JP6195148B2 - 微生物栄養源注入装置 - Google Patents

Description

本発明は化学物質によって汚染された土壌および地下水を浄化するため、土壌中の微生物を活性化させる栄養源を地中に注入する微生物栄養源注入装置に関するものである。

化学物質によって汚染された土壌および地下水は、人ばかりでなく生物界全体のバランスを崩す問題であり、環境保護的な観点から何らかの対策が必要である。また、汚染された土壌および地下水を放置しておくのは、人の活動領域を制限することに繋がり経済的な観点からも対策が必要である。

従来、化学物質で汚染された土壌および地下水を浄化するためには、石灰法、鉄粉法、土壌掘削置換法、土壌湿気式洗浄法、バイオレメディエーション法など様々な方法が提案されている。土壌および地下水の汚染は、広範囲に広がる場合が多く、土壌そのものを置換するといった方法は、規模および経費が莫大となる。

大規模な工事を必要とせず、原位置で経済的に土壌および地下水を浄化する方法の１つとしては、バイオレメディエーション法が好適であるといわれる。これは、土壌および地下水中の好気性若しくは嫌気性の微生物に汚染物質である化学物質を分解させる方法である。

クロストリジウム属の微生物は嫌気性雰囲気中で、有機物を分解し、酢酸等に分解する。その工程中に水素を放出する。この水素は、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエチレンといった有機塩素系化合物の塩素と置換し、これらの化学物質を浄化することができる。すなわち、嫌気性雰囲気下で発生した水素による還元反応で、有機塩素系化合物を脱塩素化し、化学物質を浄化することができる。

特許文献１には、このような微生物の栄養源の供給方法として、原液のソルビトールを２段階希釈を行い、２０００ｐｐｍに希釈した栄養源を土中に供給する装置が開示されている。

特開２００９−１１９３９号公報（特許第５０２３８５０号）

特許文献１で開示された栄養源注入装置は、ソルビトールを主剤とした栄養源を２段階で希釈することで、濃度管理を行いやすくしている。しかしながら、２段階で希釈するため、希釈タンクを用いる。希釈タンク中では、希釈用の水がソルビトールと会合し、貯留状態となる。また、希釈タンク中は、保温状態がよく、好気性微生物の繁殖に好適な雰囲気である。

また、ソルビトールは、微生物にとって、栄養源である。したがって、希釈タンクの中で、希釈されたソルビトールを栄養源として、好気性微生物が爆発的に繁殖することとなる。特に、２０００ｐｐｍまで希釈される第２の希釈タンクでは、好気性微生物にとって、最適な繁殖条件となる。

このように、好気性微生物が繁殖した栄養源は、溶液中に発生した微生物フロックが希釈タンク中に充満する又は、ポンプや注入管中若しくは注入管の出口に詰まり、注入装置自体にダメージを与えるおそれが高い。特に温暖な地域においては、好気性微生物の繁殖は起こりやすいといった課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みて想到されたものであり、比較的温度の高い地域であっても、栄養源の希釈液中の好気性微生物の繁殖を抑制し、土壌および地下水中に栄養源を供給できる微生物栄養源注入装置を提供するものである。

より具体的に本発明に係る微生物栄養源注入装置は、
原液の栄養源を貯留する原液タンクと、
水を移送する水移送配管と、
前記水移送配管に設けられた１つの移送ポンプと、
前記移送ポンプの下流側の前記水移送配管に設けられた流量計と、
前記原液タンクに接続された原液注入ポンプと、
前記移送ポンプにより送水される前記水移送配管中の前記水と前記原液注入ポンプからの前記原液の栄養源を混合するラインミキサと、
前記ラインミキサの排水口に接続された送液管と、
前記送液管に接続され土壌および地下水を浄化するために掘られた複数の井戸のそれぞれの中に設置された注入管を有し、
前記栄養源は化学物質によって汚染された土壌中の微生物を活性化させるために前記注入管に送られ地中に注入され、
前記送液管に連結された分岐管と、
前記分岐管毎に設けられた切替弁と、
前記切替弁の下流側にそれぞれ接続された前記注入管と、
前記切替弁に接続された制御装置をさらに有し、
前記制御装置は前記ラインミキサにより前記水と混合され希釈された前記栄養源を前記複数の井戸のそれぞれの注入レートに基づき前記切替弁を切り替えながら前記希釈された前記栄養源を前記複数の井戸に順次注入することを特徴とする。

本発明は、複数の井戸に対して１つの移送ポンプを用いて、前記複数の井戸のそれぞれの注入レートに基づき、ポンプを止めることなく、またポンプの送水レートを変更することなく、栄養源を供給することができる。また、原液状態の栄養源を希釈する際に、水と栄養源を直接ラインミキサで撹拌し、そのまま土壌および地下水中に注入する。そのため希釈された栄養源が貯留されることなく、土壌および地下水中に注入される。したがって、微生物フロックによって配管が詰まるといった問題を抑制することができる。

本発明に係る微生物栄養源注入装置の構成を示す図である。 微生物栄養源注入装置の他の態様の構成を示す図である。 図２の微生物栄養源注入装置の処理フローを示す図である。 微生物栄養源注入装置の他の態様の構成を示す図である。

以下本発明に係る微生物栄養源注入装置を説明する。なお、以下の説明は本発明の１実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、変更することができる。

（実施の形態１）
図１に本発明に係る微生物栄養源注入装置１の構成を示す。微生物栄養源注入装置１は、原液の栄養源を貯留する原液タンク１０と、原液注入ポンプ１２と、水の供給源１４と、移送ポンプ１６と、ラインミキサ１８を含む。

原液タンク１０は、原液の栄養源を貯留するタンクである。材質は特に限定されない。微生物栄養源注入装置１は浄化すべき場所で設置し、稼働させるので、ポリタンクといった軽量の材質が望ましい。原液タンク１０には、内部に貯留した原液の栄養源を排出するための排水口１０ｏｕｔが設けられる。排水口１０ｏｕｔには、配管２２が連結される。

配管２２には、原液注入ポンプ１２が設けられている。原液注入ポンプ１２は、高粘度低流量に対応できるポンプであればよい。特にダイヤフラムポンプが好適に利用できる。ダイヤフラムポンプは、金属等の薄膜を変形させることで、液体を吸入し、排出するポンプで、微小流量を精度よく送り出すことができる。

水の供給源１４は、原液を希釈するための水を供給する。水の供給源１４は、地下水でもよいし、微生物栄養源注入装置１を設置する場所で確保できる工業用水や水道水であってもよい。図１では、水の供給源１４は、水を入れたタンクとして表している。水の供給源１４には、水移送配管２３が連通されている。

水移送配管２３には、移送ポンプ１６が設けられる。また、移送ポンプ１６の下流には流量計２０が設けられてもよい。ここで測定される流量が土壌および地下水中の注入管２６への注入量となる。

ラインミキサ１８は、第１入水口１８ａと第２入水口１８ｂを有し、１つの排水口１８ｃを有する。ラインミキサ１８は、第１入水口１８ａと第２入水口１８ｂから投入された液体を混合し、排水口１８ｃから排出する。より具体的には、筒状の筐体の内部にスクリュー状の流路を形成したスタティックラインミキサやベンチュリーオリフィスを利用したもの等が好適に利用できる。

第１入水口１８ａは配管２２で原液注入ポンプ１２と連通され、第２入水口１８ｂは、水移送配管２３で水の供給源１４と連通される。また、排水口１８ｃには、配管２４が接続される。なお、配管２４は特に送液管２４とも呼ぶ。

なお、ここでは、ラインミキサ１８には第１入水口１８ａと第２入水口１８ｂがあるものとして説明を行うが、ラインミキサ１８の上流ですでに配管２２と水移送配管２３が接続されていてもよい。その場合は、ラインミキサ１８の入水口は１つである。

以上の構成を有する微生物栄養源注入装置１の動作について説明する。原液タンク１０に貯留されている栄養源は、ソルビトール８３％、グリセリン１４％、非イオン界面活性剤３％、からなる。すなわち、ソルビトールが高濃度で含有される溶液である。これらの材料は原液タンク１０中に投入され、原液タンク１０中で撹拌される。

原液注入ポンプ１２が駆動することで所定量の原液の栄養源が配管２２中を移送される。一方、移送ポンプ１６が駆動すると所定量の水が水移送配管２３中を移送される。原液の栄養源と水は、第１入水口１８ａと第２入水口１８ｂからそれぞれラインミキサ１８中に導入され、ラインミキサ１８中で混合される。

このラインミキサ１８への栄養源と水の移送量で栄養源の希釈度を決める。

具体的には、ラインミキサ１８の排出時に、栄養源が１０００ｐｐｍになる程度に流量を決める。この濃度は、例えば水を１０Ｌ／分に対して、栄養源を１０ｍＬ／分の割合で流すなどすることで、実現することができる。

ラインミキサ１８の排水口１８ｃからは、希釈された栄養源が、送液管２４を介して、排出され井戸の中に設置された注入管２６に送られる。このように本発明の微生物栄養源注入装置１では、原液の栄養源と水を空気に触れることなく希釈し、土壌および地下水中に注入するので、希釈された栄養源に好気性微生物のフロックの発生を抑制することができる。

（実施の形態２）
図２に本実施の形態に係る微生物栄養源注入装置２の構成を示す。実施の形態１で示した微生物栄養源注入装置１と同じ部分については同じ符号を付し、説明は省略する。微生物栄養源注入装置２は、複数の井戸に対して、順に希釈された栄養源を注入する。

浄化すべき土壌および地下水は、地層の状況によって、注入レートに制限を受ける場合がある。例えば、砂礫、砂、粘性土など土質の状態によって透水性が異なる。このような場合は、微生物の栄養源を注入できる注入レートは異なる。また、複数の井戸に対して、１つのポンプを使って注入しなければならない場合もある。土壌および地下水を浄化するために、多くの井戸を掘った場合、井戸の数だけポンプを設置するのは、運搬、コストといった点でできない場合があるからである。

このような場合は、１つのポンプで複数の井戸に栄養源を供給する必要もある。微生物栄養源注入装置２はそのような場合に好適に利用することができる。

以後、井戸は３本あるとして説明を続けるが、３本に限定されるものではなく、複数本であれば、何本であってもよい。また、井戸はそれぞれ井戸Ａ、井戸Ｂ、井戸Ｃとする。微生物栄養源注入装置２は、ラインミキサ１８の排水口１８ｃに接続された送液管２４から複数の分岐管２４ａ〜２４ｃが設けられる。それぞれの分岐管は別々の井戸Ａ〜Ｃに配設された注入管２６ａ〜２６ｃに接続される。

各注入管２６ａから２６ｃの直前の分岐管２４ａ〜２４ｃには、切替弁３０ａ〜３０ｃが設けられる。切替弁３０ａ〜３０ｃには、電磁弁、電動弁など電気信号によって開閉する機能を備えた弁が好適に利用できる。また、各切替弁３０ａ〜３０ｃを制御する制御装置４０も設けられる。なお、制御装置４０は、移送ポンプ１６および原液注入ポンプ１２と接続され、それぞれを制御することができる構成としてもよい。

制御装置４０には、メモリ４１を含む。メモリ４１には、各井戸Ａ〜Ｃに注入すべき時間割が記録されている。時間割とは、どの井戸にどれだけの時間連続して栄養源を供給するかを示す情報である。上述したように、透水性の違いによって決まる注入レートに基づくものであってもよいし、測定されたＶＯＣ濃度に基づいて決められたものであってもよい。

例えば、井戸Ａおよび井戸Ｂだけがあるとし、井戸Ａは５Ｌ／分の注入レートでしか栄養源を注入できず、井戸Ｂは、１５Ｌ／分の注入レートで栄養源を注入できるとする。これらの井戸の注入レートの違いは、主として、それぞれの井戸が設けられた透水層の透水性の違いである。または、井戸の深さである場合もある。

この場合、ポンプの送水量を２０Ｌ／分とすると、井戸Ａには、１５秒間栄養源を注入し、４５秒間待機すれば、注入レート５Ｌ／分を実現したことになる。井戸Ａが待機状態にある間は、井戸Ｂに注入すればよい。

また、井戸Ｂでは、井戸Ａから注入が切り替えられた時から、４５秒間で１分間の注入レートである１５Ｌが注入されてしまう。そして１５秒間待機すれば、井戸Ｂの注入レートが実現される。

井戸への注入レートが異なると、通常は注入レートの異なるポンプを用意しなければならない。ポンプの送水量を数分毎に変えるのは、容易でないからである。しかし、このように、一定時間毎に注入先を変更することで、ポンプの送水量を一定にしたままで、注入レートが異なる複数の井戸に栄養源を注入することができる。

また、各井戸の透水性がほぼ同じである場合は、同じ時間だけ栄養源を注入してもよい。また、地中のＶＯＣの量に応じて、注入時間に多寡をつけてもよい。いずれの場合にしても、各井戸への注入量は加算され、総注入時間が管理される。

次に微生物栄養源注入装置２の動作について図３の処理フローを用いて説明する。ここでは、先に説明したように、井戸は３つあるとしている。微生物栄養源注入装置２がスタートすると（ステップＳ１００）、初期設定を行う（ステップＳ１０２）。初期設定としては、各井戸への時間割のロード、時間変数の初期化といった制御装置４０の準備を行うと共に、移送ポンプ１６の初期化も行う。移送ポンプ１６の初期化とは、移送ポンプ１６の送水量が安定するまで、送水先を各井戸に切り替えながら送水するという動作である。このとき、原液注入ポンプ１２も稼動させてもよい。

移送ポンプ１６の送水量は、予め決められている。これは移送ポンプ１６の能力などで決められる。また、ここでは、井戸Ａへの総注入時間がＴＡ、井戸Ｂへの総注入時間がＴＢ、井戸Ｃへの総注入時間をＴＣとする。これらの総注入時間は、ポンプの送水量と、各井戸へ供給する栄養源の総量から算出される。

各井戸へ供給する栄養源の総量は、予め井戸中のＶＯＣの含有量を調べておき、その値から予定されるものであってよい。また、それぞれの井戸への連続注入時間（分／回）をｔａ、ｔｂ、ｔｃとする。連続注入時間とは、１度の注入で連続注入できる時間である。これらは、各井戸への注入レートおよび井戸の体積、注入レートを満足させるための待機時間によって決められる。

より詳しくは、各井戸において、注入レート以上の送水を行い、なおかつ注入レートを満足させるためには、連続注入時間の間、栄養源を注入した後に待機時間を設ける必要がある。その待機時間は、他の井戸への連続注入時間の合計より短くなければならない。そうしなければ、井戸があふれるか、ポンプを停止しなければならないからである。連続注入時間は、これらの条件を満足し、ポンプを稼動させたまま、各井戸へ順次栄養源を注入できるように設定される。これらの時間は時間割に予め記録されている。

また、時間変数が各井戸毎に設けられる。ここではそれぞれＳｍａ、Ｓｍｂ、Ｓｍｃとする。時間変数とは、各井戸への注入時間を合計した時間を示す。初期化では、各時間変数はゼロに設定される。

制御装置４０および移送ポンプ１６の初期化が終了したら、井戸Ａの時間変数Ｓｍａが総注入時間ＴＡより長くなったか否かを判断する（ステップＳ１０４）。時間変数Ｓｍａが総注入時間ＴＡより長くなければ（ステップＳ１０４のＮ分岐）、井戸Ａへの注入を開始する。具体的には、切替弁３０ａを開き、切替弁３０ｂ、３０ｃは閉じる。井戸Ａの連続注入時間がｔａであるので、制御装置４０は、ｔａの時間だけ井戸Ａに栄養源を注入する（ステップＳ１０６）。

井戸Ａへの連続注入時間ｔａが経過したら、制御装置４０は、時間変数Ｓｍａにｔａを加算し、新たなＳｍａとする（ステップＳ１０８）。

時間変数Ｓｍａが総注入時間ＴＡより長ければ（ステップＳ１０４のＹ分岐）、井戸Ａへの注入は終わったと判断し、ステップＳ１１０に移行する。なお、制御装置４０内では、終了のフラグを設定するなどして、井戸Ａの終了状態を参照可能にしておく。

ステップＳ１１０は井戸Ｂに関する処理である。ここでの処理は、井戸Ａでの処理であるステップＳ１０４からステップＳ１０８と同様の処理を行う。すなわち、次に時間変数Ｓｍｂと総注入時間ＴＢを比較し（ステップＳ１１０）、井戸Ｂに引き続き注入する必要があると判断したら、井戸Ｂへ注入を切り替える（ステップＳ１１２）。つまり、切替弁３０ａを閉じ、切替弁３０ｂを開く。なお、切替弁３０ｃは閉じたままである。そして、連続注入時間ｔｂの間栄養源を注入するという処理を行う。時間変数Ｓｍｂの更新（ステップＳ１１４）も井戸Ａ同様に行う。また、これらのステップは井戸Ｃについても行われる（ステップＳ１１６〜Ｓ１２０）。

井戸Ａから井戸Ｃまでのフローが一巡したら、井戸Ａから井戸Ｃまでの全ての注入作業が終了したか否かを判断する（ステップＳ１２２）。これは井戸への注入が終了した時点で設けられたフラグなどで参照することができる。全ての井戸について注入が終了していれば（ステップＳ１２２のＹ分岐）、処理を終了し、微生物栄養源注入装置２を停止させる（ステップＳ１２４）。注入が終了していなければ（ステップＳ１２２のＮ分岐）、またステップＳ１０４に戻る。

以上のように微生物栄養源注入装置２は、複数の井戸に対して、ポンプを止めることなく、またポンプの送水レートを変更することなく、栄養源を供給することができる。

（実施の形態３）
図４に微生物栄養源注入装置３の構成を示す。実施の形態１および２と同じ要素の部分は、同一番号を付し、説明を省略する。微生物栄養源注入装置３は、水の供給源１４に、水供給タンク１４ａを有する。水供給タンク１４ａは供給される水を一時貯留するタンクである。そして、水供給タンク１４ａ中に、ＵＶ照射装置３２と塩素投入手段３４を有する。なお、ＵＶ照射装置３２と塩素投入手段３４は少なくともいずれか一方があればよい。もちろん、両方備えていてもよい。また、送液管２４と注入管２６は抗菌性材料を用いる。

栄養源を地中に注入する際には、希釈された栄養源が流れる配管中に好気性微生物が大量に発生する。これらは、特に栄養源が希釈されるラインミキサ１８以後の送液管２４（分岐管を含む）および注入管２６（以後「配管等」と呼ぶ。）、井戸内で発生する。これらの微生物の大量発生は、配管等を詰まらせる原因となるため、好ましくない。

そこで、微生物栄養源注入装置３では、水供給タンク１４ａ内にＵＶ照射装置３２を設け、水中の好気性微生物を除去する。また、塩素投入手段３４によって塩素を投入することで好気性微生物の発生を抑える。また、好気性微生物が大量に発生する送液管２４および注入管２６を抗菌性材料で構成する。このような構成にすることで、配管等及び井戸内の微生物の大量発生を抑制することができる。

本発明に係る微生物栄養源注入装置は、バイオレメディエーションを行う際に好適に利用することができる。

１、２、３ 微生物栄養源注入装置
１０ 原液タンク
１０ｏｕｔ （原液タンクの）排水口
１２ 原液注入ポンプ
１４ 水の供給源
１４ａ 水供給タンク
１６ 移送ポンプ
１８ ラインミキサ
１８ａ （ラインミキサの）第１入水口
１８ｂ （ラインミキサの）第２入水口
１８ｃ （ラインミキサの）排水口
２０ 流量計
２２ 配管
２３ 水移送配管
２４ 送液管（配管）
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 分岐管
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 注入管
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 切替弁
３２ ＵＶ照射装置
３４ 塩素投入手段
４０ 制御装置
４１ メモリ

Claims (3)

1. 原液の栄養源を貯留する原液タンクと、
   水を移送する水移送配管と、
   前記水移送配管に設けられた１つの移送ポンプと、
   前記移送ポンプの下流側の前記水移送配管に設けられた流量計と、
   前記原液タンクに接続された原液注入ポンプと、
   前記移送ポンプにより送水される前記水移送配管中の前記水と前記原液注入ポンプからの前記原液の栄養源を混合するラインミキサと、
   前記ラインミキサの排水口に接続された送液管と、
   前記送液管に接続され土壌および地下水を浄化するために掘られた複数の井戸のそれぞれの中に設置された注入管を有し、
   前記栄養源は化学物質によって汚染された土壌中の微生物を活性化させるために前記注入管に送られ地中に注入され、
   前記送液管に連結された分岐管と、
   前記分岐管毎に設けられた切替弁と、
   前記切替弁の下流側にそれぞれ接続された前記注入管と、
   前記切替弁に接続された制御装置をさらに有し、
   前記制御装置は前記ラインミキサにより前記水と混合され希釈された前記栄養源を前記複数の井戸のそれぞれの注入レートに基づき前記切替弁を切り替えながら前記希釈された前記栄養源を前記複数の井戸に順次注入することを特徴とする微生物栄養源注入装置。
2. 前記水移送配管が連結された水供給タンクをさらに有し、
   前記水供給タンクには、ＵＶ照射装置若しくは塩素投入手段の少なくともいずれかが設けられていることを特徴とする請求項１に記載された微生物栄養源注入装置。
3. 前記ラインミキサの排水口より下流側の送液管および注入管が抗菌性材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかの請求項に記載された微生物栄養源注入装置。