JP2006346567A - 汚染土壌の原位置浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 汚染土壌に対する浄化期間を短縮しながらも均質に浄化処理できる汚染土壌の原位置浄化方法を提供する。
【解決手段】 汚染土壌１に処理井２，３を構築し、前記処理井２，３を介して汚染物質を除去する汚染土壌の原位置浄化方法であって、前記処理井２，３の周辺の汚染土壌１にノズルＮを備えた筒状体７を挿入し、前記ノズルＮから汚染土壌１にパルス状の高圧ガスを注入した後に電気修復法やフラッシング法等の原位置浄化方法を実施し、或いは、処理井を介した汚染土壌からの汚染物質の回収率をモニターして回収率が低下したときに、前記ノズルＮから汚染土壌にパルス状の高圧ガスを注入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、汚染土壌に処理井を構築し、前記処理井を介して汚染物質を除去する汚染土壌の原位置浄化方法に関する。

重金属や有機化合物等により汚染された土壌の浄化方法として、汚染土壌を掘削搬出した後に清浄土を搬入して埋戻す掘削除去法と呼ばれる原位置外浄化方法と、汚染土壌を掘削することなく浄化処理する原位置浄化方法がある。

前者は浄化処理のための期間が短いものの、土壌掘削時に発生する振動や騒音、汚染土搬出時や清浄土搬入時の道路周辺住居への振動や騒音、さらには土壌飛散といった周辺環境への影響の問題があるばかりか、掘削した汚染土壌の最終処理も必要となり全体として処理コストが嵩むという問題があるため原位置浄化方法が注目されている。

後者の原位置浄化方法として、汚染土壌に吸引井を設けて土壌から揮発性汚染物質を吸引する土壌ガス吸引法、汚染土壌に揚水井及び注水井を設けて揚水井から汚染された地下水を揚水して浄化処理し、浄化後の清浄水を注水井から注水するフラッシング法、フラッシング法における注水井から水と共に酸化剤を注水して汚染物質を酸化分解するケミカルオキシデーション法、汚染土壌に陰極と陽極を設置して両電極間に直流電圧を印加することによりイオン態の有害金属を電気泳動させて、または土壌粒子の間隙水流（電気浸透流）に乗せて電極に回収する電気修復法、さらには、油等の有機化合物で汚染された汚染土壌に高圧空気をパルス状に供給して土着の好気性微生物による汚染物質の分解処理を促進するバイオプスター法等が提案されている。
特開平７−１８５２５２号公報 特開２００１−１４５８７２号公報 特開２００４−１８１４０７号公報 特開２００５−７３７号公報

しかし、上述した原位置浄化方法によれば何れの場合にも汚染土壌の土質により空気や地下水や間隙水が流れにくい部位があると、浄化に必要な期間が長引き浄化効率が低下するという問題があった。特に粒度が微小の粘土層やシルト層でこの傾向が顕著に現れていた。逆に一度汚染土壌に空気や地下水や間隙水が優先的に流れるガス道やみず道が形成されるとその周辺土壌のみ浄化され、ガス道やみず道から離間した部位での浄化処理が進まず浄化むらが生じるという問題もあった。

本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、汚染土壌に対する浄化期間を短縮しながらも均質に浄化処理できる汚染土壌の原位置浄化方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による汚染土壌の原位置浄化方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、汚染土壌に処理井を構築し、前記処理井を介して汚染物質を除去する汚染土壌の原位置浄化方法であって、前記処理井の周辺の汚染土壌にノズルが形成された筒状体を挿入し、前記ノズルから汚染土壌にパルス状の高圧ガスを注入する点にある。

土壌の汚染物質は種々であるが、例えば揮発性汚染物質等はガス状の形態で処理井から除去され、地下水に溶解した汚染物質は液状の形態で処理井から除去される。その際に汚染物質が処理井まで移動するために一連の空隙が汚染土壌中に均一に形成される必要がある。上述の構成によれば、ノズルから注入されるパルス状の高圧ガスにより土壌粒子の再配列が起こり、既存のガス道やみず道が閉塞すると同時に、新たに一連の空隙が汚染土壌中に均一に形成されるため、同じ領域のみが継続的に浄化処理されることによる浄化むらの解消も可能になるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記高圧ガスの注入深度が前記処理井の底部または底部より上方の複数個所に設定される点にある。

上述の構成によれば、少なくとも汚染土壌に構築された処理井の底部または底部よりも深度の浅い部位の複数個所に高圧ガスを注入することにより浄化対象部位に存在するガス道やみず道を閉塞させ、新たに一連の空隙を効率的に形成することができるようになる。具体的な位置は汚染土壌の土質により適宜設定することができ、例えば、シルト層や粘土層であれば注入ガスが地上に逃げることがほぼ無いので比較的浅い部位へも注入可能であり、礫層や砂層であれば注入ガスの地上への逃げを回避すべく比較的深い部位に注入すればよい。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記処理井を介した汚染土壌の浄化処理に先立って、前記ノズルから汚染土壌にパルス状の高圧ガスを注入する点にある。

上述の構成によれば、浄化処理の前に高圧ガスを注入することにより、予め汚染土壌の粒子を再配列させ、自然状態で存在するかも知れないガス道やみず道を閉塞させることができるので、初期からむらの無い効率的な浄化処理を行なうことができるようになるのである。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記処理井を介した汚染土壌からの汚染物質の回収率をモニターし、回収率が低下したときに、前記ノズルから汚染土壌にパルス状の高圧ガスを注入する点にある。

上述の構成によれば、処理井を介した汚染物質の除去過程において、処理井に導かれる汚染物質の回収率が低下したことがモニターされたときに、土壌中に形成されているガス道やみず道の周辺土壌の浄化処理が進んでいると判断でき、その時点で注入された高圧ガスによりガス道やみず道を閉塞し、新たに一連の空隙を汚染土壌中に均一に形成することができるので、むらの無い効率的な浄化処理を行なうことができるようになるのである。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記処理井が、汚染土壌から揮発性汚染物質を吸引する土壌ガス吸引法による吸引井、汚染土壌の地下水から汚染水を揚水して浄化処理後の清浄水を注水するフラッシング法または酸化剤を注入するケミカルオキシデーション法による揚水井または注水井、汚染土壌に陰極と陽極を設置して両電極間に直流電圧を印加することによりイオン態の汚染物質を回収する電気修復法による電極井の何れかである点にある。

上述した汚染土壌に構築される処理井として、土壌ガス吸引法による吸引井、フラッシング法またはケミカルオキシデーション法による揚水井または注水井、電気修復法による電極井の何れかを対象とすることが可能で、このような処理井に対して上述の浄化方法が採用されることにより効果的に汚染土壌を浄化処理することができるようになるのである。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記処理井が、前記処理井が、汚染土壌から揮発性有機化合物を吸引する吸引井であり、初期に前記ノズルから汚染土壌に窒素等の酸素を含まないガスを注入し、その後に空気等の酸素を含むガスを注入する点にある。

上述した汚染土壌に構築される処理井として、汚染土壌から揮発性有機化合物を吸引する吸引井を対象とする場合には、浄化処理の初期に例えば窒素のような酸素を含まないガスを汚染土壌に注入して、嫌気性微生物による嫌気分解を促進し、その後空気等の酸素を含むガスを注入して好気性微生物を活性化させ、嫌気分解で生成する有機物を好気分解することで効率的な浄化処理を促進させることができる。例えば、テトラクロロエチレンによる汚染土壌では初期に窒素を注入してトリクロロエチレンに嫌気分解し、その後空気を注入して好気性微生物を活性化させトリクロロエチレンを好気分解することにより効率的に浄化処理できるようになるのである。

以上説明した通り、本発明によれば、汚染土壌に対する浄化期間を短縮しながらも均質に浄化処理できる汚染土壌の原位置浄化方法を提供することができるようになった。

以下に、本発明による汚染土壌の原位置浄化方法として、鉛、クロム、カドミウム等の重金属やシアンで汚染された汚染土壌を電気修復法により浄化する実施形態を説明する。図１に示すように、汚染土壌１に、数メートル間隔で深さ７〜８メートル、φ２００ｍｍの複数の処理井としての電極井２，３が掘削形成され、それぞれの電極井２，３に希硫酸や苛性ソーダ水溶液等の電解液２ａ，３ａが充填されるとともに陰極２ｂと陽極３ｂが交互に配置される。各陰極２ｂと陽極３ｂには直流電源装置４のプラス極とマイナス極が接続され、両電極２ｂ、３ｂ間に約１００Ｖの直流電圧が印加される。通常は陰極２ｂに銅が使用され陽極３ｂに表面処理したチタンや銅または炭素が使用される。

電極井２，３は水の通過を最小としイオンの通過を許容する多孔質壁で構成され、汚染土壌１で水に溶けて正に帯電している鉛やカドミウム等のイオン態が土壌粒子の間隙をぬって陰極２ｂに吸引され、負に帯電しているシアン、砒素、セレン等のイオン態が陽極３ｂに吸引されて多孔質壁を通過して電解液２ａ，２ｂに回収される（電気泳動）。重金属等の汚染物質が回収された電解液２ａ，３ａはポンプ５で吸引されて排水処理され、浄化された電解液２ａ，３ａが電解液タンク６から電極井２，３に供給される。このような処理が繰り返されることにより土壌中の有害な重金属等が除去される。

このような電気修復法による汚染土壌の浄化処理は、上述の電気泳動の他、有害金属を陽極から陰極に向かう土壌粒子の間隙水流に乗せて電極に回収するため（電気浸透）、間隙水流が通過する道の周辺で浄化が促進されるが、間隙水流が通過しない部位では効率的に浄化することができない。そこで、浄化処理に先立ち、予め処理井２，３の周辺の汚染土壌１に、先端にノズルＮを備えた筒状体７を挿入してノズルＮから汚染土壌１にパルス状の高圧ガスを注入することにより、間隙水流が形成され難い粘土、シルト等の土質であっても注入されるパルス状の高圧ガスによりその周辺部位にクラックを形成して、そのようなクラックにより新たに形成される水の通り道を介して浄化むらの無い効率的な浄化処理を促進する。

具体的には、高圧ガスの注入深度が処理井２，３の底部または底部より上方になるように、電極井２，３の周辺の複数個所をボーリングして形成された穴に、先端にノズルＮが設けられた筒状体７を挿入する。各筒状体７の基端側は加圧注入装置８に接続され、各加圧注入装置８はエアコンプレッサ１１による圧縮空気が蓄えられたタンク１０に送気管９を経て接続されている。加圧注入装置８により、例えば１／３０〜１／５Ｈｚの周波数の範囲で１／３０〜１／５のデューティ比の範囲のパルス状の高圧ガスが、数気圧から十数気圧の圧力で所定時間注入される。尚、注入ガスは空気等の酸素を含むガスに限るものではなく、窒素等の酸素を含まないガスであってもよい。

電気修復法による汚染土壌の浄化処理は、通常半年から数年の期間をかけて行なわれるが、浄化の程度を把握すべく、回収された電解液に含まれる汚染物質の種類や濃度に基づいて回収率をモニターしている。そこで、モニターされた汚染物質の回収率が所定の閾値よりも低下した時点で、土壌中に形成されているみず道の周辺土壌の浄化処理が進んでいると判断でき、その時点で前記加圧注入装置８を作動させることで、注入された高圧ガスにより土壌粒子の再配列が起こり、みず道が閉塞され、新たに形成される水の通り道に対してさらに浄化処理が進められる。このような高圧ガスの注入を繰り返した後にモニターされた汚染物質の回収率が所定の閾値よりも上昇しないことが検出されると浄化処理が終了したと判断することができ、むらの無い効率的な浄化処理を行なうことができるようになる。

また、このとき、ノズルの深度を変更して高圧ガスを注入することにより深さ方向の浄化むらも解消されるようになる。尚、具体的なノズル深度は、汚染土壌の土質により適宜設定され、予めボーリング調査により汚染分布や土質を調査することにより効果的な位置を決定することができる。例えば、シルトや粘土層であれば注入ガスが地上に逃げることがほぼ無いので比較的浅い部位へも注入可能であり、礫層や砂層であれば注入ガスの地上への逃げを回避すべく比較的深い部位に注入すればよい。

次に、本発明による汚染土壌の原位置浄化方法をフラッシング法に適用した場合を説明する。図２に示すように、重金属、溶剤、油、農薬等の有機化学物質で汚染された汚染土壌１に、処理井としての揚水井３０及び注水井２０を設けて揚水井３０からポンプ５により汚染された地下水を揚水して水処理システムにより浄化処理し、浄化後の清浄水を注水井２０から注水することにより地下水に混入または溶解した汚染物質を回収する方法である。好ましくは浄化処理対象領域で地下水を封鎖する遮水壁（図示せず）を形成し、その領域内に揚水井３０を難透水層まで掘削形成するとともに、地下水位よりも下方の深度まで注水井２０を掘削形成し、注水井２０から注水して揚水井３０から揚水することにより、土壌粒子の間隙を流れる地下水を循環させて浄化処理する。注水井２０は場合により地下水位より上に設置してもよい。

この場合にも上述の電気修復法と同様に、間隙水流が形成されるみず道の周辺で浄化が促進されるが、みず道が形成されない部位では効率的に浄化することができない。そこで、浄化処理に先立ち、予め揚水井３０または注水井２０の周辺の汚染土壌１に、先端にノズルＮを備えた筒状体７を挿入してノズルＮから汚染土壌１にパルス状の高圧ガスを注入することにより、間隙水流が形成され難い土質であっても注入されるパルス状の高圧ガスによりその周辺部位にクラックを形成して、そのようなクラックにより新たに形成される水の通り道を介して浄化むらの無い効率的な浄化処理を促進するのである。

同様に、揚水井３０から回収された地下水に含まれる汚染物質の種類や濃度に基づいて回収率をモニターして、汚染物質の回収率が所定の閾値よりも低下した時点で、土壌中に形成されているみず道の周辺土壌の浄化処理が進んでいると判断し、その時点で加圧注入装置８を作動させることにより、注入された高圧ガスによりみず道が閉塞され、新たに形成された水の通り道に対してさらに浄化処理が進められるので、むらの無い効率的な浄化処理を行なうことができるようになる。

また、同様に、ノズルの深度を変更して高圧ガスを注入することにより深さ方向の浄化むらも解消されるようになる。

同様に、ガソリンやトルエン等の油、溶剤、農薬、ポリ塩化ビフェニル等の有機化合物による汚染土壌の効果的な浄化処理方法として、過酸化水素、過マンガン酸塩、過酸化カルシウム等の酸化剤を前記注水井２０から注入して、土壌の汚染物質を酸化処理して無害化するケミカルオキシデーション法を採用する場合にも、上述の実施形態と同様に、処理井としての注水井２０または揚水井３０の周辺の複数個所をボーリングして形成された穴に、先端にノズルＮが設けられた筒状体７を挿入してノズルＮから汚染土壌１にパルス状の高圧ガスを注入することにより、間隙水流が形成され難い土質であっても注入されるパルス状の高圧ガスによりその周辺部位にクラックを形成して、新たに形成される水の通り道を介して浄化むらの無い効率的な浄化処理を促進することができる。この場合にも、揚水井３０から回収された地下水に含まれる汚染物質の種類や濃度に基づく回収率や未反応の酸化剤濃度をモニターして、汚染物質の酸化処理率が所定の閾値よりも低下した時点で、土壌中に形成されているみず道の周辺土壌の浄化処理が進んでいると判断し、その時点で加圧注入装置８を作動させることにより、注入された高圧ガスによりみず道が閉塞され、新たに形成された水の通り道に対してさらに浄化処理を進めることができることは言うまでも無く、ノズルの深度を変更して高圧ガスを注入することにより深さ方向の浄化むらも解消される。

本発明による汚染土壌の原位置浄化方法は、土壌ガス吸引法にも適用可能である。土壌ガス吸引法は、有機溶剤等による汚染土壌に吸引井を設けて土壌から揮発性汚染物質を真空吸引装置により吸引し、吸引されたガスから活性炭等により汚染物質を吸着除去した後に大気放出する方法であるが、この場合にも、上述の実施形態と同様に、処理井としての吸引井の周辺の複数個所をボーリングして形成された穴に、先端にノズルＮが設けられた筒状体を挿入してノズルから汚染土壌にパルス状の高圧ガスを注入することにより、ガスの通り道が形成され難い土質であっても注入されるパルス状の高圧ガスによりその周辺部位にクラックを形成して、新たに形成されるガスの通り道を介して浄化むらの無い効率的な浄化処理を促進することができる。さらに、吸引井から吸引されたガスに含まれる汚染物質の種類や濃度に基づいて回収率をモニターして、汚染物質の回収率が所定の閾値よりも低下した時点で、土壌中に形成されているガス道の周辺土壌の浄化処理が進んでいると判断し、その時点で加圧注入装置を作動させることにより、注入された高圧ガスによりガス道が閉塞され、新たに形成されたガスの通り道に対してさらに浄化処理を進めることができ、ノズルの深度を変更して高圧ガスを注入することにより深さ方向の浄化むらも解消される。

上述した汚染土壌に構築される処理井として、汚染土壌から揮発性有機化合物を吸引する吸引井を対象とする場合には、浄化処理の初期に例えば窒素のような酸素を含まないガスを汚染土壌に注入して、嫌気性微生物による嫌気分解を促進し、その後空気等の酸素を含むガスを注入して好気性微生物を活性化させ、嫌気分解で生成する有機物を好気分解することで効率的な浄化処理を促進させることができる。例えば、揮発性有機化合物の一つであるテトラクロロエチレンは、好気性微生物によってはトリクロロエチレンには分解されないため、テトラクロロエチレンで汚染された汚染土壌では初期に酸素を含まないガスを注入して嫌気性微生物によりトリクロロエチレンを生成させ、その後酸素を含むガスを注入して好気性微生物を活性化させトリクロロエチレンを好気分解することにより効率的に浄化処理できるようになるのである。この場合にも、吸引井から吸引されたガス成分をモニターしてガス道での嫌気分解が進んだ後に、別のガスの通り道を構築するために再度酸素を含まないガスを注入する処理を繰り返し、その後に空気等の酸素を含むガスや栄養塩類等の栄養源を供給して好気性微生物による汚染物質の分解処理を促進することで効果的に汚染土壌を浄化処理することができる。

一方、水を通し難い湿潤地等では電気修復法やフラッシング法等を効果的に活用することが困難であるため、図３に断面図（ａ）、側面図（ｂ）を示すように、予め処理に先立ち、土中に円筒状の孔またはシート状の壁Ｗを穿ち、その中に砂またはボール紙Ｐ等といった通気性または透水性を有する材料を充填して水を抜くサンドドレーン法やペーパードレーン法と呼ばれる地盤改良工事を施すことによりみず道を形成して汚染物質の移動性を高めた後に、電気修復法やフラッシング法を適用することにより効率的に汚染土壌の浄化処理を促進することができる。この場合にも、上述の高圧ガス注入を併用することにより浄化効率を高めることができる。

上述した何れの実施形態も一例に過ぎず、高圧ガスの注入位置や注入時期、さらには具体的な注入装置は、本発明による作用効果が奏される範囲において適宜設定、或いは構成できるものである。

本発明による汚染土壌の原位置浄化方法を電気修復法に適用する場合の説明図 本発明による汚染土壌の原位置浄化方法をフラッシング法に適用する場合の説明図 湿潤土壌をペーパードレーン法で地盤改良した後に電気修復法を採用する汚染土壌の原位置浄化方法の説明図

符号の説明

１：汚染土壌
２，３：電極井（処理井）
２ｂ：陰極
３ｂ：陽極
４：直流電源装置
５：ポンプ
６：電解液タンク
７：筒状体
８：加圧注入装置
９：送気管
１０：タンク
１１：エアコンプレッサ
２０：注水井
３０：揚水井
Ｎ：ノズル
Ｐ：砂またはボール紙
Ｗ：円筒状の孔またはシート状の壁

Claims (6)

1. 汚染土壌に処理井を構築し、前記処理井を介して汚染物質を除去する汚染土壌の原位置浄化方法であって、
   前記処理井の周辺の汚染土壌にノズルを備えた筒状体を挿入し、前記ノズルから汚染土壌にパルス状の高圧ガスを注入する汚染土壌の原位置浄化方法。
2. 前記高圧ガスの注入深度が前記処理井の底部または底部より上方の複数個所に設定される請求項１記載の汚染土壌の原位置浄化方法。
3. 前記処理井を介した汚染土壌の浄化処理に先立って、前記ノズルから汚染土壌にパルス状の高圧ガスを注入する請求項１または２記載の汚染土壌の原位置浄化方法。
4. 前記処理井を介した汚染土壌からの汚染物質の回収率をモニターし、回収率が低下したときに、前記ノズルから汚染土壌にパルス状の高圧ガスを注入する請求項１または２記載の汚染土壌の原位置浄化方法。
5. 前記処理井が、汚染土壌から揮発性汚染物質を吸引する土壌ガス吸引法による吸引井、汚染土壌の地下水から汚染水を揚水して浄化処理後の清浄水を注水するフラッシング法または酸化剤を注入するケミカルオキシデーション法による揚水井または注水井、汚染土壌に陰極と陽極を設置して両電極間に直流電圧を印加することによりイオン態の汚染物質を回収する電気修復法による電極井の何れかである請求項１から４の何れかに記載の汚染土壌の原位置浄化方法。
6. 前記処理井が、汚染土壌から揮発性有機化合物を吸引する吸引井であり、初期に前記ノズルから汚染土壌に窒素等の酸素を含まないガスを注入し、その後に空気等の酸素を含むガスを注入する請求項１記載の汚染土壌の原位置浄化方法。

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