地下水浄化とは、汚染物質を除去するか無害な物質に変換することで、汚染された地下水を処理するプロセスです。地下水とは、地表下に存在する水で、地表下の空隙を飽和させています。世界全体では、飲料水の25～40%がボーリング井戸や掘り抜き井戸から汲み上げられています。[1]地下水は、農家が作物を灌漑するために、また企業が日用品を生産するためにも使用されています。ほとんどの地下水は清浄ですが、人間の活動や自然条件によって汚染される可能性があります。
人間の多様で多様な活動は、無数の廃棄物や副産物を生み出します。歴史的に、こうした廃棄物の処分は規制の対象とされることがほとんどありませんでした。その結果、廃棄物はしばしば地表に投棄または保管され、そこから地下水に浸透して汚染され、利用に適さなくなっています。
肥料や農薬の過剰施用、工場からの流出、都市流出水の浸入、埋立地からの漏出など、現在の慣行は依然として地下水に影響を与える可能性があります。汚染された地下水の使用は、中毒や病気の蔓延を通じて公衆衛生に危害を及ぼすため、これらの問題に対処するために地下水浄化の取り組みが発展してきました。地下水中の汚染物質は、物理的、無機化学的、有機化学的、細菌学的、放射性物質など、多岐にわたります。様々な技術を適用することで、地下水から汚染物質を除去することができ、それによって地下水を様々な用途に適した基準にまで浄化することができます。
テクニック
地下水浄化技術は、生物学的、化学的、そして物理的な処理技術に及びます。ほとんどの地下水処理技術は、これらの技術を組み合わせて利用しています。生物学的処理技術には、バイオオーグメンテーション、バイオベンティング、バイオスパージング、バイオスラーピング、ファイトレメディエーションなどがあります。化学的処理技術には、オゾンおよび酸素ガス注入、化学沈殿、膜分離、イオン交換、炭素吸収、水性化学酸化、界面活性剤強化回収などがあります。一部の化学的処理技術は、ナノ材料を用いて実施される場合もあります。物理的処理技術には、ポンプアンドトリート、エアスパージング、二相抽出などがありますが、これらに限定されるものではありません。[要出典]
生物学的処理技術
バイオオーグメンテーション
処理可能性試験において、地下水に含まれる汚染物質の分解が見られない場合（または有意な分解が達成されるまでに長期間の実験期間を要する場合）、汚染物質を分解する能力が知られている菌株の接種が効果的である可能性があります。このプロセスにより、バイオレメディエーションシステム内の反応性酵素濃度が上昇し、少なくとも接種後の初期段階では、汚染物質の分解速度が非添加時よりも上昇する可能性があります。[2]
バイオベンティング
バイオベンティングは、微生物を用いて地下水系中の有機成分を生分解するオンサイト修復技術です。バイオベンティングは、不飽和層への空気または酸素の流入を誘導し、必要に応じて栄養塩を添加することで、土着の細菌や古細菌の活性を高め、炭化水素の自然な原位置生分解を促進します。 [3]バイオベンティング中は、土壌中の残留汚染物質に直接空気を注入することで酸素を供給することができます。バイオベンティングは主に吸着した燃料残留物の分解を促進しますが、蒸気が生物学的に活性な土壌をゆっくりと移動することで、揮発性有機化合物（VOC）の分解も促進します。[4]
バイオスパージング
バイオスパージングは、飽和帯の有機成分を土着微生物を用いて生分解する原位置浄化技術です。バイオスパージングでは、空気（または酸素）と必要に応じて栄養素を飽和帯に注入することで、土着微生物の生物学的活性を高めます。バイオスパージングは、地下水に溶解している石油成分、地下水面下の土壌に吸着している石油成分、そして毛細管現象によって生じる石油成分の濃度を低減するために使用できます。[要出典]
バイオスラーピング
バイオスラーピングは、水より軽い遊離生成物（軽質非水相液体、LNAPL）をバイオベントと真空ポンプで吸引する技術を組み合わせたもので、地下水や土壌から遊離生成物を回収し、土壌を生物浄化します。バイオスラーピングシステムは、遊離生成物層まで伸びる「スラープ」チューブを使用します。グラスのストローが液体を吸い上げるように、ポンプは液体（遊離生成物を含む）と土壌ガスを同じプロセスストリームでチューブから吸い上げます。ポンプは、油などのLNAPLを地下水面上および毛細管縁（毛細管力によって水が保持されている飽和帯のすぐ上の領域）から引き上げます。LNAPLは地表に引き上げられ、そこで水と空気から分離されます。「バイオスラーピング」という用語における生物学的プロセスとは、不飽和帯の汚染土壌に空気が注入された際に炭化水素が好気的に分解されることを意味します。[5]
ファイトレメディエーション
ファイトレメディエーション（植物浄化）プロセスでは、特定の植物や樹木を植え、その根が時間をかけて地下水から汚染物質を吸収します。このプロセスは、根が地下水を汲み上げることができる地域で実施できます。このプロセスで使用される植物の例としては、チャイニーズラダーシダ（Pteris vittata）（別名ブレーキシダ）が挙げられます。これはヒ素を非常に効率的に蓄積します。遺伝子組み換えハコヤナギは水銀の吸収に優れ、遺伝子組み換えカラシナはセレンをよく吸収します。[6]
透過性反応性バリア
特定の種類の透水性反応性バリアは、地下水を浄化するために生物を利用します。[引用が必要]
化学処理技術
化学沈殿
化学沈殿法は、廃水処理において硬度物質や重金属を除去するために一般的に用いられています。一般的に、このプロセスでは、攪拌反応容器内の水性廃水流に薬剤をバッチ式または定常流で添加します。ほとんどの金属は、薬剤と溶解した金属イオンとの化学反応によって不溶性化合物に変換されます。不溶性化合物（沈殿物）は、沈降および／またはろ過によって除去されます。[要出典]
イオン交換
地下水浄化のためのイオン交換は、ほとんどの場合、粒状媒体（陽イオン交換媒体または陰イオン交換媒体）または球状ビーズの固定床に水を加圧下で下方に通過させることによって行われます。陽イオンは溶液中の特定の陽イオンと置換され、イオンは溶液中の特定の陰イオンと置換されます。浄化に最もよく使用されるイオン交換媒体は、ゼオライト（天然および合成）と合成樹脂です。[2]
炭素吸着
浄化に最も一般的に使用される活性炭は、瀝青炭由来です。活性炭は地下水から揮発性有機化合物を吸着し、その化合物は活性炭のグラファイトのような表面に付着します。[要出典]
化学酸化
このプロセスはIn Situ Chemical Oxidation（ISCO）と呼ばれ、化学酸化剤を地下に送り込み、有機分子を破壊（水と二酸化炭素、または無毒物質に変換）します。酸化剤は液体または気体として導入されます。酸化剤には、空気または酸素、オゾン、そして過酸化水素、過マンガン酸塩、過硫酸塩などの特定の液体化学物質が含まれます。 オゾンと酸素ガスは、空気と電気から現場で生成し、土壌や地下水汚染物質に直接注入することができます。このプロセスは、自然発生する好気性分解を酸化および／または促進する可能性があります。化学酸化は、高密度非水相液体またはDNAPLが存在する場合、効果的な手法であることが証明されています。[要出典]
界面活性剤による回復力向上
界面活性剤増進回収法は、飽和土壌マトリックスに吸収された汚染物質、または濃厚な非水相液体として存在する汚染物質の移動性と溶解性を高めます。界面活性剤増進回収法では、界面活性剤（石鹸や洗剤の主成分である界面活性剤）を汚染された地下水に注入します。一般的なシステムでは、抽出ポンプを用いて注入地点の下流の地下水を除去します。抽出された地下水は地上で処理され、注入された界面活性剤が汚染物質および地下水から分離されます。地下水から分離された界面活性剤は再利用されます。使用される界面活性剤は、無毒で食品グレードであり、生分解性です。界面活性剤増進回収法は、地下水が濃厚な非水相液体（DNAPL）によって汚染されている場合に最もよく使用されます。トリクロロエチレン（TCE）などのこれらの濃厚化合物は、水よりも密度が高いため、地下水中に沈みます。そして、帯水層内を数マイルにわたって広がる汚染物質プルームの継続的な発生源として機能します。これらの化合物は非常にゆっくりと生分解する可能性があり、毛細管現象によって捕捉された最初の流出地点や漏出地点の近傍でよく見られます。[7]
透過性反応性バリア
一部の透水性反応性バリアは、地下水浄化を実現するために化学プロセスを利用しています。[要出典]
物理的治療技術
ポンプとトリートメント
揚水浄化技術は、最も広く利用されている地下水浄化技術の一つです。このプロセスでは、地下水を地上に汲み上げ、生物学的処理または化学的処理を組み合わせて不純物を除去します。[8]
エアスパージング
エアスパージングとは、地下水に直接空気を吹き込むプロセスです。気泡が上昇するにつれて、汚染物質は空気との物理的接触（ストリッピング）によって地下水から除去され、不飽和層（土壌）へと運ばれます。汚染物質が土壌に移動する際には、通常、土壌蒸気抽出システムを用いて蒸気を除去します。[9]
二相真空抽出
二相真空抽出（DPVE）は多相抽出とも呼ばれ、高真空システムを使用して汚染された地下水と土壌蒸気の両方を除去する技術です。DPVEシステムでは、高真空抽出井戸のスクリーン部分が汚染された土壌と地下水のゾーンに配置されます。流体/蒸気抽出システムにより地下水位が下がり、抽出井戸への水の流れが速くなります。DPVEは地下水位の上下から汚染物質を除去します。井戸周辺の地下水位がポンプにより低下すると、不飽和土壌が露出します。毛細管フリンジと呼ばれるこの領域は、溶解していない化学物質、水より軽い化学物質、下の溶解した地下水から漏れた蒸気が含まれているため、高度に汚染されていることがよくあります。新しく露出したゾーンの汚染物質は、蒸気抽出によって除去できます。地上に出ると、抽出された蒸気と液相の有機物および地下水が分離され、処理されます。これらの技術と二相真空抽出法を組み合わせることで、毛細管周辺部が最も汚染されていることが多いため、現場での浄化時間を短縮することができます。[10]
モニタリング井戸の油回収
モニタリング井戸は、分析用の地下水サンプルを採取するために掘削されることが多い。これらの井戸は通常、直径6インチ以下で、ベルト式オイルスキマーを用いて地下水帯水層内の汚染物質プルームから炭化水素を除去するためにも使用される。ベルト式オイルスキマーはシンプルな設計で、工業用水システムから油やその他の浮遊炭化水素汚染物質を除去するために広く使用されている。[要出典]
モニタリングウェル用オイルスキマーは、ガソリン、軽質ディーゼル、灯油などの軽質燃料油から、No.6オイル、クレオソート、コールタールなどの重質油まで、様々な油を浄化します。このスキマーは、電動モーターで駆動されるプーリーシステム上を連続的に移動するベルトで構成されています。ベルト素材は炭化水素液体との親和性が高く、水をはじく性質も優れています。垂直落差が100フィート（約30メートル）を超えるベルトは、LNAPL/水界面を通過してモニタリングウェル内に降ろされます。ベルトがこの界面を通過する際に、液体炭化水素汚染物質を吸着し、ベルトがワイパー機構を通過する際に除去され、地上に回収されます。モニタリングウェルの底に沈降したDNAPL炭化水素がベルトスキマーの下部プーリーに到達した場合、これらの汚染物質もモニタリングウェル用オイルスキマーによって除去できます。[要出典]
通常、ベルトスキマーは汚染物質を含む水をほとんど除去しないため、残留炭化水素液体を回収するために単純な堰型分離機を使用することができます。これにより、水は帯水層への返送に適した状態になることが多いです。小型電気モーターは電力消費量が非常に少ないため、太陽光パネルや風力タービンから電力を供給できます。これにより、システムは自給自足となり、遠隔地への電力供給コストを削減できます。[11]
参照
参考文献
- ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2013年12月28日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年8月9日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ ab Hayman, M, & Dupont, RR (2001). 『地下水・土壌浄化：実証済み技術のプロセス設計とコスト見積り』 バージニア州レストン：ASCEプレス.
- ^ 「Akaya FAQs」Akaya . 2015年10月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年9月14日閲覧。
- ^ 「バイオベンティング」、公共環境監視センター（CPEO）。2009年11月29日閲覧。
- ^ 「Bioslurping」、公共環境監視センター（CPEO）。2009年11月29日閲覧。
- ^ スチュワート、ロバート. 「地下水浄化」2016年5月7日アーカイブ、Wayback Machine、2008年12月23日。2009年11月29日閲覧。
- ^ 「界面活性剤による回収率向上」公共環境監視センター（CPEO）。2009年11月29日閲覧。
- ^ Zhang, Shuai, Wang Xu-Sheng. 「1基または2基の注入井を用いた地下水浄化のための揚水処理システムの地域的な流れの影響を受けた再循環ゾーン：分析的比較」Water 15.15 (2023): 2852. ProQuest. Web. 2025年3月7日.
- ^ 「エアスパージング」、公共環境監視センター（CPEO）。2009年11月29日閲覧。
- ^ 「二相抽出」、公共環境監視センター（CPEO）。2009年11月29日閲覧。
- ^ 「ポンプ・アンド・トリートメントの代替手段」ボブ・ティボドー、ウォーター・オンライン・マガジン、2006年12月27日。
外部リンク
- EPA地下貯蔵タンクサイト向け代替浄化技術
