(57)【要約】  【課題】  土壌浄化処理において、簡単な処理で浄化速度を上げることができる方法を提供する。  【解決手段】  ヘリウムガスからなる平均径２５μｍ以下の超微細気泡を有するヘリウム含有水を作り（第１工程）、そのヘリウム含有水を汚染土壌に与える（第２工程）ことを特徴としている。ヘリウムガスは分子量４であるから酸素ガスなどと比べて土壌構成物の微細な隙間にも入っていく浸透力が著しく強いうえに超微細気泡の形態で長期間水中に存在できるので、土壌構成物と汚染物質との剥離を促進することができる。また、汚染物質を浮上させる効果も大きい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウムガスからなる平均径２５μｍ以下の超微細気泡を有するヘリウム含有水を作り、そのヘリウム含有水を汚染土壌に与えることを特徴とする汚染土壌浄化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の汚染土壌浄化方法において、前記超微細気泡の平均径を１μｍ未満の範囲に設定した汚染土壌浄化方法。
【請求項３】
請求項１に記載の汚染土壌浄化方法において、前記超微細気泡の平均径を１〜２５μｍの範囲に設定した汚染土壌浄化方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の汚染土壌浄化方法において、土壌が汚染物質で汚染されている原位置において注入水が汚染領域を通過するように注入井(１)と揚水井(２)を設け、
前記汚染領域を通過する水を前記ヘリウム含有水にするヘリウム注入井(３)を設け、
前記汚染領域において土壌から出た汚染物質を含む水を前記揚水井(２)から揚水する汚染土壌浄化方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の汚染土壌浄化方法において、土壌が汚染物質で汚染されている原位置において注入水が汚染領域を通過するように注入井(１)と揚水井(２)を設け、
前記揚水井(２)から汚染物質を含む水を揚水するとともに前記注入井(１)から注入する水を前記ヘリウム含有水にした汚染土壌浄化方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の汚染土壌浄化方法において、前記ヘリウム含有水に酸素ガスを含んだ平均径２５μｍ以下の超微細気泡も含めた汚染土壌浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚染土壌を浄化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の汚染物質により汚染された土壌を原位置で浄化する方法として、汚染領域を挟んで注水井と揚水井とを設置し、汚染領域に水を通水させて土壌を洗浄する通水洗浄法が知られている。
また、汚染領域に存在する好気性微生物を利用して汚染物質を分解するバイオレメディエーション法を用いた汚染土壌浄化方法が知られている。例えば、下記特許文献１には汚染領域に通水させる水に予め酸素や微生物の繁殖に好ましい栄養素を含めて土壌の好気性微生物を活性化させる方法が開示されている。
また、近年、微細気泡に酸素を含ませて、土壌中の好気性微生物を活性化する方法も提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１６６９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術を用いても、油などで汚染された土壌において汚染物質が石、砂利、岩、砂、シルトなどの土壌構成物に強固にこびり付いて塊になった箇所にはほとんど水が浸透せず浄化処理がほとんど行うことができないという課題があった。つまり、塊になった汚染領域を避けて注入井と揚水井の間にバイパス路ができて、そのバイパス路を注入水が素通りしてしまうのである。
このような強固な固着汚染土壌を分解、浄化するには、固着汚染領域を掘り起こして、分級洗浄法などで地上で処理することが必要になる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、上記課題を解決できる汚染土壌浄化方法を提供することにある。
具体的な目的の一例を示すと、以下の通りである。
（ａ）土壌浄化処理において、簡単な処理で浄化速度を上げることができる方法を提供する。
（ｂ）汚染物質が土壌構成物に強固にこびり付いた状態でも汚染物質の剥離などの浄化に好ましい作用を促進できる方法を提供する。
なお、上記に記載した以外の発明の課題、その解決手段及びその効果は、後述する明細書内の記載において詳しく説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は多面的に表現できるが、例えば、代表的なものを挙げると、次のように構成したものである。なお、下記各発明において、各符号は後述する実施形態との対応関係を分かりやすくするために一例として示したものであり、本発明の各構成要素は、実施形態に記載した符号に係る構成に限定されないことは言うまでもない。
本発明の第１発明に係る汚染土壌浄化方法は、ヘリウムガスからなる平均径２５μｍ以下の超微細気泡を有するヘリウム含有水を作り、そのヘリウム含有水を汚染土壌に与えることを特徴としている。
一般に超微細気泡の径が小さくなるほどヘリウム含有水の生成に要するコストは高くなるが、浸透力による分離の効果を高めめることができる。また、超微細気泡の径が小さくなるほど、小さい汚染物質であっても周囲に付着して浮上させることができるので浄化の効果は高くなる。
第１発明であれば、ヘリウムガスは分子量４であるから酸素ガスなどと比べて土壌構成物の微細な隙間にも入っていく浸透力が著しく強いうえに超微細気泡の形態で長期間水中に存在できるので、土壌構成物と汚染物質との剥離を促進することができる。また、ヘリウムガスは不活性ガスであるから水素ガスのように点火、爆発の危険性もなく土中に大量注入しても人体に悪影響を及ぼす危険性がない。さらに不活性ガスであるから、超微細気泡にしても微生物に与える影響も低いと予想できるので、微生物の分解作用を低下させる可能性も低い利点がある。また、平均径２５μｍ以下の超微細気泡とすることにより、水中で２つ以上の気泡が合体することを抑制することができる。
【０００７】
第２発明は、上記構成において、前記超微細気泡の平均径を１μｍ未満の範囲に設定したことを特徴とする。
第２発明であれば、ヘリウムガスの浸透力を著しく大きくすることができ、汚染物質の剥離の効果を高めることができる。また、気泡の径が小さいので小さな汚染物資であってもその周囲に付着して、汚染物質を水とともに浮上させることができる。
第３発明は、上記構成において、前記超微細気泡の平均径を１〜２５μｍの範囲に設定したことを特徴とする。
第３発明であれば、１μｍ未満の超微細気泡に比べて低コストで超微細気泡を作ることができる利点がある。
第４発明は、上記各構成において、土壌が汚染物質で汚染されている原位置において注入水が汚染領域を通過するように注入井１と揚水井２を設け、
前記汚染領域を通過する水を前記ヘリウム含有水にするヘリウム注入井３を設け、
前記汚染領域において土壌から出た汚染物質を含む水を前記揚水井２から揚水することを特徴とする。
第４発明であれば、汚染領域の地下に存在する水に直接にヘリウムガスの超微細気泡を供給できるので汚染領域にヘリウムガスの浸透力を働かせることができる。また、ヘリウム含有水を固着汚染領域に与えることで、従来の方法に比べて浄化期間を短くできたり、従来法であれば浄化できない濃度の高い汚染であっても原位置の浄化方法を適用することが可能になる。
【０００８】
第５発明は、上記各構成において、土壌が汚染物質で汚染されている原位置において注入水が汚染領域を通過するように注入井１と揚水井２を設け、
前記揚水井２から汚染物質を含む水を揚水するとともに前記注入井１から注入する水を前記ヘリウム含有水にしたことを特徴とする。
第５発明であれば、注入水をヘリウム含有水にすることによって、汚染領域に大量のヘリウムの超微細気泡を行き渡らせることができ、ヘリウムガスの浸透力を働かせることができる。また、ヘリウム含有水を固着汚染領域に与えることで、従来の方法に比べて浄化期間を短くできたり、従来法であれば浄化できない濃度の高い汚染であっても原位置の浄化方法を適用することが可能になる。
【０００９】
第６発明は、上記各構成において、前記ヘリウム含有水に酸素ガスを含んだ平均径２５μｍ以下の超微細気泡も含めたことを特徴とする。
上記ガスとしては酸素ガスのみ又は空気を使用することができる。
第６発明であれば、ヘリウムガスによる浸透作用と酸素による好気性微生物の働きを活発化させることの相乗作用によって微生物による汚染物質の剥離及び分解作用を大きく促進することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明であれば土壌浄化処理において、簡単な処理で浄化速度を上げることができる。特に、汚染物質が土壌構成物に強固にこびり付いた状態でも汚染物質の剥離などの浄化に好ましい作用を促進できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態を説明するためのフローチャートである。
図１に示すように、気泡の平均径が２５μｍ以下のリウムガスからなる超微細気泡を有するヘリウム含有水を作り（第１工程）、そのヘリウム含有水を汚染土壌に与える（第２工程）ことを特徴としている。
第１工程と第２工程は同時に行われても良い。
第１行程において、ヘリウム含有水は予め土壌に存在する水又は流れている帯水層の地下水であってもよい。また、注入井を設ける構成のように地下水とは別の水を用いてヘリウム含有水を生成してもよい。
ヘリウム含有水を汚染土壌に与える行程（作用させる行程とも言える）として、後述する第２実施形態、第３実施形態に示す方法がある。また、土壌洗浄法で用いられる分級洗浄装置において、掘削した汚染土壌をヘリウム含有水で洗う方法も採用できる。また、汚染物質を土壌構成物から分離する手段としては、微生物に限定されず、化学的洗浄剤であってもよい。前記土壌構成物としては石、砂利、岩、砂、シルトなどがある。
なお、実験では、例えば５０μｍ〜１００μｍの範囲の径の気泡を用いると、水中で気泡が一緒になって結果的に大きくなってしまうことが発生したのに対して、径を２５μｍ以下にすれば安定して存在することが判明した。つまり、５０μｍ〜１００μｍの範囲の径の気泡は合泡して、微細気泡としての機能を低下させてしまうが、２５μｍ以下の気泡は長く存在して汚染物質の周りに付着して、浮上させる効果を高めることができる。
【００１２】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態を説明するための概略構成図である。
この実施形態に係る土壌浄化方法は、汚染物質（油類・農薬・揮発性有機化合物・重金属・その他）に汚染された土壌に、注入井１、揚水井２とともにヘリウム注入井３を設けて、ヘリウムガスの超微細気泡を土壌汚染領域に供給して土中の水を前記ヘリウム含有水にしたことを特徴としている。
図２に示すように、一般に土壌は、不飽和層４と、地下水が流れている帯水層５と、帯水層５の下にある不透水層６とを含んで構成されている。汚染物質の多くは不飽和層４に存在し、特に各層の境界部分に多く存在している。例えば、油などの汚染物質は、粘土質や土壌中の有機物に吸着されやすく、汚染物質が徐々に地下水中に離脱していくので帯水層５にも汚染物質が含まれることになる。よって、注入井１と揚水井２は、地下の帯水層５にも達する深さに掘削されることが好ましい。しかし、汚染領域に水を供給できる位置に形成できれば、各注入井１，各揚水井２の深さは特に限定されるものではない。また、浄化処理領域は遮水壁７によって周囲に拡散しないように区画する。
【００１３】
本実施形態の特徴であるヘリウム注入井３は、上記不飽和層４又は／及び帯水層５を通過する水に超微細気泡という形態でヘリウムガスを供給するために設けられた井戸である。特にボーリング調査で分かった固着汚染領域８に地下水の分布、土質の状態等を考慮して、ヘリウムガスを供給できる位置にヘリウム注入井３を形成する。
ヘリウム注入井３には、ヘリウムガスを含んだ超微細気泡の放出部１０を設けている。放出部１０はヘリウム注入井３中に存在する水に超微細気泡を放出する機能がある。前記放出部１０は地上に設けられる超微細気泡生成装置１１に接続されている。また、超微細気泡発生装置１１はヘリウムガス供給装置１２（ヘリウム貯蔵ボンベなど）に接続してある。なお、放出部１０は水の流れにおいて固着汚染領域８よりも上流側で固着汚染領域８よりも下側から拡散できる位置に設けられることが好ましい。
【００１４】
ヘリウム注入井３において土壌水又は地下水に供給される微細気泡の平均径は１〜２５μｍの範囲内のマイクロ領域の超微細気泡とすることが好ましい。さらに好ましくは、平均径が１μm未満のサブミクロン領域の超微細気泡のみで構成する。
ヘリウムガスを採用するのは不活性ガス中でもっとも軽く浸透力が強く、人体及び土中の微生物に悪影響を与えることを抑制しつつ、固着汚染領域を崩壊させる機能が高いためである。また、酸素ガスに比べて軽いために汚染物質の周囲に付着した場合に、その汚染物質を浮上させる効果が高いので好ましい。
このうち１〜２５μｍの範囲内のマイクロ領域の超微細気泡が好ましいのは、気泡の径が小さいため、ヘリウムガスが水とともに土壌構成物に進入しやすくなるためにである。なお、さらに浮力が小さく、水中に長くとどまるために、固着土壌領域の表面にそのヘリウム含有水が触れたときにヘリウムガスが固着面の微少な隙間に進入する作用を高めるからである。その効果は前記サブミクロン領域（１μｍ未満領域）の超微細気泡のみで構成される場合は著しいものがある。
【００１５】
図２に示すように、本実施形態に係る浄化方法を採用したシステムは、前記した注入井１、揚水井２及びヘリウム注入井３、超微細気泡生成装置１１、ヘリウムガス供給装置１２の他に、汚染物質を処理する汚染物質処理装置１３と、水処理装置１４とを含んで構成してある。
一般に、注入井１、揚水井２、及びヘリウム注入井３にはポンプ、弁等が設けられるが、図２では省略して描いている。本実施形態の構成では揚水井２からの揚水の大部分は、汚染物質処理装置１３、水処理装置１４を経て注入井１に再注入される。
【００１６】
汚染物質処理装置１３は、微生物又は化学的な洗浄剤によって汚染物質を揚水から分離する装置である。この汚染物質処理装置１３として、原位置の土中微生物を含む微生物を増殖させるバイオリアクターと分解処理槽を含んで構成することもできる。
バイオリアクターは原位置に生息する微生物を増殖することを主目的としている。また、汚染物質を分解するに適した微生物を加えることもできる。このオペレータによって新たに加える微生物は、分解すべき汚染物質に応じて選択されるもので特に限定されない。
本実施形態の方法であれば、ヘリウム注入井から土壌水又は地下水に直接にヘリウムガスの超微細気泡を供給する構成であるので、浮上させる効果が強く、かつ固着汚染領域に浸透力の強いヘリウムガスを継続的に土壌と汚染物質の界面に作用させることができる。
【００１７】
（第３実施形態）
図３は本発明に係る第３実施形態を説明するための概略ブロック図である。図１とほぼ同じものには同一の符号を付けて説明は省略する。
この実施形態では注入井１から注入する水の中にヘリウムからなる超微細気泡を含ませることを特徴としている。
【００１８】
図３に示すように、本実施形態に係る浄化システムは、注入井１及び揚水井２と、注入井１に連通される注入側バッファ槽１６と、揚水井２に連通される揚水側バッファ槽２０と、汚染物質を処理する汚染物質処理装置１３と、水処理装置１４と、制御装置１５とを含んで構成してある。
前記実施形態と同様に、汚染物質処理装置１３は、微生物又は化学的な洗浄剤によって汚染物質を揚水から分離する装置である。この実施形態の構成でも揚水井２からの揚水の大部分は、水処理装置１４を経て注入井１に再注入される。
【００１９】
注入側バッファ槽１６は各注入井１に注入される水の性質、状態を変えるために設けられたものであり、２個の超微細気泡発生装置１１，１７を備えている。一つはヘリウム含有水を作るための超微細気泡発生装置１１であり、もう一つは酸素ガスを含んだ超微細気泡を作るための超微細気泡発生装置１７である。超微細気泡発生装置１７には酸素ガス供給装置１８（酸素ガス貯蔵ボンベなど）が接続されている。
両方の超微細気泡の平均径の大きさは２５μｍ以下、好ましくはサブミクロン領域であることがよい。
【００２０】
注入側バッファ槽１６には、必要に応じて微生物供給装置２２を設けてもよい。
微生物供給装置２２は土壌汚染物質の分解能力のある微生物を経験あるオペレータが適宜、微生物を選定して注入することができる。また、汚染物質処理装置１３がバイオリアクターを含んで構成される場合は、そのバイオリアクターで増殖された微生物を注入することもできる。
図３に示す構成では１本の注入井１に対して１個の注入側バッファ槽１６が設けられている例が示してあるが、複数本の注入井１に対して１個の注入側バッファ槽１６を連通させてもよい。前記複数本は２〜３本であることが好ましい。
【００２１】
揚水側バッファ槽２０はヘリウム含有水による汚染物質の剥離効果を検出するために設けられたものである。揚水側バッファ槽２０は目視や他の場所にある汚染物質検出装置によって汚染物質の確認処理を円滑に行えるように一時的に揚水を溜めることができるように構成してある。また、必要によって揚水側バッファ槽２０には汚染物質の種類や濃度を自動的に検出できる汚染物質検出装置２４を付設してもよい。
また、制御装置１５は目視等による検出情報や汚染物質検出装置２４からの検出情報に基づいて、２つの超微細気泡発生装置１１，１７を自動操作することで浄化進行程度に応じた注入水を生成することができる。
上記本実施形態に係る浄化方法を採用した汚染土壌浄化システムであれば、注入井から注入される水自体にヘリウムからなる超微細気泡を含ませることができるので、土壌水や地下水の流れや偏在にかかわらず、汚染土壌にヘリウム含有水を行き渡らせることができ、土壌構成物から汚染物質を分離させる機能を高めることができる。
また、酸素ガスの超微細気泡をヘリウムガスの超微細気泡に混合させて注入するので、微生物の活性化との相乗作用を発揮できる。
【００２２】
本発明は上記実施形態に限らず、本発明の要旨の範囲内で変形が可能である。
例えば、本発明を原位置による汚染浄化に適用する場合、地下の汚染土壌を注入水で洗浄するだけの通水の方法にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は第１実施形態に係る汚染土壌浄化方法の一例を示すフローチャート。
【図２】図２は第２実施形態に係る汚染土壌浄化方法を示す概略図。
【図３】図３は第３実施形態に係る汚染土壌浄化方法を示す概略図。
【符号の説明】
【００２４】
１…注入井、２…揚水井、３…ヘリウム注入井。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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