JP5721331B2 - 汚染土壌浄化方法 - Google Patents
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Description
具体的には、フェントン試薬によるフェントン反応を利用する浄化方法は、過酸化水素水に触媒としての二価の鉄イオンを反応させてヒドロキシラジカルを生成し、上記有機塩素化合物と反応させることで、二酸化炭素、水、塩素イオン及び水素イオンに分解し、無機化して汚染土壌を浄化している。
また、汚染土壌は、地層中に含まれる水分が移動することで汚染物質が広範囲に拡散し、特に、近傍に地下水が流れるような水分を多く含んだ軟弱な地盤に多く見られることが知られ、このような土壌を利用,再利用する場合には、土壌汚染の浄化と合わせて土壌改良を行う必要があり、一般には、汚染土壌の浄化を行った後の地層中に地中杭が造成される。
また、汚染土を汚染土が存在する地層から取り除き、処理施設に搬送して浄化した後に再び埋め戻す方法や浄化処理済の土により埋め戻す方法もあるが、汚染土を掘削して搬送し、浄化処理済の土を再び搬送して埋め戻す必要があるため、汚染土壌の浄化にかかる手間と費用が膨大になるとともに長い工期が必要となってしまい経済的に非効率的である。
本発明によれば、排出土または地中杭造成用土に汚染土の浄化剤としてのアルカリ活性化過硫酸塩を混合して、掘削した竪孔に埋め戻して地中杭を立設することにより、造成した地中杭から土壌を浄化する浄化物質が染み出して、地中杭の周囲に存在する汚染土を浄化することが可能となる。さらに、この地中杭を通過する地下水に含まれる汚染物質が浄化されるので、地中杭設置後においても長期間に渡って汚染物質を浄化することができる。
また、浄化剤を過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムのうちいずれかから選択されるアルカリ活性化過硫酸塩とすれば、アルカリ活性化過硫酸塩が常態において、固体であることから排出土や地中造成用土と混合することで急激に反応することがなく、混合作業が安全になり、汚染土壌を浄化する施設だけでなく、地中杭を造成する現場で混合作業をすることができる。
また、地中杭造成用混合材に含まれるアルカリ活性化過硫酸塩と汚染物質とを反応させる触媒としての水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを投入することで、汚染物質との反応を連鎖的に行わせることが可能となり、効率的に浄化することができる。
本発明に係る第2の形態として、竪孔を埋め戻す工程は、竪孔内に貫入されたケーシング内に地中杭造成用混合材を投入し、地中杭造成用混合材をケーシング内部のスラストスクリューの回転力で竪孔内で締め固め、拡径する形態とした。
本発明によれば、地中杭造成用混合材がスラストスクリューの回転力により竪孔内で締め固められることで、地中杭を形成する地中杭造成用混合材が圧縮され、強固な地中杭を造成することが可能となる。
本発明に係る第3の形態として、アルカリ活性化過硫酸塩は、水溶性高分子により被覆されるようにした。
本発明によれば、アルカリ活性化過硫酸塩が水溶性高分子により被覆されることにより、直ちにアルカリ活性化過硫酸塩が地中の水分と反応することがないので、水溶性高分子の被覆からアルカリ活性化過硫酸塩を徐々に滲出させて、アルカリ活性化過硫酸塩を汚染土壌の広範囲に浸透させることができる。
本発明に係る第4の形態として、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの投入と地中杭造成用混合剤の締め固めとを交互に行い、当該締め固められた地中杭造成用混合材を竪孔内における汚染土が存在する高さまで到達させるようにした。
本発明によれば、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの投入と地中杭造成用混合材の締め固めとを交互に行うことにより、締め固められる地中杭造成用混合材に対して均一に水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを行き渡らせることが可能となる。
本発明に係る第5の形態として、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムは、締め固められた地中杭造成用混合材を竪孔内における汚染土が存在する高さまで到達させた後に投入するようにした。
本発明によれば、水溶性高分子の被覆からアルカリ活性化過硫酸塩を徐々に滲出させて、アルカリ活性化過硫酸塩を汚染土壌の広範囲に浸透させた後に、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムが投入されるので、広範囲の汚染土壌を浄化することができる。
本発明に係る第6の形態として、締め固めにより、竪孔における汚染土が存在する高さの範囲を拡径するようにした。
本発明によれば、竪孔における汚染土が存在する高さの範囲を拡径することにより、汚染土が存在する地層における単位面積あたりの地中杭が存在する割合を高めることができるので、より広範囲な浄化が可能となる。
本発明に係る第7の形態として、汚染土壌に複数の地中杭を立設する場合において、竪孔の孔径は汚染土壌を平面視したときに拡径後の竪孔同士がラップする孔径とするようにした。
本発明によれば、汚染土壌に立設された複数の地中杭が汚染土が存在する範囲において重なり合うため、汚染土が存在する地層における単位面積あたりの地中杭が存在する割合をより高めることができるので、より広範囲な浄化が可能となる。
以下、本発明の汚染土壌の浄化方法について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、汚染土壌50を浄化する汚染土壌改良装置を示し、同図において、汚染土壌改良装置は地盤改良等に用いられるクレーン1を備える。クレーン1は、任意の作業位置に移動可能なクローラ2と、このクローラ2の上に搭載される水平方向に旋回自在な台車3と、台車3前部に垂直上方に立設されるポスト4と、台車3後部から延長され、ポスト上部4aと接続してポスト4を支持するバックステー5と、ワイヤ7を巻取り、巻出しするウインチ6とを備える。ワイヤ7は、ウインチ6及びポスト上端部4bに設けられたシーブ部8のプーリに掛け渡されて、ワイヤ先端7aに汚染土壌50を掘削するためのケーシング用オーガマシン11やスラストスクリュー用オーガマシン12が吊設される。
スラストスクリュー用オーガマシン12は、ケーシング用オーガマシン11の上部に設けられ、ケーシング14の延長方向内部に貫通するシャフト16と、シャフト16を回転駆動する図外のモータとを備える。シャフト16は内部にシャフト16の延長方向に渡って貫通する貫通孔18を有し、当該貫通孔18の上端部は流体供給手段20と接続される。流体供給手段20は、後述の触媒Dとしての水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを貫通孔18の先端部18aから吐出させる装置である。また、シャフト16は、汚染土壌50側の外周面にスラストスクリュー17を備え、スラストスクリュー17の先端17aとケーシング14の先端とがほぼ面一となるようにケーシング14の中心に配置される。
汚染土壌50に対して竪孔51を掘削する際には、各オーガマシン11,12の自重で汚染土壌50の地表面に荷重をかけつつ、図外モータの駆動によりケーシング14を回転させながら貫入し、ケーシング14の外側表面から地上に土を排出しつつ、汚染土壌50における汚染土52を含む地層まで竪孔51を形成する。以下、具体的に説明する。
浄化剤Aをアルカリ活性化過硫酸塩としたのは、アルカリ活性化過硫酸塩が通常の状態として固体、例えば粉体であるため、地中造成用土Bとの混合作業がし易く、かつ、竪孔51内に埋め戻されたときに汚染土壌50に存在する水分と反応することで液化し、液化したアルカリ活性化過硫酸塩と汚染物質とが穏やかに反応することから安全に埋め戻し作業を行うことができるからである。
(1)水和反応:Na2S2O8(過硫酸ナトリウム)+H2O →S2O8 2―+Na2+
この反応により、粉体であった過硫酸ナトリウムは竪孔51の周囲の地層に含まれる水分と反応して、水溶液となり、水溶液中で硫酸イオンとナトリウムイオンとなる。
(2)この水溶液にアルカリ活性化剤としての水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを汚染物質との反応触媒Dとして注入することで、反応が促進されて次のような反応を示す。
S2O8 2―+Na2+ +OH−↓
SO4−・(硫酸ラジカル)+H2O → HSO4 2−+OH・(ヒドロキシラジカル)
この反応では、ヒドロキシラジカルと汚染物質とが、連鎖的に反応することで汚染物質がRH → R・となる。
なお、RHは汚染物質を示し、例えば、油(石油系炭化水素、多環芳香族炭化水素)、ベンゼン、トルエン、キシレン、塩素化エチレン(トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエチレン他)と反応して無機化され、例えば、H2O、CO2、ハロゲン物質等になり無害の物質に変換されて土壌が浄化される。
なお、上記埋め戻し及び締め固めによる拡径の作業において、スラストスクリュー17に作用する抵抗を図外のモータの駆動トルクの変化として検出すれば、トルクの変化を測定することで締め固めにより拡径した孔径がわかるので、孔径D1から孔径D2に拡径されるまでのトルクの変化を例えば、図外のスラストスクリュー用オーガマシン12のモータの制御装置に記憶しておくことで容易に拡径作業を行うことができる。
即ち、地中杭54は、汚染土52が存在する地中側の境界52aまでを掘削して形成された竪孔51に地中杭造成用混合材Cを投入して埋め戻し、この埋め戻された地中杭造成用混合材Cに対して触媒Dを注入して締め固めるとともに拡径して一段目の地中杭54aを造成し、地中杭54aの上に地中杭造成用混合材Cを投入して埋め戻し、埋め戻された地中杭造成用混合材Cに対して触媒Dを注入して締め固めるとともに竪孔51を拡径して二段目の地中杭54bを造成し、地中杭54bの上に地中杭造成用混合材Cを投入して埋め戻し、埋め戻された地中杭造成用混合材Cに対して触媒Dを注入して締め固めるとともに竪孔51を拡径して三段目の地中杭54cを造成し、このように、触媒Dの注入と地中杭造成用混合材Cの締め固めを交互に汚染土52が存在する地表側の境界52bに到達する高さの範囲まで行うことで造成される。
なお、竪孔51における残余部分、即ち、汚染土52が存在しない地層53に相当する部分については、拡径せずに締め固めてもよい。
図4に示すように、竪孔51の孔径D1は汚染土壌50を平面視したときに、拡径後の竪孔同士がラップする孔径、すなわち、孔径D1の竪孔51を締め固めにより孔径D2に拡径して造成される地中杭54の拡径部分同士が重なるように汚染土壌50に対して各竪孔51を掘削する。具体的には、隣接する地中杭54の拡径部分同士が重なりを持って連続するように、汚染土52に対して千鳥状又は、方形状に地中杭54を複数造成して地中杭54が最も少なくなるように造成することで、汚染土壌50に立設された複数の地中杭54が汚染土52の存在する範囲において重なり合うため、汚染土52が存在する地層における平面視したときの単位面積あたりの地中杭が存在する割合が高まり、広範囲な浄化を効率的に行うことが可能となる。
また、汚染土壌50内に立設される複数の地中杭54が地中におけるフィルターのように作用するため、地中杭54が設けられた領域を地下水とともに汚染物質が通過することで、この汚染物質を浄化することができる。
また、浄化反応を連鎖的に行わせる触媒Dとしての水酸化ナトリウムや水酸化カリウムは、埋め戻し後、締め固め前に注入することに限らず、スラストスクリュー17による締め固め中、又は、締め固め後に注入しても良い。
上記実施形態1では、地中造成用土Bと浄化剤Aとしての粉体のアルカリ活性化過硫酸塩とが混合された地中杭造成用混合材Cを竪孔51内に投入して竪孔51を埋め戻し、触媒Dとしての水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを注入して締め固める工程を交互に行い、地中杭54を造成するとして説明したが、実施形態2では、浄化剤Aの粉体のアルカリ活性化過硫酸塩をキトサンやアルギン酸ナトリウム等の水溶性高分子によって被覆した浄化剤A′と地中造成用土Bとが予め混合された地中杭造成用混合材C′を竪孔51に投入して地中杭54を造成する。
本発明に係る浄化剤A′は、例えば、粉体の浄化剤Aを水溶性高分子からなる薄膜により所定量ずつ被包したものである。なお、浄化剤Aの被覆方法は、上記に限らず、水溶性高分子からなるカプセル内に密封しても良く、また、粉体の浄化剤Aを生成する過程で水溶性高分子によりコーティングしても良い。
即ち、図3(f)乃至(j)に示すように、地中杭54は、汚染土52が存在する地中側の境界52aまでを掘削して形成した竪孔51に地中杭造成用混合材C′を投入して埋め戻し、この埋め戻された地中杭造成用混合材C′を締め固めるとともに拡径して一段目の地中杭54aを造成し、地中杭54aの上に地中杭造成用混合材C′を投入して埋め戻し、埋め戻された地中杭造成用混合材C′を締め固めるとともに竪孔51を拡径して二段目の地中杭54bを造成し、地中杭54bの上に地中杭造成用混合材C′を投入して埋め戻し、埋め戻された地中杭造成用混合材C′を締め固めるとともに竪孔51を拡径して三段目の地中杭54cを造成し、このように、地中杭造成用混合材C′の締め固めを交互に汚染土52が存在する地表側の境界52bに到達する高さの範囲まで行うことで地中杭54が造成される。
なお、竪孔51における残余部分の汚染土52が存在しない地層53に相当する部分については、拡径せずに締め固める。
具体的には、境界52aから境界52bまでに地中杭54に建て込む細管25には、細管25の外周面を径方向に貫通する複数の孔25aが形成され、細管25内に供給される触媒Dを複数の孔25aから流出させて地中杭造成用混合材C′に浸透させる。つまり、触媒Dとしての水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムが締め固められた地中杭造成用混合材C′を竪孔51内における汚染土が存在する高さまで到達させた後に投入される。
よって、触媒Dの供給よりも先に、浄化剤A′の薄膜が地中杭造成用混合材C′の水分と反応して溶解することにより、地中杭造成用混合材C′から造成されていない汚染土壌50に徐々に浄化剤Aが浸透する。そして、広範囲に渡り浸透した浄化剤Aに対して、細管25から供給され、地中杭造成用混合材C′内を浸透する触媒Dとが反応することにより、広範囲に渡り汚染土壌50が浄化される。
上記工程を汚染土壌50の浄化する範囲に行うことにより広範囲の汚染土壌50を確実に浄化することができるとともに地盤強化もすることができる。
この場合、図6に示すように、施工する地中杭54の総数は100本となり、1日当たりの施工工数を10本とすれば、全施工日数は10日を要することになる。
本発明に係る浄化剤A′と地中造成用土Bとが混合された地中杭造成用混合材C′を用いて地中杭54を造成することにより、まず、地盤強化をすることができる。次に、全ての地中杭54に対して同時に触媒Dを浸透させることにより、汚染土壌50の浄化を広範囲に渡り一度に施工することができる。
即ち、上記範囲の汚染土壌50の浄化及び地盤強化の施工1日目に造成された地中杭造成用混合材C′の浄化剤A′は、水溶性高分子により被覆されているので、直ちに全ての浄化剤Aが地中の水分と反応することなく、徐々に反応し、浄化剤Aが地中杭54内から造成されていない汚染土壌50にまで浸透する。これにより、施工完了の10日目までゆっくりと広範囲に浄化剤Aを浸透させることができる。
そして、全ての地中杭54の造成が完了した後に、地中杭54の全てに対して一度に触媒Dを注入することにより、地中杭造成用混合材C′から汚染土壌50まで触媒Dを浸透させて浄化剤Aと汚染物質とを反応させて一度に広範囲を浄化させることができる。
なお、触媒Dを注入する細管25を地中杭54に建て込むとして説明したが、互いに対角に位置する地中杭54の中心(図6の黒丸で示す点Pの位置)に細管25を建て込み、触媒Dを注入して、汚染土壌50の地中において触媒Dを浸透させて、浄化剤A′の溶解した薄膜部分から滲出する浄化剤Aを反応させるようにしても良い。このように細管25を建て込み、触媒Dを浸透させることにより、細管25を設ける工数を少なくすることができるので、工期を短縮することができる。
また、全範囲において地中杭54を境界52bまで造成した後に、地層53に開口する穴に触媒Dを投入し、重力方向に触媒Dを浸透させて、浄化剤A′と反応させても良い。この場合、触媒Dを供給するための細管を建て込む必要がないので工数をさらに抑制することができる。
即ち、本実施形態2によれば、浄化剤A′が水溶性高分子によりコーティングされたことにより、直ちに浄化剤A′が地中の水分と反応することがないので、浄化剤A′から浄化剤Aを徐々に滲出させて、浄化剤Aが汚染土壌50内を浸透する時間を設定することができる。よって、汚染土壌50の浄化の範囲が広範囲であっても、部分的に浄化したときのように浄化した領域が再び汚染されることを防止し、汚染土壌50に浄化されない領域の発生を防止できる。
なお、汚染土壌に複数の地中杭を立設する場合においても、図4に示すように、竪孔の孔径は汚染土壌を平面視したときに拡径後の竪孔同士がラップする孔径で立設するようにしても良い。
12 インナースクリュー用オーガマシン、14 ケーシング、15 ホッパ、
16 シャフト、17 スラストスクリュー、18 貫通孔、20 流体供給手段、
50 汚染土壌、51 竪孔、52 汚染土、54 地中杭、
A;A′ 浄化剤、B 地中造成用土、C;C′ 地中杭造成用混合材。
Claims (7)
- 汚染土壌に地中杭を立設して土壌を浄化する方法であって、
汚染土が存在する深さまで竪孔を掘削する工程と、
前記掘削により排出された排出土又はあらかじめ用意された地中杭造成用土と過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムのうちいずれかから選択される固体のアルカリ活性化過硫酸塩とが混合された地中杭造成用混合材を前記竪孔内に投入して竪孔を埋め戻す工程とを含み、
前記地中杭造成用混合材を前記竪孔内に投入した後に、前記竪孔内に投入された地中杭造成用混合材のアルカリ活性化過硫酸塩と前記汚染土譲に存在する水分とが反応した水溶液による前記汚染土譲に含まれる汚染物質の浄化を促進させる反応触媒として機能する液体の水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを前記竪孔内に注入し、前記地中杭造成用混合材の締め固めをするようにしたことを特徴とする汚染土壌浄化方法。 - 前記竪孔を埋め戻す工程は、前記竪孔内に貫入されたケーシング内に地中杭造成用混合材を投入し、当該地中杭造成用混合材を前記ケーシング内部のスラストスクリューの回転力で前記竪孔内で締め固め、拡径することを特徴とする請求項1に記載の汚染土壌浄化方法。
- 前記アルカリ活性化過硫酸塩は、水溶性高分子により被覆されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の汚染土壌浄化方法。
- 前記水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの投入と地中杭造成用混合材の締め固めとを交互に行い、当該締め固められた地中杭造成用混合材を前記竪孔内における汚染土が存在する高さまで到達させることを特徴とする請求項2に記載の汚染土壌浄化方法。
- 前記水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムは、締め固められた地中杭造成用混合材を前記竪孔内における汚染土が存在する高さまで到達させた後に投入することを特徴とする請求項2に記載の汚染土壌浄化方法。
- 前記締め固めにより、前記竪孔における前記汚染土が存在する高さの範囲を拡径することを特徴とする請求項2乃至請求項5いずれかに記載の汚染土壌浄化方法。
- 前記汚染土壌に複数の地中杭を立設する場合において、前記竪孔の孔径は汚染土壌を平面視したときに前記拡径後の竪孔同士がラップする孔径とすることを特徴とする請求項6に記載の汚染土壌浄化方法。
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