(57)【要約】【課題】金属還元体の処理能力を増大し、汚染された地下水の処理能力を長期間維持しうる帯水層の汚染帯水層の処理方法を提供する。【解決手段】重金属等の汚染物質を含有する帯水層に金属還元体を埋設して重金属等の汚染物質を除去する汚染帯水層の処理方法である。酸化性物質を前記金属還元体と共存させることにより重金属等の汚染物質を除去する。金属還元体により重金属を還元して析出させて除去することに加えて、金属還元体が酸化性物質により酸化され地下水中で難溶性水酸化物を形成し重金属等の汚染物質を取り込んで共沈殿を起こすので、少ない金属還元体の量で地下水から効率よく重金属等の汚染物質を除去することができる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属等の汚染物質を含有する帯水層に金属還元体を埋設して重金属等の汚染物質を除去する汚染帯水層の処理方法において、酸化性物質を前記金属還元体と共存させることにより重金属等の汚染物質を除去することを特徴とする汚染帯水層の処理方法。
【請求項２】
前記帯水層を流れる地下水の下流部分に前記金属還元体を埋設して透過反応壁を形成し、酸化性物質を前記地下水に含有させ、該地下水を前記透過反応壁に透過させることで重金属等の汚染物質を除去することを特徴とする請求項１に記載の汚染帯水層の処理方法。
【請求項３】
前記酸化性物質は酸素、過酸化水素のうちの少なくとも一種であることを特徴とする請求項１または２に記載の汚染帯水層の処理方法。
【請求項４】
前記金属還元体は前記酸化性物質により酸化され難溶性水酸化物を形成する物質であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の汚染帯水層の処理方法。
【請求項５】
前記金属還元体は金属鉄であ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汚染帯水層の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下水から汚染物質を除去する汚染帯水層の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カドミウム、シアン、鉛、６価クロム、ヒ素、水銀、セレン等の汚染物質（土壌・地下水汚染に係る調査・対策指針（平成１１年環境庁指針）に定める重金属等。）はメッキ工場、半導体製造業、化学工業、電池製造業等で広く製造原料として使用されてきた。そのため、管理が適切でない場合や、事故等によりこれらの物質が流出し土壌が汚染されることがあった。
【０００３】
特に６価クロムやヒ素、シアン、セレンは通常、陰イオンで存在するので比較的土壌に吸着されにくく、帯水層まで到達して地下水が汚染されることが多い。また、鉛、カドミウム、水銀なども帯水層地下水面が高い場合や、地下配管からの漏洩により帯水層を汚染する場合がある。したがって地下水を飲用等に使用している場合には大きな問題となる。
【０００４】
汚水された地下水を浄化する従来の方法としては、揚水井戸を掘り、地下水を揚水して浄化する方法がある。この方法では、汚染された地下水を揚水して浄化処理してから放流する必要があるため重金属廃水処理施設が必要となり設備コストが高くなり、また浄化期間が長期化するため、維持管理コストが高くなり、総コストが高くなる。
【０００５】
また、他の浄化する方法としては、汚染土壌を掘削して処分場に搬出して浄化処理する方法があるが、汚染物質が広く深い位置まで到達している場合には掘削土壌量が膨大となりやはりコストがかかる。
【０００６】
このような状況からコストの低い方法として帯水層中の地下水に金属鉄を存在させて低酸素濃度下で有機ハロゲン化合物を脱ハロゲン反応させ、汚染された地下水を浄化する方法が提案されている。また受動的な方法として、汚染された地下水が流れる帯水層中の流路に、帯水層の下の不透水層まで至る溝を掘削して金属鉄を埋設し、地下水の水流が溝に埋設された金属鉄の間を透過する際に汚染物質を除去する透過反応壁を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。なお有機ハロゲン化合物を脱ハロゲン反応させる課程においては、酸素は阻害因子と考えられているので、系内に入らないようにしている。
【０００７】
また上述の透過反応壁の金属鉄を金属還元体として用い、地下水中の重金属を還元して除去する方法も提案されている（例えば、非特許文献１、２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特表平５−５０１５２０号公報
【非特許文献１】
「ジャーナル・オブ・ハザーダス・マテリアル（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、第４２巻、１９９５年、ｐ．２０１−２１２
【非特許文献２】
「エンバイロメンタル・サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、第３１巻、１９９７年、ｐ．３３４８−３３５７
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、金属還元体を埋設した透過反応壁を用いて汚染された地下水を浄化する場合には、金属還元体の埋設量に応じて処理能力が決まるため、長期間にわたり効果を発揮させるには埋設した金属還元体を交換したり、埋設量を増やしたりする必要があった。
【００１０】
本発明の課題は、金属還元体の処理能力を増大し、汚染された地下水の処理能力を長期間維持しうる汚染帯水層の処理方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、重金属等の汚染物質を含有する帯水層に金属還元体を埋設して重金属等の汚染物質を除去する汚染帯水層の処理方法において、酸化性物質を前記金属還元体と共存させることにより重金属等の汚染物質を除去することを特徴とする。
【００１２】
ここで重金属等の汚染物質とは、カドミウム、シアン、鉛、６価クロム、ヒ素、水銀、アルキル水銀、セレンのいずれか一種以上である。
【００１３】
またここで、金属還元体とは、重金属イオンを還元して自身の表面に析出させる働きを有する金属であり、酸化性物質とは、金属還元体を酸化する物質である。金属還元体と酸化性物質とを共存させるのに、一方を帯水層中に入れてから他方を帯水層中に入れてもよいし、また金属還元体と酸化性物質とを同時に帯水層中に入れてもよい。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、金属還元体により重金属を還元して析出させて除去することに加えて、酸化性物質を金属還元体と共存させることにより、金属還元体のみの場合よりも少ない金属還元体の量で地下水から効率よく重金属等の汚染物質を除去することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の汚染帯水層の処理方法であって、前記帯水層を流れる地下水の下流部分に前記金属還元体を埋設して透過反応壁を形成し、酸化性物質を前記地下水に含有させ、該地下水を前記透過反応壁に透過させることで重金属等の汚染物質を除去することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、酸化性物質を含有する地下水を前記透過反応壁に透過させることで重金属等の汚染物質を除去するので、より少ない金属還元体量で効率よく重金属等の汚染物質を除去することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の汚染帯水層の処理方法であって、前記酸化性物質は酸素、過酸化水素のうちの少なくとも一種であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、前記酸化性物質は酸素、過酸化水素のうちの少なくとも一種であるので、地下水に容易に含有させることができ、地下水中の重金属等の汚染物質をさらに効率よく除去することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の汚染帯水層の処理方法であって、前記金属還元体は前記酸化性物質により酸化され難溶性水酸化物を形成する物質であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、前記金属還元体は前記酸化性物質により酸化され地下水中で難溶性水酸化物を形成し重金属等の汚染物質を取り込んで共沈殿を起こすので、更に効率よく地下水中の重金属等の汚染物質を除去することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の汚染帯水層の処理方法であって、前記金属還元体は金属鉄であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、前記金属還元体は金属鉄であるので、地下水から重金属等の汚染物質を除去するのにかかるコストを下げることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の汚染帯水層の処理方法の実施の形態例について詳細に述べる。本発明の実施の形態例は上述の指針に示された重金属等の汚染物質に汚染された帯水層を流れる地下水の下流部分に透過反応壁を形成し、透過反応壁を透過する地下水から重金属等の汚染物質を除去する方法において、その除去効率を向上させる方法である。
【００２４】
透過反応壁とは、帯水層中の地下水の流路に設けられ、地下水が透過反応壁を透過する間に、地下水中の重金属等の汚染物質を除去するものである。
透過反応壁を設けるには、まず汚染された地下水が流れる帯水層中の流路に、地下水が流れる方向と垂直に帯水層の下の不透水層まで至る溝を掘削して形成する。そこに金属還元体を埋設して透過反応壁を形成する。
【００２５】
あるいは、汚染された地下水が流れる帯水層中の流路に溝を掘削して上記のように透過反応壁（ｇａｔｅ）を形成し、流路の他の部分に、地下水をせき止めるように不透水性の矢板を打ち込んで遮水壁（ｆｕｎｎｅｌ）を作製する、いわゆるｆｕｎｎｅｌ＆ｇａｔｅ法を採用してもよい。この場合は遮水壁によって地下水の流れを一ヶ所に集中させ、そこに設置した透過反応壁を透過させることで汚染物質を除去するので、透過反応壁を設ける手間を最小限に抑えることができる。
【００２６】
ここで、金属還元体とは、重金属イオンを還元して自身の表面に析出させる働きを有する金属である。
さらに金属還元体は酸化されてコロイド状の難溶性水酸化物を形成して重金属等の汚染物質と共沈殿する物質であることが好ましい。
このような金属還元体としては、鉄やアルミニウム等が知られているが、コストの面から鉄を用いることが好ましい。
【００２７】
金属還元体の形状は表面積が大きい形状であることが好ましく、微粉末状、切片状、あるいはスティールウール状であることが好ましい。このような金属還元体としては、例えば金属処理過程で出てくる汚染されていない金属粉や金属片を用いることができ、コストを下げることができる。
【００２８】
また、金属還元体に砂や他の嵩のある充填剤を均一に混合して溝に埋設し透過反応壁としてもよい。ここで砂や他の嵩のある充填剤としては、溝を掘削した時に掘り出された残土等を用いることができる。金属還元体と砂や他の充填剤との混合物は地下水の流れに対して障害となってはならず、帯水層よりも透水性が下回らないように埋設しなくてはならない。
【００２９】
特に礫土などからなる緩い地盤構造の中に透過反応壁を形成する他の方法としては、ｄｒｉｌｌ＆ｊｅｔ工法を用いることができる。
ｄｒｉｌｌ＆ｊｅｔ工法では、まず透過反応壁を形成する位置に適当な間隔をおいて帯水層の下の不透水層まで至る試掘孔を掘削する。次に各試掘孔に底まで届くパイプを挿入し、金属還元体を加圧下、パイプを通して試掘孔から地盤中の礫土や他の材料の間に注入し、パイプを除去することで透過反応壁とする。試掘孔の間隔、鉄の量、注入圧は透過反応壁が途切れず充分な厚さを保つように決定する。
【００３０】
上記の透過反応壁を透過する汚染された地下水に酸化性物質を含有させ、金属還元体と反応させることで重金属等の汚染物質を除去する。
ここで酸化性物質とは、金属還元体を酸化する物質である。酸化性物質としては、酸素や過酸化水素等を挙げることができる。
【００３１】
汚染された地下水に酸化性物質を含有させる方法としては、地下水が流れる流路の透過反応壁よりも上流側に注入設備を設けて酸化性物質を注入する方法と、透過反応壁の内部から酸化性物質を注入する方法とがある。酸素は必ずしも高濃度の物を用いる必要はない。酸素の供給源としては空気を用いることができ、空気を注入することで地下水に酸素を含有させることができる。
【００３２】
酸化性物質を地下水に含有させる注入設備としては、井戸を掘削して帯水層を大気開放化に保持して大気中の酸素に接触するようにしたものが挙げられる。この井戸を地下水が流れる流路の透過反応壁よりも上流側に設けてもよいし、また、この井戸から帯水層中に空気（酸素）や適当な濃度の過酸化水素水を注入してもよい。
【００３３】
透過反応壁の内部から酸化性物質を注入する方法としては、例えば透過反応壁内部に地表から帯水層まで注入パイプを通し、注入パイプに適当な濃度の過酸化水素水を注入する方法が挙げられる。注入パイプは溝を形成した後、金属還元体を埋設する前であれば容易に設けることができる。
【００３４】
注入する酸化性物質は、汚染された地下水中の溶存酸素濃度が０．１〜８ｍｇ／Ｌ、好ましくは０．５〜３ｍｇ／Ｌとなるように濃度を調節することが好ましい。なお、溶存酸素濃度が８ｍｇ／Ｌ以上になるように調整すると、酸素吹き込みに要するコストが大きくなる上に、金属還元体の腐食量が過度に増大し、透過反応壁が閉塞する恐れが生じる。
【００３５】
過酸化水素水を注入する場合には、土壌や水中のイオンの作用により次式にしたがって自己分解し、過酸化水素２モルから酸素１モルと水２モルが生成する。
２Ｈ２Ｏ２→Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ
したがって、過酸化水素の添加量は０．２〜１７ｍｇ／Ｌ、好ましくは１〜６ｍｇ／Ｌとなるように濃度を調整することが好ましい。
【００３６】
なお、透過反応壁を設ける代わりに汚染帯水層の汚染源に金属還元体を混合し、上述の酸化性物質の注入設備を設けてもよい。また、汚染帯水層の汚染源に金属還元体を混合し、上述の酸化性物質の注入設備を設け、さらに透過反応壁と併用してもよい。
【００３７】
また、上述のｄｒｉｌｌ＆ｊｅｔ工法を用いて、汚染帯水層の汚染源に金属還元体を注入してもよい。この場合、ｄｒｉｌｌ＆ｊｅｔ工法で用いた試掘孔は前述した酸化性物質の注入設備として使用することができる。さらに透過反応壁と併用してもよい。
【００３８】
次に、地下水中の汚染物質が本発明の処理方法で除去される原理について、金属還元体が鉄である場合について説明する。
まず、汚染物質の一種が鉛である場合、標準電極電位の差から次式に示すように鉄表面に析出し、除去される。
Ｐｂ２＋（ａｑ）＋Ｆｅ（ｓ）→Ｐｂ（ｓ）＋Ｆｅ２＋（ａｑ）
【００３９】
一方、酸化性物質や他の重金属イオン等によりＦｅ２＋がＦｅ３＋に酸化されると、中性付近のｐＨではコロイド状の水に難溶な水酸化鉄（ＩＩＩ）を形成し、沈殿する。このときに、鉛が２価イオンのまま水酸化鉄（ＩＩＩ）に取り込まれ共沈殿して除去される。
【００４０】
上述の原理により鉛の他にも水中で陽イオンで存在する重金属が還元されて除去される。また重金属イオンやその他の汚染物質も水酸化鉄（ＩＩＩ）に取り込まれて共沈殿して除去される。
【００４１】
このように、本発明の汚染帯水層の処理方法では、汚染物質を金属還元体により還元して除去するとともに、金属還元体が酸化性物質により酸化され難溶性水酸化物を形成し、汚染物質と共沈殿することで汚染物質を除去するので、効率よく汚染物質を除去することができる。
また、より少ない金属還元体量で効率よく重金属等を除去することができる。
【００４２】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
〔実施例１〕
純水に塩化鉛をＰｂ濃度として５ｍｇ／Ｌとなるよう溶解し、空気及び窒素ガスを用いて曝気し、溶存酸素濃度を調整した。この溶液１００ｍＬに市販の鉄粉を添加して３日間振盪攪拌し、溶液中に残留する鉛濃度を測定した。
【００４３】
【表１】
2004223395.tif 000002
【００４４】
窒素ガスを用いて曝気し、溶存酸素濃度を０．１ｍｇ／Ｌ未満とした塩化鉛溶液１００ｍＬに鉄粉を０．２ｇ加えた場合には、３日後の残留鉛濃度は０．０２ｍｇ／Ｌであった。
空気及び窒素ガスを用いて曝気し、溶存酸素濃度を１ｍｇ／Ｌとした塩化鉛溶液１００ｍＬに鉄粉を０．２ｇ加えた場合には、３日後の残留鉛濃度は０．００５ｍｇ／Ｌ未満であった。
空気を用いて曝気し、溶存酸素濃度を８ｍｇ／Ｌとした塩化鉛溶液１００ｍＬに鉄粉を０．２ｇ加えた場合には、３日後の残留鉛濃度は０．００５ｍｇ／Ｌ未満であった。
窒素ガスを用いて曝気し、溶存酸素濃度を０．１ｍｇ／Ｌ未満とした塩化鉛溶液１００ｍＬに鉄粉を２ｇ加えた場合には、３日後の残留鉛濃度は０．００５ｍｇ／Ｌ未満であった。
【００４５】
上記結果に示すように、溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／ｌ未満の条件では、残留鉛濃度を０．００５ｍｇ／Ｌ未満とするためには、２．０ｇの鉄粉を加える必要があったが、溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以上の条件では残留鉛濃度を０．００５ｍｇ／Ｌ未満とするために必要な鉄粉の量は１０分の１の０．２ｇであった。このように溶存酸素濃度が高いほうが少量の鉄粉で効率よく鉛を除去することができることがわかる。
【００４６】
〔実施例２〕
活性炭により脱塩素処理した水道水に亜ヒ酸ナトリウムをヒ素濃度として１０ｍｇ／Ｌとなるよう溶解し、空気及び窒素ガスを用いて曝気し、溶存酸素濃度を調整した。この溶液１００ｍＬに市販の鉄粉０．２ｇを添加して３日間振盪攪拌し、溶液中に残留するヒ素濃度を測定した。
【００４７】
【表２】
2004223395.tif 000003
【００４８】
窒素ガスを用いて曝気し、溶存酸素濃度を０．１ｍｇ／Ｌ未満とした亜ヒ酸ナトリウム溶液１００ｍＬに鉄粉を０．２ｇ加えた場合には、３日後の残留ヒ素濃度は０．０２ｍｇ／Ｌであった。
空気及び窒素ガスを用いて曝気し、溶存酸素濃度を１ｍｇ／Ｌとした亜ヒ酸ナトリウム溶液１００ｍＬに鉄粉を０．２ｇ加えた場合には、３日後の残留ヒ素濃度は０．００５ｍｇ／Ｌ未満であった。
空気を用いて曝気し、溶存酸素濃度を８ｍｇ／Ｌとした亜ヒ酸ナトリウム溶液１００ｍＬに鉄粉を０．２ｇ加えた場合には、３日後の残留ヒ素濃度は０．００５ｍｇ／Ｌ未満であった。
【００４９】
上記結果に示すように、溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以上の条件では、残留ヒ素濃度は０．００５ｍｇ／Ｌ未満となったが、溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ未満の条件では、残留ヒ素濃度は０．０５ｍｇ／Ｌであり、溶存酸素濃度が高いほうがより効率よくヒ素を除去することがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、金属還元体により重金属を還元して析出させて除去することに加えて、酸化性物質を金属還元体と共存させることにより、金属還元体のみの場合よりも少ない金属還元体の量で地下水から効率よく重金属を除去することができる。
【００５１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、酸化性物質を含有する地下水を前記透過反応壁に透過させることで重金属等の汚染物質を除去するので、より少ない金属還元体量で効率よく重金属等を除去することができる。
【００５２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、前記酸化性物質は酸素、過酸化水素のうちの少なくとも一種であるので、地下水に容易に含有させることができ、地下水中の汚染物質をさらに効率よく除去することができる。
【００５３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、前記金属還元体は前記酸化性物質により酸化され地下水中で難溶性水酸化物を形成し重金属等の汚染物質を取り込んで共沈殿を起こすので、更に効率よく地下水中の重金属等の汚染物質を除去することができる。
【００５４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、前記金属還元体は金属鉄であるので、地下水から重金属等の汚染物質を除去するのにかかるコストを下げることができる。