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特  集
1 嫌気性バイオレメディエーションによる
  塩素化エチレン汚染地下水の浄化
Hiroaki Ishida, Toshihiro Ueno1, and Kanji Nakamura Geo-Environment Group, Kurita Water Industries Ltd.
Department of Civil and Environmental Engineering,Faculty of Engineering,
Tohoku Gakuin University

はじめに
 テトラクロロエチレン(PCE)やトリクロロエチレン(TCE)等の塩素化エチレン類は、国内外でもっとも問題となっている土壌地下水の汚染物質のひとつである。これらの汚染物質を地上に取り出さず、土壌や地下水中で直接分解する原位置処理法は、経済的な浄化対策として近年注目が集まっている。特に、微生物の働きによって原位置で汚染物質を分解する原位置バイオレメディエーションは、物理化学的な手法よりも、安全で経済的な処理法として開発・実用化が進められてきている。
 TCE等の塩素化エチレン類で汚染された土壌・地下水を嫌気性微生物の働きによって原位置で浄化する、嫌気性バイオレメディエーションについて報告する。

1. 分解機構
 嫌気性バイオレメディエーションとは、電子供与体となる有機物を窒素やリン等の栄養塩等と共に地下水中に注入し、嫌気性微生物の働きによって汚染物質を分解除去する浄化技術である。PCEやTCEは、嫌気性微生物の働きによって還元的に脱塩素化され、ジクロロエチレン(DCE)、塩化ビニル(VC)、エチレン、さらにエタンにまで分解されることが知られている(図1)。PCEやTCEからcis-1,2-DCEまでの分解は、数多くの嫌気性微生物が可能であり、その分解速度も比較的速い。一方、cis-1,2- DCEやVCを電子受容体として利用し、完全にエチレンやエタンまで分解できることが確認されている嫌気性菌は、Dehalococcoides 属細菌だけである。Dehalococcoides 属細菌が存在しない汚染サイト場合、土壌地下水中に栄養剤を添加しても、TCEからcis-1,2-DCEへの変換のみで分解が停止し、完全な脱塩素化が起きないことが国内外で報告されており、嫌気性バイオレメディエーションを適用する場合、Dahalococcoides 属細菌が対象サイトに生息することを事前に確認することが必要である。

図1 嫌気性バイオレメディエーションによる塩素化エチレンの分解経路
図1 嫌気性バイオレメディエーションによる塩素化エチレンの分解経路

 

2. Dehalococcoides 属細菌の定量方法
 Dehalococcoides 属細菌の16S rDNAを標的にしたReal-Time PCRによる定量を検討した結果、地下水中のDehalococcoides 属細菌の16S rDNA を定量下限値10 copies/mLという高感度、かつ101?107 copies/mLという幅広いレンジで定量分析できることが明らかとなった。図2は、汚染地下水を用いたTCEのバイアル分解試験の際に、塩素化エチレンの分解が進行するにつれ、地下水中のDehalococcoides 属細菌の16S rDNAが増加することを本Real-Time PCR法によって確認した結果である。

図2 Dehalococcoides 属細菌によるcis-1,2-DCEの分解 及びそれに伴う細菌数の増加
図2 Dehalococcoides 属細菌によるcis-1,2-DCEの分解 及びそれに伴う細菌数の増加

3.嫌気性バイオレメディエーションの実施例
 実際の汚染サイトに嫌気性バイオレメディエーションを適用し、塩素化エチレンで汚染された地下水を環境基準以下にまで浄化した例を紹介する。対象サイトは、地表面下(GL)0 m?-6 mがシルト混じり粘土、GL-6 m?-11 mが砂、GL-11 m?-12 mがシルトで構成され、GL-6 m?11 mの砂層中に地下水が存在し、第一帯水層となっている。この第一帯水層地下水が0.1?0.8 mg/L程度のcis-1,2-DCEで汚染されている。
 浄化対象エリア、井戸および観測井(monitoring wells)の配置を図3に示す。揚水井および注水井として、それぞれ3本の井戸(Ex-3,4,5およびIn-3,4,5)を設置し、これらの井戸で囲まれる4 m×4 m×5mの帯水層部を浄化対象エリア(以下対象エリア)とした。栄養剤の地下水への供給は、井戸(Ex-3,4,5)より揚水した地下水にエタノールと栄養塩(アンモニア、リン酸)を混合し、対応する注水井(In-3,4,5)に注入することにより行った。
 栄養剤注入開始後のcis-1,2-DCE濃度分布の変化を図4に示す。対象エリア内のcis-1,2-DCE濃度は徐々に低下し、浄化開始後224日目には対象エリアのほとんどは環境基準以下にまで浄化された。また、この時、浄化エリア内のDahalococcoides 属細菌のDNA数がエリア外に比べて2?3桁以上増加することがReal-Time PCRによる定量によって確認され、cis-1,2-DCEの分解にDahalococcoides 属細菌が深く関与していることが実際のサイトでも明らかとなった。

図3 嫌気性バイオレメディエーション適用サイトの井戸配置図
図3 嫌気性バイオレメディエーション適用サイトの井戸配置図

図4 嫌気性バイオレメディエーション対象エリア内cis-1,2-DCE濃度変化
図4 嫌気性バイオレメディエーション対象エリア内cis-1,2-DCE濃度変化

まとめ
 嫌気性バイオレメディエーションによって、PCEやTCE等の塩素化エチレンによって汚染された地下水が効率的に浄化できることを報告した。本浄化技術の場合、cis-1,2-DCE以降の分解に大きく関与するDahalococcoides 属細菌が対象サイトに生息することを事前に確認した上で、栄養剤の添加後の地下水中の分解菌濃度をモニタリングし、その結果に基づきながら栄養剤の注入頻度、量、時期をコントロールすることが効率的に浄化を進める上で重要である。


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