JP3567429B2 - 地下水浄化構造及び地下水浄化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ハロゲン化合物や重金属等により汚染された地下水（以下、「汚染地下水」という）を浄化する地下水浄化構造及び地下水浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地下水を浄化する方法としては、地下水浄化壁工法が知られている。この地下水浄化壁工法は、図４に示すように、汚染地盤Ｇ’中における汚染地下水Ｗ’の流れの下流側に、透水性を有する浄化材料からなる地下水浄化壁１１’を構築し、当該地下水浄化壁１１’に汚染地下水Ｗ’を透過させることにより、これを浄化する工法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この地下水浄化壁工法は、地下水の浄化性能やコスト面に関連して、以下の問題点を有している。
【０００４】
（１）汚染地盤Ｇ’の地下水流速が年間１ｍ以下程度の場合には、汚染地下水Ｗ’が地下水浄化壁１１’へ到達し、通過するまでの時間が非常に長く、浄化の効果が現れるまでに長期間を要する。
【０００５】
（２）汚染地下水Ｗ’が所定流速を有している場合であっても、地下水浄化壁１１’を構成する浄化材料として、最も一般的な鉄粉のみを使用すると、時間の経過に伴い、鉄粉自体が腐食し、カルシウム塩が間隙中に沈殿することとなる結果、目詰まりを起こして透水性能（透水係数）が序々に小さくなる。そのため、地下水浄化壁１１’の透水係数が対象地盤の透水係数より小さくなると、汚染地下水Ｗ’が当該地下水浄化壁１１’を迂回して流れることとなるため、浄化作用を生じなくなってしまう。
【０００６】
なお、前記のような場合には、汚染地盤Ｇ’の全域を浄化材料で置換してしまうことも考えられるが、汚染地下水Ｗ’が広範囲に亘っている場合には、施工作業及び施工費用が膨大になってしまうことから実用化が困難であった。
【０００７】
本発明は、前記の各問題点を解決するためになされたものであり、地下水流速が小さい（年間１ｍ以下程度）汚染地盤において、早期に浄化の効果を発生させることができるとともに、供用開始後、長期間に亘り所望の透水性を維持することができ、また、施工費用の低廉化を図りながら広範囲に亘る汚染地下水を原位置で処理することができる地下水浄化構造及び地下水浄化方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、地下水流速が年間１ｍ以下の汚染地盤において、浄化材料及び透水材料（以下、両材料の混合物を「透水性浄化材料」という）を含み、地表面から不透水層に至る地中に間欠的に列状配置された所定数の浄化杭を備えている壁状領域と、前記壁状領域の下流側に設けられている汚染地下水の水流発生手段又は汚染地下水の水流加速手段である複数の揚水ポンプとを備え、前記揚水ポンプにより揚水を行い、前記汚染地下水の水流を強制的に発生又は加速させて、前記壁状領域に前記汚染地下水が通水可能となるように構成されており、前記浄化杭は、左右に隣接する前記浄化杭の間隔が所定間隔となるように千鳥状に打設されるものであり、前記壁状領域に前記汚染地下水を導水するために、前記壁状領域の両側に一対の止水壁が設置されていることを特徴とする地下水浄化構造を提供するものである。
【０００９】
ここで、浄化材料とは、化学的又は物理的な作用を発揮することにより汚染地下水を浄化することができる材料をいい、汚染物質の分解材料、安定化材料若しくは吸着材料等をいう。また、透水材料とは、壁状領域において汚染地下水を透過させるだけの透水性を有する細骨材等の材料をいう。
なお、浄化材料と透水材料の混合比率は、浄化作用を失わない配合で混合するものであれば、特に制限はない。
また、前記浄化材料としては、反応性及び耐久性を備えている種々の材料を用いることが可能であり、汚染地盤に含まれる汚染物質の種類により、適切に選択可能である。
【００１０】
分解材料は、汚染物質と反応することにより当該汚染物質を分解して無害化する性質を有する物質である。例えば、汚染物質として有機塩素化合物が含まれている場合には、分解材料として鉄粉を添加することにより、所定の効果を得ることができる。
安定化材料は、汚染物質と直接的あるいは間接的に反応して不溶性物質を形成する性質を有する物質である。
吸着性材料は、吸着能力により汚染物質を吸着することができる多孔質の材料であり、活性炭、石炭灰、木炭、亜炭、ゼオライト、ベントナイト等が用いられる。
【００１１】
特に、前記透水性浄化材料として、浄化材料としての金属還元剤と、透水性材料としての細骨材とを混合した材料を用いると、透水性が良好であり、金属還元剤の腐食やカルシウム塩の沈殿による目詰まりを回避し、供用開始後長期間に亘り所望の透水性を維持することが可能となるため、有機ハロゲン化合物や重金属による汚染水を浄化する際に非常に好適である。
【００１２】
従って、本発明によれば、透水性を有する壁状領域と、汚染地下水に強制的に水流を発生させる地下水流発生手段、又は、汚染地下水の水流加速手段とを備えていることから、汚染地下水の水流を強制的に発生又は加速させて壁状領域に通水させることにより、非常に迅速に汚染地下水を浄化することが可能となる。
さらに、止水壁を設けたことから、壁状領域に汚染地下水を集水することが可能となるため、当該部位において、効率的に汚染地下水の浄化を行うことができ、施工費用の低減を図ることが可能となる。
【００１４】
ここで、浄化杭とは、汚染物質の分解材料、安定化材料若しくは吸着材料等の浄化材料と、細骨材等の透水材料を構成材料として含む杭体をいう。
【００１５】
従って、本発明によれば、壁状領域を、地中に間欠的に列状配置された所定数の浄化杭を含む構成としたことにより、透水性浄化材料を地中に配置する際に不可避的に生ずる材料分離を極力抑えるとともに、浄化杭の数を最小限に抑えることにより、最小の施工費用で最大の浄化効果をあげることができる。
【００１８】
さらに、請求項２に記載の本発明は、地下水流速が年間１ｍ以下の汚染地盤において、浄化材料及び透水材料を含み、地表面から不透水層に至る地中に間欠的に列状配置された所定数の浄化杭を備えている壁状領域と、前記壁状領域に汚染地下水を導水するために前記壁状領域の両側に設置されている一対の止水壁とを地中に構築するとともに、前記壁状領域の下流側に前記汚染地下水の水流発生手段又は前記汚染地下水の水流加速手段である複数の揚水ポンプを設け、前記浄化杭を、左右に隣接する前記浄化杭の間隔が所定間隔となるように千鳥状に打設して、前記揚水ポンプにより揚水を行い、前記汚染地下水の水流を強制的に発生又は加速させて、前記壁状領域を通過させることにより、前記汚染地下水を浄化することを特徴とする地下水浄化方法を提供するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、対象地盤は、工場の敷地内等の汚染源を有する広範な地盤であり、わずかに地下水の流動が生じている地盤である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の地下水浄化構造１０は、汚染地盤Ｇにおける地下水の流れの下流側に設けられている透過性浄化壁１１と、透過性浄化壁１１の両側に設置されている一対の止水壁１４（止水部材）と、透過性浄化壁１１の下流側の揚水井１６中に挿設されている揚水ポンプ１５（地下水流加速手段）とから構成されている。
【００２１】
透過性浄化壁１１は、所定数の浄化杭１２を含む一定幅及び一定長の壁状領域から形成されている。この浄化杭１２は、壁状領域内に千鳥形状で間欠的に列状配置された円柱杭であり、浄化材料として金属還元剤である鉄粉１２ａを、透水材料として珪砂１２ｂを使用している。ここで、鉄粉１２ａのみではなく、珪砂１２ｂを混合した理由は、浄化杭１２の透水性を十分に確保することにより、鉄粉１２ａの腐食が発生しても、カルシウム塩が間隙中に沈殿しないようにし、本地下水浄化構造１０のロングライフ化をねらい、かつ、鉄粉１２ａの総使用量を大幅に減少させるという経済効果をねらったものである。従って、同様の目的を達成できるならば、珪砂１２ｂに代えて、珪砂１２ｂに相当する透水性を有する細骨材等を用いても差し支えない。
【００２２】
また、前記浄化杭１２は、壁状領域１１の全域にわたり、左右に隣接する浄化杭１２の間隔が所定間隔となるように打設されている。
【００２３】
さらに、前記浄化杭１２は、ケーシングパイプ（図示せず）を用いて地山の崩壊を防止しながら削孔した孔に透水性浄化材料を配置して円柱状に形成する施工方法をとることができるため、通常避けられないとされる透水性浄化材料における材料分離を大幅に抑制することができる。従って、汚染地下水の透水性能が十分に担保されることとなり、長期間に及ぶ透水性の維持をより完全かつ容易に達成することができることになる。
【００２４】
図１に示すように、一対の止水壁１４は、各々の基端部が透過性浄化壁１１の両端部に連設されており、平面視で、各々の先端部が左右の斜め前方向（汚染地下水の流れの上流方向）に延設されている。ここで、先端部の幅は、汚染地下水流Ｗ（汚染地下水の流れ）の最大幅ｄ以上にすることが必要である。
このように止水壁１４を構築することにより、最大幅ｄで流れている汚染地下水を、中央に位置する透過性浄化壁１１の部分に集水して、浄化することが可能となっている。
この一対の止水壁１４は、汚染地下水流Ｗが生じている透水層２１において構築されるものであるが、不透水層２２内に所定の根入れ長さが確保されており、これにより止水性が担保されている。
【００２５】
なお、本実施形態では、前記一対の止水壁１４は、コンクリート及び芯材からなる地中連続壁により構築することを前提としているが、これに限られるものでなく、適用土質、供用期間等に応じて適宜選定して差し支えない。従って、止水壁１４としての止水性が確保される限り、例えばシートパイル、柱列式の鋼管杭やＳＭＷ等を用いることもできる。
【００２６】
また、前記揚水ポンプ１５は、汚染地下水流Ｗの存在している透水層２１において、所定深さに至る位置に設けられている揚水井１６の内部に挿設されており、当該揚水ポンプ１５を用いて地下水を地上部に汲み上げることにより、強制的に汚染地下水流Ｗを加速させることができるようになっている。
【００２７】
（作用）
本発明の地下水浄化構造１０の作用について説明する。
透過性浄化壁１１の下流側に設けられた揚水ポンプ１５を作動させ、連続的に地下水を汲み上げると、汚染源から揚水井１６に至る地下水の水流が加速する。そのため汚染地下水流Ｗが加速された状態で透過性浄化壁１１を通過し、鉄粉１２ａと汚染物質Ｂとの還元反応により、汚染地下水中から汚染物質Ｂが除去されることになる。そのため、地下水流動が小さい汚染地盤Ｇにおいても原位置で汚染地下水の浄化が可能となる。
なお、地盤の透水性があるが、動水勾配が無いため地下水流動が生じていない汚染地盤においても、揚水ポンプ（地下水流発生手段）により揚水を行い、動水勾配を確保して、強制的に汚染地下水の流速を発生させることにより、迅速に汚染地下水の浄化が可能となる。
【００２８】
また、透過性浄化壁１１の両端部の夫々から一対の止水壁１４を左右の斜め前方向に延設する構成としたため、汚染地下水が最大幅ｄで流れている場合であっても、中央に位置する透過性浄化壁１１の部分に汚染地下水を集水して、浄化することが可能となる。そのため、透過性浄化壁１１を汚染地下水流Ｗの全幅にわたって設置する必要がなくなるため、施工費用の低廉化を図りながら汚染地下水を浄化することができる。
【００２９】
また、本発明では、浄化杭１２を鉄粉１２ａ及び珪砂１２ｂからなる透水性浄化材料を含む円柱群として構成したため、鉄粉１２ａの腐食やカルシウム塩の沈殿による目詰まりを回避できる。従って、供用開始後長期間に亘り所望の透水性を維持することが可能となり、これにより透過性浄化壁１１のロングライフ化に資することとなる。
【００３０】
以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能である。
【００３１】
特に、浄化材料については、汚染物質の種類に応じて、各種の材料を用いることが可能である。例えば、前記材料の他、キレート樹脂粒子を用いてもよい。このキレート樹脂は、透水性を有するようにキレート樹脂を粒子状に成形したものであり、特定の重金属に対する選択吸着性能を備えるキレート官能基を有するため、汚染地下水が特定の重金属で汚染されている場合においても、当該特定の重金属が再溶出する事態を回避できるという優れた効果が得られることになる。
【００３２】
また、浄化杭の数、径、杭長等についても、適宜、選択が可能であり、杭径の異なる浄化杭を打設してもよい。さらに、透水性浄化材料の割合や種類を適宜変更した複数の浄化杭を打設するものであってもよい。
さらに、止水部材は止水壁に限定されるものではなく、壁状領域と止水部材の位置関係についても、壁状領域の部位に効果的に集水可能な構造であれば特に制限はない。
また、地下水流発生手段及び地下水流加速手段は揚水ポンプに限られるものでなく、加えて、複数設けるものであってもよい。
【００３３】
【実施例】
本発明の地下水浄化構造１０の効果を確認するために、図２に示す土槽実験を行った結果について以下に説明する。
実験装置は、長さ１．５ｍ、幅０．５ｍの土槽２０を使用し、上流側０．５ｍの範囲を汚染領域Ｇ’とするとともに、上流側から０．８ｍ〜０．９ｍの範囲に透過性浄化壁１１’を形成した。この透過性浄化壁１１’は、杭径５ｃｍの浄化杭１２’（鉄粉及び珪砂から形成）を、全幅にわたり、間欠的に２列で、合計９本配置した。さらに、土槽２０’の外部に揚水ポンプ１５’を配設し、土槽２０の下流側から水を吸引し、上流側に供給することにより、強制的に水流を発生させた。
図３は、汚染領域Ｇ’の中心部Ａにおける地下水中の汚染物質濃度の経時変化を示したものである。ここで、横軸は経過日数（日）、汚染物質濃度であり、太線は揚水ポンプ１５’を作動させて、地下水の流速を加速した場合を、細線は、揚水ポンプ１５’を作動させなかった場合を、それぞれ示している。
なお、この実験では、汚染物質として、土壌との吸着性に乏しい六価クロムを使用した。
【００３４】
この結果によると、浄化目標である汚染物質の濃度となるのに要する時間は、揚水ポンプ１５’を作動させた場合は、作動させなかった場合の約半分の時間であり、浄化を達成する時間の短縮効果が確認された。
【００３５】
なお、浄化目標に適するまでの期間は地下水の流速（揚水量）に依存するが、土への汚染物質の吸着が無視できる六価クロムなどの場合では、透過性浄化壁１１’の通過流速を２倍にすれば浄化達成までの期間は約１／２に短縮できることが明らかになった。
このように、本発明は、浄化杭１２’との反応が迅速に進行する重金属類のうち、土壌との吸着性に乏しい六価クロムやヒ素に対して特に有効な手法である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の地下水浄化構造及び地下水浄化方法によれば、強制的に地下水の流速を発生又は加速させることにより、透水性が小さい汚染地盤において、早期に浄化の効果を発生させることができるとともに、供用開始後長期間に亘り所望の透水性を維持することができ、また、施工費用の低廉化を図りながら広範囲に亘る汚染地下水を原位置で処理することができる地下水浄化構造及び地下水浄化方法を提供することが可能となる。
従って、透水性が小さい汚染地盤においても、メンテナンスフリーの浄化方法として採用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の地下水浄化構造を示す平面図、（ｂ）は同じく側断面図、（ｃ）は、浄化杭を拡大した平面図である。
【図２】本発明の地下水浄化構造の効果を確認するための試験装置の説明図である。
【図３】本発明の地下水浄化構造を用いた場合における、透水性浄化壁の下流部に位置する地下水中に存在する汚染物質濃度の経時変化を示すグラフである。
【図４】従来の地下水浄化壁工法を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｇ 汚染地盤
Ｗ 汚染地下水流
１０ 地下水浄化構造
１１ 透過性浄化壁（壁状領域）
１２ 浄化杭
１２ａ 鉄粉（浄化材料）
１２ｂ 珪砂（透水材料）
１４ 止水壁（止水部材）
１５ 揚水ポンプ（地下水流加速手段）
１６ 揚水井

Claims (2)

1. 地下水流速が年間１ｍ以下の汚染地盤において、
   浄化材料及び透水材料を含み、地表面から不透水層に至る地中に間欠的に列状配置された所定数の浄化杭を備えている壁状領域と、
   前記壁状領域の下流側に設けられている汚染地下水の水流発生手段又は汚染地下水の水流加速手段である複数の揚水ポンプとを備え、
   前記揚水ポンプにより揚水を行い、前記汚染地下水の水流を強制的に発生又は加速させて、
   前記壁状領域に前記汚染地下水が通水可能となるように構成されており、
   前記浄化杭は、左右に隣接する前記浄化杭の間隔が所定間隔となるように千鳥状に打設されるものであり、
   前記壁状領域に前記汚染地下水を導水するために、前記壁状領域の両側に一対の止水壁が設置されていることを特徴とする地下水浄化構造。
2. 地下水流速が年間１ｍ以下の汚染地盤において、
   浄化材料及び透水材料を含み、地表面から不透水層に至る地中に間欠的に列状配置された所定数の浄化杭を備えている壁状領域と、前記壁状領域に汚染地下水を導水するために前記壁状領域の両側に設置されている一対の止水壁とを地中に構築するとともに、
   前記壁状領域の下流側に前記汚染地下水の水流発生手段又は前記汚染地下水の水流加速手段である複数の揚水ポンプを設け、
   前記浄化杭を、左右に隣接する前記浄化杭の間隔が所定間隔となるように千鳥状に打設して、
   前記揚水ポンプにより揚水を行い、前記汚染地下水の水流を強制的に発生又は加速させて、前記壁状領域を通過させることにより、前記汚染地下水を浄化することを特徴とする地下水浄化方法。

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