JP3753644B2 - 汚染された土壌および地下水を浄化するための鉄粉注入を伴うニューマチック・フラクチャリングによる可溶性および不溶性重金属および有機ハロゲン化合物の原位置還元法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、汚染された土壌および地下水の浄化方法に関し、更に詳しくは汚染された土壌および地下水中に含有される重金属および有機ハロゲン化合物を鉄粉の作用により浄化することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、重金属や有機ハロゲン化合物で汚染された地下汚染源の処理方法としては、汚染土壌そのものを固化あるいは不溶化処理して埋め立てを行う固化安定化 法や、熱処理を行って地下の汚染物質を気化させ、生じたガスを除去することに より無害化する熱処理法が一般的に実施されている。
【０００３】
その他特殊な処理方法として、汚染土壌を分級して重金属を多く含有する細粒 を水等で洗浄する洗浄分級方法や、土壌中に生息するバクテリアを利用して汚染物質を処理する生物処理方法も知られている。
【０００４】
以上のように、対象とする汚染物質の種類や地質条件によってさまざまな処理方法があるが、これらの方法にはそれぞれ一長一短があった。
【０００５】
上記、固定安定化法は、無機系の汚染物質が対象であるが、埋立が長期間にわたると雨水の浸出作用等によりその維持は困難となり、一方、熱処理法は有機汚染物質への適用には適しているものの、特にアルカリ塩による汚染土壌の処理には不適である上、無機系の重金属に対しても水銀等限られた種類のものにしか適 用できなかった。
【０００６】
更に、洗浄分級方法も非揮発性物質等には対応が可能であるが、汚染物質が深 層におよんでいる場合には土壌の掘り出しに採掘費がかかり不適当であり、バクテリアによる生物処理法は、反応時間が長く、更に単純構造の炭水化物に対してはその効果に限界があり、無機物に対しては殆ど適用が不可能であった。
【０００７】
また、特願平７−９３１３８のように、汚染地下水の地下水面に達する深さまで掘削したピットの底部に鉄粉層を形成し、汚染地下水を鉄粉層に通して浄化させる方法もある。これは、安価な鉄粉を使って地下水中の重金属と有機塩素化合物を一括除去できる有効な方法であるが、適用範囲が地下水路のある場所に限定されるので、汚染地域が広範囲にわたる場合や地下の水路が複雑に分岐しているような場合には適しない。
【０００８】
また、上記土壌中の汚染物質は、時間の経過と共に雨水等により地下水脈に混入し、井戸水等の水資源を害することになるため、その対策として、汚染地下水を揚水して重金属分を除去する方法や、揚水した地下水を曝気しながら汚染物質を抽出する方法が知られている。しかしこれらの方法には、揚水時の電力費や抽出費等のコストがかかる上、地上に処理設備や建造物を設置しなければならないという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように汚染土壌を掘削し地上にて浄化する方法は、汚染源が狭い範囲であればコストを安く処理出来る方法であるが、長期にわたって広い範囲で汚染された場合には不都合な手法である。
【００１０】
従って本発明は、汚染された土壌および地下水を処理対象として、安価に且つ恒久的に重金属および有機ハロゲン化合物を原位置で浄化できる新規な処理法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は斯かる課題を解決するために鋭意研究したところ、地下水中に含有される重金属および有機ハロゲン化合物の浄化に安価な鉄粉を利用できることを見い出し、本発明法を提供することができた。
【００１２】
すなわち本発明法によれば、汚染土壌内にボーリングした後、ボーリング孔１に圧縮空気および鉄粉を同時にまたは別々に吹き込むことによってボーリング孔１に沿って鉄粉が圧入されたフラクチャー２を発生させ、鉄粉分散層４を形成し、該鉄粉分散層４を上記汚染土壌内を流れる地下水と接触させることによって、土壌中のクロム、銅、ニッケル、カドミウム、鉛等の重金属およびトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の有機ハロゲン化合物の少なくとも一種を無害な形にすることができる。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、地下内部に生じた鉄粉が圧入されたフラクチャー２によって鉄粉分散層４を形成し、該鉄粉分散層４を汚染地下水が浸透して通過する際に、汚染物質（主として有機ハロゲン化合物および無機系重金属）が鉄粉分散層４内で還元、吸着、置換等の反応を受けて無害化される。
【００１４】
本発明は、米国特許５０３２０４２の権利範囲に属し、米国ニュージャージー州キーポート、アキュテック・リミーダル・システムズ社に実施許諾されたニューマチック・フラクチャリング技術と、同和鉱業株式会社の鉄粉技術とを組み合わせて開発された技術である。
【００１５】
米国特許５０３２０４２には、圧縮空気を地下に圧入して汚染土壌層にフラクチャーを作り、有害な液体汚染物質を蒸発させるかまたは生分解によって無害な液体成分に変換する装置と方法が記載されている。これに対して本発明の方法では、上記のように汚染成分を鉄粉に接触・反応させるので、熱処理や生分解で対処できなかった重金属を無害化することが可能になる。また鉄粉を使用する前記の先行技術（特願平７−９３１３８）では、既に述べたように適用範囲が地下水路のある場合に限定されると言う課題があったが、本発明法では、ニューマチック・フラクチャリングによって任意の場所に鉄粉分散層を形成できるので、汚染地域が広範囲にわたる場合にも十分対処できる。このように本発明の方法によって上記先行技術では対応できなかった汚染土壌の浄化が可能になったのである。
【００１６】
本発明の方法では、重金属と有機ハロゲン化合物の移動性および非移動性の汚染源に鉄粉が圧入されたフラクチャーを発生させ、鉄粉分散層を形成させ、該鉄粉分散層と汚染土壌内を流れる地下水とを接触させる。鉄粉は、水分の存在下で、鉄より貴な可溶性移動性重金属および有機ハロゲン化合物に直接接触して、また電子媒介物としての土壌組成物を通して同様な非移動性の重金属や有機ハロゲン化合物に接触して、次のような望ましい還元反応を起こし、代表的な重金属イオン（Ｃｒ⁶⁺、Ｃｕ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｄ²⁺、Ｐｂ²⁺）および有機ハロゲン化合物トリクロロエチレン（Ｃ₂ＨＣｌ₃）を還元するための電子を提供する。
【００１７】
Ｆｅ⁰ → 酸化 → Ｆｅ²⁺ ＋ ２ｅ （１）
Ｆｅ²⁺ → 酸化 → Ｆｅ³⁺ ＋ ｅ （２）
２Ｈ₂Ｏ＋Ｆｅ⁰ → Ｈ₂＋２ＯＨ^-＋Ｆｅ²⁺ （３）
Ｃｒ⁶⁺＋３Ｆｅ²⁺ → Ｃｒ³⁺＋３Ｆｅ³⁺ （４）
Ｃｕ²⁺＋Ｆｅ⁰ → Ｃｕ⁰＋Ｆｅ²⁺ （５）
Ｎｉ²⁺＋Ｆｅ⁰ → Ｎｉ⁰＋Ｆｅ²⁺ （６）
Ｃｄ²⁺＋Ｆｅ⁰ → Ｃｄ⁰＋Ｆｅ²⁺ （７）
Ｐｂ²⁺＋Ｆｅ⁰ → Ｐｂ⁰＋Ｆｅ²⁺ （８）
Ｃ₂ＨＣｌ₃＋３Ｈ⁺＋３Ｆｅ⁰→Ｃ₂Ｈ₄＋３Ｃｌ^-＋３Ｆｅ²⁺ （９）
上記重金属陽イオンを原子価ゼロの状態まで還元すると、これらの重金属は無害、不溶性かつ非移動性になる。クロムおよび有機ハロゲン化合物は還元されて、かなり毒性の低い生成物になる。例えば、米国の規則によれば、７．８％のＣｒ³⁺で汚染された土壌は無害とみなされているのに対し、１５ｐｐｍのＣｒ⁶⁺を含む土壌は浄化処理を必要する。
【００１８】
前記ニューマチック・フラクチャリング技術では、フラクチャーを作るために圧縮ガスが使用される。このフラクチャーは、ボーリング孔から基本的に水平な面に沿って外側へ広がって、可溶性および不溶相の重金属および有機ハロゲン化合物を含む汚染帯に入る。図３にニューマチック・フラクチャリング法の概略断面図を示した。必要なボーリング孔およびフラクチャーの数は、これらの汚染帯の体積と深さによって決まる。
【００１９】
フラクチャーは、所定の粒度範囲とかさ密度を有する鉄粉を圧縮ガスまたはスラリーを使って気圧または水圧で注入する際の通路の役割をする。鉄粉を送るのにどの方法を選ぶかは、既知量の可溶性および不溶相重金属および有機ハロゲン化合物に直接または間接的に到達するのに要する散布の量と距離によって決まる。
【００２０】
可溶性および不溶相の典型的な重金属および有機ハロゲン化合物を１ｋｇ還元するのに要する鉄粉の最低量は、（４）式〜（９）式から従来の化学量論的計算で推定できる。反応物が１００％酸化および還元するとすれば、鉄粉の最低必要量は表１のようになる。
【００２１】
しかし、汚染源の浄化に実際に必要な鉄粉の量は、現場毎に決める必要がある。存在する重金属や有機ハロゲン化合物のタイプ、量、分布および場所、土壌のタイプ、通気率および透水係数について現場を特性づけすることによって必要な情報が提供される。
【００２２】
【表１】

【００２３】
尚、一般に地下水の移動速度は１〜１．５ｍ／日の速度であるとされ、本発明の処理対象である汚染地下水も同程度の速度で移動すると判断されることから、本発明法を実施する際に、地下水の移動速度を６ｃｍ／Ｈｒに設定し、施工現場は、図１に示すようにフラクチャー２内に鉄粉を充填してその中を汚染地下水が浸透する構造とした。
【００２４】
以下、実施例をもって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２５】
【実施例１】
図２に示すようにＡ汚染土壌地にボーリングを行い、ボーリング孔１を掘り下げた。次いで地表面７を封じて地下に圧縮空気を吹き込み、地盤の弱い部分にフラクチャー２を発生させた。
【００２６】
次いで図１の部分拡大図に示されるように、地表面７を封じた鉄粉吹込口から圧縮空気を鉄粉と共に吹き込み、先に得られたフラクチャー２にこれらの鉄粉を吹き込んで鉄粉分散層４を形成し、該鉄粉分散層４を透過した地下水６をボーリング孔１底部のピット部３に受水する構造とした。
【００２７】
Ａ汚染土壌の浸透水５をボーリング孔１掘削時に分析したところ、ｐＨは４．９であり、各重金属の含有量は、Ｃｒ⁶⁺ ０．７６ｍｇ／ｌ、トータルＣｒ １．２ｍｇ／ｌ、Ｎｉ ８．５ｍｇ／ｌであった。
【００２８】
該汚染浸透水５を６ｃｍ／Ｈｒの速度でフラクチャー２内の鉄粉分散層４中に透過させ、ボーリング孔１底部のピット部３で受水した透過後の地下水６を分析したところ、ｐＨは６．０であり、各重金属の含有量は、Ｃｒ⁶⁺ ｔｒ．、トータルＣｒ ｔｒ．、Ｎｉ ０．１ｍｇ／ｌであり、重金属処理の効果は満足すべきものであった。
【００２９】
【実施例２】
実施例１に示すと同様の手段でＢ汚染土壌地にボーリング孔１を掘り下げ、フラクチャー２を発生させ、その浸透水５を分析したところ有機ハロゲン化合物であるトリクロロエチレンおよびテトラクロロエチレンの含有量はいずれも５ｍｇ／ｌであった。
【００３０】
その後、フラクチャー２に鉄粉を充填させて鉄粉分散層４を形成した後、汚染浸透水５を６ｃｍ／Ｈｒの速度で透過させ、透過後の地下水６を分析したところ、トリクロロエチレンおよびテトラクロロエチレンの含有量はいずれも０．１ｍｇ／ｌ以下になっていた。このように、本発明法は有機ハロゲン化合物の処理にも適用できることが確認された。
【００３１】
【発明の効果】
本発明法は、上述のように安価な鉄粉を用い、汚染地下水の重金属分や有機ハロゲン化合物を一括浄化できる処理方法であり、ある期間経過後に鉄粉を入れ替える操作を行うことで恒久的に汚染地下水を浄化できるものである。また、本発明法には、汚染物質を地上で処理するための設備や建造物が要らない、処理に要する時間が短い、地質条件（通気率、透水係数、密度等）による影響が少ない等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法による施工現場のフラクチャー周辺部の部分拡大断面図である。
【図２】本発明法による施工現場の概略断面図である。
【図３】ニューマチック・フラクチャリング法の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ボーリング孔
２ フラクチャー
３ ピット部
４ 鉄粉分散層
５ 浸透水
６ 地下水
７ 地表面

Claims (7)

1. 有機ハロゲン化合物で汚染された土壌内にボーリング孔を穿孔した後、該ボーリング孔に圧縮空気および鉄粉を吹き込むことによって地下にフラクチャーを発生させ、該鉄粉を含有し該ボーリング孔から基本的に水平な面に沿って外側へ広がる複数の鉄粉分散層を形成し、該鉄粉分散層を上記汚染土壌内を流れる地下水と接触させることによって土壌および地下水中の上記化合物を無害化することを特徴とする土壌および地下水の浄化方法。
2. 有機ハロゲン化合物で汚染された土壌内にボーリング孔を穿孔した後、該ボーリング孔に圧縮空気を吹き込むことによって地下にフラクチャーを発生させ、次いで得られたフラクチャーに圧縮空気によって鉄粉を注入して該鉄粉を含有し該ボーリング孔から基本的に水平な面に沿って外側へ広がる複数の鉄粉分散層を形成し、該鉄粉分散層を上記汚染土壌内を流れる地下水と接触させることによって土壌および地下水中の上記化合物を無害化することを特徴とする土壌および地下水の浄化方法。
3. 重金属および有機ハロゲン化合物で汚染された土壌内にボーリング孔を穿孔した後、該ボーリング孔に圧縮空気および鉄粉を吹き込むことによって地下にフラクチャーを発生させ、該鉄粉を含有し該ボーリング孔から基本的に水平な面に沿って外側へ広がる複数の鉄粉分散層を形成し、該鉄粉分散層を上記汚染土壌内を流れる地下水と接触させることによって土壌および地下水中の上記重金属および上記化合物を無害化することを特徴とする土壌および地下水の浄化方法。
4. 重金属および有機ハロゲン化合物で汚染された土壌内にボーリング孔を穿孔した後、該ボーリング孔に圧縮空気を吹き込むことによって地下にフラクチャーを発生させ、次いで得られたフラクチャーに圧縮空気によって鉄粉を注入して該鉄粉を含有し該ボーリング孔から基本的に水平な面に沿って外側へ広がる複数の鉄粉分散層を形成し、該鉄粉分散層を上記汚染土壌内を流れる地下水と接触させることによって土壌および地下水中の上記重金属および上記化合物を無害化することを特徴とする土壌および地下水の浄化方法。
5. 前記重金属が鉄より貴な重金属である請求項３または４に記載の土壌および地下水の浄化方法。
6. 前記重金属がクロム、銅、ニッケル、カドミウムおよび鉛から成る群から選ばれる少なくとも１種である請求項５記載の土壌および地下水の浄化方法。
7. 前記有機ハロゲン化合物がトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエチレン、四塩化炭素およびジクロロメタンから成る群から選ばれる少なくとも１種の塩素化炭化水素である請求項１〜６のいずれかに記載の土壌および地下水の浄化方法。

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