JP4726635B2

JP4726635B2 - スパージング井戸および土壌浄化システム

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Publication number: JP4726635B2
Application number: JP2006010246A
Authority: JP
Inventors: 久桐山; 陽高畑; 雅也大石; 元茂有山
Original assignee: Taisei Corp; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Taisei Corp; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: JP2007190478A

Description

本発明は、複数の汚染土層からなる汚染地盤において各汚染土層を浄化するためのスパージング井戸と、該スパージング井戸から構成される土壌浄化システム、および該スパージング井戸を使用してなる土壌浄化方法に係り、特に、スパージング井戸もしくは土壌浄化システムの施工の低廉化と、施工に要する工期の短縮化を図ることができ、汚染土層の浄化性能に優れたスパージング井戸および土壌浄化システムおよび土壌浄化方法に関するものである。

近時、工場や廃棄物処理場などから流出する汚染物質などにより、地下水汚染を含む土壌汚染が大きな社会問題となっている。工場跡地に構造物を新設する際にも、地盤が汚染されている場合には、地盤浄化に対する要望が強いのが現状である。

従来の汚染土層の浄化方法としては、汚染物質を含有する地盤を掘削し、洗浄や熱処理、曝気処理等によって浄化処理をおこなった後に埋め戻す方法がとられていたが、かかる処理には大規模な設備や施工ヤードを確保する必要があり、浄化に要するコストの高騰が問題となっていた。さらに、この掘削、浄化、埋め戻しからなる浄化方法では、汚染土層が深い深度に位置する場合には大規模な土留めの構築を要し、したがって、工期の長期化と施工コストのさらなる高騰が問題であった。

汚染された地盤を掘削せずに浄化する原位置浄化方法として、揚水処理工法やスパージング工法がある。このうち、スパージング工法は、地上から汚染土層まで延在する井戸を構築し、該井戸から地盤内へ例えば空気を圧入し、地盤内に圧入された空気を地盤内に通過させ、地盤や地下水に存在する汚染物質を浄化する技術であり、例えば特許文献１〜４にその開示がある。かかるスパージング工法の概要を図７に基づいて説明すると、対象地盤Ｇ内に通常は複数のスパージング井戸ａ，ａ，…を設置し、さらに地表面直下に水平方向に延在する水平ドレーンｂを設置する。この水平ドレーンｂは、通気性の高い砕石等を柱状に敷設したり、公知のドレーン材にて形成できる。スパージング井戸ａにはコンプレッサｃから圧縮空気が供給され（Ｘ方向）、スパージング井戸ａの下端部に設けられたスクリーンａ１（スリット）を介して汚染地盤内に圧縮空気が圧入される（Ｙ方向）。地盤内に空気（酸素）が供給されることにより、空気は対象地盤の下方から上方へ移動して（Ｙ方向）、土粒子に付着した揮発性の汚染物質の気化が促進される（エアスパージングによる曝気効果）。水平ドレーンｂには、多数の吸気孔が穿設されており、さらには、その一端が吸引ブロアｄに連通されており、吸引ブロアｄにて真空吸引することにより、地盤内の空気および揮発性の汚染物質を効果的に水平ドレーンｂに回収するものである。このスパージング工法によれば、揚水が十分におこなえないような低透水性地盤に対しても、該地盤内にて空気（酸素）を供給することで直接的に汚染物質の浄化をおこなうことができ、対象汚染物質に応じて供給空気量（酸素量）を適宜に調整することで、可及的に浄化期間の短縮を図ることが可能となる。また、帯水層中に供給された空気（酸素）は、地盤内の微生物が活性化することによって汚染物質を分解する微生物分解効果をも有している。この場合には、例えば、微生物活性剤を水に含有させてなる液体を地盤内に注入することが必要となり、かかる液体の注入も空気と同様にスパージング井戸を介しておこなうことができる。なお、汚染地下水の浄化を、揚水循環とスパージングの併用によって効率的におこなう技術が特許文献５に開示されている。

図７は、不透水層の介在しない一層の汚染地盤の浄化を説明したものであるが、通常の地盤は複数の土質性状の異なる土層から構成されており、各層間に粘土層やシルト層などからなる不透水層または難透水層が介在していることが多い。図８は、この一例を模擬したものであり、第１帯水層Ｇ１と第２帯水層Ｇ２の間にシルトからなる不透水層Ｇ４が介在し、第２帯水層Ｇ２の下方にはさらに不透水層Ｇ５が堆積しており、少なくとも第１帯水層Ｇ１および第２帯水層Ｇ２が土壌汚染されている汚染地盤を示している。上部に不透水層がある第２帯水層Ｇ２に空気を供給すると、不透水層Ｇ４によって空気の上昇が妨げられるため、第１帯水層Ｇ１には空気の供給がなされない。そこで、このように不透水層または難透水層を介在してなる複数の汚染土層のすべてを浄化する際には、図示するようにそれぞれの層ごとに所定数のスパージング井戸ａ１，ａ１，…，ａ２，ａ２，…を設置する必要がある。具体的には、コンプレッサｃから各スパージング井戸ａ１，ａ１，…，ａ２，ａ２，…に圧縮空気が送られ（Ｘ方向）、各スパージング井戸下方のスクリーンａ１１，ａ１１，…，ａ２１，ａ２１，…を介して、第１帯水層Ｇ１および第２帯水層Ｇ２に空気が圧入される（Ｙ方向）。地表面直下には、第１帯水層Ｇ１内を通過した空気と、供給された空気によって気化した揮発性汚染物質を真空吸引する水平ドレーンｂが設置されており、該水平ドレーンｂを介して吸引ユニットｅにて空気や揮発性汚染物質を吸引し（Ｚ方向）、さらに、吸引した揮発性汚染物質は活性炭ユニットｆによって無害化される。なお、図示する実施例では、汚染領域を画成するためのシートパイルｇが土壌浄化に先んじて地盤内に設置されている。かかるシートパイルｇにより、非汚染領域に対する遮水効果と圧入空気が非汚染領域に拡散することを防止できる。

特開平９−２７６８４１号公報特開平９−９４５５８号公報特開２００２−２５４０６１号公報特開２００２−２５４０６２号公報特開２００５−１３１５３３号公報

特許文献１〜５に開示のスパージング工法を利用した地盤浄化方法や浄化システムによれば、原位置での汚染土層の浄化が可能であることから、対象地盤の掘削、浄化、埋め戻しをサイクルとする地盤浄化方法に比べて、工費を格段に低廉にできるとともに、工期の大幅な短縮を図ることができる。しかし、いずれの浄化方法または浄化システムにおいても、一本のスパージング井戸は、一つの対象土層における所定の浄化範囲のみを浄化するに過ぎないことから、浄化対象の汚染土層のそれぞれに複数のスパージング井戸が設置される必要がある。したがって、複数の汚染土層が不透水層や難透水層を介在しながら積層されている場合には、各土層ごとに所定本数のスパージング井戸が設置される必要がある。不透水層や難透水層を介在して積層される汚染土層の数が多くなり、浄化対象範囲が平面的にも広範囲に及ぶような場合には、汚染土層ごとに多数のスパージング井戸を設置する必要性が生じ、結果として、施工コストの高騰は否めない。工期の短縮を図るために、スパージング井戸設置用のマシンの数を増加させると、工期は短縮できても、施工コストの高騰はさらに助長されてしまう。

また、図８に示すように、不透水層または難透水層下の汚染帯水層（被圧帯水層）へスパージング井戸から圧縮空気を圧入することにより、該被圧帯水層内の内圧が上昇し、したがって供給された空気が地盤内に効果的に拡散し難くなり、十分なスパージング効果が得られないといった問題が生じ得るが、上記特許文献に開示の浄化方法や浄化システムではかかる問題を解決するに至らない。

本発明のスパージング井戸および土壌浄化システムおよび土壌浄化方法は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、スパージング井戸の設置本数を可及的に低減することによって施工コストの低廉化と工期の短縮を図ることができ、さらには、汚染土層の浄化性能にも優れたスパージング井戸および土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することを目的としている。また、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法は、不透水層や難透水層を介在して積層された汚染土層の浄化において、不透水層等の下方に位置する被圧帯水層の浄化に際しても、効果的なスパージング効果を得ることのできる土壌浄化システムおよび土壌浄化方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明によるスパージング井戸は、少なくとも２以上の汚染土層からなる汚染地盤を浄化するスパージング井戸であって、前記スパージング井戸は、所定長さの管路からなり、該管路内は、空気や液体を含む流体を案内する複数の流路に画成されており、それぞれの流路が固有の汚染土層に流体を供給できるように構成されていることを特徴とする。

本発明のスパージング井戸は、例えば所定長さを備えた鋼製の管路（またはケーシング）からなり、管路内部は、複数の流路に画成されている。ここで、所定長さとは、地表面から浄化対象となる最下層の汚染土層までにわたる長さのことであり、より具体的には該最下層の汚染土層の下方までの長さのことである。流路の画成態様は特に限定されるものではなく、それぞれの流路が独立しており、複数の汚染土層が積層されている場合には、各流路がそれぞれに固有の浄化対象の汚染土層に対して流体を供給できるように形成されている。ここで、流体とは、空気や酸素、さらには、微生物活性剤である適宜の栄養分を含有した水などを意味している。

スパージング井戸のより具体的な構成としては、地盤内に造成された掘削孔内に設置される管路と、該管路と掘削孔との間に充填される砂やベントナイト、モルタルなどからなる。管路内部のより具体的な構造例としては、該管路内部に画成された複数の流路の下端レベル（この下端レベルは、それぞれの流路が浄化対象としている汚染土層の下方付近のレベルとなる）において、例えば金網などからなるスクリーンが設けられており、各汚染土層には、流路を介し、スクリーンを介して各汚染土層内に流体が供給されるようになっている。

上記する構成のスパージング井戸によれば、１本の井戸で積層された複数の汚染土層の浄化が可能となるため、造成される掘削孔の延長や井戸の数量（延長）を低減することができ、施工の低廉化と工期の短縮を図ることができるとともに、浄化効果も従来のスパージング井戸と同等の効果を得ることができる。汚染土層の積層数が多くなり、浄化対象範囲が広範囲となるにつれてその効果はより一層高まる。

また、本発明によるスパージング井戸の他の実施形態において、前記スパージング井戸は、複数の断面寸法の異なる流路から構成されており、最下層の汚染土層に流体を供給する流路が前記管路内の中央に配設され、相対的に上方の汚染土層に流体を供給する流路が、相対的に下方の汚染土層に流体を供給する流路を包囲するように配設されることによって複数の流路と管路からなる多重構造を形成しており、それぞれの流路の下方にはスクリーンが形成されており、管路から各スクリーンを介して各汚染土層に流体が供給されるように構成されていることを特徴とする。

例えば、断面寸法の異なる複数の管路からスパージング井戸が形成される実施例で説明する。スパージング井戸を構成する管路の数量は、浄化する汚染土層の数だけ設けられ、径の異なる複数の管路が、順次遊嵌された態様となっている。ここで、浄化する汚染土層のうち、最下層の汚染土層を浄化するための流路（管路）は、外側の最大径の管路の中央部に配設されており、それよりも上方の汚染土層を浄化するための流路（管路）が、中央に配設された管路の外側に配設されている。浄化する汚染土層の層数に応じた数の管路が順次重ねられて多重構造を形成し、各管路と管路の間に流路が形成されることとなる（中央の最小径の管路は、その内部が流路となる）。したがって、多重構造、すなわち、断面寸法の異なる管路が重ねられた構造は、浄化対象の汚染土層が２層の場合には二重管、３層の場合には三重管から形成されることとなる。

ここで、各流路の下方には、例えば金網からなるスクリーンが設けられており、このスクリーンの下方には、管路内を上下に縁切りするフランジが設けられている。この縁切り用フランジにより、流路を通ってそれよりも下方に供給された流体が該フランジよりも上方の管路内部に拡散することを防止することができる。ここで、スパージング井戸を構成する外側の管路には、各汚染土層の下方レベル付近に流体供給用の排出孔が穿設されている。各流路（管路）ごとにスクリーンと縁切り用のフランジが設けられ、それぞれの流路に流れてきた流体は、各スクリーンを介し、最外郭の管路に設けられた排出孔を介してそれぞれの汚染土層内に供給される。

本発明のように断面寸法（径）の異なる複数の管路を重ね合わせた多重構造のスパージング井戸とすることにより、スパージング井戸の最外郭寸法を可及的に小寸法とすることができ、造成される掘削孔の規模が小さくなることで、施工コストのさらなる低廉化を図ることができる。

また、本発明による土壌浄化システムは、前記スパージング井戸と、地表から各汚染土層内に設置されて、各層内を通過した通過流体を地上へ導くための排出井戸と、スパージング井戸に流体を供給する供給手段と、から少なくとも構成されていることを特徴とする。

本発明の土壌浄化システムは、単数または複数の既述するスパージング井戸と、このスパージング井戸に流体を供給する適宜の供給手段と、汚染土層内に供給され、地盤内を通過した流体を地上へ排出するための排出井戸とから構成されている。ここで、地上へ排出される流体は、地盤内を通過した空気や酸素などの流体のほかに、該空気（酸素）によって気化した揮発性汚染物質も含まれる。また、供給手段は特に限定されるものではないが、空気や酸素などの気体を供給する際にはコンプレッサが、栄養分を含有した水を供給する際には送水ポンプなどが適用できる。また、コンプレッサには、供給される空気量などを調整するバルブや流量計、圧力計などが装備されており、送水ポンプにも同様の設備が備えられているのが好ましい。

また、汚染土層ごとに所定本数の排出井戸が設置されることにより、例えば、汚染土層内に供給され、土壌内を通過した空気や揮発性汚染物質を排出井戸から自然排気することができる。この排出井戸の形態は特に限定するものではないが、少なくとも、原地盤よりも通気性の良好な材質から形成されることを要する。例えば、地盤に掘削孔を造成し、公知のドレーンを建て込んでなる井戸、あるいは、グラベルドレーン工法によって造成される砕石の柱体からなる井戸などを適用できる。既述するように、不透水層等の下方にある被圧帯水層に対しては、かかる排出井戸によって層内の圧力上昇が抑制でき、層内へ圧入される空気や酸素が層内へ効果的に拡散できる環境を形成することができる。

本発明の土壌浄化システムによれば、浄化対象領域の平面的な大きさに対してのみスパージング井戸の設置本数が決定され（スパージング井戸からの供給流体量によっても井戸の本数は相違する）、積層された複数の汚染土層に対しては、各スパージング井戸からそれぞれの汚染土層に所望量の流体が供給できるため、スパージング井戸の設置に要する施工コストの低減と、工期の短縮を図ることができる。

また、本発明による土壌浄化システムの他の実施形態は、スパージング井戸を構成するそれぞれの流路ごとに前記供給手段が設けられていることを特徴とする。

積層された汚染土層においては、各層ごとにその汚染濃度に相違があり、したがって、浄化のために供給される流体量が変化するのが一般的である。また、土層の深度が相違することで層内への流体の流入圧も異なってくる。そこで、各流路ごとに流体を供給する供給手段を設ける態様とすることで、層ごとに異なる流体供給量および圧力を効率的に調整することが可能となる。

また、本発明による土壌浄化システムの好ましい実施形態は、前記土壌浄化システムにおいて、各層内から通過流体を強制的に排出するための排出手段が排出井戸に接続されていることを特徴とする。

排出井戸からの流体の排出を自然排出とした場合に、地盤内を通過して排気される空気量や揮発性物質量に比べて、地盤内に圧入される空気量が増大する場合が想定される。また、汚染物質が含浸された地下水を揚水等する場合には、自然排出は不可能である。そこで、排出井戸からの流体排出を強制的におこなうことで、かかる問題を解消することができる。強制的な流体排出に際し、流体が気体の場合には吸引ブロアが、流体が液体の場合には取水ポンプなどが使用でき、かかるブロアやポンプを排出井戸に接続したシステムを適用することができる。

また、本発明による土壌浄化システムの他の実施形態において、地表面と、該地表面に最も近い位置にある不透水層または難透水層と、の間の汚染土層内に設置される排出井戸が、水平方向に延在していることを特徴とする。

地表面と地表面に最も近い位置にある不透水層または難透水層との間の汚染土層内に設置される排出井戸が水平方向となるように、地表面から可能な限り浅い深度に設置することにより、浅層地盤内を通った流体を効率的に排出することができる。なお、この水平方向に延在する排出井戸の一端を閉塞させ、他端を既述する吸引ブロア等に連通した形態とすることにより、流体を効果的に循環させることができる。

また、本発明による土壌浄化方法は、少なくとも２以上の汚染土層からなる汚染地盤において、各汚染土層を浄化するための浄化方法であって、所定長さの管路からなり、該管路内に、空気や液体を含む流体を案内する複数の流路が画成されてなるスパージング井戸を地盤内に設置し、各流路がそれぞれに固有の汚染土層に流体を供給することを特徴とする。

まず、対象地盤の地表より、先行して掘削孔を構築し、スパージング井戸を構成する管路（例えば鋼管）を掘削孔内に建て込んでいく。なお、スパージング井戸の設置に際し、浄化対象エリアをシートパイルなどの遮水壁によって囲繞しておいてもよい。管路の内部には、既述するように、浄化対象の汚染土層の数量に応じた数の流路が画成されている。管路の延長によっては（最下層の浄化対象汚染土層の深度による）、その建て込みに際し、複数の管路を溶接やソケット継手などによって継ぎ足しながらおこなう場合もある。例えば掘削孔と同軸となるように管路を建て込んだ後に、掘削孔と管路の間に砂やベントナイト、モルタルなどを充填することで管路を掘削孔内に固定する。かかる施工を、順次、または複数の施工マシンを併用して同時におこなうことで、浄化対象地盤内に所定本数のスパージング井戸を設置することができる。所望数のスパージング井戸が設置された後、各スパージング井戸から空気や栄養分含有水などをそれぞれの汚染土層に圧入することにより、すべての層の浄化がおこなわれる。

また、本発明による土壌浄化方法の他の実施形態は、少なくとも２以上の汚染土層からなる汚染地盤において、各汚染土層を浄化するための浄化方法であって、所定長さの管路からなり、該管路内に、空気や液体を含む流体を案内する複数の流路が画成されてなるスパージング井戸を地盤内に設置する工程と、各汚染土層内を通過した通過流体を地上へ導くための排出井戸を地表から各汚染土層内に延在するように設置する工程と、各流路からそれぞれの流路に固有の汚染土層に流体を供給し、排出井戸を介して通過流体を地上へ排出する工程と、からなることを特徴とする。

本発明の浄化方法は、排出井戸を地盤内に構築する工程をさらに含む方法である。ここで、スパージング井戸を設置する工程と、排出井戸を設置する工程は、同時並行におこなわれてもよいし、相前後するようにおこなわれてもよい。なお、地表面と、該地表面に最も近い位置にある不透水層または難透水層との間の汚染土層内に設置される排出井戸は、水平方向に地盤内設置されるのが好ましい。

また、本発明による土壌浄化方法の他の実施形態は、前記土壌浄化方法において、汚染土層内から強制的に通過流体を排出させることを特徴とする。

汚染土層内からの流体の排出を既述するように強制的におこなうことにより、特に被圧帯水層における効果的な流体循環を実現することができ、浄化効率を高めることができる。

以上の説明から理解できるように、本発明のスパージング井戸および土壌浄化システムおよび土壌浄化方法によれば、スパージング井戸を構成する管路内に汚染土層の数量に応じた数の流路が画成され、各汚染土層にそれぞれの流路から適宜の流体が供給されるため、可及的に少ない数のスパージング井戸によって汚染地盤の浄化をおこなうことができる。かかるスパージング井戸の構成とすることにより、スパージング井戸の構築に要する施工コストの低廉化と工期の短縮に繋がる。また、本発明の土壌浄化システムおよび土壌浄化方法によれば、汚染土層（例えば被圧帯水層）内からの流体の排出（例えば強制排出）と流体の層内供給を並行しておこなうことにより、流体を効果的に循環させることができ、汚染土層を効果的に浄化することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明のスパージング井戸の一実施形態の縦断図を、図２ａは、図１のＩＩ_ａ−ＩＩ_ａ矢視図を、図２ｂは、図１のＩＩ_ｂ−ＩＩ_ｂ矢視図を、図２ｃは、図１のＩＩ_ｃ−ＩＩ_ｃ矢視図をそれぞれ示している。図３は、本発明の土壌浄化システムの一実施形態の模式図である。図４は、実証実験における土壌浄化システムおよび観測井戸の概要を示した模式図を、図５は、実証実験で使用したスパージング井戸用の管路の縦断図を、図６は、実証実験結果を示したグラフであり、（ａ）は、酸化還元電位（ＯＲＰ）の時系列変化を、（ｂ）は、臭化物イオン濃度の時系列変化を、（ｃ）は、全有機炭素濃度（ＴＯＣ）の時系列変化を、（ｄ）は、ベンゼン濃度の時系列変化を示したグラフをそれぞれ示している。なお、スパージング井戸や土壌浄化システムが図示する実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。例えば、スパージング井戸を構成する各管路ごとに供給手段（コンプレッサ）が設けられた構成であってもよく、栄養塩水をも地盤内に供給する際には、貯水槽と、栄養塩貯留槽と、双方を添加する添加槽などを別途設け、かかる設備が各スパージング井戸と送液管にて接続された構成とすることもできる。

図１は、３層の汚染された帯水層Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３と、各帯水層間にシルトまたは粘土からなる不透水層または難透水層Ｇ４，Ｇ５が介在している汚染地盤に適用されるスパージング井戸の一実施形態を示している。このスパージング井戸１０は、最下層の帯水層Ｇ３の下端付近までの長さを有しており、３層の帯水層のそれぞれに圧縮空気を供給する必要があることから、スパージング井戸１０は３重管構造となっている（図２ａ参照）。このスパージング井戸１０は、浄化対象地盤に造成された掘削孔内に建て込まれた３重構造の管路と、該管路と掘削孔の間に充填された砂３とから構成されている。

ここで、最下層の帯水層Ｇ３に空気Ａ１を供給する流路は、不透水層Ｇ５〜井戸下端までの範囲の最外郭の管路から構成される第１空間１１ｂと、第１空間１１ｂに空気を案内する（Ｘ方向）第１流路１１ａとから形成されている。なお、第１流路１１ａの端部には最外郭の管路の内径とほぼ同径の円形フランジ１１ｃが設けられており、この円形フランジ１１ｃによって、第１空間１１ｂとその上方の第２空間１２ｂとを画成することができる。この第１流路１１ａは最外郭の管路の中心軸と同軸に配設されており、他の流路に比して最も外径の小さな管路から形成されている。第１空間１１ｂの下方には金網からなるスクリーン２ａが設けられており、最外郭の管路に穿設された排出孔１４ａ，１４ａ，…を介して空気が地盤内に供給できるようになっている。

不透水層Ｇ４、Ｇ５で挟まれた第２帯水層Ｇ２に空気Ａ２を供給する流路は、ほぼ不透水層Ｇ４〜不透水層Ｇ５までの範囲の最外郭の管路から構成される第２空間１２ｂと、第２空間１２ｂに空気を案内する第２流路１２ａとから形成されている。この第２空間１２ｂと第２流路１２ａの内部に第１流路１１ａが貫通しており、第２流路１２ａの内径は第１流路１１ａの外径よりも大径に成形されていることで、第２流路１２ａを空気が通過することができる（Ｙ方向）。なお、第２流路１２ａの端部にも最外郭の管路の内径とほぼ同径の円形フランジ１２ｃが設けられており、この円形フランジ１２ｃによって、第２空間１２ｂとその上方の第３空間１３ｂとを画成することができる。第２空間１２ｂの下方にも金網からなるスクリーン２ｂが設けられており、最外郭の管路に穿設された排出孔１４ｂ，１４ｂ，…を介して空気が地盤内に供給できるようになっている。

最上層の第１帯水層Ｇ１に空気を供給する流路は、地表〜不透水層Ｇ４までの範囲の最外郭の管路から構成される第３空間１３ｂと、第３空間１３ｂに空気を案内する（Ｚ方向）第３流路１３ａとから形成されている。第３空間１３ｂの下方にも金網からなるスクリーン２ｃが設けられており、最外郭の管路に穿設された排出孔１４ｃ，１４ｃ，…を介して空気が地盤内に供給できるようになっている。なお、図２ａ〜２ｃは、各空間の断面図を示したものである。

上記する管路構成とすることで、可及的に小寸法の管路で、積層した複数の汚染土層のそれぞれの層に空気を供給することができる。ここで、各管路は例えば鋼管を使用することができる。なお、本発明のスパージング井戸は、図示する実施形態以外にも、例えば、第１流路と第２流路と第３流路が同径の流路からなり、各流路が併設した（同軸でない）構造であってもよい。

図３は、土壌浄化システムの一実施形態を模式的に示した図である。汚染土層は帯水層Ｇ１，Ｇ２の２層であり、帯水層Ｇ１，Ｇ２の間には不透水層Ｇ４が介在し、帯水層Ｇ２の下方には不透水層Ｇ５が堆積している地盤である。

土壌浄化に際しては、浄化対象領域とそれ以外の領域をシートパイル９などの遮水壁にて画成することで、供給空気量や供給栄養塩水の量を所望量に調整することができ、浄化対象領域内の浄化効果を高めることができる。また、浄化対象領域外からの地下水の流入や汚染物質の領域外への拡散も防止することができる。

土壌浄化システム１００は、シートパイル９にて画成された浄化対象領域に造成されたスパージング井戸１０ａ，１０ａ，…と、スパージング井戸１０ａ，１０ａ，…に圧縮空気を供給するコンプレッサ６と、地表直下に造成された水平ドレーン５と、水平ドレーン５〜帯水層Ｇ２に跨るグラベルドレーン４，４，…と、水平ドレーン５に連通する真空ユニット７とから大略構成されている。

コンプレッサ６は、各スパージング井戸１０ａ，１０ａ，…に送気管にて接続されており、空気量や空気圧を制御するためのバルブ６１と、流量計６２、圧力計６３が配設されている。なお、図示を省略するが、栄養塩水を供給する場合には、貯水槽と、栄養塩貯留槽と、双方を添加する添加槽などを別途設け、かかる設備が各スパージング井戸１０ａ，１０ａ，…と送液管にて接続された構成とすることができる。なお、土壌に空気と栄養塩水を供給することにより、土壌に生息する微生物が活性化し、汚染物質の分解が促進される。この際、微生物は、土粒子の間隙を通過する空気と栄養塩水の流れに沿って活性化し、汚染物質の分解がおこなわれ、微生物フロックが形成されて上記間隙が閉塞される。そのため、圧入された空気や栄養塩水の流れは新たな間隙へと移行し、微生物の分解が汚染帯域内に拡大していくこととなる。

コンプレッサ６から送られた圧縮空気は、スパージング井戸１０ａを構成する第１流路１０ａ１を通り、第１空間１０ａ２からスクリーン１０ａ３を介して帯水層Ｇ２内に供給される（矢印Ｘ１）。一方、同様にコンプレッサ６から送られた圧縮空気は、第２流路１０ａ４を通り、スクリーン１０ａ５を介して帯水層Ｇ１内に供給される（矢印Ｙ１）。ここで、真空ユニット７を稼動することによって水平ドレーン５内を真空吸引し、水平ドレーン５に連通するグラベルドレーン４，４，…も真空吸引される。水平ドレーン５内が真空吸引されることによって帯水層Ｇ１内が真空吸引でき、スパージング井戸１０ａからの空気の供給と水平ドレーン５からの空気および揮発性物質の吸引（矢印Ｙ２）によって、土壌の浄化がおこなわれる。

一方、帯水層Ｇ２においては、スパージング井戸１０ａからの空気の供給と、グラベルドレーン４からの空気および揮発性物質の吸引（矢印Ｘ２）によって、土壌の浄化がおこなわれる。

真空ユニット７にて吸引された気体は活性炭ユニット８１に送られ、無害化された後に放出管８２より大気へ放出される（矢印Ｗ）。

図示する実施例では、浄化対象の帯水層が２層であったが、例えば３層の帯水層と各層間に不透水層が介在している地盤においては、図１に示すスパージング井戸１０を最深の帯水層下方まで造成し、真空吸引用のグラベルドレーンを最深の帯水層上方まで造成することによって土壌浄化システムが構築される。なお、浄化対象領域内に造成されるスパージング井戸やグラベルドレーンの外径やその数量、設置間隔や、コンプレッサおよび真空ユニットの性能などは、土質性状や汚染物質の種類、汚染の程度、浄化期間などによって適宜調整されるものである。

本発明の土壌浄化システムによる浄化効果を確認する目的で、複数の帯水層が汚染されているベンゼン汚染サイトにおいて実証試験をおこなった。本実験は、２層の汚染帯水層のうち、下方に位置する汚染帯水層の浄化効果が、多重管構造のスパージング井戸と真空吸引によって十分に得られるか否かを確認するものである。図４は、実証実験における土壌浄化システムと観測井戸の概要を示した模式図を土層とともに示した図である。地盤は、地表から深度約６ｍまでベンゼンで汚染された帯水層Ｇ１からなり、６〜８ｍ程度の深度にシルトからなる不透水層Ｇ４が堆積し、その下方に深度１２ｍ程度までベンゼンで汚染された帯水層Ｇ２が堆積している。

本実験では、この１２ｍ深度以深まで図５に示すスパージング井戸１０ｂを設置し、該スパージング井戸１０ｂから０．７５ｍ間隔で４本の観測井戸Ｋ１〜Ｋ４を同深度まで設置した。これは、上方の帯水層１のスパージング影響範囲がスパージング井戸から半径３ｍ範囲内であるものと想定されることから、かかる範囲内で４本の観測井戸を設けたものである。このうち、観測井戸Ｋ４は排出井戸を兼ねるものとし、地上部から帯水層Ｇ２に供給された空気や揮発性物質を回収することとした。スパージング井戸１０ｂへの圧縮空気はコンプレッサ６から供給され、流量計６２や圧力計６３を視認しながらバルブ６１にて所定の空気供給量となるように実験がおこなわれた。本実験では、浄化開始から１５日目までは５０Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）、１５日目から２８日目までは１５０Ｌ／ｍｉｎの空気が帯水層Ｇ２に供給されるように調整した。また、地盤内の有用微生物を活性化させるための栄養塩水の供給は、空気と同様にスパージング井戸１０ｂを介して１Ｌ／ｍｉｎの流量で連続的に供給した。また、スパージング井戸１０ｂより供給された栄養塩水の地盤内における分布状況を把握するために、トレーサー物質として臭化ナトリウムを水道水に２００ｍｇ／Ｌとなるように添加した。

図５は、本実験で使用したスパージング井戸用の管路である。具体的には、図のＸ１が上方の帯水層用の注水口、Ｘ２が上方のエア用の注入口、Ｘ４が下方の帯水層用の注水口、Ｘ３が下方のエア用の注入口であり、Ｘ５（最外郭の管路）は規格がＳＧＰ５０Ａ（φ６０．５ｍｍ）の管路、Ｘ６は上方帯水層用のスクリーン、Ｘ８はＳＧＰ５０Ａ（φ６０．５ｍｍ）の管路で、Ｘ９が下方帯水層用のスクリーン、ＳＧＰ５０Ａの管路同士は、ソケットＸ７にて接続されている。二点鎖線部は、管路の一部の内部構造を拡大した図であり、二重管構造の内側管路の規格がＳＧＰ２０Ａ（φ２７．２ｍｍ）の管路からなり、この管路同士もソケットＸ７１にて接続されている。なお、管路Ｘ５，Ｘ８を繋ぐ２つのソケットＸ７，Ｘ７は、ねじ部材Ｘ７２によって繋がれている。

浄化実施期間中における各観測井戸Ｋ１〜Ｋ４の酸化還元電位（ＯＲＰ）、臭化物イオン濃度、全有機炭素濃度（ＴＯＣ）、およびベンゼン濃度をそれぞれ図６ａ〜ｄに示す。

まず、図６ａより、スパージング影響範囲のすべて（観測井戸Ｋ１〜Ｋ４）において、空気（酸素）の供給に起因する酸化還元電位の上昇を確認することができる。

また、図６ｂより、臭化物イオン濃度も浄化期間を通じて各観測井戸にて上昇傾向を示し、スパージング井戸から帯水層Ｇ２内に供給された栄養塩がスパージング影響範囲に行き渡っていることが確認できる。図６ａ，ｂより、下方の帯水層Ｇ２においても、上方の帯水層Ｇ１と同様に、空気と栄養塩水の双方を所定の範囲内に拡散（供給）できることが確認された。

上記する空気と栄養塩水の必要十分な供給により、図６ｃに示すように有機炭素化合物（ＴＯＣ）の減少が確認でき、図６ｄに示すように、地下水中のベンゼン濃度を約３週間のスパージングによって環境基準値であるＰ線（０．０１ｍｇ／Ｌ）未満に低減させることができた。

上記するように、本発明のスパージング井戸によれば、１本の井戸から複数の帯水層に対して空気や栄養塩水を供給することができるため、浄化に必要な井戸本数を低減することができ、井戸施工時の掘削延長を短縮できる等により、施工コストの大幅な低減と工期の大幅な短縮を実現することができる。また、スパージング井戸の内部構造は各帯水層ごとに固有の流体流路が画成されているため、個々の帯水層の汚染状況に応じて流体流量や圧力の適宜な調整がおこなえる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明のスパージング井戸の一実施形態の縦断図。（ａ）は、図１のＩＩ_ａ−ＩＩ_ａ矢視図であり、（ｂ）は、図１のＩＩ_ｂ−ＩＩ_ｂ矢視図であり、（ｃ）は、図１のＩＩ_ｃ−ＩＩ_ｃ矢視図。本発明の土壌浄化システムの一実施形態の模式図。実証実験における土壌浄化システムおよび観測井戸の概要を示した模式図。実証実験で使用したスパージング井戸用の管路の縦断図。実証実験結果を示したグラフであり、（ａ）は、酸化還元電位（ＯＲＰ）の時系列変化を、（ｂ）は、臭化物イオン濃度の時系列変化を、（ｃ）は、全有機炭素濃度（ＴＯＣ）の時系列変化を、（ｄ）は、ベンゼン濃度の時系列変化を示したグラフ。従来の土壌浄化システムを示した模式図であって、一層の汚染土層からなる汚染地盤を浄化対象とした場合の図。従来の土壌浄化システムを示した模式図であって、二層の汚染土層からなり、各層間にシルト層が介在している汚染地盤を浄化対象とした場合の図。

符号の説明

１…管路、１１ａ…第１流路、１１ｂ…第１空間、１２ａ…第２流路、１２ｂ…第２空間、１３ａ…第３流路、１３ｂ…第３空間、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…排出孔、２ａ，２ｂ，２ｃ…スクリーン（金網）、３…砂、４…グラベルドレーン（排出井戸）、５…水平ドレーン（排出井戸）、６…コンプレッサ（供給手段）、７…真空ユニット、９…シートパイル、１０，１０ａ…スパージング井戸、１００…土壌浄化システム、Ｇ１…第１帯水層、Ｇ２…第２帯水層、Ｇ３…第３帯水層、Ｇ４,Ｇ５…不透水層

Claims

少なくとも２以上の汚染土層からなる汚染地盤を浄化するスパージング井戸であって、
前記スパージング井戸は、所定長さの１本の管路からなり、該管路内は、空気や液体を含む流体を案内する複数の流路に画成されており、それぞれの流路が固有の汚染土層に対応する位置で固定され、該固有の汚染土層に流体を供給できるように構成されていることを特徴とする、スパージング井戸。
前記スパージング井戸は、複数の断面寸法の異なる流路から構成されており、
最下層の汚染土層に流体を供給する流路が前記管路内の中央に配設され、相対的に上方の汚染土層に流体を供給する流路が、相対的に下方の汚染土層に流体を供給する流路を包囲するように配設されることによって複数の流路と管路からなる多重構造を形成しており、
それぞれの流路の下方にはスクリーンが形成されており、管路から各スクリーンを介して各汚染土層に流体が供給されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のスパージング井戸。
請求項１または２に記載のスパージング井戸と、地表から各汚染土層内に設置されて、各層内を通過した通過流体を地上へ導くための排出井戸と、スパージング井戸に流体を供給する供給手段と、から少なくとも構成されている土壌浄化システム。
スパージング井戸を構成するそれぞれの流路ごとに前記供給手段が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の土壌浄化システム。
請求項３または４に記載の土壌浄化システムにおいて、
各層内から通過流体を強制的に排出するための排出手段が排出井戸に接続されていることを特徴とする、土壌浄化システム。
地表面と、該地表面に最も近い位置にある不透水層または難透水層と、の間の汚染土層内に設置される排出井戸が、水平方向に延在していることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の土壌浄化システム。