JP2018079416A - 地下水の浄化システム、及び浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】井戸が目詰まりを起こしにくい浄化システムを提供する。【解決手段】地下水の浄化システム１Ａは、地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域２２と下部領域２３とに区分するように遮水材９が設けられた複数の井戸２Ａ，２Ｂとを備えている。井戸２Ａにおいて上部領域２２内の地下水を下部領域２３内へ送水する第１のポンプ３Ａを有し、井戸２Ｂにおいて下部領域２３内の地下水を上部領域２２内へ送水する第２のポンプ３Ｂを有している。浄化システム１Ａは更に、ポンプ３Ａ，３Ｂの駆動に起因して井戸２Ａ，２Ｂ間を移動するように地下水の流れが生じる領域に、汚染物質の浄化を促進する物質を添加する添加手段４を備えている。添加手段４から添加した物質は、ポンプ３Ａ，３Ｂによる人工的な地下水の流れに従って土壌中を拡散することができ、井戸２Ａ，２Ｂ内において微生物の量や添加した物質の濃度が過剰になることが防止される。【選択図】図２

Description

本発明は、地下水の浄化システム、及び浄化方法に関する。

従来、汚染された地下水を浄化するシステムとして、土壌中の微生物を活性化させる薬剤を注入する方法（例えば、特許文献１参照）や、鉄粉等の浄化剤を添加して化学的に処理する方法（例えば、特許文献２参照）がある。しかしながら、これらの方法では添加した薬剤の拡散を地下水の自然な流向や流速に頼っているため、薬剤が地下水全体に行き渡らない場合があり、浄化期間の予測も困難である。

他方、他の浄化システムとして、隣接する井戸同士の間に汚染地下水の流れに略垂直となる水平方向の流れを生じさせるとともに、土壌中の微生物を活性化させる活性剤を井戸に添加するシステムが考案されている（例えば、特許文献３参照）。このシステムでは、地下水の流れを制御できるため、添加した活性剤を地下水全体に行き渡らせることができ、浄化期間の予測も容易である。

特開２００５−２７９３９２号公報 特開２００１−３２１７６２号公報 特許第５７１１５１９号公報

しかしながら、上記浄化システムでは、井戸内に添加した薬剤に起因して井戸が目詰まりを起こす傾向がある。すなわち、井戸内で増殖し過ぎた微生物群や、不溶体となった薬剤によって井戸の機能が損なわれる傾向がある。

そこで本発明は、複数の井戸を用いる地下水の浄化システムであって、井戸が目詰まりを起こしにくい浄化システムを提供することを目的とする。また、本発明は当該浄化システムを用いた地下水の浄化方法を提供することを目的とする。

本発明は、地下水を擁し、地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた複数の井戸と、複数の井戸のうちの一の井戸において、当該井戸における上部領域内の地下水を下部領域内へ送水する第１のポンプと、複数の井戸のうちの一の井戸と離間した他の井戸において、当該井戸における下部領域内の地下水を上部領域内へ送水する第２のポンプと、第１のポンプ及び第２のポンプの駆動に起因して複数の井戸間を移動するように地下水の流れが生じる領域に、汚染物質の浄化を促進する物質を添加する添加手段と、を備える、地下水の浄化システムを提供する。

また、本発明は、地下水を擁し、地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた井戸を複数用いる地下水の浄化方法であって、複数の井戸のうちの一の井戸では、当該井戸における上部領域内の地下水を下部領域内へ送水し、複数の井戸のうちの一の井戸と離間した他の井戸では、当該井戸における下部領域内の地下水を上部領域内へ送水し、送水に起因して複数の井戸間を移動するように地下水の流れが生じる領域に、汚染物質の浄化を促進する物質を添加する、地下水の浄化方法を提供する。

この浄化システム及び浄化方法では、複数の井戸間において人工的な地下水の流れが生じ、この流れが生じている領域において、汚染物質の浄化を促進する物質を添加する。当該物質は人工的な地下水の流れに従って土壌中を拡散することができる。これによれば、井戸内において微生物の量や添加した物質の濃度が過剰になることが防止され、井戸の目詰まりが起こりにくくなる。

ここで、上記添加手段は、複数の井戸とは別の井戸であることが好ましく、物質の添加を、当該井戸を用いて行うことが好ましい。井戸は設置が容易であるうえ、井戸を用いると、物質を水等の液体に溶解させて土壌に添加することができるため好ましい。

また、上記添加手段は、上記領域の土壌に設けられた浄化体であってもよく、物質の添加を、上記領域の土壌に撹拌混合することにより行ってもよい。この場合、物質が水等に不要な固体である場合でも土壌に添加することが容易である。

物質は、還元剤、酸化剤、吸着剤、水素生成剤、酸素生成剤及び酸素からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。処理対象が重金属である場合、処理対象が揮発性有機化合物である場合、土壌中の微生物を活性化させたい場合等、目的に応じて土壌に添加すべき物質を選択することができる。

本発明によれば、複数の井戸を用いる地下水の浄化システムであって、井戸が目詰まりを起こしにくい浄化システムを提供することができる。また、本発明によれば、当該浄化システムを用いた地下水の浄化方法を提供することができる。

第１の実施形態の浄化システムが設置された領域の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 第２の実施形態の浄化システムを示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１の実施形態＞
図１及び図２に示されているとおり、本実施形態の浄化システム１Ａは、複数の循環井戸２が互いに離間して並設されており、各循環井戸２間の位置において、各種物質を添加するための注入井戸４が設けられたものである。複数の循環井戸２は、少数の井戸数で広い範囲を手当する観点から、汚染された地下水の流れに対して直交する方向に井戸を並設することが好ましい。

浄化システム１Ａによって、地下水中の汚染物質を浄化する。ここで汚染物質とは、揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（ＶＯＣ）とも呼ばれる。具体的には、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、塩化ビニル（ＶＣ）、１，３−ジクロロプロペン等）、重金属等（カドミウム、鉛、六価クロム、ヒ素、総水銀、シアン、有機リン等）を指している。ここで「重金属等」とは、土壌汚染対策法における特定有害物質のうち第二種特定有害物質に区分されるものに有機リン等を加えたものを指している。従って、「重金属等」はヒ素、シアン及び有機リン等をも含む概念である。

循環井戸２は、汚染された地下水を擁する地盤の帯水層５を掘削して粘土層６にまで達したボーリング穴に対し、スリットや貫通孔を壁面に有するストレーナー２１が挿通されてなるものである。ストレーナー２１の径はボーリング穴の径よりも小さく、径の差分により生じる空間には砂７が充填されている。

砂７が充填されている空間において、循環井戸２の深さの約半分となる高さ位置には、砂７の代わりに遮水材としてのベントナイト８が充填されている。そして、ストレーナー２１内におけるこの高さ位置においては、パッカー（遮水材）９が設けられ、井戸２内が深さ方向に上部領域２２と下部領域２３とに区分されている。パッカー９は、中心部に小孔が開いた環状の風船であり、これが膨らむことによってストレーナー２１の内周壁に密着するため、ストレーナー２１の内部を塞ぐこととなり、上部領域２２と下部領域２３とを互いに遮水する遮水材として機能する。

井戸２の底部には、ポンプ３が配置されている。ここで、循環井戸２は、ポンプ３による送水の向きによって二種類に大別される。一方は、上部領域２２の地下水を下部領域２３へ送水するポンプ（第１のポンプ）３Ａが配置された循環井戸２Ａであり、他方は、下部領域２３の地下水を上部領域２２へ送水するポンプ（第２のポンプ）３Ｂが配置された循環井戸２Ｂである。ポンプ３Ａ，３Ｂからは、それぞれ上部領域２２から地下水を吸い込むため、又は、上部領域２２へ地下水を吐出するための配管Ｌ１，Ｌ２が、パッカー９の中心部の小孔を通じて鉛直方向へ延び、上部領域２２内に開口している。ポンプ３（３Ａ，３Ｂ）の送水量は、いずれも１０Ｌ／分〜１００Ｌ／分程度である。

循環井戸２Ａ，２Ｂの間の土壌には、注入井戸（添加手段）４が設けられている。注入井戸４の構造は循環井戸２Ａ，２Ｂと同一である。ただし、注入井戸４内にはポンプが配置されておらず、代わりに、地下水中の汚染物質を浄化するための物質を貯蔵し注入井戸４内に添加するためのタンク１１が地上部に設置されている。タンク１１からは、注入井戸４内の上部領域２２及び下部領域２３のそれぞれに対して配管Ｌ３，Ｌ４が延びて開口している。注入井戸４では、上部領域２２と下部領域２３との間で地下水の送水は行わない。

注入井戸４は、図１に示されているとおり、平面視において近接している循環井戸２Ａ，２Ｂの間に設ける。ここでは、多数の循環井戸２Ａ，２Ｂが交互に正方格子状に配置された中で、一対の井戸２Ａ，２Ｂを結ぶ線上においてそれぞれ注入井戸４を設けている。注入井戸４Ａを設けた領域は、例えば図２に示された断面視において、ポンプ３Ａ，３Ｂの駆動に起因して循環井戸２Ａ，２Ｂ間に地下水の循環流（白抜き矢印）が生じると予想される領域である。互いに近接する四つの循環井戸２Ｂに囲われた領域内（破線で示した領域）には、少なくとも一つの井戸２Ａ、及び、少なくとも一つの注入井戸４が存在するように設ける。この領域は、なお、平面視における当該領域の形状は、循環井戸２の配置の分布態様に応じて楕円、四角形等とすることもできる。また、循環井戸２Ａ，２Ｂ、及び注入井戸４を配置する態様としては、図１に示したもののほか、正方格子状、三角格子状等、種々の配置態様とすることができる。

注入井戸４には、地下水中の汚染物質を浄化するための物質（以下「反応剤」ともいう。）を添加することができる。反応剤としては、還元剤、酸化剤、吸着剤、水素生成剤、酸素生成剤、酸素等が挙げられる。これらは一種を単独で、又は、複数種を併用して添加することができ、浄化すべき対象（揮発性有機化合物、重金属等）や、土壌中の微生物の活性化を考慮して適宜選択する。

還元剤としては、鉄粉等が挙げられる。酸化剤としては、過酸化水素水、過硫酸ナトリウム等が挙げられる。吸着剤としては、酸化マグネシウム、酸化鉄、活性炭、鉄粉、炭酸カルシウム等が挙げられる。水素生成剤としては、乳酸、グルコース、エタノール、グリセロール、酢酸、酪酸、プロピオン酸、蟻酸、ソルビトール、オリゴ乳酸、シュークロース、ポリ乳酸、大豆油、エマルジョン油等が挙げられる。酸素生成剤としては、過酸化マグネシウム、過酸化水素等が挙げられる。

これらの反応剤のうち、水に可溶な反応剤（例えばグルコース、過酸化水素、酸素）は水溶液として、タンク１１から注入井戸４に注入される。水に不溶な反応剤（例えば鉄粉）は、タンク１１を用いず、透水性を有する袋に封入して、注入井戸４内に当該袋を吊るすことによって反応剤を地下水に接触させることができる。

以上に説明した浄化システム１において、ポンプ３Ａ，３Ｂを駆動すると、循環井戸２Ａにおいては上部領域２２内の地下水が下部領域２３内に移動し、循環井戸２Ｂにおいては下部領域２３内の地下水が上部領域２２に移動する。このとき、上部領域２２内と下部領域２３内とはパッカー９及びベントナイト８によって互いに遮水されているため、移動した地下水は一つの循環井戸（２Ａ又は２Ｂ）内にて循環するのではなく、帯水層５から地下水が浸出し、又は、帯水層５へ地下水が浸入していく。その結果、循環井戸２Ａ，２Ｂの間の領域において、地下水に人工的な循環流（図２の白抜き矢印）が生じる。そして、この循環流が生じている領域に注入井戸４を設け、これに地下水内の汚染物質を浄化するための反応剤を添加すると、循環流によって反応剤が土壌中に拡散することができる。水に不溶な反応剤を封入した袋を注入井戸４内に吊るす態様とした場合は、汚染物質を吸着等して処理することができる。本実施形態の浄化方法において、注入井戸４では上部領域２２と下部領域２３との間で地下水の送水を行わないので、循環流の形成には寄与していない。

従来の浄化システムを用いた浄化方法では、反応剤を循環井戸２Ａ，２Ｂ内に添加していたため、井戸内で増殖し過ぎた微生物群や、不溶体となった反応剤によって井戸の機能が損なわれる傾向があった（具体的にはストレーナー２１や砂７に目詰まりが生じていた）が、本実施形態の浄化システム１によれば、循環井戸２Ａ，２Ｂ内において微生物の量や添加した反応剤の濃度が過剰になることが防止され、循環井戸２Ａ，２Ｂの目詰まりが起こりにくい。

ここで、注入井戸４の内部においてもパッカー９が設けられており注入井戸４内で上部領域２２及び下部領域２３が構成されているので、循環流を形成している地下水が注入井戸４内で混ざり合うことが防止され、注入井戸４の存在が循環流の障害となりにくい。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の浄化システム１Ｂについて説明する。図３に示されているとおり、第２の実施形態の浄化システム１Ｂが第１の実施形態の浄化システム１Ａと異なっている点は、注入井戸４に代えて、浄化体（添加手段）１４を設けている点である。

浄化体１４は、具体的には、地下水中の汚染物質を浄化するための上記反応剤のうち固体又は液体である反応剤が混合された改質土であり、浄化体１４は円柱状をなしている。

浄化体１４は、各種の方法にて設けることができる。例えば、羽根が付いたオーガ等で帯水層５を所定の深度まで削孔及び撹拌することで土壌を軟らかくし、ここに固体又は液体の反応剤を注入及び撹拌混合することで浄化体１４を設けることができる（機械撹拌工法）。また、帯水層５に所定の深度まで細い縦穴を掘り、水平方向に突き出したノズルを回転しながら高圧で固体又は液体の反応剤を噴射し、拡径及び撹拌することで浄化体１４を設けることができる（高圧噴射撹拌工法）。また、ケーシングを用いた掘削によって土を地上に取り出し、この土に各種反応剤を混合したうえで孔に埋め戻すことで浄化体１４を設けることもできる（ケーシング掘削工法）。

この浄化システム１Ｂにおいても、第１の実施形態の浄化システム１Ａと同様の作用効果が奏される。本実施形態は、特に水に不溶な反応剤を用いる場合に都合がよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、井戸２内がパッカー９によって二つの領域に区分された態様を示したが、井戸２内が三つ以上の領域に区分された態様としてもよい。

また、第１の実施形態では、注入井戸４内が上部領域２２と下部領域２３に区分された態様を示したが、これらを区分しない態様としてもよい。特に、反応剤を封入した袋を注入井戸４内に吊るす場合は、これらの区分をしないほうが、袋の挿入及び撤去が容易である。

また、第２の実施形態では浄化体１４が円柱状をなしている態様を示したが、浄化体１４は循環井戸２Ａ，２Ｂを結ぶ線に直交する方向に延びる壁形状としてもよい。この場合、より広範囲の地下水の流れに対応した浄化を行うことができる。

１Ａ，１Ｂ…浄化システム、２（２Ａ，２Ｂ）…循環井戸、３…ポンプ、３Ａ…第１のポンプ、３Ｂ…第２のポンプ、４…注入井戸（添加手段）、５…帯水層、６…粘土層、７…砂、８…ベントナイト（遮水材）、９…パッカー（遮水材）、１１…タンク、１４…浄化体（添加手段）、２１…ストレーナー、２２…上部領域、２３…下部領域、Ｌ１〜Ｌ４…配管。

Claims (8)

1. 地下水を擁し、前記地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた複数の井戸と、
   複数の前記井戸のうちの一の井戸において、当該井戸における前記上部領域内の前記地下水を前記下部領域内へ送水する第１のポンプと、
   複数の前記井戸のうちの前記一の井戸と離間した他の井戸において、当該井戸における前記下部領域内の前記地下水を前記上部領域内へ送水する第２のポンプと、
   前記第１のポンプ及び前記第２のポンプの駆動に起因して複数の前記井戸間を移動するように前記地下水の流れが生じる領域に、汚染物質の浄化を促進する物質を添加する添加手段と、を備える、地下水の浄化システム。
2. 前記添加手段は、複数の前記井戸とは別の井戸である、請求項１記載の地下水の浄化システム。
3. 前記添加手段は、前記領域の土壌に設けられた浄化体である、請求項１記載の地下水の浄化システム。
4. 前記物質は、還元剤、酸化剤、吸着剤、水素生成剤、酸素生成剤及び酸素からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項１〜３のいずれか一項記載の地下水の浄化システム。
5. 地下水を擁し、前記地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた井戸を複数用いる地下水の浄化方法であって、
   複数の前記井戸のうちの一の井戸では、当該井戸における前記上部領域内の前記地下水を前記下部領域内へ送水し、複数の前記井戸のうちの前記一の井戸と離間した他の井戸では、当該井戸における前記下部領域内の前記地下水を前記上部領域内へ送水し、
   前記送水に起因して複数の前記井戸間を移動するように前記地下水の流れが生じる領域に、汚染物質の浄化を促進する物質を添加する、地下水の浄化方法。
6. 前記物質の添加を、前記領域に設けた別の井戸を用いて行う、請求項５記載の地下水の浄化方法。
7. 前記物質の添加を、前記領域の土壌に撹拌混合することにより行う、請求項５記載の地下水の浄化方法。
8. 前記物質は、還元剤、酸化剤、吸着剤、水素生成剤、酸素生成剤及び酸素からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項５〜７のいずれか一項記載の地下水の浄化方法。

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