(57)【要約】【課題】  現地の嫌気性微生物が生息する環境をそのまま、微生物を集積した状態で室内に持ち込むことができ、簡便に嫌気性の培養試験を行うことができるようにする。【解決手段】  地下水を汲み上げるポンプ１２と、地下水が嫌気状態であることを確認するための水質チェック部１４と、地下水を通す第１の濾過材１６を備え微生物を集める微生物集積部１８と、濾過材上に集積した微生物を逆洗して回収する微生物回収部２０を具備している。微生物回収部は、微生物を濃縮した地下水を収容する培養容器３０と、排水ライン３２と、該排水ラインに組み込まれ微生物の流出を阻止する第２の濾過材３４とを有し、前記容器は微生物集積部に対して気密状態のまま切り離し可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水を汲み上げるポンプと、汲み上げた地下水が嫌気状態であることを確認するための水質チェック部と、汲み上げた地下水を通す第１の濾過材を備え該第１の濾過材で微生物を集める微生物集積部と、該微生物集積部で第１の濾過材上に集積した微生物を汲み上げた地下水で逆洗して回収する微生物回収部を具備し、該微生物回収部は、微生物を濃縮した地下水を収容する容器と、該容器に接続された排水ラインと、該排水ラインに組み込まれ微生物の流出を阻止する第２の濾過材とを有し、前記容器は前記微生物集積部に対して気密状態のまま切り離し可能となっていることを特徴とする嫌気性微生物の採取装置。
【請求項２】
微生物回収部の容器が培養容器であって、該培養容器に、不活性ガスが充填されている内圧調整用のフレキシブルバッグ、サンプリング手段、及び栄養源の注入装置が装備されている請求項１記載の嫌気性微生物の採取装置。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかに記載の嫌気性微生物の採取装置を使用し、まず汲み上げた地下水を水質チェック部で試験して嫌気状態であることを確認し、次いで汲み上げた地下水で微生物集積部及び微生物回収部の内部を洗浄して充填し、その後、汲み上げた地下水を微生物集積部に通すことで第１の濾過材上に微生物を集積し、第１の濾過材を汲み上げた地下水で逆洗することで濾過材上に集積した微生物を容器に移送することを特徴とする嫌気性微生物の採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に生息する嫌気性微生物を、地下の環境条件を変えない状態で集積し採取できる装置及びそれを用いる採取方法に関するものである。この技術は、バイオレメデーションによる浄化効果を評価するための室内試験に特に有効である。
【背景技術】
【０００２】
有機塩素化合物（例えばトリクロロエチレンやテトラクロロエチレン、あるいは各種有機溶剤など）による土壌・地下水汚染を浄化し環境を修復する技術として、かつては地下水揚水処理などの物理的手法が一般的であったが、近年、バイオレメデーション促進技術が多用されつつある。これは、地中微生物の栄養源（例えば電子供与体）を地中に注入して現地の嫌気性微生物による自然浄化機能を活性化し、原位置にて汚染を浄化する技術である。実際には汚染現場で、地下水を揚水し、それで栄養源を溶解し、注入井戸から自然注入又は加圧注入する方法が採用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
バイオレメデーション促進技術において浄化効果を高めるためには、汚染状況に応じて適切な栄養源の種類を選択し、適切な量を地盤に注入する必要がある。従来は、過去の施工の実績をもとに経験的に栄養塩類の種類、量を決めて実施しているが、予想通りの浄化効果が得られるとは限らない。その理由は、土壌・地下水の汚染物質や汚染状況、嫌気性微生物の生息状況などは様々であり、それに適した栄養源の種類や量を定量的に評価できていないからである。
【０００４】
そこで、バイオレメデーションの効果確認試験は、現在、主に現地にパイロットプラントを設置し、実際に栄養源を注入して評価している。これは、有機塩素化合物の分解微生物は汚染物質によって異なり、非常に少ない種の微生物も浄化に関与することがあるため、少量の地下水を採取しても適切な評価ができないと考えられるからである。しかし、この方法は、非常に大掛かりとなり、注入量や浄化効果の出現までの日数を把握するのにコスト及び時間がかかり、効率が悪いなどの問題がある。しかも、どの種類の微生物を活性化すればよいのか、そのためにはどのような種類の栄養源を、どの程度の割合（速度及び濃度）で注入すればよいのかが不明であり、試行錯誤とならざるを得ない。投入する栄養源とその量によっては、目的以外の微生物が繁殖し、目的とする微生物の繁殖が阻害されることも起こりうる。
【０００５】
このような事情を考慮し、ボーリングにより土壌を採取し、その抽出液を用いて室内試験を行って評価することも試みられているが、気密状態でのボーリングコア採取は困難である。従って、この方法は、実施できたとしても極めて高価なものとなる。また、限られた量の土壌の採取では、含まれる微生物の量が少ないため、適切な評価は行えない。
【特許文献１】特開２００３−２５１３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、現地の嫌気性微生物が生息する環境をそのまま、微生物を集積した状態で室内に持ち込むことができ、簡便に嫌気性の培養試験を行うことができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、地下水を汲み上げるポンプと、汲み上げた地下水が嫌気状態であることを確認するための水質チェック部と、汲み上げた地下水を通す第１の濾過材を備え該第１の濾過材で微生物を集める微生物集積部と、該微生物集積部で第１の濾過材上に集積した微生物を汲み上げた地下水で逆洗して回収する微生物回収部を具備し、該微生物回収部は、微生物を濃縮した地下水を収容する容器と、該容器に接続された排水ラインと、該排水ラインに組み込まれ微生物の流出を阻止する第２の濾過材とを有し、前記容器は前記微生物集積部に対して気密状態のまま切り離し可能となっていることを特徴とする嫌気性微生物の採取装置である。
【０００８】
ここで、微生物回収部の容器が培養容器であって、該培養容器に、不活性ガスが充填されている内圧調整用のフレキシブルバッグ、サンプリング手段、及び栄養源の注入装置が装備されている構造が好ましい。
【０００９】
また本発明は、このような嫌気性微生物の採取装置を使用し、まず汲み上げた地下水を水質チェック部で試験して嫌気状態であることを確認し、次いで汲み上げた地下水で微生物集積部及び微生物回収部の内部を洗浄して充填し、その後、汲み上げた地下水を微生物集積部に通すことで第１の濾過材上に微生物を集積し、第１の濾過材を汲み上げた地下水で逆洗することで濾過材上に集積した微生物を容器に移送することを特徴とする嫌気性微生物の採取方法である。その後、培養を行う場合には、微生物集積部から切り離した容器を培養容器とし、注入装置から微生物の栄養源（例えば電子供与体や無機塩類など）を注入する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機塩素化合物で汚染された地盤に生息する嫌気性微生物を、その状態のまま集積して採取でき、そのまま室内に持ち込むことができ、簡便に嫌気培養が行える。これによって、バイオレメデーション促進技術による汚染除去に必要な栄養源の種類や量の決定、除去までに要する期間の推定や費用の積算が可能となり、それに基づき環境修復作業を実施することにより、最小限の期間と費用で最大の除染効果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明に係る嫌気性微生物の採取装置の模式図であり、容易に培養試験が行えるような機能を付加した例である。本装置は、地盤中に形成されているボーリング孔などを利用して地下水を汲み上げ微生物を採取するものであり、現位置にて孔口近傍に設置される。この嫌気性微生物の採取装置は、ボーリング孔１０を利用して地下水を汲み上げるポンプ１２と、汲み上げた地下水が嫌気状態であることを確認するための水質チェック部１４と、汲み上げた地下水を通す第１の濾過材１６を備え該第１の濾過材１６で微生物を集める微生物集積部１８と、該微生物集積部１８で第１の濾過材１６上に集積した微生物を汲み上げた地下水で逆洗して回収する微生物回収部２０を具備している。
【００１２】
水質チェック部１４は、ｐＨセンサ２２、酸化還元電位（ＯＲＰ）センサ２４、電気伝導率（ＥＣ）センサ２６、及び溶存酸素量（ＤＯ）センサ２８等からなり、ポンプ１２で汲み上げた水を切替弁Ｖ１によって流路を変え、それらのセンサに導き測定できるように構成されている。これによって、汲み上げた地下水が嫌気状態の水になっていることを確認可能になっている。ここでは４種類のセンサを組み込んでいるが、必ずしも全てを備えている必要はなく、また他のセンサを組み込んでもよい。
【００１３】
微生物集積部１８は、汲み上げた比較的多量の地下水を通して微生物を集めるための第１の濾過材１６を備えている。その他、流路を切り替えるための幾つかの切替弁Ｖ１〜Ｖ６を備えている。ここで採取する微生物は０．３μｍ以上の大きさであるため、それ以下の濾過性能（例えば０．２２μｍ）を有する濾過材を用いる。切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６を通るように流路を変えて、１００リットル程度の通水を行うことにより、地下水中の微生物を第１の濾過材１６上に集積し、排水する。また、切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ６，Ｖ４，Ｖ５を通るように流路を変えて、第１の濾過材１６に対して逆向きに通水すると共に、バイブレータ２２で第１の濾過材１６に振動を付与し、汲み上げた地下水で逆洗することで微生物を排出する。
【００１４】
微生物回収部２０は、第１の濾過材１６を地下水で逆洗することによって排出した微生物を回収する培養容器３０と、該培養容器３０に接続された排水ライン３２と、該排水ライン３２に組み込まれ微生物の流出を阻止する第２の濾過材３４とを有する。培養容器３０は、例えばステンレス鋼製の容器本体と蓋体を組み合わせた気密構造である。そして、この培養容器３０は前記微生物集積部１８に対して気密状態のまま切り離し可能となっており、そのために微生物集積部１８との接続部及び排水ライン３２に、それぞれ止水弁３６，３８が組み込まれている。なお、第２の濾過材３４は、第１の濾過材１６の逆洗時に排出した微生物が培養容器３０から損失するのを防ぐものであり、第１の濾過材１６と同等の濾過性能を有するものを使用する。
【００１５】
培養容器３０には、遮断弁４０を介してフレキシブルバッグ４２が接続可能になっている。このフレキシブルバッグ４２は、例えばアルミニウム箔を合成樹脂フィルムに貼り合わせたシートからなる袋状体であり、窒素ガスなどの不活性ガスが充填され大気圧によって容易に変形可能な構造である。これによって、培養容器３０内の地下水の一部を抜き取る場合でも、培養容器３０の内圧が大気圧と常に一致するように自動的に調整される。また、本実施例では、培養容器３０の下部に止水弁４４を介して液抜き取り口４６を設け、上部には弁４８を介して雰囲気ガス抜き取り口５０を設けている。
【００１６】
更に、培養容器３０には、栄養源の注入装置５２が設けられている。従って、培養容器３０を微生物集積部１８から切り離すと、室内に運び込むことができ、そのまま嫌気性の培養試験が行える。なお、培養容器３０の内部には、微生物を含む地下水採取後に内部を攪拌できるように、予めマグネット攪拌子５４を入れておく。
【００１７】
操作手順をまとめると、次の通りである。まず、切替弁Ｖ１の操作により、ポンプ１２で汲み上げた地下水を水質チェック部１４に導き、ｐＨ、酸化還元電位（ＯＲＰ）、電気伝導率（ＥＣ）、及び溶存酸素量（ＤＯ）等を測定し、汲み上げた水が嫌気状態の水であることを確認する。次に、各切替弁Ｖ１〜Ｖ６を操作して、系統内の全て（微生物集積部１８及び微生物回収部２０）をその地下水で洗浄する。また、バイパス流路６０を利用して培養容器３０内にも地下水を充填する。そして、切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６を通る流路を形成して地下水が第１の濾過材１６を通るようにし、該第１の濾過材１６に微生物を集積する。例えば、１００リットル程度通水して微生物を集める。その後、切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ６，Ｖ４，Ｖ５を通る流路を形成して、汲み上げた地下水で第１の濾過材１６を逆洗し、集積された微生物を培養容器３０へ送り込み回収する。回収の際には、第１の濾過材１６をバイブレータ２２により振動させて、回収効率を高める。このとき地下水は培養容器３０の排水ライン３２から排出されるが、この排水ライン３２には第２の濾過材３４が組み込まれているため、微生物が排水とともに流れ出ることはない。このようにして、嫌気性の微生物を、気密状態で集積して回収することができる。
【００１８】
培養容器３０は、止水弁３６，３８を閉じることで微生物集積部１８から切り離すことができ、そのまま室内に搬入できる。微生物を採取した培養容器３０に、窒素ガスを充填したフレキシブルバッグ４２を装着し、弁４０を開く。これによって、培養容器３０の液抜き取り口４６から試水を抜き取る際も、該培養容器３０の内圧は、常に大気圧と同じに調整されるため、操作が容易であるし、培養容器３０の構造や材質の選択の自由度が高まる。
【００１９】
例えば、培養容器３０内に２０％程度の空間ができるように試水を抜き取り、その一部の試水で栄養源を溶解し、嫌気状態にしてから注入装置５２を用いて再度培養容器内に注入する。残りの試水で微生物の同定・定量を行う。培養容器３０内に有機塩素化合物を注入した後（地下水中には有機塩素化合物が含まれているが、微量な場合には十分な測定感度が得られるように調整する）、地下水と同じ温度（例えば２０℃）で攪拌培養する。そして、定期的に有機塩素化合物の物質収支（分解物質の状況）を測定して、完全浄化までの期間を求める。
【００２０】
このようにして、有機塩素化合物で汚染された地盤に生息する嫌気性微生物を、その状態で集積して採取を行い、簡便に嫌気培養することができる。これにより、汚染除去に必要な栄養源の種類や量、及び除去までに要する期間や費用を積算することが可能となる。
【実施例】
【００２１】
上記の装置を用いて現地に生息する微生物を培養容器に集積採取し、栄養源を投与して現地採取した微生物を活性化させ、有機塩素化合物で汚染された地中の浄化の可能性を室内で検証した。ここで培養の対象となる微生物は、嫌気性微生物である。実験に用いた採水地点での水質は次の通りである。
・ｐＨ：５．６７
・酸化還元電位：２４４ｍＶ
・電気伝導度：１８．６９ｍＳ／ｍ
・溶存酸素量：０．２８ｍｇ／ｌ
【００２２】
ここで培養温度は、地下水の水温にほぼ等しい約２０℃とした。栄養源としては、市販されている電子供与体を用いた。この電子供与体は、食品材料からつくられた炭水化物などの微生物を活性化させる物質である。これは、汚染地下水に一般的に存在する土着の微生物により二酸化炭素と水に分解されるので、安全で地下水を汚染することはないとされている。測定項目は、ＴＣＥ（トリクロロエチレン）やＤＣＥ（ジクロロエチレン）などであり、原則として１日１回測定した。試験ケースは、表１に示す３つのケースである。ＴＣＥの分析は、０．４ｍｌの試水を培養容器から採取して全量１０ｍｌ（２５倍）にし、ヘッドスペースＧＣ−ＭＳ法で行った。この時に十分な検出感度が得られるように、初期濃度を調整した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
培養容器に、窒素ガスを充填したフレキシブルバッグを装着し、培養容器内に採取した現地地下水２００ｍｌを注入装置で抜き取る。そのうち１００ｍｌで所定の電子供与体を溶解後、注入装置で嫌気状態にしてから培養容器内に注入する。残りの１００ｍｌは水質分析に使用する。そして、培養容器内にＴＣＥを所定量注入する。その後、２０℃恒温室で培養を開始し、１日１回測定を行う。
【００２５】
試験結果の一例を、図２及び図３に示す。図２はＴＣＥ濃度の経日変化を表し、図３はＣｉｓ−ＤＣＥ濃度の経日変化を表している。
【００２６】
ケース２では、ＴＣＥ濃度は培養１５日頃から急激に低下し、２３日後には当初の１／１００の濃度になった。一方、分解成分であるＣｉｓ−ＤＣＥ、１，１−ＤＣＥが同時タイミングで上昇した。ＴＣＥは、培養を開始してから４５日目で環境基準を下回った。ＤＣＥについては、顕著な濃度低下は生じていないが、濃度の低下傾向は認められた。この結果から、ＴＣＥの浄化に有効な微生物が存在していることは確認できた。
【００２７】
ケース１では、栄養源（電子供与体）を投与していないため、ＴＣＥ濃度に殆ど変化が見られない。また、ケース３では栄養源（電子供与体）を投与しているにもかかわらず、ＴＣＥ濃度に殆ど変化が見られない。これはｐＨが下がりすぎて（５を下回ったため）微生物が死滅したためと考えられる。
【００２８】
ここで重要なことは、ケース２とケース３とで栄養源（電子供与体）を投与しているが、投与の仕方によって効果が全く異なることである。しかも、その効果の違いは、投与時には全く分からず、十数日経過してはじめて分かる。また一旦、微生物が死滅してしまうと、その後の浄化は行えない。本発明によって微生物を採取した複数の培養容器を予め用意し、さまざまな栄養源とその与え方を変えて培養し分析することで、実際に浄化作業を行う際に栄養源投与の最適条件を最短期間で見出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る嫌気性微生物の採取装置の一例を示す説明図。
【図２】ＴＣＥ濃度の経日変化の一例を示すグラフ。
【図３】Ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の経日変化の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３０】
１２  ポンプ
１４  水質チェック部
１６  第１の濾過材
１８  微生物集積部
２０  微生物回収部
３０  培養容器
３２  排水ライン
３４  第２の濾過材
４２  フレキシブルバッグ
５２  注入装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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