(57)【要約】  本発明は、地下水から汚染物質を除去する方法であって、地下水を土壌から抽出することを要しない方法に関する。そこで、本発明の方法は、ａ）生物学的活性層（２）を土壌上または土壌中に設ける工程と、ｂ）汚染した地下水を生物学的活性層（２）と接触させる工程と、を含む。汚染物質は、生物学的活性層中で変換される。生物学的活性層（２）は、不連続的に設けてもよい。汚染した地下水は、例えば気体を用いて、生物学的活性層と接触させてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染した地下水から汚染物質を除去する方法であって、
ａ）生物学的活性層を土壌上または土壌中に設ける工程と、
ｂ）汚染した地下水を生物学的活性層と接触させる工程と、
を含む方法。
【請求項２】
生物学的活性層を不連続的に設けることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
生物学的活性層が、層の下部が地下水中に配置されるような深さのものであることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
汚染した地下水を生物学的活性層中または生物学的活性層上に導くことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
汚染した地下水を、気体を用いて、生物学的活性層と繰り返し接触させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
汚染した地下水を、ポンピングによって生物学的活性層と接触させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
汚染した地下水を、２回以上生物学的活性層と接触させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
汚染物質が易溶性であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
その過程で電子受容体を添加することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
アンモニアを硝化して硝酸塩とし、その後、硝酸塩を、炭素含有成分の添加によってＮ２に変換することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
汚染物質がＮＨ３であり、
ａ）生物学的活性層を土壌中または土壌上に設ける工程と、
ｂ）汚染した地下水を、好気的条件下で生物学的活性層と接触させ、それにより、生物学的活性層中で、ＮＨ３をＮＯ３−に変換する工程と、
ｃ）ＮＨ３の濃度を所望のレベルに低減するために必要とされる期間、工程ｂ）を繰り返す工程と、
ｄ）その後、ＮＨ３の濃度が所望のレベルに低減した地下水を、嫌気的条件下で生物学的活性層と接触させる工程と、
ｅ）ＮＯ３−の濃度を所望のレベルに低減するために必要とされる期間、工程ｄ）を繰り返す工程と、
を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
洗浄剤を添加することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、汚染した地下水から汚染物質を除去する方法に関する。
【０００２】
地下水から汚染物質を除去する方法が知られている。その一例は、汚染した地下水を土壌から揚水し、汚染した水を地上で浄化する、いわゆる「揚水処理（Ｐｕｍｐ  ａｎｄ  Ｔｒｅａｔ）」工法である。
【０００３】
この方法の欠点は、抽出した地下水の原位置外（ｅｘ−ｓｉｔｕ）処理である。これは、比較的高いコスト、および制御の困難なシステムをもたらす。さらに、廃棄物が発生し、空気汚染が発生することがある。他のありうる欠点は、例えば、土壌の乾燥または沈下のために、地下水抽出が必ずしも可能ではないこと、または、地下水を抽出する際に、地下水レベルが低下し、いわゆるスメアゾーン（ｓｍｅａｒ  ｚｏｎｅ）の拡大が生じることである。スメアゾーンは、汚染した地下水、または地下水上の上澄みと接触していたが、もはや地下水または上澄み層が少しも存在しない土壌中の領域である。スメアゾーンは、地下水レベル変動の結果生じる。スメアゾーン内の土壌が地下水または上澄みと接触していたとすると、地下水が汚染していた場合、スメアゾーンもまた汚染物質を含有する。しかし、地下水がもはや存在しないので、スメアゾーンを、汚染した地下水を表面に揚水する技術によって浄化することはできない。例えば、地下水レベルの変化、または浸透（例えば、雨水による）の結果、スメアゾーンが純水と接触すると、新たな溶解度平衡が成立し、スメアゾーン内に存在する汚染物質の一部が地下水に入る。これは、修復作業の長期化をもたらす。
【０００４】
揚水処理技術の別の欠点は、それを用いる際に、例えば、それまで溶解した鉄の酸化および沈殿によって、しばしば詰まりが生じることである。生物学的詰まりもしばしば生じ、また、微細な粒子が抽出パイプ内に蓄積する。
【０００５】
本発明の目的は、地下水から汚染物質を除去する方法であって、地下水を土壌から抽出することを要しない方法を提供することである。
【０００６】
この目的は、本発明の方法によって達成される。
【０００７】
本発明の方法は、汚染した地下水から汚染物質を除去する方法であって、
ａ）生物学的活性層を土壌上または土壌中に設ける工程と、
ｂ）汚染した地下水を生物学的活性層と接触させる工程と、
を含む方法である。汚染物質は、生物学的活性層内で変換される。
【０００８】
本発明において、生物学的活性層とは、生物学的活性材料を含有する層を意味する。生物学的活性材料とは、汚染物質を分解または変換することができる微生物を含有する材料を意味する。生物学的活性層は、連続的に、または不連続的に設けることができる。不連続的に設けるとは、生物学的活性層をばらばらに、すなわち、一緒になって生物学的活性層を形成するばらばらの画分の形態で設けることを意味する。一実施形態では、生物学的活性層を不連続的に設ける。不連続層の一例は、多数の溝（ｔｒｅｎｃｈ）を含むものであり、これらの溝は、形状および大きさの点で同じでも異なってもよい。
【０００９】
溝の数、長さ、幅および深さの組合せは、通常、最適な方法が確立されるように選択する。
【００１０】
汚染した地下水と生物学的活性層との間の良好な接触が重要であるが、汚染した地下水を収容する領域の位置、および地上の条件も、生物学的活性層の形状および大きさに影響を及ぼす。生物学的活性層の少なくとも一部が、汚染した地下水に導入されると、汚染した地下水は、生物学的活性層と接触し、汚染した地下水は、限られた程度しか移動させる必要がない。
【００１１】
本方法の一実施形態では、生物学的活性層を、生物学的活性層と地下水とが直接接触するように配置する。一実施形態において、これは、層の下部が地下水中に配置されるような深さの生物学的活性層を作り出すことによって達成される。
【００１２】
しかし、生物学的活性層を、地下水と直接接触するように配置しないことも可能である。そのような場合、汚染した地下水を、１回またはより頻繁に、生物学的活性層と積極的に接触させる必要がある。本発明の方法の一実施形態において、汚染した地下水と生物学的活性層との間の接触は、汚染した地下水を生物学的活性層中または生物学的活性層上に導くことによって実現される。
【００１３】
好ましい一実施形態では、汚染した地下水を、１回またはより頻繁に、気体を用いて生物学的活性層と接触させる。より好ましい一実施形態では、汚染した地下水を、気体を用いて、生物学的活性層と繰り返し接触させる。気体は、通常、汚染した地下水中または地下水下に、少なくとも１つのパイプを通じて土壌中に注入する。少なくとも１つのパイプは、ある深さに打ち込み、下層土の性質、ならびに汚染の水平および垂直の度合いによって決定される距離に隔置する。パイプは、その長さの一部にわたって、例えば、０．５〜１．５ｍの長さにわたって、穴を設けてもよい。パイプを配置するとき、空隙が土壌中、パイプの外面に沿って生じることがある。パイプに注入された気体が、このような空隙を通って表面に直ちに上昇するのを防止するために、気体不透過性材料（例えば、ベントナイト）をパイプの周りに注入する。しかし、パイプの下側全体、およびパイプの穴の部分（存在する場合）は、気体不透過性材料で囲んではならない。パイプの下側および穴の部分にそのような注入を行う場合、気体透過性材料（例えば、砂）を使用しなければならない。
【００１４】
表面上、ならびに注入パイプの間および近傍に、連続または不連続の生物活性層を設けておく。生物活性層の長さおよび幅は汚染の程度および濃度によって定め、深さは、地下水レベル、および上澄み層の存在または不存在によって定める。空気を十分高い圧力でパイプに供給することによって、地下水は、エアリフト原理によって移動し、生物学的活性層を含有する溝を流通する。生物学的活性層中の微生物が所望の変換を確実にする。
【００１５】
この方法の原理を、図１に概略的に示す。図１において、点線（１）は、地下水が存在するレベルを示す。生物学的活性層が存在する位置は（２）で示される。気体を土壌に注入するのに用いるパイプは（３）で示される。このようなパイプはまた、注入ランスとして知られている。曲がった矢印（４）は、空気を土壌に注入すると、地下水がどのように循環するかを概略的に示す。
【００１６】
生物学的活性層の好気的変換過程は、酸素含有気体、好ましくは酸素の豊富な気体を用いて、生物学的活性層と汚染した地下水とを接触させることによって促進される。
【００１７】
嫌気的変換過程は、酸素が少ないか、または酸素が含まれない気体を用いることによって促進することができる。
【００１８】
嫌気的および好気的変換過程は、酸素が少ないか、または酸素が含まれない気体と、酸素を含有する気体、好ましくは酸素の豊富な気体と、を交互に使用することによって、生物学的活性層中で行うことができる。これは、例えば、汚染物質を、まず、汚染物質とは異なるが、依然として汚染物質とみなされる化合物に嫌気的に変換し、次いで、得られた嫌気的変換生成物を、汚染物質とみなされない化合物に好気的に変換する場合に有利である。空気は、酸素の豊富な気体の一例である。
【００１９】
別の一実施形態においては、気体を用いてではなく、汚染した地下水を生物学的活性層にポンピングすることによって、汚染した地下水を生物学的活性層と接触させる。汚染した地下水を生物学的活性層と接触させるために、汚染した地下水のポンピングと組み合わせて気体の注入を行うことも可能である。
【００２０】
汚染した地下水が生物学的活性層と接触するたびに、汚染物質の少なくとも一部が変換または分解される。地下水の所望の純度を達成するために、汚染した地下水は、地下水中の汚染物質の濃度、生物学的活性層の活性、および生物学的活性層の大きさに応じて、１回またはより頻繁に生物学的活性層と接触させる必要がある。
【００２１】
汚染した地下水は、２回以上生物学的活性層と接触させるのが好ましい。
【００２２】
好ましい一実施形態においては、汚染した地下水を、ポンプを用いて、汚染領域の下側からポンピングし、その後、汚染した地下水を、生物学的活性層中または生物学的活性層上にポンピングする。次に、汚染した地下水は、生物学的活性層を通って降下する。水を生物学的活性層の下の汚染領域から連続的にポンピングし、生物学的活性層中または生物学的活性層上にポンピングすることによって、循環水システムが作られ、地下水は、依然として汚染物質を含有する限り、生物学的活性層を通過するたびにさらに浄化される。このような循環は、土壌からの地下水のいかなる大規模な抽出も伴わない。表面に現れるいかなる水も、表面上または表面下の生物学的活性層中に直ちにポンピングされる。好ましくは、汚染物質を変換するために生物学的活性層中の微生物が使用可能な少なくとも１種の物質を、揚水された汚染水に添加する。好気的変換のためのそのような物質の一例は酸素である。このような物質の供給が制限されるのを防止することによって、汚染物質の変換は最適に進行し続け、本発明の方法は、通常、揚水された水に当該物質を添加しない場合より短い期間で、地下水から所望の量の汚染物質を除去することになる。添加する物質の選択は、所望の変換に応じて決定される。例えば、硝酸塩を地下水から除去する必要があり、生物学的活性層中の微生物が嫌気的変換を引き起こす場合は、揚水された地下水が生物学的活性層を通過する前に、揚水された地下水に有機炭素源を添加するのが有用である。
【００２３】
好ましい一実施形態では、汚染した地下水を、気体を用いて、２回以上生物学的活性層と接触させる。気体の注入は、エアリフト原理により、汚染した地下水の循環を引き起こす。これは図１に示されている。後者の実施形態の利点は、注入する気体が、汚染物質を変換するために生物学的活性層中の微生物が必要とする物質を含有すること、または、注入する気体にそのような物質を添加することができることである。好気的変換のためのそのような物質の一例は酸素である。このような物質の供給が制限されるのを防止することによって、汚染物質の変換は最適に進行し続け、本発明の方法は、通常、当該物質が気体中に存在しないか、または気体に添加されない場合より短い期間で、地下水から所望の量の汚染物質を除去することになる。汚染した地下水を生物学的活性層と接触させるために気体を使用することのさらに別の利点は、存在するいかなる揮発性物質も、気体とともに生物学的活性層に流れることである。したがって、汚染した地下水を、気体を用いて生物学的活性層と接触させる好ましい一実施形態では、揮発性汚染物質および水溶性汚染物質の両方を同時に除去することができる。
【００２４】
本発明の方法は、水に溶解するいかなる汚染物質を除去するのにも適している。本発明の方法によって除去する汚染物質は、易溶性であるのが好ましい。
【００２５】
汚染物質が易溶性である場合、本発明の方法は、より易溶性でない汚染物質の場合より速やかに所望の除去をもたらす。本発明の方法はまた、既知の揚水処理工法と異なり、難溶性汚染物質を除去するのにも適している。通常、難溶性汚染物質は少量しか地下水に溶解せず、そのため、ほんの少ししか生物学的活性層と接触しないので、難溶性汚染物質を所望のレベルまで除去するにはより時間がかかる。しかし、本発明の方法では、難溶性汚染物質を含有する汚染地下水を生物学的活性層と頻繁に接触させることによって、そのような汚染物質を除去することが十分に可能である。本発明においては、難溶性化合物を、溶解度が１分子／ｍ３地下水〜１０グラム／ｍ３地下水の化合物と定義する。溶解度が１０グラム／ｍ３地下水より高いすべての化合物は易溶性と定義する。
【００２６】
汚染した水を揚水排出する揚水処理工法を難溶性汚染物質の除去のために用いる場合、膨大な量の水を土壌から抽出し、排出または再浸透させる必要があり、あらゆる欠点を伴う。
【００２７】
本発明の方法の一実施形態では、洗浄剤（ｄｅｔｅｒｇｅｎｔ）を地下水に添加する。本発明において、洗浄剤とは、除去するべき汚染物質の溶解を促進するいかなる物質も意味する。好ましくは、生物学的に分解可能な洗浄剤を使用する。好ましくは、除去するべき汚染物質への付着よりも、浄化するべき土壌への付着が起こりにくい洗浄剤を使用する。より好ましくは、洗浄剤は、浄化するべき土壌に付着しないか、またはわずかにしか付着しないものである。本発明の方法の好ましい一実施形態では、洗浄剤としてシクロデキストリンを使用する。別の好ましい一実施形態では、その過程で電子受容体を添加する。
【００２８】
本発明の方法は、好ましくは、ＮＨ３等の窒素含有汚染物質を除去するのに適用する。好ましい一実施形態において、本発明の方法は、アンモニアを、硝化して硝酸塩にし、その後、硝酸塩を、炭素含有成分の添加によってＮ２に変換することを特徴とする。
【００２９】
汚染物質がＮＨ３の場合、本発明の方法は、
ａ）生物学的活性層を土壌中または土壌上に設ける工程と、
ｂ）汚染した地下水を、好気的条件下で生物学的活性層と接触させ、それにより、生物学的活性層中で、ＮＨ３をＮＯ３−に変換する工程と、
ｃ）ＮＨ３の濃度を所望のレベルに低減するために必要とされる期間、工程ｂ）を繰り返す工程と、
ｄ）その後、ＮＨ３の濃度が所望のレベルに低減した地下水を、嫌気的条件下で生物学的活性層と接触させる工程と、
ＮＯ３−の濃度を所望のレベルに低減するために必要とされる期間、工程ｄ）を繰り返す工程と、を含んでもよい。
【００３０】
窒素含有汚染物質の除去に適用する場合、本発明の方法は、硝化工程、およびその後の脱窒素工程を含む。一実施形態においては、まず、溝を掘り、それらの中に生物学的活性層を設け、次いで、パイプを所定位置に置き、パイプで、空気を汚染地下水の下の土壌に注入する。これによって、汚染した地下水は、エアリフト原理に従って移動し、その結果、生物学的活性層と接触する。生物学的活性層中では、空気存在下、微生物の影響下で、窒素含有汚染物質の硝酸塩への好気的変換、例えば、ＮＨ３のＮＯ３−への変換が起こる。
【００３１】
注入した空気を用いて、汚染した水を、窒素含有汚染物質の濃度が所望のレベルに下がるまで、生物学的活性層を通じて再循環させる。この硝化工程の後、脱窒素工程が続く。脱窒素工程においては、硝酸塩含有地下水に、例えば有機炭素源の形態の電子受容体を添加し、その存在下、生物学的活性層中で硝酸塩のＮ２への変換を行う。本発明の方法に使用する好ましい有機炭素源は、メタノール、酢酸、乳酸塩または糖蜜である。
【００３２】
一実施形態において、脱窒素工程は、硝酸塩含有地下水を、硝化工程で空気の注入に用いたパイプを通じて揚水し、電子受容体を地上の硝酸塩含有水に添加し、硝酸塩含有水を生物学的活性層上にポンピングすることによって行われる。生物学的活性層では、電子受容体の存在下、微生物が硝酸塩のＮ２への変換を引き起こす。この実施形態を図２に示す。図２において、点線（１）は地下水レベルを示し、生物学的活性層が存在する位置は（２）で示される。電子受容体が添加された地下水は、パイプ（３）を通じて注入する。硝酸塩含有地下水は、土壌からパイプ（４）を通じて抽出する。ポンプは（５）で概略的に示され、（６）は、電子受容体を地下水に添加する地点を示す。
【００３３】
揚水された地下水に電子受容体を添加することの利点は、地下水の揚水によって、硝酸塩濃度を容易に測定することが可能になり、電子受容体の投与速度をそれに合わせることができることである。しかし、エアリフト原理によって、気体を用いて、硝酸塩含有地下水を再び生物学的活性層と接触させ、揮発性電子受容体を気体に添加して、本発明の方法全体を土壌中で行うようにすることも十分に可能である。いずれの実施形態においても、土壌中または土壌上に設けた生物学的活性層中で汚染物質の変換が行われるので、窒素を含む汚染物質の除去は原位置で行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態に係る本発明の方法の原理を概略的に示す図である。
【図２】本発明の方法の一実施形態を示す図である。
【図１】
2007514533.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
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2007514533.tif 000006
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