(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化する方法であつて、
前記汚染物を通過するように、水を循環させる循環工程と、
循環している水を２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤で還元する還元工程と、
循環している水に従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を接触させる栄養源接触工程と、
を含み、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を含む還元された水を前記汚染物と接触させて浄化する浄化方法。
【請求項２】
前記還元工程は土壌中で行われる、請求項１に記載の浄化方法。
【請求項３】
前記還元工程は、水に不溶性又は難溶性である固体還元剤によりなされる、請求項１に記載の浄化方法。
【請求項４】
前記還元工程は、水溶性の還元剤によりなされる、請求項１に記載の浄化方法。
【請求項５】
前記循環工程は、土壌中の水を取り込む工程と、水を土壌中に排出する工程と、を有する請求項１〜４のいずれかに記載の浄化方法。
【請求項６】
前記循環工程において、土壌の帯水層内で水を循環させる、請求項１〜５のいずれかに記載の浄化方法。
【請求項７】
前記循環工程において、土壌中の水の取り込み及び／又は土壌中への水の排出は、井戸、地中壁又は土壌中に埋設されている導管を用いて行われる、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化する装置であって、
２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍV〜−２４００ｍＶである還元剤を保持する還元剤槽と、
従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を保持する栄養源槽と、
吸水部と、排水部と、が設けられている導管と、
を具備し、前記吸水部から吸水した水に、前記還元剤槽からの還元剤及び前記栄養源槽からの栄養源を接触させ、前記排水部から排水し、再び前記吸水部から吸水して、水を循環させる、浄化装置。
【請求項９】
前記還元剤槽中に保持されている還元剤は、水に不溶性又は難溶性の固体還元剤である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記還元剤槽中に保持されている還元剤は、水溶性の還元剤である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記導管は、吸水部と排水部とが土壌中帯水層中に位置づけられるように設けられている、請求項８〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記導管は、井戸、地中壁、水平井戸又は斜め井戸から選択される、請求項８〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記導管は、吸水部を有する揚水井戸と、排水部を有する注入井戸と、の少なくとも一対の井戸である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記導管は、少なくとも前記栄養源槽と接続されている導入部と、土壌中帯水層中に位置づけられる水平部又は斜め部と、を具備し、該水平部又は斜め部に前記吸水部と排水部とが設けられている水平井戸又は斜め井戸である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記水の循環はポンプによってなされる、請求項８〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記還元剤槽及び前記栄養源槽は地上に設けられている、請求項８〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記還元剤槽は、前記導管内に設けられている、請求項８〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記還元剤槽は、槽の上下部にそれぞれ空隙部を具備し、該下部の空隙部の上に還元剤を保持する有孔支持床が位置づけられ、該空隙部にそれぞれ流体連通する配管が接続されている、請求項８〜１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を効果的に浄化することができる浄化方法及び浄化装置に関し、特に、塩素化有機化合物を含む、土壌、底質、汚泥、汚泥の間隙水、地下水のような水などの汚染物を、化学反応、又は、化学反応及び生物的反応を組み合わせた還元性脱ハロゲン化反応によって、ハロゲン化有機化合物を効率的に分解し浄化することができる浄化方法及び浄化装置に関する。
関連技術
１９９８年１月２９日に日本国特許庁に出願された国際出願、ＰＣＴ／ＪＰ／９８／００３６３、「ハロゲン化有機化合物による汚染物を浄化する方法」の全ての開示は、本特許出願に援用される。
近年、電子機器金属部品の脱脂・洗浄剤やドライクリーニングの洗浄剤として広く使用されているテトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、ジクロロエチレンなどのハロゲン化有機化合物による土壌・地下水の汚染が次々と報告されている。特に、最近では、焼却設備から排出されるダイオキシンや、ＰＣＢなどによる汚染が注目されている。これらのハロゲン化有機化合物は、自然界で容易に分解されず、難水溶性であるために、汚染域において土壌中での蓄積、地下水への浸透が生じ易い。また、ハロゲン化有機化合物は、肝障害を引き起し、発がん性を有することが知られている。そこで、土壌等に含まれる塩素化有機化合物等のハロゲン化有機化合物を分解し、無害化することが望まれている。
最近、ハロゲン化有機化合物で汚染された土壌、地下水等を浄化する方法として、微生物処理法（バイオレメディエーション）が注目されている。該微生物処理法は、費用対効果並びに安全性が高い。しかし、該微生物処理法では、以下に記載する如く、処理が長期間になり、分解できる物質の種類や濃度が限定されてしまうという問題がある。
該微生物処理法の一例として、メタン資化性菌やトルエン・フェノール分解菌、アンモニア酸化細菌、アルケン資化性菌によるトリクロロエチレンの好気的分解処理法が知られている。しかし、この方法には、１）分解反応が不安定であること、２）分解対象物質の範囲が極めて狭いこと、３）テトラクロロエチレンや四塩化炭素といった高塩素化物質には分解作用を有しないという欠点がある。
一方、多くの嫌気性微生物は、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等の高度に塩素化された有機化合物を分解でき、広範な適用がある。しかし、１）微生物の増殖が非常に遅いこと、２）嫌気的分解過程で毒性の強い中間代謝産物が生成・蓄積すること等の欠点がある（内山裕夫・矢木修身、バイオサイエンスとインダストリー、１９９４年、第５２巻、第１１号、第８７９〜８８４頁）。
一方、化学反応によりハロゲン化有機化合物を分解する技術として、金属鉄による塩素化有機化合物の還元的処理が報告されている（先崎哲夫、有機塩素化合物汚染地下水の処理−金属鉄付着活性炭による低温下での処理技術、「ＰＰＭ」、１９９５年、第２６巻、第５号、第６４〜７０頁）。そこで、本発明者は、微生物の炭素源がない状態において、土壌中に金属鉄を添加して脱塩素化試験を試みた。しかし、微生物が培養されてない条件、特に、還元雰囲気及び中性条件が維持されない場合には、脱塩素化反応は認められなかった。また、ＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＦｅＳＯ４といった鉄塩を金属鉄の代わりに添加した場合であっても、脱塩素化反応は認められなかった。
さらには、金属鉄と高圧空気を汚染土壌中に注入してハロゲン化有機化合物を鉄粉と反応させて無機化し、無害化処理する方法が報告されている（特開平８−２５７５７０号）。この方法においても空気注入設備の問題やハロゲン化有機化合物揮散の恐れがあるなどの問題がある。さらには、高圧空気を用いるため、コスト上の問題が生じ、実用的でない。
また、脱ハロゲン化触媒作用を持つ天然物質と微生物処理とを組み合わせて、土壌や地下水を汚染した有機塩素化合物を除去する方法が報告されている（日経バイオテク」（日経ＢＰ社発行）１９９６年１０月７日発行、第３６１号、第１４〜１５頁）。しかし、具体的な天然物質及び微生物については一切記載されていない。
米国特許第５，４１１，６６４号には、繊維性有機物及び鉄等の多価金属粒子を汚染物に添加することによるハロゲン化有機化合物の分解方法が記載されている。しかし、この米国特許には、還元鉄、鋳鉄、合金、水溶性還元剤等の還元剤については記載されていない。また、還元剤を添加後に、汚染物を還元雰囲気に保持することは記載されていない。
更にまた、実験室において、還元剤、栄養源及び汚染物を均一に混合することは容易である。これに対して、現実に土壌等の汚染物を原位置で浄化するためには、多量の還元剤及び栄養源を混合することになり土木工事が必要となる。また、均一に混合することは必ずしも容易ではない。更に、混練の際の条件が、ハロゲン化有機化合物の分解率に影響を与えることも想定される。特に、１ｍ３以上の体積、特に１０ｍ３以上の体積の汚染物を浄化するためには、混練方法に工夫が必要となる。
さらに、従来、土壌等の汚染物を原位置で浄化するためには、汚染帯水層の下流側で少量の揚水を行い、揚水した地下水に汚染物質の浄化処理を施した後に汚染物質分解微生物の栄養源を溶解させ、上流側の不飽和土壌又は帯水層に再注入する方法が一般的であった。しかし、この方法では、揚水した汚染水を地下浸透規制濃度以下に浄化しなければ再注入できないため、地上での浄化設備を併設する必要があり、コストが増大するという問題がある。また、注入する正常な水によって汚染地下水の流れが迂回するなどの現象が生じ、注入した栄養源が地下水と十分に混合しないという問題もある。
発明の概要
したがって、本発明の目的は、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を効率的に且つ簡易に浄化できる汚染物浄化方法及び浄化装置を提供することにある。特に、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物、特に土壌及び地下水を原位置で効率的に且つ簡易に浄化できる浄化方法及び浄化装置を提供することにある。
本発明の一側面では、汚染物、例えば、土壌中の汚染物を通過するように、水を循環させる。一方、本発明の他の側面では、このように水を循環させることを要しない。
本発明の一側面では、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化する汚染物の浄化方法であって、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤が、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水を含有する栄養液を還元する還元工程と、前記還元工程の後に、還元された栄養液を前記汚染物に導入する導入工程と、を含む浄化方法が提供される。また、前記還元工程の後、好ましくは直後に、前記導入工程が行われることが好ましい。
本発明のこの側面の浄化方法は、化学反応及び生物的分解反応を組み合わせて、ハロゲン化有機化合物を分解して、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化することができるものであり、還元工程の後、好ましくは直後に、還元された栄養液を汚染物に導入することによって栄養液の還元状態を維持し、もって微生物活性を高め、より効率よく汚染物を浄化することができるものである。ここで、還元工程の直後とは、栄養液の還元状態を維持するに十分な程度に短い時間の経過後、の意である。
前記導入工程で、井戸、地中壁、浸透マス、トレンチ又は窪みが用いられることが好ましい。
前記還元工程は、前記栄養液を、固体状態であり且つ水に不溶性又は難溶性である前記還元剤に接触させる接触工程を含むことが好ましい。
あるいは、前記還元工程は、前記栄養液を水溶性の前記還元剤を含む水溶液と混合する混合工程を含むことが好ましい。
また、前記導入工程において、前記還元された栄養液は、地表に設けられた深い窪み、例えば、井戸、地中壁を介して前記汚染物に導入される、ことが好ましい。もっとも、透水性のよい地質では、浅い窪みを介して導入してもよい。
ハロゲン化有機化合物を含む地下水を循環させる工程を更に有し、前記地下水を循環させる間に、前記還元工程及び前記導入工程を有することが好ましい。
本明細書にて、ハロゲン化有機化合物とは、フッ化有機化合物、塩化有機化合物、臭化有機化合物、ヨウ化有機化合物をいう。特に、地下水及び土壌の汚染源として問題となっているテトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、ジクロロエチレン等の脂肪族化合物、及びペンタクロロフェノール等の芳香族化合物等を対象とするが、これらに限られない。
また、上記汚染物とは、地下水、土壌、底質、汚泥、コンポスト、堆肥化有機物、廃棄物、排水等を含む。
上記栄養液に含有される上記従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水との比率は、特に制限がない。なお、上記従属栄養型嫌気性微生物の栄養源は、浄化すべき汚染物中の微生物特性に応じて、適宜選択することができる。
上記従属栄養型嫌気性微生物としては、メタン生成細菌（例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｒｉｘ属、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｍｅｔｈｎｏｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ属）、硫酸還元細菌（例えば、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ属、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ属、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ属、Ｄｅｓｕｌｆｏｃｏｃｃｕｓ属）、硝酸還元細菌（例えば、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ａｅｒｏｍｏｎａｓ属、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ属）、酸生成細菌（例えば、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属、Ａｃｅｔｉｖｉｂｒｉｏ属、Ｂａｃｅｒｏｉｄｅｓ属、Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ属）、通性嫌気性細菌（例えば、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ａｅｒｏｍｏｎａｓ属、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ属）等を好ましく挙げることができる。特に、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属、Ａｅｒｏｍｏｎａｓ属、Ｓｔｒｅｐｒｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ属は、酸化態窒素還元活性を有するので、好ましい。
上記従属栄養型嫌気性微生物がメタン生成細菌である場合に好ましく用いることができる上記栄養源の例を下記表１及び表２に示す。
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ミネラル１液とは、１リットルの蒸留水中に、６ｇのＫ２ＨＰＯ４が含有している液をいう。
ミネラル２液とは、１リットルの蒸留水中に、６ｇのＫＨ２ＰＯ４、６ｇの（ＮＨ４）２ＳＯ４、１２ｇのＮａＣｌ、２．６ｇのＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、及び、０．１６ｇのＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏが含有している液をいう。
微量ミネラル液とは、１リットルの蒸留水中に、１．５ｇのニトリロ三酢酸、３．０ｇのＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、０．５ｇのＭｎＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、１．０ｇのＮａＣｌ、０．１ｇのＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、０．１ｇのＣｏＳＯ４又はＣｏＣｌ２、０．１ｇのＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、０．１ｇのＺｎＳＯ４、０．０１ｇのＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ、０．０１ｇのＡｌＫ（ＳＯ４）２、０．０１ｇのＨ３ＢＯ３、及び、０．０１ｇのＮａ２ＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏが含有している液をいう。まず、ニトリロ三酢酸をＫＯＨでｐＨ６．５にしつつ溶解させ、次いで、他のミネラルを添加する。最終的には、ＫＯＨによりｐＨが７．０に調整されている。
微量ビタミン液とは、１リットルの蒸留水中に、２ｍｇのビオティン（ｂｉｏｔｉｎ）、２ｍｇの葉酸（ｆｏｌｉｃ  ａｃｉｄ）、１０ｍｇのピリドキシン（ｐｙｒｉｄｏｘｉｎｅ）・塩酸、５ｍｇのチアミン・塩酸、５ｍｇのリボフラビン（ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ）、５ｍｇのニコチン酸（ｎｉｃｏｔｉｎｉｃ  ａｃｉｄ）、５ｍｇのＤＬ−パントテン酸カルシウム（ｃａｌｃｉｕｍ  ｐａｎｔｏｔｈｅｎａｔｅ）、０．１ｍｇのビタミンＢ１２、５ｍｇのｐ−アミノ安息香酸、及び、５ｍｇのリポ酸（ｌｉｐｏｉｃ  ａｃｉｄ）を含有している液をいう。
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上記従属栄養型嫌気性微生物が硫酸還元細菌である場合に好ましく用いることができる上記栄養源の一例を下記表３に示す。
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上記従属栄養型嫌気性微生物が硝酸還元細菌である場合に好ましく用いることができる上記栄養源の一例を下記表４に示す。
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また、上記栄養源として、有機態炭素及び有機態炭素の２０〜５０重量％、より好ましくは２０〜３０重量％の酸化態窒素を含有する培地を用いると、上記化学反応及び生物的反応に関与する微生物群を変化させ、硫化鉄等による土壌の黒変、メタンガスの発生並びにメルカプタン等の悪臭ガスの生成を抑制することができるので、好ましい。さらに、窒素ガスが発生するので、発生する水素ガスが希釈されるという利点もある。上記酸化態窒素は、硝酸塩の形態であることが好ましく、硝酸塩としては、硝酸アルカリ金属塩、硝酸アルカリ土類金属塩、硝酸鉄、硝酸チタン、硝酸マンガン、硝酸アルミニウム又は硝酸マグネシウムを好ましく挙げることができる。特に、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム又は硝酸カルシウムを好ましく用いることができる。また、有機態炭素は、水溶性の有機炭素源であることが好ましい。上記有機炭素源としては、糖類、有機酸若しくはその誘導体、低級アルコール、モラセル廃液、若しくは醸造廃液又はこれらの混合物を好ましく挙げることができる。
本発明で用いる上記還元剤について、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶよりも高い場合には、十分な還元力が得られず好ましくない。一方、上記標準電極電位が−２４００ｍＶよりも低い場合には、還元力が強すぎて水素ガスを発生するおそれがあり危険であるため好ましくない。２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位（Ｅ°）を下記表５に示す。
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上記還元剤としては、固体状態であり且つ水に不溶性又は難溶性の還元剤又は水溶性の還元剤を好ましく用いることができる。
固体状態の還元剤としては、還元鉄、鋳鉄、鉄−シリコン合金、チタン合金、亜鉛合金、マンガン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、カルシウム合金、チタン−シリコン合金、チタン−アルミニウム合金、亜鉛−アルミニウム合金、マンガン−マグネシウム合金、アルミニウム−亜鉛−カルシウム合金、アルミニウム−スズ合金、アルミニウム−シリコン合金、カルシウム−シリコン合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の還元剤を好ましく挙げることができる。
固体状態の還元剤として還元鉄を用いた場合には、還元鉄表面にハロゲン化有機化合物の吸着が起こり、同時に還元鉄表面において金属側と環境側との条件の差違によってアノードとカソードとの分極が生じて、電流が流れ、これに伴って、アノードでは下記式１に示すように、鉄が鉄イオンとなって溶出し、カソードには電子が流入して、還元反応が生じる。
式１
Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−
還元剤として鋳鉄を用いた場合には、鋳鉄に含有されているグラファイトが表面に付着しており、このグラファイトがカソードとして作用し、鉄がアノードとして作用する。還元剤として合金を用いた場合には、合金を組成する金属元素の標準電極電位に応じて、アノードとカソードとに分極する。なお、合金の場合には、より還元雰囲気を維持しやすく、ハロゲン化有機化合物との電位差がより大きくなるので、脱ハロゲン化反応が促進される。
また上記還元剤として、固体状態であり且つ水に不溶性又は難溶性の還元剤を用いる場合には、上記還元工程において、上記栄養液を上記還元剤に接触させる接触工程を含むことが好ましい。上記接触工程を含むことにより、水に不溶性又は難溶性の還元剤と上記栄養液とを十分に反応させることができ、栄養液を還元することができる。
上記固体状態の還元剤としては、５００μｍ以下の粒径を有する粉末を好ましく挙げることができる。
一方、水溶性の還元剤としては、有機酸若しくはその誘導体、次亜リン酸若しくはその誘導体、又は有機酸又は次亜リン酸と鉄、チタン、亜鉛、マンガン、アルミニウム又はマグネシウムとからなる塩、又は硫化物塩を好ましく挙げることができる。
有機酸としては、カルボン酸、スルホン酸、フェノール酸若しくはその誘導体等を好ましく挙げることができる。カルボン酸としては、１〜２０の炭素原子を有し且つ水酸基で置換されていてもよいモノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸を好ましく挙げることができる。具体的には酢酸、クエン酸、テレフタル酸等が好ましく、特に、クエン酸等の２〜１０の炭素原子を有する脂肪族トリカルボン酸が好ましい。フェノール酸の誘導体としては、ポリヒドロキシアリールを好ましく挙げることができる。ポリヒドロキシアリールとしては、１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，４−ジヒドロキシベンゼンが好ましい。また、有機酸の誘導体としては、塩、エステル、アミド、酸無水物等を好ましく挙げることができる。
次亜リン酸の誘導体としては、塩、エステル等を好ましく挙げることができるが、塩が特に好ましい。
上記水溶性の還元剤を用いる場合には、固体状態の還元剤を用いる場合と比較して、ハロゲン化有機化合物との接触効率が飛躍的に増大し、脱ハロゲン化反応が促進される。また、水溶性の還元剤は土壌等に浸透するため、井戸等の導管や地中壁を用いて注入することができる。さらに、浄化運転中の還元状態に応じて、還元剤を添加して還元状態を容易に回復することもできる。
また上記水溶性の還元剤を用いる場合には、上記還元工程において、上記栄養液を上記還元剤を含む水溶液と混合する混合工程を含むことが好ましい。上記混合工程を含むことにより、水溶性の還元剤と上記栄養液とを十分に反応させることができ、栄養液を還元することができる。
上記導入工程において、上記還元された栄養液は、地表に設けられた深い窪みを介して、汚染物中に導入されることが好ましい。ここで、深い窪みとは、地中に挿入設置された導管、井戸、地中壁などを含む概念である。深い窪みが導管又は井戸である場合には、多数の貫通孔からなるストレーナ部を少なくと一部に含むことが好ましい。また、地中壁とは、深い溝をいい、典型的には、溝が崩壊しないように、溝の中に砂、砂利等の透水性の高い充填剤が埋められて形成されており、優れた通気性及び透水性を呈するものである。
一方、透水性の良い地質では、浸透マス、トレンチのような浅い窪みを介して導入してもよい。透水性の良い地質は、例えば、砂、礫、軽石等からなる地層が挙げられる。トレンチの深さは、その地質がどれだけ崩壊し易いかに依存する。例えば、車両等が通る場所の近傍では、約２０ないし３０センチの深さ又はそれ以上の深さであってもよい。あるいは、車両等が通らず、地質が安定している場所では、約１ｍ以上の深さであってもよい。トレンチの壁部は、崩壊しないように補強してもよいし、補強しなくてもよい。
また、本発明によれば、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤により、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水とを含有する栄養液を還元する還元手段と、前記汚染物中に還元された栄養液を導入する導入部を介して、前記汚染物中に還元された栄養液を導入する導入手段とを有する、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化する浄化装置が提供される。
上記還元剤及び栄養液としては、上述の還元剤及び栄養液を好ましく用いることができる。
上記還元手段は、上記還元剤が固体状態であり且つ水に不溶性又は難溶性である場合には、上記栄養液と上記還元剤とを接触させるための接触装置を含むことが好ましい。一方、上記還元剤が水溶性である場合には、上記還元手段は、上記栄養液と上記還元剤を含む水溶液とを混合する混合装置を含むことが好ましい。いずれの場合も、栄養液を還元剤により十分に還元することができる。
また、上記導入部は、地表に形成された深い窪みであることが好ましい。ここで、深い窪みとは、上述のように、地中に挿入設置された導管、井戸、地中壁などを含む概念である。一方、透水性の良い地質では、浸透マス、トレンチのような浅い窪みを介して導入してもよい。
前記還元手段が、通水性の充填剤が埋められた地中壁を含み、前記充填剤の少なくとも一部として、前記還元剤が用いられていることが好ましい。
還元剤は、砂、砂利のような粒状であってもよいし、粒状でなくてもよい。例えば、砂、砂利等と同等の粒径を有する鉄粉等の金属粉を充填剤として用いても良い。あるいは、充填剤には、砂、砂利等と、鉄粉等の金属粉とが含まれていても良い。あるいは、充填剤には、砂、砂利等の充填剤と、水に不溶性又は難溶性の還元剤とが含まれていても良い。この場合には、例えば、砂、砂利等の充填剤が地中壁の主成分となり、通気性、通水性を保持し、還元剤が通気性、通水性を損なわない程度に含まれいる。例えば、５０重量％以下の還元剤が含まれており、３０重量％以下の還元剤が含まれていてもよく、例えば、２０重量％以下の還元剤が含まれていても良い。地中壁は、その上部を封じられていてもいなくてもよい。あるいは、後述するように、深い窪みではなく、浅い窪みであってもよい。
上記導入手段は、ポンプを有することが好ましい。
さらに、上記浄化装置は、汚染物を上記導入部に導入する揚水手段を有し、汚染物を循環処理することが好ましい。この場合には、汚染物が複数回、還元手段に混合されることにより、より十分に脱ハロゲン化され得る。
本発明の他の側面では、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化する汚染物の浄化方法であって、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤により水を還元する水還元工程と、上記還元工程において還元された水と、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源とを接触させ、前記栄養源を含む混合液を得る、接触工程と、上記接触工程で得られた混合液を上記汚染物に添加する添加工程と、を含む浄化方法が提供される。
一実施態様では、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化する汚染物の浄化方法であって、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤により水を還元する水還元工程と、上記還元工程において還元された水と、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源とを混合する、混合工程と、上記混合工程で得られた混合液を上記汚染物に添加する添加工程と、を含む浄化方法が提供される。
ここで、栄養源が液体、即ち、栄養源を含む水であってもよいし、固体であってもよい。固体の場合には、例えば、コンポスト、堆肥、余剰汚泥、有機物含有率が高い底泥、有機性廃棄物等の固体有機物を用いることができる。
以下、栄養源が栄養液である実施形態を主に説明する。即ち、本発明において、上記還元工程において還元された水を従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を含有する栄養液に添加して栄養液を還元する栄養液還元工程と、上記栄養液還元工程において還元された栄養液を上記汚染物に添加する工程と、を含むことが好ましい。しかし、還元された水と、粉体等の固体、ゾル状、ゲル状の栄養源とを混合又は接触させてもよい。固体の栄養源としては、例えば、コンポスト、オカラ、ビールかす等の有機性廃棄物、腐植土等をそのまま用いることもできるし、これらを固形状、又は半固形状に固めたものを用いることもできる。
栄養源が固体である場合には、水、あるいは、すでに還元剤を通過し、還元された水を固体栄養源に接触させることにより、栄養源を水に溶け込ませても良い。例えば、固体栄養源を保持する槽又は固体栄養源を充填した充填塔に水を通過させてもよい。
還元剤及び栄養液としては、上述の還元剤及び栄養液を好ましく用いることができる。
前記水還元工程、前記接触工程又は前記添加工程で、井戸、地中壁、浸透マス、トレンチ又は窪みが用いられることが好ましい。
本発明の他の側面では、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化する方法であって、前記汚染物を通過するように、水を循環させる循環工程と、循環している水を２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤で還元する還元工程と、を含む浄化方法が提供される。
本明細書では、前記「汚染物」とは、汚染源を含む土壌、地下水、汚泥、底質、コンポスト、堆肥化有機物、廃棄物、排水、その他ハロゲン化有機化合物によるすべての汚染物を含み、特に、汚染源を含む土壌、地下水、汚泥その他ハロゲン化有機化合物によるすべての汚染物を含む。
また、前記「水」とは、ハロゲン化有機化合物等の汚染源を含有する水及び前記還元工程により還元された後の水を含む。具体的には、いわゆる地下水の他、汚泥や土壌、水田、底泥中の自由水並びに地表部等の系外より汚染物中に供給される水溶液としての水を含む。
本発明のこの側面の浄化方法は、水、特に地下水を循環させて、この循環中の水に還元剤による還元工程を繰り返し行わせしめることにより、還元作用のみで水及び水に接触する汚染物、特に底質、汚泥、土壌などを浄化することができるものである。
上記還元工程は、土壌中で行われることが好ましい。還元工程を土壌中で行うことにより、汚染された地下水を地上に揚水する必要がなくなり低コストで浄化することができる。また、汚染された地下水を揚水することにより発生するかもしれない二次汚染を防止することもできる。
上記循環工程は、土壌中の水を取り込む工程と、水を土壌中に排出する工程と、を有することが好ましい。かかる循環工程により、地下水組成に対して急激な変化を与えずに、汚染された地下水を徐々に浄化することができる。
上記還元剤は、固体状態であり且つ水に不溶性又は難溶性であることが好ましい。かかる還元剤を用いることにより、還元剤の顕著な減少を招かずに、循環される汚水を繰り返し還元することができるので、低コストで汚水を土壌中で浄化することができる。また、このように循環させているうちに、物理的に汚染物を洗浄することにより、浄化することもできる。
あるいは、上記還元剤は、水溶性の還元剤であることが好ましい。水溶性の還元剤を用いる場合には、土壌中への還元剤の浸透が期待される。
また、本発明の浄化方法においては、上記還元剤を添加する還元剤添加工程を含むことが好ましい。さらに、上記還元剤添加工程は、地表で行われることが好ましい。地表では、取り扱いが容易だからである。あるいは、土壌中で行われても良い。例えば、上述したように、地中壁の充填剤に還元剤を混合してもよい。
循環させる前の水に、更に、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を接触させる栄養源接触工程を有することが好ましい。
循環している水に、更に、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を接触させる栄養源接触工程を有していても良い。
栄養源は、栄養源を含有する栄養液として添加することが、取扱い上、好ましい。以下、栄養源を栄養液として添加する実施形態を主に説明する。しかし、粉体等の固体、ゾル状、ゲル状の栄養源を循環している水に添加してもよい。
このように栄養源を用いる実施態様では、水、特に地下水を循環させて、この循環中の水に還元剤及び栄養液を添加することで、還元剤による化学反応及び栄養液により活性化された嫌気性微生物による生物的分解反応を繰り返し行わせしめることにより、水及び水に接触する汚染物、特に底質、汚泥、土壌などを効率よく浄化することができるものである。
上記添加工程において、上記還元剤の添加と上記栄養液の添加とは、いずれが先であってもよい。重要なことは、汚染物と接触する際に、上記栄養液が還元状態に維持されていることである。このように栄養液を還元状態に維持することで、微生物活性を高めることができ、より効率よく汚染物を浄化することができる。
また、上記栄養液に含有される上記従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水との比率は、特に制限がない。なお、上記従属栄養型嫌気性微生物の栄養源は、浄化すべき汚染物中の微生物特性に応じて、適宜選択することができる。上記従属栄養型嫌気性微生物としては、上述したものを用いることができる。
土壌中の水を取り込む前記工程で、井戸、地中壁、浸透マス、トレンチ又は窪みが用いられることが好ましい。
また、水を土壌中に排出する前記工程で、井戸、地中壁、浸透マス、トレンチ又は窪みが用いられることが好ましい。
上記水溶性の還元剤を用いる場合には、固体状態の還元剤を用いる場合と比較して、ハロゲン化有機化合物との接触効率が飛躍的に増大し、脱ハロゲン化反応が促進される。また、水溶性の還元剤は土壌等に浸透するため、井戸等の導管や地中壁、浸透マス、トレンチ、浅い窪みを用いて注入することができる。さらに、浄化運転中の還元状態に応じて、還元剤を添加して還元状態を容易に回復することもできる。
また上記水溶性の還元剤を用いる場合には、上記添加工程において、上記栄養液と上記還元剤を含む水溶液とを混合することが好ましい。こうして、水溶性の還元剤と上記栄養液とを十分に反応させることができ、栄養液を十分に還元した状態に維持することができる。
一方、上記添加工程において、上記栄養液は、地表に設けられた深い窪みを介して、汚染物中に導入されることが好ましい。ここで、深い窪みとは、地中に挿入設置された導管、井戸、地中壁などを含む概念である。深い窪みが導管又は井戸である場合には、多数の貫通孔からなるストレーナ部を少なくとも一部に含むことが好ましい。また、地中壁とは、深い溝をいい、典型的には、溝が崩壊しないように、溝の中に砂、砂利等の透水性の高い物質が埋められて形成されており、優れた通気性及び透水性を呈するものである。このとき、上述のように、固体状態の還元剤を地中壁の充填剤に用いても良い。あるいは、栄養液の導入の際には、浸透マス、トレンチや浅い窪みを用いてもよい。
本発明の他の側面では、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化する装置であって、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤と、前記汚染物中又は前記汚染物の下流に位置する吸水部と、前記吸水部の上流であって、前記汚染物中又は前記汚染物の上流に位置する排水部と、を有し、水を前記吸水部、前記還元剤及び前記排水部の間で循環させて、前記汚染物を浄化することを特徴とする浄化装置が提供される。例えば、水は、吸水部、還元剤、排水部という順序に流れ、排水部から土壌中に排出され、重力又は地下水の流れに沿って、吸水部から再び吸水される。吸水部は、好ましくは、帯水層に配置される。
前記還元剤が、固体状態であり且つ水に不溶性又は難溶性である還元剤を含むことが好ましい。
前記還元剤が、水溶性の還元剤を含むことが好ましい。
前記還元剤は、前記吸水部と排水部との間に位置づけられていることが好ましい。地下水は、まず、吸水部から吸水され、次いで、ポンプ等により還元剤にまで運ばれ、次いで、還元剤で還元され、そして、還元された地下水が排水部から排出されるからである。排出された水は、重力又は地下水の流れ等により、給水部に移動しうる。
前記還元剤は、還元剤槽に保持されていることが好ましい。還元剤槽は土壌中に設けられてもよいし、地表に設けられても良い。
前記吸水部又は前記排水部は、井戸、地中壁、浸透マス、トレンチ又は窪みに設けられていることが好ましい。水の循環に関連して、ポンプを有することが好ましい。例えば、吸水部と排水部との間にポンプが配置されていてもよい。あるいは、吸水部の上部にポンプが配置されていてもよい。
従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を更に有することが好ましい。循環させる前の水を栄養源に接触させることが好ましい。水を前記吸水部、前記還元剤、前記栄養源及び前記排水部の間で循環させて、前記汚染物を浄化することが好ましい。例えば、水は、吸水部、還元剤、栄養源、排水部という順序、又は、吸水部、栄養源、還元剤、排水部という順序に流れ、排水部から土壌中に排出され、重力又は地下水の流れに沿って、吸水部から再び吸水される。
栄養源を保持する栄養源槽を更に有することが好ましい。
本発明の他の側面では、ハロゲン化有機化合物を含む汚染土壌を浄化する浄化装置であって、前記汚染土壌の上部又は上流の地表に形成された窪みと、前記窪みに配置された、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤と、前記還元剤の上部に配置される、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源とを含む、ハロゲン化有機化合物を含む汚染土壌を浄化する浄化装置が提供される。
例えば、地表に、トレンチ等の浅い窪みを掘り、窪みの下部に第１層として、還元剤を充填し、その上部に従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を第２層として充填してもよい。この場合には、窪みは、土壌中のハロゲン化有機化合物を含む汚染物の上部又は上流に設ける。地下水や、水道水をこの第２層の上部から散布してもよい。あるいは、このように散布することなく、雨水が第２層に流れ込むようにしてもよい。これにより、散布された水又は雨水が、まず栄養源を通過し、前記栄養源を含む水となり、次いで、還元剤で還元される。そして、還元された水が土壌に染み込み、土壌中の汚染物に届き、浄化することになる。
また、前記還元剤が固体であることが好ましい。前記栄養源が固体であることが好ましい。固体栄養源として、コンポスト、堆肥、余剰汚泥、有機物含有率が高い底泥、有機性廃棄物等の固体有機物を用いることが好ましい。
前記還元剤及び前記栄養源がそれぞれ層状に配置され、前記栄養源からなる層が前記還元剤からなる層を被覆していてもよい。固体栄養源が還元剤を被覆することになるので、還元剤が空気中の酸素を還元することで消費することを防止することができる。
発明の好ましい実施の形態
以下、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１及び図２は、本発明の一実施態様の浄化装置を設置した状態を示す概略図である。
図１において、土壌は、地下水面４の上部の通気層１と、地下水面４の下部の帯水層２とを有している。帯水層２の下部には、難透水性層３が位置している。
帯水層２の一部がハロゲン化有機化合物で汚染された土壌２ａであり、土壌２ａ中に含まれる地下水も同様にハロゲン化有機化合物で汚染されている。
図１に示す浄化装置Ａは、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤により、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水とを含有する栄養液を還元する還元手段１０と、前記汚染物中に還元された栄養液を導入する導入部２０を介して、前記汚染物中に還元された栄養液を導入する導入手段３０とを備える。ここで、上記還元剤は、固体状態の還元剤（以下、固体還元剤と称す）であり、例えば、鉄粉を好ましく用いることができる。鉄は、ステンレス鋼、鋳鉄、炭素鋼、還元鉄などの形態であってもよい。
また、還元剤としては、還元鉄、鋳鉄、鉄−シリコン合金、チタン合金、亜鉛合金、マンガン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、カルシウム合金、チタン−シリコン合金、チタン−アルミニウム合金、亜鉛−アルミニウム合金、マンガン−マグネシウム合金、アルミニウム−亜鉛−カルシウム合金、アルミニウム−スズ合金、アルミニウム−シリコン合金、カルシウム−シリコン合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の還元剤を好ましく用いることができる。
上記栄養源は、浄化すべき汚染物中の微生物特性に応じて適当な栄養源を用いることができる。上記従属栄養型嫌気性微生物がメタン生成細菌である場合に好ましく用いることができる上記栄養源の一例を下記表６及び表７に示す。
0004160728.tif 000010
ミネラル１液とは、１リットルの蒸留水中に、６ｇのＫ２ＨＰＯ４が含有している液をいう。
ミネラル２液とは、１リットルの蒸留水中に、６ｇのＫＨ２ＰＯ４、６ｇの（ＮＨ４）２ＳＯ４、１２ｇのＮａＣｌ、２．６ｇのＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、及び、０．１６ｇのＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏが含有している液をいう。
微量ミネラル液とは、１リットルの蒸留水中に、１．５ｇのニトリロ三酢酸、３．０ｇのＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、０．５ｇのＭｎＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、１．０ｇのＮａＣｌ、０．１ｇのＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、０．１ｇのＣｏＳＯ４又はＣｏＣｌ２、０．１ｇのＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、０．１ｇのＺｎＳＯ４、０．０１ｇのＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ、０．０１ｇのＡｌＫ（ＳＯ４）２、０．０１ｇのＨ３ＢＯ３、及び、０．０１ｇのＮａ２ＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏが含有している液をいう。まず、ニトリロ三酢酸をＫＯＨでｐＨ６．５にしつつ溶解させ、次いで、他のミネラルを添加する。最終的には、ＫＯＨによりｐＨが７．０に調整されている。
微量ビタミン液とは、１リットルの蒸留水中に、２ｍｇのビオティン（ｂｉｏｔｉｎ）、２ｍｇの葉酸（ｆｏｌｉｃ  ａｃｉｄ）、１０ｍｇのピリドキシン（ｐｙｒｉｄｏｘｉｎｅ）・塩酸、５ｍｇのチアミン・塩酸、５ｍｇのリボフラビン（ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ）、５ｍｇのニコチン酸（ｎｉｃｏｔｉｎｉｃ  ａｃｉｄ）、５ｍｇのＤＬ−パントテン酸カルシウム（ｃａｌｃｉｕｍ  ｐａｎｔｏｔｈｅｎａｔｅ）、０．１ｍｇのビタミンＢ１２、５ｍｇのｐ−アミノ安息香酸、及び、５ｍｇのリポ酸（ｌｉｐｏｉｃ  ａｃｉｄ）を含有している液をいう。
0004160728.tif 000011
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上記従属栄養型嫌気性微生物が硫酸還元細菌である場合に好ましく用いることができる上記栄養源の一例を下記表８に示す。
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上記従属栄養型嫌気性微生物が硝酸還元細菌である場合に好ましく用いることができる上記栄養源の一例を下記表９に示す。
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また、上記栄養源として、有機態炭素及び有機態炭素の２０〜５０重量％、より好ましくは２０〜３０重量％の酸化態窒素を含有する培地を用いると、上記化学反応及び生物的反応に関与する微生物群を変化させ、硫化鉄等による土壌の黒変、メタンガスの発生並びにメルカプタン等の悪臭ガスの生成を抑制することができ、さらに、窒素ガスが発生するので、発生する水素ガスが希釈される。上記酸化態窒素は、硝酸塩の形態であることが好ましく、硝酸塩としては、硝酸アルカリ金属塩、硝酸アルカリ土類金属塩、硝酸鉄、硝酸チタン、硝酸マンガン、硝酸アルミニウム又は硝酸マグネシウムを好ましく用いることができる。特に、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム又は硝酸カルシウムを好ましく用いることができる。また、有機態炭素は、水溶性の有機炭素源であることが好ましく、糖類、有機酸若しくはその誘導体、低級アルコール、モラセル廃液、若しくは醸造廃液又はこれらの混合物を好ましく用いることができる。
上記還元手段１０は、上記固体還元剤を含有し、地上に位置づけられた固体還元剤接触槽１０である。上記導入部２０は、固体還元剤接触槽１０から還元された栄養液（以下、還元栄養液と称す）を受け取り且つ汚染物中に該還元栄養液を導入する地中に設置された導管２０であり、典型的には井戸である。上記導入手段３０は、導管２０内に上記還元栄養液を送り込む注入ポンプ３０である。
さらに本実施形態の浄化装置Ａは、浄化すべき汚染物中の微生物特性に応じた栄養液を調整するための栄養液調整槽４０を具備する。栄養液調整槽４０と固体還元剤接触槽１０との間は、第１の栄養液供給ライン４１で連結されている。固体還元剤接触槽１０と導管２０との間は、第２の栄養液供給ライン４２で連結されている。導管２０の下部には、固体還元剤接触槽１０から第２の栄養液供給ライン４２を介して供給された上記還元栄養液を汚染物中に浸透させるためのストレーナ部２１が設けられており、該ストレーナ部２１が地中の帯水層２内に位置づけられるように、導管２０は地中に設置されている。
上記ストレーナ部とは、導管の壁面を貫通する多数の貫通孔である。ストレーナ部の開口率は、１０〜５０％が好ましく、特に２０〜４０％であることが好ましい。導管は、さらに、ストレーナ部に巻かれた金網と、ストレーナ部以外の導管の壁面に巻かれたパッカ（図示せず）と、を具備する。該金網は、導管内部に砂利等が侵入することを防止するものであり、該パッカは、導管を地中に固定する際に膨張するものであり、パッカが吸水することにより膨張するものと、パッカにガスを注入して膨張するものとがある。
導管２０の設置は、以下の手順で行われる。すなわち、ボーリング機械で堀削して深い穴を形成し、堀削完了後、ボーリング機械を穴から引き抜く。次いで、穴の中に、下部にストレーナ部２１が形成されており開口頂部２０ａと閉鎖底部２０ｂとを有する好ましくはステンレス鋼製の導管２０を挿入する。次いで、典型的には、土壌中の水分により、導管２０に巻かれているパッカ（図示せず）が膨張する。さらにケイ砂等を入れて、導管２０の周りの空隙を埋め、最後に、地表面近傍にセメントを流し込み固めて、導管２０の設置が完了する。
上記固体還元剤接触槽１０は、図２（ａ）に示すように、第１の栄養液供給ライン４１が固体還元剤接触槽１０の頂部１０ａに連結されていても、図２（ｂ）に示すように、第１の栄養液供給ライン４１が固体還元剤接触槽１０の底部１０ｂに連結されていてもよい。上記固体還元剤接触槽１０は、下部に設けられた支持床１１と、支持床１１に支持されている固体還元剤接触部１２と、固体還元剤接触部１２の上方の第１の空隙部１３と、固体還元剤接触部１２の下方の第２の空隙部１４と、を含む。上記固体還元剤接触部１２は、砂礫などの担体と、該担体に担持又は担体に混合された上記固体還元剤とを含む。ここで固体還元剤は、例えば、５００μｍ以下の大きさの粉末である。上記支持床１１は、栄養液を通過させるが上記固体還元剤を通過させない程度の大きさの多数の小さな孔を有する。支持床は、例えば、ステンレス鋼から構成される板状部材である。上記第１の空隙部１３及び第２の空隙部１４は、第１の栄養液供給ライン４１から供給された栄養液が上記固体還元剤接触部１２に常に所望の速度で流れるために十分な大きさである。
図２（ａ）に示すように、第１の栄養液供給ライン４１が固体還元剤接触槽１０の頂部１０ａに連結されている場合には、固体還元剤接触槽１０の頂部１０ａに供給された栄養液は自重により、固体還元剤接触部１２を貫通して流れ、還元される。一方、図２（ｂ）に示すように、第１の栄養液供給ライン４１が固体還元剤接触槽１０の底部１０ｂに連結されている場合には、固体還元剤接触槽１０の頂部１０ａに連結されている第２の栄養液供給ライン４２にポンプ等を設けて、強制的に吸引する必要がある。
また、図２（ａ）に示すように、第２の栄養液供給ライン４２に三方コック４３を設けて、三方コック４３を介して逆洗時通水ライン４４を連結させることもできる。この場合には、逆洗時通水ライン４４を介して、固体還元剤接触槽１０内部に下部から上部に洗浄水を通水することによって、固体還元剤接触部１２を逆洗することができる。これにより、固体還元剤接触部１２及び支持床１１の細孔の目詰まりを防止することができる。
図２（ａ）又は図２（ｂ）に示す固体還元剤接触槽１０の構造は、固体栄養源接触槽の構造として用いることもできる。上記固体還元剤接触部１２に、担体と上記固体還元剤とを充填する代わりに、従属栄養型嫌気性微生物の固体栄養源を単独で又は更に担体と共に充填すればよい。固体栄養源接触槽に水を通すことにより、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を含む水を得ることができる。そして、このような固体栄養源接触槽を図１の栄養液調整槽４０の代わりに又は栄養液調整槽４０とともに用いても良い。
あるいは、上記固体還元剤接触部１２に、担体と、上記固体還元剤と、従属栄養型嫌気性微生物の固体栄養源とを充填してもよい。そして、このような固体還元剤接触槽を図１の栄養液調整槽４０の代わりに又は栄養液調整槽４０とともに用いても良い。固体栄養源接触槽及び従属栄養型嫌気性微生物の固体栄養源も含む固体還元剤は、本発明の他の実施形態にも同様に適用できる。
本実施形態の浄化装置Ａを用いるハロゲン化有機化合物で汚染された地下水や土壌などの汚染物の浄化方法は、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤が、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水とを含有する栄養液を還元する還元工程と、前記還元工程の後、好ましくは直後に、還元された栄養液を前記汚染物に導入する導入工程と、を含む。上記還元工程は、固体還元剤接触槽１０内部で行われ、上記導入工程は、導管２０にて行われる。詳細には、まず、栄養液調整槽４０に、適当な栄養剤と水とを添加して十分に攪拌して栄養液を調整する。なお、添加する水の量には制限がなく、井戸近傍の地下水位が上昇して地表に達しない範囲で、任意に設定することができる。
次に、調整された栄養液は、第１の栄養液供給ライン４１を介して、注入ポンプ３０により、固体還元剤接触槽１０に供給される。固体還元剤接触槽１０に供給された栄養液は、固体還元剤接触部１２を通過しながら固体還元剤と接触して、還元される。十分に還元された還元栄養液は、支持床１１の小さな孔及び第２の空隙部１４を通過して、第２の栄養液供給ライン４２を介して、還元状態に維持されたまま、導管２０に流し込まれる。導管２０に流し込まれた還元栄養液は、導管２０の下方に形成されているストレーナ部２１を介して汚染物中に浸透して、汚染物に含有されているハロゲン化有機物と反応して脱ハロゲン化すると同時に、汚染物中に存在する従属栄養型嫌気性微生物の活性を高め、微生物による生物分解反応を促進して、汚染物を浄化する。
次に、本発明の浄化装置の第２の実施形態を図３に示す。図３は、還元剤として水溶性還元剤を用いた浄化装置を設置した状態を示す該略図である。水溶性還元剤としては、有機酸若しくはその誘導体、次亜リン酸若しくはその誘導体、又は有機酸又は次亜リン酸と鉄、チタン、亜鉛、マンガン、アルミニウム又はマグネシウムとからなる塩、又は硫化物塩を好ましく用いることができる。有機酸としては、カルボン酸、スルホン酸、フェノール酸若しくはその誘導体等を好ましく用いることができる。カルボン酸としては、１〜２０の炭素原子を有し且つ水酸基で置換されていてもよいモノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸を好ましく用いることができる。具体的には酢酸、クエン酸、テレフタル酸等が好ましく、特に、クエン酸等の２〜１０の炭素原子を有する脂肪族トリカルボン酸が好ましい。
上述した表５に示すように、ギ酸、シュウ酸については、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶではなく、本発明の還元剤に該当しない。しかし、ギ酸、シュウ酸の誘導体、例えば、これらの塩については、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶの範囲であり、本発明の還元剤に該当する場合があり得る。
フェノール酸の誘導体としては、ポリヒドロキシアリールを好ましく用いることができる。ポリヒドロキシアリールとしては、１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，４−ジヒドロキシベンゼンが好ましい。また、有機酸の誘導体としては、塩、エステル、アミド、酸無水物等が好ましい。次亜リン酸の誘導体としては、塩、エステル等を好ましく用いることができるが、塩が特に好ましい。
本実施形態の浄化装置Ｂは、還元手段が水溶性還元剤混合装置１００であり、水溶性還元剤タンク１５０と、還元剤供給ライン１５１と、還元剤供給ライン１５１に設けられているポンプ１６０を含む点を除いて、図１に示した第１の実施形態と同じである。図１と同じ要素には、同じ符号を付して示す。水溶性還元剤混合装置１００は、栄養液調整槽１４０からの第１の栄養液供給ライン１４１と、水溶性還元剤タンク１５０からの還元剤供給ライン１５１と、を受け入れる。本実施形態において、水溶性還元剤混合装置１００は、ラインミキサ１００である。水溶性還元剤混合装置１００と地中に設置された導管２０との間には、第２の栄養液供給ライン１４２が連結されている。導管２０は、下方に形成されているストレーナ部２１を有する。
本実施形態の浄化装置Ｂを用いる汚染物の浄化方法は、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤が、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水とを含有する栄養液を還元する還元工程と、前記還元工程の後、好ましくは直後に、還元された栄養液を前記汚染物に導入する導入工程と、を含む。上記還元工程は、水溶性還元剤混合装置１００内で行われ、上記導入工程は、導管２０にて行われる。詳細には、まず、栄養液調整槽１４０に、浄化されるべき汚染物中の微生物特性に応じた培地及び水を添加し、十分に攪拌する。一方、水溶性還元剤タンク１５０には、汚染物に応じた水溶性還元剤を入れておく。栄養液は、栄養液調整槽１４０から、第１の栄養液供給ライン１４１を介して、ポンプ１３０により、水溶性還元剤混合装置すなわちラインミキサ１００に供給される。水溶性還元剤は、水溶性還元剤タンク１５０から還元剤供給ライン１５１を介して、ポンプＰにより、水溶性還元剤混合装置すなわちラインミキサ１００に供給される。ラインミキサ１００にて、栄養液と水溶性還元剤は十分に混合されて、栄養液は還元される。還元栄養液は、第２の栄養液供給ライン１４２を介して導管２０に流し込まれ、導管２０の下方のストレーナ部２１を介して汚染物に浸透して、汚染物に含有されているハロゲン化有機化合物と化学反応を起こして脱ハロゲン化すると同時に、汚染物中の微生物活性を高めて、生物分解反応を促進して、汚染物を浄化することができる。
次に、本発明の第３の実施形態を図４に概略的に示す。本実施形態の浄化装置Ｃは、図１に示す浄化装置Ａの導管２０の代わりに、一対の傾斜部２２０ｃ及び２２０ｄと、帯水層２に横方向に挿入されているストレーナ部２２１と、を有する導入部２２０を備える点を除いて、図１に示す浄化装置Ａと同様の構成である。第１の傾斜部２２０ｃは、地表に位置づけられている開口端部２２０ａを有し、該開口端部２２０ａから第２の栄養液供給ライン２４１を介して、固体還元剤接触槽２１０にて還元された栄養液を受け入れる。ストレーナ部２２１は、帯水層２内に水平に位置づけられており、還元栄養液を帯水層２内に通過させる。第２の傾斜部２２０ｄは、地表に突出する閉鎖端部２２０ｂを有する。あるいは、固体還元剤接触槽２１０の代わりに、図３に示す水溶性還元剤混合装置１００を用いても良い。
図４に示すいわゆる水平井戸は、図４Ａ及び図４Ｂのようにして施工することができる。まず、水平掘り機械２５０を用いて、地表の入り口２５２から出口２５４に向けて、水平に穴を掘る。穴が掘り終わったときには、リーマが出口２５４から地表に出ることになる。
ついで、図４Ｂに示すように、出口２５４からフレキシブルパイプ２２０ｃ等を穴に入れ、掘削時のリーマを入り口２５２から引っ張る。そうすると、リーマが穴を通って入り口２５２から引戻され、フレキシブルパイプが穴の中に配置されることになる。最後に、所望により、出口２５４を埋めても良い。
本実施形態の浄化装置Ｃを用いる汚染物の浄化方法は、ストレーナ部２２１から垂直方向に還元栄養液が流出する点を除いて、第１又は第２の実施形態と同様である。本実施形態の浄化装置Ｃ及び浄化方法は、浄化すべき汚染物を含む地下水又は土壌等の真上の地表面に、工場など建物がある場合に有効である。
なお、図４では、ストレーナ部２２１は水平方向に伸びているが、ストレーナ部が傾斜していてもよい。また、施工方法によっては、傾斜部２２０ｄを省略することもできる。
ストレーナ部が傾斜している場合を図４Ｃに示す。図４と同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する。汚染部２ａの上部に建物９がある場合には、建物の内部から垂直に井戸を掘ることができない。この場合には、建物の外側から汚染部２ａに向かって斜め井戸２２２を掘ってもよい。斜め井戸２２２の端部には、ストレーナ部２２３を設け、ストレーナ部２２３は好ましくは汚染部２ａに届いている。還元槽２１０で還元された栄養液が斜め井戸２２２のストレーナ部２２３を介して、汚染部２ａに流入し、栄養液に伴う生物学的脱ハロゲン化及び還元剤に伴う化学的脱ハロゲン化の相乗効果により汚染部を浄化する。
次に、本発明の第４の実施形態及び第５の実施形態を図５及び図６に概略的に示す。本実施形態は、還元栄養液循環処理型の浄化装置Ｄである。ここで、図５は、還元剤として固体還元剤を用いた場合、図６は還元剤として水溶性還元剤を用いた場合を示す。
図５に示されている浄化装置Ｄは、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤により、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水とを含有する栄養液を還元する還元手段３１０と、前記汚染物中に還元された栄養液を導入する導入部３２０を介して、前記汚染物中に栄養液を導入する導入手段３３０と、汚染物を前記導入部３２０に導入する揚水手段３６０と、を備える。上記還元剤は上述の固体還元剤を用いることができる。上記栄養源は、浄化すべき汚染物中の微生物活性に応じて、適当な栄養源を用いることができる。上記還元手段３１０は、固体還元剤接触部３１０である。上記導入部３２０は、地中に設置された導管３２０である。上記導入手段３３０は、注入ポンプ３３０である。上記揚水手段３６０は、水中ポンプ３６０である。
導管３２０の頂部３２０ａは、その内部を外気から遮断するために、密閉されていることが好ましい。所望により、導管３２０の内部の圧力を上昇することができる。
さらに、浄化装置Ｄは、地上に設けられた栄養液調整槽３４０と、栄養液調整槽３４０にて調整された栄養液を固体還元剤接触部３１０まで供給する第１の栄養液供給ライン３４１を含む。上記注入ポンプ３３０は、第１の栄養液供給ライン３４１に設けられている。
浄化装置Ｄにおいて、上記固体還元剤接触部３１０は、導入部すなわち導管３２０内に位置づけられている。固体還元剤接触部３１０は、砂礫などの担体と該担体に担持された固体還元剤とを含む。導管３２０は、壁面に形成された複数の孔からなる上部ストレーナ部３２１及び下部ストレーナ部３２２を有する。上部ストレーナ部３２１と下部ストレーナ部３２２とは、導管３２０の壁面において互いに離隔した部位に形成されており、下部ストレーナ部３２２が帯水層２内に位置づけられるようになされている。上部ストレーナ部３２１は帯水層２内に配置されていてもよいし、通気層１内に配置されていてもよい。上部ストレーナ部３２１が地下水面４の少し上の通気層１に配置されている場合に、浄化装置Ｄの運転が開始するときには、地下水面４が局地的に変動し、上部ストレーナ部３２１の位置が帯水層２になることもありうる。
固体還元剤接触部３１０は、上部ストレーナ部３２１と下部ストレーナ部３２２との間に位置づけられている。水中ポンプ３６０は、固体還元接触部３１０の下方で、下部ストレーナ部３２２の上方の位置に、導管３２０内に設けられており、帯水層２から地下水を導管３２０内に汲み上げる。固体還元剤接触部３１０の上方で、上部ストレーナ部３２１の下方には、ラインミキサ３７０が位置づけられている。下部ストレーナ部３２２は、汚染物特に地下水を導管３２０内部に導入するための貫通孔として機能する。上部ストレーナ部３２１は、固体還元剤接触部３１０において還元された栄養液を汚染物内に導入するための貫通孔として機能する。
ラインミキサ３７０は、水中ポンプ３６０により、下部ストレーナ部３２２を介して、帯水層２から汲み上げられ、そして、固体還元剤接触部３１０において還元された地下水と、栄養剤供給ライン２４１を介して注入された栄養液と、を混合する。
本実施形態の浄化装置Ｄを用いる地下水の浄化方法は、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤が、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水とを含有する栄養液を還元する還元工程と、前記還元工程の後、好ましくは直後に、還元された栄養液を前記汚染物に導入する導入工程と、を含む。上記還元工程は、固体還元剤接触部３１０にて行われ、上記導入工程は、導管３２０にて行われる。
詳細には、まず、地下水中の微生物特性に応じた適当な培地と水とを栄養液調整槽３４０にて攪拌混合して、栄養液を調整する。次いで、栄養液を第１の栄養液供給ライン３４１を介して、導管３２０内の固体還元剤接触部３１０に供給して、固体還元剤と接触させて還元する。還元された栄養液は、ラインミキサ３７０を通過して、上部ストレーナ部３２１を介して帯水層２内の地下水中に導入される。
同時に、固体還元剤接触部３１０には、水中ポンプ３６０により、下部ストレーナ部３２２を介して、帯水層２から汚染地下水が導管３２０内に汲み上げられる。汲み上げられた汚染地下水は、固体還元剤接触部３１０にて、固体還元剤及び還元栄養液と接触し、さらに、ラインミキサ３７０に送られて十分に混合される。
あるいは、栄養液を第１の栄養液供給ライン３４１を介して、固体還元剤接触部３１０の上部に注入する。一方、汲み上げられた汚染地下水は、固体還元剤接触部３１０にて、還元される。そして、栄養液と還元された地下水とがラインミキサ３７０で十分に混合される。
こうして、ハロゲン化有機化合物で汚染された地下水は、還元剤による脱ハロゲン化反応及び活性化された微生物による生物分解反応を受けて浄化される。浄化された地下水は、上部ストレーナ部３２１を介して、再び帯水層２に戻される。そして、上部ストレーナ部３２１から排出された、浄化された地下水は重力により下方に移動し、再び、下部ストレーナ部３２２から汲み上げられる。
このように、地下水は、帯水層２と導管３２０との間で循環するので、汚染部２ａには還元剤及び従属栄養型嫌気性微生物の栄養源が供給され、還元剤による化学反応と、活性化された従属栄養型嫌気性微生物による生物分解反応との組み合わせにより、脱ハロゲン化が進行する。
あるいは、図５Ａに示すように、ラインミキサ３７０は、ポンプ３６０及び固体還元剤接触部３１０の間に配置されてもよい。即ち、導管３２０の内部に、下から上に、下部ストレーナ部３２２、ポンプ３６０、ラインミキサ３７０、固体還元剤接触部３１０及び上部ストレーナ部３２１の順序に配置してもよい。図５Ａでは、栄養液供給ライン３４１は、ポンプ３６０とラインミキサ３７０との間まで延びており、栄養液をポンプ３６０とラインミキサ３７０との間に注入することができる。
ポンプ３６０が下部ストレーナ部３２２から地下水を汲み上げ、この地下水に栄養液が注入され、ラインミキサ３７０で地下水及び栄養液が混合される。そして、栄養液を含有する地下水が還元剤で還元され、次いで、上部ストレーナ部３２１から排出される。
あるいは、図５Ｂに示すように、ラインミキサを省略してもよい。即ち、導管３２０の内部に、下から上に、下部ストレーナ部３２２、ポンプ３６０、固体還元剤接触部３１０及び上部ストレーナ部３２１の順序に配置してもよい。栄養液供給ライン３４１は、ポンプ３６０の下部まで延ばし、栄養液をポンプ３６０の下部に注入してもよい。この場合には、下部ストレーナ部３２２から吸い込まれた地下水と栄養液とは、ポンプ３６０の内部で混合することができる。
あるいは、栄養液供給ライン３４１は、固体還元剤接触部３１０の上部又は下部まで延ばし、栄養液を固体還元剤接触部３１０の上部又は下部に注入してもよい。この実施形態では、配管の内部を地下水及び栄養液が移動する過程で地下水と栄養液とが自然に混合することになる。栄養液を固体還元剤接触部３１０の上部又は下部に注入する場合、特に、ポンプ３６０より上部に栄養液を注入する場合には、栄養液供給ライン３４１の内部に地下水が逆流することを防止するための逆止弁を設けることが好ましい。
ラインミキサを省略した場合には、あるいは、導管３２０の内部に、下から上に、下部ストレーナ部３２２、固体還元剤接触部３１０、ポンプ３６０、上部ストレーナ部３２１の順序に配置してもよい。
図６は、還元剤として水溶性還元剤を用いる場合の循環処理型の浄化装置Ｅを示す概略図である。浄化装置Ｅは、浄化装置Ｄの固体還元剤接触部３１０を含まず、ラインミキサ４１０、水溶性還元剤タンク４５０及び還元剤供給ライン４５１を含む点などで、図５に示す浄化装置Ｄと異なる。すなわち、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤により、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水とを含有する栄養液を還元する還元手段４１０と、前記汚染物中に還元された栄養液を導入する導入部４２０を介して、前記汚染物中に還元された栄養液を導入する導入手段４３０と、汚染物を前記導入部４２０に導入する揚水手段４６０と、を備える。水溶性還元剤としては、上述の水溶性還元剤を用いることができ、栄養源は、汚染物中の微生物活性に応じて適当な栄養源とすることができる。また、上記還元手段４１０は、地表に設けられたラインミキサ４１０である。上記導入部４２０は、地中に設置された導管４２０である。上記揚水手段４６０は、導管４２０内に設けられた水中ポンプ４６０及び下部ストレーナ部４２２である。
さらに浄化装置Ｅは、地上に設けられた栄養液調整槽４４０と、栄養液調整槽４４０から延びる第１の栄養液供給ライン４４１と、第１の栄養液供給ライン４４１に設けられている注入ポンプ４３０と、水溶性還元剤タンク４５０と、水溶性還元剤タンク４５０から延びる還元剤供給ライン４５１と、還元剤供給ライン４５１に設けられている注入ポンプ４５５と、を備える。第１の栄養液供給ライン４４１及び還元剤供給ライン４５１は、地表に設けられているラインミキサ４１０に連結されている。導管４２０の内部には、図５と異なって、栄養液を還元する還元手段が設けられていない。
本実施形態の浄化装置Ｅを用いて、地下水を浄化するには、まず、地下水中の微生物特性に応じた培地と水とを栄養液調整槽４４０にて調整すると同時に、水溶性還元剤タンク４５０に適当な水溶性還元剤を入れておく。次いで、第１の栄養液供給ライン４４１から栄養液を、還元剤供給ライン４５１から水溶性還元剤を、ラインミキサ４１０に供給し、ラインミキサ４１０内で混合させる。ラインミキサ内で栄養液は水溶性還元剤により還元される。
還元された栄養液は、管４２３を介して、導管４２０内に配置されているラインミキサ４７０の下方に供給される。一方、水中ポンプ４６０により、下部ストレーナ部４２２を介して地下水を導管４２０内に導入する。水中ポンプ４６０は、導管４２０内に導入された地下水及び還元された栄養液をラインミキサ４７０に導入し、ラインミキサ４７０内で両者を混合させる。地下水及び還元された栄養液の混合物は、上部ストレーナ部４２１を介して帯水層２内に浸透し、下部ストレーナ部４２２を介して水中ポンプ４６０により導管４２０に再び汲み上げられる。こうして、還元栄養液及び地下水の循環が生じ、この循環の間に、汚染された地下水は還元剤による脱ハロゲン化反応と活性化された従属栄養型嫌気性微生物による生物分解反応とを受けて、浄化される。
図７は、本発明の第６実施形態を示す概略図である。本実施形態は、図５又は図６の上部ストレーナ部及び下部ストレーナ部の代わりに、それぞれストレーナ部を有する井戸が一対設けられている点を除いて、図５又は図６に示す実施形態と同様であり、循環処理型の浄化装置Ｆを示す。浄化装置Ｆは、還元手段５１０と、導入部５２０を介して還元栄養物を導入する導入手段５３０と、揚水手段５６０と、を備える。ここでは、還元剤として固体還元剤を用いる場合を示す。上記還元手段５１０は、固体還元剤接触槽５１０である。上記導入部５２０は、一対の注入井戸５２０、５２０’である。上記栄養物導入手段５３０は、揚水井戸５８０の下方に位置づけられている水中ポンプ５６０である。
浄化装置Ｆは、栄養液調整槽５４０と、栄養液調整槽５４０から栄養液を固体還元剤接触槽５１０を経由して、注入井戸に送り込む注入ポンプ５３０と、栄養液調整槽５４０と固体還元剤接触槽５１０との間を連結する第１の栄養液供給ライン５４１と、固体還元剤接触槽５１０から延びて注入井戸５２０、５２０’に受け入れられる第２の栄養液供給ライン５４２と、揚水井戸５８０と、揚水井戸５８０を介して水中ポンプ５６０により汲み上げられた汚染物を栄養液調整槽５４０に導入する汚染物導入ライン５４３と、を含む。固体還元剤接触槽５１０の構造は、図２（ａ）及び図２（ｂ）において説明したものと同様である。注入井戸５２０，５２０’は、それぞれ開放頂部５２０ａ、５２０ａ’と、閉鎖底部５２０ｂ、５２０ｂ’と、下方に形成された多数の開孔からなるストレーナ部５２１、５２１‘と、を有する。揚水井戸５８０は、開放頂部５８０ｃと、閉鎖底部５８０ｂと、下方に形成された多数の開孔からなるストレーナ部５２２と、を有し、閉鎖底部５８０ｂに位置付けられた水中ポンプ５６０を含む。注入井戸５２０、５２０’及び揚水井戸５８０は、それぞれのストレーナ部５２１、５２１’、５２２が帯水層２内に位置付けられるように、また、一対の注入井戸５２０の間に揚水井戸５８０が位置付けられるように、地中に設置されている。
もっとも、注入井戸５２０、５２０’のストレーナ部５２１、５２１’は通気層１に配置されていてもよい。注入井戸５２０、５２０’のストレーナ部５２１、５２１’は、揚水井戸５８０のストレーナ部５２２の上流に配置されていることが好ましい。特に、揚水手段５６０により、地下水が汲み上げられたときに、注入井戸５２０、５２０’のストレーナ部５２１、５２１’は、地下水の流れに対して、揚水井戸５８０のストレーナ部５２２の上流に配置されていることが好ましい。
本実施形態の浄化装置Ｆは、一対の注入井戸５２０，５２０’のストレーナ部５２１、５２１’を介して帯水層２中に導入された還元栄養液が、注入井戸５２０，５２０’の間に位置付けられている揚水井戸５８０のストレーナ部５２２を介して帯水層２から揚水井戸５８０内に導入され、大きな水位勾配を作れるので循環速度が増大する。また、汚染物は揚水井戸５８０と注入井戸５２０，５２０’との間を循環するので、汚染物の拡散が防止される。さらに、汚染部位の大きさに応じて、注入井戸５２０，５２０’及び揚水井戸５８０の設置場所を変えることができる。
なお、本実施形態は、固体還元剤を用いる場合を示したが、水溶性還元剤を用いる場合には、上記固体還元剤接触槽５１０の代わりに、水溶性還元剤混合部５１０’を用いてもよい。
図８は、図７に示した第６の実施形態と同様の循環処理型の浄化装置Ｇであって、浄化すべき汚染物を含む土壌の上に工場などの障害物がある場合の適用例を示す概略図である。浄化装置Ｇは、還元手段６１０と、導入部６２０を介して還元栄養液を汚染物に導入する導入手段６３０と、揚水手段６６０と、を備える。還元手段６１０は、固体還元剤接触槽又は水溶性還元剤混合槽６１０である。導入手段６２０は、開放頂部６２０ａと、閉鎖底部６２０ｂと、下方に形成された多数の開孔からなるストレーナ部６２１と、を含む注入井戸６２０である。導入手段６３０は、注入ポンプ６３０である。揚水手段６６０は、水中ポンプ６６０である。注入ポンプ６３０は、栄養液調整槽６４０から栄養液を供給する第１の栄養液供給ライン６４１に設けられている。第１の栄養液供給ライン６４１は、固体還元剤接触槽又は水溶性還元剤混合槽６１０に連結されている。固体還元剤接触槽又は水溶性還元剤混合槽６１０は、第２の栄養液供給ライン６４２に連結され、第２の栄養液供給ライン６４２は、注入井戸６２０に受け入れられる。揚水井戸６８０は、開放頂部６８０ａと、閉鎖底部６８０ｂと、下方に形成された多数の開孔からなるストレーナ部６２２と、を有し、閉鎖底部６８０ｂに位置付けられた水中ポンプ６６０を含む。揚水井戸６８０と栄養液調整槽６４０との間は、汚染物供給ライン６４３で連結されている。
注入井戸６２０と揚水井戸６８０とは、帯水層２中において、注入井戸６２０が地下水の流れの上流側に、揚水井戸６８０が地下水の流れの下流側に、それぞれ位置付けられて設置されている。注入井戸６２０と揚水井戸６８０との間の隔離距離は、地上にある障害物の大きさにより適当に選択される。
本実施形態の浄化装置Ｇを用いて、地下水を浄化する場合には、栄養液調整槽６４０から第１の栄養液供給ライン６４１を介して固体還元剤接触槽６１０に供給し、栄養液を還元した後、還元栄養液を第２の栄養液供給ライン６４２を介して注入井戸６２０に導入され、下方のストレーナ部６２１を貫通して帯水層２内の汚染物中に導入される。帯水層２内で地下水は注入井戸６２０から揚水井戸６８０に向かって流れるので、帯水層２からは汚染物及び浄化された汚染物が水中ポンプ６６０により揚水井戸６８０内に導入され、次いで汚染物供給ライン６４３を介して栄養液調整槽６４０に導入される。こうして、障害物があって直接には還元栄養液を導入することができない汚染物を浄化することができる。また、注入井戸６２０を相対的に浅い位置に設置して、揚水井戸６８０を相対的に深い位置に設置する場合には、地下水の流れに加えて、注入井戸６２０から流出した還元栄養液の自重により揚水井戸６８０に流入するので、循環速度が増大する、という利点がある。また、本実施形態は、帯水層２の厚さが大きい場所で使用するときに有効である。
図９は、本発明の第８の実施形態を示す概略図である。図９では、地上に工場などの障害物があり、且つ帯水層２の厚さがあまり大きくない場所での適用例を示す。本実施形態の浄化装置Ｈは、還元手段７１０と、導入部７２０を介して還元栄養液を導入する導入手段７３０と、を備える。還元手段７１０は、固体還元剤接触槽又は水溶性還元剤混合槽である。導入部７２０は、開放端部７２０ａと、開放端部７２０ａから斜めに地中に延びる第１の傾斜部７２０ｃと、第１の傾斜部７２０ｃに連結されており帯水層２に水平に挿入されている水平部７２０ｅと、水平部７２０ｅに連結されており地上に向かって斜めに延びる第２の傾斜部７２０ｄと、第２の傾斜部７２０ｄの地上側端部である閉鎖端部７２０ｂと、を有する。開放端部７２０ａは、固体還元剤接触槽７１０から延びる第２の栄養液供給ライン７４２を受け入れる。第１の傾斜部７２０ｃは、帯水層２の地下水の流れの下流側に位置付けられている。第２の傾斜部７２０ｄは、帯水層２の地下水の流れの上流側に位置付けられている。閉鎖端部７２０ｂは地上に突出して密閉されている。水平部７２０ｅは、下流側ストレーナ部７２１ａ、水中ポンプ７６０及びラインミキサ７７０及び上流側ストレーナ部７２１ｂをこの順序に含む。水中ポンプ７６０は、帯水層２から汚染地下水を下流側ストレーナ部７２１ａを介して、水平部７２０ｅ内に吸入して、ラインミキサ７７０に供給する。吸入された汚染地下水は、ラインミキサ７７０にて、第２の栄養液供給ライン７４１から供給された還元栄養液と混合されて浄化される。ラインミキサ７７０にて混合された還元栄養液及び浄化された地下水は、上流側ストレーナ部７２１ｂを介して再び帯水層２内に戻される。上記導入手段７３０は、栄養液調整槽７４０からの第１の栄養液供給ライン７４１に設けられている注入ポンプ７３０である。
本実施形態の浄化装置Ｈは、地上に工場などの障害物があり且つ帯水層２の地下水の厚さが小さい場合に有効であり、汚染地下水を揚水せずに循環させることができるので、揚水処理が不要である、という利点がある。
なお、図９では、水平部２２１は水平方向に伸びているが、水平部が傾斜していてもよい。また、施工方法によっては、傾斜部７２０ｄを省略することもできる。
図９に示すように、水平部７２０ｅは汚染土壌２ａの下方に位置してもよいし、あるいは、水平部７２０ｅが汚染土壌２ａの中央を水平方向に貫いてもよく、水平部７２０ｅが汚染土壌２ａの中央を水平方向に貫くことが好ましい。特に、上流側ストレーナ部７２１ｂ及び下流側ストレーナ部７２１ａは、それぞれ、地下水の流れ７９０に対して、汚染土壌２ａより上流及び下流に位置することが好ましく、汚染土壌２ａより、若干、上流及び下流に位置することが更に好ましい。
図１０は、本発明の第９の実施形態を示す。第９の実施形態の浄化装置Ｉは、還元手段すなわち固体還元剤接触部８１０が地上ではなく、帯水層２中に水平に位置付けられている水平部８２０ｅに位置付けられている点を除いて、図９に示す第８の実施形態と同様の構成である。即ち、水平部８２０ｅは、下流側ストレーナ部８２１ａ、水中ポンプ８６０及びラインミキサ８７０、及び上流側ストレーナ部７２１ｂをこの順序に含む。
水中ポンプ８６０は、帯水層２から汚染地下水を下流側ストレーナ部８２１ａを介して、８平部７２０ｅ内に吸入して、ラインミキサ８７０に供給する。吸入された汚染地下水は、ラインミキサ８７０にて、第２の栄養液供給ライン８４１から供給された栄養液と混合される。ラインミキサ８７０にて混合された栄養液及び地下水は、固体還元剤接触部８１０により還元され、次いで、上流側ストレーナ部８２１ｂを介して再び帯水層２内に戻される。
この場合には、第８の実施形態で得られる利点の他に、地下水が繰り返し還元剤と接触することにより、より十分な脱ハロゲン化反応を起こすことができる、という利点がある。
図１０に示すように、水平部８２０ｅは汚染土壌２ａの下方に位置してもよいし、あるいは、水平部８２０ｅが汚染土壌２ａの中央を水平方向に貫いてもよく、水平部８２０ｅが汚染土壌２ａの中央を水平方向に貫くことが好ましい。特に、上流側ストレーナ部８２１ｂ及び下流側ストレーナ部８２１ａは、それぞれ、地下水の流れ８９０に対して、汚染土壌２ａより上流及び下流に位置することが好ましく、汚染土壌２ａより、若干、上流及び下流に位置することが更に好ましい。
図１１は、本発明の第１０の実施形態を示す。本実施形態の浄化装置Ｊは、浄化装置Ｇの注入井戸６２０及び揚水井戸６８０の代わりに、注入壁９２０及び揚水壁９８０からなる一対の地中壁を利用する点を除いて、図８に示す第７の実施形態と同様の構成である。地中壁９２０及び９８０は、同様の構造であるから、地中壁９２０を例にして、地中壁の構造を説明する。地中壁９２０は、開放端部９２０ａと、地中に掘られた深い溝９２０ｃと、底部９２０ｂと、からなる。深い溝９２０ｃには、溝が崩れないように、砂又は砂利等の通気性・通液性に優れた要素が埋没されている。地中壁９２０の深い溝９２０ｃは、地中壁の側壁を形成するが、上記通気性・通液性の優れた要素が堆積して形成されているので、壁面全体がストレーナ部と同様の機能を奏する。したがって、地中壁９２０を導入部として用いる場合には、いずれの部分からも栄養液が帯水層２中に導入される。一方、地中壁９８０は底部９８０ｂに、帯水層２から地下水を汲み上げる水中ポンプ９６０を含み、底部９８０ｂ近辺から地下水が揚水壁９８０内に導入される。地中壁９２０及び９８０を用いる場合には、注入壁９２０のいずれの部分からも還元栄養液が帯水層２中に導入され、揚水壁９８０の下方から水中ポンプ９６０によって地下水が汲み上げられるので、帯水層２の地下水の水位が高く、水位勾配が小さい場合に、水平方向の広範囲にわたって還元栄養液を拡散できる、という利点がある。
図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）は、水位等高線を実線で、地下水流線を矢印で示す。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、ストレーナ部を有する井戸を用いた場合の水位等高線及び地下水流線を示す。水位勾配が大きい場合には図１２（ａ）に示すように、栄養液が水平方向に広く拡散することができる。一方、水位勾配が小さい場合には図１２（ｂ）に示すように、栄養液の水平方向への拡散は限られる。これは、ストレーナ部からの流出量が小さく、水位勾配を上回る水平方向への拡散効果が得られないからである。
しかし、水位勾配が小さい場合であっても、地中壁を用いることにより、広範囲にわたって水平方向への拡散を行わせることができる。図１２（ｃ）は、地中壁を用いた場合の水位等高線及び地下水流線を示す。地中壁では、栄養液の流出が地中壁全体から生じるので、広範囲にわたって水平方向への拡散を行わせることができる。
本発明の浄化装置及び浄化方法の一側面によれば、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を効率的に且つ簡易に浄化することができる。特に、還元された栄養液により従属栄養型微生物の活性を高めることによる良好な生物分解反応と、還元剤による脱ハロゲン化反応と、を組み合わせることで、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を良好に浄化することができる。
また、本発明の一側面の浄化装置及び浄化方法によれば、現場にて簡易に且つ連続的に、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化することができる。
図１３及び図１４は、本発明の一実施態様の浄化装置を設置した状態を示す概略図である。
図１３において、土壌は、地下水面４の上部の通気層１と、地下水面４の下部の帯水層２とを有している。帯水層２の下部には、難透水性層３が位置している。帯水層２の一部がハロゲン化有機化合物で汚染された土壌２ａであり、土壌２ａ中に含まれる地下水も同様にハロゲン化有機化合物で汚染されている。
図１３に示す浄化装置Ｋは、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤を保持する還元槽１０１０と、吸水部１０２２及び排水部１０２１を有し、少なくとも前記吸水部１０２２が汚染物中の流動可能な水に満たされた部位すなわち本実施形態においては帯水層２中に位置づけられるハウジング１０２０と、を備え、地下水を帯水層２及びハウジング１０２０の間で循環するように構成されている。ここで、上記還元剤は、固体状態の還元剤（以下、固体還元剤と称す）であり、例えば、鉄粉を好ましく用いることができる。鉄は、ステンレス鋼、鋳鉄、炭素鋼、還元鉄などの形態であってもよい。
また、還元剤としては、還元鉄、鋳鉄、鉄−シリコン合金、チタン合金、亜鉛合金、マンガン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、カルシウム合金、チタン−シリコン合金、チタン−アルミニウム合金、亜鉛−アルミニウム合金、マンガン−マグネシウム合金、アルミニウム−亜鉛−カルシウム合金、アルミニウム−スズ合金、アルミニウム−シリコン合金、カルシウム−シリコン合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の還元剤を好ましく用いることができる。
上記吸水部１０２２は、ハウジング１０２０の下部壁面に設けられている多数の貫通孔からなるストレーナ部である。上記排水部１０２１は、ハウジング１０２０のほぼ中央部壁面に設けられている多数の貫通孔からなるストレーナ部である。もっとも、排水部１０２１の位置は、ハウジング１０２０の中央部に限定されるものではなく、ハウジング１０２０を吸水部１０２２が帯水層２内に位置づけた際に、排水部１０２１が帯水層２の上部若しくは帯水層２のわずかに上方に位置づけられるように形成されていればよい。ストレーナ部の開口率は、１０〜５０％が好ましく、特に２０〜４０％であることが好ましい。
ハウジング１０２０は、さらに、ストレーナ部に巻かれた金網と、ストレーナ部以外の導管の壁面に巻かれたパッカ（図示せず）と、を具備する。該金網は、ハウジング１０２０内部に砂利等が侵入することを防止するものであり、該パッカは、ハウジング１０２０を地中に固定する際に吸水して膨張するものである。なお、ハウジング１０２０を土壌中に垂直方向に設置する場合には、以下の手順で行われる。すなわち、ボーリング機械で堀削して深い穴を形成し、堀削完了後、ボーリング機械を穴から引き抜く。次いで、穴の中に、ハウジング１０２０を挿入する。すると、ハウジング１０２０の外周壁に巻かれているパッカ（図示せず）が、ハウジング１０２０と土壁との間に存在する水分を吸収して膨張する。さらにケイ砂等を入れて、ハウジング１０２０の周りの空隙を埋め、最後に、地表面近傍にセメントを流し込み、固めて、ハウジング１０２０の設置が完了する。
上記還元槽１０１０は、図１４に示すように、下部に設けられた支持床１０１１と、支持床１０１１に支持されている固体還元剤接触部１０１２と、固体還元剤接触部１０１２の上方の第１の空隙部１０１３と、固体還元剤接触部１０１２の下方の第２の空隙部１０１４と、を含む。上記固体還元剤接触部１０１２は、砂礫などの担体と、該担体に担持された上記固体還元剤とを含む。ここで固体還元剤は、例えば、５００μｍ以下の大きさの粉末である。上記支持床１０１１は、地下水を通過させるが上記固体還元剤を通過させない程度の大きさの多数の小さな孔を有する。支持床は、例えば、ステンレス鋼から構成される板状部材である。上記第１の空隙部１０１３及び第２の空隙部１０１４は、地下水が上記固体還元剤接触部１０１２に常に所望の速度で流れるために十分な大きさである。
本実施形態の浄化装置Ｋを用いるハロゲン化有機化合物で汚染された地下水及び土壌の浄化方法は、地下水を循環させる循環工程と、循環している地下水を２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤で還元する還元工程と、を含む。
上記循環工程において、帯水層２の地下水は、ハウジング１０２０下部の吸水部１０２２を介してポンプＰによりハウジング１０２０内に取り込まれ、ハウジング１０２０中央部の排水部１０２１を介して帯水層２内に排出される。そして、地下水は、重力により、帯水層２中を上部から下部に移動する。
上記還元工程において、ハウジング１０２０内に取り込まれた地下水は、還元槽１０１０を貫通する際に、還元剤と接触して、還元される。詳細には、地下水は、還元槽１０１０下部から還元槽１０１０内部に流入し、第２の空隙部１０１４及び支持床１０１１の小さな孔を貫通して、還元剤接触部１０１２に至り、ここで還元される。還元剤接触部１０１２にて還元された地下水は、第１の空隙部１０１３を経て、再びハウジング１０２０内部に戻され、排水部１０２１から帯水層２に流出し、土壌を洗浄する。
次に、本発明の浄化装置の第１２の実施形態を図１５に示す。図１５は、還元剤として水溶性還元剤を用いた浄化装置を設置した状態を示す該略図である。水溶性還元剤としては、有機酸若しくはその誘導体、次亜リン酸若しくはその誘導体、又は有機酸又は次亜リン酸と鉄、チタン、亜鉛、マンガン、アルミニウム又はマグネシウムとからなる塩、又は硫化物塩を好ましく用いることができる。有機酸としては、カルボン酸、スルホン酸、フェノール酸若しくはその誘導体等を好ましく用いることができる。カルボン酸としては、１〜２０の炭素原子を有し且つ水酸基で置換されていてもよいモノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸を好ましく用いることができる。具体的には酢酸、クエン酸、テレフタル酸等が好ましく、特に、クエン酸等の２〜１０の炭素原子を有する脂肪族トリカルボン酸が好ましい。
上述した表１に示すように、ギ酸、シュウ酸については、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶではなく、本発明の還元剤に該当しない。しかし、ギ酸、シュウ酸の誘導体、例えば、これらの塩については、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶの範囲であり、本発明の還元剤に該当する場合があり得る。
フェノール酸の誘導体としては、ポリヒドロキシアリールを好ましく用いることができる。ポリヒドロキシアリールとしては、１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，４−ジヒドロキシベンゼンが好ましい。また、有機酸の誘導体としては、塩、エステル、アミド、酸無水物等が好ましい。次亜リン酸の誘導体としては、塩、エステル等を好ましく用いることができるが、塩が特に好ましい。
本実施形態の浄化装置Ｌは、還元剤として水溶性の還元剤を用い、地表に設けられた還元剤添加手段１０３０をさらに備えている点を除いて図１３に示す実施形態と同様である。図１３と同じ要素には、同じ符号を付して示す。
還元剤添加手段１０３０は、水溶性還元剤タンク１０３１と、水溶性還元剤タンク１０３１からハウジング１０２１内の還元槽１０１０まで延びる還元剤供給ライン１０３２と、還元剤供給ライン１０３２上に設けられているポンプＰ３、とを含む。必要に応じて、ラインミキサ（図示されていない）を還元剤供給ライン１０３２に設けてもよい。
本実施形態の浄化装置Ｌを用いる汚水の浄化方法は、まず、水溶性還元剤タンク１０３１から還元剤供給ライン１０３２を介して、ポンプＰ３により、水溶性の還元剤を還元槽１０１０に添加する工程を備える点を除いて、浄化装置Ｋを用いる汚水の浄化方法と同様である。
本実施形態の浄化装置Ｌを用いて、地下水及び土壌を浄化するには、まず、還元剤供給ライン１０３２から水溶性還元剤を、管１０２９を介して、ハウジング１０２０内に配置されているラインミキサ１０７０の下方に供給される。一方、水中ポンプ１０６０により、下部ストレーナ部１０２２を介して地下水をハウジング１０２０内に導入する。水中ポンプ１０６０は、ハウジング１０２０内に導入された地下水及び水溶性還元剤をラインミキサ１０７０に導入し、ラインミキサ１０７０内で両者を混合させ、地下水を還元する。還元された地下水は、上部ストレーナ部１０２１を介して帯水層２内に浸透し、土壌を洗浄した後、下部ストレーナ部１０２２を介して水中ポンプ１０６０によりハウジング１０２０内に再び汲み上げられる。こうして、地下水の循環が生じ、この循環の間に、汚染された地下水は還元剤により分解し、浄化される。また、この地下水には、還元力が与えられる。
次に、本発明の第１３の実施形態を図１６に概略的に示す。本実施形態の浄化装置Ｍは、浄化すべき汚染土壌、地下水の上に工場などの障害物がある場合に有効である。浄化装置Ｍは、ハウジング１１２０ａが、帯水層２内に水平に位置づけられている点を除いて、図１３に示す実施形態と同様である。同じ要素には、同じ符号を付して説明する。
本明細書では、井戸には、ハウジング１１２０ａで示されるようないわゆる水平井戸、及び、図４Ｃの斜め井戸２２２も含まれる。
ハウジング１１２０ａには、地下水の下流側に吸水部を構成するストレーナ部１１２２が形成されており、地下水の上流側に排水部を構成するストレーナ部１１２１が形成されている。ハウジング１１２０ａは、吸水部１１２２に近接する部位にポンプＰを含み、排水部１１２１に近接する部位に還元槽１１１０を含む。また、必要に応じて、ハウジング１１２０ａの両端部に地表との連通管１１２０ｂ及び１１２０ｃを設けてもよい。
即ち、ハウジング１１２０ａ内では、地下水を吸引するためのストレーナ部１１２２、ポンプ１１６０、地下水を還元するための還元槽１１１０、ラインミキサー１１７０、還元された地下水を排出するためのストレーナ部１１２１がこの順序で設けられている。もっとも、還元槽１１１０の内部で、地下水が還元剤に十分に接触することができる場合などには、ラインミキサー１１７０を省略することができる。
本実施形態の浄化装置Ｍによる地下水及び土壌の浄化は、吸水部１１２２を介して吸引された地下水をポンプＰにより、還元槽１１１０を貫通して排水部１１２１から再び帯水層２内に戻す工程を繰り返すことにより、地下水が浄化装置Ｍ内を循環する間に還元槽１１１０内の還元剤と繰り返し反応して還元され、還元された地下水が繰り返し土壌を洗浄することでなされる。
また、吸水部１１２２を相対的に水位の低い部位に設置して、排水部１１２１を相対的に水位の高い位置に設置する場合には、地下水の流れに加えて、排水部１１２１から流出した地下水に含まれる還元剤イオンの自重により、循環速度が増大する、という利点がある。また、本実施形態は、帯水層に厚みがある場所で使用するときに有効である。
さらに、本発明の第１４の実施形態を図１７に概略的に示す。本実施形態の浄化装置Ｎは、吸水部を構成するストレーナ部１２２２と水中ポンプＰとを有する揚水井戸１２８０と、吸水部から吸引された地下水を案内する地下水供給ライン１２４３と、地下水供給ライン１２４３に連結されており地表に設けられている還元槽１２１０と、還元槽１２１０から還元剤を含む地下水を案内する還元剤供給ライン１２４２と、還元剤供給ライン１２４２からの還元剤を受け入れ、排水部すなわちストレーナ部１２２１及び１２２１’を有する一対の注入井戸１２２０及び１２２０’と、を備える。ここで、排水部を具備する一対の注入井戸１２２０及び１２２０’は、水位の比較的高い帯水層２内に位置づけられており、吸水部を具備する揚水井戸１２８０は、水位の比較的低い帯水層２内に位置づけられている。
揚水井戸１２８０の吸水部１２２２を介して吸引された地下水は、ポンプＰにより、地下水供給ライン１２４３を介して地表に設けられている還元槽１２１０まで揚水されて、還元槽１２１０内で還元剤と接触し還元作用を受け、次いで、還元剤供給ライン１２４２を介して注入井戸１２２０及び１２２０’の排水部１２２１及び１２２１’から帯水層２内部に戻される。この工程を繰り返すことにより、汚染された地下水は、吸水部１２２２、還元槽１２１０及び排水部１２２１及び１２２１’の間で循環しながら、徐々に還元されて浄化される。
第１４の実施形態は、帯水層及び不飽和層の層厚が比較的大きな場所においては、特に大きな水位勾配を作れるので循環速度が増大して、浄化効率が上昇する。また、汚染された地下水は揚水井戸１２８０と注入井戸１２２０，１２２０’との間を循環するので、汚染物の拡散が防止される。さらに、汚染部位の大きさに応じて、注入井戸１２２０，１２２０’及び揚水井戸１２８０の設置場所を変えることができる。
なお、本実施形態は、固体還元剤を用いる場合を示したが、水溶性還元剤を用いる場合には、上記還元槽１２１０の代わりに、図１５に示したような水溶性還元剤タンク、水溶性還元剤供給ライン及びラインミキサを用いてもよい。
また、図１７に示した実施形態では一対の注入井戸を用いているが、注入井戸は１本でもよければ、２本以上、例えば、３本以上であってもよい。また注入井戸の代わりに地中壁を用いてもよい。地中壁とは、いわば井戸が横方向に伸びて、地中で壁になったものである。開放端部と、地中に掘られた深い溝と、底部と、からなる。深い溝の内部には、溝が崩れないように、典型的には、砂又は砂利等の通気性・通液性に優れた要素が埋没されている。地中壁の深い溝は、地中壁の側壁を形成するが、上記通気性・通液性の優れた要素が堆積して形成されているので、壁面全体がストレーナ部と同様の機能を奏する。
なお、上述した実施形態においては、地下水を循環させて、地下水及び土壌を浄化する例について説明したが、循環されるべき対象物は地下水に限られず、浄化されるべき対象物は地下水及び土壌に限られない。
本発明の他の側面の浄化装置及び浄化方法によれば、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を効率的に且つ簡易に浄化することができる。特に、水を汚染物中の流動可能な水に満たされた部位と浄化装置との間（上述した実施例においては地下水を帯水層２と浄化装置１との間）で循環させながら還元することにより、急激な水質変化を生じさせることなく、脱ハロゲン化された水を汚染物中に戻し、徐々に汚染物中のハロゲンイオン濃度を減少させることができ、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を良好に浄化することができる。
また、本発明の他の側面の浄化装置及び浄化方法によれば、現場にて簡易に且つ連続的に、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化することができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１８は、本発明の一実施形態の浄化装置を設置した状態を示す概略図である。図１９は、図１８の実施形態における水供給ラインと還元剤槽との連結の一実施形態の断面図である。
図１８において、土壌は、地下水面４の上部の通気層１と、地下水面４の下部の帯水層２とを有している。帯水層２の下部には、難透水性層３が位置している。帯水層２の一部がハロゲン化有機化合物で汚染された土壌２ａであり、土壌２ａ中に含まれる地下水も同様にハロゲン化有機化合物で汚染されている。
図１８に示す浄化装置１３００は、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤を保持する還元剤槽１３１０と、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を含有する栄養液槽１３４０と、吸水部１３２２及び排水部１３２１を有し少なくとも前記吸水部１３２２が汚染物中の流動可能な水に満たされた部位すなわち本実施形態においては帯水層２中に位置づけられる浄化槽１３２０と、を備え、地下水を帯水層２及び浄化槽１３２０の間で循環するように構成されている。上記栄養源は、浄化すべき汚染物中の微生物特性に応じて適当な栄養源を用いることができる。
上記吸水部１３２２は、浄化槽１３２０の下部壁面に設けられている多数の貫通孔からなるストレーナ部である。上記排水部１３２１は、浄化槽１３２０のほぼ中央部壁面に設けられている多数の貫通孔からなるストレーナ部である。もっとも、排水部１３２１の位置は、浄化槽１３２０の中央部に限定されるものではなく、浄化槽１３２０を吸水部１３２２が帯水層２内に位置づけるように設置した際に、排水部１３２１が帯水層２の上部若しくは帯水層２のわずかに上方に位置づけられるように形成されていればよい。ストレーナ部の開口率は、１０〜５０％が好ましく、特に２０〜４０％であることが好ましい。
浄化槽１３２０の吸水部１３２２の上方には、揚水ポンプ１３６０が設置されており、吸水部１３２２を介して帯水層２から地下水を浄化槽１３２０内部に吸引し、さらに浄化槽１３２０の長手方向に沿って揚水するようになされている。
揚水ポンプ１３６０の上方には、還元剤槽１３１０が設けられている。還元剤槽１３１０は、図１９に示すように、下部に設けられた支持床１３１１と、支持床１３１１に支持されている固体還元剤接触部１３１２と、固体還元剤接触部１３１２の上方の第１の空隙部１３１３と、固体還元剤接触部１３１２の下方の第２の空隙部１３１４と、を含む。上記固体還元剤接触部１３１２は、砂礫などの担体と、該担体に担持された上記固体還元剤とを含む。ここで固体還元剤は、例えば、５００μｍ以下の大きさの粉末である。上記支持床１３１１は、地下水を通過させるが上記固体還元剤を通過させない程度の大きさの多数の小さな孔を有する。支持床は、例えば、ステンレス鋼から構成される板状部材である。上記第１の空隙部１３１３及び第２の空隙部１３１４は、地下水が上記固体還元剤接触部１３１２に常に所望の速度で流れるために十分な大きさである。
還元剤槽１３１０の上方には、ラインミキサ１３７０が設けられている。ラインミキサ１３７０は、還元剤槽１３１０を貫通して還元された地下水と、栄養液槽１３４０から供給された栄養液とを混合するために設けられている。ラインミキサ１３７０としては、特に限定されることなく、慣用のラインミキサを用いることができる。
上記栄養液槽１３４０は、図１８に示すように、浄化槽１３２０の外部であって、地表部に設けられている。栄養液槽１３４０には、通常の撹拌手段が設けられており、上述の栄養源を所望に応じて撹拌調整するようになされている。栄養液槽１３４０には、調整された栄養液を浄化槽１３２０内部に導入するための栄養液供給ラインＥ１が連結されている。栄養液供給ラインＥ１には、栄養液を栄養液槽１３４０から浄化槽１３２０に導入するためのポンプ１３３０が設けられている。
浄化槽１３２０は、図１８に示された実施形態においては地中に設置された井戸であり、ストレーナ部に巻かれた金網と、ストレーナ部以外の導管の壁面に巻かれたパッカ（図示せず）と、を具備する。該金網は、浄化槽１３２０内部に砂利等が侵入することを防止するものであり、該パッカは、浄化槽１３２０を地中に固定する際に吸水して膨張するものである。なお、浄化槽１３２０すなわち井戸を土壌中に垂直方向に設置する場合には、以下の手順で行われる。すなわち、ボーリング機械で堀削して深い穴を形成し、堀削完了後、ボーリング機械を穴から引き抜く。次いで、穴の中に、浄化槽１３２０を挿入する。すると、浄化槽１３２０の外周壁に巻かれているパッカ（図示せず）が、浄化槽１３２０と土壁との間に存在する水分を吸収して膨張する。さらにケイ砂等を入れて、浄化槽１３２０の周りの空隙を埋め、最後に、地表面近傍にセメントを流し込み、固めて、浄化槽１３２０の設置が完了する。
本実施形態の浄化装置１３００を用いるハロゲン化有機化合物で汚染された地下水及び土壌の浄化方法は、地下水を循環させる循環工程と、循環している地下水を２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤及び従属栄養型嫌気性微生物の栄養液を添加する工程と、を含む。
上記循環工程において、帯水層２の地下水は、浄化槽１３２０下部の吸水部１３２２を介して揚水ポンプ１３６０により浄化槽１３２０内に取り込まれ、浄化槽１３２０中央部の排水部１３２１を介して帯水層２内に排出される。そして、地下水は、重力により、帯水層２中を上部から下部に移動する。
次いで、浄化槽１３２０内に取り込まれた地下水が還元剤槽１３１０を貫通する際に、上記地下水に上記還元剤及び上記栄養液が添加される。詳細には、地下水は、還元剤槽１３１０下部から還元剤槽１３１０内部に流入し、第２の空隙部１３１４及び支持床１３１１の小さな孔を貫通して、還元剤接触部１３１２に至り、ここで還元剤が添加され、地下水は還元される。還元剤接触部１３１２にて還元された地下水は、第１の空隙部１３１３を経て、再び浄化槽１３２０内部に戻される。次いで、ラインミキサ１３７０にて、還元された地下水には、栄養液供給ラインＥ１から浄化槽１３２０内部に導入された栄養液が添加される。こうして、還元剤及び栄養液が添加された地下水は、排水部１３２１から帯水層２に流出して、土壌を洗浄する。なお、例えば、ラインミキサ１３７０は必須の要素ではなく、省略することができる。
次に、本発明の浄化装置の第１５の実施形態を図２０に示す。図２０は、還元剤として水溶性還元剤を用いた浄化装置を設置した状態を示す該略図である。
ここで、水溶性還元剤としては、有機酸若しくはその誘導体、次亜リン酸若しくはその誘導体、又は有機酸又は次亜リン酸と鉄、チタン、亜鉛、マンガン、アルミニウム又はマグネシウムとからなる塩、又は硫化物塩を好ましく用いることができる。有機酸としては、カルボン酸、スルホン酸、フェノール酸若しくはその誘導体等を好ましく用いることができる。カルボン酸としては、１〜２０の炭素原子を有し且つ水酸基で置換されていてもよいモノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸を好ましく用いることができる。具体的には酢酸、クエン酸、テレフタル酸等が好ましく、特に、クエン酸等の２〜１０の炭素原子を有する脂肪族トリカルボン酸が好ましい。
上述した表１に示すように、ギ酸、シュウ酸については、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶではなく、本発明の還元剤に該当しない。しかし、ギ酸、シュウ酸の誘導体、例えば、これらの塩については、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶの範囲であり、本発明の還元剤に該当する場合があり得る。
フェノール酸の誘導体としては、ポリヒドロキシアリールを好ましく用いることができる。ポリヒドロキシアリールとしては、１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，４−ジヒドロキシベンゼンが好ましい。また、有機酸の誘導体としては、塩、エステル、アミド、酸無水物等が好ましい。次亜リン酸の誘導体としては、塩、エステル等を好ましく用いることができるが、塩が特に好ましい。
本実施形態の浄化装置１４００は、還元剤として水溶性の還元剤を用い、還元剤槽１４１０が地表に設けられている点を除いて図１８に示す実施形態と同様である。図１８と同じ要素には、１４００番台において同じ符号を付して示す。
還元剤槽１４１０には、ポンプＰを含む還元剤供給ラインＣ１が接続されている。栄養液槽１４４０には、ポンプ１４３０を含む栄養液供給ラインＥ１が接続されている。本実施形態においては、還元剤供給ラインＣ１と栄養液供給ラインＥ１とが接続されるラインミキサＭが設けられており、還元剤と栄養液とはここで混合されるようになされている。しかし、ラインミキサＭはなくてもよい。
本実施形態の浄化装置１４００を用いる汚染物の浄化方法は、地表部で、還元剤と栄養液とを混合してから、循環中の水に添加する点を除いて、浄化装置１３００を用いる汚染物の浄化方法と同様である。すなわち、帯水層２から浄化槽１４２０の吸水部１４２２を介して浄化槽１４２０内部に導入された水は、揚水ポンプ１４６０により浄化槽１４２０の長手方向に沿って揚水され、排水部１４２１を介して帯水層２内に戻る。一方、地表部では、還元剤槽１４１０から還元剤供給ラインＣ１を介してラインミキサＭに水溶性の還元剤が供給され、栄養液槽１４４０から栄養液供給ラインＥ１を介してラインミキサＭに栄養液が供給されて、ラインミキサＭにて還元剤と栄養液とが混合される。混合された還元剤と栄養液とは、浄化液供給ラインＣ２を介して浄化槽１４２０内部のラインミキサ１４７０下方まで導入される。ここで、還元剤及び栄養液は、循環中の地下水に添加される。還元剤及び栄養液を添加された地下水は、還元力及び栄養源を与えられ、排水部１４２１を介して帯水層２内に戻されて、還元反応及び生物分解反応により汚染物を浄化することができる。なお、例えば、ラインミキサ１４７０は必須の要素ではなく、省略することができる。
次に、本発明の第１６の実施形態を図２１に概略的に示す。本実施形態の浄化装置１５００は、浄化すべき汚染土壌、地下水の上に工場などの障害物がある場合に有効である。浄化装置１５００は、浄化槽１５２０が、帯水層２内に水平に位置づけられている浄化部１５２０ａと、栄養液供給ラインＥ１を案内する第１の連通部１５２０ｂと、第２の連通部１５２０ｃと、を備える点を除いて、図１８に示す実施形態と同様である。同じ要素には、１５００番台で同じ符号を付して説明する。
浄化槽１５２０の浄化部１５２０ａには、地下水の下流側に吸水部を構成するストレーナ部１５２２が、地下水の上流側に排水部を構成するストレーナ部１５２１が、それぞれ形成されている。浄化槽１５２０の浄化部１５２０ａは、吸水部１５２２に近接する部位に水中ポンプ１５６０を含み、排水部１５２１に近接する部位に還元剤槽１５１０を含む。
すなわち、図示した実施形態においては、浄化槽１５２０内に、地下水を吸引するためのストレーナ部１５２２、ポンプ１５６０、ラインミキサ１５７０、地下水を還元するための還元剤槽１５１０、還元された地下水を排出するためのストレーナ部１５２１がこの順序で設けられている。しかし、還元剤槽１５１０とラインミキサ１５７０との設置順序は逆でもよく、また、還元剤槽１５１０の内部で、地下水が還元剤に十分に接触することができる場合などには、ラインミキサ１５７０を省略することもできる。
栄養液の供給は、地表に設けられている栄養液槽１５４０から延びる栄養液供給ラインＥ１を介してなされる。栄養液供給ラインＥ１は、図示された実施形態においては、浄化槽１５２０の第１の連通部１５２０ｂにより案内されているが、第２の連通部１５２０ｃにより案内される構成でもよい。第１の連通部１５２０ｂを介して栄養液が供給される場合は、吸水部１５２２近傍にてなされるので、吸水された地下水に直接、栄養液が添加され、次いで、栄養液を含む地下水に還元剤が添加されることになる。一方、第２の連通部１５２０ｃを介して栄養液が供給される場合は、排水部１５２１近傍にてなされるので、地下水に還元剤が添加された後、栄養液が添加されることになる。
本実施形態の浄化装置１５００による地下水及び土壌の浄化は、吸水部１５２２を介して吸引された地下水をポンプ１５６０により浄化槽１５２０の長手方向に沿って帯水層２内の地下水の流れ９０に対して逆流させながら、栄養液供給ラインＥ１から供給された栄養液を添加し、還元剤槽１５１０を貫通させることにより還元剤を添加し、排水部１５２１から再び帯水層２内に戻す工程を繰り返すことによりなされる。すなわち、地下水が浄化装置１５００内を循環する間に、栄養液及び還元剤槽１５１０内の還元剤とが繰り返し添加され、還元されて栄養液を添加された地下水を循環させることで、繰り返し土壌を浄化することができる。
また、吸水部１５２２を相対的に水位の低い部位に設置して、排水部１５２１を相対的に水位の高い位置に設置する場合には、地下水の流れ９０に加えて、排水部１５２１から流出した地下水に含まれる還元剤イオンの自重により、循環速度が増大する、という利点がある。
さらに、本発明の第１７の実施形態を図２２に概略的に示す。本実施形態の浄化装置１６００は、還元剤槽１６１０が地表部に設けられている点を除いて図２１に示す第１６の実施形態と同様である。同じ要素には、１６００番台で同じ符号を付して示す。
図示された実施形態において、還元剤槽１６１０は、栄養液を保持するための栄養液槽１６４０から栄養液供給ラインＥ１を受け入れ、浄化槽１６２０内部に栄養液及び還元剤を導入するための浄化液供給ラインＣ２を連結している。浄化液供給ラインＣ２は、第１の連結部１６２０ｂに沿って設けられ、浄化槽１６２０の浄化部１６２０ａまで、栄養液及び還元剤を案内する。
本実施形態の浄化装置１６００を用いる汚染物の浄化は、浄化部１６２０ａと帯水層２との間で循環している地下水に、栄養液及び還元剤を一緒に添加することによりなされる点を除いて、上述した第１６の実施形態における浄化方法と同様に行われる。
図２２の実施形態では、地表に設けられている栄養液槽１６４０内の栄養液がポンプ１６３０により、還元剤槽１６１０に導入されている。しかし、この順序が逆になっていてもよい。即ち、還元剤槽を通過して、還元された水に栄養液または栄養源を添加してもよい。このような実施形態は、例えば、図２９に記載されている。
次に、本発明の第１８の実施形態を図２３に概略的に示す。本実施形態の浄化装置１７００は、浄化槽１７２０が、吸水部を構成するストレーナ部１７２２と水中ポンプ１７６０とを有する揚水井戸１７２０ａと、排水部すなわちストレーナ部１７２１ｂ及び１７２１ｃを有する一対の注入井戸１７２０ｂ及び１７２０ｃと、を備え、還元剤槽１７１０及び栄養液槽１７４０が地表部に設けられており、吸水部１７２２から吸引された地下水を還元剤槽１７１０まで案内する地下水供給ラインＷと、還元剤槽１７１０から還元剤を含む地下水を栄養液槽１７４０に導入する還元剤供給ラインＣ１と、栄養液槽１７４０から還元剤及び栄養液を浄化槽１７２０の注入井戸１７２０ｂ及び１７２０ｃ内部に導入する浄化液供給ラインＣ２と、を備える。ここで、排水部を具備する一対の注入井戸１７２０ｂ及び１７２０ｃは、水位の比較的高い帯水層２内に位置づけられており、吸水部を具備する揚水井戸１７２０ａは、水位の比較的低い帯水層２内に位置づけられている。
第１８の実施形態において、汚染物の浄化は以下のように行われる。
揚水井戸１７２０ａの吸水部１７２２を介して吸引された地下水は、ポンプ１７６０により、地下水供給ラインＷを介して、還元剤槽１７１０まで揚水されて、還元剤槽１７１０内で還元剤を添加され同時に還元作用を受け、次いで、還元剤供給ラインＣ１を介して、栄養液槽１７４０に導入されて栄養液を添加され、次いで、浄化液供給ラインＣ２を介して、浄化槽１７２０の注入井戸１７２０ｂ及び１７２０ｃの排水部１７２１ｂ及び１７２１ｃから帯水層２内部に戻される。そして、栄養液は、帯水層２の水位勾配に従って、揚水井戸１７２０ａの周囲の汚染部２ａに到達する。
汚染部２ａは、浄化液により物理的に洗浄されることによっても浄化される。また、浄化液には還元作用があるので、汚染物２ａ中のハロゲン化化合物が還元反応、即ち、化学反応でも分解する。更に、浄化液には、栄養液も含まれていることから、ハロゲン化化合物を分解する微生物が増殖し、微生物的にもハロゲン化化合物が分解される。
第１８の実施形態は、帯水層２及び通気層１の層厚が比較的大きな場所においては、特に大きな水位勾配を作れるので循環速度が増大して、浄化効率が上昇する。また、汚染された地下水は揚水井戸１７２０ａと注入井戸１７２０ｂ，１７２０ｃとの間を循環するので、汚染物の拡散が防止される。さらに、汚染部位の大きさに応じて、注入井戸１７２０ｂ，１７２０ｃ及び揚水井戸１７２０ａの設置場所を変えることができる。
図２４は、本発明の第１９の実施形態を示す。本実施形態における浄化装置１８００は、還元剤槽１８１０と、栄養液槽１８４０との順番を入れ替えた点を除いて、図２３に示す第１８の実施形態と同様である。第１８及び第１９の実施形態では、還元剤及び栄養液を地下水とともに循環させている。このような場合には、循環させるに従って、還元剤及び栄養液のいずれを先に添加するかという順序の重要性が小さくなる。
同様の要素には、１８００番台で同じ符号を付して示す。なお、ここでは図２３と異なる構成に関する説明だけを述べ、同じ構成に関する説明は割愛する。
揚水井戸１８２０ａの吸水部１８２２を介して吸引された地下水は、ポンプ１８６０により、地下水供給ラインＷを介して、栄養液槽１８４０に導入されて栄養液が添加され、次いで、栄養液供給ラインＥ１を介して、還元剤槽１８１０に導入されて、還元剤槽１８１０内で還元剤を添加され同時に還元作用を受け、次いで、浄化液供給ラインＣ２を介して、浄化槽１８２０の注入井戸１８２０ｂ及び１８２０ｃの排水部１８２１ｂ及び１８２１ｃから帯水層２内部に戻される。
なお、図２３及び図２４に示す第１８及び第１９の実施形態では、固体還元剤を用いる場合を示したが、水溶性還元剤を用いる場合には、上記還元剤槽１７１０及び１８１０の代わりに、図２０に示したような還元剤槽及びラインミキサＭを用いてもよい。
また、図２３及び図２４に示した実施形態では一対の注入井戸を用いている。しかし、注入井戸の数には制限がなく、注入井戸は１本でもよければ、２本以上、例えば、３本以上であってもよい。同様に、揚水井戸の数にも制限がなく、揚水井戸は１本でもよければ、２本以上、例えば、３本以上であってもよい。例えば、二本以上の揚水井戸と一本又は二本以上の注入井戸を用いても良い。あるいは、一本の揚水井戸と一本又は二本以上の注入井戸を用いても良い。
また、揚水井戸と注入井戸との位置関係も制限されない。図２３及び図２４のように、揚水井戸が２本以上の注入井戸の間に配置されていてもよい。逆に、注入井戸が２本以上の揚水井戸の間に配置されていてもよい。
更に、１本又は２本以上の揚水井戸の周囲を囲むように、３本以上の注入井戸が配置されていてもよい。逆に、一本又は２本以上の注入井戸の周囲を囲むように、３本以上の揚水井戸が配置されていてもよい。ここで、３本以上と記載しているのは、２本の井戸が周囲を囲むと言い難いからである。
図２５及び図２６は、それぞれ、第２０及び第２１の実施形態を示す。何れの場合にも、１本の注入井戸及び１本の揚水井戸を用いて、地下水を循環させている。同じ要素には、それぞれ１９００番台及び２０００番台の同じ符号を付して示し、説明は適宜、省略する。図２５及び図２６に示す浄化装置１９００及び２０００は、浄化すべき汚染物を含む土壌の上に工場などの障害物がある場合に特に有効である。
図２５では、揚水井戸１９２０ａの吸水部１９２２を介して吸引された地下水は、ポンプ１９６０により、地下水供給ラインＷを介して、還元剤槽１９１０に導入される。地下水は、還元剤槽１９１０内で還元剤により還元作用を受け、次いでラインＣ１を介して栄養液槽１９４０に導入され、栄養液が添加される。栄養液が添加された地下水は、更に、ポンプ１９３０により、浄化液供給ラインＣ２を介して、注入井戸１９２０ｂの排水部１９２１から帯水層２内部に戻される。帯水層２では、地下水の流れ９０に沿って、浄化液が汚染部２ａに到達する。
汚染部２ａは、浄化液により物理的に洗浄されることによっても浄化される。また、浄化液には還元作用があるので、汚染物２ａ中のハロゲン化化合物が還元反応、即ち、化学反応でも分解する。更に、浄化液には、栄養液も含まれていることから、ハロゲン化化合物を分解する微生物が増殖し、微生物的にもハロゲン化化合物が分解される。
図２６に示す本発明の第２１の実施形態では、還元剤槽２０１０と、栄養液槽２０４０との順番を入れ替えた点を除いて、図２５に示す第２０の実施形態と同様である。第２０及び第２１の実施形態では、還元剤及び栄養液を地下水とともに循環させている。このような場合には、循環させるに従って、還元剤及び栄養液のいずれを先に添加するかという順序の重要性が小さくなる。
次に、一対の井戸の代わりに一対の地中壁を用いた場合の第２２及び第２３の実施形態を図２７及び図２８に示す。本実施形態の浄化装置は、地中壁を用いている点を除いて、図２５及び図２６に示す実施形態と同様である。同じ要素には、それぞれ２１００番台２２００番台の同じ符号を付して示し、同じ構成要素に関する説明は割愛する。ここで、地中壁とは、いわば井戸が横方向に伸びて、地中で壁になったものであり、開放端部と、地中に掘られた深い溝と、底部と、からなる。深い溝の内部には、溝が崩れないように、典型的には、砂又は砂利等の通気性・通液性に優れた要素が埋没されている。地中壁の深い溝は、地中壁の側壁を形成するが、上記通気性・通液性の優れた要素が堆積して形成されているので、壁面全体がストレーナ部と同様の機能を奏する。
浄化装置２１００において、一方の地中壁２１２０ａは吸水部として、他方の地中壁２１２０ｂは排水部として作用する。地中壁の壁面は上述のように壁面全体がストレーナ部と同様の作用をするので、壁面のいずれの部分からも地下水を吸水でき、栄養液及び還元剤を大量に添加することができる。地中壁を用いる場合には、帯水層２の地下水の水位が高いか、帯水層の厚さが薄く、大きな水位勾配が形成できない場合に、水平方向の広範囲にわたって還元剤及び栄養液を拡散できる、という利点がある。
汚染部２ａは、浄化液により物理的に洗浄されることによっても浄化される。また、浄化液には還元作用があるので、汚染物２ａ中のハロゲン化化合物が還元反応、即ち、化学反応でも分解する。更に、浄化液には、栄養液も含まれていることから、ハロゲン化化合物を分解する微生物が増殖し、微生物的にもハロゲン化化合物が分解される。
次に、本発明の別の実施形態を図２９及び図３０に示す。図２９及び図３０に示す実施形態は、地下水が循環する循環型ではなく、帯水層２中に、還元剤及び栄養液を添加するものである。
図２９に示す浄化装置２３００は、還元剤槽２３１０と、浄化すべき汚染物中の微生物特性に応じた栄養液を調整するための栄養液槽２３４０と、浄化槽２３２０と、を具備する。還元剤槽２３１０には、水タンクＴから水を供給する水供給ラインＷ１と、栄養液槽２３４０に還元剤を含有する水を供給する還元剤供給ラインＣ１と、が連結されている。栄養液槽２３４０には、浄化槽２３２０に還元された栄養液を供給する栄養液供給ラインＥ１が連結されている。浄化槽２３２０の下部には、供給された還元剤及び栄養液を汚染物中に浸透させるストレーナ部２３２１が設けられており、該ストレーナ部２３２１が地中の帯水層２内に位置づけられるように、浄化槽２３２０は地中に設置されている。
上記還元剤槽２３１０は、図２９に示すように、水供給ラインＷ１が還元剤槽２３１０の頂部２３１０ａに連結されていても、上述した図１９に示すように、水供給ラインＷ１が還元剤槽１３１０の底部１３１０ｂに連結されていてもよい。
図３０に示す還元剤槽２４１０は、下部に設けられた支持床２４１１と、支持床２４１１に支持されている固体還元剤接触部２４１２と、固体還元剤接触部２４１２の上方の第１の空隙部２４１３と、固体還元剤接触部２４１２の下方の第２の空隙部２４１４と、を含む。上記固体還元剤接触部２４１２は、砂礫などの担体と、該担体に担持された上記固体還元剤とを含む。ここで固体還元剤は、例えば、５００μｍ以下の大きさの粉末である。上記支持床２４１１は、水を通過させるが上記固体還元剤を通過させない程度の大きさの多数の小さな孔を有する。支持床は、例えば、ステンレス鋼から構成される板状部材である。上記第１の空隙部２４１３及び第２の空隙部２４１４は、水供給ラインＷ１から供給された水が上記固体還元剤接触部２４１２に常に所望の速度で流れるために十分な大きさである。
図２９及び図３０に示すように、水供給ラインＷ１が還元剤槽２４１０の頂部２４１０ａに連結されている場合には、還元剤槽２４１０の頂部２４１０ａに供給された水は自重により、固体還元剤接触部２４１２を貫通して流れ、還元される。一方、図１９に示すように、水供給ラインＷが還元剤槽１３１０の底部１３１０ｂに連結されている場合には、還元剤槽１３１０の頂部１３１０ａに連結されている還元剤供給ラインＣ１にポンプ等を設けて、強制的に吸引する必要がある。
また、図３０に示すように、還元剤供給ラインＣ１に三方コックＶ１を設けて、三方コックＶ１を介して逆洗時通水ラインＰＬを連結させることもできる。この場合には、逆洗時通水ラインＰＬを介して、還元剤槽２４１０内部に下部から上部に洗浄水を通水することによって、固体還元剤接触部２４１２を逆洗することができる。これにより、固体還元剤接触部２４１２及び支持床２４１１の細孔の目詰まりを防止することができる。
本実施形態の浄化装置２４００を用いるハロゲン化有機化合物で汚染された地下水や土壌などの汚染物の浄化方法は、２５℃における標準水素電極に対する標準電極電位が３００ｍＶ〜−２４００ｍＶである還元剤により水を還元する水還元工程と、上記還元工程において還元された水を従属栄養型嫌気性微生物の栄養源を含有する栄養液に添加して栄養液を還元する栄養液還元工程と、前記栄養液還元工程において還元された栄養液を前記汚染物に添加する工程と、を含む。上記水還元工程は、還元剤槽２４１０内部で行われ、上記栄養液還元工程は、栄養液槽２４４０内部で行われる。なお、還元剤槽２４１０に添加する水の量には制限がなく、井戸近傍の地下水位が上昇して地表に達しない範囲で、任意に設定することができる。
詳細には、まず水タンクＴから水供給ラインＷ１を介して還元剤槽２４１０に水を供給する。供給された水は、還元剤槽２４１０を通過しながら、還元剤と接触して還元剤により還元され、あるいは還元剤を溶かして取り入れ、還元剤供給ラインＣ１を介して栄養液槽２４４０に供給される。次に、還元された水及び還元剤を含む水は、栄養液槽２４４０内で、栄養液と接触して栄養液を還元しながら、浄化液供給ラインＣ２を介して、注入ポンプ２４３０により、浄化槽２４２０内に供給される。還元された栄養液は、浄化槽２４２０の下方に形成されているストレーナ部２４２１を介して汚染物中に浸透して、汚染物に含有されているハロゲン化有機物と反応して脱ハロゲン化すると同時に、汚染物中に存在する従属栄養型嫌気性微生物の活性を高め、微生物による生物分解反応を促進して、汚染物を浄化する。
次に、本発明のさらに別の実施形態を概略的に図３１に示す。図３１に示す実施形態は、浄化槽が帯水層２内に水平におかれている点を除いて、図２９に示す実施形態と同様の構成である。同様の要素には、２５００番台の同じ符号を付して示す。
本実施形態の浄化装置２５００において、浄化槽２５２０は、一対の傾斜部２５２０ｂ及び２５２０ｃと、帯水層２に水平方向に横たわるストレーナ部２５２１を有する浄化部２５２０ａと、を備える。第１の傾斜部２５２０ｂには、浄化液供給ラインＣ２を介して、還元された栄養液を受け入れる。ストレーナ部２５２１は、帯水層２内に水平に位置づけられており、還元された栄養液を帯水層２内に通過させる。第２の傾斜部２５２０ｄは、地表に突出する閉鎖端部を有する。
なお、図３１では、ストレーナ部２５２１は水平方向に伸びているが、ストレーナ部は傾斜していてもよい。また、施工方法によっては、第２の傾斜部２５２０ｃを省略することもできる。
本実施形態の浄化装置２５００を用いる汚染物の浄化方法は、ストレーナ部２５２１から垂直方向に還元栄養液が流出する点を除いて、図２９に示す実施形態と同様である。本実施形態の浄化装置２５００及び浄化方法は、浄化すべき汚染物を含む地下水又は土壌等の真上の地表面に、工場など建物がある場合に有効である。
なお、図２９及び図３１に示す実施形態においても、還元剤として固体還元剤だけでなく、水溶性還元剤を用いることもできる。
本発明の他の側面の浄化装置及び浄化方法によれば、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を効率的に且つ簡易に浄化することができる。特に、水を汚染物中の流動可能な水に満たされた部位と浄化装置との間、例えば、上述した実施例においては地下水を帯水層２と浄化装置との間、で循環させながら還元することにより、急激な水質変化を生じさせることなく、脱ハロゲン化され且つ還元力を与えられた水を汚染物中に戻し、徐々に汚染物中のハロゲンイオン濃度を減少させることができ、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を良好に浄化すると共に、栄養液を還元状態で与えることにより、従属栄養型微生物の活性を高めることができ、化学反応及び生物分解反応との組み合わせにより、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を良好に浄化することができる。
また、本発明の他の側面の浄化装置及び浄化方法によれば、現場にて簡易に且つ連続的に、ハロゲン化有機化合物を含む汚染物を浄化することができる。
図３２は、本発明の浄化装置の他の実施形態を示す。地表に、トレンチのような浅い溝、又は、窪み２６１０を掘る。溝は、溝が延びる方向に比べて、幅が相対的に狭いものであるが、窪みでは、幅が狭くても広くても良い。即ち、トレンチ、溝は窪みに含まれる。
この窪みの下部に第１層として、還元剤２６２０、好ましくは固体還元剤を充填し、その上部に従属栄養型嫌気性微生物の栄養源２６３０、好ましくは固体栄養源を第２層として充填する。窪みは、土壌中のハロゲン化有機化合物を含む汚染物２６０２の上部又は上流に設ける。ライン２６４０を介して、帯水層から揚水した地下水や、水道水をこの栄養源２６３０の上部から散布してもよい。あるいは、このように散布することなく、雨水が栄養源２６３０に流れ込むようにしてもよい。地下水の場合には、上述したように、ストレーナ部を有する揚水井戸、又は、地中壁等から、ポンプ等により地下水を汲み上げれば良い。
これにより、散布された水又は雨水が、まず栄養源を通過し、前記栄養源を含む水となる。即ち、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水を含有する栄養液が形成される。次いで、この栄養液が還元剤２６２０で還元される。そして、重力により、還元された栄養液が土壌に染み込み、土壌中の汚染物に導入され、汚染物を浄化することになる。
栄養源としては固体栄養源が好ましく、固体栄養源としては、例えば、コンポスト、堆肥、余剰汚泥、有機物含有率が高い底泥、有機性廃棄物等の固体有機物を用いることが好ましい。固体栄養源が還元剤を被覆することになり、還元剤が空気中の酸素と接触するのを低減することができる。従って、この配置により、還元剤が空気中の酸素を還元することにより、消耗することを防止することができる。
あるいは、地下水の流れに対して、汚染物２６０２の下流に揚水井戸を設け、この揚水井戸から地下水を汲み上げ、地下水をライン２６０４から栄養源２６３０の上部に散布してもよい。
図３２では、窪み２６１０は地表２６０４より低く形成されている。しかし、窪みは地表２６０４より高く形成されていてもよい。
図３３は、本発明の他の実施形態を示す。窪み２７１０を形成するために、窪み２７１０となる部分２７１０の周囲に隆起部２７１２を形成する。窪み２７１０の底２７１４は、地表２７０４とほぼ同一の面上であってもよいし、地表２７０４より高くてもよいし、低くてもよい。
この窪み２７１０の下部に第１層として、還元剤２７２０、好ましくは固体還元剤を充填し、その上部に従属栄養型嫌気性微生物の栄養源２７３０、好ましくは固体栄養源を第２層として充填する。ライン２７４０を介して、帯水層から揚水した地下水や、水道水をこの栄養源２７３０の上部から散布してもよい。あるいは、このように散布することなく、雨水が栄養源２７３０に流れ込むようにしてもよい。
これにより、散布された水又は雨水が、まず栄養源を通過し、前記栄養源を含む水となる。即ち、従属栄養型嫌気性微生物の栄養源と水を含有する栄養液が形成される。次いで、この栄養液が還元剤２７２０で還元される。そして、重力により、還元された栄養液が土壌に染み込み、土壌中の汚染物に導入され、汚染物を浄化することになる。
隆起部２７１２を繰り返し配置し、複数の窪み２７１０を繰り返し形成してもよい。窪みの底面の形状には制限がなく、四角形、円形等であってもよい。
あるいは、地下水の流れに対して、汚染物２７０２の下流に揚水井戸を設け、この揚水井戸から地下水を汲み上げ、地下水をライン２７０４から栄養源２７３０の上部に散布してもよい。
図３２及び図３３の実施形態では、特に、ラインを省略した場合には、雨が降る毎に汚染物を自然に浄化することができ、ポンプ等の動力が不要である。
【図面の簡単な説明】
図１は、固体還元剤を用いる本発明の第１の実施形態を示す概略図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、固体還元剤接触槽の内部構造を示す概略図である。
図３は、水溶性還元剤を用いる本発明の第２の実施形態を示す概略図である。
図４は、地上に障害物がある場合に適用される本発明の第３の実施形態を示す概略図である。
図４Ａ及び４Ｂは、水平井戸の作成方法を示す概略図である。
図４Ｃは、斜め井戸を用いる本発明の他の実施形態を示す概略図である。
図５は、循環処理型の浄化装置を用いる本発明の第４の実施形態を示す概略図である。
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の他の実施形態を示す部分図である。
図６は、循環処理型の浄化装置を用いる本発明の第５の実施形態を示す概略図である。
図７は、揚水循環型の浄化装置を用いる本発明の第６の実施形態を示す概略図である。
図８は、揚水循環型の浄化装置を地上に障害物がある場合に適用する本発明の第７の実施形態を示す概略図である。
図９は、循環処理型の浄化装置を地上に障害物がある場合に適用する本発明の第８の実施形態を示す概略図である。
図１０は、固体還元剤との反復接触を可能とする循環処理型の浄化装置を地上に障害物がある場合に適用する本発明の第９の実施形態を示す概略図である。
図１１は、地中壁を用いる本発明の第１０の実施形態を示す概略図である。
図１２は、水位勾配と水平方向への拡散との関係を示す説明図である。
図１３は、固体還元剤を用いる本発明の第１１の実施形態を示す概略図である。
図１４は、固体還元剤を用いた場合の還元槽の内部構造を示す概略図である。
図１５は、水溶性還元剤を用いる本発明の第１２の実施形態を示す概略図である。
図１６は、本発明の第１３の実施形態を示す概略図である。
図１７は、本発明の第１４の実施形態を示す概略図である。
図１８は、固体還元剤を用いる本発明の第１４の実施形態を示す概略図である。
図１９は、固体還元剤を用いた場合の還元剤槽の一実施形態の内部構造を示す断面図である。
図２０は、水溶性還元剤を用いる本発明の第１５の実施形態を示す概略図である。
図２１は、本発明の第１６の実施形態を示す概略図である。
図２２は、本発明の第１７の実施形態を示す概略図である。
図２３は、本発明の第１８の実施形態を示す概略図である。
図２４は、本発明の第１９の実施形態を示す概略図である。
図２５は、本発明の第２０の実施形態を示す概略図である。
図２６は、本発明の第２１の実施形態を示す概略図である。
図２７は、本発明の第２２の実施形態を示す概略図である。
図２８は、本発明の第２３の実施形態を示す概略図である。
図２９は、本発明の第２４の実施形態を示す概略図である。
図３０は、固体還元剤を用いた場合の還元剤槽の一実施形態の内部構造を示す断面図である。
図３１は、本発明の第２５の実施形態を示す概略図である。
図３２は、本発明の第２６の実施形態を示す概略図である。
図３３は、本発明の第２７の実施形態を示す概略図である。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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