JP5405936B2 - 微生物浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌に生息する微生物を活性化させ、汚染した土壌又は地下水を浄化する微生物浄化方法に関する。

有機塩素化合物（トリクロロエチレン等）や揮発性有機化合物（ＶＯＣ）によって土壌又は地下水が汚染された場合、従来、遮水壁による拡散防止や揚水による浄化処理といった対応策が行われてきた。しかし、これらの方法では土壌に吸着した汚染物質の除去が不十分であったり、コストの面で採算が合わないなどの問題があった。そこで、バイオスティミュレーションと呼ばれる浄化法が検討されている（特許文献１〜３参照）。この方法は、土壌に生息する微生物を活性化させて汚染物質の分解を行うものである。

特許文献１，２に記載の浄化法は、汚染領域全体に微生物活性剤等の薬剤を供給して浄化を行うものである。一方、特許文献３に記載の浄化法は、汚染領域の近傍であって地下水の流れの下流側に掘削した複数の井戸から微生物活性剤を注入し、当該箇所にバリア層（バイオバリア）を形成するものである。汚染領域を通過した地下水がバイオバリアに到達し、ここで微生物による汚染物質の分解がなされることで、汚染物質が下流側に流出するのを防止する。

特開２００５−２７９３９２号公報 特開２００２−３６０２４０号公報 特許第３７２４２８７号公報

ところで、土壌に生息する微生物は、有機酸などの栄養源があることに加え、ｐＨが所定の範囲内であるときに活動が活発になり、汚染物質を盛んに分解する。しかし、地中において微生物活性剤から過剰の有機酸が生じると、ｐＨが低下して微生物の活動が阻害される。特に、上述のバイオバリアによる浄化法にあっては、バイオバリアの機能を維持するために所定の頻度（例えば、１年に１回）で地中に微生物活性剤を地中に注入する作業を行うため、ｐＨの管理が難しいという問題がある。すなわち、１回に注入する活性剤の量が多ければｐＨ低下によって微生物の活動が阻害され、他方、少なければ高い頻度で注入作業を行う必要がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、微生物活性剤の注入に伴うｐＨ低下を十分に抑制し、汚染した土壌又は地下水を微生物によって安定的に浄化できる微生物浄化方法を提供することを目的とする。

本発明は、土壌に生息する微生物を活性化させ、汚染した土壌又は地下水を浄化する微生物浄化方法であって、汚染した土壌を含む領域又はその近傍に掘削孔を形成する掘削工程と、外面から内面にかけて貫通する多数の貫通孔を有するパイプを掘削孔内に挿入するとともに、掘削孔の内面とパイプの外面との間に、砂及び固体のｐＨ緩衝材を含有する混合物を充填する充填工程と、微生物を活性化させる活性剤を掘削孔から地中に供給する活性剤供給工程とを備える微生物浄化方法を提供する。

この浄化方法によれば、活性剤供給工程に先立ってパイプの外側に充填された固体のｐＨ緩衝材により、活性剤に含まれる酸や微生物による分解によって生じた酸が中和されてｐＨが過度に低下することを防止できる。このため、微生物の活動が阻害されるのを十分に抑制でき、汚染領域の土壌及び地下水を安定的に浄化できる。

また、本発明は、土壌に生息する微生物を活性化させ、汚染した土壌又は地下水を浄化する微生物浄化方法であって、汚染した土壌を含む領域又はその近傍において土壌と固体のｐＨ緩衝材とを混合する混合工程と、上記ｐＨ緩衝材と土壌とを混合した領域に掘削孔を形成する掘削工程と、微生物を活性化させる活性剤を掘削孔から地中に供給する活性剤供給工程とを備える微生物浄化方法を提供する。

この浄化方法によれば、活性剤供給工程に先立って土壌に添加された固体のｐＨ緩衝材により、活性剤に含まれる酸や微生物による分解によって生じた酸が中和されてｐＨが過度に低下することを防止できる。このため、微生物の活動が阻害されるのを十分に抑制でき、汚染領域の土壌及び地下水を安定的に浄化できる。

本発明の効果を低コストにて得る観点から、固体のｐＨ緩衝材は、炭酸カルシウムであることが好ましい。また、炭酸カルシウムは、過剰にアルカリ性にならない観点からも好ましい。なお、固体のｐＨ緩衝材を使用することにより、液体のものを使用した場合と比較してその効果が長期にわたって持続するという利点がある。

本発明によれば、微生物活性剤の注入に伴うｐＨ低下を十分に抑制することができ、汚染した土壌又は地下水を微生物によって安定的に浄化することが可能である。

微生物活性剤の注入に使用する井戸の一例を示す模式断面図である。 地中にバリア層を形成するのに好適な浄化システムの一例を示す模式断面図である。 地中にバリア層を形成するのに好適な浄化システムの他の例を示す模式断面図である。 図３に示す浄化システムの摺動部材が上方に移動している様子を示す模式断面図である。 井戸から薬剤が拡散する様子を示す模式図であり、（ａ）は自然地下水流れのみで薬剤を拡散させた場合の一例を示し、（ｂ）は図３に示す浄化システムを利用して薬剤を拡散させた場合の一例を示す。 薬剤を含有するスラリーを地中に噴射して薬剤と土壌とを混合する様子を示す模式断面図である。 微生物活性剤の注入に使用する井戸の他の例を示す模式断面図である。

本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の第１，２実施形態は、汚染領域の近傍にバイオバリアを形成して汚染物質の分解処理を行って、その拡散防止を図るものである。

（第１実施形態）
本実施形態に係る浄化方法は、図１に示す構成の井戸１０を複数形成した後、微生物活性剤を含む液を収容するタンク１から配管２を通じて井戸１０内に供給する。微生物活性剤は、井戸１０のパイプ５に設けられた多数の貫通孔５ａを通じて地中に注入される。なお、なるべく少ない本数の井戸でバイオバリアを形成するには、汚染領域の地下水の流れ方向と直角方向に所定の間隔で並ぶように複数の井戸１０を配置することが好ましい（図２参照）。

図１に示す井戸１０は次のようにして形成することができる。まず、汚染領域の近傍であって地下水の流れの下流側に所定の深度（例えば、１０〜２０ｍ）の掘削孔３を形成する（掘削工程）。その後、掘削孔３内にパイプ５を挿入するとともに、掘削孔３の内面３Ｆとパイプ５の外面５Ｆとの間に、砂及び固体のｐＨ緩衝材を含有する混合物を充填する（充填工程）。パイプ５の貫通孔５ａは、パイプ５の内面から外面５Ｆにかけて貫通するように設けられている。パイプ５内の液体は、貫通孔５ａを通じて外側に流出し、上記混合物からなる充填部８を通じて地中へと供給される。

上記充填工程において使用する固体のｐＨ緩衝材としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどを例示できる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。なお、低コストで十分な効果が得られる点から、ｐＨ緩衝材として炭酸カルシウムを使用することが好ましい。炭酸カルシウムは、過剰にアルカリ性にならない観点からも好ましい。

充填部８の形成に使用する混合物を調製するにあたり、砂と固体のｐＨ緩衝材と混合比率は、汚染物質の種類、汚染の程度及び使用するｐＨ緩衝材の種類等に応じて適宜設定すればよい。例えば、砂の体積１ｍ^３に対するｐＨ緩衝材の配合量は３〜１４０ｋｇであることが好ましく、１０〜１００ｋｇであることがより好ましい。

複数の井戸１０を所定の位置に形成した後、各井戸１０から地中に微生物活性剤を供給する（活性剤供給工程）。これにより、土壌に生息する微生物が活性化され、汚染した土壌又は地下水を浄化することができる。

活性剤供給工程においては、１種の微生物活性剤を単独で使用してもよく、２種以上の微生物活性剤を併用してもよい。例えば、２種の微生物活性剤を併用する場合、以下のように活性剤供給工程を２段階に分けて実施することが好ましい。まず、第１の活性剤を掘削孔から地中に供給する（第１活性剤供給工程）。その後、第２の活性剤を掘削孔から地中に供給する（第２活性剤供給工程）。このとき、第１の活性剤に含まれる微生物活性化成分は、第２の活性剤に含まれる微生物活性化成分よりも平均分子量が小さいことが好ましい。

上記のように２種の微生物活性剤を併用する方法は、土壌汚染の発生後、早期に浄化処理を行って汚染拡大を防止する場合に特に有用である。すなわち、微生物による汚染物質分解は、微生物活性剤から発生する水素が関与する。第１の活性剤（低分子タイプ）は、多量の水素が短時間のうちに発生するため、生じた水素の一部が地盤に含まれる硫酸イオンの分解などに消費されても、過剰に発生した水素によって微生物が汚染物質を分解することができる。

第１活性化剤供給工程後に使用する第２の活性剤（高分子タイプ）は、低分子タイプと比較すると少ない量の水素が持続的に発生するという特長を有する。第１活性剤供給工程後にあっては、地盤に含まれる硫酸イオンなどの成分が既に十分に分解された状態とすることができる。この状態となった段階で第２活性化剤供給工程を実施することで、第２の活性剤から生じた水素が微生物による汚染物質の分解に効率的に消費される。上記の通り、高分子タイプは、効果が持続するという特長を有するため、微生物活性剤の供給作業の頻度を低くできるという利点がある。

第１の活性剤（低分子タイプ）の具体例としては、乳酸、グルコース、エタノール、グリセロール、酢酸、酪酸、プロピオン酸、蟻酸、ソルビトール、オリゴ乳酸、シュークロースなどの成分を１種又は２種以上含有するものが挙げられる。第２の活性剤（高分子タイプ）の具体例としては、ポリ乳酸、植物油、エマルジョン油、高級脂肪酸などの成分を１種又は２種以上含有するものが挙げられる。

本実施形態に係る浄化方法によれば、活性剤供給工程に先立ってパイプ５の外側に充填された固体のｐＨ緩衝材により、活性剤に含まれる酸や微生物による分解によって生じた酸が中和されてｐＨが過度に低下することを防止できる。このため、微生物の活動が阻害されるのを十分に抑制でき、汚染領域の土壌及び地下水を安定的に浄化できる。

次に、図２〜５を参照しながら、複数の井戸１０から適量の微生物活性剤を供給して地中に効率的にバイオバリアを形成する浄化システムについて説明する。上述の浄化方法は、以下の浄化システムの１種又は２種以上の構成を組み合わせて用いて実施することもできる。

図２に示す浄化システム２０は、汚染領域の近傍であって地下水の流れの下流側に掘削された複数の井戸１０と、複数の井戸１０がそれぞれ互いに連通するように設けられた流路１５と、流路１５と配管１２で連通しており微生物活性剤を含む液を収容するタンク１１とを備える。流路１５は、井戸１０と井戸１０の間の表層部Ｇに透水性を有する材料を配置し、この中を流体が流れる構造とすることによって形成することができる。

図２に示すように、複数の井戸１０を流路１５によって連通させることにより、バイオバリアの機能を維持するために一定の頻度で微生物活性剤を地中に注入する作業を行う際、各井戸１０から供給すべき微生物活性剤の量を個別に制御しなくてもよいという利点がある。

地盤の透水性等の条件によっては、井戸の間隔が密になったり、地下水の流れ方向に対して垂直な方向に汚染範囲が広がっている場合にあっては、数百ｍにわたって所定の間隔で井戸を設置する必要がある。その場合、井戸の本数が数十本に達することもあり、井戸ごとに注入作業を行っていたのでは多大の時間と労力を要する。また、地盤の不均質性から、地下水は均質に流れておらず、流れやすい箇所と流れにくい箇所が存在する。このような不均質性を考慮することなく、各井戸から一定量の薬剤を注入したのではバイオバリアの広がりが不十分となる。また、各井戸の近傍の透水係数をそれぞれ測定して各井戸から注入すべき薬剤の量を決定し、その管理を行うのは作業が煩雑になり過ぎるという問題がある。複数の井戸１０を流路１５によって連通させることで、かかる問題を解消することができる。

流路１５は、透水性を有する材料によって構築してもよいが、これの他に、暗渠、配管又は溝を用いて構築してもよい。流路の構造的安定性を維持するため、例えば、溝の中には砕石等を敷詰めることが好ましい。

図３，４に示す浄化システム３０は、井戸１０の底を上下に移動させる機構を有し、漏れのないバリア層を地中に安定的に形成するためのものである。浄化システム３０は、汚染領域の地下水流れの下流側に掘削された掘削孔３と、掘削孔３内に設置され、掘削孔３の底部から開口部まで延在するパイプ６と、パイプ６の上部に形成されており、パイプ６の外面から内面に向けて貫通する複数の貫通孔６ａと、パイプ６の貫通孔６ａが形成されていない区間において、上下方向に移動自在に設けられた摺動部材７と、摺動部材７を上下方向に移動させる駆動手段２１と、摺動部材７よりも下方のパイプ６内にガスを供給するガス供給手段２３とを備える。摺動部材７は、棒状部材２４を介して駆動手段２１と接続されており、上下方向に移動する井戸底をなす。

摺動部材７上には、固体又は高粘度の微生物活性剤１８を載置できるようになっている。摺動部材７上の微生物活性剤１８は徐々に地下水に溶解する。なお、微生物活性剤１８は、不織布やネットや等に収容した状態でパイプ６内に設置してもよい。

高分子タイプの微生物活性剤などの薬剤は、地下水に少しずつ溶解する。このような薬剤を井戸１０内に添加し、これを地下水の流れのみで地中に拡散させようとした場合、薬剤は主に地下水の流れ方向Ｆに主に拡散し、これと垂直な方向に拡散せず、隣接する井戸１０との間に薬剤が存在しない領域が形成されやすい（図５（ａ）参照）。これに対し、浄化システム３０によれば、摺動部材７を上方に移動させることで、パイプ６内の液面Ｌを自然水位Ｗよりも高くすることができる。薬剤の液の水頭圧を高くすることで、地下水流れ方向Ｆと垂直方向にも動水勾配が発生し、地下水の流れ方向Ｆ以外の方向にも薬剤を拡散させることができる（図５（ｂ）参照）。これにより、比較的少ない本数の井戸で十分な機能を有するバリア層を形成できる。

自然地下水流れの動水勾配が１ｃｍ／ｍ程度である場合、摺動部材７を数ｍ上昇させることで、自然地下水流れより大きな勾配が生じ、地下水の流れ方向と垂直方向に薬剤を流すことができる（図４参照）。井戸１０内の水が減少した場合には、摺動部材７を下げることで、地下水上流側から井戸１０内に水が流入する。摺動部材７の上記のような上下動を連続的又は一定時間ごとに実施することで、持続的に自然地下水流れに対して横方向への流れを、局所的に生じさせることができる。

なお、複数の井戸から所定の圧力で薬剤を圧入し続ければ、地中において薬剤が拡散して広範囲にわたるバリア層を形成できる。しかし、この場合、薬剤の持続的な圧入によって当該領域の圧力が上昇したのでは、バリア層を迂回するように地下水が流れてしまって汚染が拡散するおそれがある。これに対し、浄化システム３０を用いた方法では、地盤に新たに注水しないので、汚染地下水がバリア層を迂回して流れることはない。また、地下水を汲み上げたりしないので水処理の必要性もない。

摺動部材７を上方に移動させる速度を下方に移動させる速度よりも高くすることが好ましい。摺動部材７を上昇させる速度を高くすることでパイプ６内の液の水頭圧を速やかに高くできる。一方、摺動部材７を下降させる速度を低くすることで、摺動部材７を上昇させたことによって井戸１０の外側に広がった微生物活性剤がパイプ６内へ急激に戻る流れを抑制できる。これに加え、井戸１０の上流側から流れてくる地下水をパイプ６内に流入させることができ、井戸１０内の液面Ｌを回復（上昇）させることができる。

摺動部材７を上方に移動させる際、ガス供給手段２３によって摺動部材７よりも下方のパイプ６内に窒素ガスを供給するとともに、摺動部材７を下方に移動させる際、供給した窒素ガスを回収することが好ましい。パイプ６内にガスを供給することにより、パイプ６内が負圧になるのを防止できる。また、窒素ガスを回収して再利用することにより、運転コストを削減できる。なお、活性化すべき微生物が嫌気性菌である場合には酸素を含まないガス（例えば、窒素ガス）を使用することが好ましいが、好気性菌である場合には酸素を含むガス（例えば、空気）を使用してもよい。

（第２実施形態）
本実施形態に係る浄化方法は、汚染した土壌を含む汚染領域の近傍において土壌と固体のｐＨ緩衝材とを混合する混合工程と、汚染領域に掘削孔３を形成して井戸１０を構築する掘削工程と、微生物活性剤を井戸１０から地中に供給する活性剤供給工程とを備える。

本実施形態に係る浄化方法は、活性剤供給工程については第１実施形態と同様に実施することができる。以下、図６，７を参照しながら、混合工程及び掘削工程について主に説明する。

図７に示す井戸５０は次のようにして形成することができる。まず、図６に示す混合装置６０を用いて、汚染領域の土壌又はその近傍であって地下水の流れの下流側の土壌と、固体のｐＨ緩衝材とを混合する（混合工程）。混合装置６０は、固体のｐＨ緩衝材を含有するスラリーを収容するタンク６１と、このスラリーを昇圧するポンプ６３と、昇圧されたスラリーを地中に噴射するための噴射管６５とを備える。噴射管６５の先端部にはスラリージェットＪｓを形成するためのノズルが設けられている。噴射管６５を所定の深さにまで挿入した後、噴射管６５を回転させるとともにスラリーを噴射しながら、噴射管６５を一定の速度で引き上げる。これにより、所定の領域の土壌とｐＨ緩衝材とを混合できる。

上記の混合工程では、固体のｐＨ緩衝材として、第１実施形態において例示したものを使用できる。土壌の体積１ｍ^３に対するｐＨ緩衝材の配合量は３〜１４０ｋｇであることが好ましく、１０〜１００ｋｇであることがより好ましい。

混合工程後、ｐＨ緩衝材と土壌とを混合した領域に掘削孔５３を形成する（掘削工程）。その後、図７に示す通り、多数の貫通孔５５ａを有するパイプ５５を掘削孔５３内に挿入するとともに、掘削孔５３の内面５３Ｆとパイプ５５の外面５５Ｆとの間に、砂及び固体のｐＨ緩衝材を含有する混合物を充填する（充填工程）。なお、充填工程において、ｐＨ緩衝材を含有する混合物を使用せず、単に砂を充填してもよい。

本実施形態に係る浄化方法によれば、活性剤供給工程に先立って土壌に添加された固体のｐＨ緩衝材により、活性剤に含まれる酸や微生物による分解によって生じた酸が中和されてｐＨが過度に低下することを防止できる。このため、微生物の活動が阻害されるのを十分に抑制でき、汚染領域の土壌及び地下水を効率的に浄化できる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の第１，２実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、バイオバリアを形成して汚染物質の分解処理及び拡散防止を行う場合を例示したが、地下水の流れを利用するものではなくてもよい。すなわち、本発明は、地中に挿入したパイプの周囲に固体のｐＨ緩衝材を配合した状態で当該パイプから微生物活性剤を注入すればよく、例えば、汚染領域の全体に所定の間隔で複数のパイプを設置し、これらのパイプから微生物活性剤を注入することによって汚染領域全体を浄化処理してもよい。

３，５３…掘削孔、３Ｆ，５３Ｆ…掘削孔の内面、５，６，５５…パイプ、５Ｆ，５５Ｆ…パイプの外面、５ａ，６ａ，５５ａ…貫通孔、８…充填部、Ｆ…地下水の流れ方向。

Claims (2)

1. 土壌に生息する微生物を活性化させ、汚染した土壌又は地下水を浄化する微生物浄化方法であって、
   汚染した土壌を含む領域又はその近傍に掘削孔を形成する掘削工程と、
   外面から内面にかけて貫通する多数の貫通孔を有するパイプを前記掘削孔内に挿入するとともに、前記掘削孔の内面と前記パイプの外面との間に、砂及び固体のｐＨ緩衝材を含有する混合物を充填する充填工程と、
   前記微生物を活性化させる活性剤を前記掘削孔から地中に供給する活性剤供給工程と、を備え、
   前記活性剤供給工程は、前記微生物を活性化させる第１の活性剤を前記掘削孔から地中に供給する第１活性剤供給工程と、前記第１活性剤供給工程後、前記微生物を活性化させる第２の活性剤を前記掘削孔から地中に供給する第２活性剤供給工程とを有し、
   前記第１の活性剤に含まれる微生物活性化成分は、前記第２の活性剤に含まれる微生物活性化成分よりも平均分子量が小さいことを特徴とする微生物浄化方法。
2. 前記固体のｐＨ緩衝材は、炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項１に記載の微生物浄化方法。

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