(57)【要約】【課題】汚染土壌・汚染地下水の浄化を効率的且つ安価に行うことができ、しかも、環境や人体等に対する影響を少なくすることができる前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法、及びそのシステムを提供する。【解決手段】ベンゼンで汚染された（地下）汚染領域１０から汚染地下水を取水して地上に揚水するために汚染領域の下流側に掘削して設けられた取水井戸１と、取水井戸１から揚水された汚染地下水を好気条件下で培養するために地上に設けられた培養プラント２と、培養プラント２で培養された培養液を汚染領域に還元供給するために汚染領域の上流側に掘削して設けられた注入井戸３と、原位置の地下汚染領域全体を好気状態にするために汚染領域内に掘削して設けられた酸素供給ポンプ４とで構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染土壌・汚染地下水に含まれる汚染物質分解性能を備えた微生物の分解活性を培養することにより向上させ、前記汚染土壌・前記汚染地下水を原位置で浄化するための前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法であって、
前記汚染土壌・前記汚染地下水の一部を原位置から採取する採取工程と、
該採取工程で採取された汚染土壌・汚染地下水を培養液又は培地で培養する培養工程と、
該培養工程で培養された培養液又は培地を前記原位置に還元供給する供給工程と、
該供給工程で供給された前記原位置の汚染土壌・汚染地下水に含まれる前記汚染物質を前記微生物に分解させ、前記汚染土壌・前記汚染地下水を原位置で浄化する浄化工程と
を有することを特徴とする前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法。
【請求項２】
前記培養工程は、
前記培養液又は前記培地に前記汚染物質を分解基質として添加するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法。
【請求項３】
揮発性の有機化合物で汚染され、該有機化合物の分解性能を備えた好気性微生物を含む汚染土壌・汚染地下水の一部を原位置から採取する採取装置と、
該採取装置で採取された汚染土壌・汚染地下水を、前記有機化合物を分解基質として含有する中性の培養液又は培地とともに好気条件下で培養する培養装置と、
該培養装置で培養された培養液又は培地から、残存する前記有機化合物を除去するために曝気処理する曝気処理装置と、
該曝気処理装置で曝気処理された培養液又は培地を、前記原位置に拡散混和させるために還元供給する供給装置と、
該供給装置で拡散混和された前記原位置の汚染土壌・汚染地下水に含まれる前記有機化合物を前記好気性微生物に分解させるために酸素を供給する酸素供給装置と
を有することを特徴とする前培養を伴う原位置バイオレメディエーションシステム。
【請求項４】
前記供給装置は、
前記曝気処理装置で曝気処理された培養液又は培地を、注入水とともに一定の割合で前記原位置に還元供給するように制御する制御手段を有することを特徴とする請求項３に記載の前培養を伴う原位置バイオレメディエーションシステム。
【請求項５】
前記有機化合物は、
ベンゼン，フェノール，安息香酸，トルエン，キシレン，クレゾール等の芳香族化合物、あるいは、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，テトラクロロエタン，塩化ビニル，ダイオキシン等の有機塩素化合物のうち、少なくとも一種以上含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の前培養を伴う原位置バイオレメディエーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染土壌・汚染地下水に含まれる汚染物質分解性能を備えた微生物の分解活性を培養することにより向上させ、汚染土壌・汚染地下水を原位置で浄化するための前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法、及びそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、汚染物質による土壌・地下水等の環境汚染が深刻な問題となっている。特に、ベンゼン等の揮発性の有機化合物は難分解性であるため土壌中に浸透し、分解されることなく地下水に溶け込み、地下水を通じて汚染領域が拡大してしまう。このため、これらの汚染物質を分解して取り除き、汚染土壌・汚染地下水を浄化し、環境を修復する必要がある。
【０００３】
従来、汚染土壌・汚染地下水から汚染物質を取り除く浄化方法としては、汚染土壌・汚染地下水に含まれる汚染物質分解性能を備えた微生物の分解活性を培養することにより向上させ、汚染土壌・汚染地下水を原位置で浄化するという前培養を伴う原位置バイオレメディエーション（bioremediation）工法がある。例えば、汚染物質の分解性能を備えた微生物を、その微生物が棲息する環境の諸要素うち少なくとも一部を含んだ培地で予め培養した上で、培養した微生物を環境中の有機化合物と接触させることで、環境を修復する技術がある（例えば，特許文献１参照。）。
【０００４】
そして、このような従来の前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法は、微生物の分解活性を地上プラント等の原位置外で培養することにより向上させるものであるため、酸素や栄養素等を地下汚染領域に供給し、微生物の分解活性を原位置で向上させるような前培養を伴わない原位置バイオレメディエーション工法と比べると、微生物を活性化させるための適切な条件を整備することが容易となる。
【特許文献１】特開平１１−９０４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法では、培養する対象が汚染土壌・汚染地下水ではなく、微生物それ自体である。
【０００６】
このため、培養する前に特定の微生物をスクリーニングする必要があり、汚染土壌・汚染地下水の浄化が非効率的で、そのための費用が高価となってしてしまうという問題がある。
【０００７】
また、培養する微生物を外部から導入する場合には、環境や人体等に対する重大な影響を否定することはできないという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、汚染土壌・汚染地下水の浄化を効率的且つ安価に行うことができ、しかも、環境や人体等に対する影響を少なくすることができる前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法、及びそのシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、汚染土壌・汚染地下水に含まれる汚染物質分解性能を備えた微生物の分解活性を培養することにより向上させ、汚染土壌・汚染地下水を原位置で浄化するための前培養を伴う原位置バイオレメディエーション工法であって、汚染土壌・汚染地下水の一部を原位置から採取する採取工程と、採取工程で採取された汚染土壌・汚染地下水を培養液又は培地で培養する培養工程と、培養工程で培養された培養液又は培地を原位置に還元供給する供給工程と、供給工程で供給された原位置の汚染土壌・汚染地下水に含まれる汚染物質を微生物に分解させ、汚染土壌・汚染地下水を原位置で浄化する浄化工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明における培養工程は、培養液又は培地に汚染物質を分解基質として添加するステップを有することを特徴としてもよい。
【００１１】
また、本発明は、揮発性の有機化合物で汚染され、有機化合物の分解性能を備えた好気性微生物を含む汚染土壌・汚染地下水の一部を原位置から採取する採取装置と、採取装置で採取された汚染土壌・汚染地下水を、有機化合物を分解基質として含有する中性の培養液又は培地とともに好気条件下で培養する培養装置と、培養装置で培養された培養液又は培地から、残存する有機化合物を除去するために曝気処理する曝気処理装置と、曝気処理装置で曝気処理された培養液又は培地を、原位置に拡散混和させるために還元供給する供給装置と、供給装置で拡散混和された原位置の汚染土壌・汚染地下水に含まれる有機化合物を好気性微生物に分解させるために酸素を供給する酸素供給装置とを有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明における供給装置は、曝気処理装置で曝気処理された培養液又は培地を、注入水とともに一定の割合で原位置に還元供給するように制御する制御手段を有することを特徴としてもよい。
【００１３】
さらに、本発明における有機化合物は、ベンゼン，フェノール，安息香酸，トルエン，キシレン，クレゾール等の芳香族化合物、あるいは、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，テトラクロロエタン，塩化ビニル，ダイオキシン等の有機塩素化合物のうち、少なくとも一種以上含むことを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、汚染土壌・汚染地下水の浄化を効率的且つ安価に行うことができ、しかも、環境や人体等に対する影響を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態における前培養を伴う原位置バイオレメディエーションシステムを示す概略断面図であり、ベンゼンで汚染された（地下）汚染領域１０から汚染地下水を取水して地上に揚水するために汚染領域の下流側に掘削して設けられた取水井戸１と、取水井戸１から揚水された汚染地下水を好気条件下で培養するために地上に設けられた培養プラント２と、培養プラント２で培養された培養液を汚染領域に還元供給するために汚染領域の上流側に掘削して設けられた注入井戸３と、原位置の地下汚染領域全体を好気状態にするために汚染領域内に掘削して設けられた酸素供給ポンプ４とで構成されている。
【００１７】
図１に示すように、地下汚染領域１０は、地下水が流れている飽和層１１と、その上層の不飽和層１２と、飽和層１１の下にある不透水層１３の地層からなっており、ベンゼンなどの汚染物質は飽和層１１と不飽和層１２，不透水層１３に存在し、特に各層の境界部分に多くなっており、離脱し難い状態で存在している。ベンゼンなどの汚染物質は、地層内に含まれる粘土質や土壌中の有機物に吸着されやすく、このため飽和層１１では、汚染物質が徐々に地下水中に離脱し、この地下水中には汚染物質（ベンゼン）が含まれている。
【００１８】
なお、本発明における汚染物質としては、揮発性の有機化合物であるベンゼン以外にも、フェノール，安息香酸，トルエン，キシレン，クレゾール等の芳香族化合物、あるいは、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，テトラクロロエタン，塩化ビニル，ダイオキシン等の有機塩素化合物のうち、少なくとも一種以上含んでいてもよい。
【００１９】
また、本発明における微生物としては、汚染土壌・汚染地下水に含まれ、且つ当該汚染物質の分解活性を備えた微生物であればよく、Pseudomonas mendocina, P. putida F1, Nitrosomonas europaea, Mycobacterium sp.等の好気性微生物であってもよく、また、Methanosarucina  sp.,Methanosarucina metai,Methanosarucina acetivorans,Methanothrix sp., Dechlorinating bacterium DCB-1,Methanosarucina sp.DCM  Methanococcusthermolithotrophics, M. thermodeltae Methanobact,Desulfobacterium autotrophicum, Acetobacterium woodii, Clostridium thermoaceticumerium，等の嫌気性微生物であってもよい。
【００２０】
上記構成の本発明において、取水井戸１は、揮発性の有機化合物であるベンゼンの分解性能を備えた好気性微生物を含む汚染地下水の一部を原位置から採取する採取装置として機能する。なお、本発明における採取装置は、必ずしも取水井戸１のような採取装置に限られるものではなく、地下汚染領域における汚染土壌の一部を原位置から掘削して採取する掘削装置のような採取装置であってもよい。このような取水井戸１により、原位置の地下汚染領域では好気性微生物の培養条件を最適化することが困難であるが、原位置以外の地上プラント等で培養条件を最適化することが容易となる。
【００２１】
また、培養プラント２は、培養槽２１及び曝気槽２２を備え、前者の培養槽２１は、採取装置（取水井戸１）で採取された汚染地下水を分解基質（ベンゼン）を含有する中性の培養液とともに好気条件下で培養する培養装置として機能し、他方、後者の曝気槽２２は、培養槽２１で培養された培養液に残存するベンゼンを除去するために曝気処理する曝気処理装置として機能する。
【００２２】
図２は培養槽２１及び曝気槽２２を備えた培養プラント２を示す概略断面図である。  
培養槽２１は、図２に示すように密閉された状態にあり、取水井戸１か揚水された汚染地下水をｐＨ調整によって中和処理した上で（ｐＨ６〜８）、さらに、揮発性の有機化合物であるベンゼン（１０〜５０ｐｐｍ，タールが少量でベンゼンが多量等）を分解基質として添加するようになっている。さらに、培養槽２１の槽底には攪拌用ポンプが備えられ、揚水された汚染地下水に含まれていた微生物とベンゼンとを十分に混和し、最適な培養条件下（好気性条件等）で培養することができるようになっている。培養条件を最適化するための他の要素としては、例えば、温度（２０〜４０℃，好ましくは２５〜３５℃），栄養素（窒素，リン等），活性化促進剤等がある。また、培養槽２１には、培養液の品質管理を行うために試料を採取する培養液採取口（図示せず）を設けておくことが好ましい。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施形態のように必ずしも培養液で培養する場合に限られるものではなく、例えば、ブイヨン培地，Ｍ９培地，Ｌ培地，ＭＹ培地等の培地で培養する場合であってもよい。さらに、本発明は、必ずしも汚染地下水を培養するに限られるものではなく、汚染土壌をスラリー状にして培養する場合であってもよい。また、このような培養を複数回繰り返してもよいことは言うまでもない（例えば，前々培養等）。
【００２４】
このような培養槽２１により、微生物のベンゼン分解活性が向上する要因としては、微生物のベンゼン分解性能や増殖性能が促進され、あるいは微生物の生育阻害因子に対する耐性が獲得されることが挙げられる。また、微生物が産出するベンゼン分解性能を備えたタンパク質等の半減期が増進することも、このような要因として挙げられる。さらに、このような要因が複数組み合わされて、微生物によるベンゼン分解活性の向上に寄与することもある。また、汚染地下水に含まれていた阻害因子や他の土着菌が減少・除去される場合には、培養液のベンゼン分解活性をよりいっそう向上させることが容易となる。
【００２５】
他方、曝気槽２２では、培養槽２１からポンプで移送された培養液に含まれていた揮発性のベンゼンが気中に拡散するため、培養液からベンゼンが完全に除去されるようになっている。このため、培養液を原位置に還元供給する際に、培養液に含まれていた汚染物質であるベンゼンによって原位置を再び汚染してしまうことはない。なお、気中に拡散したベンゼンは、周知の方法により回収・処理される。
【００２６】
また、注入井戸３は、培養プラント２で培養され且つ曝気処理された培養液を原位置の地下汚染領域全体（汚染土壌・汚染地下水を含む）に拡散混和させるために原位置に還元供給する供給装置として機能する。このような注入井戸３により、原位置から採取して培養した汚染地下水を再び原位置に戻すことができるようになる。この際，バッチ法，半連続法，連続法等の各種方法を用いてもよい。また、培養した微生物を半固定状態、あるいは適当な担体に担持させた状態で原位置に戻す方法を用いてもよい。
【００２７】
なお、注入井戸３は、曝気槽で曝気処理された培養液を、注入水とともに１／１００等の浄化に最適な割合で原位置に還元供給するように制御する制御手段（図示せず）を有することが好ましい。このような制御手段により、原位置に供給する培養液の量を最適化することができるようになる。また、取水井戸１で揚水され、培養プラント２で培養されない汚染地下水のうち、砒素等の有害物質を除去する水処理装置（図示せず）を通した水を、注入水の一部として用いることもできる。
【００２８】
また、酸素供給ポンプ４は、原位置の汚染土壌・汚染地下水に含まれるベンゼンを培養プラント２で活性化されたベンゼン分解性能を備えた好気性微生物に分解させるために酸素を供給する酸素供給装置として機能する。原位置の地下汚染領域は、地上汚染領域とは異なり一般的に酸素が欠乏した状態にあるため、このような酸素供給ポンプ４により、地上から新鮮な空気を供給することで好気状態とし、汚染土壌・汚染地下水に含まれる好気性微生物を活性化させることができるようになる。さらに、栄養素（窒素，リン等）を添加することにより、培養プラント２で増殖した微生物は、再度、原位置の地下汚染環境に戻した後も一定期間生存することができるようになる。その結果、原位置においても汚染物質であるベンゼンを有効に減少・除去することが可能となる。なお、ベンゼンを分解した微生物は、地下汚染環境の嫌気性条件下で嫌気状態に戻るとともに、減少・消滅していくため、環境や人体等に対する影響は少ない。
【００２９】
さらに、上記構成の本発明を実施するには、少なくとも次のような条件（ｉ）〜（iv）を具備する必要がある。（ｉ）ベンゼンで汚染された汚染地下水に、ベンゼン分解性能を備えた好気性微生物（以下、「ベンゼン分解菌」と称す。）が含まれること（採取工程）。（ii）ベンゼン分解菌のベンゼン分解性能を、汚染地下水から分離・単離することなく、培養することにより活性化させ得ること（培養工程）。（iii）培養液を原位置に注入して拡散混和させ得ること（供給工程）。（iv）原位置に注入する培養液のベンゼン分解活性が、活性条件の厳しい地下汚染領域でも維持され得ること（浄化工程）。
【００３０】
上記条件のうち、条件（ｉ），（iii）については室内試験で確認することができ、現地試験での適用可能性についてもよく知られている。そして、条件（ii）については、先行室内試験で確認することができた。そこで、以下、条件（iv）を確認するための室内試験、及び現地試験での適用可能性について説明する。
【００３１】
＝＝＝条件（iv）の確認試験、及び現地試験での適用可能性＝＝＝
まず、条件（iv）を確認するために行った、培養試験の試験条件を表１に示す。  
【表１】
2006007182.tif 000003
【００３２】
上記培養試験では、土や水は、先行室内試験で用いた土と同じものを用いた。土，水ともにｐＨが高い試料であった。アルカリ性のまま培養したケース（培養試験１）と、培養する前にｐＨ調整したもの（培養試験２）について試験を実施した。
【００３３】
このような試験条件の下で行った培養液中のベンゼン濃度の測定結果を図３に示す。  
図３は、培養試験におけるベンゼン濃度の経時的変化を示すグラフであり、（ａ）は培養試験１（アルカリ性）におけるベンゼン濃度の経時的変化を示し、他方、（ｂ）は培養試験２（中性）におけるベンゼン濃度の経時的変化を示す。
【００３４】
図３に示すように、土と培地のみで培養液を添加していない場合には、滅菌したケース及び先行室内試験と同条件の培養となり、ベンゼン濃度の経時的な減少は見られず、先行室内試験と同様な結果となった。また、土と培地に培養液を添加したケースでは、現地の土と水が存在しても、ベンゼン濃度は急速に減少した。このような試験結果を比較することにより、本培養試験で用いた土は、ベンゼン分解菌を活性化させることは困難であるが、活性化したベンゼン分解菌を即座に殺菌するほどの強い阻害作用はないことがわかった。
【００３５】
また、図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、培養試験１（アルカリ性，ｐＨ９．５〜１０）と、培養試験２（中性，ｐＨ７．５）とで同様な結果が得られた。このような結果から、ベンゼン分解活性を高めた培養液は、高いｐＨ条件（アルカリ性）による阻害作用も受けないことがわかった。なお、上記試験では、汚染地下水を対象としているが、このような結果は汚染土壌についても同様に妥当する。
【００３６】
以上より、注入した培養液は、活性条件の厳しい地下汚染領域（地盤）であっても、一定期間以上は生育してベンゼン分解活性が維持される可能性が高いことが示された。すなわち、本培養試験により、条件（iv）を具備することが確認され、現地試験での適用可能性が高いことが示されたといえる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態における前培養を伴う原位置バイオレメディエーションシステムを示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態における培養プラントを示す概略断面図である。
【図３】培養試験におけるベンゼン濃度の経時的変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１    取水井戸
２    培養プラント
３    注入井戸
４    酸素供給ポンプ
２１  培養槽
２２  曝気槽
【図１】
2006007182.tif 000004
【図２】
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【図３】
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