JP4139274B2

JP4139274B2 - 汚染地下水浄化構造

Info

Publication number: JP4139274B2
Application number: JP2003167599A
Authority: JP
Inventors: 聡今村; 靖藤原; 道子深澤; 勉片元; 泰彦藤井; 朋子沖田
Original assignee: Taisei Corp; Toda Kogyo Corp
Current assignee: Taisei Corp; Toda Kogyo Corp
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP2005000815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染された地下水を効率的且つ容易に浄化する汚染地下水浄化構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境省は、土壌環境基準において２７項目、地下水環境基準において２６項目の有害物質及びその基準値を設定し、基準値を超えた場合は、有害物質の除去及び汚染の拡散の防止を指導している。そのため、これらの有害物質による汚染に対するさまざまな浄化方法が開発されている。
【０００３】
本出願人は、汚染地下水の流域に、金属還元剤及び珪砂等の透過性浄化材からなる円柱群を列状に配置することにより壁状領域を構築し、汚染された地下水を原位置で浄化することにより汚染地下水の流出・拡散を防止する透過性地下水浄化壁を開発し、実用化に至っている（例えば特許文献１参照）。しかし、フッ素等の陰イオンにより汚染された地下水の原位置における浄化方法は確立されておらず、これらの汚染地下水の浄化は、汲み上げた地下水をプラント等において造粒酸化セリウムからなるフッ素吸着樹脂によりフッ素の吸着を行うとともに、鉱酸、塩酸、硫酸等の添加によりｐＨ値の調整などを行う方法（特許文献２参照）のように、プラントを利用した浄化が一般的である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２６３０６８号公報（［０００９］〜［００１８］、図２）
【特許文献２】
特開平１１−１３８１４９号公報（［０００５］〜［０００９］、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のフッ素汚染地下水の浄化方法では、その汚染濃度に関わらず、大掛かりなプラント設備やプラント設備の運用管理等が必要となるとともに、全ての汚染地下水を浄化することは困難であるため、汚染地下水の流出による汚染流域の拡散を防止することができないといった問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、原位置での簡易的な構造によって、運用管理を必要とすることなく、汚染地下水の浄化を行い、汚染流域の拡散を防止する汚染地下水浄化構造を提案することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、鉄水酸化物及びアルミニウム水酸化物の混合物と次式で示される化合物の粒子粉末とを含む透過性地下水浄化領域を、汚染地下水の流域に配置してなることを特徴とする汚染地下水浄化構造である。
（１＋ｘ／２）Ｍｇ _{２（１−ｘ）／（２＋ｘ）} Ａｌ _{２ｘ／（２＋ｘ）} □ _{ｘ／（２＋ｘ）} Ｏ
ここで、式中□は陽イオン欠陥を表す。
【０００８】
かかる汚染地下水浄化構造により、透過性浄化材として鉄水酸化物及びアルミニウム水酸化物の混合物（以下「鉄・アルミ水酸化物」という）と、（１＋ｘ／２）Ｍｇ _{２（１−ｘ）／（２＋ｘ）} Ａｌ _{２ｘ／（２＋ｘ）} □ _{ｘ／（２＋ｘ）} Ｏで示される化合物の粒子粉末（以下、「アルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末」という場合がある）と、を使用することにより、汚染地下水浄化構造を汚染地下水の流域に構築することで、汚染地下水が透過性地下水浄化領域を透過する間に透過性浄化材に汚染物質が吸着され、効率的かつ容易に汚染物質を原位置で除去することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
図１は本実施の形態に係る汚染地下水浄化構造の概略を示す斜視図、図２は同平断面図、図３は同縦断面図である。
【００１０】
本実施の形態は、図１に示すように、フッ素加工製品を製造する工場Ｆなどの敷地内において、有害陰イオンであるフッ素からなる汚染源２により汚染された汚染地下水３の下流側流域に、汚染地下水浄化構造１を構築することで、汚染地下水３を浄化し、浄化地下水４として敷地外へ流出させることで、汚染範囲の拡大を防止するものである。
ここで、有害陰イオンとは、土壌環境基準又は地下水環境基準により定められた有害物質のうち、フッ素、ホウ素等の負の電荷を持つ原子（または分子）をいう。
【００１１】
図２に示すように、汚染地下水浄化構造１は、透過性地下水浄化領域１１と止水壁１３とからなる。透過性地下水浄化領域１１は、鉄・アルミ水酸化物とアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末と珪砂の混合体である透過性浄化材１２により地中に構築された円柱を、汚染地下水３の下流側流域に列状に配置した円柱群により構成される。
【００１２】
透過性浄化材１２からなる円柱群は、円柱直径の１／２〜５倍の間隔で汚染地下水３の流れに対して直角に２列配置するものとし、下流側の各円柱が上流側の各円柱の間に配置されるように千鳥に配置する。このように各円柱を千鳥に配置することで、前後の円柱列がお互いをオーバーラップするため、汚染地下水３の浄化に必要な所要の厚みを有する透過性地下水浄化領域１１が形成される。ここで、当該円柱群の間隔・列数は、汚染地下水３の流速により決定するものとする。また、汚染地下水３に、鉛直方向や水平方向の位置による流速の違いがある場合には、部分的に汚染地下水３の浄化が不完全になるようなところがでないように、透過性地下水浄化領域１１内において適宜円柱径、間隔、列数等を変更させても良い。
【００１３】
一方、止水壁１３は、鋼矢板からなり、汚染源２から発生した汚染地下水３を透過性地下水浄化領域１１に誘導するように、汚染地下水３の流れの最大幅よりも広くなるように透過性地下水浄化領域１１の後面に近接する両側に延設されている。
【００１４】
ここで、透過性地下水浄化領域１１及び止水壁１３はその下端を、図３に示すように、少なくとも粘土層又は岩盤などからなる不透水層の上端である不透水層線ＲＬより所定の深さだけ深い位置まで構築するものとし、汚染地下水３が汚染地下水浄化構造１の下を流れることによる汚染地域の拡大を防止する。
【００１５】
このように、汚染地下水浄化構造１を構築することにより、フッ素による汚染源２に汚染された汚染地下水３の全てが透過性浄化領域１１を透過するため、原位置にて汚染地下水３の浄化をすることが可能となる。さらに、汚染地下水浄化構造１は、構築後は長期間に亘りその効果を発揮するため、運用管理を要することなくフッ素汚染の拡散の防止を経済的に行うことが可能となる。
【００１６】
本実施の形態では、透過性浄化材１２として、イオンの吸着固定に優れた鉄・アルミ水酸化物に加え、層状複水酸化物であるアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末を使用することにより、層間に陰イオンを挿入させるアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末の性質により、さらなる吸着力の増加が可能となる。
なお、本実施の形態における汚染物質であるフッ素は、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチンなどと同じくハロゲン元素の一つで、陰イオンになりやすい性質を有する元素である。そのため、陰イオンの吸着に優れた２種類の吸着材からなる上記透過性浄化材１２は、フッ素による汚染地下水３の浄化に優れている。
【００１７】
ここで、本実施の形態で使用する吸着材のフッ素吸着のメカニズムについて説明する。
吸着材のうちの一つである鉄・アルミ水酸化物は、イオン半径の小さいフッ素などの元素を吸着し再結晶する性質がある。つまり、当該吸着材を透過性浄化材として使用することにより、汚染地下水中のフッ素を吸着して、それぞれ式（１）に示すような酸化フッ化鉄や、式（２）に示すような酸化フッ化アルミニウムの形成を行うため、汚染地下水を浄化する効果が得られる。
【００１８】
Ｆｅ（ＯＨ）_２＋Ｆ_３⇒Ｆｅ（ＯＨ）_２Ｆ_３・・・（１）
Ａｌ（ＯＨ）_３＋Ｆ_３⇒Ａｌ（ＯＨ）_３Ｆ_３・・・（２）
【００１９】
また、他方の吸着材であるアルミニウム固溶酸化マグネシウムは、Ｍｇ−Ａｌ系炭酸型層状複水酸化物を加熱することにより、式（３）に示すように、陽イオン欠陥を有する化合物に生成された酸化物である。この酸化物は、水溶液中に浸すと、式（４）に示すように水溶液中の陰イオンを取り込み、再び層状複水酸化物構造を構築する性質を有している。そのため、当該酸化物を含む透過性浄化材により構成された透過性地下水浄化領域に、陰イオンであるフッ素により汚染された汚染地下水を透過させることにより、当該酸化物がフッ素を取り込むことで、層状複水酸化物構造を構築しフッ素を固定するため、汚染地下水の浄化を効果的に行うことが可能となる。
【００２０】
〔Ｍｇ_１−ｘＡｌ_ｘ（ＯＨ）_２〕（ＣＯ_３）_ｘ／２
＝（１＋ｘ／２）Ｍｇ_{２（１−ｘ）／（２＋ｘ）}Ａｌ_{２ｘ／（２＋ｘ）}□_ｘ／
_{（２＋ｘ）}Ｏ＋ｘ／２ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ・・・（３）

（１＋ｘ／２）Ｍｇ _{２（１−ｘ）／（２＋ｘ）} Ａｌ _{２ｘ／（２＋ｘ）} □ _ｘ／
_{（２＋ｘ）} Ｏ＋ｘ／ｎＡ ^ｎ− ＋（１＋ｘ／２）Ｈ _２Ｏ
＝〔Ｍｇ _１−ｘＡｌ _ｘ（ＯＨ） _２〕Ａ _ｘ／ｎ＋ｘＯＨ ⁻・・・（４）
【００２１】
透過性浄化材として用いる鉄・アルミ水酸化物とアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末との配合は１：１の比率で行い、これを珪砂に混合することにより、透過性浄化材を作成する。ここで、珪砂は、透過性浄化材を地中に配置してなる透過性地下水浄化領域の透水性を、周囲の地盤の透水性よりも高くすることを目的として用いるものであり、透水係数が周辺地盤の透水係数の１０倍以上となるようにして、汚染地下水が透過性浄化材に誘導されるようにする。したがって、珪砂の代替として同等の透水性を有する他の細骨材を使用してもよい。また、鉄・アルミ水酸化物とアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末との配合は、その比率を１：１にすることにより、それぞれ単独で使用した場合の吸着力よりも吸着力を増加させることが可能となることが後述する実証実験で明らかになった。
【００２２】
ここで、透過性浄化材として用いる鉄・アルミ水酸化物とアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末について、図４に示す室内実験装置５により実証実験を行い、吸着性について確認を行った。
【００２３】
図４において、符号５１は、フッ素により汚染された汚染水が収容された原水タンク、符号５２は、本実験により浄化された浄化水が収容される浄化水タンク、符号５３は、原水タンク５１から浄化水タンク５２まで汚染水又は浄化水を送水する耐薬・耐水性に優れたチューブ、符号５４は、汚染水又は浄化水の送水を機械的に行う送水ポンプである。また、符号５５は、内部に鉄・アルミ水酸化物とアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末と珪砂の混合物からなる透過性浄化材５５ａが収容されたガラスカラムである。
【００２４】
まず、鉄・アルミ水酸化物とアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末の各吸着材単独での吸着性と、両吸着材の混合体による吸着性について、実証実験を行った。なお、両吸着材の混合体の配合は、１：１で行った。
本実験では、フッ素の濃度を１０ｍｇ／ｌ、２５ｍｇ／ｌ、５０ｍｇ／ｌと変化させた汚染水を、珪砂に添加量を変化させて吸着材を添加した透過性浄化材に浸透させて、浸透後のフッ素の濃度を測定することにより、透過性浄化材の吸着量について確認を行った。その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１より、鉄・アルミ水酸化物とアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末とのそれぞれ単独の透過性浄化材に浸透させた浄化水のフッ素濃度に比べ、両吸着材を混合した透過性浄化材に浸透させた浄化水のフッ素濃度のほうが少なくなる結果が得られた。これにより、吸着材を混合させることにより、透過性浄化材によるフッ素の吸着力の増加が実証された。
【００２７】
次に、各吸着材の配合を変化させた透過性浄化材による、吸着量を測定し、最適の配合の確認を行った。本実験では、各汚染地域により汚染条件が変化する事実を踏まえ、フッ素の濃度や透水量などの条件を変化させたうえで、その効果の確認を行うものとした。本実験の試験条件を表２に示し、その結果を図５のグラフに示す。なお、表２の滞留時間とは、ガラスカラム内に汚染水を滞留させる時間を示し、フッ素濃度は、浄化前の汚染水のフッ素濃度を示している。
【００２８】
【表２】

【００２９】
実験の結果、図５に示すように、鉄・アルミ水酸化物及びアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末の配合が１：１のケース３が、ガラスカラム通過後の浄化水のフッ素濃度が、透水流量が増えても０を維持し続けることから、その浄化能力と持続性に優れていることが解る。また、地下水の流速が早い場合を想定して滞留時間を短くしたケース１，２，５，６で比較しても、各浄化材の配合が１：１のケース６が最も長く浄化水のフッ素濃度が０を示し、好適である。したがって、透水性浄化領域に添加する浄化材の最適な量は汚染の状況や現地の状況に応じて変化するが、鉄・アルミ水酸化物及びアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末の配合は、１：１が好適であることが確認された。
【００３０】
以上、本発明による好適な実施の形態について説明したが、本発明は当該実施の形態に限られず、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。
例えば、本実施の形態では、フッ素による汚染の浄化を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、その他の負の電荷を有する陰イオン物質に対して効果的であることはいうまでもない。
【００３１】
また、透過性浄化材を含む円柱群により透過性地下水浄化領域を構成するものとしたが、例えば所定の厚みを有した壁状の透過性浄化材を含む領域を地中に設けることにより透過性地下水浄化領域としてもよく、その形式は限定されない。また、鉄・アルミ水酸化物とアルミニウム固溶酸化マグネシウム粒子粉末とを含む透過性地下水浄化領域を配置することにより、フッ素により汚染された地下水を浄化するものとしたが、この透過性地下水浄化領域の前後に、鉄粉や微生物などを含む別種の透過性地下水浄化領域を配置することにより、フッ素とともに重金属やＶＯＣ等の複数の有害物質に汚染された複合汚染地下水に対して浄化を行う複数の透過性地下水浄化領域を有する地下水浄化構造としてもよい。
【００３２】
また、止水壁を汚染地下水の流れの最大幅よりも広くなるように透過性地下水浄化領域の後面に近接する両側に延設する構成としたが、汚染地下水の流れの最大幅が狭く、透過性地下水浄化領域を前記最大幅より広く配置することで経済的な汚染地下水浄化構造が構築することが可能であれば、止水壁を必要としないことはいうまでもない。
また、止水壁に鋼矢板を使用したが、連続地中壁や薬液注入などよるものでもよく、同様の効果が得られるものであれば、止水壁の形式は限定ない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、汚染地下水を、簡易な設備により運用管理を要することなく浄化し、周辺地域への拡散を防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る汚染地下水浄化構造の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る汚染地下水浄化構造の概略を示す平断面図である。
【図３】本発明に係る汚染地下水浄化構造の概略を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る透過性浄化材の吸着性について確認する室内実験装置の概略図である。
【図５】本発明に係る透過性浄化材の吸着性について確認する室内実験結果の概略図である。
【符号の説明】
１地下水浄化構造
１１透過性地下水浄化領域
１２透過性浄化材
１３止水壁
２汚染源
３汚染地下水
４浄化地下水
５室内実験装置

Claims

鉄水酸化物及びアルミニウム水酸化物の混合物と次式で示される化合物の粒子粉末とを含む透過性地下水浄化領域を、汚染地下水の流域に配置してなることを特徴とする汚染地下水浄化構造。
（１＋ｘ／２）Ｍｇ _{２（１−ｘ）／（２＋ｘ）} Ａｌ _{２ｘ／（２＋ｘ）} □ _{ｘ／（２＋ｘ）} Ｏ
ここで、式中□は陽イオン欠陥を表す。