JP2012035181A - 汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】好気性分解領域における溶存酸素量を効率的に増大させることができる。
【解決手段】揮発性有機化合物で汚染された汚染領域Ｒに揚水井戸１が配設されるとともに、揚水井戸１を間に一方の汚染領域Ｒ１側に第１注入井戸２が、他方の汚染領域Ｒ２側に第２注入井戸３が配設される。第１注入井戸２から供給し一方の汚染領域Ｒ１を流通させて揚水井戸１で汲み上げる地下水Ｗの第１循環Ｓ１によって、一方の汚染領域Ｒ１に、活性化した嫌気性微生物で揮発性有機化合物を分解させる嫌気性分解領域Ｐ１を形成する。第２注入井戸３から供給し他方の汚染領域Ｒ２を流通させて揚水井戸１で汲み上げる地下水Ｗの第２循環Ｓ２によって、他方の汚染領域Ｒ２に、活性化した好気性微生物で揮発性有機化合物を分解させる好気性分解領域Ｐ２を形成する。第２循環Ｓ２において地下水Ｗに微細気泡を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンなどの揮発性有機化合物で汚染された土壌及び地下水を微生物によって原位置で浄化処理する汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法に関する。

従来より、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンなどの揮発性有機化合物（揮発性有機塩素系化合物）で汚染された土壌や地下水を原位置で浄化処理する方法が提案され実施されている。
例えば、特許文献１には、効率的な微生物分解を実施するため、揮発性有機化合物で汚染された汚染領域に配設された揚水井戸の一方側に嫌気性分解領域、他方側に好気性分解領域を形成し、原位置微生物処理における地下水循環を２系統に分割する浄化処理方法が提案されている。
この方法では、嫌気性分解領域に配設された第１注入井戸に栄養剤を注入し、微生物を活性化させることによって嫌気性分解領域を嫌気的雰囲気に保持している。また、好気性分解領域に配設された第２注入井戸にエアレーション（曝気）を行うなどして酸素を強制的に溶存させた地下水を循環させることによって、好気性分解領域を好気的雰囲気に保持している。
そして、各注入井戸から注入された地下水は循環して揚水井戸に集水されるため、揚水井戸付近には、嫌気性雰囲気と好気性雰囲気とが共存する環境が形成されている。

特開２００８−２００５９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の浄化処理方法では、第２注入井戸に循環される地下水にエアレーションを行うことで好気性分解領域の溶存酸素量を増大させているが、従来のエアレーションでは飽和溶存酸素量（例えば、２０℃の場合、約９ｍｇ／Ｌ）以上の酸素を溶存させることは物理的に困難である。
好気性分解領域に多くの酸素を溶存させることによって好気性分解領域の好気性雰囲気が長時間保持され、確実な浄化処理を行うことができるため、好気性分解領域における溶存酸素量を飽和溶存酸素量よりも増大させることができる浄化処理方法が望まれている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、好気性分解領域における溶存酸素量を効率的に増大させることができる汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法は、揮発性有機化合物で汚染された土壌及び地下水を微生物によって原位置で浄化処理する方法であって、前記揮発性有機化合物で汚染された汚染領域に揚水井戸が配設されるとともに、該揚水井戸を間に一方の汚染領域側に第１注入井戸が、他方の汚染領域側に第２注入井戸が配設され、前記第１注入井戸から供給し前記一方の汚染領域を流通させて前記揚水井戸で汲み上げる前記地下水の第１循環によって、前記一方の汚染領域に、活性化した嫌気性微生物で前記揮発性有機化合物を分解させる嫌気性分解領域を形成するとともに、前記第２注入井戸から供給し前記他方の汚染領域を流通させて前記揚水井戸で汲み上げる前記地下水の第２循環によって、前記他方の汚染領域に、活性化した好気性微生物で前記揮発性有機化合物を分解させる好気性分解領域を形成し、前記第２循環において、前記地下水に微細気泡を生成することを特徴とする。

本発明では、第２循環において、揚水井戸から第２注入井戸に循環される地下水に微細気泡を生成している。微細気泡は、通常の気泡と比べて溶解量が多いため、地下水の溶存酸素量を増大させることができる。また、微細気泡は、通常の気泡と比べて水中での上昇速度が遅いため、地下水中に長時間存在することができる。そして、好気性分解領域の地下水には多くの酸素が長時間存在するため、好気性分解領域の好気性状態を長時間良好に維持することができる。
ここで、微細気泡とは、通常、マイクロバブル（粒径５０μｍ〜１μｍ程度）やナノバブル（粒径１μｍ以下）と称される気泡を示し、通常の気泡とは、通常、ミリバブル（粒径数ｍｍ〜５０μｍ程度）と称される気泡を示すこととする。

本発明によれば、第２循環において地下水に微細気泡を生成していることにより、地下水に飽和溶存酸素量よりも多くの酸素を溶存させることができるとともに、地下水中に酸素を長時間存在させることができ、好気性分解領域の好気性状態を長時間良好に維持することができるため、好気性分解領域において、短時間で確実な浄化が可能であるとともに、浄化効果を長時間維持することができる

本発明の実施形態による汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法に用いる浄化処理装置の一例を示す図である。 溶存酸素濃度を比較する図である。

以下、本発明の実施形態による汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法について、図１および図２に基づいて説明する。本実施形態は、揮発性有機化合物で汚染された土壌及び地下水を、微生物によって原位置で浄化処理する汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法に関するものである。

図１に示すように、本実施形態による汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法に用いる浄化処理装置（浄化処理設備）Ａは、揮発性有機化合物で汚染された汚染領域Ｒに配置された揚水井戸１と、この揚水井戸１を間に一方の汚染領域Ｒ１側に配置された第１注入井戸２と、揚水井戸１を間に他方の汚染領域Ｒ２側に配置された第２注入井戸３とを備えて構成されている。また、揚水井戸１には、その下端側に周囲の地下水Ｗを内部に透過させるためのスリット部１ａが設けられており、内部に挿入設置した揚水ポンプ１ｂの駆動によりスリット部１ａを介して地下水Ｗを集水し地上に汲み上げるように構成されている。一方、第１注入井戸２と第２注入井戸３は、それぞれ、下端側にスリット部２ａ、３ａが設けられており、揚水井戸１で汲み上げた地下水Ｗを第１注入井戸２と第２注入井戸３のそれぞれの内部に供給した際に、この地下水Ｗをスリット部２ａ、３ａを通じて地中に返送できるように構成されている。なお、図１では、揚水井戸１と第１注入井戸２と第２注入井戸３とがそれぞれ１つずつ設けられているように図示しているが、揚水井戸１と第１注入井戸２と第２注入井戸３はそれぞれ、複数設けられていてもよい。

さらに、本実施形態の浄化処理装置Ａにおいては、揚水井戸１の揚水ポンプ１ｂに繋がる配管４が地上にて二股に分岐しており、一方の分岐管５が栄養剤添加槽６に、他方の分岐管７が微細気泡生成槽８にそれぞれ繋げられている。また、栄養剤添加槽６と第１注入井戸２、微細気泡生成槽８と第２注入井戸３が、それぞれ、配管９、１０を介して繋げられている。
なお、栄養剤添加槽６は、一方の分岐管５から送られてきた地下水Ｗに、例えば窒素栄養源、炭素栄養源、有機酸、無機塩、ビタミンなどの栄養剤を添加するための槽である。

また、微細気泡生成槽８は、他方の分岐管７から送られてきた地下水Ｗ内に微細気泡を生成する槽であり、微細気泡生成装置（不図示）を備えている。微細気泡生成装置の微細気泡を発生させる原理は、例えば、加圧溶解方式、旋回方式、スタティックミキサー方式などの公知の原理である。なお、この発生原理によって微細気泡の数や粒径分布などが異なる。このような微細気泡生成槽８で微細気泡を生成された微細気泡水は、酸素飽和水よりも多くの酸素を含有している。

図２は、加圧溶解方式、旋回方式でそれぞれ製造した後にミリバブルを除去するために５分間以上放置して採取した２種類の微細気泡水１、微細気泡水２、酸素飽和水および脱気水の溶存酸素濃度（ＪＩＳＫ０１０２）を測定した結果を示すものである。この測定時の温度条件は、約２５℃であった。図２から分かるように、酸素飽和水の溶存酸素濃度は１０．２ｍｇ／Ｌであるが、微細気泡水は２種類とも酸素飽和水と比べて１．２〜１．３倍の酸素を含有している。

また、このような微細気泡水において、微細気泡は、通常の気泡（ミリバブル）と比べて上昇速度が遅いとともに、溶解量が多いという特徴がある。また、通常の気泡は水中を上昇して水面で破裂するのに対し、微細気泡のマイクロバブルは水中で縮小して最終的には圧壊して消滅し、ナノバブルは水中に長期間にわたって存在している。このため、微細気泡は、広い範囲に均一に供給されて、早期に好気性雰囲気を形成するとともに、この好気性雰囲気を長時間維持することができる。また、マイクロバブルの圧壊時にはラジカルが発生するため、このラジカルで汚染物質（揮発性有機化合物）を分解することができる。

上記のように構成した浄化処理装置Ａによって汚染土壌及び汚染地下水を浄化処理する際には、揚水井戸１内に挿入した揚水ポンプ１ｂを駆動し、揚水井戸１のスリット部１ａを介して周囲の地下水Ｗを集水しつつ地上に汲み上げる。このように揚水井戸１から地下水Ｗを汲み上げると、一方の汚染領域Ｒ１には、第１注入井戸２側から揚水井戸１に向けて流れる地下水流Ｔ１が発生し、他方の汚染領域Ｒ２には、第２注入井戸３側から揚水井戸１に向けて流れる地下水流Ｔ２が発生する。

また、本実施形態において、一方の汚染領域Ｒ１から集水した地下水Ｗと他方の汚染領域Ｒ２から集水した地下水Ｗとが、揚水井戸１内で混合されて地上に汲み上げられる。そして、地上に汲み上げた地下水Ｗのうち一部の地下水は、一方の分岐管５を介して栄養剤添加槽６に送られ、この栄養剤添加槽６で、栄養剤が添加される。このように栄養剤を添加した地下水Ｗは、配管９を通じて第１注入井戸２に供給され、この第１注入井戸２のスリット部２ａから再度地中に返送される。返送された栄養剤を含む地下水Ｗは、一方の汚染領域Ｒ１を流通する地下水流Ｔ１によってこの一方の汚染領域Ｒ１を通過し、再度揚水井戸１に集水される。これにより、揚水井戸１を間に一方の汚染領域Ｒ１側には、揚水井戸１から栄養剤添加槽６に、栄養剤添加槽６から第１注入井戸２に、第１注入井戸２から一方の汚染領域Ｒ１を通じて再び揚水井戸１に循環する地下水Ｗの第１循環Ｓ１が形成される。

そして、このように形成された地下水Ｗの第１循環Ｓ１によって、栄養剤を含む地下水Ｗが順次一方の汚染領域Ｒ１を通過するとともに、土着の微生物が活性化して土壌や地下水中の酸素が消費され、一方の汚染領域Ｒ１側には、土着の嫌気性微生物が活性化した嫌気性分解領域Ｐ１が形成される。

一方、揚水井戸１で汲み上げられ、他方の分岐管７を介して微細気泡生成槽８に送られた地下水Ｗには、この微細気泡生成槽８で微細気泡が生成され、その溶存酸素量が増大される。そして、このように溶存酸素濃度が高くなった地下水Ｗは、配管１０を介して第２注入井戸３に供給され、この第２注入井戸３のスリット部３ａから再度地中に返送される。返送された溶存酸素濃度が高い地下水Ｗは、他方の汚染領域Ｒ２を流通する地下水流Ｔ２によってこの他方の汚染領域Ｒ２を通過し、再度揚水井戸１に集水される。これにより、揚水井戸１を間に他方の汚染領域Ｒ２側には、揚水井戸１から微細気泡生成槽８に、微細気泡生成槽８から第２注入井戸３に、第２注入井戸３から他方の汚染領域Ｒ２を通じて再び揚水井戸１に循環する地下水Ｗの第２循環Ｓ２が形成される。

そして、このように形成された地下水Ｗの第２循環Ｓ２によって、溶存酸素濃度が高い地下水Ｗが順次他方の汚染領域Ｒ２を通過するとともに、土着の微生物が活性化し、この他方の汚染領域Ｒ２側には、土着の好気性微生物が活性化した好気性分解領域Ｐ２が形成される。

例えばテトラクロロエチレン（揮発性有機化合物）で汚染された汚染領域Ｒに第１循環Ｓ１と第２循環Ｓ２を形成して地下水Ｗを循環させた場合には、第１循環Ｓ１で形成した嫌気性分解領域Ｐ１で、テトラクロロエチレンが活性化した嫌気性微生物による脱塩素反応でトリクロロエチレンひいてはシス−１，２−ジクロロエチレンに分解される。さらに、このようにトリクロロエチレンひいてはシス−１，２−ジクロロエチレンに分解された揮発性有機化合物が、第１循環Ｓ１によって地下水Ｗとともに揚水井戸１から汲み上げられる。ついで、このトリクロロエチレンひいてはシス−１，２−ジクロロエチレンを含む地下水Ｗが、第２循環Ｓ２に送られ、第２注入井戸３から好気性分解領域Ｐ２に流通する。これにより、嫌気性分解領域Ｐ１の嫌気性微生物でトリクロロエチレンひいてはシス−１，２−ジクロロエチレンまで分解された揮発性有機化合物は、好気性分解領域Ｐ２で活性化した好気性微生物による脱塩素反応で塩化ビニルを経て二酸化炭素に分解される。

ここで、本実施形態において、揚水井戸１で汲み上げた地下水Ｗは、嫌気性分解領域Ｐ１を通過した第１循環Ｓ１の地下水Ｗと、好気性分解領域Ｐ２を通過した第２循環Ｓ２の地下水Ｗとが揚水井戸１内で混合される。そして、地上に汲み上げるとともに、一方の分岐管５と他方の分岐管７によって第１循環Ｓ１と第２循環Ｓ２とに振り分けられる。このため、嫌気性分解領域Ｐ１を通過してトリクロロエチレンひいてはシス−１，２−ジクロロエチレンまで分解された揮発性有機化合物の一部は、再度第１循環Ｓ１によって嫌気性分解領域Ｐ１を通過するように循環されることになる。しかしながら、継続的に揚水井戸１で地下水Ｗを汲み上げ第１循環Ｓ１と第２循環Ｓ２に振り分けて循環することで、汚染領域Ｒのテトラクロロエチレンの全てが嫌気性分解領域Ｐ１と好気性分解領域Ｐ２を通過し、徐々に二酸化炭素まで分解されて無害化される。これにより、汚染領域Ｒ全体のテトラクロロエチレンで汚染された汚染土壌及び汚染地下水が確実に浄化処理される。また、このとき、順次揚水井戸１で汲み上げた地下水Ｗの揮発性有機化合物濃度を測定することで、汚染土壌及び汚染地下水の浄化処理の程度を確認することができる。

したがって、本実施形態の汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法においては、地下水Ｗの第１循環Ｓ１によって一方の汚染領域Ｒ１側に嫌気性分解領域Ｐ１が形成される。これにより、この領域Ｐ１で活性化した嫌気性微生物によって揮発性有機化合物を分解することができる。また、地下水Ｗの第２循環Ｓ２によって他方の汚染領域Ｒ２側に好気性分解領域Ｐ２が形成される。これにより、嫌気性分解領域Ｐ１で無害化されるまで分解しきれていない揮発性有機化合物がこの好気性分解領域Ｐ２に地下水Ｗとともに流通することで、確実に揮発性有機化合物を好気性微生物によって無害化されるまで分解することができる。

そして、第２注入井戸３に循環される地下水Ｗに微細気泡生成槽８を用いて微細気泡を生成していることにより、地下水Ｗ内に飽和溶存酸素量よりも多くの酸素を溶存させることができる。したがって、地下水Ｗ中に酸素を長時間存在させることができ、好気性分解領域Ｐ２の好気性状態を長時間良好に維持することができるため、好気性分解領域Ｐ２における浄化処理を効率的に行うことができる。

以上、本発明による汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、第１注入井戸２から栄養剤を添加した地下水Ｗを地中に返送することで、土着の嫌気性微生物を活性化させた嫌気性分解領域Ｐ１を形成し、また、第２注入井戸３から溶存酸素濃度を上昇させた地下水Ｗを地中に返送することで、土着の好気性微生物を活性化させた好気性分解領域Ｐ２を形成するものとしたが、第１注入井戸２に供給する地下水Ｗに嫌気性微生物を添加したり、第２注入井戸３に供給する地下水Ｗに好気性微生物を添加して、これら地下水Ｗが一方の汚染領域Ｒ１と他方の汚染領域Ｒ２にそれぞれ流通することで、嫌気性分解領域Ｐ１に嫌気性微生物を、好気性分解領域Ｐ２に好気性微生物を供給するようにしてもよい。

また、本実施形態では、揚水井戸１で汲み上げた地下水Ｗに対し栄養剤の添加のみを施して第１注入井戸２から返送するものとしたが、例えば汲み上げた地下水Ｗを脱気装置などに送り、溶存酸素濃度を低下させた地下水Ｗを第１注入井戸２から返送するようにしてもよい。これにより、確実に第１循環Ｓ１によって嫌気性分解領域Ｐ１を形成することができるとともに、確実に嫌気性微生物を活性化させて揮発性有機化合物を分解させることができる。

さらに、本実施形態では、嫌気性分解領域Ｐ１と好気性分解領域Ｐ２をそれぞれ通過した地下水Ｗを揚水井戸１で混合しつつ汲み上げるものとしたが、嫌気性分解領域Ｐ１を通過した地下水Ｗと、好気性分解領域Ｐ２を通過した地下水Ｗとをそれぞれ区分しながら地上に汲み上げてもよい。この場合には、嫌気性分解領域Ｐ１を通過した地下水Ｗを全て微細気泡生成槽８に送り、好気性分解領域Ｐ２を通過した地下水Ｗを全て栄養剤添加槽６に送ることが可能になる。すなわち、第１循環Ｓ１と第２循環Ｓ２とを繋げた１系統の循環で地下水Ｗを循環させることができる。そして、このようにした場合には、嫌気性分解領域Ｐ１でトリクロロエチレンひいてはシス−１，２−ジクロロエチレンまで分解した揮発性有機化合物を全て、次工程の好気性分解領域Ｐ２に送ることができるため、本実施形態よりもさらに効率的に浄化処理を行なうことが可能になる。

また、本実施形態では、第２循環Ｓ２の微細気泡生成槽８が地下水Ｗに微細気泡を生成するためにのみ用いられるように説明を行なったが、微細気泡生成槽８では地下水Ｗに微細気泡を生成するとともに、この地下水Ｗに含まれた少なくとも揮発性有機化合物の一部が微細気泡生成槽８内の気相中に揮発、拡散している。このため、例えば微細気泡生成槽８の気相に活性炭などの吸着剤を収容した吸着槽を接続して浄化処理装置Ａを構成し、微細気泡を生成するとともに微細気泡生成槽８の気相を吸着槽に送ることで、気相中に揮発した揮発性有機化合物を吸着剤で捕集するようにしてもよい。この場合には、地中の微生物で揮発性有機化合物を分解し汚染土壌及び汚染地下水を浄化処理することができると同時に、地上においても汲み上げた地下水Ｗから揮発性有機化合物を除去することができるため、さらに効率的に浄化処理を行なうことが可能になる。

さらに、本実施形態では、土壌及び地下水を汚染している揮発性有機化合物がテトラクロロエチレン（トリクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレンを含む）であるものとして説明を行なったが、例えば、１，１，１−トリクロロエタン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，１−ジクロロエチレン、１，２−ジクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、１，３−ジクロロプロペン、ベンゼンなど他の揮発性有機化合物に対しても、本発明の汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法を適用することにより、本実施形態と同様に浄化処理することが可能である。また、例えばこれら揮発性有機化合物とともに、水銀、セレン、六価クロム、カドミウム、鉛、砒素などの重金属類が共存する複合汚染が生じている場合には、揚水井戸１で汲み上げた地下水Ｗに対し、不溶化処理などを施し、重金属類などの他の汚染物質を除去した地下水Ｗを各注入井戸２、３から地中に返送することで、他の汚染物質を除去しつつ揮発性有機化合物を分解処理することが可能である。

１ 揚水井戸
１ｂ 揚水ポンプ
２ 第１注入井戸
３ 第２注入井戸
６ 栄養剤添加槽
８ 微細気泡生成槽
Ａ 浄化処理装置（浄化処理設備）
Ｐ１ 嫌気性分解領域
Ｐ２ 好気性分解領域
Ｒ 汚染領域
Ｒ１ 一方の汚染領域
Ｒ２ 他方の汚染領域
Ｓ１ 第１循環
Ｓ２ 第２循環
Ｔ１ 地下水流
Ｔ２ 地下水流
Ｗ 地下水

Claims (1)

1. 揮発性有機化合物で汚染された土壌及び地下水を微生物によって原位置で浄化処理する方法であって、
   前記揮発性有機化合物で汚染された汚染領域に揚水井戸が配設されるとともに、該揚水井戸を間に一方の汚染領域側に第１注入井戸が、他方の汚染領域側に第２注入井戸が配設され、
   前記第１注入井戸から供給し前記一方の汚染領域を流通させて前記揚水井戸で汲み上げる前記地下水の第１循環によって、前記一方の汚染領域に、活性化した嫌気性微生物で前記揮発性有機化合物を分解させる嫌気性分解領域を形成するとともに、
   前記第２注入井戸から供給し前記他方の汚染領域を流通させて前記揚水井戸で汲み上げる前記地下水の第２循環によって、前記他方の汚染領域に、活性化した好気性微生物で前記揮発性有機化合物を分解させる好気性分解領域を形成し、
   前記第２循環において、前記地下水に微細気泡を生成することを特徴とする汚染土壌及び汚染地下水の原位置浄化処理方法。
   
   

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