(57)【要約】【課題】化学物質により汚染された土壌、地下水等に酸化剤を添加して浄化するに当たり、土壌等に含まれる重金属が溶出することを防止して、化学物質により汚染された土壌、地下水等をより安全に浄化する。【解決手段】化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加した後に、この化学物質により汚染された汚染物に還元剤およびアルカリ剤の一方または両方を添加する。例えば、汚染地下水に酸化剤注入装置４から酸化剤を添加した後、アルカリ剤注入装置８からアルカリ剤を添加し、さらに還元剤注入装置６から還元剤を注入する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加して浄化する方法において、該化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加した後に還元剤を添加することを特徴とする化学物質による汚染の浄化方法。
【請求項２】
化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加して浄化する方法において、該化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加した後にアルカリ剤を添加することを特徴とする化学物質による汚染の浄化方法。
【請求項３】
化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加して浄化する方法において、該化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加した後に還元剤およびアルカリ剤を添加することを特徴とする化学物質による汚染の浄化方法。
【請求項４】
酸化剤が過硫酸塩または過酸化水素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学物質による汚染の浄化方法。
【請求項５】
還元剤がチオ硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムであり、アルカリ剤が消石灰または苛性ソーダであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学物質による汚染の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学物質により汚染された汚染物を物理化学的に浄化する方法に関する。本発明に係る化学物質による汚染の浄化方法は、たとえば有機塩素化合物に汚染された土壌、底質、汚泥、地下水等の浄化に好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の有機塩素化合物は、洗浄剤として広く使用されているが、これら有機塩素化合物は発癌性物質である疑いがあるため、近年、上記有機塩素化合物による土壌、地下水等の汚染が大きな社会問題となっている。
【０００３】
従来、有機塩素化合物で汚染された土壌、地下水等の処理法としては、汚染土壌の封じ込め処理、汚染土壌の掘削・封じ込め処理、揚水爆気や真空抽気と活性炭吸着処理等とを組み合わせたポンプ・アンド・トリート法などが主に行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現状実施されている既存技術では、汚染化学物質を分解・無害化する技術ではないこと、莫大なエネルギー・手間を要すること、浄化期間が１０〜２０年と長いことなどが問題となっていた。また、現状の既存技術では、揚水した汚染水を浄化処理することは可能であるが、地下水に溜まっている汚染源に対して除去処理をしていないため、浄化期間が長引くという問題があった。
【０００５】
また、近年では、酸化剤を直接井戸に注入する原位置化学酸化の開発も行われている。酸化剤としては、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、過硫酸塩、次亜塩素酸、過塩素酸、塩素、オゾンなどが存在するが、水への溶解性、操作性などの点から、現状では過マンガン酸カリウム、過酸化水素、過硫酸塩などを用いる方法が実用化され始めている。
【０００６】
しかし、酸化剤を用いて浄化した場合、ｐＨの低下により、土壌等に含まれる自然由来、汚染由来の微量の重金属類（鉛、六価クロム等）の溶出がまれに生じ、浄化領域の重金属類の濃度が上昇する懸念があった。また、従来、汚染化学物質と重金属による複合汚染地下水に対する有効な浄化法はなかった。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、化学物質により汚染された土壌、地下水等に酸化剤を添加して浄化する方法であって、土壌等に含まれる重金属が溶出することを防止して、化学物質により汚染された土壌、地下水等をより安全に浄化することができる方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するために、土壌等からの重金属類の溶出への対応に関して鋭意実験を行った結果、土壌等に酸化剤を添加した後に還元剤やアルカリ剤を添加することが、重金属類の濃度を下げるのに有効であることを見出した。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加して浄化する方法において、該化学物質により汚染された汚染物に酸化剤を添加した後に、該物質に還元剤およびアルカリ剤の一方または両方を添加することを特徴とする化学物質による汚染の浄化方法を提供する。
【００１０】
従来、重金属類廃液の漏出などにより汚染された土壌、地下水を処理する方法において、アルミニウム塩、カルシウム化合物、鉄塩などを重金属塩と反応させて不溶化する際に、ｐＨをアルカリ側にして処理することは行われていた。また、６価クロム汚染を浄化する際に、還元剤を添加して３価にすることで浄化することは知られていた。
【００１１】
これに対し、本発明では、酸化剤添加で微量の溶出が懸念される土壌、地下水中の重金属類の濃度低下に、アルミニウム塩、カルシウム化合物、鉄塩などを添加することなく、アルカリ剤をｐＨが６〜８程度になるように添加するのみで、濃度低下に効果があることを初めて明らかにした。また、通常還元剤は６価クロム濃度を低減することのみに効果があるとされていたが、本発明では、酸化剤添加で微量溶出した重金属類の濃度低下に、還元剤を添加することで、他の重金属類濃度の低減にも効果があることを初めて明らかにした。
【００１２】
通常、土壌中に含まれている金属は、土壌中のフミン質や腐植物質などの有機物と錯体を形成している場合が多いと予想されている。酸化剤で土壌から微量の重金属類の溶出が予想されるのは、酸化剤やｐＨの変化により、土壌中のフミン質や腐植物質などと重金属類との錯体の形態に変化が生じるためであると考えられる。
【００１３】
本発明の詳細な機構は明らかではないが、酸化剤を添加した土壌、地下水に還元剤やアルカリ剤を添加することにより、土壌中のフミン質や腐植物質などと重金属類との錯体構造の変化が戻ること、土壌と重金属の吸着能が戻ること、アルカリ添加に伴う微量の重金属水和物形成による不溶化などが考えられる。
【００１４】
本発明では、汚染土壌の浄化の場合、酸化剤処理により汚染土壌に含まれる有機塩素化合物等を処理した後に、残留した酸化剤を還元するだけに必要なチオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムなどの還元剤の添加や、消石灰や苛性ソーダなどのアルカリ剤の添加を行うことで、汚染土壌等をより安全に浄化可能であることが明らかとなった。
【００１５】
また、汚染地下水の浄化の場合、酸化剤を地下水に注入して有機塩素化合物等を浄化した後に、酸化剤の注入を停止し、地下水中に含まれる酸化剤量を還元するに必要なチオ硫酸ナトリウムなどの還元剤の注入や、苛性ソーダなどのアルカリ剤の注入を行い、浄化領域を水理学的に閉鎖して地下水を循環することで、汚染地下水をより安全に浄化可能であることが明らかとなった。また、本発明は、汚染エリアを遮水施工した浄化に際しても有効である。
【００１６】
本発明において、還元剤添加量は残存している酸化剤を還元するのに必要な量以上とすることが適当であり、アルカリ剤添加量は浄化領域のｐＨを中性（６〜８）にするのに必要な量以上とすることが適当である。また、還元剤とアルカリ剤の両方を添加する場合、添加の順番は還元剤、アルカリ剤とすることが適当である。
【００１７】
本発明により、化学物質で汚染された土壌、底質、汚泥、地下水などの浄化を、酸化剤を用いた浄化法で、より安全に浄化することが可能となる。また、本発明は、有機塩素化合物による汚染の浄化だけではなく、他の化学物質、例えば油、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの他の化学物質による汚染にも適用可能である。特に、本発明は、上述した化学物質と重金属などによる複合汚染土壌、地下水の浄化において非常に有用な浄化法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施に用いる地下水循環浄化システムの一例を示す図である。図１において２は注入井、４は酸化剤注入装置、６は還元剤注入装置、８はアルカリ剤注入装置、１０は揚水井、１２はばっ気処理装置を示す。また、矢印１４は地下水流の向きを示している。
【００１９】
本システムでは、汚染地下水を揚水井１０から揚水し、ばっ気処理装置１２でばっ気処理を行い、ばっ気処理水に酸化剤注入装置４から過硫酸ナトリウムを０．５％添加した後、その水を汚染エリア１６の上流に位置する注入井２から汚染エリア１６に注入する。浄化開始後、汚染化学物質濃度をモニタリング（図示せず）し、浄化目標値まで達した後に、酸化剤添加を停止し、そして、地下水中に残存している酸化剤を還元するのに必要な濃度のチオ硫酸ナトリウムを還元剤注入装置６から注入井２に注入する。さらに、アルカリ剤注入装置８から苛性ソーダなどのアルカリ剤を循環水ｐＨが中性（６〜８）になるように添加する。
【００２０】
図２は本発明の実施に用いる地下水非循環浄化システムの一例を示す図である。図２において２２は注入井、２４は酸化剤注入装置、２６は還元剤注入装置、２８は揚水井、３０はばっ気処理装置を示す。また、矢印３２は地下水流の向きを示している。
【００２１】
本システムでは、酸化剤注入装置２４から、汚染エリア３４の上流に位置する注入井２２に５％の過硫酸カリウムを注入し、汚染エリア３４の下流側に位置する揚水井２８から地下水を揚水する。揚水した地下水は、必要に応じてばっ気処理装置１２でばっ気処理をする。浄化開始後、汚染化学物質濃度をモニタリングし、浄化目標値まで達した後に、酸化剤添加を停止し、さらに地下水中の酸化剤を還元するに必要な濃度のチオ硫酸ナトリウムを還元剤注入装置６から注入井２２に注入する。
【００２２】
【実施例】
１００ｍＬのバイアルビンに、実汚染土２０ｇおよび地下水２００ｍＬを入れ、下記の条件になるように過硫酸ナトリウムを添加した後、バイアルビンを密閉して処理実験を開始した。そして、汚染化学物質濃度が充分に低下した１週間後に、下記条件にしたがい還元剤処理、アルカリ剤によるｐＨ中和処理を行ったのちに、水中の重金属類の濃度を測定した。なお、還元剤にはチオ硫酸ナトリウム、アルカリ剤には苛性ソーダを使用した。
【００２３】
（実験条件）
▲１▼ブランク１：酸化剤なし、還元剤なし。
▲２▼ブランク２：酸化剤なし、還元剤のみ添加。
▲３▼テスト１：過硫酸ナトリウム２０００ｍｇ／Ｌを添加。
▲４▼テスト２：過硫酸ナトリウム２０００ｍｇ／Ｌを添加し、１週間後に苛性ソーダでｐＨを７．５に調整。
▲５▼テスト３：過硫酸ナトリウム２０００ｍｇ／Ｌを添加し、１週間後にチオ硫酸ナトリウム６７０ｍｇ／Ｌを添加。
▲６▼テスト４：過硫酸ナトリウム２０００ｍｇ／Ｌを添加し、１週間後にチオ硫酸ナトリウム６７０ｍｇ／Ｌを添加し、さらに苛性ソーダでｐＨを７に中和。
【００２４】
（処理結果）
図３に化学物質により汚染された汚染物のＴＣＥ処理結果を示す。過硫酸ナトリウムを添加した▲３▼、▲４▼、▲５▼、▲６▼に関してはＴＣＥが１週間ほどで分解し、▲１▼、▲２▼の酸化剤非添加系ではＴＣＥの分解が認められなかった。このとき、水中のｐＨは、▲１▼、▲２▼の酸化剤非添加系ではｐＨ６．５であったが、過硫酸ナトリウムを添加して７日後の▲３▼、▲４▼、▲５▼、▲６▼ではｐＨ３〜４であった。これは、過硫酸ナトリウムの消費に伴う硫酸濃度の増加によるものと考えられる。引き続き、▲４▼、▲５▼、▲６▼に関しては、前記のように還元剤やアルカリ剤による処理を行った。還元剤添加量は、初期酸化剤量を還元するのに必要な理論量の約２倍（６７０ｍｇ／Ｌ）を添加した。
【００２５】
表１に、本実験における重金属類濃度の測定結果を示す。酸化剤を添加せず還元剤のみを添加した系では、重金属類濃度の値にあまり変化は見られなかった（▲２▼）。酸化剤を添加することで、カドミウム、鉛、６価クロムなどの濃度が、環境基準値以下ではあるが若干上昇する傾向が見受けられた（▲３▼）。これに対し、還元処理、ｐＨ中和処理を施した▲４▼、▲５▼、▲６▼の系において、これらの重金属類濃度が低減することが判明した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、土壌等に含まれる重金属が溶出することを防止して、化学物質により汚染された土壌、地下水等をより安全に浄化することができる。また、本発明により、従来揚水ばっき処理などをしていた有機塩素化合物等による汚染水を、短期間により安全に浄化することが可能となる。さらに、従来揚水ばっき処理を行っていても浄化が終了できない汚染サイトなどに対して、本発明を適用して浄化を促進することが可能となる。また、本発明は各種の難分解性化学物質からなる複合汚染物の浄化に非常に有効であり、その有用性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いる地下水循環浄化システムの一例を示す図である。
【図２】本発明の実施に用いる地下水非循環浄化システムの一例を示す図である。
【図３】実施例における汚染物の処理結果を示すグラフである。
【符号の説明】
２  注入井
４  酸化剤注入装置
６  還元剤注入装置
８  アルカリ剤注入装置
１０  揚水井
２２  注入井
２４  酸化剤注入装置
２６  還元剤注入装置
２８  揚水井
【図１】
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【図２】
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【図３】
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