JP4821821B2 - 汚染土壌の浄化方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、汚染土壌に存在する汚染物質を回収浄化する浄化方法及びシステムに関する。

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かえって浄化の支障となり、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、地盤内所定層、特に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汚染土壌の浄化方法及びシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、地盤内所定層のうち、汚染物質で汚染されている汚染領域内の土粒子に振動を付与し、次いで、該汚染領域に通気又は通水を行うことで前記汚染物質を空気又は水に連行させながら前記汚染物質を前記空気又は水とともに回収する汚染土壌の浄化方法であって、前記汚染領域までボーリング孔を掘削して該ボーリング孔にエアパイプを挿入し、該エアパイプを介して地上から前記汚染領域に空気振動を伝達することにより、前記土粒子に振動を付与することを特徴とする。

また、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、地盤内所定層のうち、汚染物質で汚染されている汚染領域内の土粒子に振動を付与し、次いで、該汚染領域に通気又は通水を行うことで前記汚染物質を空気又は水に連行させながら前記汚染物質を前記空気又は水とともに回収する汚染土壌の浄化方法であって、前記汚染領域に高圧空気圧入装置および強制排気装置を設け、前記高圧空気圧入装置による高圧空気の圧入と、前記強制排気装置による強制排気とを一定のサイクルで繰り返すことにより、前記土粒子に振動を付与することを特徴とする。

また、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、前記所定層を難透気透水層としたものである。

また、本発明に係る汚染土壌の浄化システムは、地盤内所定層のうち、汚染物質で汚染されている汚染領域内の土粒子に振動を付与する振動付与機構と、該汚染領域に通気又は通水を行い、前記通気又は通水された空気又は水に連行された汚染物質を該空気又は水とともに回収する回収機構と、を備えた汚染土壌の浄化システムであって、前記振動付与機構は、前記汚染領域まで掘削して形成されたボーリング孔と、該ボーリング孔に挿入されたエアパイプとを有し、該エアパイプを介して地上から前記汚染領域に空気振動を伝達することにより、前記土粒子に振動を付与することを特徴とする。

また、本発明に係る汚染土壌の浄化システムは、地盤内所定層のうち、汚染物質で汚染されている汚染領域内の土粒子に振動を付与する振動付与機構と、該汚染領域に通気又は通水を行い、前記通気又は通水された空気又は水に連行された汚染物質を該空気又は水とともに回収する回収機構と、を備えた汚染土壌の浄化システムであって、前記振動付与機構は、高圧空気圧入装置と強制排気装置との組み合せにより構成され、前記高圧空気圧入装置による高圧空気の圧入と、前記強制排気装置による強制排気とを一定のサイクルで繰り返すことにより、前記土粒子に振動を付与することを特徴とする。

また、本発明に係る汚染土壌の浄化システムは、前記所定層を難透気透水層としたものである。

本発明に係る汚染土壌の浄化方法及びシステムにおいては、所定の振動付与機構により、具体的には、汚染領域に対して空気又は水を噴射することにより、当該汚染領域内の土粒子に振動を付与する。

このようにすると、付与された振動により、土粒子同士がぶつかり合って該土粒子間にあらたな間隙が生じたり、元の大きさよりも間隙が大きくなったり、土粒子の骨格が破壊されたりするとともに、土粒子同士が擦れ合うことで該土粒子の表面に付着していた汚染物質が該表面から剥がれる。かかる状態においては、通気通水された空気や水が土粒子間の間隙を流れる際、その流動抵抗は大幅に低下するとともに、土粒子に付着していた汚染物質が土粒子間の間隙に遊離してくるため、汚染物質も空気や水に連行されやすくなる。

そのため、通気通水された空気や水に汚染物質を連行させながら、汚染物質を空気や水とともに回収機構で回収するようにすれば、あらゆる土層において従来のガス吸引法、地下水揚水法、エアスパージング法等よりもはるかに高い効率で汚染物質を回収することができるとともに、特に、従来法では不可能だった難透気透水層に対しては顕著な作用効果を発揮し、かかる難透気透水層の浄化を確実かつ効率よく行うことが可能となる。

汚染物質は、主として油や揮発性有機化合物（ 揮発性有機塩素化合物を含む） が対象となるが、ダイオキシン類など、空気や水に連行させることが可能な物質であればすべて本発明でいうところの汚染物質に含まれる。

難透気透水層とは、主としてシルト層や粘土層を意味するが、透気性及び透水性が悪いために通水洗浄、ガス吸引、エアスパージング法等の従来法では汚染物質を回収することができないのであれば、シルト又は粘土のほかに砂を含む土層も当然本発明でいう難透気透水層に含まれる。

振動付与機構は、空気圧入及び強制排気を一定のサイクルで繰り返し、あるいは、浄化対象となる所定層まで地上からボーリング孔を掘削して該ボーリング孔にエアパイプを挿入し、該エアパイプを介して地上から前記汚染領域に空気振動を伝達する。

以下、本発明に係る汚染土壌の浄化方法及びシステムの参考例及び実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

（第１参考例）
図１は、本参考例に係る汚染土壌の浄化システムを示した図である。本参考例に係る汚染土壌の浄化システム１は同図に示すように、地下水位より上に存在する所定層としての不飽和難透気透水層２のうち、油やダイオキシン類あるいは揮発性有機塩素化合物といった汚染物質３で汚染されている汚染領域４に通気用空気を送り込む通気用空気圧入機構５と、汚染領域４に振動を付与する振動付与機構４１と、通気された空気に連行された汚染物質３を該空気とともに吸引し浄化処理を行う回収機構としてのガス処理設備１３とを備える。

不飽和難透気透水層２は、シルト、粘土又は粘性土を主成分とする土からなるため、透気性に劣り、そのままの状態ではガス吸引が困難な土層であり、それに対し、不飽和透気層７は、透気性を有する例えば砂質土からなる土層となっている。

通気用空気圧入機構５は、エアコンプレッサー１２と、該エアコンプレッサーから送気されてきた空気を中間貯留する空気タンク１１と、該空気タンク１１に接続された圧入管９とからなり、該圧入管は、その下端に設けられた空気吐出口８から通気用の空気を吐出できるようになっている。

ガス処理設備１３は、不飽和難透気透水層２の上方に拡がる不飽和透気層７に埋設された吸引管１４と、該吸引管に接続された気液分離槽１５と、該気液分離槽の気相空間に連通接続された吸引ブロア１６と、該吸引ブロアに接続された活性炭フィルター槽１７と、気液分離槽の液相空間に連通接続された水処理設備１８とから構成してある。

振動付与機構４１は、不飽和難透気透水層２まで掘削された立坑４２と該立坑の掘削底に設置された起振機４３とからなり、該起振機を駆動することにより所望の周波数の振動を不飽和難透気透水層２の汚染領域４に付与することができるようになっている。

本参考例に係る汚染土壌の浄化システム１を用いて不飽和難透気透水層２の汚染領域４を浄化するには、まず、起振機４３を駆動することで不飽和難透気透水層２の汚染領域４内の土粒子に振動を付与するとともに、通気用空気圧入機構５を作動させることで圧入管９の下端に設けられた空気吐出口８から通気用の空気を吐出する。

このようにすると、土粒子同士がぶつかり合って該土粒子間にあらたな間隙が生じたり、元の大きさよりも間隙が大きくなったり、粘性土の骨格が破壊されたりするとともに、土粒子同士が擦れ合うことで該土粒子の表面に付着していた汚染物質が該表面から剥がれる。

図２は、それらのうち、粘性土の骨格破壊が生じる場合を例に挙げたものであって、同図(a)は、起振機４３による加振を行う前の粘性土の骨格、同図(b)は加振を行った後の粘性土の骨格の様子を示したものである。

これらの図でわかるように、粘性土の骨格は、起振機４３による振動付与により破壊されて土粒子がばらばらになり、間隙（空隙）２１があらたに生じるとともに、土粒子表面に付着していた汚染物質３は該土粒子から剥離する。

骨格が破壊されない場合も、上述した起振機４３による振動付与によってあらたな間隙が生じたり、元の間隙が大きくなったりすることに変わりはなく、かくして、通気された空気２２は、土粒子間の間隙２１を流れる際、その流動抵抗が大幅に低下して流れやすくなるとともに、土粒子に付着していた汚染物質３が土粒子間の間隙２１に遊離しているため、汚染物質３も空気２２に連行されやすくなる。

次に、通気された空気２２に汚染物質３を連行させながら該汚染物質を空気２２とともにガス処理設備１３で吸引し浄化処理を行う。吸引は、吸引ブロア１６を作動させることにより行う。

次に、吸引された汚染物質連行空気を気液分離槽１５で液体と気体に分離し、気体については、活性炭フィルター槽１７に通して汚染物質３を活性炭に吸着させ、その後、大気に放出するとともに、液体については、水処理設備１８で汚染物質３を除去し、その後、河川等に放流する。

なお、不飽和透気層７といえども、吸引される物質は完全にガスだけではなく、降雨等の気象条件によっては多少なりとも水分も吸引されるため、気液分離槽１５を介在させるとともに水処理設備１８を設置するのが望ましいことは言うまでもない。

以上説明したように、本参考例に係る汚染土壌の浄化方法及びシステムによれば、起振機４３による汚染領域４への振動付与により、該汚染領域内の土粒子同士がぶつかり合って該土粒子間にあらたな間隙が生じたり、元の大きさよりも間隙が大きくなったり、土粒子の骨格が破壊されたりするとともに、土粒子同士が擦れ合うことで該土粒子の表面に付着していた汚染物質３が該表面から剥がれる。

かかる状態においては、通気された空気２２が土粒子間の間隙を流れる際、その流動抵抗は大幅に低下するとともに、土粒子に付着していた汚染物質３が土粒子間の間隙に遊離してくるため、汚染物質３も空気２２に連行されやすくなる。

そのため、汚染物質３を空気２２とともに吸引し浄化処理を行うようにすれば、従来のエアスパージング法等では不可能だった不飽和難透気透水層２の浄化を確実かつ効率よく行うことが可能となる。

（第２参考例）
次に、第２参考例について説明する。なお、本参考例は、第１参考例の通気洗浄に代えて、通水洗浄を行う構成を採用したものであり、第１参考例と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３は、第２参考例に係る汚染土壌の浄化システムを示した図である。同図でわかるように、本参考例に係る汚染土壌の浄化システム３１は、所定層としての飽和難透気透水層２ａのうち、油やダイオキシン類あるいは揮発性有機塩素化合物といった汚染物質３で汚染されている汚染領域４に振動を付与する振動付与機構４１と、汚染領域４を挟む対向位置に埋設された注水井戸３２及び揚水井戸３３と、揚水井戸３３を介して揚水された水を浄化するとともに浄化された処理水を注水井戸３２に循環圧送する水処理設備８とを備える。

ここで、揚水井戸３３は、図示しない揚水ポンプを底部に配置してあり、汚染物質連行水を回収可能な回収機構として機能する。

飽和難透気透水層２ａは、シルト、粘土又は粘性土を主成分とする土からなるため、透水性に劣り、そのままの状態では通水洗浄が困難な土層である。

振動付与機構４１は、飽和難透気透水層２ａまで掘削された立坑４２と該立坑の掘削底に設置された起振機４３とからなり、該起振機を駆動することにより所望の周波数の振動を飽和難透気透水層２ａの汚染領域４に付与することができるようになっている。

本参考例に係る汚染土壌の浄化システム３１を用いて飽和難透気透水層２ａの汚染領域４を浄化するには、第１参考例と同様、まず、起振機４３を駆動することで不飽和難透気透水層２の汚染領域４内の土粒子に振動を付与するとともに、汚染物質３が除去された処理水を洗浄水として水処理設備１８から注水井戸３２に圧送し、該洗浄水を揚水井戸３３の底部に設置した図示しない揚水ポンプを介して揚水する。

このようにすると、従来行われていたエアスパージング法や気泡連行浄化法とは異なり、起振機４３による汚染領域４への振動付与により、土粒子同士がぶつかり合って該土粒子間にあらたな間隙が生じたり、元の大きさよりも間隙が大きくなったり、粘性土の骨格が破壊されたりするとともに、土粒子同士が擦れ合うことで該土粒子の表面に付着していた汚染物質が該表面から剥がれる。

その結果、注水井戸３２から注水された洗浄水は、飽和難透気透水層２の汚染領域４内における土粒子間の間隙を流れる際、その流動抵抗が大幅に低下して流れやすくなるとともに、土粒子に付着していた汚染物質３が土粒子間の間隙に遊離しているため、汚染物質３も注水された水に連行されやすくなる。

すなわち、かかる注水及び揚水において、注水井戸３２及び揚水井戸３３は、上述したように汚染領域４を挟む対向位置に埋設してあり、汚染領域４が通水洗浄され、揚水された水には、汚染領域４内の汚染物質３が含まれる。

次に、揚水井戸３３から揚水された水を水処理設備１８で浄化した後、その処理水を注水井戸３２に戻すとともに、余剰分は適宜、放流する。

以上説明したように、本参考例に係る汚染土壌の浄化方法及びシステムによれば、従来行われていたエアスパージング法や気泡連行浄化法とは異なり、起振機４３による汚染領域４への振動付与により、土粒子同士がぶつかり合って該土粒子間にあらたな間隙が生じたり、元の大きさよりも間隙が大きくなったり、土粒子の骨格が破壊されたりするとともに、土粒子同士が擦れ合うことで該土粒子の表面に付着していた汚染物質３が該表面から剥がれる。

かかる状態においては、注水された水が土粒子間の間隙を流れる際、その流動抵抗は大幅に低下するとともに、土粒子に付着していた汚染物質３が土粒子間の間隙に遊離してくるため、汚染物質３も注水された水に連行されやすくなる。

そのため、注水井戸３２から注水された水に汚染物質３を連行させながら揚水井戸３３から揚水することで、従来のエアスパージング法等では不可能だった飽和難透気透水層２の浄化を確実かつ効率よく行うことが可能となる。この場合、例えばカドミウム、鉛、銅、亜鉛、ニッケル、クロムといった重金属をも回収することができることはいうまでもない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態では、浄化の対象となる所定層、特に難透気透水層（以下、所定層を難透気透水層を例として説明する）までボーリング孔を掘削して該ボーリング孔にエアパイプを挿入し、該エアパイプを介して地上から難透気透水層の汚染領域に空気振動（所定周波数の音波、超音波を含む）を伝達する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、バイオプスター工法（地盤内に空気を圧入することで該地盤内の微生物活性を高める工法）で利用されている高圧空気圧入装置と真空ポンプを備えた強制排気装置とを組み合わせて振動付与機構を構成し、該高圧空気圧入装置による高圧空気の圧入と強制排気装置による強制排気とを一定のサイクルで繰り返すことによって難透気透水層の汚染領域に振動付与する。

また、別の参考例として、難透気透水層まで地上からボーリング孔を掘削し該ボーリング孔にダイナマイトを設置し、該層内にて振動を発生させるようにしてもよい。

また、上述の各参考例及び実施形態では、所定層を難透気透水層としたが、本発明は、かかる層に限定されるものではなく、例えば砂質地盤からなる透気層あるいは透水層を所定層としてもよい。

かかる砂質地盤は、従来のガス洗浄あるいは通水洗浄によっても浄化が可能であるが、本発明では、振動付与機構によって土粒子の表面に付着した汚染物質を剥離させる作用を生ぜしめることができるため、従来法よりも浄化の効率がはるかに向上する。

第１参考例に係る汚染土壌の浄化システムの概略図。 本参考例に係る汚染土壌の浄化方法の作用の一例を示した模式図。 第２参考例に係る汚染土壌の浄化システムの概略図。

符号の説明

１，３１ 汚染土壌の浄化システム
２ 不飽和難透気透水層（所定層）
２ａ 飽和難透気透水層（所定層）
３ 汚染物質
４ 汚染領域
５ 通気用空気圧入機構
１３ ガス処理設備（回収機構）
３２ 注水井戸
３３ 揚水井戸（回収機構）

Claims (6)

1. 地盤内所定層のうち、汚染物質で汚染されている汚染領域内の土粒子に振動を付与し、次いで、該汚染領域に通気又は通水を行うことで前記汚染物質を空気又は水に連行させながら前記汚染物質を前記空気又は水とともに回収する汚染土壌の浄化方法であって、
   前記汚染領域までボーリング孔を掘削して該ボーリング孔にエアパイプを挿入し、該エアパイプを介して地上から前記汚染領域に空気振動を伝達することにより、前記土粒子に振動を付与することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
2. 地盤内所定層のうち、汚染物質で汚染されている汚染領域内の土粒子に振動を付与し、次いで、該汚染領域に通気又は通水を行うことで前記汚染物質を空気又は水に連行させながら前記汚染物質を前記空気又は水とともに回収する汚染土壌の浄化方法であって、
   前記汚染領域に高圧空気圧入装置および強制排気装置を設け、前記高圧空気圧入装置による高圧空気の圧入と、前記強制排気装置による強制排気とを一定のサイクルで繰り返すことにより、前記土粒子に振動を付与することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
3. 請求項１又は２において、
   前記所定層を難透気透水層とした汚染土壌の浄化方法。
4. 地盤内所定層のうち、汚染物質で汚染されている汚染領域内の土粒子に振動を付与する振動付与機構と、
   該汚染領域に通気又は通水を行い、前記通気又は通水された空気又は水に連行された汚染物質を該空気又は水とともに回収する回収機構と、
   を備えた汚染土壌の浄化システムであって、
   前記振動付与機構は、前記汚染領域まで掘削して形成されたボーリング孔と、該ボーリング孔に挿入されたエアパイプとを有し、該エアパイプを介して地上から前記汚染領域に空気振動を伝達することにより、前記土粒子に振動を付与することを特徴とする汚染土壌の浄化システム。
5. 地盤内所定層のうち、汚染物質で汚染されている汚染領域内の土粒子に振動を付与する振動付与機構と、
   該汚染領域に通気又は通水を行い、前記通気又は通水された空気又は水に連行された汚染物質を該空気又は水とともに回収する回収機構と、
   を備えた汚染土壌の浄化システムであって、
   前記振動付与機構は、高圧空気圧入装置と強制排気装置との組み合せにより構成され、前記高圧空気圧入装置による高圧空気の圧入と、前記強制排気装置による強制排気とを一定のサイクルで繰り返すことにより、前記土粒子に振動を付与することを特徴とする汚染土壌の浄化システム。
6. 請求項４又は５において、
   前記所定層を難透気透水層とした汚染土壌の浄化システム。