JP5331060B2

JP5331060B2 - 透過性地下水浄化体の性能回復方法

Info

Publication number: JP5331060B2
Application number: JP2010124626A
Authority: JP
Inventors: 綾子太田; 昌範根岸; 広江岩崎; 道子深沢
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: JP2011251208A

Description

本発明は、透過性地下水浄化体の性能回復方法に関する。

土壌汚染や地下水汚染の汚染物質の代表的なものとしてテトラクロロエチレンやトリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物がある。
このような揮発性有機塩素化合物は、金属還元剤により速やかに脱塩素無害化されることが知られている（例えば特許文献１参照）。

そのため、金属還元剤を地中に配置することにより形成された透過性地下水浄化壁を、汚染地下水の流下方向と交差するように形成することで汚染地下水の拡散の防止する場合がある。

特開２００５−１３８１０７号公報

ところが、金属還元剤は、経年的に嫌気性腐食が進行し、その周囲に腐食皮膜が形成される。腐食皮膜が形成されると、金属還元剤の反応性が減衰してしまう。
そのため、透過性地下水浄化壁の設置から長い年月が経過して金属還元剤の反応性が低下した場合には、新たに透過性地下水浄化壁を形成することや、透過性地下水浄化壁内の金属還元剤を交換すること等により浄化性能の回復を図る場合があった。

ところが、新たに透過性地下水浄化壁を形成する場合は、用地の確保が困難な場合があることや、費用が嵩む等の問題点を有していた。
また、金属還元剤の交換は作業に手間がかかるという問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、透過性地下水浄化体の機能を簡易かつ安価に回復させることを可能とした透過性地下水浄化体の性能回復方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の透過性地下水浄化体の性能回復方法は、鉄粉を反応材とした透過性地下水浄化体の浄化機能を原位置にて回復させる方法であって、Ｌ−アスコルビン酸の濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ以上０．５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の溶液である還元剤溶液を前記透過性地下水浄化体に供給することを特徴としている。

かかる透過性地下水浄化体の性能回復方法によれば、反応材である鉄粉の表面に形成された腐食皮膜を、Ｌ−アスコルビン酸により除去することが可能となる。腐食皮膜は、経年的に嫌気性腐食が進行することにより鉄粉の表面に形成されたものである。腐食皮膜を除去すれば、鉄粉と汚染物質との接触効率が改善し、浄化性能が回復する。

前記還元剤溶液の注入量が、前記透過性地下水浄化体の空隙体積に対して１倍以上３倍以下の範囲内であれば、透過性地下水浄化体内に還元剤溶液が行き渡るため、浄化性能がより効果的に回復する。
つまり、透過性地下水浄化体内の空隙のすべてを還元剤溶液に置換することが可能となるため、効果的である。

なお、還元剤溶液の透過性地下水浄化体への供給は、前記透過性地下水浄化体に形成された注入孔から注入してもよいし、前記透過性地下水浄化体の上流に形成された注入孔から注入してもよい。

本発明の透過性地下水浄化体の性能回復方法によれば、反応材の機能を簡易かつ安価に回復させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る性能回復方法が適用される透過性地下水浄化壁を模式的に示す斜視図である。（ａ）は図１の透過性地下水浄化壁の平面図、（ｂ）は同縦断面図である。還元剤溶液の注入状況を示す模式図である。実施例１の実験結果を示すグラフであって、Ｌ−アスコルビン酸溶液に６時間浸漬させた鉄粉を使用した場合のトリクロロエチレン濃度比の経時変化である。実施例１の実験結果を示すグラフであって、Ｌ−アスコルビン酸溶液に２４時間浸漬させた鉄粉を使用した場合のトリクロロエチレン濃度比の経時変化である。実施例１の実験結果を示すグラフであって、鉄粉に接触させた還元剤溶液のｐＨと浸漬時間の関係である。実施例１の実験結果を示すグラフであって、鉄粉に接触させた還元剤溶液の鉄溶出率と浸漬時間との関係である。実施例２を実施した透過性地下水浄化壁を模式的に示す平面図である。実施例２の実験結果を示すグラフであって、（ａ）は採水深度とｐＨの関係、（ｂ）は採水深度と有機炭素濃度の関係、（ｃ）は採水深度と溶存鉄濃度の関係、（ｄ）は採水深度と酸化還元電位の関係を表している。実施例２の実験結果を示すグラフであって、注入井および上流井において測定されたテトラクロロエチレン濃度の経時変化である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態では、図１に示すように、地中の汚染源２の下流側に形成された透過性地下水浄化壁（透過性地下水浄化体）１について、本発明の透過性地下水浄化体の性能回復方法により浄化機能を原位置にて回復させる場合について説明する。

汚染源２は、地中に浸透した揮発性有機化合物からなる。透過性地下水浄化壁１は、汚染源２を通過することにより汚染された汚染地下水３の拡散を防止することを目的として、汚染地下水３の流れに対して交差するように形成されている（図２（ａ）および（ｂ）参照）。汚染地下水３は、透過性地下水浄化壁１を通過することで汚染物質が除去されて無害化される（浄化地下水４）。

本実施形態の透過性地下水浄化壁１は、地中に列状配置された複数本の浄化杭５，５，…により形成されている。なお、透過性地下水浄化壁１の構成は、複数の浄化杭５，５，…からなるものに限定されるものではなく、例えば、掘削溝を形成し、この掘削溝に反応材を充填することにより板状に形成された浄化壁であってもよい。

浄化杭５は、下端部が不透水層Ｇ１に到達した状態で形成されており、図２（ｂ）に示すように、地中に形成された柱状の縦孔５ａ内に、鉄粉（金属還元剤）である反応材と砕石との混合体５ｂが充填されることにより形成されている。
なお、浄化杭５は、所望の透水性を確保することが可能であれば、反応材のみが充填されていてもよいし、また、砕石以外の材料と反応材との混合体が充填されていてもよい。

本実施形態の透過性地下水浄化壁１は、図２（ａ）に示すように、複数本の浄化杭５，５，…が２列配置されることで形成されている。隣り合う浄化杭５同士は、その一部が互いに重なり合っている。
なお、浄化杭５同士は、互いに隙間をあけて、間欠的に配置されていてもよい。この場合において、浄化杭５同士の隙間は、各浄化杭５の反応材による影響範囲の一部が互いに重なり合うように設定する。

次に、透過性地下水浄化壁１の性能回復方法について説明する。
透過性地下水浄化壁１の性能回復方法では、鉄粉の周面に形成された腐食皮膜を除去する。腐食皮膜は、嫌気性腐食の進行により形成されて、鉄粉の浄化機能を低減させる。

腐食皮膜の除去は、図３に示すように、透過性地下水透過壁１に還元剤溶液６を供給することにより行う。
本実施形態では、予めモニタリング用に透過性地下水浄化壁１の中心部に形成されていたモニタリング井（注入孔７）を利用して、還元剤溶液６の注入を行う。還元剤溶液６は、ポンプＰを介して注入する。

なお、還元剤溶液の供給方法は限定されるものではなく、例えば、透過性地下水浄化壁１に新たに注入孔７を形成し、これを利用して注入してもよいし、また、透過性地下水浄化壁１の上流側に注入井（注入孔）７’を形成し、これを利用して注入してもよい。また、注入孔７は、浄化杭５毎に形成してもよく、注入孔７の数や配置は限定されるものではない。
また、還元剤溶液６の注入は、ポンプＰにより圧入する場合に限定されるものではなく、例えば、注入井７に還元剤溶液６を流し込んで浸透させることにより行ってもよい。

ここで、還元剤溶液６は、Ｌ−アスコルビン酸の濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ以上０．５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の溶液である。

還元剤溶液６の注入量は、各浄化杭５に対して、当該浄化杭５の空隙体積の１倍以上３倍以下の範囲内の量とする。
なお、還元剤溶液６の注入量は、地下水の流速等に応じて設定すればよいが、透過性地下水浄化壁１内の空隙を還元剤溶液６に置換して、鉄粉と還元剤溶液６との接触時間が６時間以上確保できる量であることが望ましい。

以上、本実施形態の透過性地下水浄化体の性能回復方法によれば、Ｌ−アスコルビン酸を供給することにより、鉄粉の周囲に形成された腐食皮膜が分解されるため、鉄粉による脱塩素無害化機能が回復して、透過性地下水浄化壁１の浄化機能を回復させることができる。

Ｌ−アスコルビン酸の供給は、注入孔を利用して原位置にて簡易に実施できるため、新たに浄化壁を構築する手間や、反応材を交換する手間等を要することなく、簡易かつ安価に、透過性地下水浄化壁１（透過性地下水浄化体）の浄化機能を回復することができる。

還元剤溶液６の注入量を透過性浄化壁１の空隙体積の１〜３倍注入することで、空隙の内部を還元剤溶液６に置換することができるため、鉄粉と還元剤溶液６とを接触させて鉄粉の周囲に形成された腐食皮膜の分解を実現することができる。また、鉄粉と還元剤溶液との接触時間を６時間以上確保することで、腐食皮膜の分解を効果的に行い、透過性地下水浄化壁の浄化機能の回復させることができる。

還元剤溶液６の主成分として使用されるＬ−アスコルビン酸は、ビタミンＣであり、主に清涼飲料水、ジャム、飴、野菜、果物等の食品の酸化防止剤として使用される還元剤であり、また、栄養強化の目的にも使用されているものであって、無害な還元剤である。そのため、地中に供給することで自然環境に悪影響を及ぼすおそれがない。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

以下、Ｌ−アスコルビン酸による鉄粉の腐食皮膜の分解効果を確認するために行った実験結果について説明する。

本実験では、異なるＬ−アスコルビン酸濃度（０．０１，０．０５，０．１，０．５，１ｍｏｌ／Ｌ）の還元剤溶液１００ｍｌに、周面に腐食皮膜が形成された鉄粉を６時間または２４時間浸漬させた後、この鉄粉による汚染水の浄化能力を測定することにより、Ｌ−アスコルビン酸による腐食皮膜の分解能力の確認を行った。

鉄粉は、４号珪砂に重量比で２０％混合された状態で、トリクロロエチレンを含む汚染水が３年程度連続通水することで、表面に腐食皮膜が形成されたものを利用した。

鉄粉の浄化能力の測定は、還元剤溶液に浸漬させた鉄粉を、容器内に固液比１：１０の条件でトリクロロエチレン汚染液（濃度Ｃ_０）と封入して、バッチ試験を行い、トリクロロエチレン濃度（濃度Ｃ）の経時変化を測定することにより行う。
図４および図５に、それぞれ６時間浸漬させた鉄粉と２４時間浸漬させた鉄粉を使用した場合のトリクロロエチレン（ＴＣＥ）濃度比（＝Ｃ／Ｃ_０）の経時変化を示す。また、図６には鉄粉に接触させた還元剤溶液のｐＨと浸漬時間の関係を示し、図７には鉄溶出率と浸漬時間との関係を示す。

図４および図５に示すように、浸漬時間が６時間の場合であっても２４時間の場合であっても、時間の経過にともないトリクロロエチレンの濃度が低下しており、Ｌ−アスコルビン酸に浸漬することにより、脱塩素反応性が回復していることがわかる。

Ｌ−アスコルビン酸濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌおよび０．０５ｍｏｌ／Ｌの還元剤溶液に浸けた鉄粉は、図４に示すように、ほぼ同じ濃度低減傾向を示し、浸漬時間が６時間の場合はおよそ２週間（３４０時間）の試験期間で、９０％程度の濃度低減が確認できた。また、浸漬時間が２４時間の場合はおよそ２週間（３４０時間）の試験期間で、７０％程度の濃度低減が確認できた。

一方、Ｌ−アスコルビン酸濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌよりも濃い場合には、初期活性が非常に高く、浸漬時間に関わらず、初期７日間（１６８時間）で９０％以上の分解が進行することが確認できた。

図６に示すように、鉄粉の浸漬前のｐＨが１．９〜３．１の範囲であった還元剤溶液に対して、Ｌ−アスコルビン酸に鉄粉を接触させると、酸化皮膜が溶解することによりｐＨが徐々に上昇する。全ての濃度の還元剤溶液において、鉄粉の浸漬開始から６時間程度でｐＨの上昇傾向は収束した。

また、図７に示すように、鉄溶出率の経過時間にともなう上昇経過も、鉄粉の浸漬開始から６時間程度で緩やかになる結果となった。ただし、Ｌ−アスコルビン酸濃度が１ｍｏｌ／Ｌについては、鉄粉の浸漬時間が２４時間を経過しても鉄溶出率の上昇傾向が収縮しておらず、過剰な鉄溶解が進行していることが懸念される。

以上の結果から、０．１〜０．５ｍｏｌ／Ｌの濃度の還元剤溶液に腐食皮膜が形成された鉄粉を６時間以上接触させることにより、過剰な鉄溶解を防ぎつつ、鉄粉による浄化機能の回復することが確認できた。

次に、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）による汚染地下水の流出防止策として形成された透過性地下水浄化壁１０（図８参照）を利用して実施した原位置試験結果について説明する。

浄化壁１０は、図８に示すように、複数の透過性の浄化杭１１，１１，…が汚染地下水２０流れに対して交差するように列状に配置されることにより形成されている。なお、列状に配置された浄化杭１１の杭群の両端には、難透水性杭１６を介して遮水壁１７が形成されている。

浄化壁１０を構成する浄化杭１１のうちの１つの浄化杭１１の中心部に注入孔１２を形成し、送液ポンプを介してＬ−アスコルビン酸濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌの還元剤溶液を注入した。還元剤溶液の注入量は、浄化杭１１の１本分の空隙が１回置換される溶液量として、浄化杭１１の間隙体積に基き６ｍ^３とした。

浄化杭１１の間隙体積を以下に示す。
浄化杭１１の杭径：１．２ｍ
地下水に浸っている浄化杭の長さ：１７ｍ
地下水に浸っている浄化杭の体積：１７×（０．６^２×３．１４）＝１９．２ｍ^３
浄化杭の有効間隙率（間隙の体積比率）：０．３（一般値）
浄化杭中の間隙体積：１９．２×０．３＝５．７７ｍ^３

還元剤溶液の注入後、経過日数１，７，１４，５６日後に注入孔１２から地下水を採取して、それぞれｐＨ，有機炭素濃度（ＴＯＣ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）および溶存鉄濃度について分析した。また、注入孔１２では、還元剤溶液の注入１年前から注入の２ヶ月後までの間継続的にＰＣＥ濃度の測定を実施した。

また、注入孔１２が形成された浄化杭１１から４ｍ離れた位置にある浄化杭１１，１１の杭中心部に、それぞれ周辺孔１３，１４を形成し、注入孔１２と同様に地下水を採取して、ｐＨ，有機炭素濃度（ＴＯＣ）、溶存鉄濃度および酸化還元電位（ＯＲＰ）について分析した。

さらに、注入孔１２から７．５ｍ離れた位置に上流井１５を形成し、ＰＣＥ濃度の測定を注入孔１２と同様に行った。

図９（ａ）および（ｂ）に、注入孔１２および周辺孔１３，１４において測定されたｐＨおよびＴＯＣの測定結果を示す。なお、周辺孔１３，１４の測定結果については、平均値が示されている。
ｐＨおよびＴＯＣの値は、７日目以降はほとんど変わらない値となった。還元剤溶液は、注入後７日後には、浄化壁１０から拡散・流出したものと推測される。

図９（ｃ）に、注入孔１２および周辺孔１３，１４において測定された溶存鉄濃度の測定結果を示す。なお、周辺孔１３，１４の測定結果については、平均値が示されている。
還元剤溶液の注入から１日後の溶存鉄濃度の値は、深度によって異なる値となっているが、その分布の傾向は、図９（ａ）の１日後のｐＨと同様である。この結果から、溶存鉄濃度とｐＨの上昇した深度において、腐食皮膜の溶解が顕著に進行していたものと推測される。

図９（ｄ）に、注入孔１２および周辺孔１３，１４において測定されたＯＲＰ（酸化還元電位）の測定結果を示す。なお、周辺孔１３，１４の測定結果については、平均値が示されている。
ＯＲＰは、還元剤溶液の注入後５６日が経過しても、ＧＬ−１３ｍよりも浅い深度では、初期値と比べて低い値を維持していることから、還元剤溶液の消失後も還元雰囲気が維持されていることがわかる。

なお、図９の（ａ）〜（ｄ）により示された周辺孔１３，１４の水質から、注入孔１２から４ｍ程度はなれると、還元剤溶液の注入の影響が及ばないことが示された。したがって、注入孔１２を浄化壁１０の上流側に形成する場合等には、影響範囲について考慮した上で設定する必要がある。

図１０に、注入孔１２および上流井１５において測定したＰＣＥ濃度の経時変化を示す。
上流井１５におけるＰＣＥ濃度は、０．１〜１ｍｇ／Ｌの範囲で推移しており、注入孔１２では０．０１ｍｇ／Ｌを超えるＰＣＥ濃度が約１年にわたり検出され続けていた。
一方、２０１０年１月の還元剤溶液の注入後は、注入孔１２においてＰＣＥ濃度が基準値を下回り、それを２ヶ月間維持する結果となった。

以上の結果、還元剤溶液を透過性地下水浄化体に注入することで、金属還元剤の周囲に形成された腐食皮膜を分解し、透過性地下水浄化体の浄化機能が回復することが実証された。

１透過性地下水浄化壁（透過性地下水浄化体）
２汚染源
３汚染地下水
５浄化杭
６還元剤溶液
７注入孔

Claims

鉄粉を反応材とした透過性地下水浄化体の浄化機能を原位置にて回復させる透過性地下水浄化体の性能回復方法であって、
Ｌ−アスコルビン酸の濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ以上０．５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の溶液である還元剤溶液を前記透過性地下水浄化体に供給することを特徴とする、透過性地下水浄化体の性能回復方法。
前記還元剤溶液の注入量が、前記透過性地下水浄化体の空隙体積に対して１倍以上３倍以下の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の透過性地下水浄化体の性能回復方法。
前記透過性地下水浄化体に形成された注入孔から前記還元剤溶液を注入することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の透過性地下水浄化体の性能回復方法。
前記透過性地下水浄化体の上流に形成された注入孔から前記還元剤溶液を注入することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の透過性地下水浄化体の性能回復方法。