JP4416535B2 - 難透気透水性汚染土壌の浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、難透気透水性汚染土壌に存在する汚染物質を回収浄化する浄化方法に関する。

工場跡地の土壌内には、トリクロロエチレンなどで代表される揮発性有機塩素化合物、燃料油や機械油、ダイオキシン類、あるいはカドミウム、鉛、銅、亜鉛、ニッケル、クロムなどの重金属といったさまざまな汚染物質が土壌に混入していることがある。

かかる汚染物質で汚染された汚染土をそのまま放置すると、該土に混入している汚染物質が周囲に拡散し、周辺住民の生活に支障を来すとともに、雨水によって土粒子から遊離した場合には、地下水等に混入して水質を汚濁させる原因ともなる。そのため、上述した汚染物質で汚染された土については、さまざまな方法を使って浄化しなければならない。

土壌内の汚染物質を原位置で浄化処理する方法としては、従来からさまざまな方法が開発されており、土壌ガス吸引法、汚染土壌に注水しこれを揚水して地上で処理するいわゆる通水洗浄法、空気を送り込んでその気泡に汚染物質を連行させる、いわゆる気泡連行浄化法、空気圧入とガス吸引を組み合わせたエアスパージング法、土中菌の微生物活性を利用したバイオレメディエーションによる方法など多種多様な方法が知られている。

特開２００２−１１９９５２号公報 特開２００１−２０５２４８号公報

しかしながら、汚染物質が粘土層やシルト層といった難透気透水層に存在する場合には上述した方法を採用することができない。すなわち、これらの難透気透水層は、透気性及び透水性が悪いため、汚染物質が入り込む懸念は比較的少ないものの、かかる難透気透水層にいったん汚染物質が混入すると、上述したように透気性及び透水性が悪いことが浄化の支障となり、難透気透水層内から汚染物質を回収することがきわめて困難になるという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、難透気透水層に存在する汚染物質を確実かつ効率的に回収可能な難透気透水性汚染土壌の浄化方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法は請求項１に記載したように、遮水体で囲まれた地盤領域の表層を構成する透水層の下に拡がる飽和難透気透水層を貫通してさらに該飽和難透気透水層の下に拡がる被圧透水層に注水口が位置するように埋設された注水井戸を介して前記被圧透水層に注水し、該注水された水に前記飽和難透気透水層に含まれる汚染物質を連行させつつ該汚染物質が連行された水を前記透水層に吸水口が位置するように埋設された揚水井戸を介して地上に揚水し、揚水された水を水処理設備で処理して処理水とし、該処理水を前記水処理設備に連通接続された水タンクに送って貯留し、該水タンクに連通接続された注水管を介して前記水タンク内の処理水を前記注水井戸に送り、該注水井戸を介して前記被圧透水層に前記処理水を注水する循環工程からなるとともに、前記揚水井戸を介して地上に揚水する際、前記注水井戸内の水位が前記揚水井戸内の水位に対し所定の水頭差Ｈだけ定常的に高くなるようにかつ前記揚水井戸内の水位が所定の基準水位を上回らないようにすることで前記水頭差による水圧を利用した通水洗浄を行う難透気透水性汚染土壌の浄化方法であって、前記循環工程が連続して行われているとき、前記飽和難透気透水層に高圧空気を圧入することにより、圧入された空気容量に相当する水を前記飽和難透気透水層から排除して前記透水層へ強制移動させるものである。

本発明においては、浄化対象となる汚染物質は難透気透水性汚染土壌に含まれており、かかる難透気透水性汚染土壌が周辺地盤との間で水系が遮断されるよう、難透気透水性汚染土壌を含む地盤を遮水壁等の遮水体で取り囲み、かかる状態で以下の循環工程を連続して行う。

すなわち、この循環工程においては、遮水体で囲まれた地盤領域の表層を構成する透水層の下に拡がる飽和難透気透水層を貫通してさらに該飽和難透気透水層の下に拡がる被圧透水層に注水口が位置するように埋設された注水井戸を介して前記被圧透水層に注水するステップと、該注水された水に前記飽和難透気透水層に含まれる汚染物質を連行させつつ該汚染物質が連行された水を前記透水層に吸水口が位置するように埋設された揚水井戸を介して地上に揚水するステップと、揚水された水を水処理設備で処理して処理水とするステップと、該処理水を前記水処理設備に連通接続された水タンクに送って貯留するステップと、該水タンクに連通接続された注水管を介して前記水タンク内の処理水を前記注水井戸に送るステップと、該注水井戸を介して前記被圧透水層に前記処理水を注水するステップとからなり、かかる各ステップによって被圧透水層の地下水を飽和難透気透水層に通水して汚染物質を連行させ、次いで、該汚染物質が連行された地下水を透水層から揚水して汚染物質を除去処理した後、処理水として被圧透水層に再び注水するという地下水循環を実現する。

地下水を循環させるにあたっては、揚水井戸を介して地上に揚水する際、注水井戸内の水位が揚水井戸内の水位に対し所定の水頭差Ｈだけ定常的に高くなるようにかつ揚水井戸内の水位が所定の基準水位を上回らないようにしておく。具体的には例えば、揚水井戸内に揚水ポンプを設置するととも水位センサを基準水位に設置して揚水ポンプの作動状況を切り替えるとともに、難透気透水性汚染土壌の透水係数、難透気透水性汚染土壌の深さ等を考慮しつつ、該難透気透水性汚染土壌を通水できるだけの水圧が発生するように水頭差Ｈを決定すればよい。ちなみに、この場合、基準水位は、かかる水頭差Ｈや難透気透水性汚染土壌の深さから自ずと決定される。

このようにすると、水頭差Ｈに起因する圧力差により、水タンク内に貯留された水を注水井戸から被圧透水層に注水することが可能となり、ひいては水頭差Ｈによる水圧を利用した通水洗浄を行うことができる。

ここで、本発明においては、上述した循環工程が連続して行われているとき、飽和難透気透水層に高圧空気を圧入することにより、圧入された空気容量に相当する水を飽和難透気透水層から排除し、これを透水層へと強制移動させる。

このようにすると、圧入空気容量に相当する分だけ、飽和難透気透水層からは汚染物質を含んだ地下水が透水層に強制的に押し出される。そして、かかる強制移動によって透水層内の地下水位が一時的に上昇するが、揚水井戸内の水位が所定の基準水位を上回らないようにしてあるため、透水層内の地下水が元の基準水位に戻るまで揚水が行われる。なお、注水によって被圧透水層内で水圧が高くなった地下水は、圧力が弱い方向として飽和難透気透水層に移動する必要があるため、被圧透水層の下方に拡がる地層は遮水層又は少なくとも飽和難透気透水層よりも透水係数が低い層でなければならない。

このように高圧空気の圧入により飽和難透気透水層から汚染物質を含んだ地下水を透水層に強制的に押し出すようにすれば、該地下水を透水層から揚水浄化することにより、従来、困難であった飽和難透気透水層の浄化を効率よく行うことが可能となる。なお、浄化処理が終わった地下水は処理水として水タンクに貯水される。

次に、所定時間経過すると、飽和難透気透水層から高圧空気が逸散するが、かかる逸散に伴い、透水層内の地下水位ひいては揚水井戸内の水位は基準水位より下回る。

そのため、注水井戸内の水位と揚水井戸内の水位の水頭差は、定常状態の水頭差Ｈよりも大きくなって注水口における吐出圧力が増加し、注水井戸からより多くの処理水が被圧透水層に注水されるとともに、揚水井戸内の水位が基準水位に達した時点で透水層からの揚水が再開し、透水層及び揚水井戸内の水位は、基準水位を上回らずかつ注水井戸内の水位から水頭差Ｈだけ低い定常状態に戻る。

以下、本発明に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法を実施する手順を示したフローチャート、図２は、該浄化方法を実施する浄化システムを示した概略図である。

図２に示すように、本実施形態に用いる浄化システム１は、遮水体である遮水壁２で囲まれた地盤領域３に設置してあり、該地盤領域の表層を構成する透水層４の下に拡がる飽和難透気透水層５を貫通してさらに該飽和難透気透水層の下に拡がる被圧透水層６に注水口７が位置するように埋設された注水井戸８と、被圧透水層６に注水された水に飽和難透気透水層５に含まれる汚染物質を連行させつつ該汚染物質が連行された水を透水層４に吸水口９が位置するように埋設された揚水井戸１０と、該揚水井戸を介して地上に揚水された水を浄化して処理水とする水処理設備１１と、該水処理設備に連通接続され処理水を貯留可能な水タンク１２と、該水タンクに連通接続され処理水を注水井戸８に送り込む注水管１４とを備えるとともに、揚水井戸１０内には揚水ポンプ１５と基準水位に設置された水位センサー１６とを設置してあり、揚水井戸１０を介して地上に揚水する際、注水井戸８内の水位が揚水井戸１０内の水位（透水層４の地下水位）に対し所定の水頭差Ｈだけ定常的に高くなるようにかつ揚水井戸１０内の水位が所定の基準水位を上回らないようにすることで、水頭差Ｈによる水圧を利用した難透気透水性汚染土壌５の通水洗浄を地下水循環によって行うことができるようになっている。

地下水を循環させるにあたっては、揚水井戸１０を介して地上に揚水する際、注水井戸８内の水位が揚水井戸１０内の水位に対し水頭差Ｈだけ定常的に高くなるようにかつ揚水井戸１０内の水位が所定の基準水位を上回らないようにしておく。

具体的には、揚水井戸１０内に設置された揚水ポンプ１５の作動及び停止を水位センサ１６からの制御信号によって切り替えるように構成するとともに、難透気透水性汚染土壌５の透水係数や深さ等を考慮しつつ、該難透気透水性汚染土壌を通水できるだけの水圧が発生するように水頭差Ｈを決定すればよい。ちなみに、この場合、基準水位は、かかる水頭差Ｈや難透気透水性汚染土壌５の深さから自ずと決定される。

このようにすると、水頭差Ｈに起因する圧力差により、水タンク１２内に貯留された水を注水井戸８から被圧透水層６に注水することが可能となり、ひいては水頭差Ｈによる水圧を利用した地下水循環による通水洗浄を行うことができる。

水処理設備１１は、汚染物質の種類に応じて公知の設備から適宜選択すればよい。

しかしながら、かかる通水洗浄では難透気透水性汚染土壌５に含まれている汚染物質を十分にかつ効率的に除去することは難しい。

そのため、本実施形態に用いる浄化システム１には、飽和難透気透水層５に高圧空気を圧入することにより、圧入された空気容量に相当する水を飽和難透気透水層５から排除して透水層４へ強制移動させる高圧空気圧入機構１７を備えてある。

高圧空気圧入機構１７は、図示しないエアコンプレッサーに接続され該エアコンプレッサーから送気されてきた高圧空気の圧力を調整する圧力容器１８と、該圧力容器に接続され高圧空気吐出口１９が飽和難透気透水層５に位置するように埋設される圧入管２０とから構成してあり、エアコンプレッサーからの高圧空気を圧入管２０を介して飽和難透気透水層５に圧入することができるようになっている。

ここで、圧入管２０及び圧力容器１８は、バイオプスター工法で使用される装置を転用することが可能であり、高圧空気の圧入は、連続圧入でも間欠圧入でもかまわない。

本実施形態に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法においては、浄化対象となる汚染物質、例えばトリクロロエチレンなどで代表される揮発性有機塩素化合物、燃料油や機械油、ダイオキシン類、あるいはカドミウム、鉛、銅、亜鉛、ニッケル、クロムなどの重金属が難透気透水性汚染土壌５に含まれており、かかる難透気透水性汚染土壌５が周辺地盤との間で水系が遮断されるよう、難透気透水性汚染土壌５を含む地盤を遮水壁２で取り囲む（ステップ１０１）。

遮水壁２は、例えば地下ダムを構築する際に使用する薄型止水壁工法を採用して構築してもよいし、柱列壁として構築してもよい。いずれにしろ、難透気透水性汚染土壌５を取り囲むように構築すればよい。なお、外部からの地下水の流入や流出を防ぐため、遮水壁の下部は遮水層２１に貫入させておく。

次に、被圧透水層６の地下水を飽和難透気透水層５に通水して汚染物質を連行させ、該汚染物質が連行された地下水を透水層４から揚水して汚染物質を除去処理した後、処理水として被圧透水層６に再び注水する地下水の循環工程が連続して行われる、いわば定常状態を地盤領域３に形成する（ステップ１０２）。

かかる定常状態を形成するには、揚水井戸１０から地下水を揚水するとともに揚水された水を、水処理設備１１、水タンク１２、注水管１４及び注水井戸８を介して被圧透水層６に注水することで、注水井戸８の水位が揚水井戸１０の水位よりも水頭差Ｈだけ定常的に高くなるようにかつ揚水井戸１０内の水位が基準水位になるようにする。

この状態になれば、水頭差Ｈの水圧を利用して注水井戸８から被圧透水層６に注水し、注水された水に飽和難透気透水層５に含まれる汚染物質を連行させながら、該汚染物質が連行された水を揚水井戸１０を介して地上に揚水し、次いで、揚水された水を水処理設備１１で処理して処理水とすることが可能となる。

このように定常状態を形成したならば、次に、高圧空気圧入機構１７を用いて飽和難透気透水層５に高圧空気を圧入することにより、圧入された空気容量に相当する水を飽和難透気透水層５から排除し、これを透水層４へと強制移動させる（ステップ１０３）。

このようにすると、飽和難透気透水層５からは、圧入空気容量に相当する分だけ、汚染物質を含んだ地下水が透水層４に強制的に押し出される。そして、かかる強制移動によって透水層４内の地下水位は、図３に示すように一時的に上昇するが、揚水井戸１０内の水位が基準水位を上回らないようにしてあるため、透水層４内の地下水が元の基準水位に戻るまで揚水が行われ、該透水層内の地下水及び揚水井戸１０内の水位は、やがて図４に示すように元の基準水位、すなわち定常状態に戻る。

したがって、飽和難透気透水層５から押し出され揚水された地下水を浄化処理すれば、従来、困難であった飽和難透気透水層５の浄化を効率よく行うことが可能となる。なお、浄化処理が終わった地下水は処理水として水タンク１２に貯水される。すなわち、水タンク１２内には、圧入空気容量に相当する分だけ、余分な水が貯留されることになる。

上述した飽和難透気透水層内の水の強制移動は、微視的に見ると、高圧空気の圧入により、土粒子間の間隙水が空気圧によって強制的に押し出されて空気と置換されるとともに、汚染物質が連行された間隙水は、透水層４へと排除されることになり、飽和難透気透水層５は、十分かつ効率的に通水洗浄される。

高圧空気圧入機構１７による高圧空気の圧入は、例えば８〜２４時間にわたって間欠圧入するようにすればよい。

次に、高圧空気圧入機構１７による高圧空気の圧入を停止し、所定時間、例えば約８〜２４時間静置する（ステップ１０４）。

このようにすると、飽和難透気透水層５内に滞留していた空気は、難透気性とはいえ、土圧が作用している等の影響により、図５に示すように飽和難透気透水層５から高圧空気が逸散する。そして、かかる逸散に伴い、透水層４内の水が難透気透水性汚染土壌５に浸入し、その分、透水層４内の地下水位ひいては揚水井戸１０内の水位は基準水位より下回る。つまり、今度は、飽和難透気透水層５内の空気が水に置換されることになる。

そのため、注水井戸８内の水位と揚水井戸１０内の水位の水頭差は、定常状態の水頭差Ｈよりも大きくなり、注水井戸８からより多くの処理水が水タンク１２から被圧透水層６に注水される。そして、揚水井戸１０内の水位が基準水位に達した時点で透水層４からの揚水が再開され、かくして、透水層４内の地下水位及び揚水井戸１０内の水位は、図２のように基準水位を上回らずかつ注水井戸８内の水位から水頭差Ｈだけ低い定常状態に戻る。

次に、定常状態に戻ったならば（ステップ１０５、ＹＥＳ）、ステップ１０３に戻って高圧空気圧入機構１７による高圧空気の圧入を再度行う。

以下、難透気透水性汚染土壌５が所望の程度に浄化されるまで、ステップ１０３〜１０５を繰り返し行えばよい。

以上説明したように、本実施形態に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法によれば、高圧空気の圧入による難透気透水性汚染土壌内の水の強制移動により、該難透気透水性汚染土壌内に含まれていた汚染物質を水とともに透水層に排除し、しかる後、これを揚水して浄化処理することが可能となり、従来、困難であった難透気透水性汚染土壌の浄化を確実かつ効率的に行うことができる。

本実施形態に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法の実施手順を示したフローチャート。 本実施形態に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法を実施するための浄化システムを示した概略図。 本実施形態に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法の作用を示した図。 本実施形態に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法の作用を示した図。 本実施形態に係る難透気透水性汚染土壌の浄化方法の作用を示した図。

符号の説明

１ 浄化システム

Claims (1)

1. 遮水体で囲まれた地盤領域の表層を構成する透水層の下に拡がる飽和難透気透水層を貫通してさらに該飽和難透気透水層の下に拡がる被圧透水層に注水口が位置するように埋設された注水井戸を介して前記被圧透水層に注水し、該注水された水に前記飽和難透気透水層に含まれる汚染物質を連行させつつ該汚染物質が連行された水を前記透水層に吸水口が位置するように埋設された揚水井戸を介して地上に揚水し、揚水された水を水処理設備で処理して処理水とし、該処理水を前記水処理設備に連通接続された水タンクに送って貯留し、該水タンクに連通接続された注水管を介して前記水タンク内の処理水を前記注水井戸に送り、該注水井戸を介して前記被圧透水層に前記処理水を注水する循環工程からなるとともに、前記揚水井戸を介して地上に揚水する際、前記注水井戸内の水位が前記揚水井戸内の水位に対し所定の水頭差Ｈだけ定常的に高くなるようにかつ前記揚水井戸内の水位が所定の基準水位を上回らないようにすることで前記水頭差による水圧を利用した通水洗浄を行う難透気透水性汚染土壌の浄化方法であって、前記循環工程が連続して行われているとき、前記飽和難透気透水層に高圧空気を圧入することにより、圧入された空気容量に相当する水を前記飽和難透気透水層から排除して前記透水層へ強制移動させることを特徴とする難透気透水性汚染土壌の浄化方法。

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