JP2010115597A - 地下水浄化壁及び地下水の浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地下水浄化層の耐震性を高める。
【解決手段】地盤の掘削穴に、地下水中の汚染物質を除去又は無害化する処理剤を含む充填材を充填することにより形成された水透過性の浄化層を有する地下水浄化壁において、該充填材が、該浄化層の補強用繊維を含むことを特徴とする地下水浄化壁。この地下水浄化壁に汚染地下水を透過させることにより、該汚染地下水を浄化することを特徴とする地下水の浄化方法。地震による亀裂発生や崩壊、液状化が防止され、浄化層が安定に維持されることにより、汚染地下水を確実に浄化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚染帯水層を有する地中に地下水浄化層を設けて汚染地下水を浄化する地下水浄化壁及び地下水の浄化方法に係り、特にこの地下水浄化層の耐震性を高め、浄化処理を安定化する地下水浄化壁及び地下水の浄化方法に関する。

メッキ工場、半導体製造工場、化学工場、電池製造工場等では、６価クロム、鉛、カドミウム、ヒ素、シアン、水銀、セレン等の重金属類が製造原料として使用されている。そのため、これらの製造設備周辺では、管理が適切でない場合や、事故等により、これらの重金属類で土壌が汚染されることがある。この場合、特に、６価クロムやヒ素、シアン、セレンは通常陰イオンの形態で存在するので、比較的土壌に吸着され難いため、汚染が帯水層まで到達する場合が多く、この場合には地下水が汚染されることとなる。

また、鉛、カドミウム、水銀等も、帯水層地下水面が高い場合や、地下配管からの漏洩などにより帯水層を汚染する場合がある。更に、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）に代表される有機塩素化合物も地中への漏洩があると帯水層を汚染する。このような地下水の汚染は、特に、地下水を飲用等に使用している場合は大きな問題となる。

従来、汚染地下水の浄化には、揚水井戸を設けて地下水を揚水し、地上で浄化処理することが行われてきた。しかし、この方法では浄化期間が長期化する上に、揚水された汚染地下水を地上施設を用いて処理した上で放流する必要があるため、維持管理コストが高くなり、長期的には総コストは非常に高いものとなる。

別の浄化手段としては、土壌を掘削して処分場に搬出して浄化処理する方法があるが、汚染領域が広く、深い位置まで到達している場合には掘削土壌量が膨大となり、やはりコストがかかる。

このような状況から、汚染帯水層の地下水を低コストに浄化する方法として、地下水浄化壁を設け、現場にて地下水を浄化する方法が提案された。この方法は、有機塩素化合物汚染地下水に適用され（特表平５−５０１５２０号公報）、その後、重金属汚染地下水にも適用されるようになった（ＵＳＰ５，８３７，１４５、特許第３２１６０１４号公報）。

この地下水浄化層は、地中に形成した穴（トレンチ）に、鉄粉等の浄化処理剤を砂と混合して充填した水透過性の層であり、汚染地下水がこの浄化層を透過する際に、鉄粉による還元反応で地下水中の汚染物質が無害化される。
特表平５−５０１５２０号公報 ＵＳＰ５，８３７，１４５ 特許第３２１６０１４号公報

地下水浄化層は、上述の如く、地中に形成した穴に鉄粉等の浄化処理剤や砂などの透水性材料との混合物を充填してなる低強度の充填層であるため、地震等の外力により亀裂が入ったり崩壊したりし易く、また、液状化により崩壊及び材料分離が発生し易いものである。

浄化層に亀裂が入ったり、崩壊したりした場合、汚染地下水は、透水抵抗の低い、この亀裂部分や崩壊部の浄化処理剤の存在しない部分を透過し易く、このため、汚染地下水は浄化されることなく浄化壁を透過してしまう。また、液状化により、浄化層内に層状に材料分離が生じた場合にも、浄化処理剤の存在しない部分から汚染地下水が透過することとなる。このため、汚染地下水を確実に浄化し得なくなる。

本発明は上記従来の問題点を解決し、地震等の外力に対する耐震性に優れ、亀裂、崩壊や液状化の問題がなく、汚染地下水を確実に浄化することができる地下水浄化壁及び地下水の浄化方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の地下水浄化壁は、地盤の掘削穴に、地下水中の汚染物質を除去又は無害化する処理剤を含む充填材を充填することにより形成された、水透過性の浄化層を有する地下水浄化壁において、該充填材が、該浄化層の補強用繊維を含むことを特徴とする。

請求項２の地下水浄化壁は、請求項１において、前記補強用繊維の太さが２ｍｍ未満で長さが５〜５００ｍｍであることを特徴とする。

請求項３の地下水浄化壁は、請求項１又は２において、前記充填材が、前記処理剤と、透水性材料と、前記補強用繊維との混合物であることを特徴とする。

請求項４の地下水浄化壁は、請求項３において、前記充填材中の補強用繊維の含有量が、前記処理剤と透水性材料との合計１ｍ^３に対して５〜１００ｋｇであることを特徴とする。

請求項５の地下水浄化壁は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記浄化層は地下水の流下方向下流側の地中に壁状に形成されていることを特徴とする。

本発明（請求項６）の地下水の浄化方法は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の地下水浄化壁に汚染地下水を透過させることにより、該汚染地下水を浄化することを特徴とする。

本発明によれば、補強用繊維の補強効果で、地下水浄化層の耐震性が高められ、亀裂や崩壊、更には液状化による材料分離等が防止されるため、地下水浄化壁を透過する汚染地下水は浄化層内の浄化処理剤と確実に接触して浄化されるようになる。

以下に本発明の地下水浄化壁及び地下水の浄化方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の地下水浄化壁は、地下水の汚染帯域の地盤に掘削穴を形成し、この掘削穴に地下水中の汚染物質を除去又は無害化する処理剤（以下「浄化処理剤」と称す場合がある。）を含む充填材を充填して形成された浄化層を有するものであり、本発明の地下水の浄化方法は、この地下水浄化壁の浄化層に汚染地下水を透過させることにより、浄化するものである。

本発明において、地下水浄化壁を構成する水透過性の浄化層に充填された充填材が、当該浄化層の補強用繊維を含むことを特徴とする。特にこの浄化層の充填材は、地下水の浄化処理剤と補強用繊維と、透水性材料とを含むものであることが好ましく、これら浄化処理剤、補強用繊維及び透水性材料を均一に混合してなる混合物であることが好ましい。なお、この充填材には、地盤に掘削穴を形成したときに排出された土砂を含んでいても良い。

＜補強用繊維＞
補強用繊維としては、繊維状の材料であればその材質には特に制限はなく、鉄、ステンレス等の金属繊維、アクリル、ポリエステル、ナイロン等の合成繊維、木綿、ウール、麻、絹等の天然繊維、ポリ乳酸等の生分解性繊維、木、竹等を繊維状に加工したもの、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ、マグネシア等のセラミック繊維、ロックウール、ウォラストナイトなどの無機繊維等、各種のものを用いることができる。このうち、鉄繊維や炭素繊維、アルミナ繊維、マグネシア繊維等であれば、浄化層の補強効果と共に地下水の浄化作用をも得ることができ、また、生分解性繊維であれば、地中で徐々に生分解されて消失することで、土壌中の補強用繊維の残留を防止することができる。

補強用繊維としてはこれらの各種の材料からなるものの中から、補強効果、コスト等を勘案して、適当なものが用いられる。

補強用繊維の繊維径（太さ）や繊維長さについても、目的とする浄化層の補強効果が得られる程度であれば良く、特に制限はないが、繊維径としては２ｍｍ未満であることが好ましく、例えば０．０５〜１ｍｍ程度であることが好ましい。繊維径が２ｍｍ以上であると空隙ができやすく、不均一となるため、十分な補強効果を得ることができない。また、繊維長さについては、短か過ぎると十分な補強効果が得られず、長過ぎると浄化処理剤や透水性材料への均一混合が困難であることから、５〜５００ｍｍ、特に５〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。

なお、補強用繊維としては、材質、平均繊維径や平均繊維長さの異なるものを２種以上混合して用いても良い。

＜浄化処理剤＞
浄化処理剤としては特に制限はなく、地下水中に含まれる汚染物質に応じて適宜決定されるが、例えば、鉄粉、アルミニウム、亜鉛粉等の金属還元体、活性炭、ハイドロタルサイト、希土類化合物、酸化マグネシウム、アルミナ、アロフェン、イオン交換樹脂、キレート樹脂、粘土鉱物などが例示される。

これらの浄化処理剤としては、取り扱い性、浄化層の透水性等の面から、通常、粒径０．１〜２ｍｍ程度のものが用いられる。浄化処理剤の粒径が大き過ぎると比表面積が小さくなることにより浄化効率が低下し、小さ過ぎると透水性が損なわれる。

これらの処理剤は１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

＜透水性材料＞
透水性材料としては砂や砕石などが用いられる。

＜充填材の配合＞
上記の補強用繊維と浄化処理剤及び透水性材料との混合物よりなる充填材を用いる場合、その補強用繊維の配合割合は、目的とする浄化層の補強効果、地下水浄化効果、及び地下水の透水性を十分に得ることができるように、用いる材料や浄化目的、浄化層の形状や大きさ等に応じて適宜決定されるが、通常の場合、浄化処理剤と透水性材料との合計１ｍ^３に対して５〜１００ｋｇ、特に５〜５０ｋｇ程度用いるのが好ましい。補強用繊維の配合量がこの範囲より少ないと十分な補強効果を得ることができず、多いと相対的に浄化処理剤及び透水性材料の量が減ることにより、浄化効果や透水性が損なわれる恐れがある。

なお、浄化処理剤と透水性材料との配合割合についても特に制限はなく、浄化対象、浄化効果や透水性の確保、コスト等の面から、浄化処理剤：透水性材料＝１０〜１００：９０〜０（体積比）とすることが好ましい。

＜浄化層の形成方法＞
浄化層を形成するには、まず地盤に掘削穴を設け、この掘削穴に前述の充填材を充填する。地盤掘削工法としては、従来公知の方法を採用することができ、例えば、以下のような方法が挙げられる。

（１） 開削工法
開削工法は、土留め掘削工法と土留めしない掘削工法に大別される。
浄化層の施工では、土留め掘削工法で原地盤を壁状に掘削し、形成された掘削穴に充填材を充填する。ただし、充填材交換時の省力化や浄化層補強のため、土留の一部を残置する場合がある。

（２） ケーシング掘削工法
ケーシング掘削工法は、浄化層の一般的な施工方法であり、筒状の土留め部材であるケーシングを地中に貫入させながら原地盤を掘削し、形成された掘削穴に充填材を充填した後、ケーシングを引き抜き、柱状の充填層を複数本重複させて連続壁とする。

本発明に係る浄化層は、地下水の流下方向下流側の地中に壁状に形成されていることが、汚染地下水の浄化効果の面で好ましい。

この浄化層の幅や長さ、形成深さ等には特に制限はなく、浄化対象の地形や汚染領域の広さ、地下水の流通方向等に応じて適宜決定される。

＜施工例＞
以下に図面を参照して、本発明に係る地下水浄化壁の具体的な施工例を説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の地下水浄化壁の実施の形態を示す模式的な斜視図であり、地下水は、図１の各図において左側から右側へ流れる。

図１（ａ）は、地盤の掘削穴に、浄化処理剤と補強用繊維１と透水性材料とを均一に混合してなる混合物を充填材２として充填して壁状に形成した浄化層３よりなる地下水浄化壁を示すものであり、この浄化層３は、補強用繊維１の補強効果で、地震時の亀裂発生や崩壊、液状化などが防止され、浄化処理剤の均一分散状態を維持することができるため、この浄化層３を透過する汚染地下水が浄化層３中の浄化処理剤と確実に接触して浄化される。

図１（ｂ）に示す浄化層３Ａは、図１（ａ）の浄化層３に更に鉄筋４を埋設して補強効果を高めたものであり、補強用繊維１と鉄筋４による補強効果で地震時の亀裂発生や崩壊、液状化などは、より一層確実に防止される。この浄化層３Ａは、掘削穴内に予め鉄筋４を配置し、その後充填材２を充填することにより形成することができる。なお、鉄筋４は、図示の如く水平方向と鉛直方向との両方向に設けることが好ましい。

図１（ｃ）に示す浄化層３Ｂは、図１（ａ）の浄化層３に更に補強シート５を埋設して補強効果を高めたものであり、補強用繊維１と補強シート５による補強効果で地震時の亀裂発生や崩壊、液状化などは、より一層確実に防止される。即ち、補強シート５を所定間隔で設けることにより、浄化層３Ｂ内の充填材２の移動が防止され、また、シート５の強度で浄化層３Ｂの補強がなされる。このシート５として遮水性のシートを設けた場合には、上下方向の水の移動を防止して、想定外の汚染物質の流入、移動を防止することができる。

この浄化層３Ｂは、掘削穴への充填材の充填と、補強シート５の敷設とを交互に繰り返してサンドイッチ構造とすることにより形成することができる。なお、補強シート５は、地震時の振動による充填材の崩壊や液状化を防止する上で、シート面を水平方向に配置して設けることが好ましい。また、その配置間隔（鉛直方向の間隔）は１００〜５０００ｍｍ程度とすることが好ましい。この補強シート５としては、不織布や織布でも良いが、ケーシング掘削工法で隣接する浄化層が重なるように形成する場合には、切断が容易な有孔石膏ボードが好ましい。

図１（ｄ）は、図１（ａ）の浄化層３にずれ止め部材６を取り付けたものである。このずれ止め部材６は、浄化層３の外枠７に対して取り付けられ、外枠７及びずれ止め部材６とで浄化層３を地盤に一体化することで、外力を受けた際の地盤の変形に対する浄化層３の追随性を高め、亀裂や崩壊をより一層確実に防止する。

この外枠７及びずれ止め部材６は、掘削穴の形成時に地盤に取り付けられる。外枠７は浄化層３の外周部に所定間隔で鉛直方向に設けられ、ずれ止め部材６は、面端又は一方の端部がこの外枠７に固定されて、浄化層３の厚さ方向に水平に設けられる。外枠７は地盤に打設できる強度を有するものが好ましく、例えば鋼材等が望ましい。ずれ止め部材６は、取り扱い性の面で鉄筋などが好ましい。

その他、図示はしないが、本発明に係る充填材を透水性の袋状部材に収納したものを用い、掘削穴への充填材の充填と、この充填材を収納した袋の投入とを交互に繰り返して行い、浄化層内に部分的に土嚢様の浄化材封入袋の層を形成することにより、浄化層の補強効果を高めることもできる。また、浄化層中の鉛直方向に有孔管等の水抜き材を建て込むことにより、地震時の過剰間隙水圧を解消することができる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実施例１及び比較例１，２］
実際の地震を模擬して以下の模擬振動試験を行った。

＜実験条件＞
１） 模擬地震動：
水平移動距離＝１ｃｍ
水平移動回数＝４回／秒
継続時間＝２０秒
２） 模擬地盤：Ｗ１５ｃｍ×Ｌ２５ｃｍ×Ｈ２０ｃｍのアクリル容器に標準砂を充填し、この標準砂の充填層の中心部分にＷ５ｃｍ×Ｌ５ｃｍ×Ｈ１０ｃｍの穴をあけ、この穴に表１に示す充填材を充填して模擬浄化層を形成した。

＜結果＞
上記模擬地盤に模擬地震動を付与した後の模擬浄化層部分を観察し、結果を表１に示した。

表１より、本発明によれば、地下水浄化層の耐震性が高められ、地震による亀裂発生や崩壊、液状化が防止され、浄化層が安定に維持されることにより、汚染地下水を確実に浄化することができることが分かる。

本発明の地下水浄化壁の実施の形態の一例を示す模式的な斜視図である。

符号の説明

１ 補強用繊維
２ 充填材
３，３Ａ，３Ｂ 充填層
４ 鉄筋
５ 補強シート
６ ずれ止め部材
７ 外枠

Claims (6)

1. 地盤の掘削穴に、地下水中の汚染物質を除去又は無害化する処理剤を含む充填材を充填することにより形成された、水透過性の浄化層を有する地下水浄化壁において、該充填材が、該浄化層の補強用繊維を含むことを特徴とする地下水浄化壁。
2. 請求項１において、前記補強用繊維の太さが２ｍｍ未満で長さが５〜５００ｍｍであることを特徴とする地下水浄化壁。
3. 請求項１又は２において、前記充填材が、前記処理剤と、透水性材料と、前記補強用繊維との混合物であることを特徴とする地下水浄化壁。
4. 請求項３において、前記充填材中の補強用繊維の含有量が、前記処理剤と透水性材料との合計１ｍ^３に対して５〜１００ｋｇであることを特徴とする地下水浄化壁。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記浄化層は地下水の流下方向下流側の地中に壁状に形成されていることを特徴とする地下水浄化壁。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の地下水浄化壁に汚染地下水を透過させることにより、該汚染地下水を浄化することを特徴とする地下水の浄化方法。

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