JP2008238095A - 汚染土壌の浄化工法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染土壌を短期間の内に確実に浄化できると共に、軟弱地盤においても好適に実施可能な汚染土壌の浄化工法の提供。
【解決手段】土壌（Ｇ）中の汚染領域（Ｇｐ）に到達するボーリング孔（１）を掘削する工程と、掘削されたボーリング孔（Ｈ）内に噴流噴射手段（Ｎａ、Ｎｂ）を先端に取り付けた多重管（１）を挿入する工程と、多重管（１）の内部空間（１ｄ、１ｅ、１ｆ）を介して噴流噴射手段（Ｎａ、Ｎｂ）から少なくとも２種類の流体（Ａ液、Ｂ液）を汚染領域（Ｇｐ）に噴射する流体噴射工程、とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、トリクロロエチレン等の揮発性物質（ＶＯＣ）により汚染された土壌を浄化する汚染土壌浄化工法に関する。

揮発性物質（ＶＯＣ）により汚染された土壌を浄化するため、従来の汚染土壌浄化工法では、浄化用の薬剤や固化材を地盤中に注入又は混合する場合に、当該薬剤や固化材を、粉体のまま地盤中に注入し混合するか、或いは、浄化用の薬剤や固化材を混合したスラリーを予め地上で作成し、その様なスラリーを浄化するべき地盤へ注入し混合することにより、施工を行ってきた。

ここで、当該薬剤による汚染物質の分解反応と、固化材による固化反応（汚染物質の封じ込め）は、何れも化学反応である。そして、反応物質の温度を上げることで、化学反応の速度が速まることが一般的に知られている。
そのため、薬剤や固化材を注入し、混合するに際して、水道水よりも温度の高い温水により、浄化用の薬剤や固化材を混合したスラリーを調製して施工すれば、従来よりも汚染物質浄化に係る反応の速度や、固化材の固化反応速度が速くなることが期待される。

しかし、水道水よりも温度の高い温水により、上述したスラリーを地上で調製してしまうと、地盤中にスラリーを注入又は混合の施工前に、薬剤又は固化材の反応が促進されてしまうという問題が存在する。
また、軟弱地盤に対して、浄化用の薬剤を含有するスラリーを注入して、撹拌しても、浄化された地盤は依然として軟弱なままであり、汚染浄化後の再利用が困難である。

その他の従来技術として、例えば、汚染土壌中に高温蒸気を供給して汚染物質の揮発を促進し、揮発した汚染物質を地上側で回収する技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）では、軟弱地盤中の土壌が汚染されていた場合に、当該地盤を改良する作業を別途行う必要があるため、軟弱地盤の汚染浄化には不適当であった。
特開平１０−３０９５６３号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、汚染土壌を確実に浄化して、且つ、その浄化速度を短縮することができると共に、軟弱地盤においても好適に実施することができる汚染土壌の浄化工法を提供することを目的としている。

本発明の汚染土壌の浄化工法は、土壌（Ｇ）中の汚染領域（Ｇｐ）に到達するボーリング孔（１）を掘削する工程と、掘削されたボーリング孔（Ｈ）内に噴流噴射手段（Ｎａ、Ｎｂ）を先端に取り付けた多重管（１）を挿入する工程と、多重管（１）の内部空間（１ｄ、１ｅ、１ｆ）を介して噴流噴射手段（Ｎａ、Ｎｂ）から少なくとも２種類の流体（Ａ液、Ｂ液）を汚染領域（Ｇｐ）に噴射する流体噴射工程、とを含むことを特徴としている（請求項１）。

前記流体噴射工程で噴射される少なくとも２種類の流体（Ａ液、Ｂ液）は、混合すると汚染領域（Ｇｐ）中の汚染物質を浄化する作用を促進する様に選択されており、一種類の流体（Ａ液）は土壌中の汚染領域を切削する態様で噴射され、その他の一種類の流体（Ｂ液）は、切削された汚染土壌（Ｇｐ）と少なくとも２種類の流体とを混合し撹拌する態様で噴射される（請求項２）。
但し、上記その他の一種類の流体（Ｂ液）により汚染領域を切削し、上記一種類の流体（Ａ液）で混合しても良い。

前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体（Ｂ液）は固化材を包含しており、他の一種類の流体（Ａ液）は固化材が固化する反応を促進する促進材を包含している（請求項３）。

前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体（Ｂ液）は汚染物質を分解する薬剤を包含しており、他の一種類の流体（Ａ液）は汚染物質を分解する反応を促進する促進材を包含している（請求項４）。

前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体（Ａ液）は４０℃以上の高温水であり、他の一種類の流体（Ｂ液）は鉄粉を包含している（請求項５）。

前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体（Ａ液）は４０℃以上の高温水であり、他の一種類の流体（Ｂ液）は固化材を包含している（請求項６）。

前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体（Ａ液）は鉄イオンを包含しており、他の一種類の流体（Ｂ液）は過酸化水素を包含している（請求項７）。

前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体（Ａ液）はケイ酸ナトリウムを包含しており、他の一種類の流体（Ｂ液）は過炭酸を包含している（請求項８）。

上述する構成を具備する本発明によれば、噴流噴射手段（Ｎａ、Ｎｂ）から少なくとも２種類の流体（Ａ液、Ｂ液）を汚染領域（Ｇｐ）に噴射する流体噴射工程を含み、その流体噴射工程で噴射される少なくとも２種類の流体（Ａ液、Ｂ液）は、混合すると汚染領域（Ｇｐ）中の汚染物質を浄化する作用を促進する様に選択されている。
そのため、浄化用薬剤や固化材を地盤に注入する場合に比較して、浄化反応或いは固化反応が促進するので、浄化或いは固化が確実に行われると共に、浄化或いは固化に必要な時間を短縮することが可能となる。

また、少なくとも２種類の流体は、例えばＶＯＣ等で汚染された領域において、初めて混合されるので、予め地上側で高温水によってスラリーを作った場合の様に、土壌にスラリーを注入する前に薬剤又は固化材の反応が促進してしまうということが、確実に防止される。

さらに、汚染土壌の実状に対応して、少なくとも二種類の流体を適宜選択することにより（請求項２〜請求項８）、汚染物質の浄化反応や、汚染物質を封じ込めるために汚染物質を土壌と共に固化する固化反応が、確実に且つ速やかに進行するようにせしめることが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１〜図７を参照して第１実施形態について説明する。
図１〜図３は、第１実施形態による施工工順を示している。

図１に示す工程では、土壌Ｇにおける汚染された領域（汚染領域）Ｇｐを貫通するように、ボーリング孔Ｈを削孔する。
そして、図２で示す工程では、削孔されたボーリング孔Ｈに、三重管１を挿入する。
図２において、三重管１の地表Ｆ部分に符号２で表示されているのは、ボーリング孔Ｈから地上への流出するスラリーを回収して処理するための機構である。当該回収・処理機構は、実際には大きくて且つ複雑な形状をしているが、図示の簡略化のため、ボーリング孔Ｈの口許部分の四角形で表現している。
三重管１の地上側の先端には、スイベルジョイント３が取り付けられている。

図２において、ボーリング孔Ｈ近傍の地表Ｆには、Ａ液を貯留したＡ液タンク４と、Ｂ液を貯留したＢ液タンク５が設置される。Ａ液タンク４は、Ａ液供給ホース６によってスイベルジョイント３に接続されている。Ｂ液タンク４は、Ｂ液供給ホース７によってスイベルジョイント３に接続されている。
Ａ液とＢ液については、後述する。
さらにボーリング孔Ｈ近傍の地表Ｆには、エアコンプレッサ８が設置され、エアコンプレッサ８は高圧エアホース９によって、スイベルジョイント３と接続されている。

三重管１の構成について、図２のＸ−Ｘ線横断面を示す図４を参照して、説明する。
三重管１は、半径方向最外方の管壁１ａ（三重管１の外周を形成する管壁）と、半径方向最内方の管壁１ｃと、半径方向について管壁１ａと管壁１ｃの中間に存在する管壁１ｂとを有している。
半径方向最外方の管壁１ａと半径方向中間の管壁１ｂとにより、環状流路１ｄが形成されている。
半径方向中間の管壁１ｂと半径方向最内方の管壁１ｃとにより、環状流路１ｅが形成されている。
半径方向最内方の管壁１ｃの内側空間は、円形の流路１ｆを形成している。

図４では、環状流路１ｄがエアコンプレッサ８に連通しており、環状流路１ｄ内部を高圧エアが流れる。
環状流路１ｅは、Ａ液タンク４側に連通しており、環状流路１ｅ内部をＡ液が流れる。
円形の流路１ｆは、Ｂ液タンク５側に連通しており、円形流路１ｆ内部をＢ液が流れる。

図２に続く工程を示す図３から明らかな様に、三重管１の下方近傍には、Ｂ液を水平方向へ噴射するためのノズルＮｂが設けられている。さらに、ノズルＮｂの上方には、Ａ液を噴射する一対のノズルＮａが設けられている。
図３から明らかな様に、一対のノズルＮａから、Ａ液の交差噴流Ｊｘａを噴射する。
一方、下方のノズルＮｂからは、Ｂ液が水平方向へ噴射される。
図３で示す工程においては、Ａ液、Ｂ液を噴射している際に、三重管１は符号Ｒで示す様に回転している。

図３では明確には示されてはいないが、Ａ液の噴流（ジェット）の周囲には複数の圧縮エアが噴出しており、その圧縮エアの噴流は、Ａ液の噴流を包囲するように配置されている。
Ａ液の噴流を包囲する様に、複数の圧縮エアを噴出するには、例えば図５で示すように、ノズルＮａの周囲を６個の高圧エアノズルＮｃで包囲するように配置する。

再び図３において、一対のノズルＮａから噴射されるＡ液及びその周囲の圧縮エアの交差噴流Ｊｘａにより、汚染地盤Ｇｐは切削される。
さらに、ノズルＮｂから噴射するＢ液の噴流により、切削された汚染土壌Ｇｐ、Ａ液、Ｂ液が混合、撹拌される。
図３において、ラインＬの上方側が交差噴流Ｊｘａによって切削された領域であり、ラインＬの下方側が、切削された汚染土壌Ｇｐと、Ａ液と、Ｂ液とが混合、撹拌されている領域である。
なお、図示はされていないが、Ｂ液の噴流についても、圧縮エアの噴流により包囲することは可能である。

ここで、Ａ液は、例えば、４０〜７０℃の高温水、鉄イオンを含む４０〜７０℃の高温水、ケイ酸ナトリウムを含む４０〜７０℃の高温水、固定化反応を促進させる物質を含む４０〜７０℃の高温水の何れかである。
一方、Ｂ液は薬剤あるいは固化材であって、例えば、鉄粉を含む液、固化材を含む液、過酸化水素を含む液，過炭酸を含む液、固化反応を起こす液（例えば、固化材）、汚染物質を分解又は固定化する液の何れかである。

Ａ液とＢ液の組合せとしては、例えば、下記の（１）〜（６）が挙げられる。
（１） Ａ液が４０℃〜７０℃の高温水で、Ｂ液が鉄粉を含む液。
（２） Ａ液が４０℃〜７０℃の高温水で、Ｂ液が固化材を含む液。
（３） Ａ液が鉄イオンを含む４０℃〜７０℃の高温水で、Ｂ液が過酸化水素を含む液。
（４） Ａ液がケイ酸ナトリウムを含む４０℃〜７０℃の高温水で、Ｂ液が過炭酸を含む（過炭酸ナトリウムが主体）液。
（５） Ａ液が固化反応を促進させる物質を含む４０℃〜７０℃の高温水で、Ｂ液が固化反応を起こす液（例えば、固化材）。
（６） Ａ液が固定化反応を促進させる物質を含む４０〜７０℃の高温水で、Ｂ液が汚染物質を分解又は固定化する液。

ここで、汚染された土壌Ｇｐが軟弱地盤である場合には、汚染浄化作業が完了した際に、汚染土壌Ｇｐが固化される様に、Ｂ液を選択する必要がある。すなわち、Ｂ液としては、固化材、或いは固化材を包含する汚染浄化材を選択する必要がある。
一方、汚染された土壌が軟弱地盤ではなければ、Ｂ液として固化材或いは固化材を包含する汚染浄化材を選択する必要はない。

図示はされていないが、Ｂ液を一対のノズルＮａから（その周囲の圧縮エアと共に）噴射して交差噴流を形成して、汚染地盤Ｇｐを切削し、Ａ液を下方のノズルＮｂから噴射せしめても良い。
その場合には、Ｂ液が切削用流体となり、Ａ液の噴流により混合することになる。
すなわち、Ａ液とＢ液の何れを地盤切削用流体として、他方を混合用流体としても構わない。

明確には図示されていないが、Ａ液及びＢ液は、地上の供給源に貯蔵されている際に、懸濁液或いはゲル状であるのが好ましい。
供給源中で、Ａ液及びＢ液における濃度や組成が、均一に保たれることが好適だからである。

上述した（１）〜（６）の組合せは、次の様な作用効果を奏する。
２種類の流体の内、Ａ液は固化材が固化反応を促進する促進材を含む４０℃〜７０℃の高温水で、Ｂ液が固化材をするように構成すれば（上述した（５）の組合せ）、軟弱地盤における汚染土壌が短期間で固化するので、汚染物質を確実に封じ込めて、対象土壌を浄化することができる。

２種類の流体の内、Ａ液は汚染物質を分解する反応を促進する促進材を包含する４０〜７０℃の高温水で、Ｂ液は汚染物質を分解する薬剤を包含するように構成すれば（上述した（６）の組合せ）、短期間で汚染物質を分解して、汚染土壌を浄化することができる。

２種類の流体の内、Ａ液は４０℃以上の高温水であり、Ｂ液は鉄粉を包含するように構成すれば（上述した（１）の組合せ）、高温水の存在により、鉄粉によって汚染物質を分解する反応が高温雰囲気下で進行、促進されるので、汚染土壌の浄化が短期間で行われる。

２種類の流体の内、Ａ液は４０℃以上の高温水であり、Ｂ液は固化材を包含するように構成すれば（上述した（２）の組合せ）、高温水によって固化材による固化反応が促進するので、汚染物質が確実に封じ込められると共に、軟弱地盤の改良も図ることができる。

２種類の流体の内、Ａ液は鉄イオンを包含し、Ｂ液は過酸化水素を包含するように構成すれば（上述した（３）の組合せ）、Ａ液の鉄イオンの存在により、過酸化水素の酸化力によって汚染物質が参加する反応が促進し、汚染土壌の浄化が短期間で実行される。

２種類の流体の内、Ａ液がケイ酸ナトリウムを含む４０℃〜７０℃の高温水で、Ｂ液が過炭酸を含む（過炭酸ナトリウムが主体）液である様に構成すれば（上述した（４）の組合せ）、Ｂ液に包含される過炭酸の酸化力によって、浄化反応が促進される。

図６は、図１〜図５で示す実施形態の作用効果を示している。
図６は縦軸にテトラクロロエチレン（ＰＣＥ）の濃度（ｍｇ／Ｌ）を示し、横軸に施工後の経過時間（日）を示している。
図６の実験結果（データ）は、室内において土と鉄粉を混合して、所定の温度を保った実験によって得られたものである。

図６において、例えば、１００ｍｇ／Ｌの高い濃度のテトラクロロエチレン（ＰＣＥ）汚染土壌に対して、２０℃（温水を用いない場合：白い丸で示すプロット）では３０日要する濃度低下が、４０℃の温水を加えることにより約１／２に短縮して達成されている（黒い丸で示すプロット）。
また、６０℃の温水を加えた場合（白い三角形のプロット）には、２０℃の場合における約１／５の期間で、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）が減少している。
すなわち、４０℃の温水を加えた場合（黒い丸で示すプロット）と、６０℃の温水を加えた場合（白い三角形のプロット）には、２０℃の場合（温水を用いない場合：白い丸で示すプロット）に比較して、明らかに、浄化期間の大幅短縮が可能である。

一般的な地盤の温度が１０〜２０℃程度であることも考慮すると、浄化期間の短縮（最低でも、１／２以下の短期間とすること）を図るには、地盤中の温度を４０℃以上にすれば良い。そして、地盤中に４０℃以上の熱水（温水）を噴射することが必須である。
ここで、温水をつくる際の熱効率や、沸騰による危険性を考慮すると、熱水温度は１００℃未満とすることが妥当である。

図７は、地盤へ８０℃の熱水を噴射した場合における地盤の温度変化を示している。図７では、縦軸に地盤温度を示し、横軸に施工（熱水噴射）からの経過日数を示している。
図７で示す様に、温度が２０℃程度の地盤に対して、８０℃の熱水を噴射すると、その直後の地盤温度は７０℃程度まで上昇する。
粘性土地盤のように水の動きがない地盤であれば、８０℃の熱水を噴射してから１５日程度経過するまでは、地盤の温度が４０℃以上に保たれることが、図７から理解される。

次に、図８を参照して第２実施形態を説明する。
図８の第２実施形態では、Ｂ液についても、交差噴流Ｊｘｂを構成する様に噴射している。
図８において、三重管１の先端部には、一対のノズルＮｂが形成されている。そして、一対のノズルＮｂから、Ｂ液の交差噴流Ｊｘｂを噴射するように構成されている。
図８の実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図７で説明した第１実施形態と同様である。

図９は、第３実施形態を示している。
図９の第３実施形態では、Ｂ液の噴流のみならず、Ａ液についても、交差噴流ではなく、水平方向に噴射している。その場合、ノズルＮａの向きは、水平方向を向くように配置されている。
図９の第３実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図７で説明したのと同様である。

図１０は、本発明の第４実施形態を示す。
図１０の第４実施形態は、第１実施形態（図３参照）とは逆に、Ａ液については水平方向へ噴射し、Ｂ液については交差噴流Ｊｘｂを構成する様に噴射している。換言すれば、Ａ液噴射用のノズルＮａは水平方向を向いて配置されているが、Ｂ液のノズルＮｂは対となって設けられており、交差噴流Ｊｘｂを構成する様に配置されている。
図１０の第４実施形態のその他の構成及び作用効果については、図１〜図７で説明したのと同様である。

図１１は、第５実施形態を示す。
図１１の第５実施形態は、図３の第１実施形態に対して、汚染土壌Ｇｐを掘削するＡ液の噴流において、その周囲を圧縮エアで包囲せず、Ａ液のみを水平方向へ噴射するように構成されている。もちろん、Ｂ液についても、その周囲は圧縮エアでは包囲しない。
図１１の第５実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図７で説明したのと同様である。

図示はされていないが、図８〜図１０の第２実施形態〜第４実施形態において、図１１で示す様に、Ａ液の噴流の周囲を圧縮エアの噴流で包囲せず、Ａ液のみを噴射する様に構成しても良い。Ｂ液の噴流についても、同様である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

本発明の第１実施形態における一工程を示す説明図。 図１で示す工程とは別の工程を示す説明図。 図１、図２とは別の工程を示す説明図。 図２のＸ−Ｘ断面矢視図。 第１実施形態に関するＡ液ノズル先端部の断面図。 本発明の実施形態による作用効果を示した実験データ。 地盤に熱水を噴射投入した後の経過時間と、地盤の温度との関係を示す実験データ。 第２実施形態の施工状態を示した様態図。 第３実施形態の施工状態を示した様態図。 第４実施形態の施工状態を示した様態図。 第５実施形態の施工状態を示した様態図。

符号の説明

１・・・多重管
２・・・口元管
３・・・スイベルジョイント
４・・・Ａ液タンク
５・・・Ｂ液タンク
６・・・Ａ液供給ホース
７・・・Ｂ液供給ホース
８・・・エアコンプレッサ
９・・・高圧エアホース
Ｇ・・・土壌
Ｇｐ・・・汚染領域
Ｈ・・・ボーリング孔
Ｎａ・・・噴流噴射手段／Ａ液のノズル
Ｎｂ・・・噴流噴射手段／Ｂ液のノズル

Claims (8)

1. 土壌中の汚染領域に到達するボーリング孔を掘削する工程と、掘削されたボーリング孔内に噴流噴射手段を先端に取り付けた多重管を挿入する工程と、多重管の内部空間を介して噴流噴射手段から少なくとも２種類の流体を汚染領域に噴射する流体噴射工程、とを含むことを特徴とする汚染土壌の浄化工法。
2. 前記流体噴射工程で噴射される少なくとも２種類の流体は、混合すると汚染領域中の汚染物質を浄化する作用を促進する様に選択されており、一種類の流体は土壌中の汚染領域を切削する態様で噴射され、その他の一種類の流体は、切削された汚染土壌と少なくとも２種類の流体とを混合し撹拌する態様で噴射される請求項１の汚染土壌の浄化工法。
3. 前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体は固化材を包含しており、他の一種類の流体は固化材が固化する反応を促進する促進材を包含している請求項２の汚染土壌の浄化工法。
4. 前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体は汚染物質を分解する薬剤を包含しており、他の一種類の流体は汚染物質を分解する反応を促進する促進材を包含している請求項２の汚染土壌の浄化工法。
5. 前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体は４０℃以上の高温水であり、他の一種類の流体は鉄粉を包含している請求項２の汚染土壌の浄化工法。
6. 前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体は４０℃以上の高温水であり、他の一種類の流体は固化材を包含している請求項２の汚染土壌の浄化工法。
7. 前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体は鉄イオンを包含しており、他の一種類の流体は過酸化水素を包含している請求項２の汚染土壌の浄化工法。
8. 前記少なくとも２種類の流体の内、一種類の流体はケイ酸ナトリウムを包含しており、他の一種類の流体は過炭酸を包含している請求項２の汚染土壌の浄化工法。

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