JP6457328B2 - 地下水の浄化設備、及び浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下水の浄化システム、浄化設備、及び浄化方法に関する。

従来、汚染された地下水を浄化するシステムとして、揚水井戸から地下水を汲み上げて地上の設備で浄化し、浄化した水を注水井戸から地下に戻すものが知られている。一般に、汲み上げた場所とは異なる場所に地下水を戻す際には、その汚染物質の濃度を、地下水を戻す場所の濃度よりも低くしなければ、汚染物質が周辺へ拡散する所謂二次汚染が生じてしまう。従って、二次汚染が生じないように、汲み上げた地下水の適切な管理及び処理が必要となる。

地下水の浄化システムとして、隣接する井戸同士の間に汚染地下水の流れに略垂直となる水平方向の流れを生じさせるとともに、土中の微生物を活性化させる活性剤を井戸に添加するシステムが考案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、二次汚染を防止しながら、汚染物質の微生物分解の速度を高めることができる。

特開２０１２−１２５７１３号公報

しかしながら、上記システムは、土中に十分な微生物が存在することが必要であり、微生物が乏しい地盤では実効性が小さい。

そこで本発明は、二次汚染の可能性がなく、土中の微生物が乏しい地盤でも適用することができる地下水の浄化システム、浄化設備、及び浄化方法を提供することを目的とする。

本発明は、地下水を擁し、地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた井戸と、上部領域内の地下水を下部領域内へ、又は、下部領域内の地下水を上部領域内へ送水するポンプと、地下水中の汚染物質を吸着する吸着剤、及び汚染物質を分解する分解剤が収容され、ポンプによる地下水の送水の過程において地下水が通水される浄化器具と、を備える地下水の浄化システムを提供する。

また、本発明は、地下水を擁し、地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた井戸を用いる地下水の浄化方法であって、上部領域内の地下水を下部領域内へ、又は、下部領域内の地下水を上部領域内へ送水し、その送水の過程において、地下水中の汚染物質を吸着する吸着剤、及び汚染物質を分解する分解剤が収容された浄化器具に地下水を通水する、地下水の浄化方法を提供する。

これらの浄化システム及び浄化方法では、汚染物質が吸着剤及び分解剤によって物理的又は化学的に処理されるため、これらの浄化システム及び浄化方法は、土中の微生物が乏しい地盤でも適用することができる。また、上部領域内と下部領域内とは遮水材によって互いに遮水されているため、井戸内で単に地下水が循環するのではなく、井戸周辺の土中から浸出した地下水を処理し、浄化された地下水が同じ井戸内の異なる領域に戻されることになるため浄化効率が高い。また、単独の井戸において地下水を浄化処理してから元に戻しているため、汲み上げたときよりも汚染物質の濃度が必ず低下しており二次汚染の可能性がない。

本発明は別の態様において、上記浄化システムを複数具備し、複数の井戸のうちの一の井戸では、当該井戸における上部領域内の地下水を下部領域内へ送水し、複数の井戸のうちの一の井戸に隣接する他の井戸では、当該井戸における下部領域内の地下水を上部領域内へ送水する、地下水の浄化設備を提供する。

また、本発明は別の態様において、地下水を擁し、地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた井戸を複数用いる地下水の浄化方法であって、複数の井戸のうちの一の井戸では、当該井戸における上部領域内の地下水を下部領域内へ送水し、複数の井戸のうちの一の井戸に隣接する他の井戸では、当該井戸における下部領域内の地下水を上部領域内へ送水し、それらの送水の過程において、地下水中の汚染物質を吸着する吸着剤、及び汚染物質を分解する分解剤が収容された浄化器具に地下水を通水する、地下水の浄化方法を提供する。

この浄化設備及び浄化方法の場合、井戸内における上部領域と下部領域との間の地下水の移動方向が隣接する井戸間で逆方向となるため、隣接する井戸間の帯水層において、井戸間を渡すように水平方向の地下水の流れが生じ得る。この水平方向の流れが隣接する井戸の上部領域間と下部領域間との双方で生じることにより、井戸間の地下水の循環流が形成され、より広範囲の地下水を浄化することができる。

本発明の浄化システム、浄化設備、及び浄化方法において、吸着剤は、揮発性有機化合物を吸着する吸着剤と、重金属等を吸着する吸着剤とを含むことが好ましい。これによれば、揮発性有機化合物と重金属等との双方を地下水から除去することができる。

本発明の浄化方法において、浄化器具は、交換可能であり、地下水の通水を終えて取り外した浄化器具に水を通水する、又は、地下水の通水を終えて取り外した浄化器具に超音波を当てることが好ましい。これによれば、浄化器具内の吸着剤及び分解剤を撹拌することができ、吸着剤に吸着した汚染物質が分解剤によって分解される速度が高まる。

本発明によれば、二次汚染の可能性がなく、土中の微生物が乏しい地盤でも適用することができる地下水の浄化システム、浄化設備、及び浄化方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の浄化システムの概要を示す図である。 カートリッジの構成を示す図である。 第１のカーリッジを再生する様子を示す図である。 カートリッジの設置の他の態様を示す図である。 本発明の一実施形態の浄化設備の概要を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

＜浄化システム＞
地下水の浄化システムについて説明する。図１に示されたとおり、浄化システム１は、井戸２と、井戸２内の地下水を汲み上げるポンプ３と、汲み上げた地下水中の汚染物質を処理するカートリッジ（浄化器具）４とを備えている。

ここで汚染物質とは、揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（ＶＯＣ）とも呼ばれる。具体的には、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，３−ジクロロプロペン等）、重金属等（カドミウム、鉛、六価クロム、ヒ素、総水銀、シアン、有機リン等）を指している。ここで「重金属等」とは、土壌汚染対策法における特定有害物質のうち第二種特定有害物質に区分されるものに有機リン等を加えたものを指している。従って、「重金属等」はヒ素、シアン及び有機リン等をも含む概念である。

井戸２は、汚染された地下水を擁する地盤の帯水層５を掘削して粘土層６にまで達したボーリング穴に対し、スリットや貫通孔を壁面に有するストレーナー２１が挿通されてなるものである。ストレーナー２１の径はボーリング穴の径よりも小さく、径の差分により生じる空間には砂７が充填されている。

砂７が充填されている空間において、井戸２の深さの約半分の高さ位置には、砂７の代わりに遮水材としてのベントナイト８が充填されている。そして、井戸２内におけるこの高さ位置においては、パッカー（遮水材）９が設けられ、井戸２内が深さ方向に上部領域２２と下部領域２３とに区分されている。パッカー９は、中心部に小孔が開いた環状の風船であり、これが膨らむことによって井戸２の内周壁に密着し、また小孔に挿通された配管Ｌ１の外周とも密着するため、井戸２内部を塞ぐこととなり、上部領域２２と下部領域２３とを互いに遮水する遮水材として機能する。

井戸２の底部には、下部領域２３の地下水を吸い上げるポンプ３が配置されている。ポンプ３の送水量は、１０Ｌ／分〜１００Ｌ／分程度である。ポンプ３からは配管Ｌ１が上方へ向けて延び、パッカー９の中心部の小孔を通じて、地上にまで達している。

地上には、汚染物質の吸着剤及び分解剤が収容された円筒形状のカートリッジ４が設置されている。カートリッジ４の一端にはポンプ３から延びる配管Ｌ１が接続されており、他端には別の配管Ｌ３が接続されている。配管Ｌ３は、カートリッジ４から井戸２内へ延び、上部領域２２内において端部が開口している。

カートリッジ４は、図２に示されたとおり、揮発性有機化合物を処理するための第１のカートリッジ４１と、第１のカートリッジ４１に配管Ｌ２で連結された、重金属等を処理するための第２のカートリッジ４２とからなる。第１のカートリッジ４１内には、揮発性有機化合物の吸着剤としての活性炭と、揮発性有機化合物の分解剤としての鉄粉とが均一に混合されて充填されている。第２のカートリッジ４２内には、重金属等の吸着剤としての鉄もしくは軽金属、又はこれらの酸化物が充填されている。

カートリッジ４の材質としては塩化ビニルや金属が好ましく、内容積は、例えば４０Ｌ〜１００Ｌである。

カートリッジ４は、別のカートリッジと交換可能である。カートリッジ４の前後の配管Ｌ１，Ｌ３にはそれぞれ採水用のバルブＶ１，Ｖ２が設けられており、そこから水を採取して地下水中の汚染物質の濃度を測定することができる。こうしてカートリッジ４の汚染物質の処理能力の低下を確認することにより、使用中のカートリッジ４の交換時期を知ることができる。

以上に説明した浄化システム１において、ポンプ３を駆動すると、下部領域２３内の地下水が汲み上げられて、配管Ｌ１を通じてカートリッジ４に地下水が導入される。カートリッジ４内に地下水が通水されると、第１のカートリッジ４１では揮発性有機化合物が、第２のカートリッジ４２では重金属等が処理される。そして、第２のカートリッジ４２から排出された地下水は、配管Ｌ３を通じて上部領域２２内に開放される。すなわち、井戸２内の地下水は、下部領域２３内から上部領域２２内へ送水される過程において、カートリッジ４によって汚染物質が除去され、又は濃度が低減され、浄化された地下水が元の井戸２に戻される。ポンプ３によるこの送水は、単独の井戸２において地下水を移動させるものであるため、送水時は汲み上げ時よりも汚染物質の濃度が必ず低くなっており、つまり井戸２周辺の地下水よりも汚染物質の濃度が低くなっており、二次汚染の可能性がない。

またこのとき、上部領域２２内と下部領域２３内とはパッカー９によって互いに遮水されているため、井戸２内で単に地下水が循環するのではなく、ポンプ３によって下部領域２３周辺の帯水層５から浸出した地下水を汲み上げ、カートリッジ４で浄化された地下水が、同じ井戸２内の異なる高さ領域（すなわち上部領域２２）に戻され、やがて帯水層５に浸入していくことになる（図１の白抜き矢印参照）。従って、ポンプ３による送水を続けることで、帯水層５中の地下水を効率的に浄化することができる。仮に、地下水の汚染物質の濃度が高い場合でも、帯水層５中の地下水が繰り返しカートリッジ４を通過することで、目標とする濃度まで浄化することができる。

ここで、第１のカートリッジ４１内では、吸着剤と分解剤とが均一に混合されているため、吸着剤が吸着した揮発性有機化合物を分解剤が分解する効率が高い。

また、浄化システム１を用いた地下水の浄化方法では、汚染物質の浄化をカートリッジ４内の吸着剤及び分解剤によって物理的又は化学的に行うため、土中の微生物が乏しい地盤でも適用することができる。

また、第２のカートリッジ４２によれば、重金属等を吸着処理することができる。吸着剤を地盤に注入又は混合しても同様に地下水中の重金属等の濃度を低減できるが、地下水中の重金属等は地中に固定されることになる。これに対し、浄化システム１によれば、地下水中の重金属等を外部へ除去することができる。

また、使用済みの第１のカートリッジ４１は、再生処理することができる。一般に、吸着剤による揮発性有機化合物の吸着速度は高く、分解剤による分解速度は低い。従って、浄化システム１での使用において吸着剤の吸着能力が低下してきたら、第１のカートリッジ４１を交換し、吸着能力を回復させることが望ましい。

交換して取り出した使用済みの第１のカートリッジ４１に対し、図３に示されたとおり、配管Ｌ４によって循環路を形成し、この循環路上に設けたポンプ３１によって連続通水する。分解剤による揮発性有機化合物の分解時間として十分な時間をとることにより、吸着剤に吸着した揮発性有機化合物を、分解剤によって分解することができる。これにより、第１のカートリッジ４１の吸着能力が回復し、再使用することができる。

また、第１のカートリッジ４１に対して、超音波発信機を用いて超音波を当て、第１のカートリッジ４１内の吸着剤及び分解剤を撹拌することによって、第１のカートリッジ４１の分解能力を高めることができる。

以上、浄化システム１及び浄化方法について説明したが、上記の実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、井戸２内の地下水を下部領域２３内から上部領域２２内へと送水する態様を示したが、ポンプ３を上部領域２２内に配置し、配管Ｌ３の端部を下部領域２３内に配置することによって、井戸水を上部領域２２内から下部領域２３内へ送水する態様としてもよい。また、カートリッジ４は地上での設置に限定されるのではなく、図４に示されたとおり、井戸２内に設置してもよい。

また、上記実施形態では、第１のカートリッジ４１として吸着剤と分解剤とが均一に混合されて充填された態様を示したが、これらは均一に混合されていなくてもよく、上流側（配管Ｌ１側）に吸着剤が、下流側（配管Ｌ２側）に分解剤が偏って充填されていてもよく、互いに別の容器に充填されていてもよい。これらの場合であっても、上流側にある吸着剤に吸着された揮発性有機化合物が、連続する通水によって徐々に吸着剤から解離し、下流側にある分解剤によって分解される。

また、上記実施形態では、揮発性有機化合物と重金属等の両方を処理対象とする態様を示したが、いずれか一方のみを処理対象とすることもできる。

＜浄化設備＞
地下水の浄化設備について説明する。浄化設備１００は、図５に示されたとおり、複数の浄化システム１Ａ，１Ｂから成っている。すなわち、帯水層５を共通にする複数の井戸２（２Ａ，２Ｂ）、各井戸２に対応するポンプ３（３Ａ，３Ｂ）、及び、各井戸２に対応するカートリッジ４（４Ａ，４Ｂ）を備えている。

備える井戸２の数には制限はなく、地下水の汚染地域において、井戸２を何本設けてもよい。複数の井戸２は、一列に並べてもよく、複数列に並べてもよい。また、少数の井戸数で広い範囲を手当する観点から、汚染された地下水の流れに対して直交する方向に井戸を並べることが好ましい。

図５は、隣接する二つの井戸を例示している。二つの井戸２Ａ，２Ｂのうちの一の井戸２Ａ（図示左側）では、当該井戸２Ａにおける下部領域２３Ａ内の地下水を上部領域２２Ａ内へ送水する。他方、井戸２Ａに隣接する井戸２Ｂ（図示右側）では、当該井戸２Ｂにおける上部領域２２Ｂ内の地下水を下部領域２３Ｂ内へ送水する。このため、井戸２Ｂ内では、ポンプ３Ｂを上部領域２２Ｂ内に配置し、配管Ｌ３の端部を下部領域２３Ｂ内に配置している。

浄化設備１００を用いた地下水の浄化方法では、井戸２内における上部領域２２と下部領域２３との間の地下水の移動方向が隣接する井戸間で逆方向となるため、隣接する井戸２Ａ，２Ｂ間の帯水層５において、井戸２Ａ，２Ｂ間を渡すように水平方向の地下水の流れが生じ得る（図５の白抜き矢印参照）。この水平方向の流れが隣接する井戸２Ａ，２Ｂの上部領域２２Ａ，２２Ｂ間と下部領域２３Ａ，２３Ｂ間との双方で生じることにより、井戸２Ａ，２Ｂ間の地下水の循環流が形成され、より広範囲の地下水を浄化することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記二つの実施形態では、井戸２内がパッカー９によって二つの領域に区分された態様を示したが、井戸２内が三つ以上の領域に区分された態様としてもよい。

１（１Ａ，１Ｂ）…浄化システム、２（２Ａ，２Ｂ）…井戸、３（３Ａ，３Ｂ）…ポンプ、４（４Ａ，４Ｂ）…カートリッジ（浄化器具）、９…パッカー（遮水材）、２２（２２Ａ，２２Ｂ）…上部領域、２３（２３Ａ，２３Ｂ）…下部領域、１００…浄化設備。

Claims (5)

1. 地下水を擁し、前記地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた井戸と、
   前記上部領域内の前記地下水を前記下部領域内へ、又は、前記下部領域内の前記地下水を前記上部領域内へ送水するポンプと、
   前記地下水中の汚染物質を吸着する吸着剤、及び前記汚染物質を分解する分解剤が収容され、前記ポンプによる前記地下水の送水の過程において前記地下水が通水される浄化器具と、を備える、地下水の浄化システムを複数具備し、
   複数の前記井戸のうちの一の井戸では、当該井戸における前記上部領域内の前記地下水を前記下部領域内へ送水し、複数の前記井戸のうちの前記一の井戸に隣接する他の井戸では、当該井戸における前記下部領域内の前記地下水を前記上部領域内へ送水する、地下水の浄化設備。
2. 前記吸着剤は、揮発性有機化合物を吸着する吸着剤と、重金属等を吸着する吸着剤とを含む、請求項１記載の地下水の浄化設備。
3. 地下水を擁し、前記地下水で満たされた領域を深さ方向に上部領域と下部領域とに区分するように遮水材が設けられた井戸を複数用いる地下水の浄化方法であって、
   複数の前記井戸のうちの一の井戸では、当該井戸における前記上部領域内の前記地下水を前記下部領域内へ送水し、複数の前記井戸のうちの前記一の井戸に隣接する他の井戸では、当該井戸における前記下部領域内の前記地下水を前記上部領域内へ送水し、
   それらの送水の過程において、前記地下水中の汚染物質を吸着する吸着剤、及び前記汚染物質を分解する分解剤が収容された浄化器具に前記地下水を通水する、地下水の浄化方法。
4. 前記浄化器具は、交換可能であり、
   前記地下水の通水を終えて取り外した前記浄化器具に水を通水する、又は、前記地下水の通水を終えて取り外した前記浄化器具に超音波を当てる、請求項３記載の地下水の浄化方法。
5. 前記吸着剤は、揮発性有機化合物を吸着する吸着剤と、重金属等を吸着する吸着剤とを含む、請求項３又は４記載の地下水の浄化方法。

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