JP4177155B2 - 浄化体の造成工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、残土を発生させず且つ大きな透水性を示す汚染地下水を浄化する浄化体を地中に造成する工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造工場などの洗浄工程において多量に使用されるトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物、六価クロム、硝酸性窒素等の有害物質は、漏れなどにより土壌又は地下水を汚染する可能性があり、この場合、工場跡地の再利用の障害となったり、地下水の利用が制限されたりする問題がある。
【０００３】
これを解決するものとして、特許文献１の国際公開番号ＷＯ９１／０８１７６号公報には揮発性有機化合物で汚染された地下水の流れを遮断する方向で金属性還元剤を含んだ浄化連続壁を地中に形成し、該浄化連続壁を地下水が通過する際に還元反応により、汚染物質を分解させ無公害化させる方法が開示されている。しかし、この浄化連続壁は溝孔を掘削することから、残土が大量に発生する。また該溝孔に金属系還元剤と砂との混合物を設置する際、金属系還元剤等が分離してしまい均一に分散させることが困難であると共に、帯水層の透水性を安定して確保することができないという問題がある。
【０００４】
また、特許文献２の特開平１１−１５６３５１号公報には、金属性還元剤を収納した円筒袋を積み重ねた円柱を地中に連続配置される地下連続の地中浄化壁が開示されている。この地中浄化壁は帯水層の透水性を安定して得ることができる。しかし、この地中浄化壁は例えば円柱浄化壁の場合、中掘工法による掘削により形成されたケーシングパイプ内の中空部分に打設管を用いて活性炭等を打設した後で、ケーシングパイプを引抜くというオールケーシング工法によるものであるため、残土が大量に発生し産業廃棄物処理の問題を惹起する。
【０００５】
更に、特許文献２の特開平１１−１５６３５１号公報には、金属性還元剤を含む生分解性ポリマーからなる板材を地中に連続配置してなる地下連続の地下水浄化壁が開示されている。一方、水に薬剤を均一に分散させたスラリーを汚染地盤に注入することにより、残土を発生させない種々の方法が提案されている。特許文献３の特開２０００−１２００６１号公報には、多孔質の骨材を掘削軸から噴射するに当たって、多孔質の骨材と水溶性の高分子液とを混合した状態で掘削軸から噴射する地下浄化壁の形成方法が開示されている。特開２０００−１２００６１号公報の方法によれば、多孔質の骨材に粘性を与えて円滑に噴射して掘削孔内に簡単且つ確実に充填されると共に、多孔質の骨材を掘削孔内に充填した後、水溶性高分子が水に溶解して多孔質の骨材と多孔質の骨材との間に隙間が形成され、形成された地下浄化壁の通水性をより増大させる。また、特許文献４の特開２０００−１５７９６３号公報には、薬品を用いる土壌浄化処理を目的として、薬品を液状媒体に溶解または分散して土壌中に注入する土壌浄化用注入方法において、液状媒体に粘度を高めるための物質及び薬品をこの順序で添加し、該薬品を液状媒体中に均一に溶解又は分散させることで、該薬品の均等注入と沈降防止とを図ることが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
国際公開番号ＷＯ９１／０８１７６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平１１−１５６３５１号公報（特許請求の範囲、段落番号００２３、段落番号００３１〜段落番号００３５）
【特許文献３】
特開２０００−１２００６１号公報（請求項８、段落番号００１７）
【特許文献４】
特開２０００−１５７９６３号公報（請求項１、段落番号００１３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の特開平１１−１５６３５１号公報に記載された生分解性ポリマーを含有する板材を地中に配置する施工法は、ペーパードレーン工法を基本にしており、該板材の厚さが薄い場合、汚染物質の分解に必要な汚染地下水の通過時間を確保することができず、該板材の厚さが厚い場合、地盤への貫入抵抗が大きいため、設置し難いという問題がある。また、特開２０００−１２００６１号公報記載の地下浄化壁の形成方法で用いる多孔質の骨材は、微生物が生息する多孔質セラミックであり、特開２０００−１５７９６３号公報に記載の薬品は、微生物の栄養剤や生物活性賦与剤であり、いずれも生物学的治療法（バイオレメディエーション）に係るものである。生物学的治療法は浄化時間が長くなると共に、有機物が分解される過程で有害な中間生成物を新たに発生させるという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、残土を発生させず且つ大きな透水性を示す、金属系還元材又は酸化鉄系分解材などの浄化材料を用いた浄化体を造成する工法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記目的を達成する本発明（１）は、浄化材料、生分解性ポリマー及び水を含有するスラリー状の混合薬液を、地上から汚染土壌又はその下流側に位置する土壌中に、機械式攪拌混合装置の攪拌軸内を通って該攪拌軸下方の攪拌翼近傍に付設される薬液吐出口に通じる配管を通して供給し、該混合薬液と該土壌を機械式攪拌混合することにより、透水性を示さない浄化体を造成し、その後、浄化体中の生分解性ポリマーを微生物の生理活性により分解消失させて透水性を発現させることを特徴とする浄化体の造成工法を提供するものである。本発明によれば、地上から供給された混合薬液を原地盤土壌と機械攪拌により汚染地下水を浄化する浄化体を造成するため、残土を発生させることがない。また、スラリー状薬液を地中に供給する際、生分解性ポリマーが該薬液中において、浄化材料を均一に分散する分散助剤として作用するため、当該浄化材料を土壌中均一に供給することができる。従来の金属系還元剤を単に混合したスラリーでは例え地上で均一に攪拌を行って供給したとしても、直に凝集してしまい、金属系還元剤を均一に地中に供給することはできない。また、原地盤土壌中に供給された混合薬液中の生分解性ポリマーは微生物のもつ生理活性等により分解されてなくなるため、間隙部分と浄化材料が均一に存在し、透水性が発現する。また、この時点で汚染地下水と浄化材料が初めて接触し、汚染物質が効率的に分解される。従来の浄化材料を単に汚染地盤に注入する工法において、汚染物質の原液と浄化材料の直接接触が起こるところでは、汚染物質は分解されない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる浄化材料としては、例えば汚染物質分解材が挙げられる。汚染物質分解材としては、汚染物質を主に分解により除去するものであれば特に制限されず、例えば金属系還元材及び酸化鉄系分解材が挙げられる。金属系還元材としては、例えば鉄又は亜鉛の金属粉体、若しくはそれらの合金又は化合物の粉体等が挙げられ、このうち、鉄粉が安価であり且つ廃棄物として排出されるものも使用できる点で好適である。酸化鉄系分解材としては、例えば酸化チタン製造工程から副生する含鉄硫酸から合成したマグネタイト系酸化チタン副生酸化鉄を活性処理した市販のものが使用できる。また、汚染物質分解材として、特開２００２−３１７２０２号公報に記載のような金属系還元材と酸化鉄系分解材の複合材料を使用することもできる。これらの浄化材料は１種単独又はこれらの２種以上を組合わせて使用することもできる。
【００１１】
本発明において用いられる生分解性ポリマーは、浄化材料と混合されて地上から原地盤土壌に供給される際、混合薬液中の浄化材料を均一に分散する分散助剤として作用すると共に、原地盤土壌に供給された後は、例えば約１週間程度で分解され、地下水と共に流出するため、原地盤土壌に空隙を生み透水性を与える機能を果たす。生分解性ポリマーとしては、特に制限されず、例えば天然又は合成の水溶性高分子が挙げられ、具体的にはポリ乳酸系；カルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）等のセルローズ系高分子；可溶性澱粉及びカルボキシメチルスターチ（ＣＭＳ）等の澱粉系高分子が例示される。このうち、セルローズ系高分子が、該高分子の増粘作用による浄化材料分散機能を発揮すると共に、比較的短期間で分解される点で好ましい。
【００１２】
本発明で用いる混合薬液において、浄化材料と生分解性ポリマーの配合比率は、汚染地下水の汚染程度、原地盤土壌の土質及び生分解性ポリマーの分解進行度等により異なり、適宜決定される。また、混合薬液には、必要に応じて、生分解性ポリマーの分解の進行度を調整するための助剤を配合することができる。
【００１３】
本発明は、前述の混合薬液を、地上から汚染土壌又はその下流側に位置する土壌中に供給し、攪拌混合することにより汚染地下水を浄化する浄化体を造成する。本発明において、浄化体が形成される地盤構造としては、地下水以下の飽和状態であれば、特に制限されず、砂質、粘土層、互層等の自然地盤や埋立てられた人工地盤が挙げられる。
【００１４】
本発明において、汚染土壌とは、いわゆる汚染物質発生源の土壌であって、汚染物質で汚染されている土壌を言う。従って、混合薬液を当該汚染土壌中に供給する場合、該汚染土壌全体に対して混合薬液を供給するか、あるいは少なくとも該汚染土壌における下流側部分に対して混合薬液を供給する。該汚染土壌の下流側部分を残してそれ以外の汚染土壌部分に混合薬液を供給しても、汚染物質は混合薬液で浄化されずに下流側に流出する恐れがある。汚染物質発生源の土壌を直接浄化することで、汚染地下水の汚染源を断ち切ることができると共に、工場跡地の再利用の障害となることがない。また、混合薬液はこの汚染土壌の下流側に位置する土壌中に供給してもよい。通常、汚染土壌は工場等の建物の直下であることが多く、該土壌と混合薬液を攪拌混合した浄化体を造成する際、障害となることがある。そこで、汚染土壌の下流域であって、且つ地上に構造物等の無い敷地境界部分で本発明に係る浄化体を造成すれば、施工が容易であると共に、該浄化体により汚染地下水を浄化し、該浄化された地下水を敷地境界の外へ流出させることができる。
【００１５】
本発明において、スラリー状の混合薬液と該土壌を攪拌混合する方法としては、特に制限されず、例えば深層混合処理工法、オーガー攪拌工法、トレーダー工法及びブレンダー工法等の機械式攪拌装置を使用する機械式攪拌混合工法、噴射式攪拌混合装置を使用する噴射式攪拌混合工法、機械式攪拌混合工法と噴射式攪拌混合工法との併用工法及び機械式攪拌機能と噴射式攪拌機能を備えた装置で行う複合工法が適用できる。これらの工法はいずれも残土の発生がほとんどなく、産業廃棄物処理の問題も起こらない。また、混合薬液と原地盤土壌を均一に混合することができ、生分解性ポリマーが分解した後は原地盤土壌中、間隙部分及び浄化材料が均一に存在し、透過性が発現して汚染地下水の浄化効率が向上する。上記工法のうち、特に機械式攪拌混合工法を適用することが、浄化材料、生分解性ポリマー及び原地盤土壌の均一混合が比較的容易で且つ確実に行うことができる点で好ましい。
【００１６】
機械式攪拌混合工法の場合、例えば地上の薬液供給装置から機械式攪拌混合装置の攪拌軸内を通って該攪拌軸下方の攪拌翼近傍に付設される薬液吐出口に通じる配管を通して混合薬液の供給が行なわれる。噴射式攪拌工法の場合、例えば地上の薬液供給装置から噴射式攪拌装置の攪拌軸内を通って該攪拌軸下方に付設される薬液噴射口に通じる配管を通して混合薬液の供給が行なわれ、該薬液噴射口からスラリー状の混合薬液が原地盤土壌に高圧噴射され、該主軸の上方又は下方移動に伴い、原地盤土壌と混合薬液が混合され浄化体が造成される。
【００１７】
スラリー状の混合薬液と土壌の攪拌混合を、深層混合処理工法にて行なう場合、貫入工程で脱酸素材や土壌分散促進材を注入し、引抜き工程で上記スラリー状の混合薬液と土壌の攪拌混合を実施する方法を適用することもできる。貫入工程で脱酸素材を注入することで、土壌をより還元雰囲気とすることができ、引抜き工程で土壌に分散される金属系還元材の添加効果を高めることができる。また、例えば粘土地盤や油汚染などの有機物が混入している地盤では団粒状態にあるため、貫入工程で土壌分散促進材を注入することで、地盤土壌をほぐし、引抜き工程における、スラリー状の混合薬液と土壌の分散を促進する。脱酸素材としては、例えば亜硫酸水素ナトリウムが挙げられる。また、土壌分散促進材としては、珪酸ナトリウム及び過酸化水素等が挙げられる。
【００１８】
また、汚染土壌が工場敷地中央部の直下にあるような汚染源対策として浄化体が造成される場合、この汚染源対策場所が、将来の土地利用として地下室を有する建築構造物を建設することがある。このような場合、浄化体が造成された地盤が地下水の水道（みずみち）となり、湧水により掘削が困難になる。この対策として、予め、浄化体造成時に、深層混合処理工法の引抜き工程を利用して、スラリー状の混合薬液をセメントミルク等の止水材料に切替えることで、掘削底面部に止水層を造成することもできる。
【００１９】
前記機械式攪拌混合工法や噴射式攪拌混合工法等により造成された浄化体としては、例えば円形断面の浄化体が挙げられる。前記円形断面の浄化体は通常これを地中に多数配設して浄化壁を造成する。浄化壁としては、例えば前記浄化体を接円又は一部重複して造成される地中連続壁、前記浄化体を地中に間欠的且つ複数列状で配置される地中間欠浄化壁、前記浄化体を地中に間欠的且つ複数列状で、更に千鳥状となるように配置してなる地中間欠浄化壁等が挙げられる。図１〜図４は発生源対策として造成される浄化壁の平面形態である。例えば、汚染地盤１５全体に浄化体１０を隙間なく造成する完全浄化型の浄化壁２０（図１）がある。地下水の流れが遅く、汚染物質の拡散が無く、長期の浄化期間が確保できる場合には、汚染地盤１５の内部に、一部重複して造成された連続列状体１６を所定間隔離して複数例で形成する列状型の浄化壁２０ａ（図２）及び格子状型の浄化壁２０ｂ（図３）、間欠的且つ複数列状に配置した杭状型の浄化壁２０ｃ（図４）等が挙げられる。更に、地下水の流れのため汚染物質が拡散している場合には、例えば、図４の浄化壁２０ｃに対しては、図５に示すように、汚染地盤１５の下流や側向にも浄化体１０ａを設置して、当該拡散した汚染地下水を浄化できるようにすることが好ましい。浄化体１０ａの打設範囲については、公知の移流拡散解析手法を用いて設計することができる。また、浄化体の下端部は、最深汚染層である帯水層より深い部分にある難透水層に着底させることで汚染地下水を確実に浄化できる。
【００２０】
また、前記機械式攪拌混合工法と噴射式攪拌混合工法を併用する形態としては、工場敷地中央部の汚染源に残置された既存建築物の基礎杭を、完全浄化型の浄化体の中に取り込む場合、先ず、機械式攪拌混合工法を用いて該基礎杭に接触しないように、浄化体を造成し、次いで、噴射式攪拌混合工法を用いて、該基礎杭と該浄化体を密着させ、地中障害物を取り込んだ完全浄化型の浄化体を確実且つ効率的に造成することができる。通常、地中の汚染源に残置された既存建築物の基礎杭の周囲は、深度方向も含めて汚染物質が拡散していることが多い。これは該基礎杭の打設時に周辺地盤が撹乱され、その透水性が低下するためである。
【００２１】
次に、地中に造成された浄化体が実際に汚染地下水を浄化する構造体となる過程を図６を参照して説明する。図６は地中に造成された１つの浄化体の帯水層部分における構造の変化を説明するための概念図である。浄化体が造成される前の地中構造は、概ね、土粒子３１と土粒子３１間の間隙３２（地下水が流れる部分）とから構成される（図６（Ａ））。この間隙３２の存在により適度の透水性が得られている。この地中に浄化体が造成されると、地中構造は土粒子３１と土粒子３１間に例えば浄化材料、生分解性ポリマー及び水からなる高粘性のスラリー３４を含むものとなる（図６（Ｂ））。この状態の浄化体は透水性を示さない。その後、該浄化体中の生分解性ポリマーは微生物の持つ生理活性等により徐々に分解され、例えば増粘作用が消失して地下水と共に流れ出し、当該消失部分が間隙３２となって表れる（図６（Ｃ））。浄化体造成後、例えば５〜１０日間で生分解性ポリマーは完全に分解し消失すると、間隙部分に残った浄化材料３３は重力沈降や地下水の流れに伴い移動し、近傍にある土粒子３１の表面に付着する（図６（Ｄ））。この状態の浄化体の構造は土粒子３１と、土粒子の表面に付着した浄化材料３３と、土粒子３１間に適度の透水性を示す間隙３２を有するものとなる。これにより、該浄化体の透水性はほぼ浄化体造成前の地中の透水性と同じものとなると共に、浄化効率が向上する。
【００２２】
次に、前述のような浄化壁により汚染地下水を浄化する浄化方法について説明する。ここで、浄化壁を構成する浄化体は生分解性ポリマーが分解して安定した透水性を示す状態にある。汚染土壌から溶出した汚染地下水は、浄化体を移流することで浄化される（移流現象）。一方、例えば図５に示すように、浄化体１０の汚染物質濃度が低く、浄化体間１１の汚染地下水１７中の濃度が高い場合、汚染地下水１７に含まれる汚染物質は濃度が高い側から低い側へ拡散する。これにより浄化体間１１にある汚染地下水１７の汚染物質濃度が低下する（拡散現象）。汚染地下水は、浄化体の高い透水性により自然の流れを維持して当該浄化体を通過する。この際、汚染地下水中の例えば難分解性ハロゲン化炭化水素は、浄化体において金属系還元材の存在下、脱ハロゲン化され、無害な炭化水素に変換されるため、汚染地下水が浄化される。
【００２３】
本例の浄化体の造成工法によれば、残土が発生しないため、産業廃棄物処理の問題は起きない。また、造成された浄化体は浄化体造成前の地中の透水性とほぼ同様の透水性を示すため、各帯水層の汚染地下水の流れはあたかも当該浄化体が配設されていないかのように、その流れを維持し当該透過性の浄化体を通過する。また、浄化材料も地中に均一分散されているため、浄化効率が向上する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の浄化体の造成工法によれば、簡易な方法で、残土を発生させず且つ大きな透水性を示す、金属系還元材又は酸化鉄系分解材などの浄化材料を含む浄化体を造成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】浄化体の造成形態を示す概略平面図である。
【図２】浄化体の他の造成形態を示す概略平面図である。
【図３】浄化体の他の造成形態を示す概略平面図である。
【図４】浄化体の他の造成形態を示す概略平面図である。
【図５】浄化体の他の造成形態を示す概略平面図である。
【図６】地中に造成された浄化体の構造の変化を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ 浄化体
１１ 浄化体間
１５ 汚染地盤
１６ 連続列状体
１７ 浄化体間の汚染地下水
２０、２０ａ〜２０ｃ 浄化壁
３１ 土粒子
３２ 間隙
３３ 浄化材料
３４ 高粘性スラリー

Claims (1)

1. 浄化材料、生分解性ポリマー及び水を含有するスラリー状の混合薬液を、地上から汚染土壌又はその下流側に位置する土壌中に、機械式攪拌混合装置の攪拌軸内を通って該攪拌軸下方の攪拌翼近傍に付設される薬液吐出口に通じる配管を通して供給し、該混合薬液と該土壌を機械式攪拌混合することにより、透水性を示さない浄化体を造成し、その後、浄化体中の生分解性ポリマーを微生物の生理活性により分解消失させて透水性を発現させることを特徴とする浄化体の造成工法。

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