JP2003311256A - 砂質地層に於、電気浸透揚水方法による有害物質除去工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】電気浸透法と揚水曝気法の長所を兼ね備え、電
気抵抗値の高い砂礫質汚染土壌でも十分に浄化可能な優
れた電気浸透揚水法を提供する。 【解決手段】有害物質によって汚染された砂礫質土壌中
に、イオン伝導体形成に適切な薬液注入工を施し、先端
部に導電性多孔筒体１を有する複数のパイプを間隔付け
て埋設し、一方の多孔筒体１′を陽極とし、他方の多孔
筒体１を陰極とし、多孔筒体内に水を収容し、孔１２を
通して汚染土壌と密着させ、両電極に電圧をかけて有害
物質を多孔筒体内に移動させ、水と共に地上に汲み上げ
て処理し、砂礫層から粘土層まで複雑な地層に対応出来
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、有害金属や化学
物質等の有害物質によって汚染された土壌を浄化する電
気浸透による有害物質浄化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、土壌汚染有害物質の除去方法は、
浅い地層はショベルカー等で新しい土と置換し、汚染物
質が地下深く浸透すると、ベントナイト配合のセント系
硬化剤のグラウトで固めて有害物質が逸流拡散しないよ
うにする方法や、汚染地盤付近の地下水を汲み上げて処
理する揚水曝気方法などが主な処理である。

【０００３】また、有害物質を遮水壁で囲い同遮水壁の
中に、還元剤やバイオ菌を注入処理して無害化する工法
等も提案されている。

【０００４】しかしながら、地下の環境は複雑な要素を
有しているため、未知の部分も多いことから、これらの
工法の採用には慎重な検討が必要となる。

【０００５】深度の深い汚染土壌を浄化する確実な方法
としては、井戸を設けて汚染地下水を汲み上げて、これ
を曝気により無害なものに処理する揚水曝気方法が、最
も多く採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単に汚
染地下水を揚水して処理したのでは、土粒子に吸着され
た汚染物質は、そのまま土中に残り、これが長期の間に
地下水に溶出して、汚染地域の拡大を惹起する重大な欠
陥の可能性が常にあった。

【０００７】また、粘土の層間には、アルコール、アル
デヒド、ケトン、ニトリル、等の極性分子も層間の水を
追い出し吸着する性質がある。この性質を利用して、汚
染有害物質をベントナイトなどの粘土鉱物に吸着させて
も、外部電気エネルギーが加わると放出してしまう欠陥
があり、逆にこのことからも粘土地盤においては、電気
浸透揚水工法が有効であるとされる。

【０００８】粘土地盤に於、有効な電気浸透工法ある
が、砂地盤には効果が期待できない、日本国土の地層は
礫や砂や粘土などが複雑に互層を成して、粘土や有機質
土のみの地層は皆無に等しい、その為に粘土地盤に有効
であるとされながら国内での電気浸透工法の実施例は皆
無であろう。

【０００９】この発明は、このような点に鑑みなされた
ものであり、揚水曝気法と電気浸透法の欠陥を克服する
ことと、同時に揚水曝気法と電気浸透法を組合せて、そ
れぞれの長所だけを取り入れることに着眼して、鋭意研
究した結果である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】有害物質によって汚染さ
れた土壌は電気を通さないときは平衡状態にあるが、外
部電気エネルギーを加えることによって、分離して電荷
移動し陽極と陰極にそれぞれ引き寄せられ、両極に地下
水を溶媒とした汚染物質が集合するので、これを汲み上
げて無害な物質に処理する。両極の地下水を汲み上げ、
また注水することによって、溶媒の濃度が維持され、相
乗効果を作為して、電荷移動反応が促進され、汚染物質
を除去するものである。

【００１１】しかし、砂質層は電気抵抗が高く２０００
Ω前後付近にあり、イオン伝導性も低い、それで砂層に
ナトリュームやカルシュームを多く含む珪酸塩を砂層に
注入することで、砂層にイオン伝導体が人為的に作り出
せることを見出し、本発明に到達した。

【００１２】モンモリナイトやスメイクタイトやゼオラ
イトなどの粘土鉱物は多孔体を形成して、吸着性があ
り、高いイオン交換性があることが良く知られていて、
特にモンモリナイトを主成分とするベントナイトは膨潤
性に優れ、高い止水性を発揮することで土木分野では広
く利用されている。

【００１３】比較的に恒久性があり、ホモゲルではイオ
ン伝導性がある、ベントナイトやセント系硬化剤は砂層
には浸透性が無く、注入すると脈状割裂注入になり、地
盤が隆起するばかりでなく電気浸透に必要な良好なイオ
ン伝導体を作為することが出来ない。

【００１４】砂質層には浸透性の高い、無機の溶液型の
薬液注入材が、電気浸透に良好なイオン伝導体を作為す
る目的に適していることが分った。

【００１５】また注入方法は、グラウティングで固めて
有害物質が逸流拡散しないようにする目的で、ジェット
グラウトが多く採用されている。しかしジェットグラウ
トを採用して置換した場合、単純にその注入量分の汚泥
が発生し、産業廃棄物の汚泥が二次汚染の危険性も有
り、この注入方法は不向きである。電気浸透に必要なイ
オン伝導体を作為するには、出来るだけ自然浸透に近い
注入方法を採用して、砂質土の粒子間隙に注入材が浸透
して一体化した、サンドゲルを得ることが大切であり、
注入方法は二重管ストレーナー方法が適していることが
分かつた。

【００１６】

【発明の実施形態】図１は、本発明の実施例を示す薬液
注入による前処理の実施例であり、浄化しようとする汚
染範囲にマーキングして、穿孔水等の排水処理設備を
し、薬液注入工法による建設工事の施工に関する暫定指
針に従い薬液注入を実施する。

【００１７】注入率は、砂層の間隙率の３５〜４５％前
後に充填率６０〜９０％を掛けた２０〜４０％が適当で
ある。

【００１８】注入深度は、汚染物質深度より１ｍ程度深
くするが、必要以上に深くすることも望ましくない。

【００１９】対象土層は、礫混じりの砂礫層からシルト
混じり砂層や粘土介在するがイオン伝導体として十分に
機能しない地層まで有効であり、砂質地層の透水係数が
１０〜１０−５ｃｍ／ｓ付近まで有効な有害物質除去方
法である。

【００２０】薬液注入工に、ついで汚染土壌地盤中にボ
ーリングマシン等で穿孔して、ストレーナーパイプ（多
孔筒体）＜１，１′＞付きのパイプ（筒体）を建て込
む。上記実施例では、パイプは、ストレーナーパイプ＜
１＞と上端のケーシングパイプ＜２＞とサクションホー
スの連結部＜７＞を有する短筒状＜８＞とを羅合連結す
ることにより構成している。

【００２１】このストレーナーパイプ＜１，１′＞とし
ては、導電性を有し、耐腐食性が高く、埋設に耐える強
度を有するのが好ましい。このようなものとしては、ス
テンレス、チタン材及び導電性プラスチック等が挙げら
れる。

【００２２】ケーシングパイプ２，３としては導電性を
有しないで、耐腐食性が高く、埋設に耐える強度を有す
る材質を使用するのが好ましい電流の短絡を防ぐため、
ケーシングパイプ＜２，３＞は塩ビのような合成樹脂と
するのが好ましい。

【００２３】前記筒体は、筒体全体を耐腐食性が高く、
埋設に耐える強度を有する絶縁材質を使用して、筒体の
多孔筒内部に電極となる電線を接続した導電体（チタン
・ステンレス・導電樹脂など）を設備しても良い（図省
略）。

【００２４】上記実施例では、ストレーナーパイプ＜
１，１′＞の一方＜１＞を陰極とし、他方＜１′＞を陽
極としている。ストレーナーパイプ＜１，１′＞には地
上部に位置する短筒状体＜８＞から挿入した電線＜１
３，１３′＞が連結され、両電線＜１３，１３＞に直流
電流を流すことによって、有害物質の電荷移動反応を惹
起させる。

【００２５】過剰電圧により、電荷移動反応は加速さ
れ、適用電流密度が大きい方が汚染土壌の改良期間が短
く出来ることは言うまでもないが、硫酸銅溶液に１クー
ロンの電気量を流すことによって、銅３２９ｍｇ析出す
ることから理解されるように、比較的弱電でも効果が大
である。

【００２６】埋設したストレーナーパイプ＜１，１′＞
内には水が収容されている。実施例は水は注入管＜５＞
から注入している。地盤中から地下水がスチレーナ内に
流入している場合は、水の注入は不要である。尚、注入
管から電極活性剤やイオン化促進剤を注入することも出
来る。

【００２７】電気化学的に可逆反応を起こさせると、図
３に示すように、陽極にイオン化した塩素イオン、臭素
イオン、ヨウ素イオン、セレンイオン、水酸イオン、硝
酸イオン、硫酸イオン、イオウイオン、クロム酸イオン
等が移動すると、同時に陰極にナトリュームイオン、水
素イオン、カルシュームイオン、リチュームイオン、銅
イオン、亜鉛イオン等が移動することが知られている。

【００２８】イオン化した汚染物質は、電子供与性物質
と電子受容性物質として、陽極と陰極にそれぞれの移動
の流れを作る。過電圧によりイオンの流れが生じると、
その流れに引っ張られて有害物質が電子を失いイオン化
して溶け出し、その溶け出した物質は、それぞれの電極
に移動する。電極への移動反応は複数共存しながら起こ
り、過電圧により活性化したイオン伝導の流れは、その
流れに次々と引っ張られて加速し、物質の移動は拡散、
対流、電気泳動によって効率良く増大する。

【００２９】陽極と陰極に、それぞれの移動物質の濃度
が高くなると移動効率が下がるが、本発明においては、
濃度が高くなった溶媒としての地下水を揚水しているに
で、移動物質は、拡散対流して、また物質移動の効率が
良くなる。揚水は溶媒としての地下水がストレーナー部
＜１，１′＞に充満するように管理する必要がある

【００３０】有害な物質が電子を失いイオン化して、可
逆反応移動して、両極の溶媒のイオン濃度が濃くなる前
に、溶媒としての地下水を汲み上げるため、絶えずイオ
ン濃度は希釈され、電子は消費され、電位差が常に生じ
続けるように効率良くコントロールされる。

【００３１】本発明に使用される電源としては、１００
Ｖ若しくは２００Ｖの商用電源を整流器で直流電源に交
換して出力の安定した直流電源として使用することが出
来る。例えば二次側の出力を定電圧方式で６０Ｖとし
て、計画的に安全且つ効率良く運転することができる。

【００３２】電流密度は、電極トナルストレーナー部＜
１，１′＞の長さと、本発明のパイプの建て込み本数の
ピッチ割で決まるが、定電圧方式の６０Ｖで管理して、
１ｍ^２当たり０．１ｍＡ〜１０Ａ程度とすることが望ま
しい。

【００３３】一般的に建て込み深度は、汚染物質深度よ
り１ｍ程度深くするが、必要以上に深くすることも望ま
しくない。建て込みピッチは、１０ｍ^２以内に陽極と陰
極を１本ずつ以上設置することが望ましい。

【００３４】地中に陽極と陰極を設置して、直流電源を
通電するが、電流が短絡して直流に流れないことが重要
であり、あくまでもイオン伝導でなければ、イオン化し
た汚染物質の移動は起こらない、電流が短絡した場合に
は、本発明の効果は無くなる。

【００３５】図３は、四角形で囲まれた有害物質汚染範
囲に本発明の電極を埋設配置した例を示す。電極の建て
込み配置は、外周に陽極が配置されるようにして、迷走
電流が近接した建物や埋設物に影響を与えないようにし
ている。

【００３６】即ち、外周に陽極を配置すると、近接の建
物や埋設物側は、カソード電極側となり、カソード防食
となり、腐食の心配が無くなる。しかしながら、接近し
ている構造物にＰＣ鋼材が使用されている場合は、多量
の水素が発生してか防食となり、コンクリートにひび割
れ等が生じるので、電位の管理が必要になる。

【００３７】次に、図４及び図５に基づいて、本発明の
有害物質除去方法を説明する。

【００３８】まず、陰電極部１及び陽電極１を有するパ
イプ＜４，４′＞を処理する土壌＜１１＞中に埋設す
る。地下水がストレーナーパイプ＜１，１′＞の貫通孔
＜１２，１２＞からストレーナーパイプ＜１，１′＞に
連結した電線＜１３＞に６０Ｖの電圧をかけ、一定の通
電量になると、真空ポンプにより汲み上げる。孔内に水
位計を設けて必要に応じて注水して、所定の高さで管理
する。地下水はサクションパイプ（サクションホース）
＜７＞からヘッダーパイプ＜９＞を通じてレシーバータ
ンクに収容する。

【００３９】上記発明のパイプ＜４，４′＞とヘッダー
パイプ＜９＞との間のサクションホースには、電磁弁
（図示省略）が設けられ、パイプ＜４，４′＞内に設け
られた水位計と連動して孔内水位を制御し、イオン濃度
測定管理して揚水のタイミングを制御すると良い。

【００４０】レシーバータンクに集めた地下水は、従来
公知の方法によって処理すれば良い。上記実施例におい
ては、図２に示すように気体（空気）と液体（揚水）に
分離し、気体は、活性炭の吸着槽を通して大気中に放出
している。分離した液体は、曝気槽で曝気した後、ＰＨ
調整し、水質基準に合致していることを確認し、河川に
放水する。

【００４１】上記実施例においては、陰極のストレーナ
ーパイプ＜１＞からの地下水と、陽極のストレーナーパ
イプ＜１＞からの地下水とをヘッダーパイプで一緒にし
て処理しているが、これは別々に処理しても差し支えな
い。しかしながら、上記のようにすると、陰極からのア
ルカリ性地下水と陽極からの酸性の地下水とを混合する
ので、中和剤を節約できることから好ましい。

【００４２】本発明によれば、電気浸透によって有害物
質を陽極部と陰極部に集めて地下水と共に除去するもの
であるので、従来除去できなかった土粒子に吸着された
汚染物質をも効果的に除去することができる。

【００４３】また、陰極部と陽極部に集められた有害物
質、陽極部では酸化、陰極部では還元されるので、例え
ば６価クロムは３価クロムに還元されるように、有害物
質によっては、電極部に集められた状態で酸化、還元に
より無毒化される。

【００４４】本発明により処理する有害物質としては、
例えば、金属、重金属、の有害金属及びダイオキシン、
ＰＣＢ等の有機塩素化合物、ナフタレン、ベンゼン等の
芳香族炭化水素及び染料化合物を挙げることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、土壌
中の有害物質を電気浸透と揚水曝気法を合せてシステム
化して、揚水曝気法では従来除去し得なかった土粒子に
吸着された有害物質の除去を可能にした。砂質土に薬液
注入（イオン伝導体形成）の前処理を実施することで、
電気浸透により、有害物質が陽極と陰極に移動し、酸化
還元による無害化や揚水による除去できる。砂層に電気
浸透が可能となるので、砂礫層から粘土層まで複雑な日
本の地盤に対応出来るようにした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す作業手順図式である。

【図２】本発明の全体作業の流れを説明する図である。

【図３】本発明の筒及び導電性多孔筒の一例を示す図で
ある。

【図４】本発明の一実施例を示す平面図及び断面図であ
る。

【符号の説明】

１、１ 多孔筒体（ストレーナーパイプ） ２、３ 筒体（ケーシングパイプ） ４，４ 多孔筒体＋筒体（１＋２，３） ５、 注入管（二重管） ６ パッキンケース ７、 サクションホース ８ ケーシングヘッド ９，９ ヘッダーパイプ １０ 電磁弁 １１ 汚染土壌 １２ 多孔筒体の多孔（穴） １３ 電線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D043 CA13 4D004 AA41 AB03 AC07 CA44 CB41 CC03 CC13 DA03 DA20 4D061 DA08 DB18 DC13 DC19 DC21 DC22 DC23 DC24 EA09 EA11 EB01 EB04 EB14 EB22 EB35 EB37 EB39 GA04 GA13 GC04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有害物質によって汚染された土壌中に、
   ボーリングして、先端部に多孔筒体を装着した筒を間隔
   付けて複数埋設し、この多孔筒体の一方を陽極とし、他
   方の多孔筒体を陰極とし、前記多孔筒体に水（電解質溶
   液）を収容し、孔を通して汚染土壌と密着させ、前記両
   電極に電圧をかけて電気浸透により電気泳動させ、前記
   多孔筒体の孔を通し、集水（電解質溶液）と共に移動さ
   せた有害汚染物質を地上に汲み上げて処理する電気浸透
   による有害物質除去方法で、砂質地層に於、前処理とし
   て水ガラス系注入剤を薬液注入し、イオン伝導体を形成
   する。砂質地層に電気浸透による有害物質除去方法が有
   効になる電気浸透プラス揚水方法。
2. 【請求項２】 砂質地層の透水係数１０〜１０−５ｃｍ
   ／ｓ（砂礫層〜粘性土混細砂）で有効な請求項１に記載
   の有害物質除去としての電気浸透揚水方法。
3. 【請求項３】 砂質地層に溶液型の殆どは浸透注入で一
   部は脈状割裂注入となる水ガラス系注入材を注入するこ
   とで砂質地層の電気抵抗が、２０００Ω付近前後から１
   ０Ω付近前後へと下がり、イオン伝導性を機能し、電気
   浸透による有害物質除去を可能とする、前記水ガラス系
   薬液注入材を前処理として使用する電気浸透プラス揚水
   方法。
4. 【請求項４】 前記陽極と陰極の多孔筒体に水（電解質
   溶液）を収容し、この電解質溶液が汚染土壌中に孔を通
   して密着させ、揚水、注水をシステム管理して、常にあ
   る一定水位に管理する電気浸透プラス揚水の有害物質除
   去方法。
5. 【請求項５】 前記陽極と陰極の多孔筒体には、それぞ
   れ電線を連結し、該両電線に電圧をかけるように構成し
   ていて、上部に絶縁筒体（ケーシングパイプ）下部に導
   電多孔筒体（ストレーナーパイプ）からなる構成する請
   求項１記載の電気浸透プラス揚水の有害物質除去方法。
6. 【請求項６】 前記筒体内に注水と同時に圧縮空気また
   はガスが圧送可能な、二重管を挿入可能とする装置を具
   備し、エアーリフトにより揚水を補助する機能を有する
   電気浸透プラス揚水の有害物質除去方法。