JP4542572B2 - 汚染地盤浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中に汚染物質で汚染された汚染箇所があり土壌浄化の必要がある場合に用いられる汚染地盤浄化装置に関する。

従来の汚染地盤浄化装置としては、例えば汚染物質たる有機化合物により汚染された地盤における地下水及び地下水の上側に位置する帯水地盤に含まれる水を加熱することにより処理する汚染物質加熱処理手段を含むものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１２９９号公報

かかる汚染地盤浄化装置によれば、汚染された地盤に含まれる有機化合物が地下水等に溶出又は懸濁して除去されることとなるので、汚染地盤から有機化合物を除去するについて十分な施工効率の向上効果が得られる。

ところで、地盤における粘性土は、クーロン力などによる凝集力によって粘土粒子が集合体を形成してなるペッド構造を基本単位としてその挙動を考えることが好ましい。
というのも、従前より用いられてきた粘土粒子の一つ一つの配列に着目した綿毛化構造などの構造形態を基本単位としても、そのような単純な構造形態は、現実には殆ど生じることがなく、わずかに板状結晶の卓越したカオリナイト鉱物の均一土層においてみられる程度であり、加えて、一般の自然粘性土では、粘土鉱物粒子が団粒状のペッドを形成しており、圧密のプロセスにおいても、このペッド構造の挙動こそが重要となるからである。
すなわち、ペッドの外側にある間隙水が、圧密の進行に伴ってペッドの形状が角が取れて楕円へと変化する過程において比較的容易に排出されることとなるのに対して、ペッド内側にある間隙水は、局部せん断等によりペッド構造が破壊されない限り、脱水や載荷による圧密の進行に伴って排出することは困難である。

一方、従来の汚染地盤浄化装置は、地下水を排出することなく加熱することのみにより汚染物質を地下水等に溶出又は懸濁させるものであり、ペッドの外側には、依然として、地下水が存在することから、熱をペッドに伝達してペッド構造を破壊することが困難となり、ひいてはペッド内側にある間隙水に含まれる汚染物質の除去も困難となることから、かかる汚染地盤浄化装置では、汚染地盤の浄化が完了するまでに、きわめて長時間を要してしまうとともに、汚染地盤の浄化を確実に行うことができない場合も起こり得る。

そこで、本発明の課題は、汚染地盤の浄化が短時間に確実に完了する汚染地盤浄化装置及びその方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る汚染地盤浄化装置は、地盤における地下水位を汚染物質で汚染された汚染箇所の下側まで低下させる地下水位低下手段と、前記地下水位低下手段により低下した地下水位の上側に位置する前記汚染箇所を加熱して前記汚染物質を気化させる地盤加熱手段と、前記地盤加熱手段により気化した前記汚染物質を処理する汚染物質処理手段とを備え、前記地盤加熱手段は、前記汚染箇所を貫通するよう埋設された管路と、前記管路の内部に送り込まれるスチームを発生させるとともに、発生したスチームを管路の一方の端部から他方の端部までに亘って送り込むタービンポンプと、を有し、前記汚染物質処理手段は、汚染物質処理プラントと、処理後に発生する浄化水を貯留する水槽とを有し、前記タービンポンプは、前記水槽に貯留された前記浄化水を加熱して前記スチームを発生させることを特徴としている。
このような汚染地盤浄化装置によれば、地盤加熱手段及び汚染物質処理手段のみならず地下水位低下手段をも備えることを特徴として構成されるので、地下水位の低下後における加熱により熱がペッドに容易に伝達されペッド構造が容易に破壊されることとなり、汚染地盤の浄化が短時間に確実に完了することとなる。

前記地下水位低下手段は、前記管路は、前記地盤に円弧状に埋設されていることが好ましい。

さらに、前記地下水位低下手段は、前記地盤中の汚染箇所の近傍において又は該汚染箇所を貫通するよう上下方向に埋設され、地下水の内部への流入が可能であるストレーナーが付設されるケーシング管と、前記ケーシング管の内部に内側面から隙間をおいて設けられ、下端部に通水孔を有する内筒管と、前記ストレーナー及び前記通水孔を通過した地下水及び前記汚染物質であって前記地盤加熱手段により気化したものを吸引して排出する吸引排出装置とからなり、前記汚染物質処理手段は、前記吸引排出装置により吸引して排出した汚染物質を処理するものであることが好ましい。

本発明に係る汚染地盤浄化装置及びその方法によれば、汚染地盤の浄化が短時間に確実に完了することとなる。

図５は本発明の実施の形態に係る汚染地盤浄化装置の全体構成を示す断面図、図２は同汚染地盤浄化装置の部分構成を示す断面図である。

本実施の形態において、汚染地盤浄化装置は、図５に示すように、地下水位低下手段５１と、地盤加熱手段５２と、汚染物質処理手段５３とを含むものとして構成されている。

以下、これらの各構成要素についてさらに詳細に説明する。

（１）地下水位低下手段５１
地下水位低下手段５１は、図５に示すように、地盤における地下水位を地盤中汚染物質で汚染された汚染箇所９１の下側まで低下させる機能を果たすものとして構成されている。

具体的には、この地下水位低下手段５１は、図５及び図２に示すように、地盤中の汚染箇所９１の近傍において又は汚染箇所９１を貫通するよう上下方向に埋設され、地下水の内部への流入が可能であるストレーナー６１ａが付設されるケーシング管６１と、ケーシング管６１の内部に内側面から隙間をおいて設けられ、下端部に通水孔６２ａを有する内筒管６２と、ストレーナー６１ａ及び通水孔６２ａを通過した地下水及び汚染物質を含む気体であって地盤加熱手段５２により気化したものを吸引して排出する吸引排出装置６３とを含むものとして構成されている。

すなわち、このような地下水位低下手段５１においては、吸引排出装置６３は、後記する地盤加熱手段５２により気化した気体をも排出するものとして構成されている。それゆえ、このような地下水位低下手段５１によれば、汚染された地盤における圧力状態が可及的に負圧状態とされることとなり、これにより、汚染された地盤中の汚染物質がより低い温度で効率的かつ確実に気化する効果が得られる。
ここで、地盤中が真空状態に維持されている場合において水が気化する温度は、およそ４０℃〜６０℃程度である。

また、この地下水位低下手段５１は、これらの図に示すように、内筒管６２によりスト
レーナー６１ａの内側が仕切られており、地下水は通水孔６２ａからのみ流入することとなることから、例えば地下水位がストレーナー６１ａの上端部より下側にあったとしても通水孔６２ａよりも上側にあれば、エアーは内筒管６２の内部に吸引されず、ケーシング管６１の内部にエアーが混入する事態が有効に回避されることとなり、吸引排出装置６３による吸引効果が減殺されないこととなる。

すなわち、このような地下水位低下手段５１によれば、吸引排出装置６３による吸引効果が確実かつ十分に発揮され、地下水面に対して大気圧が載荷重として有効に付与されることとなり、地下水位低下手段１としての機能の増幅効果が得られる。

（２）地盤加熱手段５２
地盤加熱手段５２は、図５に示すように、地下水位低下手段５１により低下した地下水位の上側に位置している汚染箇所９１における汚染された地盤を加熱することにより、その汚染された地盤に含まれる汚染物質を気化させる機能を果たすものとして構成されている。

具体的には、この地盤加熱手段５２は、同図に示すように、フローモール工法等を用いて汚染された地盤における汚染箇所９１を貫通するよう円弧状に埋設された管路７１と、管路７１の内部に送り込まれるスチームを発生させるとともに、発生したスチームを管路７１の一方の端部から他方の端部までに亘って送り込むターンビンポンプ７２であって後記する水槽８２における浄化水及びプロパンガス等による加熱器７２ａを用いて温水が供給されるものとからなっている。

本実施の形態において、地盤加熱手段５２として、円弧状の管路７１及びターンビンポンプ７２を用いているが、これに限られるものではなく、例えばジェットヒーター及び圧力コントロール弁からなるものの他、ボーリング孔にパイプヒーターを挿入して地盤を加熱するものなどの中から適宜選定しても差し支えない。

（３）汚染物質処理手段５３
汚染物質処理手段５３は、汚染物質を処理する機能を果たすものとして構成されている。

具体的には、この汚染物質処理手段５３としては、図５に示すように、汚染物質処理プラント８１と、処理後に発生する浄化水を貯留するとともにこれを地盤加熱手段５２に供給するための水槽８２とを含むものとして構成されている。

すなわち、このような汚染物質処理プラント８１によれば、処理後に大量の浄化水が発生することとなるが、かかる浄化水は、同図に示すように、地盤加熱手段５２においてスチームを発生させるために用いられることとなっている。

以上のように、このような汚染地盤浄化装置によれば、地盤加熱手段５２及び汚染物質処理手段５３のみならず地下水位低下手段５１を含むものとして構成されているので、地下水位の低下後における加熱により熱が粘性土中のペッドに直に伝達されペッド構造が容易に破壊されることとなり、汚染地盤の浄化を短時間に確実に完了させることが可能となっている。

図６は本発明の実施の形態に係る汚染地盤浄化方法の全体構成を説明するフローチャート、図３は同汚染地盤浄化方法が適用された場合における粘性土のペッド構造の変化を説明するプロセス図である。

本実施の形態において、汚染地盤浄化方法は、上記したような汚染地盤浄化装置を用いて行うものであり、図６にフローチャートとして示すように、地下水位低下工程（Ｓｔ１１）〜汚染物質処理工程（Ｓｔ１４）までの各工程により構成されている。以下、図２、図５及び図６を用いて、各工程について説明する。

（１）地下水位低下工程（Ｓｔ１１）
これは、地盤における地下水位を地盤中汚染物質で汚染された汚染箇所９１の下側まで低下させる工程である。

具体的には、吸引排出装置６３によりストレーナー６１ａ及び通水孔６２ａを通過した地下水が吸引され排出されることによって地下水位を低下させるのみならず、吸引排出装置６３による吸引効果が確実かつ十分に発揮され、地下水面に対して大気圧が載荷重として有効に付与されることによっても地下水位を低下させるという態様となる。

すなわち、この地下水位低下工程（Ｓｔ１１）においては、ペッド４１ａの外側にある間隙水４２のうち自由水が間隙中を下方向に移動することとなり、これにより、汚染された地盤におけるペッド構造４１は、加熱によって容易に破壊され得る状態におかれることとなる（図３（ａ）参照）。

（２）地盤加熱工程（Ｓｔ１２）
これは、地下水位低下工程（Ｓｔ１１）により低下した地下水位の上側に位置している汚染箇所９１における地盤を加熱することにより、その地盤に含まれる汚染物質を気化させる工程である。

すなわち、地下水位低下工程（Ｓｔ１１）によって、汚染された地盤においては、ペッド構造４１の周囲において間隙水が存在しない状態におかれている（図３（ｂ）参照）。

この地盤加熱工程（Ｓｔ１２）においては、ペッド構造の周囲に間隙水４２がある状況と異なり、ペッドへの熱の伝達が確実かつ十分に行われ、ペッドの内側にある間隙水（図示外）は加熱によって容易に気化することとなる。

ペッド４１ａ内側に閉じこめられていた間隙水及びこれに含まれる汚染物質は、気化すると同時に飛躍的に膨張することとなり、これによってペッド構造４１が破壊され、気化した汚染物質は、ペッド４１ａの内側からペッド４１ａの外側に逃げ出すこととなる（図３（ｃ）参照）。

（３）吸引排出工程（Ｓｔ１３）
これは、地盤加熱工程（Ｓｔ１２）により気化した汚染物質を含む気体を吸引して排出する工程である。

具体的には、ペッド４１ａの外側に逃げ出した気化した汚染物質が、吸引排出装置６３によりストレーナー６１ａ及び通水孔６２ａを通じて吸引され、最終的に汚染物質処理プラント８１へと排出されることとなる。

（４）汚染物質処理工程（Ｓｔ１４）
これは、吸引排出工程（Ｓｔ１３）により吸引して排出した汚染物質を処理する工程である。

具体的には、汚染物質処理プラント８１を用いて気化した汚染物質が処理されるとともに、この処理によって発生した浄化水が水槽８２において貯留されることとなる。

すなわち、このような汚染物質処理プラント８１によれば、処理後に大量の浄化水が発生することとなるが、かかる浄化水は、同図に示すように、地盤加熱手段５２においてスチームを発生させるために用いられることとなっている。

以上のように、このような汚染地盤浄化方法によれば、地盤加熱工程（Ｓｔ１２）及び汚染物質処理工程（Ｓｔ１４）よりも時間的に前において地下水位低下工程（Ｓｔ１１）を含むものとして構成されているので、地下水位の低下後における加熱により熱が粘性土中のペッドに直に伝達されペッド構造が容易に破壊されることとなり、汚染地盤の浄化を短時間に確実に完了させることが可能となっている。

本発明の実施の形態に係る汚染地盤浄化装置の部分構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る汚染地盤浄化装置の部分構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る汚染地盤浄化方法が適用された場合における粘性土のペッド構造の変化を説明するプロセス図である。 本発明の実施の形態に係る汚染地盤浄化装置の部分構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る汚染地盤浄化装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る汚染地盤浄化方法の全体構成を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 地下水位低下手段
２ 地盤加熱手段
３ 地盤載荷手段
１１ ケーシング管
１１ａ ストレーナー
１２ 内筒管
１２ａ 通水孔
１３ 吸引排出装置
２１ 管路
２２ ジェットヒーター
２３ 圧力コントロール弁
２６ 電磁波発生装置
２７ 電磁波遮断シート
４１ ペッド構造
４１ａ ペッド
４２ 間隙水
５１ 地下水位低下手段
５２ 地盤加熱手段
５３ 汚染物質処理手段
６１ ケーシング管
６１ａ ストレーナー
６２ 内筒管
６２ａ 通水孔
６３ 吸引排出装置
７１ 管路
７２ ターンビンポンプ
７２ａ 加熱器
８１ 汚染物質処理プラント
８２ 水槽
９１ 汚染箇所

Claims (3)

1. 地盤における地下水位を汚染物質で汚染された汚染箇所の下側まで低下させる地下水位低下手段と、前記地下水位低下手段により低下した地下水位の上側に位置する前記汚染箇所を加熱して前記汚染物質を気化させる地盤加熱手段と、前記地盤加熱手段により気化した前記汚染物質を処理する汚染物質処理手段と、を備え、
   前記地盤加熱手段は、前記汚染箇所を貫通するよう埋設された管路と、前記管路の内部に送り込まれるスチームを発生させるとともに、発生した前記スチームを前記管路の一方の端部から他方の端部までに亘って送り込むタービンポンプと、を有し、
   前記汚染物質処理手段は、汚染物質処理プラントと、処理後に発生する浄化水を貯留する水槽と、を有し、
   前記タービンポンプは、前記水槽に貯留された前記浄化水を加熱して前記スチームを発生させることを特徴とする汚染地盤浄化装置。
2. 前記管路は、前記地盤に円弧状に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の汚染地盤浄化装置。
3. 前記地下水位低下手段は、前記地盤中の汚染箇所の近傍において又は該汚染箇所を貫通するよう上下方向に埋設され、地下水の内部への流入が可能であるストレーナーが付設されるケーシング管と、前記ケーシング管の内部に内側面から隙間をおいて設けられ、下端部に通水孔を有する内筒管と、前記ストレーナー及び前記通水孔を通過した地下水及び前記汚染物質であって前記地盤加熱手段により気化したものを吸引して排出する吸引排出装置とからなり、
   前記汚染物質処理手段は、前記吸引排出装置により吸引して排出した汚染物質を処理するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の汚染地盤浄化装置。

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