JP4115314B2 - 土壌浄化システムおよび土壌浄化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌浄化システムおよび土壌の浄化方法に関し、より詳細には、鉄粉を適切に供給することができ、排土を伴うことなく土壌に鉄粉および酸化剤を行き渡らせて、土壌を浄化するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚染土壌の浄化において、金属触媒と酸化剤との反応によって生成する強い酸化力を有するラジカルにより、トリクロロエチレンといった有機塩素化合物を酸化分解して無害化する方法（触媒酸化法）が用いられている。この方法は、金属触媒および酸化剤が汚染物質である有機塩素化合物と接触することにより、短時間で化学反応を起こし、二酸化炭素と塩化物イオンとに分解して無害化することから、従来使用されている通気井戸などから空気や温風を通気して土壌中からストリッピングする方法や土壌ガス吸引法に比べて浄化期間を大幅に短縮することができるという利点を有している。従来の土壌ガス吸引法などは、吸引したガスを分解するなどの二次処理を必要とし、また、二次処理において塩化ビニルモノマーといった副生成物が発生するため、さらなる処理が必要となるといった問題を生じていたが、触媒酸化法は、二次処理を必要とすることなく、浄化期間も短縮でき、残留性のない酸化剤と自然環境中に存在する金属触媒を使用することで、環境負荷を小さくすることができるという利点を有している。
【０００３】
上記触媒酸化法を用いて汚染土壌を浄化する方法としては、上記有機塩素化合物により汚染された汚染土壌を掘削し、混練機の中に掘削した土壌と金属触媒および酸化剤とを入れ、混合し、仮置きして酸化反応の進行を待ち、浄化されたことを確認した後、浄化された土壌を再び元の位置に埋め戻す方法が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。仮置きする場所がない場合、金属触媒および酸化剤を添加して混合した後、直ちに埋め戻し、地中において酸化反応の進行を待つ方法も用いられている。
【０００４】
上述した触媒酸化法を用いた汚染土壌を浄化する方法においては、土壌と、金属触媒および酸化剤とを充分に混合させて浄化することを可能にするものの、土壌を掘削して排土し、それを混練機に入れ、浄化した後に再び埋め戻すといった工程が必要であり、また、混練機の容量は決められているため、効率よく浄化を行うことができないといった問題があった。
【０００５】
これらの問題に鑑み、排土し、再び埋め戻すといった工程を排除し、土壌に直接金属触媒および酸化剤を噴射し、攪拌する方法が提案されている。例えば、所定量の鉄粉を水などに混入し、ビット先端のノズルから噴射しながらボーリングを行う、原位置における鉄粉注入による汚染土壌浄化方法が提案されている（特許文献２参照）。また、先端付近に撹拌翼を有するロッドを回転させつつ、汚染地盤中に貫入する貫入工程と、汚染地盤に過酸化水素と第１鉄塩を供給する供給工程と、汚染地盤を撹拌翼によって撹拌する工程と、ロッドを引き抜く工程とを含み、撹拌工程において、過酸化水素と第１鉄塩とが供給された汚染地盤が撹拌され、汚染地盤と過酸化水素と第１鉄塩とが混合される汚染地盤の清浄化方法が提案されている（特許文献３参照）。汚染地盤を削孔して注入井を挿入し、注入井に設けられた注入用ノズルから汚染地盤中に、有害物質を不溶化させる不溶化剤を注入する汚染地盤の浄化方法が提案されている（特許文献４参照）。この浄化方法は、不溶化剤として硫酸第１鉄を用い、間欠タイミングでパルス状に噴射注入するものである。
【０００６】
しかしながら、上述した方法は、水に溶解した鉄粉または硫酸第１鉄水溶液を噴射し、撹拌翼などにより撹拌して土壌と鉄および過酸化水素とを混合することを可能にし、また、不溶化剤を高圧の空気とともに送り、間欠的に噴射することで地盤中のより遠い位置まで行き渡らせることを可能にするものの、１つのノズルからでは一方向の土壌にのみ噴射されるため、ノズルの向きを変更しなければならず、また、土壌中においてノズル向きを変更することは容易ではなく、ロッドに開口部がある場合にはより遠くにまで噴射させることが困難であり、間欠的に噴射するのみでは全体に行き渡らないといった問題があった。また、現実には、鉄粉がノズルまたは開口部から噴射される際、水溶液中に均一なままで、または空気中に均一なままで噴射することは困難であり、途中のラインなどにおいて堆積し、効果的に噴射させることが困難となっており、硫酸第１鉄水溶液のように水溶液にすることで堆積や目詰まりなどを抑制することができるものの、溶液を多量に必要とするといった問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３２６０８０号公報（第２頁−第５頁、第１図、第３図−第６図）
【特許文献２】
特開２０００−１３５４８３号公報（第２頁−第６頁、第１図、第５図）
【特許文献３】
特開２００１−０７９５３４号公報（第２頁−第８頁、第１図−第７図）
【特許文献４】
特開２００１−１２９５２６号公報（第２頁−第５頁、第１図−第４図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、排土を伴うことなく、ライン途中において鉄粉が堆積することを抑制して効果的に鉄粉を噴射させることを可能にし、さらには広範囲に鉄粉および酸化剤を行き渡らせて土壌を浄化することを可能にする土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することにより達成される。
【００１０】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、先端部に切削部材と、周部に螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設される少なくとも１つの注入管とを備える撹拌部材と、
前記撹拌部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段と、
空気または窒素を通し、鉄粉を供給して前記空気または窒素中に該鉄粉を分散させ、前記鉄粉を分散させた前記空気または窒素中にさらに空気または窒素を供給するために少なくとも１つの分岐部を備え、前記鉄粉を分散させた空気または窒素を前記注入管に供給するラインとを含み、
前記分岐部において前記空気または窒素を供給し、前記ライン内に堆積する前記鉄粉を飛散させる土壌浄化システムが提供される。
【００１１】
本発明の請求項２の発明によれば、前記システムは、前記撹拌部材を所定方向に回転させて土壌の所定深さまで掘削するとともに該土壌を撹拌し、前記撹拌部材を前記所定方向とは逆方向に回転させて地表面に向けて上昇させるとともに前記鉄粉および酸化剤を噴射し、かつ前記土壌を撹拌することを特徴とする土壌浄化システムが提供される。
【００１２】
本発明の請求項３の発明によれば、前記システムは、前記鉄粉を収容し、前記鉄粉を底部から流出させる容器と、前記容器から流出させる鉄粉量を制御する弁とを含む土壌浄化システムが提供される。
【００１３】
本発明の請求項４の発明によれば、前記撹拌部材は、先端部に前記切削部材を備える先導管と、前記先導管が連結される中空の軸体と、前記軸体に周設される前記螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の上面および下面に配設される複数の突出部材と、前記軸体の内部を通して配設され、前記軸体を貫通して前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設され、前記鉄粉と酸化剤とを噴射するための前記少なくとも１つの注入管とを備えており、前記軸体は、長さ方向に沿った中央部において径が大きく、かつ両端部において径が小さくなるように形成されていることを特徴とする土壌浄化システムが提供される。
【００１４】
本発明の請求項５の発明によれば、前記支持手段は、移動するための走行部と、前記撹拌部材を連結するロッドと、前記ロッドを正逆両方向に回転させるとともに該ロッドを支持する挟持部と、前記ロッドを昇降させる昇降手段とを含む土壌浄化システムが提供される。
【００１５】
本発明の請求項６の発明によれば、前記システムは、さらに、前記酸化剤を収容する容器と、前記酸化剤を前記注入管に供給するための酸化剤供給手段とを含む土壌浄化システムが提供される。
【００１６】
本発明の請求項７の発明によれば、先端部に切削部材と、周部に螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設される少なくとも１つの注入管とを備える撹拌部材を、前記撹拌部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、
空気または窒素を通し、鉄粉を供給して前記空気または窒素中に該鉄粉を分散させ、前記鉄粉を分散させた前記空気または窒素中にさらに空気または窒素を供給するために少なくとも１つの分岐部を備えるラインを通して、前記鉄粉を分散させた空気または窒素を前記注入管に供給し、前記撹拌部材を回転させながら前記注入管から前記土壌に向けて前記鉄粉を分散させた空気または窒素を噴射させるステップと、
前記螺旋状羽根の回転により前記土壌と前記鉄粉を分散させた空気または窒素とを混合するステップと、
前記分岐部において前記空気または窒素を供給し、前記ライン内に堆積する前記鉄粉を飛散させるステップとを含む、土壌浄化方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項８の発明によれば、さらに、酸化剤供給手段により前記酸化剤を前記注入管に供給するステップを含む土壌浄化方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項９の発明によれば、前記掘削するステップは、前記撹拌部材を所定方向に回転させて土壌の所定深さまで掘削するとともに該土壌を撹拌し、前記噴射させるステップおよび前記混合するステップは、前記撹拌部材を前記所定方向とは逆方向に回転させて地表面に向けて上昇させるとともに前記鉄粉および前記酸化剤を噴射し、かつ前記土壌を撹拌することを特徴とする土壌浄化方法が提供される。
【００１９】
本発明の請求項１０の発明によれば、容器の底部から前記鉄粉を流出させ、弁により前記流出させる鉄粉量を制御するステップをさらに含む土壌浄化方法が提供される。
【００２０】
本発明の請求項１１の発明によれば、前記撹拌部材は、先端部に前記切削部材を備える先導管と、前記先導管が連結される中空の軸体と、前記軸体に周設される前記螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の上面および下面に配設される複数の突出部材と、前記軸体の内部を通して配設され、前記軸体を貫通して前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設され、前記鉄粉と酸化剤とを噴射するための前記少なくとも１つの注入管とを備えており、前記軸体は、長さ方向に沿った中央部において径が大きく、かつ両端部において径が小さくなるように形成されていることを特徴とする土壌浄化方法が提供される。
【００２１】
本発明の請求項１２の発明によれば、前記支持手段は、移動するための走行部と、前記撹拌部材を連結するロッドと、前記ロッドを正逆両方向に回転させるとともに該ロッドを支持する挟持部と、前記ロッドを昇降させる昇降手段とを含み、前記掘削するステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させ、前記昇降手段により前記ロッドを降下させるステップを含み、前記噴射させるステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させるステップを含み、前記混合するステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させ、前記昇降手段により前記ロッドを上昇させるステップを含む土壌浄化方法が提供される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の土壌浄化システムは、特に、土壌中の有機塩素化合物といった揮発性有機化合物やその他の有機化合物を分解、除去するのに有効なシステムである。また、本発明の土壌浄化システムは、適量の鉄粉を容器から流出させ、ライン途中に空気または窒素を供給できるラインを接続することを可能にする分岐部を備えているため、ライン途中で鉄粉が堆積することなく供給することができ、土壌においては、排土を伴うことなく所定深さの土壌に鉄粉を供給することができ、さらには噴射して広範囲に鉄粉を行き渡らせるとともに撹拌して混合させることを可能にするシステムである。本発明において鉄粉を空気とともに供給する場合には酸化剤を用いても、用いなくてもよく、窒素とともに供給する場合には酸化剤が供給される。また、鉄粉とともに供給される空気または窒素は、所定の圧力を有するものとされ、本発明においては、高圧であるほうが好ましい。粉塵爆発を起こす可能性がある場合、空気に代え、窒素を供給することができ、酸素濃度を減少させるべく空気に窒素を添加して希釈することもできる。
【００２３】
以下、図面を参照し、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法について詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態では、酸化剤を使用した場合について説明するが、本発明においては、上述したように、空気とともに供給する場合には酸化剤を用いなくてもよい。また、以下では、使用する空気を圧縮空気として説明する。図１は、本発明の土壌浄化システムの概略を示した図である。図１に示す土壌浄化システム１は、先端部に切削部材２と軸体３の周部に螺旋状羽根４と鉄粉および酸化剤を噴射するための注入管とを備える撹拌部材５と、撹拌部材５を回転可能に支持し、かつ撹拌部材５を昇降可能にし、撹拌部材５の注入管などに接続されるラインを備える支持手段６と、鉄粉が収容された容器７と、酸化剤が収容された容器８と、容器７と支持手段６の上記ラインとを接続し、容器７と支持手段６の上記ラインとの間に、１つの分岐部９を有する鉄粉供給ライン１０と、酸化剤を撹拌部材５に供給する酸化剤供給手段１１と、容器８から酸化剤供給手段１１を介して支持手段６の上記ラインに接続される酸化剤供給ライン１２と、容器７を加圧する圧縮空気を供給し、容器７から排出される鉄粉を撹拌部材５に供給するのに使用される圧縮空気を供給し、さらには、鉄粉供給ライン１０の途中で堆積した鉄粉を飛散させるため、分岐部９に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段１３と、土壌の掘削時において使用される圧縮空気を供給するため、支持手段６に接続される圧縮空気供給ライン１４とを含む構成とされている。
【００２４】
図１に示す撹拌部材５は、掘削方向に向いた先端部に、土壌を掘削するための切削部材２と、掘削方向に向いた先端部から圧縮空気を噴射させることを可能にする軸体３と、掘削をスムーズに行うことを可能にし、かつ土壌を撹拌することを可能にする軸体３に周設された螺旋状羽根４と、軸体３の内部から外部へ貫通するように、螺旋状羽根４の縁部に向けて配設される図示しない注入管とを含んで構成されている。撹拌部材５は、ロッド１６に連結されていて、ロッド１６の回転および昇降により、土壌を掘削し、土壌を撹拌することができる。掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材５に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にし、切削部材２の掘削時の発熱を抑制するために軸体３を通して圧縮空気を噴射することができるようになっている。また、鉄粉および酸化剤を土壌中に行き渡らせて土壌の浄化を行うために、螺旋状羽根４による土壌の撹拌とともに、注入管から鉄粉および酸化剤を噴射することができるようになっている。また、撹拌部材５は、掘削時である降下時と、撹拌時である上昇時とにおいて、回転する方向を変更して排土を出さないようにすることができる。さらに、掘削して所定深さに撹拌部材５を配置した際、螺旋状羽根４上には土壌が堆積し、撹拌部材５が引き上げにくい状態となっているため、撹拌部材５の上昇方向とは逆方向である掘削方向に向けて圧縮空気を噴射させることで、撹拌部材５を効果的に上昇させることができる。なお、撹拌部材５の詳細については、図２を参照して以下に詳細に説明する。
【００２５】
図１に示す支持手段６は、走行部１５と、ロッド１６と、挟持部１７と、ロッド１６を支持し、ロッド１６の角度を変更可能にするアームと、ロッド１６を昇降可能にする昇降手段とを含んで構成されている。走行部１５は、浄化する土壌位置に移動し、また、位置を変更することを可能にするものである。ロッド１６は、地面に向いた下端部に配設された撹拌部材５の回転および昇降を可能にするものである。挟持部１７は、ロッド１６を移動可能に、かつ回転可能に挟持するものである。また、挟持部１７は、油圧駆動などによりロッド１６を正逆両方向に回転させることができるものである。
【００２６】
図１に示すロッド１６は、上述した鉄粉供給ライン１０と酸化剤供給ライン１２と圧縮空気供給ライン１４とを接続する接続部に連結され、撹拌部材５の注入管などにそれぞれを接続するラインを備えている。ロッド１６の内部に設けられるラインは、上記３本のラインに対応して３本のラインを備えている。しかしながら、本発明においてロッド１６内のラインは、鉄粉供給および酸化剤供給に１本のラインを使用し、圧縮空気を供給するラインを含めて２本のラインとすることもできる。また、ロッド１６は、土壌の深さに応じて別のロッドを連結することができるようになっている。
【００２７】
図１に示す容器７および容器８は、鉄粉および酸化剤を収容するために設けられる。鉄粉および酸化剤は、容器７および容器８の下部から排出されるようになっていて、容器７は、鉄粉の供給量を制御する図示しない弁に接続されていて、鉄粉を適切に流出させるために容器７内を加圧することができるようになっており、容器８は、酸化剤供給手段１１にラインを介して接続されている。また、弁を通して排出された鉄粉は、さらに下部を直通する圧縮空気中に供給され、圧縮空気中に分散した状態で鉄粉供給ライン１０へ供給される。
【００２８】
図１に示す鉄粉ライン１０は、ラインの途中に１つの分岐部９を備えており、分岐部９により分岐したラインはそれぞれ、圧縮空気供給手段１３に接続されている。図１に示す分岐部９は、ロッド１６上端部の接続部へ向けて立ち上がるラインの所定位置に１箇所設けられており、ライン中での圧力損失、鉄粉の自重などにより、鉄粉がロッド１６の接続部へ向けて流れず、ライン途中に堆積した鉄粉を飛散させるために設けられている。
【００２９】
本発明に使用される鉄粉は、圧縮空気とともに供給することができる粒径であればいかなる粒径のものであってもよいが、例えば、粒径が５０μｍ〜１５０μｍのものを用いることができる。また、鉄粉を供給する状態としては、圧縮空気に鉄粉を混合させ、鉄粉の粒と粒との間に空気を含んだ、空気に分散した状態で供給され、撹拌部材５の注入管から噴射されることが好ましい。鉄粉を噴射される量としては、いかなる量であってもよいが、土壌１ｍ３あたり、例えば、１０ｋｇ〜１００ｋｇとすることができる。鉄粉は、粒径が一定ではなく、粒度分布があるほうが、圧縮空気中において粒と粒との間に空気を含みやすく、空気中に分散した状態になりやすいので好ましい。また、鉄粉供給の際、粉塵爆発を生じるおそれがある場合には、圧縮空気に代えて窒素を供給することができる。また、鉄粉と上記汚染物質とを適切に反応させるため、ライン内において錆を発生させないようにするために、鉄粉および圧縮空気に水分を含まないほうが好ましく、鉄粉を収容した容器７内を乾燥空気または窒素雰囲気とし、供給する圧縮空気も乾燥空気または窒素とすることができる。この場合、圧縮空気供給手段１３に空気乾燥機を備えたものを使用することができる。本発明において圧縮空気は、圧力が高いほど、鉄粉供給ライン１０の途中において堆積することがなくなるので好ましく、例えば、０．７ＭＰａ〜２．０ＭＰａとすることができる。なお、鉄粉の供給量は、粉塵爆発を起こさない爆発下限界濃度未満になる量とすることができ、具体的には、空気１ｍ３中の鉄粉濃度を０．１ｋｇ以下とすることができる。
【００３０】
本発明に使用される酸化剤としては、空気、過酸化水素、オゾン、過酸化カリウムや過酸化カルシウムといった過酸化物を使用することができる。本発明においては、供給する量が把握しやすく、かつ供給も容易であり、容器への収容も容易である溶液が好ましい。溶液は、水溶液であってもよく、その濃度はいかなる濃度であってもよい。また、土壌に噴射する溶液量としては、鉄粉の供給量に応じて設定することができる。なお、上記過酸化水素は、重金属やアルカリ、その他酸化されやすい有機化合物が存在しない場合、安定な物質であり、特に白金、銀、銅、鉄、クロム、マンガンなどの金属と接触すると、急激に分解し、酸素および熱を発生することが知られている。過酸化水素の分解反応は、加熱することにより促進され、上記有機塩素化合物は、過酸化水素によって酸化分解され、炭酸ガスおよび塩素に分解されることが知られている。また、過酸化水素の分解反応によって発生する酸素を土壌中に供給することにより、微生物を活性化させ、上述した有機化合物のほか、無機化合物を処理することも可能である。したがって、本発明においては、過酸化水素水を酸化剤として使用することが好ましい。
【００３１】
本発明において容器７および容器８は、いかなる容量のものであってもよく、いかなる形状であってもよい。容器７は、流出される鉄粉が流出口や下部に設けられる弁から適量の鉄粉が流出されるように、内部を適宜加圧することができるような構成とすることができる。容器７の加圧は、圧縮空気を使用して行うことができる。したがって、容器７は、加圧した圧力に耐える材質のものを使用することができ、例えば、ステンレス鋼といった鋼製のホッパーを用いることができる。なお、内部を加圧するため、上部に蓋を設けることができる。本発明においては、弁などに詰まりを生じる可能性があり、容器７の外側面にバイブレータといった揺動手段を配設して容器７を揺動させ、鉄粉の詰まりを解消させることもできる。また、木製またはプラスチック製のハンマを使用して詰まりを解消することもできる。容器８は、酸化剤により腐食しない材質のものであればいかなる材質であってもよく、塩化ビニルやポリエチレンなどのプラスチック製、ステンレス製の容器を用いることができる。また、容器８の内面をテフロン（登録商標）でライニングしたものを用いることもできる。
【００３２】
本発明において鉄粉供給ライン１０、酸化剤供給ライン１２および圧縮空気供給ライン１４は、いずれも所定の径の鋼管、ゴム管、塩化ビニル管、テフロン（登録商標）管といった管を使用することができる。これらの管は、容器７、容器８、酸化剤供給手段１１、圧縮空気供給手段１３の設置位置に応じてその長さを決定することができる。また、これら管が長い場合には、パイプコネクタを使用することもできる。なお、酸化剤として過酸化水素を使用する場合には、金属と激しく反応して酸素を発生させるため、ゴム管、塩化ビニル管、テフロン（登録商標）管を用いることができ、鋼管を用いる場合には、内側をテフロン（登録商標）でライニングしたものを用いることができる。
【００３３】
本発明の土壌浄化システム１に使用される酸化剤供給手段１１としては、上述したように酸化剤に溶液を使用する場合には、ポンプを使用することができる。空気やオゾンといったガス状のものについては、圧縮機を使用することができる。これらの吐出圧力は、鉄粉を分散させた圧縮空気の供給圧力と同じ圧力であることが好ましく、圧縮空気の供給圧力に応じて決定することができる。また、圧縮空気供給手段１３としては、エアドライヤ付きの空気圧縮機を使用することができる。エアドライヤとしては、所定の容器に乾燥剤といった水分を吸着する吸着剤を充填したものを用いることができる。これらの容量は、供給する空気および溶液の量に応じて適宜決定することができる。本発明においては、圧縮空気供給手段１３として空気ボンベや空気カードルを使用することができ、その他、窒素ボンベ、窒素カードルを使用することもできる。また、圧縮空気供給手段１３は、図１に示すように地表面に設置されていなくてもよく、車両などに搭載され、移動可能にされていてもよい。本発明においては、圧縮空気供給手段１３と同様に、容器７、容器８、酸化剤供給手段１１も車両などに搭載し、移動可能にしてもよい。本発明においては、１つの圧縮空気供給手段１３でなくてもよく、容器７に接続される圧縮空気供給手段と、鉄粉供給ライン１０に接続される圧縮空気供給手段と、分岐部９に圧縮空気を供給するための圧縮空気供給手段と、圧縮空気供給ライン１４に接続される圧縮空気供給手段とのそれぞれに設けることもできる。
【００３４】
図２は、本発明の土壌浄化システムに用いることができる撹拌部材の例示した図である。図２（ａ）に撹拌部材５の斜視図を、図２（ｂ）に断面図を示す。図２に示す撹拌部材５は、先端部に切削部材２を備えた先導管１８と、長さ方向に沿った中央部の径が大きくされ、両端部の径が小さくされた中空の軸体３と、軸体３の外側面に周設された螺旋状羽根４と、螺旋状羽根４の上面および下面に設けられた複数の突出部材１９と、軸体３の長さ方向の径が大きくされた中央部において軸体３を貫通し、螺旋状羽根４の縁部に向けて配設される２本の注入管２０、２１とから構成されている。
【００３５】
図２に示す先導管１８は、軸体３にフランジ２２といった連結部材を使用して連結されていて、先端部に切削部材２が設けられている。また、フランジ２２にも、切削部材２の向きと同じ方向に向くように切削部材２ａが設けられている。図２に示す切削部材２、２ａは、鋭く尖った先端部を備えていて、硬い土壌や石なども切削することができるようになっていて、先導管１８の先端部およびフランジ２２に溶接などにより接合して設けることができる。図２に示す先導管１８は、いかなる径、長さの管であっても良いが、軸体３の両端部の径と同じ径にすることができる。また、切削部材２、２ａの形状および構造および材質は、適切に土壌を掘削することができるものであればいかなるものであっても良い。また、切削部材２、２ａは、先導管１８の先端部およびフランジ２２に、いかなる数設けられていても良い。
【００３６】
図２に示す軸体３は、中央部の径が大きくされ、その中央部の所定の長さにおいて一定の径とされていて、両端部に向けて一定の割合で径が小さくなるような形状とされている。また、中空とされていて、内部に鉄粉および酸化剤を供給するための注入管２０、２１の一部が挿設されている。この注入管２０、２１を除いた空間には、圧縮空気が流されるようになっており、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材５に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にするとともに、切削部材２の発熱を抑制することを可能にしている。本発明において軸体３は、例えば、全体の長さを０．８ｍ、中央部の長さ０．１６ｍにおいて０．４ｍの一定の径とし、長さ方向の両端部０．３２ｍの範囲において０．１４ｍから０．４ｍの径に一定の割合で拡大した構造とすることができる。この場合、一定の割合で拡大するテーパ角が２２°となる。
【００３７】
図２に示す軸体３には、外側面に螺旋状に形成された螺旋状羽根４が周設されている。螺旋状羽根４は、軸体３の中央部に向けて螺旋状羽根４の径が大きくなるように形成され、螺旋状羽根４の上面および下面には、複数の突出部材１９が設けられている。螺旋状羽根４は、軸体３と同様に、軸体３の長さ方向に向いた両端部から中央部に向けて羽根の径が拡大するように形成されていて、土壌中を上下にスムーズに撹拌することができる構造とされている。
【００３８】
図２に示す突出部材１９は、矩形の板状のものとされ、矩形とされた面が軸体３に向くように配設されている。また、突出部材１９は、螺旋状羽根４の縁部および軸体３に近隣した内縁部に設けられ、矩形の角部が面取りされた構造とされている。矩形とされた板状の突出部材１９の回転方向に向いた側の角部が面取りされた構造とすることにより、螺旋状羽根４の回転をスムーズにし、効果的に撹拌することができる。図２に示す撹拌部材５において、土壌を掘削する場合、螺旋状羽根４の下面に設けられた突出部材１９が鋭く土壌にくい込みながら土壌を効果的に撹拌し、上面に設けられた突出部材１９は、切削および撹拌された土砂をスムーズに後方に送ることができ、土壌中に石などを含んでいても、噛みにくくなっている。また、撹拌部材５を地中から地表面に向けて上昇させる場合には、螺旋状羽根４の上面に設けられた突出部材１９が効果的に切削および撹拌し、下面に設けられた突出部材１９がスムーズに土砂を後方に送ることができる。したがって、図２に示す撹拌部材５を使用して土壌を掘削する場合には、掘削した土砂が地上に排出されなくなる。本発明において突出部材１９は、いかなる数設けられていても良く、形状も上述した矩形の板状のものでなくても螺旋状羽根４の螺旋形状に沿って矩形の板が曲げられた形状とされていても良い。
【００３９】
図２に示す軸体３の中空部分には、上述したように注入管２０、２１の一部が挿設されていて、注入管２０、２１以外の軸体３の中空部分は、圧縮空気を通すことができるようになっている。図２に示す注入管２０、２１は、軸体３の長さ方向の中央部において注入管２０、２１は垂直に曲げられ、軸体３を貫通し、螺旋状羽根４の縁部に向けて延びた構造となっている。また、注入管２０、２１は、注入管２０が軸体３の一方の面を貫通するように、注入管２１がその一方の面の裏面、すなわち注入管２０が突出する位置から周方向へ１８０°の角度となるように設けられている。本発明においては、鉄粉と酸化剤とが土壌中において接触し、適切に汚染物質の分解反応を生じさせることができるように、それぞれの注入管２０、２１が、軸体３の長さ方向の同じ位置となるように配設されていることが好ましく、軸体３から螺旋状羽根４に沿って突出する長さが同じであることが好ましい。なお、注入管２０、２１の径は、いかなる径であってもよく、例えば、１インチ〜１．５インチのものを使用することができる。
【００４０】
図２においては、注入管２０、２１の２本を使用した場合について示しているが、本発明においては、注入管が１本であってもよく、この場合、図１に示す鉄粉供給ライン１０と酸化剤供給ライン１２とをＴ字管やＹ字管を使用して接続し、ロッド１６のラインおよび撹拌部材５の注入管を１本とすることができる。この場合の土壌浄化は、まず、圧縮空気を流してその中に所定量の鉄粉を供給し、圧縮空気中に分散させたまま１本の注入管から所定時間噴射させ、次に、鉄粉供給を停止し、鉄粉を噴射させた位置と同じ位置において酸化剤を供給し、同じ注入管から噴射させて土壌中に供給することができる。本発明においては、鉄粉を噴射させながら所定高さまで上昇させ、鉄粉を供給したまま、または鉄粉の供給を停止した後、再び下降させ、鉄粉を供給している場合にはここで停止した後、酸化剤の供給を開始し、酸化剤を噴射させながらその所定高さまで上昇させることにより、鉄粉と酸化剤とを土壌に供給することもできる。また、本発明において注入管は、１本または２本に限らず、鉄粉に対して２本、酸化剤に対して２本といったように計４本とすることもでき、複数の注入管が配設された構造であってもよい。さらに、本発明において注入管は、螺旋状羽根４の縁部にまで延びていなくてもよく、螺旋状羽根４の中央部、または内縁部までであってもよい。しかしながら、より広範囲に噴射させるためには、螺旋状羽根４の縁部にまで延びているほうが好ましい。
【００４１】
図３は、鉄粉供給ラインの分岐部を拡大して示した図である。図３に示す実施の形態では、鉄粉供給ライン１０に３つの分岐部９が等間隔で設けられている。図３に示す分岐部９には、Ｙ字形をした分岐管２３が使用されていて、一方からは鉄粉を含む圧縮空気が、他方からは圧縮空気のみが供給され、分岐部９において合流する。分岐管２３は、例えば、図１に示すロッド１６の上端部に向けて立ち上がるラインに設けることができ、ロッド１６に向けて上昇するように供給される鉄粉を含む圧縮空気において、ライン中の摩擦抵抗などの圧力損失により供給圧力が低下し、鉄粉の自重によりライン内に堆積するのを防止し、堆積したものについては飛散させることができる。本発明においては、分岐部９を通して圧縮空気を供給する必要がない場合、圧縮空気の供給を停止することができるように、また、圧縮空気の供給を停止した場合に、停止した側の管内に鉄粉が堆積しないように弁などを設けることができる。また、分岐部９は、必要に応じて必要な数だけ設けることができる。分岐部９に接続されるラインは、鉄粉を含む圧縮空気が撹拌部材５に向けて適切に供給することができるのであればいかなる径であってもよく、また、鉄粉供給ライン１０に対する角度は、図１に示すロッド１６の鉄粉供給ライン１０が接続する部分であるロッド１６の先端部に向けて、堆積した鉄粉を適切に飛散させることができる角度とすることができる。本発明においては、上記分岐管２３に限らず、溶接によって分岐ラインを設けることもできる。また、鉄粉の堆積は、例えば、鉄粉供給ライン１０に設けられる圧力計により検知することができる。
【００４２】
図４は、鉄粉を収容する容器まわりの概略を示した図である。図４に示す容器７は、図示しない圧縮空気供給手段にライン２４を介して接続されていて、容器７の下部には、鉄粉の供給量を制御するための弁２５が設けられている。また、容器７は、内部を加圧できるように上部に蓋２６が設けられ、蓋２６で内部が封止されている。さらに、容器７内には、一定粒径とはされていない鉄粉２７が充填されている。弁２５には、Ｔ字管２８が接続されていて、Ｔ字管２８の一方にはライン２９が、他方にはライン１０が接続されている。ライン２９は、ライン２４から分岐されたラインとされている。
【００４３】
図４に示す実施の形態では、容器７がホッパーのような底開式のじょうご型の容器とされていて、弁２５を開くことにより容器７に収容された鉄粉２７が落下するようになっている。しかしながら、内部に充填されているものが様々な粒径を有する鉄粉であるため、詰まりやすく、所定量の鉄粉を供給することができないという問題が生じる。適量の鉄粉を供給するために容器７の内部を適宜加圧することができ、また、詰まりを生じた場合には、容器７を揺動させることができる。容器７の揺動としては、木製またはプラスチック製のハンマを用いて、または、容器７の側部にバイブレータといった揺動手段を配設し、必要に応じて揺動させることで詰まりを解消することができる。また、容器７から流出される鉄粉は、ライン２９からライン１０へと流れる圧縮空気中に適切に分散される量とすることができ、Ｔ字管２８に堆積しない量とすることができる。さらに、図４に示す実施の形態では、圧縮空気をライン２９からライン１０へと流すことによりエジェクター効果を得ることができ、このエジェクター効果により鉄粉を吸引することができるようになっている。容器７内部の加圧および上記エジェクター効果により、弁２５などでの鉄粉２７の詰まりを低減させることができる。本発明においては、Ｔ字管２８を使用しなくてもよく、ライン２４に接続されるラインを１本の鉄粉供給ライン１０とし、その途中に穴を設け、その穴に連続する別のラインを溶接し、上記T字管と同様の構造とすることができる。この場合、その別のラインに弁２５を接続することができる。
【００４４】
図５〜図７を用いて本発明の土壌の浄化方法について詳細に説明する。本発明の土壌の浄化方法は、図１〜図４に示す土壌浄化システムを用いて行うことができる。図５は、撹拌部材５を連結した支持手段６を土壌の所定位置に配置し、撹拌部材５により土壌を掘削しているところを示した図である。図５に示す支持手段６は、走行部１５、ロッド１６、挟持部１７のほか、アーム３０および昇降手段３１を備えている。アーム３０は、地表面３２に対するロッド１６の角度を調整することを可能にするものであり、昇降手段３１は、ロッド１６を昇降可能にするものである。
【００４５】
まず、走行部１５により浄化したい位置にロッド１６を配置し、アーム３０を使用して地面に対してロッド１６が垂直になるように調整する。挟持部１７によりロッド１６を回転させ、昇降手段３１によりロッド１６を降下させて土壌を掘削する。土壌の掘削は、撹拌部材５の先端部に設けられた切削部材２を使用して行われる。また、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材５に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にするため、図１に示す圧縮空気供給手段１３から圧縮空気が供給される。圧縮空気は、圧縮空気供給ライン１４を通り、ロッド１６内のラインおよび撹拌部材５の軸体３内を通って先端部から噴射される。なお、圧縮空気の噴射は、撹拌部材５の揺動撹拌効果、切削部材２の冷却効果のほか、軸体３内へ土壌が入り込むことを防止する効果もある。図１に示す圧縮空気供給手段１３は、土壌の浄化区域外に設置され、ロッド１６と圧縮空気供給手段１３とは圧縮空気供給ライン１４により接続されている。また、ロッド１６の長さが足りない場合には、挟持部１７によるロッド１６の回転方向を変え、昇降手段３１によりロッド１６を上昇させる。撹拌部材５が地上に露出したところで、ロッド１６の上昇を停止し、挟持部１７による回転を停止した後、延長するロッドを連結する。連結した後、上記掘削時と同様にし、同様の回転方向で土壌の掘削を行うことができる。
【００４６】
図６は、撹拌部材５により所定深さまで土壌を掘削し、鉄粉および酸化剤を供給しているところを示した図である。図５に示すようにして所定深さまで土壌を掘削した後、挟持部１７によるロッド１６の回転方向を変える。鉄粉および酸化剤の供給があるまで上昇させずに、回転させたまま停止しておく。本発明においては、ロッド１６の回転を停止しておくこともできる。圧縮空気供給手段１３と同様に土壌の浄化区域外に設置された容器７、容器８から鉄粉および酸化剤の供給を開始する。鉄粉は、容器７の下部に設けられた弁を開けることにより供給することができる。この場合、予め鉄粉供給ライン１０に圧縮空気を流しておく。
【００４７】
弁を開けることで鉄粉は圧縮空気中に供給され、鉄粉供給ライン１０内では分散した状態とされ、ロッド１６中のラインを通して注入管２０へ供給される。また、鉄粉を供給後、適宜圧力計によるライン内の圧力を測定する。ライン内で圧力降下を検知した場合、鉄粉供給ライン１０の途中において鉄粉の堆積が生じており、この場合に、分岐部９へ圧縮空気を供給して堆積した鉄粉を飛散させることができる。本発明においては、堆積が生じていることを検知するか否かにかかわらず、所定時間間隔で圧縮空気を供給することもできる。また、酸化剤供給手段１１により容器８に収容された酸化剤を供給する。例えば、酸化剤供給手段１１がポンプであれば、容器８からポンプにまで酸化剤を満たしておき、ポンプを起動させることにより酸化剤を供給することができる。酸化剤の供給は、酸化剤供給ライン１２を通して行われる。
【００４８】
弁において鉄粉が詰まった場合、弁の開度を変えたり、容器７を揺動させることにより詰まりを解消することができる。また、鉄粉供給ライン１０において鉄粉の堆積を生じた場合、分岐部９に圧縮空気を供給することで堆積を解消することができるが、本発明においては、必要に応じてさらに高圧の空気を分岐部９に供給して、より効果的にライン中に堆積した鉄粉を飛散させることができる。なお、粉塵爆発の危険性がある場合には、圧縮空気に代えて窒素ガスを使用することができる。
【００４９】
図７は、撹拌部材５を上昇させながら鉄粉および酸化剤を噴射し、土壌を撹拌しているところを示した図である。注入管２０および注入管２１から鉄粉を含む圧縮空気および酸化剤の噴射が開始された後、昇降手段３１によりロッド１６を上昇させ、注入管２０、２１からの鉄粉および酸化剤の噴射とともに、螺旋状羽根４による土壌の撹拌を行う。図６に示す実施の形態においてロッド１６の回転が停止されていれば、回転を開始した後、昇降手段３１によりロッド１６を上昇させることができる。本発明においては、土壌と鉄粉および酸化剤とを充分に混合させるため、上昇速度が小さいほうが好ましいが、小さすぎる場合、作業効率が低下するため、例えば、毎分０．０５ｍ〜毎分０．１５ｍとすることができる。また、本発明においては、土壌中に充分に鉄粉および酸化剤を混合させるため、撹拌部材５が地表面３２の近くまで上昇したところで、再び掘削時と同様の回転方向とし、ロッド１６を降下させつつ、鉄粉および酸化剤の噴射を行うことができる。
【００５０】
本発明においては、撹拌部材５が地表面３２の近くまで上昇したところで、弁を閉止して鉄粉の供給を停止し、酸化剤供給手段１１による供給を停止して酸化剤の供給を停止し、圧縮空気供給手段１３による圧縮空気の供給を停止する。撹拌部材５をさらに上昇させ、地表面３２から撹拌部材５が離間された状態となった後、走行部１５により次の浄化位置に移動し、再び上述したようにして掘削、鉄粉および酸化剤の噴射、撹拌を行うことができる。
【００５１】
本発明を上述した実施の形態をもって詳細に説明してきたが、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、同様の効果を得ることができるものであれば、撹拌部材は上述した形状に限らず、いかなる大きさ、螺旋状羽根の巻数、鉄粉および酸化剤の注入管の配設位置であっても良く、容器もいかなる形状および構造であってもよく、圧縮空気中に鉄粉を分散させた状態にすることができるのであれば、その他いかなる部材でも使用することができるものである。
【００５２】
【発明の効果】
上述したように、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することにより、排土を伴うことなく、ライン途中において鉄粉が堆積することを抑制して効果的に鉄粉を噴射させることを可能にし、さらには広範囲に鉄粉および酸化剤を行き渡らせて土壌を浄化することが可能となる。
【００５３】
また、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することにより、撹拌部材を回転させながら土壌中を上下に移動させることにより浄化効率が向上する。さらに、表面付近の土壌だけではなく、所定深さの土壌を浄化することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の土壌浄化システムの概略を示した図。
【図２】 本発明の土壌浄化システムに用いることができる撹拌部材の例示した図。
【図３】 本発明の土壌浄化システムに用いることができる鉄粉供給ラインの分岐部を拡大して示した図。
【図４】 本発明の土壌浄化システムの鉄粉を収容する容器まわりの概略を示した図。
【図５】 撹拌部材を連結した支持手段を土壌の所定位置に配置し、撹拌部材により土壌を掘削しているところを示した図。
【図６】 撹拌部材により所定深さまで土壌を掘削し、鉄粉および酸化剤を供給しているところを示した図。
【図７】 撹拌部材を上昇させながら鉄粉および酸化剤を噴射し、土壌を撹拌しているところを示した図。
【符号の説明】
１…土壌浄化システム
２、２ａ…切削部材
３…軸体
４…螺旋状羽根
５…撹拌部材
６…支持手段
７…容器
８…容器
９…分岐部
１０…鉄粉供給ライン
１１…酸化剤供給手段
１２…酸化剤供給ライン
１３…圧縮空気供給手段
１４…圧縮空気供給ライン
１５…走行部
１６…ロッド
１７…挟持部
１８…先導管
１９…突出部材
２０…注入管
２１…注入管
２２…フランジ
２３…分岐管
２４…ライン
２５…弁
２６…蓋
２７…鉄粉
２８…Ｔ字管
２９…ライン
３０…アーム
３１…昇降手段
３２…地表面
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌浄化システムおよび土壌の浄化方法に関し、より詳細には、鉄粉を適切に供給することができ、排土を伴うことなく土壌に鉄粉および酸化剤を行き渡らせて、土壌を浄化するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚染土壌の浄化において、金属触媒と酸化剤との反応によって生成する強い酸化力を有するラジカルにより、トリクロロエチレンといった有機塩素化合物を酸化分解して無害化する方法（触媒酸化法）が用いられている。この方法は、金属触媒および酸化剤が汚染物質である有機塩素化合物と接触することにより、短時間で化学反応を起こし、二酸化炭素と塩化物イオンとに分解して無害化することから、従来使用されている通気井戸などから空気や温風を通気して土壌中からストリッピングする方法や土壌ガス吸引法に比べて浄化期間を大幅に短縮することができるという利点を有している。従来の土壌ガス吸引法などは、吸引したガスを分解するなどの二次処理を必要とし、また、二次処理において塩化ビニルモノマーといった副生成物が発生するため、さらなる処理が必要となるといった問題を生じていたが、触媒酸化法は、二次処理を必要とすることなく、浄化期間も短縮でき、残留性のない酸化剤と自然環境中に存在する金属触媒を使用することで、環境負荷を小さくすることができるという利点を有している。
【０００３】
上記触媒酸化法を用いて汚染土壌を浄化する方法としては、上記有機塩素化合物により汚染された汚染土壌を掘削し、混練機の中に掘削した土壌と金属触媒および酸化剤とを入れ、混合し、仮置きして酸化反応の進行を待ち、浄化されたことを確認した後、浄化された土壌を再び元の位置に埋め戻す方法が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。仮置きする場所がない場合、金属触媒および酸化剤を添加して混合した後、直ちに埋め戻し、地中において酸化反応の進行を待つ方法も用いられている。
【０００４】
上述した触媒酸化法を用いた汚染土壌を浄化する方法においては、土壌と、金属触媒および酸化剤とを充分に混合させて浄化することを可能にするものの、土壌を掘削して排土し、それを混練機に入れ、浄化した後に再び埋め戻すといった工程が必要であり、また、混練機の容量は決められているため、効率よく浄化を行うことができないといった問題があった。
【０００５】
これらの問題に鑑み、排土し、再び埋め戻すといった工程を排除し、土壌に直接金属触媒および酸化剤を噴射し、攪拌する方法が提案されている。例えば、所定量の鉄粉を水などに混入し、ビット先端のノズルから噴射しながらボーリングを行う、原位置における鉄粉注入による汚染土壌浄化方法が提案されている（特許文献２参照）。また、先端付近に撹拌翼を有するロッドを回転させつつ、汚染地盤中に貫入する貫入工程と、汚染地盤に過酸化水素と第１鉄塩を供給する供給工程と、汚染地盤を撹拌翼によって撹拌する工程と、ロッドを引き抜く工程とを含み、撹拌工程において、過酸化水素と第１鉄塩とが供給された汚染地盤が撹拌され、汚染地盤と過酸化水素と第１鉄塩とが混合される汚染地盤の清浄化方法が提案されている（特許文献３参照）。汚染地盤を削孔して注入井を挿入し、注入井に設けられた注入用ノズルから汚染地盤中に、有害物質を不溶化させる不溶化剤を注入する汚染地盤の浄化方法が提案されている（特許文献４参照）。この浄化方法は、不溶化剤として硫酸第１鉄を用い、間欠タイミングでパルス状に噴射注入するものである。
【０００６】
しかしながら、上述した方法は、水に溶解した鉄粉または硫酸第１鉄水溶液を噴射し、撹拌翼などにより撹拌して土壌と鉄および過酸化水素とを混合することを可能にし、また、不溶化剤を高圧の空気とともに送り、間欠的に噴射することで地盤中のより遠い位置まで行き渡らせることを可能にするものの、１つのノズルからでは一方向の土壌にのみ噴射されるため、ノズルの向きを変更しなければならず、また、土壌中においてノズル向きを変更することは容易ではなく、ロッドに開口部がある場合にはより遠くにまで噴射させることが困難であり、間欠的に噴射するのみでは全体に行き渡らないといった問題があった。また、現実には、鉄粉がノズルまたは開口部から噴射される際、水溶液中に均一なままで、または空気中に均一なままで噴射することは困難であり、途中のラインなどにおいて堆積し、効果的に噴射させることが困難となっており、硫酸第１鉄水溶液のように水溶液にすることで堆積や目詰まりなどを抑制することができるものの、溶液を多量に必要とするといった問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３２６０８０号公報（第２頁−第５頁、第１図、第３図−第６図）
【特許文献２】
特開２０００−１３５４８３号公報（第２頁−第６頁、第１図、第５図）
【特許文献３】
特開２００１−０７９５３４号公報（第２頁−第８頁、第１図−第７図）
【特許文献４】
特開２００１−１２９５２６号公報（第２頁−第５頁、第１図−第４図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、排土を伴うことなく、ライン途中において鉄粉が堆積することを抑制して効果的に鉄粉を噴射させることを可能にし、さらには広範囲に鉄粉および酸化剤を行き渡らせて土壌を浄化することを可能にする土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することにより達成される。
【００１０】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、先端部に切削部材と、周部に螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設される少なくとも１つの注入管とを備える撹拌部材と、
前記撹拌部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段と、
空気または窒素を通し、鉄粉を供給して前記空気または窒素中に該鉄粉を分散させ、前記鉄粉を分散させた前記空気または窒素中にさらに空気または窒素を供給するために少なくとも１つの分岐部を備え、前記鉄粉を分散させた空気または窒素を前記注入管に供給するラインとを含み、
前記分岐部において前記空気または窒素を供給し、前記ライン内に堆積する前記鉄粉を飛散させる土壌浄化システムが提供される。
【００１１】
本発明の請求項２の発明によれば、前記システムは、前記撹拌部材を所定方向に回転させて土壌の所定深さまで掘削するとともに該土壌を撹拌し、前記撹拌部材を前記所定方向とは逆方向に回転させて地表面に向けて上昇させるとともに前記鉄粉および酸化剤を噴射し、かつ前記土壌を撹拌することを特徴とする土壌浄化システムが提供される。
【００１２】
本発明の請求項３の発明によれば、前記システムは、前記鉄粉を収容し、前記鉄粉を底部から流出させる容器と、前記容器から流出させる鉄粉量を制御する弁とを含む土壌浄化システムが提供される。
【００１３】
本発明の請求項４の発明によれば、前記撹拌部材は、先端部に前記切削部材を備える先導管と、前記先導管が連結される中空の軸体と、前記軸体に周設される前記螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の上面および下面に配設される複数の突出部材と、前記軸体の内部を通して配設され、前記軸体を貫通して前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設され、前記鉄粉と酸化剤とを噴射するための前記少なくとも１つの注入管とを備えており、前記軸体は、長さ方向に沿った中央部において径が大きく、かつ両端部において径が小さくなるように形成されていることを特徴とする土壌浄化システムが提供される。
【００１４】
本発明の請求項５の発明によれば、前記支持手段は、移動するための走行部と、前記撹拌部材を連結するロッドと、前記ロッドを正逆両方向に回転させるとともに該ロッドを支持する挟持部と、前記ロッドを昇降させる昇降手段とを含む土壌浄化システムが提供される。
【００１５】
本発明の請求項６の発明によれば、前記システムは、さらに、前記酸化剤を収容する容器と、前記酸化剤を前記注入管に供給するための酸化剤供給手段とを含む土壌浄化システムが提供される。
【００１６】
本発明の請求項７の発明によれば、先端部に切削部材と、周部に螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設される少なくとも１つの注入管とを備える撹拌部材を、前記撹拌部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、
空気または窒素を通し、鉄粉を供給して前記空気または窒素中に該鉄粉を分散させ、前記鉄粉を分散させた前記空気または窒素中にさらに空気または窒素を供給するために少なくとも１つの分岐部を備えるラインを通して、前記鉄粉を分散させた空気または窒素を前記注入管に供給し、前記撹拌部材を回転させながら前記注入管から前記土壌に向けて前記鉄粉を分散させた空気または窒素を噴射させるステップと、
前記螺旋状羽根の回転により前記土壌と前記鉄粉を分散させた空気または窒素とを混合するステップと、
前記分岐部において前記空気または窒素を供給し、前記ライン内に堆積する前記鉄粉を飛散させるステップとを含む、土壌浄化方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項８の発明によれば、さらに、酸化剤供給手段により前記酸化剤を前記注入管に供給するステップを含む土壌浄化方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項９の発明によれば、前記掘削するステップは、前記撹拌部材を所定方向に回転させて土壌の所定深さまで掘削するとともに該土壌を撹拌し、前記噴射させるステップおよび前記混合するステップは、前記撹拌部材を前記所定方向とは逆方向に回転させて地表面に向けて上昇させるとともに前記鉄粉および前記酸化剤を噴射し、かつ前記土壌を撹拌することを特徴とする土壌浄化方法が提供される。
【００１９】
本発明の請求項１０の発明によれば、容器の底部から前記鉄粉を流出させ、弁により前記流出させる鉄粉量を制御するステップをさらに含む土壌浄化方法が提供される。
【００２０】
本発明の請求項１１の発明によれば、前記撹拌部材は、先端部に前記切削部材を備える先導管と、前記先導管が連結される中空の軸体と、前記軸体に周設される前記螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の上面および下面に配設される複数の突出部材と、前記軸体の内部を通して配設され、前記軸体を貫通して前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設され、前記鉄粉と酸化剤とを噴射するための前記少なくとも１つの注入管とを備えており、前記軸体は、長さ方向に沿った中央部において径が大きく、かつ両端部において径が小さくなるように形成されていることを特徴とする土壌浄化方法が提供される。
【００２１】
本発明の請求項１２の発明によれば、前記支持手段は、移動するための走行部と、前記撹拌部材を連結するロッドと、前記ロッドを正逆両方向に回転させるとともに該ロッドを支持する挟持部と、前記ロッドを昇降させる昇降手段とを含み、前記掘削するステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させ、前記昇降手段により前記ロッドを降下させるステップを含み、前記噴射させるステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させるステップを含み、前記混合するステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させ、前記昇降手段により前記ロッドを上昇させるステップを含む土壌浄化方法が提供される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の土壌浄化システムは、特に、土壌中の有機塩素化合物といった揮発性有機化合物やその他の有機化合物を分解、除去するのに有効なシステムである。また、本発明の土壌浄化システムは、適量の鉄粉を容器から流出させ、ライン途中に空気または窒素を供給できるラインを接続することを可能にする分岐部を備えているため、ライン途中で鉄粉が堆積することなく供給することができ、土壌においては、排土を伴うことなく所定深さの土壌に鉄粉を供給することができ、さらには噴射して広範囲に鉄粉を行き渡らせるとともに撹拌して混合させることを可能にするシステムである。本発明において鉄粉を空気とともに供給する場合には酸化剤を用いても、用いなくてもよく、窒素とともに供給する場合には酸化剤が供給される。また、鉄粉とともに供給される空気または窒素は、所定の圧力を有するものとされ、本発明においては、高圧であるほうが好ましい。粉塵爆発を起こす可能性がある場合、空気に代え、窒素を供給することができ、酸素濃度を減少させるべく空気に窒素を添加して希釈することもできる。
【００２３】
以下、図面を参照し、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法について詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態では、酸化剤を使用した場合について説明するが、本発明においては、上述したように、空気とともに供給する場合には酸化剤を用いなくてもよい。また、以下では、使用する空気を圧縮空気として説明する。図１は、本発明の土壌浄化システムの概略を示した図である。図１に示す土壌浄化システム１は、先端部に切削部材２と軸体３の周部に螺旋状羽根４と鉄粉および酸化剤を噴射するための注入管とを備える撹拌部材５と、撹拌部材５を回転可能に支持し、かつ撹拌部材５を昇降可能にし、撹拌部材５の注入管などに接続されるラインを備える支持手段６と、鉄粉が収容された容器７と、酸化剤が収容された容器８と、容器７と支持手段６の上記ラインとを接続し、容器７と支持手段６の上記ラインとの間に、１つの分岐部９を有する鉄粉供給ライン１０と、酸化剤を撹拌部材５に供給する酸化剤供給手段１１と、容器８から酸化剤供給手段１１を介して支持手段６の上記ラインに接続される酸化剤供給ライン１２と、容器７を加圧する圧縮空気を供給し、容器７から排出される鉄粉を撹拌部材５に供給するのに使用される圧縮空気を供給し、さらには、鉄粉供給ライン１０の途中で堆積した鉄粉を飛散させるため、分岐部９に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段１３と、土壌の掘削時において使用される圧縮空気を供給するため、支持手段６に接続される圧縮空気供給ライン１４とを含む構成とされている。
【００２４】
図１に示す撹拌部材５は、掘削方向に向いた先端部に、土壌を掘削するための切削部材２と、掘削方向に向いた先端部から圧縮空気を噴射させることを可能にする軸体３と、掘削をスムーズに行うことを可能にし、かつ土壌を撹拌することを可能にする軸体３に周設された螺旋状羽根４と、軸体３の内部から外部へ貫通するように、螺旋状羽根４の縁部に向けて配設される図示しない注入管とを含んで構成されている。撹拌部材５は、ロッド１６に連結されていて、ロッド１６の回転および昇降により、土壌を掘削し、土壌を撹拌することができる。掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材５に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にし、切削部材２の掘削時の発熱を抑制するために軸体３を通して圧縮空気を噴射することができるようになっている。また、鉄粉および酸化剤を土壌中に行き渡らせて土壌の浄化を行うために、螺旋状羽根４による土壌の撹拌とともに、注入管から鉄粉および酸化剤を噴射することができるようになっている。また、撹拌部材５は、掘削時である降下時と、撹拌時である上昇時とにおいて、回転する方向を変更して排土を出さないようにすることができる。さらに、掘削して所定深さに撹拌部材５を配置した際、螺旋状羽根４上には土壌が堆積し、撹拌部材５が引き上げにくい状態となっているため、撹拌部材５の上昇方向とは逆方向である掘削方向に向けて圧縮空気を噴射させることで、撹拌部材５を効果的に上昇させることができる。なお、撹拌部材５の詳細については、図２を参照して以下に詳細に説明する。
【００２５】
図１に示す支持手段６は、走行部１５と、ロッド１６と、挟持部１７と、ロッド１６を支持し、ロッド１６の角度を変更可能にするアームと、ロッド１６を昇降可能にする昇降手段とを含んで構成されている。走行部１５は、浄化する土壌位置に移動し、また、位置を変更することを可能にするものである。ロッド１６は、地面に向いた下端部に配設された撹拌部材５の回転および昇降を可能にするものである。挟持部１７は、ロッド１６を移動可能に、かつ回転可能に挟持するものである。また、挟持部１７は、油圧駆動などによりロッド１６を正逆両方向に回転させることができるものである。
【００２６】
図１に示すロッド１６は、上述した鉄粉供給ライン１０と酸化剤供給ライン１２と圧縮空気供給ライン１４とを接続する接続部に連結され、撹拌部材５の注入管などにそれぞれを接続するラインを備えている。ロッド１６の内部に設けられるラインは、上記３本のラインに対応して３本のラインを備えている。しかしながら、本発明においてロッド１６内のラインは、鉄粉供給および酸化剤供給に１本のラインを使用し、圧縮空気を供給するラインを含めて２本のラインとすることもできる。また、ロッド１６は、土壌の深さに応じて別のロッドを連結することができるようになっている。
【００２７】
図１に示す容器７および容器８は、鉄粉および酸化剤を収容するために設けられる。鉄粉および酸化剤は、容器７および容器８の下部から排出されるようになっていて、容器７は、鉄粉の供給量を制御する図示しない弁に接続されていて、鉄粉を適切に流出させるために容器７内を加圧することができるようになっており、容器８は、酸化剤供給手段１１にラインを介して接続されている。また、弁を通して排出された鉄粉は、さらに下部を直通する圧縮空気中に供給され、圧縮空気中に分散した状態で鉄粉供給ライン１０へ供給される。
【００２８】
図１に示す鉄粉ライン１０は、ラインの途中に１つの分岐部９を備えており、分岐部９により分岐したラインはそれぞれ、圧縮空気供給手段１３に接続されている。図１に示す分岐部９は、ロッド１６上端部の接続部へ向けて立ち上がるラインの所定位置に１箇所設けられており、ライン中での圧力損失、鉄粉の自重などにより、鉄粉がロッド１６の接続部へ向けて流れず、ライン途中に堆積した鉄粉を飛散させるために設けられている。
【００２９】
本発明に使用される鉄粉は、圧縮空気とともに供給することができる粒径であればいかなる粒径のものであってもよいが、例えば、粒径が５０μｍ〜１５０μｍのものを用いることができる。また、鉄粉を供給する状態としては、圧縮空気に鉄粉を混合させ、鉄粉の粒と粒との間に空気を含んだ、空気に分散した状態で供給され、撹拌部材５の注入管から噴射されることが好ましい。鉄粉を噴射される量としては、いかなる量であってもよいが、土壌１ｍ３あたり、例えば、１０ｋｇ〜１００ｋｇとすることができる。鉄粉は、粒径が一定ではなく、粒度分布があるほうが、圧縮空気中において粒と粒との間に空気を含みやすく、空気中に分散した状態になりやすいので好ましい。また、鉄粉供給の際、粉塵爆発を生じるおそれがある場合には、圧縮空気に代えて窒素を供給することができる。また、鉄粉と上記汚染物質とを適切に反応させるため、ライン内において錆を発生させないようにするために、鉄粉および圧縮空気に水分を含まないほうが好ましく、鉄粉を収容した容器７内を乾燥空気または窒素雰囲気とし、供給する圧縮空気も乾燥空気または窒素とすることができる。この場合、圧縮空気供給手段１３に空気乾燥機を備えたものを使用することができる。本発明において圧縮空気は、圧力が高いほど、鉄粉供給ライン１０の途中において堆積することがなくなるので好ましく、例えば、０．７ＭＰａ〜２．０ＭＰａとすることができる。なお、鉄粉の供給量は、粉塵爆発を起こさない爆発下限界濃度未満になる量とすることができ、具体的には、空気１ｍ３中の鉄粉濃度を０．１ｋｇ以下とすることができる。
【００３０】
本発明に使用される酸化剤としては、空気、過酸化水素、オゾン、過酸化カリウムや過酸化カルシウムといった過酸化物を使用することができる。本発明においては、供給する量が把握しやすく、かつ供給も容易であり、容器への収容も容易である溶液が好ましい。溶液は、水溶液であってもよく、その濃度はいかなる濃度であってもよい。また、土壌に噴射する溶液量としては、鉄粉の供給量に応じて設定することができる。なお、上記過酸化水素は、重金属やアルカリ、その他酸化されやすい有機化合物が存在しない場合、安定な物質であり、特に白金、銀、銅、鉄、クロム、マンガンなどの金属と接触すると、急激に分解し、酸素および熱を発生することが知られている。過酸化水素の分解反応は、加熱することにより促進され、上記有機塩素化合物は、過酸化水素によって酸化分解され、炭酸ガスおよび塩素に分解されることが知られている。また、過酸化水素の分解反応によって発生する酸素を土壌中に供給することにより、微生物を活性化させ、上述した有機化合物のほか、無機化合物を処理することも可能である。したがって、本発明においては、過酸化水素水を酸化剤として使用することが好ましい。
【００３１】
本発明において容器７および容器８は、いかなる容量のものであってもよく、いかなる形状であってもよい。容器７は、流出される鉄粉が流出口や下部に設けられる弁から適量の鉄粉が流出されるように、内部を適宜加圧することができるような構成とすることができる。容器７の加圧は、圧縮空気を使用して行うことができる。したがって、容器７は、加圧した圧力に耐える材質のものを使用することができ、例えば、ステンレス鋼といった鋼製のホッパーを用いることができる。なお、内部を加圧するため、上部に蓋を設けることができる。本発明においては、弁などに詰まりを生じる可能性があり、容器７の外側面にバイブレータといった揺動手段を配設して容器７を揺動させ、鉄粉の詰まりを解消させることもできる。また、木製またはプラスチック製のハンマを使用して詰まりを解消することもできる。容器８は、酸化剤により腐食しない材質のものであればいかなる材質であってもよく、塩化ビニルやポリエチレンなどのプラスチック製、ステンレス製の容器を用いることができる。また、容器８の内面をテフロン（登録商標）でライニングしたものを用いることもできる。
【００３２】
本発明において鉄粉供給ライン１０、酸化剤供給ライン１２および圧縮空気供給ライン１４は、いずれも所定の径の鋼管、ゴム管、塩化ビニル管、テフロン（登録商標）管といった管を使用することができる。これらの管は、容器７、容器８、酸化剤供給手段１１、圧縮空気供給手段１３の設置位置に応じてその長さを決定することができる。また、これら管が長い場合には、パイプコネクタを使用することもできる。なお、酸化剤として過酸化水素を使用する場合には、金属と激しく反応して酸素を発生させるため、ゴム管、塩化ビニル管、テフロン（登録商標）管を用いることができ、鋼管を用いる場合には、内側をテフロン（登録商標）でライニングしたものを用いることができる。
【００３３】
本発明の土壌浄化システム１に使用される酸化剤供給手段１１としては、上述したように酸化剤に溶液を使用する場合には、ポンプを使用することができる。空気やオゾンといったガス状のものについては、圧縮機を使用することができる。これらの吐出圧力は、鉄粉を分散させた圧縮空気の供給圧力と同じ圧力であることが好ましく、圧縮空気の供給圧力に応じて決定することができる。また、圧縮空気供給手段１３としては、エアドライヤ付きの空気圧縮機を使用することができる。エアドライヤとしては、所定の容器に乾燥剤といった水分を吸着する吸着剤を充填したものを用いることができる。これらの容量は、供給する空気および溶液の量に応じて適宜決定することができる。本発明においては、圧縮空気供給手段１３として空気ボンベや空気カードルを使用することができ、その他、窒素ボンベ、窒素カードルを使用することもできる。また、圧縮空気供給手段１３は、図１に示すように地表面に設置されていなくてもよく、車両などに搭載され、移動可能にされていてもよい。本発明においては、圧縮空気供給手段１３と同様に、容器７、容器８、酸化剤供給手段１１も車両などに搭載し、移動可能にしてもよい。本発明においては、１つの圧縮空気供給手段１３でなくてもよく、容器７に接続される圧縮空気供給手段と、鉄粉供給ライン１０に接続される圧縮空気供給手段と、分岐部９に圧縮空気を供給するための圧縮空気供給手段と、圧縮空気供給ライン１４に接続される圧縮空気供給手段とのそれぞれに設けることもできる。
【００３４】
図２は、本発明の土壌浄化システムに用いることができる撹拌部材の例示した図である。図２（ａ）に撹拌部材５の斜視図を、図２（ｂ）に断面図を示す。図２に示す撹拌部材５は、先端部に切削部材２を備えた先導管１８と、長さ方向に沿った中央部の径が大きくされ、両端部の径が小さくされた中空の軸体３と、軸体３の外側面に周設された螺旋状羽根４と、螺旋状羽根４の上面および下面に設けられた複数の突出部材１９と、軸体３の長さ方向の径が大きくされた中央部において軸体３を貫通し、螺旋状羽根４の縁部に向けて配設される２本の注入管２０、２１とから構成されている。
【００３５】
図２に示す先導管１８は、軸体３にフランジ２２といった連結部材を使用して連結されていて、先端部に切削部材２が設けられている。また、フランジ２２にも、切削部材２の向きと同じ方向に向くように切削部材２ａが設けられている。図２に示す切削部材２、２ａは、鋭く尖った先端部を備えていて、硬い土壌や石なども切削することができるようになっていて、先導管１８の先端部およびフランジ２２に溶接などにより接合して設けることができる。図２に示す先導管１８は、いかなる径、長さの管であっても良いが、軸体３の両端部の径と同じ径にすることができる。また、切削部材２、２ａの形状および構造および材質は、適切に土壌を掘削することができるものであればいかなるものであっても良い。また、切削部材２、２ａは、先導管１８の先端部およびフランジ２２に、いかなる数設けられていても良い。
【００３６】
図２に示す軸体３は、中央部の径が大きくされ、その中央部の所定の長さにおいて一定の径とされていて、両端部に向けて一定の割合で径が小さくなるような形状とされている。また、中空とされていて、内部に鉄粉および酸化剤を供給するための注入管２０、２１の一部が挿設されている。この注入管２０、２１を除いた空間には、圧縮空気が流されるようになっており、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材５に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にするとともに、切削部材２の発熱を抑制することを可能にしている。本発明において軸体３は、例えば、全体の長さを０．８ｍ、中央部の長さ０．１６ｍにおいて０．４ｍの一定の径とし、長さ方向の両端部０．３２ｍの範囲において０．１４ｍから０．４ｍの径に一定の割合で拡大した構造とすることができる。この場合、一定の割合で拡大するテーパ角が２２°となる。
【００３７】
図２に示す軸体３には、外側面に螺旋状に形成された螺旋状羽根４が周設されている。螺旋状羽根４は、軸体３の中央部に向けて螺旋状羽根４の径が大きくなるように形成され、螺旋状羽根４の上面および下面には、複数の突出部材１９が設けられている。螺旋状羽根４は、軸体３と同様に、軸体３の長さ方向に向いた両端部から中央部に向けて羽根の径が拡大するように形成されていて、土壌中を上下にスムーズに撹拌することができる構造とされている。
【００３８】
図２に示す突出部材１９は、矩形の板状のものとされ、矩形とされた面が軸体３に向くように配設されている。また、突出部材１９は、螺旋状羽根４の縁部および軸体３に近隣した内縁部に設けられ、矩形の角部が面取りされた構造とされている。矩形とされた板状の突出部材１９の回転方向に向いた側の角部が面取りされた構造とすることにより、螺旋状羽根４の回転をスムーズにし、効果的に撹拌することができる。図２に示す撹拌部材５において、土壌を掘削する場合、螺旋状羽根４の下面に設けられた突出部材１９が鋭く土壌にくい込みながら土壌を効果的に撹拌し、上面に設けられた突出部材１９は、切削および撹拌された土砂をスムーズに後方に送ることができ、土壌中に石などを含んでいても、噛みにくくなっている。また、撹拌部材５を地中から地表面に向けて上昇させる場合には、螺旋状羽根４の上面に設けられた突出部材１９が効果的に切削および撹拌し、下面に設けられた突出部材１９がスムーズに土砂を後方に送ることができる。したがって、図２に示す撹拌部材５を使用して土壌を掘削する場合には、掘削した土砂が地上に排出されなくなる。本発明において突出部材１９は、いかなる数設けられていても良く、形状も上述した矩形の板状のものでなくても螺旋状羽根４の螺旋形状に沿って矩形の板が曲げられた形状とされていても良い。
【００３９】
図２に示す軸体３の中空部分には、上述したように注入管２０、２１の一部が挿設されていて、注入管２０、２１以外の軸体３の中空部分は、圧縮空気を通すことができるようになっている。図２に示す注入管２０、２１は、軸体３の長さ方向の中央部において注入管２０、２１は垂直に曲げられ、軸体３を貫通し、螺旋状羽根４の縁部に向けて延びた構造となっている。また、注入管２０、２１は、注入管２０が軸体３の一方の面を貫通するように、注入管２１がその一方の面の裏面、すなわち注入管２０が突出する位置から周方向へ１８０°の角度となるように設けられている。本発明においては、鉄粉と酸化剤とが土壌中において接触し、適切に汚染物質の分解反応を生じさせることができるように、それぞれの注入管２０、２１が、軸体３の長さ方向の同じ位置となるように配設されていることが好ましく、軸体３から螺旋状羽根４に沿って突出する長さが同じであることが好ましい。なお、注入管２０、２１の径は、いかなる径であってもよく、例えば、１インチ〜１．５インチのものを使用することができる。
【００４０】
図２においては、注入管２０、２１の２本を使用した場合について示しているが、本発明においては、注入管が１本であってもよく、この場合、図１に示す鉄粉供給ライン１０と酸化剤供給ライン１２とをＴ字管やＹ字管を使用して接続し、ロッド１６のラインおよび撹拌部材５の注入管を１本とすることができる。この場合の土壌浄化は、まず、圧縮空気を流してその中に所定量の鉄粉を供給し、圧縮空気中に分散させたまま１本の注入管から所定時間噴射させ、次に、鉄粉供給を停止し、鉄粉を噴射させた位置と同じ位置において酸化剤を供給し、同じ注入管から噴射させて土壌中に供給することができる。本発明においては、鉄粉を噴射させながら所定高さまで上昇させ、鉄粉を供給したまま、または鉄粉の供給を停止した後、再び下降させ、鉄粉を供給している場合にはここで停止した後、酸化剤の供給を開始し、酸化剤を噴射させながらその所定高さまで上昇させることにより、鉄粉と酸化剤とを土壌に供給することもできる。また、本発明において注入管は、１本または２本に限らず、鉄粉に対して２本、酸化剤に対して２本といったように計４本とすることもでき、複数の注入管が配設された構造であってもよい。さらに、本発明において注入管は、螺旋状羽根４の縁部にまで延びていなくてもよく、螺旋状羽根４の中央部、または内縁部までであってもよい。しかしながら、より広範囲に噴射させるためには、螺旋状羽根４の縁部にまで延びているほうが好ましい。
【００４１】
図３は、鉄粉供給ラインの分岐部を拡大して示した図である。図３に示す実施の形態では、鉄粉供給ライン１０に３つの分岐部９が等間隔で設けられている。図３に示す分岐部９には、Ｙ字形をした分岐管２３が使用されていて、一方からは鉄粉を含む圧縮空気が、他方からは圧縮空気のみが供給され、分岐部９において合流する。分岐管２３は、例えば、図１に示すロッド１６の上端部に向けて立ち上がるラインに設けることができ、ロッド１６に向けて上昇するように供給される鉄粉を含む圧縮空気において、ライン中の摩擦抵抗などの圧力損失により供給圧力が低下し、鉄粉の自重によりライン内に堆積するのを防止し、堆積したものについては飛散させることができる。本発明においては、分岐部９を通して圧縮空気を供給する必要がない場合、圧縮空気の供給を停止することができるように、また、圧縮空気の供給を停止した場合に、停止した側の管内に鉄粉が堆積しないように弁などを設けることができる。また、分岐部９は、必要に応じて必要な数だけ設けることができる。分岐部９に接続されるラインは、鉄粉を含む圧縮空気が撹拌部材５に向けて適切に供給することができるのであればいかなる径であってもよく、また、鉄粉供給ライン１０に対する角度は、図１に示すロッド１６の鉄粉供給ライン１０が接続する部分であるロッド１６の先端部に向けて、堆積した鉄粉を適切に飛散させることができる角度とすることができる。本発明においては、上記分岐管２３に限らず、溶接によって分岐ラインを設けることもできる。また、鉄粉の堆積は、例えば、鉄粉供給ライン１０に設けられる圧力計により検知することができる。
【００４２】
図４は、鉄粉を収容する容器まわりの概略を示した図である。図４に示す容器７は、図示しない圧縮空気供給手段にライン２４を介して接続されていて、容器７の下部には、鉄粉の供給量を制御するための弁２５が設けられている。また、容器７は、内部を加圧できるように上部に蓋２６が設けられ、蓋２６で内部が封止されている。さらに、容器７内には、一定粒径とはされていない鉄粉２７が充填されている。弁２５には、Ｔ字管２８が接続されていて、Ｔ字管２８の一方にはライン２９が、他方にはライン１０が接続されている。ライン２９は、ライン２４から分岐されたラインとされている。
【００４３】
図４に示す実施の形態では、容器７がホッパーのような底開式のじょうご型の容器とされていて、弁２５を開くことにより容器７に収容された鉄粉２７が落下するようになっている。しかしながら、内部に充填されているものが様々な粒径を有する鉄粉であるため、詰まりやすく、所定量の鉄粉を供給することができないという問題が生じる。適量の鉄粉を供給するために容器７の内部を適宜加圧することができ、また、詰まりを生じた場合には、容器７を揺動させることができる。容器７の揺動としては、木製またはプラスチック製のハンマを用いて、または、容器７の側部にバイブレータといった揺動手段を配設し、必要に応じて揺動させることで詰まりを解消することができる。また、容器７から流出される鉄粉は、ライン２９からライン１０へと流れる圧縮空気中に適切に分散される量とすることができ、Ｔ字管２８に堆積しない量とすることができる。さらに、図４に示す実施の形態では、圧縮空気をライン２９からライン１０へと流すことによりエジェクター効果を得ることができ、このエジェクター効果により鉄粉を吸引することができるようになっている。容器７内部の加圧および上記エジェクター効果により、弁２５などでの鉄粉２７の詰まりを低減させることができる。本発明においては、Ｔ字管２８を使用しなくてもよく、ライン２４に接続されるラインを１本の鉄粉供給ライン１０とし、その途中に穴を設け、その穴に連続する別のラインを溶接し、上記T字管と同様の構造とすることができる。この場合、その別のラインに弁２５を接続することができる。
【００４４】
図５〜図７を用いて本発明の土壌の浄化方法について詳細に説明する。本発明の土壌の浄化方法は、図１〜図４に示す土壌浄化システムを用いて行うことができる。図５は、撹拌部材５を連結した支持手段６を土壌の所定位置に配置し、撹拌部材５により土壌を掘削しているところを示した図である。図５に示す支持手段６は、走行部１５、ロッド１６、挟持部１７のほか、アーム３０および昇降手段３１を備えている。アーム３０は、地表面３２に対するロッド１６の角度を調整することを可能にするものであり、昇降手段３１は、ロッド１６を昇降可能にするものである。
【００４５】
まず、走行部１５により浄化したい位置にロッド１６を配置し、アーム３０を使用して地面に対してロッド１６が垂直になるように調整する。挟持部１７によりロッド１６を回転させ、昇降手段３１によりロッド１６を降下させて土壌を掘削する。土壌の掘削は、撹拌部材５の先端部に設けられた切削部材２を使用して行われる。また、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材５に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にするため、図１に示す圧縮空気供給手段１３から圧縮空気が供給される。圧縮空気は、圧縮空気供給ライン１４を通り、ロッド１６内のラインおよび撹拌部材５の軸体３内を通って先端部から噴射される。なお、圧縮空気の噴射は、撹拌部材５の揺動撹拌効果、切削部材２の冷却効果のほか、軸体３内へ土壌が入り込むことを防止する効果もある。図１に示す圧縮空気供給手段１３は、土壌の浄化区域外に設置され、ロッド１６と圧縮空気供給手段１３とは圧縮空気供給ライン１４により接続されている。また、ロッド１６の長さが足りない場合には、挟持部１７によるロッド１６の回転方向を変え、昇降手段３１によりロッド１６を上昇させる。撹拌部材５が地上に露出したところで、ロッド１６の上昇を停止し、挟持部１７による回転を停止した後、延長するロッドを連結する。連結した後、上記掘削時と同様にし、同様の回転方向で土壌の掘削を行うことができる。
【００４６】
図６は、撹拌部材５により所定深さまで土壌を掘削し、鉄粉および酸化剤を供給しているところを示した図である。図５に示すようにして所定深さまで土壌を掘削した後、挟持部１７によるロッド１６の回転方向を変える。鉄粉および酸化剤の供給があるまで上昇させずに、回転させたまま停止しておく。本発明においては、ロッド１６の回転を停止しておくこともできる。圧縮空気供給手段１３と同様に土壌の浄化区域外に設置された容器７、容器８から鉄粉および酸化剤の供給を開始する。鉄粉は、容器７の下部に設けられた弁を開けることにより供給することができる。この場合、予め鉄粉供給ライン１０に圧縮空気を流しておく。
【００４７】
弁を開けることで鉄粉は圧縮空気中に供給され、鉄粉供給ライン１０内では分散した状態とされ、ロッド１６中のラインを通して注入管２０へ供給される。また、鉄粉を供給後、適宜圧力計によるライン内の圧力を測定する。ライン内で圧力降下を検知した場合、鉄粉供給ライン１０の途中において鉄粉の堆積が生じており、この場合に、分岐部９へ圧縮空気を供給して堆積した鉄粉を飛散させることができる。本発明においては、堆積が生じていることを検知するか否かにかかわらず、所定時間間隔で圧縮空気を供給することもできる。また、酸化剤供給手段１１により容器８に収容された酸化剤を供給する。例えば、酸化剤供給手段１１がポンプであれば、容器８からポンプにまで酸化剤を満たしておき、ポンプを起動させることにより酸化剤を供給することができる。酸化剤の供給は、酸化剤供給ライン１２を通して行われる。
【００４８】
弁において鉄粉が詰まった場合、弁の開度を変えたり、容器７を揺動させることにより詰まりを解消することができる。また、鉄粉供給ライン１０において鉄粉の堆積を生じた場合、分岐部９に圧縮空気を供給することで堆積を解消することができるが、本発明においては、必要に応じてさらに高圧の空気を分岐部９に供給して、より効果的にライン中に堆積した鉄粉を飛散させることができる。なお、粉塵爆発の危険性がある場合には、圧縮空気に代えて窒素ガスを使用することができる。
【００４９】
図７は、撹拌部材５を上昇させながら鉄粉および酸化剤を噴射し、土壌を撹拌しているところを示した図である。注入管２０および注入管２１から鉄粉を含む圧縮空気および酸化剤の噴射が開始された後、昇降手段３１によりロッド１６を上昇させ、注入管２０、２１からの鉄粉および酸化剤の噴射とともに、螺旋状羽根４による土壌の撹拌を行う。図６に示す実施の形態においてロッド１６の回転が停止されていれば、回転を開始した後、昇降手段３１によりロッド１６を上昇させることができる。本発明においては、土壌と鉄粉および酸化剤とを充分に混合させるため、上昇速度が小さいほうが好ましいが、小さすぎる場合、作業効率が低下するため、例えば、毎分０．０５ｍ〜毎分０．１５ｍとすることができる。また、本発明においては、土壌中に充分に鉄粉および酸化剤を混合させるため、撹拌部材５が地表面３２の近くまで上昇したところで、再び掘削時と同様の回転方向とし、ロッド１６を降下させつつ、鉄粉および酸化剤の噴射を行うことができる。
【００５０】
本発明においては、撹拌部材５が地表面３２の近くまで上昇したところで、弁を閉止して鉄粉の供給を停止し、酸化剤供給手段１１による供給を停止して酸化剤の供給を停止し、圧縮空気供給手段１３による圧縮空気の供給を停止する。撹拌部材５をさらに上昇させ、地表面３２から撹拌部材５が離間された状態となった後、走行部１５により次の浄化位置に移動し、再び上述したようにして掘削、鉄粉および酸化剤の噴射、撹拌を行うことができる。
【００５１】
本発明を上述した実施の形態をもって詳細に説明してきたが、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、同様の効果を得ることができるものであれば、撹拌部材は上述した形状に限らず、いかなる大きさ、螺旋状羽根の巻数、鉄粉および酸化剤の注入管の配設位置であっても良く、容器もいかなる形状および構造であってもよく、圧縮空気中に鉄粉を分散させた状態にすることができるのであれば、その他いかなる部材でも使用することができるものである。
【００５２】
【発明の効果】
上述したように、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することにより、排土を伴うことなく、ライン途中において鉄粉が堆積することを抑制して効果的に鉄粉を噴射させることを可能にし、さらには広範囲に鉄粉および酸化剤を行き渡らせて土壌を浄化することが可能となる。
【００５３】
また、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することにより、撹拌部材を回転させながら土壌中を上下に移動させることにより浄化効率が向上する。さらに、表面付近の土壌だけではなく、所定深さの土壌を浄化することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の土壌浄化システムの概略を示した図。
【図２】 本発明の土壌浄化システムに用いることができる撹拌部材の例示した図。
【図３】 本発明の土壌浄化システムに用いることができる鉄粉供給ラインの分岐部を拡大して示した図。
【図４】 本発明の土壌浄化システムの鉄粉を収容する容器まわりの概略を示した図。
【図５】 撹拌部材を連結した支持手段を土壌の所定位置に配置し、撹拌部材により土壌を掘削しているところを示した図。
【図６】 撹拌部材により所定深さまで土壌を掘削し、鉄粉および酸化剤を供給しているところを示した図。
【図７】 撹拌部材を上昇させながら鉄粉および酸化剤を噴射し、土壌を撹拌しているところを示した図。
【符号の説明】
１…土壌浄化システム
２、２ａ…切削部材
３…軸体
４…螺旋状羽根
５…撹拌部材
６…支持手段
７…容器
８…容器
９…分岐部
１０…鉄粉供給ライン
１１…酸化剤供給手段
１２…酸化剤供給ライン
１３…圧縮空気供給手段
１４…圧縮空気供給ライン
１５…走行部
１６…ロッド
１７…挟持部
１８…先導管
１９…突出部材
２０…注入管
２１…注入管
２２…フランジ
２３…分岐管
２４…ライン
２５…弁
２６…蓋
２７…鉄粉
２８…Ｔ字管
２９…ライン
３０…アーム
３１…昇降手段
３２…地表面
Claims (9)
- 先端部に切削部材を備える先導管と、前記先導管が連結され、長さ方向に沿った中央部において径が大きく、かつ両端部において径が小さくなるように形成された中空の軸体と、前記軸体の一方の端部から他方の端部へとわたって螺旋状に周設され、前記両端部から前記中央部に向けて羽根の径が大きくされた螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の上面および下面に配設される複数の突出部材と、前記軸体の内部を通して配設され、前記軸体を貫通して前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設された鉄粉を噴射するための鉄粉注入管および酸化剤を噴射させるための酸化剤注入管とを備える撹拌部材と、
前記撹拌部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段と、
空気または窒素を通し、鉄粉を供給して前記空気または窒素中に該鉄粉を分散させ、前記鉄粉を分散させた前記空気または窒素中にさらに空気または窒素を供給するために少なくとも１つの分岐部を備え、前記鉄粉を分散させた空気または窒素を前記鉄粉注入管に供給する鉄粉供給ラインおよび前記酸化剤注入管へ該酸化剤を供給するための酸化剤供給ラインとを含み、
前記分岐部において前記空気または窒素を供給し、前記鉄粉供給ライン内に堆積する前記鉄粉を飛散させる、土壌浄化システム。 - 前記システムは、前記撹拌部材を所定方向に回転させて土壌の所定深さまで掘削するとともに該土壌を撹拌し、前記撹拌部材を前記所定方向とは逆方向に回転させて地表面に向けて上昇させるとともに前記鉄粉および前記酸化剤を前記鉄粉注入管および前記酸化剤注入管から噴射し、かつ前記土壌を撹拌することを特徴とする、請求項１に記載の土壌浄化システム。
- 前記システムは、前記鉄粉を収容し、前記鉄粉を底部から流出させる容器と、前記容器から流出させる鉄粉量を制御する弁とを含む、請求項１または２に記載の土壌浄化システム。
- 前記支持手段は、移動するための走行部と、前記撹拌部材を連結するロッドと、前記ロッドを正逆両方向に回転させるとともに該ロッドを支持する挟持部と、前記ロッドを昇降させる昇降手段とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の土壌浄化システム。
- 前記システムは、さらに、前記酸化剤を収容する容器と、前記酸化剤を前記酸化剤注入管に供給するための酸化剤供給手段とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の土壌浄化システム。
- 先端部に切削部材を備える先導管と、前記先導管が連結され、長さ方向に沿った中央部において径が大きく、かつ両端部において径が小さくなるように形成された中空の軸体と、前記軸体の一方の端部から他方の端部へとわたって螺旋状に周設され、前記両端部から前記中央部に向けて羽根の径が大きくされた螺旋状羽根と、前記螺旋状羽根の上面および下面に配設される複数の突出部材と、前記軸体の内部を通して配設され、前記軸体を貫通して前記螺旋状羽根の縁部に向けて配設された鉄粉を噴射するための鉄粉注入管および酸化剤を噴射させるための酸化剤注入管とを備える撹拌部材を、前記撹拌部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、
空気または窒素を通し、鉄粉を供給して前記空気または窒素中に該鉄粉を分散させ、前記鉄粉を分散させた前記空気または窒素中にさらに空気または窒素を供給するために少なくとも１つの分岐部を備える鉄粉供給ラインを通して、前記鉄粉を分散させた空気または窒素を前記鉄粉注入管に供給し、前記酸化剤供給手段により前記酸化剤を酸化剤供給ラインを通して前記酸化剤注入管に供給し、前記撹拌部材を回転させながら前記鉄粉注入管から前記土壌に向けて前記鉄粉を分散させた空気または窒素を噴射させるとともに、前記酸化剤注入管から前記土壌に向けて前記酸化剤を噴射させるステップと、
前記螺旋状羽根の回転により前記土壌と前記鉄粉を分散させた空気または窒素と前記酸化剤とを混合するステップと、
前記分岐部において前記空気または窒素を供給し、前記鉄粉供給ライン内に堆積する前記鉄粉を飛散させるステップとを含む、土壌浄化方法。 - 前記掘削するステップは、前記撹拌部材を所定方向に回転させて土壌の所定深さまで掘削するとともに該土壌を撹拌し、前記噴射させるステップおよび前記混合するステップは、前記撹拌部材を前記所定方向とは逆方向に回転させて地表面に向けて上昇させるとともに前記鉄粉および前記酸化剤を噴射し、かつ前記土壌を撹拌することを特徴とする、請求項６に記載の土壌浄化方法。
- 容器の底部から前記鉄粉を流出させ、弁により前記流出させる鉄粉量を制御するステップをさらに含む、請求項６または７に記載の土壌浄化方法。
- 前記支持手段は、移動するための走行部と、前記撹拌部材を連結するロッドと、前記ロッドを正逆両方向に回転させるとともに該ロッドを支持する挟持部と、前記ロッドを昇降させる昇降手段とを含み、前記掘削するステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させ、前記昇降手段により前記ロッドを降下させるステップを含み、前記噴射させるステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させるステップを含み、前記混合するステップは、前記挟持部により前記ロッドを回転させ、前記昇降手段により前記ロッドを上昇させるステップを含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の土壌浄化方法。
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