JP2004016865A

JP2004016865A - 汚染地下水の原位置浄化工法

Info

Publication number: JP2004016865A
Application number: JP2002172548A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kawabata; 川　端　淳　一; Tatsuji Kawai; 河　合　達　司; Keijiro Ito; 伊　藤　圭二郎; Hiroshi Yoshida; 吉　田　　　宏; Susumu Uesawa; 上　沢　　　進
Original assignee: Kajima Corp; Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JP4141184B2

Abstract

【課題】汚染地盤中の地下水が下流部へ流出しないようにするためウォータージェットの利用によって浄化体を形成し汚染地下水の原位置浄化工法を提供する。
【解決手段】多重管（１）を削孔されたパイロット孔（１０）に挿入し、高圧水のウォータージェット（Ｊ１）によって所定範囲内の切削を行い、同時に多重管（１）のウォータージェット下方に設けられた噴射孔（２）より還元性浄化材混合液を噴射しつつ引き上げて地盤と還元性浄化材とを攪拌混合し、前記浄化材混合液の噴射注入後に上部にできた空洞部（１６）に固化材を注入し難透水層を形成して浄化体を形成し汚染地下水を原位置浄化する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削を伴わずに地盤中にウォータージェットを利用して浄化体を形成し、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）や硝酸態窒素などの環境汚染物質によって汚染された土壌および地下水（または地盤）を原位置浄化する汚染地下水の原位置浄化工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中に溶剤、洗浄剤、消炎剤などの揮発性有機化合物や硝酸態窒素、農薬などが浸透すると地下水が汚染され、その下流域で水が汲み上げられて利用されるとその毒性や有害性が利用者、あるいはその水域の生態系に悪影響をおよぼす。
従来、このような汚染された地下地盤に対し、掘削を伴わないでこれらの汚染物質を浄化する物質を地盤中に設置する方法としては、
（１）液状やスラリー状、又はガス状の浄化物質を注入井より注入もしくは圧入する。
（２）バックホウなどの重機を用いて土壌中に浄化物質を混合する。
（３）オーガーなどの掘削装置を用いて土壌中に浄化物質を混合する。
（４）ケーソンやトレンチ等を設置して内部を掘削し浄化物質を地盤中に設置する。
などが知られている。
【０００３】
上記従来の浄化方法では、以下に示すような問題点があった。
（１）注入井より浄化物質を注入する場合、透水性の悪いシルトや粘土質への適用は、供給速度が大幅に遅く効率が極端に低下する。また、不飽和層へのガス流にしても同様に透気性の影響を大きく受ける。
従来の薬注工法を利用する場合は、混合範囲が地盤特性の影響を大きく受け地盤中に浄化材を均一に注入できない。
（２）重機などを用いて直接汚染土壌に混合する方法は、深度の深い汚染に対してコストが大幅に増加する。
（３）オーガーなどを用いて混合する方法は、深度の深い汚染に対して技術的には対応可能であるが、地表面から汚染部まで掘削するため実際には掘削費用の大幅な増加を招く。また、オーガーの半径により適用面積が限定されるため平面的な広がりは期待できない。そして、混ぜ込む浄化材は地表面から底部まで全体に広がるため、汚染されていない部分にも浄化材が供給され、浄化材の使用量を過剰に必要とする。
（４）ケーソンを設置する方法も、地表面から汚染部まで掘削するため（３）と同様に深度の深い汚染に対してコストが大幅に増加する。
【０００４】
なお、特開２００１−７９５３４号公報には、汚染地盤を攪拌しつつ過酸化水素と第１鉄塩とを供給し、汚染地盤、過酸化水素、および第１鉄塩の混合によって有機物等を浄化する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の薬注工法を利用して浄化材混合液を地盤に注入する場合、地盤の不均一性により浄化材が均一に地盤内に混合することはできない。
高圧の液体を噴出しながら回転するロッド（噴射管）を地盤中で上下させるジェット工法を用いて浄化材を汚染地盤に注入すれば、原位置で直接汚染土壌もしくは地下水と混合することができる。この際、浄化材が分散もしくは溶解しづらい粉体の場合は、必要に応じて粘性や比重を調節するための物質を添加しスラリー状で注入することが可能である。
このウォータージェット工法は、深い深度への対応が可能であり、任意の深度範囲に限定した適用をすることで汚染されていない土壌への浄化材の消費を抑え、最小限の注入量でのピンポイント注入もしくは攪拌混合が可能となる。
【０００６】
通常のジェット工法では、注入半径を正確に制御することは難しいが、角度を付して設けた２個のジェット孔によってジェット水流をクロスするように噴出させるウォータージェット交差噴流工法では、切削（注入）半径を正確に制御することができる。
【０００７】
したがって、本発明は、ウォータージェットを利用し、汚染地盤中の地下水が下流部へ流出しないようにするための浄化体を確実かつ容易に形成し、汚染地下水の浄化を行う原位置浄化工法を提供することを目的としている。
浄化材が混合液内で分離する場合は、均一な注入は難しい。また通常の増粘材を添加しても、地盤の透水性が低下し、浄化効果が得られない。
【０００８】
【問題を解決するための手段】
本発明は、汚染土壌地盤中にウォータージェットを利用して浄化体を形成し汚染地下水を浄化する原位置浄化工法であって、多重管を削孔されたパイロット孔に挿入し高圧水のウォータージェットによって所定範囲内の切削を行い、同時に多重管のウォータージェット下方に設けられた噴射孔より還元性浄化材混合液を噴射しつつ引き上げて地盤と還元性浄化材とを攪拌混合し、前記浄化材混合液の噴射注入後に上部にできた空洞部に固化材を注入し難透水層を形成して浄化体を形成し汚染地下水を原位置浄化する。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、汚染された地盤中の地下水流に向けてパイロット孔を削孔し、そのパイロット孔に多重管を挿入して高圧水ウォータージェットにより所定範囲の切削を行う。同時にウォータージェット下方から例えば鉄粉等の還元性浄化材混合液を半径方向に噴出し、そのウォータージェットで切削された所定範囲内の地盤を浄化材と混練する。こうして、多重管を所定の高さ引き上げて所定深度に浄化体を形成する。
また、多重管を回転し、引き上げてより広い範囲に浄化体を形成することもできる。
そして、形成した浄化体の上部にできた空胴部には、多重管を引き抜いた後に固化材を注入する。
さらに、ウォータージェット交差噴流工法により、正確に注入範囲を制御できるようになるため、浄化材の注入量が低減できる。
【００１０】
このようにして地盤中に鉄粉等の還元性浄化材が混練されて高透水性の浄化体が形成される。したがって、上流からの汚染水は浄化体によって浄化されて流れ、その際に、上部に注入された固化材により浄化体上面を通過して下流部に流出するのが防止されるので確実に浄化が行われる。
【００１１】
また、前記還元性浄化材混合液に易分解性の増粘材（例えばグアガム）を添加し粘性を高めれば、比重が大きく異なる浄化材を均一に分散した状態で注入できるようになり、それと共に設置後すみやかに注入部分の透水性を恢復することが可能になる。
なお、注入する鉄粉等の還元性浄化材混合液に増粘材を添加してスラリー化すると比重の大きい浄化材の沈降を防ぐことができ、その一方では、この方法で比重の軽い浄化材の深さ分離を防ぐこともできる。
【００１２】
さらに、本発明は、高圧水で切削された汚染物質を含むスラリーを配管によって地上部に導き、排気ガス処理手段を設けた密閉タンクでそれを受け、工事に伴って発生する有害ガスの大気への拡散を防止して施工する。
【００１３】
このように本発明は、ウォータージェットによって施工するので、深度の深い汚染にも適用できると共に、均一に浄化材を地盤に注入混合でき、また交差噴流を用いることで、切削（注入）範囲を正確に制御することができ、従来工法に比べ最小限の注入量での注入・混練が可能となる。
また、浄化体同士をラップさせて施工することにより浄化体混合地盤の平面的長さ、厚さを自由に変えることができ、浄化体同士の隙間もなく高精度で施工できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のウォータージェット交差噴流工法を用いた鉄粉浄化体設置工法の実施形態を説明する。
図１に示すように、ウォータージェットを噴射する多重管は、鉄粉混合液、高圧水、および圧縮空気を送出する三重管１で構成され、その下端近傍には半径方向に浄化材混合液の噴射孔であるノズル２が設けられており、その上方には高圧水を噴射するノズル３ａ、３ｂが軸方向に対で設けられ、半径方向に所定距離で交差するウォータージェット交差噴流を形成するように構成されている。
そして、地上部には排出された汚染土を一時貯留する密閉型スライム受けタンク５が設けられており、そのタンク５には、排気ガス処理手段である活性炭吸着装置６が接続されて有害ガスが大気中に拡散しないように構成されている。
【００１５】
その施工手順としては、まず、図１に示すように地盤Ｇ中の地下水流Ｗに向けて立孔（パイロット孔）１０が削孔される。そして、その立孔１０に三重管１が挿入され、ノズル３ａ、３ｂからの超高圧水のウォータージェット交差噴流Ｊ１によって所定径φの範囲内の切削を行い、回転しながら引き上げられる。それと同時に、ノズル２から還元性浄化材である鉄粉混合液がジェットＪとなって注入され、切削された地盤と注入された鉄粉とが混練される。こうして、切削と鉄粉混合液注入により余剰となった土壌は、三重管１の外周部を通って排出され、地上のスライム受けタンク５に搬出される。
【００１６】
このようにして所定の混入長（高さ）の施工が行われ、鉄粉浄化体１５が形成される。そして、ウォータージェット交差噴流Ｊ１で切削された鉄粉水溶液上部のブリージングによってできた空洞部１６には、三重管１を引き抜いた後に、図２に示すように固化材が注入され、難透水層が形成される。
【００１７】
上記のようにして形成された鉄粉浄化体１５は、その上部１６に固化材で難透水層が構築され、上面を浄化されない汚染地下水が通過して流下することが防止される。また、ウォータージェット交差噴流を利用して施工されるので所定範囲内で浄化材を確実に混練することができ、その所定範囲外を乱すことなく施工できる。
【００１８】
【実験例】
以下、本発明に基づく実験例について説明する。
実験例の工事では、図３の平面図に破線で示す直径φ＝２．３ｍの改良体Ａ−１およびＡ−２に対し、鉄粉混合液注入が行われた。その鉄粉混合液の配合は、表１に示すものである。
【表１】

【００１９】
なお、図３において、◆印（Ｂ１〜Ｂ５）は後記する施工後のサンプリング位置、○印（Ｍ１〜Ｍ３）はモニタリング井戸位置それぞれ示している。
【００２０】
また、事前の地下水濃度測定結果は、表２に示すものであり、地下水汚染濃度の設計値０．８ｍｇ／Ｌ以下であった。
【表２】

【００２１】
ボーリング試料の分析の結果から地盤内に混入された鉄粉と砂との重量比は、図４（深度分布）に示すものであった。
図４のように深度分布に関しては、鉄粉の沈み込みや有意不均一はなく、ほぼ設計値以上の値が得られている。そして、ｒ＝１．０ｍと１．５ｍとでは、明らかに鉄粉混入量は異なり、計画通りの改良範囲が達成されている。
改良体Ａ−１とＡ−２とのラップ部（Ｂ４）でも、ラップしていない部分と同様に鉄粉が入っており、平面的に連続した施工が可能であることが実証されている。
【００２２】
深度−１０ｍ（ＧＬ−１０）で鉄粉量が多い傾向があり、Ｂ５だけがその傾向から外れているが、浄化効果に影響を及ぼすほど顕著なものではない。
Ｂ２が突出して鉄粉量が多いのは、Ａ−１施工での鉄粉の配合が高いためである。また、Ｂ１ではそれ程鉄粉が多くないことから、注入鉄粉量が多い場合には中心付近での鉄粉量が多くなるのみであり、浄化の観点からは、注入鉄粉水溶液濃度を高くすることは、コストに見合った浄化効果の増加が望めず、合理的ではない。
【００２３】
施工時において測定した値等から計算した鉄粉注入量（浄化体の体積当たりの鉄粉重量）と実験結果から計算した値を表３および表４に示す。表３は施工結果から鉄粉の収支計算をした結果、表４は実験結果から計算した鉄粉の収支計算の結果をそれぞれ示している。
【００２４】
評価手法の一例としては、安全側を考慮して実験で鉄粉量を測定した位置より内側（中心側）は測定値以上であると考えると、以下のように評価できる。
Ａ−１では、中心付近とｒ＝１．０ｍ付近の鉄粉量の差が大きく、表３のような鉄粉量分布の単純化が適していないが安全側で考え、中心付近（０〜０．５ｍ）で６５０ｋｇ／ｍ^３、外側（０．５〜１．１５ｍ）で１５０ｋｇ／ｍ^３以上
Ａ−２では、鉄粉量は中心付近（０〜０．５ｍ）で３００ｋｇ／ｍ^３以上
【表３】

【表４】

【００２５】
次に、地下水のモニタリングの結果を図６、７および表５に示す。この図は、図５に示すように鉄粉浄化体１５内にＪＭ−１、上流側にＪＭ−３、下流側にＪＭ−２の各観測井を設け、地下水のモニタリングを行った結果であり、地下水中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）濃度（図６および図７）、ｐＨ、および酸化還元電位ＯＲＰ（表５）を測定し、鉄粉浄化体１５の効果や性能を評価したものである。
【表５】

【００２６】
地下水モニタリング結果では、上流地下水ＪＭ−３のＶＯＣ濃度に対して鉄粉浄化体中ＪＭ−１および下流ＪＭ−２での濃度の低減効果が見られる。この濃度低下は、注入した鉄粉量や鉄のＶＯＣ分解能力から想定される濃度変化とほぼ一致しており、設計時の予想通り，ＴＣＥ（テトラクロロエチレン）やＰＣＥ（パークロロエチレン）の濃度を環境基準値まで浄化することができた。
また、鉄粉浄化体中のｐＨはアルカリ性を、そしてＯＲＰ（酸化還元電位）は、還元性状態を示す結果となっている。これは、以下の還元反応によると考えられており、ＶＯＣの濃度低下が鉄粉の還元分解反応であることを支持する結果であった。
【化１】

（なお、Ｒ−Ｃｌは、ＴＣＥなどの有機塩素化合物を示す。）
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように構成された本発明によれば、以下に示す効果を奏する。
（１）　ウォータージェットを利用して施工するので浄化体の均質性が確保でき、かつ交差噴流を用いることにより所定範囲内を正確かつ確実に混練でき、その外部を乱すことなく施工できる。
（２）　浄化材（鉄粉）をジェットで混練するので透水性が原地盤より上がり、高透水性地盤が構築されて汚染地下水を容易に集め、浄化することができる。
（３）　浄化体の上部が難透水層に構築され、上面を汚染地下水が通過することが防止される。
（４）　生分解性の増粘材を用いると、圧送時の粉体の沈降を防ぐことができ、しかも、施工後には地中において時間経過と共に粘性が低下して透水性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるウォータージェット交差噴流での切削と鉄粉混合液の注入状態を示す図。
【図２】上部の空洞部に固化材を注入している状態を示す図。
【図３】実験例の鉄粉浄化体の施工およびサンプリング位置を示す平面図。
【図４】実験例で混入された鉄粉と砂との重量比の深度分布を示すグラフ。
【図５】実験例で地下水のモニタリングのための観測井の位置関係を示す平面図。
【図６】地下水モニタリング結果のＰＣＥ濃度の変化を示すグラフ。
【図７】地下水モニタリング結果のＴＣＥ濃度の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１・・・三重管
２・・・鉄粉混合液噴射ノズル
３ａ、３ｂ・・・ウォータージェット交差噴流用ノズル
５・・・スライム受けタンク
６・・・活性炭吸着装置
１０・・・立孔
１５・・・浄化体
１６・・・空洞部（難透水層）

Claims

汚染土壌地盤中にウォータージェットを利用して浄化体を形成し汚染地下水を浄化する原位置浄化工法であって、多重管を削孔されたパイロット孔に挿入し高圧水のウォータージェットによって所定範囲内の切削を行い、同時に多重管のウォータージェット下方に設けられた噴射孔より還元性浄化材混合液を噴射しつつ引き上げて地盤と還元性浄化材とを攪拌混合し、前記浄化材水溶液の噴射注入後に上部にできた空洞部に固化材を注入し難透水層を形成して浄化体を形成し汚染地下水を原位置浄化することを特徴とする汚染地下水の原位置浄化工法。
前記ウォータージェットを交差噴流として切削し、浄化材を注入混合し、地盤中に浄化体を形成する請求項１記載の汚染地下水の原位置浄化工法。
前記還元性浄化材混合液に易分解性の増粘材を添加することで、比重の異なる浄化材を均一に注入できるようにすると共に設置後すみやかに注入部分の透水性を恢復することを可能とした請求項１に記載の汚染地下水の原位置浄化工法。
高圧水で切削された汚染物質を含むスラリーを配管によって地上部に導き、排気ガス処理手段を設けた密閉タンクでそれを受け、工事に伴って発生する有害ガスの大気への拡散を防止して施工する請求項１または２に記載の汚染地下水の原位置浄化工法。