(57)【要約】【課題】従来の汚染土壌及び地下水の浄化方法の中で、本願に関係するバイオレメデエーション法は、環境に左右されて最適期間内に浄化することができない場合があり不安定なものであった。【解決手段】炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とした栄養塩を貯留する栄養塩槽７と、栄養塩を注入機８によって汚染部１及びその拡散域２の土壌及び地下水に注入／浄化する鉛直の注入井戸とにより、注入された栄養塩によって電気分解を利用して嫌気性微生物を増殖かつ活性化させ、有機性塩素化合物による汚染部１および拡散域２の有機性塩素化合物を分解処理する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染部拡散域の外側に鉛直井戸を設け、前記鉛直井戸の配管の内周を半透過性の膜で覆い、前記鉛直井戸には陽極及び陰極の電極部材を具備し、土壌及び地下水を電気分解するとともに、陽極側の井戸の周囲に微生物活性用の栄養塩を注入する栄養塩注入井戸を設け、前記電気分解と前記栄養塩により、前記汚染部拡散域の土壌及び地下水に含有する揮発性有機化合物を嫌気性微生物により分解処理する工法を用いた汚染土壌及び地下水の浄化方法。
【請求項２】
前記栄養塩が炭素数６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とした栄養塩であることを特徴とした請求項１記載の汚染土壌及び地下水の浄化方法。
【請求項３】
前記栄養塩の注入によって前記土壌及び前記地下水の浄化状態を監視する鉛直の観測井戸を、前記陰極の電極部材を具備した前記鉛直井戸の周囲に設置することを特徴とした
請求項１記載の汚染土壌及び地下水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はバイオレメデエーション法を用いて嫌気性微生物を活性化し、有機塩素系化合物で汚染された土壌及び地下水の浄化を促進して、汚染領域を原位置で短期間に浄化する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、土壌及び地下水の汚染の浄化設備とその浄化方法として、真空抽出法、揚水曝気法、石灰法、鉄粉法、土壌掘削置換法、土壌湿気式洗浄法、不溶化処理法、気・液混合井戸方法、エアースパージング方式、バイオレメディエーション法と、浄化に関して様々な方法が用いられるが、短期間で、土壌及び地下水の汚染の浄化ができる方法は、鉄粉法とバイオレメディエーション法である。
【０００３】
原位置での電気分解による汚染領域の浄化方法については汚染物質等を移動させて、真空中抽出する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
また、原位置での生物学的処理が可能で、炭素数が１０以上の脂肪酸、炭素数が１２以上のアルコール、炭素数が１４以上の直鎖状飽和脂肪酸と１価アルコールのエステル、炭素数が１４以上の直鎖状飽和脂肪酸と多価アルコールのエステル、炭素数が１６以上の脂肪酸とグリセリンのエステルなどを土壌中に埋設して、土壌や地下水の硝酸態窒素及び揮発性有機化合物を低減させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とし、特に粒径１００ｍｍ以内の粒子状に成形し、主に廃水処理に用いる脱窒素促進剤およびこの脱窒素促進剤を用いた水処理方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−１００８３号公報
【特許文献２】特開２００２−３７００８５号公報
【特許文献３】特開２０００−３３４４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の土壌及び地下水の汚染の浄化設備とその浄化方法では、鉄粉法は土壌を掘削してゼロ化鉄粉を注入する方法で、化学反応により短期間に土壌浄化するが、現状では汚染領域を絞って掘削する方法が主流の為、汚染領域全てを最適期間内に浄化することができなく、しかも高額な施工費用がかかる。
【０００５】
また電気分解による汚染領域の浄化方法についてはかなりの時間と電気エネルギーを
莫大に使用することから電気使用量のランニングコストがかかる。
更にバイオレメデエーション法は、環境に左右され最適期間内に浄化することができな
い場合もあり不安定である。
【０００６】
また、浄化処理剤についても、従来の栄養塩類では、（例えばポリ乳酸エステル）水に対する溶解度が高く、この場合供給した栄養塩（の消費量）の地下水への溶出が早く（多く）、したがって頻繁に栄養塩の追加（継続）投与が必要であった。また、炭素数が１０以上の脂肪酸は地下水への溶出が遅く、汚染部での最適量の溶出が管理できなく、地下水の流速が、例えば地下水が１日８センチも流れる場所では対応が難しく、地下水が年に数センチ程度の流れの場所での浄化に限られる。したがって、地下水の流速が遅い場所での栄養塩の過剰注入が最適ではあるが、湖沼や内海などの閉鎖系水系等では、過剰栄養化によるプランクトン、藻、赤潮等の異常発生をまねく問題を生じることになり、管理システムの混乱・煩雑さをまねく等々の課題も発生することになる。そこで浄化処理剤の溶解度が最適で、常時処理が安定し、メンテナンスが楽なものが切望されていた。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、土壌や地下水中に生息する嫌気性微生物を長期（常時）に安定して増殖・活性化させて、汚染の原位置浄化処理・管理を最適化するために、電気分解により発生する水素イオンを嫌気性微生物に有効活用する為に、直流電流を両極の井戸に通電して水の電気分解で生じた水素イオンが陽極側に流れることを利用して、陽極側の周囲に栄養塩を注入し、かつ各浄化処理の設備・施設を簡略化した汚染土壌及び地下水の浄化方法を提供することを目的とする。
つまり、施工費用が比較的安いバイオレメデエーション法と電気分解による浄化法に注目し、直流電流を用いた電気分解により水分及び汚染物資をイオン化せしめ、かつ、土壌及び地下水に含まれている水分から水素イオンを放出させることにより、嫌気状態をつくりだし、陽極側の周囲に特定の栄養塩を選定・注入することにより嫌気性微生物の働きを活性化させ原位置での土壌及び地下水の汚染の浄化を促進せしめるものである。
栄養塩は炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とした栄養塩（カプロン酸、ペンタンカルボン酸、ブチル酢酸、エナント酸、エナンチル酸、ヘキサンカルボン酸、ペンチル酢酸、カプリル酸、ヘプタンカルボン酸、ヘキシル酢酸、ペラルゴン酸、オクタンカルボン酸、ヘプチル酢酸等）を前記した電気分解する陽極側の周囲の汚染領域に注入することにより、汚染領域全てを最適期間内に安定して浄化でき、たとえ長期に亘る工期であってもメンテナンスフリーな工法を用いた浄化方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の汚染土壌及び地下水の浄化方法は、上記目的を達成するために、汚染部拡散域の外側に鉛直井戸を設け、鉛直井戸の配管の内周を半透過性の膜で覆い、鉛直井戸には陽極及び陰極の電極部材を具備し、土壌及び地下水を電気分解するとともに、陽極側の井戸の周囲に微生物活性用の栄養塩を注入する栄養塩注入井戸を設け、前記電気分解と前記栄養塩により、前記汚染部拡散域の土壌及び地下水を嫌気状態化にせしめ、含有する揮発性有機化合物や水分等を帯電・イオン化させ電極に引付けられるため前記揮発性有機化合物や水分等の物質移動による流れが形成され、かつ陽極側には水素イオンが引付けられ、陽極側の周囲に設けられた前記栄養塩注入井戸から溶出する栄養塩の基質成分により嫌気性微生物が増殖かつ活性化しやすくなり、汚染部および汚染拡散域の揮発性有機化合物を分解処理する工法を用いたものである。
【０００９】
本発明は、汚染領域を掘削等により状況把握した後、当該汚染領域の地下水の流れる方向を確認し、帯水層を難透水層に達するまで掘削して地下水の下流側の汚染部拡散域の外側に電流を流す陽極側の鉛直井戸を設置し、その陽極側の鉛直井戸の配管の内周を半透過性の膜で覆うことで陰イオン物質が透過しないようにし、地下水の上流側の汚染部拡散域の外側に電流を流す陰極側の鉛直井戸を設置し、その陰極側の鉛直井戸の配管の内周を半透過性の膜で覆うことで陽イオン物質が透過しないように井戸を設置し、陽極側の鉛直井戸の周囲に炭素数が6以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とした栄養塩を注入する注入井戸を設け、陰極側の鉛直井戸の周囲に観測井戸を配置する構成にして、電流を流すことにより、注入された栄養塩と発生する水素イオンによって、土壌及び帯水層中に自然条件（溶存酸素濃度ＤＯ値の極めて低い嫌気性環境）下で生態している嫌気性微生物を増殖かつ活性化させ、つまり揮発性有機化合物による汚染領域の汚染物質をバイオ的に安定して分解（還元的脱塩素化反応による浄化、無害化）処理することができ、最適の工期間で汚染領域全体を浄化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、帯水層を難透水層に達するまで掘削して電極井戸、注入井戸、観測井戸を適宜に設け、汚染領域に電流を流すことと特定の栄養塩を注入することにより、汚染領域を嫌気状態にでき、かつ、電流が流れることによる熱発生により汚染領域を加温することになり、嫌気性微生物を増殖かつ活性化させ、汚染物質である揮発性有機化合物の塩素と水素を置換しやすく低分子に分解できる。この場合、栄養塩を炭素数が6以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分として特定することによって、この原位置での最適の浄化処理が常に安定して行われる汚染土壌及び地下水の浄化方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明によれば、現地の汚染状況や周辺の各種状況に応じて、汚染部拡散域の外側に鉛直井戸を設け、前記鉛直井戸の配管の内周を半透過性の膜で覆い、前記鉛直井戸には陽極及び陰極の電極部材を具備し、土壌及び地下水を電気分解するとともに、陽極側の井戸の周囲に微生物活性用の栄養塩を注入する栄養塩注入井戸を設け、前記電気分解と前記栄養塩により、前記汚染部拡散域の土壌及び地下水に含有る揮発性有機化合物を嫌気性微生物により分解処理する工法を用いることにより、直流電流を３０アンペアから５０アンペア土壌中に流れるようにし、電気浸透することで水分が移動することにより嫌気状態を作り出し、陽極側に水素イオンが集まり、陽極側の鉛直井戸の周囲に特定の栄養塩（炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とした栄養塩）を選定・注入することにより、原位置での土壌及び地下水の汚染領域の浄化処理を促進せしめ、汚染領域全体を最適期間内に安定して浄化でき、たとえ長期に亘る工期であったとしてもメンテナンスフリー、かつ安価格の浄化工法とすることができる。
【００１２】
つまり、炭素数が6以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とする栄養塩（例えば、カプロン酸、ペンタンカルボン酸、ブチル酢酸、エナント酸、エナンチル酸、ヘキサンカルボン酸、ペンチル酢酸、カプリル酸、ヘプタンカルボン酸、ヘキシル酢酸、ペラルゴン酸、オクタンカルボン酸、ヘプチル酢酸等）は、地下水に対して徐々に溶解する除放性効果を有する（富栄養塩化にならない）ものであり、長期に亘るような場合においても常に安定して注入・供給ができ、したがって、嫌気性微生物の活性化・増殖による揮発性有機化合物の分解を長期に安定・最適化できるものとなる。
【００１３】
また、本発明によれば、鉛直の注入井戸、観測井戸によって、常に上記栄養塩の注入による浄化処理の効果を観測・監視を継続しているので、汚染物質の浄化が完了するまでの間、最適の処理条件を維持すること等ができ、また汚染状況の急変等にも対応ができる。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の汚染土壌及び地下水の浄化方法の各実施例について、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の汚染土壌及び地下水の浄化工法の概要を示す模擬的断面図である。
図１において、１は有機塩素化合物で汚染された汚染部（汚染源）を示し、その汚染（汚染部１）の拡散域２は、地下水流のある帯水層５の地下水流（水流方向を→印で示す、以下同じとする）や浸透・溶解等によってその汚染（汚染部１）が拡散された領域を示し、前記帯水層５を中心として土壌４にも及んでいる状態を示す。なお、以降の説明において、前記汚染部１及びその前記拡散域２を汚染領域（仮に定義する。以下同じとする）と称する。
【００１６】
汚染物質である有機塩素化合物（又は、揮発性有機化合物ＶＯＣ）には、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ホルムアルデヒド、トルエン、ベンゼン、キシレンなどさまざまな物質がある。これらは化学的に安定していて分解しにくい性質があり、産業界で種々の用途に普及した反動として、今や特に土壌及び地下水の汚染の原因ともなっている。
【００１７】
７は栄養塩槽を示し、例えば地上に設置して、栄養塩を内部に貯留する。その栄養塩としては、炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とした栄養塩を特定し、汚染領域内の嫌気性微生物群（嫌気性菌群であって、シュドモナス属の嫌気性微生物など）を増殖かつ活性化させる栄養源となる。
【００１８】
炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸には、例えばカプロン酸、ペンタンカルボン酸、ブチル酢酸、エナント酸、エナンチル酸、ヘキサンカルボン酸、ペンチル酢酸、カプリル酸、ヘプタンカルボン酸、ヘキシル酢酸、ペラルゴン酸、オクタンカルボン酸、ヘプチル酢酸等が上げられる
【００１９】
９は栄養塩を注入（供給）する注入井戸を示し、その設置は前記土壌４及び前記帯水層５を鉛直に掘削して、その先端は難透水層（一般的に言われている不透水層、又は不透水性岩体等も含む）６に達している。そしてその配置（設置）は、汚染領域の地下水流の下流側の陽極井戸１２の周囲に設置される。好ましくは、前記陽極井戸１２の周囲に前記注入井戸９を設けることにより、直流電源１３から流れる電流により陽極板（陽極棒）１４に水素イオンを含む陽イオンが引付けられることにより還元雰囲気となり、嫌気性微生物群が生息しやすい環境下で嫌気性微生物群の栄養源である炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分とする栄養塩が前記注入井戸９に注入されていることより、嫌気性微生物群が増殖・活性化を促進することができる。さらに前記直流電源１３から流れる電流により前記陽極井戸１２の前記陽極板（陽極棒）１４及び陰極井戸１５の陰極板（陰極棒）１８近傍に熱を生じることになり、前記土壌４及び前記帯水層５が加温されることにより、更に嫌気性微生物群が増殖・活性化して、嫌気性微生物群の作用により、汚染物質である有機塩素化合物を低分子化することができる。
【００２０】
前記陽極井戸１２及び前記陰極井戸１５は塩化ビニルクロライトでできた配管の配管内周に半透過性膜１６で覆われていることにより、前記陽極井戸１２には陽イオンのみが透過し、逆に前記陰極井戸１５には陰イオンのみが透過する。また、前記陽極板（陽極棒）１４は特には指定しないが白金で構成したものが安定して使用できる。更に前記陽極井戸１２及び前記陰極井戸１５には電気分解を効率良く行うように、電解液１７を調整槽（図示しない）で調整され注入される。
【００２１】
前記陰極井戸１５の周囲に、揚水ポンプ（図示しない）を備えた観測井戸（モニタリング）１０を設置することにより、前記汚染領域の浄化の状態が判断できる。
【００２２】
また、前記栄養塩槽７内に貯留された栄養塩は、注入機８、開閉弁（図示しない）等の操作によって、前記注入井戸９から汚染領域の前記土壌４及び前記帯水層５全体に行きわたるように注入／供給（注入井戸９、及び帯水層５内の注入方向を→印で示す、以下同じとする）され、地下水流（又は／および溶解性）や浸透・溶解等を利用して全体に均一に行きわたるようにする。すなわち図１に示すように、栄養塩が前記汚染部１、前記拡散域２を通過する方向の（地下水の水量・流速が加速された）流れとなり、前記汚染領域を大きく囲って（図示は省略するが、平面的にも大きく囲って）形成され、汚染の浄化処理がなされる。
【００２３】
すなわち注入された栄養塩によって、前記土壌４及び前記帯水層５中に自然条件（溶存酸素濃度ＤＯ値の極めて低い嫌気性環境）下で生態している嫌気性微生物を増殖かつ活性化させ、つまり有機塩素化合物による前記汚染領域の汚染物質を、電気分解を利用したバイオ的に安定して分解（還元的脱塩素化反応による浄化、無害化）処理する工法となる。
【００２４】
前記観測井戸１０は、前記汚染領域の上流に鉛直に設置（前述の注入井戸９と同様に掘削）し、栄養塩の注入（供給・投入）による汚染の浄化の効果判定や処理条件の設定、汚染物質の状態変化の検知等を行う。その配置は現場（原位置）の汚染状況に応じて適宜設置する。そして、改めて言うまでもないが、前記観測井戸１０は、帯水層５の地下水を採取又は揚水（揚水方向を→印で示す、以下同じとする）等によって種々の測定を行う。
例えば、
１）ＯＲＰ計（酸化還元電位計）を用いて酸化・還元電位を測定し、栄養塩の注入量の適否（浄化効果）の測定・判定が為される。
【００２５】
２）また経時的には、有機塩素化合物（汚染物質）について、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、ジクロロエチレン（ｃｉｓ−１，２−ＤＣＥ）、ジクロロエチレン（１，１−ＤＣＥ）、塩化ビニル（ＶＣ）等を各現場に応じて選定し、その各濃度（ｍｇ／ｌ）の経日変化（減少状況）を観測（測定や監視）したりする。
また、詳細な説明は省略するが、別に制御装置を設けて、上述のデータ検知・測定（入力）部、演算・分析・判定（出力）部等によって、最適な栄養塩の種別（や配合）や供給・注入量（や流量）、注入時期、後述の揚水量（流量）、地下水の返送量、工期推定、メンテナンス時期等の制御ができることは自明のことである。このことは当然に、無人化の遠隔制御、管理化への展開・拡大が容易となる。
【００２６】
なお、前記汚染領域に対する前記注入井戸９、観測井戸１０、の配置は、上述のとおり、地下水流方向の下流に前記注入井戸９、上流に揚水ポンプを備えた前記観測井戸１０を基本とするが、これだけに限定せず（詳細な記述はしない）、現場の汚染状況に応じて自在に為される（必ずしも、上流〜下流を基本としない任意の配置）ことは自明のことである。例えば、汚染領域の広がりや汚染状況に応じて、複数の各井戸で囲んで並べて設置したりする。この場合、各井戸の注入・揚水の量・時期を個々の井戸毎に設定・制御すれば、浄化処理がより一層最適化されることは自明である。
【００２７】
本願の栄養塩のカルボン酸としては、炭素数が６以上であることが必須であり、長期間にわたって安定した栄養塩の付与ができる。つまり、炭素数が６未満（例えば、ギ酸、酪酸）では水に対する溶解度が大きすぎ、このことは短期間の供給・消費となり、また、この一時的過剰な溶解は短期間で過剰な栄養塩を付与することとなり、前述の（課題のところで述べた）ような嫌気性環境や嫌気性菌に対して悪影響をもたらすこととなる。
【００２８】
また、炭素数の上限は特に設ける必要はないが、工業的に大量に入手可能なものとしては炭素数が１８程度までと考えられる（が必ずしも、炭素数が１８以下のものに限られるものではないことは言うまでもない）。炭素数が大き過ぎると、水溶解性が更に悪く（溶解に時間がかかり）なり、栄養塩としての効果（実効性）が低くなる。
【００２９】
また、本願のカルボン酸は、直鎖状構造を有し、さらには、飽和モノカルボン酸であることが好ましい（これらの基本的な内容等については、特開２０００−３３４４９２号公報に記載されている）。
【００３０】
本願の栄養塩は、炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を主成分としたもので、粒状〜ペレット状等の固体（成形の固形品）を基本としている。
前記帯水層５の地下水は硝酸態窒素が多いため、嫌気性微生物の栄養塩となるが、窒素成分だけでは活性できなく、C成分である炭素数が６以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を適量投入することで、嫌気性微生物（分解菌）の活性化が促進され、微生物による水素と塩素の交換が活発になり、安定して汚染領域を浄化（無害化処理）できる（適量投入の判断はＯＲＰ計の測定等による）。
【００３１】
前述のとおり炭素数が大きい場合、地下水への溶解に時間がかかり（難水溶・浸透性）、栄養塩としての効果が低くなる（遅効性）が、例えば、本願のカルボン酸（高級脂肪酸）にアルコール（グリセリン）を加えてエステル（油脂）としても良い。つまり、カルボン酸をグリセリンによってエステル結合となし、カルボン酸の水溶性が増すことになり、カルボン酸による浄化の補助的な寄与が期待できることになる（これらの内容等については、特開２００２−３７００８５号公報に記載されている）。
したがって、前記注入機８は、前記栄養塩槽７から前記注入井戸９を経て、上記のような栄養塩を選定・供給することになる。
【００３２】
仮に、端的に汚染の浄化処理期間の観点から見れば、短期〜中期〜長期等があり、例えば、短期とすれば、炭素数が小さくカルボン酸、かつ、カルボン酸をグリセリンによってエステル化した栄養塩とすることが考えられる。逆に長期とすれば、炭素数が大きいカルボン酸（例えば、ステアリン酸）、グリセリンを使用しない栄養塩とすること等が考えられる。つまり、カルボン酸の炭素数やグリセリンの添加量を自在に選択し、その注入量・時期等を絡ませて決めれば最適の浄化処理条件、処理期間等が決定・制御でき、現位置での対応が自在にできることになる。
【００３３】
以上の説明により、単に電気分解とバイオ工法を組み合わせた鉛直井戸による浄化処理工法ではなく、本願の特徴は、前記注入井戸９と揚水ポンプを備えた観測井戸を地下水の流れに逆行させることで地下水の流れに障害をもたせ緩やかにすることと、電気分解を用い前記陽極井戸１２を地下水の流れの下流側に設置して、土壌及び地下水を電気分解することによる水素イオンを引付けると同時に前記陽極井戸１２の周囲に特定の栄養塩注入することにより嫌気性微生物の作用と電気分解での水素と塩素の置換を安定して持続させて汚染物質である有機塩素化合物を短期間で低分子化する無害化（水と二酸化炭素に分解）処理を行うことで、特定の栄養塩を選択することにより新たに特異な効果を生じることになる。
【００３４】
以上、嫌気性微生物の作用と電気分解での１実施例について述べたが、現場の汚染状況に対応させて、夫々の実施例を適宜に組み合せたりして、多様化して展開することは自明のことである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明はバイオレメデエーション法を用いて嫌気性微生物を活性化し、有機塩素系化合物で汚染された土壌及び地下水の浄化を促進して、汚染領域を原位置で短期間に浄化する装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の汚染土壌及び地下水の浄化工法の概要を示す模擬的断面図
【符号の説明】
【００３７】
１    汚染部
２    拡散域
４    土壌
５    帯水層
６    難透水層
７    栄養塩槽
８    注入機
９    注入井戸
１０    観測（モニタリング）井戸
１２    陽極井戸
１３    直流電源
１４    陽極板（陽極棒）
１５    陰極井戸
１６    半透過性膜
１７    電解液
１８    陰極板（陰極棒）
【図１】
2005279399.tif 000003