JP4193988B2 - 汚染土壌の浄化工法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、土壌中の汚染物質を浄化する汚染土壌の浄化工法およびその装置に関する。

土壌中の汚染物質を浄化するために汚染土壌にボーリング孔を削孔し、高圧流体ジェット等を噴射するための機器（いわゆる「モニタ」：高圧流体等の供給用ロッドに取り付けられ、高圧流体等のジェット噴射用ノズルを有しており、地上側から供給された高圧流体等を当該ボーリング孔周囲の土壌に対して噴射するための部材。以下、本明細書において同じ。）を挿入し、汚染物質の回収を効率化するような高圧流体等を（当該ボーリング孔周囲の土壌に対して）噴射し、汚染物質を浄化する技術は、従来から提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、いわゆるジェットグラウト工法としてモニタからの高圧液の交差噴流により地盤中の所定範囲内を切削する技術も、従来、知られている（例えば、特許文献２参照）。

例えば産業施設の跡地においては、地盤中の比較的広い範囲に亘って汚染物質が含有されているので、汚染土壌を掘削搬出して浄化するためには、巨大な設備を必要とし、その結果、汚染物質の浄化に費やされるコストが膨大なものとなってしまう。
ここで、特に地盤中の所定深度の領域に含有されている汚染物質の浄化については、汚染された土壌を地上まで搬出すること無く、当該地盤中で処理することが望まれている。
しかし、広い範囲に亘って汚染された土壌を地上まで搬出すること無く、当該地盤中で処理することが出来て、しかも、汚染された土壌の浄化を確実且つ容易に行うことができる様な技術は、現時点では提案されていない。
特許第３１９２０７８号公報 特開平７−２５２８２３号公報

本発明は上述した様な要請に対処するべく提案されたものであり、地盤中の汚染物質を容易且つ確実に浄化することが出来て、しかも予め定めた範囲内において浄化することができる汚染土壌の浄化工法の提案を目的としている。

本発明の汚染土壌の浄化工法によれば、土壌中の汚染物質を浄化するために汚染土壌にボーリング孔（Ｈ）を削孔し、交差ジェットを噴射するノズルを備えたモニタ（Ｍ）を下端部に有するパイプ（２）をボーリング孔（Ｈ）内に挿入し、地上から所定深さの汚染土壌中に汚染物質の回収を効率化する機能を有する機能液体をモニタ（Ｍ）から交差ジェットとして高圧噴射し、汚染土壌と液体との混合体の円筒状の切削領域（Ｄ）を形成し、下端部にパッカー（８）を有する内管（３）及び外管（４）よりなる二重管をそのパッカー（８）が前記円筒状領域（Ｄ）の下方に達するまで挿入し、内管（３）に空気を送りパッカー（８）を膨張させて内管（３）とボーリング孔（Ｈ）内壁面との隙間を閉塞し、内管（３）の先端から空気を気泡として噴出して切削領域内を上昇させるとともに、機能液体により抽出された汚染物質を連行させ、汚染物質を連行した気泡を外管（４）内を上昇させて外管（４）の上部に設けた収集手段（１０）に吸引させる。

また本発明は、土壌中の汚染物質を浄化するために汚染土壌にボーリング孔（Ｈ）を削孔し、交差ジェットを噴射するノズルを備えたモニタ（Ｍ）及びパッカー（８）を下端部に有する内管（３Ａ）と外管（４）とよりなる二重管をボーリング孔（Ｈ）内に挿入し、その際パッカー（８）が切削領域（Ｄ）の下方に達するまで挿入し、地上から所定深さの汚染土壌中に汚染物質の回収を効率化する機能を有する機能液体を内管（３Ａ）を介してモニタ（Ｍ）から交差ジェットとして高圧噴射し、汚染土壌と液体との混合体の円筒状の切削領域（Ｄ）を形成し、内管（３Ａ）の先端を切削領域（Ｄ）の下方に挿入して内管（３Ａ）に空気を送り、パッカー（８）を膨張させて内管（３Ａ）とボーリング孔（Ｈ）内壁面との隙間を閉塞し、内管（３Ａ）の先端から空気を気泡として噴出して切削領域内を上昇させるとともに、機能液体により抽出された汚染物質を連行させ、汚染物質を連行した気泡を外管（４）内を上昇させて外管（４）の上部に設けた収集手段（１０）に吸引させる。

本発明の実施に際し、汚染物質の回収を効率化する機能を有する液体（以下、機能水と記す）として、高温水、電解水、純水、オゾン水、および微生物（好気性微生物及び／又は嫌気性微生物）の栄養剤を混合した水、の何れかを単独または組み合わせて用いる（請求項３）。
ここで高温水は、対象汚染物質を気化・溶出する作用を奏する。電解水は、汚染物質を中和する作用を奏する。純水は不純物を含まないので、汚染物質を溶解し易く、そのため、汚染物質を良好に洗浄し、溶解する作用を奏する。オゾン水は汚染物質を酸化する作用を奏する。そして栄養剤は、微生物（好気性微生物及び／又は嫌気性微生物）を活性化して汚染物質を分解する作用を奏する。
すなわち、前記機能水、すなわち高温水、電解水、純水、オゾン水、および好気性微生物の栄養剤を混合した水、の何れか又はその組み合わせの作用、すなわち汚染物質の分解、溶解、酸化、還元、洗浄する作用を用いて、汚染物質の回収の効率化を図ることができる。そして、どの様な機能水を用いるべきかについては、汚染物質の種類、状態、施工現場の状況、その他の条件に対応して適宜選択・決定をするべきである。

上述した構成によれば、機能水がノズルから高圧ジェットとして噴射され、所定範囲の切削が行われて汚染物質と切削土壌との混合体が地盤中において実質的に円筒状に形成される。そして、汚染物質は機能水によって、例えば気化、析出、溶解、その他が為され、抽出される。例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の汚染土壌であれば、高温水によってＶＯＣが気化または溶出される。

次に、圧送管が挿入され、（汚染物質と切削土壌との）混合体の下方から空気が噴出される。その際に、空気は泡状となって上方へ向かって流出する。上方へ向かって流出する空気はパイプ外周面に沿って上昇しようとする傾向があるが、上述した構成では、空気噴出孔より上方にはパッカーが設けられており、空気は当該パッカーを通過することが出来ない。そのため、上方に向かって流出しようとする空気は、半径方向外方に向けて流出する。その結果、（汚染物質と切削土壌との）混合体全体が空気によりスパージング（ｓｐａｒｇｉｎｇ）される。

このように空気が半径方向外方に向けて流出するため、汚染物質と切削土壌との混合体は、その領域全体が空気によってスパージングされ、抽出された汚染物質は気泡によって上方に連行され、収集手段に収集される。
なお、例えば空気噴出に伴って汚染土壌中を曝気して好気性微生物を活性化させ、その生化学反応によって長期的に汚染物質を分解させることもできる。その場合は、予め微生物の栄養剤を注入するのが好ましい。

本発明による効果を下記に示す。
（１） 土壌を掘削搬出すること無く汚染物質を除去できる。したがって巨大な設備が不要となり、運搬費、廃棄場スペース、埋め戻し土砂量などが不要となるか、或いは以前に比較して遥かに小さく（少なく）て済む。
（２） 短期では空気によって汚染物質を連行して除去し（スパージング：ｓｐａｒｇｉｎｇ）、長期では好気性微生物による生化学作用で汚染物質を分解することにより、汚染物質を浄化する。
（３） 交差噴流（後述）を使用すれば、予め切削範囲が判るので汚染範囲に対して必要最小限の施工を行えばよい。
（４） パッカーによって空気が遮断されるので、切削領域を確実にエアスパージングできる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施形態について説明する。ここで、図示の実施形態では、有機塩素系溶剤などのＶＯＣによる汚染土壌を高温水によって浄化する場合を主として説明する。

図１は公知のジェットグラウト方式による地盤切削工程を示している。
図１において、符号Ｄは施工対象の汚染地盤の領域を示し、その汚染地盤の施工領域Ｄの上方の地面Ｓ上にボーリングマシン１が設置されている。そして、そのボーリングマシン１により、対象地盤の切削範囲Ｄ内へボーリング孔Ｈが削孔され、そのボーリング孔ＨにモニタＭを有するパイプ２が挿入される。上述した様に、モニタＭは図示しないノズルを具備しており、当該ノズルから高圧液ジェットＪが噴射されるようになっている。

図示の実施形態では、機能水として８０°Ｃ程度の高温水を用いており、係る高温水は超高圧ポンプ５からラインＬ１を介してノズルに送られるようになっている。また、後記のように圧縮空気６がラインＬ２を介してパイプ２（高圧流体等の供給用ロッド）に連通されている。

ボーリング孔Ｈに挿入されたパイプ２を回転させながらモニタＭのノズルから高温水のジェット噴流を噴射しつつ、パイプ２を引き上げることによって、切削範囲Ｌが円筒状に切削される。この切削範囲Ｌでは、汚染土壌と機能水とが十分混合し、混合体（Ｘ）が形成される。

図２には、公知の交差噴流を使用した実施形態を示している。
パイプ２の先端に設けられたモニタＭには、図３に示すように離隔して２つのノズルＮ１、Ｎ２が設けられており、そのノズルＮ１、Ｎ２から噴射されるジェットＪ１、Ｊ２が半径ｒの位置にて所定角度αで交差するように配設されている。
ここで、交差噴流においては、噴流同士が交差或いは衝突する地点で噴流は全方向へ発散し、運動エネルギーを消失することが知られている。そのため、噴流同士が交差する箇所よりも半径方向外方では、噴流には土壌を掘削するだけの運動エネルギーが存在しないので、土壌の掘削が為されない。そのため、高圧液ジェットＪ１、Ｊ２は、その交差位置である半径方向位置、すなわち半径ｒの箇所で、その到達距離が高精度に制御される。そして、パイプ２を回転させながら上下方向に移動させることによってパイプ２を中心として、実質的に円筒状をした半径ｒの切削範囲Ｌが、高差噴流を構成するジェットＪ１、Ｊ２により切削される。

次に図４を参照して、空気によるスパージング工程（エアスパージング工程）について説明する。
先ず、上記切削工程で切削された汚染地盤Ｄの切削範囲Ｌに、二重管３、４が挿入される。二重管３、４を挿入することにより空気注入用のボーリング孔が形成される。ここで、内管（空気圧送管）３は、図４で示すように、汚染地盤の切削範囲Ｌの下方まで挿入されている。
また、内管３外周の汚染地盤の切削範囲Ｌ下方には、圧縮空気の供給・排出によって膨張・収縮するパッカー８が設けられている。そのパッカー８は、所定位置まで挿入されると、圧縮空気を供給されて（加圧されて）拡径し、ボーリング孔Ｈの内壁面との空隙を遮断（閉塞或いはシール）する。その結果、後述する様に、ジェットにより切削範囲全体が、その下方より気泡に晒されるようになる。
パッカー８下方の内管３外周の空気噴出孔には、微細な気泡が地盤中に放出される様に、ストレーナ９が設けられている。
外管４の下端は切削範囲Ｌの上方に位置して、空気および汚染物質をその内部に集める様に構成されている。

内管３には、地上の空気供給源ＡからラインＬ３を介して、空気が供給されている。そして、外管４の上端には空気および汚染物質の収集手段１０が設けられ、ラインＬ４を介して図示しない吸引装置でガスを吸引するようになっている。

空気供給源Ａから内管３に空気が送られると、その空気は内管３の先端の空気噴出孔から噴出して、気泡となって上方へ向って流出する。その際に、この気泡は内管３に沿って上昇して流れる傾向があるが、内管３とボーリング孔内壁面との隙間はパッカー８で閉塞されるので、内管３に沿って上昇する気泡の流れが遮断される。その結果、当該気泡は半径方向外方に流れてから上昇する。そして、半径方向外方に気泡が流れることにより、円筒状の切削範囲Ｄの実質的に全ての領域には、上昇する当該気泡が通過する。そして、円筒状の切削範囲Ｄを気泡が通過する際に、機能水によって抽出された汚染物質を当該気泡が連行するので、汚染物質と空気（気泡）は共に内管３と外管４との間を上昇して、収集手段１０に吸引される。

吸引されたガスはラインＬ４を介し、必要に応じて処理され大気に放出される。このようにして汚染物質は除去される。

図５の右側の図面Ａは図１で説明した切削工程後の切削部分Ｄを示し、この切削部分Ｄは切削した土壌と機能水との混合体Ｘによって満たされる。
これを図４で説明したようにエアパージングすると右側の図面Ｂで示すように土壌と機能水との混合体Ｘの上部にはブリージングによって空間部分Ｙが生じる。この空間部分Ｙには洗浄剤を注入して洗浄し、さらに充填材を注入して充填する。

上記の実施形態では、切削工程ではモニタＭを設けたパイプ２を用い、次に、エアスパージング工程で空気を圧送する圧送管３を用いたが、図６および図７に示す実施形態では、空気および液体を圧送する圧送管３Ａを使用している。換言すると、当該圧送管３Ａは、切削工程とエアスパージング工程とで共用される。
図６に示すように二重管の内管（圧送管）３Ａは、ノズルを設けたモニタＭの先端からさらに延長され、ストレーナ９が設けられてその内部は空気噴出孔となっている。そして、その上方にはパッカー８が設けられている。
図示のように、機能水のジェットＪによって汚染領域Ｄは切削範囲Ｌが切削され、さらに、図７に示すように圧送管３Ａ先端は切削範囲Ｌの下方に挿入されてパッカー８が拡径され、空気源Ａから送気される。噴出された空気は、パッカー８によって切削領域の全体を通過し、汚染物質を収集手段１０に連行し、土壌を浄化する。

本発明は上記のように短期的にも十分浄化作用を行うことができるが、好気性の微生物により汚染物質を分解させると長期的に極めて好ましい。その場合、微生物を活性化する栄養剤等を注入するとさらに良い結果を生じる。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。

例えば、上記実施形態では、ＶＯＣなどによる汚染土壌を高温水によって浄化する例について説明したが、本発明は、その他の各種汚染物質に対し、それぞれ適切に対応する機能水を選択使用して実施することができる。
すなわち、高温水は対象汚染物質であるＶＯＣを気化・溶出する作用を奏するが、例えば機能水として電解水を用いれば、酸性の汚染物質を中和して処理することができる。また、機能水として純水を選択すれば、純水は不純物を含まないので、汚染物質を溶解し易く、そのため、汚染物質を良好に洗浄し、溶解することができる。さらに、汚染物質がアルカリ性である場合には、機能水としてオゾン水を選択することにより、当該アルカリ性の汚染物質を中和して無害化することが可能である。これに加えて、機能水として栄養剤を混合した水を用いれば、土壌中の微生物（好気性微生物及び／又は嫌気性微生物）を活性化して汚染物質を分解することができる。

本発明の汚染土壌の浄化工法における地盤切削工程を説明する断面図。 本発明の地盤切削工程を交差噴流により施工する実施形態を説明する断面図。 上記図２のモニタ部の構成を説明する図。 本発明のエアスパージング工程を説明する断面図。 切削範囲内の施工後の状態の説明図でＡはエアスパージング前、Ｂはエアスパージング後を示す。 本発明の二重管装置の別の実施形態による地盤切削工程を説明する断面図。 上記図６のエアスパージング工程を説明する断面図。

符号の説明

１・・・ボーリングマシン
２・・・パイプ（ボーリング管）
３・・・内管（圧送管）
４・・・外管（案内管）
５・・・高圧ポンプ
８・・・パッカー
９・・・ストレーナ
１０・・・空気および汚染物質の収集手段
Ｄ・・・汚染地盤

Claims (3)

1. 土壌中の汚染物質を浄化するために汚染土壌にボーリング孔を削孔し、交差ジェットを噴射するノズルを備えたモニタを下端部に有するパイプをボーリング孔内に挿入し、地上から所定深さの汚染土壌中に汚染物質の回収を効率化する機能を有する機能液体をモニタから交差ジェットとして高圧噴射し、汚染土壌と液体との混合体の円筒状の切削領域を形成し、下端部にパッカーを有する内管及び外管よりなる二重管をそのパッカーが前記円筒状領域の下方に達するまで挿入し、内管に空気を送りパッカーを膨張させて内管とボーリング孔内壁面との隙間を閉塞し、内管の先端から空気を気泡として噴出して切削領域内を上昇させるとともに、機能液体により抽出された汚染物質を連行させ、汚染物質を連行した気泡を外管内を上昇させて外管の上部に設けた収集手段に吸引させることを特徴とする汚染土壌の浄化工法。
2. 土壌中の汚染物質を浄化するために汚染土壌にボーリング孔を削孔し、交差ジェットを噴射するノズルを備えたモニタ及びパッカーを下端部に有する内管と外管とよりなる二重管をボーリング孔内に挿入し、その際パッカーが切削領域の下方に達するまで挿入し、地上から所定深さの汚染土壌中に汚染物質の回収を効率化する機能を有する機能液体を内管を介してモニタから交差ジェットとして高圧噴射し、汚染土壌と液体との混合体の円筒状の切削領域を形成し、内管の先端を切削領域の下方に挿入して内管に空気を送り、パッカーを膨張させて内管とボーリング孔内壁面との隙間を閉塞し、内管の先端から空気を気泡として噴出して切削領域内を上昇させるとともに、機能液体により抽出された汚染物質を連行させ、汚染物質を連行した気泡を外管内を上昇させて外管の上部に設けた収集手段に吸引させることを特徴とする汚染土壌の浄化工法。
3. 汚染物質の回収を効率化する機能を有する液体として、高温水、電解水、純水、オゾン水、および好気性微生物の栄養剤を混合した水、のいずれかを単独または組み合わせて用いることを特徴とする請求項１または２に記載の汚染土壌の浄化工法。

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