JP5244321B2

JP5244321B2 - 透水性浄化壁及び汚染地下水の浄化処理方法

Info

Publication number: JP5244321B2
Application number: JP2007008435A
Authority: JP
Inventors: 和巳村田; 高宏川村; 悦夫鈴木
Original assignee: Cosmo Oil Co Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Current assignee: Cosmo Oil Co Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: JP2008173558A

Description

本発明は、有機化合物に汚染した水、特に地下水に用いられる透水性浄化壁及び地下水の浄化処理方法に関する。

工場や給油施設等から石油留分等の有機化合物が漏洩した場合、地下地盤に染込み、土壌汚染を引き起こすことがある。この汚染有機化合物には水に溶解する物質（例えば石油留分においてはベンゼン、トルエン、キシレン等）が含まれていることもあり、汚染土壌領域から降雨等により有機化合物が流出し、地下水を汚染することや、さらに汚染された地下水が帯水層によって広範囲に拡散することが懸念される。

このような有機化合物により汚染された地下水の原位置浄化方法の１つとして、汚染地下水領域の流向下流側に浄化ゾーン（浄化壁）を不透水層に達するように設けて、この浄化ゾーンを通過させることで汚染地下水を浄化する浄化壁工法が知られている。浄化壁工法としては、汚染対象物質を浄化壁中の微生物の分解活性を利用して分解する方法（特許文献１参照。）等や、汚染対象物質を鉄紛等の還元剤等を用いて分解する方法（特許文献２参照。）等や、これらを併用する方法（特許文献３参照。）等が知られている。

ところで、微生物による浄化壁工法は、浄化壁中に含まれる微生物を増殖・活性化し、この微生物を汚染物質の分解に利用する方法である。この浄化壁中の微生物の増殖・活性化方法としては、従来から、効率的な酸素や栄養塩の供給、微生物増殖の場となりうるゼオライトやベントナイト等の多孔質担体の配合、土着微生物以外の微生物の添加等の手法が検討されているが、これらの方法による浄化能力は未だ十分満足できるものではない。
特開２００１−１２９５７３号公報特開２００３−１１２１７５号公報特開２００４−３５１２９３号公報

本発明の目的は、石油留分等の有機化合物により汚染された地下水の、より効率的な浄化処理手段を提供することにある。

そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、汚染有機化合物を分解する微生物が存在する現地土壌に発泡ガラスを配合した透水性浄化壁を用いると、浄化壁中の微生物増殖効果が飛躍的に向上し、汚染水に含有する有機化合物の分解活性も向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、有機化合物で汚染された水を、該有機化合物を分解する微生物を含有する土壌を用いて浄化する透水性浄化壁において、該微生物が存在する土壌に発泡ガラスを含有せしめたことを特徴とする、透水性浄化壁を提供するものである。
また、本発明は、有機化合物に汚染された地下水を上記透水性浄化壁に通過させることを特徴とする、有機化合物に汚染された地下水の浄化処理方法を提供するものである。

本発明によれば、浄化壁中の微生物増殖効果が向上し、汚染有機化合物の分解活性も向上することにより、有機化合物に汚染された地下水の浄化又は汚染領域の拡散防止を効率良く行うことができる。

本発明における透水性浄化壁は、汚染された地下水に含まれる有機化合物を分解することができる微生物を含有する土壌に発泡ガラスを含有させたものである。
本発明における浄化壁は、土壌に発泡ガラスを配合して混合したものが好ましいが、汚染水の流向に直交する向きに複数の層を形成したものでもよい。

本発明の浄化壁の成分の１つである土壌は、汚染された地下水に含まれる対象となる有機化合物を分解する微生物を含有するものである。
本発明で用いる土壌は、対象とする有機化合物を分解する公知の微生物を土壌に配合し、調製したものでもよいが、現地の汚染土壌領域には対象とする有機化合物を分解する微生物の存在の可能性が高いため、現地の汚染土壌領域の土壌を用いるのが好ましい。また、現地汚染土壌領域に存在する汚染対象有機化合物を分解する微生物を抽出し、増殖させたものを現地の汚染土壌領域の土壌又は別の土壌に配合し、調製したものでもよい。

本発明の浄化壁の成分の１つである発泡ガラスは、ガラスと発泡剤の混合物を焼成することにより製造されたものである。
原料として用いるガラスの種類、色は特に限定されないが、廃棄物の有効利用という観点より、一般家庭等から排出される廃ガラス、例えば廃ガラス瓶を用いるのが好ましく、廃ガラス瓶の中でも再利用が困難である無色及び茶色以外の色のガラス瓶を用いることがより好ましい。
発泡剤の種類としては特に限定されないが、例えば、炭酸カルシウム、石灰石、貝殻等が挙げられ、これら発泡剤を１種類又は２種類以上用いてもよい。廃棄物の有効利用という観点より、産業廃棄物である貝殻を発泡剤として用いることが好ましい。
焼成温度は、発泡剤の種類によって異なるが、７００〜１１００℃、特に８００〜１０００℃が好ましい。

本発明の浄化壁に用いる土壌の粒径は、特に限定されないが、発泡ガラスを配合した際に適度な透水性を有することと施工性を考慮し選択することが好ましい。
本発明の浄化壁に用いる発泡ガラスの粒径は、微生物の存在する土壌に接し易いように適当なサイズに発泡ガラスを粉砕して用いることが好ましい。粉砕した発泡ガラスの粒径は特に限定されないが、本発明に用いる土壌よりも粗い粒径であることが透水性を高める観点から好ましく、０．５〜５０ｍｍ程度、特に１〜５ｍｍ程度に分級したものを好ましく用いることができる。

本発明の浄化壁に用いる発泡ガラスの細孔径は、特に限定されないが、浄化壁内での微生物の増殖効果を高めるため、０．１μｍ〜５ｍｍ、特に１μｍ〜１ｍｍの細孔を持つことが好ましい。

本発明の浄化壁に用いる発泡ガラスのかさ密度は、浄化壁を地下水面よりも深い場所へ設けることから、水よりも大きくなければならない。発泡ガラスのかさ密度は、深い場所へ設置する点及び微生物の増殖性の点から、好ましくは１ｇ／ｃｍ³以上であり、より好ましくは１．１ｇ／ｃｍ³以上であり、特に好ましくは１．１〜１．８ｇ／ｃｍ³である。

本発明の浄化壁に用いる発泡ガラスは、ＳｉＯ₂及びＮａ₂Ｏを主な構成成分とし、ＳｉＯ₂の含有率が５０〜９０％、Ｎａ₂Ｏの含有率が５〜２０％であることが好ましい。

本発明の浄化壁に用いる発泡ガラスは、浄化壁の適度な透水性を得るため、一定の透水性を有することが好ましい。ＪＩＳＡ１２１８定水位法による透水試験において得られる透水係数が、好ましくは１×１０^-3ｃｍ／ｓｅｃ以上であり、より好ましくは１×１０^-2ｃｍ／ｓｅｃ以上であり、最も好ましくは５×１０^-2ｃｍ／ｓｅｃ以上である。
また、本発明における浄化壁の適度な透水性を得るため、本発明に用いる土壌及び発泡ガラスの他に、これらより粒径の大きい、ケイ砂、川砂、砂利、砕石等を１種又は２種以上を混合してもよい。

本発明の浄化壁に用いる発泡ガラスの浄化壁への配合容量％は、微生物が汚染した有機化合物の十分な分解能を得、有機化合物浄化開始当初から十分な分解能を有する微生物量を確保する必要があるため、浄化壁全容量に対して１０〜８０容量％を配合することが好ましく、１５〜７５容量％がより好ましく、２０〜７０容量％が特に好ましい。

本発明における浄化壁により浄化対象となる有機化合物は、地下水により汚染拡大するような物質であればどのような物質でも対象となり、例えば炭化水素系化合物や含酸素化合物等が挙げられる。特に、石油留分に含まれ、地下水への溶解性が比較的高いベンゼン、トルエン、キシレン等が好ましい。

本発明の浄化壁には、微生物が生育に使用する栄養成分を添加してもよく、当該栄養成分としては、一般的に土壌に含まれる窒素源、リン源、ミネラル成分等で十分であるが、地下水中や現地土壌中に充分量の栄養塩成分が少ない又は存在しない場合には、これら栄養塩成分を浄化壁に混合することが好ましい。この混合方法としては、特に限定されないが、例えば、後述する浄化壁施工時又は施工後の際には、透水性浄化壁中にボーリング穴や井戸を掘ってそこから適宜栄養塩を添加・追加する方法、栄養塩成分の徐放性を高くしたものを土壌等に配合する方法等が挙げられる。
窒素、リン及びカリウムの栄養塩成分を浄化壁に添加する場合には、対象汚染物質の有機化合物に由来する炭素原子に対するモル比換算で、窒素原子が１／１０００〜１／１０、リン原子が１／１０００〜５／１００、カリウム原子が１／１０００〜１／１００とすることが好ましい。

本発明における浄化壁中の地下水のｐＨは、有機化合物の分解に用いる微生物の生育阻害が生じないｐＨ付近であれば特に調整しなくともよいが、汚染水が微生物の生育や有機化合物分解能に影響を与えるような酸性又は塩基性物質を有する場合は、中和剤としてアルカリ処理剤又は酸処理剤を配合して調整することが好ましい。好ましいｐＨの範囲は５〜１０であり、より好ましいｐＨは６〜９である。

本発明における浄化壁に用いる微生物に、微生物の増殖及び有機化合物分解効率を高めるため、適宜酸素を供給することが好ましい。当該供給する酸素量（濃度）は、水（地下水）に溶存している有機化合物の濃度や溶存酸素濃度及び汚染水（汚染地下水）流速等の条件により決められる。例えば、地下水の溶存酸素濃度は、０．５ｍｇ／Ｌ〜飽和が好ましく、より浄化率を高めるため１ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、１．５ｍｇ／Ｌ以上が特に好ましい。
酸素の供給方法としては、浄化壁中のｐＨを急激に変化させなければどのような方法で供給しても良いが、具体的には酸素徐放剤により供給する方法、空気を直接供給する方法、又はこれらを併用する方法等が挙げられる。

酸素徐放剤としては、金属過酸化物が好ましく、より好ましくは水と反応して酸素を発生する過酸化マグネシウムや過酸化カルシウム等が挙げられる。
酸素徐放剤は、透水性浄化壁施工時に浄化壁に混合することが一般的であるが、長期間、浄化を実施する場合には酸素放出量が徐々に低下することがあるため、随時追加することが好ましい。このときの追加方法としては、酸素徐放剤のスラリーを透水性浄化壁中に形成したボーリング穴から圧入する方法や、透水性浄化壁中に設けた井戸から酸素徐放剤を供給する方法がある。
本発明の浄化壁に用いる酸素徐放剤の配合容量は、例えば、過酸化マグネシウムや過酸化カルシウム等の過酸化物が酸素徐放剤に２５〜３５質量％含まれる場合には、経済性及び地下水中の溶存酸素の飽和の状態から浄化壁全容量に対し０．１〜３容量％の混合割合が有効である。より好ましくは、地下水中の溶存酸素の飽和があるため０．１〜２容量％程度である。

空気（酸素）を直接供給する方法としては、例えば、ブロアーを設けて透水性浄化壁中もしく浄化壁の手前の地下水へ直接供給する手段等が挙げられる。

本発明における透水性浄化壁は、汚染地下水領域の流向下流側を掘削し、上述した浄化壁（透水性浄化壁成分）を汚染地下水深度より深い位置又は不透水層まで充填（埋設）した浄化ゾーン（壁）である。
透水性浄化壁施工方法及び透水性浄化壁の形状は、特に拘らないが、地下水流向に対して垂直に延ばした壁状もしくは円弧の一部が重なるように円柱状に配した複数の柱状体群とするのが好ましい。また、汚染水を透水性浄化壁に誘導しやすくするために、透水性浄化壁の左右両サイド周辺に地下水流向に対して拡開する止水壁を設けても良い。
地下水流向に対する透水性浄化壁の層厚は、汚染地下水中の有機化合物の濃度と地下水流速等の条件にもよるが、０．１ｍ〜１０ｍ、より好ましくは０.５ｍ〜５ｍ程度である。

本発明における有機化合物汚染地下水の浄化処理方法は、有機化合物に汚染された地下水を形成した該透水性浄化壁に通過させることにより土壌に存在する微生物に有機化合物を分解させ、浄化するものである。
透水性浄化壁を通過させる汚染地下水の速度は、透水性浄化壁の層厚や微生物における有機化合物の分解能にもよるが、地下水の流速を維持することが好ましい。より好ましくは１〜１００ｃｍ／日であり、特に好ましくは３〜５０ｃｍ／日である。

次に実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例４は参考例である。

＜実施例１＞
土壌（砂質土）に下記性状の発泡ガラスを等容量比で均一混合した供試体を、ガラスカラム（内径５ｃｍ，長さ２０ｃｍ）に充填した。
＜発泡ガラスの性状＞
粒子サイズ：１〜２．４ｍｍに分級、かさ密度：１．１ｇ／ｃｍ³、
化学組成：ＳｉＯ₂ ７１．５％Ｎａ₂Ｏ１３．５％、
透水係数：１．６×１０^-1ｃｍ／ｓｅｃ以上、
原料ガラス瓶の色：緑、茶、黒色、
発泡剤：貝殻

このとき、当該土壌は石油精製施設の土壌より採取し、供試体全容量に対して発泡ガラス５０容量％となるように発泡ガラスを配合し、できるだけ均一となるように混合したものを、発泡ガラス５０％混合土壌とした。

充填したカラムに、ベンゼン（Ｂ）、トルエン（Ｔ）及びキシレン（Ｘ）の混合物を飽和状態に酸素を溶存させた水に５ｍｇ／Ｌ（Ｂ、Ｔ及びＸの溶存比は、質量比でＢ：Ｔ：Ｘ＝１：８：１）の濃度で溶解させたものを原水として、流速３０ｃｍ／日の速さで垂直に立てたカラムにアップフローで通過させ、カラム出口の処理水を採取し、処理水中のＢＴＸ濃度をヘッドスペース-ガスクロマトグラフ質量分析法（平成９年環告１０号ＪＩＳＫ０１２５５．２）により測定した。結果を図１に示した。
なお、図中の浄化率の定義は以下に示すとおりである。
浄化率（％）＝〔（原水ＢＴＸ濃度−処理水ＢＴＸ濃度）／原水ＢＴＸ濃度〕×１００

＜比較例１＞
ガラスカラムに充填した供試体を土壌（砂質土）のみとした他は、実施例１と同じ条件で実施した。結果を図１に示した。

＜実施例２＞
原水に溶解させるベンゼン（Ｂ）、トルエン（Ｔ）及びキシレン（Ｘ）の混合物の濃度を１０ｍｇ／Ｌ（Ｂ、Ｔ及びＸの溶存比は、質量比でＢ：Ｔ：Ｘ＝１：８：１）とした他は、実施例１と同じ条件で実施した。結果を図２に示した。

また、カラム出口の溶存酸素濃度をエイブル株式会社製溶存酸素計（溶存酸素電極（型式ＳＯ−Ｐ）と溶存酸素指示計（型式ＤＭ−１０３２）で構成）を用いて測定した。このとき、原水溶存酸素濃度８ｍｇ／Ｌ、原水ＢＴＸ濃度１０ｍｇ／Ｌである。結果を表１に示した。

＜比較例２＞
ガラスカラムに充填した供試体を土壌（砂質土）とした他は、実施例２と同じ条件で実施した。結果をそれぞれ図２及び表１に示した。

＜実施例３＞
ガラスカラムに充填した供試体として、土壌（砂質土）に実施例１で用いた発泡ガラスと同じ発泡ガラスを等容量比で混ぜ、さらに酸素徐放剤（リジェネシス社製ＯＲＣ、過酸化マグネシウム成分２５〜３５質量％含有）を供試体の容量に対し、１．０容量％を入れて均一混合したものを用いた他は、実施例２と同じ条件で実施した。結果を図３に示した。

＜比較例３＞
ガラスカラムに充填した供試体として、土壌（砂質土）に酸素徐放剤（リジェネシス社製ＯＲＣ、過酸化マグネシウム成分２５〜３５質量％含有）を供試体の容量に対し、１．０容量％を入れて均一混合したものを用いた他は、実施例３と同じ条件で実施した。結果を図３に示した。

＜実施例４＞
発泡ガラスのＢＴＸ吸着作用を検討するため、本実施例で使用した土壌微生物の生育に適さない環境下においてカラム試験を行った。原水をアルカリ性（ｐＨ１０．５）に調整した他は、実施例２と同じ条件で実施した。結果を表２に示した。

表１に示すように、発泡ガラスを配合したカラム（実施例２）は土壌のみのカラム（比較例２）よりも、多く酸素が消費されており、カラム内で微生物が活性化し、増殖していることがわかる。さらに、図１に示すように、発泡ガラスを含有させることによって、土壌に存在する微生物におけるＢＴＸの有機化合物の分解が認められた。
また、表２に示すように、原水のＢＴＸ濃度はカラム処理前の入口と処理後の出口ともほぼ同一の濃度を示し、発泡ガラスのみのＢＴＸの吸着能は認められなかった。
表１及び２より、発泡ガラスによるＢＴＸ分解促進効果は吸着作用によるものではなく、微生物の活性化によるものであることが明らかである。
さらに、図２及び図３に示すように、酸素徐放剤を添加することによって微生物がより活性化し、ＢＴＸの有機化合物の分解が促進されたことが認められた。

原水ＢＴＸ濃度５ｍｇ／Ｌ、原水溶存酸素濃度８ｍｇ／Ｌにおける発泡ガラス５０％混合土壌及び土壌のみのＢＴＸ浄化率を示す。原水ＢＴＸ濃度１０ｍｇ／Ｌ、原水溶存酸素濃度８ｍｇ／Ｌにおける発泡ガラス５０％混合土壌及び土壌のみのＢＴＸ浄化率を示す。原水ＢＴＸ濃度１０ｍｇ／Ｌ、原水溶存酸素濃度８ｍｇ／Ｌ、酸素徐放剤添加における発泡ガラス５０％混合土壌及び土壌のみのＢＴＸ浄化率を示す。

Claims

ベンゼン、トルエン及びキシレンから選ばれる有機化合物に汚染された地下水を、該有機化合物を分解する微生物を含有する土壌を用いて浄化する透水性浄化壁において、該微生物が存在する浄化対象である現地の汚染土壌領域の土壌に、ガラスと貝殻との混合物を焼成することにより製造されるものであり、ＳｉＯ₂の含有率が５０〜９０％であり、Ｎａ₂Ｏの含有率が５〜２０％であり、且つ嵩密度が１〜１．８ｇ／ｃｍ³である粒径０．５〜５０ｍｍに分級した発泡ガラスを、浄化壁全容量に対して１０〜８０容量％含有せしめたことを特徴とする、透水性浄化壁。
さらに浄化壁中に酸素又は酸素徐放剤を供給する、請求項１記載の透水性浄化壁。
ベンゼン、トルエン及びキシレンから選ばれる有機化合物に汚染された地下水を請求項１又は２記載の透水性浄化壁を通過させることを特徴とする、前記有機化合物に汚染された地下水の浄化処理方法。