JP4871001B2 - 電気浸透法による汚染地盤浄化の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、環境基準に設定されている汚染物質によって汚染された地盤の浄化技術に属するものであって、特に、電気浸透現象を利用した浄化に対する評価方法に関するものである。

地盤の汚染は、地中に混入した廃棄物等の汚染源から溶出した汚染物質が地下水に拡散することによって生じる。このような汚染地盤を浄化する方法には、大きく分けて、汚染源及びその周辺地盤を掘削撤去して良質土により埋め戻すといった置換法や、汚染源の周囲に複数の井戸を掘削して、汚染された地下水をポンプで汲み上げる原位置浄化方法がある。

すなわち、浄化対象地盤（汚染地盤）が、例えば稼動中の工場の敷地であるような場合は、生産ラインの停止が不可能なことや、ストックヤードの問題などから、置換法による浄化方法を採用できないことがあり、このような場合は、地下水の汲み上げによる原位置浄化方法が採用されることになる。ところが、地盤中のシルト分や粘土分が多いほど地下水流が緩慢となるため、汚染源がこのような難透水性地盤にある場合は、地下水をポンプで汲み上げるだけでは効率良く浄化を行うことができない。

そこで、近年は、地盤に直流電流を流すことによって土中水を強制的に移動させる電気浸透現象を利用し、地下水をポンプで汲み上げることによる地下水流との協働によって、難透水性地盤での浄化効率を上げる方法が開発されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−３０９５６２号公報

しかしながら、電気浸透現象による浄化効果を予測したり、浄化を確認するための方法は、確立されていなかった。

すなわち、従来、電気浸透現象による浄化効果を評価するための方程式として、基本的に次式（１）が示されている。

しかし、実際の浄化は少なくとも２次元問題、詳細には３次元問題であるのに対し、上記式（１）は、１次元の簡単な境界条件にのみ採用可能な支配方程式であるため、そのままの形では浄化を評価することが不可能である。また、自然界の挙動では、通常、動水勾配による水の動きを伴うのに対し、上記式（１）による評価は、電気浸透現象による土中水の動きのみを対象としており、動水勾配による土中水の動きが反映されていない。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題とするところは、電気浸透現象を利用した浄化において、浄化に要する期間の見積りや適切な井戸の配置計画、更に電源の設計を行うのに有用な評価を行うための方法を提供することにある。

上述の技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る電気浸透法による汚染地盤浄化の評価方法は、地中へ給水する復水井戸と、地下水を汲み上げる揚水井戸を、前記復水井戸から前記揚水井戸へ向けて流れる地下水流が浄化対象地盤を経由するように設けると共に、前記復水井戸側と前記揚水井戸側との間の前記浄化対象地盤に直流電圧を印加する電気浸透法による汚染地盤浄化において、あらかじめ前記浄化対象地盤の透水係数、電気伝導度、水頭圧分布、及び電気浸透透水係数を計測し、これらのデータを次式（２）（３）に代入することによって、前記揚水井戸からの汲み上げ量及び前記復水井戸への復水量と、印加電圧による電流値を算出するための、電気浸透現象による流速を加味した地下水の流量と水頭差の関係を求めるものである。

なお、電気現象に関する上記式（２）は、地下水流に対して電子の動きが桁違いに大きいことから定常状態を考えた計算としているが、電荷密度の変化を考慮した非定常状態で計算することも可能である。

上記式（２）は、浸透流解析の基礎方程式に電気浸透現象による水分移動を求める式（１）を一般化して上乗せさせたものであり、これによって、揚水あるいは復水量、ひいては地下水流の流速ベクトル分布が求められる。また、式（３）は定常状態における通常のオームの法則による電気現象の基礎方程式であり、この式（３）から電圧分布が計算され、その結果は式（２）の左辺第２項に反映されて水分移動に影響を与えることとなる。

本発明に係る電気浸透法による汚染地盤浄化の評価方法によれば、任意の時空的条件で電気浸透現象による効果を評価することが可能であり、その評価結果は、浄化に要する期間の見積りや適切な井戸の配置計画、更に電源の設計を行うための基礎資料とすることができる。

以下、本発明の電気浸透法による汚染地盤浄化の評価方法について、図面を参照しながら説明する。図１は、電気浸透法による汚染地盤浄化工法を示す断面図、図２は、同じく断面斜視図である。これら図１及び図２において、参照符号１は、シルト分や粘土分が多い粘性土からなる難透水性地盤（以下、単に地盤という）、参照符号２は、この地盤１内の汚染物質による汚染領域、ＧＷＬは地下水位である。

地盤１には、汚染領域２に達する揚水井戸３を掘削し、更にこの汚染領域２を取り囲む位置に、複数の復水井戸４を掘削する。また、復水井戸４と隣接する位置であって好ましくは揚水井戸３から互いに略等距離となる位置に、それぞれ導体金属からなる陽極棒５を挿入し、導線６を介して直流電源８の陽極端子に電気的に接続する一方、この直流電源８の陰極端子を、鋼管等、導体金属からなる揚水井戸３のライニング３ａに電気的に接続する。なお、参照符号９は、電源スイッチである。

なお、陰極や陽極の配置は地盤１のゼータ電位に依存するものであり、一般には地盤１のゼータ電位はマイナスに帯電していることが多いので、通常は上述のように揚水井戸３側を陰極、復水井戸４側を陽極とするが、地盤１がプラスに帯電している場合はこの逆に電極を設置することとなる。したがって、ここでは、地盤１のゼータ電位がマイナスであるために揚水井戸３側を陰極、復水井戸４側を陽極としているものである。

また、揚水井戸３には水中ポンプ７を設置し、この揚水井戸３に湧き出した地下水ＧＷを汲み上げることができるようにする一方、復水井戸４には、不図示のウォーターポンプによって、汚染されていない水Ｗを供給できるようにする。

この状態で、揚水井戸３から水中ポンプ７によって地下水ＧＷを汲み上げると共に、復水井戸４に水Ｗを供給すると、その間の地盤１内には、揚水井戸３側と復水井戸４側の水頭圧の差によって地下水圧傾度を生じ、汚染領域２を経由する地下水流ＷＦを生じる。したがって、汚染領域２に存在する汚染物質も地下水流ＷＦに引きつられて揚水井戸３へ移動し、水中ポンプ７によって地下水ＧＷと共に回収されるが、浄化が進むにつれてその効率は低下する。しかも、地盤１はシルト分や粘土分が多いので、透水性が低く、上述の水頭圧差だけでは回収効率はかなり低いものとなってしまう。

そこで、直流電源８を駆動させ、揚水井戸３のライニング３ａと、その周囲に配置された復水井戸４側の陽極棒５との間に直流電圧を印加することによって、電気浸透現象により、陽極棒５側から陰極となる揚水井戸３側へ向けて地下水を強制移動させる電気浸透法による浄化工法を併用する。

したがって、揚水井戸３側と復水井戸４側の水頭圧の差による地下水圧傾度に、復水井戸４側と揚水井戸３側の電位差による電気浸透現象が上乗せされることによって、浄化効率を高めることができる。また、電気浸透現象によって揚水井戸３へ水が移動した結果、土中の水分量が減少すると、通電効果が低下してしまうことになるが、復水井戸４からは水Ｗが随時補給されることによって地下水位ＧＷＬが保たれるので、電気浸透作用が持続される。

ここで、復水井戸４を直接陽極にしないのは、一般に陽極は電解によって損傷を発生するので、長期にわたりそのままの形で使用することが困難だからである。したがって、陽極の電解を回避するよりも、陽極は電解するものとして、手軽に交換可能なシステムで対応することが合理的である。そして図示の工法のように、復水井戸４とは別に、その近傍の地盤に陽極棒５を配置することによって、電解により経時的に損傷する陽極を適時に交換することができる。

ここで、上述のような電気浸透法による汚染浄化工法の実施において必要となる情報は、浄化効果の評価及び電源のスペックである。また、浄化効果の評価は、工期に対し電気浸透現象も考慮した上での揚水量及び復水量や、工期が制約条件となった場合などにおいては、必要な揚水量及び復水量を求めることによって行う。そしてこれらの情報は、汚染の状況や、井戸の配置計画に依存する。

したがって、上述した図１及び図２に示される工法を実施する浄化対象区域が決定したら、あらかじめ、当該区域の地盤１の透水係数、電気伝導度、水頭圧分布を適切な調査によって求めておく。更には、室内試験あるいは試験施工などによって、あらかじめ電気浸透透水係数を求めておく。そして、これら基礎的な地盤データを、先に説明した基礎方程式（２）（３）によって、汲み上げ量、復水量、作用電圧から生じる電流値を算出するための、電気浸透現象による流速を加味した地下水の流量と水頭差の関係を求めることができる。

このため、任意の時空的条件で電気浸透現象による効果を評価することが可能となり、複雑な境界条件では、差分法や有限要素法等で離散化して連立１次方程式に帰着させて解を得ることも可能である。また、離散化された連立１次方程式が大規模となる場合にはコンピュータによる演算で解を得ることができる。

このような手法で得られる評価結果は、浄化期間の見積もりすなわち工期の把握や、適切な井戸の配置計画さらにそれに伴う電気作用源である電源の設計を行なう基礎資料とすることができる。すなわち、実施段階においては、可能な井戸の設置数と汚染状況によって井戸の配置計画がなされる。そのとき、電源の容量が先に決まった場合には、作用電圧による流量が求められ、これにより工期が概算される。また、工期が制約されている条件では、必要な作用電圧、つまり電源のスペックが決定されることとなる。

本発明に係る評価方法による評価対象となる電気浸透法による汚染地盤浄化工法を示す断面図である。 本発明に係る評価方法による評価対象となる電気浸透法による汚染地盤浄化工法を示す断面斜視図である。

符号の説明

１ 地盤
２ 汚染領域
３ 揚水井戸
３ａ ライニング
４ 復水井戸
５ 陽極棒
６ 導線
７ 水中ポンプ
８ 直流電源

Claims (1)

1. 地中へ給水する復水井戸と、地下水を汲み上げる揚水井戸を、前記復水井戸から前記揚水井戸へ向けて流れる地下水流が浄化対象地盤を経由するように設けると共に、前記復水井戸側と前記揚水井戸側との間の前記浄化対象地盤に直流電圧を印加する電気浸透法による汚染地盤浄化において、あらかじめ前記浄化対象地盤の透水係数、電気伝導度、水頭圧分布、及び電気浸透透水係数を計測し、これらのデータを次式に代入することによって、前記揚水井戸からの汲み上げ量及び前記復水井戸への復水量と、印加電圧による電流値を算出するための、電気浸透現象による流速を加味した地下水の流量と水頭差の関係を求めることを特徴とする電気浸透法による汚染地盤浄化の評価方法。
   

   

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