JP2005161124A - 汚染地下水の浄化システムおよび浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】浄化機能材を用いて、原位置において汚染土壌を浄化する浄化システムおよびその浄化方法を提供する。
【解決手段】不透水層Ｃより上方に配置され、汚染領域を囲いこむ複数の高遮水性鋼矢板２と、前記汚染領域内に打設される複数の鋼管杭１、好ましくはその先端に翼がついた回転貫入鋼管杭と、地上において前記鋼管杭に接続され、地中の浄化水を汲み上げ、再度、地中に戻す機能を有する配管系３を備え、前記鋼管杭はその内部に浄化機能材、好ましくは鉄粉が充填されている。浄化対象とする汚染領域（例えば、工場敷地）を高遮水性鋼矢板で囲い、敷地外からの汚染水の流入および敷地外への汚染水の流出を遮断し、次に、袋詰めした浄化機能材をその内部に充填し、かつ先端部に地下水の流入孔を有する複数の鋼管を地中に設置し、所定時間放置後、鋼管内部で汚染地下水を滞留させて浄化水とし、前記浄化水を、前記複数の鋼管杭の少なくとも一つに接続したポンプで汲み上げ、その後、前記浄化水を他の鋼管杭を経由して、再度地中に注入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、浄化機能材を用いて汚染土壌を浄化するシステムおよびその運転方法に関し、特に、鉄粉を用いて揮発性有機化合物（ＶＯＣ）に汚染された汚染地下水を原位置で浄化する方法として好適なものに関する。

揮発性有機化合物（以下ＶＯＣ）で汚染された地下水を原位置で浄化する方法として、例えば、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１には、地中において一方向に流れる、汚染された地下水の通路を直角方向に横断するように、鉄粉と砂などからなる透過壁を設けて、汚染地下水が該透過壁を通過するときに、透過壁中の鉄粉の還元反応によりＶＯＣを分解して無害化するトレンチシステムが開示されている。
また、特許文献１には、別のシステムとして、鉄の充填物或いは鉄の充填物と砂の混合物を入れた貯水槽を地表に設置して、ポンプによって、汲み上げた地下水をこの貯水槽の中を緩やかに浸潤させて鉄粉の還元反応によりＶＯＣを分解して無害化する貯水槽システムが開示されている。
これらの方法は、いずれも鉄の持つ高い還元力を利用して、汚染地下水を所定時間、鉄粉に接触させて、鉄粉の還元反応によりＶＯＣを脱塩素化し、汚染物質を無害なエチレンやエタンにまで分解して無害化するものである。
そのため、該還元反応を生じさせるように、鉄と地下水の接触を密接に、かつ長くする必要があり、鉄を微粉化した鉄粉を使用することが有効である。鉄粉は粒径が小さく比表面積が大きいため、地下水との接触面積が高められ、還元反応のための接触時間を短縮させる効果がある。
特表平５−５０１５２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法の一つであるトレンチシステムでは周辺の工事や地形の改変などによって、地下水の流れが遮断されたり、地下水の方向が変動するような場合、或いは地下水の流れが非常に小さいか或いは無い場合など、地下水の流れの状況によって期待した効果が発揮されない場合も生じる。
また、トレンチシステムでは、トレンチを地中に構築するためトレンチ掘削機を用いるので、汚染物質を分解するのに必要な鉄粉の量を埋設する容積より、はるかに大きな容積となるトレンチが形成される。
そのため、該トレンチに鉄粉を充填することは経済的でなく、莫大な鉄粉を使用することによって生じるコスト高を回避する手段として、鉄粉と砂からなる混合物を浄化機能材としている。すなわち、滞留時間の確保と施工上の理由により、鉄粉と砂などからなる浄化壁を構築したものであり、鉄粉のもつ本来の還元力を最大限に生かしたものとなっていない。
さらに、将来の土地利用において、透過壁が不要となったり、例えば、杭基礎工事などで透過壁が障害物となって取り除かねばならない場合に、新たに、掘削・除去工事などに余分な費用が発生する。
特許文献１に記載の貯水槽システムの場合は、汚染地下水の処理量が１分当たり100リットル程度の範囲では、約10平方メートルの面積と約３メートルの深さの貯水槽が必要となるなど、地上に大きな貯水槽を設置しなければならず、用地上の制約が生じる。
なお、貯水槽システムで、広い面積を有する貯水槽とすると、充填された鉄粉の上部が、大気に接して、鉄粉が酸化して効果が落ちるため、貯水槽の体積は、面積でなく、深さによって確保されることが望ましいと記載されている。
本発明は、上述した種々の問題点を解決するためになされたもので、設置のため、大型の土木機械を必要とする大規模な装置を設置することなく、汚染地下水からＶＯＣを安定して持続的に且つ効果的に除去することが可能なシステムおよび方法を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成できる。
１ 不透水層より上方に配置され、汚染領域を囲いこむ複数の高遮水性鋼矢板と、前記汚染領域内に打設される複数の鋼管と、地上において前記鋼管に接続され、その内部で浄化された、汚染地下水の浄化水を汲み上げ、再度、地中に戻す機能を有する配管系を備え、前記鋼管はその内部に浄化機能材が充填され、その先端部に開口部を有していることを特徴とする汚染地下水の浄化システム。
２ 浄化機能材が鉄粉であることを特徴とする１記載の汚染地下水の浄化システム。
３ 鋼管がその先端に翼がついた回転貫入鋼管杭であることを特徴とする１または２記載の汚染地下水の浄化システム。
４ 浄化対象とする汚染領域（例えば、工場敷地）を高遮水性鋼矢板で囲い、敷地外からの汚染水の流入および敷地外への汚染水の流出を遮断し、次に、浄化機能材をその内部に充填し、かつ先端部に地下水の流入する開口部を有する複数の鋼管を地中に設置し、所定時間放置後、鋼管内部で汚染地下水を滞留させて浄化水とし、前記浄化水を、前記複数の鋼管の少なくとも一つに接続したポンプで汲み上げ、その後、前記浄化水を他の鋼管を経由して、再度地中に注入することを特徴とする汚染地下水の浄化方法。
５ 浄化対象とする汚染領域（例えば、工場敷地）を高遮水性鋼矢板で囲い、敷地外からの汚染水の流入および敷地外への汚染水の流出を遮断し、次に、浄化機能材をその内部に充填し、かつ先端部に地下水の流入する開口部を有する少なくとも一つ以上の鋼管を地中に設置し、所定時間放置後、鋼管内部で汚染地下水を滞留させて浄化水とし、前記浄化水を、前記少なくとも一つ以上の鋼管に接続したポンプで汲み上げ、その後、前記浄化水を前記汚染領域の地表面に散布することを特徴とする汚染地下水の浄化方法。
６ 浄化機能材が鉄粉であることを特徴とする４または５記載の汚染地下水の浄化方法。
７ 鋼管がその先端に翼がついた回転貫入鋼管杭であることを特徴とする４乃至６のいずれか一つに記載の汚染地下水の浄化方法。

本発明によれば、汚染領域を高遮水性鋼矢板で締め切るので、汚染地下水の敷地外からの流入ならびに、敷地外への流出が確実に遮断される。そのため、操業中の工場から周辺への汚染の拡散を防止するだけでなく、汚染源が不明で、汚染水が供給されるような状況下においても浄化が可能となり処理費用が低減し、経済性が向上する。
また、地中に鋼管杭を設置し、ポンプで地下水の汲上げ・注水を循環的に行うだけで 浄化作業が行われるので、地上に大きなプラントなどが不要であり、操作管理も容 易である。
鋼管杭を利用したことにより、汚染物質の分解に必要な鉄粉量に見合った鋼管サイズを選択する設計が可能であるとともに、浄化能力が低下した場合には、鋼管杭の内部に充填されている浄化機能材を取り替えることによって、浄化能力を長期にわたって保持することが可能となる。
そして、鋼管杭は回転貫入・引抜き施工が可能であるため、浄化工事完了後には、鋼矢板および鋼管杭を引き抜くことによって、元通りの地盤に復元することが可能である。将来、敷地内において、建物を建築する場合、鋼矢板を掘削工事における土留め壁として転用することが可能であり、鋼管杭も、先端部の孔を閉塞・補強すれば、基礎杭としての転用も可能である。

本発明は、汚染領域（例えば、工場敷地）を高遮水性鋼矢板で囲い、敷地外からの汚染水の流入および敷地外への汚染水の流出を遮断した後、鉄粉など浄化機能材が内部に充填され、かつ先端部に地下水の流入孔を有する鋼管を地中に設置し、鋼管内部に地下水を貯える。
その後、所定時間、鋼管内部に汚染地下水（汚染水）を滞留させて浄化し、浄化された汚染地下水（浄化水）を、ポンプで汲み上げて、敷地内に注水して戻すことを特徴とする。尚、以下の説明では鋼管を鋼管杭として説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る土壌浄化システムの構成を説明する図で、図において１はその内部に鉄粉などの浄化機能材が充填された鋼管杭、１１は鋼管杭１の先端に取り付けられ、土中への推進を容易とする翼、２は高遮水性鋼矢板、３は鋼管杭１内で浄化された浄化水を汲み上げ、再び地中に戻すためのポンプ３１と配管を有する配管系、４は汚染地下水、５は浄化された汚染地下水（以下浄化水）が、地中から吸い上げられることを示す矢印、６は浄化水を地中に戻すことを示す矢印、Ａは表土層、Ｂは汚染砂層、Ｃは不透水層を示す。
図１に示す土壌浄化システムは、汚染領域を周囲から隔絶するために、その先端が不透水層まで達するように打設された複数の高遮水性鋼矢板２と、該汚染領域内で、その先端が汚染砂層Ｂ中にあり、不透水層Ｃの直上となるように打設された複数の鋼管杭１と、前記複数の鋼管杭１に接続され、矢印５に示されるように浄化水を吸い上げ、再び矢印６のように地中に戻すポンプ３１と配管からなる配管系３を備える。鋼管杭１として先端に翼１１がついた回転貫入鋼管杭（翼杭：ＪＦＥエンジ商品名）を用いると打設が容易で好ましい。
図３は鋼管杭１の内部構造を説明する鉛直方向断面図で、鋼管杭１は中空鋼管とし、その内部の上下方向の両端部近傍のそれぞれにに透水性を有する仕切蓋１４とその中間に中詰されている鉄粉などの浄化機能材１５を備えている。
鋼管杭１の下方となる先端部には、鋼管杭内部に地下水を導入したり、浄化水を地中に戻すための開口部１６が設けられている。開口部１６は単数でも複数でも良く、土砂による目詰りを防止するためのフィルター（図示しない）を装着することが好ましい。
また、鋼管杭１にポンプ３１を接続し、浄化水を吸い上げる場合、鋼管杭１の頭部にポンプ３１との接続口１２を有する密閉蓋１３を設け、その内部に汚染地下水を導入させるための負圧を発生させる。
上述した汚染地下水浄化システムによる浄化方法をその構築方法とともに説明する。まず、汚染領域の周囲に複数の高遮水性鋼矢板２を不透水層の深さまで打設する。図２は高遮水性鋼矢板２ａ，２ｂからなる継手部を示し、該継手部には水膨潤性の止水ゴム７、７ａが詰められている。継手部の透水係数は、壁厚50cmで換算すると10^-8 cm/sec程度であり、通常地盤の透水係数の10^-4〜10^-2cm/sec程度と比べて非常に小さく、高遮水性鋼矢板２を通過して地下水が流入・流出することは殆どない。
次に、高遮水性鋼矢板２で囲まれた汚染領域の適当な位置に、複数の鋼管杭１、好ましくは先端に翼がついた回転貫入鋼管杭を打設する。図４に鋼管杭１を打設後、撤去するまでの工程を示す。鋼管杭１を所定の深さまで打設後（工程１）、鉄粉などの浄化機能材を投入し（工程２）、開口部１６から鋼管杭１の内部に汚染地下水を導入、滞留させて浄化させる（工程３）。
鉄粉など浄化機能材を透水性のある袋に充填すると取り扱いが容易で好ましい。浄化機能材を鉄粉とする場合は、透水性のある袋のメッシュ径は鉄粉の粒径より小さいものであればよく、袋の強度は充填した鉄粉の自重に対して所要の強度を持った材質のものであればよい。
鋼管杭１による汚染地下水の処理能力は概略以下の方法によって求めることができる。汚染浄化水量30ｍ×30m×深さ5ｍ＝4500m³とした場合に、鋼管杭１中に浄化機能材が中詰めされている部分をφ1.2ｍ×深さ５ｍとすると、１本当たり５ｍ³の容量となる。該寸法の鋼管杭１を１０本設置し、滞留時間を２日とすると、処理能力は、25 m³／日となる。以上より、処理期間は、4500／25＝180日程度となる。
所定時間経過後、浄化水をポンプで汲み上げ、敷地内に注水して戻す。配管系３と複数の鋼管杭１とを接続し、複数の鋼管杭１の少なくとも１本から浄化水をポンプ３１によって汲み上げ、他の鋼管杭１に浄化水を供給して敷地内に注水する。配管系３は、浄化水を汲み上げるときのみ、鋼管杭１と接続できるような容易に脱着可能な構成とすると、複数の土壌浄化システムで使用でき経済的に好ましい。
ポンプで注水を行うことにより、地盤中の地下水面は回復するので、所定時間放置しておけば、鋼管内部には、新たに汚染地下水４が流れ込む（工程４、５）。
地下水汲上げ・注水の循環作業は、敷地内の汚染地下水の浄化が完了するまで繰り返す。
地下水の汲上げ・注水は汚染地下水４の濃度を低くし、地下水面を一定に保つために、間歇的に実施するものであり、水位を観測しながらの作業であり、操作管理が容易である。
浄化機能材を、鉄粉と透水性の小さい材料（粘土、シルトなど）の混合物にして透水係数を小さくすれば、ポンプによる地下水の汲上げ・注水を連続運転する浄化が可能になり、ＶＯＣが地層中に浸透する過程において、難透水層の上面に原液状のＶＯＣが滞留している場合など、汚染源付近の高濃度の地下水浄化をピンポイントに行う場合に有効である。
いずれの方法であっても、浄化機能材の浄化能力が低下した場合には、袋詰めした浄化機能材を交換する。最後に、浄化工事が完了した後、鋼矢板、鋼管を引き抜いて、元通りの地盤に復元する（工程６）。
図５に、本発明の他の実施形態による土壌浄化システムの構成を説明する。本図は土壌汚染の状態として、表土層および地下水中に汚染が広がっている場合に、少なくとも１本以上の鋼管杭１から浄化水を吸い上げ、吸い上げた浄化水を鋼管杭１の周囲に散布する浄化方法を示したものである。
ＶＯＣは、水より比重が大きく、粘性が低いことから、地表面から地下に浸透したＶＯＣは容易に下に移動し（矢印１７）、地下水面１８の下方で徐々に地下水中に溶け出していく。一方、ＶＯＣは揮発性なので、浸透の過程で地層中に難透水層がある場合や地下水面１８より上面の表層土においては、ガスの状態で滞留している場合がある。
このような汚染状態の場合は、ガス状のＶＯＣを吸収させるため、浄化水を地表面に広範囲に散水することが有効である。
尚、本発明において、浄化機能材を鉄粉とする場合、製鉄所などで鋼板をショットブラスト後に回収される廃材（ショットブラスト材と被処理鋼板の表面黒皮を含有する）であって、被処理鋼板をステンレス鋼とするものが、安価でかつ特に優れた浄化機能が得られ好ましい。
また、本発明における「鋼管」は中空の筒状体を総称するもので、鋼管と同等の機能が得られるものを指し、被覆鋼管も本発明範囲内に含む。その断面形状は円形、角型またはその他の形状でも良く限定しない。材質は鋼管と同等の材質のもの、および地中において中空の筒状体を保持し、その内部に浄化機能材を保持する強度を有するものでも良く、コンクリート製であっても良い。

本発明の１実施形態に係る土壌浄化システムの構成を示す概略図。 高遮水性鋼矢板の継手部の一例を示す図。 本発明の１実施形態に係る鋼管杭の内部構造を説明する概略断面図。 本発明の１実施形態に係る土壌浄化システムによる土壌浄化方法を説明する図。 本発明の他の実施形態に係る土壌浄化システムの構成を示す概略図。

符号の説明

１ 鋼管杭
１１ 鋼管杭１の先端に取り付けられ、土中への推進を容易とする翼、
１２ 接続口
１３ 密閉蓋
１４ 仕切蓋
１５ 浄化機能材
１６ 開口部
２、２ａ，２ｂ 高遮水性鋼矢板
３ 配管系
３１ ポンプ
４ 汚染地下水
５ 浄化された汚染地下水（以下浄化水）が、地中から吸い上げられることを示す 矢
６ 浄化水を地中に戻すことを示す矢印
７、７ａ 止水ゴム
２０ 地下水面
Ａ 表土層
Ｂ 汚染砂層
Ｃ 不透水層

Claims (7)

1. 不透水層より上方に配置され、汚染領域を囲いこむ複数の高遮水性鋼矢板と、前記汚染領域内に打設される複数の鋼管と、地上において前記鋼管に接続され、その内部で浄化された、汚染地下水の浄化水を汲み上げ、再度、地中に戻す機能を有する配管系を備え、前記鋼管はその内部に浄化機能材が充填され、その先端部に開口部を有していることを特徴とする汚染地下水の浄化システム。
2. 浄化機能材が鉄粉であることを特徴とする請求項１記載の汚染地下水の浄化システム。
3. 鋼管がその先端に翼がついた回転貫入鋼管杭であることを特徴とする請求項１または２記載の汚染地下水の浄化システム。
4. 浄化対象とする汚染領域（例えば、工場敷地）を高遮水性鋼矢板で囲い、敷地外からの汚染水の流入および敷地外への汚染水の流出を遮断し、次に、浄化機能材をその内部に充填し、かつ先端部に汚染水の流入する開口部を有する複数の鋼管を地中に設置し、所定時間放置後、鋼管内部で汚染水を滞留させて浄化水とし、前記浄化水を、前記複数の鋼管の少なくとも一つに接続したポンプで汲み上げ、その後、前記浄化水を他の鋼管を経由して、再度地中に注入することを特徴とする汚染地下水の浄化方法。
5. 浄化対象とする汚染領域（例えば、工場敷地）を高遮水性鋼矢板で囲い、敷地外からの汚染水の流入および敷地外への汚染水の流出を遮断し、次に、浄化機能材をその内部に充填し、かつ先端部に汚染水の流入する開口部を有する少なくとも１本以上の鋼管を地中に設置し、所定時間放置後、鋼管内部で汚染水を滞留させて浄化水とし、前記浄化水を、前記少なくとも１本以上の鋼管に接続したポンプで汲み上げ、その後、前記浄化水を前記汚染領域の地表面に散布することを特徴とする汚染地下水の浄化方法。
6. 浄化機能材が鉄粉であることを特徴とする請求項４または５記載の汚染地下水の浄化方法。
7. 鋼管がその先端に翼がついた回転貫入鋼管杭であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一つに記載の汚染地下水の浄化方法。

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