JP4024658B2

JP4024658B2 - 化学物質による汚染の浄化方法および浄化システム

Info

Publication number: JP4024658B2
Application number: JP2002338268A
Authority: JP
Inventors: 正浩江口; 吉昭長谷部
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: JP2004167426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学物質、特に有機塩素化合物に汚染された土壌や底質、汚泥および地下水を含む汚染領域を、酸化剤を用いて浄化する方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トリクロロエチレン（以下、ＴＣＥと略称することもある。）やテトラクロロエチレン（以下、ＰＣＥと略称することもある。）などの有機塩素化合物は、脱脂などの洗浄剤として、各種工場やクリーニング店等で広く使用されている。近年、これら有機塩素化合物による土壌や地下水の汚染が問題視されており、浄化対策が検討されつつある。これまで、一般的な浄化対策として、主に、封じ込め処理、汚染土壌の掘削・封じ込め処理、および揚水曝気や真空抽気、活性炭吸着処理などの組み合わせによる処理、等が行われてきた。
【０００３】
しかし、このような浄化対策は、本質的に汚染物質を分解、無害化する処理ではないこと、これらの処理のみによる対策では莫大なエネルギーや手間を要すること、および、浄化期間が１０〜２０年と長いことから、より効率のよい安価な対策技術が要望されていた。また、上記のような浄化対策では、とくに揚水した汚染地下水を浄化することは可能であるものの、地下にあるいは地下水中に残っている汚染源に対しては積極的に除去処理を行わないので、この面からも浄化期間が著しく長引くという問題がある。
【０００４】
このような問題点に対し、最近、酸化剤を直接井戸に注入し、汚染領域で酸化剤を直接反応させて積極的な浄化を行うようにした、原位置化学酸化手法の開発が進められつつある。たとえば、特許文献１には、重金属で汚染された土壌に、注入井から酸化剤溶液を注入して汚染土壌に接触させ、別に設けた揚水井から土壌と接触後の酸化剤溶液を揚水して回収する浄化方法が記載されている。また、特許文献２には、有害有機化合物で汚染された土壌または地下水を含む区域を区画し、その区画内に直接過硫酸塩を添加する浄化方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９６０５７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３６９６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献２に記載の方法は、基本的に浄化用の過硫酸塩を所定の区画内に添加するだけであるから、回収処理は難しい。また、浄化すべき区域を矢板などで区画するようにしているので、そのための作業が必要になる。これに対し上記特許文献１に記載の方法では、注入井から注入した酸化剤溶液を揚水井から揚水するようにしているので、汚染物質の回収処理が可能になるという利点を有している。また、広い汚染領域に対しては、たとえば注入井の周囲に複数の揚水井を設けることにより、浄化範囲の拡大や浄化期間の短縮が可能になる。しかしながら、この方法においては、注入井と揚水井が必要であり、場合によっては複数の揚水井が必要となるので、掘削すべき井戸の数が多くなる。一つの井戸を掘削するにも相当の費用がかかることから、この方法の実施には大きな投資が要求される。したがって、少ない投資額で効率よく浄化したい場合や、浄化対象となる汚染領域が比較的狭い場合等に対しては、この方法は必ずしも適した方法とは言いがたい。
【０００７】
そこで本発明の課題は、比較的小規模の汚染領域に対して、安価に、かつ簡単な方法にて、効率よく浄化することが可能な、化学物質による汚染の浄化方法および浄化システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る化学物質による汚染の浄化方法は、化学物質により汚染された地下水含有領域を酸化剤を用いて浄化する方法であって、汚染領域に設けられた井戸に酸化剤を注入し、該井戸から汚染領域に酸化剤を拡散させて汚染物質と反応させ、予め定められた一定期間経過後に、汚染領域に拡散され汚染物質と反応された酸化剤を地下水とともに同一の井戸へと引き込んで該同一の井戸からの揚水により回収することを特徴とする方法からなる。
【０００９】
また、本発明に係る化学物質による汚染の浄化方法は、化学物質により汚染された地下水含有領域を酸化剤を用いて浄化する方法であって、汚染領域に設けられた井戸から揚水した地下水に酸化剤を添加し、酸化剤添加地下水を同一の井戸に注入し、該井戸から汚染領域に酸化剤を拡散させて汚染物質と反応させ、予め定められた一定期間経過後に、汚染領域に拡散され汚染物質と反応された酸化剤を地下水とともに同一の井戸へと引き込んで該同一の井戸からの揚水により回収することを特徴とする方法からなる。
【００１０】
これら本発明に係る化学物質による汚染の浄化方法においては、酸化剤の注入または添加から、汚染領域に拡散され汚染物質と反応された酸化剤を地下水とともに同一の井戸へと引き込んで該同一の井戸から揚水するまでのステップを複数回繰り返すことも可能である。同じ汚染領域に対して浄化処理を複数回繰り返すことにより、汚染物質の濃度が段階的に順次低下され、最終的に問題のないレベルとすることができる。
【００１１】
また、酸化剤としては、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、過硫酸塩、次亜塩素酸、過塩素酸、塩素、オゾンなどの使用が可能であり、中でも、水への溶解性、操作性などの点から、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、過硫酸塩の少なくとも一つを含んでいることが好ましい。とくに、汚染物質に対する安定した反応性や、周辺の水生生物等に対する影響度の低さなどの点から、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩の使用が好ましい。
【００１２】
上記方法においては、揚水した酸化剤含有地下水に対し、還元処理、曝気処理、吸着処理の少なくとも一つの処理を施すことができる。このような処理を施すことにより、放流可能な水質にまで処理することが可能になる。
【００１３】
本発明に係る化学物質による汚染の浄化システムは、上記のような化学物質による汚染の浄化方法を用いるシステムであって、汚染領域に設けられ、酸化剤または酸化剤添加地下水の注入用および酸化剤含有地下水の揚水用の両方に用いられる注入兼揚水井戸と、該井戸に酸化剤または酸化剤添加地下水を注入する手段および該井戸から酸化剤含有地下水を揚水する手段とを有することを特徴とするものからなる。
【００１４】
このシステムにおいては、上記酸化剤注入手段は、注入兼揚水井戸に実質的に直接酸化剤を注入する手段から構成することもできるし、注入兼揚水井戸から揚水した地下水に酸化剤を添加し、酸化剤添加地下水を該井戸に注入する手段から構成することもできる。
【００１５】
また、このシステムにおいても、酸化剤としては、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、過硫酸塩の少なくとも一つを含んでいることが好ましく、中でも、過硫酸塩の使用が好ましい。
【００１６】
さらに、上記酸化剤含有地下水揚水手段には、還元処理手段、曝気処理手段、吸着処理手段の少なくとも一つの処理手段を接続することができ、これら処理手段により、放流可能な水質にまで処理することが可能になる。
【００１７】
このような本発明に係る化学物質による汚染の浄化方法および浄化システムにおいては、一つの同一の井戸から、酸化剤の注入と、所定期間経過後の酸化剤含有地下水の揚水との両方を行うので、前述の特許文献１に記載の技術のように、別途揚水井を設ける必要がない。すなわち、注入された酸化剤は井戸から汚染領域に拡散され、所定期間汚染領域の汚染物質と反応された後、地下水とともに同一の井戸へと引き込まれて揚水により回収される。したがって、この井戸周辺の汚染領域に対して、一つの井戸のみで原位置化学酸化処理を行うことが可能になり、極めて簡単に効率のよい浄化処理を行うことが可能になる。また、井戸設置費用は、深さにもよるが、１本約２００万円程度かかるので、本発明では、従来の注入井と揚水井との複数の井戸を掘削する場合に比べ、大幅なコスト低減が可能となる。しかも、比較的小規模の汚染領域に対して、井戸を中心に拡散させた酸化剤を同一の井戸を中心に揚水回収するので、回収率も非常に高く保つことができ、かつ、酸化剤が不要に拡がってしまわないので（他の敷地に移行しないので）、安全性も極めて高い。その結果、汚染領域だけを、効率よく安価にしかも安全に浄化することが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、汚染の原因となる化学物質に対する所定の酸化剤による浄化作用について確認した。トリクロロエチレン（ＴＣＥ）やテトラクロロエチレン（ＰＣＥ）などの有機塩素化合物に対し、過硫酸ナトリウムや過硫酸カリウム（ペルオキソ２硫酸カリウム）等の過硫酸塩により、常温で分解処理できることを確認した。これら酸化剤は、酸化剤による分解が比較的緩やかであり到達距離が長いので浄化範囲を広くとれる特徴があり、本発明における使用に非常に有効な酸化剤である。
【００１９】
浄化作用の確認試験は、５００ｍＬのバイアルビンに、実汚染土壌２０ｇ、純水１８０ｍＬを入れ、下記の条件になるように過硫酸ナトリウムを添加後（ブランクは、酸化剤の添加無し）、バイアルビンを密閉して処理を開始した。そして、経時的に各バイアルビンのヘッドスペースをガスクロマトグラフィーで測定することにより、浄化処理効果を評価した。
・ブランク（ＢＬ）：酸化剤無添加
・テスト：過硫酸ナトリウムを５００ｍｇ／Ｌの濃度になるように添加
【００２０】
試験結果を図１に示す。過硫酸ナトリウムを添加したテストにおいては、ＴＣＥの分解が速やかに生じ、約１週間でごく低濃度にまで低減したのに対し、ブランクではＴＣＥの分解が認められなかった。反応終了後の過硫酸濃度を測定した結果、１００ｍｇ／Ｌ程度残留していることを確認した。
【００２１】
このように、過硫酸塩により、常温で、有機塩素化合物を所定時間経過により浄化処理できることを確認できた。
【００２２】
次に、実際の汚染領域に対し本発明を実施した場合の形態について説明する。
本発明においては、化学物質で汚染された土壌、底質、汚泥、地下水などを酸化剤を用いて浄化するに際し、浄化に必要な酸化剤濃度（たとえば、２００〜５０００ｍｇ／Ｌ）になるように調整した水（揚水処理済みの地下水、工業用水、水道水など）を井戸から浄化対象となる汚染領域に拡散するように一定時間注入し（たとえば、１日〜７日程度）、その後に分解に必要な反応時間（たとえば、１時間〜１ヵ月程度、好ましくは１日〜７日程度）をとった後に、注入したのと同一の井戸から注入したのと同じ量程度揚水する。好ましくは、このようなサイクルを複数回繰り返し行うことで、対象領域の汚染物質を浄化する。揚水した水がまだ有機塩素化合物を含んでいる場合には、曝気処理等を施し、酸化剤を補充し再注入する。浄化処理後、揚水した水に残留する酸化剤は、たとえば還元処理を施した後放流する。
【００２３】
図２は、上記のような浄化処理を行うためのシステムの一実施態様を示している。化学物質により汚染された汚染領域１に、酸化剤の注入用および酸化剤含有地下水の揚水用の両方に用いられる注入兼揚水井戸２を設け、本実施態様では、注入兼揚水井戸２から適当に離れた位置に、浄化の効果を確認するためのモニタリング井３を設けた。ただし、このモニタリング井３は無くてもよい。この注入兼揚水井戸２に対し、該井戸２に酸化剤を注入する手段として、酸化剤調整槽４、該酸化剤調整槽４に酸化剤としての過硫酸ナトリウムを計量、投入する酸化剤添加装置５、酸化剤調整槽４内で所定の濃度に調整された酸化剤含有水を注入兼揚水井戸２に注入する注入ポンプ６とが設けられている。また、注入兼揚水井戸２から酸化剤含有地下水を揚水する手段として、井戸２内に配された揚水ポンプ７が設けられている。本実施態様ではさらに、揚水ラインには揚水ポンプ７により揚水された酸化剤含有地下水を曝気する曝気槽８が設けられており、エア供給装置９からエアが曝気槽８の底部に供給され、上部から排出される。曝気された水は、本実施態様では、酸化剤調整槽４に戻され、処理を繰り返す場合には、酸化剤が補充されて再び所定の濃度に調整された後注入兼揚水井戸２に注入される。浄化処理が終了すると、この酸化剤調整槽４に、還元剤添加装置１０から還元剤が添加され、還元された後放流される。上記曝気槽８は、還元処理後の位置に配置してもよい。
【００２４】
このようなシステムを用いて、汚染地下水を注入兼揚水井戸２から揚水し、曝気槽８で曝気処理後、その処理水に酸化剤調整槽４にて過硫酸ナトリウムを５０００ｍｇ／Ｌになるように添加し、その酸化剤含有水を注入兼揚水井戸２に注入し汚染領域１に拡散させた。３日間反応後、同井戸２から再び揚水し、曝気処理を施すとともに、残留している酸化剤をチオ硫酸ナトリウムで還元後、放流した。また、上記浄化処理サイクルを２回繰り返し、同様に還元、曝気処理を施して放流した。モニタリング井３での確認の結果、図３に示すように、浄化処理前のモニタリング井３での地下水のＴＣＥ濃度が１．１ｍｇ／Ｌであったのに対し、上記本発明に係る浄化サイクルを１回施した場合には、ＴＣＥ濃度が約０．５ｍｇ／Ｌまで低下し、２回目には、約０．１ｍｇ／Ｌまで低下した。したがって、本発明に係る浄化処理による顕著な効果を確認するとともに、繰り返し処理により、一層効果が上がることを確認できた。
【００２５】
図４は、本発明の別の実施態様に係る、化学物質による汚染の浄化システムを示している。本実施態様では、化学物質により汚染された汚染領域１１に、酸化剤の注入用および酸化剤含有地下水の揚水用の両方に用いられる注入兼揚水井戸１２を設け、注入兼揚水井戸１２から適当に離れた位置に、浄化の効果を確認するためのモニタリング井１３を設けた。このモニタリング井１３は無くてもよい。この注入兼揚水井戸１２に対し、該井戸１２に酸化剤を注入する手段として、市水１８が導入される酸化剤調整槽１４、該酸化剤調整槽１４に酸化剤としての過硫酸ナトリウムを計量、投入する酸化剤添加装置１５、酸化剤調整槽１４内で所定の濃度に調整された酸化剤含有水を注入兼揚水井戸１２に注入する注入ポンプ１６とが設けられている。また、注入兼揚水井戸１２から酸化剤含有地下水を揚水する手段として、井戸１２内に配された揚水ポンプ１７が設けられている。本実施態様ではさらに、揚水ポンプ１７により酸化剤調整槽１４に揚水された酸化剤含有地下水に、還元剤添加装置１９から還元剤が添加され、活性炭吸着処理装置２０で、残留している有機塩素化合物が吸着処理された後放流されるようになっている。このように構成されたシステムにおいても、実質的に図３に示したのと同等の効果が得られた。
【００２６】
なお、本発明は、有機塩素化合物による汚染の浄化だけでなく、他の化学物質、たとえば、油、ベンゼン、トルエン、キシレンなどによる汚染の浄化にも適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る化学物質による汚染の浄化方法および浄化システムによれば、従来揚水曝気などを行っていた有機塩素化合物等の汚染物質の処理を、短期間のうちに簡単にかつ安全に浄化処理できるようになる。本発明は、とくに小規模の汚染領域を低コストで処理する場合に極めて有効である。また本発明は、従来曝気処理を行っていても浄化を終了できない汚染領域などの浄化促進に対しても極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化物による汚染の浄化効果を確認するために行った試験の結果を示すＴＣＥ濃度と時間との関係図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る浄化システムの概略構成図である。
【図３】図２のシステムを用いて行った浄化処理結果を示すＴＣＥ濃度と処理回数との関係図である。
【図４】本発明の別の実施態様に係る浄化システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１、１１汚染領域
２、１２注入兼揚水井戸
３、１３モニタリング井
４、１４酸化剤調整槽
５、１５酸化剤添加装置
６、１６注入ポンプ
７、１７揚水ポンプ
８曝気槽
９エア供給装置
１０、１９還元剤添加装置
１８市水
２０活性炭吸着処理装置

Claims

化学物質により汚染された地下水含有領域を酸化剤を用いて浄化する方法であって、汚染領域に設けられた井戸に酸化剤を注入し、該井戸から汚染領域に酸化剤を拡散させて汚染物質と反応させ、予め定められた一定期間経過後に、汚染領域に拡散され汚染物質と反応された酸化剤を地下水とともに同一の井戸へと引き込んで該同一の井戸からの揚水により回収することを特徴とする、化学物質による汚染の浄化方法。
化学物質により汚染された地下水含有領域を酸化剤を用いて浄化する方法であって、汚染領域に設けられた井戸から揚水した地下水に酸化剤を添加し、酸化剤添加地下水を同一の井戸に注入し、該井戸から汚染領域に酸化剤を拡散させて汚染物質と反応させ、予め定められた一定期間経過後に、汚染領域に拡散され汚染物質と反応された酸化剤を地下水とともに同一の井戸へと引き込んで該同一の井戸からの揚水により回収することを特徴とする、化学物質による汚染の浄化方法。
酸化剤の注入または添加から、汚染領域に拡散され汚染物質と反応された酸化剤を地下水とともに同一の井戸へと引き込んで該同一の井戸から揚水するまでのステップを複数回繰り返す、請求項１または２の化学物質による汚染の浄化方法。
酸化剤が、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、過硫酸塩の少なくとも一つを含んでいる、請求項１〜３のいずれかに記載の化学物質による汚染の浄化方法。
揚水した酸化剤含有地下水に対し、還元処理、曝気処理、吸着処理の少なくとも一つの処理を施す、請求項１〜４のいずれかに記載の化学物質による汚染の浄化方法。
請求項１〜５のいずれかに記載の化学物質による汚染の浄化方法を用いるシステムであって、汚染領域に設けられ、酸化剤または酸化剤添加地下水の注入用および酸化剤含有地下水の揚水用の両方に用いられる注入兼揚水井戸と、該井戸に酸化剤または酸化剤添加地下水を注入する手段および該井戸から酸化剤含有地下水を揚水する手段とを有することを特徴とする、化学物質による汚染の浄化システム。
前記酸化剤含有地下水揚水手段に、還元処理手段、曝気処理手段、吸着処理手段の少なくとも一つの処理手段が接続されている、請求項６に記載の化学物質による汚染の浄化システム。