JP6823425B2 - 汚染地盤浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、汚染地盤浄化システムに関する。

下記特許文献１に記載された油汚染土壌の原位置浄化装置では、油汚染土壌に供給する液体を加熱し、この熱によって土粒子の表面に付着する油の粘性を低下させて油が土粒子から離脱し易い状態にしている。また、揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）で汚染された汚染地盤も、汚染地盤に供給する液体を加熱することで、ＶＯＣを分解する分解微生物の活性を上げて浄化することができる。

特開２００５−５２７３３号公報

上記特許文献１の油汚染土壌の原位置浄化装置や、ＶＯＣ汚染地盤の浄化方法では、加熱装置によって液体を加熱しているが、加熱には熱源が必要であり、土壌の汚染状況によっては多くのエネルギーを必要とする。

本発明は上記事実を考慮して、汚染地盤を浄化するために必要なエネルギーを削減できる汚染地盤浄化システムを提供することを目的とする。

請求項１の汚染地盤浄化システムは、地盤上に建てられた複数の建物と、遮水壁で取り囲まれた汚染地盤を浄化する注入液を生成する水処理装置と、前記複数の建物の排熱を集約して前記注入液を加温する１つの熱交換装置と、加温された前記注入液を前記汚染地盤へ注入する注入手段と、を備え、前記複数の建物の排熱は、前記遮水壁の外側において前記地盤の内部へ蓄熱され、前記排熱を循環させる循環パイプが、蓄熱された部分から前記熱交換装置へ延設されている。

請求項１の汚染地盤浄化システムでは、汚染地盤を浄化する注入液が加温され、加温された注入液が注入手段によって汚染地盤へ注入される。これにより、例えば汚染物質を生物分解する分解微生物が活性化し、浄化効率が高くなる。注入液は、複数の建物の排熱を利用して加温されるため、単体の建物の排熱しか利用しない場合と比較して、汚染地盤を浄化するために必要なエネルギーを削減できる。

一態様の汚染地盤浄化システムは、前記汚染地盤は遮水壁で取り囲まれている。

一態様の汚染地盤浄化システムでは、汚染地盤が遮水壁で取り囲まれている。このため、加温された注入液によって暖められた地下水が周辺地盤へ流出することが抑制され、遮水壁がない場合と比較して加温効率が保持され、浄化効率が高められる。

請求項２の汚染地盤浄化システムは、前記水処理装置と前記熱交換装置は、地中に前記汚染地盤がある前記地盤上に建てられた建物に設けられている。

請求項２の汚染地盤浄化システムでは、水処理装置と熱交換装置が、地中に汚染地盤がある地盤上に設けられるため、加温された注入液を速やかに汚染地盤へ注入できる。このため、熱損失を抑制し、エネルギーの削減効果を高めることができる。
一態様の汚染地盤浄化システムは、前記複数の建物の排熱は、前記遮水壁の外側において前記地盤の内部へ蓄熱され、前記排熱を循環させる循環パイプが、蓄熱された部分から前記熱交換装置へ延設されている。

本発明に係る汚染地盤浄化システムによると、汚染地盤を浄化するために必要なエネルギーを削減できる。

本発明の実施形態における汚染地盤浄化システムを示す立断面図である。 本発明の実施形態における汚染地盤浄化システムにおいて建物の熱源機器の排熱を地下地盤に蓄熱する変形例を示す立断面図である。

（全体構成）
本発明の実施形態における汚染地盤浄化システム２０は、地盤に含まれる汚染物質を分解するためのシステムであり、地中に構築された揚水井戸２２、注水井戸２４及び遮水壁２８と、地盤１０の地表面ＧＬに構築され、揚水井戸２２及び注水井戸２４の間で地下水を循環させる浄化装置３０と、を備えている。

（汚染地盤）
地盤１０は、地下水が流れる帯水層１２及び地下水が流れない不透水層１４を備えている。帯水層１２において汚染物質が基準値（例えば汚染物質の種類毎に定められた値）以上含まれている部分を、汚染地盤Ｅとする。「汚染物質」とは、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、塩化ビニルモノマー、ベンゼン、六価クロム等の有機物、シアン等の無機化合物、及びガソリンや軽油等の鉱油類を含む概念である。

なお、図１においては、地下水位を地下水位Ｈで示し、地中での地下水の流れの向きを破線の矢印で図示している。この地下水の流れは注水井戸２４から地中へ後述する浄化剤等を含む注入液を注入し、更に揚水井戸２２から地下水を揚水することで発生する流れである。

（揚水井戸）
揚水井戸２２は、地中から地下水を揚水する揚水手段であり、揚水ポンプＰにより帯水層１２の地下水を吸い上げて、浄化装置３０に送ることができる。図１において揚水ポンプＰは揚水井戸２２の外部に設置されているが、揚水ポンプＰの設置位置は特に限定されず、揚水ポンプＰは揚水井戸２２の内部に設置してもよい。揚水井戸２２は汚染地盤Ｅと遮水壁２８との間に配置されており、下端の深度が汚染地盤Ｅの深度以下となるように地中に埋設されている。

図１においては図示の便宜上、揚水井戸２２は１本のみ記載しているが、本発明の実施形態はこれに限らず、任意の本数を汚染地盤Ｅの広さ等に応じて適宜配置して構わない。

また、揚水井戸２２は汚染地盤Ｅに配置されていてもよい。揚水井戸２２による揚水の具体的な方法や、揚水井戸２２の形状、サイズ等については公知であるため、詳細な説明を省略する。

（注水井戸）
注水井戸２４は、浄化装置３０で生成された注入液を地中に注入する注入手段であり、図示しないポンプ等により注入液を地中に送ることができる。また、注水井戸２４は、汚染地盤Ｅと遮水壁２８との間（汚染地盤Ｅからみて揚水井戸２２の反対側）に配置された井戸であり、下端の深度が汚染地盤Ｅの深度以下となるように地中に埋設されている。

図１においては図示の便宜上、注水井戸２４は１本のみ記載しているが、本発明の実施形態はこれに限らず、任意の数を汚染地盤Ｅの広さ等に応じて適宜配置して構わない。

また、注水井戸２４は汚染地盤Ｅに配置されていてもよい。注水井戸２４による注入液の注入の具体的な方法や、注水井戸２４の形状、サイズ等については公知であるため、詳細な説明を省略する。

なお、本実施形態においては地下水の揚水手段、注入液の注入手段としてそれぞれ揚水井戸２２、注水井戸２４を用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば揚水井戸２２、注水井戸２４に代えて、地表面ＧＬを溝状に地下水位面まで掘削して形成した暗渠型の揚水手段、注入手段を用いてもよい。

（遮水壁）
遮水壁２８は、汚染地盤Ｅの周囲を取り囲むように地中に配置されたソイルセメント壁の遮水手段であり、遮水壁２８内外の地下水の流れを遮断している。すなわち、遮水壁２８の「外側」の地下水の流れと、遮水壁２８の「内側」の地下水の流れとを、相互に影響を及ぼさないようにしている。

また、遮水壁２８の下端は不透水層１４に根入れされている。これにより、汚染地盤Ｅは遮水壁２８と不透水層１４とで囲まれ、汚染物質が遮水壁２８の外側へ流出することが抑制されている。

（浄化装置）
浄化装置３０は、揚水井戸２２から揚水された地下水を浄化し、後述する浄化剤や活性剤を添加して地盤１０へ戻すための装置であり、水処理装置３２、熱交換装置３４、加温装置３６、添加槽３７及び制御部３８を含んで構成されている。浄化装置３０は、地中に汚染地盤Ｅがある地盤上に建てられた建物５２の内部に設置されている。建物５２は、浄化装置３０を管理するための管理室を含む建屋であり、浄化装置３０が風雨に晒されることを防いでいる。

（水処理装置）
水処理装置３２は、揚水井戸から揚水された地下水に空気を送り込み、揮発性汚染物質を揮発させて浄化する。

（熱交換装置）
熱交換装置３４は、水処理装置３２で浄化された地下水と、建物５２の周囲に建てられた建物５４、５６の排熱を担持した熱媒体とを熱交換させて地下水を暖める装置である。

熱交換装置３４には、建物５２の周囲に建てられた建物５４、５６における図示しない熱源機器（エアコン、給湯器など）から延設された循環パイプ５０が接続されている。循環パイプ５０は、往路管５０Ａ及び復路管５０Ｂを備えている。

循環パイプ５０の内部には、熱媒体としての循環水が流れている。また循環パイプ５０の内部には、図示しないポンプ、電磁弁、温度センサーが設置されており、後述する制御部３８と電気的に接続されている。なお、熱媒体としては循環水に代えて蒸気を用いることもできる。

建物５４、５６の熱源機器から発生した温排熱は、循環水を加温する。加温された循環水は往路管５０Ａを通って熱交換装置３４に運ばれ、水処理装置３２で浄化された地下水と熱交換する。これにより地下水が加温される。一方、循環パイプ５０内の循環水は冷やされて、復路管５０Ｂを通って建物５４、５６へ戻される。なお、建物５４、５６としては、オフィスビル、住宅、商業施設等の他、工場、データセンター、焼却場などの温排熱の多い施設を適用することが望ましい。

（加温装置）
加温装置３６は、内部に組み付けられた図示しないヒーターにより、熱交換装置３４で加温された地下水をさらに加温する。つまり熱交換装置３４による加温量が不足している場合、加温装置３６によって不足分を充足する。熱交換装置３４、加温装置３６によって地下水を加温することにより、地中で汚染物質を生物分解する分解微生物の増殖を促進したり、分解微生物の活性を上げたりすることができる。

なお、本実施形態においては、熱交換装置３４と加温装置３６とは別体の装置とされているが、本発明の実施形態はこれに限らず、熱交換装置３４と加温装置３６とは一体的に構成することができる。この場合、例えば加温装置３６の内部に循環パイプ５０内の循環水と水処理装置３２で浄化された地下水とを熱交換させるヒートポンプユニットを形成すればよい。また、熱交換装置３４による加温量が十分な場合、加温装置３６を省略することもできる。

（添加槽）
添加槽３７は、地下水に対して浄化剤又は活性剤のうち少なくとも一方を添加して注入液を生成する。具体的には、後述する制御部３８により制御された投入装置（図示省略）から、添加槽３７内部の地下水に浄化剤又は活性剤のうち少なくとも一方が添加され、攪拌されて注水井戸２４から地中へ注入する注入液が生成される。

なお、「浄化剤」とは地中で汚染物質を分解する物質のことであり、例として、汚染物質を生物分解するデハロコッコイデス、デハロサルファイド等の「分解微生物」や、汚染物質を化学分解する「化学分解剤」がある。化学分解剤の具体例としては、鉄系スラリー等の「還元剤」や、過酸化水素、加硫酸塩、フェントン試薬、過マンガン酸、過炭酸塩などの「酸化剤」が挙げられる。

なお、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、塩化ビニルモノマー等の高分子量の有機汚染物質の浄化には「分解微生物」が好適であり、シス−１、２−ジクロロエチレン、六価クロム等の低分子量の有機汚染物質の浄化には「化学分解剤」が好適である。

また、「活性剤」とは分解微生物の生物分解を活性化させる物質のことであり、酵母抽出物質、水素徐放剤（ポリ乳酸エステル）、高脂肪酸エステル、ラクトースなどが挙げられる。

これらの浄化剤、活性剤にはそれぞれ活性が高くなる温度帯域があり、汚染地盤Ｅを効率的に浄化するためには、汚染地盤Ｅを当該温度帯域まで加温することが望ましい。

なお、本実施形態における浄化装置３０では、揚水井戸２２から揚水された地下水は熱交換装置３４、加温装置３６、添加槽３７の順に浄化装置３０の内部を通されるが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば添加槽３７で浄化剤又は活性剤を地下水に添加して注入液を生成し、その後熱交換装置３４、加温装置３６で注入液を加温してもよい。すなわち、加温と添加の順序は任意である。

（制御部）
制御部３８は、地中に設置した温度センサーで計測されたどじょう地盤内温度に基づき、地下水をどれだけ加温するか（加温量）を決定する。例えば分解微生物が活性化する温度より地盤内温度が低い場合地下水を加温するが、地盤内温度が低ければ低いほど、地下水の加温量を大きくする。

地下水は熱交換装置３４と加温装置３６によって加温されるが、熱交換装置３４によって加温できる量は、循環水のもつ熱量に依存する。すなわち、循環パイプ５０内部の温度センサーで計測された温度、循環パイプ５０を流れる循環水の流量等に依存する。

そして制御部３８は、熱交換装置３４による地下水の加温量に基づき、加温装置３６による加温量を決定する。例えば熱交換装置３４による地下水の加温量が必要な加温量に満たない場合、加温装置３６によって地下水を加温する。あるいは、熱交換装置３４による地下水の加温量が必要な加温量に達している場合は、加温装置３６による地下水の加温は行わない。

なお、本実施形態においては、熱交換装置３４による地下水の加温量が必要な加温量に満たない場合、加温装置３６によって地下水を加温するものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば、循環パイプ５０内部のポンプや電磁弁を調整し、循環パイプ５０を流れる循環水の流量を大きくすることで、循環水から取り出せる熱量を大きくしてもよい。

（作用・効果）
本実施形態に係る汚染地盤浄化システム２０では、汚染地盤Ｅを浄化する注入液が、複数の建物（建物５４、５６）の排熱を利用して加温される。このため、単体の建物の排熱しか利用しない場合と比較して、地盤浄化に必要なエネルギーを削減できる。

なお、本実施形態に係る汚染地盤浄化システム２０では、注入液が２つの建物（建物５４、５６）の排熱を利用して加温されるものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば３つ以上の建物の排熱を利用して注入液を加温してもよい。この場合、それぞれの建物から、循環パイプ５０を熱交換装置３４へ延設する。排熱を利用する建物の数が多くなるほど、エネルギーの削減効率が高くなる。

また、本実施形態において浄化装置３０は、地中に汚染地盤Ｅがある地盤上に建てられた建物５２の内部に設置されている。このため、加温された注入液を速やかに汚染地盤Ｅへ注入できる。このため、熱損失を抑制し、エネルギーの削減効果を高めることができる。

なお、本発明の実施形態はこれに限らず、浄化装置３０を地中に汚染地盤Ｅがある地盤と離れた地盤上に配置してもよい。この場合、加温された注入液が地中に注入される前に冷やされないように、注入液が通るパイプにおける浄化装置３０から注水井戸２４までの部分を断熱材で被覆する。浄化装置３０を地中に汚染地盤Ｅがある地盤と離れた地盤上に配置すれば、地中に汚染地盤Ｅがある地盤上に建物が建てられており、この建物に浄化装置３０を置くスペースが取りにくい場合などにおいても、汚染地盤Ｅを浄化することができる。

また、本実施形態において建物５２は浄化装置３０を管理するための管理室を含む建屋であり熱交換装置３４は建物５２の排熱を利用しないものとしているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば建物５２をオフィスビルや住宅、工場などの熱源機器を備えた建物として、熱交換装置３４にこの熱源機器からの排熱を利用させてもよい。

また、本実施形態に係る汚染地盤浄化システム２０では、汚染地盤Ｅが遮水壁２８で取り囲まれている。このため、加温された注入液によって暖められた地下水が周辺地盤へ流出することが抑制される。したがって加温効率が保持され、汚染地盤Ｅの浄化効率が高められる。

また、本実施形態においては遮水壁２８の材質をソイルセメント壁としている。このため遮水壁２８を例えば鋼製矢板（シートパイル）で形成する場合と比較して断熱性能が高く、遮水壁２８に囲まれた部分を保温しやすい。なお、本発明の実施形態はこれに限らず遮水壁２８の材質としては、粘土、コンクリート、鋼製矢板（シートパイル）等を用いることができる。

また、遮水壁２８は必ずしも設ける必要はない。遮水壁２８を設けない場合は、地下水の流れの上流側に注水井戸２４を配置し、下流側に揚水井戸２２を設置することが望ましい。これにより、注水井戸２４から地中に注入した注入液を円滑に汚染地盤Ｅへ浸透させることができる。

また、本実施形態においては、循環パイプ５０は建物５４、５６における熱源機器から直接熱交換装置３４まで延設されているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図２に示す循環パイプ５８のように、建物５４、５６における熱源機器からの排熱を一旦地中へ蓄熱し、この蓄熱された部分から熱交換装置３４に延設してもよい。このように、建物５４、５６における熱源機器から排出された排熱を一旦地中に蓄熱することで、熱源機器からの排熱が得られない時間でも、地中から排熱を取り出すことができる。

２４ 注水井戸（注入手段）
２８ 遮水壁
３２ 水処理装置
３４ 熱交換装置
５２、５４、５６ 建物
Ｅ 汚染地盤

Claims (2)

1. 地盤上に建てられた複数の建物と、
   遮水壁で取り囲まれた汚染地盤を浄化する注入液を生成する水処理装置と、
   前記複数の建物の排熱を集約して前記注入液を加温する１つの熱交換装置と、
   加温された前記注入液を前記汚染地盤へ注入する注入手段と、
   を備え、
   前記複数の建物の排熱は、前記遮水壁の外側において前記地盤の内部へ蓄熱され、
   前記排熱を循環させる循環パイプが、蓄熱された部分から前記熱交換装置へ延設されている、汚染地盤浄化システム。
2. 前記水処理装置と前記熱交換装置は、地中に前記汚染地盤がある前記地盤上に建てられた建物に設けられている、請求項１に記載の汚染地盤浄化システム。