(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質分解菌の混入した土壌・砂を充填した土壌充填カラム（Ａ）に、該分解菌を活性化するのに必要な栄養物質を含む栄養液を貯蔵した貯蔵タンク（Ｂ）から栄養液を上向流で連続供給し、カラム（Ａ）から流出する流出液をサンプリングし、サンプリングされた流出液（Ｃ）を分析することにより該分解菌の活性化条件を決定する連続通水式土壌充填カラム試験システムであって、
カラム（Ａ）内の土壌温度は、温度雰囲気調整手段によって実際の土壌地下温度に近似させ、一方、貯蔵タンク（Ｂ）および流出液（Ｃ）は、雑菌の繁殖を抑制するために密閉された状態で低温下に保存することを特徴とする連続通水式土壌充填カラム試験システム。
【請求項２】
システムを構成する全部材が、遮光性の物質で被覆または形成されることを特徴とする請求項１に記載の連続通水式土壌充填カラム試験システム。
【請求項３】
カラム（Ａ）内の土壌を好気的環境条件にするために、酸素混合ガスで事前にバブリングした栄養液を用いることを特徴とする請求項１に記載の連続通水式土壌充填カラム試験システム。
【請求項４】
上記酸素混合ガスが、空気または不活性ガスに所定量の酸素を混入したものであることを特徴とする請求項３に記載の連続通水式土壌充填カラム試験システム。
【請求項５】
カラム（Ａ）は、多段に積み上げられた複数の単位カラムからなり、かつ各単位カラムの連結する節ごとに接合した形態を持ち、しかも、節部分で切り離すことにより一節分量の土壌を評価対象用試料として抜き出すことができる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の連続通水式土壌充填カラム試験システム。
【請求項６】
抜き出された土壌の代わりに、該土壌と同じ形状であってかつ通液可能な内部充填材を持つスぺーサーを、抜き出した後に生まれた空隙部分に配設することを特徴とする請求項５に記載の連続通水式土壌充填カラム試験システム。
【請求項７】
カラム（Ａ）、またはカラム（Ａ）と貯蔵タンク（Ｂ）とを結ぶ送水配管中に、圧力計または差圧計を設置することを特徴とする請求項１に記載の連続通水式土壌充填カラム試験システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌充填カラム試験システムに関し、さらに詳しくは、連続通水式の土壌充填カラムを用いて簡易かつ効率的に実施でき、汚染された土壌のバイオレメディエーション（環境修復）・トリータビリティー（処理可能性）調査の信頼性を高められる土壌充填カラム試験システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
古くからクロム、カドミウム、鉛などの重金属による公害防止が叫ばれているが、近年、産業廃棄物であるフェノール、シアン、フロンなどのハロゲン化炭化水素、あるいはゴミ処理の際に発生するダイオキシン化合物などが土壌を汚染し、雨水とともに流出し飲料水に混入することで、地域住民の健康被害や心理的不安を引き起こすなどの問題が各地で頻発している。汚染された土壌は取り除き、清浄な土壌で置きかえることが根本的な対策とされているが、この作業には多大な時間と労力、コストがかかっていた。
【０００３】
これに代わりうる手段として、汚染された土壌に汚染物質を分解しうる微生物を散布（注入）するバイオレメディエーション法などが検討され、有望視されているが、この手段を適用するには、対象となる土壌や、そこに生息する微生物などの特性を予めカラム試験によって把握しておくことが重要となる。
【０００４】
カラム試験は、サイトキャラクタリゼーション（原位置地下環境の把握）およびフラスコ試験で得られた情報を反映して実施され、現地での施工設計に必要なデータ（施工技術、コスト、時間など）を取得するのが目的である。実汚染サイトの地下環境に模した土壌充填カラムに、フラスコ試験で得られた修復に効果的な条件の栄養液を、修復実施時に想定される地下流速で連続供給し、これにより、対象となる汚染物質分解菌の活性化条件を求め、施工方法を決定し、修復に必要なコストや時間について信頼性のより高いデータを収集することを意図したものである。
【０００５】
これまで我国では約１０年間にわたって、バイオレメディエーション技術の開発が盛んに行われてきたが、カラム試験などの実施に関しては、ノウハウ的な要素が多いといわれ、情報量が極めて不足しているのが現状である。
【０００６】
特表平１０−５０３５８３号公報には、ゴルフコースの土壌中の水分をモニタリングする化学成分試料の採取用ライシメータが提案され、特開平１０−２２５６７７号公報には、有機汚染物質、特にハロゲン化脂肪族化合物、ハロゲン化芳香族化合物で汚染された土壌、地下水のバイオレメディエーション用組成物とその方法が提案されている。
【０００７】
現在、カラム試験としては、例えば、図２に示すようなカラム試験装置を用いた方法が一般的である。円筒状の土壌充填カラム１（以下、単にカラムという）の内部に、汚染された土地と同様になるよう対象土壌・砂を詰め、カラムを立てた状態で設置する。栄養液貯蔵タンク１１から、栄養液をポンプ１２によってカラム１に供給する。栄養液は、カラム１内部を上昇して流れ、土壌に生息する微生物によって一部消費された後、流出液タンク１３へと排出される。
【０００８】
土壌の性質などは、カラム１のサンプリング口１５’から流出液を抜き出して分析する。しかし、この試験装置では装置部材を温度管理しないため、カラム試験の対象濃度を設定しているときは、カラム内部だけでなく全ての送水経路上で微生物活性が一様に高まり、カラム外部で微生物が発生して、通水経路が封鎖されるなどの問題があった。
【０００９】
上記の特表平１０−５０３５８３号公報に記載された装置は、土壌中から地下水をサンプリングするには有用であるが、バイオレメディエーション前に実施するカラム試験装置への改造、転用はできない。また、特開平１０−２２５６７７号公報には、汚染物質を還元し分解する微生物（土着細菌）を栄養成分で刺激する方法が記載されているが、カラム試験については何の記載もない。
【００１０】
従来採用されていたカラムの構造を図４に示す。カラム１は、このように連通した一本の細長い管構造をしているため、土を採取するには、カラム試験を終えた装置を解体する段階で、カラム内部の土壌２を全て掻き出さないと土壌の評価が行なえなかった。従って、土壌を一度しか採取できず評価上問題があり、また、カラム奥深くの土壌を掻き出す必要性が生じ、操作が大変に煩雑であった。
【００１１】
このような状況下、簡単な構造でありながら操作が容易で効率的、かつ精度のよい連続通水式の土壌充填カラム試験システムの出現が切望されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑み、連続通水式のカラムを用いて簡易かつ効率的に実施でき、汚染された土壌の環境修復・可能性調査の信頼性を高められる土壌充填カラム試験システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するため、鋭意研究を進めた結果、連続通水式土壌充填カラム試験システムのカラム内の土壌温度を実際の土壌地下温度にできるだけ近似させ、一方、栄養液貯蔵タンクおよびサンプリング流出液は、密閉された状態で低温下に保存することにより、雑菌の繁殖を抑制でき、また、連結・分離可能な単位カラムを積み重ねた構造のカラムを採用することで、簡単な構造でありながら操作が容易で効率的、かつ精度のよい連続通水式土壌充填カラム試験システムが得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００１４】
すなわち、本発明の第１の発明は、汚染物質分解菌の混入した土壌・砂を充填した土壌充填カラム（Ａ）に、該分解菌を活性化するのに必要な栄養物質を含む栄養液を貯蔵した貯蔵タンク（Ｂ）から栄養液を上向流で連続供給し、カラム（Ａ）から流出する流出液をサンプリングし、サンプリングされた流出液（Ｃ）を分析することにより該分解菌の活性化条件を決定する連続通水式土壌充填カラム試験システムであって、カラム（Ａ）内の土壌温度は、温度雰囲気調整手段によって実際の土壌地下温度にできるだけ近似させ、一方、貯蔵タンク（Ｂ）およびサンプリング流出液（Ｃ）は、雑菌の繁殖を抑制するために密閉された状態で低温下に保存することを特徴とする連続通水式土壌充填カラム試験システムが提供される。
【００１５】
また、本発明の第２の発明は、第１の発明において、システムを構成する全部材が、遮光性の物質で被覆または形成されることを特徴とする連続通水式土壌充填カラム試験システムが提供される。
【００１６】
また、本発明の第３の発明は、第１の発明において、カラム（Ａ）内の土壌を好気的環境条件にするために、酸素混合ガスで事前にバブリングした栄養液を用いることを特徴とする連続通水式土壌充填カラム試験システムが提供される。
【００１７】
また、本発明の第４の発明は、第３の発明において、上記酸素混合ガスが、空気または不活性ガスに所定量の酸素を混入したものであることを特徴とする連続通水式土壌充填カラム試験システムが提供される。
【００１８】
また、本発明の第５の発明は、第１の発明において、カラム（Ａ）は、多段に積み上げられた複数の単位カラムからなり、かつ各単位カラムの連結する節ごとに接合した形態を持ち、しかも、節部分で切り離すことにより一節分量の土壌を評価対象用試料として抜き出すことができる構造を有することを特徴とする連続通水式土壌充填カラム試験システムが提供される。
【００１９】
また、本発明の第６の発明は、第５の発明において、抜き出された土壌の代わりに、該土壌と同じ形状であってかつ通液可能な内部充填材を持つスぺーサーを、抜き出した後に生まれた空隙部分に配設することを特徴とする連続通水式土壌充填カラム試験システムが提供される。
【００２０】
さらに、本発明の第７の発明は、第１の発明において、カラム（Ａ）、またはカラム（Ａ）と貯蔵タンク（Ｂ）とを結ぶ送水配管中に、圧力計または差圧計を設置することを特徴とする連続通水式土壌充填カラム試験システムが提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
１．カラム試験システム
本発明のカラム試験システムは、カラム内の土壌温度を実際の土壌地下温度に近似させ、かつ栄養液の貯蔵タンクおよびサンプリング流出液は、雑菌の繁殖を抑制するため低温下に保存することで連続通水式土壌充填カラム試験装置を構成したことを特徴としている。
【００２２】
すなわち、本発明のシステムは、土壌を充填したカラム、栄養液の貯蔵タンク、およびサンプリング流出液の貯蔵タンクなどから構成され、カラムは土壌が実際の土壌地下温度近辺となるよう温度雰囲気調整手段によって調整し、また、常温以上の条件で雑菌が繁殖する少なくとも栄養液の貯蔵タンク、サンプリング流出液の貯蔵タンクを冷蔵庫に入れることで低温に維持するように工夫されている。
【００２３】
カラム内には、評価対象となる土壌に模した土壌が充填される。一般に、土壌は、その環境での生存に適した多種多様な微生物が生息した状態にある。汚染物質である重金属、フェノール、シアン、フロン、ダイオキシン化合物などの種類に応じて、その分解・処理にはいかなる微生物が好ましいか、それをどの程度存在させればよいかなどは、バイオレメディエーションを実施するうえで重要な判断材料である。
【００２４】
汚染物質の一例としてシアン化合物を取り上げれば、金属シアノ錯体などを分解できるとされるバチリス・ズブチリス・クボタ、フザリウム・オキシスボルム、ゴルドナ属もしくはバークホルデリア属に属する微生物などが使用できると考えられる。
【００２５】
当然、栄養物質は微生物の種類に応じて適宜選定される。シアン化合物を分解する微生物であれば、酸素源および炭素源として、グルコース、フルクトース、ガラクトース、サッカロース、ラクトース、マルトースなどを含有させることが望ましいようである。
【００２６】
これら栄養物質は、水などに溶解してタンクに貯蔵される。栄養液は、カラムの下部から１〜２０ｍｌ／ｈｒの速度で導入され、上向流れで抜き出され、サンプリング流出タンクに貯蔵され、また、途中の配管から採取され分析される。栄養液を上向流れにするのは、下降流れではカラム内部の土壌に水道（みずみち）ができて、実験誤差の原因となるためである。
【００２７】
システムを構成する全部材は、遮光性の物質で構成することが望ましい。テフロン（登録商標）などプラスチック製の配管は、外部表面をシートなどで覆うとよい。実際にバイオレメディエーションが適用される場所は通常地下であり、光は届かない。よって、光合成微生物（藍藻類など）が増殖して汚染対象物質が分解されると分析誤差を招くが、遮光性物質を採用すれば光合成微生物の繁殖を抑制でき、精度の向上が期待できる。
【００２８】
酸素混合ガスで事前に栄養液をバブリングすれば、カラム内部の土壌を好気的環境条件にすることができる。酸素混合ガスは、酸素を空気または不活性ガスで希釈し、これらの割合を調整して栄養液貯蔵タンクに供給する。これによって、従来はハード面で困難であった、所定の溶存酸素濃度レベルで段階的に酸素濃度の水準を分けることが実現可能となった。
【００２９】
２．カラム
カラムは、多段に積み上げた複数の単位カラムからなり、この節部分で連結でき、容易に切り離せる構造なので、一節分量の土壌を評価対象用試料として抜き出すことができる。カラム１の内径は１０〜３０ｍｍ、全長は５００〜１５００ｍｍ（単位カラムの長さは１５０〜２００ｍｍ）とするのが望ましい。また、抜き出す土壌の形状と同じ外形を有するスペーサーを用意しておき、この通液可能な内部充填材を持つスペーサーを、土壌を抜き出した後の空隙部分に位置させれば、試験を最後まで続行することができる。
【００３０】
浄化対象が土壌なので、カラム中の土壌の評価（土壌の充填密度、間隙率、透水係数など基本物性の算出、あるいは流出液の分析による浄化作用の評価）を行う必要があるが、これまではカラム試験最終の解体時にのみカラムから土壌を採取するか、試験途中にカラム内の土壌を採取するにも、カラムの中間部に設けた窓から内部の土壌を掻き出していた。そのため、一度しかカラム内の土壌を採取できず、また、カラム奥深くの土壌を掻き出さねばならず操作が煩雑であった。しかし、本発明のカラムであれば、このような問題はことごとく解決される。
【００３１】
装置部材の全てを遮光性物質で構成しているので、光合成微生物が増殖して、カラムや配管内での閉塞を抑制し、圧力上昇を低減できるが、それでも条件によっては、その可能性はゼロとはいえない。このような事態に備えて、カラム壁や節に枝管を取り付け、圧力計もしくは差圧計を設置すれば、早期に対応がとれる。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例を示すが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３３】
本発明のカラム試験装置と、その使用方法の概要を図１によって説明する。
円筒状のカラム１の内部に、汚染された土地と同様となるように対象土壌・砂を詰め、カラムを立てた状態で設置する。
【００３４】
カラム内の土壌温度は、空調、恒温室などの温度雰囲気調整手段を用いて、実際に土壌が存在する地下温度である１０〜２０℃、例えば約１５℃となるように調整し、微生物の活性化状態をより正確に再現できるようにした。
【００３５】
カラム１には、栄養液貯蔵タンク１１、流出液貯蔵タンク１３を配管によって連結する。栄養液は、ポンプ１２を使用したり、水頭差を利用してカラム１に供給される。ポンプ１２は、特に限定されないが、定量容積ポンプが好ましい。
【００３６】
栄養液は、カラム内部を上向きに流れ、土壌に生息する微生物によって一部消費されて、流出液貯蔵タンク１３にて貯蔵される。土壌の性質、微生物の生息状況などは、カラム１の上部サンプリング口１５’から流出液を抜き出して分析することで決定される。
【００３７】
栄養液貯蔵タンク１１、流出液貯蔵タンク１３は、冷蔵庫１０内（庫内温度４℃）に格納され、低温に維持されている。冷蔵庫１０内部の温度は、微生物の種類、土壌が置かれた現地の環境などによって適宜設定されるが、通常は１０℃以下、好ましくは５℃以下とされる。このように試験装置のタンクなど装置部材が低温に管理されているため、送水経路上で微生物活性が一様に高まる恐れを低減できる。
【００３８】
カラム内部の土壌を好気的環境条件にするには、供給する栄養液の溶存酸素濃度を調整すればよい。このため栄養液貯蔵タンク１１内の栄養液は、エアポンプ２０を駆動し滅菌用エアフィルター２１を介して供給される酸素混合ガスでバブリングし、溶存酸素濃度を平衡状態に保持する。酸素混合ガスは、酸素と空気（不活性ガス）の混合物であり、配管２３から空気あるいは不活性ガスを供給して混合されるが、その割合を変えれば、容易に所望とする酸素濃度に調整できる。これは酸素混合ガスと栄養液である液相との間での酸素濃度に関する気液平衡を利用したものである。
【００３９】
カラム１の手前には、圧力計１６と、分析サンプリング用の流出液サンプリング口１５が設置されている。圧力計１６を設置するのは、カラム中の土壌あるいはカラム１への送水配管上に菌が異常繁殖し、空隙が閉塞するとカラム試験を続行できなくなるので、その閉塞状況が発生する予兆を的確に捉えて通水条件を変更するためである。圧力計はカラム、またはその節部などに枝管を取り付けて設置されるが、差圧計であってもよい。
【００４０】
光合成微生物の繁殖を抑制するため、配管など装置の全部材を遮光性物質で構成する。例えば、ステンレスチューブ等を使用したり、テフロン（登録商標）チューブ部分には遮光性材料、例えば、銀紙などのシートや不透明なビニールテープなどを巻きつけるのが望ましい。
【００４１】
本発明のカラムの構造を図３に示した。カラム１は、単位カラム１ａ（内径が約２０ｍｍ、長さ約１５０〜２００ｍｍ）を多段（６段）で積み上げた構造（全長１０００ｍｍ程度）をしている。カラムの節と節はナット４によって互いに連結され、かつ容易に切り離すことができる。
【００４２】
土壌を分析する際は、ナットを緩めて、節と節とを切り離し、一節分に相当する量の土壌２を評価対象用試料として抜き出せばよい。その際には、スペーサー（抜き出した構造体と同様のもの）を代わりに装着する。スぺーサーは、通液可能な内部充填材を内部に保有しており、内部充填材は、例えば滅菌可能なビーズ玉、シリコン栓などであってもよい。
【００４３】
スペーサーは、それ自体とカラム内部に充填された土壌が移動しないように、土止め３の構造を有するものが望ましい。土止め３の構造とは、孔を有する円盤状のものや、汎用されている網などで、前者は例えば０．５ｍｍ×１０ｍｍのスリットや直径０．５ｍｍの孔を有するプラスチック円盤が挙げられ、一方、後者は一般家庭の流しで用いられている生ゴミネットなどを使用することができる。好ましい網目のサイズは、例えば一辺（直径）が０．０５〜０．５ｍｍ程度である。
【００４４】
カラムには複数箇所に圧力計を設置できるが、１個所であっても、内部圧力の上昇を検知してカラム内における微生物異常を検出できる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のカラム試験装置によれば、カラムを土壌地下温度に近似させるとともに、栄養液、サンプリング流出液を低温で管理し、雑菌の繁殖を抑制する手段を設けたことにより、連続カラム通水試験を効率よく実施でき、バイオレメディエーションに向けて信頼性の高い事前評価体制を組むことが可能になる。また、これを構成するカラムは、単位カラムの節部分で切り離せる構造であり、評価対象の土壌を細分化して取り出せ、煩雑な操作がなくなり、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の土壌充填カラム試験システムの概略図である。
【図２】従来の土壌充填カラム試験システムの概略図である。
【図３】本発明の試験システムに用いるカラムの縦断面図と、その実施形態の説明図である。
【図４】従来の試験システムに用いるカラムの縦断面図である。
【符合の説明】
１          カラム
２          土壌
１０          冷蔵庫
１１          栄養液貯蔵タンク
１４          サンプリング流出液タンク
１５、１５’  サンプリング口
２０          エアポンプ
【図１】
0003831235.tif 000002
【図２】
0003831235.tif 000003
【図３】
0003831235.tif 000004
【図４】
0003831235.tif 000005