JP6138024B2 - 汚染水ブロックエリア生成方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、汚染水ブロックエリア生成方法及び装置に関するものであり、より詳細には、有害物質を含んだ地下汚染水を一定エリアに封じ込め、当該エリア外に流出することを防止するための汚染水ブロックエリア生成方法及び装置に関するものである。なお、本発明に係る方法及び装置は、主に既に汚染水が発生している個所に実施することを想定しているために、以下の説明においては地下水を汚染水と称しているが、汚染水の流出予防のために予め実施する場合における地下水は未汚染水ということになるが、以下の説明における汚染水はこの未汚染水をも含むものと理解されたい。

福島原発事故による汚染水の流出を契機に、地下水汚染問題が種々取り沙汰されている。この地下水汚染は、原発事故に起因するものに限られる訳ではなく、例えば、農作業に際して使用される農薬や化学工場から排出される廃棄物が地中に浸潤する等によっても発生するもので、各所で頻発している。一般に地下構造は、地表側から順に、不飽和帯、帯水層（飽和帯）、難透水層となっており、有害物質は不飽和帯に浸潤し、不飽和帯中の土壌水に混ざり込み、土壌水の運動（毛管力、吸着力、浸透力等の釣り合いによる）に伴って土壌間隙を通って移動し、地下水中に流れ込む。

そして、有害物質を含む地下水が川や池等に流れ込むと、そこにおいて地下水中の有害物質が凝集沈殿し、水底に堆積する。底質に多くの有害物質が蓄積されると底質汚染が引き起こされ、水底や底質に生息する生物が体内で有害物質を濃縮蓄積し、食物連鎖によって人がこれを食することにより、健康被害を招くことになる。

従来、地盤内に存在する汚染物質を分離除去するに先立ち、該汚染物質が周辺に拡散することを防止するための方法としては、該汚染物質の存在する地盤部分を止水壁で取り囲んで封じ込める方法が一般的である（特開２０１１−１５６４５３号公報、特開２００３−３３７５７号公報等）。

しかるに、その止水壁は人工壁であって、鋼矢板やＳＭＷ地中連続壁によって構築されるが、その下端が難透水層（不透水層）に達する深さまで構築する必要があるため、工事が大掛かりなものとなり、施工に多大な時間とコストがかかる。また、この方法は、あくまで地盤内に汚染物質が存在することが発覚した後の事後措置であり、汚染物質を排出するおそれがある施設に対して、予防的に設置するに適した方法ではない。

特開２０１１−１５６４５３号公報 特開２００３−３３７５７号公報

上述したように、従来提唱されている、地盤内に存在する汚染物質の拡散防止方法は、鋼矢板やＳＭＷ地中連続壁によって、その下端が難透水層に達する深さまで構築する必要があるため、工事が大掛かりなものとなり、施工に多大な時間とコストがかかるという問題があり、また、汚染物質を排出するおそれがある施設に対して、予防的に設置するに適するものではなかった。

本発明は、このような従来技術における問題に鑑みてなされたもので、従来のような人工の大掛かりな止水壁の構築を伴うことなく、簡易な手段で、有害物質を含んだ地下汚染水を一定エリアに封じ込めて当該エリア外に流出することを防止すると共に、当該エリア外から流入することを防止することができ、施工に従来のような時間とコストがかからず、現に地盤内に有害物質が存在する場合の拡散防止のみならず、有害物質を排出するおそれがある施設近辺に、予防的に設置するにも好適で、液状化防止対策ともなり得る汚染水ブロックエリア生成装置、及び、その装置を用いた汚染水ブロックエリア生成方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、上面を蓋で閉塞した井戸の内部中間位置に仕切板を配設して前記仕切板の上側に汚染水流入室を形成すると共にその下側に加圧空気室を形成し、前記汚染水流入室に側方に抜ける汚染水流入孔を多数形成して、そこから周囲土壌内の地下汚染水が汚染水流入室内に自然流入するようにし、また、前記加圧空気室に側方に抜ける圧縮空気噴出孔を多数形成して、前記加圧空気室内に供給される圧縮空気が前記圧縮空気噴出孔及び前記井戸の底面開口部から周囲土壌内に送出されるようにし、前記蓋及び前記仕切板を貫通して前記加圧空気室内に臨む圧縮空気供給パイプを配備し、また、前記蓋を貫通して前記汚染水流入室内に臨む第１排水パイプを配備して成る汚染水ブロックエリア生成装置である。

一実施形態においては、前記圧縮空気供給パイプは前記加圧空気室内下部にまで延ばし、更に、前記蓋及び前記仕切板を貫通して前記加圧空気室内に臨む第２排水パイプを配備し、また、前記第１排水パイプ及び前記第２排水パイプに揚水ポンプを設置する。

一実施形態においては更に、前記蓋及び前記仕切板を貫通して前記加圧空気室内に臨み、前記加圧空気室内の調圧を行う第１調圧パイプを配備し、また、前記蓋を貫通して前記汚染水流入室内に臨み、前記汚染水流入室内の調圧を行う第２調圧パイプを配備する。また更に、前記井戸の汚染水流入孔形成部及び圧縮空気噴出孔形成部の周囲に、前記各孔の目詰まりを防止するための砂利層を設けることとする。

また、上記課題を解決するための請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の汚染水ブロックエリア生成装置を設置する工程と、前記井戸の上部周辺部の汚染水を前記汚染水流入孔から前記汚染水流入室内に自然流入させる工程と、前記汚染水流入室内に流入して溜まった汚染水を、前記第１排水パイプを介して排出する工程と、前記加圧空気室内に圧縮空気を供給し、供給された前記圧縮空気を前記圧縮空気噴出孔及び底面開口部から周辺土壌中に噴出する工程と、前記土壌中に噴出させた圧縮空気によって土壌中の砂土粒子を外方に移動させて土壌間隙を充填する工程と、前記土壌間隙の充填によって、前記井戸を囲むように有底のすり鉢状の止水壁を自然形成させる工程と、を含むことを特徴とする汚染水ブロックエリア生成方法である。

一実施形態においては、前記加圧空気室内下部に溜まった汚染水を、前記第２排水パイプを介して排出する工程を含み、また更に、前記汚染水流入室内及び前記加圧空気室内の余剰空気を前記第１調圧パイプ及び前記第２調圧パイプを介して排出する工程を含む。

また、上記課題を解決するための請求項１１に係る発明は、地盤の帯水層中の汚染水を回収しつつ、その汚染水回収個所よりも下の個所において圧縮空気を水平方向及び下方向に供給して砂土粒子を放射状に移動させて土壌間隙を充填させていくことで、前記圧縮空気供給部を囲むようにすり鉢状の止水壁を生成することを特徴とする汚染水ブロックエリア生成方法である。

本発明は上述したとおりであって、地盤中に供給する圧縮空気の作用で自然に有底すり鉢状の止水壁を構築させるものであるので、従来の方法に比較して施工が容易でコストがかからず、有害物質を含んだ地下汚染水を一定エリアに封じ込めてエリア外に流出すること、並びに、エリア外から流入することを確実に防止することができ、現に地盤内に有害物質が存在する場合の拡散防止のみならず、有害物質を排出するおそれがある施設近辺に、予防的に設置するのにも好適なる効果がある。

また、止水壁が有底すり鉢状に生成されるため、井戸は、必ずしも従来の止水壁のように難透水層に達するまで掘設する必要はなく、また、当該エリア内における汚染水が排出されることにより、当該エリア内における液状化現象の発生が防止される効果がある。

本発明に係る汚染水ブロックエリア生成方法及びその方法を実施するための装置の概略構成及び作用を示す縦断面図である。

本発明を実施するための形態につき、添付図面を参照しつつ説明する。本発明に係る汚染水ブロックエリア生成方法は、地盤の帯水層中の汚染水を回収しつつ、その汚染水回収個所よりも下の個所において圧縮空気を水平方向及び下方向に供給して砂土粒子を放射状に移動させて土壌間隙を充填させていくことで、前記圧縮空気供給部を囲むようにすり鉢状の止水壁を生成することを特徴とするものであり、図１は、その方法を実施するための装置の概略構成及び作用を示す縦断面図である。

図１に示されるように、本発明に係る汚染水ブロックエリア生成装置は、上面が蓋２によって閉塞された井戸１によって構成される。井戸１は、後述する理由により、必ずしも、下端部が難透水層に達する深さにまで掘設する必要はない。井戸１の内部中間位置に仕切板３が配設されることにより、仕切板３の上側に汚染水流入室４が形成され、仕切板３の下側に加圧空気室５が形成される。汚染水流入室４には、その全周に亘って側方に抜ける汚染水流入孔６が多数形成され、そこから周囲土壌内の地下汚染水が汚染水流入室４内に自然流入するようにされる。

また、加圧空気室５には、その全周に亘って側方に抜ける圧縮空気噴出孔７が多数形成され、後述するようにして加圧空気室５内に供給される圧縮空気が、そこを通って周囲土壌内に送出される。なお、図１においては、仕切板３は比較的上方位置に配置されているが、より下方、即ち、圧縮空気噴出孔７形成部よりも少し上側に配置すれば足りる。

好ましい実施形態においては、汚染水流入孔６及び圧縮空気噴出孔７形成部の周囲に、各孔の目詰まりを防止するための砂利層８が設けられる。また、砂利層８は、井戸１の底面開口部９付近にも設けることが好ましい。

蓋２及び仕切板３を貫通させて、加圧空気室５内に臨む圧縮空気供給パイプ１１が配設され、その外端部にコンプレッサー１０が接続される。圧縮空気供給パイプ１１は加圧空気室５内に圧縮空気を供給するためのものであるが、後述するように、本発明に係る方法においては、上部よりも土壌圧の高い井戸の下部周辺に圧縮空気を送出することが望まれるので、圧縮空気供給パイプ１１は、なるべく加圧空気室５内下部にまで延ばして開口させることが好ましい。

また、蓋２を貫通させて、汚染水流入室４内に臨む第１排水パイプ１２が配備される。第１排水パイプ１２は、汚染水流入室４内に溜まった汚染水を排出するためのものであるので、汚染水流入室４の内底面近くにまで延ばされる。また更に、蓋２及び仕切板３を貫通させて、加圧空気室５内に臨む第２排水パイプ１３が配備される。この第２排水パイプ１３は、加圧空気室５内に溜まった汚染水を排出するためのものであるが、汚染水の水面が圧縮空気噴出孔７形成部に達する前に排出する必要があるので、その下端開口部は加圧空気室５内の下端部付近にまで延ばされる。通例、第１排水パイプ１２及び第２排水パイプ１３には、揚水ポンプが接続される。

好ましい実施形態においては更に、蓋２を貫通して汚染水流入室４内に臨む第１調圧パイプ１４と、蓋２及び仕切板３を貫通して加圧空気室５内に臨む第２調圧パイプ１５とが配設される。第１調圧パイプ１４は、汚染水流入室４内上部に溜まったガスを排出するためのものであるので、その下端開口部が汚染水流入室４の上部に開口するように配置される。また、第２調圧パイプ１５は、加圧空気室５内の空気圧調整を行うためのものであるので、その下端開口部が加圧空気室５内の上部に開口するように配置される。通例、各調圧パイプ１４、１５には、気圧計付きバルブが設置され、所定圧以上になったときに当該バルブを開いて排気するように構成される。

本発明に係る汚染水ブロックエリア生成方法は、上記汚染水ブロックエリア生成装置を用いて実施するもので、以下の工程から成る。

井戸掘設工程
この工程は、上記構成の汚染水ブロックエリア生成装置における井戸１を掘設する工程である。井戸１の下端部は、必ずしも難透水層に達するまで延ばす必要はない。それは、後述するように、止水壁１６は井戸１の下方にも自然形成されるからである。井戸１は、例えば、原子炉、化学工場、薬品工場等の有害物質を排出する可能性のある施設の付近に設け、あるいは、当該施設を囲むように複数配設する。井戸１の掘設に際しては、汚染水流入孔６が不飽和帯の下の帯水層に位置するようにする。そして好ましくは、汚染水流入孔６及び圧縮空気噴出孔７形成部の周囲、並びに、底面開口部９付近に、各孔の目詰まりを防止するための砂利層８を設ける。

汚染水回収工程
上記井戸１の掘設に伴って汚染水が、井戸１の全周面に亘って多数形成されている汚染水流入孔６から汚染水流入室４内に自然流入し、そこを満たしていく。汚染水流入室４内に溜まった汚染水は、適量を残し、揚水ポンプを用いて第１排水パイプから適時汲み出され、処理施設に搬送される。また、汚染水の流入に伴い、汚染水流入室４内の空気は、第１調圧パイプ１４から放出される。

圧縮空気供給工程
井戸１を掘設した後、コンプレッサー１０を始動して、加圧空気室５内に圧縮空気を供給する。供給された圧縮空気は、井戸１の全周面に配設されている圧縮空気噴出孔７から放射状に噴出し、また、底面開口部９から下方に噴出して周辺土壌中に送出され、土壌中の砂土粒子を外方に押しやるよう作用する。外方に押しやられた砂土粒子は土壌間隙を抜けて移動する。なお、加圧空気室５内への圧縮空気の供給に伴い、仕切壁３に下方から大きな負荷がかかるが、この負荷に対抗するために、汚染水流入室４内にある程度の量の汚染水を溜めておくことが好ましい。

止水壁生成工程
そして、この圧縮空気の噴出を継続することにより、多くの砂土粒子が移動して溜まる井戸１から遠位の土壌間隙から次第に充填されて締め固められ、水密の壁が生成されていく。この壁は、内側の土壌水の流出並びに壁の外側の土壌水の流入を阻止し得る止水壁１６となるもので、すり鉢状に形成されていく。即ち、井戸１の周囲の土壌の土壌圧力は、深くなればなるほど高く、浅くなればなるほど低くなる。従って、井戸１の深い位置から水平方向及び下方向に噴出する圧縮空気は、より圧力の低い上方向へと向かい、その方向に砂土粒子を移動させて土壌間隙を充填していく。その結果、止水壁１６は有底のすり鉢状に形成されることになるのである。

このようにして汚染水ブロックエリアが形成されるが、例えば、井戸１の深さを１００ｍとし、止水壁１６の傾斜が４５度であるとすると、形成される汚染水ブロックエリアの範囲は、井戸１を中心に半径１００ｍということになり、仮にこの範囲内にある施設から有害物質が排出して地中に浸潤したとしても、止水壁１６によってブロックされるため、外部に流出するおそれはない。

このように本発明に係る方法及び装置によれば、地盤中に供給する圧縮空気の作用で有底すり鉢状の止水壁１６が自然生成されるので、従来の方法に比較して施工が容易で低コストでの実施が可能である。また、その止水壁１６によって壁内外の汚染水がブロックされるため、有害物質を含んだ地下汚染水を一定エリアに封じ込めてエリア外に流出すること、並びに、エリア外から流入することを確実に防止することができる。

本発明に係る方法及び装置は、現に地盤内に有害物質が存在する場合の拡散防止のみならず、有害物質を排出するおそれがある施設近辺に、予防的に実施（設置）するのにも好適ということができる。また、止水壁１６は有底すり鉢状に生成されるため、井戸は、必ずしも従来の止水壁のように難透水層に達するまで掘設する必要はなく、更に、当該エリア内における汚染水を排出するため、当該エリア内における液状化現象の発生を防止し得るものでもある。

１ 井戸
２ 蓋
３ 仕切板
４ 汚染水流入室
５ 加圧空気室
６ 汚染水流入孔
７ 圧縮空気噴出孔
８ 砂利層
９ 底面開口部
１０ コンプレッサー
１１ 圧縮空気供給パイプ
１２ 第１排水パイプ
１３ 第２排水パイプ
１４ 第１調圧パイプ
１５ 第２調圧パイプ
１６ 止水壁

Claims (11)

1. 上面を蓋で閉塞した井戸の内部中間位置に仕切板を配設して前記仕切板の上側に汚染水流入室を形成すると共にその下側に加圧空気室を形成し、前記汚染水流入室に側方に抜ける汚染水流入孔を多数形成して、そこから周囲土壌内の地下汚染水が汚染水流入室内に自然流入するようにし、また、前記加圧空気室に側方に抜ける圧縮空気噴出孔を多数形成して、前記加圧空気室内に供給される圧縮空気が前記圧縮空気噴出孔及び前記井戸の底面開口部から周囲土壌内に送出されるようにし、前記蓋及び前記仕切板を貫通して前記加圧空気室内に臨む圧縮空気供給パイプを配備し、また、前記蓋を貫通して前記汚染水流入室内に臨む第１排水パイプを配備して成る汚染水ブロックエリア生成装置。
2. 前記圧縮空気供給パイプは前記加圧空気室内下部にまで延ばす、請求項１に記載の汚染水ブロックエリア生成装置。
3. 更に、前記蓋及び前記仕切板を貫通して前記加圧空気室内に臨む第２排水パイプを配備した、請求項１又は２に記載の汚染水ブロックエリア生成装置。
4. 前記第１排水パイプ及び前記第２排水パイプに揚水ポンプを設置した、請求項３に記載の汚染水ブロックエリア生成装置。
5. 更に、前記蓋及び前記仕切板を貫通して前記加圧空気室内に臨み、前記加圧空気室内の調圧を行う第１調圧パイプを配備した、請求項１乃至４のいずれかに記載の汚染水ブロックエリア生成装置。
6. 更に、前記蓋を貫通して前記汚染水流入室内に臨み、前記汚染水流入室内の調圧を行う第２調圧パイプを配備した、請求項１乃至５のいずれかに記載の汚染水ブロックエリア生成装置。
7. 前記井戸の汚染水流入孔形成部及び圧縮空気噴出孔形成部の周囲に、前記各孔の目詰まりを防止するための砂利層を設けた、請求項１乃至６のいずれかに記載の汚染水ブロックエリア生成装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の汚染水ブロックエリア生成装置を設置する工程と、
   前記井戸の上部周辺部の汚染水を前記汚染水流入孔から前記汚染水流入室内に自然流入させる工程と、
   前記汚染水流入室内に流入して溜まった汚染水を、前記第１排水パイプを介して排出する工程と、
   前記加圧空気室内に圧縮空気を供給し、供給された前記圧縮空気を前記圧縮空気噴出孔及び前記井戸の底面開口部から周辺土壌中に噴出する工程と、
   前記土壌中に噴出させた圧縮空気によって土壌中の砂土粒子を外方に移動させて土壌間隙を充填する工程と、
   前記土壌間隙の充填によって、前記井戸を囲むように有底のすり鉢状の止水壁を自然形成させる工程と、
   を含むことを特徴とする汚染水ブロックエリア生成方法。
9. 更に、前記加圧空気室内下部に溜まった汚染水を、前記第２排水パイプを介して排出する工程を含む、請求項８に記載の汚染水ブロックエリア生成方法。
10. 更に、前記汚染水流入室内及び前記加圧空気室内の余剰空気を前記第１調圧パイプ及び前記第２調圧パイプを介して排出する工程を含む、請求項８又は９に記載の汚染水ブロックエリア生成方法。
11. 地盤の帯水層中の汚染水を回収しつつ、その汚染水回収個所よりも下の個所において圧縮空気を水平方向及び下方向に供給して砂土粒子を放射状に移動させて土壌間隙を充填させていくことで、前記圧縮空気供給部を囲むようにすり鉢状の止水壁を生成することを特徴とする汚染水ブロックエリア生成方法。

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