７０】
なお、アルカリ性排泥はリンの吸着能が高いため、本実施形態に係る水質浄化体は、硝酸態窒素の浄化作用のみならず、リンを吸着除去する作用効果も有する。
【００７１】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったアルカリ性排泥を、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【００７２】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、ガソリン精製等での脱硫工程で余剰しがちな硫黄を有効活用することもできる。
【００７３】
本実施形態では、孔１１が例えば２０ｍを越える深さであって孔壁が崩落のおそれがあることを前提としたが、安定液を使用せずとも孔壁が崩落する懸念がないのであれば、安定液を使用する必要はない。この場合には、安定液を使用せず、単なる掘削（素堀り）で足りる。
【００７４】
また、本実施形態では、置換された安定液について特に言及しなかったが、かかる安定液を本発明でいうところのアルカリ性排泥としてもよい。
【００７５】
かかる構成によれば、硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化するための水質浄化構造を構築するにあたり、建設残土をほとんど発生させずにすむこととなり、ゼロエミッションに寄与する。
【００７６】
また、本実施形態では、窒素ガスを大気に放出するための窒素ガス排出管６を設けるようにしたが、かかる窒素ガス排出管を設けずとも窒素ガスを大気に放出させることができるのであれば、これを省略してもかまわない。
【００７７】
また、本実施形態では、土圧によって水質浄化体４が破損するのを防止すべく、鉄筋籠で内部補強された水質浄化体としたが、土圧による破損の懸念がないのであれば、鉄筋籠等の補強鋼材を省略してもかまわない。
【００７８】
また、本実施形態では、窒素ガス排出管内に排泥管を挿入配置するようにしたが、排泥管の配置の仕方は任意であり、上述した構成に限定されない。
【００７９】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、孔１１に設けた水質浄化体４を設けた後、図４に示すように、水質浄化体４の上に礫等からなる保護材１６を投入するようにしてもかまわない。この場合、同図に示すように、地盤３の地表面と保護材１６の天端とを揃えるのが好ましい。
【００８０】
また、本実施形態では、水質浄化体４を地中連続壁状に構築したが、本発明の水質浄化体の平面形状は任意であって地下水の流れに合わせてその形状を決めるようにしてもよい。例えば、まっすぐな壁でなくても、湾曲した壁でもよい。また、柱列状としてもよい。
【００８１】
特に、図５に示すように、壁状に形成された水質浄化体４を地下水の流れに対して直交配置するとともに、止水壁５１，５１を地下水の流れに斜めにかつ該流れを水質浄化体４の方向に導水するように該水質浄化体の両側方に接続配置するようにすることが考えられる。
【００８２】
かかる構成においては、同図に示すように、上流から流れてきた地下水は、止水壁５１，５１によって水質浄化体４に集水されることとなり、地下水の浄化効率を大幅に高めることが可能となる。
【００８３】
さらには、図６に示すように必ずしも地下水を堰き止めるような配置にせずとも、地下水が流れる領域に柱状の水質浄化体４を離散配置するようにしてもかまわない。
【００８４】
かかる構成においても、地下水中の硝酸態窒素の濃度をある程度低下させることが可能である。
【００８５】
また、本実施形態では、孔を掘削しその中に水質浄化体を設けるようにしたが、これに代えて原位置攪拌工法により、水質浄化体を形成するようにしてもかまわない。
【００８６】
かかる構成においては、アースオーガーで地盤を掘削し、次いで、アルカリ性排泥と硫黄と硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物をアースオーガの先端から吐出しつつ、該混合物と掘削土とを攪拌混合する。
【００８７】
このような変形例によっても、上述したと同様の作用効果を奏する水質浄化体を形成することができる。
【００８８】
なお、かかる水質浄化体についても、その配置について上述したようにさまざまな態様があり得ることは言うまでもない。
【００８９】
（第２実施形態）
【００９０】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９１】
図７は、本実施形態に係る水質浄化構造を示したものである。同図でわかるように、本実施形態に係る水質浄化構造４１は、地盤２内の透水層３に地中連続壁状の水質浄化体４４を埋設してなる。
【００９２】
ここで、透水層３は非透水層５の上層に分布しており、該透水層内を地下水が同図では右から左に流れているが、水質浄化体４４は、かかる地下水流と直交するように地盤２内に鉛直に埋設してあるとともに、その下端を非透水層５内まで延設してある。
【００９３】
水質浄化体４４は、水硬性材料であるセメントを含むアルカリ性排泥が該セメントの固化作用（水和反応による固化作用）によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成してある。
【００９４】
原材料であるアルカリ性排泥については第１実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略するが、使用済安定液は、水中コンクリートと置換回収されたものであるため、排泥中にはセメントが混入しており、それゆえ、かかる排泥は、アルカリ性排泥となっている。
【００９５】
水質浄化体４４を製造するには、まず、原材料の一つであるアルカリ性排泥を固化させる。アルカリ性排泥を固化させるにあたっては、地中連続壁工事で生じたアルカリ性排泥をそのまま放置してもよいし、セメントや石灰を投入して固化を早めるようにしてもよい。
【００９６】
次に、アルカリ性排泥を固化してなる排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合し、水質浄化体４４とする。なお、硫黄の酸化反応を触媒する硫黄酸化細菌の酵素活性に必要な酵素活性物質、例えば炭素源あるいは有機物については、必要に応じて適宜添加すればよい。
【００９７】
排泥固化体と硫黄との混合比は、重量比で例えば５０〜９０：５０〜１０とすればよい。
【００９８】
製造された水質浄化体４４は、大きさ（粒径）を適宜調整しておくことが望ましい。かかる粒度調整は、排泥固化体の段階で行うことも可能であり、クラッシャー等で排泥固化体を適当な大きさに破砕しながら硫黄及び硫黄酸化細菌を混合するようにすれば、粒度調整工程と混合工程を一工程で済ませることができる。
【００９９】
なお、水質浄化体４４は、上述したように排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌との混合物であって互いに固結させる必要はないため、排泥固化体同士の間隙により、透水性及び通気性を確保することができる。
【０１００】
ここで、水質浄化構造４１は、水質浄化体４４内に貫入され上端が地上側に解放された窒素ガス排出管６を備えてあり、該窒素ガス排出管を介して水質浄化体４４の内部通気空間と大気とを互いに連通させてある。
【０１０１】
窒素ガス排出管６は図７(b)でよくわかるように、水質浄化体４４の壁芯に沿って適宜間隔で配置するのが望ましい。また、窒素ガス排出管６のうち、水質浄化体４４内に貫入された部分については、同図(c)に示すように、窒素ガス排出孔７を設けておく。
【０１０２】
本実施形態に係る水質浄化構造４１を構築するには、まず、図２(a)と同様、所定の孔１１を安定液１２によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削する。
【０１０３】
次に、図２(b)と同様、孔１１内に窒素ガス排出管６を建て込む。
【０１０４】
ここで、窒素ガス排出管６内に安定液を置換排出するための排泥管１３を挿入配置しておく。
【０１０５】
一方、かかる窒素ガス排出管６及び排泥管１３を建て込む前後あるいは同時に、図３(a)と同様、補強鋼材としての鉄筋籠１４を孔１１内に建て込む。
【０１０６】
次に、アルカリ性排泥がセメントの固化作用によって固化した排泥固化体、硫黄及び硫黄酸化細菌を混合してなる混合物４５を図８に示すように孔１１内に投入しつつ、排泥管１３を介して安定液１２を揚泥し、該安定液と置換する。
【０１０７】
このように安定液を揚泥したならば、図７に示す水質浄化体４４が形成される。なお、安定液の揚泥が終了したら、排泥管１３を引き抜いて撤去する。
【０１０８】
本実施形態に係る水質浄化構造４１においては、硝酸態窒素を含む地下水が水質浄化体４４に接触すると、水質浄化体４４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【０１０９】
そして、水質浄化体４４に透水した水は硝酸態窒素が除去された処理水として水質浄化体４４を逆側に通り抜け、還元された窒素ガスは、窒素ガス排出孔７を介して窒素ガス排出管６に流入し、さらに該窒素ガス排出管を通って大気へと放出される。
【０１１０】
以上説明したように、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体４４と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体４４中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、かくして地下水に含まれる硝酸態窒素を低コストでかつ効率よく除去することが可能となるほか、地下水が浄化されることにより、地下水が流入する湖沼をも浄化することも可能となる。
【０１１１】
一方、硫黄は自ら酸化されることにより硫酸となるが、アルカリ性排泥中のアルカリ成分によって中和されるため、硫酸によってpHが小さくなり、硫黄酸化細菌の酵素活性が低下するのを防止することができる。
【０１１２】
なお、アルカリ性排泥はリンの吸着能が高いため、本実施形態に係る水質浄化体は、硝酸態窒素の浄化作用のみならず、リンを吸着除去する作用効果も有する。
【０１１３】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、従来、産業廃棄物として処分せざるを得なかったアルカリ性排泥を、硝酸態窒素を無害化する原材料として有効利用することができるという顕著な作用効果を奏する。
【０１１４】
また、本実施形態に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、ガソリン精製等での脱硫工程で余剰しがちな硫黄を有効活用することもできる。
【０１１５】
本実施形態では、孔１１が例えば２０ｍを越える深さであって孔壁が崩落のおそれがあることを前提としたが、安定液を使用せずとも孔壁が崩落する懸念がないのであれば、安定液を使用する必要はない。この場合には、安定液を使用せず、単なる掘削（素堀り）で足りる。
【０１１６】
また、本実施形態では、置換された安定液について特に言及しなかったが、かかる安定液を本発明でいうところのアルカリ性排泥としてもよい。
【０１１７】
かかる構成によれば、硝酸態窒素で汚染された地下水を浄化するための水質浄化構造を構築するにあたり、建設残土をほとんど発生させずにすむこととなり、ゼロエミッションに寄与する。
【０１１８】
また、本実施形態では、窒素ガスを大気に放出するための窒素ガス排出管６を設けるようにしたが、かかる窒素ガス排出管を設けずとも窒素ガスを大気に放出させることができるのであれば、これを省略してもかまわない。
【０１１９】
また、本実施形態では、土圧によって水質浄化体４４が破損するのを防止すべく、鉄筋籠で内部補強された水質浄化体としたが、土圧による破損の懸念がないのであれば、鉄筋籠等の補強鋼材を省略してもかまわない。
【０１２０】
また、本実施形態では、窒素ガス排出管内に排泥管を挿入配置するようにしたが、排泥管の配置の仕方は任意であり、上述した構成に限定されない。
【０１２１】
また、本実施形態では、水質浄化体４４を孔１１にそのまま投入するようにしたが、これに代えて水質浄化体４４を透水性袋体に充填した状態で投入するようにしてもよい。かかる構成によれば、投入の作業性が格段に向上するとともに、水質浄化体４４の交換も容易となる。
【０１２２】
また、本実施形態では、水質浄化体４４を、アルカリ性排泥が該その固化作用（水和反応による固化作用）によって固化した排泥固化体と、硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合して構成したが、これに代えて、石灰、硫黄及び硫黄酸化細菌を混合して構成してもよい。
【０１２３】
そして、かかる構成においては、上述の実施形態と同様に孔１１にそのまま投入するようにしてもよいし、上述のように混合されてなる水質浄化体を透水性袋体に充填した状態で投入するようにしてもよい。かかる構成によれば、やはり投入の作業性が格段に向上するとともに、石灰、硫黄及び硫黄酸化細菌からなる水質浄化体の交換も容易となる。
【０１２４】
以下、第１実施形態で述べた変形例、すなわち、
【０１２５】
（１）水質浄化体４の上に保護材１６を投入する変形例（図４）
【０１２６】
（２）水質浄化体の平面形状に関する変形例
【０１２７】
（３）壁状に形成された水質浄化体４を地下水の流れに対して直交配置するとともに、止水壁５１，５１を地下水の流れに斜めにかつ該流れを水質浄化体４の方向に導水するように該水質浄化体の両側方に接続配置する変形例（図５）
【０１２８】
（４）地下水が流れる領域に柱状の水質浄化体４を離散配置する変形例（図６）
【０１２９】
（５）原位置攪拌工法によって水質浄化体を形成する変形例
【０１３０】
については、本実施形態の変形例としても採用することができることは言うまでもない。なお、（１）乃至（５）記載の水質浄化体４は、本実施形態の水質実施形態４４に読み替えるものとする。
【０１３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る水質浄化構造及びその構築方法によれば、水質浄化体と硝酸態窒素を含む地下水とが接触すると、水質浄化体中の硫黄が硫黄酸化細菌の酵素活性によって酸化されるとともに、その酸化反応に伴って、該硫黄が電子供与体となり、地下水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元し、該地下水を浄化することができる。
【０１３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る水質浄化構造の図であり、(a)は断面図、(b)はＡ−Ａ線方向から見た矢視図。
【図２】第１実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【図３】引き続き第１実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【図４】第１実施形態の変形例に係る水質浄化構造の鉛直断面図。
【図５】同じく他の変形例に係る水質浄化構造の平面図。
【図６】同じく他の変形例に係る水質浄化構造の平面図。
【図７】第２実施形態に係る水質浄化構造の図であり、(a)は断面図、(b)はＢ−Ｂ線方向から見た矢視図。
【図８】第２実施形態に係る水質浄化構造の構築方法を示した施工図。
【符号の説明】
１，４１ 水質浄化構造
２ 地盤
３ 透水層
４，４４ 水質浄化体
５ 非透水層
６ 窒素ガス排出管
１１ 孔
１２ 安定液
１３ 排泥管
１４ 鉄筋籠（補強鋼材）
１５，４５ 混合物
Claims (6)
- 所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入し、次いで前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、
前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置することを特徴とする水質浄化構造の構築方法。 - 所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換し、次いで、前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、
前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置することを特徴とする水質浄化構造の構築方法。 - 所定の孔を地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、
前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置することを特徴とする水質浄化構造の構築方法。 - 所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、
前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置することを特徴とする水質浄化構造の構築方法。 - 所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥と硫黄及び硫黄酸化細菌とを混合してなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換し、次いで、前記混合物を透水性及び通気性が確保されるように固化させて水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、
前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置することを特徴とする水質浄化構造の構築方法。 - 所定の孔を安定液によって孔壁保護を図りながら地表面から掘削し、次いで、水硬性材料を含むアルカリ性排泥が該水硬性材料の固化作用によって透水性及び通気性が確保されるように固化した排泥固化体と硫黄及び硫黄酸化細菌とが混合されてなる混合物を前記孔内に投入しつつ前記安定液と置換して水質浄化体とする水質浄化構造の構築方法であって、
前記孔内に前記水質浄化体が設けられる前に、該水質浄化体の内部通気空間と大気とを連通させる窒素ガス排出管を前記孔内に配置するとともに、前記安定液を置換排出するための排泥管を前記窒素ガス排出管内に挿入配置することを特徴とする水質浄化構造の構築方法。
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