JP5722006B2 - 地下水の浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下水の浄化方法に関するものである。

従来、揮発性有機化合物等により汚染された地下水が上流から所定の敷地に流入したり、敷地から下流に流出したりすることを防ぐため、土地の境界部分の地盤内に透過性を有する浄化壁を形成し、汚染された地下水が浄化壁を通過する際に微生物の働きにより浄化する方法が用いられてきた。

例えば、（１）地盤に設置した井戸に嫌気性微生物の活性剤であるＥＤＣ（電子供与体）等を注入して浄化壁を形成して、汚染された地下水が浄化壁を通過する際に嫌気性微生物の働きにより浄化する方法があった。また、（２）地盤に掘削した溝穴に流体供給管を挿入して砕石や砂礫を充填し浄化壁を形成して、流体供給管から有機物分解微生物を増殖・活性化させる物質を含む流体を供給し、有機物により汚染された地下水が浄化壁を通過する際に有機物分解微生物によって浄化する方法（例えば、特許文献１参照）があった。

さらに、有機化合物により汚染された土壌を原位置で浄化する方法として、地盤に注入井戸とドレイン管とを設け、注入井戸に浄化用液体を注入し、ドレイン管を介して地下水を吸引する方法（例えば、特許文献２参照）等があった。

特許第３７２４８７号公報 特開２００７−２６０６１０号公報

しかしながら、微生物を早期に活性化させるには、浄化壁内に拡散させた活性剤等の濃度を一定以上に保つことが重要であるが、（１）の方法では、特に地下水の流れに対して垂直な方向への活性剤の拡散が遅いために、浄化壁として機能するまでに時間を要する、井戸と井戸との間に活性剤が広がらない部分が生じて浄化壁として確実に機能しない等の問題が生じる可能性があった。

また、（１）の方法は井戸から活性剤を、（２）の方法は流体供給管から流体を注入するため、汚染地下水の拡散を促進して周辺環境に悪影響を与える恐れがあった。さらに、（１）、（２）の方法とも、例えば、地下水の流れが速い場合や汚染物質の濃度が高い場合は、地下水が浄化壁を通過する際に微生物分解の速度が追いつかないため、壁厚を著しく大きくする必要があり、コストが増大するという問題点があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、嫌気性微生物分解を用いた浄化壁を短期間で経済的に形成し、揮発性有機化合物による汚染地下水を確実かつ迅速に浄化できる地下水の浄化方法を提供することである。

前述した目的を達成するために、本発明は、原位置での地下水の浄化方法であって、地盤に、複数の井戸を、前記複数の井戸の並列方向が地下水の流れの方向と略垂直となるように設置する工程（ａ）と、前記複数の井戸のうちの揚水井戸から地下水を揚水する工程（ｂ）と、揚水した前記地下水に含まれる揮発性有機化合物を処理する工程（ｃ）と、揚水した前記地下水に、嫌気性微生物を活性化させる活性剤を、前記活性剤の濃度が所定の管理値となるように添加する工程（ｄ）と、前記複数の井戸のうちの注水井戸に、揚水した前記地下水を注入する工程（ｅ）と、を具備し、前記工程（ａ）の後、揚水した前記地下水中の前記揮発性有機化合物の濃度および前記活性剤の濃度を計測しつつ、前記工程（ｂ）から前記工程（ｅ）を繰り返し、前記揚水井戸と注水井戸が前記地下水の流れの方向と略垂直の方向に交互に配置され、揚水と注水により地下水の流れの方向に対して垂直な方向に地下水が移動することを特徴とする地下水の浄化方法である。

本発明では、地下水を揚水した分だけ注水するため、注水のみを行なう場合と比較して、汚染地下水の周辺への拡散促進を低減できる。また、揚水を併用するため、活性剤を添加した地下水が汚染地下水の流れに垂直な方向に対しても速く動き、活性剤を均質に拡散させることができる。さらに、地下水中の活性剤濃度が一定に近い状態となるように活性剤を添加しながらの注水を繰り返すことにより、地盤内において速い速度での微生物分解が早期に可能となる。

工程（ｃ）では、例えば、鉄粉または／および活性炭を用いて揮発性有機化合物を処理する。揮発性有機化合物を曝気により処理した場合には、地下水が好気性雰囲気（酸化状態）となり嫌気性微生物の活性化の阻害要因となったり、酸素により地下水中の活性剤が分解されたりするが、鉄粉を用いて処理することにより、地下水を還元状態に維持できる。また、酸素による地下水中の活性剤の分解を低減し、活性剤の無駄を最小限に抑えることができる。

工程（ｂ）から工程（ｅ）の繰り返しにおいて、揮発性有機化合物の濃度が所定の管理値に達した場合には、工程（ｃ）を省略することが望ましい。また、工程（ｄ）の前に計測した活性剤の濃度が所定の管理値に達した場合には、工程（ｄ）を省略することが望ましい。さらに、活性剤の濃度が所定の管理値付近に所定の期間維持されていることを確認した後は、工程（ｂ）から工程（ｅ）の繰り返しを終了することが望ましい。

本発明では、地下水中の揮発性有機化合物の濃度および活性剤の濃度を計測することにより、活性剤の拡散状況や揮発性有機化合物の分解状況を把握できる。また、揮発性有機化合物の濃度や活性剤の濃度が所定の管理値に達した後、揮発性有機化合物の処理や活性剤の添加を省略することにより、浄化にかかる経費を削減することができる。本発明では、所定の期間、活性剤の濃度が所定の管理値に維持されていることを確認し、揚水および注水を終了した後にも、維持管理が不要な微生物分解バリアが機能する。

本発明によれば、嫌気性微生物分解を用いた浄化壁を短期間で経済的に形成し、揮発性有機化合物による汚染地下水を確実かつ迅速に浄化できる地下水の浄化方法を提供できる。

地盤５に設置された浄化システム１の概要図 地盤５に設置された浄化システム１の水平断面図 汚染地下水１７を浄化するための各ステップを示す図 揚水開始からの経過時間とＶＯＣ濃度および活性剤濃度との関係を示す模式的な図 室内実験の実験方法の概要を示す図 汚染物質の流出を防ぐために浄化システム１を設置した例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、地盤５に設置された浄化システム１の概要図を、図２は、地盤５に設置された浄化システム１の水平断面図を示す。図１は、図２に示す矢印Ｆ−Ｆによる断面図である。

図１および図２に示すように、浄化システム１は、所定の敷地４の境界付近の地盤５に設置される。浄化システム１は、複数の井戸３、シール層７、パイプ９ａ、パイプ９ｂ、パイプ１１、ＶＯＣ処理設備１３、活性剤水溶液タンク１５等からなる。浄化システム１は、揮発性有機塩素化合物（以下、ＶＯＣとする）を浄化の対象とする。

複数の井戸３は、地盤５内に所定の間隔をおいて垂直に設置される。このとき、複数の井戸３を含む面（井戸の並列方向）が、図１および図２の矢印Ａに示す汚染地下水１７の流れの方向と略垂直となるようにする。複数の井戸３は、注水井戸３ａと揚水井戸３ｂとからなる。注水井戸３ａと揚水井戸３ｂとは、交互に配置される。シール層７は、必要に応じて、地盤５の表面に設けられる。

パイプ９ａは、一端が注水井戸３ａに、他端がＶＯＣ処理設備１３に接続される。パイプ９ｂは、一端が揚水井戸３ｂに、他端がＶＯＣ処理設備１３に接続される。パイプ１１は、一端がパイプ９ａに、他端が活性剤水溶液タンク１５に接続される。ＶＯＣ処理設備１３は、鉄粉の入ったタンクであり、パイプ９ａが接続される面に、鉄粉を通過させないメッシュ１４が設置される。活性剤は、例えば、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、ポリ乳酸、大豆油、エマルジョン油等を用いる。

浄化システム１では、ポンプ（図示せず）等により、揚水井戸３ｂから地盤５中の地下水が揚水される。揚水した地下水は、パイプ９ｂを介してＶＯＣ処理設備１３へ送られる。揚水した地下水中のＶＯＣは、ＶＯＣ処理設備１３に充填された鉄粉により処理される。

ＶＯＣ処理設備１３で処理された地下水はパイプ９ａに送られ、計測装置１６によってＶＯＣの濃度および活性剤の濃度が計測される。その後、活性剤の濃度が所定の管理値となるように、パイプ１１を介して活性剤水溶液タンク１５からパイプ９ａ内の地下水に活性剤が添加される。活性剤が添加された地下水は、パイプ９ａから注入井戸３ａに注入される。

浄化システム１では、揚水時に地盤５内に図１の矢印Ｃに示す流れが生じ、注水時に地盤５内に図１の矢印Ｂに示す流れが生じる。これにより、汚染地下水１７の流れの方向（矢印Ａに示す方向）に対して垂直な方向に地下水が移動し、井戸３の周囲の地盤５に活性剤が均一に拡散する。図２に示すように、活性剤が拡散した部分は浄化壁２１として機能する。浄化壁２１に流入した汚染地下水１７中のＶＯＣは、浄化壁２１を透過する間に、活性剤により活性化された嫌気性微生物の働きによって分解され、浄化された地下水１９として浄化壁２１から流出する。

次に、図１および図２に示す浄化システム１を用いて地下水を浄化する方法について説明する。図３は、汚染地下水１７を浄化するための各ステップを示す図である。図４は、揚水開始からの経過時間とＶＯＣ濃度および活性剤濃度との関係を示す模式的な図である。図４において、実線２３はＶＯＣ濃度の変化を、実線２５は活性剤濃度の変化を示す。また、破線２９はＶＯＣ濃度の管理値を、破線３１は活性剤濃度の管理値を示す。

（ステージ２７−１）図４に示すステージ２７−１は、揚水した地下水中のＶＯＣを地上のＶＯＣ処理設備１３において処理すると同時に、活性剤を添加した地下水を地盤５に注水し、浄化壁２１内の地下水の活性剤の濃度を調整する期間である。ステージ２７−１では、図３に示すステップ１０２−１からステップ１０６−１を同時進行で繰り返す。

（ステップ１０１）ステップ１０１では、地盤５内に複数の井戸３を所定の間隔をおいて垂直に設置する。このとき、複数の井戸３を含む面が、図１および図２の矢印Ａに示す汚染地下水１７の流れの方向と垂直となるようにする。また、注水井戸３ａと揚水井戸３ｂとを交互に配置する。ステップ１０１では、井戸３の他に、シール層７、ＶＯＣ処理設備１３、活性剤水溶液タンク１５等を設置して、浄化システム１を構築する。

（ステップ１０２−１、ステップ１０３−１）ステップ１０２−１では、ポンプ（図示せず）等を用いて、揚水井戸３ｂから地盤５内の地下水を揚水する。ステップ１０３−１では、揚水した地下水を、パイプ９ｂを介してＶＯＣ処理設備１３に送水し、鉄粉により地下水中のＶＯＣを還元処理する。そして、計測装置１６により、処理後の地下水のＶＯＣの濃度および活性剤の濃度を計測する。

（ステップ１０４）ステップ１０４では、計測したＶＯＣの濃度が所定の管理値に達したか否かを判定する。図４の実線２３に示すＶＯＣ濃度が破線２９に示す所定の管理値に達していない場合は、ステップ１０５−１に進む。

（ステップ１０５−１、ステップ１０６−１）ステップ１０５−１では、活性剤水溶液タンク１５から、パイプ１１を介して、パイプ９ａ内の地下水に嫌気性微生物を活性化させる活性剤を添加する。このとき、地下水中の活性剤の濃度が図４の破線３１に示す所定の管理値となるようにする。すなわち、破線３１と実線２５との濃度差に相当する量の活性剤を算出して添加する。ステップ１０６−１では、活性剤を添加した地下水を、注水井戸３ａから地盤５に注水する。

（ステージ２７−１の終了）ステージ２７−１では、揚水と注水を同時に行うことにより、地盤５中に図１の矢印Ｂおよび矢印Ｃに示すような流れが生じる。これにより、矢印Ａに示す汚染地下水１７の流れの方向に対して垂直な方向に活性剤を含む地下水が早期に均一に拡散し、図２に示すような浄化壁２１が形成される。ステージ２７−１では、地下水中のＶＯＣを、地上のＶＯＣ処理設備１３で処理すると同時に、地盤５内の浄化壁２１中の嫌気性微生物の働きにより分解処理する。そして、ステップ１０４での判定の結果、図４の実線２３に示すＶＯＣ濃度が破線２９に示す所定の管理値に達した場合は、ステージ２７−１を終了し、ステージ２７−２のステップ１０７に進む。

（ステージ２７−２）図４に示すステージ２７−２は、活性剤を添加した地下水を地盤５に注水し、浄化壁２１内の地下水の活性剤の濃度を調整する期間である。ステージ２７−２では、図３に示すステップ１０２−２からステップ１０６−２を同時進行で繰り返す。ステージ２７−２では、地上のＶＯＣ処理設備１３での処理を停止する。

（ステップ１０２−２）ステップ１０２−２では、ポンプ（図示せず）等を用いて、揚水井戸３ｂから地盤５内の地下水を揚水する。そして、計測装置１６により、処理後の地下水のＶＯＣの濃度および活性剤の濃度を計測する。

（ステップ１０７）ステップ１０７では、計測した活性剤の濃度が所定の管理値に達したか否かを判定する。図４の実線２５に示す活性剤濃度が破線３１に示す所定の管理値に達していない場合は、ステップ１０５−２に進む。

（ステップ１０５−２、ステップ１０６−２）ステップ１０５−２では、活性剤水溶液タンク１５から、パイプ１１を介して、パイプ９ａ内の地下水に嫌気性微生物を活性化させる活性剤を添加する。このとき、地下水中の活性剤の濃度が図４の破線３１に示す所定の管理値となるようにする。すなわち、破線３１と実線２５との濃度差に相当する量の活性剤を算出して添加する。ステップ１０６−２では、活性剤を添加した地下水を、注水井戸３ａから地盤５に注水する。

（ステージ２７−２の終了）ステージ２７−２では、引き続き揚水と注水を同時に行うことにより、活性剤を含む地下水を均一に拡散させる。ステージ２７−２では、地下水中のＶＯＣを、地盤５内の浄化壁２１中の嫌気性微生物の働きにより分解処理する。そして、ステップ１０７での判定の結果、図４の実線２５に示す活性剤濃度が破線３１に示す所定の管理値に達した場合は、ステージ２７−２を終了し、ステージ２７−３のステップ１０８に進む。

（ステージ２７−３）図４に示すステージ２７−３は、浄化壁２１内の地下水の活性剤の濃度が維持されていることを確認する期間である。ステージ２７−３では、図３に示すステップ１０２−３からステップ１０６−３を同時進行で繰り返す。ステージ２７−３では、揚水された地下水への活性剤の添加を停止する。

（ステップ１０２−３）ステップ１０２−３では、ポンプ（図示せず）等を用いて、揚水井戸３ｂから地盤５内の地下水を揚水する。そして、計測装置１６により、処理後の地下水のＶＯＣの濃度および活性剤の濃度を計測する。

（ステップ１０８）ステップ１０８では、計測した活性剤の濃度が所定の期間維持されているか否かを判定する。図４の実線２５に示す活性剤濃度が破線３１に示す所定の管理値に維持された期間が所定の長さに達していない場合は、ステップ１０６−３に進む。

（ステップ１０６−３）ステップ１０６−３では、揚水した地下水を、注水井戸３ａから地盤５に注水する。

（ステージ２７−３の終了）ステージ２７−３では、引き続き揚水と注水を同時に行って活性剤を含む地下水を均一に拡散させ、地下水中のＶＯＣを、地盤５内の浄化壁２１中の嫌気性微生物の働きにより分解処理する。そして、ステップ１０８での判定の結果、図４の実線２５に示す活性剤濃度が破線３１に示す所定の管理値に維持された期間が所定の長さに達した場合は、ステージ２７−３を終了する。

（ステージ２７−４）図４に示すステージ２７−４は、浄化システム１による維持管理を行なわず、浄化壁２１を微生物分解バリアとして用いる期間である。ステージ２７−３までの工程を一定期間（たとえば１年以下）実施して、ＶＯＣ濃度が十分に低下し、活性剤濃度を適切な管理値に維持した状態で浄化システム１の稼働を止めれば、その後（例えば６ヶ月程度）はメンテナンスフリーの微生物分解バリアにより、コストをかけずに汚染地下水の流入を防止できる。

図３に示すステージ２７−１からステージ２７−３では、必要に応じて、計測装置１６により計測した処理後のＶＯＣの濃度や活性剤の濃度の情報を記憶装置等に記憶させておき、コンピュータ等でこれらの値の変化予測を行うことができる。また、ＶＯＣの濃度の計測値や予測値、これらの値とＶＯＣの濃度の管理値との関係、活性剤の濃度の計測値や予測値、これらの値と活性剤の濃度の管理値との関係等を、表示装置で適宜表示することができる。

次に、浄化システム１を模した室内実験について説明する。図５は、室内実験の実験方法の概要を示す図である。図５に示すように、室内実験では、嫌気性微生物を含む土壌カラム３３と、汚染された地下水に相当する流体が入ったテドラーバッグ３５とをパイプ３７で連結した装置を用いた。そして、同じ土壌カラム３３について、（１）活性剤添加位置３９で微生物の活性剤を添加して、活性剤水溶液を一度通水した場合、（２）活性剤濃度が一定となるように管理しつつ活性剤添加位置３９で活性剤を添加して、活性剤水溶液を複数回循環させた場合について、活性剤添加位置３９で採水し、ＶＯＣ濃度の分析を行なった。

（１）の場合では、汚染物質が分解生成物まで分解するのに、３５日程度を要した。一方で、（２）の場合では、分解期間は７日程度となった。室内実験により、活性剤水溶液を繰り返し循環させるほど、土壌カラム３３内で活性剤が均質に広がって微生物活性が高まり、短期間で汚染物質を分解して地下水を浄化できることが確認できた。

このように、本実施の形態によれば、地下水を揚水した分だけ注水するため、注水のみを行なう場合と比較して、汚染地下水１７の周辺への拡散促進を低減できる。また、揚水を併用するため、活性剤を添加した地下水が汚染地下水１７の流れに垂直な方向に対しても速く動いて活性剤を均質に拡散させることができ、浄化壁２１中に微生物活性が不良な場所が発生しない。さらに、揚水した地下水中の揮発性有機化合物の濃度および活性剤の濃度を計測することにより、活性剤の拡散状況や揮発性有機化合物の分解状況を確実に把握できる。

本実施の形態では、地下水中の活性剤濃度が微生物活性に良好な一定に近い状態となるように活性剤を添加しながら揚水と注水とを繰り返し、微生物活性を持続して高める。これにより、地盤内において速い速度での微生物分解が早期に可能となり、短期間で高性能の浄化壁２１を作成できる。浄化壁２１は、従来の浄化壁よりも汚染物質の分解が速いため、壁厚が薄くても、流速が速いまたは汚染物質の濃度が高い汚染地下水を処理することができる。例えば、従来であれば浄化壁厚さを厚くするために２列の注入井戸が必要な場合でも、本実施の形態によれば、揚水井戸・注水井戸を１列に配置したもので対応でき、工期短縮および工費削減が可能である。

本実施の形態では、揚水した地下水に対して鉄粉を用いた処理を行うことで、地下水を還元状態に維持して再注水することができる。一般的に、ＶＯＣ汚染地下水は、曝気により気化したＶＯＣを活性炭で吸着するなどの方法で浄化処理を行うが、曝気処理では空気中の酸素と大量に接触するため、地下水が好気性雰囲気（酸化状態）となり嫌気性微生物の活性化の阻害要因となったり、酸素により地下水中の活性剤が分解されたりする。本実施の形態では、鉄粉を用いて処理することにより、地下水を還元状態に維持できる。また、地下水中の活性剤の分解を低減し、活性剤の無駄を最小限に抑えることができる。

本発明では、また、ＶＯＣ濃度や活性剤濃度が所定の管理値に達した後、ＶＯＣの処理や活性剤の添加を省略することにより、浄化にかかる経費を削減することができる。本発明では、所定の期間、活性剤の濃度が所定の管理値に維持されていることを確認し、揚水および注水を終了した後にも、維持管理を行なうことなく浄化壁２１の微生物分解バリアが機能する。

なお、本実施の形態では、図２に示すように、敷地４内の地盤５に汚染地下水１７が流入するのを防ぐために浄化システム１を設置したが、浄化壁２１の用途はこれに限らない。

図６は、汚染物質の流出を防ぐために浄化システム１を設置した例を示す図である。図６に示す例では、地盤５ａ内を矢印Ｄに示す方向に流れる汚染地下水１７が敷地４ａの外部に流出するのを防ぐため、本実施の形態で述べた浄化システム１を敷地４ａの下流側の境界部分に設置している。汚染地下水１７は浄化壁２１によって浄化され、浄化された地下水１９が矢印Ｅに示す方向に流れ出る。

本実施の形態では、揚水した地下水中のＶＯＣを、ＶＯＣ処理設備１３に充填された鉄粉により処理したが、活性炭や、鉄粉と活性炭との混合物を用いて処理してもよい。

また、本実施の形態では、図３に示すように、揚水した地下水のＶＯＣの濃度が所定の管理値に達した場合に、ＶＯＣ処理設備１３による地上でのＶＯＣ処理を終了したが、ＶＯＣの濃度が所定の管理値に達した場合にも地上でのＶＯＣ処理を継続してよい。

さらに、本実施の形態では、図１に示すようにシール層７を形成したが、本発明の地下水の浄化方法では、揚水を行なっており、注水しても地下水位が上昇することは軽減されるため、シール層７は必ずしも必要でない。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………浄化システム
３………井戸
３ａ………注水井戸
３ｂ………揚水井戸
５………地盤
１３………ＶＯＣ処理設備
１５………活性剤水溶液タンク
２１………浄化壁

Claims (5)

1. 原位置での地下水の浄化方法であって、
   地盤に、複数の井戸を、前記複数の井戸の並列方向が地下水の流れの方向と略垂直となるように設置する工程（ａ）と、
   前記複数の井戸のうちの揚水井戸から地下水を揚水する工程（ｂ）と、
   揚水した前記地下水に含まれる揮発性有機化合物を処理する工程（ｃ）と、
   揚水した前記地下水に、嫌気性微生物を活性化させる活性剤を、前記活性剤の濃度が所定の管理値となるように添加する工程（ｄ）と、
   前記複数の井戸のうちの注水井戸に、揚水した前記地下水を注入する工程（ｅ）と、
   を具備し、
   前記工程（ａ）の後、揚水した前記地下水中の前記揮発性有機化合物の濃度および前記活性剤の濃度を計測しつつ、前記工程（ｂ）から前記工程（ｅ）を繰り返し、
   前記揚水井戸と注水井戸が前記地下水の流れの方向と略垂直の方向に交互に配置され、揚水と注水により地下水の流れの方向に対して垂直な方向に地下水が移動することを特徴とする地下水の浄化方法。
2. 前記工程（ｃ）で、鉄粉または／および活性炭を用いて前記揮発性有機化合物を処理することを特徴とする請求項１記載の地下水の浄化方法。
3. 前記工程（ｂ）から前記工程（ｅ）の繰り返しにおいて、
   前記揮発性有機化合物の濃度が所定の管理値に達した場合、前記工程（ｃ）を省略することを特徴とする請求項１記載の地下水の浄化方法。
4. 前記工程（ｂ）から前記工程（ｅ）の繰り返しにおいて、
   前記工程（ｄ）の前に計測した前記活性剤の濃度が前記所定の管理値に達した場合、前記工程（ｄ）を省略することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の地下水の浄化方法。
5. 前記活性剤の濃度が前記所定の管理値付近に所定の期間維持されていることを確認した後、前記工程（ｂ）から前記工程（ｅ）の繰り返しを終了することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地下水の浄化方法。

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