JP2006026551A - 汚染土壌浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する汚染土壌浄化方法を提供する。
【解決手段】 嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する方法であって、親水性基を有する高分子吸収体を前記汚染された土壌に注入し、前記汚染された土壌中への空気の侵入を遮断することで、その場所を嫌気状態にする工程Ａと、前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための嫌気性微生物分解促進剤を前記汚染された土壌に注入する工程Ｂと、を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する方法に関する。

有機塩素化合物であるテトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレンは、金属類の脱脂・洗浄、ドライクリーニングの洗浄、冷媒等に用いられ、産業上の利用価値は高いが、人体にとっては肝障害や腎障害等を引き起こす有害物質となる。その為、これら有機塩素化合物による土壌や地下水汚染は深刻な社会問題となっている。

これら有機塩素化合物を分解し、汚染された土壌や地下水を浄化するための技術が多数存在し、その一つが汚染された土壌及び地下水を嫌気性微生物による還元的脱塩素化処理によって浄化する方法である。これは、汚染された土壌及び地下水に存在する嫌気性微生物を用いて有機塩素化合物の塩素を水素に置換することで汚染された土壌及び地下水を浄化する方法である（例えば、特許文献１又は２）。

このような嫌気性微生物による還元的脱塩素化処理は、飽和帯（本明細書では、地下水が飽和の状態で存在し、空気の侵入を防ぐため嫌気状態になっている帯域）を意味する。）の土壌にしか適用できない。なぜなら、不飽和帯（本明細書では、「地下水が不飽和の状態で存在し、空気等が存在する間隙がある帯域」を意味する。）の土壌では、嫌気状態になりにくいからである。
特開平１０−２１６６９４号公報 特開２０００−２６３０３２号公報

しかしながら、汚染土壌の飽和帯と不飽和帯とを区別するには、その土壌の各地点及び地層における粒度や透水性を測定する必要があって容易ではなく、仮に区別できたとしても経費と時間がかかる。

この問題を解決するために、本発明は、土壌の飽和帯と不飽和帯を区別することなく、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する汚染土壌浄化方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決すべく、本発明に係る汚染土壌浄化方法は、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する方法であって、親水性基を有する高分子吸収体を前記汚染された土壌に注入し、前記汚染された土壌中への空気の侵入を遮断することで、その場所を嫌気状態にする工程Ａと、前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための嫌気性微生物分解促進剤を前記汚染された土壌に注入する工程Ｂと、を含む。なお、前記高分子吸収体に前記嫌気性微生物分解促進剤を含有させて、前記汚染された土壌中に注入することにより、工程Ａと工程Ｂとを一緒に行ってもよい。また、上記汚染土壌浄化方法は、前記高分子吸収体を注入した土壌に、前記高分子吸収体を膨潤させるための水溶液を注入する工程Ｃを、さらに含んでもよい。さらに、本発明に係る汚染土壌浄化方法は、前記水溶液に前記高分子吸収体と前記嫌気性微生物分解促進剤を含有させて、前記汚染された土壌中に注入することにより、工程Ａと工程Ｂと工程Ｃとを一緒に行ってもよい。なお、複数の工程を一緒に行うとは、各工程が時間的に完全に又は一部重複して行われることを意味する。ただし、複数の工程は独立に複数の作業により行ってもよいが、一度の作業で行ってもよい。後者の例としては、複数の異なる物を用いて同じ作業を行う場合、それら複数の物を混合して、一度の作業で複数の工程を行ってもよい。

上記いずれの汚染土壌浄化方法においても、前記高分子吸収体を前記汚染された土壌に注入する前に、予め前記高分子吸収体の粘性を増加させておいてもよい。また、前記高分子吸収体と前記嫌気性微生物分解促進剤を含有した前記水溶液を土壌に注入する前に、予め前記水溶液の粘性を増加させておいてもよい。

なお、上記のいずれの汚染土壌浄化方法においても、前記嫌気性微生物分解促進剤は、前記有機塩素化合物の塩素を水素に置換する還元的脱塩素化を促進するために必要な前記水素を提供する水素供与体であることが好ましく、前記高分子吸収体が生分解性であることが好ましい。

本発明により、土壌の飽和帯と不飽和帯を区別することなく、嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する土壌浄化方法を提供できる。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、詳細に説明する。なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。

＝＝＝汚染土壌浄化方法＝＝＝
嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌の不飽和帯を原位置で浄化する方法においては、以下の工程を実施する。

まず、工程Ａでは、親水性基を有する高分子吸収体を汚染土壌に注入し、汚染土壌中への空気の侵入を遮断することで、その場所を嫌気状態にする。この工程では、原位置（本明細書では、「汚染された土壌の場所」を意味する）において浄化する範囲及びその周辺に高分子吸収体を注入する。土壌中に十分な水分があれば、注入された高分子吸収体は、汚染土壌中の水分を吸収して膨潤することで、その膨潤した場所の空気の侵入を遮断して嫌気状態を作製する。

高分子吸収体を注入する方法としては、耕耘機又は掘削機などを用いて浄化する範囲の土壌中に高分子吸収体を注入する方法があるが、浄化する範囲の土壌中に高分子吸収体を注入することができれば何れの方法であってもよい。ここで、高分子吸収体とは、例えば、吸収性ポリマーのような自らの重さの数百倍から数千倍もの水分を吸収できるものであり、具体的な高分子吸収体の例としては、ポリアクリル酸が挙げられる。土壌浄化後の回収を考慮に入れると、生分解性プラスチックのような微生物によって生分解される性質を有するもののほうが、回収の必要がなく好都合である。高分子吸収体の形状は砂のような粉末状態又は石のような固体状態であることが好ましい。

さらに、工程Ｂでは、嫌気性微生物による有機塩素化合物の分解を促進するための嫌気性微生物分解促進剤を前記汚染土壌に注入する。注入する方法としては、耕耘機又は掘削機などを用いて浄化する範囲の土壌中に嫌気性微生物分解促進剤を注入する方法があるが、浄化する範囲の土壌中に嫌気性微生物分解促進剤を注入することができれば何れの方法であってもよい。嫌気性微生物分解促進剤の例として、有機塩素化合物の塩素と水素を置換する還元的脱塩素化を促進するために必要な水素を提供する水素供与体又は水との化学反応によって水素を提供する鉄粉が挙げられる。水素供与体としては、例えば、メタノール若しくはエタノールなどのアルコール、グルコース若しくはスクロースなどの低分子の有機物、酢酸、プロピオン酸、乳酸、若しくは酪酸などの低級脂肪酸、又はポリ乳酸エステルである水素供与化合物(HRC；Hydrogen Release Compound)などが用いられる。

工程Ａ及び工程Ｂは、高分子吸収体と嫌気性微生物分解促進剤を汚染土壌の浄化する範囲に両者を広く添加することができるのであれば、どのような順序で行ってもよく、各工程を複数回行ってもよい。また、以下に述べるように、工程Ａと工程Ｂを一緒に行ってもよく、一緒に行った場合でも、さらに単独工程を追加して行ってもよく、さらにいずれの工程を複数回行ってもよい。複数回行なう場合でも、工程の順序、回数に制限はない。

そして必要であれば、工程Ｃを実施する。工程Ｃは、高分子吸収体を混合した土壌に、高分子吸収体を膨潤させるための水溶液を注入する。必要である場合とは、高分子吸収体を混合した場所に高分子吸収体が膨潤するために必要な水分が存在しない場合である。その場合は、高分子吸収体及を注入した場所に水溶液を注入し、高分子吸収体がその水溶液を吸収して膨潤することで、その膨潤した場所の空気の侵入を遮断して嫌気状態を作製することができる。このようにして作製された嫌気状態下にて、嫌気性微生物分解促進剤を注入し、嫌気性微生物が有機塩素化合物を分解することで、汚染土壌を浄化する。

ここで、水溶液としては、例えば水道水、工業用水、地下水、蒸留水等の浄水、又は緩衝剤を溶解させた緩衝溶液等、特に限定されないが、土壌や微生物に悪影響を及ぼさないものが好ましい。

嫌気性微生物分解促進剤については、汚染土壌の浄化する範囲に広く添加することができるのであれば、どの段階で注入してもかまわない。例えば、嫌気性微生物分解促進剤が水溶性であれば、水溶液に嫌気性微生物分解促進剤を溶解させ、高分子吸収体を混合した場所にその水溶液を注入してもよい。また、嫌気性微生物分解促進剤が難溶性の場合は、嫌気性微生物分解促進剤を高分子吸収体と同様に汚染土壌中に混合させてから、水溶液を高分子吸収体を混合した場所に浸透させてもよい。

高分子吸収体を汚染土壌に注入する前に、予め高分子吸収体の粘性を増加させておいてもよい。水溶液が、汚染土壌の高分子吸収体を混合した場所へ浸透するとき、高分子吸収体に粘性がないと、高分子吸収体がその水溶液を吸収してもその場でしか膨潤しない。しかしながら、高分子吸収体に一定の粘性が有る場合、高分子吸収体がその水溶液を吸収するとその場で膨潤しながら広がる。その為、その水溶液が汚染土壌に浸透しないで高分子吸収体に吸収されることで、その水溶液の汚染土壌への浸透速度を遅延させることができるので、高分子吸収体がその水溶液を吸収する時間が増えたり、浄化する範囲以外へその水溶液が浸透することを防いだりすることができる。さらに、高分子吸収体が注入された場所にある水分だけを吸収する場合であっても、高分子吸収体に粘性があることによって、高分子吸収体が単に膨潤するのではなく、膨潤しながら広がる。以上のように、注入した高分子吸収体を効率よく土壌中で拡張させるために、予めその粘性を増加させておくことが好ましい。高分子吸収体の粘性を増加させる物質としては何れであってもよく、例えば、親水性基を有する高分子微粒子が挙げられる。

以上の工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃは、どのような順序で行ってもよく、各工程を複数回行ってもよい。また、以下に述べるように、工程Ａと工程Ｂと工程Ｃを一緒に行ってもよく、一緒に行った場合でも、さらに単独工程を追加して行ってもよく、さらにいずれの工程を複数回行ってもよい。複数回行なう場合でも、工程の順序、回数に制限はない。

＝＝＝汚染土壌浄化方法（工程Ａと工程Ｂを一緒に行う場合）＝＝＝
前述の汚染土壌浄化方法では、工程Ａ及び工程Ｂを独立して実施したが、汚染土壌の浄化に必要な物質の注入作業の簡易化、効率化を図るために、これらの物質を一度に注入する汚染土壌浄化方法を以下に述べる。

前述の汚染土壌浄化方法における高分子吸収体及び嫌気性微生物分解促進剤を汚染土壌に注入するにあたって、高分子吸収体に嫌気性微生物分解促進剤を含有させて、汚染土壌中に注入することにより、工程Ａと工程Ｂとを一緒に行う。高分子吸収体が液状の場合、汚染土壌に、水溶液を注入せずに高分子吸収体を注入するだけで、汚染土壌の浄化する範囲に高分子吸収体が拡張しながら浸透することが可能である。この場合、汚染土壌に注入される前は液状で存在し、注入された後に固化してもよい。例えば、熱を加えると可溶化する性質（熱可塑性）を有する高分子吸収体（例えば、寒天培地）に嫌気性微生物分解促進剤を加える。その嫌気性微生物分解促進剤を含有する熱可塑性の高分子吸収体に熱を加えて液状化させ、汚染土壌の浄化する範囲にその液状化した熱可塑性の高分子吸収体を注入する。注入された熱可塑性の高分子吸収体は、浄化する範囲に散在しながら浸透する。それと同時に、含有されている嫌気性微生物分解促進剤も拡散してゆく。これらが浸透する過程で熱可塑性の高分子吸収体は冷やされ、次第に固まる。その高分子吸収体が固まった場所は空気の侵入を遮断するので、嫌気状態になる。その他の例として、凝固剤を加えると固形化する高分子吸収体を用いてもよい。液状の高分子吸収体に嫌気性微生物分解促進剤を混合して汚染土壌の浄化する範囲に注入し、その後凝固剤を加えて高分子吸収体を凝固させると、上記の熱可塑性の高分子吸収体と同様に、浄化する範囲が嫌気状態になる。このようにして作製された嫌気状態下にて、嫌気性微生物が有機塩素化合物を分解することで、汚染土壌を浄化することができる。

この場合の嫌気性微生物分解促進剤は、高分子吸収体に加えることができる物質であれば、固体であっても液体であってもよいが、高分子吸収体に混合しやすいように粒子体であることが好ましい。

また、上記の高分子吸収体において、前述の汚染土壌浄化方法と同じように汚染土壌に対する浸透速度を制御したい場合は、粘性を増加させるために、親水性基を有する高分子微粒子を加えてもよい。

＝＝＝汚染土壌浄化方法（工程Ａと工程Ｂと工程Ｃを一緒に行う場合）＝＝＝
前述の汚染土壌浄化方法では、工程Ａと工程Ｂを一緒に実施したが、工程Ｃも一緒に実施する汚染土壌浄化方法を以下に述べる。本発明では、水溶液に高分子吸収体と嫌気性微生物分解促進剤を含有させて、その水溶液を汚染土壌中に注入することにより、工程Ａと工程Ｂと工程Ｃとを一緒に行う。

高分子吸収体と嫌気性微生物分解促進剤を含有した水溶液とは、例えば、高分子吸収体と嫌気性微生物分解促進剤を水溶液に溶解したものであり、土壌中にて拡散しながら浸透して、次第に固まるような水溶液である。そのため、土壌中にて固化する性質を有する液体又は液状物（例えば、酸化処理を行った中性域のシリカゾル）を用いたり、その水溶液を汚染土壌中に注入後凝固剤を注入したりする。高分子吸収体と嫌気性微生物分解促進剤を含有した水溶液の他の例としては、嫌気性微生物分解促進剤を含有した高分子吸収体を水溶液で膨潤させたものが考えられる。この場合は、膨潤した高分子吸収体を耕耘機又は掘削機などを用いて浄化する範囲の土壌中に混合する。混合された高分子吸収体は、汚染土壌中の水分を吸収してさらに膨潤することで、その膨潤した場所の空気の侵入を遮断して嫌気状態を作製する。土壌中の水分が不足している場合は、新たに水溶液を高分子吸収体を混合した場所に補ってもよい。このようにして作製した嫌気状態下にて、嫌気性微生物が嫌気性微生物分解促進剤を用いて有機塩素化合物を分解することで、汚染土壌を浄化する。

また、上記の高分子吸収体と嫌気性微生物分解促進剤を含有した水溶液において、前述の汚染土壌浄化方法と同じように汚染土壌に対する浸透速度を制御したい場合は、粘性を増加させるために、親水性基を有する高分子微粒子を加えることとしてもよい。

＝＝＝汚染土壌浄化方法を用いることの効果＝＝＝
従来の嫌気性微生物による有機塩素化合物の分解は、飽和帯においては問題なく行われていたが、不飽和帯では嫌気状態になりにくい為、有機塩素化合物の分解は容易に成されなかった。その為、従来の嫌気性微生物による有機塩素化合物の分解を行うに際し、汚染土壌の不飽和帯及び飽和帯を区別する必要があり、その作業は容易ではなく時間がかかった。しかしながら、本発明の汚染土壌浄化方法を用いることで、汚染土壌の不飽和帯及び飽和帯を区別する必要がなく、同時に両地帯を原位置で浄化でき、汚染土壌の浄化のための工数又は日数が削減できるため、有用である。

また、本発明の汚染土壌浄化方法に用いる高分子吸収体が汚染土壌中で膨潤すると、空気の侵入を防ぐため、膨潤した範囲内に存在する有機塩素化合物はその範囲外に流出することがないので、汚染土壌浄化方法は有機塩素化合物の拡散を抑制する効果も備える。

さらに、本発明の汚染土壌浄化方法に用いる高分子吸収体は、それ自身が微生物によって生分解されるものを用いると、嫌気性微生物分解促進剤が連続的に供給されるので、嫌気性微生物が常に活動することができる環境を構築する効果がある。その上、嫌気性微生物分解促進剤が地下水に流出することを防ぐ効果もある。

Claims (8)

1. 嫌気性微生物によって分解可能な有機塩素化合物に汚染された土壌を原位置で浄化する方法であって、
   親水性基を有する高分子吸収体を前記汚染された土壌に注入し、前記汚染された土壌中への空気の侵入を遮断することで、その場所を嫌気状態にする工程Ａと、
   前記嫌気性微生物による前記有機塩素化合物の分解を促進するための嫌気性微生物分解促進剤を前記汚染された土壌に注入する工程Ｂと、
   を含むことを特徴とする汚染土壌浄化方法。
2. 前記高分子吸収体を注入した土壌に、前記高分子吸収体を膨潤させるための水溶液を注入する工程Ｃを、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌浄化方法。
3. 前記高分子吸収体に前記嫌気性微生物分解促進剤を含有させて、前記汚染された土壌中に注入することにより、工程Ａと工程Ｂとを一緒に行うことを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌浄化方法。
4. 前記水溶液に前記高分子吸収体と前記嫌気性微生物分解促進剤を含有させて、前記汚染された土壌中に注入することにより、工程Ａと工程Ｂと工程Ｃとを一緒に行うことを特徴とする請求項２に記載の汚染土壌浄化方法。
5. 前記高分子吸収体を前記汚染された土壌に注入する前に、予め前記高分子吸収体の粘性を増加させておくことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
6. 前記高分子吸収体と前記嫌気性微生物分解促進剤を含有した前記水溶液を土壌に注入する前に、予め前記水溶液の粘性を増加させておくことを特徴とする請求項４に記載の汚染土壌浄化方法。
7. 前記嫌気性微生物分解促進剤は、前記有機塩素化合物の塩素を水素に置換する還元的脱塩素化を促進するために必要な前記水素を提供する水素供与体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
8. 前記高分子吸収体が生分解性であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の汚染土壌浄化方法。