JPH10230243A - 微生物による土壌、地下水汚染浄化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機塩素化合物を効率的かつ経済的に、ま
た、周辺環境に悪臭等の負荷を与えるおそれのない処理
技術を提供する。 【解決手段】 有機塩素化合物によって汚染された土壌
１及び／又は地下水２よりなる汚染物を現位置で処理す
る方法において、該汚染物に還元力を持つ嫌気性微生物
の増殖基質を添加して嫌気状態の嫌気層を形成し、前記
有機塩素化合物を脱塩素化する当該表層土壌部に多孔質
の担体を設置して好気性充填層４を形成し、前記嫌気層
４より発生する悪臭ガス、可燃性ガスまたは有機塩素化
合物のガスを分解浄化することを特徴とする微生物によ
る土壌、地下水汚染浄化方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テトラクロロエチ
レン等の有機塩素化合物によって汚染された土壌及び地
下水を現位置で浄化する方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テトラクロロエチレン等の有機塩
素系化合物を含有する溶剤等による土壌や地下水の汚染
が深刻な社会問題になっている。これ等土壌や地下水の
汚染を有効かつ効果的に除去・無害化する処置として、
当該土壌や地下水中の微生物を活性化することにより、
現位置において微生物学的に浄化しようとする技術が現
在実用化されつつあり、汚染物質の掘削や抽出の費用を
要さないことから、低コストで浄化可能な新技術として
期待されている。従来、前記の現位置において微生物学
的に浄化しようとする技術、即ち、現位置浄化技術によ
り、テトラクロロエチレン、ＰＣＰ、四塩化炭素等の塩
素数の大きな化合物からなる溶剤による土壌や地下水汚
染を浄化処理しようとする場合には、これ等汚染物に還
元力を持つ微生物の増殖基質を添加し、土壌を嫌気状態
に置き、嫌気性微生物の作用により還元脱塩素化分解す
る方法が一般的に用いられてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の処理方法にあっ
ては、例えば、汚染物が土壌の場合には、土壌中で硝酸
還元、硫酸還元あるいはメタン発酵等の生物学的還元反
応が生じるため、硫化水素などの悪臭ガスや、メタンガ
スなどの可燃性ガスが発生すること、土壌が硫化鉄など
により変色すること、また、脱塩素化反応が中途で終っ
た場合には塩化ビニルモノマー等の発癌性物質が蓄積す
る等の問題があった。

【０００４】有機塩素化合物の現位置浄化技術としては
上記の他に、メタン資化性細菌、芳香族化合物資化性細
菌などの好気性微生物を利用して酸化分解する処理法も
研究されているが、この処理法では、悪臭等の問題は生
じないものの、テトラクロロエチレンのような塩素数の
大きな有機塩素化合物の酸化による分解は困難であり、
一般的な汚染現場のように複数の汚染物質が並存してい
る場合には適用できないという問題点があった。このよ
な事情から、テトラクロロエチレンのような塩素数の大
きい有機塩素化合物による汚染を効率的かつ経済的に、
また、周辺環境に悪臭等の負荷を与えることなく浄化し
得る処理法が求められていた。

【０００５】本発明は、上記従来の処理法において生じ
る諸問題を解消し、地層の下層における嫌気性条件下の
脱塩素化分解を、表層における嫌気層よりの発生ガスの
好気的分解と平行して行なうことにより、有機塩素化合
物を効率的かつ経済的に、また、周辺環境に悪臭等の負
荷を与えるおそれのない処理法を提供することを課題と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は以下のとおりである。 （１）有機塩素化合物によって汚染された土壌及び／又
は地下水よりなる汚染物を現位置で処理する方法におい
て、該汚染物に還元力を持つ嫌気性微生物の基質を添加
して嫌気状態の嫌気層を形成し、前記有機塩素化合物を
脱塩素化する当該表層土壌部に多孔質の担体を設置して
好気性充填層を形成し、前記嫌気層より発生する悪臭ガ
ス、可燃性ガスまたは有機塩素化合物のガスを分解浄化
することを特徴とする微生物による土壌、地下水汚染浄
化方法。 （２）嫌気性土壌層の地下水位以深に揚水井戸を設置
し、揚水した地下水を好気性担体充填層の表面に散水す
ることを特徴とする前記（１）の微生物による土壌、地
下水汚染浄化方法。 （３）好気性担体充填層に曝気により通気し、分解浄化
工程の進行に対応して、前記曝気による通気を前記好気
性担体充填層下の嫌気性土壌層中を徐々に下方に進行さ
せていくことを特徴とする前記（１）または（２）の微
生物による土壌、地下水汚染浄化方法。

【０００７】（４）曝気による通気が、送風管を介して
ブロワに接続する打込式の井戸によりなされることを特
徴とする前記（３）の微生物による土壌、地下水汚染浄
化方法。 （５）有機塩素化合物によって汚染された土壌及び／又
は地下水よりなる汚染物を現位置で処理する装置が、嫌
気性土壌層の地下水位以深に設置した揚水井戸と該揚水
井戸に揚水ポンプを介して接続する散水管と前記嫌気性
土壌層の表層土壌部上に設置した好気性担体充填層と該
好気性担体充填層に設置した曝気装置からなることを特
徴とする微生物による土壌、地下水汚染浄化装置。 （６）曝気装置がブロワを接続し、徐々に土壌層内を下
方に貫入可能な打込式の井戸構造にされていることを特
徴とする前記（５）の微生物による土壌、地下水汚染浄
化装置。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明を詳しく説明する。
本発明は、汚染土壌に嫌気性微生物の増殖基質となるよ
うな物質、例えばグルコース、酢酸塩類、製糖副産物で
あるモラセス（糖蜜）及びその加工廃液、醸造廃液等と
栄養塩類を添加し、さらに汚染土壌が水で飽和もしくは
それに準ずる状態に至るまで加水することにより、汚染
土壌の環境を嫌気状態となし、嫌気性微生物により汚染
物質である有機塩素化合物の脱塩素化反応を進行させ
る。

【０００９】上記嫌気性微生物による汚染土壌の処理に
あっては、脱塩素化反応に伴って硝酸還元、硫酸還元、
メタン発酵等の生物学的還元反応が副次的に生じるた
め、硫化水素などの悪臭ガスや、メタンガスなどの可燃
性ガスが発生し、また、脱塩素化反応が中途で終った場
合には塩化ビニルモノマー等の発癌性物質が発生する。
硫化水素ガスやメタンガス、塩化ビニルモノマー等の低
塩素化有機化合物は、常温でガス状であり、土壌が水で
飽和された状態であれば、溶解濃度以上の成分は気泡化
して土壌の表層へと移行する。そこで、嫌気状態にある
当該土壌の表層上に好気性担体を層状に充填設置して加
水し、これに上記硫化水素、メタンガス等の嫌気性ガス
が通過するように配すると、これら嫌気性ガスを好気的
に分解する好気性酸化分解菌が好気性担体充填層の表面
に増殖する。

【００１０】上記の好気性酸化分解菌の一部は、低塩素
化有機化合物の酸化分解活性を有するため、上記塩化ビ
ニルモノマー等の低塩素化有機化合物も硫化水素ガスや
メタンガスと同時に分解され、有機塩素化合物の完全分
解も達成される。なお、好気性酸化分解菌の増殖および
ガスの分解速度は、通常嫌気性のガス発生菌のそれに比
較して、数十倍以上速いので、上記好気性担体充填層の
所要容積は、対応する土壌層の数十分の一で充分であ
る。

【００１１】汚染土壌の透水性が或る程度高い場合に
は、嫌気反応の進行に応じて、例えば汚染土壌層に揚水
井戸を貫入し、これに散水管を付設する揚水ポンプを配
管により接続して、汚染土壌層から少量の揚水を行な
い、これを好気性担体充填層に散水することも可能にな
る。このように汚染土壌層中の水を好気性担体充填層に
散水することにより微生物の増殖基質の循環が行なわ
れ、好気性、嫌気性双方の分解菌が活性化されることに
なるので好ましい。即ち、嫌気分解の進行に伴い、供給
した前記基質中に含まれていた有機物、硫酸根などはガ
ス化して好気性の層に移行し、嫌気土壌中から減少す
る。一方、好気性担体充填層では、硫化水素、メタン等
が酸化反応により硫酸、メタノール、蟻酸等になって蓄
積する結果、ｐＨの低下が生ずる。この好気性担体充填
層を水で洗浄することにより、好気性酸化分解の生成物
による阻害を排除し、他方、洗浄後の水は、下方にある
嫌気土壌層中に浸透して、その中に含まれる硫酸、メタ
ノール、蟻酸等の酸化物、有機物は再び嫌気性分解菌の
増殖基質として有効に利用されるので、極めて合理的な
循環系を形成して効率のよい汚染除去がもたらされるこ
とになる。

【００１２】好気性担体充填層に用いる担体の素材とし
ては、それ自体に土壌や地下水に対する汚染性がなく、
通気性があり、加水により固結しない性状のものであれ
ば、いずれの素材でも適用でき、例えばスポンジ、チッ
プ化したバークあるいは木材、綿花、打解樹皮などを挙
げることができ、これらの充分に通気性のある素材を充
填して用いるため、好気性担体充填層には、通常は曝気
により空気を供給する必要はないが、汚染物の分解除去
の進行に応して、土壌中を表層部から徐々に下方に向か
って好気性にしていくために、これに対応して曝気を徐
々に土壌内下方に移行させて空気の供給を行なう。この
ような曝気の移行により、土壌は最終的には好気的酸化
状態となり、土壌中に残存する悪臭ガス、可燃ガス、有
機塩素系ガスや硫化鉄などの還元物質は酸化分解除去さ
れる。

【００１３】なお、上記処理においては、有機塩素化合
物がガス化された状態で酸化分解除去されるため、塩素
数の大きな有機塩素化合物が脱塩素化されるのを待って
行なう必要がある。また、塩素数の少ない有機塩素化合
物を酸化分解するためには、嫌気性土壌からメタンガス
などが供給されることが分解活性維持のために必要であ
ることから、嫌気性土壌を一度に好気状態にすることは
好ましくなく、上記土壌中の曝気の移行は何段階にも分
けて実施することが好ましい。

【００１４】上記の曝気は、装置的には井戸形式のもの
でなされるが、通常の通気用井戸形式のものではなく、
適当なブロワの送風管に接続する先端部にスリットの付
いた打込式の井戸とするのがよく、浄化の進度に対応し
て井戸管を順次継ぎ足しすることで所定深度部位の曝気
による給気を可能にするのでより好ましい。このような
井戸管の順次継ぎ足しは、例えばハンマーや小型のパー
カッション装置を用いることにより、容易に実施でき
る。かような施工法を採用することにより、深度毎に複
数の井戸を設置するなどの大掛かりな工事を伴うことな
く、汚染土壌を徐々に好気的状態に変換していくことを
可能とし、汚染物質をより容易に除去して、汚染された
土壌、地下水の回復をより容易とする。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこの実施例により制限されるものでは
ない。 実施例１ 図１に本発明の処理方法及び処理装置の該略図を示す。
図１において、現位置の地層は不飽和層１、帯水層２、
難透水層３の三種の層から構成されていて、そのうち不
飽和層１と帯水層２の二つの層が汚染状態に置かれてい
る。本例においては前記二種の汚染層は共に透水性の高
い層であるため、浄化対象の地層区分を周辺の地層から
隔離することが好ましく、遮水板６を用いて囲い遮塀す
る。なお難透水層３が存在しない場合には、例えばシー
トバイリング工法により底面の遮水を行ってもよい。

【００１６】上記周辺地層から隔離した浄化対象の地層
区分に、還元力を持つ微生物の増殖基質の水溶液を注入
し、水で飽和状態とする。この時、土壌の性状に応じて
大型のドリル等を用いて汚染土、前記注入した基質の水
溶液および水とを混練することが望ましい。この処理に
より、隔離した不飽和層１と帯水層２の区分を嫌気化
し、嫌気土壌層５を形成させて嫌気性微生物の増殖を計
り、この増殖した嫌気性微生物により有機塩素化合物の
脱塩素化反応の他、硝酸還元、硫酸還元およびメタン発
酵等の生物学的還元反応を旺盛にする。

【００１７】上記のようにして嫌気化した嫌気土壌層５
の上部に、予め、例えばスポンジからなる好気性担体充
填層４を設置して、嫌気土壌層５内の生物学的還元反応
の進行に並行する、好気性担体表面における嫌気性ガス
の好気的分解菌の自然増殖を計る。嫌気性土壌層５にお
いての生物学的還元反応開始後、経時的に汚染土壌層５
から少量の揚水を揚水井戸７と揚水ポンプ８を用いて行
ない、この水を揚水ポンプ８に接続した散水管９によ
り、好気性担体充填層４の表面に散水する。この散水に
より微生物の増殖基質の循環が行なわれ、好気性、嫌気
性双方の分解菌が活性化されることになるので好まし
い。

【００１８】地下水、土壌中の塩素数の大きな有機塩素
化合物が略々脱塩素化されて好気分解可能な塩素数の小
さな有機塩素化合物に変化した時点で打込式曝気井戸１
０を設置し、ブロワ１１を用いて土壌の曝気を行なう。
曝気井戸１０の打ち込み深度は現位置の汚染深度に応じ
て何段階かに分けて徐々に深くしていき、最終的に土壌
全体を好気状態とする。地表部は全体をフード１２で覆
い雨水の影響や万一好気分解が不十分であった場合のガ
スの拡散を防止する。

【００１９】以下に、上記処理法によるテトラクロロエ
チレン（ＰＣＥ）に汚染した土壌、地下水の浄化実験例
及びその結果を説明する。 地層と汚染状況：現位置は表層から６ｍが段丘堆積層か
らなる不飽和層１で、６ｍから１１ｍまでが砂層からな
る帯水層２となっていて、１１ｍ以深は、粘度質の難透
水層４となっている。また、現位置はＰＣＥ汚染の中心
地であり、土壌と地下水の平均的汚染の濃度は、深度５
ｍの地点でそれぞれ土壌が２５０ｍｇＰＣＥ／ｋｇ土
壌、地下水が４５ｍｇＰＣＥ／リットルに達している。
また、１０ｍｇＰＣＥ／ｋｇ土壌以上の高濃度汚染区域
は地表から見て半径が５ｍの円内の地下に存在する。

【００２０】浄化設備の規模：前記半径が５ｍの円内の
高濃度汚染区域内に、この半径で描かれる円に内接して
半径２．５ｍの円形を描くように長さ１１．７ｍの遮水
板６を、上部が地表から５０ｃｍ突出し、下端部が難透
水層４に２０ｃｍ食い込む状態として打ち込んで実験区
を設定し、周辺から隔離した。隔離した実験区の土壌量
はおよそ２１６ｍ³ 、地表面積は１９．６ｍ² であっ
た。 微生物の増殖基質：ビール醸造廃液をＴＯＣ濃度が２０
０ｍｇ／リットルとなるように希釈した溶液。土壌への
前記微生物の増殖基質の添加と混練：土木用の大型ドリ
ルを用い、土壌を順次深度方向に掘削しつつ、前記ビー
ル醸造廃液の希釈液を合計２０ｍ³ 添加し、混練した。

【００２１】揚水井戸：直径５ｃｍの井戸７を１本地下
１１．２ｍまで挿入した。地下８ｍから１１ｍの３ｍ範
囲にストレーナを設置し、地上に据付けた揚水ポンプ８
で、１０リットル／分の流量で揚水した。なお、この現
位置の場合は、地下水位が高いため地上からの揚水が可
能であったが、地下水位が８ｍ以上に深い場合には揚水
井戸７の内部に揚水補助として水中ポンプの設置が好ま
しい。 好気的担体充填層：１辺が３ｃｍの正六面体のスポンジ
９．８ｍ³ を土壌の表層上に堆積することにより好気的
担体充填層４を形成した。 打込式曝気井戸：直径２．５ｃｍの打込式曝気井戸１０
本を土壌中に打ち込み、ブロワ１１を用い１本の井戸１
０当たり、１リットル／分の通気速度で土壌中に通気し
た。

【００２２】上記の各設定条件下で、前記ビール醸造廃
液の希釈液を土壌に添加して混練し、次いで加水により
土壌を水による飽和状態とした後、土壌の表層に充填し
たスポンジ担体に、流量が１０リットル／分の揚水を４
回／日、３０分／回の設定で行なって散水し、湿潤状態
を保持しながら全体をビニルハウス式のフード１２で覆
い、湿度と温度を維持した。この状態を１ケ月間持続し
て地下水中のＰＣＥ濃度およびその分解産物であるトリ
クロロエチレン（ＴＥＣ）、ｃｉｓ−ジクロロエチレン
（ｃ−ＤＣＥ）塩化ビニルモノマー（ＶＣ）およびエチ
レンの濃度を経時的に観察した。

【００２３】１ケ月後、地下水中の主たる汚染物質がｃ
−ＤＣＥとなり、ＰＣＥ濃度が０．０１ｍｇ／リットル
以下になった時点で打込式曝気井戸１０を地下４ｍまで
打ち込み、１時間通気、２時間停止のサイクルで土壌中
への通気を開始した。また、地下水の揚水、散水の頻度
を曝気と同様に１時間揚水、散水、２時間停止のサイク
ルに変更した。更に、２週間後、打込式曝気井戸１０を
地下８ｍまで打ち込み、同様の通気、停止サイクルで通
気を継続し、更にその２週間後に打込式曝気井戸１０を
地下１１ｍまで打ち込み、同様の通気、停止サイクルで
通気を２週間継続した後、ボーリング調査を行なって土
壌中の汚染濃度を測定して浄化実験を終了した。

【００２４】上記の設定および処理条件で、２ケ月と２
週間の浄化実験を行なった結果を、図２の地下水中の有
機塩素化合物の濃度変化で示す。図２から明らかなよう
に、実験開始時に、土壌の混練により土壌中のＰＣＥが
水中に移行したことによるのか、ＰＣＥ濃度が一時的に
上昇を見せるが、その後の１ケ月間において、脱塩素化
反応によりほぼ完全に除去されている。一方、同時点に
おいてｃ−ＤＣＥの蓄積が見られるが、その後好気的分
解が進むにつれて減少を見せ、２ケ月後の時点において
は０．０１ｍｇ／リットル以下の濃度にまで減少し、ほ
ぼ完全に分解除去されていることが認められる。ＴＯＣ
の濃度はビール醸造廃液の希釈液の添加により当初１０
０ｍｇ／リットル強の濃度にまで上昇するが、その後生
物分解により徐々に減少を見せ、最終的には５ｍｇ／リ
ットル以下の濃度に減少した。ＴＣＥの濃度は、実験開
始後１０日経過の時点で１０ｍｇ／リットルを見せる
が、２０日経過でほとんど消滅することが認められる。

【００２５】浄化実験の終了後、ボーリング調査により
土壌中の有機塩素化合物の濃度を測定したところ、深度
１０ｍの地点で１ｋｇ土壌当たりの各成分の含量が、そ
れぞれＰＣＥ０．５ｍｇ、ＴＣＥ０．１ｍｇ、ｃ−ＤＣ
Ｅ０．１ｍｇで残存しているのが最大値でであり、土壌
の最高汚染濃度を初期の汚染濃度の０．２％にまで減少
させることができた。なお、この現位置では実験期間を
通して塩化ビニルモノマーやエチレンの発生は認められ
なかった。

【００２６】比較例１ 比較例として、微生物の増殖基質として実施例１と同じ
希釈したビール醸造廃液を汚染土壌に添加して、汚染物
質を嫌気性微生物で分解処理する浄化実験を行なった。
即ち、前記実施例１の半径が５ｍの円内の高濃度汚染区
域内に、実施例１の浄化実験に供した半径２．５ｍの円
形区分を除き、同様に半径２．５ｍの円形を描くように
長さ１１．７ｍの遮水板６を、上部が地表から５０ｃｍ
突出し、下端部が難透水層４に２０ｃｍ食い込む状態と
して打ち込んで実験区を設定し、この実験区に、前記実
施例１と同様に土木用の大型ドリルで土壌を深度方向に
掘削しながら、ＴＯＣ濃度が２００ｍｇ／リットルとな
るように希釈したビール醸造廃液を２０ｍ³ 添加し、さ
らに加水により土壌中を水で飽和状態にして嫌気状態に
置き、全体をビニルシート式のフード１２で覆い実験の
環境を保持した。

【００２７】上記の状態を実施例１と同様２ケ月と２週
間持続して汚染物質を処理した結果は、地下水中のＰＣ
Ｅ濃度が０．６ｍｇ／リットルで、９８．７％のＰＣＥ
分解率を示すが、ＰＣＥの分解生成物であるＴＣＥが１
８ｍｇ／リットル、ｃ−ＤＣＥが６３ｍｇ／リットルで
残留し、硫化水素、メタンガス等の他、エチレンガス等
が検出され、浄化処理が、なお不十分であることが知れ
た。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の微生物に
よる土壌、地下水汚染浄化方法は、テトラクロロエチレ
ンのような塩素数の大きな有機塩素化合物による土壌、
地下水汚染の浄化に用いて、効率的かつ経済的に、また
周辺環境に悪臭等の負荷を与えない手段で浄化修復する
ことを可能とする。したがって、本発明は有機塩素系化
合物の溶剤等による地下水、土壌汚染の浄化方法として
広く利用して、その益するとこ多大であり、環境の改善
に大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理方法および処理装置の該略図であ
る。

【図２】本発明によるテトラクロロエチレン汚染の浄化
処理結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 不飽和層 ２ 帯水層 ３ 難透水層 ４ 好気性担体充填層 ５ 嫌気土壌層 ６ 遮水板 ７ 揚水井戸 ８ 揚水ポンプ ９ 散水管 １０ 打込式曝気井戸 １１ ブロワ １２ フード

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機塩素化合物によって汚染された土壌
   及び／又は地下水よりなる汚染物を現位置で処理する方
   法において、該汚染物に還元力を持つ嫌気性微生物の増
   殖基質を添加して嫌気状態の嫌気層を形成し、前記有機
   塩素化合物を脱塩素化する当該表層土壌部に多孔質の担
   体を設置して好気性充填層を形成し、前記嫌気層より発
   生する悪臭ガス、可燃性ガスまたは有機塩素化合物のガ
   スを分解浄化することを特徴とする微生物による土壌、
   地下水汚染浄化方法。
2. 【請求項２】 嫌気性土壌層の地下水位以深に揚水井戸
   を設置し、揚水した地下水を好気性担体充填層の表面に
   散水することを特徴とする請求項１記載の微生物による
   土壌、地下水汚染浄化方法。
3. 【請求項３】 好気性担体充填層に曝気により通気し、
   分解浄化工程の進行に対応して、前記曝気による通気を
   前記好気性担体充填層下の嫌気性土壌層中を徐々に下方
   に進行させていくことを特徴とする請求項１又は２記載
   の微生物による土壌、地下水汚染浄化方法。
4. 【請求項４】 曝気による通気が、送風管を介してブロ
   ワに接続する打込式の井戸によりなされることを特徴と
   する請求項３記載の微生物による土壌、地下水汚染浄化
   方法。
5. 【請求項５】 有機塩素化合物によって汚染された土壌
   及び／又は地下水よりなる汚染物を現位置で処理する装
   置が、嫌気性土壌層の地下水位以深に設置した揚水井戸
   と、該揚水井戸に揚水ポンプを介して接続する散水管
   と、前記嫌気性土壌層の表層土壌部上に設置した好気性
   担体充填層と、該好気性担体充填層に設置した曝気装置
   とからなることを特徴とする微生物による土壌、地下水
   汚染浄化装置。
6. 【請求項６】 曝気装置がブロワを接続し、徐々に土壌
   層内を下方に貫入可能な打込式の井戸構造にされている
   ことを特徴とする請求項５記載の微生物による土壌、地
   下水汚染浄化装置。