JP4240026B2 - 汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法 - Google Patents
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Description
本発明は、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）やテトラクロロエチレン（ＰＣＥ）等の揮発性有機塩素化合物（以下、「ＣＶＯＣｓ」という）に汚染された土壌及び／又は地下水を浄化する方法に係り、特に、高濃度に汚染された汚染源領域と、その外周に広がる低濃度の汚染拡散領域とを浄化処理することにより、広範な汚染の浄化を効果的に促進し、浄化期間の短縮と浄化費用の低減を図る方法に関する。
従来、地盤深部に広範囲に存在するＣＶＯＣｓに汚染された土壌や地下水を原位置で浄化する方法としては、汚染源を狙って汚染土壌を非汚染土壌と置換する原位置置換工法、或いは、汚染源を含む汚染域全体に浄化剤を注入する方法、又は揚水による方法がある。
原位置置換工法は、水ジェットにより汚染土壌を切削して吸引し、形成された空洞に非汚染土壌を注入して汚染土壌と非汚染土壌とを置換する原位置置換工法である（例えば、特開２００１−１６２２６２号公報）。この方法は、具体的には、汚染土壌中にパイロット孔を削孔し、そのパイロット孔に多重管を挿入して水ジェットにより汚染土壌の切削と排泥を行い、排泥を継続しつつ、この切削により形成された空洞に非汚染土壌のスラリーを注入することで行われている。空洞に注入する非汚染土壌スラリーに用いられる非汚染土壌は、粒子径の比較的揃った砂を用いるのが好ましく、また、このスラリーのポンプによる圧送、注入を容易にするために、スラリーには粘性を持たせた方が良いことから、非汚染土壌スラリーには増粘剤として天然高分子が配合される。この天然高分子としては、一般にグァーガム、キトサン、キサンタンガム、アルギン酸塩等が使用されている。
この原位置置換工法は、特に、上空制限が５ｍ程度と低い、地中障害物が支障となる等の制約を受けるため、地下３ｍ以深の土留め掘削が困難となる場合に有効である。
本出願人は、先に、このような原位置置換工法において、置換された非汚染土壌の再汚染を防止して、施工部を長期に亘り清浄に維持する方法として、水ジェットにより汚染土壌を切削し、切削により形成された空洞に非汚染土壌を注入することにより、汚染土壌と非汚染土壌とを置換する汚染土壌の原位置置換工法において、非汚染土壌に浄化剤を含ませておく方法を提案した（特願２００５−９２０１０号）。
即ち、特開２００１−１６２２６２号公報の方法に従って、水ジェットを噴霧して汚染土壌を切削して吸引し、形成された空洞に非汚染土壌を注入する従来の汚染土壌の原位置置換工法では、切削で取り残した汚染土壌に含まれる汚染物質や周辺に存在する汚染物質が拡散することにより、置換した非汚染土壌領域が経時により新たに汚染されることがあるが、特願２００５−９２０１０号の方法であれば、切削により形成された空洞に非汚染土壌と共に浄化剤を注入するため、取り残した汚染土壌や周辺に存在した汚染物質が、浄化処理後の非汚染土壌中に拡散してきた場合でも、浄化剤により汚染物質を分解し、長期に亘り、浄化領域の土壌を清浄に維持することができる。
なお、浄化剤の注入による浄化処理としては、酸化剤を注入して汚染物質を酸化分解する方法、微生物の栄養剤を注入して汚染物質を微生物により分解させる方法などがある。
特開２００１−１６２２６２号公報
特願２００５−９２０１０号
ＣＶＯＣｓは、浸透性が高く、また高比重であるため、土壌及び／又は地下水中のＣＶＯＣｓは、地下の砂層を通り抜け、その数％程度が透水性の低い粘土層上に分離相として滞留し、９０％程度が主に粘土層中に吸着相となって存在し、分離相と共に限定的な範囲で中〜高濃度のＣＶＯＣｓで汚染された汚染源領域を形成する。そして、その他の約数％が地下水中に移流・拡散して広範囲な低〜中濃度のＣＶＯＣｓの溶解相を形成し、残部が土粒子間に気相を形成する。
従って、汚染源領域では、ＣＶＯＣｓの多くは透水性の低い粘性土層に吸着されているため、酸化剤や微生物栄養剤等の浄化剤の注入、又は揚水処理等では、汚染領域の一部のみにしか効果を発揮できない。また、汚染源土壌が建物下部や地盤深部に分布する場合、掘削除去することも困難である。
このような高濃度のＣＶＯＣｓが吸着した粘性土層の浄化には、汚染源に挿入した多重管から噴射した水ジェットにより汚染土壌を切削してその排泥と非汚染土壌とを置換する原位置置換工法が好適であるが、この工法は浄化剤注入法や揚水処理法に比べて費用が高く、経済的でなく、また浄化工事に伴い、汚染の一部が周辺部に拡がる恐れがあるという欠点がある。
本発明は上記従来の問題点を解決し、広範な領域の汚染の浄化を効果的に促進し、浄化期間の短縮と浄化費用の低減を図る汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法を提供することを目的とする。
本発明（請求項１）の汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法は、揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌及び／又は地下水を浄化する方法において、汚染源領域と、該汚染源領域の外周の汚染拡散領域とで異なる浄化処理を行う汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法であって、前記汚染源領域は、土壌及び／又は地下水中の揮発性有機塩素化合物濃度が、５〜５０ｍｇ／Ｌの間で予め設定された設定値以上の領域であり、前記汚染拡散領域は、土壌及び／又は地下水中の揮発性有機塩素化合物濃度が該設定値未満の領域であり、前記汚染源領域は、粘性土層を含む汚染土壌と非汚染土壌とを置換する原位置置換工法により浄化処理し、該非汚染土壌は、鉄粉と増粘剤を含む固形分濃度５０重量％以上の鉄粉混合砂スラリーであり、前記汚染拡散領域は、微生物処理法により浄化処理し、該微生物処理として嫌気性バイオレメディエーションを実施し、前記汚染源領域の浄化処理を汚染拡散領域の浄化処理に先行して行うことを特徴とする。
本発明の汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法では、ＣＶＯＣｓ濃度の高い汚染源領域と、その外周に広く分布するＣＶＯＣｓ濃度の比較的低い汚染拡散領域との双方に対して、汚染領域全体を内外から挟み撃ちするように浄化処理を行うため、汚染の拡散を防止することができる。
しかも汚染源領域と汚染拡散領域とで異なる浄化処理を行い、例えば汚染源領域については、高価ではあるが、高濃度ＣＶＯＣｓを吸着した粘性土の浄化に適した原位置置換工法を適用して汚染源を早期に浄化し、その外周の汚染拡散領域については、浄化期間は原位置置換工法よりも長くなるものの、広範な領域の汚染の浄化を効果的に促進することができ、比較的安価な微生物処理で浄化処理することにより、原位置置換工法の適用に伴う汚染の周辺部への拡散を防止して、低ＣＶＯＣｓ濃度域から高ＣＶＯＣｓ濃度域に及ぶ汚染領域全体の浄化の促進と浄化費用の低減を図ることができる。
このように、本発明では、汚染源領域のみならず汚染拡散領域についても浄化処理を行い、しかも汚染源領域と汚染拡散領域とで、それぞれに最適な浄化処理を適用することにより、ＣＶＯＣｓで汚染された土壌及び／又は地下水を経済的かつ効率的に浄化処理することが可能となる。
以下に本発明の汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法の浄化対象は、ＴＣＥやＰＣＥ等のＣＶＯＣｓで汚染された土壌及び／又は地下水である。前述の如く、ＣＶＯＣｓは、浸透性が高く、また高比重であるため、土壌及び／又は地下水中のＣＶＯＣｓは、地下の砂層を通り抜け、その数％程度が透水性の低い粘土層上に分離相として滞留し、９０％程度が主に粘土層中に吸着相となって存在し、分離相と共に限定的な範囲で中〜高濃度のＣＶＯＣｓで汚染された汚染源領域を形成する。そして、その他の約数％が地下水中に移流・拡散して広範囲な低〜中濃度のＣＶＯＣｓの溶解相を形成し、残部が土粒子間に気相を形成する。
本発明では、このようなＣＶＯＣｓで汚染された汚染土壌を浄化処理するに当たり、土壌及び／又は地下水中のＣＶＯＣｓ濃度が設定値以上の汚染源領域と、土壌及び／又は地下水中のＣＶＯＣｓ濃度が設定値未満の汚染拡散領域とで異なる浄化処理を併用する。汚染源領域については原位置置換工法を、汚染拡散領域については、微生物処理を適用する。
本発明において、上記設定値は、土壌及び／又は地下水中のＣＶＯＣｓ濃度５〜５０ｍｇ／Ｌの濃度範囲の中で適宜決定することができる。即ち、ＣＶＯＣｓ濃度５〜５０ｍｇ／Ｌの濃度範囲の中で設定した設定値（例えばＣＶＯＣｓ濃度１０ｍｇ／Ｌ）以上の高ＣＶＯＣｓ濃度の領域を汚染源領域とし、この設定値未満の低ＣＶＯＣｓ濃度の領域を汚染拡散領域とする。この設定値の設定は、汚染領域の深さや広さ、透水性などから汚染サイトごとに適宜行われる。
なお、本発明において、土壌及び／又は地下水中のＣＶＯＣｓ濃度は、ボーリングによって採取した試料を分析することにより測定することができる。
ＣＶＯＣｓ濃度が設定値以上の汚染源領域では、ＣＶＯＣｓの大部分が透水性の低い粘性土層に吸着されているため、揚水処理、微生物処理、酸化剤処理等では十分な浄化効果が得られない。そこで、この汚染源領域は、原位置置換工法により浄化処理を行う。
以下に原位置置換工法による浄化処理について、図１を参照して説明する。
原位置置換工法による浄化処理にあたっては、水ジェットによる空洞の形成は、常法に従って行うことができる。即ち、前述の如く、汚染土壌中にパイロット孔を削孔し、そのパイロット孔に多重管を挿入して水ジェットを噴射して汚染土壌の切削と排泥を実施する。このようにして形成された空洞に注入する非汚染土壌として、好ましくは、特願２００５−９２０１０号の方法に従って、浄化剤を含む非汚染土壌を用い、常法に従ってポンプで圧送して空洞に注入する。
即ち、例えば図１に示す如く、汚染土壌の切削、吸引で空洞１，２，３，４を形成し、この空洞１〜４に各々浄化剤５Ａ入り非汚染土壌５を注入する。空洞１〜４を形成すると、これらの間に非切削部６が形成され、この部分には汚染土壌が残留する。この非切削部６の汚染土壌や空洞１〜４の周囲から汚染物質が浄化剤入り非汚染土壌５を注入した浄化領域に拡散してくるが（図１において矢印Ｘは汚染物質の拡散を示す）、浄化剤を含む非汚染土壌を用いる原位置置換工法によれば、浄化領域には非汚染土壌と共に浄化剤５Ａが注入されているため、拡散してきた汚染物質は、この浄化剤５Ａにより分解ないし捕捉されて無害化又は不溶化される。このため、周辺の汚染領域や取り残された汚染土壌による浄化領域の新たな汚染は防止されると共に、この浄化領域に周囲の汚染物質が拡散して処理されることにより、周囲の汚染物質濃度も低減されて経時により浄化される。
特に、水ジェットによる切削により形成された空洞に注入する非汚染土壌は、浄化剤を含み、更に増粘剤としての天然高分子を含む水スラリーであることが好ましい。
浄化剤としては、施工部の汚染物質を浄化できるものであれば良く、特に制限はなく、鉄粉、酸化鉄、マグネタイト、活性炭、過マンガン酸塩等が挙げられ、これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。特に、ＴＣＥ等のＣＶＯＣｓに対しては、効果の持続性に優れた、鉄粉、マグネタイト等を用いることが好ましい。鉄粉は注入効率や取り扱い性、浄化効率の面から、平均粒径０．１〜５ｍｍ程度のものが好ましい。
また、非汚染土壌としては、粒子径の揃った砂を用いることが好ましい。
天然高分子としては、グァーガム、キトサン、キサンタンガム、アルギン酸塩等の１種又は２種以上が用いられる。
非汚染土壌は、通常固形分濃度５０〜１００重量％程度に調製される。
空洞に注入する非汚染土壌に対する浄化剤の配合量には特に制限はなく、施工対象の汚染状況等に応じて適宜決定される。浄化剤の配合量が少な過ぎると浄化剤を配合したことによる効果を十分に得ることができないが、過度に多いと非汚染土壌の配合割合が低減し、土壌置換により形成された地盤の安定性が損なわれる。従って、非汚染土壌中の浄化剤の配合量は０．５〜５０重量％程度とすることが好ましい。ただし、鉄粉やマグネタイト等の強度的に砂と同等またはそれ以上の浄化剤の場合は、最大で１００％（重量）とすることも可能である。
なお、本発明において、空洞に注入する非汚染土壌のすべてが浄化剤を配合したものである必要はなく、汚染源領域の汚染源が地下の深い領域にあると推定される場合には、形成された空洞の下部にのみ（即ち注入初期において）浄化剤配合非汚染土壌を注入し、空洞の上部には（即ち注入終期において）浄化剤を配合していない非汚染土壌を注入するようにしても良い。
一方、ＣＶＯＣｓ濃度が設定値未満の汚染拡散領域については、微生物処理で浄化処理を行う。
微生物処理としては、例えば注入井戸を掘削し、微生物の栄養剤をこの井戸から注入する嫌気性バイオレメディエーションを実施することができる。この方法において、注入井戸と離隔した場所に揚水井戸を掘削し、注入と揚水とを行って、注入井戸から注入した栄養剤を注入井戸から揚水井戸に向けて移動させることにより、効率的に浄化処理を行うことができる。
なお、このＣＶＯＣｓ濃度が設定値未満の汚染拡散領域については、バリア機能、浄化剤注入機能及びモニタリング機能のうちのいずれか１以上の機能を有する井戸を設けて、汚染拡散領域の浄化処理を行うことが好ましい。
上記汚染源領域の浄化処理と汚染拡散領域の浄化処理との実施時期は、汚染源からの汚染の拡散を防止して浄化を促進するために、汚染源領域の浄化処理を汚染拡散領域の浄化処理に先立って行う。
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
なお、以下の実施例及び比較例で浄化処理対象とした汚染領域の概要は図２（ａ）に示す通りであり、その汚染状況は次の通りである。なお、図２（ａ）中、１１は帯水層、１２は難透水層、１３は分離相、１４は吸着相、１５は溶解相、１６は工場棟、１７は地下水の水流方向を示す。
［汚染状況］
１）汚染物質：トリクロロエチレン
２）汚染位置：図２（ａ）に示す天井高２．３ｍの工場直下の帯水層中
３）汚染範囲：
ＴＣＥ汚染全体 地下１０〜２０ｍ、Ｖ≒５０，０００ｍ３
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ＴＣＥ濃度０〜１０ｍｇ／Ｌ未満の汚染拡散領域
地下１０〜２０ｍ、Ｖ≒４９，０００ｍ３
１）汚染物質：トリクロロエチレン
２）汚染位置：図２（ａ）に示す天井高２．３ｍの工場直下の帯水層中
３）汚染範囲：
ＴＣＥ汚染全体 地下１０〜２０ｍ、Ｖ≒５０，０００ｍ３
（≒Ｗ５０ｍ×Ｌ１００ｍ×Ｈ１０ｍ）
ＴＣＥ濃度１０〜２，０００ｍｇ／Ｌの汚染源領域
地下１５〜２０ｍ、Ｖ≒１，０００ｍ３
（≒Ｗ１０ｍ×Ｌ２０ｍ×Ｈ５ｍ）
ＴＣＥ濃度０〜１０ｍｇ／Ｌ未満の汚染拡散領域
地下１０〜２０ｍ、Ｖ≒４９，０００ｍ３
実施例１
図２（ｂ）に実施例１の浄化処理の概要を示す。
図２（ｂ）に実施例１の浄化処理の概要を示す。
汚染源領域については、原位置置換工法により、グァーガムで増粘した砂スラリーに鉄粉（平均粒径１．２ｍｍ）を重量割合で３重量％添加した鉄粉混合砂（固形分濃度８０重量％）１８で汚染土壌と置換した。図２（ｂ）中、矢印Ａは鉄粉混合砂境界面付近における浄化効果を示す。
汚染拡散領域については、嫌気性バイオレメディエーションを適用した。そのため、３０本の注入井戸１９から浄化処理期間中（本実施例では５年間）定期的に栄養剤（電子供与体として働く有機物と窒素、リンなどの栄養塩）を注入した。図２（ｂ）中、矢印Ｂは、栄養剤の拡散による浄化効果を示す。
なお、汚染源領域の浄化処理は、汚染拡散領域の浄化処理に先行して行った。
その結果、５年間で汚染領域全体のＴＣＥ濃度を環境基準（０．０３ｍｇ／Ｌ以下）まで浄化することができた。
その結果、５年間で汚染領域全体のＴＣＥ濃度を環境基準（０．０３ｍｇ／Ｌ以下）まで浄化することができた。
比較例３
実施例１において、汚染源領域の原位置置換工法に用いる非汚染土壌として、鉄粉を含まない砂スラリーを用いたこと以外は同様にして浄化処理を行ったところ、１５年で汚染領域全体のＴＣＥ濃度を環境基準（０．０３ｍｇ／Ｌ以下）まで浄化することができた。
実施例１において、汚染源領域の原位置置換工法に用いる非汚染土壌として、鉄粉を含まない砂スラリーを用いたこと以外は同様にして浄化処理を行ったところ、１５年で汚染領域全体のＴＣＥ濃度を環境基準（０．０３ｍｇ／Ｌ以下）まで浄化することができた。
比較例１，２
全汚染領域を嫌気性バイオレメディエーションのみで浄化する場合（比較例１）、汚染源領域のみを実施例１と同様にして原位置置換工法で浄化処理し、汚染拡散領域については放置による拡散での浄化を行う場合（比較例２）について、環境基準を満足するに要する期間を事後３年間のモニタリング結果から移流分散解析シミュレーションにより予測し、その結果を実施例１及び比較例３の結果と共に、表１に示した。
全汚染領域を嫌気性バイオレメディエーションのみで浄化する場合（比較例１）、汚染源領域のみを実施例１と同様にして原位置置換工法で浄化処理し、汚染拡散領域については放置による拡散での浄化を行う場合（比較例２）について、環境基準を満足するに要する期間を事後３年間のモニタリング結果から移流分散解析シミュレーションにより予測し、その結果を実施例１及び比較例３の結果と共に、表１に示した。
表１より本発明によれば、汚染源領域のみに原位置置換工法を有効に適用して、経済的かつ効率的に汚染領域の浄化処理を行えることが分かる。
１，２，３，４ 空洞
５ 浄化剤入り非汚染土壌
５Ａ 浄化剤
６ 非切削部
１１ 帯水層
１２ 難透水層
１３ 分離相
１４ 吸着相
１５ 溶解相
１６ 工場棟
１８ 鉄粉混合砂
１９ 注入井戸
５ 浄化剤入り非汚染土壌
５Ａ 浄化剤
６ 非切削部
１１ 帯水層
１２ 難透水層
１３ 分離相
１４ 吸着相
１５ 溶解相
１６ 工場棟
１８ 鉄粉混合砂
１９ 注入井戸
Claims (2)
- 揮発性有機塩素化合物で汚染された土壌及び／又は地下水を浄化する方法において、
汚染源領域と、該汚染源領域の外周の汚染拡散領域とで異なる浄化処理を行う汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法であって、
前記汚染源領域は、土壌及び／又は地下水中の揮発性有機塩素化合物濃度が、５〜５０ｍｇ／Ｌの間で予め設定された設定値以上の領域であり、前記汚染拡散領域は、土壌及び／又は地下水中の揮発性有機塩素化合物濃度が該設定値未満の領域であり、
前記汚染源領域は、粘性土層を含む汚染土壌と非汚染土壌とを置換する原位置置換工法により浄化処理し、
該非汚染土壌は、鉄粉と増粘剤を含む固形分濃度５０重量％以上の鉄粉混合砂スラリーであり、
前記汚染拡散領域は、微生物処理法により浄化処理し、
該微生物処理として嫌気性バイオレメディエーションを実施し、
前記汚染源領域の浄化処理を汚染拡散領域の浄化処理に先行して行うことを特徴とする汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法。 - 請求項１において、前記汚染拡散領域にバリア機能、浄化剤注入機能及びモニタリング機能のうちのいずれか１以上の機能を有する井戸を設けて該汚染拡散領域を浄化処理することを特徴とする汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法。
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| JP2005258983A JP4240026B2 (ja) | 2005-09-07 | 2005-09-07 | 汚染土壌及び／又は地下水の浄化方法 |
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-
2005
- 2005-09-07 JP JP2005258983A patent/JP4240026B2/ja active Active
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