(57)【要約】【課題】水銀耐性鉄酸化細菌を用いたバイオオーグメンテーションにおいて、浄化対象中の酸素および炭素環境に依らず良好な水銀の除去を可能とする汚染土壌または汚染水の浄化方法および浄化装置を提供すること。【解決手段】水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された汚染土壌または汚染水を原位置で浄化する方法である。この方法は、水銀耐性鉄酸化細菌、３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む水銀耐性鉄酸化細菌含有水を前記汚染土壌または汚染水に供給する水銀耐性鉄酸化細菌含有水供給工程を含む。これによれば、浄化対象の汚染土壌または汚染水の環境を好気的且つ炭素源を豊富な状態とすることができ、水銀耐性鉄酸化細菌による鉄の酸化、炭素固定および水銀イオンの金属水銀への還元・気化が促進され、汚染土壌または汚染水の浄化が促される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された汚染土壌または汚染水を原位置で浄化する方法であって、
水銀耐性鉄酸化細菌、３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む水銀耐性鉄酸化細菌含有水を前記汚染土壌または汚染水に供給する水銀耐性鉄酸化細菌含有水供給工程を含むことを特徴とする汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法。
【請求項２】
前記微細気泡含有水供給工程後、汚染土壌または汚染水中から還元気化された水銀を含む水銀含有水を回収する回収工程をさらに含む、請求項１に記載の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法。
【請求項３】
前記酸素含有微細気泡が、発生時の直径が５０μｍ以下のマイクロバブルである、請求項１または２に記載の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法。
【請求項４】
前記３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源が硫酸第一鉄である、請求項１〜３の何れか一項に記載の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法。
【請求項５】
前記無機炭素源が二酸化炭素であり、前記酸素含有微細気泡中の酸素が大気に含まれる酸素である、請求項１〜４の何れか一項に記載の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法。
【請求項６】
微細気泡含有水供給工程における無機炭素源の添加量が、前記汚染土壌または汚染水の酸化還元電位が−６００ｍＶ以上８００ｍＶ未満となるように調整される、請求項１〜４の何れか一項に記載の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法。
【請求項７】
水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された汚染土壌または汚染水を原位置で浄化する汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置であって、
水銀耐性鉄酸化細菌、３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む微細気泡含有水を前記汚染土壌または汚染水に供給する供給手段と、
前記微細気泡含有水が供給された汚染土壌または汚染水中から還元気化された水銀を含む水銀含有水を回収する回収手段と、
を有することを特徴とする汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法および原位置浄化装置に関し、特に、水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法および原位置浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場排水、工場跡地などに由来する汚染物質は、ＰＣＢ、ＢＨＣ、ＤＤＴ等の難分解性有機化合物、鉄、クロム、マンガン、亜鉛、水銀等の金属イオン等多岐に渡り種々のものが存在しており、工業排水の浄化および工場跡地からの汚染物質の拡散防止の観点から、それらの汚染物質は除去されなければならない。
【０００３】
上記汚染物質に含まれる水銀について、従来、出願人は微生物を用いた水銀の無毒化・除去方法を特許文献１において提案している。特許文献１は、水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された土壌または汚染水に、水銀耐性鉄酸化細菌および二価の鉄イオンを加えて培養する汚染土壌または汚染水の浄化方法を開示する。
【０００４】
特許文献１に開示された汚染土壌または汚染水の浄化方法によれば、水銀耐性の鉄酸化細菌は鉄の酸化だけでなく、水銀イオン（Ｈｇ２＋）の金属水銀（Ｈｇ０）への還元能を有することから、水銀耐性鉄酸化細菌の培養とともに鉄イオンが酸化されることで、水銀イオンが金属水銀に還元されて気化し、水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された土壌または汚染水が浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５７８５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された土壌等の浄化方法によれば、直接水銀耐性鉄酸化細菌および二価の鉄イオンを添加するという簡単な方法で土壌中の水銀イオンの還元・気化が促されるものの、水銀耐性の鉄酸化細菌は、二価の鉄イオンを分子状酸素により三価鉄イオンに酸化し、そのエネルギーを利用して炭酸固定を行う化学合成無機酸化細菌であることから、当該鉄酸化細菌の活性を高めるためには浄化対象の汚染土壌中または地下水中の環境を好気的な状態にする必要がある。
【０００７】
また、鉄酸化細菌は炭酸を固定することで生育することから、炭素源のない環境では生育することができない。
【０００８】
したがって、浄化対象の環境によっては水銀耐性鉄酸化細菌の生育が悪く、浄化対処の土壌や地下水中から水銀の除去がうまく進まないことも懸念された。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水銀耐性鉄酸化細菌を用いたバイオオーグメンテーションにおいて、浄化対象中の酸素および炭素環境に依らず良好な水銀の除去を可能とする汚染土壌または汚染水の浄化方法および浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された汚染土壌または汚染水を原位置で浄化する方法であって、水銀耐性鉄酸化細菌、３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む水銀耐性鉄酸化細菌含有水を前記汚染土壌または汚染水に供給する水銀耐性鉄酸化細菌含有水供給工程を含むことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、水銀耐性鉄酸化細菌および３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源と共に、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む水銀耐性鉄酸化細菌含有水が汚染土壌または汚染水に供給されることから、浄化対象の汚染土壌中または地下水中の環境を好気的且つ炭素源が豊富な状態とすることができる。これにより、水銀耐性鉄酸化細菌による鉄の酸化および炭素固定が進み、水銀イオンの金属水銀への還元・気化が促進され、汚染土壌または汚染水の浄化が進む。
【００１２】
本発明の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法の好ましい態様は以下のとおりである。
【００１３】
（１）微細気泡含有水供給工程後、汚染土壌または汚染水中から還元気化された水銀を含む水銀含有水を回収する回収工程をさらに含む。
（２）酸素含有微細気泡が、発生時の直径が５０μｍ以下のマイクロバブルである。
（３）３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源が硫酸第一鉄である。
（４）無機炭素源が二酸化炭素であり、酸素含有微細気泡中の酸素が大気に含まれる酸素である。
（５）微細気泡含有水供給工程における無機炭素源の添加量が、汚染土壌または汚染水の酸化還元電位が−６００ｍＶ以上８００ｍＶ未満となるように調整される。
【００１４】
また、上記目的は、水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された汚染土壌または汚染水を原位置で浄化する汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置であって、水銀耐性鉄酸化細菌、３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む微細気泡含有水を前記汚染土壌または汚染水に供給する供給手段と、前記微細気泡含有水が供給された汚染土壌または汚染水中から還元気化された水銀を含む水銀含有水を回収する回収手段と、を有することを特徴とする汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置によっても達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水銀耐性鉄酸化細菌および３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源と共に、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む水銀耐性鉄酸化細菌含有水が汚染土壌または汚染水に供給されることから、浄化対象の汚染土壌中または地下水中の環境を好気的且つ炭素源が豊富な状態とすることができる。これにより、水銀耐性鉄酸化細菌による鉄の酸化および炭素固定が進み、水銀イオンの金属水銀への還元・気化が促進され、汚染土壌または汚染水の浄化が進む。したがって、浄化対象中の酸素および炭素環境に依らず水銀で汚染された土壌または汚染水の迅速に浄化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置の一例を示す模式図である。
【図２】鉄の電位−ｐＨ平衡図である。
【図３】各種炭酸水中の二酸化炭素濃度と酸化還元電位の測定結果を示した図である。
【図４】本発明の実施例に係る原位置浄化装置１００の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法＞
次に、本発明の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法を詳細に説明するが、本発明の方法は以下の方法に限られるものでは無い。本発明の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法は、汚染土壌および／または汚染水に、水銀耐性鉄酸化細菌、３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む水銀耐性鉄酸化細菌含有水を供給する。
【００１８】
浄化対象の汚染土壌としては、例えば、有機水銀系農薬で汚染された汚染土壌、金採掘で発生する汚染土壌、廃鉱山の汚染土壌、工場跡地の残留水銀を含む汚染土壌が挙げられる。また、浄化対象の汚染水としては、たとえば、工場廃液、上記各種汚染土壌からの水で飽和した地下水、工場廃液や上記各種汚染土壌から流出した汚染水が流入した池沼水が挙げられる。
【００１９】
水銀耐性鉄酸化細菌は、チオバチルス属細菌の中の、還元型無機硫黄化合物またはＦｅ２＋をエネルギー源とする細菌、即ちアシディチオバチルス・フェロオキシダンス(Acidithiobacillus ferrooxidans）の一種であって、ｐＨ１〜４の範囲で、Ｆｅ２＋の存在下に、水銀イオンを還元して金属水銀に変化させる。
【００２０】
かかる水銀耐性鉄酸化細菌としては、発明者らが過去に単離した鉄酸化細菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）の水銀耐性株であるＳＵＧ２−２株またはＭＯＮ−１株を用いることができる。
【００２１】
また、鉄酸化細菌は、酸性土壌中から容易に単離することができる。そして、単離された株の中には約２０％程度の割合で水銀耐性株が含まれていることから、培地に水銀を含ませることにより単離株の中から水銀耐性株のみを選択することができる。
【００２２】
鉄酸化細菌の単離は、例えば、鉄を含んだ酸性鉱山土壌やその廃水中から鉄酸化細菌を採取し、二価鉄を含んだ無機塩培地（ｐＨ２．５）中で集積培養後、これを、培地を含む１％ジェランガムプレートに塗布してコロニーを形成させることにより得ることができる。
【００２３】
その後、水銀耐性株の選択は、得られた単離株に対して６μＭから２０μＭまで順次Ｈｇ２＋濃度を上昇させてＨｇ２＋イオンを添加した培地においてさらに培養することにより行うことができる。
【００２４】
３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源は、ゼロ価鉄、１価鉄、２価鉄などが挙げられるが、３価未満の鉄を含む鉄源であればこれに限られない。具体的には、金属鉄（０価鉄）、ＦｅＳＯ４、ＦｅＣｌ２、Ｆｅ（ＮＯ３）２、ＦｅＯ、ＦｅＳ、Ｆｅ（ＯＨ）２、ＦｅＣｏ３等（以上、２価鉄）およびこれらの２種以上の組み合わせを挙げることができるが、鉄酸化細菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）が鉄および硫黄を酸化してエネルギーを得る生物であることから、ＦｅＳＯ４、ＦｅＳが好ましく、入手の容易さの観点からＦｅＳＯ４が特に好ましい。
【００２５】
無機炭素源としては、ＣＯ２、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３およびその２種以上の組み合わせが挙げられる。無機炭素源として大気中のＣＯ２そのまま用いることもできるし、炭素濃度の調整が必要な場合には、無機炭素源の濃度および量の調整が行われても良い。無機炭素源としては、酸素とともに微細気泡化させて水銀耐性鉄酸化細菌含有水中に分散させ得る観点から、気体の二酸化炭素であることが好ましい。
【００２６】
酸素含有微細気泡は、酸素を含有する微細気泡である。ここで、本願明細書において、微細気泡とは直径が５０μｍ以下のマイクロバブルおよび直径１μｍ以下のナノバブルを含む。直径５０μｍ以下のマイクロバブルは、水中を上昇し、水面で破裂する直径５０μｍ超の通常の気泡とは異なり、水中で縮小して最後には消滅する。また、直径１μｍ以下のナノバブルは長期間にわたって水中に存在する性質を有する。
【００２７】
微細気泡中の酸素は、大気中の酸素から供給されてもよく、酸素ボンベから供給される高濃度酸素、およびこれらの混合であってもよいが、酸素濃度としては大気中の酸素濃度で十分であり、且つ経済的であることから、大気中の酸素から供給されることが好ましい。
【００２８】
また、微細気泡は、エジェクター方式、キャビテーション方式、旋回流方式、加圧溶解法等、公知の方法で発生させることができるが、ランニングコストの観点からキャビテーション方式で発生させることが好ましい。
【００２９】
キャビテーション方式の微細気泡は、例えば、株式会社サイエンス、株式会社プレスカ、株式会社ビーエルダイナミクス、株式会社ワイビーエム製の装置を用いて発生させることができる。
【００３０】
次に、本発明の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法について説明する。
【００３１】
［水銀耐性鉄酸化細菌含有水供給工程］
水銀耐性鉄酸化細菌含有水供給工程では、水銀耐性鉄酸化細菌、３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む水銀耐性鉄酸化細菌含有水を原位置において汚染土壌または汚染水に供給する。
【００３２】
水銀耐性鉄酸化細菌含有水中、水銀耐性鉄酸化細菌含有水１Ｌあたり水銀耐性鉄酸化細菌は０．０１〜１０ｇ（タンパク質量）で含まれ、好ましくは、０．０５〜５ｇ（タンパク質量）であり、特に好ましくは、０．５〜２ｇ（タンパク質量）である。測定は、血清アルブミンを用いて検量線を作成し、Ｌｏｗｒｙ法により定量した。
【００３３】
３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源は、水銀耐性鉄酸化細菌含有水中、鉄源が硫酸第一鉄の場合、０．１〜５質量％、好ましくは０．５〜２質量％の範囲となるように添加される。硫酸第一鉄以外の鉄源が用いられる場合、硫酸第一鉄以外の鉄源は、上記硫酸第一鉄の添加濃度における鉄イオンのモル濃度（mol/L）範囲に相当する鉄イオンまたは鉄原子のモル濃度範囲となるように添加される。
【００３４】
無機炭素源は、無機炭素源が気体の二酸化炭素である場合、０．０３〜１．０体積％濃度の二酸化炭素が、好ましくは、０．１〜１．０体積％濃度の二酸化炭素が用いられる。無機炭素源として、二酸化炭素以外の無機炭素源が用いられる場合、二酸化炭素以外の無機炭素源（例えば、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３）は、前記体積％濃度で二酸化炭素が供給された場合における水銀耐性鉄酸化細菌含有水中の炭素のモル濃度（mol/L）範囲に相当する炭素のモル濃度範囲となるように水銀耐性鉄酸化細菌含有水に添加される。
【００３５】
水銀耐性鉄酸化細菌含有水の汚染土壌への供給は、例えば、注入井戸を用いて行うことができ、汚染土壌が土壌の表層領域である場合には、表層領域を重機で撹拌しつつ水銀耐性鉄酸化細菌含有水を供給してもよい。
【００３６】
また、水銀耐性鉄酸化細菌含有水の汚染水への供給は、工場廃液や池沼水のような場合には直接供給することができ、地下水のような場合には、注入井戸を用いて供給することができる（以上、水銀耐性鉄酸化細菌含有水供給工程）。
【００３７】
本発明に係る汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法によれば、汚染土壌および汚染水中に、水銀耐性鉄酸化細菌および３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源だけでなく、酸素含有微細気泡および無機炭素源が供給されることで、汚染土壌および汚染水中に炭素源が乏しいか、あるいは酸素が少ない状況であっても水銀耐性鉄酸化細菌の活性を高い状態で維持することが可能となり、水銀イオン（Ｈｇ２＋）の金属水銀（Ｈｇ０）への還元、および金属水銀の気化により、浄化対象中の酸素および炭素環境にかかわらず、水銀化合物および／または水銀イオンで汚染された土壌または汚染水の迅速な浄化が可能となる。
【００３８】
特に、好気的環境では無く、水銀耐性鉄酸化細菌の高活性が期待できないと予想される地中の汚染土壌や地下水である場合に、本方法による効果的な汚染土壌または汚染水の浄化効果が期待できる。
【００３９】
＜汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置＞
次に、本発明の汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法を実施するための汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置の一例を説明するが、原位置浄化装置についても、これに限られるものでは無い。
【００４０】
図１は、本発明の汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置の一例を示す模式図である。
【００４１】
図１に示す汚染土壌または汚染水２の原位置浄化装置１０は、微細気泡含有水を前記汚染土壌または汚染水２に供給する供給手段と、微細気泡含有水が供給された汚染土壌または汚染水２中から還元気化された水銀を含む水銀含有水を回収する回収手段と、を有する。
【００４２】
供給手段は、微細気泡含有水を汚染土壌または汚染水２に供給可能な手段であればどのようなものであってもよいが、例えば、混合槽２２と混合槽２２内の液を汚染土壌または汚染水２へと送液する送液手段２４と、を有する。
【００４３】
混合槽２２は、水銀耐性鉄酸化細菌、３価未満の酸化数の鉄を含む鉄源、無機炭素源および酸素含有微細気泡を混合する場となる。なお、水銀耐性鉄酸化細菌、無機炭素源および酸素含有微細気泡は混合槽２２に至る前に予備混合されていても良い。
【００４４】
送液手段２４は、非容積ポンプ、容積ポンプ、特殊型ポンプなどの公知のポンプの中から適宜に選択して用いることができる。
【００４５】
浄化対象が、地下水や、表層部ではなく地中に位置する土壌である場合には、注入井戸２６を用いて微細気泡含有水を浄化対象位置まで送り込むことができる。
【００４６】
水銀耐性鉄酸化細菌については、混合槽２２で混合される前に、前培養を行っておくことが好ましい。水銀耐性鉄酸化細菌の前培養は、例えば、混合槽２２の上流に配置された混和槽２８で実施される。
【００４７】
混和槽２８では、水銀耐性鉄酸化細菌の種菌が、所定のｐＨに調整された基本培地（液体）に添加され、培養される。培養温度は２０〜３０℃であり、混和槽２８中のｐＨは１〜４の範囲に維持される。
【００４８】
基本培地としては、９Ｋ基本培地の他、NBRC Culture カタログに掲載されたMedium No.２３５およびMedium No.１３７９の培地等を適宜に用いることができる。
【００４９】
混和槽２８が設けられる場合、無機炭素源および酸素含有微細気泡は混合槽２２では無く混和槽２８に供給されることが、水銀耐性鉄酸化細菌の活動の活発化の観点から好ましい。
【００５０】
酸素含有微細気泡を発生させるために、混和槽２８に直接、または混和槽２８の上流に、微細気泡発生装置３０が設けられる。
【００５１】
微細気泡発生装置３０が大気を吸入することで、大気中の酸素が混和槽２８中に酸素が導入される。同時に、大気を用いることで、０．０３質量％の二酸化炭素を無機炭素源として混和槽２８中に供給することができる。
【００５２】
無機炭素源の供給濃度を高める場合は、大気に二酸化炭素を混合した気体を微細気泡発生装置３０に吸引させることで実施できる。この場合、二酸化炭素は、例えば、液化炭酸ガスを充填した容器から供給することができる。
【００５３】
別の態様として、無機炭素源は、混合槽２２や混和槽２８に供給されてもよく、無機炭素源としてＮａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３が混合槽２２や混和槽２８に供給されてもよい。
【００５４】
回収手段は、微細気泡含有水が供給された汚染土壌または汚染水２から還元気化された水銀を含む水銀含有水を回収可能な手段であればどのようなものであってもよいが、例えば、汚染土壌または汚染水２から還元気化された水銀を含む水銀含有水を回収する回収槽４１と、汚染土壌または汚染水２からの水銀含有水を回収槽４１へと吸引する吸引手段４２と、を有する。
【００５５】
吸引手段４２は、送液手段２４同様、公知のポンプを用いることができる。
【００５６】
汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置１０を用いた汚染土壌または汚染水２の原位置浄化方法においては、水銀耐性鉄酸化細菌含有水供給工程後、以下の回収工程が実施される。
【００５７】
［回収工程］
本工程では、汚染土壌または汚染水２中から還元気化された水銀を含む水銀含有水を回収する。回収は、浄化対象が湖沼水や表層部の土壌である場合には、表層部の水を直接吸引することで行われる。しかし、水銀含有水を地下水や深層土壌から回収する必要がある場合には、回収井戸４４を土壌中に設け、回収井戸４４中に湧出した水銀含有水を吸引手段４２により吸引しても良い（以上、回収工程）。
【００５８】
本発明の汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置１０およびこれを用いた汚染土壌または汚染水の原位置浄化方法によれば、還元気化した水銀が吸引手段４２を介して回収槽４１に回収されることから、汚染土壌中または汚染水中で気化した水銀が大気中に放出し、大気が汚染される虞もない。また、水銀含有水が回収槽４１中に回収されていることから、その後の処理も容易になる。
【００５９】
また、本発明においては、水銀耐性鉄酸化細菌の炭酸固定の活性を高めるために酸素含有微細気泡を鉄源と共に水銀耐性鉄酸化細菌含有水中に含ませているため、酸素濃度によってはこの酸素により鉄が３価の酸化数まで酸化され、鉄源の寿命が短くなることが懸念された。
【００６０】
図２は、鉄の電位−ｐＨ平衡図である。縦軸は標準酸化還元電位（V vs. SHE）であり、横軸はｐＨである。なお、本図は、Removal of ammonium, iron and manganese from potable water in biofiltration units: A review（Athanasia G. Tekerlekopoulouら著、Journal of Chemical Technology and Biotechnology、第８８巻第５号７５１〜７７３頁、２０１３年５月発行）の図２を引用し、一部追記を行ったものである。図示のように、水銀耐性鉄酸化細菌による水銀イオンの金属水銀への還元が期待できるｐＨ１〜４の範囲において、鉄は、水溶液中の酸化還元電位が約８００ｍＶとなると３価の酸化数で存在し、逆に、水溶液中の酸化還元電位が約−６００ｍＶを下回ると０価の酸化数で存在する（図２の破線で示す、ｐＨ１〜４の領域とＦｅ２＋の存在領域の重複領域を参照）。すなわち、水溶液中の酸化還元電位が−６００ｍＶ以上８００ｍＶ未満であることが、水溶液中に水銀耐性鉄酸化細菌が利用しやすい２価の酸化数の鉄イオンが存在するための好適な条件といえる。
【００６１】
また、図３は、各種炭酸水中の二酸化炭素濃度と酸化還元電位の測定結果を示した図である。具体的には、炭酸水製造装置で１００００、５０００、３０００、１０００、５００ｐｐｍに調整した炭酸水３００ｍｌをそれぞれ三角フラスコに入れ、酸化還元電位のプローブとともに密栓し、１分経過後の酸化還元電位を読み取ったものである（なお、二酸化炭素濃度は、赤外線分光分析で測定した）。
【００６２】
図３によれば、炭酸水中の二酸化炭素濃度が高くなるにつれて酸化還元電位は低下する傾向にある。すなわち、水銀耐性鉄酸化細菌による鉄の酸化および水銀イオンの還元の場となる汚染土壌または汚染水の酸化還元電位が、鉄の酸化数が２価で存在する範囲、すなわち、−６００ｍＶ以上８００ｍＶ未満の範囲、好ましくは、−１００ｍＶ以上５００ｍＶ以下の範囲となるように、微細気泡含有水供給工程における無機炭素源の添加量が調整されることが好ましい。
【００６３】
汚染土壌または汚染水２の酸化還元電位の測定は、酸化還元電位計の電極を直接汚染土壌若しくは汚染水に、または汚染土壌若しくは汚染水からサンプリングした液に挿入することにより、実施することができる。または、回収井戸４４を設ける場合には、回収井戸４４に、あるいはその下流に酸化還元電位計を設けることで測定することができる。
【００６４】
無機炭素源の添加量の調整は、例えば、微細気泡発生装置３０に供給される炭酸ガスの供給量を増減することで実施することができ、また、混和層２８や混合槽２２にＮａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３を添加することで、あるいはその添加量を増減することで実施することができる。
【００６５】
微細気泡含有水供給工程における無機炭素源の添加量が上記のとおりに調整されることで、浄化対象の汚染土壌または汚染水２の環境を好気的条件に維持しつつも添加された鉄源中の鉄の３価の酸化数への酸化を最小限に留めることができる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６７】
例えば、無機炭素源の添加量の調整を実施するための手段として、汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置１０に、汚染土壌または汚染水２の原位置、回収井戸あるいはその下流位置に設けられて汚染土壌または汚染水２の酸化還元電位を測定する酸化還元電位計と、無機炭素源の供給量を調整可能な無機炭素源供給部と、酸化還元電位計で測定された酸化還元電位の値に基づいて無機炭素源供給部における無機炭素源の供給量を増減制御する制御部と、を設けても良い。
【００６８】
無機炭素源供給部としては、例えば、後述する実施例の微細気泡発生装置３０、経路１０４および開閉弁１０４ａが挙げられるがこれに限られるものではない。
【００６９】
また、制御部としては、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータが例示され、制御部は、予めＲＯＭ等に格納されたプログラムに基づき、上記制御を実行する。
【００７０】
この構成によれば、酸化還元電位計で測定された汚染土壌または汚染水の酸化還元電位の値に基づき無機炭素源供給部で供給される二酸化炭素などの無機炭素源の濃度を増減調節することができるので、汚染土壌または汚染水２中における酸素による鉄の３価の酸化数への酸化を効果的に抑制することが可能となる。
【００７１】
さらに、汚染土壌または汚染水２から回収された水銀含有水を、水銀含有ガスと水銀以外の回収水とに分離することが好ましい。
【００７２】
水銀含有ガスと水銀以外の回収水への分離は、重力分離器、遠心分離器、気液分離膜、減圧分離装置等の公知の気液分離装置やこれらの組み合わせを用いることができる。
【００７３】
回収水は、混合槽２２や混和槽２８に返送され、希釈水として再利用することが好ましい。
【００７４】
一方、分離された水銀含有ガスは、活性炭吸着、過マンガン酸カリウム溶液での捕集、金、銀、スズ、銅、亜鉛等とのアマルガム反応を利用したアマルガム技術などの水銀除去処理を施すことで水銀を除去し、水銀が除去された処理ガスのみが大気中に放出されることが好ましい。
【００７５】
過マンガン酸カリウム溶液中に水銀を捕集した場合には、この水銀を還元することでさらに水銀を放出して再利用することが可能となる。
【００７６】
以下、本発明をさらに実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００７７】
図４は、本発明に係る汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置１００の具体的な設計例を示す模式図である。図４において上述の図１に示した原位置浄化装置１０と同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７８】
本実施例に係る原位置浄化装置１００は、水銀耐性鉄酸化細菌含有水が調製される混合槽２２、混合槽２２に隣接する混和槽２８および汚染土壌または汚染水から回収された水銀含有水が貯留される回収槽４１を有する。
【００７９】
微細気泡発生装置３０は混和槽２８の上流に設けられており、微細気泡発生装置３０には大気と二酸化炭素の混合気体を供給可能である。また、それぞれの経路１０２と経路１０４に設けられた開閉弁１０２ａ、１０４ａの開度を調整することで微細気泡発生装置３０に供給される酸素濃度および二酸化炭素濃度を調整可能である。
【００８０】
混合槽２８は経路１０６を介して注入井戸２６に接続されている。注入井戸２６と混相槽２８の間には、注入ポンプ２４のほか、開閉弁１０６ａ、添加メータ１０６ｂが設けられており、これにより、水銀耐性鉄酸化細菌含有水の供給量を管理できる。
【００８１】
回収槽４１の下流には、気液分離槽１１０が設けられており、回収槽４１と気液分離槽１１０との間には流量計１２８が介在する。
【００８２】
気液分離槽１１０の下流には、分離された気体が排出される経路１１２と気体が除去された処理水が排出される経路１１４がそれぞれ接続されており、経路１１４は混和槽２８へと接続される経路１１６および混合槽２２へと接続される経路１１８へと分岐する。経路１１６および経路１１８には、それぞれ開閉弁１１６ａ，１１８ａが設けられており、処理水の流入方向および流入量を調整可能である。
【００８３】
また、経路１１２には、ブロア１２０が設けられ、その下流に活性炭吸着塔１２２、開閉弁１１２ａ、水銀吸着塔１２４および過マンガン酸カリウム溶液の水銀トラップ１２６からなる水銀除去装置が順に設けられている。
【００８４】
本実施例に係る汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置１００によれば、無機炭素源および酸素含有微細気泡を含む水銀耐性鉄酸化細菌含有水が汚染土壌または汚染水２に供給されることから、好気的且つ無機炭素源が豊富な環境下で水銀耐性鉄酸化細菌による鉄の酸化、炭素固定および水銀の還元が促進され、汚染土壌または汚染水の浄化が進む。
【００８５】
また、気化した水銀を含む水銀含有水が回収井戸４４を介して回収槽４１へと回収され、その後気液分離および水銀除去処理を経て水銀を含まない処理ガスのみが大気中に放出し、また、気液分離後の処理水が混合槽２２および混和槽２８へと返送されることから、原位置浄化装置１００からの有害な廃ガスおよび廃液を生じることが無く、環境への悪影響が実質的にない。
【００８６】
そのうえ、原位置浄化装置１００は連続式で稼働可能であるから、大きな処理量に対応することができる。
【００８７】
さらに、ＣＯ２の供給量を調整することで、汚染土壌または汚染水２の環境を好気的に維持しつつ鉄源中の鉄の３価の酸化鉄への酸化を最小限に留めることが可能となる。
【符号の説明】
【００８８】
２  汚染土壌または汚染水
１０、１００  汚染土壌または汚染水の原位置浄化装置
２２  混合槽（供給手段）
２４  送液手段（供給手段）
４１  回収槽（回収手段）
４２  吸引手段（回収手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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