(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染土壌を土壌中の好気性微生物への通気により浄化する方法において、汚染土壌中に酸素濃度計を設けて初期通気量の通気をしたのち、通気を停止して無通気時の汚染土壌中の残存酸素濃度の減少速度を前記酸素濃度計で測定し、該減少速度の測定値と汚染土壌の土壌空気容積とから土壌中の酸素消費量を算出し、該酸素消費量の算出値に基づき汚染土壌への通気量を更新したうえで通気を再開し、前記更新通気量の通気と前記無通気時の通気量の更新とを交互に繰り返してなる汚染土壌の生物浄化方法。
【請求項２】
請求項１の浄化方法において、前記汚染土壌中に温度計を設けて前記無通気時の土壌温度を測定し、前記無通気時の残存酸素濃度の減少速度の測定値と土壌温度の測定値と汚染土壌の土壌空気容積とから土壌中の酸素消費量を算出し、該酸素消費量の算出値に基づき汚染土壌への通気量を更新してなる汚染土壌の生物浄化方法。
【請求項３】
請求項１又は２の浄化方法において、前記汚染土壌中の好気性微生物の分解による残存汚染物質及び残存酸素の経時的濃度変化から汚染土壌中の汚染物質の好気性微生物による分解反応式を実験的に定め、前記残存酸素濃度の減少速度の測定値と分解反応式とから土壌中の残存汚染物質濃度を算出し、前記残存汚染物質濃度の算出値に基づき前記更新通気量の通気時間若しくは無通気時間を更新したうえで通気を再開し又は通気を終了してなる汚染土壌の生物浄化方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの浄化方法において、前記初期通気時及び通気再開時における汚染土壌中の酸素濃度の増加速度を前記酸素濃度計で測定し、前記初期通気時及び通気再開時における酸素濃度の増加速度の測定値の比較により通気再開時の汚染土壌の見かけの通気性を検出してなる汚染土壌の生物浄化方法。
【請求項５】
請求項４の浄化方法において、前記見かけの通気性により土壌空隙の減少を検出してなる汚染土壌の生物浄化方法。
【請求項６】
請求項４又は５の浄化方法において、前記見かけの通気性に基づき汚染土壌への通気量を調節してなる汚染土壌の生物浄化方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れかの浄化方法において、前記酸素濃度計及び／又は温度計を汚染土壌中の複数部位に設け、各部位毎に汚染土壌への通気を制御してなる汚染土壌の生物浄化方法。
【請求項８】
請求項１から７の何れかの浄化方法において、前記汚染土壌を汚染された地盤とし、該地盤中に通気井と測定井とを穿ち、前記測定井に酸素濃度計及び／又は温度計を挿入し、前記酸素濃度計及び／又は温度計の測定値に基づき通気井への通気を制御してなる汚染土壌の生物浄化方法。
【請求項９】
汚染土壌に通気する通気装置；汚染土壌中に設ける酸素濃度計；及び前記通気装置で初期通気量の通気をしたのち、通気を停止して無通気時の汚染土壌中の残存酸素濃度の減少速度を前記酸素濃度計で測定し、該減少速度の測定値と汚染土壌の土壌空気容積とから土壌中の酸素消費量を算出し、該酸素消費量の算出値に基づき前記通気装置の通気量を更新したうえで通気を再開し、前記更新通気量の通気と前記無通気時の通気量の更新とを交互に繰り返す制御装置を備えてなる汚染土壌の生物浄化装置。
【請求項１０】
請求項９の浄化装置において、前記汚染土壌中に土壌温度を測定する温度計を設け、前記制御装置により、前記無通気時の残存酸素濃度の減少速度の測定値と土壌温度の測定値と汚染土壌の土壌空気容積とから土壌中の酸素消費量を算出し且つ該酸素消費量の算出値に基づき前記通気装置の通気量を更新してなる汚染土壌の生物浄化装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０の浄化装置において、前記制御装置に前記汚染土壌中の好気性微生物の分解による残存汚染物質及び残存酸素の経時的濃度変化から実験的に定めた前記汚染土壌中の汚染物質の好気性微生物による分解反応式を記憶し、前記制御装置により前記残存酸素濃度の減少速度の測定値と分解反応式とから土壌中の残存汚染物質濃度を算出し且つ該残存汚染物質濃度の算出値に基づき前記通気装置の通気時間若しくは無通気時間を更新したうえで通気を再開し又は通気を終了してなる汚染土壌の生物浄化装置。
【請求項１２】
請求項９から１１の何れかの浄化装置において、前記制御装置により、前記初期通気時及び通気再開時における汚染土壌中の酸素濃度の増加速度を前記酸素濃度計で測定し、前記初期通気時及び通気再開時における酸素濃度の増加速度の測定値の比較により通気再開時の汚染土壌の見かけの通気性を検出し、該見かけの通気性に基づき前記通気装置の通気量を調節してなる汚染土壌の生物浄化装置。
【請求項１３】
請求項９から１２の何れかの浄化装置において、前記酸素濃度計を蛍光式酸素計としてなる汚染土壌の生物浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚染土壌の生物浄化方法及び装置に関し、とくに汚染土壌を土壌中の好気性微生物の活性化に必要な酸素の供給により浄化する生物浄化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、工場等の産業施設跡地等で石油系炭化水素化合物、ハロゲン化炭化水素化合物等による土壌の汚染が問題となるケースが増えている。土壌は人の生活や経済活動の基盤である土地を構成しており、汚染土壌を放置すると直接摂取や地下水・農作物・魚介類等を通じて人の健康に影響が及ぶ懸念がある。汚染土壌の遮断・封じ込めが困難である場合や再開発事業等の支障となる場合は、汚染土壌の浄化が必要となる。
【０００３】
汚染土壌を浄化する技術の一つとして、土壌中の汚染の原因となる物質（以下、汚染物質という。）を土壌中に天然に存在する又は人為的に添加した好気性の汚染物質分解微生物（以下、単に好気性微生物という。）により分解して除去する生物処理法が開発されている。生物処理法は汚染物質を直接分解する方法であり、二次廃棄物の発生がない、処理に要するエネルギーが少ない、物理・化学的処理のみでは難しい低い濃度まで浄化できる等の効果が期待されている。
【０００４】
生物処理法では、土壌中の好気性微生物を人為的に活性化するため、土壌中に窒素・リン等の栄養物質と湿分とを供給すると共に、土壌への通気を適切に管理する必要がある。土壌中の酸素（土壌空隙中の酸素を含む。）は汚染物質の分解に伴い好気性微生物によって消費されるので、通気量が少ないと土壌中の酸素濃度が次第に低下して分解反応が進まなくなる。他方、多過ぎる通気は経済的な土壌浄化を困難にするだけでなく、エネルギーの浪費を招くので環境面からも好ましくない。
【０００５】
例えば生物処理法の通気方法の一例として、掘削した汚染土壌をパイル状に積み上げ、パイルの下端部又は下端と頂端との中間部に敷設又は挿入した通気管を介して強制的に空気（又は酸素）を圧入又は吸引する強制通気法が実施されている。従来から、空気を吸引する方式（空気吸引方式）の強制通気法では、吸引した排ガス中の酸素濃度を測定し、酸素濃度が５〜８％以上20％以下（望ましくは15〜20％）となるように通気量を制御することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した排ガス中の酸素濃度に基づく通気量の制御には次のような問題点がある。
【０００７】
（ａ）汚染土壌への通気は、土壌中の好気性微生物の酸素消費すなわち汚染物質分解活性（以下、単に分解活性ということがある。）に応じて制御することが適切且つ経済的である。しかし、排ガス中の酸素濃度から好気性微生物の酸素消費量又は速度を正確に把握することは困難である。例えば、土壌中に圧密や湿分変化等が発生すると土壌中の通気状態が変化して排ガス中の酸素濃度が変化する。また、土壌温度によっても微生物の酸素消費速度が変化する。即ち、排ガス中の酸素濃度のみに基づく制御では、好気性微生物の分解活性に応じた通気を行うことは難しい。
【０００８】
（ｂ）汚染土壌への通気は土壌浄化の進行に応じて制御することが適切且つ経済的である。浄化が進行して土壌中の汚染物質濃度が減少してくると、微生物の酸素消費が減少し、それに応じて排ガス中の酸素濃度は上昇する。しかし、上述したように排ガス中の酸素濃度は微生物の酸素消費以外の要因でも変動するので、例えば過剰な通気による排ガス中の酸素濃度の上昇を微生物の酸素消費の減少又は土壌中の汚染物質濃度の減少と見誤るおそれがある。即ち、排ガス中の酸素濃度のみに基づく制御では土壌浄化の進行に応じた通気を行うことも困難である。
【０００９】
（ｃ）汚染土壌への通気は、土壌中へ空気を圧入する方式（空気圧入方式）で行う場合もある。しかし、上述した排ガス中の酸素濃度に基づく通気量の制御は、空気吸引方式の通気では適用可能であるものの、空気圧入方式の通気には適用できない。空気圧入方式では土壌表面全体から排ガスが噴出するため、排ガス中の酸素濃度を測定する適当な方法がないからである。空気圧入方式にも適用可能な通気の制御技術の開発が望まれている。
【００１０】
そこで本発明の目的は、微生物の分解活性に応じて通気を制御できる汚染土壌の生物浄化方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、汚染土壌中の好気性微生物の分解活性を判断するため、汚染土壌中の残存酸素濃度を測定することに注目した。無通気時の土壌中の残存酸素は専ら土壌中の好気性微生物の汚染物質分解過程で消費されて減少するので、残存酸素濃度の減少速度は好気性微生物の酸素消費速度とみなすことができる。即ち、無通気時の土壌中の残存酸素濃度減少速度を測定すれば、土壌中の好気性微生物の分解活性を判断できる。本発明は、この知見に基づく研究開発の結果、完成に至ったものである。
【００１２】
図１のブロック図及び図２の流れ図を参照するに、本発明による汚染土壌の生物浄化方法は、汚染土壌Ｓを土壌中の好気性微生物への通気により浄化する方法において、汚染土壌Ｓ中に酸素濃度計５を設けて初期通気量の通気をしたのち、通気を停止して無通気時の汚染土壌Ｓ中の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）を酸素濃度計５で測定し（図２のステップ205〜207参照）、その減少速度（δ[O2]／δt）の測定値と汚染土壌Ｓの土壌空気容積VSPACEとから土壌Ｓ中の酸素消費量CO2を算出し（図２のステップ208及び後述の(3)式参照）、その酸素消費量CO2の算出値に基づき汚染土壌Ｓへの通気量Ｑを更新したうえで通気を再開し（図２のステップ209及び214参照）、前記更新通気量Ｑの通気（ステップ214）と前記無通気時の通気量Ｑの更新（ステップ205〜209）とを交互に繰り返してなるものである。
【００１３】
好ましくは、汚染土壌Ｓ中に温度計６を設けて前記無通気時の土壌温度TSOILを温度計６で測定し、前記無通気時の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）の測定値と土壌温度TSOILの測定値と汚染土壌Ｓの土壌空気容積VSPACEとから汚染土壌Ｓ中の酸素消費量CO2を算出し（図２のステップ208及び後述の(3)式参照）、その酸素消費量CO2の算出値に基づき汚染土壌Ｓへの通気量を更新する。酸素濃度計５及び／又は温度計６を汚染土壌Ｓ中の複数部位に設け、汚染土壌Ｓへの通気量を各部位毎に制御することが望ましい。
【００１４】
また図１のブロック図を参照するに、本発明による汚染土壌の生物浄化装置は、汚染土壌Ｓに通気する通気装置１；汚染土壌Ｓ中に設ける酸素濃度計５；及び通気装置１で初期通気量の通気をしたのち、通気を停止して無通気時の汚染土壌Ｓ中の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）を酸素濃度計５で測定し、その減少速度（δ[O2]／δt）の測定値と汚染土壌Ｓの土壌空気容積VSPACEとから土壌Ｓ中の酸素消費量CO2を算出し（後述の(3)式参照）、その酸素消費量CO2の算出値に基づき通気装置１の通気量Ｑを更新したうえで通気を再開し、前記更新通気量Ｑの通気と前記無通気時の通気量の更新とを交互に繰り返す制御装置10を備えてなるものである。
【００１５】
好ましくは、汚染土壌Ｓ中に土壌温度TSOILを測定する温度計６を設け、制御装置10により、前記無通気時の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）の測定値と土壌温度TSOILの測定値と汚染土壌Ｓの土壌空気容積VSPACEとから汚染土壌Ｓ中の酸素消費量CO2を算出し且つその酸素消費量CO2の算出値に基づき通気装置１の通気量を更新する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、地盤中から掘削して積み上げた汚染土壌Ｓの浄化に本発明を適用した実施例を示す。図示例では、掘削後に適当な栄養塩等の栄養物質を添加して混合した汚染土壌Ｓを浄化ヤードＹにパイルとして積み上げ、汚染土壌Ｓの湿度を適当に保ちつつ、通気装置１により汚染土壌パイルへ通気している。以下図１を参照して本発明装置を説明するが、本発明の適用範囲は掘削した汚染土壌Ｓの浄化に限定されず、図３のように汚染地盤Ｅの浄化（以下、原位置浄化ということがある。）にも適用可能である。
【００１７】
図示例の通気装置１は、送風機（ブロア）４と流量調節弁２付き多孔通気管３とを有する。各通気管３を汚染土壌Ｓの水平断面上に並べて挿入し、送風機４及び通気管３経由で空気を吸引することによりパイル表面から土壌Ｓ中へ空気を供給する。但し、通気管３の数や配置、調節弁の有無、孔の数等は図示例に限定されず、例えば通気管３を浄化ヤードＹに敷設し、汚染土壌Ｓの下端面から空気を吸引してもよい。また、汚染土壌Ｓの通気抵抗の大きさやパイルの高さに応じて汚染土壌Ｓの下端部と中間部との２段又は３段以上に通気管３を設けることができる。図示例は空気吸引方式の通気装置１を示すが、本発明は通気装置１を空気圧入方式とした場合にも適用可能である。空気圧入方式の場合は、空気又は酸素ガスを供給することができる。
【００１８】
また本発明の生物浄化装置は、通気装置１と共に、汚染土壌Ｓ中に設置する酸素濃度計５（以下、酸素計５ということがある）を有する。例えば、汚染土壌Ｓを積み上げていく途中の適当な部位に酸素計５を埋設する。汚染土壌Ｓに通気状態が異なる複数の部分がある場合は、酸素計５を各部分にそれぞれ設けることが望ましい。図示例では複数の酸素計５を、隣接する通気管３の中間部位に、通気管３の挿入断面とパイル頂面との中間高さとなるように、通気管３の長さ方向に沿って配置している（図１（Ａ）及び（Ｂ）参照）。必要に応じて通気管３とパイル側面との間に酸素計５を設けてもよい。但し、酸素計５の数や配置は図示例に限定されず、汚染土壌Ｓの通気特性や通気管３の配置位置、パイルの高さ等に応じて適当な部位に酸素計５を配置できる。
【００１９】
酸素計５は、例えば汚染土壌Ｓ中へ挿入する細いサンプリングパイプを有し、汚染土壌Ｓから吸引したガス中の酸素濃度を測定する一般的な酸素センサ（例えばポーラログラフ式やガルバニ電池式）とすることができる。但し、ガス吸引式の酸素センサは、バッチ測定を繰り返すため測定時間がかかり、ガス吸引が土壌中の酸素濃度に影響を与えるおそれがあり、またセンサ自体の酸素消費により測定誤差が生じ得る等の問題点がある。本発明で用いる酸素計５の好ましい一例は、酸素の自己消費量が少ない蛍光式酸素計である。蛍光式酸素計は、特殊な有機物質への近紫外線照射時に発生する蛍光の強度が酸素濃度に応じて減衰する現象を利用したものであり、酸素を消費せずにリアルタイムに汚染土壌Ｓ中の酸素濃度を測定できる。
【００２０】
更に本発明の生物浄化装置は、通気装置１及び酸素計５に接続された制御装置10を有する。制御装置10は、酸素計５の測定値を入力して通気装置１の流量調節弁２及び／又は送風機４を制御する。図示例の制御装置10は、記憶手段20と通気制御手段30と入力手段32と表示手段33とを有する。記憶手段20に通気量24、通気時間25、無通気時間26等を記憶し、その通気量24、通気時間25、無通気時間26等に基づき通気制御手段30が通気装置１の通気を制御する。入力手段32は、後述する汚染物質の分解反応式22や残存汚染物質の経時的濃度変化23等を入力するキーボードやマウス等を含む。また表示手段33の一例は、酸素計５の測定値や通気装置１の通気量24等を表示するディスプレイである。
【００２１】
図示例の制御装置10は、酸素計５の測定値を入力して土壌Ｓ中の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）を測定する減少速度測定手段12、減少速度（δ[O2]／δt）と汚染土壌Ｓの土壌空気容積VSPACEとから汚染土壌Ｓ中の酸素消費量CO2を算出する酸素消費量算出手段13、及び減少速度（δ[O2]／δt）又は酸素消費量CO2に基づき記憶手段20の通気量24を更新する更新手段14を有する。例えば制御装置10をコンピュータとし、減少速度測定手段12、酸素消費量算出手段13、更新手段14、及び通気制御手段30をコンピュータの内蔵プログラムとすることができる。
【００２２】
なお図示例の生物浄化装置は、土壌Ｓの温度TSOILを測定する温度計６と、汚染土壌Ｓに供給する空気の温度TAIRを測定する温度計７とを有する。温度計６及び７を制御装置10に接続し、上述した減少速度（δ[O2]／δt）又は酸素消費量CO2に加えて土壌温度TSOIL及び空気温度TAIRに基づき通気量24を更新すれば、土壌温度TSOILと空気温度TAIRとの間に温度差がある場合に、その温度差に起因する通気量24の過剰又は不足を避けることができる。但し、温度計６、７は本発明に必須のものではない。
【００２３】
次に、図２の流れ図を参照して、制御装置10による通気装置１の制御方法を説明する。先ずステップ203において、制御装置10の通気制御手段30により通気装置１の流量調節弁２及び／又は送風機４を初期通気量に調節し、汚染土壌Ｓの浄化を開始する。酸素計５で酸素濃度を測定し、汚染土壌Ｓ中の酸素濃度が所定濃度以上（例えば20％以上）になるまで通気を継続する。所定酸素濃度が得られるように通気装置１の初期通気量を適当に定め、又は通気開始後に通気量を適当に調節することができる。なお、図２のステップ201、202及び204については後述する。
【００２４】
所定酸素濃度が得られた後、ステップ205において通気装置１を停止し、ステップ206において酸素計５により無通気時の残存酸素濃度[O2]の変化を測定する。酸素計５の測定値の一例を図４のグラフに示す。同グラフから分かるように、残存酸素濃度[O2]は無通気時間の経過に応じて減少する。その減少速度は(1)式のように表わすことができる。(1)式において、[O2]0は通気停止直後の初期残存酸素濃度（≒上記所定濃度）、ｔは無通気の経過時間、ｋは酸素消費速度係数を表わす。(1)式を積分することにより(2)式が導かれる。(2)式において、[O2]Mは時間Ｍ経過後（例えばＭ日後）の残存酸素濃度、DO2は初期残存酸素濃度と時間Ｍ経過後の残存酸素濃度との差を表わす。
【００２５】
【数１】
0003948614.tif 000002
【００２６】
ステップ207において、例えば図４の測定値に基づき(1)式の定数[O2]0及びｋを定めることにより、残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）を測定する。図１の減少速度測定手段12の一例は、酸素計５の測定値から(1)式の定数[O2]0及びｋを定めるプログラムである。無通気時の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）から酸素計周囲の好気性微生物の分解活性を判断できる。即ち、減少速度（δ[O2]／δt）に基づき汚染土壌Ｓへの通気を制御すれば、好気性微生物の分解活性に応じた通気が可能となる。
【００２７】
図２のステップ208〜209は、残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）に基づき汚染土壌Ｓへの通気量Ｑを算出する方法の一例を示す。ステップ207で測定した減少速度（δ[O2]／δt）をＭ日間について積分すれば、好気性微生物がＭ日間に消費する酸素濃度DO2（％単位）を算出できる（(2)式）。更に、消費する酸素濃度DO2と汚染土壌Ｓの土壌空気容積VSPACEと気体の状態方程式とから(3)式により、汚染土壌ＳのＭ日間の酸素消費量CO2を算出できる。なお(3)式では、温度計６の出力を土壌温度TSOIL（℃）とし、土壌Ｓの体積VP（この場合はパイル体積、リットル単位）と土壌Ｓ全体に対する気相の体積比（＝φ−φWT）との積を土壌空気容積VSPACEとし、土壌Ｓの全体の酸素消費量が均等であると仮定した。(3)式におけるφは土壌Ｓの間隙率（気相と液相とを含む。）、φWTは間隙率φと飽和度Sr（間隙全体に対する液相の体積比）との積（＝φ×Sr）を表わす。
【００２８】
図２のステップ208は、(2)及び(3)式により汚染土壌Ｓの酸素消費量CO2を算出する処理を示す。通気装置１で酸素ガスを圧入方式により供給する場合は、例えばステップ208で算出した酸素消費量CO2（Ｍ日間当たり）又はCO2／M（１日当たり）を汚染土壌Ｓへの通気量（流量）Ｑとし、ステップ209において更新手段14により記憶手段20の通気量24を更新する。
【００２９】
図２のステップ209は、ステップ208で算出した酸素消費量CO2を空気で賄う場合に、(4)式により必要な空気量VAIRを算出する処理を示す。なお同式では、空気中の酸素体積比率を20.9％とし、温度計７の出力を空気温度TAIR（℃）とした。空気量VAIRをＭ日間で供給するとした場合、(5)式により１日当たりの通気量Ｑを算出できる。通気装置１で空気を圧入方式により供給する場合は、例えば(4)式の空気量VAIR（Ｍ日間当たり）又は(5)式のVAIR／M（１日当たり）を汚染土壌Ｓへの通気量（流量）Ｑとし、ステップ209において更新手段14により記憶手段20の通気量24を更新することができる。
【００３０】
ステップ214において、通気制御手段30により通気装置１の流量調節弁２及び／又は送風機４を記憶手段20の通気量24に調節して通気を再開する。ステップ208又は209で算出した酸素消費量CO2又は空気量VAIRは、いわば通気停止時点の汚染土壌Ｓを浄化するための必要最小限の通気量Ｑである。その通気量Ｑで通気を再開すれば、不必要な通気を避けて経済的に汚染土壌Ｓの浄化を進めることができる。更に、土壌浄化の進行に応じてステップ205〜209及び214を繰り返し、土壌浄化の進行に応じて必要最小限の通気量Ｑを更新することができる。
【００３１】
例えば、油で汚染された土壌Ｓを浄化する場合、汚染土壌Ｓ中の酸素濃度が５％程度であれば好気性微生物の分解活性上の問題は生じないことが知られている。従って、ステップ205〜209の無通気時に図４のように土壌Ｓ中の酸素濃度を５％程度まで減少させ、その後前記最小限の通気量Ｑにより土壌Ｓ中の酸素濃度を５％程度に維持すれば、極めて経済的な汚染土壌の浄化が期待できる。
【００３２】
また、前記最小限の通気量Ｑで通気を再開した後、暫くは土壌Ｓ中の酸素濃度は一定（例えば５％程度）に保たれるが、土壌浄化の進行に応じて好気性微生物の酸素消費量は徐々に減少する。このため、通気再開後の酸素濃度を酸素計５で測定し、酸素濃度が所定濃度（例えば20％）まで増加したときはステップ205へ戻り、通気を停止した上でステップ205〜209により記憶手段20の通気量24を土壌浄化に応じて更新し、ステップ214で更新された通気量で通気を再開するサイクルを繰り返す。
【００３３】
但し、ステップ209及び214の更新時及び通気再開時における通気量は前記最小限の通気量Ｑに限らず、それ以外の適当な通気量とすることができる。例えば、後述するように本発明によれば通気再開後の酸素濃度の増加傾向に基づき汚染土壌Ｓへの通気量を調節可能であるから、例えば残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）に基づき適当な通気量Ｑで通気を再開し、通気再開後に酸素濃度の増加傾向に基づき通気量Ｑを調節することにより、好気性微生物の分解活性に応じて通気を制御することも可能である。
【００３４】
また、ステップ205〜209及び214の繰り返し方法はこの例に限定されず、例えば後述するように記憶手段20の通気時間25と無通気時間26とに基づいて前記サイクルを制御してもよい。本発明による通気装置１の制御方法を従来のＰＩＤ制御等と組み合わせることも考えられる。即ち、ステップ214において前記最小限の通気量Ｑによる通気再開後は、従来のＰＩＤ制御により汚染土壌Ｓ中の酸素濃度が目標値となるように通気を制御することができる。
【００３５】
本発明によれば、汚染土壌への通気を汚染土壌中の好気性微生物の分解活性に応じて制御することができ、必要最小限の通気により土壌浄化を経済的に進めることができる。また、土壌浄化の進行に応じて必要最小限の通気量を更新することにより、土壌浄化の進行に応じた適切且つ経済的な通気を行うことができる。
しかも本発明は、空気吸引方式だけでなく、空気（又は酸素）圧入方式にも適用可能である。また、後述する通気時間及び無通気時間の制御等と組み合わせることにより、汚染土壌に対する通気の自動制御も期待できる。
【００３６】
こうして本発明の目的である「微生物の汚染物質分解活性に応じて通気を制御できる汚染土壌の生物浄化方法及び装置」の提供が達成できる。
【００３７】
上述した(3)式では、汚染土壌Ｓの全体の酸素消費量が均等であると仮定して酸素消費量CO2を算出したが、実際には汚染土壌Ｓ中の汚染物質濃度の異なる部位毎に好気性微生物の酸素消費量CO2は相異する。従って、汚染土壌Ｓ中の複数部位に酸素計５を（好ましくは温度計６と共に）設け、各部位毎に図２の流れ図に従って通気量Ｑを制御することが望ましい。
【００３８】
例えば、図１において複数の酸素計５の設置位置近傍にそれぞれ連通する複数の流量調節弁２付き通気管３を設け、図２の流れ図に従って各酸素計５の測定値により通気量24を更新し、各部位毎に対応する流量調節弁２を調節する。複数の通気管３に対する送風機４を共通とするか、又は各部位毎に別々の送風機４を設ける。汚染土壌Ｓの汚染物質濃度の異なる部位毎にそれぞれ独立に通気を制御することにより、一層適切且つ経済的な土壌浄化が期待できる。
【００３９】
なお図１の例では、多孔通気管3a、3b、3cの各々の間に、それらの長さ方向に沿って複数の酸素計５を配置している。この場合は、通気管3a、3bの間の各酸素計５の最小測定値に基づいて通気管3a、3bに対する通気量を制御し、通気管3b、3cの間の各酸素計５の最小測定値に基づいて通気管3b、3cに対する通気量を制御することができる。
【００４０】
【実施例】
図２のステップ210〜213は、無通気時の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）に基づき土壌浄化の進行状況を把握し、その進行状況に応じて通気装置１の通気時間（及び／又は無通気時間）の制御と浄化完了の検出とを行う処理を示す。この場合はステップ201において、例えば(12)式に示すような汚染土壌Ｓ中の汚染物質の好気性微生物による分解反応式を定め、制御装置10の記憶手段20に記憶する。
【００４１】
【化１】
CaHb＋（a＋b/4）O2→aCO2＋(b/2)H2O   ……………………………………(11)
C6H7.5＋7.875O2→6CO2＋3.75H2O   …………………………………………(12)
【００４２】
例えば汚染物質が油である場合、理論的には(11)式に示すように、油の組成の分析結果（(11)式の炭化水素化合物CaHbの化学式）から汚染物質１モルを分解するのに必要な酸素量（a＋b/4）を推定できる。しかし実際の土壌浄化における汚染物質分解反応の酸素量は、汚染物質が完全に分解せずに様々な中間代謝物に変化するため、理論上の酸素量（a＋b/4）とは一致しないことが多い。従って、室内実験等により、好気性微生物の分解による汚染土壌Ｓ中の残存汚染物質及び残存酸素の経時的濃度変化を測定し、汚染土壌Ｓ中の汚染物質の好気性微生物による分解反応式を定める必要がある。 (12)式は実験的に定めた汚染物質分解反応式の一例を示す。
【００４３】
(12)式のように汚染物質分解反応式が定まれば、残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）から汚染物質の分解速度（δDCaHb／δt）を算出できる（ステップ210）。図５のグラフは実験的に測定した好気性微生物の分解による汚染土壌Ｓ中の残存汚染物質の経時的濃度変化の測定値を示し、汚染物質の分解速度（δDCaHb／δt）は同グラフの傾き（土壌浄化速度）に相当する。同グラフから分かるように、汚染物質の分解速度は汚染土壌Ｓ中の残存汚染物質濃度の低下に応じて減少する。即ち、汚染物質の分解速度から土壌浄化の進行の程度を把握することでき、汚染物質の分解速度に基づきそれ以降の土壌浄化に必要な通気時間や土壌浄化の完了を判断することができる。
【００４４】
例えば、分解速度が大きい場合は汚染土壌Ｓ中の残存汚染物質濃度が高いと推定でき、短時間の通気で好気性微生物の分解活性が大きく変化するので、通気時間を短くして図２の流れ図のサイクルを短時間で繰り返す。他方、分解速度が小さい場合は汚染土壌Ｓ中の残存汚染物質濃度が低いと推定でき、好気性微生物の分解活性も小さいので、通気時間を長くすることができる。また分解速度が小さい場合は、土壌Ｓ中の酸素濃度が不必要に増加しないように無通気時間を十分に確保するか、又は間欠的に通気することが望ましい。このような分解速度に応じた通気時間・無通気時間は、予め実験的に定めて記憶手段20に記憶しておくことができる。
【００４５】
好ましくは、ステップ202において図５のような残存汚染物質の経時的濃度変化の測定値を制御装置10の記憶手段20に記憶し、ステップ210で算出した汚染物質の分解速度と記憶手段20の経時的濃度変化（図５のグラフの傾き）とから、ステップ211において土壌Ｓ中の残存汚染物質濃度を検出する。残存汚染物質濃度が分かれば、それ以降の土壌浄化に必要な通気時間や土壌浄化の完了を容易に判断することができ、土壌浄化の更なる省エネルギー化が期待できる。残存汚染物質濃度に応じた通気時間・無通気時間や浄化完了の残存汚染物質濃度も、予め記憶手段20に記憶しておくことができる。
【００４６】
図１の制御装置10は、記憶手段20に汚染物質の分解反応式22（例えば(12)式）と残存汚染物質の経時的濃度変化23の測定値（例えば図５のグラフ）とを記憶している。また、無通気時の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）と記憶手段20の分解反応式22とから土壌Ｓ中の汚染物質分解速度を算出する分解速度算出手段15、及び汚染物質の分解速度と記憶手段20の経時的濃度変化23とから土壌Ｓ中の残存汚染物質濃度を検出する残存汚染物質濃度検出手段16を有する。図２のステップ210において分解速度算出手段15により土壌Ｓ中の汚染物質の分解速度を算出し、ステップ211において残存汚染物質濃度検出手段16により土壌Ｓ中の残存汚染物質濃度を検出する。ステップ212において、残存汚染物質濃度に基づき土壌浄化を終了するか否かを判断し、土壌浄化を継続する場合はステップ213へ進む。ステップ213において更新手段14により記憶手段20の通気時間25、無通気時間26を更新し、ステップ214において通気制御手段30により更新された通気量24、通気時間25、無通気時間26に基づいて通気装置１による通気を再開する。
【００４７】
図２のステップ215〜217は、汚染土壌Ｓ中の通気時の酸素濃度増加傾向に基づき汚染土壌Ｓの見かけの通気性を検出する処理を示す。汚染土壌Ｓの浄化では時間の経過と共に圧密や水分過剰等により土壌空隙が減少し、浄化開始当初と浄化途中とでは同じ圧で通気した場合でも土壌Ｓの通気状況が変化することがある。土壌空隙が減少すると、気流のショートパス等により汚染土壌全体への酸素供給が不均等になって浄化効率低下の原因となる。ステップ215〜217では、通気時の酸素濃度の増加傾向から土壌Ｓの見かけの通気性（土壌中の空隙率＝土壌Ｓ中の土壌空気容積VSPACE／土壌Ｓの体積VP）を検出している。
【００４８】
図２の流れ図では、先ずステップ204において初期通気量の通気時に土壌Ｓ中の酸素濃度の変化を酸素計５で測定し、次にステップ215において通気再開時の土壌Ｓ中の酸素濃度の変化を酸素計５で測定する。図６は初期通気時及び通気再開時における酸素濃度変化の測定値の一例を示し、図中の実線グラフは初期通気時の酸素濃度変化の一例、点線グラフは通気再開後の酸素濃度変化の一例を表わす。点線グラフは実線グラフに比し酸素濃度増加率（図６のグラフの傾き）が大きいが、この理由は、浄化開始当初は未だ圧密等が発生していないのに対し通気再開時には圧密や水分過剰等により見かけの通気性が減少したことにある。
【００４９】
図１の制御装置10は、通気時に汚染土壌Ｓ中の酸素濃度増加速度を測定する増加速度測定手段17と、その増加速度に基づき土壌Ｓの見かけの通気性を検出する通気性検出手段18とを有する。また、記憶手段20に初期通気時の通気量と酸素濃度増加速度との関係を記憶している。図２のステップ216において、増加速度測定手段17が例えば図６の点線グラフの傾きから通気再開時の酸素濃度増加速度を測定し、ステップ217において通気性検出手段18が記憶手段40の初期通気時の酸素濃度増加速度との比較により土壌Ｓの見かけの通気性を検出する。
【００５０】
見かけの通気性を検知するためには同じ通気量での酸素濃度増加速度を比較することが望ましいが、通気再開時の通気量Ｑが初期通気量と異なる場合でも、初期通気量と酸素濃度増加速度との関係から、初期の見かけの通気性が維持されていると仮定した場合の再開時の通気量Ｑに対する酸素濃度増加速度を算出することができる。通気性検出手段18は、前記仮定した場合の酸素濃度増加速度の算出値と実際の通気再開時における酸素濃度増加速度の測定値とを比較することにより、土壌Ｓの見かけの通気性の変化を検出することができる。例えば、見かけの通気性の低下に基づき土壌空隙の減少、即ち汚染土壌Ｓ中の圧密や水分過剰等の発生を検出する。
【００５１】
なお、通気時の土壌Ｓ中の酸素濃度増加速度は、圧密や水分過剰等だけでなく好気性微生物の分解活性によっても変化する。しかし、微生物による酸素消費量が小さい場合は、微生物の活性による酸素濃度変化を事実上無視できる。また上述したように、本発明では無通気時の残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）から汚染物質の分解速度（δDCaHb／δt）、即ち微生物の分解活性を算出できるので、微生物の活性による酸素濃度変化を考慮しつつ、通気再開時の酸素濃度増加速度から土壌Ｓの見かけの通気性の変化を検出することが可能である。
【００５２】
見かけの通気性の低下が正常とみなせない場合（異常時）は、汚染土壌Ｓの切り返し等の対策をとる必要がある。見かけの通気性の低下が正常とみなせる範囲内であれば、通気量の調節により見かけの通気性を初期状態に復帰させることも可能である。例えば図２の流れ図では、ステップ218において通気性検出手段18が土壌Ｓの見かけの通気性の変化に基づき適切な通気圧（図１の場合は吸引圧）を求め、通気制御手段30により通気装置１の通気量（吸引量）を調節している。このような土壌Ｓの見かけの通気性の変化に応じた適正な通気量は、予め実験的に定めて記憶手段20に記憶しておくことができる。
【００５３】
ステップ215〜218の見かけの通気性の検出を適当な時間間隔で繰り返すことにより、酸素計５の周辺における圧密等の発生を早期に検知して、残存酸素濃度[O2]の減少速度（δ[O2]／δt）が測定できなくなる事態の発生を避けることができる。また、圧密等による浄化効率の低下を避けつつ、本発明による経済的な土壌浄化を継続することが可能となる。なお、記憶手段20の通気圧27を通気性検出手段18により更新し、記憶手段20の通気圧27に基づき通気制御手段30により通気装置１の通気量を制御してもよい。
【００５４】
以上、掘削した汚染土壌Ｓの浄化に本発明を適用した場合について説明したが、図３に示すように本発明を原位置浄化に適用することも可能である。同図では、汚染地盤Ｅの汚染土壌Ｓ中に測定井８と通気井９とを隣接して穿ち、測定井８に酸素計５及び／又は温度計６を挿入し（同図（Ｂ）参照）、通気井９に通気装置１を、通気管３の挿入により連結している。測定井８の酸素計５及び／又は温度計６の測定値、即ち前述した残存酸素濃度減少速度（δ[O2]／δt）、酸素濃度増加速度及び／又は土壌温度に基づき、図２の流れ図に従って各通気井９への通気を制御することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による汚染土壌の生物浄化方法及び装置は、汚染土壌を土壌中の好気性微生物への通気により浄化する方法において、汚染土壌中に酸素計を設け、その酸素計で残存酸素濃度の減少速度を測定し、その減少速度に基づき汚染土壌への通気を制御するので、次の顕著な効果を奏する。
【００５６】
（イ）汚染土壌中の好気性微生物の分解活性に応じて通気を制御するので、必要最小限の通気により土壌浄化を経済的に進めることができる。
（ロ）土壌浄化の進行に応じて必要最小限の通気量を更新すれば、土壌浄化の進行に応じた適切且つ経済的な通気を行うことができる。
（ハ）土壌中から空気を吸引する通気方式だけでなく、土壌中へ空気又は酸素を圧入する通気方式にも適用可能である。
（ニ）残存酸素濃度の減少速度に基づき通気時間の長さや通気開始・停止の間隔も制御することが可能である。
（ホ）通気量・通気時間・無通気時間の制御を組み合わせることにより、汚染土壌の浄化の自動制御への寄与が期待できる。
（ヘ）通気時の汚染土壌中の酸素濃度の増加速度から、汚染土壌中の見かけの通気性を検出し、圧密や水分過剰等による気流のショートパスの発生を検出できる。
（ト）掘削した汚染土壌の浄化に限らず、地盤中に在る汚染土壌の原位置浄化にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明による一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明方法の流れ図の一例の説明図である。
【図３】は、本発明による他の実施例の説明図である。
【図４】は、無通気時の汚染土壌中の酸素濃度変化を示すグラフの一例である。
【図５】は、実験的に測定した汚染土壌中の残存汚染物質の経時的濃度変化を示すグラフの一例である。
【図６】は、無通気時及び通気時の汚染土壌中の酸素濃度変化を示すグラフの一例である。
【符号の説明】
１…通気装置            ２…流量調節弁
３…（多孔）通気管      ４…送風機
５…酸素濃度計          ６、７…温度計
８…測定井              ９…通気井
10…制御装置            12…減少速度測定手段
13…酸素消費量算出手段  14…更新手段
15…分解速度算出手段
16…残存汚染物質濃度検出手段
17…増加速度測定手段    18…通気性検出手段
20…記憶手段            21…汚染土壌容積
22…分解反応式          23…経時的濃度変化
24…通気量              25…通気時間
26…無通気時間          27…通気圧
30…通気制御手段
32…入力手段            33…表示手段
Ｅ…汚染地盤            Ｓ…汚染土壌
Ｙ…浄化ヤード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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