土壌・地下水の浄化方法
【課題】 浄化対象となる土壌または地下水に、デハロコッコイデス属に属する塩素化エチレン分解菌を注入してバイオオーグメンテーションによる浄化を行う場合に、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖速度を大きくし、これにより高速で塩素化エチレンを分解し、短時間で効率よく浄化を行う方法を得る。
【解決手段】 塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水のデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法であって、前記土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入して土壌・地下水の浄化を行う方法。
【解決手段】 塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水のデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法であって、前記土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入して土壌・地下水の浄化を行う方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素化エチレン等の有害物質で汚染された土壌または地下水の浄化方法に関し、特にデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーション（Bio-augmentation:生物増強法）により、塩素化エチレンを分解する浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
塩素化エチレン等の有害物質で汚染された土壌または地下水を原位置で浄化する方法として、汚染物質に対する分解活性を有する生物を利用して浄化する方法、すなわちバイオメディエーション（Bio-mediation:生物修復法）がある。このようなバイオメディエーションには、浄化対象となる土壌または地下水に生息する生物を利用して浄化する方法と、外部から植種する生物を利用して浄化する方法とがある。このうち浄化対象となる土壌または地下水に生息する生物を利用して浄化する方法において、栄養剤を注入して生物を刺激する方法として、バイオスティミュレーション（Bio-stimulation:生物刺激法）があるが、土壌または地下水に、汚染物質に対する分解活性を有する生物が生息しない場合には適用できない。
【０００３】
外部から分解活性を有する生物を植種する方法は、バイオオーグメンテーション（Bio-augmentation:生物増強法）と称され、土壌または地下水に、汚染物質に対する分解活性を有する生物が生息しない場合に適用されることが多いが、分解活性を有する生物が生息する場合でも、その量が少ない場合には、同種あるいは別の生物を植種して分解活性を高め、浄化することが行われる。どちらの場合も栄養剤を注入して生物を増殖させ、分解効率を高めることが行われる。
【０００４】
これらの方法で浄化される汚染物質の塩素化エチレンとしては、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、シス−１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−ＤＣＥ）、トランス−１，２−ジクロロエチレン（ｔｒａｎｓ−ＤＣＥ）、１，１−ジクロロエチレン（１，１−ＤＣＥ）、塩化ビニル（ＶＣ）およびこれらの脱塩素化中間体などがあげられている。
【０００５】
デハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法については、特許文献１（特開２００５−２５４０８４号）に、過去に行なった、現場地下水中のデハロコッコイデス属その他の細菌の量の測定結果と実際に要した浄化期間の関係を示す近似式を求めて、浄化期間を推定する方法が提案されており、その実施形態として、デハロコッコイデス属細菌と栄養剤を添加する方法が記載されている。この方法ではデハロコッコイデス属細菌と栄養剤を同時に添加しており、塩素化エチレンの分解に長時間を要している。また特許文献１ではデハロコッコイデス属の細菌によるｃｉｓ−ＤＣＥについては示されているが、塩化ビニル（ＶＣ）をさらにエチレンに分解することは確認されていない。
【０００６】
特許文献２（特開２００２−３５５０５５号）には、デハロコッコイデス属に属する塩素化エチレン分解細菌の検出方法、および検出された塩素化エチレン分解細菌による塩素化エチレンの分解方法が示されている。その塩素化エチレンの分解方法としては、浄化対象となる土壌または地下水で検出した塩素化エチレン分解細菌を利用してトリクロロエチレン等の塩素化エチレンを分解する方法、ならびに他の方法として、検出した塩素化エチレン分解細菌を培養し、塩素化エチレン分解細菌の検出されない汚染土壌または地下水に、栄養剤とともに注入して塩素化エチレンを分解する方法、特に塩化ビニルをエチレンにまで分解する方法におけるバイオオーグメンテーションも記載されている。しかしこの方
法ではデハロコッコイデス属細菌と栄養剤を同時に添加しているため、塩素化エチレンの分解に長時間を要している。
【０００７】
またデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法については、非特許文献１〜３に示すように、海外にて数件報告事例がある。上記非特許文献では、いずれも浄化対象となる土壌または地下水に、栄養剤を添加した後にデハロコッコイデス属細菌を含む培養液を添加して浄化しているが、栄養剤注入してから菌注入までの期間は、非特許文献１で約９か月間、非特許文献２で約３か月間、非特許文献３で約１か月間と一定しておらず、また具体的な指標も示されていない。
【０００８】
上記バイオオーグメンテーションによる浄化方法においては、植種する生物の種類によって環境に大きく影響され、浄化対象となる土壌または地下水に含まれる塩素化エチレンの種類によって、増殖速度が左右される。デハロコッコイデス属細菌は広範囲の塩素化エチレンを分解することが知られているが、塩化ビニルをエチレンに分解する活性を有するデハロコッコイデス属細菌は、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）やトリクロロエチレン（ＴＣＥ）中では増殖速度が小さく、逆にシス−１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−ＤＣＥ）中では増殖速度が大きいので、バイオオーグメンテーションとしては、このような増殖速度に対応した環境を形成することが求められる。
【０００９】
このため従来のバイオオーグメンテーションによる浄化方法では、テトラクロロエチレンまたはトリクロロエチレンで汚染された土壌または地下水を、デハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化を行うに際し、栄養剤を添加した後デハロコッコイデス属細菌を添加して浄化することが行われているが、栄養剤添加後のデハロコッコイデス属細菌の注入時期を決定づける指標が無く、効率の良い処理を行うことができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２５４０８４号
【特許文献２】特開２００２−３５５０５５号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ellisら、2000、Bioaugmentation for accelerated in situ anaerobic bioremediation. Environ. Sci. Technol. 34, 2254-2260.
【非特許文献２】Maiorら、2002、Field demonstration of successful bioaugmentation to achieve dechlorination of tetrachloroethene to ethane. Environ. Sci. Technol. 36, 5106-5116.
【非特許文献３】Lendvayら、2003、Bioreactive barriers: a comparison of bioaugmentation and biostimulation for chlorinated solvent remediation. Environ. Sci. Technol. 37, 1422-1431.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、前記のような従来の問題点を解決するため、浄化対象となる土壌または地下水に、デハロコッコイデス属に属する塩素化エチレン分解菌を注入してバイオオーグメンテーションによる浄化を行う場合に、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖速度を大きくし、これにより高速で塩素化エチレンを分解し、短時間で効率よく浄化を行うことができる土壌・地下水の浄化方法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は次の土壌・地下水の浄化方法である。
（１） 塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水のデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法であって、
前記土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、
土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入することを特徴とする土壌・地下水の浄化方法。
（２） デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度は、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖量が、地下水流によるデハロコッコイデス属細菌の損失量を超える増殖を可能にするシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度である上記（１）記載の方法。
（３） デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度が、事前に対象土壌または地下水を用いた分解試験と対象土壌中の地下水流速の測定を行い、その結果に基づきデハロコッコイデス属細菌が増殖を維持し得ると試算されたシス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値以上の濃度である上記（１）または（２）記載の方法。
（４） シス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値の試算が、分解試験と地下水流速の測定に基づき、下記式〔１〕および式〔２〕を解くことにより行われる上記（３）記載の方法。
d[DCE]/dt＝([DCE]０−[DCE])／V×Q−Mud／Y×[DHC]×[DCE]／(Ks＋[DCE])・・・〔１〕
d[DHC]/dt＝Mud×[DHC]×[DCE]／(Kｓ＋[DCE])−[DHC]／V×Ｑ・・・・・〔２〕
（式〔１〕および〔２〕中、［ＤＣＥ］は変数で、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。［ＤＣＥ]０はＤＨＣ菌注入前のｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。Ｖは処理対象エリアの地下水容量（ｍ３）を示す。Ｑは処理対象エリアに流入する地下水流量（ｍ３／ｄａｙ）を示す。ＭｕｄはＤＨＣ菌の比増殖速度（１／ｄａｙ）を示す。ＹはＤＨＣ菌の収率（ｃｅｌｌｓ／ｍｇ）を示す。［ＤＨＣ］は変数で、ＤＨＣ菌濃度（ｃｅｌｌｓ／Ｌ）を示す。Ｋsは半飽和定数（ｍｇ／Ｌ）を示す。）
（５） 栄養剤がクエン酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸、ショ糖およびこれらの塩から選ばれる１種以上の栄養剤を含有し、かつ密度１．０５ｇ／ｍＬ以上に調整された処理剤である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の方法。
（６） 浄化対象となる土壌または地下水が、テトラクロロエチレンおよび／またはトリクロロエチレンを高濃度で含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い土壌または地下水である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の方法。
（７） デハロコッコイデス属細菌が、塩化ビニルをエチレンに分解する活性を有するデハロコッコイデス属細菌である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の方法。
【００１４】
本発明において、処理対象となる土壌または地下水は、塩素化エチレン等の有害物質で汚染された土壌または地下水である。汚染物質としての塩素化エチレンには、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、シス−１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−ＤＣＥ）、トランス−１，２−ジクロロエチレン（ｔｒａｎｓ−ＤＣＥ）、１，１−ジクロロエチレン（１，１−ＤＣＥ）、塩化ビニル（ＶＣ）およびこれらの脱塩素化中間体などが含まれるが、本発明では特にテトラクロロエチレンおよび／またはトリクロロエチレンを高濃度で、例えば主成分として含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い、特に増殖維持濃度より低い土壌または地下水が処理対象として適している。
【００１５】
本発明においてこのような塩素化エチレンの分解に用いられる生物は、塩素化エチレン分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌であるが、特に塩化ビニル（ＶＣ）を単独でエチレンに分解する活性を有するデハロコッコイデス属細菌が好ましい。このような塩化ビニルの分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌は、前記特許文献２（特開２００２−３５５０５５号）、特にその実施例に記載されている。このようなデハロコッコイデス
属細菌を本発明において用いる場合、デハロコッコイデス属細菌を単独で、あるいは他の細菌とともに培養した培養液を用い、土壌または地下水に注入するのが好ましい。土壌または地下水に注入する培養液中のデハロコッコイデス属細菌の濃度は、１０９〜１０１２ｃｅｌｌ／Ｌ程度が好ましく、このような培養液を地下水中に、１０７〜１０９ｃｅｌｌ／Ｌ程度の濃度となるように注入することができる。
【００１６】
このような塩素化エチレン分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌は、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを高濃度で含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い土壌または地下水では増殖はするが、増殖速度は小さい。これに対しシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が高い土壌または地下水では、増殖速度が高い。デハロコッコイデス属細菌の増殖速度はシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度に比例するので、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が高い状態で、デハロコッコイデス属細菌を注入すると、その増殖速度が大きくなり、浄化効率が良くなる。
【００１７】
本発明では、土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した状態で、デハロコッコイデス属細菌を注入してバイオオーグメンテーションによる浄化を行うが、シス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値を、分解試験と地下水流速の測定に基づき試算するために、前記式〔１〕および式〔２〕を準備する。式〔１〕は、微生物の増殖速度をモデル化するモノー式から、上記シス−１，２−ジクロロエチレンの分解反応を数式化するように導いた式である。また式〔２〕は、処理対象地域が完全混合のリアクターに近似するように、シス−１，２−ジクロロエチレンとデハロコッコイデス属細菌の物質収支を表わした式である。
【００１８】
本発明で採用するバイオオーグメンテーション（Bio-augmentation:生物増強法）は、外部から塩素化エチレン、特に塩化ビニルに対する分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌を植種して増強し、汚染物質を分解する方法である。この方法は浄化対象となる土壌または地下水に、塩素化エチレンに対する分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌が生息しない土壌または地下水に、上記分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌を植種する場合のほかに、塩素化エチレンに対する分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌が生息する場合でも、その生息数が少ない土壌または地下水に、分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌をさらに植種する場合、あるいは別の、特に塩化ビニルに対する分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌をさらに植種する場合などもある。
【００１９】
前述の通り、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを高濃度で含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い土壌または地下水では、本発明で用いる塩素化エチレン分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌（以下、ＤＨＣ菌という場合がある。）は増殖はするが、増殖速度は小さい。このため土壌または地下水にＤＨＣ菌と栄養剤を同時に添加すると、ＤＨＣ菌は増殖速度が小さい状態で、上流から流れてくる地下水によって希釈されて下流に流出し、注入地点においては希釈されて低濃度になり、増殖を維持できなくなる。
【００２０】
ところがテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンは、嫌気状態において土着の一般的な嫌気微生物によるテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンの還元的脱塩素化反応により分解され、シス−１，２−ジクロロエチレン（以下、ｃｉｓ−ＤＣＥという場合がある。）が生成し、ｃｉｓ−ＤＣＥの濃度が高くなる。このようなｃｉｓ−ＤＣＥの濃度が高い土壌または地下水では、本発明で用いる塩素化エチレン分解活性を有するＤＨＣ菌は、還元性雰囲気においては、その増殖速度が大きくなり、効率の良い浄化を行うことができる。
【００２１】
このため本発明では、浄化対象となる土壌または地下水に予め栄養剤を添加し、嫌気状態に保つことにより、土着の一般的な嫌気微生物の還元的脱塩素化反応により、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを分解して、ｃｉｓ−ＤＣＥを生成させ、還元性雰囲気にする。これにより土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下となり、ｃｉｓ−ＤＣＥの濃度が高くなり、ＤＨＣ菌の増殖維持濃度に増加した後にＤＨＣ菌を注入して土壌または地下水の浄化を行う。
【００２２】
栄養剤としては、土着の一般的な嫌気微生物による還元的脱塩素化反応によりテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを分解して、ｃｉｓ−ＤＣＥを生成させるものであればよく、その組成、濃度等は限定されず、公知のものが使用できる。好ましい栄養剤としては、クエン酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸、ショ糖およびこれらの塩から選ばれる１種以上の栄養剤を含有し、かつ密度１．０５ｇ／ｍＬ以上、好ましくは１．２〜１．３ｍｇ／ｍＬに調整された処理剤がある。このような栄養剤の注入量としては、地下水当たり０．１〜１０ｇ／Ｌ、好ましくは０．５〜５ｇ／Ｌの範囲となるように添加する。また栄養剤の注入頻度としては、１〜６か月、好ましくは３〜４か月間隔で繰り返し添加することができる。
【００２３】
前述のように、ＤＨＣ菌の増殖速度はｃｉｓ−ＤＣＥ濃度に比例するため、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度が低い時点でＤＨＣ菌を注入すると、ＤＨＣ菌の増殖は遅く、前述の通り土中に注入されたＤＨＣ菌は、上流から流れてくる地下水によって下流に流されて希釈され、ＤＨＣ菌の増殖速度は低くなる。このため注入したＤＨＣ菌を浄化対象となるエリアにおいて速やかに増殖させるためには、ＤＨＣ菌注入時におけるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度は、ＤＨＣ菌の増殖維持濃度に増加していることが必要である。このＤＨＣ菌の増殖維持濃度は、ＤＨＣ菌の増殖量が地下水流れによる希釈流出量よりも大きくなるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の濃度である。
【００２４】
このような増殖維持濃度は、事前に対象地下水を用いた分解試験と対象土壌中の地下水流速の測定を行い、その結果に基づき地下水流れによる希釈流出量＜ＤＨＣ菌の増殖量となるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値を、前記式〔１〕および式〔２〕を解くことにより試算したうえで、対象地下水のｃｉｓ−ＤＣＥ濃度をモニタリングし、そのｃｉｓ−ＤＣＥ濃度が上記ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値以上であることを確認した後に、ＤＨＣ菌を注入する。この時、一度の栄養剤添加でｃｉｓ−ＤＣＥ濃度が十分でなければ、複数回栄養剤を添加してもよい。
【００２５】
このように栄養剤添加後、土中のＯＲＰと基質（ｃｉｓ−ＤＣＥ）濃度がＤＨＣ菌の生育に適した条件であることを確認したうえで、ＤＨＣ菌を注入することにより、注入後ＤＨＣ菌が速やかに増殖し、より高い効果を発揮することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入することにより、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖速度を大きくし、これにより高速で塩素化エチレンを分解し、短時間で効率よく土壌または地下水の浄化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例２の実汚染地下水を用いたｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算における実測値と計算値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明では、塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつｃｉｓ−ＤＣＥの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入して土壌・地下水の浄化を行う。このとき上記ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算は分解試験と地下水流速の測定に基づき、下記式〔１〕および式〔２〕を解くことにより行うが、その試算方法は以下の通りである。
【００２９】
ｃｉｓ−ＤＣＥの上流から下流への移動と分解に伴う濃度変化は、簡易的に式〔１〕で表わせる。
d[DCE]/dt＝([DCE]０−[DCE])／V×Q−Mud／Y×[DHC]×[DCE]／(Ks＋[DCE])・・・〔１〕
【００３０】
この時、ＤＨＣ菌の上流から下流への移動と増殖に伴う濃度変化は、簡易的に式〔２〕で表わせる。
d[DHC]/dt＝Mud×[DHC]×[DCE]／(Kｓ＋[DCE])−[DHC]／V×Ｑ・・・・・〔２〕
【００３１】
式〔１〕および〔２〕中、［ＤＣＥ］は変数で、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。
［ＤＣＥ]０はＤＨＣ菌注入前のｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。
Ｖは処理対象エリアの地下水容量（ｍ３）を示す。Ｑは処理対象エリアに流入する地下水流量（ｍ３／ｄａｙ）を示す。
ＭｕｄはＤＨＣ菌の比増殖速度（１／ｄａｙ）を示す。
ＹはＤＨＣ菌の収率（ｃｅｌｌｓ／ｍｇ）を示す。
［ＤＨＣ］は変数で、ＤＨＣ菌濃度（ｃｅｌｌｓ／Ｌ）を示す。
Ｋsは半飽和定数（ｍｇ／Ｌ）を示す。
【００３２】
地下水流れによる希釈流出量＜ＤＨＣ菌の増殖量となるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値は、以下の要領で試算できる。
【００３３】
(i) 処理対象の現場地下水１００ｍＬを採取し、１５５ｍＬの密閉瓶に入れた後、ｃｉｓ−ＤＣＥ（０．１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲）、栄養剤およびＤＨＣ菌を添加し、２０℃で分解試験を行う。式〔１〕および式〔２〕を用いて、ｃｉｓ−ＤＣＥの分解データを基にカーブフィッティングを行い、ＭｕｄとＹとＫsを求める。このとき、地下水流れはないため式〔１〕の第一項と式〔２〕の第二項は削除する。
【００３４】
(ii) 処理対象エリアを設定してVを決め、現場の地下水流速を測定してQを求める。
【００３５】
(iii) 任意のＤＨＣ菌注入濃度を設定し、上記(i)および(ii)において得られた定数を用いて式〔１〕および式〔２〕を解くことにより、異なるｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度についてＤＨＣ菌の濃度変化を求める。本計算結果に基づいて、注入後に地下水流れによる希釈流出量＜ＤＨＣ菌の増殖量となるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値を求めることができる。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実施例について説明する。各例中、％は特に表示しない限り重量％である。
【００３７】
〔実施例１〕：
〔ＯＲＰの影響〕；
トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、ｃｉｓ−ＤＣＥ、および塩化ビニルモノマー（ＶＣ）で汚染されている地下水１００ｍｌを１２５ｍｌ容積のバイアル瓶に入れ、クエン酸塩が１０、５０、５００ｍｇ／Ｌとなるように添加した後ブチルゴム栓で密封し、アルミニウムキャップでシールした。このバイアル瓶を３０℃で静置し、１０日後にバイアル瓶中の地下水のＯＲＰを測定した。この後、ＤＨＣ菌を含む培養液を１ｍＬ添加して、気相のガスを採取し、ＧＣ−ＦＩＤ法によりＴＣＥ、ｃｉｓ−１，２−ＤＣＥ、ＶＣ、エチレンを測定した。
【００３８】
結果を表１に示す。検体１における１０日後のＯＲＰは５０ｍＶであり、ＤＨＣ菌を含む培養液を添加してもＴＣＥの分解がほとんど進まなかったのに対し、検体２および検体３における１０日後のＯＲＰは、それぞれ−１００ｍＶ、−３００ｍＶとなり、培養液添加後はＴＣＥが低下し、最終生成物であるエチレンの増加が確認された。
本結果から、地下水中のＯＲＰが−１００ｍＶ以下となった時点でＤＨＣ菌を注入することにより、比較的短期間でＴＣＥを分解できることが分かった。
【００３９】
【表１】
【００４０】
〔実施例２〕：
本発明におけるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値の試算方法の妥当性を確かめるため、次の（１）実汚染地下水を用いたｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算、ならびに（２）実汚染土壌および地下水を用いた評価試験を行った。
【００４１】
（１）〔実汚染地下水を用いたｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算〕；
(i) 処理対象の実汚染地下水１００ｍＬを採取し、１５５ｍＬの密閉瓶に入れた後、１０ｍｇ／Ｌ相当のｃｉｓ−ＤＣＥ、栄養剤およびＤＨＣ菌を添加し、２０℃で分解試験を行った。次に、式〔１〕および式〔２〕を用いて、ｃｉｓ−ＤＣＥの分解データを基にカーブフィッティングを行った。その結果、図１に示したように実測値と計算値は良く一致し、この時Ｍｕｄ＝０．７（１／ｄ）、Ｙ＝２．６×１０７ｃｅｌｌｓ／ｍｇ、Ｋs＝０．１ｍｇ／Ｌであった。
【００４２】
(ii) 現場地下水の処理エリアを幅１ｍ×奥行き１ｍ×深さ１０ｍに設定し、間隙率は０．３であったためＶは３ｍ３と求められた。また地下水流速の測定結果は４３．２ｃｍ／ｄａｙであり、エリア断面積１０ｍ２より、Ｑは１．３ｍ３／ｄａｙと求められた。
【００４３】
(iii) 上記(i)および(ii)において得られた定数を用いて式〔１〕および式〔２〕を解くことにより、ｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度０．１、０．３、１．０ｍｇ／Ｌの３条件における、２週間後のＤＨＣ菌濃度変化を計算した。なお、ＤＨＣ菌の注入濃度１．０Ｅ＋０７ｃ
ｅｌｌｓ／Ｌとした。その結果、表２に示したように、２週間後のＤＨＣ菌濃度はそれぞれ５．８Ｅ＋０６、２．０Ｅ＋０７、４．３Ｅ＋０７ｃｅｌｌｓ／Ｌとなった。
本結果から、注入後に地下水流れによる希釈流出量＜ＤＨＣ菌の増殖量となるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値は０．３ｍｇ／Ｌと試算された。
【００４４】
【表２】
【００４５】
（２）〔実汚染土壌および地下水を用いたカラム試験〕；
本発明におけるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算結果の妥当性を確かめるため、実施例２と同現場の実汚染土壌および地下水を用いた評価試験を行った。約１４０ｍＬ容のガラス製カラム（φ３ｃｍ、長さ２０ｃｍ）に実汚染土壌１８０ｇを入れ、５００ｍｇ／Ｌのクエン酸塩を添加した実汚染地下水を通水した。なお、試験は２０℃で行い、カラム内液量は４４ｍＬであるため、通水量は（１）のＱ／Ｖ比に合わせて１２ｍＬ／ｄａｙとした。同様の汚染土壌カラムを３系列用意し、それぞれｃｉｓ−ＤＣＥの異なる地下水（約１０Ｌ）をテドラーバックに密閉し、１週間通水後、通水を一且停止し、土壌カラム内地下水中のＤＨＣ菌濃度が１．０Ｅ＋０７ｃｅｌｌｓ／Ｌとなるよう、ＤＨＣ菌を含む培養液を植菌してから、通水を再開した。
【００４６】
通水再開直後において、カラム出口液中のｃｉｓ−ＤＣＥ濃度を測定した結果、それぞれ０．０９ｍｇ／Ｌ、０．３２ｍｇ／Ｌ、０．５６ｍｇ／Ｌであったため、順にカラム１、カラム２、カラム３とした。
以降は、１週間後、２週間後、１か月後にカラム出口液を採取し、カラム出口液中のｃｉｓ−ＤＣＥ濃度およびＤＨＣ菌濃度を測定した。
【００４７】
カラム出口液中のＤＨＣ菌濃度変化を表３に、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度測定結果から得られたカラム前後におけるｃｉｓ−ＤＣＥ分解率（％）の推移を表４に示す。カラム１においてＤＨＣ菌濃度は緩やかに減少し、１か月後におけるｃｉｓ−ＤＣＥ分解率は6％程度であったのに対し、カラム２およびカラム３では、共にＤＨＣ菌濃度が増加し、1か月後におけるｃｉｓ−ＤＣＥ分解率はそれぞれ約７５および８７％にまで到達していることが確認された。
本結果から、事前に試算したｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値を超える地下水にDHC菌を注入することで、塩素化エチレンで汚染された土壌および地下水を効率的に処理できることが確認された。
【００４８】
【表３】
【００４９】
【表４】
【００５０】
テトラクロロエチレンおよび／またはトリクロロエチレンで汚染された土壌および／または地下水のデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法に関し、栄養剤を添加した後、デハロコッコイデス属細菌の注入時期を決定づける指標が無かったが、本法により、注入後、デハロコッコイデス属細菌が速やかに定着・増殖し、より高い効果を発揮することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、塩素化エチレン等の有害物質で汚染された土壌または地下水の浄化方法、特にデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションにより、塩素化エチレンを分解する浄化方法に利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素化エチレン等の有害物質で汚染された土壌または地下水の浄化方法に関し、特にデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーション（Bio-augmentation:生物増強法）により、塩素化エチレンを分解する浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
塩素化エチレン等の有害物質で汚染された土壌または地下水を原位置で浄化する方法として、汚染物質に対する分解活性を有する生物を利用して浄化する方法、すなわちバイオメディエーション（Bio-mediation:生物修復法）がある。このようなバイオメディエーションには、浄化対象となる土壌または地下水に生息する生物を利用して浄化する方法と、外部から植種する生物を利用して浄化する方法とがある。このうち浄化対象となる土壌または地下水に生息する生物を利用して浄化する方法において、栄養剤を注入して生物を刺激する方法として、バイオスティミュレーション（Bio-stimulation:生物刺激法）があるが、土壌または地下水に、汚染物質に対する分解活性を有する生物が生息しない場合には適用できない。
【０００３】
外部から分解活性を有する生物を植種する方法は、バイオオーグメンテーション（Bio-augmentation:生物増強法）と称され、土壌または地下水に、汚染物質に対する分解活性を有する生物が生息しない場合に適用されることが多いが、分解活性を有する生物が生息する場合でも、その量が少ない場合には、同種あるいは別の生物を植種して分解活性を高め、浄化することが行われる。どちらの場合も栄養剤を注入して生物を増殖させ、分解効率を高めることが行われる。
【０００４】
これらの方法で浄化される汚染物質の塩素化エチレンとしては、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、シス−１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−ＤＣＥ）、トランス−１，２−ジクロロエチレン（ｔｒａｎｓ−ＤＣＥ）、１，１−ジクロロエチレン（１，１−ＤＣＥ）、塩化ビニル（ＶＣ）およびこれらの脱塩素化中間体などがあげられている。
【０００５】
デハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法については、特許文献１（特開２００５−２５４０８４号）に、過去に行なった、現場地下水中のデハロコッコイデス属その他の細菌の量の測定結果と実際に要した浄化期間の関係を示す近似式を求めて、浄化期間を推定する方法が提案されており、その実施形態として、デハロコッコイデス属細菌と栄養剤を添加する方法が記載されている。この方法ではデハロコッコイデス属細菌と栄養剤を同時に添加しており、塩素化エチレンの分解に長時間を要している。また特許文献１ではデハロコッコイデス属の細菌によるｃｉｓ−ＤＣＥについては示されているが、塩化ビニル（ＶＣ）をさらにエチレンに分解することは確認されていない。
【０００６】
特許文献２（特開２００２−３５５０５５号）には、デハロコッコイデス属に属する塩素化エチレン分解細菌の検出方法、および検出された塩素化エチレン分解細菌による塩素化エチレンの分解方法が示されている。その塩素化エチレンの分解方法としては、浄化対象となる土壌または地下水で検出した塩素化エチレン分解細菌を利用してトリクロロエチレン等の塩素化エチレンを分解する方法、ならびに他の方法として、検出した塩素化エチレン分解細菌を培養し、塩素化エチレン分解細菌の検出されない汚染土壌または地下水に、栄養剤とともに注入して塩素化エチレンを分解する方法、特に塩化ビニルをエチレンにまで分解する方法におけるバイオオーグメンテーションも記載されている。しかしこの方
法ではデハロコッコイデス属細菌と栄養剤を同時に添加しているため、塩素化エチレンの分解に長時間を要している。
【０００７】
またデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法については、非特許文献１〜３に示すように、海外にて数件報告事例がある。上記非特許文献では、いずれも浄化対象となる土壌または地下水に、栄養剤を添加した後にデハロコッコイデス属細菌を含む培養液を添加して浄化しているが、栄養剤注入してから菌注入までの期間は、非特許文献１で約９か月間、非特許文献２で約３か月間、非特許文献３で約１か月間と一定しておらず、また具体的な指標も示されていない。
【０００８】
上記バイオオーグメンテーションによる浄化方法においては、植種する生物の種類によって環境に大きく影響され、浄化対象となる土壌または地下水に含まれる塩素化エチレンの種類によって、増殖速度が左右される。デハロコッコイデス属細菌は広範囲の塩素化エチレンを分解することが知られているが、塩化ビニルをエチレンに分解する活性を有するデハロコッコイデス属細菌は、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）やトリクロロエチレン（ＴＣＥ）中では増殖速度が小さく、逆にシス−１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−ＤＣＥ）中では増殖速度が大きいので、バイオオーグメンテーションとしては、このような増殖速度に対応した環境を形成することが求められる。
【０００９】
このため従来のバイオオーグメンテーションによる浄化方法では、テトラクロロエチレンまたはトリクロロエチレンで汚染された土壌または地下水を、デハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化を行うに際し、栄養剤を添加した後デハロコッコイデス属細菌を添加して浄化することが行われているが、栄養剤添加後のデハロコッコイデス属細菌の注入時期を決定づける指標が無く、効率の良い処理を行うことができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２５４０８４号
【特許文献２】特開２００２−３５５０５５号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ellisら、2000、Bioaugmentation for accelerated in situ anaerobic bioremediation. Environ. Sci. Technol. 34, 2254-2260.
【非特許文献２】Maiorら、2002、Field demonstration of successful bioaugmentation to achieve dechlorination of tetrachloroethene to ethane. Environ. Sci. Technol. 36, 5106-5116.
【非特許文献３】Lendvayら、2003、Bioreactive barriers: a comparison of bioaugmentation and biostimulation for chlorinated solvent remediation. Environ. Sci. Technol. 37, 1422-1431.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、前記のような従来の問題点を解決するため、浄化対象となる土壌または地下水に、デハロコッコイデス属に属する塩素化エチレン分解菌を注入してバイオオーグメンテーションによる浄化を行う場合に、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖速度を大きくし、これにより高速で塩素化エチレンを分解し、短時間で効率よく浄化を行うことができる土壌・地下水の浄化方法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は次の土壌・地下水の浄化方法である。
（１） 塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水のデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法であって、
前記土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、
土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入することを特徴とする土壌・地下水の浄化方法。
（２） デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度は、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖量が、地下水流によるデハロコッコイデス属細菌の損失量を超える増殖を可能にするシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度である上記（１）記載の方法。
（３） デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度が、事前に対象土壌または地下水を用いた分解試験と対象土壌中の地下水流速の測定を行い、その結果に基づきデハロコッコイデス属細菌が増殖を維持し得ると試算されたシス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値以上の濃度である上記（１）または（２）記載の方法。
（４） シス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値の試算が、分解試験と地下水流速の測定に基づき、下記式〔１〕および式〔２〕を解くことにより行われる上記（３）記載の方法。
d[DCE]/dt＝([DCE]０−[DCE])／V×Q−Mud／Y×[DHC]×[DCE]／(Ks＋[DCE])・・・〔１〕
d[DHC]/dt＝Mud×[DHC]×[DCE]／(Kｓ＋[DCE])−[DHC]／V×Ｑ・・・・・〔２〕
（式〔１〕および〔２〕中、［ＤＣＥ］は変数で、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。［ＤＣＥ]０はＤＨＣ菌注入前のｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。Ｖは処理対象エリアの地下水容量（ｍ３）を示す。Ｑは処理対象エリアに流入する地下水流量（ｍ３／ｄａｙ）を示す。ＭｕｄはＤＨＣ菌の比増殖速度（１／ｄａｙ）を示す。ＹはＤＨＣ菌の収率（ｃｅｌｌｓ／ｍｇ）を示す。［ＤＨＣ］は変数で、ＤＨＣ菌濃度（ｃｅｌｌｓ／Ｌ）を示す。Ｋsは半飽和定数（ｍｇ／Ｌ）を示す。）
（５） 栄養剤がクエン酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸、ショ糖およびこれらの塩から選ばれる１種以上の栄養剤を含有し、かつ密度１．０５ｇ／ｍＬ以上に調整された処理剤である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の方法。
（６） 浄化対象となる土壌または地下水が、テトラクロロエチレンおよび／またはトリクロロエチレンを高濃度で含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い土壌または地下水である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の方法。
（７） デハロコッコイデス属細菌が、塩化ビニルをエチレンに分解する活性を有するデハロコッコイデス属細菌である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の方法。
【００１４】
本発明において、処理対象となる土壌または地下水は、塩素化エチレン等の有害物質で汚染された土壌または地下水である。汚染物質としての塩素化エチレンには、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、シス−１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−ＤＣＥ）、トランス−１，２−ジクロロエチレン（ｔｒａｎｓ−ＤＣＥ）、１，１−ジクロロエチレン（１，１−ＤＣＥ）、塩化ビニル（ＶＣ）およびこれらの脱塩素化中間体などが含まれるが、本発明では特にテトラクロロエチレンおよび／またはトリクロロエチレンを高濃度で、例えば主成分として含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い、特に増殖維持濃度より低い土壌または地下水が処理対象として適している。
【００１５】
本発明においてこのような塩素化エチレンの分解に用いられる生物は、塩素化エチレン分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌であるが、特に塩化ビニル（ＶＣ）を単独でエチレンに分解する活性を有するデハロコッコイデス属細菌が好ましい。このような塩化ビニルの分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌は、前記特許文献２（特開２００２−３５５０５５号）、特にその実施例に記載されている。このようなデハロコッコイデス
属細菌を本発明において用いる場合、デハロコッコイデス属細菌を単独で、あるいは他の細菌とともに培養した培養液を用い、土壌または地下水に注入するのが好ましい。土壌または地下水に注入する培養液中のデハロコッコイデス属細菌の濃度は、１０９〜１０１２ｃｅｌｌ／Ｌ程度が好ましく、このような培養液を地下水中に、１０７〜１０９ｃｅｌｌ／Ｌ程度の濃度となるように注入することができる。
【００１６】
このような塩素化エチレン分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌は、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを高濃度で含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い土壌または地下水では増殖はするが、増殖速度は小さい。これに対しシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が高い土壌または地下水では、増殖速度が高い。デハロコッコイデス属細菌の増殖速度はシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度に比例するので、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が高い状態で、デハロコッコイデス属細菌を注入すると、その増殖速度が大きくなり、浄化効率が良くなる。
【００１７】
本発明では、土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した状態で、デハロコッコイデス属細菌を注入してバイオオーグメンテーションによる浄化を行うが、シス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値を、分解試験と地下水流速の測定に基づき試算するために、前記式〔１〕および式〔２〕を準備する。式〔１〕は、微生物の増殖速度をモデル化するモノー式から、上記シス−１，２−ジクロロエチレンの分解反応を数式化するように導いた式である。また式〔２〕は、処理対象地域が完全混合のリアクターに近似するように、シス−１，２−ジクロロエチレンとデハロコッコイデス属細菌の物質収支を表わした式である。
【００１８】
本発明で採用するバイオオーグメンテーション（Bio-augmentation:生物増強法）は、外部から塩素化エチレン、特に塩化ビニルに対する分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌を植種して増強し、汚染物質を分解する方法である。この方法は浄化対象となる土壌または地下水に、塩素化エチレンに対する分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌が生息しない土壌または地下水に、上記分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌を植種する場合のほかに、塩素化エチレンに対する分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌が生息する場合でも、その生息数が少ない土壌または地下水に、分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌をさらに植種する場合、あるいは別の、特に塩化ビニルに対する分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌をさらに植種する場合などもある。
【００１９】
前述の通り、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを高濃度で含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い土壌または地下水では、本発明で用いる塩素化エチレン分解活性を有するデハロコッコイデス属細菌（以下、ＤＨＣ菌という場合がある。）は増殖はするが、増殖速度は小さい。このため土壌または地下水にＤＨＣ菌と栄養剤を同時に添加すると、ＤＨＣ菌は増殖速度が小さい状態で、上流から流れてくる地下水によって希釈されて下流に流出し、注入地点においては希釈されて低濃度になり、増殖を維持できなくなる。
【００２０】
ところがテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンは、嫌気状態において土着の一般的な嫌気微生物によるテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンの還元的脱塩素化反応により分解され、シス−１，２−ジクロロエチレン（以下、ｃｉｓ−ＤＣＥという場合がある。）が生成し、ｃｉｓ−ＤＣＥの濃度が高くなる。このようなｃｉｓ−ＤＣＥの濃度が高い土壌または地下水では、本発明で用いる塩素化エチレン分解活性を有するＤＨＣ菌は、還元性雰囲気においては、その増殖速度が大きくなり、効率の良い浄化を行うことができる。
【００２１】
このため本発明では、浄化対象となる土壌または地下水に予め栄養剤を添加し、嫌気状態に保つことにより、土着の一般的な嫌気微生物の還元的脱塩素化反応により、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを分解して、ｃｉｓ−ＤＣＥを生成させ、還元性雰囲気にする。これにより土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下となり、ｃｉｓ−ＤＣＥの濃度が高くなり、ＤＨＣ菌の増殖維持濃度に増加した後にＤＨＣ菌を注入して土壌または地下水の浄化を行う。
【００２２】
栄養剤としては、土着の一般的な嫌気微生物による還元的脱塩素化反応によりテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを分解して、ｃｉｓ−ＤＣＥを生成させるものであればよく、その組成、濃度等は限定されず、公知のものが使用できる。好ましい栄養剤としては、クエン酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸、ショ糖およびこれらの塩から選ばれる１種以上の栄養剤を含有し、かつ密度１．０５ｇ／ｍＬ以上、好ましくは１．２〜１．３ｍｇ／ｍＬに調整された処理剤がある。このような栄養剤の注入量としては、地下水当たり０．１〜１０ｇ／Ｌ、好ましくは０．５〜５ｇ／Ｌの範囲となるように添加する。また栄養剤の注入頻度としては、１〜６か月、好ましくは３〜４か月間隔で繰り返し添加することができる。
【００２３】
前述のように、ＤＨＣ菌の増殖速度はｃｉｓ−ＤＣＥ濃度に比例するため、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度が低い時点でＤＨＣ菌を注入すると、ＤＨＣ菌の増殖は遅く、前述の通り土中に注入されたＤＨＣ菌は、上流から流れてくる地下水によって下流に流されて希釈され、ＤＨＣ菌の増殖速度は低くなる。このため注入したＤＨＣ菌を浄化対象となるエリアにおいて速やかに増殖させるためには、ＤＨＣ菌注入時におけるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度は、ＤＨＣ菌の増殖維持濃度に増加していることが必要である。このＤＨＣ菌の増殖維持濃度は、ＤＨＣ菌の増殖量が地下水流れによる希釈流出量よりも大きくなるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の濃度である。
【００２４】
このような増殖維持濃度は、事前に対象地下水を用いた分解試験と対象土壌中の地下水流速の測定を行い、その結果に基づき地下水流れによる希釈流出量＜ＤＨＣ菌の増殖量となるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値を、前記式〔１〕および式〔２〕を解くことにより試算したうえで、対象地下水のｃｉｓ−ＤＣＥ濃度をモニタリングし、そのｃｉｓ−ＤＣＥ濃度が上記ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値以上であることを確認した後に、ＤＨＣ菌を注入する。この時、一度の栄養剤添加でｃｉｓ−ＤＣＥ濃度が十分でなければ、複数回栄養剤を添加してもよい。
【００２５】
このように栄養剤添加後、土中のＯＲＰと基質（ｃｉｓ−ＤＣＥ）濃度がＤＨＣ菌の生育に適した条件であることを確認したうえで、ＤＨＣ菌を注入することにより、注入後ＤＨＣ菌が速やかに増殖し、より高い効果を発揮することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入することにより、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖速度を大きくし、これにより高速で塩素化エチレンを分解し、短時間で効率よく土壌または地下水の浄化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例２の実汚染地下水を用いたｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算における実測値と計算値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明では、塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつｃｉｓ−ＤＣＥの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入して土壌・地下水の浄化を行う。このとき上記ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算は分解試験と地下水流速の測定に基づき、下記式〔１〕および式〔２〕を解くことにより行うが、その試算方法は以下の通りである。
【００２９】
ｃｉｓ−ＤＣＥの上流から下流への移動と分解に伴う濃度変化は、簡易的に式〔１〕で表わせる。
d[DCE]/dt＝([DCE]０−[DCE])／V×Q−Mud／Y×[DHC]×[DCE]／(Ks＋[DCE])・・・〔１〕
【００３０】
この時、ＤＨＣ菌の上流から下流への移動と増殖に伴う濃度変化は、簡易的に式〔２〕で表わせる。
d[DHC]/dt＝Mud×[DHC]×[DCE]／(Kｓ＋[DCE])−[DHC]／V×Ｑ・・・・・〔２〕
【００３１】
式〔１〕および〔２〕中、［ＤＣＥ］は変数で、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。
［ＤＣＥ]０はＤＨＣ菌注入前のｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。
Ｖは処理対象エリアの地下水容量（ｍ３）を示す。Ｑは処理対象エリアに流入する地下水流量（ｍ３／ｄａｙ）を示す。
ＭｕｄはＤＨＣ菌の比増殖速度（１／ｄａｙ）を示す。
ＹはＤＨＣ菌の収率（ｃｅｌｌｓ／ｍｇ）を示す。
［ＤＨＣ］は変数で、ＤＨＣ菌濃度（ｃｅｌｌｓ／Ｌ）を示す。
Ｋsは半飽和定数（ｍｇ／Ｌ）を示す。
【００３２】
地下水流れによる希釈流出量＜ＤＨＣ菌の増殖量となるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値は、以下の要領で試算できる。
【００３３】
(i) 処理対象の現場地下水１００ｍＬを採取し、１５５ｍＬの密閉瓶に入れた後、ｃｉｓ−ＤＣＥ（０．１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲）、栄養剤およびＤＨＣ菌を添加し、２０℃で分解試験を行う。式〔１〕および式〔２〕を用いて、ｃｉｓ−ＤＣＥの分解データを基にカーブフィッティングを行い、ＭｕｄとＹとＫsを求める。このとき、地下水流れはないため式〔１〕の第一項と式〔２〕の第二項は削除する。
【００３４】
(ii) 処理対象エリアを設定してVを決め、現場の地下水流速を測定してQを求める。
【００３５】
(iii) 任意のＤＨＣ菌注入濃度を設定し、上記(i)および(ii)において得られた定数を用いて式〔１〕および式〔２〕を解くことにより、異なるｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度についてＤＨＣ菌の濃度変化を求める。本計算結果に基づいて、注入後に地下水流れによる希釈流出量＜ＤＨＣ菌の増殖量となるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値を求めることができる。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実施例について説明する。各例中、％は特に表示しない限り重量％である。
【００３７】
〔実施例１〕：
〔ＯＲＰの影響〕；
トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、ｃｉｓ−ＤＣＥ、および塩化ビニルモノマー（ＶＣ）で汚染されている地下水１００ｍｌを１２５ｍｌ容積のバイアル瓶に入れ、クエン酸塩が１０、５０、５００ｍｇ／Ｌとなるように添加した後ブチルゴム栓で密封し、アルミニウムキャップでシールした。このバイアル瓶を３０℃で静置し、１０日後にバイアル瓶中の地下水のＯＲＰを測定した。この後、ＤＨＣ菌を含む培養液を１ｍＬ添加して、気相のガスを採取し、ＧＣ−ＦＩＤ法によりＴＣＥ、ｃｉｓ−１，２−ＤＣＥ、ＶＣ、エチレンを測定した。
【００３８】
結果を表１に示す。検体１における１０日後のＯＲＰは５０ｍＶであり、ＤＨＣ菌を含む培養液を添加してもＴＣＥの分解がほとんど進まなかったのに対し、検体２および検体３における１０日後のＯＲＰは、それぞれ−１００ｍＶ、−３００ｍＶとなり、培養液添加後はＴＣＥが低下し、最終生成物であるエチレンの増加が確認された。
本結果から、地下水中のＯＲＰが−１００ｍＶ以下となった時点でＤＨＣ菌を注入することにより、比較的短期間でＴＣＥを分解できることが分かった。
【００３９】
【表１】
【００４０】
〔実施例２〕：
本発明におけるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値の試算方法の妥当性を確かめるため、次の（１）実汚染地下水を用いたｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算、ならびに（２）実汚染土壌および地下水を用いた評価試験を行った。
【００４１】
（１）〔実汚染地下水を用いたｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算〕；
(i) 処理対象の実汚染地下水１００ｍＬを採取し、１５５ｍＬの密閉瓶に入れた後、１０ｍｇ／Ｌ相当のｃｉｓ−ＤＣＥ、栄養剤およびＤＨＣ菌を添加し、２０℃で分解試験を行った。次に、式〔１〕および式〔２〕を用いて、ｃｉｓ−ＤＣＥの分解データを基にカーブフィッティングを行った。その結果、図１に示したように実測値と計算値は良く一致し、この時Ｍｕｄ＝０．７（１／ｄ）、Ｙ＝２．６×１０７ｃｅｌｌｓ／ｍｇ、Ｋs＝０．１ｍｇ／Ｌであった。
【００４２】
(ii) 現場地下水の処理エリアを幅１ｍ×奥行き１ｍ×深さ１０ｍに設定し、間隙率は０．３であったためＶは３ｍ３と求められた。また地下水流速の測定結果は４３．２ｃｍ／ｄａｙであり、エリア断面積１０ｍ２より、Ｑは１．３ｍ３／ｄａｙと求められた。
【００４３】
(iii) 上記(i)および(ii)において得られた定数を用いて式〔１〕および式〔２〕を解くことにより、ｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度０．１、０．３、１．０ｍｇ／Ｌの３条件における、２週間後のＤＨＣ菌濃度変化を計算した。なお、ＤＨＣ菌の注入濃度１．０Ｅ＋０７ｃ
ｅｌｌｓ／Ｌとした。その結果、表２に示したように、２週間後のＤＨＣ菌濃度はそれぞれ５．８Ｅ＋０６、２．０Ｅ＋０７、４．３Ｅ＋０７ｃｅｌｌｓ／Ｌとなった。
本結果から、注入後に地下水流れによる希釈流出量＜ＤＨＣ菌の増殖量となるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度の下限値は０．３ｍｇ／Ｌと試算された。
【００４４】
【表２】
【００４５】
（２）〔実汚染土壌および地下水を用いたカラム試験〕；
本発明におけるｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値の試算結果の妥当性を確かめるため、実施例２と同現場の実汚染土壌および地下水を用いた評価試験を行った。約１４０ｍＬ容のガラス製カラム（φ３ｃｍ、長さ２０ｃｍ）に実汚染土壌１８０ｇを入れ、５００ｍｇ／Ｌのクエン酸塩を添加した実汚染地下水を通水した。なお、試験は２０℃で行い、カラム内液量は４４ｍＬであるため、通水量は（１）のＱ／Ｖ比に合わせて１２ｍＬ／ｄａｙとした。同様の汚染土壌カラムを３系列用意し、それぞれｃｉｓ−ＤＣＥの異なる地下水（約１０Ｌ）をテドラーバックに密閉し、１週間通水後、通水を一且停止し、土壌カラム内地下水中のＤＨＣ菌濃度が１．０Ｅ＋０７ｃｅｌｌｓ／Ｌとなるよう、ＤＨＣ菌を含む培養液を植菌してから、通水を再開した。
【００４６】
通水再開直後において、カラム出口液中のｃｉｓ−ＤＣＥ濃度を測定した結果、それぞれ０．０９ｍｇ／Ｌ、０．３２ｍｇ／Ｌ、０．５６ｍｇ／Ｌであったため、順にカラム１、カラム２、カラム３とした。
以降は、１週間後、２週間後、１か月後にカラム出口液を採取し、カラム出口液中のｃｉｓ−ＤＣＥ濃度およびＤＨＣ菌濃度を測定した。
【００４７】
カラム出口液中のＤＨＣ菌濃度変化を表３に、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度測定結果から得られたカラム前後におけるｃｉｓ−ＤＣＥ分解率（％）の推移を表４に示す。カラム１においてＤＨＣ菌濃度は緩やかに減少し、１か月後におけるｃｉｓ−ＤＣＥ分解率は6％程度であったのに対し、カラム２およびカラム３では、共にＤＨＣ菌濃度が増加し、1か月後におけるｃｉｓ−ＤＣＥ分解率はそれぞれ約７５および８７％にまで到達していることが確認された。
本結果から、事前に試算したｃｉｓ−ＤＣＥ濃度下限値を超える地下水にDHC菌を注入することで、塩素化エチレンで汚染された土壌および地下水を効率的に処理できることが確認された。
【００４８】
【表３】
【００４９】
【表４】
【００５０】
テトラクロロエチレンおよび／またはトリクロロエチレンで汚染された土壌および／または地下水のデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法に関し、栄養剤を添加した後、デハロコッコイデス属細菌の注入時期を決定づける指標が無かったが、本法により、注入後、デハロコッコイデス属細菌が速やかに定着・増殖し、より高い効果を発揮することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、塩素化エチレン等の有害物質で汚染された土壌または地下水の浄化方法、特にデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションにより、塩素化エチレンを分解する浄化方法に利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水のデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法であって、
前記土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、
土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入することを特徴とする土壌・地下水の浄化方法。
【請求項２】
デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度は、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖量が、地下水流によるデハロコッコイデス属細菌の損失量を超える増殖を可能にするシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度である請求項１記載の方法。
【請求項３】
デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度が、事前に対象土壌または地下水を用いた分解試験と対象土壌中の地下水流速の測定を行い、その結果に基づきデハロコッコイデス属細菌が増殖を維持し得ると試算されたシス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値以上の濃度である請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
シス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値の試算が、分解試験と地下水流速の測定に基づき、下記式〔１〕および式〔２〕を解くことにより行われる請求項３記載の方法。
d[DCE]/dt＝([DCE]０−[DCE])／V×Q−Mud／Y×[DHC]×[DCE]／(Ks＋[DCE])・・・〔１〕
d[DHC]/dt＝Mud×[DHC]×[DCE]／(Kｓ＋[DCE])−[DHC]／V×Ｑ・・・・・〔２〕
（式〔１〕および〔２〕中、［ＤＣＥ］は変数で、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。［ＤＣＥ]０はＤＨＣ菌注入前のｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。Ｖは処理対象エリアの地下水容量（ｍ３）を示す。Ｑは処理対象エリアに流入する地下水流量（ｍ３／ｄａｙ）を示す。ＭｕｄはＤＨＣ菌の比増殖速度（１／ｄａｙ）を示す。ＹはＤＨＣ菌の収率（ｃｅｌｌｓ／ｍｇ）を示す。［ＤＨＣ］は変数で、ＤＨＣ菌濃度（ｃｅｌｌｓ／Ｌ）を示す。Ｋsは半飽和定数（ｍｇ／Ｌ）を示す。）
【請求項５】
栄養剤がクエン酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸、ショ糖およびこれらの塩から選ばれる１種以上の栄養剤を含有し、かつ密度１．０５ｇ／ｍＬ以上に調整された処理剤である請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
浄化対象となる土壌または地下水が、テトラクロロエチレンおよび／またはトリクロロエチレンを高濃度で含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い土壌または地下水である請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
デハロコッコイデス属細菌が、塩化ビニルをエチレンに分解する活性を有するデハロコッコイデス属細菌である請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
塩素化エチレンで汚染された土壌または地下水のデハロコッコイデス属細菌を利用したバイオオーグメンテーションによる浄化方法であって、
前記土壌または地下水に予め栄養剤を添加した後、
土壌または地下水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下であり、かつシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が、デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度に増加した後に、デハロコッコイデス属細菌を注入することを特徴とする土壌・地下水の浄化方法。
【請求項２】
デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度は、注入したデハロコッコイデス属細菌の増殖量が、地下水流によるデハロコッコイデス属細菌の損失量を超える増殖を可能にするシス−１，２−ジクロロエチレンの濃度である請求項１記載の方法。
【請求項３】
デハロコッコイデス属細菌の増殖維持濃度が、事前に対象土壌または地下水を用いた分解試験と対象土壌中の地下水流速の測定を行い、その結果に基づきデハロコッコイデス属細菌が増殖を維持し得ると試算されたシス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値以上の濃度である請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
シス−１，２−ジクロロエチレン濃度の下限値の試算が、分解試験と地下水流速の測定に基づき、下記式〔１〕および式〔２〕を解くことにより行われる請求項３記載の方法。
d[DCE]/dt＝([DCE]０−[DCE])／V×Q−Mud／Y×[DHC]×[DCE]／(Ks＋[DCE])・・・〔１〕
d[DHC]/dt＝Mud×[DHC]×[DCE]／(Kｓ＋[DCE])−[DHC]／V×Ｑ・・・・・〔２〕
（式〔１〕および〔２〕中、［ＤＣＥ］は変数で、ｃｉｓ−ＤＣＥ濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。［ＤＣＥ]０はＤＨＣ菌注入前のｃｉｓ−ＤＣＥ初濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。Ｖは処理対象エリアの地下水容量（ｍ３）を示す。Ｑは処理対象エリアに流入する地下水流量（ｍ３／ｄａｙ）を示す。ＭｕｄはＤＨＣ菌の比増殖速度（１／ｄａｙ）を示す。ＹはＤＨＣ菌の収率（ｃｅｌｌｓ／ｍｇ）を示す。［ＤＨＣ］は変数で、ＤＨＣ菌濃度（ｃｅｌｌｓ／Ｌ）を示す。Ｋsは半飽和定数（ｍｇ／Ｌ）を示す。）
【請求項５】
栄養剤がクエン酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸、ショ糖およびこれらの塩から選ばれる１種以上の栄養剤を含有し、かつ密度１．０５ｇ／ｍＬ以上に調整された処理剤である請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
浄化対象となる土壌または地下水が、テトラクロロエチレンおよび／またはトリクロロエチレンを高濃度で含み、シス−１，２−ジクロロエチレンの濃度が低い土壌または地下水である請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
デハロコッコイデス属細菌が、塩化ビニルをエチレンに分解する活性を有するデハロコッコイデス属細菌である請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−８６１９１（Ｐ２０１２−８６１９１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６７８９（Ｐ２０１０−２３６７８９）
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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