(57)【要約】【課題】特に多くの装置構成を要することなく、地形や距離に影響されずに土壌の状況に応じて効率よく行なうことができる土壌浄化方法及び装置を提供する。【解決手段】  各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…で連続的に測定されたＣＯ2 ガス濃度は、付属する各無線ネットワーク・モジュール２６ｃ，２６ｃ…から、他のＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…を中継点として、又は直接的にゲートウエイ３０に送信される。ホストコンピュータ２４は、受信した各測定値を集積して、その変化を分析してモニタ２０に分析結果を表示させる。また、ホストコンピュータ２４は、分析結果から最適な注入液の濃度を算出し、ゲートウエイ３０を介して希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａの駆動を無線で制御し、注入される注入液の濃度が調整される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油で汚染された土壌に対して、前記土壌中の油を好気性微生物の活性で生分解することにより土壌浄化を行なう土壌浄化方法において、
前記土壌中の複数個所に設置されたＣＯ2 ガスセンサによって前記土壌中のＣＯ2 ガス濃度を連続的に測定し、
前記ＣＯ2 ガスセンサで測定された測定値をホストコンピュータに集積して解析させて、
前記ホストコンピュータにおいて、前記ＣＯ2 濃度の時系列的な変化から前記土壌浄化の進捗状況を予測し、
予測された前記土壌浄化の進捗状況の結果に基づいて、前記ホストコンピュータによって注入液調整手段の駆動を制御することにより、前記好気性微生物の活性を高めるために注入用井戸から前記土壌中へ注入する注入液の濃度を調整することを特徴とする土壌浄化方法。
【請求項２】
前記ＣＯ2 ガスセンサは、双方向のデータ通信可能なノードである通信モジュールを備え、
前記ホストコンピュータ及び前記通信モジュールは、他の通信モジュールを中継点としたネットワークを自律的に構築するネットワーク構築機能を有することを特徴とする請求項１に記載の土壌浄化方法。
【請求項３】
前記ＣＯ2 ガスセンサは、前記ホストコンピュータとの通信を無線で行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌浄化方法。
【請求項４】
前記注入液調整手段は、双方向のデータ通信可能なノードである通信モジュールを備え、
前記ホストコンピュータ及び前記通信モジュールは、他の通信モジュールを中継点としたネットワークを自律的に構築するネットワーク構築機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌浄化方法。
【請求項５】
前記注入液調整手段は、前記ホストコンピュータとの通信を無線で行なうことを特徴とする請求項４に記載の土壌浄化方法。
【請求項６】
前記ホストコンピュータは、前記ＣＯ2 ガスセンサからの測定値を基にして、前記土壌中のＣＯ2 濃度分布を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のうち何れか一つに記載の土壌浄化方法。
【請求項７】
前記表示手段は、前記土壌中のＣＯ2 濃度分布を等値線で示すことを特徴とする請求項６に記載の土壌浄化方法。
【請求項８】
前記表示手段は、前記土壌中のＣＯ2 濃度の変化を時系列的に表示することを特徴とする請求項６又は７に記載の土壌浄化方法。
【請求項９】
油で汚染された土壌に対して、前記土壌中の油を好気性微生物の活性で生分解することにより土壌浄化を行なう土壌浄化装置において、
前記土壌中に、前記好気性微生物の活性を高めるための注入液を注入するための注水井戸と、
前記注水井戸へ注入する前記注入液の濃度を調整する注入液調整手段と、
前記注入液調整手段で調整された前記注入液を前記注水井戸へ供給する注入液供給手段と、
前記土壌中のＣＯ2 ガス濃度を連続的に測定するＣＯ2 ガスセンサと、
前記ＣＯ2 ガスセンサで測定された測定値を集積して解析し、前記ＣＯ2 濃度の時系列的な変化から前記土壌浄化の進捗状況を予測して、その予測結果を基に前記注入液調整手段を制御して前記注入液の濃度を調整させるホストコンピュータと、
前記ホストコンピュータで集積されて解析されたＣＯ2 ガスセンサからの測定値を基にして、前記土壌中のＣＯ2 濃度分布の変化を等値線で時系列的に表示する表示手段と、から構成されることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項１０】
前記ＣＯ2 ガスセンサ及び前記注入液調整手段は、無線による双方向のデータ通信可能なノードである通信モジュールを備え、
前記ホストコンピュータ及び前記通信モジュールは、他の通信モジュールを中継点としたネットワークを自律的に構築するネットワーク構築手段を有することを特徴とする請求項９に記載の土壌浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土壌浄化方法及び装置に係り、特に油で汚染された土壌又は地下水を好気性微生物の活性により浄化するバイオレメディエーション法を用いた土壌浄化方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業廃棄物の投棄や産業廃水の排出により、油類や揮発性有機化合物などの汚染物質が土壌に浸入して土壌が汚染されるという問題があった。土壌が汚染されると地下水へ汚染物質が溶出して土壌の汚染及び地下水の汚染が広範囲に拡がり、生活環境に影響を及ぼす虞がある。そのため、環境基本法や水質汚濁防止法などによって土壌環境基準及び地下水の浄化基準が定められ、様々な物質が規制されている。
【０００３】
従来、汚染土壌に対する浄化を行うために様々な取り組みがなされており、汚染された土壌や地下水を地表に引き揚げて、それら土壌や地下水に対して熱や薬剤等を加えることにより、物理・化学的に汚染物質を分解処理する方法の他、汚染された土壌の原位置から直接的に物理・化学的処理を加えて浄化する方法が提案され、実施されている。
【０００４】
特に、特許文献１で開示されているように、油等の汚染物質で汚染された汚染土壌に対して、酸素源、窒素源、リン源等の微生物分解を促進する物質や、汚染物質の分解能を有する微生物を注入して浄化処理を行なう方法であるバイオレメディエーション法は、低コストで効率のよい土壌浄化が可能である上に、浄化処理による二次汚染の原因である副産物の発生がないため、環境面で優れた土壌浄化方法として多用されている。
【０００５】
上述したバイオレメディエーション法には、（１）汚染された土壌の原位置に井戸を形成し、井戸から促進物質や微生物の注入及び揚水、又は注入のみで浄化するバイオベンディング法；（２）汚染された土壌を掘削し、別の場所で堆積した状態で撹拌しながら促進物質や微生物を注入して浄化するランドファーミング法；（３）掘削した汚染土壌を積み上げて、その中にパイプを通して促進物質や微生物を注入して浄化するバイオパイル法；（４）掘削した汚染土壌に促進物質を注入して十分に混合してスラリー状に調整したものをバイオリアクターに投入して浄化するバイオスラリー法、がある。
【０００６】
これらの中でも（２），（３），及び（４）は、多くのスペースや大規模な装置等を必要とする上に、汚染土壌の地表に工場や施設等の建物が存在する場合に掘削することが困難であるため、（１）の方法が一般的に採用される。
【０００７】
ところで、上述した土壌浄化を行なう場合、先ず汚染された土壌又は地下水の汚染状況等の調査（すなわち、モニタリング）を行なって、そのモニタリングによる調査結果に基づいて土壌浄化作業が着手される。そして、土壌浄化中においても土壌又は地下水のモニタリングを定期的に行なうことにより、土壌浄化の進捗状況を常に監視することで効果的な土壌浄化を行なうことができる。
【０００８】
上述したモニタリング方法としては、汚染地域をボーリンクして、その土壌又は地下水の一部をサンプリングし、対象とする汚染物質を検知管やガスクロマトグラフィーによって検知又は分析して行なう方法が一般的である。
【０００９】
また、特許文献２のように、複数個所に土壌中のガスを採取するための土壌ガス採取用配管を配置するとともに、一つの土壌ガスを分析する分析機器と接続させ、分析機器において各配管で採取されたガスの供給を切り替えて分析することにより、土壌ガスを連続的にモニタリングする装置も開示されている。これにより、サンプリング作業を省力化することができる。
【特許文献１】特開平１１−２６２７５１号公報
【特許文献２】特開２００１−２２１７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、土壌又は地下水が油等の汚染物質に汚染されると、その汚染範囲は地下水の流れに従って広範囲にわたる上に、汚染された土壌の地表には施設等の建物が立地している場合が多い。そのため、上述したボーリングによる調査方法では、サンプリングや分析に多くの時間や労力を要する上、連続的な測定を行なうことができない。したがって、正確な土壌の状態に関する情報や土壌浄化の進捗情報を得ることは極めて難しい。
【００１１】
特許文献２においても、多数の採取用配管を立地した施設を避けながら広範囲に設置しなければならないため、多くの設備コストを要する上に、設備の維持に要する時間やコストが増大するという欠点があった。また、分析機器が一つしか設けられていないため、測定箇所が多数である場合には、各箇所を連続的に測定することが難しくなるため、正確な進捗情報を得ることができなくなる。
【００１２】
したがって、特許文献１に開示されている従来の土壌浄化方法では、土壌浄化の進捗状況を把握することができずに促進物質や微生物の注入及び揚水、又は注入のみが行なわれていたので、効率のよい土壌浄化が行なわれていたとは言い難い。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、油で汚染された土壌を好気性微生物による浄化を行なう際に、特に多くの装置構成を要することなく、地形や距離に影響されずに土壌の状況に応じた土壌浄化を効率よく行なうことができる土壌浄化方法及び装置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】
【００１４】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、油で汚染された土壌に対して、前記土壌中の油を好気性微生物の活性で生分解することにより土壌浄化を行なう土壌浄化方法において、前記土壌中の複数個所に設置されたＣＯ2 ガスセンサによって前記土壌中のＣＯ2 ガス濃度を連続的に測定し、前記ＣＯ2 ガスセンサで測定された測定値をホストコンピュータに集積して解析させて、前記ホストコンピュータにおいて、前記ＣＯ2 濃度の時系列的な変化から前記土壌浄化の進捗状況を予測し、予測された前記土壌浄化の進捗状況の結果に基づいて、前記ホストコンピュータによって注入液調整手段の駆動を制御することにより、前記好気性微生物の活性を高めるために注入用井戸から前記土壌中へ注入する注入液の濃度を調整することを特徴とする。
【００１５】
なお、ここで述べる「土壌」とは、土壌そのものの他、土壌中に存在し、土壌中を微速に流れる地下水も含むものとする。
【００１６】
本発明によれば、土壌又は地下水を汚染する油を好気性微生物によって好気的に生物分解させるバイオレメディエーション法による土壌浄化を行なうと、その分解過程でＣＯ2 ガスが発生する。本願発明者は、この点に着目し、土壌中のＣＯ2 ガス濃度を測定してその時系列的な変化を調査することにより、好気性微生物による土壌浄化の進捗状況を予測して、土壌浄化をモニタリングする手法を導き出した。
【００１７】
すなわち、もし土壌浄化が進行している場合には、土壌中の油が生分解されて微生物活性が高まるため、土壌中のＣＯ2 濃度が上昇する。一方、土壌浄化が終了した場合には、生分解する油が減少して微生物活性が低下するため、土壌中のＣＯ2 濃度も低下する。このように、土壌中のＣＯ2 濃度と土壌の状態及び土壌浄化の進捗状況とは関連性があるため、各地点におけるＣＯ2 濃度の変化を時系列的に分析することにより、土壌の状態や土壌浄化の進捗状況を的確に予測することができる。
【００１８】
本発明において土壌のモニタリングを行なう際には、先ず汚染された土壌およびその近傍における測定したい箇所にＣＯ2 ガスセンサを土壌中に設置して、各ＣＯ2 ガスセンサと接続したホストコンピュータを設置する。各ＣＯ2 ガスセンサは、設置された箇所における土壌中のＣＯ2 ガス濃度を連続的に測定し、その測定値をホストコンピュータへ送信する。ホストコンピュータにおいて、受信した各ＣＯ2 ガスセンサからの連続的な測定値を集積して解析し、これら測定値の変化によって土壌の状態や土壌浄化の進捗状況を予測する。これにより、油で汚染された土壌を好気性微生物による浄化を行なう際に、その土壌の状態や土壌浄化の進捗状況をタイムリーに予測できるので、効果的な土壌浄化を行なうことができる。加えて、本発明では、測定したい各地点にＣＯ2 ガスセンサを設置するだけであるため、土壌浄化のモニタリングに要する設備コスト、設備スペース、及び手間を大幅に削減することができる。
【００１９】
また、本発明では、上述した土壌浄化のモニタリング結果に基づいて、ホストコンピュータによって注入液調整手段が制御されるため、注入液調整手段で調整された注入液は、土壌浄化の進捗状況に対して常に最適な濃度で注水井戸から汚染された土壌へ注入される。これにより、汚染土壌に要するコストを最小限に抑えつつ、しかも効率のよい土壌浄化を短時間で行なうことができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＣＯ2 ガスセンサは、双方向のデータ通信可能なノードである通信モジュールを備え、前記ホストコンピュータ及び前記通信モジュールは、他の通信モジュールを中継点としたネットワークを自律的に構築するネットワーク機能を有することを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のＣＯ2 ガスセンサは、前記ホストコンピュータとの通信を無線で行なうことを特徴とする。
【００２１】
ここで述べる「ネットワークを自律的に構築する」とは、ソフトウエア等によって予め設定された指令に従って、ホストコンピュータや各通信モジュールが互いにデータを送受信（すなわち、センシング）することにより、ホストコンピュータ及び各通信モジュールの間で自動的にネットワークを構築することを指す。
【００２２】
本発明によれば、ＣＯ2 ガスセンサは、ホストコンピュータとの通信を無線で行ない、自律的なネットワークを構築する機能を有するノードである通信モジュールを備えているため、他のＣＯ2 ガスセンサの各通信モジュールを中継点として、又は直接的にホストコンピュータへ測定値を最短距離で送信することができる。ＣＯ2 ガスセンサをネットワーク化することにより、土壌浄化のモニタリングを行なう土壌が広範囲であったり、建物等が立地して地形が複雑であったりする場合においても、特に複雑な装置構成を要することなく、かつ地形や距離によって制約されずにＣＯ2 ガスセンサを任意の位置に配置して土壌浄化のモニタリングを簡易に行なうことができる。
【００２３】
その上、ＣＯ2 ガスセンサの通信モジュールは、他のＣＯ2 ガスセンサやホストコンピュータと双方向にデータ通信可能であるため、ＣＯ2 ガスセンサの作動をホストコンピュータによって制御することも可能となる。これにより、ＣＯ2 ガスセンサの状態を常に監視できる上に、必要のないときにはホストコンピュータでＣＯ2 ガスセンサの電源をＯＦＦにすることも可能であるため、広範囲に散在するＣＯ2 ガスセンサの管理やメンテナンスに要する時間や手間を大幅に低減することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の注入液調整手段は、双方向のデータ通信可能なノードである通信モジュールを備え、前記ホストコンピュータ及び前記通信モジュールは、他の通信モジュールを中継点としたネットワークを自律的に構築するネットワーク構築機能を有することを特徴とする。また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の注入液調整手段は、前記ホストコンピュータとの通信を無線で行なうことを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、注入液調整手段も又、ホストコンピュータとの通信を無線で行ない、自律的なネットワークを自動的に構築する機能を有するノードである通信モジュールを備えているため、複数個所にわたり互いに離れた位置で注水を行なっても、地形や距離に影響されずに注水する注入液の濃度の制御を効率よく行なうことができる。加えて、注入箇所が広範囲に散在する場合でも、ホストコンピュータによって各注入液調整手段の管理を行なうことができるので、各注入液調整手段の管理やメンテナンスに要する時間や手間を大幅に低減することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のうち少なくとも一つに記載のホストコンピュータは、前記ＣＯ2 ガスセンサからの測定値を基にして、前記土壌中のＣＯ2 濃度分布を表示する表示手段を備えたことを特徴とする。これにより、土壌浄化の進捗状況を表示手段で簡易に視認することができるので、土壌の状態や土壌浄化の進捗状況を手間や労力を要せずにモニタリングして、的確な土壌浄化を行なうことができる。
【００２７】
なお、前記表示手段は、前記土壌中のＣＯ2 濃度分布を等値線で示すことが好ましい。また、前記表示手段は、前記土壌中のＣＯ2 濃度の変化を時系列的に表示することが好ましい。これにより、表示手段を見るだけで土壌浄化の進捗状況を一目で認識することができるので、土壌浄化のモニタリングに要する手間をさらに簡素化できる。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明は、前記目的を達成するために、油で汚染された土壌に対して、前記土壌中の油を好気性微生物の活性で生分解することにより土壌浄化を行なう土壌浄化装置において、前記土壌中に、前記好気性微生物の活性を高めるための注入液を注入するための注水井戸と、前記注水井戸へ注入する前記注入液の濃度を調整する注入液調整手段と、前記注入液調整手段で調整された前記注入液を前記注水井戸へ供給する注入液供給手段と、前記土壌中のＣＯ2 ガス濃度を連続的に測定するＣＯ2 ガスセンサと、前記ＣＯ2 ガスセンサで測定された測定値を集積して解析し、前記ＣＯ2 濃度の時系列的な変化から前記土壌浄化の進捗状況を予測して、その予測結果を基に前記注入液調整手段を制御して前記注入液の濃度を調整させるホストコンピュータと、前記ホストコンピュータで集積されて解析されたＣＯ2 ガスセンサからの測定値を基にして、前記土壌中のＣＯ2 濃度分布の変化を等値線で時系列的に表示する表示手段と、から構成されることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のＣＯ2 ガスセンサ及び前記注入液調整手段は、無線による双方向のデータ通信可能なノードである通信モジュールを備え、前記ホストコンピュータ及び前記通信モジュールは、他の通信モジュールを中継点としたネットワークを自律的に構築するネットワーク構築手段を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項９及び１０は、上述した本発明の土壌浄化方法を装置化したものであり、その作用効果は上述した内容と同様であるため、記載は省略する。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように本発明に係る土壌浄化方法及び装置によれば、汚染された土壌の各箇所に設置されたＣＯ2 ガスセンサによって土壌中のＣＯ2 濃度を連続的に測定し、これら測定されたＣＯ2 濃度の連続的な変化からホストコンピュータで土壌浄化の進捗状況を予測することができる。また、ＣＯ2 ガスセンサとホストコンピュータとは、データ通信を無線で双方向に行なって自律的なネットワークを自動的に構築することができる。このようにセンサネットワークを形成することで、モニタリングする地形や距離に影響されることなく、低コストで効率よく土壌浄化の進捗状況を把握することができる。
【００３２】
こうして得られた土壌浄化のモニタリング結果を基にして、土壌中へ注入される注入液は常に最適な量に調整されているため、汚染された土壌の状況に最適な効率のよい土壌浄化を行なうことができるとともに、土壌浄化に要するコストや時間を大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下添付図面に従って本発明に係る土壌浄化方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３４】
図１は、本発明における実施の形態である土壌浄化装置１０の全体構成を示した側面断面図である。
【００３５】
図１に示すように、地表２を形成する不飽和層４の下方には、地下水を含んだ飽和層６が形成されており、不飽和層４及び飽和層６の一部には油で汚染された汚染土壌８が存在する。
【００３６】
なお、ここで述べる飽和層６とは、岩石の割れ目や土壌中の孔隙が地下水により飽和された層であり、飽和層６では飽和された地下水の微速な流れが生じている。また、汚染土壌８とは、土壌そのものの他、土壌中に存在する地下水も含むものとする。
【００３７】
土壌浄化装置１０は汚染土壌８の上方近傍に設置され、主に注水井戸１２と、注入液調整手段としての混合槽１４、希釈水貯留タンク１６、及び濃縮栄養塩貯留タンク１８と、注入液供給手段としての注入管２０と、複数の観測井戸２２，２２…と、土壌浄化装置１０の全体における管理及び制御を行なうホストコンピュータ２４と、各観測井戸２２，２２…の内部で土壌中のＣＯ2 濃度を測定するＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…と、から構成される。
【００３８】
注水井戸１２は、地表２から地下水の上流側に当たる汚染土壌８に対して垂直に掘削された井戸であり、その形状や本数、大きさは汚染土壌８に対して効率よく注入可能であることが好ましい。
【００３９】
混合槽１４、希釈水貯留タンク１６、及び濃縮栄養塩貯留タンク１８は、汚染土壌８へ注入する注入液を調整して貯留するために地表２に設置された槽及びタンクである。
【００４０】
混合槽１４では、希釈水貯留タンク１６から付属する希釈水供給ポンプ１６ａの駆動により希釈用の水が供給されると同時に、濃縮栄養塩貯留タンク１８から付属する栄養塩供給ポンプ１８ａの駆動により濃縮された栄養塩が添加され、混合槽１４に内設された不図示の攪拌機で攪拌することにより、所定の濃度に注入液が調整される。
【００４１】
本実施形態で記述される栄養塩としては、土壌中に存在する油分解能を有する好気性微生物の活性を促進する物質であり、例えば、酸素源や、窒素源、リン源、又はこれらの混合物で構成される栄養塩が使用されるが、注入液として貯留用に濃縮したものを希釈して使用することに限定されない。また、注入液としては、上述した栄養塩に限定されず、油分解能を有する好気性微生物や、微生物と栄養塩の混合物を使用してもよい。
【００４２】
また、希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａは、無線でデータ通信を行なう不図示の無線ネットワーク・モジュールを有しており、ホストコンピュータ２４と無線で接続している。
【００４３】
注水井戸１２と混合槽１４とは注入管２０によって連結されており、注入管２０に配設された注入ポンプ２０ａが駆動することにより、混合槽１４内で調整された注入液が注水井戸１２を介して汚染土壌８内へ注入される。注水井戸１２から注入された注入液は、飽和層６内における地下水の流れに従って、下流に位置する汚染土壌８へ浸透する。
【００４４】
観測井戸２２は、汚染土壌８及びその近傍に複数配置され、地表２から汚染土壌８に対して垂直方向に飽和層６に達する深さまで掘削されて形成される。観測井戸２２の形状や穴径については特に限定しないが、ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６を安定して設置可能であるとともに、汚染土壌８の内部のガス類を大気中へ放出させない構造であることが好ましい。なお、観測井戸２２の詳細な構造については、図２において後述する。
【００４５】
ホストコンピュータ２４は地表２の上面に設置され、通信手段であるゲートウエイ（図１では不図示、図３の３０に相当）や、表示手段であるモニタ２８を備えている。ホストコンピュータ２４は、希釈水供給ポンプ１６ａ、栄養塩供給ポンプ１８ａ、及び各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…に設けられた不図示の無線モジュールと、不図示のゲートウエイを介してワイヤレス・ネットワークを構築するソフトウエア（いわゆる、ネットワーク構築手段）を内蔵している。なお、ホストコンピュータ２４、ゲートウエイ、及びモニタ２８についての詳細な説明は後述する。
【００４６】
図２は、本実施形態における観測井戸２２及びＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６の構造を示す拡大断面図である。
【００４７】
ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６は、ＣＯ2 ガスセンサ２６ａと、ＣＯ2 ガスセンサ制御モジュール２６ｂと、無線ネットワーク・モジュール２６ｃと、導線２６ｄと、から構成される。
【００４８】
ＣＯ2 ガスセンサ２６ａは、観測井戸２２の内部において、飽和層６の上方に設置される。なお、設置条件としては、土壌中のＣＯ2 濃度測定を正確に行なうために、ＣＯ2 ガスセンサ２６ａの一部又は全部が観測井戸２２内の地下水に浸漬しない設置状態や構造であることが好ましい。
【００４９】
本実施形態では、ＣＯ2 ガス測定濃度範囲；大気濃度（約４００ｐｐｍ）〜８０，０００ｐｐｍ、出力；０〜４Ｖ、センサ精度；±２０％（ＣＯ2 濃度に換算すると±１０００ｐｐｍ）、使用温湿度条件；−１０〜５０°Ｃかつ５〜９５％ＲＨ、の性能を有するＣＯ2 ガスセンサ２６ａが使用される。この仕様のＣＯ2 ガスセンサ２６ａでは、測定されたＣＯ2 濃度の測定値がボルト（Ｖ）に換算されて測定値のデータとして出力される。
【００５０】
ＣＯ2 ガスセンサ制御モジュール２６ｂは、ＣＯ2 ガスセンサ２６ａの上方に位置し、観測井戸２２の上部に安定して固定される。ＣＯ2 ガスセンサ制御モジュール２６ｂは、ＣＯ2 ガスセンサ２６ａと導線２６ｄを介して接続しており、ＣＯ2 ガスセンサ２６ａから出力された測定値データを受信するとともに、ＣＯ2 ガスセンサ２６ａ及び無線ネットワーク・モジュール２６ｃに対する各種動作の制御を行なう。また、ＣＯ2 ガスセンサ制御モジュール２６ｂは不図示の電源（例えば、ＤＣ５Ｖの電源）を内蔵しており、ＣＯ2 ガスセンサ２６ａ及び無線ネットワーク・モジュール２６ｃに対するＯＮ・ＯＦＦの制御も行なう。そして、ＣＯ2 ガスセンサ・ユニット自体の情報を測定値とともに、無線ネットワーク・モジュールを介して送信する。無線ネットワーク・モジュール２６ｃは、自律的なワイヤレス・ネットワークを構築可能な、すなわち自律的に送受信を行なう双方向性を有する通信ノードであり、無線周波数が９０２〜９２８ＭＨｚで、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に準拠する仕様であることが好ましい。
【００５１】
無線ネットワーク・モジュール２６ｃの上方、すなわち観測井戸２２の上面には、上蓋２２ａが設置されており、これにより観測井戸２２の内部に外気が流れ込むことによる土壌中のＣＯ2 濃度の測定結果への影響を防止することができる。
【００５２】
図３は、本発明の実施の形態である土壌浄化装置１０におけるネットワーク全体のシステム構成を示したブロック図であり、土壌浄化装置１０を上方から見た概略図である。
【００５３】
各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…の無線ネットワーク・モジュール２６ｃは、電源が入ると、無線による通信を自動的に開始して、周囲にある他の無線ネットワーク・モジュール２６ｃ，２６ｃ…や、ホストコンピュータ２４の通信手段であるゲートウエイ３０をセンシングする。そして、他の無線ネットワーク・モジュール２６ｃ，２６ｃ…や、ゲートウエイ３０と接続すると、図３の破線で示すような無線ネットワークが構築される。このネットワークは、双方向にデータ交換が可能であり、構築された後でも無線ネットワーク・モジュール２６ｃ，２６ｃ…の欠落や増加があっても、無線ネットワーク・モジュール２６ｃ，２６ｃ…が常にデータ通信によるセンシングが行なわれているので、常に最新のネットワークが自動的に再構築される。
【００５４】
このように構築されたネットワークにおいて、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…で連続的に測定されたＣＯ2 ガス濃度は、付属する各無線ネットワーク・モジュール２６ｃ，２６ｃ…から、他のＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…の無線ネットワーク・モジュール２６ｃ，２６ｃ…を中継点として、又は直接的にゲートウエイ３０に送信される。
【００５５】
ホストコンピュータ２４は、ゲートウエイ３０で受信した各測定値を集積して、その連続的な測定値からＣＯ2 濃度の変化を解析し、モニタ２８に土壌浄化のモニタリング結果を表示させる。一方、ホストコンピュータ２４は、ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…自体の情報も同時に受信して、各ＣＯ2 ガスセンサ・ユニット２６，２６…の状態を把握可能にするとともに、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…の駆動制御を行なうためのデータを送信する。
【００５６】
また、希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａにも、ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６のものと同様の無線ネットワーク・モジュール（不図示）を備えている。したがって、希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａも又、各無線ネットワーク・モジュールを中継点として、又は直接的にゲートウエイ３０を介してホストコンピュータ２４と接続するネットワークを構築することができる。このネットワークも又、双方向にデータ交換が可能であり、構築された後でも無線ネットワーク・モジュールの欠落や増加があっても、無線ネットワーク・モジュールが常にデータ通信によるセンシングを行なっているので、常に最新のネットワークが自動的に再構築される。
【００５７】
この希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａと、ホストコンピュータ２４とによって構築されたネットワークにおいて、ホストコンピュータ２４は、上述した各ＣＯ2 濃度から分析された土壌浄化のモニタリング結果を基にして、効率のよい土壌浄化を行なうために最適な注入液の濃度を算出する。そして、ホストコンピュータ２４は、算出した値から、希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａの駆動制御を行なうためのデータを導き出し、ゲートウエイ３０から送信して希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａの駆動を制御することによって、混合槽１４内における注入液の濃度を調整する。その一方で、ホストコンピュータ２４によって、希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａ自体の情報も同時に受信して、その状態を常に把握することも可能である。
【００５８】
なお、図３に示すように、ホストコンピュータ２４は、ＬＡＮ／ＷＡＮ４０の回線や接続端子等を介して、他のＰＣ４２や、ＰＤＡ４４等の携帯端末、他のネットワーク４６、データベース４８と接続可能であることが好ましい。これにより、他の端末や遠隔地同士においても情報を一元管理して利用することができる。
【００５９】
図４は、土壌浄化のモニタリング結果の一例である画面を表示したときのモニタ２８を示した平面図である。
【００６０】
図４において、モニタ２８内の各囲い線２８ａ，２８ａ…は、各ＣＯ2 濃度を示した等値線である。モニタ２８では、各ＣＯ2 濃度を結んだ等値線で示した画面が時系列で切り替わって表示される。このように、モニタ２８にて汚染土壌を上方から見たＣＯ2 分布を表示させることにより、土壌浄化の進捗状況を簡易に認識させることが可能となる。
【００６１】
次に、上記のごとく構成された本発明の実施の形態である土壌浄化装置１０の作用について説明する。
【００６２】
油で汚染された汚染土壌に対して浄化を行なう場合に、汚染土壌中の微生物を活性化させて油を分解することにより浄化を行なうバイオレメディエーション法は、環境への影響も少ない浄化を行なうことができることから様々な状況で多く採用されている。
【００６３】
一般に土壌浄化を行なう場合、先ず汚染された土壌又は地下水の汚染状況等の調査を行なう、いわゆるモニタリングを行なう必要があり、そのモニタリングによる調査結果に基づいて土壌浄化作業が着手される。そして、土壌浄化中においても土壌又は地下水のモニタリングを定期的に行なって、土壌浄化の進捗状況を常に監視することにより、効果的な土壌浄化が可能となる。
【００６４】
従来、このモニタリング方法としては、汚染地域をボーリンクして、その土壌又は地下水の一部をサンプリングし、対象とする汚染物質を検知管やガスクロマトグラフィーによって検知して行われる方法が一般的である。しかしながら、従来のモニタリング方法では、多くのコストや労力を要するだけでなく、タイムリーなモニタリングを行なうことができないため、効率のよい土壌浄化を行なうことが極めて困難であった。
【００６５】
そこで、本願発明者は、土壌又は地下水を汚染する油を好気性微生物によって好気的に生物分解させると、その分解過程でＣＯ2 ガスが発生する点に着目し、土壌中のＣＯ2 ガス濃度を測定することにより、好気性微生物による土壌浄化における土壌の状況や浄化の進捗状況をモニタリングし、その結果を基にして土壌浄化を行なう方法を導き出した。
【００６６】
すなわち、もし、土壌浄化が進行している場合には、土壌中の油が分解されて微生物活性が高まるため、土壌中のＣＯ2 濃度が上昇する。一方、土壌浄化が終了した場合には、分解する油がなくなり微生物活性が低下するため、土壌中のＣＯ2 濃度も低下する。このように、土壌中のＣＯ2 濃度と土壌浄化の進捗状況とは関連性があるため、ＣＯ2 濃度の変化を時系列的に分析することで、土壌の状態や土壌浄化の進捗状況を予測することが可能となる。
【００６７】
本願発明者は、上述したＣＯ2 ガス濃度による土壌浄化のモニタリング方法を立証するために、第１の試験として、図５に示した第１の実験装置５０を用いて、土壌中で微生物によって発生したＣＯ2 濃度を本実施例に使用されるＣＯ 2ガスセンサ２６ａで測定する検証試験を行なった。
【００６８】
図５に示すように、第１の実験装置５０は、密閉性の高いφ１００ｍｍ×ｈ２００ｍｍの円筒カラム５２の内部に、土壌サンプル５４を湿潤重量で２５ｇ入れたビーカー５６を設置して、その土壌サンプル５４に栄養塩として土壌浄化に使用される栄養塩を適量の純水に溶解させた状態で約２６ｍＬ添加した。さらに、その土壌サンプル５４に汚染油のサンプルとして機械油を５０μＬ添加した状態で静置した。
【００６９】
円筒カラム５２の内部には、本実施例で使用されたＣＯ 2ガスセンサ２６ａを設置した。ＣＯ 2ガスセンサ２６ａは、電源を供給するパワーサプライ５８と、測定値を表示・記録するデータロガー６０と、を備えている。
【００７０】
また、第１の実験装置５０には、温度による影響を調査するためにカラム内温度計６２及び外気温計６４が設けられている。各温度計６２，６４による測定結果は、サーモレコーダー６６に送られて、表示・記録される。
【００７１】
さらに、第１の実験装置５０では、外気のＣＯ2 濃度による影響を調査するために、外気ＣＯ2 濃度計６８が設けられる。外気ＣＯ2 濃度計６８では、付属する吸引ポンプ７０により外気のエアが吸引され、そのＣＯ2 濃度が測定される。外気ＣＯ2 濃度計６８による測定は非分散赤外線によるＮＤＩＲ方式で測定を行なう。外気ＣＯ2 濃度計６８の測定値は、付属するインジケーター７２によって表示される。
【００７２】
第１の試験では、上述した第１の実験装置５０を１３５時間運転し、その気温及びＣＯ2 濃度の変化について検証した。その結果を図６に示す。図６は、第１の試験における各ＣＯ2 濃度及び各温度の変化を示したグラフである。図６のグラフにおいて、■は円筒カラム５２内に設置されたＣＯ 2ガスセンサ２６ａの測定値を示し、▲は外気ＣＯ2 濃度計６８の測定値を示し、□は円筒カラム５２内に設置されたカラム内温度計６２の測定値を示し、△は外気温計６４の測定値を示している。なお、図６のグラフ中における「暖房運転期」及び「暖房停止期」の記載は、第１の試験で使用された実験室での暖房の運転時期を示している。
【００７３】
図６のグラフに示すように、外気のＣＯ2 濃度の平均が４３３±４０ｐｐｍであった。それに対し、円筒カラム５２内のＣＯ2 濃度は、若干の減衰があるものの、増加する傾向が確認され、ＣＯ2 濃度の最高値として２，２２０ｐｐｍであった。一方、温度変化に関しては、暖房の運転による実験室の温度変動に依存しており、周期的であった。
【００７４】
図６のグラフから、温度変化とＣＯ2 濃度の変化との関係において、環境温度が上昇するのに伴い、土壌サンプル５４内において微生物活性が上がるので、円筒カラム５２内のＣＯ2 濃度が増加する一方で、環境温度が下がるにつれて微生物活性が低下して、再び環境温度が上昇するまでＣＯ2 濃度に変化が見られないことが判明した。
【００７５】
このように、本発明を採用することにより、ＣＯ2 濃度の変化を分析調査すれば、油で汚染された土壌の状態やバイオレメディエーション法による土壌浄化の進捗状況を簡易かつ的確に予測することができる。
【００７６】
また、本願発明者は、第２の試験として、発生するＣＯ2 濃度に基づいた注入液の濃度調整による土壌浄化の効果を立証するために、図７に示した第２の実験装置８０を用いて、測定したＣＯ2 濃度に基づいて注入液の濃度を変化させる検証試験を行なった。
【００７７】
図７に示すように、第２の実験装置８０は、第１の実験装置５０とほぼ同様であるが、密閉性の高いφ１００ｍｍ×ｈ２００ｍｍの円筒カラム５２の内部に、土壌サンプル５４を湿潤重量で２５ｇ入れたビーカー５６を設置して、土壌サンプル５４に汚染油のサンプルとして機械油を５０μＬ添加した状態で静置した。
【００７８】
円筒カラム５２の内部には、本実施例で使用されたＣＯ 2ガスセンサ２６ａを設置した。ＣＯ 2ガスセンサ２６ａは、電源を供給するパワーサプライ５８と、ＣＯ2 濃度の測定値を表示・記録するデータロガー６０と、を備えている。
【００７９】
また、第２の実験装置８０には、円筒カラム５２内の土壌サンプル５４の内部へ注入液を注入する注水装置８２が配置されている。詳しい構造は省略するが、注水装置８２は、注入液の濃度を任意に変更可能であるとともに、所定の供給量で注入液を注入する性能を有している。
【００８０】
第２の試験では、測定されたＣＯ2 濃度に基づいて注入液の濃度を調整して試験を行なった。すなわち、ＣＯ2 濃度が増加した状態であれば、予め設定された通常の濃度で注水装置８２により注入液の注入が行なわれ、もし、ＣＯ2 濃度が低下する場合には、注水装置８２により濃度が通常の２倍に設定された注入液の注入が行なわれた。
【００８１】
その結果を図８Ａ及び図８Ｂに示す。図８Ａは、第２の試験における各注入液濃度の変化に対するＣＯ2 濃度の推移を示したグラフであり、図８Ｂは、第２の試験における各注入液濃度の変化に対するＣＯ2 の発生速度の推移を示したグラフである。
【００８２】
図８Ａのグラフに示すように、発生するＣＯ2 濃度が低下したときに、注入液の濃度を通常よりも高くすることにより、低下したＣＯ2 濃度を上昇させることができた。一方、ＣＯ2 濃度の増加速度が上昇したとき、すなわちＣＯ2 濃度のグラフ線の傾きが上昇したときに、注入液の濃度を通常に戻しても、ＣＯ2 濃度の増加速度を維持することができることが判明した。
【００８３】
また、図８Ｂのグラフに示すように、注入液の濃度を高くしたときに、直ぐにはＣＯ2 濃度は上昇せず、何日か経ってからＣＯ2 濃度が上昇する傾向にあった。これは、おそらく注入された高濃度の注入液によって微生物が増殖して活性が上がるまでに若干の時間を要するものと推測される。言い換えると、注入液の化学的な分解等によってＣＯ2 濃度の変化が生じないことを示している。
【００８４】
この第２の試験から、土壌中のＣＯ2 濃度に基づいて、注入液の濃度を調整して土壌浄化を行なう本発明の方法を採用することにより、油で汚染された土壌に対して土壌の状態に応じて極めて効率よく浄化することが可能であることが判明した。また、過剰に高濃度の注入液を使用しなくてもすむため、土壌浄化に要するコストを大幅に低減することができる。
【００８５】
また、本発明の実施形態において、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…に付属する無線ネットワーク・モジュール２６ｃ，２６ｃ…や、希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａに付属する無線ネットワーク・モジュールによって、自律的にネットワークを構築する、いわゆるノードによるワイヤレス・ネットワーク構築方法を採用している。
【００８６】
従来の無線を用いたネットワーク構築、すなわちクライアント／サーバ形式のネットワークでは、図８Ａに示すように、ホストコンピュータ２４と各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…とは、一対一で双方向のデータ通信が行なわれる。しかしながら、ホストコンピュータ２４との間に建物等の障害物１００，１００が存在した場合には、その障害物１００，１００によって無線通信の妨げとなるため、測定値を送信できないＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６’，２６’…が存在してしまう。その上、ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６からホストコンピュータ２４までの距離が所定以上に離れてしまうと、無線によるデータ通信が困難となる。従って、従来では、データ通信の中継地点を設ける方法や、有線で各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…を接続する方法で対処することが検討される。しかしながら、その設備コストが増大する上に、設置するスペースを確保しなければならないので、設置条件に制約が生じるという問題があった。
【００８７】
一方、本発明のネットワーク構築方法では、図８Ｂに示すように、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…同士が自律的にセンシングして、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…を中継点としたネットワークを自動的に構築することができる。従って、ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６からホストコンピュータ２４との直線的な間に障害物１００，１００が存在したとしても、ノードである各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６’，２６’…を最適な中継点として、ホストコンピュータ２４へ各測定値を送信することができる。また、ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６からホストコンピュータ２４までの距離が所定以上に離れてしまっても、ノードである各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…を最適な中継点として、ホストコンピュータ２４へ測定値を送信することができる。加えて、ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６を新たに追設したり撤去したりしても、常にデータ通信を介してセンシングが行なわれているため、常に最新のネットワークを自動的に再構築することができる。これにより、ネットワークの構築に要する手間を大幅に削減することができる。なお、希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａに付属する無線ネットワーク・モジュールに関しても同様のことが言える。  
【００８８】
また、ホストコンピュータ２４と、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…とは、双方向のデータ通信が可能である。したがって、ＣＯ2 ガスセンサ制御モジュール２６ｂから無線ネットワーク・モジュール２６ｃを介して送信されたデータ、及び希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａの各無線ネットワーク・モジュールから送信されたデータにより、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…、希釈水供給ポンプ１６ａ、及び栄養塩供給ポンプ１８ａの各状態をホストコンピュータ２４で把握することができる。その上、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…自体や、希釈水供給ポンプ１６ａ自体、及び栄養塩供給ポンプ１８ａ自体をホストコンピュータ２４で制御することができる。これにより、土壌浄化装置１０全体の管理やメンテナンスを簡易かつ効率よく行なうことができる。
【００８９】
なお、上述した土壌浄化装置１０において、使用される各装置及び部材の個数、形状、及び材質等は、特に限定されるものではない。
【００９０】
土壌浄化装置１０において、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…は、観測井戸２２，２２…に設置されているが、特に限定するものではない。注水井戸１２や、揚水を行なう揚水井戸等のように、土壌を掘削した穴を観測井戸２２として用いてもよい。また、観測井戸２２，２２…を設けずに、各ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…を地表２から１〜２ｍの深さに埋設する態様でも、本発明を適用することができる。但し、ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット２６，２６…における測定の精度等は、本実施形態のものと異なるため、変更する必要がある。
【００９１】
また、土壌浄化装置１０では、希釈水供給ポンプ１６ａ及び栄養塩供給ポンプ１８ａに付属する無線ネットワーク・モジュールを自律的にネットワーク構築する仕様で説明したが、特に限定するものではない。従来のサーバ／クライアント形式の無線ネットワークでもよいし、地形や距離等に関して支障がなければ有線で接続させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明における実施の形態である土壌浄化装置の全体構成を示した側面断面図
【図２】本実施形態における観測井戸及びＣＯ2 ガスセンサ・ユニットの構造を示す拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態である土壌浄化装置におけるセンサネットワーク全体のシステム構成を示したブロック図
【図４】土壌浄化のモニタリング結果の一例である画面を表示したときのモニタを示した平面図
【図５】本発明を立証するための第１の実験装置を示した概略構成図
【図６】第１の試験における各ＣＯ2 濃度及び各温度の変化を示したグラフ
【図７】本発明を立証するための第２の実験装置を示した概略構成図
【図８Ａ】第２の試験における各注入液濃度の変化に対するＣＯ2 濃度の推移を示したグラフ
【図８Ｂ】第２の試験における各注入液濃度の変化に対するＣＯ2 の発生速度の推移を示したグラフ
【図９Ａ】従来のクライアント／サーバ形式によるワイヤレス・ネットワーク構築の一例を示したブロック図
【図９Ｂ】本発明によるワイヤレス・ネットワーク構築の一例を示したブロック図
【符号の説明】
【００９３】
１０…土壌浄化装置、１２…注水井戸、１４…混合槽、１６…希釈水貯留タンク、１６ａ…希釈水供給ポンプ、１８…濃縮栄養塩貯留タンク、１８ａ…栄養塩供給ポンプ、２０…注入管、２２…観測井戸、２４…ホストコンピュータ、２６…ＣＯ2 ガスセンサネットワーク・ユニット、２６ａ…ＣＯ2 ガスセンサ、２６ｂ…ＣＯ2 ガスセンサ制御モジュール、２６ｃ…無線ネットワーク・モジュール、５０…第１の実験装置、８０…第２の実験装置、１００…障害物
【図１】
2006272262.tif 000003
【図２】
2006272262.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006272262.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2006272262.tif 000009
【図８Ａ】
2006272262.tif 000010
【図８Ｂ】
2006272262.tif 000011
【図９Ａ】
2006272262.tif 000012
【図９Ｂ】
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