JPH09276841A

JPH09276841A - 汚染土壌の浄化方法および浄化装置

Info

Publication number: JPH09276841A
Application number: JP8091516A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kawabata; 祐司川畑; Yukitoshi Okubo; 幸俊大久保
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】汚染土壌の効率のよい原位置微生物処理【解決手段】汚染領域の帯水層の地下水面の下から酸
素を含む気体により地下水を非帯水層まで上昇させ、そ
の位置の微生物を活性化させて処理を進める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は汚染土壌および汚染
地下水の浄化方法と浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の急速な科学技術の進歩は大量の化
学物質や化成品を作りだすとともに、多量の廃棄物も生
み出している。これらの多くは元来天然に存在しないた
めほとんど自然に分解することはない。従って、これら
の廃棄物は環境中に徐々に蓄積しながら自然を汚染して
いる。なかでも、人類の生活の場である陸圏は人為的汚
染の影響を最も受けやすい。また、環境水が陸気水圏で
循環していることを考えると、陸圏の環境汚染は地球レ
ベルへと拡大していく深刻な問題である。これまでによ
く知られた陸圏（土壌や地下水）の汚染物質としては、
ガソリンなどの有機化合物、PCBなどの有機塩素化合
物、ダイオキシンなどの催奇性を有する農薬、あるいは
放射性化合物などが挙げられる。なかでもガソリンなど
の燃料は備蓄基地の地上タンクやガソリンスタンドの地
下タンクに広く大量に貯蔵され、タンクの老朽化あるい
はタンクの破損による土壌への燃料漏洩と地下水を通し
た汚染の拡散が大きな社会問題となっている。また、ト
リクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどの有機塩
素化合物は精密部品の洗浄やドライクリーニングにおい
てかって大量に使用され、法的規制以前の投棄や漏洩に
より土壌や地下水が大規模に汚染されていることが明ら
かになっている。さらに、これら有機塩素化合物の催奇
性や発がん性が指摘され、生物界へも極めて重大な影響
を及ぼすことがわかったため、汚染源の遮断はもちろ
ん、すでに汚染が拡大した土壌や地下水の浄化は早急に
解決すべき課題となっている。

【０００３】これら汚染物質で汚染された土壌や地下水
の浄化方法としては、汚染土壌を掘り起こして加熱ある
いは焼却処理する方法、汚染土壌から真空抽出する方
法、汚染地下水を汲み上げて曝気あるいは吸着処理する
方法、あるいは汚染物質を分解する能力を有する微生物
を利用する方法などが挙げられる。加熱や焼却する処理
法ではほとんど完全に土壌から汚染物質を取り除くこと
が可能であるが、土壌掘削が必要であるから建造物下の
浄化処理は困難である。また掘削・加熱焼却処理に要す
る費用が膨大となるため広範囲な汚染土壌の浄化には現
実的には適用できない。真空抽出法は不揮発性の汚染物
質には適用できないが、揮発性の汚染物質に対する安価
で簡便な浄化方法である。また土壌のみならず、地下水
からも汚染物質を抽出することができるので、汚染土壌
と汚染地下水の有効な浄化手法となりうる。しかし、数
ppm以下の揮発性物質の除去効率が低く、トリクロロエ
チレンなどの汚染物質の環境規制値はこの濃度レベルで
あるから、浄化完結まで年単位の時間が必要である。地
下水を汲み上げて処理する方法は真空抽出法と同様に有
効な浄化方法であるが、高濃度汚染に対しては多額の初
期設備投資が必要である。また浄化が進んで汚染が低濃
度となっても初期の設備を稼働するため、維持経費が膨
大となる。一方、微生物による浄化方法は、分解活性の
高い微生物を利用することにより汚染物質を短時間で分
解浄化できるので、経済的かつ効率的な土壌および地下
水の浄化方法として注目されている。さらに微生物を直
接土壌や地下水に注入して浄化を行うこともできるの
で、汚染土壌を掘削せずに建造物下の浄化を行うことも
可能である。

【０００４】従来、微生物による汚染土壌や汚染地下水
の浄化は、土壌や地下水中に元来生息する分解微生物を
利用する方法と元来生息しない外来の分解微生物を利用
する方法に分けられる。前者の場合は、微生物を増殖生
残させ分解活性を高めるための栄養素、酸素、インデュ
ーサ、あるいはその他の化学物質を土壌あるいは地下水
に添加して浄化を行う。また後者の場合は、外来微生物
を土壌や地下水に添加するとともに、微生物を増殖生残
させ分解活性を高めるための処理工程を行う。このと
き、酸素や栄養素などは微生物が利用可能な形態で供給
する必要がある。これにより微生物の分解活性を増大さ
せ、さらに汚染物質と微生物を効率的に接触させて汚染
物質を分解する。

【０００５】このように汚染土壌や汚染地下水を効率的
に浄化するには、分解能力を有する微生物と酸素や栄養
素、あるいは汚染物質などを効果的に接触させる必要が
ある。例えば、ＵＳＰ５２２１１５９では注入井戸を通
して地下水中に酸素を含む気体を注入し、地下水中の汚
染物質をエアースパージング（該地下水中への気体の注
入）するとともに非帯水層の微生物を酸素で活性化し、
汚染物質を微生物で分解する方法が述べられている。こ
の方法ではさらに非帯水層に抽出井戸を設け、微生物分
解の中間生成物や最終生成物を真空抽出して取り除くこ
とにより、土壌と地下水の浄化処理を加速している。も
ちろん、酸素や栄養素は水に溶解することにより微生物
の利用可能な形態となる。従って、微生物が汚染物質を
栄養素として資化できる場合には、酸素やインデューサ
を注入井戸あるいは抽出井戸から添加し、これらの溶存
量を増加させる。また、微生物が資化できない汚染物質
を共酸化などにより分解する場合には、さらに栄養素の
添加によりその溶存量を増加させる。しかし、非帯水層
の微生物に注入井戸から栄養素やインデューサを供給す
るには気体状の物質に限られ、通常微生物培養によく用
いられる酵母エキスや有機酸などの水溶性物質は地下水
とともに拡散流失するので用いることはできない。ま
た、抽出井戸から栄養素やインデューサを供給すれば、
上記のような水溶性物質を用いることができるが、抽出
井戸の目的を考えると継続的あるいは任意に抽出井戸か
ら物質を添加することは困難である。

【０００６】また、ＤＥ３８３９０９３Ｃ２には汚染土
壌の非帯水層部分に微生物を含む水と酸素を含む気体を
供給し、汚染物質を好気的に微生物分解する方法が述べ
られている。さらに汚染地下水の処理方法として、汚染
物質やその分解生成物を地下水とともに汲み上げ、これ
を地上で浄化して土壌へ戻す処理工程が加えられてい
る。しかし、非帯水層を原位置で微生物処理する一方、
地下水処理用の浄化装置も別に必要となることから、装
置構成も複雑になり、浄化処理に要するコストも高くな
る。

【０００７】特開平７−２８０７１２では、地下水の水
面下、水面付近、および水面上の３つの深さに井戸を設
け、水面下の井戸から気体を注入しエアースパージング
を行い、水面付近の井戸から揚水あるいは真空抽出を行
い、また水面上の井戸からは真空抽出のみを行う土壌と
地下水の浄化方法が述べられている。土壌あるいは地下
水が揮発性物質で汚染されている場合には有効な物理的
浄化方法であるが、汚染物質の濃度が低い場合その抽出
効率が低下する点についてはなんら改善されていない。

【０００８】さらにＵＳＰ４７６５９０２では、汚染さ
れた土壌に井戸を設け、井戸を減圧にして土壌に生存す
る分解微生物に地表から酸素（空気）を供給し、土壌を
浄化する方法が述べられている。もちろん、この場合汚
染物質を分解する微生物を土壌に添加してもよい。しか
し、この方法では栄養素やインデューサを外部から土壌
内の微生物に供給することはできないので、微生物が資
化可能な汚染物質に適用が限られる。

【０００９】以上のように、原位置において汚染土壌を
微生物により好気的に浄化するには、土壌内で微生物、
栄養素、酸素、インデューサ、及び汚染物質が効率的に
接触する必要がある。また、そのいずれか一つでも欠け
れば、浄化は全く進行しない。そこで、これらを効率的
に接触させ土壌浄化を行う方法、及び装置は極めて有用
性が高い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】汚染土壌を原位置で微
生物により汚染浄化を行うには、土着の微生物を利用
し、あるいは外来の分解微生物を土壌に添加し、さらに
微生物に対する栄養素、酸素、及びインデューサを添加
し、これと汚染物質を接触させることが不可欠である。
しかし、従来の方法では、水溶性の栄養素やインデュー
サは地下水流れとともに拡散してしまう問題があり、現
実的には気体状の栄養素やインデューサの利用にほぼ限
定されている。また、酸素供給のために非帯水層や帯水
層に空気を注入するのは有効ではあるが、微生物生残の
ためには水の存在も不可欠であり、非帯水層への連続的
な空気注入は土壌の乾燥、つまり微生物の死滅を招く危
険性もある。さらに、栄養素やインデューサ、酸素、あ
るいは汚染物質は多くの場合、水に溶解した状態で微生
物が生物的に利用するので、非帯水層への連続的な空気
の注入は微生物の物質利用の問題も含んでいる。

【００１１】一方、汚染土壌の性状は千差万別である。
従って、汚染物質の種類と非帯水層土壌の性状により有
効な浄化手法が選択される。例えば、揮発性の汚染物質
が透気性の高い土壌を汚染している場合は、初期浄化と
しては真空抽出のような物理的な手法が有用である。ま
た、不揮発性あるいは難揮発性の汚染物質が透気性の高
い土壌を汚染している場合は、土壌掘削と焼却のような
物理的手法とともに微生物的手法も有用である。特に、
汚染物質が微生物にとって資化可能なものであれば、酸
素や水分、温度などをコントロールするだけで土壌浄化
が達成できる。ところが、透気性が低い土壌についての
汚染浄化は一般に困難である。真空抽出においても土壌
の減圧範囲が狭いため、揮発性汚染物質でさえも抽出井
戸の周囲のみしか浄化できない。不揮発性あるいは難揮
発性汚染物質では高額な費用を投じて短期間で掘削除去
するか、あるいは微生物の分解活性を利用して長期間で
浄化していく。このような場合においても、分解微生
物、栄養素、酸素、インデューサ、汚染物質、及び水の
存在は不可欠である。

【００１２】また、帯水層が汚染されている場合もこれ
を原位置で処理するか、地上に揚水して処理するかが選
ばれる。原位置処理においても、活性炭吸着のような物
理化学的浄化と微生物分解のような生物的浄化がある。
微生物で浄化処理を行う場合には、分解活性を発現維持
できるように微生物環境を制御するが、前述のように地
下水流れにより微生物あるいはその他の化学物質が拡散
するのでこのような制御は現状困難である。一方、地下
水を揚水して曝気処理あるいは吸着処理を行う方法も従
来しばしば用いられているが、揚水に伴う地盤沈下が大
きなリスクとなっている。また、揚水した地下水は基準
値以下の汚染物質濃度になるまで地下に戻すことは許さ
れておらず、また揚水浄化した地下水を地下に戻すこと
は物理的に困難であるので、揚水処理ではかなりの処理
能力をもつ浄化装置と浄化水の廃棄方法を考えて行わな
ければならない。

【００１３】以上のような問題点を解決するには、帯水
層に気体あるいは気泡を含む水性媒体を注入し、これに
より注入井戸周囲の地下水面を非帯水層へと上昇させ、
上昇した地下水面の中で微生物により汚染物質を分解さ
せるとよい。すなわち、地下水に気体あるいは気泡を含
む水性媒体を注入すると、地下水中の揮発性汚染物質は
エアースパージングされて、非帯水層から地表へと移動
する。また、不揮発性あるいは難揮発性の汚染物質は地
下水とともに非帯水層へと持ち上げられる。非帯水層に
存在する土着の分解菌あるいはここに添加した外来の分
解菌は、注入した気体により酸素を摂取し、また栄養素
やインデューサが必要な場合は注入する水性媒体に溶解
して補給することができる。このような環境で微生物の
分解活性を発現させることにより、帯水層あるいは非帯
水層の汚染物質を浄化することができる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、土壌内の汚染
物質の微生物による浄化において、帯水層に気体あるい
は気泡を含む水性媒体を注入し、これにより注入要素周
囲の地下水面を非帯水層へと上昇させて、この領域で汚
染物質の微生物分解を行うことにより、極めて効率的に
汚染浄化が行えることを見出したことに基づく。

【００１５】以下、本発明について詳述する。

【００１６】まず、非帯水層の汚染物質は雨水などによ
り徐々に地下へと浸透して行くが、その移動性は比較的
低い。このため、非帯水層の汚染物質は時間をかけてゆ
っくりと土壌内を拡散する。一方、帯水層の汚染物質は
地下水流れの影響を直接受け、特に可溶性の汚染物質で
は地下水とともに移動する。地下水の移動速度は数cm/d
ay〜数m/dayと幅広いが、非帯水層の汚染物質と異なり
帯水層の汚染物質は経時的に確実に拡散していく。土壌
内の汚染物質はこのように拡散しながら長期的に流出し
てくるので、微生物による汚染浄化も長期的に行わなけ
ればならない。ここで、好気性微生物により土壌内の汚
染物質を分解する場合、微生物周囲に栄養素、酸素、汚
染物質、及び水、またインデューサが必要となる。しか
し、土壌に添加したこれら物質は汚染物質と同様に拡散
流出するため、微生物の分解活性を維持するにはこれら
の物質を継続して供給する必要がある。最も簡単な方法
は、注入井戸などを通してこれらの物質を適時あるいは
連続的に添加することである。しかし、非帯水層への添
加のみでは帯水層の浄化が行えず、また帯水層への添加
はこれら物質のからりの部分が地下水などにより拡散し
ていくため、土壌の富栄養化を引き起こしかねない。従
って、微生物浄化に必要な物質を適時あるいは連続的に
供給しながら、これらの拡散流出をできるだけ抑制し、
また帯水層と非帯水層の汚染物質をともに浄化する方法
が望まれる。

【００１７】このような土壌浄化は、帯水層に気体ある
いは気泡を含む水性媒体を注入し、これにより注入要素
周囲の地下水面を非帯水層へと上昇させて、この領域で
汚染物質の微生物分解を行うことにより達成される。は
じめに、汚染物質を分解できる微生物が汚染土壌に生存
しているかどうかを評価する。このとき、土着の分解微
生物が生存する場合は注入処理に移るが、土着の分解微
生物がいない場合には外来の分解微生物をあらかじめ非
帯水層に添加するか、水性媒体とともに微生物を帯水層
に注入する。次に、分解微生物が汚染物質を資化できる
かどうかを評価する。資化可能であればとくに栄養素の
添加は必要なく、酸素を含む気体を帯水層に注入して地
下水位を上昇させる。また資化できなければ栄養素やイ
ンデューサを添加するが、栄養素やインデューサは水性
媒体に溶解して供給するのが望ましい。このとき、水性
媒体に酸素を含む気体を気泡状で混合して帯水層に注入
し、同様に地下水位を上昇させる。界面活性剤など気泡
の生成を安定化させる物質を水性媒体に混合すると、よ
り効果的に地下水位が上昇する。また、水に不溶の汚染
物質では、界面活性剤による可溶化が分解を促進する。
非帯水層へと上昇した地下水中では、気泡によりエアー
スパージングが起こり、また気泡の混合力により分解微
生物、酸素、栄養素、汚染物質、あるいはインデューサ
が均一混合されるので、効率的に微生物分解が進む。可
溶性の栄養素やインデューサを溶解した水性媒体は、気
泡とともに非帯水層へと持ち上げられ、そこで微生物に
より資化される。従って、栄養素などの周囲への流出は
地下水に水性媒体を注入するよりはるかに少ない。汚染
物質の多くは二酸化炭素と水にまで無害化され、これら
は非帯水層を通して地表から放出される。

【００１８】本発明に言うエアスパージングとは、前記
ＵＳＰ５２２１１５９にも用いられており当事者には公
知の用語であるが、その意味は簡単に言うと、液体中へ
の気体の注入である。まず、化学物質を分解する微生
物材料としては、例えば分解活性が確認されているSacc
haromyces, Hansenula, Candida, Micrococcus, Staphy
lococcus, Streptococcus, Leuconostoc, Lactobacillu
s, Corynebacterium,Arthrobacter, Bacillus, Clostri
dium, Neisseria, Escherichia, Enterobacter, Serrat
ia, Achromobacter, Alcaligenes, Flavobacterium, Ac
etobacter, Nitrosomonas, Nitrobacter, Thiobacillu
s, Gluconobacter, Pseudomonas, Xanthomonas, Vibrio
の属の微生物が用いられる。

【００１９】本発明を実施するについてPseudomonas ce
pacia KK01株(FERM BP-4235)、Ｊ１株(FERM BP-5102)株
及びＪ１株(FERM BP-5352)はその強い分解活性から好ま
しく用いることができる。なお、Ｊ１株およびＪＭ１株
は寄託時にはいずれもコリネバクテリウムに属すると認
識していたがその後に検討からこの点に疑義を生じたの
で、現在は単にＪ１株またはＪＭ１株と呼ぶ。そしてそ
の菌学的性質は以下の通りである。

【００２０】Ｊ１/ＪＭ１菌学的性質グラム染色性及び形態：グラム陰性桿菌各培地における生育ＢＨＩＡ：生育良好ＭａｃＣｏｎｋｅｙ：生育可能コロニーの色：クリーム色至適温度：２５℃＞３０℃＞３５℃ 運動性：陰性（反流動培地）ＴＳＩ(slant/butt)：アルカリ/アルカリ、Ｈ₂Ｓ(-) オキシターゼ：陽性（弱）カラターゼ：陽性糖の発酵グルコース：陰性シュクロース：陰性ラフィノース：陰性ガラクトース：陰性マルトース：陰性ウレアーゼ：陽性エスクリン加水分解（β-グルコシターゼ）：陽性硝酸還元：陰性インドール産生：陰性グルコース酸性化：陰性アルギニンジヒドロラーゼ：陰性ゼラチン加水分解（プロテアーゼ）：陰性 β-ガラクトシターゼ：陰性各化合物の同化グルコース：陰性Ｌ-アラビノース：陰性Ｄ-マンノース：陰性Ｄ-マンニトール：陰性Ｎ-アセチル-Ｄ-グルコサミン：陰性マルトース：陰性グルコン酸カリウム：陰性ｎ-カプリン酸：陽性アジピン酸：陰性 dl-リンゴ酸：陽性クエン酸ナトリウム：陽性酢酸フェニル：陰性水性媒体に溶解できる材料としては、微生物の増殖に必
要な増殖機能材料、微生物による分解活性を発現させる
活性維持機能材料、微生物が土壌内で安定に生息できる
生残機能材料、気泡を安定に生成させる安定化材料、さ
らにこれら材料の土壌中への浸透が容易に確認できる指
標機能材料などがあり、水性媒体はそれぞれ単独の材料
から構成されることもあるが、多くは複数の材料、ある
いは複数の機能をもつ材料から構成される。

【００２１】増殖機能材料とは微生物の栄養素であり、
これにより微生物は増殖生残し、土壌中の化学物質を分
解する。例えば、ブイヨン培地、Ｍ９培地、Ｌ培地、Ma
lt Extract、ＭＹ培地、硝化菌選択培地などが有用であ
る。微生物から産生される分解酵素が構成的に発現され
る場合は、活性維持機能材料をとくに必要としないが、
酵素活性が特定のインデューサにより発現される場合は
インデューサが活性維持機能材料として必要である。イ
ンデューサとしてメタン資化菌ではメタン、芳香属資化
菌ではトルエンやフェノール、クレゾールなど、また硝
化菌ではアンモニウム塩などである。また、分解酵素の
活性を発現維持させるためのエネルギー源やミネラルな
どが活性維持機能材料として要求される。

【００２２】生残機能材料は有用微生物の快適な棲息空
間を与え、これにより他の微生物や微小生物による捕食
を妨害したり、あるいは有用微生物の地下水への拡散消
失を防ぐ目的を有している。生残機能材料としては、こ
れまで医薬品工業や食品工業あるいは廃水処理システム
などのバイオリアクターで利用されている多くの微生物
担体を用いることができる。例えば、多孔質ガラス、セ
ラミックス、金属酸化物、活性炭、カオリナイト、ベン
トナイト、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、アンス
ラサイトなどの粒子状担体、デンプン、寒天、キチン、
キトサン、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリア
クリルアミド、カラギーナン、アガロース、ゼラチンな
どのゲル状担体、セルロース、グルタルアルデヒド、ポ
リアクリル酸、ウレタンポリマーなどの高分子樹脂やイ
オン交換樹脂などである。さらに、天然あるいは合成の
高分子化合物、例えばセルロースを主成分とする綿、
麻、パルプ材よりなる紙類、あるいは天然物を変性した
高分子アセテート、ポリエステル、ポリウレタンなどか
らなる布類も有効である。その他、増殖機能と生残機能
を兼ね備えた材料としては堆肥材料が有用であり、一例
として麦わらなど穀物類のわらやおがくず、米糠、おか
ら、砂糖黍の絞りかす、カニやエビの殻などが挙げられ
る。

【００２３】安定化材料としては、ドデシル硫酸ナトリ
ウムやトリトン−Ｘのような界面活性剤、あるいは炭酸
水素ナトリウムや炭酸アンモニウムなどの発泡剤が挙げ
られる。指標機能材料は薬液に容易に溶解あるいは分散
し、これが注入薬液とともに移動して移動地点で容易に
検出されるものが選ばれる。指標機能材料の例として
は、土壌の色調を変化させる水溶性の色素あるいは電気
伝導度を変化させる有機酸や塩などを用いることができ
る。

【００２４】注入する気体あるいは気泡を形成する気体
としては空気のほかに二酸化炭素、窒素、水素、ヘリウ
ム、ネオン、アルゴン、一酸化炭素、メタン、一酸化窒
素、二酸化窒素、二酸化イオウ、などを空気と混合した
ものを用いることができる。土壌内の汚染物質を効率よ
く分解するには、汚染物質や分解生成物などの濃度を計
測して気体や水性媒体の注入量を制御することが望まれ
る。これらの濃度を計測する位置は、帯水層、地下水位
が上昇した非帯水層、これ以外の非帯水層、あるいは地
表が挙げられる。また、計測するパラメータとしては、
分解生成物や汚染物質のほかに酸素、分解微生物、栄養
素、あるいは気泡の安定剤などが挙げられる。酸素、分
解微生物、栄養素、あるいは気泡の安定剤は十分量添加
してもよいが、これらの拡散流出や土壌の富栄養化を避
けるために必要最低量を使用することが望まれる。ま
た、汚染物質や分解の中間生成物の濃度が最低になるよ
うにこれらの添加量を増減させる。汚染物質や分解生成
物が揮発性の場合、これらの濃度はガスクロマトグラフ
ィーや検知管で測定できる。また、これらが不揮発性あ
るいは難揮発性の場合は、土壌をサンプリングして前処
理し、液体クロマトグラフィーや吸光光度計などで測定
することができる。酸素は揮発性汚染物質と同様にガス
クロマトグラフィーや検知管あるいは酸素センサで測定
できる。分解微生物数はサンプリングした土壌を前処理
し、プレートカウントあるいはフローサイトメータなど
により計数することができる。栄養素やインデューサ、
あるいは気泡の安定剤は不揮発性汚染物質と同様、液体
クロマトグラフィーや吸光光度計などで測定することが
できる。

【００２５】本発明における土壌浄化装置の一例を図１
に示す。浄化装置は、酸素を含む気体を貯留するタンク
１、これを圧送するポンプ２、水性媒体を貯留するタン
ク３、水性媒体を圧送するポンプ４、気体と水性媒体を
混合するタンク５、気体あるいは気泡を含む水性媒体を
土壌へ注入するポンプ６、及び注入管７から成ってい
る。汚染土壌が非帯水層８、帯水層９、及び不透水層１
０からなり、地下水は帯水層を矢印の方向へ流れてい
る。注入管７から帯水層へ気体あるいは気泡を含む水性
媒体を注入することにより、土壌内に多量の気泡１１が
生じる。このとき効率的に気泡を発生させるために注入
管７の尖端にバブラーを設置してもよい。生成した気泡
は帯水層をエアースパージングするとともに、浮力によ
り土壌内を上昇する。このとき、地下水及び注入した水
性媒体は気泡とともに非帯水層へと持ち上げられる。こ
れにより、水性媒体に溶解した栄養素やインデューサ、
あるいは気泡の安定剤、酸素、汚染物質などが分解微生
物が生存する非帯水層１２に均一に供給され、微生物分
解が促進する。なお、気体量と水性媒体量を調節するこ
とにより注入した水性媒体を非帯水層１２に滞留させ
て、栄養素などの流失を抑制することもできる。また、
非帯水層８に生存する土着の微生物を分解に利用するこ
ともできるし、あらかじめ注入管を通して非帯水層１２
に外来の分解微生物を注入してもよい。非帯水層１２に
おいて生成した汚染物質の中間産物はさらに複数の分解
微生物により二酸化炭素や塩素などのガス状にまで分解
され、これらの最終分解産物は非帯水層１３を通して地
表へと排出される。

【００２６】帯水層９、微生物分解がおきる非帯水層１
２、非帯水層８、あるいは地表には汚染物質や酸素の濃
度をモニタリングするためのセンサやサンプリング管が
それぞれポート１４、１５、１６、あるいは１７に取り
付けられており、各種濃度データは制御盤１８へと送ら
れる。この制御盤１８では汚染物質を完全に分解するよ
うにポンプ２、４、及び６をコントロールし、栄養素や
酸素などを必要最低限で注入する。このように、非帯水
層の分解微生物に酸素や栄養素を供給し、帯水層及び非
帯水層の汚染物質を拡散させることなく効率的に分解す
ることができる。このような浄化方法及び装置は直接汚
染のホットスポットに設けてもよいし、広範な汚染土壌
に多数設置してもよい。また汚染領域を取り囲むように
設置すれば、浄化とともに汚染の漏洩を防ぐこともでき
る。以下に、実施例をもって本発明による汚染土壌の浄
化方法を説明するが、これらは本発明の範囲をなんら限
定するものではない。

【００２７】実施例１芳香族炭化水素で汚染された土壌の微生物浄化（土着菌
利用、気泡安定剤なし）（１）図２に示すように、長
さ 1.2 m、幅 0.3 m、深さ 1.0 mの容器内に地下水の注
入管２１と汲み上げ管２２を設置し、それぞれの管の下
方先端から 0.3 mの範囲に 1 cm毎に30個の注入口及び
吸水口を開けた。これにモデル汚染土壌として3 μg フ
ェノール／g 湿土壌で汚染された細砂を満たした。な
お、バイアル実験によりこの細砂にフェノールを好気的
に分解する土着の微生物が生存していることを確かめて
いる。また、細砂の間隙率及び含水比を定法により求め
たところ40 %及び13 %であったので、土壌水の中のフェ
ノール濃度はおおよそ23 ppmとなった。次に、地下水の
注入管２１から23 ppmのフェノールを含む水を0.4l/ h
で送水し、帯水層２３の厚みが0.3 ｍとなったところで
地下水の汲み上げ管２２からも0.4 l/ hで排水した。こ
のとき、地下水の流速は0.1 m / hとなった。（２）容器上部から非帯水層２４を通して帯水層２３
へ注入管２５を差し込み、その先端にバブラー２６を取
り付けて、これが容器底面より0.1 mとなるように設置
した。次に、注入管２５から空気を1 l/ minで圧送し、
気泡２７とともに地下水を非帯水層へと上昇させ、分解
微生物、酸素、及び汚染物質の接触が促進される領域２
８を形成させた。（３）１０時間後、バブラー２６周囲の地下水と領域
２８、及びその他の土壌をサンプリングし、フェノール
濃度をJIS法（JIS0102-1993.28.1）により測定した。ま
た、気泡を注入しないときのフェノール濃度を対照とし
て求め、表１にまとめた。これより、土着の分解微生物
が存在する場合、帯水層への気泡注入により帯水層と非
帯水層を同時に効率よく浄化できることがわかった。

【００２８】実施例２芳香族炭化水素で汚染された土壌の微生物浄化（土着菌
利用、気泡安定剤あり）（１）実施例１と同様にしてフェノール汚染土壌を容
器に入れ、フェノール汚染地下水を流した。また、これ
に注入管とバブラーも取り付けた。（２） 3 %のドデシル硫酸ナトリウムを含む水溶液0.2
l/ minと空気0.8 l/ minを混合して注入管から圧送
し、気泡とともに界面活性剤溶液及び地下水を非帯水層
へ上昇させ、分解微生物、酸素、及び汚染物質の接触が
促進される領域を形成させた。（３）１０時間後、バブラー周囲の地下水とフェノー
ル分解領域の土壌、及びその他の土壌をサンプリング
し、フェノール濃度をJIS法（JIS0102-1993.28.1）によ
り測定した。この測定結果を表１に示す。これより、界
面活性剤が気泡の生成を安定化し、より広範囲な非帯水
層を効率よく浄化できることがわかった。

【００２９】実施例３芳香族炭化水素で汚染された土壌の微生物浄化（外来菌
利用、気泡安定剤なし）（１）実施例１と同様にしてフェノール汚染土壌を容
器に入れ、フェノール汚染地下水を流した。（２）フェノールを資化分解できる微生物としてKK01
株（生命工学工業技術研究所受託番号:FERM BP-4235）
をおよそ10⁸ cell / ml の菌濃度となるように培養し
た。帯水層２３の上方0.2 mの深さ（非帯水層２４の上
面から0.5 mの深さ）において注入管２５と同じ位置か
らKK01株培養液を2.5 l注入した。この後、土壌容器に
注入管２５とバブラー２６を取り付けた。（３）注入管２５から空気を1 l/ minで圧送し、気泡
２７とともに地下水を非帯水層へと上昇させ、分解微生
物KK01、酸素、及び汚染物質の接触が促進される領域２
８を形成させた。（４）１０時間後、バブラー２６周囲の地下水と領域
２８の土壌、及びその他の土壌をサンプリングし、フェ
ノール濃度をJIS法（JIS0102-1993.28.1）により測定し
た。この測定結果を表１に示す。これより、汚染物質を
分解する能力を有する外来微生物を土壌に注入すること
により土着菌と同等あるいはそれ以上の効率で土壌浄化
が行えることがわかった。

【００３０】実施例４芳香族炭化水素で汚染された土壌の微生物浄化（外来菌
利用、気泡安定剤あり）（１）実施例１と同様にしてフェノール汚染土壌を容
器に入れ、フェノール汚染地下水を流した。（２）フェノールを資化分解できる微生物としてKK01
株（前記）をおよそ10⁸cell / ml の菌濃度となるよう
に培養した。帯水層３の上方0.2 mの深さ（非帯水層２
４の上面から0.5 mの深さ）において注入管２５と同じ
位置からKK01株培養液を2.5 l注入した。この後、土壌
容器に注入管２５とバブラー２６を取り付けた。（３） 3 %のドデシル硫酸ナトリウムを含む水溶液0.2
l/ minと空気0.8 l/ minを混合して注入管から圧送
し、気泡とともに界面活性剤溶液及び地下水を非帯水層
へ上昇させ、分解微生物、酸素、及び汚染物質の接触が
促進される領域２８を形成させた。（４）１０時間後、バブラー２６周囲の地下水と領域
２８の土壌、及びその他の土壌をサンプリングし、フェ
ノール濃度をJIS法（JIS0102-1993.28.1）により測定し
た。この測定結果を表１に示す。これより、汚染物質を
分解する能力を有する外来微生物を土壌に注入し、界面
活性剤により気泡の生成を安定化することにより土着菌
と同等あるいはそれ以上の効率で、より広範囲な非帯水
層を浄化できることがわかった。

【００３１】

【表１】実施例５塩素化炭化水素で汚染された土壌の微生物浄化（インデ
ューサあり、気泡安定剤なし）（１）図２に示すように、長さ 1.2 m、幅 0.3 m、深
さ 1.0 mの容器内に地下水の注入管２１と汲み上げ管２
２を設置し、それぞれの管の下方先端から 0.3 mの範囲
に 1 cm毎に30個の注入口及び吸水口を開けた。これに
モデル汚染土壌として0.5 μg トリクロロエチレン／g
湿土壌で汚染された細砂を満たした。また、細砂の間隙
率及び含水比を定法により求めたところ40 %及び13 %で
あったので、土壌水の中のトリクロロエチレン濃度はお
およそ4ppmとなった。次に、地下水の注入管２１から4
ppmのトリクロロエチレンを含む水を0.4l/ hで送水し、
帯水層２３の厚みが0.3 ｍとなったところで地下水の汲
み上げ管２２からも0.4l/ hで排水した。このとき、地
下水の流速は0.1 m / hとなった。（２）トリクロロエチレンを資化分解できる微生物と
してJ1株（生命工学工業技術研究所受託番号:FERM BP-
5102）をおよそ10⁸ cell / ml の菌濃度となるように培
養した。なお、J1株はフェノールをインデューサとして
トリクロロエチレンを分解する微生物である。帯水層２
３の上方0.2 mの深さ（非帯水層２４の上面から0.5 mの
深さ）において注入管２５と同じ位置からJ1株培養液を
2.5 l注入した。この後、土壌容器に注入管２５とバブ
ラー２６を取り付けた。（３） 10 ppmのフェノール水溶液0.2 l/ minと空気0.
8 l/ minを混合して注入管２５から圧送し、気泡２７と
ともにフェノール溶液及び地下水を非帯水層へ上昇さ
せ、分解微生物、酸素、インデューサ、及び汚染物質の
接触が促進される領域２８を形成させた。（４）１０時間後、バブラー２６周囲の地下水と領域
２８の土壌、及びその他の土壌をサンプリングし、トリ
クロロエチレン濃度をガスクロマトグラフィー（FID検
出器）により測定した。また、フェノールと気泡を注入
しないときのトリクロロエチレン濃度を対照として求
め、これらを表２にまとめた。これより、汚染物質を分
解する能力を有する外来微生物を土壌に注入し、インデ
ューサを気泡とともに注入することにより帯水層と非帯
水層を同時に効率よく浄化できることがわかった。

【００３２】実施例６塩素化炭化水素で汚染された土壌の微生物浄化（インデ
ューサあり、気泡安定剤あり）（１）実施例５と同様にしてトリクロロエチレン汚染
土壌を容器に入れ、トリクロロエチレン汚染地下水を流
した。（２）トリクロロエチレンを資化分解できる微生物と
してJ1株（前記）をおよそ10⁸ cell / ml の菌濃度とな
るように培養した。なお、J1株はフェノールをインデュ
ーサとしてトリクロロエチレンを分解する微生物であ
る。帯水層２３の上方0.2 mの深さ（非帯水層２４の上
面から0.5 mの深さ）において注入管２５と同じ位置か
らJ1株培養液を2.5 l注入した。この後、土壌容器に注
入管２５とバブラー２６を取り付けた。（３） 10 ppmのフェノールと3 %のドデシル硫酸ナト
リウムを含む水溶液0.2 l/ minと空気0.8 l/ minを混合
して注入管２５から圧送し、気泡２７とともに注入溶液
及び地下水を非帯水層へ上昇させ、分解微生物、酸素、
インデューサ、及び汚染物質の接触が促進される領域２
８を形成させた。（４）１０時間後、バブラー２６周囲の地下水と領域
２８の土壌、及びその他の土壌をサンプリングし、トリ
クロロエチレン濃度をガスクロマトグラフィー（FID検
出器）により測定した。この測定結果を表２に示す。こ
れより、汚染物質を分解する能力を有する外来微生物を
土壌に注入し、インデューサにより分解活性を発現さ
せ、界面活性剤により気泡の生成を安定化することによ
りより広範囲な非帯水層を浄化できることがわかった。

【００３３】実施例７塩素化炭化水素で汚染された土壌の微生物浄化（インデ
ューサなし、気泡安定剤なし）（１）実施例５と同様にしてトリクロロエチレン汚染
土壌を容器に入れ、トリクロロエチレン汚染地下水を流
した。（２）トリクロロエチレンを資化分解できる微生物と
してJM1株（生命工学工業技術研究所受託番号:FERM BP-
5352）をおよそ10⁸ cell / ml の菌濃度となるように培
養した。なお、JM1株はインデューサ（フェノール）を
必要としないでトリクロロエチレンを分解できる微生物
である。帯水層２３の上方0.2 mの深さ（非帯水層２４
の上面から0.5 mの深さ）において注入管２５と同じ位
置からJM1株培養液を2.5 l注入した。この後、土壌容器
に注入管２３とバブラー２６を取り付けた。（３） 0.5 %のクエン酸ナトリウム水溶液0.2 l/ min
と空気0.8 l/ minを混合して注入管２５から圧送し、気
泡２７とともにクエン酸ナトリウム溶液及び地下水を非
帯水層へ上昇させ、分解微生物、酸素、栄養素、及び汚
染物質の接触が促進される領域２８を形成させた。（４）１０時間後、バブラー２６周囲の地下水と領域
２８の土壌、及びその他の土壌をサンプリングし、トリ
クロロエチレン濃度をガスクロマトグラフィー（FID検
出器）により測定した。この測定結果を表２に示す。こ
れより、汚染物質を分解する能力を有する外来微生物を
土壌に注入し、栄養素を気泡とともに注入することによ
り帯水層と非帯水層を同時に効率よく浄化できることが
わかった。実施例８塩素化炭化水素で汚染された土壌の微生物浄化（インデ
ューサなし、気泡安定剤あり）（１）実施例５と同様にしてトリクロロエチレン汚染
土壌を容器に入れ、トリクロロエチレン汚染地下水を流
した。（２）トリクロロエチレンを資化分解できる微生物と
してJM1株（前記）をおよそ10⁸ cell / ml の菌濃度と
なるように培養した。なお、JM1株はインデューサ（フ
ェノール）を必要としないでトリクロロエチレンを分解
できる微生物である。帯水層２３の上方0.2 mの深さ
（非帯水層２４の上面から0.5 mの深さ）において注入
管２５と同じ位置からJM1株培養液を2.5 l注入した。こ
の後、土壌容器に注入管２５とバブラー２６を取り付け
た。（３） 0.5 %のクエン酸ナトリウムと3 %のドデシル硫
酸ナトリウムを含む水溶液0.2 l/minと空気0.8 l/ min
を混合して注入管２５から圧送し、気泡２７とともに注
入溶液及び地下水を非帯水層へ上昇させ、分解微生物、
酸素、栄養素、及び汚染物質の接触が促進される領域２
８を形成させた。（４）１０時間後、バブラー２６周囲の地下水と領域
２８の土壌、及びその他の土壌をサンプリングし、トリ
クロロエチレン濃度をガスクロマトグラフィー（FID検
出器）により測定した。この測定結果を表２に示す。こ
れより、汚染物質を分解する能力を有する外来微生物を
土壌に注入し、栄養素を供給するとともに界面活性剤に
より気泡の生成を安定化することにより、より広範囲な
非帯水層を浄化できることがわかった。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】本発明によって、汚染土壌と汚染地下水
の効率的な微生物浄化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における土壌浄化装置の構成の一例を示
す図

【図２】本発明における土壌浄化の構成の一例を示す図

【符号の説明】

１タンク２ポンプ３タンク４ポンプ５タンク６ポンプ７注入管８非帯水層９帯水層１０不透水層１１気泡１２非帯水層１３非帯水層１４ポート１５ポート１６ポート１７ポート１８制御盤２１注入管２２汲み上げ管２３帯水層２４非帯水層２５注入管２６バブラー２７気泡２８領域Ａ帯水層サンプリング位置（バブラー位置）Ｂ帯水層サンプリング位置（汲み上げ孔位置）Ｃ非帯水層サンプリング位置（注入管の帯水層上１
５cm位置）Ｄ非帯水層サンプリング位置（注入管の帯水層上２
５cm位置）Ｅ非帯水層サンプリング位置（汲み上げ管の上２５
cm位置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非帯水層の汚染土壌あるいはその下にあ
る帯水層の汚染土壌または汚染地下水について、汚染現
場でエアースパージングと微生物処理を行い汚染物質を
取り除く方法であって、ａ）地表から非帯水層を通して帯水層の地下水面の下に
注入井戸を設置し、ｂ）酸素を含む気体を注入井戸から注入して、生じた気
泡により注入井戸周囲の地下水面を非帯水層へ上昇さ
せ、ｃ）非帯水層にいる微生物に酸素と水を供給してこれを
活性化し、ｄ）汚染土壌あるいは汚染地下水にある揮発性あるいは
不揮発性の汚染物質を微生物分解し、ｅ）無害化した分解生成物を非帯水層を通して地上に放
出することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】汚染物質が有機化合物であることを特徴
とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】有機化合物がフェノールであることを特
徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】汚染物質が有機塩素化合物であることを
特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】有機塩素化合物がトリクロロエチレンで
あることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】汚染物質を分解する微生物が非帯水層あ
るいは帯水層に存在していることを特徴とする請求項１
〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】汚染物質を分解する微生物を注入井戸か
ら非帯水層あるいは帯水層に注入することを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】微生物が天然に採取された野生株である
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】野生株がＫＫ０１株（生命工学工業技術
研究所受託番号：ＦＥＲＭＢＰ−４２３５号）である
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】野生株がＪ１株（生命工学工業技術研
究所受託番号：ＦＥＲＭＢＰ−５１０２号）であるこ
とを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】微生物が野生株を変異させた変異株で
あることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】変異株がＪＭ１株（生命工学工業技術
研究所受託番号：ＦＥＲＭＢＰ−５３５２号）である
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】微生物の栄養素を注入井戸から非帯水
層あるいは帯水層に注入することを特徴とする請求項１
〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】栄養素が有機化合物であることを特徴
とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】有機化合物が有機ポリカルボン酸であ
ることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】有機ポリカルボン酸がクエン酸あるい
はそのナトリウム塩であることを特徴とする請求項１５
に記載の方法。
【請求項１７】気体の注入前あるいは注入時に気泡の
安定剤を注入することを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載の方法。
【請求項１８】気泡の安定剤が界面活性剤であること
を特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】地上に放出された分解生成物あるいは
汚染物質の濃度を測定し、これにより気体の注入量を制
御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
の方法。
【請求項２０】非帯水層あるいは帯水層の分解生成物
あるいは汚染物質の濃度を測定し、これにより気体の注
入量を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載の方法。
【請求項２１】非帯水層あるいは帯水層の酸素濃度を
測定し、これにより気体の注入量を制御することを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載の浄化方法。
【請求項２２】非帯水層あるいは帯水層の微生物濃度
を測定し、これにより微生物の注入量を制御することを
特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項２３】非帯水層あるいは帯水層の栄養素濃度
を測定し、これにより栄養素の注入量を制御することを
特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】非帯水層あるいは帯水層の気泡の安定
剤の濃度を測定し、これにより気泡の安定剤の注入量を
制御することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】非帯水層の汚染土壌あるいはその下に
ある帯水層の汚染土壌または汚染地下水について、汚染
現場でエアースパージングと微生物処理を行い汚染物質
を取り除く装置であって、ａ）帯水層の地下水面の下に到達する注入井戸と、ｂ）酸素を含む気体を注入井戸から注入するポンプと、ｃ）帯水層で気泡を発生させるバブラーと、ｄ）非帯水層に汚染物質を分解する微生物があり、ｅ）非帯水層、帯水層、あるいは地上に分解生成物ある
いは汚染物質の濃度を計測する装置があり、微生物に酸
素と水を供給しながら汚染土壌あるいは汚染地下水にあ
る揮発性あるいは不揮発性の汚染物質を微生物分解する
ことを特徴とする浄化装置。
【請求項２６】微生物の注入装置、栄養素の注入装
置、気泡の安定剤の注入装置のいずれか１つ以上が付帯
していることを特徴とする請求項２５に記載の浄化装
置。
【請求項２７】非帯水層、帯水層、あるいは地上に酸
素、微生物、栄養素、あるいは気泡の安定剤の濃度を計
測する装置のいずれか１つ以上が付帯していることを特
徴とする請求項２５又は２６に記載の浄化装置。
【請求項２８】汚染物質を分解する微生物が存在して
いる非帯水層の汚染土壌あるいはその下にある帯水層の
汚染土壌または汚染地下水について、汚染現場でエアー
スパージングと微生物処理を行い汚染物質を取り除く装
置であって、少くともａ）帯水層の地下水面の下に到達する注入井戸、ｂ）酸素を含む気体を注入井戸から注入するポンプ、ｃ）帯水層で気泡を発生させるバブラー、ｄ）非帯水層、帯水層、あるいは地上に分解生成物ある
いは汚染物質の濃度を計測する装置を有し、微生物に酸
素と水を供給しながら汚染土壌あるいは汚染地下水にあ
る揮発性あるいは不揮発性の汚染物質を微生物分解する
ようにａ、ｂ、ｃ、及びｄが結合されていることを特徴
とする浄化装置。
【請求項２９】微生物の注入装置、栄養素の注入装
置、気泡の安定剤の注入装置のいずれか１つ以上をさら
に結合したことを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】非帯水層、帯水層、あるいは地上に酸
素、微生物、栄養素、あるいは気泡の安定剤の濃度を計
測する装置のいずれか１つ以上をさらに結合したことを
特徴とする請求項２８又は２９のいずれかに記載の装
置。