JPH11277045A - 土壌の浄化方法 - Google Patents

土壌の浄化方法

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JPH11277045A JP10071995A JP7199598A JPH11277045A JP H11277045 A JPH11277045 A JP H11277045A JP 10071995 A JP10071995 A JP 10071995A JP 7199598 A JP7199598 A JP 7199598A JP H11277045 A JPH11277045 A JP H11277045A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚染土壌のより高度な浄化を、汚染領域の拡
大を防ぎつつ行なう方法を提供する。 【解決手段】 汚染物質で汚染された領域を含む土壌
に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、ま
たは該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該
微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物
質を分解する工程を含む土壌の浄化方法において、上記
工程が、前記領域を、前記汚染物質、前記微生物、前記
活性化剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周
囲の土壌から隔離する工程と隔離された領域の土壌間隙
水を前記液体で置換する工程、とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は汚染土壌浄化方法に
関するものである。より詳しくは、微生物の活動を利用
することによって汚染された領域内で汚染物質を分解す
る汚染土壌浄化方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】近年の急速な科学技術の進歩は大量の化学
物質や化成品を生みだしている。これらの多くは環境中
に徐々に蓄積しながら自然を汚染している。環境中の
水、大気が循環していることを考えると環境汚染は地球
レベルへと拡大していく深刻な問題である。これまでに
よく知られた汚染物質としては、有機塩素化合物(例え
ばトリクロロエチレン(TCE)、テトラクロロエチレ
ン(PCE)やダイオキシンなど)、芳香族化合物(例
えば、トルエン、キシレン、ベンゼンなど)、更にはガ
ソリンなどの燃料などが挙げられる。特に塩素化脂肪族
炭化水素化合物(ジクロロエチレン、トリクロロエチレ
ンやテトラクロロエチレンなど)は、精密部品の洗浄や
ドライクリーニング用の溶剤としてかつて大量に使用さ
れ、またそれによる土壌や地下水の汚染が明らかになり
つつある。またこれらの有機化合物は、揮発性が高く大
気汚染を引き起こす可能性もある。更にこれら有機化合
物は催奇性や発がん性を有することが指摘されており、
生物界へも極めて重大な影響を及ぼすことが明らかにな
りつつあり、汚染源の遮断だけでなく、既にこれらの有
機化合物で汚染されている土壌や地下水の浄化は、早急
に解決すべき課題となっている。
【0003】有機塩素化合物で汚染された土壌の浄化方
法として従来より知られている方法としては、例えば、
汚染土壌を掘り起こして加熱処理する方法が知られてい
る。この方法では回収した土壌からは殆ど完全に汚染物
質を取り除くことが可能であるが、土壌の掘削等に多大
の費用と期間が必要である。また地下深くに位置する汚
染土壌の回収は実質的に不可能であり、適用範囲が限定
されるという問題がある。また回収した汚染土壌の加熱
によって土壌から分離させた有機塩素化合物は、それが
大気汚染を引き起こさない様に活性炭等に吸着して回収
する必要があるが、この活性炭をさらに処理する必要が
ある。この活性炭を例えば焼却処理してしまうと、汚染
物質がDCE,TCE,PCE等の塩素系化合物であっ
た場合にはホスゲン等さらに毒性の高い副生成物を生じ
させてしまう可能性がある。従って回収した汚染物質の
無害化の為のステップが必要となるため、最終的な処理
コストは莫大なものとなることが予想される。
【0004】上記の方法の問題点の一つである、処理領
域が限定されるという問題を解決する方法として、例え
ば汚染土壌から真空抽出する方法、および汚染物質を分
解する能力を有する微生物を用いる方法等が挙げられ
る。即ちこれらの方法は土壌の回収を行なわず、土壌が
存在しているその位置(以降「原位置」と略)における
土壌浄化処理が可能である。具体的には汚染物質が含ま
れている土壌中に、真空抽出用パイプや微生物投入用の
井戸を掘る程度の小規模な作業を行なえば良く、上記の
方法と比較して安価で簡便な方法である。しかし真空抽
出法は数ppm以下の低濃度の有機塩素化合物の除去効
率が低く、また上記の方法と同様に回収した有機塩素化
合物の更なる処理が必要である。一方微生物を用いた浄
化方法は、土壌に元来生息する土壌の分解微生物を利用
する方法と土壌に元来生息しない外来の分解微生物を利
用する方法に分けられるが、いずれの場合にも微生物に
よって、土壌中の汚染物質を無害な物質にまで分解させ
ることが可能なため、上記2つの方法に於いて必須であ
った回収した汚染物質の無害化処理の為の工程が実質的
に不要となる。また汚染物質の濃度が比較的低い領域で
の該汚染物質の分解効率が高いため、近年注目されてい
る方法である。
【0005】しかし微生物を用いた浄化方法のうち、浄
化すべき領域に生息する微生物(土着微生物)を利用す
る場合には、該土着微生物の分解活性を誘導するための
インデューサや、分解活性を高めるための栄養素、酸
素、増殖刺激剤などの菌活性化物質を該土壌中の浄化す
べき領域に投入することが必要である。また分解すべき
汚染物質の分解能を備えた微生物を用いる場合にはその
微生物、および必要に応じてその微生物の活性化物質を
該土壌中の浄化すべき領域に投入することが必要であ
る。
【0006】そしていずれの場合にも微生物や活性化物
質は土壌中になるべく均等に注入することが好ましい
が、土壌の内部構造は一般的に不均質であり、菌や菌活
性化物質を含む液体を土壌中に均等に拡散するように注
入するのは困難である。この様な技術課題に対して出願
人は、特開平8−224566号において土壌中に注入
した微生物や活性化物質を含む液体が、均一に拡散され
るようにした技術を開示した。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らの検討によ
れば土壌中に微生物や活性化物質を含む液体の注入に伴
って、土壌間隙中に位置している汚染物質の一部が押出
され、該液体の拡散に伴って汚染物質も移動することが
あり、液体の注入によって汚染領域を拡大させてしまう
ことがあることを見出した。この傾向は、DCE,TC
EやPCE等の揮発性の汚染物質に顕著であり、液体の
注入による汚染領域の拡大は、特に原位置での土壌浄化
においては、その濃度によらず極力防ぐことが好まし
く、そのための技術開発が必要であるとの結論を得た。
【0008】このような技術課題の解決を目的として本
発明者らは更なる検討を行なった結果、修復すべき土壌
領域を原位置において周囲の土壌と隔離し、実質的に密
閉された空間に閉じ込めて、その閉空間内で土壌浄化を
完結させる方法を見出した。
【0009】本発明は、かかる本発明者らによる新たな
知見に基づきなされたものであり、汚染土壌のより高度
な浄化を、汚染領域の拡大を防ぎつつ行なう方法を提供
することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するこ
とのできる本発明の一実施態様に係る土壌の浄化方法
は、汚染物質で汚染された領域を含む土壌に、該領域に
該汚染物質の分解活性を備えた微生物、または該汚染物
質を分解可能な微生物の活性化剤および該微生物を含む
液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物質を分解する
工程を含む土壌の浄化方法において、上記工程が、前記
領域を、前記汚染物質、前記微生物、前記活性化剤およ
び水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から
隔離する工程と、隔離された領域の土壌間隙水を前記液
体で置換する工程、とを有することを特徴とするもので
ある。
【0011】また上記の目的を達成することのできる本
発明の他の実施態様に係る土壌の浄化方法は、汚染物質
で汚染された領域を含む土壌に、該領域に該汚染物質の
分解活性を備えた微生物、または該汚染物質を分解可能
な微生物の活性化剤および該微生物を含む液体を注入す
る工程を含む土壌の浄化方法において、前記領域を、前
記汚染物質、前記該微生物、前記活性化剤および水を透
過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌から隔離する
工程;および隔離された領域の土壌間隙体積の1.1倍
量以上の前記液体を前記隔離された領域に注入する工
程、を有することを特徴とするものである。
【0012】また本発明の更に他の実施態様にかかる土
壌の浄化方法は、汚染物質を含んでいる土壌を処理槽内
に取り込み、該処理槽内に該汚染物質を分解可能な微生
物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤お
よび該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せ
しめる工程を有する土壌の浄化方法であって、前記処理
槽が前記汚染物質、前記微生物、前記活性化剤および水
を透過させることのない材質で構成され、且つ前記工程
が土壌を処理槽に取込んだ後に該土壌中の土壌間隙水が
前記液体で置換される様に前記液体を注入する工程を含
むことを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】(浄化装置の概略)図1に示す汚
染土壌の浄化装置の概略断面図において、汚染物質で汚
染された土壌の原位置(サイト)に設置した汚染分解処
理糟8は、側壁1、底部7および蓋2によって形成され
ている。そして処理槽8内には汚染領域の土壌が、周囲
の土壌と隔離された状態で収納されている。蓋2は注入
口3および排出口4を備え、注入口3には例えば土壌浄
化の為に土壌に注入する微生物、または微生物および活
性化物質の汚染分解処理槽8内の土壌中に注入するため
の液体注入用パイプ5が挿入されている。液体注入用パ
イプの一端は、分解処理槽内8内の汚染土9中に挿入さ
れ、汚染土9中に液体を注入可能に構成されている。ま
た注入用パイプ5の他端は微生物または微生物および活
性化物質を含む液体が収納されている分解微生物培養槽
11に接続されている。そして分解微生物培養槽11内
の微生物、または微生物および活性化物質を含む液体
は、注入用パイプ5の中間部に配置されたポンプ10に
よって汚染土9中に注入される。
【0014】開口4には排出用パイプ6が挿入されてい
る。排出用パイプ6は例えば液体注入用パイプ5から汚
染土壌に液体を注入した結果、注入液体の圧力によって
押出されてくる土壌間隙中に保持されている汚染物質、
および注入用パイプ5からの液体注入を過剰に行なって
該液体をオーバーフローさせた場合に、汚染物質が含ま
れている可能性のあるオーバーフローした液体を汚染物
質分解装置12に導くためのパイプである。また13は
汚染物質分解装置12から汚染物質が大気中に放出され
るのを防止する活性炭トラップである。
【0015】汚染物質分解処理槽8は、処理すべき土壌
が存在しているその場において汚染源、あるいは高濃度
汚染領域の土壌をその閉空間に内包する様に形成するの
が好ましい。これにより土壌浄化の効率化が図れると共
に汚染の拡散を防止することが可能となる。また地下水
の流れがある場合はできるだけ上流域に処理層を形成す
ることが汚染領域拡大の防止に効果的である。側壁1は
水、微生物および汚染物質を透過しない材質であれば、
形状やその形成方法は何ら限定されるものではない。例
えば鉄製のパイプを汚染土壌に打ち込むことで該鉄パイ
プを側壁1とすることができる。また鉄板を4面に打ち
込むことによって側壁1を形成することができる。
【0016】(底部の形成)底部7は例えば土壌硬化剤
を注入し、底部の土壌を硬化させることによって形成す
ることができる。かかる底面の形成方法としては鉄製の
パイプをサイトに打ち込み、その後土壌硬化剤を注入す
る方法や、鉄板を4面に打ち込んだ後に、該鉄板で囲ま
れた領域の底部に土壌硬化剤を注入する方法が挙げられ
る。ここで土壌硬化剤としては例えば水ガラス系、急硬
性セメント系、セメント系、および特殊セメント系等が
挙げられ、これらからサイトの状況や目的によって適宜
選択決定すればよい。またモンモリロナイト、カルシウ
ム、アニオン系高分子活性剤、流動化促進剤等の混和物
質を上記土壌硬化剤に混入してもよい。また汚染物質が
塩素化脂肪族炭化水素化合物(例えばジクロロエチレ
ン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等)の
揮発性の化合物である場合には、この化合物の透過性が
低い水ガラス系の土壌硬化剤を用いることが好ましい。
【0017】(硬化剤の注入方法)硬化剤を地盤中に注
入する方法としては、例えばCCP工法、ジェットクラ
ウト工法及びロディンジェットパイル工法等が挙げられ
る。これらの工法の中から処理する汚染土壌領域の大き
さや、地盤の状態により適宜決定すれば良いが、CCP
工法は、汚染土壌を外部へ流出させることなしに土壌硬
化剤の注入が可能であり、外部に流出させた汚染土壌の
処理を行なう必要が無い為好ましい方法である。
【0018】硬化剤を高圧注入し汚染土壌処理層の底部
を形成する工程を含むCCP法について図2を用いて説
明する。ポーリングマシン56には特殊噴射装置を取付
けたロッド57を取付け、特殊噴射装置の他端は超高圧
パルスボンプ58、バルブ59を介し循環水タンク60
が接続されている。ポンプの吐出圧力を例えば30Kg
f/cm2以下に保持し、循環水を送り込みながら土質
に応じたロッドの回転およびストロークで注入位置まで
地盤を削孔する。目的深度に到達したら循環水タンクを
切り離し、バルブ59の操作で土壌硬化剤タンク61に
接続し、例えば回転数10〜20rpm、吐出圧力20
0〜400Kgf/cm2で圧入する。その後分解微生
物の注入は、例えば土壌硬化剤タンク61から微生物貯
留タンク62に切り替えて、ロッド57および超高圧パ
ルスポンプ58を用いて土壌内に注入しても良く、或い
は別の注入用パイプを処理領域に立て込んで注入しても
良い。
【0019】なお底部として岩盤等の不透水層を利用で
きるサイトであれば、その不透水層をそのまま底部7と
して用いても良い。
【0020】(処理槽の上部構成)処理槽8の上部は、
注入液の注入先端の上昇に伴って地表面に上昇してくる
汚染物質を大気中に拡散させることのない様に、例えば
側壁と同様に汚染物質が透過しない材質の蓋を設け密閉
構造とすることが好ましい。このような処理槽8を汚染
土壌の原位置に形成する事で、液体の注入による処理槽
8内の汚染物質の周囲の環境への拡散をほぼ完全に防止
することができる。また該処理槽に投入した汚染物質を
分解可能な微生物や汚染物質を分解可能な微生物の栄養
やインデューサー等の活性化物質の環境への拡散を抑え
られる。
【0021】(汚染物質分解装置12について)汚染土
9から押出されてくる汚染物質分解装置12としては、
例えば担体上に汚染物質分解微生物を固定化したものを
充填したバイオリアクターや、分解微生物を含む液中に
汚染ガスあるいは汚染土壌水を導入し分解するバイオリ
アクター、あるいは紫外線や鉄を用いた化学反応による
分解装置などが挙げられる。
【0022】(浄化方法)次に汚染物質を含む土壌に外
部から微生物を投入して浄化する技術に、本発明の一実
施態様にかかる浄化方法を適用した場合について以下に
説明する。
【0023】汚染物質の分解活性を有する微生物は分解
微生物培養槽11で増殖させた後、汚染物質分解処理槽
8内に注入用パイプ5を通して培養液と共に注入する。
微生物の注入位置や注入方法は処理糟内の土質、圧密に
より適宜選択すればよく、例えばポンプを用いて処理槽
下部より培養液を押し上げてゆく方法や,静水圧で処理
槽上部から流し込む方法が挙げられる。ここで土壌中に
注入される培養液は、例えば該微生物の活性化剤を含ん
でいても良い。そして活性化剤の例としては例えば微生
物の増殖の為の栄養素を含む培地や、微生物に汚染物質
の分解能を発現させるためのインデューサ等が含まれ
る。
【0024】そして例えば汚染物質がTCEやPCE等
の揮発性の化合物の場合には、処理槽下部から微生物を
含む培養液を注入して処理槽内を液体で満たしていく方
法は土壌のより一層高度な浄化を行ない得る好ましい方
法である。即ち土壌間隙中に保持されている揮発性汚染
物質の一部は液体の注入先端に押出されて地表に向って
移動し、最終的には地表から気体の状態或いは液体に混
合した状態で土壌から押出されると推測される。しかし
本実施態様によれば液体注入によって土壌から押出され
た汚染物質は排出用パイプ6を介して汚染物質分解装置
12に導かれそこで分解される。一方液体の注入によっ
ても移動することなく土壌間隙中に存在している汚染物
質は、該土壌中に注入された微生物によって分解され
る。よって本実施態様によれば土壌のより一層高度な浄
化を達成することができる。また微生物の注入口は、微
生物ができるだけ槽内にまんべんなく均一に行き渡らせ
ることができれば、一箇所に限定されない。しかし複数
の注入口を用いる場合には、注入先端の拡大に伴って移
動する汚染物質を確実に捕捉できるように、具体的に
は、例えば地表に向うように配置することが好ましい。
尚採用する注入方法に応じてオーバーフロー液の排出口
の位置や形態も適宜考慮することが望ましい。
【0025】処理槽内に注入する微生物は汚染物質の分
解能を有していることが好ましく、例えば汚染物質がフ
ェノール等の芳香族化合物やトリクロロエチレンやテト
ラクロロエチレン等のハロゲン化脂肪族炭化水素化合物
の場合には、例えばシュードモナス・セパシアKK01
株(FERM BP−4235)、J1株(FERMB
P−5102)、JM1株(FERM BP−535
2)、JMC1株(FERM BP−5960)、JM
2N株(FERM BP−5961)、JM6U株(F
ERM BP−5962)、JM7株(FERM BP
−5963)等を用いることができる。また汚染物質が
石油系燃料の場合には例えばアルカリジェネス・スピー
シズSM8−4L株(FERM P−13801)を用
いて本発明を実施する事ができる。
【0026】また注入に供される微生物は、汚染物質の
分解活性が高い状態に培養されたものを使用することが
好ましい。そして微生物は一般に対数増殖期が最も汚染
物質の分解活性が高いとされており、例えば対数増殖期
にある微生物を汚染物質の存在する土壌に注入すること
が好ましい。
【0027】ところで塩素化脂肪族炭化水素化合物と接
触した微生物は、自らの生成した分解反応の中間産物等
でダメージを受けることがある。この場合汚染物質濃度
が高ければ高いほど微生物の受けるダメージは大きく、
活性もこれとともに低下することになる。このような問
題は本実施態様に係る技術を用いることで解決すること
ができる。即ち高濃度の汚染物質の存在する処理槽内に
注入用パイプ5を用いて分解微生物を注入し、この時に
は処理層内に元々あった土壌中の水を押し出し、土壌内
の間隙が全て培養液で満たされるように大過剰に注入す
ることが好ましい。即ち土壌内に注入した培養液は、土
壌内に元々あった水により稀釈されながら土壌内を移動
するが、土壌間隙の総体積以上の培養液を注入し、本来
土壌間隙中にあった土壌間隙水を押し出し、更に土壌間
隙水によって稀釈された培養液をも押し出すように培養
液の量を調整しつつ処理されるべき土壌中に注入するこ
とにより、高濃度の汚染水は処理されるべき土壌中から
押出され、土壌内汚染物質濃度を低下させられる。これ
によって菌へのダメージを抑えられる。かつまた処理槽
内の土壌に高濃度の培養液を均一に行き渡らせることが
可能となる。
【0028】ここで処理槽内に注入する微生物を含む培
養液の最適な量は、土壌の性質、例えば含水比等により
異なるが、土壌間隙総体積の1.1倍以上、好ましくは
1.2倍以上とすることが好ましい。即ち注入液量を上
記の様にして、注入培養液をオーバーフローさせること
によって土壌内部の高濃度の汚染物質の一部は、オバー
フローした土壌水とともに流出するので、土壌中の汚染
濃度が低下する。これにより汚染物質あるいはその分解
中間産物による分解微生物のダメージが軽減され、高濃
度汚染領域での処理が可能となる。
【0029】ここで土壌間隙の体積(Vv)は下記方程
式(1)によって求めることができる。
【0030】 Vv=V−100・w/{(100+ω)・γs}・・・(1) 上記式(1)にて、Vは所定の領域の土壌体積、Wは所
定の領域の土壌総重量、ωは所定の領域の土壌含水比、
γsは所定の領域の土壌粒子の比重である。土壌総重量
は単位体積重量を常法(例えば直接測定法や置換測定法
等)によって求め、土壌体積との積によって与えられ
る。
【0031】また土壌含水比は例えば以下の方法によっ
て求められる。即ち対象となる土壌から所定量のサンプ
ルを採取し、時計皿の上に載せ全体の重さ(Wt)を測
る。この重さは時計皿の重さ(Wp)、土壌サンプルの
土壌粒子の重さ(Ws)および土壌サンプル中に含まれ
る水分の重さ(Ww)の総和に等しい。次に土壌サンプ
ルを110℃程度の温度で24時間乾燥させ再度秤量す
る。このときの重さをWaとするとWa=Wp+Wsで
ある。よって土壌サンプルの含水比(ω)は100・W
w/Ws=(Wt−Wa)/(Wa−Wp)で求められ
る。
【0032】更に土壌粒子の比重に関しては例えば以下
の方法によって算出できる。即ち内容積Vp、重さがW
pのピクノメータに蒸留水を満たし秤量する。このとき
の重さをWcとするとWc=Wp+γwVpとなる。こ
こでγwは水の単位重量である。次にこのピクノメータ
に対象となる土壌から採取した土壌サンプルを入れ、十
分に空気を追い出したときの全体の重さ(Wt)は下記
式(2)によって示される。
【0033】 Wt=Wp+(Vp−Vs)γw+Ws・・・(2) 但しVsは土壌サンプルの土壌粒子部分の体積である。
そして土壌粒子の比重は一般的に土壌粒子の単体重量
(γs=Ws/Vs)を水の単体重量(γw)で除した
比重(Gs)が用いられる。よって上記式(2)は下記
式(3)に変形できる。
【0034】 Wt=Wp+[Vp−(Ws/Gsγw)]γw+Ws =WC+(1−1/Gs)Ws・・・(3) よってピクノメータから土壌サンプルを取出し、乾燥さ
せた後の重さ(WS)を秤量することで下記式(4)を
用いて土壌粒子の比重が求められる。
【0035】 Gs=Ws/(Ws+Wc−Wt)・・・(4)
【0036】ところで隔壁によって隔離した土壌領域の
構成は当然均一でない場合も想定されるため、隔離した
土壌領域の間隙体積を求める為の土壌サンプルの採取は
複数箇所から行なうことが好ましい。複数箇所からの土
壌サンプルを用いて算出した土壌間隙体積はその平均値
をもって該隔離土壌の土壌総間隙体積として用いてよ
い。また各々の土壌サンプルから算出される土壌間隙体
積の値が大幅にばらついている場合にはサンプリング数
を増やすことが好ましい。また隔離した土壌領域内に異
なる性質の土壌粒子を含む層が存在することが予測さ
れ、或いは分かっている場合には隔離土壌領域の層構成
を掘削等によって予め調査し、各々の層の土壌間隙体積
を求め、その総和をもって土壌間隙総体積としてもよ
い。
【0037】注入する微生物として最も活性が高く、且
つ増殖期にあるものを用いる場合、該微生物が処理槽内
の土壌中にて酸素を多量に消費する。このため処理槽内
の土壌中の酸素濃度は、微生物を注入した直後から急激
に低下することがある。このような酸素濃度の低下は、
微生物の汚染物質分解活性を低下させる原因の一つとな
る。従って土壌中の酸素濃度の低下が認められる場合に
は、処理槽内の土壌に注入する微生物を含む培養液を酸
素、或いは空気で予め充分曝気することが土壌浄化をよ
り効率的に行なううえで好ましい。或いは土壌中に注入
する培養液が活性化剤として微生物の増殖の為の栄養を
含む培地を含んでいる場合には、その栄養素濃度を下げ
て微生物の土壌中での増殖を抑えるか、もしくはその培
地から該微生物にとっての炭素源を取り除き、微生物の
土壌中での増殖を実質的に止めることも土壌のより一層
の浄化に効果的である。
【0038】以下、実施例をもって本発明をより詳細に
説明するが、これらの実施例は、本発明を限定するもの
ではない。
【0039】
【実施例】実施例1 図3に示す実験装置を組み立てて本実施例の実験に供し
た。まず内容積が2リットルの蓋付きステンレス容器1
4を用意した。容器の密閉性を考慮し、ステンレス製容
器14と蓋15との接触面は鏡面加工し、テフロン製の
Oリング20を使用した。蓋15に微生物注入口16、
排出口17、およびサンプリング口18を設け、排出口
17にはテフロンチューブを取り付けテフロンシールに
より固定した。サンプリング口にはテフロンコートゴム
を取り付けた。
【0040】ステンレス容器に平均粒径1cmの礫を厚
さ約4cmに充填した。なお充填にあたっては、この礫
の層22の含水率はゼロ、間隙率は53%となるように
調整した。次いで微生物注入用パイプ19を礫の層22
に立て込んだ。次に比重2.7の細砂21を2932g
を含水比14%、間隙率40%となるように充填し、更
にその上に平均粒径1cmの礫を、含水率ゼロ、間隙率
53%となるようにステンレス容器の上面まで敷き詰め
た。こうして作成したステンレス容器内の土壌の土壌間
隙体積は以下のようにして求められる。
【0041】まず細砂の層に関して、含水比14%であ
り、比重2.7の細砂が2932g用いられていること
から、以下の式が成り立つ。
【0042】・細砂粒子の重さ(Ws)+細砂層中の水
分の重さ(Ww)=2932g ・含水比(ω=100・Ww/Ws)=14 ・比重(Ws/Vs)=2.7 上記式から細砂層中の細砂が占める体積 (Vs)=2932・100/[2.7(100+1
4)]=952.57(cm3)となる。
【0043】また間隙率は(細砂層の総体積(V)−V
s)/細砂層の総体積(V)で示されるから (V−Vs)/V=0.4 よってV=VS/0.6 =952.57/0.6=1587.6(cm3) 従って細砂層の間隙体積 (Vv)=0.4V=0.4×1587.6=635(cm3
【0044】次に礫層の体積はステンレス容器の体積と
細砂層の体積の差となるから2000−1587.6=
412.4(cm3)となる。そして礫層の間隙率は5
3%としたから412.4×0.53=218.5(c
3)となる。よってステンレス容器内の土壌の間隙総
体積は635+218.5=853.5(cm3)とな
る。
【0045】次にステンレス製容器14に蓋15を取り
付けた。微生物注入用パイプ19を蓋15の微生物注入
口16に貫通させその周囲にはテフロンシールを施し
た。蓋は万力で固定し密閉性を確認した。
【0046】一方50ppmTCE水溶液26が500
ml入ったTCEリザーバータンク25およびポンプ2
4を用意し、微生物注入用パイプ19と排出口17に取
り付けたテフロンチューブとを図3に示すようにパイプ
ジョイント27で接続した後、ポンプ24を作動させ
て、1リットル/分で24時間TCE汚染蒸気を循環し
ステンレス製容器14内の砂を汚染した。その後TCE
リザーバータンクを切り離し、微生物注入用パイプに分
解微生物JM1株(FERM BP−5352)の培養
液タンク(不図示)を接続し、圧搾空気によりJM1株
培養液をゆっくりと注入した。注入液量は土壌間隙総体
積の約1.1倍量(938.9ml)とし、本来土壌中
に存在したと考えられる土壌間隙水量(Ww=0.14
Ws=0.14・2.7Vs=360ml)+過剰量の
培養液量(0.1Vv=85.3ml)=445.4m
lがサンプリング18からオーバーフローするまで注入
を続けた。注入後JM1培養液タンクを取り外し、注入
口、排出口を密栓した。またオーバーフローした液体も
全て捕捉した。
【0047】注入直後より3時間毎にサンプリング口よ
りシリンジを差し込み、0.5mlずつサンプリングし
た。サンプリング点は砂層の下部(下部礫層の上1c
m)、中層部(下部サンプリング点より5cm上部)、
上部(中層部サンプリング点より更に5cm上)の3箇
所で行なった。サンプリングした液は直ちにn−ヘキサ
ン5mlの入った容器に入れ、3分間撹拌した後、n−
ヘキサン層を分取し、ECDガスクロマトグラフィーに
てTCE量を測定した。実験装置を図3に示す。また測
定結果を図5から図7に示す。また汚染物質を分解させ
る微生物の培養液の条件を以下に記す。
【0048】土壌への注入液体としては、分解微生物J
M1の培養開始から3日目、菌濃度としては4.8×1
8cell/mlの培養液をM9培地で2倍希釈した
ものを使用した。
【0049】M9培地 ・Na2HPO4 6.2 g/l ・KH2PO4 3.0 g/l ・NaCl 0.5 g/l ・NH4Cl 1.0 g/l ・L−グルタミン酸ナトリウム 20 g/l
【0050】また捕捉したオーバーフローした培養液中
のTCE濃度を上記同様の方法で測定したところ、20
ppmであった。このことからオーバーフローした培養
液中にはTCEが含まれていることが分かった。
【0051】比較例1 実施例1と同様にしてTCEで汚染された土壌を含むス
テンレス容器を用意した。微生物供給用タンクに培地の
みを入れ、実施例1で注入したJM1培養液と同量のM
9培地を注入した。実施例1と同様にしてステンレス容
器内の砂層中のTCE濃度を測定した。結果を図5から
図7に示す。
【0052】比較例2 実施例1と同様にしてTCEで汚染された土壌を含むス
テンレス容器を用意し、実施例1と同様にして培養した
JM1株を含む培養液を注入した。但し培養液の注入
は、排出口よりオーバーフローさせず排出口から液が出
始めた時点で停止した。即ち土壌間隙体積(853.5
cm3)から土壌間隙水の体積(360ml)を差し引
いた量の培養液を注入した。そして実施例1と同様にし
てステンレス容器内の砂層中のTCE濃度を測定した。
結果を図5〜図7に示す。
【0053】実施例2 模擬汚染土壌に汚染分解層を形成―TCE分解 はじめに図4に示す実験装置に用いる模擬試験土壌の土
壌間隙体積を測定するための予備実験を行なった。即ち
内容積36.6リットルの蓋付きステンレス容器28を
用意した。容器の密閉性を考慮し容器28と蓋29との
接触面は鏡面加工し、テフロン製のOリング30を使用
した。蓋29には土壌硬化剤注入口31、微生物注入口
32、TCE導入口33、2箇所の排出口34および3
5を設け、排出口にはテフロンチューブをテフロンシー
ルで固定した。土壌硬化剤注入管36は径13mmステ
ンレスパイプの先端を絞り先端部に約1mmの孔を多数
形成したものを用いた。TCE導入管37には一方の先
端を絞った、径13mmのL字形ステンレスパイプを用
いた。このパイプにはステンレス容器底部よりTCEを
導入出来るように所々に径1mm程度の孔を形成した。
また微生物導入管38として径13mmのステンレスパ
イプを取り付けた。
【0054】ステンレス容器の下層部約4cmまで礫を
敷き詰めた礫層39を形成し、TCE導入管37を立て
込み、次に細砂をステンレス容器28に充填していき、
ステンレス容器28の上部から200mmのところまで
砂40を充填した段階で径112mm、高さ200mm
の鉄製パイプ41を立て込み、その中央の同じ深さのと
ころに土壌硬化剤注入管36を立て込んだ。更に砂を充
填しステンレス容器38の上部から180mmのところ
で微生物注入管38を土壌硬化剤注入管36に平行に立
て込み、次いでステンレス容器28の上面まで砂を充填
した。土壌硬化剤注入管36、微生物導入管38、TC
E導入管37はそれぞれ砂との隙間がなくなるよう、石
膏43を流し込み固定した。土壌硬化剤注入管36およ
び微生物導入管38を貫通させる形で鉄製パイプの上部
に鉄製の蓋42をし接続部分を石膏にて固定した。更に
ステンレス容器の蓋に設けた微生物注入管、硬化剤注入
管、TCE導入管用開口部に各パイプを貫通させ、テフ
ロンシールを施し蓋をした。蓋は万力で固定し、密閉性
を確認した。
【0055】次に土壌硬化剤注入管36をバルブ47、
加圧ポンプ46を介して土壌硬化剤タンク50に接続し
た。土壌硬化剤には水ガラス系土壌硬化剤(日東化学
(株)社製)を用いた。土壌硬化剤タンク50内の土壌
硬化剤400mlを加圧ポンプ46により5kg/cm
2で圧送した後バルブを閉じた。この状態で24時間放
置した。次いで蓋29を取り去り、鉄製パイプ41を引
き抜いたところ、鉄製パイプの底部には水ガラス系土壌
硬化剤の硬化物によって塞がれており、またこの鉄パイ
プ41内からは気体上のTCE、本実施例に用いる微生
物を含む培溶液、および水の漏洩がないことを確認し
た。
【0056】このようにして周囲の環境から隔離した土
壌領域の土壌間隙体積を求めた。まず土壌体積は(1
1.2/2)2×3.14×20=1969cm3とな
る。また隔離した土壌領域の任意の3箇所からサンプリ
ングした土壌サンプルを用いて土壌粒子の比重、含水比
および単位体積重量を求めた。その結果土壌粒子の比重
は2.7、含水比は14%、そして単位体積重量は1.
86g/cm3であった。そしてこれらの値はサンプリ
ング位置によって有意な差は認められなかった。よって
隔離した土壌領域の土壊間隙総体積は前記式(1)から
779.1cm3と算出された。
【0057】次に上記と全く同様にして図5の実験装置
を作成し、リザーバタンク44には400ppmのTC
E水溶液500mlを入れ、このリザーバータンク44
はポンプ45を介してTCE導入口33にテフロンチュ
ーブで接続し、また排出口34、35ともテフロンチュ
ーブで接続した。次にポンプ45を作動させ、1リット
ル/分で24時間TCE汚染蒸気を循環し容器内の砂を
汚染した。汚染後2個所の排出口34および35に接続
したテフロンチューブを一旦外し、これらの排出口から
シリンジを差し込み深さ100mmの砂層におけるTC
Eガス濃度をサンプリングしFID検出器付ガスクロマ
トグラフィー(商品名:GC14B:島津製作所(株)
社製)を用いて測定したところ排出口34では985p
pm、排出口35では950ppmであった。
【0058】TCE導入口33および微生物注入口32
のバルブ48、49を閉じ、土壌硬化剤注入管36をバ
ルブ47、加圧ポンプ46を介して土壌硬化剤タンク5
0に接続した。土壌硬化剤には水ガラス系土壌硬化剤
(日東化学(株)社製)を用いた。土壌硬化剤タンク5
0内の土壌硬化剤400mlを加圧ポンプ46により5
kg/cm2で圧送した後バルブを閉じた。この状態で
24時間放置した。次に図5に示した様に排出口34、
35とリザーバータンク44を結ぶテフロンチューブ
を、バルブ56、57の切替えによってTCEリザーバ
タンク44から切り離し、排出口34に繋がるテフロン
チューブはJM1株(FERM BP−5352)を含
む培養液500mlを含む分解装置53および該分解装
置の排気口に繋がる活性炭充填カラム52に接続した。
ここで用いたJM1株は土壌注入に用いるものと同様に
培養したものである。また排出口35に繋がるテフロン
チューブは活性炭充填カラムに接続した。
【0059】次に微生物培溶液タンク51に貯留させ
た、実施例1と同様の条件下で培養したJM1株(FE
RM B−P−5352)の培養液を、土壌間隙体積の
1.2倍量に相当する934.9ml実施例1と同様に
圧搾空気にてパイプ38から注入し排出口34より液が
オーバーフローするのを確認して注入を停止した。注入
時に分解装置の排出口より排出される気体をサンプリン
グ口55からサンプリングし、TCE濃度をガスクロマ
トグラフィー(商品名:GC14B;島津製作所(株)
社製)を用いて測定したところ測定限界以下であった。
微生物培養液の注入後、微生物注入管のバルブ48を閉
じ、活性炭カラムに接続したテフロンチューブを外し、
テフロンゴムを取付け排出口34、35をサンプリング
口とした。
【0060】注入後より3時間毎にサンプリング口34
よりシリンジを差し込み深さ100mmのところから土
壌水0.5mlをサンプリングし、実施例1と同様の方
法にてTCE濃度の測定を行った。またサンプリング口
35からも3時間毎に深さ100mmのところから気相
を採取しFID−ガスクロマトグラフにてTCEの測定
を行った。測定結果を図8および図9に示す。
【0061】また実験終了時点で分解装置53内の培養
液54を0.5mlサンプリングし、n−ヘキサンで抽
出してガスクロマトグラフィで測定した結果、0.01
ppmであった。
【0062】実施例3 実施例1と同様にしてTCEで汚染された模擬土壌を2
セット用意した。
【0063】次にリンゴ酸ナトリウム1wt%を含むM
9寒天培地上のJM1株(FERMBP−5352)の
コロニーをグルタミン酸ナトリウム1wt%を含むM9
液体培地に植菌し、15℃で2日間振盪培養した。2日
間振盪培養した後の培養液の菌濃度は6×108CFU
/mlであった。この培養液を炭素源を含まないM9培
地を用いて2倍および4倍に希釈し、酸素ガスで10分
間曝気した。各々の培養液を先に用意した2つのタンク
の土壌中に実施例1と同様にして注入した。
【0064】土壌への注入終了後、注入口および排出口
を密栓し20℃で48時間静置した後、砂層の下層部
(下部碑層の上1cm)、中間部(下部サンプリング点
より5cm上)、上層部(中層郡サンプリング点より更
に5cm上)の3箇所のサンプリング口よりシリンジを
差し込み、各々土壌水を0.5mlづつサンプリング
し、直ちにn−ヘキサン5mlの入った容器に入れ、3
分間撹拌した後、n−ヘキサン層を分取し、ECDガス
クロマトグラフィ(商品名:GC14B;島津製作所
(株)社製)を用いてTCE量を測定した。その結果を
表1および表2に示す。
【0065】実施例4 実施例3と同様にしてTCEで汚染された模擬土壌を2
セット作成した。実施例3と同様の条件で培養したJM
1株の培養液を炭素源を含まないM9培地で2倍希釈、
および4倍希釈し空気で10分間曝気した。この培養液
をTCE汚染土壌の入った容器に実施例3と同様にして
注入し、実施例3と同様にサンプリングして土壌内のT
CE濃度を測定した。その結果を表1および表2に示
す。
【0066】実施例5 実施例4において、注入する培養液を空気で曝気しない
以外は実施例4と同様にして土壌修復の実験を行なっ
た。その結果を表1および表2に示す。
【0067】実施例6 実施例3において、JM1を含む培養液の注入を排出口
から注入液をオーバーフローさせず、排出口から注入液
が出始めたところで停止した以外は実施例3と同様にし
て土壌修復実験を行なった。その結果を表1および表2
に示す。
【0068】
【表1】
【0069】
【表2】
【0070】上記表1および2の結果から、土壌への注
入の為の菌液を予め酸素または空気で曝気することによ
って、より高度な土壌浄化を達成できることが確かめら
れた。更に浄化が不十分となり易い土壌の上層部につい
ても、土壌への注入の為の菌液を予め酸素または空気で
曝気すると共にその菌液を土壌間隙体積の1.2倍以上
注入することで、より一層の浄化を行なうことができ
る。
【0071】
【発明の効果】本発明の一実施態様によれば、汚染物質
を高濃度で含む環境を微生物を用いることによって効率
的に修復することができる。また浄化に伴って汚染物
質、微生物、菌活性物質等が修復すべき環境の外に流出
させることを抑えることができた。
【0072】また本発明の他の実施態様によれば、上記
の効果に加えて、汚染された環境のより一層の修復が可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】処理槽の模式図
【図2】土壌硬化方法の説明図
【図3】実施例1に用いた実験装置の説明図
【図4】実施例2に用いた実験装置の説明図
【図5】実施例1、比較例1、2の砂層上部におけるT
CEの分解を示すグラフ
【図6】実施例1、比較例1、2の砂層中部におけるT
CEの分解を示すグラフ
【図7】実施例1、比較例1、2の砂層下部におけるT
CEの分解を示すグラフ
【図8】実施例2に於てサンプリング口34からサンプ
リングしたサンプル中のTCE濃度
【図9】実施例2においてサンプリング口35からサン
プリングしたサンプル中のTCE濃度
【符号の説明】
1 側壁 2 蓋 3 注入口 4 排出口 5 注入用パイプ 6 排出用パイプ 7 底部 8 汚染物質分解処理槽 9 汚染土 10 ポンプ 11 分解微生物培養槽 12 汚染物質分解装置(生物処理、or 物理化学
処理) 13 活性炭トラップ 14 ステンレス製容器 15 蓋 16 微生物注入口 17 排出口 18 サンプリング口 19 微生物注入用パイプ 20 Oリング 21 佐原砂 22 礫の層 23 サンプリング点 24 ポンプ 25 TCEリザーバータンク 26 TCE水溶液 27 パイプジョイント 28 ステンレス容器 29 蓋 30 Oリング 31 土壌硬化剤導入口 32 微生物注入口 33 TCE導入口 34、35 排出口 36 土壌硬化剤注入管 37 TCE導入管 38 微生物導入管 39 礫層 40 砂 41 鉄製パイプ 42 蓋 43 石膏 44 TCEリザーバタンク 45、46 ポンプ 47、48、49、56、57 バルブ 50 土壌硬化剤タンク 51 微生物培養液貯留タンク 52 活性炭充填カラム 53 分解装置 54 微生物培養液 55 サンプリング口 56 ポーリングマシン 57 ロッド 58 超高圧パルスポンプ 59 バルブ 60 循環水タンク 61 土壌硬化剤タンク 62 微生物貯留タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI (C12N 1/20 C12R 1:38) (C12N 1/20 C12R 1:05)

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 汚染物質で汚染された領域を含む土壌
    に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、ま
    たは該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤および該
    微生物を含む液体を注入し、該微生物を用いて該汚染物
    質を分解する工程を含む土壌の浄化方法において、上記
    工程が、 前記領域を、前記汚染物質、前記微生物、前記活性化剤
    および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土壌
    から隔離する工程と、 隔離された領域の土壌間隙水を前記液体で置換する工
    程、とを有することを特徴とする土壌の浄化方法。
  2. 【請求項2】 汚染物質で汚染された領域を含む土壌
    に、該領域に該汚染物質の分解活性を備えた微生物、ま
    たは該汚染物質を分解可能な微生物の活性化および該微
    生物を含む液体を注入する工程を含む土壌の浄化方法に
    おいて、 前記領域を、前記汚染物質、前記該微生物、前記活性化
    剤および水を透過させない材質からなる隔壁で周囲の土
    壌から隔離する工程:および隔離された領域の土壌間隙
    体積の1.1倍量以上の前記液体を前記隔離された領域
    に注入する工程、を有することを特徴とする土壌の浄化
    方法。
  3. 【請求項3】 該土壌間隙体積の1.2倍量以上の前記
    液体を注入する請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 該活性化剤が、該微生物の栄養およびイ
    ンデュサーの少なくとも一方を含む請求項1〜3の何れ
    かに記載の方法。
  5. 【請求項5】 該活性化剤が該微生物の炭素源を含まな
    い培地である請求項1〜3の何れかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 該汚染物質が炭化水素である請求項1〜
    5の何れかに記載の方法。
  7. 【請求項7】 該炭化水素が塩素化脂肪族炭化水素化合
    物および芳香族化合物の少なくとも一方である請求項6
    記載の方法。
  8. 【請求項8】 該塩素化脂肪族炭化水素化合物が、ジク
    ロロエチレン、トリクロロエチレンおよびテトラクロロ
    エチレンの少なくとも一つである請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 上記液体の注入によって該領域から追い
    出される該汚染物質を捕集し、分解せしめる工程を更に
    有する請求項1〜8の何れかに記載の方法。
  10. 【請求項10】 該領域への該液体の注入に先立って該
    液体を酸素、或いは空気で予め曝気する工程を有する請
    求項1〜9の何れかに記載の方法。
  11. 【請求項11】 該汚染物質の分解活性が最も高い状態
    にある微生物を該領域に注入する請求項1〜10の何れ
    かに記載の方法。
  12. 【請求項12】 汚染物質を含んでいる土壌を処理槽内
    に取り込み、該処理槽内に該汚染物質を分解可能な微生
    物、または該汚染物質を分解可能な微生物の活性化剤お
    よび該微生物を含む液体を導入して該汚染物質を分解せ
    しめる工程を有する土壌の浄化方法であって、前記処理
    槽が前記汚染物質、前記微生物、前記活性化剤および水
    を透過させることのない材質で構成され、且つ前記工程
    が土壌を処理槽に取込んだ後に該土壌中の土壌間隙水が
    前記液体で置換される様に前記液体を注入する工程を含
    むことを特徴とする土壌の浄化方法。
  13. 【請求項13】 該汚染物質が、炭化水素であることを
    特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】 該炭化水素が、塩素化脂肪族炭化水素
    化合物および芳香族化合物の少なくとも一方を含む請求
    項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 該塩素化脂肪族炭化水素化合物が、ト
    リクロロエチレおよびテトラクロロエチレンの少なくと
    も一方を含む請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項16】 該液体の導入量を土壌間隙体積を越え
    る量とする請求項12に記載の方法。
  17. 【請求項17】 該土壌間隙体積を越える量が、土壌間
    隙体積の少なくとも1.1倍以上である請求項16に記
    載の方法。
  18. 【請求項18】 該土壌間隙体積を越える量が、該土壌
    間隙体積の少なくとも1.2倍以上である請求項16に
    記載の方法。
  19. 【請求項19】 該液体が該微生物の活性化剤を含む請
    求項12〜18の何れかに記載の方法。
  20. 【請求項20】 該活性化剤が該微生物の栄養または該
    微生物に該汚染物質の分解能を発現させるためのインデ
    ューサである請求項19記載の方法。
  21. 【請求項21】 該活性化剤が炭素源を含まない培地を
    含むものである請求項19記載の方法。
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