(57)【要約】【課題】栄養源の拡散、浸透によって効果の持続性を高め、微生物を増殖、活性化させて、汚染領域の土壌や地下水の汚染物質を生物分解する効率的な浄化を実現する。【解決手段】汚染物質含有土壌及び地下水の少なくとも一方に、前記汚染物質を分解する微生物を活性化させる栄養源を注入する方法であって、固体状栄養源８を加熱手段で溶融して液体状栄養源９とし、土壌及び地下水への注入した後において固体状又はゲル状の栄養源となる汚染浄化方法において、栄養源は炭素数が８以上の直鎖状飽和カルボン酸を含む前記固体状栄養源８を使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水の少なくとも一方に、有機塩素系化合物を分解する微生物を活性化させる栄養源を注入する方法であって、前記栄養源は固体状のものを加熱手段で溶融せしめ、前記有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水への注入時には液体状であって、注入後において固体状またはゲル状となることを特徴とする汚染浄化方法。
【請求項２】
有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水の少なくとも一方に、有機塩素系化合物を分解する微生物を活性化させる栄養源を注入する方法であって、前記栄養源は固体状のものを溶剤で溶解せしめ、前記有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水への注入時には液体状であって、注入後においては固体状またはゲル状となることを特徴とする汚染浄化方法。
【請求項３】
前記溶剤が炭素、水素、酸素からなる有機溶剤であることを特徴とする請求項２記載の汚染浄化方法。
【請求項４】
前記栄養源が、炭素数が８以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を含む請求項１または２記載の汚染浄化方法。
【請求項５】
前記土壌及び地下水の少なくとも一方が、原位置で浄化される請求項１または２記載の汚染浄化方法。
【請求項６】
前記栄養源の供給が、土壌に加圧注入することを特徴とする請求項１または２記載の汚染浄化方法。
【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、短期間かつ省エネルギーで、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が上げられる。
【０００３】
近年、省エネルギーと安価な費用の微生物を利用して汚染領域を浄化すること（バイオレメディエーション法）が注目を浴びている。
【０００４】
このバイオレメディエーション法においては、基質（炭素源）、窒素、リンやカリウムなどの無機栄養塩、水素供与体などを含む栄養源を、汚染領域に注入することによって、土着している微生物を増殖、活性化せしめ汚染物質の分解作用を促進させることが知られている。栄養源としては常温で液体状である化合物が提案されている。（例えば特許文献１参照）
また、他の従来例では、特定の炭素数を有する脂肪酸およびアルコールなどを含む、常温で固体状の栄養源の使用が提案されている。（例えば特許文献２参照）
【特許文献１】特開平１１−９０４８４号公報
【特許文献２】特開２００２−３７００８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液体状の栄養源は流動性に優れるため、土壌または地下水に注入しても、下方への浸透および地下水に溶け込み、汚染領域から流出してしまい、微生物を増殖、活性化せしめ汚染物質の分解作用を促進させる効果の持続性が低く、比較的短い周期で栄養源を再注入する必要性があった。
【０００６】
また、固体状の栄養源は微生物を増殖、活性化せしめ汚染物質の分解作用を促進させる効果の持続性は優れているが、汚染領域への拡散、浸透性が低いため、注入井戸を複数設けるなど、注入箇所を多く必要としていた。
【０００７】
このように、従来の栄養源の注入では、微生物を増殖、活性化せしめ、かつ、汚染物質の分解作用を促進させる効果の持続性とを両立させることが困難であり、浄化効率の向上に限界があった。
【０００８】
したがって、本発明は汚染領域のおいて、栄養源を拡散、浸透せしめ効果の持続性を高め、栄養源によって微生物を増殖、活性化させて、汚染領域の土壌や地下水の汚染物質を分解して浄化する方法であって、固体状の栄養源を溶融させて液体状にして、土壌及び地下水に注入する汚染浄化方法において、浄化効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水の少なくとも一方に、有機塩素系化合物を分解する微生物を活性化させる栄養源を注入する方法であって、前記栄養源は固体状のものを加熱手段で溶融せしめ、前記有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水への注入時には液体状であって、注入後において前記栄養源が固体状またはゲル状となる汚染浄化の方法である。
【００１０】
これにより、栄養源の注入を液体状で注入でき、有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水の少なくとも一方に栄養源の拡散性や浸透性を高めることができ、かつ栄養源が土壌及び地下水の少なくとも一方で冷却されることにより、栄養源が固体状又はゲル状となることで原位置での栄養塩の効果の持続性を高め、栄養源によって微生物を増殖、活性化させて、汚染領域の土壌や地下水の汚染物質を分解して浄化効率を向上させることができる。
【００１１】
また、他の手段は有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水の少なくとも一方に、有機塩素系化合物を分解する微生物を活性化させる栄養源を注入する方法であって、前記栄養源は固体状のものを溶剤で溶解せしめ、前記有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水への注入時には液体状であって、注入後において前記栄養源が固体状またはゲル状となる汚染浄化の方法である。
【００１２】
これにより、栄養源の注入を液体状で注入でき、有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水の少なくとも一方に栄養源の拡散性や浸透性を高めることができ、かつ栄養源が土壌及び地下水の少なくとも一方で溶剤（例えば、エタノール、メタノール等）の揮発等により、栄養源が固体状又はゲル状となることで原位置での栄養塩の効果の持続性を高め、栄養源によって微生物を増殖、活性化させて、汚染領域の土壌や地下水の汚染物質を分解して浄化効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の汚染浄化方法によれば、固体状の栄養源を加熱手段（例えば、蒸気、電気ヒーター等）により加熱することで栄養源が液体状となり、その液体状の栄養源を土壌及び地下水の少なくとも一方に加圧注入することにより、液体状の栄養源が持っている熱が奪われて原位置で固体状又はゲル状となり、土壌の粒子の間隙に網目状に拡散、浸透して固体表面積が多くすることができ、かつ土壌及び地下水が熱を吸収することにより、微生物（嫌気性微生物）の活性を促進することができ、広範囲で栄養塩の効果の持続性を高めることもできる為に結果として有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水の汚染物質を微生物が分解することで浄化効率も向上させることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、固体状の栄養源を溶剤（例えば、エタノール、メタノール等）で溶解して液体状として、その液体状の栄養源を土壌及び地下水の少なくとも一方に加圧注入することにより、溶剤が揮発又は、水分への溶解により原位置で固体状又はゲル状となり、土壌の粒子の間隙に網目状に拡散、浸透して固体表面積が多くすることができ、かつ溶剤も栄養源として利用することができるため、広範囲で栄養塩の効果の持続性を高めることとなり、結果として有機塩素系化合物含有の土壌及び地下水の汚染物質を微生物が分解することで浄化効率も向上させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、液体状にした栄養源を加圧注入することにより、地下水の流れが速い（例えば地下水の流れが１日に５ｃｍから８ｃｍ）場合、つまり地下水の流れやすい層（道）が形成されている場合においては、注入した栄養源が固体状になって地下水の形成する層の抵抗となることにより、地下水の流れの編流を抑えることができる。
【００１６】
また、液体状にした栄養源の注入範囲（深度方向）は栄養源の種類と注入温度を適宜選択することで簡易に制御できる。
【００１７】
さらに、地下水の流れる層に液体状の栄養塩を注入すると、すぐに凝固が始まるが、液体状の栄養塩とともに、加熱手段での蒸気を制御しながら注入することで、注入範囲の制御ができ、土壌及び地下水の加温ができるため、有機塩素系化合物の揮発を促進することもでき、微生物の活性化にも寄与し、浄化効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る汚染浄化方法は、特に汚染物質として有機塩素系化合物を含む土壌及び／または地下水の浄化に適している。有機塩素系化合物としては、例えば、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、塩化ビニル、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロエタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジクロロブロエチレン、ブロモジクロロメタン、クロロジブモメタン、ダイオキシンなどが挙げられる。特にテトラクロロエチレン、トリクロロエチレンおよび四塩化炭素の少なくとも１種の汚染物質を含む土壌及び／または地下水の浄化に適している。
【００１９】
本発明の汚染浄化方法においては、前述したように、微生物を増殖、活性化させるための栄養源として、固体状の栄養源を加熱手段または溶剤で液体状にして、土壌及び／または地下水に注入し、注入後の土壌及び／または地下水の領域において固体化する栄養源を用いる。
【００２０】
固体状の栄養源は、微生物（嫌気性微生物）の汚染物質分解作用を活性化する成分を含み、かつ、土壌又は地下水中において固体状態で存在し得るものである。微生物を活性化する栄養源の成分としては、例えば微生物の栄養塩（例えば、リン、窒素等）や気質成分（すなわち、エネルギー源としての有機物）となる成分、水素供与体となる成分等が挙がられる。尚、水素供与体は、微生物に対して水素を供給する物質であり、供給された水素は、例えば、汚染物質である有機塩素系化合物の塩素を置換し、有機塩素系化合物を低分子化するよう更なる生物学的分解を促進するために使用される。
【００２１】
固体状の栄養源は、炭素数が８以上の直鎖状飽和モノカルボン酸を含むものから選択され、少なくとも１種をもちいることができる。これらの物質は、微生物に対して、基質としてだけではなく、水素供与体としても機能する。
【００２２】
炭素数が８以上の直鎖状飽和モノカルボン酸は融点が十分に高いため、これを含む栄養源が、土壌や地下水において固体状態を維持し易い為である。この直鎖状飽和モノカルボン酸の炭素数の上限については、特に限定するものではないが、工業的、また天然素材で入手容易なことから、炭素数が２２以下のものが好ましい。更に固体状態から液状化することを考慮すると炭素数が８から１８であることが最も好ましい。
【００２３】
更に、二重結合などの多重結合ではない直鎖状飽和モノカルボン酸を選択することで、カルボン酸の融点を低下させることがなく、水との比重がほぼ同じの為、土壌や地下水で固体状態を維持することが容易である。直鎖状飽和モノカルボン酸、すなわち脂肪酸は、水素供与体としての効率も優れている。
【００２４】
上記直鎖状飽和モノカルボン酸としては、カプリル酸（融点１６．５℃、比重０．９１）、ペラルゴン酸（融点１５℃、比重０．９０５５２）、カプリン酸（融点３１．３℃、比重０．８９３１）、ラウリン酸（融点４４℃、比重１．００９９）、ミリスチン酸（融点５３．５℃、比重０．８５３３）、パルミチン酸（融点６２．６５℃、比重０．８４１４）、ステアリン酸（融点７１℃、比重０．８４２８）及びこれらのカルボン酸の混合物等が挙げられ、これらの中でも、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸が特に好ましい。また混合物としては、複数のカルボン酸を選択して人為的に混合したもの、牛脂脂肪酸、ヤシ油脂肪酸など天然素材から抽出した脂肪酸の混合物であってもよい。
【００２５】
なお、固体状の栄養源の使用量については、特に限定するものではなく、栄養源の種類、汚染領域の面積、汚染物質の量などに応じて適宜設定することができる。例えば、汚染領域の表層調査、浅層調査、深層調査によりサンプリングした土壌又は地下水に含有される汚染物質の種類及び量、競合物質（酸化物質）の種類及び量、地質条件（浸透性、温度）などを分析、特定し、汚染物質の種類、土壌および地下水の質量に対して含有する汚染物質の質量から濃度を割り出し、汚染物質の種類、濃度、栄養源の拡散性および塩素を水素に置換するための必要量との相関により、汚染領域の汚染物質の量に対して０．１倍から２０倍、好ましくは１倍から１２倍の固体状の栄養源を加圧注入することで、浄化効率を向上させることができる。例えば、土壌面積２００ｍ２にテトラクロロエチレン１０ｐｐｍの汚染に対する場合、約６００Ｋｇ程度の固体状の栄養源の使用が例示される。
【００２６】
また、固体状の栄養源を液体化するための加熱手段は、固体状の栄養源を直接加熱するのではなく、固体状の栄養源を容器等に供給した後、その容器を蒸気、電子ヒーターによる湯煎により、間接的に加熱することが望ましい。直接加熱の場合は、固体状の栄養源の成分の一部である水素が放出し、水素供与体の役割を低下することになる為、間接加熱を密閉容器で行い、溶融状態を維持できる保温機能を具備したものが最も望ましい。
【００２７】
また、固体状の栄養源を液体化するための溶剤は、炭素、水素、酸素からなる有機溶剤であって、エタノール、メタノール、エチルエーテルなどが挙げられるが、安価で取扱いのしやすく、土壌や地下水の環境を汚染しない物質であるエタノールが望ましい。エタノールは微生物（嫌気性微生物）の栄養源にもなり、汚染物質の分解にも寄与する。
【００２８】
固体状の栄養源と有機溶剤を投入する溶解装置には攪拌手段を具備したものが、効率良く溶解を促進でき、固体状の栄養源と有機溶剤の比重の差による分離を防止することができる。
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明に係る汚染浄化方法について図面を用いて説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施例１の土壌及び地下水の汚染浄化の概要を示す模式断面図である。本図の例において、汚染物質である有機塩素系化合物（例えば、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン等）が過去に工場１（家電製品製造工場、クリーニング工場等）で洗浄剤として使用されていたために、前記工場１の敷地周辺に汚染物質を含有する土壌及び地下水の汚染領域が広がって安定したまま留まっている。
【００３１】
汚染領域の土壌が地表面から順に、表土２、上部シルト層３、砂質土層４および下部シルト層５が累積した地層構造を有している。前記砂質土層４は、地下水を含む層、すなわち、帯水層である。
【００３２】
このような地層構造を有する土壌においては、図１に示すように汚染物質は、工場１から表土２へ浸透した後、更に下方へ向かって浸透し、上部シルト層３に達する。上部シルト層３は粘土質が多い土壌の層であり、不透水性または難透水性であるため、汚染物質はこの上部シルト層３の表層面に汚染部６として滞留する。しかしながら、前記上部シルト層３に完全には留まりことは少なく、上部シルト層３を浸透し、前記砂質土層４（帯水層）にまで達する。そして地下水の流れによって汚染拡大領域７に示すように汚染範囲が拡大される。このような汚染の実態から、汚染部６及び汚染拡大領域７を効果的に浄化することが重要である。
【００３３】
この汚染浄化方法においては、前記汚染部６、前記汚染拡大領域７において、土壌および／または地下水中に固体状栄養源８を溶かして、液体状栄養源９にして加圧注入される。
【００３４】
土壌および／または地下水中には、汚染物質を低分子化に分解し得る微生物が存在する。このような分解作用をもつ微生物としては、Ｓｓｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ属、Ｈａｎｓｅｎｕｌａ属、Ｃａｎｄｉｄａ属、Ｄｅｈａｌｏｃｏｃｃｏｉｄｅｓ属等が挙げられる。また、微生物は外部から土壌および／または地下水中に人為的に導入された微生物であってもよい。
【００３５】
栄養源の注入方法は、前記栄養源貯留槽１０に充填されている前記固体状栄養源８を、制御装置１１の信号により前記栄養源貯留槽１０と溶融槽１２を連通している管路のバルブ（Ａ）１３を開けて、前記固体状栄養源８を前記溶融槽１２に投入する。投入量は予め入力された前記制御装置１１により決定され、制御装置１１からの信号により前記バルブ（Ａ）１３の開閉がなされる。
【００３６】
溶融槽１２に投入された前記固体状栄養源８は、蒸気発生装置１４からの蒸気により加熱される。蒸気の供給量は、前記固体状栄養源８の投入量及び融点との相関があり、前記制御装置１１からの信号を受け、流量制御バルブ１５の開度調整により決定される。この加熱は固体状栄養源８を溶融して前記液体状栄養源９にするものであり、蒸気が供給できない場合は電気ヒーターを使用してもよい。
【００３７】
前記溶融槽１２は、保温手段を講じた容器や槽等の保温装置１６に格納されていると、安定した前記液体状栄養源９を安定して土壌および／または地下水中に加圧注入できるとともに、加熱のためのエネルギーの適正管理ができる。前記保温装置１６は言うまでもないが、断熱材（図示しない。）や、保温用ヒーター１７を備えている。
【００３８】
また、前記溶融槽１２の底部には、温度計測装置１８を備えており、この温度計測装置１８の測定温度により前記制御装置１１に予め入力されている前記固体状栄養源８の融点以上の設定温度になった場合に、供給バルブ１９が開き、供給ポンプ２１によって、前記液体状栄養源９を土壌および／または地下水中に注入孔２０をあけて加圧注入する。例えば、前記固体状栄養源８が炭素数１８のステアリン酸を主成分とする栄養源の場合は、前記温度計測装置１８の温度が９０℃から９５℃に達するまで加熱したのち、前記供給バルブ１９を開き、前記供給ポンプ２１によって土壌および／または地下水中に加圧注入することで土壌および／または地下水中に浸透しやすくなり、均一的に広範囲に土粒の隙間に浸透させることができる。
【００３９】
土壌および地下水の温度が５℃から２０℃のため、加圧注入された前記液体状栄養源９は、注入された後、熱を奪われて固形状又はゲル状になることにより、広範囲での持続性の高い汚染物質の浄化が実現できる。
【００４０】
また、浄化の状況については、汚染領域の地下水の下流側に観測井戸２２を設け、揚水ポンプ２３で揚水して分析することで汚染の浄化状況が判断できる。
【実施例２】
【００４１】
図２は、本発明の実施例２の土壌及び地下水の汚染浄化の概要を示す模式断面図である。
【００４２】
図２（実施例２）において、前述の図１（実施例１）との相違は固体状栄養源８を溶かして液体状栄養源９にする方法が異なるものである。したがって、重複する部分の説明は省略するものとし、異なる部分については以下に説明する。
【００４３】
栄養源の注入方法は、栄養源貯留槽１０に充填されている固体状栄養源８を、制御装置１１の信号により前記栄養源貯留槽１０と溶解攪拌槽２４を連通している管路のバルブ（Ａ）１３を開けて、前記固体状栄養源８を前記溶解攪拌槽２４に投入する。
【００４４】
その後、溶剤貯留槽（タンク）２５より溶剤供給ポンプ２６を介して、有機溶剤２７であるエタノールを前記溶解攪拌槽２４に投入する。前記固体状栄養源８及び前記有機溶剤２７の投入量は予め入力された前記制御装置１１により決定され、制御装置１１からの信号により前記バルブ（Ａ）１３及び流量制御のできるバルブ（Ｂ）２８の開閉がなされる。
【００４５】
前記固体状栄養源８と前記有機溶剤２７の投入する重量比率は前記固体状栄養源８が４０％に対して前記有機溶剤２７は６０％が好ましく、最も好ましいのは前記固体状栄養源８が３５％に対して前記有機溶剤２７は６５％である。前記有機溶剤２７が６０％を超える場合は、溶解は容易にできるが、土壌および／または地下水中での固体状又はゲル化が難しい。
【００４６】
溶解攪拌槽２４に投入された前記固体状栄養源８及び前記有機溶剤２７の投入量の相関は、前記有機溶剤２７の分解能と温度との相関があり、調整はより前記バルブ（Ａ）１３及びバルブ（Ｂ）２８を交互に開閉して微調整はバルブ（Ｂ）２８により前記有機溶剤２７を流量制御する。前記溶解攪拌槽２４で攪拌混合して、固体状栄養源８を溶解して前記液体状栄養源９にするものである。また、溶解促進の為に加温装置を設けても良い。
【００４７】
前記溶解攪拌槽２４は、保温手段を講じた容器や槽等の保温装置１６に格納されていると、安定した前記液体状栄養源９を安定して土壌および／または地下水中に加圧注入できるとともに、加温のためのエネルギーの適正管理ができる。前記保温装置１６は言うまでもないが、断熱材（図示しない。）や、保温用ヒーター１７を備えている。
【００４８】
また、前記溶解攪拌槽２４には、導電率計２９を備えており、この導電率計２９の導電率により前記制御装置１１に予め入力されている前記液体状栄養源９の濃度が設定濃度になった場合に、供給バルブ１９が開き、供給ポンプ２１によって、前記液体状栄養源９を土壌および／または地下水中に注入孔２０をあけて加圧注入する。
【００４９】
例えば、前記固体状栄養源８が炭素数１８のステアリン酸を主成分とする栄養源の場合は、前記導電率計２９の導電率が飽和点近くの任意の値に達するまで攪拌、混合したのち、前記供給バルブ１９を開き、前記供給ポンプ２１によって土壌および／または地下水中に加圧注入することで土壌および／または地下水中に浸透しやすくなり、均一的に広範囲に土粒の隙間に浸透させることができる。土壌および地下水の温度が５℃から２０℃のため、加圧注入された前記液体状栄養源９は、注入された後、熱を奪われて固形状又はゲル状になることにより、広範囲での持続性の高い汚染物質の浄化が実現できる。
【００５０】
また、浄化の状況については、汚染領域の地下水の下流側に観測井戸２２を設け、揚水ポンプ２３で揚水して分析することで汚染の浄化状況が判断できる。
【００５１】
さらに、現場の汚染状況に対応させて、夫々の実施例を適宜組み合わせたりして，多様化して展開することは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の汚染浄化方法は、例えば、電子部品工場、金属製品工場、ドライクリーニング場およびゴミ焼却場等の、汚染物質となり得る物質を使用又は排出する場所周辺において、前記汚染物質によって汚染された土壌および／または地下水を浄化する方法としてきわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１の土壌及び地下水の汚染浄化の概要を示す模式断面図
【図２】本発明の実施例２の土壌及び地下水の汚染浄化の概要を示す模式断面図
【符号の説明】
【００５４】
１    工場
２    表土
３    上部シルト層
４    砂質土層
５    下部シルト層
６    汚染部
７    汚染拡大領域
８    固体状栄養源
９    液体状栄養源
１０    栄養源貯留槽
１１    制御装置
１２    溶融槽
１３    バルブ（Ａ）
１４    蒸気発生装置
１５    流量制御バルブ
１６    保温装置
１７    保温用ヒーター
１８    温度計測装置
１９    供給バルブ
２０    注入孔
２１    供給ポンプ
２２    観測井戸
２３    揚水ポンプ
２４    溶解攪拌槽
２５    溶剤貯留槽（タンク）
２６    溶剤供給ポンプ
２７    有機溶剤
２８    バルブＢ
２９    導電率計
【図１】
2005305321.tif 000003
【図２】
2005305321.tif 000004