(57)【要約】【課題】バイオレメディエーションは汚染浄化効率が低く、汚染浄化の完了までに長期間を要する欠点があった。また、単一の細菌を高密度に注入するバイオオーグメンテーションを実施すると、生態系へ悪影響を及ぼす心配があるので、公衆受容が得られがたかった。【解決手段】バイオレメディエーションに活用する微生物の浄化機能を活性促進する条件として、微生物を含む流体に微生物の種類に応じた所定範囲の圧力を加えるか、あるいは所定の噴射対象および環境を設定して噴射するようにした。さらに、バイオオーグメンテーションで活用する微生物の代謝活性を維持したまま増殖能を失わせる条件として、微生物を含む流体に微生物の種類に応じた所定範囲の圧力を加えるか、あるいは所定の噴射対象および環境を設定して噴射するようにした。【選択図】　　図１
2004097907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオレメディエーションに活用する微生物の浄化機能を活性促進する条件として、
前記微生物を含む流体に微生物の種類に応じた所定範囲の圧力を加えるか、または所定の噴射対象および環境を設定することを特徴とするバイオレメディエーションの効率化方法。
【請求項２】
バイオオーグメンテーションで活用する微生物の代謝活性を維持したまま増殖能を失わせる条件として、
前記微生物を含む流体に微生物の種類に応じた所定範囲の圧力を加えるか、あるいは所定の噴射対象および環境を設定して噴射することを特徴とする安全性の高いバイオオーグメンテーション方法。
【請求項３】
汚染された工場排水または掘削した汚染土壌および／または揚水した汚染地下水あるいは汚染地層の原位置での浄化を行う方法であって、
前記環境汚染を浄化する洗浄媒体である流体に微生物の種類に応じて活性促進作用を呈し、当該微生物による汚染浄化機能が増加する、あるいは代謝活性を維持したまま増殖機能を失わせる範囲の圧力を加えるか、または所定の噴射対象および環境を設定して噴射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオレメディエーションの効率化方法および／または安全性の高いバイオオーグメンテーション方法。
【請求項４】
汚染された地層中に、物理作用と化学反応と高圧洗浄の何れかに加えて、微生物の代謝とそれらの促進による浄化機能を具備した流体を圧入する圧入井戸を形成し、
前記圧入井戸の壁面または底部に設けられた噴射口から、前記流体を物理作用と化学反応と高圧洗浄の何れかの浄化機能の制御と同時に、前記微生物の代謝活性と増殖機能を制御する圧力で噴射し、
噴射された前記流体が前記地層中を撹拌、洗浄し、汚染物質を分離または分解させ、
前記地層中における未分解の汚染物質を含む流体を回収井戸から回収することにより前記汚染物質を除去することを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか１項に記載のバイオレメディエーションの効率化方法および／または安全性の高いバイオオーグメンテーション方法。
【請求項５】
前記流体としての水に、前記微生物としてメタン資化細菌を添加し、
前記メタン資化細菌に含まれて汚染物質分解能を担う酵素の活性を増加させる３０〜５０ＭＰａの範囲に加圧して前記圧入井戸内から前記汚染地層中に高圧噴射することを特徴とする請求項１〜請求項４のうちの何れか１項に記載のバイオレメディエーションの効率化方法および／または安全性の高いバイオオーグメンテーション方法。
【請求項６】
前記流体の温度、ｐＨおよび／または浸透圧を活性増加のパラメーターとして、前記メタン資化細菌の分解活性を最大ならしめるように制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のうちの何れか１項に記載のバイオレメディエーションの効率化方法および／または安全性の高いバイオオーグメンテーション方法。
【請求項７】
汚染された工場排水あるいは地下水を前記微生物を含む溶液と混合し、リアクター内で当該微生物による汚染浄化機能が増加する、あるいは代謝活性を維持したまま増殖機能を失わせる範囲の圧力を加えるか、または所定の噴射対象および環境を設定して噴射することを特徴とする請求項１〜請求項６のうちの何れか１項に記載のバイオレメディエーションの効率化方法および／または安全性の高いバイオオーグメンテーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、細菌などの微生物の自然分解能力を利用して環境汚染を浄化、無害化するバイオレメディエーション（Ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ）の効率化方法と、そのなかでも汚染現場に浄化微生物が生息していない場合に、培養した微生物を導入して浄化するバイオオーグメンテーション（Ｂｉｏａｕｇｍｅｔａｔｉｏｎ）の安全性の高い手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微生物に対する高圧技術は主に食品分野で、微生物を死滅させる殺菌を目的に用いられてきた。しかし、微生物の種類と圧力条件によっては微生物の活性が促進されることに着目し、圧力制御で微生物による効率的な汚染浄化を行う。
【０００３】
周知の重金属の他、揮発性有機塩素系化学物質（以下、「ＶＯＣｓ」とも称す）、例えばトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどの有機溶剤による地層や地下水の汚染は、近年の深刻な社会問題となっている。これら重金属やＶＯＣｓなど（以下、「汚染物質」とも称す）を有効且つ効率的に除去し無害化する処置として、物理・化学的手法の他、微生物の生分解反応を利用する（バイオレメディエーション）ことにより、汚染地層や地下水を掘削あるいは揚水して、または原位置において浄化しようとする汚染地層浄化方法が実用化されつつある。
【０００４】
バイオレメディエーションは、工場排水または掘削あるいは揚水した土壌・地層・地下水に対してリアクター内もしくは地上で行う場合と、原位置で行う場合とがある。原位置で行う場合、微生物の活用法により２つに分類される。一つは、バイオスティミュレーションといわれ、汚染した土壌・地下水に窒素、リン等の無機栄養塩類、メタン、堆肥等の微生物の増殖に必要な炭素源エネルギー源としての有機物、さらに空気、酸素や過酸化水素等を注入し、現場に生息している微生物を増殖させて浄化活性を高める方法であり、もう一つはバイオオーグメンテーションとよばれ、汚染現場に浄化微生物が生息していない場合に、培養した汚染物質分解能の高い微生物を導入して浄化する方法である。
【０００５】
また、先行技術の一例として土壌中に生息する汚染物質を分解可能な微生物を活性化することにより、効果的に汚染土壌を浄化することが可能な汚染土壌の浄化方法及び浄化システム（例えば、特許文献１を参照）があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１０７５２号公報（要約書、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の課題として、バイオレメディエーションは汚染浄化効率が低く、汚染浄化の完了までに長期間を要するという欠点があった。
【０００８】
第２の課題として、環境汚染浄化の目的に沿うように、単一または限られた種類から選ばれた微生物を、通常の生態系内ではあり得ない異常な高密度で浄化対象に注入するバイオオーグメンテーションを実施すると、生態系へ悪影響を及ぼす心配がある。
【０００９】
第３の課題として、掘削した汚染土壌および／または揚水した汚染地下水あるいは汚染地層の原位置での浄化を人畜無害に低コストかつ短期間で効率良く汚染浄化する。しかも、従来技術の延長により、既存設備なども有効利用可能にする。
【００１０】
第４の課題として、既存技術を交えたプラント設備の有効利用を図る。
【００１１】
第５の課題として、汚染物質分解能を持つ細菌を活性化して分解活性を最高に効率良く利用する。
【００１２】
第６の課題として、汚染物質分解能を持つ細菌を活性増加させるパラメーターとして、前記流体の温度、ｐＨおよび／または浸透圧を制御する。
【００１３】
第７の課題として、汚染された工場排水あるいは地下水を前記微生物により、リアクター内でも浄化処理する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る発明では、バイオレメディエーションに活用する微生物の浄化機能を促進する条件として、前記微生物を含む流体に微生物の種類に応じた所定範囲の圧力を加えるか、または所定の噴射対象および環境を設定するようにしたので、微生物の種類に応じて最適の圧力を加えると活性促進作用を呈し、当該微生物による汚染浄化機能が増加するので、バイオレメディエーションの汚染浄化効率を高められる。
【００１６】
請求項２に係る発明では、バイオオーグメンテーションで活用する微生物の代謝活性を維持したまま増殖能を失わせる条件として、前記微生物を含む流体に微生物の種類に応じた所定範囲の圧力を加えるか、あるいは所定の噴射対象および環境を設定して噴射するようにしたので、環境汚染浄化の目的に沿うように、単一または限られた種類に選ばれた微生物を、通常の生態系内ではあり得ない異常な高密度で浄化対象に注入するバイオオーグメンテーションを実施しても、生態系へ悪影響を及ぼす心配も無くなる。
【００１７】
請求項３に係る発明では、掘削した汚染土壌および／または揚水した汚染地下水あるいは汚染地層の原位置での浄化を行う方法であって、前記環境汚染を浄化する洗浄媒体である流体に微生物の種類に応じて活性促進作用を呈し、当該微生物による汚染浄化機能が増加する、あるいは代謝活性を維持したまま増殖機能を失わせる範囲の圧力を加えるか、または所定の噴射対象および環境を設定して噴射するようにしたので、当該微生物による汚染浄化機能が増加し、バイオレメディエーションの汚染浄化効率を高められる。また、バイオオーグメンテーションを実施しても、生態系へ悪影響を及ぼす心配もないので、公衆受容が得られ易く、汚染浄化の期間も短縮できる。
【００１８】
請求項４に係る発明では、汚染された地層中に、物理作用と化学反応と高圧洗浄の何れかに加えて、微生物の代謝とそれらの促進による浄化機能を具備した流体を圧入する圧入井戸を形成し、前記圧入井戸の壁面または底部に設けられた噴射口から、前記流体を物理作用と化学反応と高圧洗浄の何れかの浄化機能の制御と同時に、前記微生物の代謝活性と増殖機能を制御する圧力で噴射し、噴射された前記流体が前記地層中を撹拌、洗浄し、汚染物質を分離または分解させ、前記地層中における未分解の汚染物質を含む流体を回収井戸から回収することにより前記汚染物質を除去する。
【００１９】
このようにしたので、流体が浸透し難い粘土またはシルトあるいは泥岩質の汚染地層であっても２０〜５００ＭＰａの範囲に加圧された液体により、粘土またはシルトあるいは泥岩層をフレーク状に破壊して、均一な微粒子を形成するので、流体を浸透し、撹拌、洗浄できる。
【００２０】
また、ＶＯＣｓ汚染地層の場合には、０．１〜１．０ＭＰａの範囲に加圧された気体であれば、当該地層中の地下水などに混じって気泡となり、スパーシングを伴って、浸透、撹拌、洗浄の効果が高められ、当該気泡は未処理汚染物質を前記液体と共に地上に向けて持ち上げるので、無害化処理を施すことが容易になる。
なお、前記物理作用と化学反応と微生物の代謝と高圧洗浄の何れかの機能を促進させるために気体を混入している。
【００２１】
請求項５に係る発明では、前記流体としての水に、前記微生物としてメタン資化細菌を添加し、前記メタン資化細菌に含まれて汚染物質分解能を担う酵素を活性維持する３０〜５０ＭＰａの範囲に加圧して前記圧入井戸内から前記汚染地層中に高圧噴射するようにした。
【００２２】
このようにすれば、圧力に対する微生物の反応は種類によって、また対象とする酵素によって、また噴射対象及び環境によって固有であるものの、メタン資化細菌の汚染物質分解能を担う酵素については４０ＭＰａの大気に対する高圧噴射で約２倍の活性増加、４０ＭＰａで５分間の静水圧で１．３倍の活性増加が認められる。このように、メタン資化細菌の場合は、４０ＭＰａ程度の圧力が活性増加に有効である。当該微生物は、その細胞膜を前記４０ＭＰａ程度の圧力により傷つけることで増殖能は抑制されるが、細胞内の酵素は無傷であり、さらに細胞膜の透過性が向上し、汚染物質と酵素の接触も良くなることによりメタン資化細菌の分解活性を最大に効率良くできる。
【００２３】
請求項６に係る発明では、前記流体の温度、ｐＨおよび／または浸透圧を活性増加のパラメーターとして、前記メタン資化細菌の分解活性を最大ならしめるように制御する。
【００２４】
請求項７に係る発明では、汚染された工場排水あるいは地下水を前記微生物を含む溶液と混合し、リアクター内で当該微生物による汚染浄化機能が増加する、あるいは代謝活性を維持したまま増殖機能を失わせる範囲の圧力を加えるか、または所定の噴射対象および環境を設定して噴射することを特徴とする。
【００２５】
このようにしたので、汚染された工場排水あるいは地下水を前記微生物を、リアクター内でも浄化処理できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
図１は本実施の基本形態を説明する汚染地層による断面模式図である。汚染地層１中に、後述する物理作用と化学反応や微生物の代謝による浄化機能を具備した流体２を圧入する圧入井戸３および流体２を回収する回収井戸４を、所定の間隔（図３参照）で削孔により形成する。流体２は主に水と空気の２相であり、第１の洗浄媒体である水と、第２の洗浄媒体である空気の他に、第３の洗浄媒体を添加するような、汚染地層１の浄化方法と装置が開発されている。
なお、図１中、汚染地下水２２は、通常の地下水位２２ａは、圧入井戸３からの噴射圧により、水位２２ｂまで押し下げられる。
【００２８】
圧入井戸３内の壁面に設けられた噴射口５から、流体２を物理作用と化学反応や微生物の代謝機能を制御する圧力で噴射し、汚染地層１中に浸透させることにより汚染地層１中を撹拌、洗浄し、汚染物質６を汚染地層１から分離させると共に活性が高められた微生物による分解を促す。超高圧ポンプ７により２０〜２００ＭＰａに加圧された６０〜２１０Ｌ（リットル）／ｍｉｎの水と、０．５〜０．５ＭＰａに加圧された３００ｍ３／ｈの空気が流体２を構成し、その流体２がその圧力によって圧入井戸３へ圧入されることにより、汚染地層１が粘土やシルトあるいは泥岩であっても目的を達成する。これらの流体２の圧力と量に関しては、汚染地層１の物性すなわち構成粒子・固結度および地下水と、汚染物質６の種類により適切に設定する。
【００２９】
すなわち、通常なら流体２が浸透できない粘土やシルトあるいは泥岩層であっても、超高圧噴射水２０による撹拌と洗浄の作用により、組織が破壊されて緩められた汚染地層１中に、流体２を浸透させることができる。さらに、ＶＯＣｓ地層汚染などの場合には、流体２を物理作用と化学反応や微生物の代謝機能を制御したり、前述の空気のスパーシング効果が発揮する圧力で噴射すると、浄化が促進する。
【００３０】
また、圧入井戸３の地上部分に位置する注入孔３０には、超高圧ポンプ７の高圧送出管が気密接続されている。そして、超高圧ポンプ７の圧力や流体２の含有成分などは図示せぬ制御盤などにより適宜に加減できる。なお、圧入井戸３の内側にある金属管のロッド３１はボーリング削孔では周知であり、噴射口５のついたロッド３１のきりもみ回転に伴って噴射口５を回転させ、スプリンクラー作用により、超高圧噴射水２０の撹拌と洗浄の効果が高められる。
【００３１】
そして、汚染物質６のうち無害化されていない成分を含む流体２を回収井戸４から回収することにより汚染物質６を除去する。圧入井戸３のロッド３１の地中側壁に開口した噴射口５から超高圧噴射水２０を噴射し、汚染地層１中を撹拌、洗浄することにより、物理作用と化学反応や微生物の代謝による浄化洗浄機能を支援し制御する。ここで、汚染物質６のうち無害化されていない成分を含む流体２を回収井戸４から回収することにより汚染物質６を汚染地層１中から除去し、後述する地上設備（図４）で有害物質と無害物質を分別することができる。
【００３２】
図２は本実施に好適な汚染地層１による断面模式図である。メタンガスを含む地層には周知のメタン資化細菌２１が生息しており、メタン資化細菌２１の代謝作用により、表層の汚染土壌１０を含む汚染地層１に存在する有害物質６を無害化する。メタン資化細菌２１に限らず、ある種の微生物にはその代謝作用により有害物質６を無害化することが知られている。例えば、熱帯魚などを飼育する水槽（図示せず）の飼育水にある種の微生物を添加し、その微生物の代謝機能により飼育水を浄化する方法や、微生物利用の汚水浄化層と類似の原理で汚染物質６を無害化処理する方法が周知であり、浄化の原理は同様である。
【００３３】
また、メタン資化細菌２１をはじめ、他の微生物や動植物の生態系を含んだ地球規模の自然浄化システムが正常に機能していることにより、人類が健康に生息できることは自明であるが、地球規模の自然浄化システムを局所的な汚染地層１に限定して、その浄化を効率良く実施するようにしたのが本発明の要旨でもある。
【００３４】
ここで超高圧ポンプ７（図１参照）により、メタン資化細菌２１の代謝機能を適切に制御する圧力に流体２を加圧し、圧入井戸３から超高圧噴射水２０として汚染地層１に浸透し、汚染地層１を撹拌し、メタン資化細菌２１の増殖および代謝を支援するように噴射し、浸透させて、浄化効率を高める。超高圧噴射水２０の圧力が、請求項４で定義する「前記流体を物理作用と化学反応、そして微生物の代謝とその促進と高圧洗浄の何れかの機能を制御する圧力」を意味する。
【００３５】
図２では洗浄媒体である流体２には、汚染地層１中に含まれる汚染地下水２２を回収井戸４で回収してそのまま循環させている。当該汚染地下水２２には天然のメタン資化細菌２１が含まれていることをそのまま利用しているが、もし天然のメタン資化細菌２１では不足ならば人工的にメタン資化細菌２１を流体２に添加すれば良い。また、メタン資化細菌２１の増殖を促進させて代謝を促すような気体や栄養を流体２に添加しても良い。図２は天然状態で既に備わっている自然浄化システムを局所的な汚染地層１に限定し、その浄化を加速して効率良く実施するようにした形態であり、メタン資化細菌２１の増殖を適宜に促進させるような周知の手段を追加して実用に供する。
【００３６】
図３は圧入井戸３および回収井戸４の配置を示す模式図である。地面１００から削孔（ボーリングなど）により圧入井戸３および回収井戸４を、適宜間隔を有して形成する。また、圧入井戸３および回収井戸４にはそれぞれの注入孔３０および抽出孔４０が地上に通じ、図示せぬ地上設備（図４参照）に接続されている。また、圧入井戸３を構成する金属管のロッド３１（図１，４参照）の壁面または底部に設けられた噴射口５から、回収井戸４の壁面または底部に設けられた吸収口８までの距離Ｄを０．５〜５．０ｍの範囲に設定している。距離Ｄは汚染地層１に対する流体２の浸透性により適宜に加減する。すなわち、浸透性の良い砂の地層ならば距離Ｄを長く、しかも流体２の圧力も比較的低くする。逆に、浸透性の低い粘土やシルトあるいは泥岩の地層ならば距離Ｄを短く、しかも流体２の圧力を相当に高く設定する。
【００３７】
流体２が水と空気であるならば、それぞれが加圧された状態で噴射口５まで供給され、噴射口５で適宜に混合されるノズル形状（図示せず）にすることにより、気泡を含む超高圧噴射水２０（図１，図２）を発生するので、スパーシング現象を伴う地層破壊作用があり、浸透性に乏しい粘土やシルトあるいは泥岩の地層に対しても高い洗浄効果を発揮し、また活性が高められた微生物を地中に浸透させることができる。
【００３８】
図４はプラント構成を示す模式図であり、汚染地層１の所在地にプラントを構成し、浄化の目的を達成したら当該プラントを撤去し、他の現場に移動してプラントの反復利用する車載可搬プラントである。以下に、その構成、作用および効果を合わせて説明する。
【００３９】
圧入井戸３と回収井戸４はボーリング装置５０により金属管を使って削孔される。圧入井戸３を金属管で構成するロッド３１は図１で説明した通り、地中できりもみ状に回転し、地中の噴射口５から噴射される超高圧水２０によるスプリンクラー作用で、汚染地層１への撹拌と洗浄の効果を与える。
【００４０】
回収井戸４は地上の抽出孔４０を開放せずに、切換接続自在のバルブ４２を介して回収母管４１に接続され、測定器（図示せず）を接続すれば、汚染程度を計測する事もできる。回収母管４１は真空ポンプ５１で吸引されることにより、複数の回収井戸４から洩れなく回収された流体２を、蓋付きの（図４では省略）ノッチタンク５２へと汲み上げる。洗浄作用により汚染物質６（図１）が取り込まれた汚染水とＶＯＣｓなどの汚染気体を含んだ流体２のうち、汚染水に対しては二槽式のノッチタンク５２において汚染物質６及び微生物細胞を沈殿させて除去することもできる。汚染物質６及び微生物細胞第一槽で荒く沈殿させた後に、第一槽からＶ字型切り欠き部を通過してあふれた上澄みを第二槽に溜めて同様に沈殿させ、第二槽の上澄みを曝気装置５３に送るようにしても良い。その場合はノッチタンク５２に適切な沈殿剤などを加えればさらに効果的である。
【００４１】
ノッチタンク５２では、ＶＯＣｓなどの有害物質含む水溶液は曝気装置５３に連続的に送り込まれ、曝気装置５３により、無害化処理される。無害化処理の際に曝気装置５３で分離されたＶＯＣｓなどを含む有害な気体は活性炭吸着塔５５で無害化処理された後で大気中に放出される。ＶＯＣｓ汚染の場合などには、曝気装置５３で無害化処理された水は二槽式の水槽５４で一時蓄積され、循環利用に供される。
なお、二槽式のノッチタンク５２において汚染物質６を沈殿させて除去した沈殿処理もしくは、さらに高度の浄化作用のある沈殿処理を二槽式の水槽５４で行うこともできる。
【００４２】
水槽５４で一時蓄積され、連続作業を継続するのに必要な量を確保された水は超高圧ポンプ７により微生物機能を制御する圧力に加圧され、同時に超高圧ポンプ７により０．５ＭＰａ前後に加圧された空気と混合され、微生物活性の高められた流体２が、ボーリング装置５０を介し、圧入井戸３の地上部にある注入孔３０から圧入される。そして、圧入井戸３の地中側壁に開口した噴射口５から汚染地層１へ噴射される。噴射口５では水と空気のそれぞれが加圧された状態で噴射口５まで供給され、噴射口５のノズル（図示せず）で適宜に混合されることにより高圧洗浄効果を生ずると共に微生物による分解が生じる。
【００４３】
続いて、微生物の活動と死滅する様子について説明する。
図５は細胞膜の一部拡大断面図であり、代謝する物質が細胞膜６０を透過するように細胞膜タンパク質６１が存在し、その細胞膜タンパク質６１を汚染物質６２が外部から内部に向かって入り込む。このとき、プロトン起動力を用いる場合がある。また、汚染物質６２にタンパクが結合した汚染物質・タンパク複合体６３を通して細胞内に浸入する場合もある。
【００４４】
高圧環境においては、図５に示した汚染物質６２の細胞膜６０の透過性が高められるとともに細胞内での化学反応が活性化されることにより、汚染浄化効率が向上するものと考えられる。
【００４５】
図６は高圧により細胞膜が破壊されて死滅する説明図であり、通常圧力環境において、同図（ａ）の形状であった細菌細胞７０に、加圧していくに従って、細胞膜７１に亀裂７２が生じ（ｂ）、亀裂７２から細胞質などが膨出し（ｃ）、ついには破裂して（ｄ）、細菌細胞７０は死滅する。
【００４６】
図５に示した代謝とともに化学反応が活性化するための最適環境を付与すべく、温度の制御はヒーター、ｐＨ調整は水酸化ナトリウムや塩酸などを添加して行う。
また最適ｐＨに調整してから、ｐＨ緩衝剤を添加し、ｐＨの変化を抑制することで最適環境の保持が可能である。
さらに、細胞膜６０の浸透圧については、塩化ナトリウム等で最適な浸透圧調整する。
【００４７】
ちなみに現在、超高圧による微生物の活性増加については、１例が報告されているのみである。それは、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓｓ　ｐｌａｎｔａｒｕｍという食品を腐敗させる菌であり、２５０ＭＰａ，１０−１２０ｍｉｎの静水圧条件でＦＯＦ１ＡＴＰａｓｅの活性が最大１．７倍増加した。今回汚染分解に用いるメタン資化細菌もＬａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓｓ　ｐｌａｎｔａｒｕｍも細菌を大きく２つに分けた場合グラム陰性（対するのは陽性）菌に属するものであり、この「活性増加」の特徴はグラム陰性菌に特徴的なものである可能性が有る。超高圧の影響はこれまで食品高圧滅菌を目的に行われたものがほとんどであり、食品に関して，腐敗を起こすものはグラム陽性菌が多く、これらが主に研究されてきたため、グラム陰性菌についての研究例は少ないのが現状である。
【００４８】
なお、本実施形態においては、汚染地層に掘削した井戸から洗浄水を超高圧噴射により圧入して回収する、原位置での汚染浄化方法およびそのプラント設備を利用しているが、本発明のバイオレメディエーションの効率化方法および／または安全性の高いバイオオーグメンテーション方法によれば、原位置での汚染浄化方法およびそのプラント設備に限定する必要はなく、あらゆる応用実施形態に適用可能である。
【００４９】
以下に、本発明をバイオリアクターとして応用実施した形態を説明する。バイオリアクターは生物を利用して、物質を地上で連続的に生産または処理する技術であり、生物を生きたまま触媒に利用する手法である。
ここでは、一例として揚水した地下水や工場排水などに対する浄化処理設備を取り上げる。
【００５０】
図７は第１のバイオリアクター対応の概略図であり、静水圧で分解効果が増加する微生物を用いる場合を示している。図７において、混合された細菌溶液７６と汚染水７７はポンプ７５により、超高圧タンクである反応槽７８に送られ、分解活性を増加させる圧力が所定時間かけられ、汚染物質の分解が行われる。反応終了後は、反応槽７８の圧力を細菌が死滅する圧力にし、殺菌した後排出する。なお、反応槽７８を超高圧に加圧する方法はポンプのほか、加圧シリンダーなど何でも構わないので、図示していない。
【００５１】
図８は第２のバイオリアクター対応の概略図であり、高圧噴射で分解効果が増加する微生物を用いる場合を示している。混合された細菌溶液７６と汚染水７７は超高圧ポンプから、分解活性が増加する圧力で噴射され、反応漕で分解が行われる。反応終了後は、超高圧タンク８０を通して、細菌が死滅する圧力を加え、殺菌した後排出する。
【００５２】
このように、対象となる汚染物質に対する分解能を持つ細菌溶液７６と汚染水７７をそれぞれ別個に用意しておき、これらは通常圧力で送液するポンプ７５または超高圧ポンプ７により反応槽７８，７９へと導入され、浄化処理される。対象とする微生物によって、前述した静水圧で分解効果が増加する微生物ならば第１のバイオリアクター対応とし、圧力をかけて噴射した方が分解効果が増加する微生物の種ならば第２のバイオリアクター対応とするように２通りのバイオリアクター対応を使い分ける。
【００５３】
【発明の効果】
以上、説明したように請求項１に係る発明によれば、微生物の種類に応じて最適の圧力を加えると活性促進作用を呈し、当該微生物による汚染浄化機能が増加するので、バイオレメディエーションの汚染浄化効率を高められる。
【００５４】
請求項２に係る発明によれば、環境汚染浄化の目的に沿うように、単一または限られた種類に選ばれた微生物を、通常の生態系内ではあり得ない異常な高密度で浄化対象に注入するバイオオーグメンテーションを実施しても、生態系へ悪影響を及ぼす心配もないので、公衆受容が得られやすく、汚染浄化に要する期間も短縮できる。
【００５５】
請求項３に係る発明によれば、前記環境汚染を浄化する洗浄媒体である流体に添加した微生物による汚染浄化機能が増加し、バイオレメディエーションの汚染浄化効率を高められる。また、バイオオーグメンテーションを実施しても、生態系へ悪影響を及ぼす心配もないので、公衆受容が得られ易く、汚染浄化の期間も短縮できる。
【００５６】
請求項４に係る発明によれば、流体が浸透し難い粘土またはシルトあるいは泥岩質の汚染地層であっても２０〜５００ＭＰａの範囲に加圧された液体は、粘土またはシルトあるいは泥岩質を加熱しながらフレーク状に破壊し、浸透し、撹拌、洗浄できる。また、ＶＯＣｓ汚染地層の場合には、０．１〜１．０ＭＰａの範囲に加圧された気体であれば、当該地層中の地下水などに混じってスパーシングによる微小気泡となり、撹拌、洗浄の効果が高められ、当該気泡は未処理汚染物質を前記液体と共に地上に向けて持ち上げるので、活性が高められた微生物による分解と併せて無害化処理を施すことが容易になる。
【００５７】
請求項５に係る発明によれば、メタン資化細菌の細胞膜を前記４０ＭＰａ程度の圧力により傷つけることで増殖能は抑制されるが、細胞内の酵素は無傷であり、あるいは細胞膜の透過性が向上し、汚染物質と酵素の接触が良くなることによりメタン資化細菌の分解活性を最大に効率良くできる。
【００５８】
請求項６に係る発明によれば、前記流体の温度、ｐＨおよび／または浸透圧を活性増加のパラメーターとして制御することにより、前記メタン資化細菌の分解活性を最大ならしめる。
【００５９】
請求項７に係る発明によれば、汚染された工場排水あるいは地下水を前記微生物により、リアクター内でも浄化処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の基本形態を説明する汚染地層による断面模式図である。
【図２】本実施に好適な汚染地層による断面模式図である。
【図３】圧入井戸および回収井戸の配置を示す模式図である。
【図４】プラント構成を示す模式図である。
【図５】細胞膜の一部拡大断面図である。
【図６】高圧により細胞膜が破壊されて死滅する説明図である。
【図７】第１のバイオリアクター対応の概略図である。
【図８】第２のバイオリアクター対応の概略図である。
【符号】
１　汚染地層
２　流体
３　圧入井戸
４　回収井戸
５　噴射口
６　汚染物質
７　超高圧ポンプ
８　吸収口
１０　汚染土壌
１１　粘土層
２０　超高圧噴射水
２１　メタン資化細菌
２２　汚染地下水
２２ａ　通常の地下水位
２２ｂ　押し下げられた地下水位
３０　注入孔
３１　ロッド
４０　抽出孔
４２　バルブ
５０　ボーリング装置
５１　真空ポンプ
５２　ノッチタンク
５３　曝気装置
５４　水槽
５５　活性炭吸着塔
６０，７１　細胞膜
６１　細胞膜タンパク質
６２　汚染物質
６３　汚染物質・タンパク複合体
７０　細菌細胞
７２　亀裂
７５　ポンプ
７６　細菌溶液
７７　汚染水
７８　反応槽
８０　超高圧タンク
Ｄ　噴射口５から吸収口８までの距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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