(57)【要約】【課題】注入により汚染土壌における地下水の流れを閉塞させることを防止するとともに、汚染土壌の浄化を効率よく行なうことができる土壌浄化方法を提供する。【解決手段】土壌浄化装置１０において、地表２から地下水の上流側に当たる汚染土壌８に対して垂直に掘削されることにより注入用井戸１２が形成される。また、硝酸塩溶液槽１４は汚染土壌８上方の地表２に設置され、密閉及び脱気した状態で付属する攪拌機１６で攪拌することにより、溶存酸素を含有しない所定の濃度の硝酸塩溶液が貯留される。注入管１８は、注入用井戸１２と硝酸塩溶液槽１４と連結し、付属する注入ポンプ２０を駆動させることにより、注入用井戸１２を介して汚染土壌８に対して硝酸塩溶液が注入される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水を含有する帯水層の一部が油で汚染された汚染土壌に対して、該汚染土壌を流れる地下水の上流側から栄養塩を注入することにより、前記汚染土壌中の微生物を活性化させて浄化を行なう土壌浄化方法において、
前記栄養塩として、溶存酸素を含まない硝酸塩溶液を使用することにより、前記汚染土壌中に存在する通性嫌気性従属栄養細菌を活性化させて、前記汚染土壌中の油を分解させることを特徴とする土壌浄化方法。
【請求項２】
前記硝酸塩溶液は、窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１に記載の土壌浄化方法。
【請求項３】
前記汚染土壌を流れる地下水の硝酸濃度を測定し、測定した測定値を基にして、前記硝酸塩溶液の注入量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土壌浄化方法に係り、特に油で汚染された汚染土壌中に栄養塩を注入して、汚染土壌中に存在する微生物を活性化させて浄化を行なう土壌浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油で汚染された汚染土壌を浄化する方法として、土壌中に存在する微生物を利用して汚染土壌の浄化を行なう生物浄化方法がある。すなわち、地表から汚染土壌まで掘削して、空気や低濃度の過酸化水素水、酸素発生源などの酸素源を汚染土壌に直接注入することにより、汚染土壌中に存在する好気性従属栄養細菌を活性化させて、汚染土壌中に含有される油を分解して汚染土壌を浄化させる。この生物浄化方法は、浄化の処理によって環境汚染が発生することを防止できるとともに、浄化に要する手間やコストを低減することができるので、汚染土壌の浄化方法として多く採用される。
【０００３】
また、特許文献１及び２では、窒素及びリン化合物などの栄養塩や、親油性及び親水性の栄養素などを上述した酸素源とともに汚染土壌に注入する土壌浄化方法が開示されている。これにより、汚染土壌中の好気性従属栄養細菌に対して活性化に必要な栄養素を補充できるので、好気性従属栄養細菌の活性化を促進して、汚染土壌の浄化を短縮化することができる。
【特許文献１】特開平１１−１０４６１２号公報
【特許文献２】特表平９−５０１８４１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、従来の生物浄化方法や特許文献１及び２の土壌浄化方法では、汚染土壌の好気性従属栄養細菌の活性化のために酸素源を注入することが必要不可欠である。そのため、汚染土壌中を流れる地下水の溶存酸素量が増加して、地下水中に含有される２価の鉄イオンが酸化して、水酸化鉄となって地下水中に析出されてしまう。析出された水酸化鉄は、汚染土壌を構成する粒子の隙間を塞いで、汚染土壌における地下水の流れを閉塞させる。このため、土壌浄化を行なう際には、時間とともに汚染土壌の地下水の流れが閉塞して、汚染土壌に対する注入量を低下させてしまうため、汚染土壌の浄化に多くの時間を要するという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、注入により汚染土壌における地下水の流れを閉塞させることを防止するとともに、汚染土壌の浄化を効率よく行なうことができる土壌浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、地下水を含有する帯水層の一部が油で汚染された汚染土壌に対して、該汚染土壌を流れる地下水の上流側から栄養塩を注入することにより、前記汚染土壌中の微生物を活性化させて浄化を行なう土壌浄化方法において、前記栄養塩として、溶存酸素を含まない硝酸塩溶液を使用することにより、前記汚染土壌中に存在する通性嫌気性従属栄養細菌を活性化させ、前記汚染土壌中の油を分解させることを特徴とする。
【０００７】
ここで述べる帯水層とは、岩石の割れ目や土壌中の孔隙が地下水により飽和された層であり、帯水層では飽和された地下水の微速な流れが生じている。また、汚染土壌とは、土壌そのものの他に、土壌中に存在する地下水も含むものとする。
【０００８】
本発明によれば、油で汚染された汚染土壌に対して硝酸塩溶液を注入することにより、汚染土壌中に存在する通性嫌気性従属栄養細菌を注入された硝酸塩により活性化させて、汚染土壌を汚染する油を栄養源として効率よく分解させることができる。このとき、注入された硝酸塩は、通性嫌気性従属栄養細菌による油の分解に使用されて消費されるため、汚染土壌や地下水に残存して汚染することを防止できる。これにより、環境を汚染することなく汚染土壌を効率よく浄化することができるとともに、浄化に要する時間を短縮することができる。
【０００９】
本発明において注目すべき点は、通性嫌気性従属栄養細菌を利用して汚染土壌に対して生物浄化を行なう点にある。通性嫌気性従属栄養細菌は、嫌気性条件下においても活性化を有する細菌であるため、酸素源の注入を行なわなくても活性化させることできる。これにより、酸素源の注入によって地下水中の鉄イオンが酸化及び析出して地下水の流れを閉塞させることを防止することができる。また、注入される硝酸塩溶液は溶存酸素を含まないように調整されているため、硝酸塩溶液の注入によって地下水の流れを閉塞させることを防止することができる。したがって、硝酸液溶液の注入を効率よく行なうことができるので、汚染土壌中の通性嫌気性従属栄養細菌を優勢菌として活性化を促進させて、汚染土壌の浄化に要する時間を短縮することができる。
【００１０】
なお、硝酸塩溶液は、窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。これにより、硝酸塩溶液の注入によって地下水の窒素濃度が水道水の基準値を満たすことができるので、地下水を飲料として利用可能な状態にできるとともに、汚染土壌を効率よく浄化することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の汚染土壌を流れる地下水の硝酸濃度を測定し、測定した測定値を基にして、前記硝酸塩溶液の注入量を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項３によれば、汚染土壌の地下水における硝酸濃度を測定することにより、注入された硝酸塩溶液が汚染土壌中の通性嫌気性従属栄養細菌によって消費されずに汚染土壌及び地下水中に残存した硝酸量を正確に把握することができる。したがって、こうして測定した硝酸濃度の測定値に基づいて、硝酸塩溶液の注入量を制御することにより、過剰な硝酸塩溶液の注入によって汚染土壌及び地下水が汚染されることを防止できる。その上、適量の硝酸塩溶液によって効率よく汚染土壌を効果的に浄化することができるので、硝酸塩溶液の注入に要するコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明に係る土壌浄化方法によれば、汚染土壌に対して硝酸塩溶液を注入することにより、汚染土壌中に存在する通性嫌気性従属栄養細菌を活性化させて汚染土壌中の油を分解することができる。これにより、汚染土壌中に酸素源を注入する必要がなくなるため、酸素源の注入によって地下水の流れが閉塞して注入効率が低下することを防止できるので、効率のよい汚染土壌の浄化を行なうことができるとともに、汚染土壌の浄化に要する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下添付図面に従って本発明に係る土壌浄化方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１５】
図１は、本発明の土壌浄化方法を好適に用いた第１の実施の形態である土壌浄化装置１０の構成図である。なお、黒色矢印は硝酸塩溶液の流れる方向を示しており、白色矢印は地下水の流れる方向を示している。
【００１６】
図１に示すように、地表２を形成する浸水層４の下方には、地下水を含んだ帯水層６が形成されており、帯水層６の一部には油で汚染された汚染土壌８が存在する。
【００１７】
土壌浄化装置１０は汚染土壌８の上方近傍に設置され、主に注入用井戸１２と、硝酸塩溶液槽１４と、注入管１８とから構成される。
【００１８】
注入用井戸１２は、地下水の流れに対して上流側に設けられ、地表２から汚染土壌８に垂直方向に掘削されて形成される。注入用井戸１２の形状や本数、大きさは、汚染土壌８に効率よく注入可能であることが好ましい。
【００１９】
硝酸塩溶液槽１４は汚染土壌８上方の地表２に設置され、密閉した状態で硝酸塩溶液を貯留する。硝酸塩溶液としては、例えば揚水した地下水などに硝酸ナトリウムを所定の濃度になるように添加して生成された溶液が使用され、付属する攪拌機１６で濃度が一定になるように攪拌される。なお、硝酸塩溶液は、窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。このとき、硝酸塩溶液槽１４では、空気中の酸素が硝酸塩溶液中に溶解させないように、脱気した状態で貯留及び攪拌が行なわれる。
【００２０】
注入管１８は、注入用井戸１２と硝酸塩溶液槽１４と連結し、付属する注入ポンプ２０を駆動することによりにより、注入用井戸１２を介して汚染土壌８に硝酸塩溶液が注入される。
【００２１】
次に、上記の如く構成された土壌浄化装置１０を用いて、本発明の土壌浄化方法の作用について説明する。
【００２２】
油で汚染された汚染土壌に対して浄化を行なう際に、汚染土壌中の微生物を活性化させて油を分解することにより浄化する生物浄化方法は、環境への影響も少ない浄化を行なうことができることから多く採用されている。
【００２３】
従来の生物浄化方法において、活性化させる微生物としては、土壌中に多く存在し、活性化が容易である好気性従属栄養細菌が利用される。好気性従属栄養細菌は好気的条件下のみで活性化されるため、酸素源の注入が不可欠である。また、好気性従属栄養細菌は、窒素、リンなどの無機物を添加することにより、活性化を促進することができる。したがって、従来の油で汚染された汚染土壌の生物浄化法では、酸素源と同時に栄養塩や栄養素を汚染土壌に注入して、汚染土壌に存在する好気性従属栄養細菌を意図的に活性化させることにより、有機物である汚染土壌中の油を積極的に分解させて、汚染土壌の浄化を行なっていた。
【００２４】
しかしながら、汚染土壌に酸素源を注入すると、地下水中に含まれる２価の鉄イオンが酸化されて水酸化鉄となって析出し、析出した水酸化鉄によって帯水層に目詰まりが発生してしまう。このため、汚染土壌への注入量が低下するため、汚染土壌の浄化速度が低下してしまう。
【００２５】
そこで、本願発明者は土壌中に存在する微生物のうち通性嫌気性従属栄養細菌に着目し、本発明では汚染土壌に硝酸塩溶液を注入することにより通性嫌気性従属栄養細菌、特に脱窒菌を優勢菌として活性化させるようにした。
【００２６】
通性嫌気性従属栄養細菌は、好気的及び嫌気的条件下の両方で活性化できるとともに、好気性従属栄養細菌とほぼ同等の分解能を有しているという特徴がある。したがって、汚染土壌に対して酸素源の注入を行なわなくても、通性嫌気性従属栄養細菌を活性化させて汚染土壌中の油を分解することができる。したがって、地下水中の２価の鉄イオンを酸化させて水酸化鉄を析出させなくなるため、汚染土壌中の地下水の流れが閉塞することを防止できる。これにより、汚染土壌に対して安定して硝酸塩溶液を注入することができるので、汚染土壌を効率よく浄化できるとともに、浄化に要する時間を短縮することができる。
【００２７】
なお、土壌中には嫌気性従属栄養細菌も存在するが、好気性従属栄養細菌や通性嫌気性従属栄養細菌よりも活性化させ難い上、効率よく油を分解できないため、汚染土壌の浄化に利用することは難しい。
【００２８】
また、注入される硝酸塩溶液は、窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下になるように設定されている。このため、汚染土壌８に対して硝酸塩溶液の注入を行なっても、地下水を水道水の窒素濃度の基準値を満たすことができる。これにより、地下水を飲料として利用可能な状態にできるので、土壌浄化による環境汚染を抑制することができる。
【００２９】
図２は、本発明の土壌浄化方法を好適に用いた第２の実施の形態である土壌浄化装置５０の構成図であり、汚染土壌８の硝酸濃度を測定する一例である。なお、第１の実施の形態である土壌浄化装置１０と同様の装置及び部材には同符号を付すとともに、その説明は省略する。
【００３０】
土壌浄化装置５０は、図１で示した土壌浄化装置１０とほぼ同様であるが、汚染土壌８の下流側に測定用井戸２２が設けられている。
【００３１】
測定用井戸２２は、注入用井戸１２よりも地下水の流れの下流側に設けられ、地表２から汚染土壌８まで垂直に掘削されることにより形成される。また、測定用井戸２２の下端には、地下水の硝酸イオン濃度を測定する硝酸イオンセンサ２４が湧出した地下水に浸漬した状態で設置される。硝酸イオンセンサ２４は地表２に設けられた制御部２６と接続し、測定した硝酸濃度を送信する。制御部２６は注入ポンプ２０と接続し、送信された測定値があらかじめ設定された設定値を超えないように注入ポンプ２０の駆動を制御する。
【００３２】
したがって、土壌浄化装置５０では、汚染土壌８に対して常に適切な量の硝酸塩溶液が注入されるため、硝酸塩溶液の過剰な注入によって土壌や地下水が汚染されることを防止できるとともに、汚染土壌８を効率よく浄化することができる。
【００３３】
なお、上述した土壌浄化装置１０，５０において、使用される各部材及び装置の個数、形状、材質などは特に限定されるものではない。硝酸塩溶液槽１４で硝酸塩溶液を生成する際、使用する水は地下水を揚水して行なってもよいし、別の水源から供給してもよい。
【００３４】
また、汚染土壌８の下流側から地下水を揚水して、揚水した地下水を硝酸塩溶液の生成に利用すれば、汚染土壌８の浄化に要する時間を大幅に短縮化できるとともに、浄化に要するコストを低減することができる。
【実施例】
【００３５】
実施例１として、本発明の土壌浄化方法における汚染土壌の浄化能力についての調査を行なった。
【００３６】
潤滑油２５ｇを２．５ｋｇの土壌に浸透させたものを汚染土壌として使用した。このように作成された汚染土壌２．５ｋｇを５Ｌ容量のポリびんに堆積させて、この汚染土壌に対してｐＨ７に調整した１９０ｍｇ／Ｌ（硝酸性窒素濃度で３１ｍｇ／Ｌ）の硝酸ナトリウム溶液を２Ｌ添加して汚染土壌の浄化試験を行なった。なお、浄化試験は、ポリびんを静置することによって嫌気性条件下が形成された。そして、２０及び３２日後の汚染土壌の一部を採取して、採取した汚染土壌中のヘキサン抽出物質濃度を測定した。
【００３７】
その結果を図３に示す。図３は、実施例１の浄化試験における浄化日数に対する汚染土壌中のヘキサン抽出物質含有量を示したグラフである。
【００３８】
図３で示したように、浄化日数が２０日経過しても、汚染土壌中のヘキサン抽出物質濃度は試験開始時と同じ６８００ｍｇ／ｋｇ−ｄｒｙであり、油汚染度に変化が生じなかった。一方、３２日後には４０００ｍｇ／ｋｇ−ｄｒｙまで低下して、汚染土壌中の油を４１％まで分解することができた。なお、３２日後の汚染土壌中の硝酸性窒素濃度を測定したところ、０．０６ｍｇ／Ｌまで低下していた。
【００３９】
したがって、本発明の土壌浄化方法を採用することにより、汚染土壌に酸素源を全く注入せずに硝酸塩溶液を注入するだけで、汚染土壌中の油を分解して汚染土壌を浄化できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の土壌浄化方法を好適に用いた第１の実施の形態である浄化装置の構成図
【図２】本発明の土壌浄化方法を好適に用いた第２の実施の形態である浄化装置の構成図
【図３】実施例１の浄化試験における浄化日数に対する汚染土壌中のヘキサン抽出物質含有量を示したグラフ
【符号の説明】
【００４１】
２…地表、４…浸水層、６…帯水層、８…汚染土壌、１０，５０…土壌浄化装置、１２…注入用井戸、１４…硝酸塩溶液槽、１６…攪拌機、１８…注入管、２０…注入ポンプ、２２…測定用井戸、２４…硝酸イオンセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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