JP2014231051A - 電気加温法を利用した土壌浄化用井戸の設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】井戸を設けるための作業を簡素化し、それに掛かる手間や費用を抑えることを可能とした、電気加温法を利用した土壌浄化に用いられる井戸の設置方法を提供する。【解決手段】掘削具により地表から地中に土壌を掘削しつつ、該掘削具の後方に形成された穴に、透水性を有する井戸枠１４を、該穴の壁に沿うように挿入してゆく。この井戸枠１４の中に、該井戸枠１４とは電気的に絶縁された電極と、揚水管及び送気管から成るエアリフトポンプを設置することにより、電極井戸と回収井戸を兼ねた電気加温法利用土壌浄化用井戸とすることができる。掘削方法としては、一つには、ケーシング併設ダウンザホールハンマー工法を利用することができる。この場合、掘削終了後の穴の底に底蓋１５を設置する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気加温法を利用した土壌浄化方法に係り、特に、それに用いられる井戸の設置方法に関する。

汚染物質で汚染された土壌を浄化する方法には、処理場所によって区分すると、汚染土壌を掘削後、非汚染土壌と入れ替え、掘削した汚染土壌は場外の最終処分場に運搬・埋立処分する方法（掘削・場外搬出）、掘削した汚染土壌を場内に持ち込んだ処理施設で浄化し埋め戻す方法（オンサイト浄化）、ならびに掘削することなく地中にあるがままの状態で浄化する方法（原位置浄化）がある。オンサイト浄化や原位置浄化は土壌の運搬作業が不要であり、その分の費用や手間が掛からない、さらに汚染物質を場外に持ち出さないので汚染の拡散を防ぐというメリットがある。電気加温法は原位置浄化技術の一つである。

汚染物質による区分では、重金属による汚染と、ＶＯＣ（揮発性有機化合物：Volatile Organic Compounds）による汚染に大別される。加えて、最近は油汚染も問題視されるようになってきている。

原位置でのＶＯＣ土壌浄化方法の一つに、加温により土壌の温度を上げる方法がある（加温法）。加温法は、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエタンをはじめとするＶＯＣなどで汚染された土壌の浄化に適する。ＶＯＣの多くは粘性が低く、水よりも比重が大きいため、地中深く浸透し易く、地下水汚染を発生させる。また、粘性土壌の粒子間隙中に吸着して土壌汚染を引き起こす。そこで加温法では、土壌の温度を上げることで土壌粒子間隙中に吸着しているＶＯＣを脱離するとともにその流動性を高め、気化させたり周囲の地下水に混入させる。そして、そのようなＶＯＣを多く含む気体や地下水を汲み上げることでＶＯＣを回収し、これにより汚染地下水、及び汚染土壌を浄化する。

加温には、土壌に高温水蒸気（スチーム）を吹き込んだり、熱水を送り込んだりする方法のほか、土壌にヒータを挿入し熱伝導によってヒータ周辺の土壌や地下水を加温する方法もあるが（たとえば特許文献２、特許文献３）、エネルギー効率や制御性に優れた方法として電気加温法がある。電気加温法は、土壌に複数の電極を埋め、電極間の土壌に電流を流し、土壌自身の電気抵抗によってジュール熱を生じさせるものである。これにより、使用する電力の多くを土壌の加温に利用できる（たとえば特許文献１）。

電気加温法では、図６に示すように、汚染土壌中に汚染物質回収用の井戸（回収井戸）５１と、その周囲に電気加温のための井戸（電極井戸）５２を掘削（ボーリング）する。電極井戸５２は、例えば汚染土壌を囲む六角形の頂点にそれぞれ設け（図６の「領域１」）、各電極井戸５２の電極に３相交流電源の各相の電圧を印加する。これにより、これら電極井戸５２で囲まれた領域内の土壌に電流が流れ、ジュール熱により土壌の温度が上昇して、汚染物質が土壌から脱離する。土壌から脱離した汚染物質は地下水に混入し、該地下水は回収井戸５１から汲み上げられる。その結果に応じて、その領域の外側に更なる回収井戸と電極井戸を掘削してゆくことにより、浄化領域を広げてゆく（「領域２」、「領域３」）。

回収井戸５１から汲み上げられた、汚染物質を含む地下水は、地上で曝気処理等を行うことにより、汚染物質を除去する（非特許文献１）。

特開平05-10083号公報 特開平11-57685号公報 特開2006-272273号公報

地盤環境技術研究会編「土壌汚染対策技術」,株式会社日科技連出版社,2003年9月24日 「さく井・改修工事標準歩掛資料(平成２２年度版)」2010年, 社団法人 全国さく井協会

従来の電気加温法では、図６に示すように、土壌の浄化作業を行う場所において電極井戸と回収井戸を別々に設ける必要があった。このため、従来の方法では、掘削すべき井戸の本数が多いとともに、電極用と回収用という、異なる機能を持つ井戸を、それぞれに適した工法で別々に掘削しなければならなかった。例えば、回収井戸では、ＶＯＣを吸収した地下水を継続的に取り込み、地上に回収するために、穴壁にケーシングを設けることにより掘削した穴に空間を確保しておかなければならないが、電極用井戸では掘削した井戸の内部に電極を設けた後、その電極からの電流が周囲の土壌に流れるように、掘削時に挿入した金属製のケーシングを抜き出しておく必要がある。

このような問題を解決するため、本件出願人は、電極井戸と回収井戸を兼用することができる井戸に設置するための井戸構造体を開発した。この井戸構造体は、透水性を有する井戸枠と、該井戸枠の中に挿入された、該井戸枠とは電気的に絶縁された電極と、該井戸枠に取り込まれる貯留水の水面下にその一端が位置するように前記井戸枠内に挿入された揚水管と、該井戸枠の中に挿入された、前記水面下において前記揚水管内に空気を送り込むための送気管とを有することを特徴とするものである。

本発明が解決しようとする課題は、このような新規な井戸構造体に適した井戸の掘削方法を含む設置方法を提供することである。

前記課題を解決するために成された本発明に係る、電気加温法を利用した土壌浄化に用いられる井戸の設置方法は、
掘削具により地表から地中に土壌を掘削しつつ、該掘削具の後方に形成された穴に、透水性を有する井戸枠を、該穴の壁に沿うように挿入してゆくことを特徴とする。

この井戸の設置方法においては、土壌を掘削する際、ケーシング併設ダウンザホールハンマー工法を利用し、掘削終了後の穴の底に底蓋を設置することができる。
ダウンザホールハンマー工法は、穴底にビット及びパーカッションドリル（エアハンマー）を下ろし、圧縮空気による圧力及びハンマーピストンの重量でビットに打撃を与え、土壌を掘削する方法であり、硬い土壌の掘削に適している。ケーシング併設ダウンザホールハンマー工法は、このダウンザホールハンマー工法の際に、ビット及びパーカッションドリルの後方にケーシングパイプを引き連れて掘削する方法である。本発明に係る方法では、このケーシングパイプに、透水性を有するものを用いる。これを、上述の新規な井戸構造体の井戸枠とすることにより、本発明に係る方法で設置した井戸に好適に前記井戸構造体を設置することができる。なお、先端ビットには、正転で拡大、逆転で縮小する拡縮ビット（アンダーリーマビット又は拡径ビット）を使用する。掘削終了時に、ビットを引き揚げた後、ボイリング（噴砂）防止のためにコンクリート塊等を井戸底に挿入して前記底蓋とするのが良い。

或いは、アルファウイングパイル工法を利用し、掘削終了後の穴の底に、掘削に用いたドリルを底蓋として留置することができる。
アルファウイングパイル工法は、主として杭基礎の掘削に用いられる方法であり、鋼管杭の先端部に掘削刃を接合したパイルを用いる。このパイルの上端に圧入力及び回転力を与え、先端で土壌を掘削してゆく。本発明に係る方法では、この鋼管杭に透水性を持たせる。この工法を用いる場合、鋼管先端のドリルをそのままボイリング防止のための底蓋として用いることができる。

井戸を掘る方法には、パーカッション式やロータリー式等、泥水を注入しながら掘削する方法もある。しかし、このように泥水を注入すると、その一部が周囲の土壌に浸出し、掘削後に電気加温法によってＶＯＣを除去する際に障害となる可能性がある。
本発明に係る方法では、地表から地中に土壌を掘削して穴を形成しつつ、該穴に透水性を有する井戸枠を挿入するため、掘削時には、この井戸枠によって、穴の内部に土壌が入り込むことを防ぐことができる。従って、掘削時に泥水注入を行う必要がなく、その後のＶＯＣ除去の際に何ら障害が生じない。

掘削の終了後は、この井戸枠が透水性を有することにより、前記新規な井戸構造体の井戸枠としてそのまま用いることができる。すなわち、これにより回収井戸として機能するとともに、前記のようにその内部に電極を設置することにより、電極井戸としても機能する。

これにより、井戸の本数を少なくすることができるとともに、井戸の掘削方法を単純化することができ、土壌浄化のコストを大きく低減することができる。

本発明の一実施例であるダウンザホールハンマー工法による井戸の設置方法を説明する図であり、(a)〜(d)はその工程を示す。 前記設置方法において井戸の底に底蓋を固定するための構造の一例を示す図。 本発明の別の実施例であるアルファウイングパイル工法による井戸の設置方法を説明する図であり、(a)、(b)はその工程を示す。 本発明の方法により設置しようとする井戸の概略構成を示す図(a)、その井戸枠の斜視図(b)、そして別の種類の井戸枠の斜視図(c)。 本発明の方法により設置した井戸を用いた土壌浄化装置の概略構成を示す図。 従来の電気加温法による回収井戸と電極井戸の配置を示す概略構成図。

以下、本発明に係る、電気加温法を用いた土壌浄化装置に利用される井戸の設置方法の実施例について、図面を参照しつつ説明する。

まず、土壌浄化用の井戸、及びそこに設置する土壌浄化装置について、図４及び図５を参照しつつ説明する。図４は、その井戸の断面の概略構成を示す。この井戸は、電気加温のための電極井戸と、地下水を汲み上げるための回収井戸の双方の機能を兼ね備えた井戸である。以後、これを「電極回収井戸」と呼ぶ。

電極回収井戸３０は、直径を50〜200 cm程度とし、その深さは、その設置場所において地下水が存在する位置（例えば地下10〜30 m程度）に到達する深さとする。電極回収井戸３０は、後述する工法により設置された井戸枠３１、その上部を気密に塞ぐ井戸蓋３８、そして、その下部を塞ぐように設けられた底蓋４０から構成される。井戸蓋３８には複数の孔が設けられ、それらを通して、電極３２、送気管３３、揚水管３４及び吸引管３６が電極回収井戸３０内に気密に挿入される。ここで、電極３２は井戸枠３１と接触しないように絶縁部材３９を介して井戸蓋３８に保持される。また、井戸内において、送気管３３の先端は揚水管３４の下方の側壁に開口するように接続される。

井戸枠３１には鋼管などの金属製の管を用い、下方側面には多数のスリット３１ａを形成しておく。スリット３１ａは、井戸枠３１全体としての強度が確保され、土壌粒子が通過しない大きさ（例えば3 mm程度）としておけば、その大きさや数は任意であるが、例えば図４(b)や(c)に示すような形状・態様とすることができる。
井戸の近くの地上には、送気管３３に空気を送るための送気ポンプ３５、及び、吸引管３６から空気（ガス）を吸引するための吸引ポンプ３７を設置する。

このような構造を有する電極回収井戸３０では、土壌に含まれている地下水が、井戸枠３１に形成したスリット３１ａを通過して侵入し、井戸内に貯留される（以下、井戸内に貯留された地下水を「貯留水」という）。この井戸内における貯留水の水位は、その場所の土壌における地下水の水位から予想できるため、電極３２は、その貯留水の水面下に位置するように、挿入深さを決めておく。また、送気管３３と揚水管３４の連通部分も貯留水の水面下に位置するように定めておく。

図５は、このような構成を有する井戸構造体を備えた電極回収井戸を複数用いた土壌浄化装置の概略構成を示す。この土壌浄化装置では、３本の電極回収井戸３０１〜３０３を、ＶＯＣなどの汚染物質が含まれている土壌を囲んだ正三角形の頂点に設け、各電極回収井戸に挿入された電極を、３相交流電源４１の各相の端子（Φ１〜Φ３）と接続する。正三角形の大きさは、電極間に印加する電圧の大きさとその場所の土質に依存するが、通常の200 Vの商用電源を使用する場合、各辺の長さを3〜10 m程度としておけば、通常の土質に対応することができる。

前記の通り、井戸枠３１を通して地下水が侵入し、電極回収井戸３０の内部で貯留水となる。電極３２は、その貯留水の水面下に位置する深さまで挿入されているため、３相交流電源４１の電源をオンにすると、３相交流電源４１の電圧は、井戸枠３１内の貯留水、井戸間の汚染土壌、隣接電極回収井戸の井戸枠３１内の貯留水の間に印加される。これにより、まず、電流密度の高い、井戸枠３１内の貯留水がジュール熱により加熱される。この貯留水の熱が周囲の汚染土壌を加温するとともに、汚染土壌は電極間の電流によってもそれ自身でジュール発熱する。

こうして土壌を加温すると、土壌粒子に吸着しているＶＯＣが脱離するとともにその流動性が高まり、ＶＯＣは土壌の周囲の地下水に混入する。この地下水は前記の通り井戸枠３１内に侵入する。この井戸枠３１内に侵入した地下水（貯留水）は、次のようにエアリフトポンプの原理により地上に汲み上げられる。

まず、送気ポンプ３５により空気を送気管３３に送る。送気管３３の下方先端は、貯留水の水面下において揚水管３４に接続しているため、空気は揚水管３４内に送り込まれる。送り込まれた空気は揚水管３４内の貯留水に混入し、これにより、平均的に比重が軽くなった貯留水が、下方からの水圧（貯留水の揚程圧）により、井戸枠３１内に立設された揚水管３４の内部を押し上げられて浮上する（エアリフト）。汲み上げる貯留水の量は、送気ポンプ３５の出力により調整することができる。

井戸枠３１の内部の貯留水を汲み上げていくと、その水位は一旦低下するが、土壌中の地下水がその水圧で井戸枠３１のスリット３１ａを通過して侵入するため、井戸枠３１内に貯留された貯留水の水位は回復する。このようにして、送気ポンプ３５で送気を行っている間、ＶＯＣが混入した地下水（貯留水）を継続して回収することができる。

以上のとおり、この土壌浄化装置では、各井戸が土壌（及び貯留水）加温のための電極井戸とＶＯＣ汚染水を回収する回収井戸の両方の機能を備える。したがって、従来のように、電極井戸とは別の回収井戸を設ける必要がなく、井戸の本数を減らし、井戸掘削に掛かる費用ひいては土壌浄化に要するトータルのコストも下げることが可能となる。

次に、上述のような電極回収井戸３０を設置するための、本発明の井戸の設置方法について、図１〜図３を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施例である、ダウンザホールハンマー工法による井戸の設置方法を説明する図である。この方法では、ハンマーによる打撃を利用した掘削装置を使用する。掘削装置のうち地中の掘削に関する部分は、主に、ロッド１２とその先端に取り付けられたハンマービット１３で構成する。ロッド１２は、その軸を中心として回転させることができるように、シリンダ１１に挿入する。ハンマービット１３には、正転で拡大、逆転で縮小するビット（拡縮ビット）を用いる。ケーシング１４には前述の、スリット１４ａを有する井戸枠３１を用いる。

地中を掘削するには、圧縮空気によりロッド１２をシリンダ１１内で下方に押し出す。これにより、ハンマービット１３が穴底の土壌に高速で打ち付けられ、それによって生じる打撃を利用して地中を掘削する。ここで、下方に移動する際はロッド１２が正転し、ハンマービット１３の径が拡大する（図１(b)）。一方、ハンマービット１３を引き上げる際はロッド１２が逆転し、ハンマービット１３の径が縮小する（図１(c)）。これにより、ハンマービット１３をスムーズに引き上げることができる。なお、掘削により生じた土砂等は、その都度、パイプ等（図示しない）を通じて地上に運ぶ。

本発明に係る掘削方法では、ハンマービット１３の打撃を利用して地中を掘削する際に、ケーシング１４（井戸枠３１）を穴の側壁に沿って挿入してゆく。ケーシング１４は、この掘削の際は、掘削した穴の側壁から土砂などが崩れ落ちて入り込むのを防ぐ役割を果たす。

こうして所望の深さまで掘削を行った後は、穴の側壁に沿って挿入されたケーシング１４をそのまま残し、ハンマービット１３等、それ以外のものは穴から引き上げる。しかし、側壁のケーシング１４だけでは、井戸の底から地下水や土砂がボイリングする恐れがある。そこで、穴の底にコンクリート製等による底蓋１５を設置する（図１(d)）。

底蓋１５は、例えば図２に示す構造により固定する。すなわち、ケーシング１４の下端に、内部に突出させたストッパ１６を設けておく。井戸の掘削終了後は、ハンマービット１３等を全て引き上げ、底蓋１５をケーシング１４内に沿って降下させてゆくと、底蓋１５はこのストッパ１６で掛止し、そこで固定される。ここで、穴の底に土砂が積もっている等の理由により、底蓋１５を確実に穴の底に設置できない場合がある。そこで、底蓋１５にエアパイプ１７を通しておき、底蓋１５を井戸底に降ろした後、エアパイプ１７の下方よりエアを噴出させて土砂を押しのける。これにより、底蓋１５は確実に穴の底に設置されることになる。なおエアパイプ１７の先端には逆止弁１８を設け、底蓋１５が穴底で固定された後は、エアパイプ１７を通じて井戸内に地下水や土砂が入り込まないようにする。

図３は、本発明の別の実施例であるアルファウイングパイル工法による井戸の設置方法を説明する図である。この方法では、鋼管製のケーシング２１の先端に掘削刃（ドリル）２２を固定し、ケーシング２１の上端を回転させることにより井戸を掘り進めてゆく。本発明に係る方法では、このケーシング２１が前記井戸枠３１となる。従って、ケーシング２１にはスリット２１ａを設けておく。前述の通り、スリット２１ａはケーシング２１（井戸枠３１）の中心軸に対してやや傾斜して設けるが、アルファウイングパイル工法による井戸掘削の場合、このスリット２１ａの傾斜の方向は、ケーシング２１の掘削時の回転方向と一致するように（すなわち、スリット２１ａの下方先端が回転方向を向くように）しておくことが望ましい。

ケーシング２１は、掘削時には掘削した穴の側壁から土砂などが井戸内に入り込むのを防ぐ役割を果たし、掘削後はそのまま井戸枠３１として機能する。

本工法では、ケーシング２１の先端に取り付けられたドリル２２は、掘削後はそのまま井戸の底蓋となり、井戸底からのボイリングを防ぐ。

１１…シリンダ
１２…ロッド
１３…ハンマービット
１４…ケーシング
１４ａ…スリット
１５…底蓋
１６…ストッパ
１７…エアパイプ
１８…逆止弁
２１…ケーシング
２１ａ…スリット
２２…ドリル
３０、３０１、３０２、３０３…電極回収井戸
３１…井戸枠
３１ａ…スリット
３２…電極
３３…送気管
３４…揚水管
３５…送気ポンプ
３６…吸引管
３７…吸引ポンプ
３８…井戸蓋
３９…絶縁部材
４０…底蓋
４１…３相交流電源

Claims (3)

1. 掘削具により地表から地中に土壌を掘削しつつ、該掘削具の後方に形成された穴に、透水性を有する井戸枠を、該穴の壁に沿うように挿入してゆくことを特徴とする電気加温法を利用した土壌浄化用井戸の設置方法。
2. ケーシング併設ダウンザホールハンマー工法を利用し、掘削終了後の穴の底に底蓋を設置することを特徴とする、請求項１に記載の電気加温法を利用した土壌浄化用井戸の設置方法。
3. アルファウイングパイル工法を利用し、掘削終了後の穴の底に、掘削に用いたドリルを底蓋として留置することを特徴とする、請求項１に記載の電気加温法を利用した土壌浄化用井戸の設置方法。

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