JP5063115B2 - 汚染した土壌から汚染物質を除去する方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、ストリッピングガスを用いて、かつ土壌中または土壌上に存在する生物学的活性層を用いて、土壌から汚染物質を除去する方法に関する。このような方法は、オランダ特許ＮＬ ８９０２８７９により既知のものとなっている。

それは、ストリッピングガスを用いて、土壌から汚染物質を除去する方法であって、ストリッピングガスを、土壌中、汚染物質の深さに、かつ／または汚染物質の下に注入し、汚染物質をストリッピングガスで揮発させ、ストリッピングガスを、汚染物質とともに、汚染した土壌の上の表面に上昇させる方法を記載している。上昇の間、汚染物質を有するストリッピングガスは、土壌中または土壌上に存在する生物学的活性層を通過する。

既知の方法の欠点は、汚染物質を有するストリッピングガスが、必ずしも、生物学的活性層が存在する位置、または生物学的活性層を設けることができる位置に上昇するとは限らないことである。オランダ特許ＮＬ ８９０２８７９は、汚染物質を有するストリッピングガスの広がりを、水スクリーン等のバリアーを設けることによって防止することができることを記載している。また、オランダ特許ＮＬ １０１４５７３は、ニューマチックスクリーンを設けることによって、ストリッピングガスをある程度一定方向に向けることができ、ストリッピングガスがランダムな方向に広がるのを防止することができることを記載している。しかし、これらは、汚染領域の全周に沿ってバリアーを設置することが不可能な状況における解決策を提示するものではない。そのような状況は、例えば、修復するべき土壌が、より大きな汚染領域の一部を形成する場合（例えば、汚染した土壌が、異なった所有者によって所有される地所にわたって延在し、すべての地所を同時に修復するべきであるとは限らない場合）、または、大きな領域にわたって延在する不透過層が、浄化するべき領域の上に存在する場合に生じる。

既知の方法のさらなる欠点は、例えば、大きな領域にわたって延在する不透過層が、汚染領域中またはその上に存在する場合、生物学的活性層を汚染物質の上に設けることができないことが多いことである。

本発明の目的は、土壌から汚染物質を除去する方法であって、上述の欠点を有しないか、またはほとんど有しない方法を提供することである。

この目的は、本発明の方法によって達成される。本発明の方法は、汚染した土壌から、ストリッピングガスを用いて、かつ土壌中または土壌上に存在する生物学的活性層を用いて、汚染物質を除去する方法であって、
（ａ）土壌中に、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を作り出す工程と、
（ｂ）ストリッピングガスを、土壌中、汚染物質の深さに、かつ／または汚染物質の下に注入する工程と、
（ｃ）汚染物質をストリッピングガスで揮発させる工程と、
を含み、
汚染物質を有するストリッピングガスの大部分が、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を介して、生物学的活性層に流れる方法である。

汚染物質は、生物学的活性層（生物学的層または生物層（ｂｉｏｌａｙｅｒ）と呼ばれることもある。）内で変換される。本発明において、生物学的活性層とは、生物学的活性材料を含有する層を意味する。生物学的活性材料とは、汚染物質を分解または変換することができる微生物を含有する材料を意味する。生物学的活性層は、連続的に、または不連続的に設けることができる。不連続的に設けるとは、生物学的活性層をばらばらに、すなわち、一緒になって生物学的活性層を形成するばらばらの画分の形態で設けることを意味する。一実施形態では、生物学的活性層を不連続的に設ける。不連続層の一例は、多数の溝（ｔｒｅｎｃｈ）および／または穴（ｈｏｌｅ）を含むものであり、これらの溝および／または穴は、形状および大きさの点で同じでも異なってもよい。溝の数、長さ、幅、および深さの組合せは、通常、最適な方法が確立されるように選択される。

本発明の方法では、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を土壌中に作り出す。本発明において、土壌という用語は、不透過層（存在する場合）を含む。このような不透過層は、汚染した土壌中に配置しても、土壌中で、かつ汚染した土壌の上に配置しても、また、地表または地上に配置してもよい。

本発明の方法の利点は、汚染物質を有するストリッピングガスを、生物学的層および／または生物学的材料が存在する領域（この領域は、汚染土壌の上に配置されていなくてもよい。あるいは、汚染土壌の上に正確に配置されていなくてもよい。）の方に向けることができることである。

本発明の方法の別の利点は、極めて深い位置の汚染物質も原位置で除去することができることである。汚染物質を生物学的活性層中、原位置で変換する既知の方法においては、極めて深い位置の修復の場合、ストリッピングガスを、土壌の厚い層を通じて表面に上昇させる必要がある。土壌の層の厚さとともに抵抗が増加するので、ストリッピングガスはほんのわずかしか表面に上昇しない。単位時間当たり生物学的活性層を流通するストリッピングガスが少ないと、修復はゆっくりとしか進まない。この問題は、ストリッピングガスをより高い圧力で注入しても容易に解決することができない。それは、土壌が高圧で亀裂し、ストリッピングガスが亀裂を通って上昇することがあり、その結果、生物学的活性層および汚染物質との接触が確立されないか、またはストリッピングガス中の汚染物質を満足に変換するのに十分な程度には確立されないからである。

本発明の方法のさらに別の利点は、汚染物質を有するストリッピングガスが、汚染した土壌と生物学的活性層との間の土壌と接触しないか、またはほとんど接触しないことである。したがって、修復過程の開始時において、除去するべき汚染物質が存在しなかったか、または処理を要しない程度の濃度しかそのような汚染物質を含有していなかった土壌層中に、汚染物質が残存するのを防止することができる。

本発明の方法の別の利点は、抵抗が周囲の領域の抵抗より低い媒体を配置することによって、汚染物質を有するストリッピングガスが生物学的活性層の方に向けられるので、総表面積が比較的小さい不連続な生物学的活性層であっても、汚染した土壌を浄化するのに十分であることである。したがって、広い領域にわたって延在する生物学的活性層を設けることはもはや必要でない。不連続層の方が、容易に設けることができる。本発明の方法の一実施形態では少なくとも１つのパイプを設置するが、このパイプは気体透過性であり、また、生物学的活性材料を含むものである。

一実施形態において、本発明の方法は、揮発した汚染物質を含むストリッピングガスのための近道を作り出すために、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を、修復するべき領域、すなわち、汚染した土壌、または汚染土壌のうち処理するべき部分と、その上に直接接していない生物学的活性層と、の間に作り出すことを特徴とする。媒体は、好ましくは、修復するべき領域と生物学的活性層との間に直線状に配置される。しかし、媒体中に少なくとも１つのカーブを導入することもできる。生物学的活性層は、通常、地上に、または地表に直接配置され、他方、汚染した土壌は、真下の極めて深い位置に配置される。しかし、本発明の方法においては、もはやそのようなことが必要でない。汚染物質を有するストリッピングガスが、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を介して、生物学的活性層に流れるからである。

抵抗が周囲の土壌より低い媒体は、様々な方法で作り出すことができる。好ましい一実施形態において、本発明の方法は、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を、土壌中の特定の領域の標的乾燥によって作り出すことを特徴とする。したがって、例えば、所望の深さに注入された気体を用いて、生物学的活性層の下に配置された土壌を、汚染土壌の上に配置された土壌柱全体が十分に乾燥するまで、より深い層に向かって１層ずつ乾燥させ、その後、ストリッピングガスの注入によって、下にある汚染土壌を浄化することが可能である。揮発した汚染物質を有するストリッピングガスがすべて、またはほとんどすべて、乾燥された土壌を通って生物学的活性層に上昇する程度に、抵抗が低くなっていれば、土壌は十分に乾燥している。土壌の乾燥は、好ましくは、ストリッピングガスとして使用される気体と同じ気体で行う。土壌の乾燥はまた、ストリッピングガスを注入するのに使用してもよい注入ランスを用いて行ってもよい。

好ましくは、ストリッピングガスとして空気が使用される。本発明の方法においては、好ましくは、ストリッピングガスを少なくとも１．３バールの圧力で注入し、より好ましくは、土壌をより速やかに乾燥させるために、ストリッピングガスを２バールより高い圧力で注入する。ストリッピングガスは、通常、８バール以下の圧力で注入する。

増加した圧力で注入された空気を使用すると、相対空気湿度が減少し、乾燥過程が加速される。

一実施形態において、本発明の方法は、例えば、ストリッピングガスに対する抵抗が周囲の土壌より低い材料（例えば、砂、砂利、生物学的活性材料）で、完全に、または部分的に充填されていても、充填されていなくてもよい、少なくとも１つの中空パイプを設置することによって、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を作り出すことを特徴とする。汚染した土壌と生物学的活性層との間にパイプを設置することによって、空気抵抗が非常に低い媒体が作り出される。ストリッピングガスは、好ましくは、中空パイプを通って生物学的活性層に流れる。汚染領域の程度および形状に応じて１つまたは複数のパイプを設置してもよく、複数のパイプは、長さおよび直径の異なるものであってもよい。汚染した土壌中に、または生物層中に配置されたパイプの部分には、穴を設けてもよい。

一実施形態において、本発明の方法は、空間を作り出すことによって、例えば、少なくとも１つの穴（ｈｏｌｅ）を設け、場合により、ストリッピングガスに対する抵抗が周囲の土壌より低い材料（例えば、砂、砂利、生物学的活性材料）で、その穴を完全に、または部分的に充填することによって、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を形成させることを特徴とする。穴の上端は、汚染物質を有するストリッピングガスが、生物学的活性層を介してしか表面に上昇することができないように、気密にシールされているのが好ましい。しかし、生物学的活性材料を空間内に配置することも可能である。この場合、空間が気密にシールされていないとしても、汚染物質を有するストリッピングガスの大部分は、表面に達する前に生物学的活性層を流通することになる。

本発明の方法の好ましい一実施形態において、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体中に存在する材料はまた、生物学的活性材料を含有する。

本発明の方法の好ましい一実施形態においては、汚染物質を有する気体が不透過層を通って生物学的活性層に流れることができるように、低抵抗の媒体を地表の不透過層中に配置する。抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を不透過層の下に作り出すことによって、ストリッピングガスが、異なった流れパターンを有することとなり、その結果、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体が配置されていなければ修復が達成されない領域における汚染土壌の修復が可能となる。通常行われるのは、不透過層中に、抵抗が低減された１つの媒体を作り出すことではなく、いくつかの位置における抵抗を低減することである。本発明の方法の一実施形態においては、注入ランスとしても知られている少なくとも１つのパイプを気体不透過層中に設置するが、このパイプは、気体透過性であり、また、生物学的活性材料を含有するものである。このようなパイプを用いて、抵抗が低減された媒体を作り出し、同時に、不連続な生物学的活性層を設ける。２つの機能、すなわち、抵抗低減機能および生物学的活性機能が組み合わされたパイプを、以後、プレロードフィルタ（ｐｒｅ−ｌｏａｄｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）と呼ぶ。パイプは、生物学的活性材料以外に、活性炭を含有してもよい。

図１は、本発明の方法において、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体が不透過層の下に存在しない場合（図１ａ参照）、および、本発明の方法において、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体が不透過層の下に存在する場合の、地中に注入されたストリッピングガスの流れを概略的に示す。

図１ｂは、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体（図１ｂ中の当該媒体を「空気誘導層」と呼ぶ。）を不透過層の下に作り出すことによって、ストリッピングガスが、異なった流れパターンを有し、より大きな領域の土壌を流通することとなり、その結果、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体が配置されていなければ修復が達成されない領域における汚染土壌の修復が可能となることを示す。

ストリッピングガスを用いて、土壌から汚染物質を除去する方法であって、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体を作り出し、ストリッピングガスを、汚染物質の深さに、または汚染物質の下に注入し、それによって、汚染物質をストリッピングガスとともに揮発させ、その後、抵抗が周囲の土壌より低い媒体を介して表面に上昇させる方法においては、活性炭、または生物学的材料および活性炭の両方、を含有する層を表層中または地表に設けることも可能である。プレロードフィルタは、活性炭および／または生物学的活性材料を配置するのに特に適している。

本発明の方法の利点は、汚染土壌の上の地上で建設が行われている間に、また、建設が行われた後に用いることができることである。

土壌が沈下しやすく、そのため、例えば、経時的に安定した建物または道路の建設が可能な程度に安定していない地域においては、所望の安定性を備えた地下層に設けたポールを使用して、その上に土台を造ることが多い。一般に、ポール上に設ける土台はコンクリート製である。土台を配置することによって、地表と土台下側との間に空間が作り出される。本発明の方法において、そのような空間（存在する場合）は、土壌抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体として使用される。一実施形態においては、土台の下の空間と生物学的活性層とが確実に直接接触するような深さの生物学的活性層を、土台の少なくとも１つの側に作り出す。そして、気体（通常は空気）を、汚染した土壌中に、または汚染した土壌の下に注入する。土台の下に存在する空間が、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体であるので、気体は、優先的にその空間に流れ（気体流れパターンを示した図１ｂも参照のこと）、当該空間を通過した後、生物学的活性層に流れる。したがって、ポール上に設けた土台の下に作り出された空間を用いれば、本発明の方法を、建設が行われた後に実施することが可能となる。

建設が可能な程度に土壌が十分安定している地域においては、一般に、いわゆる浅い土台が使用される。このタイプの土台の下には、土壌抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体として使用することができる有効な空間がない。本発明の方法の一実施形態においては、この問題を、土台を設ける前にマットを地中または地上に設置することによって解決するが、このマットは、気体透過性で、低抵抗であり、しかも、その上で建設を行うことが可能な程度の強度を有する。このようなマットは、例えばダムの建設において知られており、浸食を防止するのに役立つ。しかし、修復プロジェクトにおける使用は、新規であり、どこにも教示も示唆もされていない。本発明の方法に使用することができる市販の材料としては、例えば、オランダのコルボンド・ジオシンセティクス（Ｃｏｌｂｏｎｄ Ｇｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓ）製のエンカマット（Ｅｎｋａｍａｔ）（登録商標）またはエンカドレーン（Ｅｎｋａｄｒａｉｎ）（登録商標）が挙げられる。しかし、経時的に安定した建設物を上に建設することが可能な程度の強度を有し、かつ下の土壌より低い気体抵抗を有するいかなる製品も、本発明のこの実施形態で使用するのに適している。汚染物質を含有する気体が生物学的活性層の方に確実に流れるようにするには、上面を、また、必要に応じてマットの少なくとも１つの側面を、不透過性材料で、または、少なくとも、気体が所望の方向（マットの少なくとも１つの側に、マットに隣接して配置された生物学的活性層の方向）に流れるような高い気体抵抗を示す材料でシールしなければならない。

生物学的活性層は、一般に、いかなるタイプの建設物であっても、重い建設物（例えば、建物または道路）の建設が可能な程度には堅固でない。上面が気体不透過性であるか、または気体不透過性材料によって被覆された上述のマットを使用することによって、例えば、道路をマット上に建設することができる。また、マットの側面がシールされるか、または生物学的活性層と接触していれば、マットの下の土壌中に存在する汚染物質はやはり、本発明の方法によって除去することができる。

特殊な問題として、傾斜地の除染がある。生物学的活性層を傾斜地中に確実に使用するのは困難である。これは、例えば、風食の結果、生物学的活性層の厚さが低減するからであり、また、傾斜地はダムの強化を目的とするが、生物学的活性層を傾斜地中に設けると、傾斜地が弱くなるからである。しかし、上述のマットを傾斜地中に配置し、生物学的活性材料を、マットの上端と直接接触するように傾斜地中に配置すれば、ストリッピングガス中に存在する汚染物質を、目的に不利となる影響を傾斜地に及ぼすことなく、傾斜地中の生物学的活性材料によって変換することができる。

ストリッピングガスを用いて、かつ土壌中または土壌上に存在する生物学的活性層を用いて、土壌から汚染物質を除去する別の方法は、第１の工程において、生物学的活性層を土壌中または土壌上に配置し、第２の工程において、マットを生物学的活性層の上に配置するものであり、このマットは高度な多孔性を有し、このマットの上面は、例えば、マットの上に不透過性トップシートを配置することによって、不透過性にされている。この実施形態は、好気的に除去可能な汚染物質（芳香族化合物等）、および好気的に変換可能でない汚染物質（塩素化生成物等）の両方を除去する、費用効果の高い方法を提供する。既知の方法において、このような組合せの汚染物質の除去は、ストリッピングガスの注入と、土壌からの空気の抽出と、を併用することによって行われる。このような技術の組合せは、コストが非常に高い。マットを使用することによって、両方のタイプの汚染物質を含有するストリッピングガスが、まず、生物学的活性層を通過し、それにより、好気的に変換可能な汚染物質が少なくとも部分的に変換され、次いで、マットの上に存在する多孔性マットの空間内に収集される。マットの側面を、少なくとも１つの出口を除いてシールすることによって、少なくとも１つのポンプを容易に連結することができ、また、そのポンプを、好気的に変換可能でない汚染物質を含有する気体を、例えば活性炭を含有するフィルタにポンピングするのに容易に使用することができる。このようにして、マットは、生物学的活性層の全表面にわたる気体を容易に収集し、また、そこから任意の所望の貯蔵タンクまたは浄化ユニットへ容易に輸送することを可能にする。

地中に注入されたストリッピングガスの流れを概略的に示す図である。図１ａは、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体が不透過層の下に存在しない場合を示し、図１ｂは、抵抗が周囲の土壌の抵抗より低い媒体が不透過層の下に存在する場合を示す。

Claims (6)

1. 汚染した土壌から、ストリッピングガスを用いて、かつ土壌中または土壌上に存在する生物学的活性層を用いて、汚染物質を除去する方法であって、
   気体不透過層が、汚染した土壌の上に延在し、
   ａ）気体不透過層の下の土壌中に、流動するストリッピングガスに対する抵抗が、周囲の土壌の、流動するストリッピングガスに対する抵抗より低い媒体である空気誘導層を作り出す工程と、
   ｂ）ストリッピングガスを、土壌中、汚染物質の深さに、かつ／または汚染物質の下に注入する工程と、
   ｃ）汚染物質をストリッピングガスで揮発させる工程と、
   を含み、
   前記空気誘導層が砂、砂利又は中空パイプを含み、
   汚染物質を有するストリッピングガスが、前記空気誘導層を通って生物学的活性層に流れる方法。
2. 前記空気誘導層を、汚染した土壌と、その上に直接接していない生物学的活性層と、の間に作り出すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ストリッピングガスを少なくとも１．３バールの圧力で注入することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. ストリッピングガスを２〜８バールの圧力で注入することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 前記中空パイプは、ストリッピングガスに対する抵抗が周囲の土壌より低い材料で充填されているか、または充填されていないものである、請求項１または２に記載の方法。
6. 前記空気誘導層が、活性炭を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。