(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
井戸ケーシング内に内筒が配置された栄養源供給井戸を形成すること、
前記内筒の底面に電気ヒータを使用した加熱手段を配置し、ついで固体状の栄養源を充填すること、及び、
前記加熱手段により前記内筒内の水温を維持するように連続または断続して加熱することを含み、
前記内筒は、前記井戸の底面及び前記井戸ケーシングの側面と離隔空間をもって配置されており、側面及び底面に地下水が流出入可能な複数の透水口を有する、汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法。
【請求項２】
前記栄養源供給井戸は、少なくとも透水層下部まで達している、請求項１記載の汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法。
【請求項３】
前記栄養源は、炭素数が１０以上の脂肪酸を含む、請求項１又は２に記載の汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法。
【請求項４】
汚染物質は、揮発性有機化合物を含む、請求項１から３のいずれかに記載の汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法。
【請求項５】
井戸ケーシング内に内筒が配置された栄養源供給井戸を形成すること、
前記内筒の底面に電気ヒータを使用した加熱手段を配置し、ついで固体状の栄養源を充填すること、及び、
前記加熱手段により前記内筒内の水温を維持するように連続または断続して加熱することを含み、
前記栄養源供給井戸は、少なくとも透水層下部まで達し、
前記栄養源は、炭素数が１０以上の脂肪酸を含み、
汚染物質は、揮発性有機化合物を含み、
前記内筒は、前記井戸の底面及び前記井戸ケーシングの側面と離隔空間をもって配置されており、側面及び底面に地下水が流出入可能な複数の透水口を有する、汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工業廃水などに含まれる、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、テトラクロロエタンなどの有機塩素化合物などによる環境汚染が大きな問題となっている。これらの汚染物質の多くは、土壌中に浸透し、分解されることなく地下水に混入し、この地下水を通じて汚染領域を拡大させる。このような環境汚染の拡大を防止するとともに、既に汚染された環境を浄化し、修復する技術の確立が強く望まれている。
【０００３】
汚染土壌及び地下水の浄化方法として、近年、微生物による生物学的な処理を用いた方法（バイオレメディエーション法）が提案されている。バイオレメディエーション方法は、汚染領域に生息する微生物や外部から汚染領域に導入された微生物によって、汚染物質を無害な物質にまで分解する方法である。この方法において、例えば、原位置で曝気することにより汚染土壌中に存在する真菌類を活性化すること（特許文献１）や、汚染領域内に形成された井戸内に加熱手段を配置し加熱することにより微生物による汚染物質の分解を促進させること（特許文献２）等が提案されている。その他には、基質（炭素源）、窒素やリンなどの無機栄養塩及び水素供与体などを含む活性剤を汚染領域に導入し、微生物による汚染物質の分解作用を向上させることが提案されている。
【０００４】
活性化剤の導入は、通常、ボーリング等により採掘された孔にそのまま固体状の栄養源を配置する方法、孔に挿入した注入管を通じて液状の栄養源を注入する方法等により行われている（特許文献１及び２参照）。その他には、図３に示すように、孔の壁面に井戸管１０１を形成しその内部に固体状の栄養源１４を配置すること等により行なわれている。しかしながら、バイオレメディエーションは浄化に長い期間を要するという問題があり、浄化効率の向上が求められている。
【特許文献１】特開２００５−２７９４１５号公報
【特許文献２】特開２００７−１０５５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は汚染土壌及び／又は地下水の浄化効率を向上可能な浄化方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の汚染土壌及び／又は地下水を浄化する方法（以下、「本発明の浄化方法」ともいう）は、井戸ケーシング内に内筒が配置された栄養源供給井戸を形成すること、前記内筒の底面に電気ヒータを使用した加熱手段を配置し、ついで固体状の栄養源を充填すること、及び、前記加熱手段により前記内筒内の水温を維持するように連続または断続して加熱することを含み、前記内筒は、前記井戸の底面及び前記井戸ケーシングの側面と離隔空間をもって配置されており、側面及び底面に地下水が流出入可能な複数の透水口を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の浄化方法によれば、汚染土壌及び地下水の浄化効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、井戸ケーシング内に内筒が配置された二重構造の栄養源供給井戸を設け、その内筒を通じて加熱及び栄養源の供給を行えば、汚染物質の浄化効率を向上できるという知見に基づく。本発明の浄化方法において、汚染物質の浄化が促進されるメカニズムの詳細は明らかではないが、内筒の側面及び底面から流入する地下水の水流力により固体状の栄養源の破砕・溶解が促進され、井戸の底面に直接配置するよりも短時間で栄養源を拡散できるためであると推測される。また、内筒内に配置した加熱手段により加熱することにより、地下水の循環（対流）を促進できるため、水流力による栄養源の破砕・溶解が促進されるためであると推測される。さらに、加熱手段による加熱により微生物の活性を向上できるためであると推測される。但し、これらの推測は、本発明を限定するものではない。
【０００９】
すなわち、本発明の浄化方法は、井戸ケーシング内に内筒が配置された栄養源供給井戸を形成すること、内筒の底面に電気ヒータを使用した加熱手段を配置し、ついで固体状の栄養源を充填すること、及び、加熱手段により内筒内の水温を維持するように連続または断続して加熱することを含み、内筒は、井戸の底面及び井戸ケーシングの側面と離隔空間をもって配置されており、側面及び底面に地下水が流出入可能な複数の透水口を有する。本発明の浄化方法によれば、固体状の栄養源の短時間での拡散が可能になるため速やかに微生物を活性化することができ、汚染物質の浄化速度を向上できる。
【００１０】
［栄養源供給井戸］
本発明において「栄養源供給井戸」とは、汚染土壌及び／又は地下水に固体状の栄養源を供給するため井戸であって、井戸ケーシング内に内筒が配置された井戸のことをいう。
【００１１】
［内筒］
本発明において「内筒」とは、側面及び底面に複数の透水口（孔）を有し、側面及び底面から地下水が流出入可能であり、かつ内部に加熱手段及び固体状の栄養源を配置可能なものをいう。内筒は、透水口を通じて流入した地下水によって内筒内の栄養源を溶解し、溶解した栄養源が透水口を通じて内筒の外部に拡散可能なものが好ましい。透水口は、内筒全体に形成されていても良いし、地下水に接触する側面及び底面にのみ形成されていても良い。透水口の大きさは、例えば、配置する固体状の栄養源の大きさに応じて適宜決定できる。透水口の形状としては、例えば、丸、角、六角、縦長丸、縦長角、横長丸及び横長角等が挙げられ、中でも、横長丸及び横長角が好ましい。内筒は、例えば、複数の孔を有する樹脂又は鋼材等により形成できる。
【００１２】
内筒は、栄養源供給井戸の底面及び井戸内の井戸ケーシングの側面と離隔空間をもって配置される。本発明において「離隔空間をもって配置される」とは、ある一定の距離を保って離れた状態で配置されることをいう。したがって、前記井戸において、内筒の底面と井戸の底面との間、内筒の側面と井戸ケーシングの側面との間にそれぞれ空間が形成される。内筒の底面と井戸底面との距離は、地下水の対流（循環）を促進させる点から、３０〜５０ｍｍであることが好ましい。また、内筒の外周面と井戸ケーシングの内周面との距離は、地下水の対流（循環）を促進させる点から、２０〜４０ｍｍであることが好ましい。内筒は、栄養源を均一に拡散させる点から、井戸ケーシングと略同心で配置されていることが好ましい。
【００１３】
井戸ケーシングは、通常の揚水井戸及び栄養源供給井戸等に使用される公知の井戸ケーシングが使用できる。井戸ケーシングは、井戸内への地下水の流出入可能であれば良く、例えば、透水性の材質、複数の孔を有する樹脂又は鋼材等により形成されたスクリーンを備える。井戸内への土壌の流入を抑制する点から、少なくとも透水層内に配置される部分にスクリーンが形成された井戸ケーシングが好ましい。
【００１４】
［栄養源］
栄養源は固体状のものであれば良く、地下水に溶解しにくい固体状の栄養源が好ましい。固体状の栄養源としては、地下水への徐放性に優れ、微生物の棲家となりやすいことから、炭素数が１０以上の脂肪酸が好ましい。なかでも、融点が高く、地下水において固体状態を維持しやすいことから、主成分として炭素数が１０以上の飽和脂肪酸を含むものが好ましく、より好ましくは炭素数が１２〜１８の高級脂肪酸、さらに好ましくは炭素数が１４〜１８の高級脂肪酸を含むものである。上記脂肪酸としては、例えば、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸及びリグノセリン酸等が挙げられ、これらの中でも、入手が容易であり、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸が好ましい。また、固体状の栄養源は、さらに、例えば、炭酸カルシウム、リン酸二水素カリウム、ポリソルベート等の界面活性剤、硫酸アンモニウム、窒素系栄養塩及びリン系栄養塩等等のその他の成分を含んでも良い。栄養源は、公知の固体状の栄養源を使用しても良い。
【００１５】
固体状の栄養源の形状としては、例えば、ペレット状、塊状及び顆粒状等が挙げられる。固体状の栄養源の平均粒径は、例えば、０．１〜１０ｍｍであり、好ましくは１〜５ｍｍである。
【００１６】
固体状の栄養源は、市販品を使用しても良い。市販品としては、徐放性が優れ、高い水素供与能力を有することから、高級脂肪酸（一般式ＣnＨ2nＯ2（ｎは平均炭素数））を主成分とするアムテクリーンＰ（商品名、松下電器産業株式会社製）の固形品が好ましい。中でも、アムテクリーンＰ−ＳＬ１８（高級脂肪酸の平均炭素数：１７．１、融点：６０℃、直径１ｍｍの顆粒）、アムテクリーンＰ-ＳＬ１８−６６１（主成分：ステアリン酸、高級脂肪酸の平均炭素数：１５．３、融点：５８℃、直径５ｍｍのペレット）、アムテクリーンＰ−ＳＬ１６（高級脂肪酸の平均炭素数：１１６．７、融点：５４℃、直径１ｍｍの顆粒）、アムテクリーンＰ−ＳＬ１４（高級脂肪酸の平均炭素数：１３．９、融点：５３℃、直径１ｍｍの顆粒）がより好ましい。
【００１７】
［加熱手段］
加熱手段としては、例えば、シーズヒータ等の水中で使用できる電気ヒータ等を使用できる。本発明の浄化方法によれば、加熱手段は井戸の底面及び側面と離隔状態を保って配置されているため、例えば、井戸底面の土壌に熱を奪われることなく効率よく栄養源及び地下水を加熱することができる。加熱手段の熱量は、内筒の直径及び地下水の水流等によって適宜決定することができ、例えば、内筒の直径が８０ｍｍである場合、３０〜１００Ｗとすることができる。
【００１８】
［汚染土壌及び／又は地下水］
本発明において「汚染土壌及び／又は地下水」とは、汚染物質を含む土壌及び地下水のことをいう。汚染物質としては、例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、重金属、油分、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等が挙げられる。揮発性有機化合物としては、例えば、有機塩素化合物、ベンゼン、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン等が挙げられる。中でも、本発明の浄化方法は、揮発性有機化合物、より好適には有機塩素化合物を含む汚染土壌及び／又は地下水の浄化に適している。有機塩素化合物としては、例えば、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、１，３−ジクロロプロペン、ジクロロメタン、テトラクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン等が挙げられる。中でも、本発明の浄化方法は、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、１，１−ジクロロエチレン及び塩化ビニル等で汚染された土壌及び／又は地下水の浄化に特に適している。
【００１９】
［浄化方法］
本発明の浄化方法では、まず、栄養源供給井戸を形成する。栄養源供給井戸は、例えば、ボーリング等により採掘した孔の壁面に井戸ケーシングを形成し、その内部に内筒を配置することによって形成できる。栄養源供給井戸は、栄養源の拡散を向上でき、微生物を効率的に活性化できる点から、少なくとも透水層下部まで達していることが好ましく、その透水層の下に位置する不透水層まで達していることがより好ましい。なお、本発明において「透水層」とは、地下水が存在する層をいい、帯水層、飽和層、宙水層を含む。
【００２０】
栄養源供給井戸の直径は、汚染領域の大きさ、汚染物質の濃度及び種類等により適宜決定でき、例えば、１００〜３００ｍｍが好ましい。内筒の直径は、栄養源供給井戸の直径、汚染領域の大きさ、汚染物質の濃度及び種類等により適宜決定でき、例えば、６０〜２００ｍｍが好ましい。井戸の直径が１５０〜２００ｍｍである場合、内筒の直径を９０〜１００ｍｍ、内筒の側面と井戸（井戸ケーシング）の側面との距離を３０〜５０ｍｍ、内筒の底面と井戸の底面との距離を３０〜５０ｍｍとすることが好ましい。
【００２１】
栄養源供給井戸は、浄化の効率化の点から、汚染領域内及び／又は汚染領域周辺に形成することが好ましい。また、１つの汚染領域における栄養源供給井戸の数は、１つであっても良く、複数個であっても良く、例えば、汚染領域の大きさ、汚染物質の濃度等に応じて適宜決定できる。
【００２２】
つぎに、内筒に加熱手段及び固体状の栄養源を配置する。加熱手段及び固体状の栄養源を配置する順序は特に制限されないが、加熱効率の点から、まず内筒の底面に加熱手段を配置し、ついで固体状の栄養源を充填することが好ましい。固体状の栄養源の充填量は特に制限されないが、栄養源を追加充填する頻度を低減できるため、内筒全体、すなわち内筒の上端部まで充填することが好ましい。
【００２３】
そして、内筒内の加熱手段による加熱を行う。加熱により、栄養源の拡散を向上し、また、土壌に存在する嫌気微生物等の微生物の活性を向上できる。加熱手段による加熱は、例えば、内筒内の水温が３０℃以上となる程度まで加熱することが好ましく、微生物の活性化及びコストの点から、４０〜５０℃がより好ましい。加熱は連続的に行っても良いし、断続的に行っても良いが、浄化効率の点から、連続して行うことが好ましい。
【００２６】
つぎに、本発明の浄化方法の例について図面に基づき説明する。但し、本発明は以下の例に制限されない。
【００２７】
図１は、本発明の浄化方法の一実施形態を示す概略構成図であり、表層１、不透水層２、透水層３及び不透水層４からなる基本的な地下領域において汚染領域１６内に栄養源供給井戸１０を設け、浄化する例である。
【００２８】
栄養源供給井戸１０は、地表面から透水層３の下部を超え不透水層４の内部に至る深さまで略垂直方向に採掘されている。栄養源供給井戸１０の壁面には井戸ケーシング１１が設けられ、その内部に内筒１２が配置されている。井戸ケーシング１１は、地下水が透過可能なスクリーン（ストレーナ）１１ａを備えている。スクリーン１１ａは、透水層３栄養源供給井戸１０の底面から透水層３上部付近まで形成されている。内筒１２は、井戸の底面及び井戸ケーシング１１と離隔空間を保って井戸１０内に配置されている。内筒１２は、その内部に加熱手段１３及び固体状の栄養源１４が配置されている。内筒１２は、側面及び底面に複数の透水口を有するため、図中の矢印で示すように地下水の流出入が可能である。
【００２９】
固体状の栄養源１４の供給及び加熱手段１３による加熱により、例えば、汚染土壌に存在する嫌気性微生物を活性化し、これにより嫌気性微生物による汚染物質の分解・浄化を促進できる。また、加熱手段１３により加熱することによって、地下水の流れを促進でき、固体状の栄養源１４の溶解並びに地下水及び／又は土壌への拡散を促進できる。これにより、嫌気性微生物の活性をさらに向上できる。また、栄養源として固体状の栄養源を使用することから、例えば、持続的に微生物を活性化できる。
【実施例】
【００３０】
図１に示す構成の栄養源供給井戸１０を用いて土壌及び地下水の浄化を行った。栄養源供給井戸１０の直径を１５０ｍｍ、内筒１２の直径を９０ｍｍ、内筒１２の長さを１０ｍとし、内筒１２の上端部いっぱいに固体状の栄養源を充填した。栄養源は、商品名アムテクリーンＰ  ＳＬ１８−６６１（松下電器産業株式会社製、５ｍｍペレット、含有成分：Ｃ18Ｈ36Ｏ2、ポリソルベート、炭酸カルシウム、硫酸アンモニウム、リン酸二水素ナトリウム、融点：５８℃、溶解度：０．０３ｇ／１００ｇ水）を使用し、内筒１２全体に充填した。ヒータは、投げ込み用シーズヒータ（１００Ｖ−２００Ｗ、４２℃温度調節付）を使用し、内筒内の水温が４２℃となるように加熱した。また、加熱は、浄化期間中、前記水温を維持するように連続又は断続して行った。
【００３１】
栄養源供給井戸１０の下流側にモニタリング井戸（図示せず）を設けた。栄養源供給開始から１０日おきにモニタリング井戸から地下水を汲み上げ、これに含まれる汚染物質（テトラクロロエチレン（ＰＣＥ、基準値：０．０３ｍｇ／Ｌ）、トリクロロエチレン（ＴＣＥ、基準値：０．０１ｍｇ／Ｌ）、ジクロロエチレン（ｃｉｓ−１，２−ＤＣＥ、基準値：０．０４ｍｇ／Ｌ；１，１−ＤＣＥ、基準値：０．０２ｍｇ／Ｌ）、塩化ビニル（ＶＣ））の濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。その結果を図２Ａのグラフに示す。
【００３２】
比較例１として、ヒータで加熱しない以外は上記実施例と同様にして行った。その結果を図２Ｂのグラフに示す。また、比較例２として、図３に示すように内筒が配置されていない井戸を使用し、井戸内に直接栄養源及びヒータを配置した以外は上記実施例と同様にして行った。その結果を図２Ｃのグラフに示す。
【００３３】
図２Ａに示すように、本実施例によれば、浄化開始後３０日でＰＣＥ濃度が基準値（０．０３ｍｇ／Ｌ）以下となった。また、浄化開始後５０日には、全ての汚染物質の濃度が基準値以下の０．１ｍｇ／Ｌ以下となり、浄化開始後７０日には、全ての物質の濃度が０．００１ｍｇ／Ｌ以下となった。一方、ヒータで加熱を行わなかった比較例１は、図２Ｂに示すように、浄化開始後６０日を経過してもｃｉｓ−１，２−ＤＣＥ濃度が高く、全ての汚染物質の濃度が０．００１ｍｇ／Ｌ以下となるには浄化開始から８０日を必要とした。また、栄養源及びヒータを井戸内に直接配置した比較例２は、図２Ｃに示すように、浄化開始後３０日以降の浄化速度、特に、浄化開始後３０日以降のＰＣＥの浄化速度が実施例と比べて遅かった。実施例では浄化開始から６０日を経過する前にＰＣＥ濃度は略０となったにも関わらず、比較例２では浄化開始から７０日以上必要であった。
【００３４】
これら結果から、内筒内に固体状の栄養源及び加熱手段を配置し、加熱した実施例によれば、加熱しなかった比較例１及び２よりも汚染物質の分解が速く、土壌及び／又は地下水の浄化効率を向上できた。特に、固体状の栄養源の供給と加熱とを併用することによって、ｃｉｓ−１，２−ＤＣＥからＶＣへの分解反応を促進できた。これは、内筒内に配置した加熱手段による加熱により、内筒と井戸ケーシング（外筒）との間の地下水と透水層内の地下水との間に温度差が生じ、温度差によって地下水の対流（循環）を積極的に行うことができたためであると推測される。また、内筒と井戸ケーシング（外筒）との間の空間は、透水層内と比較して地下水の移動が容易であるため効率的に地下水の対流（循環）を生じさせることができたものと考えられる。一方、内筒を使用しない比較例２では、井戸内の上部から井戸の壁面に沿うような地下水の対流が生じるのみであるため、内筒を配置した実施例と比較して地下水の対流（循環）が十分に行われなかったものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、汚染された土壌及び地下水の浄化に有用であり、中でも、ＰＣＥ及びＴＣＥ等の有機塩素化合物で汚染された土壌及び地下水の浄化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の浄化方法の一例を示す概略構成図である。
【図２】図２Ａは、実施例における地下水の汚染物質の濃度変化を示すグラフであり、図２Ｂ及びＣは、比較例における地下水の汚染物質の濃度変化を示すグラフである。
【図３】図３は、従来の栄養源供給井戸の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・・表層
２・・・・不透水層
３・・・・透水層
４・・・・不透水層
１０・・・栄養源供給井戸
１１・・・井戸ケーシング
１１ａ・・スクリーン
１２・・・内筒
１３・・・加熱手段
１４・・・栄養源
１５・・・電源
１６・・・汚染領域
１０１・・井戸管
【図１】
0005148365.tif 000002
【図２】
0005148365.tif 000003
【図３】
0005148365.tif 000004