(57)【要約】   【課題】    有機化合物を主体とする汚染物質で汚染された汚染土壌内に洗浄水を通水する際、前記汚染物質を確実に除去回収する。  【解決手段】本発明に係る汚染土壌の浄化装置１は、揚水ポンプ３が底部に設置された揚水井戸４と、貯水手段である貯水槽５と、バルブ６を介して該貯水槽に連通接続された注水井戸７とから概ね構成してあるとともに、揚水井戸４及び注水井戸７には通水のための透水孔８を形成し、汚染土壌２内に埋設してある。貯水槽５内には、バイオサーファクタントを含む水を貯留するとともに該水を洗浄水として汚染土壌２内に通水することにより、該汚染土壌内の汚染物質を除去するようになっている。  【選択図】  図１
2005238004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染土壌内に洗浄水を通水することで該汚染土壌内の汚染物質を除去する汚染土壌の浄化方法において、
バイオサーファクタントを含む水を前記洗浄水として前記汚染土壌に通水することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
前記汚染土壌に通水する前に前記バイオサーファクタントを生産する菌体の栄養塩を前記洗浄水に添加するとともに該洗浄水を曝気処理する請求項１記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項３】
前記洗浄水に含まれるバイオサーファクタントを定量的方法又は定性的方法で評価する請求項１又は請求項２記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項４】
汚染土壌内に埋設され揚水ポンプが底部に設置された揚水井戸と、貯水手段と、該貯水手段に連通接続され前記汚染土壌内に埋設された注水井戸とを備え、前記貯水手段内にバイオサーファクタントを含む水を貯留するとともに該水を洗浄水として前記汚染土壌内に通水することで該汚染土壌内の汚染物質を除去するようにしたことを特徴とする汚染土壌の浄化装置。
【請求項５】
前記貯水手段と前記揚水ポンプとを連通接続するとともに、前記洗浄水を前記バイオサーファクタントを生産する菌体及び該菌体の栄養塩が含まれた洗浄水とし、前記貯水手段に曝気装置を設けた請求項４記載の汚染土壌の浄化装置。
【請求項６】
前記洗浄水に含まれるバイオサーファクタントを定量的方法又は定性的方法で評価する計測手段を前記貯水手段に設けた請求項４又は請求項５記載の汚染土壌の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として有機化合物からなる汚染物質で汚染された汚染土壌を原位置で浄化する汚染土壌の浄化方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場跡地の土壌内には、トリクロロエチレンなどで代表される揮発性有機塩素化合物、燃料油や機械油などの炭化水素、ダイオキシン類、あるいはカドミウム、鉛、銅、亜鉛、ニッケル、クロムなどの重金属といったさまざまな汚染物質が土壌に混入していることがある。
【０００３】
かかる汚染物質で汚染された汚染土をそのまま放置すると、該土に混入している汚染物質が周囲に拡散し、周辺住民の生活に支障を来すとともに、雨水によって土粒子から遊離した場合には、地下水等に混入して水質を汚濁させる原因ともなる。そのため、上述した汚染物質で汚染された土については、さまざまな方法を使って浄化しなければならない。
【０００４】
土壌内の汚染物質を原位置で浄化処理する方法としては、従来からさまざまな方法が開発されており、土壌ガス吸引法、汚染土壌に注水しこれを揚水して地上で処理するいわゆる通水洗浄法、空気を送り込んでその気泡に汚染物質を連行させる、いわゆる気泡連行浄化法、空気圧入とガス吸引を組み合わせたエアスパージング法、土中菌の微生物活性を利用したバイオレメディエーションによる方法など多種多様な方法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１９９５２号公報
【特許文献２】特開２００１−２０５２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば好気性環境では良分解性を示すクレゾールも、嫌気性環境、すなわち土中や湖沼の底質内では生分解を受けにくいことが知られている。また、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールなどは、好気性環境でも難分解性を示す。ダイオキシン、ＰＣＢなどの複雑な構造の多環芳香族炭化水素は、特に難分解性が高く、これらの物質を土着菌で直接分解することはきわめて困難である。
【０００７】
このように、バイオレメディエーションによる方法ではその適用に限度があるとともに、それに加えて、かかる難分解性の汚染物質は、その多くが高い疎水性を有するため、汚染土壌の土粒子表面に付着し、原位置で通水洗浄を行っても土粒子から遊離させることが困難であり、かくして汚染物質を洗浄水中に連行させる形で土中から除去回収することができず、さりとて土中で生分解させることもできないという問題を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、有機化合物を主体とする汚染物質で汚染された汚染土壌内に洗浄水を通水する際、前記汚染物質を確実に除去回収可能な汚染土壌の浄化方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は請求項１に記載したように、汚染土壌内に洗浄水を通水することで該汚染土壌内の汚染物質を除去する汚染土壌の浄化方法において、バイオサーファクタントを含む水を前記洗浄水として前記汚染土壌に通水するものである。
【００１０】
また、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、前記汚染土壌に通水する前に前記バイオサーファクタントを生産する菌体の栄養塩を前記洗浄水に添加するとともに該洗浄水を曝気処理するものである。
【００１１】
また、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、前記洗浄水に含まれるバイオサーファクタントを定量的方法又は定性的方法で評価するものである。
【００１２】
また、本発明に係る汚染土壌の浄化装置は請求項４に記載したように、汚染土壌内に埋設され揚水ポンプが底部に設置された揚水井戸と、貯水手段と、該貯水手段に連通接続され前記汚染土壌内に埋設された注水井戸とを備え、前記貯水手段内にバイオサーファクタントを含む水を貯留するとともに該水を洗浄水として前記汚染土壌内に通水することで該汚染土壌内の汚染物質を除去するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明に係る汚染土壌の浄化装置は、前記貯水手段と前記揚水ポンプとを連通接続するとともに、前記洗浄水を前記バイオサーファクタントを生産する菌体及び該菌体の栄養塩が含まれた洗浄水とし、前記貯水手段に曝気装置を設けたものである。
【００１４】
また、本発明に係る汚染土壌の浄化装置は、前記洗浄水に含まれるバイオサーファクタントを定量的方法又は定性的方法で評価する計測手段を前記貯水手段に設けたものである。
【００１５】
汚染物質が炭化水素に代表される有機化合物である場合、疎水性が高いために土粒子にしっかりと付着し、通水洗浄を行っても土粒子から遊離せず、汚染土壌から汚染物質を除去することができないことが多い。
【００１６】
一方、分解菌を洗浄水に添加してバイオレメディエーションを行おうとしても、汚染物質が難分解性であるか易分解性であるかを問わず、汚染物質が土粒子に付着しているため、生分解作用が阻害され、いずれにしろ、汚染物質は汚染土壌内にとどまったままとなる。
【００１７】
本出願人らは、かかる問題点を解決すべく、微生物が活性化するときに体外に生産するバイオサーファクタントを利用することはできないかという点に着眼し、かかる着眼の下、さまざまな研究を行った結果、従来とは異なる発想の浄化技術を開発することに成功した。ここで、バイオサーファクタントとは界面活性剤の一種であり、微生物が体外に生産することから生物的界面活性剤と呼ばれている。
【００１８】
すなわち、請求項１に係る汚染土壌の浄化方法においては、バイオサーファクタントを含む水を洗浄水として汚染土壌に通水する。
【００１９】
このようにすると、界面活性剤の分散作用と同様、バイオサーファクタントがその疎水基を汚染物質に結合させるようにして取り囲み、汚染物質を土粒子から遊離させる。したがって、かかる状態で洗浄水を地上に揚水すれば、汚染物質を洗浄水に連行させた形で汚染土壌から除去することができる。
【００２０】
バイオサーファクタントを含む水、すなわち本発明でいうところの洗浄水をどのように調達するかは任意であり、バイオサーファクタントを生産する菌体、いわばバイオサーファクタント生産菌を水中で活性化させ、その水をそのまま洗浄水とする、バイオサーファクタント生産菌を培地で培養した後、バイオサーファクタントを抽出して水に添加するなどの方法が考えられる。また、バイオサーファクタント生産菌を添加することによってバイオサーファクタントを生産させ、結果としてバイオサーファクタントが水中に含まれるようにしてもよい。
【００２１】
一方、バイオサーファクタント生産菌が土中菌として汚染土壌内に存在するのであれば、かかる土中菌を利用すればよい。この場合には、洗浄水にバイオサーファクタント生産菌やバイオサーファクタントを添加せずとも、土中菌がバイオサーファクタントを生産し、結果としてバイオサーファクタントが水中に含まれることになる。
【００２２】
バイオサーファクタント生産菌を添加するにしろ、土中に存在する菌体をバイオサーファクタント生産菌として利用するにしろ、前記汚染土壌に通水する前に前記バイオサーファクタントを生産する菌体の栄養塩を前記洗浄水に添加するとともに該洗浄水を曝気処理するようにすれば、好気性でかつ十分な栄養が供給される環境の下、菌体が活性化し、バイオサーファクタントの生産が確実に促進される。
【００２３】
バイオサーファクタントによって汚染物質を汚染土壌の土粒子から確実に遊離させるには、バイオサーファクタントが洗浄水中にどの程度存在するのかを把握するのが望ましく、そのためにはバイオサーファクタントを定量的方法又は定性的方法で評価するのがよい。
【００２４】
定量的方法としては、バイオサーファクタントの濃度を直接計測する方法が典型例として挙げることができる。また、定性的方法としては、例えば表面張力低下を計測することでバイオサーファクタントの濃度を間接的に計測することが考えられる。
【００２５】
請求項４に係る汚染土壌の浄化装置においては、バイオサーファクタントを含む水を洗浄水として貯水手段に貯留し、該洗浄水を注水井戸に注水して汚染土壌内に通水する一方、揚水井戸内に設置された揚水ポンプを介して該揚水井戸内の洗浄水を揚水する。
【００２６】
このようにすると、界面活性剤の分散作用と同様、バイオサーファクタントがその疎水基を汚染物質に結合させるようにして取り囲み、土粒子を汚染物質から遊離させる。したがって、かかる状態で洗浄水を地上に揚水すれば、汚染物質を洗浄水に連行させた形で汚染土壌から除去することができる。
【００２７】
バイオサーファクタントを含む水、すなわち本発明でいうところの洗浄水をどのように調達するかは任意であり、請求項１と同様、バイオサーファクタントを生産する菌体、いわばバイオサーファクタント生産菌を水中で活性化させ、その水をそのまま洗浄水とする、バイオサーファクタント生産菌を培地で培養し、これを抽出し水に添加して洗浄水とする、バイオサーファクタント生産菌を添加することによってバイオサーファクタントを生産させ、結果としてバイオサーファクタントが水中に含まれるようにするなどの方法が考えられる。
【００２８】
ここで、前記貯水手段と前記揚水ポンプとを連通接続するとともに、前記洗浄水を前記バイオサーファクタントを生産する菌体及び該菌体の栄養塩が含まれた洗浄水とし、前記貯水手段に曝気装置を設けたならば、好気性でかつ十分な栄養が供給される環境の下、菌体が活性化し、バイオサーファクタントの生産が確実に促進される。加えて、洗浄水を循環使用することも可能となる。
【００２９】
バイオサーファクタントを生産する菌体、すなわちバイオサーファクタント生産菌は、必ずしもスクリーニングされたものを添加する構成に限定されるものではなく、請求項１と同様、土中菌として汚染土壌内に存在するのであれば、かかる土中菌をバイオサーファクタントを生産する菌体として利用すればよい。この場合、洗浄水にバイオサーファクタント生産菌やバイオサーファクタントをあえて添加する必要はなく、洗浄水を循環使用しているプロセスで土中菌がバイオサーファクタントを体外に生産し、その結果、洗浄水にバイオサーファクタントが含まれることになる。
【００３０】
バイオサーファクタントによって汚染物質を汚染土壌の土粒子から確実に遊離させるには、バイオサーファクタントが洗浄水中にどの程度存在するのかを把握するのが望ましいが、そのためには前記洗浄水に含まれるバイオサーファクタントを定量的方法又は定性的方法で評価する計測手段を前記貯水手段に設けるようにすればよい。
【００３１】
定量的方法としては、バイオサーファクタントの濃度を直接計測する方法が典型例として挙げることができる。また、定性的方法としては、例えば表面張力低下を計測することでバイオサーファクタントの濃度を間接的に計測することが考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る汚染土壌の浄化方法及び装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図１は、本実施形態に係る汚染土壌の浄化装置を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係る汚染土壌の浄化装置１は、揚水ポンプ３が底部に設置された揚水井戸４と、貯水手段である貯水槽５と、バルブ６を介して該貯水槽に連通接続された注水井戸７とから概ね構成してあるとともに、揚水井戸４及び注水井戸７には通水のための透水孔８を形成し、汚染土壌２内に埋設してある。
【００３４】
貯水槽５内には、バイオサーファクタントを含む水を貯留するとともに該水を洗浄水として汚染土壌２内に通水することにより、該汚染土壌内の汚染物質を除去するようになっている。汚染物質は、炭化水素を代表とする有機化合物その他疎水性を有する汚染物質であれば、すべて浄化の対象となる。
【００３５】
貯水槽５は、同図でわかるように揚水ポンプ３に連通接続してあるとともに、バイオサーファクタントを生産する菌体及び該菌体の栄養塩が含まれた水を洗浄水として貯留してあり、さらに曝気装置９を設けてある。
【００３６】
また貯水槽５には、洗浄水に含まれるバイオサーファクタントを定量的方法又は定性的方法で評価する計測手段であるセンサー１０を設けてある。
【００３７】
本実施形態に係る汚染土壌の浄化装置１においては、まず、バイオサーファクタントを含む水を貯水槽５に貯留する。
【００３８】
貯水槽５内の水には、バイオサーファクタント生産菌と、窒素、リンといったバイオサーファクタント生産菌の栄養塩とを添加し、本実施形態の洗浄水とするとともに、曝気装置９を駆動する。
【００３９】
このようにすると、バイオサーファクタント生産菌は、好気性環境の下、栄養塩によって活性化し、体外に多くのバイオサーファクタントを生産する。
【００４０】
次に、バルブ６を開いて貯水槽５内の洗浄水を注水井戸７に注水し、かかる洗浄水を透水孔８を介して汚染土壌２内に通水する一方、揚水井戸２内に設置された揚水ポンプ３を介して該揚水井戸内の洗浄水を地上に揚水する。
【００４１】
このようにすると、界面活性剤の分散作用と同様、バイオサーファクタントがその疎水基を汚染物質に結合させるようにして取り囲み、土粒子を汚染物質から遊離させる。したがって、かかる状態で洗浄水を地上に揚水すれば、汚染物質は、洗浄水に連行された形で汚染土壌から除去される。
【００４２】
以下、貯水槽５，注水井戸７，揚水井戸４と洗浄水が移動し、再び貯水槽５へと戻る循環経路をたどることになるが、かかる通水洗浄の間、貯水槽５に設けたセンサー１０で貯水槽５内のバイオサーファクタントを定量分析又は定性分析し、該貯水槽内のバイオサーファクタントの濃度を直接的又は間接的に継続的に計測する。
【００４３】
そして、通水作業中、バイオサーファクタントの濃度が十分高ければ、栄養塩の添加量を減らすか又は添加を中止するとともに曝気処理を中止する。一方、バイオサーファクタントの濃度が低くなれば、栄養塩の添加量を増やすとともに曝気処理を再開し、さらに必要に応じてバイオサーファクタント生産菌をあらたに添加する。
【００４４】
揚水された洗浄水については、貯水槽５から図示しない水処理装置へと随時移送し、該水処理装置で汚染物質を分解処理するようにすればよい。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法及び装置によれば、界面活性剤の分散作用と同様、バイオサーファクタントがその疎水基を汚染物質に結合させるようにして取り囲み、土粒子を汚染物質から遊離させる。したがって、かかる状態で洗浄水を地上に揚水すれば、汚染物質を洗浄水に連行させた形で汚染土壌から除去することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法及び装置によれば、栄養塩を添加するとともに曝気装置による曝気処理を行うようにしたので、好気性でかつ十分な栄養が供給される環境の下、バイオサーファクタント生産菌が活性化し、バイオサーファクタントの生産を確実に促進させることが可能となる。
【００４７】
本実施形態では、貯水槽５と揚水ポンプ３とを連通接続したが、これに代えて両者を非接続としてもかまわない。この場合、洗浄水の循環使用ができなくなるが、揚水ポンプ３で揚水された洗浄水については、図示しない水処理装置で別途、汚染物質の分解処理を行うようにすればよいし、貯水槽５には、適宜、水を補充するようにすればよい。
【００４８】
また、本実施形態では、バイオサーファクタントを生産する菌体の栄養塩を添加して洗浄水とするとともに曝気装置９を設けるようにしたが、かかる栄養塩の添加や空気の吹込みを行わなくても、例えば土壌中の栄養塩や空気によって菌体の活性化が可能なのであれば、栄養塩の添加や曝気装置の設置あるいは曝気工程は省略してもかまわない。
【００４９】
また、本実施形態では、洗浄水に含まれるバイオサーファクタントを定量的方法又は定性的方法で評価するようにしたが、必ずしもバイオサーファクタントを定量的あるいは定性的に把握しなければならないというものではなく、必要に応じて行えば足りる。
【００５０】
また、本実施形態では、貯水槽５内の水にバイオサーファクタント生産菌を添加して洗浄水としたが、かかる菌体を入れずとも、当初からバイオサーファクタントが十分な濃度で存在し、また、途中で濃度が低下してもバイオサーファクタントを随時補充することができるのであれば、バイオサーファクタント生産菌を添加する必要はない。
【００５１】
また、本実施形態では、バイオサーファクタント生産菌を貯水槽５に添加するようにしたが、汚染土壌２内にバイオサーファクタント生産菌が土中菌として存在するのであれば、洗浄水を循環使用している間に土中のバイオサーファクタント生産菌が洗浄水中に溶け込むので、貯水槽５に別途添加する必要はない。
【００５２】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、図２に示すように、難透水層２１中に汚染物質が分布している場合には、注水井戸７を該難透水層の下方まで貫入するように埋設するとともに、通水洗浄を行っている間、難透水層２１に振動を付与することによって粘土、シルト等からなる土粒子間の隙間を拡げ、通水を行いやすくすればよい。
【００５３】
難透水層２１に振動を与えるには、例えばバイオプスターと呼ばれる空気圧入装置を汚染土壌２に貫入し、その下端に設けられた空気吐出口を難透水層２１内に位置決めすればよい。
【実施例】
【００５４】
次に、本発明の作用効果を実証する試験を行ったので、以下にその概要と結果を説明する。
【００５５】
実証試験は上述した実施形態の手順に沿って行い、汚染物質はクレゾールとした。また、バイオサーファクタント生産菌は貯水槽に添加せず、土中菌を使った。
【００５６】
図３(a)は、汚染土壌中のクレゾールの濃度を示したものであり、３本の棒グラフのうち、左は栄養塩を添加する前、中央は添加してから２．３ヶ月後、右は４．３ヶ月後のクレゾールの濃度である。かかる結果から、栄養塩の添加によって、汚染土壌中のクレゾールの濃度が大きく低下することがわかる。
【００５７】
図３(b)は、揚水中のクレゾールの濃度を示したものであり、３本の棒グラフは、図３(a)と同様に対応させてある。かかる結果から、栄養塩の添加によって、揚水中のクレゾールの濃度が大きく増加することがわかる。
【００５８】
以上、図３(a)，(b)の結果から、洗浄水に栄養塩を添加すれば、土中菌が生産したバイオサーファクタントの遊離作用により、汚染土壌中のクレゾールを洗浄水に連行させる形で除去回収することが可能であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態に係る汚染土壌の浄化装置の概略図。
【図２】変形例に係る汚染土壌の浄化装置の概略図。
【図３】本発明に係る汚染土壌の浄化方法及び装置の実証試験の結果を示したグラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１                            汚染土壌の浄化装置
２                            汚染土壌
３                            揚水ポンプ
４                            揚水井戸
５                            貯水槽（貯水手段）
７                            注水井戸
９                            曝気装置
１０                          センサー（計測手段）
【図１】
2005238004.tif 000003
【図２】
2005238004.tif 000004
【図３】
2005238004.tif 000005