JP4621823B2

JP4621823B2 - 土壌浄化方法およびこれに用いられる注入用モニタ

Info

Publication number: JP4621823B2
Application number: JP2006120853A
Authority: JP
Inventors: 治森本; 啓桂
Original assignee: 株式会社桑原組; 明協エンジニアリング株式会社
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: JP2007289861A

Description

本発明は、土壌中の有害物質で汚染された領域を、その位置を変化させることなく、無害化または処理するための土壌浄化方法およびこれに用いられる注入用モニタに関する。

従来、土壌中の有害汚染物質を除去する方法は、処理液を地上から散布する方法、汚染土壌を取り出して焼却炉等で消却する方法、汚染領域を囲む遮断壁を設けて封じ込める方法、井戸を掘り、そこから吸引して揮発性の有害有機物を取り出す土壌空気抽出法や、汚染土壌に微生物を注入して、分解するバイオレメディエーション等によって処理を行っている。また、攪拌翼を装着した攪拌軸を回転させながら地中に挿入し、浄化剤を吐出させながら、攪拌翼を回転、混合させることにより、有害汚染物質を処理する方法もある。

ところで、従来、地盤改良の方法として地表面から改良目的の土壌まで小さい注入管を使用して削孔し、注入用モニタを介して注入剤を注入する薬液注入工法がある。この薬液注入工法に用いられる注入用モニタを使用して汚染土壌を浄化する方法が、例えば、特許文献１に記載されている。この土壌浄化方法では、注入用モニタを介して汚染物質を分解する浄化剤を土壌中へ噴射し、モニタを回転しつつその深度を変化させることにより、浄化を行う。

特開平８−１９２１３７号公報

上記のような従来の技術では、処理液を散布する方法、汚染土壌を取り出す方法や、攪拌翼により混合する方法等の場合には、処理できる深度に限界があり、構造物の下部を処理することができないという問題がある。また、土壌空気抽出法では、揮発性の汚染物質を分離するだけで、分解するわけではないので、二次汚染の可能性がある。また、バイオレメディエーションの場合は、生態系が変化する恐れがあり、修復期間が長いという問題がある。

また、一般に地盤は、生成過程において、透水性の異なる層が水平方向に堆積している。また、特許文献１に記載のように注入用モニタから土壌中へ噴射する浄化剤は、ゲル化しない上に高浸透性を有するため、透水性の高い箇所や注入管周辺箇所のみ選択して、水平方向や地表に逃げてしまう現象が起こる。そのため、浄化剤が土壌中に満遍なく行き渡らず、汚染領域に浄化剤を確実に接触させることは困難である。

そこで、本発明においては、有害物質で汚染された領域を、原位置で満遍なく確実に浄化することが可能な土壌浄化方法およびこれに用いられる注入用モニタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の土壌浄化方法は、放射状に配置された複数の吐出口を有する注入用モニタを備えた注入管を土壌中に挿入し、注入用モニタの複数の吐出口から土壌中にゲル化する改良剤を任意圧力で放射状に注入してゲル化させた後、注入用モニタの複数の吐出口から土壌中に汚染物質を処理する浄化剤を任意圧力で放射状に注入することを特徴とする。

一般的な注入工法における注入の圧力は自然圧力方式で、できるだけ低圧で土壌中に注入することが基本的な考え方である。また、従来の注入工法に使用される注入剤はゲル化するため、土壌の透水性の高い部分や地層の層境においても一定時間の経過によってその部分で固化する。しかしながら、浄化剤の場合は、粘性が低く、ゲル化時間を持たない。そのため、浄化剤は土壌中で抵抗の小さい方へ浸入するため、ゲル化する注入剤と比較して、目的範囲外に逸走する傾向が大きい。

そこで、本発明では、ゲル化する改良剤を土壌中に任意圧力で放射状に注入して先にゲル化させた後、土壌中に汚染物質を処理する浄化剤を任意圧力で放射状に注入することにより、注入管周囲の逸出防止と汚染土壌の透水性の均一化を図ることができる。すなわち、浄化剤より先に任意圧力で注入された改良剤が、土壌中で浸透したところでゲル化し、固結するので、後に任意圧力で注入された浄化剤が、固結した改良剤を割裂しながら透水係数が小さいところへ浸透する。

ここで、浄化剤の吐出圧力は、０．５〜１．０ＭＰａであることが望ましい。一般的な注入工法における注入は自然圧力方式で、土壌の注入抵抗や注入速度で自然に定まるものであり、人為的に圧力の値を事前に定めることはできない。しかし、この従来の自然圧力方式は、ロット周辺や土壌の空隙の抵抗の小さい方へと流れていくので、目的とする領域に確実に注入することが困難である。一方、本発明では、浄化剤の吐出圧力を０．５〜１．０ＭＰａの任意圧力とすることで、浄化剤がロット周辺や土壌の空隙の抵抗の小さい方だけでなく、固結した改良剤を割裂しながら土壌中へ広く拡散していく。なお、吐出圧力が０．５未満の場合には、吐出圧力が小さすぎ、浄化剤が固結した改良剤を十分に割裂して浸透することができなくなる可能性がある。また、１．０ＭＰａ超の場合には、吐出圧力が大きすぎ、改良剤を必要以上に破壊してしまい、目的範囲外にまで浸透してしまう可能性がある。

また、浄化剤の注入は、脈動的に行われるものであることが望ましい。本発明では、先に注入して固結した改良剤中に浄化剤を任意圧力で脈動的に注入することにより、固結した改良剤中に強制的に楔形の流路を形成する。これにより、従来の自然圧力による注入では浄化剤が土壌中の弱部のみを選択して浸透する傾向があるが、本発明では、このように楔形の流路を形成し、この楔形の流路中に任意圧力で浄化剤を注入することにより、楔形の各面から流路が拡がり、浄化剤が無数の脈状となって浸透していく。

また、浄化剤の注入は、注入管を所定深さに停止させた状態で所定時間行った後、吐出口を１０〜４５°回転、停止させた状態で所定時間行い、さらに注入管を上下方向へ所定深さ移動させて繰り返し行うことが望ましい。これにより、浄化剤が、固結した改良剤中を割裂して浸透する方向を増やして、より均質な浸透を実現することができる。

また、上記本発明の土壌浄化方法に用いられる本発明の注入用モニタは、改良剤の主剤を送る第１の流路と、改良剤の反応剤を送る第２の流路と、汚染物質を処理する浄化剤を送る第３の流路と、第１の流路と第２の流路とを集合させ主剤と反応剤とを混合させる混合室と、この混合室の周囲に放射状に配置された複数の改良剤吐出口と、第３の流路の先端部の周囲に放射状に配置された複数の浄化剤吐出口とを備えたものであることが望ましい。

これにより、始めに第１の流路から改良剤の主剤を送り、第２の流路から反応剤を送ることにより、主剤と反応剤とを混合室で混合することによりゲル化して、この改良剤を混合室の周囲に放射状に配置された複数の改良剤吐出口から土壌中へ注入する。注入された改良剤は注入用モニタ周囲で固結して、注入用モニタ周囲の逸出防止と土壌の透水性の均一化を図る。次に、第３の流路から浄化剤を放射状に配置された複数の浄化剤吐出口から注入された浄化剤が、この固結した改良剤を割裂して浸透することで、均質な浸透を実現することができる。

本発明によれば、土壌中の透水性のばらつきに拘わらず、浄化剤を均質に浸透させることができ、有害物質で汚染された領域を、原位置で満遍なく確実に浄化することが可能となる。

図１は本発明の実施の形態における土壌浄化装置の縦断面図、図２は図１の注入用モニタ先端部の縦断面図である。
図１において、本発明の実施の形態における土壌浄化装置１は、主に、ボーリング装置２と、下端に注入用モニタ３を備えた注入管４とから構成される。

注入用モニタ３は、図２に示すように、改良剤の主剤を送る第１の流路３ａと、改良剤の反応剤を送る第２の流路３ｂと、汚染物質を処理する第３の流路３ｃとを有する。また、注入用モニタ３は、第１の流路３ａと第２の流路３ｂとを集合させた混合室３ｄと、この混合室３ｄの水平方向の周囲に等間隔で放射状に配置された複数の改良剤吐出口３ｅとを有する。さらに、第３の流路３ｃの先端（下端）部には、水平方向の周囲に等間隔で放射状に配置された４つの浄化剤吐出口３ｆと、鉛直方向に形成された水抜き孔３ｇとを有する。

なお、本実施形態における土壌浄化方法に用いる改良剤は、例えば、無機瞬結剤であり、主剤は、珪酸ナトリウム（水ガラス）であり、反応剤は、重炭酸塩や重硫酸塩等である。要するに、ゲルタイムが短く、安定した強度が得られ、安全で作業性に優れているものであれば良い。

また、本実施形態における土壌浄化方法に用いる浄化剤は、例えば特開２００３−１２３６号公報に記載の除去処理剤を使用することができる。この浄化剤は、水分子クラスターを細分化処理してなる高浸透性水と、この高浸透性水に混在する高炭素質で高多孔質の微粉末状の活性炭を主要構成成分とするものであり、例えば、高浸透性水と活性炭の混合比率は５：１０〜１００：３０の範囲にあるものである。また、高浸透性水は、強磁場処理された水に炭素数２〜４のカルビノールが３５ｗｔ％〜５５ｗｔ％混合する水溶液を被処理液とし、この被処理液中の水分子クラスターを細分化処理および融合処理して調製されたものである。また、活性炭は、炭素化率が９０％以上、比表面積が１０００ｍ²／ｇ以上、ｐＨが９．０〜１１．０である高炭素質で高多孔質の活性炭である。

次に、上記構成の土壌浄化装置１を用いた土壌浄化方法について説明する。
まず、注入用モニタ３を備えた注入管４をボーリング装置２により土壌５中に挿入（掘削）し、水抜き孔３ｇをボールバルブ３ｈにより塞いだ後、注入用モニタ３の第１の流路３ａから改良剤の主剤を、第２の流路３ｂから改良剤の反応剤をそれぞれ送り込み、改良剤吐出口３ｅから０．５〜１．０ＭＰａ程度の任意圧力で放射状に注入する。このとき、改良剤の主剤と反応剤は、注入用モニタ３の混合室３ｄで混合されて土壌５中に注入され、土壌５中に浸透したところでゲル化し、固結する。これにより、注入用モニタ３周囲の逸出防止と土壌５の透水性の均一化を図る。

ここで、改良剤を任意圧力で注入する効果について説明する。図３（ａ）は改良剤を任意圧力で注入した場合の改良剤吐出口近辺の部分縦断面図、（ｂ）は自然圧力で注入した場合の部分縦断面図である。従来のように改良剤を自然圧力で注入した場合、図３（ｂ）に示すように、まず抵抗の少ない注入管４周辺の周りに沿って素早く上下方向へ進行していく。そのため、狙った位置で固結させるためには、短いゲル化時間と大きい強度を必要とする。一方、本実施形態のように任意圧力で注入した場合、図３（ａ）に示すように、土壌５中に楔形の凹部５ａを形成するので、改良剤がこの凹部５ａ内で逆流し、改良剤吐出口３ｅから吐出される改良剤と混合される。したがって、改良剤の混合率が良く、ゲル化しやすくなるので、狙った位置で固結させることができ、ゲル化時間や強度の影響が少なくなる。

次に、注入用モニタ３の第３の流路３ｃから汚染物質を処理する浄化剤を送り込み、浄化剤吐出口３ｆから０．５〜１．０ＭＰａ程度の任意圧力で放射状に注入する。これにより、注入された浄化剤は、固結した改良剤を割裂しながら浸透していくので、透水係数が周りと比較して一桁小さい層へも浸透していく。したがって、土壌５中の透水性のばらつきに拘わらず、浄化剤を均質に浸透させることができ、有害物質で汚染された領域を、原位置で満遍なく確実に浄化することができる。

図４（ａ）は本実施形態における土壌浄化方法による浄化剤の浸透の様子を示す縦断面図、（ｂ）は従来の注入方法による浄化剤の浸透の様子を示す縦断面図、図５（ａ）は本実施形態における土壌浄化方法による浄化剤の浸透の様子を示す横断面図、（ｂ）は従来の注入方法による浄化剤の浸透の様子を示す横断面図である。

本実施形態における土壌浄化方法では、図４（ａ）に示すように、固結した改良剤を割裂しながら浄化剤６が満遍なく浸透していくので、土壌５の透水係数に拘わらず、浄化剤６は均質に浸透する。一方、図４（ｂ）に示すように、従来の注入方法では、浄化剤６が抵抗の小さいところへ浸透していく。そのため、浄化剤６は汚染領域に留まらず、土壌５中の透水係数が小さいところのみ選択して際限なく逸走する。また、最も空隙の大きい注入管１００の周囲にも逸走するので、浄化剤６が地上に噴出する可能性もある。

また、本実施形態における土壌浄化方法では、浄化剤６の土壌５中への注入を１〜２秒間隔で脈動的に行う。これにより、図５（ａ）に示すように、固結した改良剤７中に強制的に楔形の流路７ａが形成され、この楔形の流路７ａ中に任意圧力で浄化剤６を注入することにより、楔形の各面７ｂ，７ｃから流路が拡がり、浄化剤６が無数の脈状となって浸透していく。また、浄化剤６の注入を脈動的に行うので、浄化剤６のカーボン粒子による浄化剤吐出口３ｆの目詰まりを抑制できる。なお、脈動的な注入は、タイマ付き電磁弁を第３の流路３ｃに接続することで行うことが可能である。

一方、図５（ｂ）に示すように、従来の注入方法では、浄化剤６が透水係数の大きい層のみを浸透していき、他の層にはほとんど浸透していかない。したがって、土壌５中の汚染領域の透水係数が他に比較して小さい場合、この汚染領域には浄化剤６が浸透しないことになる。

また、本実施形態における土壌浄化方法では、浄化剤６の注入は、注入管４を所定深さに停止させた状態で所定時間行った後、図５（ａ）に示すように浄化剤吐出口３ｆを１０〜４５°回転、停止させた状態で所定時間行う。そして、さらに注入管４を上方向へ所定深さ移動させて、同様に、改良剤７および浄化剤６の注入を繰り返す。このように、本実施形態における土壌浄化装置１では、複数の浄化剤吐出口３ｆから土壌５に対して指向性をもって放射状に浄化剤６を注入できる。また、１０〜４５°回転させて注入できるので、すべての方向に指向性を与えることが可能である。

一方、従来の自然圧力方式による注入方法では、指向性がなく、注入管１００の周辺の空隙が一番大きいため、浄化剤６は、まず注入管１００の周辺を満たし、その後、弱部に浸入することになる。したがって、例えば、図５（ｂ）に示すように、その脈が２方向に延びた場合、この初期に生じた脈は次に送られる浄化剤６の通路となり、最後までここを通じて注入が進行することになるため、浄化剤６の浸透が２方向に偏ってしまう。これに対して本実施形態における任意圧力による注入では、浄化剤６が浄化剤吐出口３ｆから注入されて、改良剤７を４〜８方向に割裂し、放射形の流路８を発生させる。この放射形の流路８は次に送られる浄化剤６ａの通路となり、図６に示すようにより遠くの広い領域へ浄化剤６ａが浸透する。

なお、本実施形態において使用する浄化剤６は、浸透性に非常に優れている。したがって、重力の影響が働く鉛直方向については５０〜１００ｃｍの間隔で注入することが可能であり、注入管４を上に移動させるステップ数が少なくて済む。このようにステップ数が少ないことは、固結した改良剤７によるパッカー効果が失われる可能性が低くなり、作業性が向上することになる。

本発明は、土壌中の有害物質で汚染された領域を、その位置を変化させることなく、無害化または処理するための土壌浄化方法およびこれに用いられる注入用モニタとして有用である。

本発明の実施の形態における土壌浄化装置の縦断面図である。図１の注入用モニタ先端部の縦断面図である。（ａ）は改良剤を任意圧力で注入した場合の改良剤吐出口近辺の部分縦断面図、（ｂ）は自然圧力で注入した場合の部分縦断面図である。（ａ）は本実施形態における土壌浄化方法による浄化剤の浸透の様子を示す縦断面図、（ｂ）は従来の注入方法による浄化剤の浸透の様子を示す縦断面図である。（ａ）は本実施形態における土壌浄化方法による浄化剤の浸透の様子を示す横断面図、（ｂ）は従来の注入方法による浄化剤の浸透の様子を示す縦断面図である。浄化剤の土壌中への浸透の様子を示す横断面図である。

符号の説明

１土壌浄化装置
２ボーリング装置
３注入用モニタ
３ａ，３ｂ，３ｃ流路
３ｄ混合室
３ｅ改良剤吐出口
３ｆ浄化剤吐出口
３ｇ水抜き孔
３ｈボールバルブ
４注入管
５土壌
５ａ凹部
６，６ａ浄化剤
７改良剤
７ａ，８流路

Claims

放射状に配置された複数の吐出口を有する注入用モニタを備えた注入管を土壌中に挿入し、
前記注入用モニタの複数の吐出口から前記土壌中にゲル化する改良剤を０．５〜１．０ＭＰａの任意圧力で放射状に注入し、前記土壌中に楔形の凹部を形成することにより、前記改良剤を前記凹部内で逆流させ、前記複数の吐出口から吐出される改良剤と混合させてゲル化させ、固結させた後、
前記注入用モニタの複数の吐出口から前記土壌中に汚染物質を処理する浄化剤を任意圧力で放射状に注入し、前記固結させた改良剤を割裂させながら浸透させる
ことを特徴とする土壌浄化方法。
前記浄化剤の吐出圧力が、０．５〜１．０ＭＰａである請求項１記載の土壌浄化方法。
前記浄化剤の注入が、脈動的に行われるものである請求項１または２に記載の土壌浄化方法。
前記浄化剤の注入は、前記注入管を所定深さに停止させた状態で所定時間行った後、前記吐出口を１０〜４５°回転、停止させた状態で所定時間行い、さらに前記注入管を上下方向へ所定深さ移動させて繰り返し行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の土壌浄化方法。