(57)【要約】      （修正有）【課題】原位置環境中でヒ素汚染物質を処理する方法を提供する。【解決手段】過酸化物源１２０及び固体の安定化剤１３０に、水１１０を加えることにより、過酸化物剤１６０Ａを調製し、同時に、固体又は液体の鉄含有化合物１４０、及びキレート化合物１５０に、水１１０を加えることにより、キレート鉄含有水溶液１６０Ｂを調製し、その後、水１１０、過酸化物剤１６０Ａ及びキレート鉄含有水溶液１６０Ｂの各々を、注入スクリーンを用いて原位置環境１７０中に導入し、注入スクリーン１８０は、原位置環境１７０に存在するＡｓ＋３１００を、鉄−オキシ水酸化物へと固定化できるＡｓ＋５１９０に酸化する働きをする原位置環境１７０中でヒ素汚染物質１００を処理する方法。【選択図】図１
2015134343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原位置環境中のヒ素汚染物質を処理する方法であって、
キレート鉄水溶液を調製する工程と、
酸化剤からなる安定化源を有効濃度で前記原位置環境中に加え、及び前記酸化剤からなる安定化源の存在下、鉄−ヒ素オキシ水酸化物の共沈を促進させるのに十分量の前記キレート鉄水溶液を前記原位置環境中に加える工程と、
前記原位置環境中でヒ素を酸化し、及び前記原位置環境中で鉄を酸化する工程を有する、原位置環境中でヒ素汚染物質を処理する方法。    
【請求項２】
前記キレート鉄水溶液は、Ｆｅ（ＩＩ）塩、Ｆｅ（ＩＩＩ）塩、Ｆｅ（ＩＩ）キレート化合物、Ｆｅ（ＩＩＩ）キレート化合物、及びこれらの組み合わせの少なくとも１つから選択される鉄を有効量含有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸化剤からなる安定化源は、過酸化水素、過酸化ナトリウム、及び過酸化カルシウムからなる群より選ばれる過酸化物であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記酸化剤からなる安定化源は、酸、塩、及び酸と塩の混合物よりなる群から選ばれる安定化剤で安定化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記安定化剤は、リン酸、リン酸１カリウム、及びリン酸とリン酸１カリウムとの組み合わせからなる群より選ばれることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記酸化剤からなる安定化源は、７０重量％までの濃度を有する、水中の過酸化剤であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記キレート鉄水溶液にｐＨ調整剤を加えることで、前記キレート鉄水溶液のｐＨを５〜８に維持する工程をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記キレート調整剤が、水及びキレート剤から選ばれることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記酸化剤からなる安定化源及び前記キレート鉄水溶液を、前記原位置環境中に交互に加える工程を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記キレート鉄水溶液を前記原位置環境中に先ず加え、続いて前記酸化剤からなる安定化源を前記原位置環境中に加えることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記酸化剤からなる安定化源を前記原位置環境中に先ず加え、続いて前記キレート鉄水溶液を前記原位置環境中に加えることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化剤からなる安定化源及び前記キレート鉄水溶液の両方を、前記原位置環境中に連続して加えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記原位置環境が、中程度から高度の透過性を有する土壌及び地下水の少なくとも一方からなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。  
【請求項１４】
前記原位置環境が、低度から中程度の透過性を有する土壌及び地下水の少なくとも一方からなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。  
【請求項１５】
前記原位置環境が、土壌、地下水及び破砕岩盤からなる群から選ばれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。    
【請求項１６】
前記原位置環境中の毛管水縁層として知られる領域に、前記酸化剤からなる安定化源及び前記キレート鉄水溶液を加えることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。    
【請求項１７】
前記原位置環境中の通気帯として知られる領域に、前記酸化剤からなる安定化源及び前記キレート鉄水溶液を加えることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
飽和帯を有する前記原位置環境中の領域に、前記酸化剤からなる安定化源及び前記キレート鉄水溶液を加えることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記原位置環境中に、前記酸化剤からなる安定化源及び前記キレート鉄水溶液を、複数回加えることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記原位置環境中に、前記酸化剤からなる安定化源及び前記キレート鉄水溶液を、加圧下で加えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記加圧の圧力は、５〜１００ｐｓｉ（３４〜６８９ｋＰａ）であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌及び／又は地下水に含まれる金属汚染物質を原位置で固定化処理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染された土壌及び地下水の処理は、環境科学において重要な一面をもち、特に規制下にない有害な廃棄物処分場に関連する処理である。環境を浄化する最も一般的な方法に、掘削処理及び埋め立て処理が挙げられる。しかし、前記の両処理は汚染物質の除去方法として知られる一方で、実施不可能ではないとしても、費用がかかり、実施が困難な場合がある。そこで、最近、現場や原位置（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で処理する技術開発によって、土壌及び地下水に含まれる汚染物質を転化する研究が注目されてきた。このような技術では、物理的方法で汚染物質を除去したり、あるいは化学的又は生物的方法を用いて汚染物質を原位置で処理することに焦点が当てられている。
【０００３】
金属汚染物質を物理的に除去する方法では、揚水処理技術（ｐｕｍｐ  ａｎｄ  ｔｒｅａｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の使用が注目されている。また、金属汚染物質を化学的に除去する方法としては、還元または酸化によって原子価状態を変化させることで、金属汚染物質を、より無害な又は変化しにくい状態に転化する方法がある。例えば、強力な還元剤を用いると、クロムとしては非常に変化しやすく毒性が強いクロム（ＶＩ）の原子価状態を、より変化しにくく毒性も低いクロム（ＩＩＩ）へと転化するのに有効なことが示されている。
【０００４】
また、金属汚染物質であるヒ素は、地下水中で自由に移動でき、非常に有毒であるヒ素（ＩＩＩ）（Ａｓ＋３）が、より変化しやすい原子価状態であると証明されている。従って、土壌及び地下水の中でヒ素を原位置処理する方法として、ヒ素を鉄錯体と結合又は固定化することが注目されている。この鉄錯体は沈殿し、地上の処理システムで水からろ過できる。または、原位置処理条件下で土壌マトリックス中に固定化できる。従来のヒ素処理方法は、飲料水処理施設内で直接行われる。具体的には、従来のヒ素処理方法では、取り出した地下水を鉄含有溶液及び過酸化水素と混合し、過酸化水素によってＡｓ＋３をＡｓ＋５へと酸化する。このとき、過酸化水素の添加によって、溶存酸素濃度が増加し、次に、前記溶存酸素によりオキシ水酸化鉄が生成し、前記のＡｓ＋５はオキシ水酸化鉄と結合する。こうして生成した複合体は固体であり、その後、前記地下水からろ過される。
【０００５】
上記従来法によるヒ素処理方法を、汚水処理プラント外や原位置処理条件下で実施することは非常に困難である。つまり、鉄含有溶液と過酸化物溶液という別個の溶液を配給して混合する方法は、前記反応が急速に進行するという特性と、土壌マトリックス中で過酸化水素が有機物と接触した場合、過酸化水素が不安定となるために実行困難である。原位置処理条件下では、地下水で飽和した土壌マトリックス中に過酸化水素溶液を注入後、前記反応が急速に進行し、過酸化水素は酸素と水に速やかに分解する。こうして土壌マトリックス中に大量の気体が発生する。このような方法で処理計画を実施することは可能ではあっても、しかし、前記溶液を注入できる現場周辺の散布半径は非常に限られ、注入できる溶液の容量も少量である。こうした制約は、前記した非常に速い反応速度に起因する。つまり、反応速度が非常に速いために、著しい量の気体が急激に発生し、注入開始後直ちに液状物や地下水及び注入した溶液を上に押し上げ、地表に曝すことがしばしば起きるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態によって、地中の金属汚染物質を処理する従来技術の欠陥に対処し、原位置環境（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、例えば、土壌、地下水又は岩盤中のヒ素汚染物質を処理する、新規かつ容易には想到できないシステム及び方法を提供する。本発明の一実施形態では、ヒ素汚染された原位置環境中のヒ素汚染物質を処理する方法は、キレート鉄水溶液及び安定化した酸化剤を調製する工程を有する。また、前記方法は、鉄−ヒ素オキシ水酸化物の共沈を促進するのに十分な量のキレート鉄水溶液及び安定化した酸化剤を、原位置環境中に加える工程も有する。この場合、別の水を原位置環境中に注入した後や注入する前に、前記の溶液及び酸化剤を交互に加えることができる。その後、ヒ素はＡｓ＋３からＡｓ＋５に酸化され、鉄はＦｅ＋２からＦｅ＋３に酸化される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の一態様では、キレート鉄水溶液は、Ｆｅ（ＩＩ）塩、Ｆｅ（ＩＩＩ）塩、Ｆｅ（ＩＩ）キレート化合物、Ｆｅ（ＩＩＩ）キレート化合物及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる鉄を、有効量含有する。また、別の態様では、酸化剤からなる安定化源は、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化カルシウムからなる群から選ばれる過酸化物である。また、更に別の態様では、キレート鉄水溶液のｐＨを、約５から約８の間に維持する。また、更に別の態様では、酸化剤からなる安定化源を、例えば、酸、塩、酸と塩との混合物からなる群から選ばれる安定化剤を用いて安定化する。更なる例としては、リン酸、リン酸１カリウム、リン酸及びリン酸１カリウムの組み合わせからなる群から選ばれる安定化剤を用いて安定化する。
【０００８】
本発明に係る別の態様を、以下の本明細書でその一部を説明する。なお、一部の態様は本明細書から自明であり、又は本発明を実施することで理解可能である。本発明の全ての態様は、添付の請求の範囲において特に示した構成要素やその組み合わせによって、実現され達成できる。なお、先に述べた一般的な記載や、以下に述べる詳細な記載は、単なる代表例や説明であり、本発明を何ら限定するものではないことを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書に組み込まれて明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態及び記載内容を図示するものであり、本発明の原理を説明するために用いられる。ここに図示した実施形態は現時点で好適なものである。しかし、本発明は、ここに図示したとおりの配置や機器に限定されるものではない。
【図１】原位置環境中のヒ素汚染物質を処理する方法を図示する。
【図２】原位置環境中のヒ素汚染物質を処理する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態によって、原位置環境中のヒ素汚染物質を処理する方法を提供する。本発明の一実施形態では、安定化した酸化剤、例えば、安定化した過酸化水素液体試薬を調製できる。また、キレート鉄水溶液を調製できる。前記の安定化した酸化剤及びキレート鉄水溶液は、いくつかの注入スクリーンを介して、交互に原位置環境中に導入可能である。こうして、原位置環境に存在するヒ素を酸化して固定化する結果、原位置環境中のヒ素汚染物質を浄化処理できる。
【００１１】
さらに図を用いて説明する。図１は原位置環境中のヒ素汚染物質を処理する方法を示した図である。図１に示すように、過酸化物源１２０及び固体の安定化剤１３０に、水１１０を加えることにより、過酸化物剤１６０Ａを調製できる。同時に、固体又は液体の鉄含有化合物１４０、及びキレート化合物１５０に、水１１０を加えることにより、鉄含有水溶液１６０Ｂを調製できる。その後、水１１０、過酸化物剤１６０Ａ及び鉄含有水溶液１６０Ｂの各々を、注入スクリーンを用いて原位置環境１７０中に導入できる。例えば、噴射装置につながる注入ロッドを直接押し込む、又は噴射装置に連結した注入井を通して、前記導入操作を実施できる。注入スクリーン１８０は、原位置環境１７０に存在するＡｓ＋３１００を、鉄−オキシ水酸化物へと固定化できるＡｓ＋５１９０に酸化する働きをする。
【００１２】
さらに図を用いて説明を行う。図２は、原位置環境中のヒ素汚染物質を処理する方法を示したフローチャートである。開始の工程２１０Ａでは、過酸化物剤を調製する。前記過酸化物剤としては、例えば、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化カルシウムなどの過酸化物が挙げられる。また、酸、塩、又は酸と塩の混合物などの安定化剤を使用して、前記過酸化物剤源を安定化することもできる。具体的には、前記安定化剤として、リン酸１カリウム、又は、リン酸とリン酸１カリウムとの組み合わせなどが挙げられる。
【００１３】
次に、工程２１０Ｂにおいて、キレート鉄水溶液を調製する。前記キレート鉄水溶液は、Ｆｅ（ＩＩ）塩、Ｆｅ（ＩＩＩ）塩、Ｆｅ（ＩＩ）キレート化合物、Ｆｅ（ＩＩＩ）キレート化合物及びこれらの組み合わせの少なくとも１つから選択される鉄を、有効量含有する。前記キレート鉄水溶液のｐＨは、ｐＨ調整剤を前記鉄含有水溶液に添加することで、約５から約８の間に維持する。ｐＨ調整剤としては、例えば、水、又はキレート化剤などが挙げられる。
【００１４】
その後、前記の過酸化物剤及び鉄含有水溶液を、土壌、地下水、破砕岩盤などの原位置環境中に加える。なお、前記原位置環境は、中程度から高度な透過性を有する土壌又は地下水である。あるいは、前記原位置環境は、低度から中程度の透過性を有する土壌又は地下水であってよい。なお、どちらの場合でも、鉄−ヒ素オキシ水酸化物の共沈を促進できる有効濃度及び十分な量で、前記過酸化物剤を原位置環境中に加える。
【００１５】
本実施形態の一態様では、前記過酸化物剤及び鉄含有水溶液の両方とも、いくつかの注入スクリーンを用いて原位置環境中に加えることができる。なお、前記注入スクリーンは、原位置環境の毛管水縁層、原位置環境の通気帯又は飽和帯の中に導入可能である。注入は、５から１００ポンド／インチ２（ｐｓｉ）（つまり、３４から６８９キロパスカル（ｋＰａ））の加圧下で実施する。過酸化物剤及び鉄含有水溶液は、噴射装置を介して原位置環境中に交互に導入する。具体的には、先ず大量の水を注入し、図２の工程２３０から工程２５０に示すように行い、大量の水を注入して終わる。しかし、前記過酸化物剤及び水溶液は、任意の順番で原位置環境中に導入してよく、ある実施形態では、前記過酸化物剤及び水溶液を連続して原位置環境中に導入できることも理解できよう。
【００１６】
なお、以下に述べる請求の範囲に記載した全ての手段又は機能を加えた工程の要素に対応する、複数の構成、原料、作用、及び等価体は、具体的に請求される要素のように他の請求要素と組み合わせて機能する任意の構成、任意の原料、又は任意の作用を有するように意図するものである。本発明の記載は、図解や説明を目的として行われてきたが、本発明の記載は網羅的なものではなく、又、開示した形態に本発明を限定するものではない。当業者にとって、本発明の範囲や精神を逸脱することなく、多くの修飾や変更ができることは明らかである。また、上記の実施形態は、本発明の原理を説明するために選ばれて記載されたものである。更に、上記の実施形態によって、本発明が、予期される特別な用途に適するよう、様々な修飾により多様な実施形態を有することを、当業者は理解できるだろう。
【００１７】
以上、本発明の実施形態を参照しながら本願の発明を詳細に説明してきた。なお、添付した請求の範囲に記載した本発明の範囲を逸脱することなく、多くの修飾や変更が可能であることが理解できるだろう。
【図１】
2015134343.tif 000003
【図２】
2015134343.tif 000004
【外国語明細書】
2015134343000001.pdf