JP4480169B2 - 土壌浄化工法 - Google Patents
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Description
ここで、浄化するべき土壌が砂地盤であれば、汚染物質の除去は比較的容易である。これに対して、土壌が粘土等の粘性土層で構成されている場合には、土粒子が水と共に汚染物質を包含してしまうため、汚染物質のみを除去することが困難である。
すなわち、粘土等の粘性土層では、粘性土層を構成する土粒子間に包含された汚染物質が当該土粒子から浸出して分離されなければ除去することが出来ないので、汚染物質を土粒子から分離して除去することが困難であった。
しかし、この技術においては、比熱が高い地盤(含水率が高い土壌)や粘性土地盤では熱が十分に伝達されないので、有害物質の除去が十分に行われない。
或いは、加熱用流体を循環させつつ、加熱用流体と共に(土壌Gpから遊離した)汚染物質(VOC)を土壌汚染物質回収用の掘削孔(2、21、23及び/又は、空間E)を介して回収することも出来る。
これに加えて本発明によれば、前記掘削孔(2)に加熱用流体を循環させて土壌を加熱する工程(図5)を備えている(請求項1)か、或いは、前記掘削孔(2)に加熱用流体を供給して土壌を加熱する工程(図6)を備えている(請求項2)ので、当該工程により付加される熱エネルギーにより、粘性土層から浸出した汚染物質が分離して、移動可能となり、地上側へ排出することが可能となる。
或いは、掘削孔(2:或いは加熱流体供給及び汚染物質吸引用のパイプ2H)を多数配置して、隣接する掘削孔(2:或いは加熱流体供給及び汚染物質吸引用のパイプ2H)の間隔(ピッチ)を小さくすることにより、前記布状部材(4)を地表面に敷設しなくても、掘削孔(2:或いは加熱流体供給及び汚染物質吸引用のパイプ2H)を介して(請求項2)、粘性土層から遊離した汚染物質(VOC等)を、大気に拡散すること無く回収することが出来る。
その際に、複数の掘削孔(22)を介して仕切られた領域の地下水を汲み上げる工程(1次回収工程)により、切削された粘性土層の含水率が低減されることから透気性が向上し、且つ、比熱が低減されるので、土壌(Gp)を加熱する工程(図10)において、粘性土層が効率的に加熱される。
これに加えて、高圧流体ジェット(3)で切削することにより、汚染されている領域、例えば粘性土層が切削されてVOCの様な汚染物質が粘性土層から浸出し易くなる。
ここで、上述した(切削された領域によって形成された)流体流路(23)を、複数の異なる深度に形成すれば、汚染領域が鉛直方向に広い範囲に亘っている場合であっても、汚染物質を確実に除去することが出来る。
先ず、図1〜図5を参照して第1実施形態を説明する。ここで、第1実施形態は、鉛直井(鉛直方向に削孔されたボーリング孔)で加熱する実施形態である。
図示の例では、汚染領域(汚染土壌)Gpは、鉛直方向下方の粘性土層Gpbと、鉛直方向上方の粘性土以外の土壌から成る層(例えば、砂層)Gpaから構成されている(図2参照)。
なお、地下水脈が存在しない場合や、地下水レベルが汚染領域(汚染土壌)Gpよりも遥かに下方である場合等においては、第1工程「仕切り工程」を省略することが可能である。
そして、その掘削孔2に図示しない噴射装置を挿入し、噴射装置を回転及び上下方向に移動させながら噴射装置から高圧流体ジェット(例えば高圧水ジェット)3を噴射させる。
図2では、鉛直方向位置が異なる多数の高圧流体ジェット3が同時に描かれているが、これは、例えば、図示しない噴射装置を鉛直方向へ移動した場合の高圧流体ジェット3の軌跡を同時に示したものである。
なお、高圧流体ジェット3を、(たとえば、高圧蒸気等により)噴射前に十分に加熱した状態にしておけば、VOCの除去を更に効果的に行うことが出来る。
従って、図2の工程において、土壌を切削する高圧流体ジェットとして、超高圧で径が小さなジェット3を使用することが望まれる。超高圧ジェット3は、噴流の径が極めて小さいので、噴流の水量が少なく、土壌を細分化するのに適しており、且つ、水が多量に土壌へ浸入しないからである。
ここで、図示の簡略化のため、図3ではパイプ2Dのみを示し、掘削孔2の表示を省略している。なお、図示の実施形態ではパイプ2Dは掘削孔2に挿入されるが、掘削孔2とは別の箇所を掘削して、吸引用パイプ2Dを挿入しても良い。
汲み上げられた地下水は、図示しない吸引手段によって、各パイプ2D毎に吸引(矢印Y1)され、図示しない搬送手段によって水処理設備(例えば曝気処理設備等)に送られる(矢印Y2)。
なお、地下水を組み上げる際に、地上の建造物における不等沈下の防止を考慮する必要がある。
水を多く含む土壌は比熱が大きく、熱伝達が良好ではないため、加熱を行うには不利である。これに対して、水の含有率が少ない土壌は比熱が小さいため、熱伝達が良好であり、加熱を行うには有利である。また、水の含有率が少ない土壌は透気性が良好であるため、ガス化したVOCを回収容易としている。
すなわち、汚染物質(VOC)の除去のためには土壌中に含まれる水の量或いは含水率を、出来る限り少なくしたい。そのため、1次回収において、地下水を出来る限り回収して、施工領域における含水率を低減し、以って、加熱の際における熱伝達を良好にせしめて、土壌の昇温速度を速め、VOCを土壌から分離し易くして、汚染物質(VOC)の除去を促進させているのである。
そして、加熱流体循環ライン51を流れる加熱流体の熱量により、掘削孔2及びその近傍の領域を加熱するのである。
分離したVOCは地表面Gfに到達し、地表面Gfと非透水性シート4との間の隙間Eに貯留される。そして、隙間Eに溜まったVOCは、ブロワ7で吸引され、送気管6を介して処理設備内8に送り込まれ、当該処理設備8で処理されて無害化する。
地上側へ移動した汚染物質(VOC)は、2次回収工程(図5)によって効率良く地上に回収出来る。
図1〜図5の第1実施形態では、地表面Gfに非透水性シート4を敷設し、地表面Gfと非透水性シート4との間の隙間EにVOC等の汚染物質を貯留し、隙間Eに溜まったVOCをブロワ7で吸引して処理設備8に送っている。
これに対して、図6及び図7の変形例では、係る非透水性シート4を敷設していない。
図6及び図7の変形例は、その様な場合、すなわち地表面Gfを非透水性シート4で覆わない場合について説明している。
上述した通り、パイプ2Hは熱伝導性が良好な材質製であり且つ鉛直方向の広範囲に亘って多孔状或いはメッシュ状に構成されているので、加熱流体或いはその保有する熱量は、図6中矢印Hで示す様に、汚染土壌中に効率的に供給される。その結果、図2の切削工程で汚染土壌から浸出したVOCが加熱され、土壌から分離して移動する。
ここで、加熱されたVOCがパイプ2Hに吸引されず、地表面Gfから大気中に拡散してしまうことは、パイプ2Hの本数或いは掘削孔2の本数を多くして、隣接するパイプ2H或いは掘削孔2のピッチを小さくすることにより、十分に防止される。
図1〜図7の第1実施形態では、高圧流体ジェット3を使って粘性土層Gpbを切り刻み、粘性土層Gpbに染み込んだ汚染物質を遊離させて除去するために、鉛直方向に延びるボーリング孔2を掘削して高圧流体ジェット3を噴射(図2参照)する実施形態であった。
しかし、例えば汚染土壌Gpの地上部に既に建築物が存在している場合等は、第1実施形態の様に垂直のボーリング孔を掘削することが出来ない。
施工概要は、施工領域(汚染土壌)Gpの上方における領域Gpaに汚染物質回収用の水平孔(横孔)21を掘削し、当該領域Gpaの下方であって、例えば粘性土層Gpbに、土壌切削用且つ加熱用の水平孔(横孔)22を掘削する。
先ず、第1実施形態同様、図1で示す第1工程(仕切り工程)を実施する。
そして、図8の第2工程「削孔工程」を行う。
ここで、VOC回収用ボーリング孔21の位置としては、粘性土以外の土壌を選択するのが好ましい。そして、切削用ボーリング孔22の位置としては、粘性土層Gpb全体を切削することが可能となる様に、粘性土層Gpbの鉛直方向中央の領域に形成するのが好ましい。
第3工程では、第2工程で削孔された切削用ボーリング孔22に、例えば、図示しない土壌掘削用噴射装置を挿入して、その噴射装置から、高圧流体ジェット3を噴射しつつ、周囲の粘性土層Gpbを含む汚染土壌Gpを切削する。
図示では、多数の高圧流体ジェット3が同時に噴射されている様に描かれているが、これは、図示しない噴射装置を、左右に移動した場合の噴射ジェット3の軌跡を描いたものである。
粘土層Gpbは高圧流体ジェット3により単に切削したのみでは、切削されたボーリング孔21、22や、切削された流域が、土壌の崩落等により閉塞してしまう恐れが存在する。そして、切削された粘性土層Gpbが塞がると、当該粘性土層Gpbにおける加熱流体やVOCの移動を疎外してしまう恐れがある。それに対して、流体透過性が高い粒体を高圧流体ジェット噴流3に混ぜてやれば、切削されたボーリング孔や領域において、加熱用流体や汚染物質VOCの通り道が確保出来るのである。
第4工程及び第5工程については、図3、図4で前述したのと同じである。
即ち、VOCの除去は加熱によって行われ、加熱される土壌における比熱が問題となる。そのため、1次回収で地下水を除去することにより、加熱されるべき土壌における含水率が低減することから透気性が向上し、且つ、比熱を低下するので、当該土壌における熱伝達を良好ならしめるのである。
なお、第4工程(1次回収工程「地下水汲み上げ工程」)では、地上の建造物の不等沈下の防止を考慮する必要がある。
第6工程では、切削用ボーリング孔22に加熱流体供給源16に接続された加熱流体用チューブ9を通し、加熱流体供給源16から加熱流体用チューブ9に加熱用流体を流す。
加熱流体供給源16から加熱流体用チューブ9に加熱用流体を流すことにより、加熱用流体が保有する熱量が周辺土壌(汚染土壌)Gpに伝達される。その結果、周辺の汚染土壌Gpを昇温し、VOCを汚染土壌Gpから分離或いは遊離させる。
回収用ボーリング孔21で回収されなかったVOCが地表面Gfから拡散すること無く、収集、処理される様にするためである。また、地表面Gfを非透過性シート4で覆えば、後述する様に吸引井2BからVOC及び加熱流体を回収する際に、地表から空気が侵入して吸引井2Bに吸引されてしまうことを防止することが出来る。
図11の例では、複数階に形成した回収用ボーリング孔21が吸収井210に連通しており、回収用ボーリング孔21で回収した汚染物質VOCを、その吸収井210から図示しない吸引装置を介して図示しない処理設備へ送る様に構成されている。
先ず、第1実施形態と同様に、図1で示す様な第1工程(仕切り工程)を実施する。
図12に示す第2工程では、汚染土壌Gpに到達する様な複数(図12では3本のみ図示)の鉛直方向のボーリング孔、或いは井戸(第3実施形態において、鉛直方向の孔を「井戸」と記載する)2A、2B、2Bを削孔する。
図19を参照して後述するが、中央の1本は、加熱用流体が供給される井戸2Aである。左右の2本は加熱用流体及びVOCを回収(吸引)する井戸2Bである。
図13、図14の第3工程「流体流路形成工程」では、例えば、井戸2A、2B、2Bに噴射装置11を挿入し、噴射装置11から鉛直方向について極めて狭い範囲のみで回転しつつ高圧流体(例えば高圧水)を噴射して、汚染土壌Gpを切削しつつ、鉛直方向に移動する。
高圧流体で切削された領域は、流体が移動し易い状態となるので、図14で示す様に汚染土壌Gpを切削することによって、図14中、太い破線で示す部分が流体が流れやすい状態となる。換言すれば、図14において、太い破線で示す部分に、流体流路23が形成される。そして、形成された流体流路23を経由することによって、鉛直の井戸2Aと2B間で流体(例えば空気)が流過することが可能となる。
図13、図14で示す第3工程、すなわち高圧流体ジェット3で土壌を切削して流体流路を形成する工程「流体流路形成工程」に際して、図示しない多孔質の粒子や、図示しないビーズの様に、流体透過性が良好な粒体を高圧流体ジェットと共に噴射することが好ましい。係る流体透過性が良好な粒体が高圧流体ジェットで切削した流域に残存すれば、流体の経路が確保できるからである。
その結果の模式図が図15で示されている。
図15の状態では、隣接する井戸2A、2B同士が、深度の異なる複数の流体流路23で連通し、その内の井戸2Aには後述する加熱流体供給管24を挿入し、他の井戸2Bには後述する流体吸引管25を挿入した状態が示されている。そして、係る状態が、図16で説明する第4工程「鉛直管挿入工程」が施工可能な状態である。
加熱流体供給源16から加熱流体供給管24に供給された高温の加熱流体は、加熱流体供給管24、水平の流体流路23を流れる際に、加熱流体供給管24の周囲及び流体流路23の周囲の汚染土壌Gpを昇温し、汚染土壌Gpに含まれる汚染物質VOCを遊離させる。汚染土壌Gpから遊離したVOCは、流体流路23から取り込まれる。
後述する様に、図示しない吸引ポンプで吸引管25に負圧を作用させることにより、汚染土壌Gpから遊離したVOCは、流体流路23から吸引されるのである。
図17の井戸2Bにおいて、井戸2Bの内壁と吸引管25との間には隙間が生じる。井戸2Bの開口部において係る隙間を放置しておけば、回収しようとする汚染物質である揮発性化合物VOCが、当該隙間及び開口部を介して、大気中に拡散してしまう恐れがある。
これに対して、井戸2Bの開口部から所定の深さまでは、例えば、ベントナイトやグラウト材を充填して、井戸2Bの内壁と吸引管25との間の隙間をシール14とする。
図18の第5工程「地表被覆工程」では、地表面Gfから大気が土壌Gを浸透して、吸引管25の下端から吸引管25内に混入してしまう現象(矢印Sで示す)を防止するために、地表面Gfに非透過性のシート4を敷くのである。
なお、汚染土壌Gpの大半が粘性土層Gpbで形成されている場合には、矢印Sで示す空気の流れが生じる可能性が低く、大気が汚染土壌Gpに浸透する可能性も低いので、シート4を省くことが出来る。
加熱流体供給管24に供給された高温の加熱用流体Fは、加熱流体供給管24、流体流路23を経由して、吸引管25で吸引される間に、流体が保有する熱量Hを、加熱流体供給管24や流体流路23周辺の土壌に伝達され、また、吸引管25の管壁を介して汚染土壌Gpに投入される。
汚染土壌Gpに熱量Hが投入される結果、汚染土壌Gpから揮発性化合物VOCが遊離する。
或いは、加熱流体供給管24に加熱手段(例えばニクロム線等)を設け、加熱流体供給源16側から水或いは空気を加熱流体供給管24内に供給し、加熱流体供給管24内でニクロム線に通電することによって、供給された水或いは空気を加熱する。そして、加熱されて高温になった加熱流体を、流体流路23、吸引管25に流過させても良い。
図20の第6工程では、図19で示す加熱工程によって汚染土壌Gpから遊離したVOCを流体流路23に吸収して取り込み(図19では、VOCの流れを矢印Vで示す)、その取り込んだVOCを、流体流路23、吸引管25を経由して地上側の図示しない処理設備に送り込むのである。
流体流路23、吸引管25内の矢印F2は、VOCと混合した加熱流体の流れの向きを示している。
図21は、第3実施形態の図19と対応する図である。
図21において、加熱流体供給管24に供給された高温の加熱流体Fは、流体流路231を経由して、吸引管25で吸引される。その間に、加熱流体Fが保有する熱量Hを、加熱流体供給管24、流体流路231、吸引管25の管壁を介して汚染土壌Gpに投入する。
図22において、図21で示す加熱工程によって汚染土壌Gpから遊離したVOC(VOCの流れを矢印Vで示す)を、流体流路231を介して吸引し、吸引されたVOCを、流体流路231、吸引管25を経由して地上側の図示しない処理設備に送り込んでいる。
2・・・鉛直掘削孔/鉛直ボーリング孔
3・・・高圧流体ジェット
4・・・布状部材/シート
5・・・流体加熱装置
6・・・送気管
7・・・吸引装置/ブロワ
8・・・処理設備
9・・・加熱流体用チューブ
11・・・モニタ
14・・・シール
15・・・通気性の良い砂
16・・・加熱流体供給源
21・・・VOC回収用ボーリング孔
22・・・切削用ボーリング孔
23・・・流体流路
24・・・加熱流体供給管
25・・・吸引管
G・・・土壌
Gp・・・汚染土壌
Gpb・・・粘性土層
Claims (3)
- 土壌が汚染された領域に鉛直方向の複数の掘削孔を削孔する工程と、当該掘削孔を中心に半径方向外方に高圧流体ジェットを噴射して汚染物質を包含する土壌の領域を切削する工程と、複数の掘削孔を介して前記領域の地下水を汲み上げる工程と、地表面に非透過性の布状部材を敷設する工程と、前記掘削孔の内部に配置された加熱流体循環ラインに加熱用流体を循環させて土壌を加熱する工程と、土壌から遊離した汚染物質を地表面と前記布状部材との間の空間を介して回収する工程、とを含むことを特徴とする土壌浄化工法。
- 土壌が汚染された領域に鉛直方向の複数の掘削孔を削孔する工程と、当該掘削孔を中心に半径方向外方に高圧流体ジェットを噴射して汚染物質を包含する土壌の領域を切削する工程と、複数の掘削孔を介して前記領域の地下水を汲み上げる工程と、前記掘削孔に加熱用流体を供給して土壌を加熱する工程と、該掘削孔に吸引装置を連通して土壌から遊離した汚染物質を回収する工程、とを含むことを特徴とする土壌浄化工法。
- 土壌が汚染された領域に鉛直方向へ延在する加熱用流体循環用の掘削孔及び土壌汚染物質回収用の掘削孔を掘削する工程と、所定深度で当該掘削孔を中心に半径方向外方に高圧流体ジェットを噴射する工程とを含み、当該高圧流体ジェットを噴射する工程では、隣接する掘削孔から噴射された高圧流体ジェットで切削された領域を重複させ、以って、隣接する掘削孔同士を高圧流体ジェットで切削された領域を介して連通せしめ、加熱用流体循環用の掘削孔から加熱用流体を供給し土壌汚染物質回収用の掘削孔から吸引し以って土壌を加熱する加熱用流体循環工程を含み、該加熱用流体循環工程では、土壌から遊離した汚染物質を土壌汚染物質回収用の掘削孔から地上側へ吸引することを特徴とする土壌浄化工法。
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