JP5528840B2 - 化学物質汚染の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質により汚染された汚染水を浄化するための処理方法及び処理装置に関する。
トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）等の有機塩素化合物は、洗浄剤として各種工場やクリーニング店等で、また、ベンゼン等の芳香族炭化水素は、化成品の原料として各種工場等で広く使用されている。その一方で、これら有機塩素化合物及び芳香族炭化水素等の化学物質は発癌等、健康を害する疑いがあるため、近年、上記有機塩素化合物及び芳香族炭化水素等の化学物質による土壌、地下水等の汚染が、大きな社会問題となっている。
従来、有機塩素化合物等で汚染された土壌の処理方法としては、汚染土壌の封じ込め処理、汚染土壌の掘削・封じ込め処理等が主に行われている。また、地下水の処理方法としては、地下水を揚水し、地下水中の汚染化学物質を気相中に移行させて、地下水を浄化し（揚水曝気処理）、その後活性炭により気相中の化学物質を吸着処理する（活性炭処理）ポンプ・アンド・トリート法等が主に行われている。なお、浄化後の水は地表に流すことが可能となる。また、汚染された土壌中に生息する微生物に対して薬剤注入や温度管理を行い、微生物を活性化させて化学物質を分解するバイオスティミュレーション法等も行われている。
しかし、上記封じ込め処理、掘削・封じ込め処理、ポンプ・アンド・トリート法は、汚染化学物質を積極的に分解して無害化する技術ではないこと、また、莫大なコスト、エネルギー及び手間を要すること、浄化期間が１０〜２０年と長いこと等の問題がある。
これに対し、近年では、酸化剤を直接井戸に注入する原位置化学酸化の開発が行われている。酸化剤としては、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、過硫酸塩、次亜塩素酸、過塩素酸、塩素、オゾン等が存在するが、水への溶解性、操作性等の点から、現状では過マンガン酸カリウムや過酸化水素を用いる方法が主に実用化されている。
しかし、過マンガン酸カリウムを用いる方法では、過マンガン酸カリウム溶液が濃い紫色を呈しているため、過マンガン酸カリウム溶液を地下水等に直接注入するのは好ましくないという問題がある。また、過酸化水素を用いる方法は、地中内で急激に過酸化水素が分解するため、浄化範囲が小さいという問題がある。
また、近年では、過硫酸塩を使用した汚染化学物質の分解研究事例を増えてきている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１の過硫酸塩の濃度（４０〜１００ｐｐｍの範囲）では、添加した過硫酸塩が地下水及び土壌中に含まれる被酸化性の物質（有機物や無機物）によって消費されてしまう。また、あるいは過硫酸塩の反応過程で生成する酸化力の高い過硫酸ラジカル等を補足する物質（ラジカルスカベンジャー）により、分解反応が抑制されてしまう。そのため、目的としている有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質を効率よく分解することができないと考えられる。すなわち、実際の現場適用において、有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質に汚染されている地下水を浄化することは実質的に困難である。
そこで、本発明の目的は、過硫酸塩を用いた処理において、有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質に汚染された地下水等の汚染水の浄化期間の短縮を図り、確実且つ安全に浄化することができる化学物質汚染の処理方法及び処理装置を提供することにある。
本発明は、化学物質に汚染された汚染水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加して、前記汚染水を浄化する化学物質汚染の処理方法であって、酸化剤として前記過硫酸塩のみを添加して、前記汚染水を浄化する前に、前記汚染水のｐＨを５以下にした後、炭酸ガス以外のガスにて曝気処理をして、前記汚染水に溶存する硫酸ラジカルのラジカルスカベンジャーである無機炭素を除去又は減少させ、前記無機炭素を除去又は減少させた前記汚染水に前記酸化剤として前記過流酸塩のみを添加して、前記過流酸塩の分解により生じた硫酸ラジカルにより前記化学物質を分解する。
また、本発明は、化学物質に汚染された汚染水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加して、前記汚染水を浄化する化学物質汚染の処理方法であって、酸化剤として前記過硫酸塩のみを添加して、前記汚染水を浄化する前に、前記汚染水のｐＨを５以下にした後、脱気処理をして、前記汚染水に溶存する硫酸ラジカルのラジカルスカベンジャーである無機炭素を除去又は減少させ、前記無機炭素を除去又は減少させた前記汚染水に前記酸化剤として前記過流酸塩のみを添加して、前記過流酸塩の分解により生じた硫酸ラジカルにより前記化学物質を分解する。
また、本発明は、化学物質に汚染された地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加して、前記地下水を原位置で浄化する化学物質汚染の処理方法であって、酸化剤として前記過硫酸塩のみを添加して、前記地下水を浄化する前に、前記地下水のｐＨを５以下にした後、炭酸ガス以外のガスにて曝気処理をして、前記地下水に溶存する硫酸ラジカルのラジカルスカベンジャーである無機炭素を除去又は減少させ、前記無機炭素を除去又は減少させた前記地下水に前記酸化剤として前記過流酸塩のみを添加して、前記過流酸塩の分解により生じた硫酸ラジカルにより前記化学物質を分解する。
また、本発明は、化学物質に汚染された地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加して、前記地下水を原位置で浄化する化学物質汚染の処理方法であって、酸化剤として前記過硫酸塩のみを添加して、前記地下水を浄化する前に、前記地下水のｐＨを５以下にした後、脱気処理をして、前記地下水に溶存する硫酸ラジカルのラジカルスカベンジャーである無機炭素を除去又は減少させ、前記無機炭素を除去又は減少させた前記地下水に前記酸化剤として前記過流酸塩のみを添加して、前記過流酸塩の分解により生じた硫酸ラジカルにより前記化学物質を分解する。
また、前記化学物質汚染の処理方法において、曝気処理又は脱気処理により排出されるガスを活性炭処理することが好ましい。
また、前記化学物質汚染の処理方法において、前記過硫酸塩を添加した汚染水又は地下水を中和することが好ましい。
また、前記化学物質汚染の処理方法において、前記化学物質は有機塩素化合物又は芳香族炭化水素である。
また、本発明は、上記化学物質汚染の処理方法を使用して化学物質に汚染された地下水を原位置で浄化する化学物質汚染の処理装置であって、前記地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加する過硫酸塩添加手段と、前記過硫酸塩添加手段によって前記地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加する前に、前記地下水のｐＨを５以下にした後、炭酸ガス以外のガスにて、曝気処理をして、前記地下水に溶存する無機炭素を除去又は減少させる無機炭素処理手段と、を備える。
また、本発明は、上記化学物質汚染の処理方法を使用して化学物質に汚染された地下水を原位置で浄化する化学物質汚染の処理装置であって、前記地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加する過硫酸塩添加手段と、前記過硫酸塩添加手段によって前記地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加する前に、前記地下水のｐＨを５以下にした後、脱気処理をして、前記地下水に溶存する無機炭素を除去又は減少させる無機炭素処理手段と、を備える。
また、前記化学物質汚染の処理装置において、前記無機炭素処理手段における曝気処理又は脱気処理により排出されるガスを活性炭処理する活性炭処理手段を備えることが好ましい。
また、前記化学物質汚染の処理装置において、前記過硫酸塩添加手段により前記過硫酸塩が添加された地下水を中和する中和手段を備えることが好ましい。
また、前記化学物質汚染の処理装置において、前記化学物質は、有機塩素化合物又は芳香族炭化水素である。
本発明によれば、過硫酸塩を用いた処理において、有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質に汚染された地下水等の汚染水の浄化期間の短縮を図り、確実且つ安全に浄化することができる。
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態に係る化学物質汚染の処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、化学物質汚染の処理装置１は、揚水ポンプ１０、揚水ライン１２及び揚水井戸１４を備える揚水装置と、固液分離装置１６と、ｐＨ調整槽１８、ｐＨメータ２０、ｐＨ調整剤タンク２２及びｐＨ調整剤ポンプ２４を備えるｐＨ調整装置と、曝気装置２６と、第１ラインミキサ２８、過硫酸塩タンク３０及び過硫酸塩ポンプ３２を備える過硫酸塩添加装置と、活性炭処理塔３４及び吸引ポンプ３６を備える活性炭処理装置と、第２ラインミキサ３８、試薬貯槽４０及び薬剤ポンプ４２を備える中和装置と、注入ライン４４及び注入井戸４６を備える注入装置と、配管４８，５０，５２，５４，５６，５８，６０，６２と、を備える。
揚水井戸１４内に設置された揚水ライン１２の一端は揚水ポンプ１０に接続され、他端は固液分離装置１６に接続されている。配管４８の一端は固液分離装置１６に接続され、その他端はｐＨ調整槽１８に接続され、配管５０の一端はｐＨ調整槽１８に接続され、その他端は第１ポンプ６４を介して曝気装置２６に接続され、配管５２の一端は曝気装置２６に接続され、その他端は第１ラインミキサ２８に接続され、配管５４の一端は第１ラインミキサ２８に接続され、その他端は第２ポンプ６６を介して第２ラインミキサ３８に接続され、配管５６の一端は曝気装置２６に接続され、その他端は活性炭処理塔３４に接続されている。また、配管５８の一端はｐＨ調整剤タンク２２に接続され、その他端はｐＨ調整剤ポンプ２４を介してｐＨ調整槽１８に接続されている。また、配管６０の一端は過硫酸塩タンク３０に接続され、その他端は過硫酸塩ポンプ３２を介して第１ラインミキサ２８に接続されている。また、配管６２の一端は試薬貯槽４０に接続され、その他端は試薬ポンプを介して第２ラインミキサ３８に接続されている。また、注入ライン４４の一端は第２ラインミキサ３８に接続され、その他端は注入井戸４６内に開放されている。
揚水装置（揚水ポンプ１０、揚水ライン１２及び揚水井戸１４）は、化学物質に汚染された地下水を地表へ揚水することができる構成であれば、その構成は特に制限されるものではない。本実施形態の揚水井戸１４は、少なくとも注入井戸４６より地下水の下流側に配置される必要があり、また、汚染領域Ｘより下流側に配置されることが好ましい。
固液分離装置１６は、揚水手段により揚水した地下水中の固形物を取り除くためのものであり、例えば、スクリーン、沈殿ろ過装置、膜分離装置等が挙げられる。
ｐＨ調整装置（ｐＨ調整槽１８、ｐＨメータ２０、ｐＨ調整剤タンク２２及びｐＨ調整剤ポンプ２４）は、（揚水装置により揚水した）地下水のｐＨを５以下に調整するものであれば、その構成は特に制限されるものではない。地下水のｐＨは、経済性、確実性並びに安全性の点で、３〜５の範囲に調整されることが好ましい。本実施形態のように、地下水のｐＨを５以下にすることにより、地下水中に溶存する無機炭素をその後の曝気処理により効率的に減少又は除去することができる。無機炭素には、二酸化炭素（炭酸ガスを含む）、炭酸イオン、重炭酸イオンが含まれ、ｐＨによって上記それらの存在比は変化する。ここで、地下水のｐＨを５以下にすると、地下水中の無機炭素は二酸化炭素の状態で存在する比率が高くなるため、その後の曝気処理により、地下水から容易に無機炭素を減少又は除去することができる。本実施形態におけるｐＨ調整の具体的方法として、地下水中の無機炭素濃度が変動する場合には、ｐＨメータ２０により地下水のｐＨを検出しながら、ｐＨ調整剤ポンプ２４によりｐＨ調整剤量を調節し、添加して、地下水のｐＨを５以下にすることが好ましい。また、地下水中の無機炭素濃度がほとんど一定の場合には、ｐＨメータ２０により地下水のｐＨを検出することなく、所定量のｐＨ調整剤をｐＨ調整剤ポンプ２４により添加して、地下水のｐＨを調整すればよい。ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸、硝酸等の酸剤等が用いられる。
曝気装置２６は、地下水を炭酸ガス以外のガスで曝気処理し、地下水から無機炭素を減少又は除去することができるものであれば、その構成は特に制限されるものではない。具体的には、ｐＨ調整後の地下水を曝気装置２６に下向流で流し、その地下水に炭酸ガス以外のガス（例えば、空気等）にて曝気して、地下水に溶存している無機炭素を気相中に移行させ、地下水から無機炭素を減少又は除去する。
本実施形態において、ｐＨ調整装置及び曝気装置２６が、地下水に溶存する無機炭素を減少又は除去する無機炭素処理手段として機能する。ｐＨ調整装置及び曝気装置２６により無機炭素処理した地下水中の溶存無機炭素濃度は、例えば、１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以下であることがより好ましい。地下水中の溶存無機炭素濃度が上記範囲を超えると、地下水を汚染する有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質の分解が抑制される場合がある。これは、過硫酸の分解から生じる有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質の分解に有効な硫酸アニオンや硫酸ラジカルが無機炭素により阻害を受けるからである。
なお、従来から、ＯＨラジカルを用いた酸化反応では、無機炭素等がＯＨラジカルを捕捉するラジカルスカベンジャーであることは知られているが、過硫酸塩の分解から生じる硫酸アニオンや硫酸ラジカルの場合には、無機炭素がラジカルスカベンジャーに相当する阻害因子であり、有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質の分解に影響を及ぼすかは不明であった。しかし、本発明者らによって、無機炭素が上記化学物質の分解を抑制する阻害因子であることが見出され、この無機炭素を除去することで、地下水を短期間で浄化することができることが明らかにされた。
過硫酸塩添加装置（第１ラインミキサ２８、過硫酸塩タンク３０及び過硫酸塩ポンプ３２）は、無機炭素を減少又は除去した地下水に過硫酸塩を添加する過硫酸塩添加手段としての機能を有するものであれば、その構成は特に制限されるものではない。具体的には、図１の化学物質汚染の処理装置１のように、化学物質に汚染された地下水を揚水して、その地下水に過硫酸塩が添加されることとなる。そして、添加した過硫酸塩の分解から生じる硫酸アニオンや硫酸ラジカルにより、地下水中の有機塩素化合物や芳香族炭化水素等の化学物質が分解され、化学物質に汚染された地下水の原位置浄化が行われる。ここで、原位置浄化とは、汚染領域Ｘ及びその周辺の土壌を掘削等によって移動させないで、化学物質に汚染された地下水等の汚染水を浄化することである。地下水の浄化は、このような原位置浄化が好ましいが、化学物質に汚染された地下水や排水等の汚染水は、必ずしも原位置浄化に制限されるものではない。例えば、汚染領域Ｘ及びその周辺の土壌を掘削し、場外の処理施設において地下水を浄化するオフサイト浄化等である。
本実施形態では、化学物質に汚染された地下水に添加する過硫酸塩濃度は、化学物質を分解し、地下水を浄化することができれば特に制限されるものではないが、過硫酸塩濃度が５０００ｍｇ／Ｌ〜２５０００ｍｇ／Ｌの範囲となるように、過硫酸塩を添加することが好ましい。過硫酸塩濃度が５０００ｍｇ／Ｌ未満では、実浄化施工を想定した場合に、土壌や地下水中に存在する還元物質等による分解を受け過硫酸塩が消費されてしまうため、有機塩素化合物、芳香族炭化水素等の化学物質を十分に分解することができず、浄化期間の短縮を図ることが困難となる。また、過硫酸塩濃度が５００００ｍｇ／Ｌ超では、薬品使用量が増加するため、コストが高くなる。
本実施形態に用いられる過硫酸塩は、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
活性炭装置（活性炭処理塔３４及び吸引ポンプ３６）は、曝気装置２６から排出される気相中の化学物質（二酸化炭素や揮発性有機化合物等）を吸着処理するものである。活性炭装置に使用する活性炭は、排出される気相中の化学物質を吸着処理することができるものであれば、特に制限されるものではないが、例えば、ヤシ殻、木質、石炭系の粒状活性炭、粉末活性炭、円柱状活性炭等が挙げられる。
中和装置（第２ラインミキサ３８、試薬貯槽４０及び薬剤ポンプ４２）は、過硫酸塩が添加された地下水にアルカリ剤等の薬剤を添加して、中和処理を行うものであれば、その構成は特に制限されるものではない。過硫酸塩が添加された地下水は、過硫酸塩による化学物質の分解過程によって、ｐＨが低下する場合がある。本実施形態のように、後段の注入装置によって、ｐＨが低下した地下水を汚染領域Ｘに戻したり、地表に散布したりすると、汚染領域Ｘ又はその周辺の土壌等から重金属が溶出する等の２次的な汚染を引き起こす虞がある。そこで、本実施形態のように、過硫酸塩が添加された地下水を中和して、２次的な汚染を防止することが好ましい。
中和装置に使用する薬剤は、地下水を中和処理することができるものであれば特に制限されるものではないが、上記でも説明したように、過硫酸塩が添加された地下水のｐＨは低下する場合が多いため、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ剤等が使用される。
注入装置（注入ライン４４及び注入井戸４６）は、過硫酸塩（及びアルカリ剤）が添加された地下水を循環させて汚染領域Ｘに注入するものであれば、その構成は特に制限さるものではない。地下水に添加される過硫酸塩は、化学物質の分解のために消費されるが、通常、地下水には未反応の過硫酸塩が残存している場合が多いため、注入装置により、地下水を汚染領域Ｘに注入することにより、未反応の過硫酸塩を汚染領域Ｘの地下水の浄化に再利用することができる。なお、過硫酸塩の添加により化学物質が確実に分解処理されていれば、注入装置を設置せず、その分解処理水を地表に流すか又は放流してもよい。
以下に、本実施形態に係る処理装置を用いた化学物質の処理方法について説明する。
揚水ポンプ１０により、汚染領域Ｘの化学物質に汚染された地下水が揚水ライン１２から揚水され、固液分離装置１６に供給される。固液分離装置１６により、揚水した地下水中の固形物が除去され、配管４８からｐＨ調整槽１８に送液される。そして、ｐＨ調整剤ポンプ２４により、ｐＨ調整剤が配管５８からｐＨ調整槽１８に添加され、地下水のｐＨが５以下に調整される。この時、地下水中に溶存する無機炭素は主に二酸化炭素（炭酸ガスも含む）の状態に変換される。ｐＨ調整された地下水は、第１ポンプ６４により、配管５０を通り曝気装置２６に送液され、曝気装置２６にて地下水中の無機炭素が気相中へ移行され、地下水から無機炭素が減少又は除去される。無機炭素が除去された地下水は、配管５２を通り第１ラインミキサ２８に送液され、また、過硫酸塩ポンプ３２により、過硫酸塩が配管６０から第１ラインミキサ２８に添加され、第１ラインミキサ２８により、過硫酸塩と無機炭素が除去された地下水とが混合される。これにより、過硫酸塩の分解から生じる硫酸アニオンや硫酸ラジカルにより、地下水中の有機塩素化合物や芳香族炭化水素の分解反応が開始され、化学物質を含む地下水の浄化が行われる。
過硫酸塩が添加された地下水は、第２ポンプ６６により、配管５４を通り第２ラインミキサ３８に送液され、また、薬剤ポンプ４２により、アルカリ剤が配管６２から第２ラインミキサ３８に添加され、第２ラインミキサ３８により、ｐＨが低下した地下水の中和処理が行われる。そして、アルカリ剤が添加された地下水は、注入ライン４４を通して、汚染領域Ｘに注入される。この際、地下水中に残留している過硫酸塩は汚染領域Ｘの化学物質に汚染された地下水の浄化に利用される。
一方、曝気装置２６から排出されるガス（無機炭素等の化学物質を含む）は、配管５６から活性炭処理塔３４に供給され、気相中の化学物質が吸着除去される。そして、化学物質が除去されたガスは吸引ポンプ３６により、大気中に放出される。
本実施形態では、有機塩素化合物、芳香族炭化水素に汚染された水、排水、地下水等の汚染水の浄化を対象としている。特に、本実施形態の処理方法は、有機塩素化合物、芳香族炭化水素に汚染された地下水の原位置浄化に対して好適に使用される。また、本実施形態の処理方法は、ＴＣＥ、ＰＣＥ、ダイオキシン類、ＰＣＢ類等の有機塩素化合物、ベンゼン等の芳香族炭化水素による汚染の浄化のみならず、油等の他の化学物質に汚染された汚染水の浄化にも適用可能である。
図２は、本発明の他の実施形態に係る化学物質汚染の処理装置の構成の一例を示す模式図である。図２に示す化学物質汚染の処理装置２において、図１に示す化学物質汚染の処理装置１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図２に示す化学物質汚染の処理装置２では、図１に示す装置で用いた曝気装置２６に代えて膜脱気装置、真空脱気装置、加熱脱気装置等の脱気装置６８が用いられている。すなわち、ｐＨ調整装置及び脱気装置６８が、地下水等の汚染水に溶存する無機炭素を減少又は除去する無機炭素処理手段として機能する。脱気装置６８には、第３ポンプ７０及び第４ポンプ７２が設置されており、第３ポンプ７０により、無機炭素が減少又は除去された地下水等が配管５２を通り第１ラインミキサ２８に供給され、また、第４ポンプ７２により、地下水等から分離された無機炭素等の化学物質を含むガスが配管５６から活性炭処理塔３４に供給される。
脱気装置６８としては、地下水等の汚染水中の無機炭素を脱気することができる限りにおいてどのような装置を用いてもよいが、例えば、膜脱気装置、真空脱気装置、加熱脱気装置等のうち、特にコンパクトで連続処理が行い易い膜脱気装置を採用することが好ましい。
なお、本実施形態の脱気装置６８として好ましく用いることができる膜脱気装置の構成は特に制限されるものではないが、例えば、膜の両面間を連通する孔を有する多孔質膜構造、かかる連通孔が無い均質膜構造、多孔質膜の片表面にかかる連通孔が無いスキン層を有する非対称膜構造などが挙げられる。また、膜脱気装置に使用される脱気膜の形態としては、例えば、中空糸膜の形態、シート状膜を巻いて形成したスパイラル状膜の形態のもの等を使用することができる。
脱気膜の材質は、例えば、均質シリコーンゴム膜等のシリコーン系膜、多孔質ポリ弗化ビニリデン膜、多孔質ＰＴＦＥ膜等の弗素樹脂系膜、多孔質ＰＥ膜、多孔質ＰＰ膜、均質ポリ−４−メチルペンテン−１膜等のポリオレフィン系膜、その他のポリエステル系、ポリアミド系、ポリスチレン系、ポリエーテル系、ポリチオエーテル系等の樹脂膜、更には複合膜（例えば、ポリスルフォンをベースとしてその上にシリコンコーティングしたもの）等が挙げられる。
図１及び図２に示す化学物質汚染の処理装置では、第１ラインミキサ２８と第２ラインミキサ３８の間の配管５４に、過硫酸塩を添加した地下水等の汚染水の滞留時間を確保するための反応槽を介装することが好ましい。これにより、さらなる化学物質に汚染された地下水等の汚染水の浄化期間の短縮化を図ることが可能となる。また、必要に応じて反応槽内の地下水を加温することができる加熱器を反応槽に設置する等してもよい。
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１では、地下水に溶存する物質の中で、過硫酸塩による化学物質の分解を阻害する可能性の高い因子を確認する試験を行った。
実施例１では、地下水に溶存する物質の中で、過硫酸塩による化学物質の分解を阻害する可能性の高い因子を確認する試験を行った。
異なる４種類の地下水（Ａ〜Ｄ）にＴＣＥを添加して、濃度を２ｍｇ／Ｌに調整した汚染地下水（Ａ〜Ｄ）を準備した。これらの汚染地下水２０ｍＬを６０ｍＬのバイアルビンにそれぞれ分注し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を行った。この時の汚染地下水それぞれのｐＨを７に調整した。また、分解試験における水温は１５〜２０℃の範囲とした。分解試験中、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定し、反応速度定数を求めた。具体的には、ＴＣＥ濃度の経時変化を経過時間の一次反応式と仮定して、下式（１）に示す関数により反応速度定数を求めた。
Ｃｔ＝Ｃ０×ｅ−ｋｔ ・・・（１）
ｔ：経過時間（ｈｒ）
Ｃｔ：経過時間ｔにおけるＴＣＥ濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ０：ＴＣＥの初期濃度（ｍｇ／Ｌ）
ｋ：反応速度定数（ｈｒ−１）
Ｃｔ＝Ｃ０×ｅ−ｋｔ ・・・（１）
ｔ：経過時間（ｈｒ）
Ｃｔ：経過時間ｔにおけるＴＣＥ濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ０：ＴＣＥの初期濃度（ｍｇ／Ｌ）
ｋ：反応速度定数（ｈｒ−１）
４種類の地下水に対するＴＣＥの分解実験の結果として、各地下水に溶存する物質である塩化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、無機炭素、全有機炭素（ＴＯＣ）、溶存鉄、マンガン毎に、それらの濃度に対する反応速度定数をまとめた。図３は、地下水Ａ〜Ｄに溶存する塩化物イオン濃度に対する反応速度定数の関係を示す図であり、図４は、地下水Ａ〜Ｄに溶存する硫酸イオン濃度に対する反応速度定数の関係を示す図であり、図５は、地下水Ａ〜Ｄに溶存する硝酸イオン濃度に対する反応速度定数の関係を示す図であり、図６は、地下水Ａ〜Ｄに溶存する無機炭素濃度に対する反応測定数の関係を示す図であり、図７は、地下水Ａ〜Ｄに溶存するＴＯＣ濃度に対する反応速度定数の関係を示す図である。また、表１に地下水Ａ〜Ｄに溶存する溶存鉄濃度及びマンガン濃度それぞれに対する反応速度定数の関係をまとめた。
図３〜７及び表１から判るように、地下水Ａ〜Ｄ中に溶存する物質の濃度と反応速度定数との間で最も相関性の高い因子は無機炭素であった。すなわち、図６に示すように、無機炭素の濃度の上昇に伴い、反応速度定数が低くなっている（ＴＣＥの分解反応速度が遅くなっていると云える）。したがって、無機炭素が過硫酸塩による有機塩素化合物等の化学物質の分解を抑制する阻害因子であると云える。
（実施例２）
実施例２では、膜脱気処理して無機炭素を除去する前の地下水のｐＨを変化させ、その変化させたｐＨ値で、膜脱気処理を行った。具体的には、異なる２種類の地下水（Ｅ，Ｆ）に硫酸を添加して、ｐＨを７，６，５，４，３に調整した。各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を行い、無機炭素を除去した。表２に、地下水ＥのｐＨ調整後の無機炭素濃度と膜脱気処理後の無機炭素濃度をまとめた。また、表３に地下水ＦのｐＨ調整後の無機炭素濃度と膜脱気処理後の無機炭素濃度をまとめた。なお、ｐＨ未調整の地下水Ｅ，Ｆの無機炭素濃度はそれぞれ１１７．３ｍｇ／Ｌ、７５．３ｍｇ／Ｌであり、ｐＨ未調整の地下水Ｅ，Ｆの膜脱気処理後の無機炭素濃度はそれぞれ１１５．８ｍｇ／Ｌ、７４．０ｍｇ／Ｌであった。
実施例２では、膜脱気処理して無機炭素を除去する前の地下水のｐＨを変化させ、その変化させたｐＨ値で、膜脱気処理を行った。具体的には、異なる２種類の地下水（Ｅ，Ｆ）に硫酸を添加して、ｐＨを７，６，５，４，３に調整した。各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を行い、無機炭素を除去した。表２に、地下水ＥのｐＨ調整後の無機炭素濃度と膜脱気処理後の無機炭素濃度をまとめた。また、表３に地下水ＦのｐＨ調整後の無機炭素濃度と膜脱気処理後の無機炭素濃度をまとめた。なお、ｐＨ未調整の地下水Ｅ，Ｆの無機炭素濃度はそれぞれ１１７．３ｍｇ／Ｌ、７５．３ｍｇ／Ｌであり、ｐＨ未調整の地下水Ｅ，Ｆの膜脱気処理後の無機炭素濃度はそれぞれ１１５．８ｍｇ／Ｌ、７４．０ｍｇ／Ｌであった。
表２及び３から判るように、地下水のｐＨを５以下に調整した後に、膜脱気処理を行うことにより、地下水中の無機炭素を効率的に除去することができた。これは、地下水のｐＨを５以下にすると、地下水中の無機炭素は二酸化炭素（炭酸ガス）の状態で存在する比率が高くなるため、その後の膜脱気処理によって、地下水から容易に無機炭素を除去することができるからである。
（実施例３〜５）
実施例３〜５では、ＴＣＥの分解試験を行った。まず、地下水Ｅに硫酸を添加して、ｐＨを５，４，３に調整した後、各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を施し、無機炭素を除去した。そして、これらの地下水ＥにＴＣＥを添加して、濃度を６．６ｍｇ／Ｌに調整した。これらの地下水２０ｍＬを６０ｍＬのバイアルビンにそれぞれ分注し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度２５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。また、分解試験における水温は１５〜２０℃の範囲とした。分解試験中、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定した。
実施例３〜５では、ＴＣＥの分解試験を行った。まず、地下水Ｅに硫酸を添加して、ｐＨを５，４，３に調整した後、各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を施し、無機炭素を除去した。そして、これらの地下水ＥにＴＣＥを添加して、濃度を６．６ｍｇ／Ｌに調整した。これらの地下水２０ｍＬを６０ｍＬのバイアルビンにそれぞれ分注し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度２５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。また、分解試験における水温は１５〜２０℃の範囲とした。分解試験中、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定した。
（比較例１〜４）
比較例１では、地下水ＥにＴＣＥを添加して、濃度を６．６ｍｇ／Ｌに調整し、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定した。比較例２では、地下水ＥにＴＣＥを添加して、濃度を６．６ｍｇ／Ｌに調整し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度２５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。そして、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定した。比較例３及び４は、地下水Ｅに硫酸を添加して、ｐＨを７，６に調整した後、各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を施し、無機炭素を除去した。そして、これらの地下水ＥにＴＣＥを添加して、濃度を６．６ｍｇ／Ｌに調整し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度２５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。分解試験中、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定した。
比較例１では、地下水ＥにＴＣＥを添加して、濃度を６．６ｍｇ／Ｌに調整し、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定した。比較例２では、地下水ＥにＴＣＥを添加して、濃度を６．６ｍｇ／Ｌに調整し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度２５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。そして、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定した。比較例３及び４は、地下水Ｅに硫酸を添加して、ｐＨを７，６に調整した後、各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を施し、無機炭素を除去した。そして、これらの地下水ＥにＴＣＥを添加して、濃度を６．６ｍｇ／Ｌに調整し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度２５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。分解試験中、経時的にＴＣＥ濃度をガスクロマトグラフにより測定した。
図８は、実施例３〜５及び比較例１〜４の時間経過とＴＣＥの濃度との関係を示す図である。図８に示すように、地下水のｐＨを５以下に調整後、膜脱気処理を行って、無機炭素を除去することにより、ＴＣＥの分解時間を短縮することができた。
（実施例６〜８）
実施例６〜８では、ベンゼンの分解試験を行った。まず、地下水Ｆに硫酸を添加して、ｐＨを５，４，３に調整した後、各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を施し、無機炭素を除去した。そして、これらの地下水Ｆにベンゼンを添加して、濃度を５．５ｍｇ／Ｌに調整した。これらの地下水２０ｍＬを６０ｍＬのバイアルビンにそれぞれ分注し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。また、分解試験における水温は１５〜２０℃の範囲とした。分解試験中、経時的にベンゼン濃度をガスクロマトグラフにより測定した。
実施例６〜８では、ベンゼンの分解試験を行った。まず、地下水Ｆに硫酸を添加して、ｐＨを５，４，３に調整した後、各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を施し、無機炭素を除去した。そして、これらの地下水Ｆにベンゼンを添加して、濃度を５．５ｍｇ／Ｌに調整した。これらの地下水２０ｍＬを６０ｍＬのバイアルビンにそれぞれ分注し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。また、分解試験における水温は１５〜２０℃の範囲とした。分解試験中、経時的にベンゼン濃度をガスクロマトグラフにより測定した。
（比較例５〜８）
比較例５では、地下水Ｆにベンゼンを添加して、濃度を５．５ｍｇ／Ｌに調整し、経時的にベンゼン濃度をガスクロマトグラフにより測定した。比較例６では、地下水Ｆにベンゼンを添加して、濃度を５．５ｍｇ／Ｌに調整し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。そして、経時的にベンゼン濃度をガスクロマトグラフにより測定した。比較例７及び８は、地下水Ｆに硫酸を添加して、ｐＨを７，６に調整した後、各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を施し、無機炭素を除去した。そして、これらの地下水Ｆにベンゼンを添加して、濃度を５．５ｍｇ／Ｌに調整し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。分解試験中、経時的にベンゼン濃度をガスクロマトグラフにより測定した。
比較例５では、地下水Ｆにベンゼンを添加して、濃度を５．５ｍｇ／Ｌに調整し、経時的にベンゼン濃度をガスクロマトグラフにより測定した。比較例６では、地下水Ｆにベンゼンを添加して、濃度を５．５ｍｇ／Ｌに調整し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。そして、経時的にベンゼン濃度をガスクロマトグラフにより測定した。比較例７及び８は、地下水Ｆに硫酸を添加して、ｐＨを７，６に調整した後、各ｐＨ調整後の地下水に膜脱気処理を施し、無機炭素を除去した。そして、これらの地下水Ｆにベンゼンを添加して、濃度を５．５ｍｇ／Ｌに調整し、そこに過硫酸ナトリウムを濃度５０００ｍｇ／Ｌとなるように添加して、分解試験を開始した。分解試験中、経時的にベンゼン濃度をガスクロマトグラフにより測定した。
図９は、実施例６〜８及び比較例５〜８の時間経過とベンゼンの濃度との関係を示す図である。図９に示すように、地下水のｐＨを５以下に調整後、膜脱気処理を行って、無機炭素を除去することにより、ベンゼンの分解時間を短縮することができた。
１，２ 化学物質汚染の処理装置、１０ 揚水ポンプ、１２ 揚水ライン、１４ 揚水井戸、１６ 固液分離装置、１８ ｐＨ調整槽、２０ ｐＨメータ、２２ ｐＨ調整剤タンク、２４ ｐＨ調整剤ポンプ、２６ 曝気装置、２８ 第１ラインミキサ、３０ 過硫酸塩タンク、３２ 過硫酸塩ポンプ、３４ 活性炭処理塔、３６ 吸引ポンプ、３８ 第２ラインミキサ、４０ 試薬貯槽、４２ 薬剤ポンプ、４４ 注入ライン、４６ 注入井戸、４８，５０，５２，５４，５６，５８，６０，６２ 配管、６４ 第１ポンプ、６６第２ポンプ、６８ 脱気装置、７０ 第３ポンプ、７２ 第４ポンプ、Ｘ 汚染領域。
Claims (10)
- 化学物質に汚染された汚染水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加して、前記汚染水を浄化する化学物質汚染の処理方法であって、
酸化剤として前記過硫酸塩のみを添加して、前記汚染水を浄化する前に、前記汚染水のｐＨを５以下にした後、脱気処理をして、前記汚染水に溶存する硫酸ラジカルのラジカルスカベンジャーである無機炭素を除去又は減少させ、前記無機炭素を除去又は減少させた前記汚染水に前記酸化剤として前記過流酸塩のみを添加して、前記過流酸塩の分解により生じた硫酸ラジカルにより前記化学物質を分解することを特徴とする化学物質汚染の処理方法。 - 化学物質に汚染された地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加して、前記地下水を原位置で浄化する化学物質汚染の処理方法であって、
酸化剤として前記過硫酸塩のみを添加して、前記地下水を浄化する前に、前記地下水のｐＨを５以下にした後、脱気処理をして、前記地下水に溶存する硫酸ラジカルのラジカルスカベンジャーである無機炭素を除去又は減少させ、前記無機炭素を除去又は減少させた前記地下水に前記酸化剤として前記過流酸塩のみを添加して、前記過流酸塩の分解により生じた硫酸ラジカルにより前記化学物質を分解することを特徴とする化学物質汚染の処理方法。 - 化学物質に汚染された汚染水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加して、前記汚染水を浄化する化学物質汚染の処理方法であって、
酸化剤として前記過硫酸塩のみを添加して、前記汚染水を浄化する前に、前記汚染水のｐＨを５以下にした後、炭酸ガス以外のガスにて曝気処理をして、前記汚染水に溶存する硫酸ラジカルのラジカルスカベンジャーである無機炭素を除去又は減少させ、前記無機炭素を除去又は減少させた前記汚染水に前記酸化剤として前記過流酸塩のみを添加して、前記過流酸塩の分解により生じた硫酸ラジカルにより前記化学物質を分解することを特徴とする化学物質汚染の処理方法。 - 化学物質に汚染された地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加して、前記地下水を原位置で浄化する化学物質汚染の処理方法であって、
酸化剤として前記過硫酸塩のみを添加して、前記地下水を浄化する前に、前記地下水のｐＨを５以下にした後、炭酸ガス以外のガスにて曝気処理をして、前記地下水に溶存する硫酸ラジカルのラジカルスカベンジャーである無機炭素を除去又は減少させ、前記無機炭素を除去又は減少させた前記地下水に前記酸化剤として前記過流酸塩のみを添加して、前記過流酸塩の分解により生じた硫酸ラジカルにより前記化学物質を分解することを特徴とする化学物質汚染の処理方法。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学物質汚染の処理方法であって、曝気処理又は脱気処理により排出されるガスを活性炭処理することを特徴とする化学物質汚染の処理方法。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の化学物質汚染の処理方法であって、前記化学物質は有機塩素化合物又は芳香族炭化水素であることを特徴とする化学物質汚染の処理方法。
- 請求項２に記載された化学物質汚染の処理方法を使用して化学物質に汚染された地下水を原位置で浄化する化学物質汚染の処理装置であって、
前記地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加する過硫酸塩添加手段と、
前記過硫酸塩添加手段によって前記地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加する前に、前記地下水のｐＨを５以下にした後、脱気処理をして、前記地下水に溶存する無機炭素を除去又は減少させる無機炭素処理手段と、を備えることを特徴とする化学物質汚染の処理装置。 - 請求項４に記載された化学物質汚染の処理方法を使用して化学物質に汚染された地下水を原位置で浄化する化学物質汚染の処理装置であって、
前記地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加する過硫酸塩添加手段と、
前記過硫酸塩添加手段によって前記地下水に酸化剤として過硫酸塩のみを添加する前に、前記地下水のｐＨを５以下にした後、炭酸ガス以外のガスにて、曝気処理をして、前記地下水に溶存する無機炭素を除去又は減少させる無機炭素処理手段と、を備えることを特徴とする化学物質汚染の処理装置。 - 請求項７又は８記載の化学物質汚染の処理装置であって、前記無機炭素処理手段における曝気処理又は脱気処理により排出されるガスを活性炭処理する活性炭処理手段を備えることを特徴とする化学物質汚染の処理装置。
- 請求項７〜９のいずれか１項に記載の化学物質汚染の処理装置であって、前記化学物質は、有機塩素化合物又は芳香族炭化水素であることを特徴とする化学物質汚染の処理装置。
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