JP3051047B2 - 土壌微生物を用いた汚染土壌の浄化方法及び浄化システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、土壌微生物を用いた汚
染土壌の浄化方法及び浄化システムに関する。より詳細
には、原則として土壌中に生息する汚染物質を分解可能
な微生物を活性化することにより、効果的に汚染土壌を
浄化することが可能な汚染土壌の浄化方法及び浄化シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、トリクロロエチレン、テトラクロ
ロエチレン等の揮発性有機塩素化合物やガソリン等石油
系炭化水素による地層又は地下水の汚染が全世界的に広
がっていることが明らかになっており、地下環境の汚染
が地球規模で深刻な問題になっている。

【０００３】この地下環境の汚染を除去する手段とし
て、活性炭に汚染物質を吸着されたり、セメントで汚染
物質を固化したりする物理的方法や、化学的に汚染物質
を中和又は分解する方法等が知られている。

【０００４】そして、最近ではこれらの物理的又は化学
的方法に加えて、汚染物質を微生物の力で分解する生物
的方法が着目され、実用化が進められている。

【０００５】この生物的方法には、自然のプロセスを
利用するので、汚染物質の処理に要するエネルギーが少
なくて済み、経済的であり、汚染物質を分解又は無害
化するので２次廃棄物の発生が認められない恒久的な浄
化手段であり、原位置又はオンサイトで汚染修復が可
能である等の利点が認められる。

【０００６】具体的に、上記の生物的方法は、オンサ
イト又はオフサイトの土壌処理ユニットを設計・設備
し、その中で汚染土を浄化処理する処理方法である「固
相処理法」、前処理として掘削した汚染土をスラリー
状に調製し、スラリーバイオリアクターを用いて、土中
の汚染物質の微生物分解を行う処理方法である「スラリ
ー処理法」及び汚染物質で汚染された通気層、帯水層
を掘削することなく、井戸や散水溝を用いて地中へ微生
物の栄養源や酸素等を注入して、汚染物質の微生物分解
を行う処理方法である「原位置処理法」の３種類の処理
方法に大別される。

【０００７】これらの生物的方法の中で、「原位置処理
法」は、最も費用対効果の高い処理方法であるが、個々
の汚染部位の特異性に左右される要素が多い。そして、
地上に設置したバイオリアクターを用いて汲み上げた汚
染地下水の浄化をおこない、浄化処理後の地下水を地中
へ再注入する循環機構がしばしば用いられる。

【０００８】現在、「原位置処理法」における上記循環
機構において、メタン等の汚染物質を分解することがで
きる微生物の栄養源を注入井戸等を通じて土壌中に供給
し、当該土壌中の当該微生物を活性化させて、当該微生
物による汚染物質の分解を一層促進させる試みがなされ
ている。

【０００９】しかしながら、栄養源の注入井戸付近の微
生物のみが特異的に増殖してしまい、注入井戸が過度に
増殖した微生物により目詰まりを起こし、その上、注入
井戸付近の土壌環境が、かかる微生物のためにかえって
汚染されてしまう傾向があるという点は否めない。

【００１０】そこで、本発明が解決すべき課題は、土壌
微生物の栄養源の積極的な注入を行っても上記の欠点が
生ぜず、さらにより効果的に土壌微生物による汚染物質
の分解を促進させる手段を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題の
解決のために鋭意検討を重ねた。その結果、主に土壌中
の微生物の栄養源の供給地点を栄養源の要素毎に分離
し、当該供給地点を特定の配置とすることにより、上記
課題を解決し得ることを見出した。すなわち、本発明者
は、以下に掲げる発明を提供するものである。

【００１３】請求項１により、土壌中の汚染物質を分解
可能な微生物の生育を促進し、当該微生物に汚染物質を
分解させることを特徴とする汚染土壌の浄化方法におい
て、上記微生物の生育を促進する複数の要素を３以上の
供与地点において分離して土壌に供与し、次いで土壌に
供与した上記要素を帯水層中の水流により移動させて当
該帯水層中において混交し、当該混交地点で上記微生物
を活性化して、上記微生物の活性化領域における汚染物
質を分解することを特徴とする汚染土壌の浄化方法を提
供する。

【００１４】請求項２により、前記請求項１記載の汚染
土壌の浄化方法において、混交地点に汚染物質を分解可
能な微生物の生育を促進する複数の要素を移動させるた
めの水流を発生させる手段を設けて、当該手段で上記微
生物の生育を促進する複数の要素を混交地点に向けて移
動させることを特徴とする汚染土壌の浄化方法を提供す
る。

【００１５】請求項３により、前記請求項２記載の汚染
土壌の浄化方法において、混交地点に汚染物質を分解可
能な微生物の生育を促進する複数の要素を移動させるた
めの水流を発生させる手段が、帯水層中の水の揚水であ
ることを特徴とする汚染土壌の浄化方法を提供する。

【００１６】請求項４により、汚染物質を分解可能な微
生物の生育を促進する複数の要素として、当該微生物に
対する電子供与体及び電子受容体を含むことを特徴とす
る前記請求項１乃至請求項３のいずれかの請求項記載の
汚染土壌の浄化方法を提供する。

【００１７】請求項５により、前記請求項４記載の汚染
土壌の除去方法において、土壌に汚染物質を分解可能な
微生物における電子供与体を供与する地点から、帯水層
中の水流を基準にして、下流でかつ等距離の地点に複数
の土壌に電子受容体を供与する地点を設け、帯水層中の
水流によって、土壌中に供与された上記電子供与体及び
上記電子受容体がそれぞれ移動して混交した地点におい
て、上記微生物を活性化することを特徴とする汚染土壌
の浄化方法を提供する。

【００１８】請求項６により、汚染物質を分解可能な微
生物がメタン資化性菌であることを特徴とする前記請求
項１乃至請求項５のいずれかの請求項記載の汚染土壌の
浄化方法を提供する。

【００１９】請求項７により、汚染領域に、当該汚染領
域における汚染物質を分解可能な微生物を添加すること
を特徴とする前記請求項１乃至請求項６のいずれかの請
求項記載の汚染土壌の浄化方法を提供する。

【００２０】請求項８により、前記請求項１乃至請求項
７のいずれかの請求項記載の汚染土壌の浄化方法におい
て、以下の工程を繰り返すことを特徴とする汚染土壌の
浄化方法を提供する。 汚染物質を分解可能な微生物を活性化させる第一工
程； 第一工程後、上記微生物の生育を促進する複数の要素
の土壌への供与を停止した状態で汚染物質を上記微生物
に分解させる第二工程； 第二工程後、上記微生物の活性が低下した時点で再び
上記微生物の生育を促進する複数の要素の土壌への供与
を行う第三工程。

【００２１】請求項９により、汚染物質を分解可能な微
生物に対する電子供与体溶存水供給手段により供給され
た電子供与体溶存水を帯水層中に注入する電子供与体溶
存水注入手段及び汚染物質を分解可能な微生物に対する
電子受容体溶存水供給手段から供給された電子受容体溶
存水を帯水層中に注入する電子受容体溶存水注入手段
を、帯水層中の水流において汚染領域の上流であり、か
つ上記電子供与体溶存水注入手段により土壌中に注入さ
れた電子供与体溶存水及び上記電子受容体溶存水注入手
段により土壌中に注入された電子受容体溶存水が上記汚
染領域において混交するように、上記電子供与体溶存水
注入手段及び上記電子受容体溶存水注入手段を３か所以
上の地点に設けたことを特徴とする汚染土壌の浄化シス
テムを提供する。

【００２２】請求項１０により、汚染物質を分解可能な
微生物に対する電子供与体溶存水供給手段により供給さ
れた電子供与体溶存水を帯水層中に注入する電子供与体
溶存水注入手段及び汚染物質を分解可能な微生物におけ
る電子受容体溶存水供給手段から供給された電子受容体
溶存水を帯水層中に注入する電子受容体溶存水注入手段
並びに帯水層中の水を揚水する揚水手段を、当該揚水手
段における揚水により生じた帯水層中の水流により、上
記電子供与体溶存水注入手段により土壌中に注入された
電子供与体溶存水及び上記電子受容体溶存水注入手段に
より土壌中に注入された電子受容体溶存水が汚染領域に
おいて混交することが可能な配置で、上記電子供与体溶
存水注入手段及び上記電子受容体溶存水注入手段を３か
所以上の地点に設け、かつ上記揚水手段を設け、さらに
上記揚水手段から揚水した水を上記電子供与体溶存水供
給手段及び／又は電子受容体溶存水供給手段に配給し
て、電子供与体溶存水及び／又は電子受容体溶存水の製
造に資することを特徴とする汚染土壌の浄化システムを
提供する。

【００２３】請求項１１により、前記請求項１０記載の
汚染土壌の浄化システムにおいて、揚水手段により揚水
された地下水における汚染物質を分離する手段を設け、
当該手段によって再浄化された地下水を汚染物質を分解
可能な電子供与体溶存水供給手段及び／又は汚染物質を
分解可能な微生物に対する電子受容体溶存水供給手段に
配給して、上記電子受容体溶存水及び／又は上記電子受
容体溶存水の製造に資することを特徴とする汚染土壌の
浄化システムを提供する。

【００２４】請求項１２により、帯水層中の地下水流の
上流に、汚染物質を分解可能な微生物に対する電子供与
体溶存水注入手段を設け、当該地点から上記地下水流の
下流に向けて等距離の地点に複数の電子受容体溶存水供
給手段を設けたことを特徴とする前記請求項１０又は請
求項１１記載の汚染土壌の浄化システムを提供する。

【００２５】請求項１３により、汚染領域に、当該汚染
領域における汚染物質を分解可能な微生物を添加してな
ることを特徴とする前記請求項８乃至請求項１２のいず
れかの請求項記載の汚染土壌の浄化システムを提供す
る。

【００２６】以下、本発明について詳細に説明する。 Ａ．上記の通り、本発明の汚染土壌の浄化方法は、土壌
中の汚染物質を分解可能な微生物の生育を促進し、当該
微生物に汚染物質を分解させる汚染土壌の浄化方法に関
する。

【００２７】図１は、従来技術を含めたこの汚染土壌の
浄化方法を実現するための機構について説明した概略図
である。

【００２８】図１において、浄化システム１０は、地層
２０における帯水界面３０を貫通して帯水層４０にまで
届く、揚水井戸１１；揚水ポンプ１２により揚水され、
吸水管１３によって供給される地下水を曝気等により前
処理する前処理手段１４；排水管１３’によって供給さ
れる、前処理手段１４により前処理された地下水に、栄
養分及び空気を添加及び混合して富栄養水を調製する混
合手段１５；並びに混合手段１５によって供給される富
栄養水の注入用配管１３''が通じる注入井戸１６を含
む。図１中の矢印は、水の流れる方向を示すが、注入用
配管１３''により注入井戸１６に注入された富栄養水
は、主に揚水ポンプ１２における揚水によって生じる難
透水層６０の上層に位置する帯水層４０において生ずる
地下水流によって、汚染土５０に向けて移動する。そし
て、汚染土５０において、汚染物質を分解可能な微生物
の生育を促進させて、当該汚染物質の分解をすることに
より、汚染土５０を浄化することが可能になる。

【００２９】前述したように、従来技術においては、富
栄養水により、注入井戸６０付近の微生物の生育を過度
に促進させてしまい、当該注入井戸６０が過度に増殖し
た微生物により目詰まりを起こし、その上、注入井戸６
０付近の土壌環境が上記微生物によりかえって汚染され
てしまう傾向があるという点は否めない。

【００３０】Ｂ．本発明は、土壌中の汚染物質を分解可
能な微生物の生育を促進する複数の要素を３以上の供与
地点において分離して土壌中に供与する汚染土壌の浄化
方法に関する。本発明の適用対象となる汚染物質として
は、ベンゼン，トルエン，エチルベンゼン，キシレン，
トリクロロエチレン，ジクロロエチレン，テトラクロロ
エチレン，クロロフォルム，四塩化炭素等の有機溶剤；
クレオソート，ペンタクロロフェノール等の木材保存
剤；ポリ塩化ビフェニール（ＰＣＢ）等の高分子ハロゲ
ン化芳香族；各種の農薬；重金属イオン；又はこれらの
混合物等を広く挙げることができ、さらにここで例示し
た汚染物質に本発明の適用対象となる汚染物質が限定さ
れるものではない。

【００３１】土壌中の汚染物質を分解可能な微生物は、
浄化を図る汚染物質の種類に応じて、適宜選択すること
ができる。

【００３２】例えば、上記のトリクロロエチレン，ジク
ロロエチレン，テトラクロロエチレン等の揮発性有機塩
素化合物の土壌中からの浄化を図る場合には、かかる揮
発性有機塩素化合物を分解可能な微生物、すなわちメタ
ン資化性菌、フェノール資化性菌、硝化菌等の好気性菌
のみならず、上記揮発性有機塩素化合物、例えばテトラ
クロロエチレンを分解可能な嫌気性菌をも用いることが
できる。

【００３３】なお、本発明においては、原則としてもと
もと汚染地域の土壌中に生息する微生物を汚染手段とし
て用いるが、例えば、浄化を図る土壌中に所望する微生
物が存在しない場合や存在しても衰弱等している場合に
は、積極的に外部からかかる所望の微生物を、汚染領域
に向けて補充することができる。

【００３４】また、補充する微生物として、元来自然界
に存在する微生物のみならず、遺伝子工学的手法により
創生した微生物をも用いることができる。

【００３５】上記の微生物の汚染領域への補充手段は特
に限定されず、例えば、後述する微生物の生育を促進す
る要素と共に補充することや、個別に微生物補充用の注
入口を設けて、当該注入口から補充することも可能であ
る。

【００３６】「上記微生物の生育を促進する複数の要
素」とは、文字通り、添加することにより、その微生物
の活力を増進して増殖を促進する複数の要素をいう。か
かる要素は、土壌の浄化手段として選択する微生物の種
類によって異なるものであるが、概して、微生物におけ
る汚染物質の分解反応の「電子供与体」若しくは「電子
受容体」又は微生物の生育に必要なその他の栄養源（例
えば、含リン化合物，以下同様）等を用いることができ
る。

【００３７】例えば、好気性メタン資化性菌中において
は、可溶性メタンモノオキシゲナーゼの働きにより、
「電子供与体」であるメタンと「電子受容体」である酸
素とが反応して二酸化炭素と水が生成する。そして、当
該酵素の働きによる、上と類似した反応により、トリク
ロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物も、かかる好気
性メタン資化性菌においては「電子供与体」となり得
る。

【００３８】このようにして、土壌中の揮発性有機塩素
化合物が好気性メタン資化性菌によって、分解される。

【００３９】この電子受容体として供与され得る成分
は、メタン資化性菌等の好気性微生物においては概ね酸
素であるが、電子供与体として供与され得る成分は、生
育の促進を企図する微生物の種類により多岐にわたり、
また特に限定されるものではない。例えば、メタン資化
性菌における電子供与体としては、前記のメタン、揮発
性有機塩素化合物の他、メタノール、フェノール、トリ
プトファン又は単純な炭化水素等を挙げることができ
る。さらに、炭化水素の資化性菌の電子供与体として
は、メタン、エタン又はプロパン等の種々の炭化水素等
を挙げることができる。

【００４０】なお、具体的に土壌中に供与する要素は、
選択する汚染物質を分解する微生物の性質や汚染物質の
除去を図る土壌成分によっても決定付けられる。

【００４１】すなわち、好気性微生物を汚染物質分解性
微生物として選択する場合であり、かつ汚染物質とかか
る好気性微生物の電子供与体が一致しない場合、上記要
素を電子供与体と電子受容体に分離して用いることが好
ましい。例えば、好気性のメタン資化性菌を土壌中のト
リクロロエチレンの浄化を図る目的で用いる場合には、
電子供与体としてのメタンと電子受容体として酸素を分
離して供与することが通常好ましい。

【００４２】これに対して、好気性微生物を汚染物質分
解性微生物として選択する場合であっても、汚染物質と
かかる好気性微生物の電子供与体が一致する場合、上記
要素を電子受容体と電子供与体以外の栄養源に分離して
用いることが好ましい。例えば、好気性のフェノール資
化性菌を用いて土壌中のフェノールの分解を図る場合に
は、フェノールをさらに土壌に供与することは、土壌中
のフェノール汚染をさらに助長する可能性がある。ゆえ
に、かかる場合には、電子受容体である酸素とフェノー
ル以外の当該土壌中で比較的欠乏していると判断できる
栄養源を分離して供与するのが好ましい。

【００４３】さらに、メタン資化性嫌気性菌を用いて土
壌中の汚染物質、例えばテトラクロロエチレンの浄化を
図る場合には、当該嫌気性菌に対して、電子受容体とし
て酸素を供与することはできない。かかる場合は、適切
な電子供与体（上記の例であればメタン等）とその他の
当該土壌中で比較的欠乏していると判断できる栄養源を
分離して供与するのが好ましい。

【００４４】なお、上記した電子供与体等の土壌中の微
生物の生育を促進する要素の土壌への供与形態は、特に
限定されないが、かかる要素を水に溶存させた溶存水の
形態で供与することが、上記要素をより効率的に土壌中
へ供給可能であるという点から好ましい。

【００４５】さらに本発明においては、上記した土壌中
の汚染物質を分解可能な微生物の生育を促進する複数の
要素を、３以上の供与地点において分離して土壌に供与
する。すなわち、上記の生育の促進を企図する微生物
の、「電子供与体」若しくは「電子受容体」又は微生物
の生育に必要な他栄養源等の要素を少なくとも２種類に
分離して、３以上設けた供与地点から土壌中へ供与す
る。

【００４６】これは、必ずしも分割した上記要素につい
て全て別個に供与地点を設けて土壌中へ供与しなければ
ならないことを意味するものではなく、例えば３か所設
けた供与地点のうち２か所において同一の上記要素を土
壌中へ供与し、他の要素を残りの１か所において土壌中
に供与するごとき態様をも許容するものである。

【００４７】また、上記の分離は、必ずしも一つの供与
地点においては一つの要素のみを供与できないものでは
なく、例えば電子供与体と電子受容体を分離した場合で
あっても、かかる電子供与体及び／又は電子受容体中に
これら以外の栄養源を含ませることを除外するものでは
ない。

【００４８】複数の要素を別個の供与地点を設けて土壌
中に供与することにより、注入井戸に代表される注入手
段付近で微生物が過度に増殖することを回避することが
可能になり、当該注入手段の目詰まりや当該注入手段の
土壌環境の微生物汚染、すなわち上述の従来技術におけ
る欠点を克服し得る。また、後述するように、汚染領域
において上記複数の要素を混交させることで、当該汚染
領域において微生物の生育の促進を図ることにより、汚
染物質の除去を極めて効率的に実現することが可能であ
る。

【００４９】なお、後述するように、３か所以上の供与
地点を設けることにより、可能な限り漏れなく微生物の
生育を促進する上記の要素を、所望する汚染領域におい
て混交することが可能である。

【００５０】Ｃ．本発明は、上記供与地点において土壌
に供与した上記要素を帯水層中の水流により移動させて
当該帯水層中において混交し、当該混交地点で上記微生
物を活性化して、上記微生物の活性化領域における汚染
物質を上記微生物により分解する汚染土壌の供与方法に
関する。

【００５１】上述のように、３か所以上設けた供与地点
において土壌中に供与された上記の微生物の生育を促進
する要素を混交する手段は、別個に帯水層中の水流を惹
起しない場合には、現に存在する帯水層における地下水
流の方向及び速度等を勘案して、土壌中に供与したそれ
ぞれの微生物の生育を促進する要素が所望する汚染領域
において混交するべき配置で、上記３か所以上の供与地
点を設定する。

【００５２】例えば、上記の電子供与体と電子受容体を
分離して、かつ３か所の供与地点からこれらを土壌中に
供与する場合には、帯水層中の地下水流において、１か
所の電子供与体の供与地点から、下流方向に向けて等距
離の地点に２か所の電子受容体の供給地点を設けること
が好ましい。

【００５３】なぜならば、上記のように、一般に供与す
べき電子供与体は、爆発性を有する物質であったり、そ
れ自体が土壌を深刻に汚染し得る物質であったり、さら
にかかる特性故に土壌中の濃度が法的に規制されること
が多い物質であるために、供与した電子供与体は可能な
限り効率的に土壌中の微生物により分解させる必要があ
るからである。

【００５４】すなわち、土壌中に供与された上記微生物
の生育を促進する要素は、帯水層における水流によっ
て、供与地点からその流れの方向に向けて紡錘形に拡散
するが、仮に供与地点を２か所に設定し、供与した電子
供与体と電子受容体を微生物の生育の促進がある程度効
果的になされると予想される濃度で、上記の供与地点の
地下水流の下流の汚染領域において混交することを図る
場合には、一般的に、紡錘形に拡散した上記電子供与体
が全て、同じく紡錘形に拡散した上記電子受容体と混交
することは困難であり、微生物に容易に分解されないま
ま、上記電子供与体の一部が土壌中に残留してしまう危
険を避け難い。

【００５５】これに対して、帯水層中の地下水流におい
て、１か所の電子供与体の供与地点から、下流方向に向
けて等距離の地点に２か所の電子受容体の供給地点を設
けることで、これらの電子供与体と電子受容体を混交を
企図する領域において可能な限り効率的に土壌中の微生
物に電子供与体を資化させることが可能である。

【００５６】また、例えば上記の電子受容体と電子供与
体以外の微生物の栄養源を分離して土壌中に供与する場
合にも、上記と同様に３か所の供与地点を配置（電子供
与体以外の微生物の栄養源を地下水流の上流から供与）
することにより、効率的に微生物に供与した上記栄養源
を供給することが可能になり、当該栄養源により土壌が
汚染する危険性を回避することができる。

【００５７】Ｄ．本発明においては、上記混交地点に汚
染物質を分解可能な微生物の生育を促進する複数の要素
を移動させるための水流を発生させる手段を設けて、当
該手段で上記微生物の生育を促進する複数の要素を混交
地点に向けて移動させることも可能である。

【００５８】例えば、排水ポンプ等の地下給水手段によ
り、積極的に水を帯水層中に送り込んで水流を発生させ
ることや、逆に、揚水ポンプ等の揚水手段により、帯水
層中の水を揚水して水流を発生させることができる。

【００５９】本発明においては、上述のように、可能な
限り土壌に供与した微生物の生育を促進する要素を、当
該微生物に効率良く利用させる必要性があることから、
後者の揚水手段により、地下水流を発生させることが非
常に好ましい。

【００６０】上述した例のごとく、電子供与体と電子受
容体を分離して、かつ３か所の供与地点からこれらを土
壌中に供与する場合に、帯水層中の地下水流において、
１か所の電子供与体の供与地点から、下流方向に向けて
等距離の地点に２か所の電子受容体の供給地点を設けた
場合を想定する。

【００６１】かかる場合、上記供与地点から、浄化を企
図する汚染領域に向けて地下水流を発生させるように、
言い換えれば、結果として揚水手段を設けた地点が発生
させた地下水流の下流に位置するように当該揚水手段を
設けることにより、上記汚染領域において、さらに効率
的に上記電子供与体と電子受容体とを混交させて、土壌
中の微生物の生育を促進させることができる。

【００６２】なお、一般に汚染物質を分解可能な微生物
は、当該汚染物質を分解することにより生育が可能であ
るが、当該汚染物質の量が余りに多いとかえって生育が
阻害される傾向にある。すなわち、本発明における注入
手段を３か所以上の地点に設ける他の意義として、上記
微生物生育促進要素の土壌への注入時においては、主に
地下水流の上流域からのさらなる汚染物質による浄化区
域の汚染を防ぐことが可能であり、これにより上記微生
物生育促進要素の注入時におけるさらなる汚染物質によ
る、汚染物質を分解可能な微生物の上記生育阻害を回避
することが可能である。これを言い換えれば、浄化開始
当初の土壌中の汚染物質の濃度を基準にして、当該汚染
物質の浄化作業を行うことが可能である。

【００６３】このように、３か所以上設けた供与地点に
おいて土壌中に供与された上記の微生物の生育を促進す
る要素を混交する手段の一つとして、別個に帯水層中の
水流を発生させる場合には、結果として発生する帯水層
における地下水流の方向及び速度等を勘案して、土壌中
に供与したそれぞれの微生物の生育を促進する要素が所
望する汚染領域において混交するべき配置で、上記３か
所以上の供与地点を設定するのが好ましい。

【００６４】なお、かかる揚水手段を用いた形態におい
ても、供与地点を２か所しか設けない場合には、上記
Ｃ．において述べた場合と同様の不都合が生じる。

【００６５】Ｅ．本発明の汚染土壌の浄化方法において
は、 汚染物質を分解可能な微生物を活性化させる第一工
程、 第一工程後、上記微生物の生育を促進する複数の要素
の土壌への供与を停止した状態で汚染物質を上記微生物
に分解させる第二工程、 第二工程後、上記微生物の活性が低下した時点で再び
上記微生物の生育を促進する複数の要素の土壌への供与
を行う第三工程； 以上の工程を繰り返すことにより、一層効率的に汚染物
質を土壌から除去することができる。

【００６６】すなわち、上記第一工程において、上述し
たごとく、汚染物質を分解可能な微生物の生育を促進す
ることが可能な要素を土壌中に供与することにより、当
該微生物を活性化、すなわちその活力を増進して増殖を
促し；第二工程において、上記要素の供与を停止するこ
とによって、供与されてきた要素に代えて土壌における
汚染物質の上記微生物による分解を促進させ；第三工程
において、再び疲弊した上記微生物を活性化させる；こ
れらの工程を繰り返すことによって、一層効率的に汚染
物質を土壌から除去することができる。

【００６７】この方法は、例えばメタン資化性菌を活性
化する場合等において、メタン等の電子供与体と揮発性
有機塩素化合物等の分解を企図する汚染物質が異なる場
合に、特に有効な方法である。

【００６８】上記Ａ〜Ｅにおいて、上記汚染物質を分解
することが可能な微生物の生育を促進する要素の具体的
な分離の態様、当該要素の供与量及び上記Ｅに記載した
各工程について要する時間等は、汚染物質の浄化を企図
する領域の状況に応じて、個別具体的に決定されるべき
事項であり、一概に限定されるべきものではない。よっ
て、これらの事項については、後述する実施例において
具体的に開示する。

【００６９】Ｆ．本発明は、上記汚染土壌の浄化方法の
みならず、当該浄化方法を実施するための汚染土壌の浄
化システムをも提供する。本発明の浄化システムの構成
は、基本的には前述の図１に準ずる構成を含んでなる。

【００７０】すなわち、本発明浄化システムにおける
「汚染物質を分解可能な微生物に対する電子供与体溶存
水供給手段」及び「汚染物質を分解可能な微生物に対す
る電子受容体溶存水供給手段」は、図１における混合手
段１５に対応する。また、かかる電子供与体溶存水供給
手段により供給された「電子供与体溶存水を帯水層中に
注入する電子供与体溶存水注入手段」及びかかる電子受
容体溶存水供給手段により供給された「電子受容体溶存
水を帯水層中に注入する電子受容体溶存水注入手段」は
図１における注入井戸１６に対応する。

【００７１】ここで、上記電子供与体溶存水及び電子受
容体溶存水には、土壌中に供給することを企図する電子
供与体及び電子受容体がそれぞれ溶存していることは言
うまでもないが、必要に応じてこれらの溶存水中に他の
栄養源を含ませることも可能である。

【００７２】なお、上記注入手段の具体的態様は、上記
溶存水を効率的に土壌に供与できる限りにおいて特に限
定されず、例えば図１に示したごとく「注入井戸」の形
態とすることができる。

【００７３】これらの注入手段を３か所以上の地点に設
ける意義及びこれらの注入手段において、上記電子供与
体溶存水注入手段を設け、かつ当該地点から上記地下水
流の下流に向けて等距離の地点に複数の電子受容体溶存
水供給手段を設ける意義については上述した。

【００７４】また、別個揚水井戸に代表される帯水層の
水を揚水して、さらに所望の地下水流を生ずる揚水手段
を設ける意義についても上述した。

【００７５】図２は、本発明の浄化システムの一態様に
おける注入手段等の配置を示した概略図である。

【００７６】図２において、浄化システム１００は、帯
水層中の地下水を揚水する揚水井戸１１０；揚水井戸１
１０によって揚水され、吸水管１３０によって供給され
る地下水を２つに分けて、一方に電子供与体及びその他
の栄養分を添加及び混合し、他方に電子受容体及びその
他の栄養分を添加及び混合する混合手段１５０；混合手
段１５０で調製された、電子供与体及びその他の栄養分
を含む地下水を供給するための電子供与体注入用配管１
３１が通じる電子供与体注入用井戸１６１；混合手段１
５０で調製された、電子受容体及びその他の栄養分を含
む地下水を供給するための電子受容体注入用配管１３２
が通じる電子供与体注入用井戸１６２を含む。また、図
２中の***１７０は、当該位置の帯水層の汚染状況等を
監視する観測井戸である。さらに矢印１８０は、地下水
流の流れる方向を示す。

【００７７】なお、本浄化システム１００は、給水管１
３０と混合手段１５０との間には、図１に示したと同様
に、給水管１３０によって供給される地下水を曝気等に
より前処理する前処理手段を伴うこともできる（図示せ
ず）。さらに必要に応じて、汚染した土壌中に、汚染物
質を分解可能な微生物を補充するための微生物補充用口
を設けて、所望する微生物を意図的に土壌中に補充し
て、当該土壌の浄化に資することが可能である。

【００７８】図２中の矢印は、上記の矢印１８０を含め
て水の流れる方向を示すが、混合手段１５０において調
製された２種類の富栄養水のうち、電子供与体を含む富
栄養水は、電子供与体注入用井戸１６１を介して土壌中
に供与される。一方、電子受容体を含む富栄養水は、電
子受容体注入用井戸１６２を介して土壌中に供与され
る。

【００７９】土壌中に供与された電子供与体及び電子受
容体は、揚水井戸１１０の揚水力により、当該揚水井戸
１１０に向かう地下水流１８０に乗って、揚水井戸１１
０と注入用井戸１６１，１６２の間に存在する汚染領域
において混交され、当該汚染領域の汚染物質を分解可能
な微生物の生育を促進して、かかる汚染物質を分解する
ことができる。

【００８０】上記Ｅにおいて示した一連の工程を行う場
合には、観測井戸１７０によって、当該位置の帯水層の
汚染状況を監視して、各工程を進めることができる。

【００８１】このように、本発明においては、土壌中の
微生物の能力を高めて用いることにより、汚染した土壌
を生物的に浄化することが可能である。

【００８２】

【実施例】以下に、実施例によって本発明をさらに具体
的に説明する。しかしながら、この実施例によって、本
発明の技術的範囲が限定されて解釈されるべきものでは
ない。

【００８３】＜浄化対象地域の概要＞平成元年に千葉県
Ａ市の民家の井戸からトリクロロエチレンが検出され、
トリクロロエチレンによる土壌汚染が確認された。平成
２年以来、汚染の実態調査が行われている。汚染地層の
サンプルとして、揚水井付近でボーリングを行い、地表
から１４〜２３ｍのコアを採取した。汚染地下水は、揚
水井（ストレーナ深度地層から１４〜２３ｍ）から汲み
上げている地下水を採取した。

【００８４】＜汚染地域の汚染及び地質状況＞上記汚染
対象地域の汚染及び地質状況について種々の試験を行っ
た。その結果の一部を第１表に示す。

【表１】

【００８５】＜汚染地域のモデリング＞上記の試験結果
等を参考にして、汚染地域のモデリングを行った。モデ
リングは、以下の手順で行った。

【００８６】使用モデルの選定：本件において、使用
モデルは３次元モデルである、米国地質調査所（ＵＳＧ
Ｓ）が開発したＭＯＤＦＬＯＷ（McDonald and Harbaug
h 1988）を用いた。また、地下水流動モデルによるシュ
ミレーション結果は、モジュール構造をした３次元有限
要素モデルであるＭＴ３Ｄを用いた。

【００８７】帯水層の諸元の設定：透水係数は、揚水
試験結果から推定した。動水勾配は、実測値を用いた。
貯留係数は、揚水試験結果から推定した。有効空隙率
は、空隙率より低めの値を推定した。全空隙率は、実測
値を用いた。帯水層の上限と下限は、平均地下水位及び
帯水層と区分する粘土層の標高とした。地層の嵩比重
は、地層の空隙率と地層成分の比重から算出した。汚染
物質の初期濃度は、実測値を用いた。縦方向及び横方向
の分散係数は、Gelharら（EPRI) の理論に基づき算出し
た。有機炭素・水分配係数は、米国ＥＰＡのデータベー
スの数値を使用した。有機炭素含有率は、実測値を用い
た。

【００８８】有限要素格子の設定：モデリング対象領
域は、揚水及び注入の影響がほとんど及ばない程度に十
分広く設定した。その上で、モデリング対象領域を１０
０×１００程度の格子に分割した。その際、格子の大き
さは、周辺部分では大きく、揚水井及び注入井の近傍で
は小さく設定した。

【００８９】境界条件・初期条件の設定：有限要素格
子の横軸方向の地下水の流向と一致させた。有限要素格
子の左端と右端を汚染源とし、地下水位を実測値に基づ
き固定した。汚染物質、酸素、メタンの初期濃度は、サ
ンプル性状分析の結果の数値を参考にして設定した。

【００９０】地下水流動・物質動態シュミレーショ
ン：上記〜に基づき、i)揚水井のみの定常状態での
地下水流動シュミレーション、ii) 注入井を加えた定常
状態での地下水流動、物質動態シュミレーション、iii)
遷移状態での物質状態シュミレーションの３段階のシュ
ミレーションを行った。

【００９１】＜井戸等の配置＞上記で行ったシュミレ
ーションの結果等により、上記の汚染地域による本発明
浄化システムにおける各種井戸等の配置等を決定した。
かかる配置等を図３に示す。

【００９２】図３において、２１０は揚水井戸であり；
２２０は電子供与体（メタン）溶存水・電子受容体（酸
素）溶存水の調製をし、本発明の浄化システムの統括操
作を行う原位置モジュールであり；２３１は電子供与体
（メタン）溶存水供給管であり：２３２は電子受容体
（酸素）溶存水供給管であり；２４１は電子供与体（メ
タン）注入井戸（Iwj-3)であり；２５１（Iwj-1)及び２
５２（Iwj-2)は、共に電子受容体（酸素）注入井戸であ
り；２６１（Mw-1）及び２６２（Mw-2）は、共に観測井
戸であり；２７０は汚染領域である。

【００９３】また、揚水井戸２１０と観測井戸２６２の
間の横軸方向の距離は７ｍ；観測井戸２６２と観測井戸
２６１との横軸方向の距離は３ｍ５０ｃｍ；注入井戸２
５１・２５２と注入井戸２４１との横軸方向の距離は共
に１ｍ４０ｃｍ；同じく縦軸方向の距離は共に１ｍ４０
ｃｍ；観測井戸２６１と注入井戸２４１との横軸方向の
距離は３ｍ５０ｃｍである。

【００９４】＜原位置モジュールの運転＞ （１）運転条件： 土壌中のメタン資化性菌を増殖させるための増殖運転
は、３６日間行った。図３に示すごとく、メタンと無機
栄養塩類の混合溶存水は上記供給管２３１を通って、注
入井戸２４１（Iwj-3 ）を介して土壌中に供給した。さ
らに、酸素と無機栄養塩類の混合溶存水は上記供給管２
３２（２管）を通って、注入井戸２５１（Iwj-1)及び２
５２を介して土壌中に供給した。

【００９５】メタン溶存水には、１０ppm のメタンが溶
解しており、このメタン溶存水を０．７５t/時間の割合
で土壌中に注入した。また、酸素溶存水には、２０ppm
の酸素が溶解しており、この酸素溶存水を０．７５t/時
間の割合で土壌中に注入した。

【００９６】また、上述のように、各溶存水中には、以
下の無機栄養塩類を溶存させた。 i) 硝酸カリウム（ＫＮＯ₃ ）_....９５．８g/時間（３か所の注入井戸の総和） ii)リン酸２水素カリウム（ＫＨ₂ ＰＯ₄ ）_..３３．８g/時間（同上） iii) 炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ ＣＯ₃ ）_... ２０９．０g/時間（同上） また、ｐＨは、７．０付近に硫酸により調整した。さら
に、揚水井戸２１０における揚水速度は、４．２t/時間
であった。かかる条件で、原位置モジュールを運転し
た。

【００９７】土壌中のトリクロロエチレンを分解する
ための分解運転は５４日間行った。かかる分解運転は、
上記の増殖運転において、メタン、酸素及び無機栄養塩
類の土壌中への注入を停止することにより行った。

【００９８】（２）モニタリング 上記増殖運転中及び上記分解運転中を通じて、溶存酸素
量、無機栄養塩類、トリクロロエチレン類の分析を各モ
ニタリング井戸等で行った。

【００９９】＜結果＞ （１）物質移動：図４は、横軸に注入開始（増殖運転）
からの経過時間を示し、縦軸に電気伝導度及び溶存酸素
量の「観測井戸２６２（Mw-2）における濃度／注入井戸
２５１（Iwj-1)」を示す。すなわち、図４に示したグラ
フは、溶存酸素濃度の推移のシュミレーションから予想
される物質移動と、実測された電気伝導度から推測され
る物質移動（酸素量が多ければ電気伝導度は上昇する）
の相関を示したグラフである。図４に示されているよう
に、溶存酸素濃度の推移のシュミレーションから予想さ
れる物質移動時間と、実測された電気伝導度の推移を示
す物質移動時間がほぼ一致した。このことから、上記シ
ュミレーションの結果が実際の地下水流動に反映してい
ることが明らかになった。

【０１００】（２）無機栄養塩類の移動：図５は、上記
と同じく観測井戸２６２（Mw-2）における電気伝導度を
測定することによる無機栄養塩類の移動状況のモニタリ
ングを示すグラフである。図５により、無機栄養塩類は
約４日間で上記観測井戸に到達したことが判明した。こ
の結果は、増殖運転中、無機栄養塩類が十分に供給され
ていたことを示している。

【０１０１】（３）溶存酸素の供給：図６は、酸素を注
入後の観測井戸２６１（Mw-1）、２６２（Mw-2）及び注
入井戸２４１（Iwj-3)における溶存酸素量の変化の推移
を示すグラフである。図６により、酸素を注入している
限りにおいては、微生物の増殖に十分な酸素が上記各地
点に供給されていることが明らかになった。なお、酸素
を注入する前の、上記各地点の溶存酸素濃度は約５〜６
ppm であった。

【０１０２】（４）微生物の増殖：図７は、酸素等の注
入開始後の、観測井戸２６１（Mw-1）、２６２（Mw-2）
及び注入井戸２４１（Iwj-3)におけるメタン資化性菌の
菌数（ＭＰＮ：MOST PROBABLE NUMBER）の変化を示すグ
ラフである。各地点において、メタン資化性菌の十分な
増殖が認められた。なお、当然のことながら、注入井戸
に近い順で、メタン資化性菌が増殖を開始することも示
された。

【０１０３】（５）トリクロロエチレンの微生物分解：
図８は、全ての観測井戸及び注入井戸におけるトリクロ
ロエチレン濃度の推移を観察した結果を示すグラフであ
る。増殖運転条件下においては、予め行われた実証試験
範囲のトリクロロエチレンは希釈効果により減少した。
また、分解運転条件下においては、微生物分解が起こら
ない限り、上流の高濃度の汚染箇所から随時トリクロロ
エチレンが補給されたために、実証試験範囲内の井戸に
おけるトリクロロエチレン濃度が上昇した。

【０１０４】なお、シュミレーションによる、揚水井戸
におけるトリクロロエチレン濃度の回復率は、分解運転
開始後１５日目において９０〜９５％であった。なお、
このシュミレーションは、トリクロロエチレンの微生物
分解の影響を除外したものである。

【０１０５】しかしながら、図８に示したように、トリ
クロロエチレン濃度の実測値は、各観測地点において、
分解運転開始後約５０日後にようやく上昇した。すなわ
ち、上記シュミレーションによる試算よりも約３５日も
遅れてトリクロロエチレン濃度が上昇したことが示され
た。これは、トリクロロエチレンが、増殖したメタン資
化性菌により分解したことを明らかに示すものである。

【０１０６】そして、本実施例により、上記した増殖運
転と分解運転を繰り返すことにより、土壌中に繰り返し
供給されるトリクロロエチレンを、メタン資化性菌によ
り継続的に分解をすることが可能であることも明らかに
なった。

【０１０７】

【発明の効果】本発明により、原則として土壌中に生息
する汚染物質を分解可能な微生物を活性化することによ
り、効果的に汚染土壌を浄化することが可能な汚染土壌
の浄化方法及び浄化システムにが提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術を含めたこの汚染土壌の浄化方法を実
現するための機構について説明した概略図。

【図２】本発明の浄化システムの一態様における注入手
段等の配置を示した概略図である。

【図３】実施例の井戸等の具体的配置を示した概略図で
ある。

【図４】溶存酸素濃度の推移のシュミレーションから予
想される物質移動時間と、実測された電気伝導度の推移
を示す物質移動時間の相関を示すグラフである。

【図５】電気伝導度を測定することによる無機栄養塩類
の移動状況のモニタリングを示すグラフである。

【図６】酸素を注入後の観測井戸等における溶存酸素量
の変化の推移を示すグラフである。

【図７】酸素等の注入開始後の、観測井戸等におけるメ
タン資化性菌の菌数の変化を示すグラフである。

【図８】全ての観測井戸及び注入井戸におけるトリクロ
ロエチレン濃度の推移を観察した結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０、１００ 浄化システム １１、１１０、２１０ 揚水井戸 １２ 揚水ポンプ １３、１３' 、１３０ 吸水管 １３'' 注入用配管 １４ 前処理手段 １５、１５０ 混合手段 １６、１６１、１６２、１６３ 注入井戸 ２０ 地層 ３０ 帯水界面 ４０ 帯水層 ５０ 汚染土 １７０、２６１、２６２ 観測井戸 ２２０ 原位置モジュール ２３１ 電子供与体（メタン）溶存水供給管 ２３２ 電子受容体（酸素）溶存水供給管 ２４１ 電子供与体（メタン）注入井戸 ２５１、２５２ 電子受容体（酸素）注入井戸 ２７０ 汚染領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレイ ウオルトン アメリカ合衆国 80401 コロラド州 ゴールデン市 フェスキュアベニュー 23377 (72)発明者 ニック キューサラス アメリカ合衆国 80002 コロラド州 アルバーダ市 ダブリュウ．グランドビ ューズアベニュー (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B09B 3/00 ZABE

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】土壌中の汚染物質を分解可能な微生物の生
   育を促進し、当該微生物に汚染物質を分解させることを
   特徴とする汚染土壌の浄化方法において、上記微生物の
   生育を促進する複数の要素を３以上の供与地点において
   分離して土壌に供与し、次いで土壌に供与した上記要素
   を帯水層中の水流により移動させて当該帯水層中におい
   て混交し、当該混交地点で上記微生物を活性化して、上
   記微生物の活性化領域における汚染物質を分解すること
   を特徴とする汚染土壌の浄化方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の汚染土壌の浄化方法におい
   て、混交地点に汚染物質を分解可能な微生物の生育を促
   進する複数の要素を移動させるための水流を発生させる
   手段を設けて、当該手段で上記微生物の生育を促進する
   複数の要素を混交地点に向けて移動させることを特徴と
   する汚染土壌の浄化方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の汚染土壌の浄化方法におい
   て、混交地点に汚染物質を分解可能な微生物の生育を促
   進する複数の要素を移動させるための水流を発生させる
   手段が、帯水層中の水の揚水であることを特徴とする汚
   染土壌の浄化方法。
4. 【請求項４】汚染物質を分解可能な微生物の生育を促進
   する複数の要素として、当該微生物に対する電子供与体
   及び電子受容体を含むことを特徴とする請求項１乃至請
   求項３のいずれかの請求項記載の汚染土壌の浄化方法。
5. 【請求項５】請求項４記載の汚染土壌の除去方法におい
   て、土壌に汚染物質を分解可能な微生物における電子供
   与体を供与する地点から、帯水層中の水流を基準にし
   て、下流でかつ等距離の地点に複数の土壌に電子受容体
   を供与する地点を設け、帯水層中の水流によって、土壌
   中に供与された上記電子供与体及び上記電子受容体がそ
   れぞれ移動して混交した地点において、上記微生物を活
   性化することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
6. 【請求項６】汚染物質を分解可能な微生物がメタン資化
   性菌であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のい
   ずれかの請求項記載の汚染土壌の浄化方法。
7. 【請求項７】汚染領域に、当該汚染領域における汚染物
   質を分解可能な微生物を添加することを特徴とする請求
   項１乃至請求項６のいずれかの請求項記載の汚染土壌の
   浄化方法。
8. 【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれかの請求項
   記載の汚染土壌の浄化方法において、以下の工程を繰り
   返すことを特徴とする汚染土壌の浄化方法： 汚染物質を分解可能な微生物を活性化させる第一工
   程； 第一工程後、上記微生物の生育を促進する複数の要素
   の土壌への供与を停止した状態で汚染物質を上記微生物
   に分解させる第二工程； 第二工程後、上記微生物の活性が低下した時点で再び
   上記微生物の生育を促進する複数の要素の土壌への供与
   を行う第三工程。
9. 【請求項９】汚染物質を分解可能な微生物に対する電子
   供与体溶存水供給手段により供給された電子供与体溶存
   水を帯水層中に注入する電子供与体溶存水注入手段及び
   汚染物質を分解可能な微生物に対する電子受容体溶存水
   供給手段から供給された電子受容体溶存水を帯水層中に
   注入する電子受容体溶存水注入手段を、帯水層中の水流
   において汚染領域の上流であり、かつ上記電子供与体溶
   存水注入手段により土壌中に注入された電子供与体溶存
   水及び上記電子受容体溶存水注入手段により土壌中に注
   入された電子受容体溶存水が上記汚染領域において混交
   するように、上記電子供与体溶存水注入手段及び上記電
   子受容体溶存水注入手段を３か所以上の地点に設けたこ
   とを特徴とする汚染土壌の浄化システム。
10. 【請求項１０】汚染物質を分解可能な微生物に対する電
    子供与体溶存水供給手段により供給された電子供与体溶
    存水を帯水層中に注入する電子供与体溶存水注入手段及
    び汚染物質を分解可能な微生物における電子受容体溶存
    水供給手段から供給された電子受容体溶存水を帯水層中
    に注入する電子受容体溶存水注入手段並びに帯水層中の
    水を揚水する揚水手段を、当該揚水手段における揚水に
    より生じた帯水層中の水流により、上記電子供与体溶存
    水注入手段により土壌中に注入された電子供与体溶存水
    及び上記電子受容体溶存水注入手段により土壌中に注入
    された電子受容体溶存水が汚染領域において混交するこ
    とが可能な配置で、上記電子供与体溶存水注入手段及び
    上記電子受容体溶存水注入手段を３か所以上の地点に設
    け、かつ上記揚水手段を設け、さらに上記揚水手段から
    揚水した水を上記電子供与体溶存水供給手段及び／又は
    電子受容体溶存水供給手段に配給して、電子供与体溶存
    水及び／又は電子受容体溶存水の製造に資することを特
    徴とする汚染土壌の浄化システム。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の汚染土壌の浄化システ
    ムにおいて、揚水手段により揚水された地下水における
    汚染物質を分離する手段を設け、当該手段によって再浄
    化された地下水を汚染物質を分解可能な電子供与体溶存
    水供給手段及び／又は汚染物質を分解可能な微生物に対
    する電子受容体溶存水供給手段に配給して、上記電子受
    容体溶存水及び／又は上記電子受容体溶存水の製造に資
    することを特徴とする汚染土壌の浄化システム。
12. 【請求項１２】帯水層中の地下水流の上流に、汚染物質
    を分解可能な微生物に対する電子供与体溶存水注入手段
    を設け、当該地点から上記地下水流の下流に向けて等距
    離の地点に複数の電子受容体溶存水供給手段を設けたこ
    とを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の汚染土
    壌の浄化システム。
13. 【請求項１３】汚染領域に、当該汚染領域における汚染
    物質を分解可能な微生物を添加してなることを特徴とす
    る請求項８乃至請求項１２のいずれかの請求項記載の汚
    染土壌の浄化システム。