(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検量管及び有機化学物質槽間で有機化学物質を６方バルブを介して循環させ、該６方バルブを切り替えることにより、検量管内の一定量の有機化学物質をガスで押し出し溶解槽に送液する工程と、
該溶解槽中で該有機化学物質と水とを攪拌混合し混合液中の有機化学物質濃度を所定濃度に調整する工程と、
得られた模擬汚染地下水を模擬汚染地下水タンクに貯留する工程と、
模擬汚染地下水タンク内の模擬汚染地下水の液高を調整する工程と、
該模擬汚染地下水タンク中の模擬汚染地下水を被検土壌を入れた浄化試験槽に供給する工程と、
該土壌の通過液を評価する工程
を備え、
液高を調整する工程において、模擬汚染地下水タンク内の模擬汚染地下水が所定量減少したことを検知すると、溶解槽で模擬汚染地下水を調製し、溶解槽から模擬汚染地下水タンクへ模擬汚染地下水を所定量補給して液高を調整することを特徴とする土壌の浄化試験方法。
【請求項２】
溶解槽に供給される水が、溶存酸素濃度が調整されたものである請求項１記載の土壌の浄化試験方法。
【請求項３】
有機化学物質槽と、有機化学物質を循環させるポンプと、検量管と、６方バルブを有し、検量管及び有機化学物質槽間で有機化学物質を６方バルブを介して循環させ、該６方バルブを切り替えることにより、検量管内の一定量の有機化学物質をガスで押し出し溶解槽に送液する有機化学物質添加装置と、
該有機化学物質と水とを攪拌混合し混合液中の有機化学物質濃度を所定濃度に調整する溶解槽と、
溶解槽で得られた混合液を貯留する模擬汚染地下水タンクと、
模擬汚染地下水タンク内の模擬汚染地下水の液高を調整する液高調整手段と、
該模擬汚染地下水タンク中の模擬汚染地下水を通過させる被検土壌を入れる浄化試験槽
を備え、
液高調整手段は、模擬汚染地下水タンク内の模擬汚染地下水が所定量減少したことを検知すると、溶解槽で模擬汚染地下水を調製し、溶解槽から模擬汚染地下水タンクへ模擬汚染地下水を所定量補給して液高を調整するものであることを特徴とする土壌の浄化試験装置。
【請求項４】
さらに、溶解槽に供給する水の溶存酸素濃度をバブリングにより調整する溶存酸素濃度調整槽を有する請求項３記載の土壌の浄化試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検土壌を入れた浄化試験槽内に模擬汚染地下水を通水し、土壌微生物の浄化能力を評価する試験方法及び試験装置、並びに模擬汚染地下水の調製方法及び装置に関する。ここで、模擬汚染地下水とは、液体状の石油製品中に含まれる、ベンゼン、トルエン、キシレン等の有機化学物質が、合計で１〜１００ｍｇ／Ｌ程度の非常に希薄な濃度で溶解した、模擬汚染地下水（以下「原水」という）を言う。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機化学物質の土壌・地下水汚染の浄化対策として、土壌微生物の浄化能力を利用する技術が期待されている。
土壌の評価装置としては、カラム試験装置というものが一般的に用いられている（非特許文献１参照）。これは、内径数ｃｍから数十ｃｍのカラム管に被検土壌を充填したもので、ここに原水を通過させ、原水中の汚染物質がどれだけ除去されたかを評価するものである。
しかし、この装置では実際の地下環境（地下水の流れ、拡散等）とは、乖離しているため、試験結果が、現場と異なることがあった。
そこで、土壌微生物の現場における浄化能力を評価する試験が必要となる。
このような試験としては、被検土壌を充填したライシメータに原水を通過させ、得られた水を分析する方法が挙げられる（非特許文献２参照）。
しかしながら、原水中の有機化学物質の濃度が非常に希薄である（最大で１００ｍｇ／Ｌ）ため、該有機化学物質の濃度の制御が困難であった。また、有機化学物質が揮発性である場合、有機化学物質の濃度が低下してしまい、一定濃度に保つことが困難であった。原水中の有機化学物質の濃度が一定に保たれないと、試験結果にばらつきが生じ、試験の信頼性が低下することとなる。
【非特許文献１】下村ら、鉄粉を用いた透過性地下水浄化壁のモデル化に関する研究、地下水学会誌題４０巻第４号、４４５〜４５４頁、１９９８年
【非特許文献２】岩崎ら、大型土壌・地下水ライシメータによるトリクロロエチレン汚染のバイオオーグメンテーション試験、第３６回日本水環境学会年会講演集、社団法人日本水環境学会、５０４頁、２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の目的は、有機化学物質の濃度が一定である原水を容易に供給できる方法、この方法を用いた土壌の浄化能力試験方法、装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、検量管内の一定量の有機化学物質をガスで押し出し溶解槽に送液することで、微量の有機化学物質を一定濃度で含む原水を提供し得ることを見出し本発明を完成した。
【０００５】
すなわち、本発明は、検量管及び有機化学物質槽間で有機化学物質を６方バルブを介して循環させ、該６方バルブを切り替えることにより、検量管内の一定量の有機化学物質をガスで押し出し溶解槽に送液し、該溶解槽中で該有機化学物質と水とを攪拌混合し、得られた混合液を原水タンクに貯留することを特徴とする原水調製方法を提供するものである。
【０００６】
また、本発明は、検量管及び有機化学物質槽間で有機化学物質を６方バルブを介して循環させ、該６方バルブを切り替えることにより、検量管内の一定量の有機化学物質をガスで押し出し溶解槽に送液し、該溶解槽中で該有機化学物質と水とを攪拌混合し、得られた原水を原水タンクに貯留し、該原水タンク中の原水を被検土壌を入れた浄化試験槽に供給し、該土壌の通過液を評価することを特徴とする土壌の浄化試験方法を提供するものである。
【０００７】
さらに本発明は、有機化学物質槽と、有機化学物質を循環させるポンプと、検量管と、６方バルブを有し、検量管及び有機化学物質槽間で有機化学物質を６方バルブを介して循環させ、該６方バルブを切り替えることにより、検量管内の一定量の有機化学物質をガスで押し出し溶解槽に送液する有機化学物質添加装置と、該有機化学物質と水とを攪拌混合する溶解槽と、溶解槽で得られた混合液を貯留する原水タンクを有することを特徴とする原水調製装置を提供するものである。
【０００８】
さらにまた、本発明は、有機化学物質槽と、有機化学物質を循環させるポンプと、検量管と、６方バルブを有し、検量管及び有機化学物質槽間で有機化学物質を６方バルブを介して循環させ、該６方バルブを切り替えることにより、検量管内の一定量の有機化学物質をガスで押し出し溶解槽に送液する有機化学物質添加装置と、該有機化学物質と水とを攪拌混合する溶解槽と、溶解槽で得られた混合液を貯留する原水タンクと、該原水タンク中の原水を通過させる被検土壌を入れる浄化試験槽を有することを特徴とする土壌浄化試験装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の土壌の浄化試験方法および土壌の浄化試験装置によれば、一定濃度の原水が土壌に供給されるため、信頼性の高い試験結果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の土壌浄化試験装置の概要としては、図１に示すものが挙げられる。
すなわち、本発明の土壌浄化試験装置は、有機化学物質添加装置と、有機化学物質と水とを攪拌混合する溶解槽と、溶解槽で得られた混合液を貯留する原水タンクと、該原水タンク中の原水を通過させる被検土壌を入れる浄化試験槽を有する。また、必要により、溶解槽に供給する水の溶存酸素を調整するための溶存酸素（ＤＯ）濃度調整槽を溶解槽の上流に設けてもよい。
【００１１】
有機化学物質添加装置
本発明で用いる有機化学物質は、試験目的に応じて適宜選択すればよいが、ベンゼン、トルエン、キシレン又はこれらの２種以上の混合物が、好ましいものとして挙げられる。
有機化学物質添加装置は、この有機化学物質を入れた有機化学物質槽、循環ポンプ、６方バルブ、検量管及び配管で構成される。有機化学物質添加装置の一態様を図２に示す。
先ず、図２の左図のように、有機化学物質を循環ポンプにより、有機化学物質槽、６方バルブ、検量管、再び６方バルブ、有機化学物質槽の順に循環させる。これにより、有機化学物質中の気泡を抜くことができる。なお、図中では、有機化学物質はBTX（ベンゼン、トルエン、キシレン）となっているが、これに限定されるものではない。
そして、６方バルブを切り替え（図２右図）、ガス（有機化学物質と反応しないものが好ましい。例えば、空気、窒素、希ガス類が挙げられる）により検量管中の有機化学物質を押し出し、溶解槽へ送る。検量管中の有機化学物質がガスで完全に置換された後、６方バルブが元に戻り、循環状態となる。
このような、６方バルブの切り替えは、溶解槽や原水タンクの液高センサー等からの信号により、自動的に行うことが好ましい。
【００１２】
ここで、有機化学物質槽は、密度の変化や揮散を防ぐため、恒温槽とすることが好ましい。また、６方バルブと検量管は、高速液体クロマトグラフィーでの試料注入に用いられているものを使用することができる。また、検量管を交換することで、有機化学物質の添加量をコントロールすることができ、ひいては、原水中の有機化学物質の濃度を任意にコントロールすることができる。検量管の容量は、０．０１〜０．３ｍＬ程度が好ましい。
【００１３】
溶解槽
水を満たした後、一定量の有機化学物質を添加し、攪拌混合を行う槽である。
槽の容量は、特に限定されず、原水の単位時間当たりの使用量から決定すればよいが、２Ｌ程度が好ましい。
水の量と有機化学物質の量、添加するタイミングは液高センサーで制御することが好ましい。
難水溶性である、BTX（ベンゼン、トルエン、キシレン）等の有機化学物質を短時間で溶解させるには、攪拌速度及び有機化学物質の原液の添加量の最適化が必要である。攪拌速度が遅いと有機化学物質の溶解に長時間を要する。一方、攪拌速度が速すぎると有機化学物質の揮発による損失が大きく、結果として短時間に所定濃度に有機化学物質を溶解させることは難しい。そのため、適度な攪拌速度と時間を設定する必要がある。一例として、BTX（ベンゼン、トルエン、キシレン）を合計で１００ｍｇ／Ｌ溶解させる場合、直径６０ｍｍに攪拌羽を用いて、６００ｒｐｍで１０分間攪拌することが好ましい。
また、溶解槽は、密閉槽ではないため、揮発をゼロにすることはできない。そのため、原水調製時には、攪拌中の揮発による損失を考慮して予め多めの有機化学物質を添加することが好ましい。大体の目安として、水２Ｌに対し、有機化学物質を１０〜３００μＬ程度添加することが好ましい。
なお、原水を浄化試験槽に通水する配管の途中で有機化学物質を混合させる、ライン混合で、原水を常時調製する方法の場合、水に対する有機化学物質の量が微量であるため、一定の濃度の原水を得ることは困難である。
有機化学物質溶解後の液は、電磁弁を用いて原水タンクに自動的に移すのが便利である。
【００１４】
原水タンク
溶解槽で得られた原水は、原水タンクに送られる。原水タンクの内容量は特に限定されないが、コストの面から５〜２０Ｌ程度が好ましい。また、原水は浄化試験温度（２０℃前後が好ましい）に制御することが好ましいため、原水タンクは、恒温槽であることが望ましい。なお、原水の温度が浄化試験温度より低い場合は有機化学物質の揮散を少なくすることができるが、この場合は、原水が浄化試験槽に入る前に浄化試験温度に調整する必要がある。
タンク内の原水量が減り、タンクの上部のヘッドスペースが大きくなると原水中の有機化学物質が揮発し易くなるため、タンクは、常に満タンに近い状態にしておくことが望ましい。このため、タンク内の原水の容量は、液高センサーで検知し、一定量減った場合、溶解槽で原水を調製し、直ちに補給することが好ましい。
【００１５】
溶存酸素濃度調整槽
溶解槽に供給する水の溶存酸素を所望により調整するための槽であり、任意的な槽である。
例えば、水の溶存酸素量が多く、有機化学物質が比較的生分解性の高い物質である場合、原水タンクの中で有機化学物質の好気性微生物分解が起こり、有機化学物質の濃度が変化することがあるため、水の溶存酸素量を減らしたい場合がある。この場合は、窒素ガス等をバブリングする。
一方、原水タンク内の有機化学物質の分解の虞が無い場合で、かつ浄化試験において、溶存酸素濃度が高い原水を必要とする場合があり、この場合は、酸素又は空気をバブリングして溶存酸素濃度を高めることができる。
なお、上記以外の場合は、特に溶存酸素濃度調整槽は設けなくてもよい。
溶存酸素濃度調整槽の容量は、特に限定されず、原水の単位時間当たりの使用量から決定すればよいが、３Ｌ程度の水槽が好ましい。
また、槽内の水温は２０℃程度の一定温度にすることが好ましい。水温が高いと、次の溶解槽で、有機化学物質の揮発が多くなり好ましくない。
【００１６】
浄化試験槽
浄化試験槽は、被検土壌中の微生物が上記有機化学物質を分解する能力、微生物の環境等を調査する槽である。
浄化試験槽及び配管は、試験対象の有機化学物質を吸着しないもの（ステンレス、フッ素樹脂等が好ましい）で構成する。
槽の大きさは、特に限定されないが、２００Ｌ〜１２０００Ｌ程度が好ましく、土壌を充填しても耐えられる強度が必要である。また、槽内は恒温にすることが望ましく、このためウオータージャケット等を設けることが好ましい。また、有機化学物質の揮発を防止するため、蓋をして、半密閉状態にすることが好ましい。
原水の入口部分は、送液ポンプから配管を多数分岐し、各ラインに流量計を設置した流量調節が可能構造とし（図３）、更に、槽内の入口部分には整流部を設け、浄化試験槽を流れる水（以下、「流水」という）が偏流しないようにすることが望ましい（図５）。整流部は、珪砂、砂利、ガラスビーズ、フィルター（ガラス及びステンレス等）で構成することが好ましい。送液ポンプは、浄化試験槽が５００Ｌ程度の場合、５〜６０ｍＬ／分程度の流量範囲のポンプで安定した流量の送液ができるものが好ましい。
また、出口部分も整流部を設け、出口配管も多数設け槽内を流水が偏流しないようにすることが望ましい（図５）。
該出口配管は、全部を一旦同じ高さまで、上げてから排出するようにすると、槽内の水位をその高さに調整することができる（図４）。
更に、浄化試験槽には、モニタリング（サンプリング）井戸を設け、流水を採取してもよい。該井戸管の内径は  ２０〜３０ｍｍで側面に多数の穴を開けてあり、管内を流水が流れる構造にしたものが好ましい。また、該井戸管の側面に多数の穴を空ける以外に、管の必要な部分をメッシュにしたり、スリット構造としてもよい。
【００１７】
浄化試験槽からの流出水は、曝気槽等により処理してから排水することが環境上好ましい。
【実施例】
【００１８】
実施例１
図６に示す土壌の浄化試験装置を作成し、試験に供した。
本土壌浄化試験装置は、有機化学物質添加装置と、該有機化学物質と水とを攪拌混合する溶解槽と、溶解槽で得られた混合液を貯留する原水タンクと、該原水タンク中の原水を通過させる土壌を入れる浄化試験槽を有し、かつ溶解槽に供給する水の溶存酸素を調整するための溶存酸素濃度調整槽を溶解槽の上流に有する。
【００１９】
有機化学物質添加装置
ここで用いる有機化学物質は、ベンゼン１０重量％、トルエン８０重量％及びキシレン１０重量％の割合で混合した混合物（ＢＴＸ）である。
有機化学物質添加装置は、このＢＴＸを入れた有機化学物質槽、循環ポンプ、６方バルブ、検量管（容量０．３ｍＬ）及び配管で構成される。
先ず、ＢＴＸを循環ポンプにより、有機化学物質槽、６方バルブ、検量管、再び６方バルブ、有機化学物質槽の順に循環させる。
そして、センサーからの信号により６方バルブが切り替わり、空気により検量管中の有機化学物質を押し出され、溶解槽へ送られる。検量管中の有機化学物質がガスで完全に置換された後、６方バルブが元に戻り、再び循環状態となる。
このような、６方バルブの切り替えは、溶解槽や原水タンクの液高センサー等からの信号により、自動的に行った。すなわち、原水タンクの容量は２０Ｌであるが、その一割の２Ｌ減ると原水を調製し原水タンクに供給した。
【００２０】
ここで、有機化学物質槽は、４℃の恒温槽とした。また、６方バルブと検量管は、高速液体クロマトグラフィーでの試料注入に用いられているもの（電装産業株式会社製ＵＶ６１６２Ｓ）を使用した。
【００２１】
溶解槽
溶解槽は、図６のような２Ｌ容の槽で直径６０ｍｍの攪拌羽を有する。
先ず、水２Ｌに対し、有機化学物質を３００μＬを上記有機化学物質添加装置により自動添加した。
次いで、攪拌羽で６００ｒｐｍ、１０分間攪拌し原水を得た。原水中のＢＴＸの濃度は１００ｍｇ／Ｌに自動調製された。
【００２２】
原水タンク
溶解槽で得られた原水は、溶解槽下部の電磁弁を開いて原水タンクに送られた。原水タンクの内容量は２０Ｌである。また、原水槽は浄化試験温度（２０℃）に制御された恒温槽である。
タンク内の原水量が１割（２Ｌ）減ると、上記のとおり原水が調製され、直ちにタンクに補給される。
以上のように生産された原水は、１日８０Ｌであった。
【００２３】
溶存酸素濃度調整槽
３Ｌの水槽を用いた。水の溶存酸素量を減らすため、窒素ガスのバブリングをした。
【００２４】
浄化試験槽
浄化試験槽としては、内容積５４０Ｌ、内寸（ｍｍ）１５００Ｗ×６００Ｄ×６００Ｈのステンレス製の水槽を用いた。槽内はウオータージャケットにより恒温（２０℃）にした。この中に土壌を約７００ｋｇ入れた。
原水の入口部分は、ポンプから配管を４つに分岐し、各ラインに流量計を設置し、流量調節が可能な構造とした（図３）、更に、槽内の入口部分には整流部を設け（図５）、槽内を流水が偏流しないようにした。整流部は、１号珪砂を浄化試験槽の原水流入側面全体に厚さ１５ｃｍで充填することで設けた。
また、出口部分もは整流部を設け、出口配管を９本設け槽内を流水が偏流しないようにした。該出口配管は、全部を一旦同じ高さまで、上げてから排出するようにし（図４）、槽内の水位をその高さに調整した。
浄化試験槽内の流水の流量は８０Ｌ／日とした。
更に、浄化試験槽には、サンプリング井戸を設けた。該井戸管の内径は２７．６ｍｍで側面に多数の穴を開けてあり、管内を流水が流れる構造にした。
【００２５】
浄化試験槽からの流出水は、曝気槽等により処理してから排水した。
【００２６】
原水調製結果
上記実施例の装置を用い原水を調製した。自動で１日に約４０回の原水の調製を行い、原水タンクへ供給された。１日１回、  原水タンクからサンプリングして、ＢＴＸの濃度を測定した結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
0004791775.tif 000002
【００２８】
実施例２
酸素を浄化試験槽の中央部から通気し、原水中のＢＴＸ濃度は７５ｍｇ／Ｌとした以外は実施例１と同じ方法で、試験を行った。比較として、従来のカラムに土壌を詰めた試験装置を用いた試験も行った。これらの結果を図７に示す。酸素の通気条件は、外径１．６ｍｍ、内径０．８ｍｍのステンレス管６本を浄化試験槽内の流水が流れる土壌中へ挿入し、各々から５ｍＬ／分の流量で流水へ酸素ガスを供給しバブリングするという条件とした。
この結果から、従来のカラム試験装置では、酸素が供給できず、ＢＴＸは、ほとんど浄化されていないことが判る。また、この土壌中の微生物は、ＢＴＸ分解能を発揮するためには酸素が必要なことが判る。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、安定した濃度の原水が供給されるため、信頼性の高いデータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の浄化試験装置の概要を示す図である。
【図２】有機化学物質添加装置を示す図である。
【図３】浄化試験槽の入口部分を示す図である。
【図４】浄化試験槽の出口部分を示す図である。
【図５】浄化試験槽の平面図である。
【図６】実施例の浄化試験装置を示す図である。
【図７】浄化試験結果を示す図である。
【図１】
0004791775.tif 000003
【図２】
0004791775.tif 000004
【図３】
0004791775.tif 000005
【図４】
0004791775.tif 000006
【図５】
0004791775.tif 000007
【図６】
0004791775.tif 000008
【図７】
0004791775.tif 000009