JP6599186B2

JP6599186B2 - 微生物による浄化方法

Info

Publication number: JP6599186B2
Application number: JP2015180536A
Authority: JP
Inventors: 芳章萩野; 英一郎今安; 和久福永; 信彦山下; 知也新村
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Fudo Tetra Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Fudo Tetra Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: JP2017056373A

Description

本発明は、シアン化合物の有害物質で汚染された地下水又は地盤などの地下領域を、原位置に生息する微生物を利用して浄化する方法に関するものである。

シアン化合物は、高い反応性を有し、医薬、農薬、プラスチック製造、電気メッキなどの化学製造工場、金属加工工場あるいはガス製造工場等において大量に使用され、あるいは副生成物として発生することから、これらの工場から不可避に地盤中に漏洩することがある。シアン化合物は毒性が高いことから、地下水中には検出されないことが法により定められている。すなわち、環境中に排出されたシアン化合物は、微生物等により速やかに分解除去されることが望ましい。

シアン化合物は高い水溶性を示すため、一度地下水中に放出されるとその流れによって汚染が短時間で広範囲に拡散する。このような場合、原位置での対策が、コスト面及び環境面から適切なものとなる。すなわち、シアン化合物の浄化方法としては、バイオレメディエーション手法を利用した方法が有効である。

一方、特開２００５−２１７５９号公報には、硝酸イオンを含んだ淡水を汚染土壌に添加した後の汚染土壌に含まれる水中のＯＲＰ（酸化還元電位・銀／塩化銀電極基準）を測定し、測定されたＯＲＰを−１００ｍＶ以上＋３００ｍＶ以下に維持するように、淡水の添加量を制御する汚染土壌の浄化方法が開示されている。

特開２００５−２１７５９号公報

しかしながら、特開２００５−２１７５９号公報の汚染土壌の浄化方法は、油分、芳香族系炭化水素、含ハロゲン炭化水素を含有する汚染土壌の浄化であり、シアン化合物を対象としたものではない。

従って、本発明の目的は、シアン化合物で汚染された地下領域を微生物により浄化する改良されたバイオスティミュレーション手法を提供することにある。

かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、シアン化合物分解微生物は、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下の条件下において、増殖し易いことを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、上記課題を解決したものであり、シアン化合物で汚染された汚染地下領域に栄養源を投入し、且つ該汚染地下水の酸化還元電位（ＯＲＰ）を−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下とし、生息するシアン化合物分解微生物を原位置で増殖させて汚染地下領域を浄化する工程を行うことを特徴とする微生物による浄化方法を提供するものである。

また、本発明は、該汚染地下水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を０〜１．０ｍｇ/ｌとすることを特徴とする前記微生物による浄化方法を提供するものである。

また、本発明は、該汚染地下領域に酸素水を投入することを特徴とする前記微生物による浄化方法を提供するものである。

また、本発明は、該ＯＲＰが−２００ｍＶ以上、１００ｍＶ以下であることを特徴とする前記微生物による浄化方法を提供するものである。

また、本発明は、汚染領域に設置された揚水井戸から地下水を汲み上げ、地上にて該地下水のＯＲＰを−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下として微生物の増殖培養を行い、増殖培養された培養液を汚染領域の地下水に注入することを特徴とする前記微生物による浄化方法を提供するものである。

また、本発明は、前記培養液の注入は、汚染領域に設置された注入井戸に注入するものであることを特徴とする前記微生物による浄化方法提供するものである。

また、本発明は、前記培養液の注入は、地盤攪拌混合装置を用いて、地盤を攪拌しつつ添加注入するものであることを特徴とする前記微生物による浄化方法提供するものである。

本発明によれば、地下水中のシアン化合物の分解が進む。このため、浄化期間が短縮され、施工コストを低減できる。

本発明において、シアン化合物としては、無機シアン化合物及び有機シアン化合物が挙げられる。これらのシアン化合物には、ニトリル化合物、金属シアノ錯体等が含まれる。ニトリル化合物としては、例えば、アセトニトリル、ジニトリル類及びトリニトリル類が挙げられる。また、金属シアノ錯体としては、例えば、鉄シアノ錯体、銅シアノ錯体、銀シアノ錯体及びニッケルシアノ錯体が挙げられる。これら例示されたシアン化合物は、１種単独又は２種以上を含むものである。

本発明において、汚染された地下領域としては、汚染された地下水及び汚染された地下地盤が挙げられる。また、地下地盤としては、砂地盤、シルト地盤、粘土地盤あるいは砂分を含むシルト地盤又は粘土地盤である。砂分を含むシルト地盤又は粘土地盤としては、砂層とシルト・粘土層の互層地盤が挙げられる。互層地盤としては、砂層とシルト・粘土層の２層構造を含む地盤、特に、砂層とシルト・粘土層と砂層の３層構造を含む地盤が例示される。

本発明の微生物の浄化方法においては、先ず、汚染地下領域に栄養源を投入し、且つ該汚染地下水の酸化還元電位（ＯＲＰ）（銀/塩化銀基準）を特定範囲内とし、生息するシアン化合物分解微生物を原位置で増殖させて汚染地下領域を浄化する工程（Ｉ工程）を行う。栄養源としては、公知のものでよく、例えば、酸素、空気、窒素源やリン源等の栄養塩、グルコース、フルクトース、スクロース等の糖類等が挙げられる。これらの添加により、汚染地下領域（汚染サイト）に存在する有害物質分解微生物を増殖、活性化することができる。栄養源の添加は、適宜の間隔で複数回行ってもよい。また、Ｉ工程において、栄養源の他に、ｐＨ調整剤を投入してもよい。

Ｉ工程において、汚染領域に分散して設置された揚水井戸（観測井戸）から地下水を採取し、揚水井戸毎に採取された地下水の酸化還元電位を測定し、必要により浄化レベルを測定する。揚水井戸の設置は、汚染領域において注入井戸近傍又はそれよりやや下流で、均等に分散して設置するのが好ましい。地下水の酸化還元電位は、公知の酸化還元電位計で測定できる。また、浄化レベルは、公知の方法で測定でき、地下水中の微生物濃度又は有害物質の濃度で判断する方法が好ましい。

Ｉ工程において、地下水の酸化還元電位は、−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下、好ましくは−２００ｍＶ以上、１００ｍＶ以下であり、特に−２００ｍＶ以上、８０ｍＶ以下である。汚染地下水の酸化還元電位が、この範囲にあれば、シアン化合物分解微生物の増殖が進む。このような酸化還元電位は、地下水に酸素水を投入することで、制御することができる。一般的に地下水の酸化還元電位は、−４００ｍＶ〜−３００ｍＶであり、これに酸素水を投入することで、酸化還元電位を高めることができる。本発明において、汚染地下水の酸化還元電位を−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下とするには、酸素水を汚染地下水の対象領域に注入し、あわせて観測井戸で酸化還元電位を測定し、上記酸化還元電位の値となったところで酸素水の注入を停止すればよい。なお、酸素水の注入速度は、０．５〜３．０リットル/分の範囲で行うことが好ましい。また、継続して、地下水の酸化還元電位を−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下とするには、例えば１週間毎あるいは１ヶ月毎に酸素水の再注入を開始すればよい。

酸素水は、公知の酸素水を使用すればよい。すなわち、空気中に置いた水には平衡状態２０℃で１リットル当たりおよそ９．３ミリグラムの酸素が溶解しているが、酸素水は、その２〜４倍の酸素が含まれているものである。また、Ｉ工程において、汚染地下水の溶存酸素濃度（ＤＯ）は、０〜１．０ｍｇ/ｌが好ましい。汚染地下水のＤＯが、当該範囲であれば、シアン化合物分解微生物の増殖は進む。

本発明のＩ工程において、汚染地下領域に栄養源や酸素水を投入する方法としては、汚染領域に分散して設置された注入井戸から栄養源や酸素水を投入する方法および汚染領域に対して地盤攪拌混合装置を使用し、地盤を攪拌しつつ栄養源や酸素水を投入する方法が挙げられる。

汚染領域に分散して設置された注入井戸としては、例えば、汚染領域に対してブロック毎に分け、該ブロック毎に均等に設置すること好ましい。すなわち、注入井戸の設置は、汚染領域全体に対して幾つかのブロックに平面視面積が略同じになるように分け、該ブロック内において、均等に設置することが好ましい。なお、一つのブロック内における注入井戸の設置ピッチは、８〜１２ｍ、好適には約１０ｍである。一つのブロックは、注入井戸を結ぶことで形成される三角形以上の多角形又は円形であり、且つ平面視での面積が、概ね５０〜３００ｍ^２、特に７０〜１５０ｍ^２程度のものである。すなわち、ブロックを形成する多角形状の各角又は円形の中心には、少なくとも注入井戸が設置されるか、あるいは地盤攪拌混合する位置である。

汚染領域に対して地盤攪拌混合装置を使用し、地盤を攪拌しつつ栄養源や酸素水を投入する方法において、地盤攪拌混合装置としては、地盤改良分野における公知の装置を使用することができ、例えば、回転軸駆動手段により回転される中空の回転軸と、該回転軸の下方に放射状に設けた１以上の攪拌翼と、前記回転軸の中空部に配設され、一端が地上の供給手段に接続され他端が攪拌翼近傍の吐出口に接続される栄養源等供給管とを備える装置が挙げられる。また、地盤攪拌混合装置は、注入井戸の設置位置と同じ位置に設置して使用される。なお、地盤攪拌混合装置を使用する場合、注入井戸は設置しなくともよい。地盤攪拌混合装置は、汚染地盤に粘土層を含む砂層とシルト・粘土層の互層地盤において効果を発揮する。すなわち、互層地盤においては、粘土層に有害物質が溜まり易いが、この有害物質を含む部分を深さ方向に攪拌混合することで、帯水層を形成して浄化を促進することができる。Ｉ工程は、汚染地下領域の有害物質を微生物で分解浄化する所定の期間行う。

また、Ｉ工程において、酸素水の投入を行い、酸化還元電位を上記範囲としても、経過時間と共に、地下環境は変化するため、定期的に、酸素水を投入することが好ましい。そして、揚水井戸毎に採取された地下水の酸化還元電位が−２５０ｍＶ以下の場合、酸素水の投入回数を増やすなどの方法を採り、１００ｍＶを超える場合、酸素水の投入を暫く中止するなどの方法を採ればよい。酸素水の投入は、例えば数ヶ月間の浄化期間であれば、その期間中の４日間〜１週間程度の特定の期間であってもよく、この特定の期間は浄化期間中、１回又は複数回であってもよい。すなわち、長い浄化期間全般に亘り、地下水の酸化還元電位が上記範囲にあることが好ましいが、地下水の酸化還元電位が上記範囲から外れる期間が存在してもよい。

本発明において、Ｉ工程途中、汚染領域に設置された揚水井戸から地下水を汲み上げ、地上にて該地下水のＯＲＰを−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下、好ましくは−２００ｍＶ以上、１００ｍＶ以下、特に好ましくは−２００ｍＶ以上、８０ｍＶ以下として微生物の増殖培養を行い、増殖培養された培養液を汚染領域の地下水に注入する工程を行うことが好ましい。この増殖培養工程を行うことで、シアン化合物分解微生物の増殖は一層進む。また、Ｉ工程と同様に、増殖培養工程においても、ＤＯを０〜１．０ｍｇ/ｌとするのがよい。

汲み上げられた地下水中の微生物の増殖培養方法としては、例えば、反応槽を備える培養プラントで行う方法が挙げられる。図１は、汲み上げられた地下水中の微生物を培養プラント２０で増殖培養する方法の一例を示す。培養プラント１０は、反応槽１２、一端が汲み上げポンプ１３に接続し、他端が反応槽１２に接続する地下水供給配管１６、栄養源貯留槽１１、栄養源を反応槽１２に供給する栄養源供給配管１７、酸素水貯留槽２１、酸素水を反応槽１２に供給する酸素水供給配管２３、増殖培養された微生物を含む地下水を注入井戸１に供給する吐出配管１８、栄養源供給ポンプ１４、酸素水供給ポンプ２２および吐出ポンプ１５から構成される。なお、増殖培養液を注入井戸ではなく、地盤攪拌混合装置を用いる場合、吐出配管１８は、Ｉ工程で説明した地盤攪拌混合装置の栄養源等供給配管に接続される。

汚染領域の地下水は、揚水井戸２から汲み上げポンプ１３および地下水供給配管１６を介して反応槽１２に供給される。一方、栄養源貯留槽１１に貯留された栄養源は栄養源供給ポンプ１４および栄養源供給配管１７から反応槽１２に供給される。また、酸素水貯留槽２１に貯留された酸素水は酸素水供給ポンプ２２および酸素水供給配管１７から反応槽１２に供給される。反応槽１２では、酸化還元電位及びＤＯを上記範囲とし、ｐＨ調整剤を添加してｐＨ９．０に調整し、２５℃の温度で反応槽内の地下水表面が静かに揺れる程度に穏やかに攪拌して所定期間培養すればよい。ＯＲＰ値及び微生物の増殖培養の判定は、反応槽１２から適宜の時期にサンプリングを行い決定又は判定される。

増殖培養工程において、所定濃度まで微生物の増殖培養が行われた後、増殖培養された微生物を含む地下水を汚染地下領域に注入する工程を行う。増殖培養液中の分解微生物はシアン化合物の分解に適した微生物群であり、シアン化合物の浄化に有効である。増殖培養された微生物を含む地下水を汚染地下領域に注入する方法としては、注入井戸から注入する方法および地盤攪拌混合装置を使用し、地盤を攪拌しつつ添加、投入する方法が挙げられる。

Ｉ工程又はＩ工程と増殖培養工程の併用工程において、汚染地下領域は、増殖培養された微生物によるシアン化合物の分解浄化が行われる。なお、Ｉ工程途中、増殖培養された微生物を含む培養液は適宜の時期に複数回に分けて添加を行ってもよい。増殖培養工程後の分解浄化において、増殖培養された微生物は、原位置で生息する有害物質分解能を有する微生物であり、シアン化合物の分解浄化が期待できる。

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

（実施例１）
図２に示すように、地下水がシアン濃度４〜６ｍｇ/ｌのシアン化合物で汚染されている地下領域Ｘに、注入井戸を３箇所設け（ＩＷ-１〜ＩＷ-３）、注入井戸の１１ｍ又は２２ｍ下流にそれぞれ揚水井戸を設けた（ＯＷ-１〜ＯＷ-４）。矢板２０で囲まれた汚染領域Ｘに対する浄化は、８月１８日から開始し、１０月１５日に終了した。この期間中、表１に示すように、８月１８日から連続して毎日４日間、１０月９日から１０月１５日の間の４日間、酸素水を注入井戸（ＩＷ-１〜ＩＷ-３）から注入した。酸素水の注入量は、１本の井戸に対して、７００リットルであり、一日約８時間継続して注入した。栄養源は浄化期間中、適宜の時期で添加した。酸素水の添加量は、予め実験室試験において求めておいた。また、揚水井戸（ＯＷ-１〜ＯＷ-４）から汲み上げられた地下水の酸化還元電位（ｍＶ）と地下水中のシアン濃度（ｍｇ/ｌ）を常法により測定した。その結果をそれぞれ表１と表２に示した。なお、地下水中のシアン濃度は表２に示す月日に測定した。また、当該月日に溶存酸素（ＤＯ）を測定したが、ＯＷ-１〜ＯＷ-４から汲み上げられた地下水中のＤＯは０〜１．０ｍｇ/ｌの範囲であった。なお、符号「-」は「測定せず」である。

（比較例１）
図２中、符号ＰＷ１〜３で示す位置にバリア井戸を設け、バリア井戸から酸素水の投入をしなかった以外は、実施例１と同様の方法で行い、地下水の酸化還元電位（ｍＶ）と地下水中のシアン濃度（ｍｇ/ｌ）を測定した。すなわち、比較例１は浄化の対象外であるバリア井戸から汲み上げられた地下水のＯＲＰ等を測定した。その結果を表１及び表２に示す。

表１及び表２の結果から、汲み上げられた地下水の酸化還元電位が−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下、ＤＯが０〜１．０ｍｇ/ｌの井戸においては、地下水のシアン濃度が、４〜６ｍｇ/ｌのものが、０．８〜１．８ｍｇ/ｌまで減少した。これは、上記のＯＲＰ条件下において、シアン化合物分解微生物の増殖が進んだものである。一方、汲み上げられた地下水の酸化還元電位が−３２５ｍＶ以下の井戸においては、地下水のシアン濃度の減少は認められなかった。

（参考例）
＜室内試験（集積培養）＞
シアン化合物で汚染された汚染領域に設置された４地点の揚水井戸からそれぞれ地下水を揚水し、該地下水を混合して試験水として、下記に示すＡ、Ｂ及びＣの各条件において、シアン分解微生物の活性を評価した。評価は、７日目、１４日目、２１日目及び２８日目とし、それぞれシアン濃度及びＯＲＰを測定した。結果を表３に示した。なお、地下水の性状は表４に示した。４地点の揚水井戸から汲み上げられた地下水は原位置において浄化中のものであり、その混合地下水のシアン濃度は、１．０ｍｇ/ｌであった。そして、この室内試験の２８日間の試験結果において、ＯＲＰが−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下のＡ条件は、ＯＲＰが１００ｍＶを超えるＢ条件や、ＯＲＰが−２５０ｍＶを下回るＣ条件に比べて、シアン分解微生物の活性は高く、シアン濃度は４０％減少できた。

（Ａ条件）
三角フラスコに、揚水した地下水３００ｍｌ、栄養剤を０．５％、ｐＨ調整剤を０．７％添加し密封した。次いで、三角フラスコを１００回転/分で振とうし混合液を攪拌した。混合液の表面は僅かに揺れていた。なお、栄養剤は１週間毎に同量を逐次添加し、２５℃で養生した。この混合液の毎週のＯＲＰは、−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下であった。

（Ｂ条件）
三角フラスコに、揚水した地下水１５０ｍｌ、栄養剤を０．５％、ｐＨ調整剤を０．７％添加し密封した。次いで、三角フラスコを１００回転/分で振とうし混合液を攪拌した。混合液の表面は大きく揺れていた。なお、栄養剤は１週間毎に同量を逐次添加し、２５℃で養生した。この混合液の毎週のＯＲＰは、１００ｍＶを超えたものであった。

（Ｃ条件）
三角フラスコに、揚水した地下水５００ｍｌ、栄養剤を０．５％、ｐＨ調整剤を０．７％添加し密封し、静置した。なお、栄養剤は１週間毎に同量を逐次添加し、２５℃で養生した。この混合液の毎週のＯＲＰは、−４００ｍＶ〜−３００ｍＶであった。

本発明によれば、原位置に生息するシアン化合物分解能を有する微生物の増殖が進み、地下水のシアン化合物が微生物分解される。このため、汚染領域全体の浄化期間が短縮され、施工コストを低減できる。

本発明の浄化方法における増殖培養プラントを示す図である。本発明の浄化方法において、実施例及び比較例が行われた汚染領域を示す図である。

１注水井戸
２揚水井戸
１０培養プラント
１１栄養源貯留槽
１２反応槽
１８吐出配管
２０矢板
２１酸素水貯留槽
ＯＷ-１〜４揚水井戸
ＩＷ-１〜３注入井戸
ＰＷ-１〜３バリア井戸
Ｘ汚染領域

Claims

シアン化合物で汚染された汚染地下領域に栄養源を投入し、且つ該汚染地下水の酸化還元電位（ＯＲＰ）を−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下とし、生息するシアン化合物分解微生物を原位置で増殖させて汚染地下領域を浄化する工程を行い、
該工程途中に、汚染領域に設置された揚水井戸から地下水を汲み上げ、地上にて該地下水のＯＲＰを−２５０ｍＶ以上、１００ｍＶ以下として微生物の増殖培養を行い、増殖培養された培養液を汚染領域の地下水に注入することを特徴とする微生物による浄化方法。
該汚染地下水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を０〜１．０ｍｇ/ｌとすることを特徴とする請求項１記載の微生物による浄化方法。
該汚染地下領域に酸素水を投入することを特徴とする請求項１又は２記載の微生物による浄化方法。
該ＯＲＰが−２００ｍＶ以上、１００ｍＶ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微生物による浄化方法。
前記培養液の注入は、汚染領域に設置された注入井戸に注入するものであることを特徴とする請求項１に記載の微生物による浄化方法。
前記培養液の注入は、地盤攪拌混合装置を用いて、地盤を攪拌しつつ添加注入するものであることを特徴とする請求項１に記載の微生物による浄化方法。