JP7299075B2 - 酸性地下水の浄化方法 - Google Patents
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また、掘削ずりや鉱さいは経年により風化細粒化等することで、透水性を低下させていく。特許文献3には、透水性の低い酸性土壌を中和する方法として、噴射管を酸性土壌底部まで挿入し、pH濃度がpH8~pH11の弱アルカリ性固体と水とを混合した懸濁液を回転噴射させて、所定の直径の弱アルカリ性固体と土壌との撹拌混合体を形成する方法が開示されている。
特許文献2に記載の方法では、ボーリング孔等を用いているため特許文献1に記載の方法のような困難はないが、弱アルカリ水の注入では既に流出している重金属を吸着することはできず、重金属の漏出を抑制する化学的なバリアを形成できない。
特許文献3に記載の方法によれば、懸濁液に含まれる水和生成物による重金属の表面吸着が期待できるが、透水性の低い土壌内の意図した位置に懸濁液を供給するためには高圧噴射を行う必要があり、設備が高コストとなる問題がある。
かかる浄化方法によれば、従来の懸濁液に含まれる塩の粒子では通り抜けることのできないような透水性の低い地盤においても、成分の溶解した薬液を地盤内に浸透させて塩を析出させることで、特殊な設備を要することなく酸性地下水の浄化に効果的な深度に塩を供給し、酸性地下水を中和したり、酸性地下水中の重金属を吸着したりすることができる。
かかる浄化方法によれば、地下水の窒素汚染等を引き起こす懸念がなくかつ安価な材料を用いて、酸性地下水の浄化を行うことができる。
かかる浄化方法によれば、地下水の酸性化の原因となる鉱物を多く含む鉱さいの堆積場からの酸性地下水の流出を抑制することができる。
まず、本発明者らは、重金属の漏出を食い止め、かつ、酸性地下水を中和する塩の有力な候補である炭酸カルシウム(CaCO3)について、その粒子の物性を検証した。
そこで、本発明者らは、懸濁液ではなく、成分の溶解した薬液であれば、成分を土粒子に濾されることなく、帯水層まで届けることができることに着目した。すなわち、薬液を第1液と第2液に分けて地盤に供給し、地盤内で2液から塩をその場で合成することにより、地盤の透水性が低い場合であっても帯水層に当該塩による化学的なバリアを形成できることを見出した。
一般に、比表面積の大きな粒子の方が吸着能力が高いため、2液合成品の大きな比表面積は重金属の吸着に有効だと考えられる。そこで、本発明者らは、2液合成品と鉱物粉砕品の重金属の吸着能力の比較実験を行った。具体的には、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、鉛(Pb)の水溶液を作成し、2液合成品と鉱物粉砕品の重金属の吸着能力を比較した。
鉱物粉砕品についても、鉱物粉砕品を0.4g(乾燥換算)添加したこと以外は同様にして、炭酸カルシウム(鉱物粉砕品)1gあたりの重金属の吸着量を計算した。
各グラフにおける「○」は2液合成品の各平衡時液相濃度における吸着量を、「◇」は鉱物粉砕品の各平衡時液相濃度における吸着量を示す。これら平衡時液相濃度と吸着量との関係を、以下のFreundlich型の吸着等温式で近似することにより、2液合成品の吸着量の近似曲線(太い破線)と、鉱物粉砕品の吸着量の近似曲線(細い破線)を得た。なお、qが吸着量、Cが液相濃度、kおよびl/nがそれぞれ係数を示す。
[数式1]
そこで、本発明者らは土中に第1液と第2液とを別々に供給することにより、土中の任意の位置で炭酸カルシウムを析出させられることを確認するため、土槽試験を行った。
図3に第1液と第2液との供給後の土槽試験装置の概略図を示す。土槽は、ズリを主な成分とするかん止堤を模しており、勾配を備えた土層40と、その上に充填されたズリ層41と、土層40に接地するまで挿し込まれた薬液供給管5と、薬液供給管5から供給された第1液と第2液によって形成された炭酸カルシウム層42とを備える。
実際の酸性地下水浄化においても、このような勾配を備えた地形における、自然の地下水流動を利用し、第1液と第2液とを拡散させることを想定している。
次に本発明者らは、実際の地盤中においても土槽試験と同じく土壌中において炭酸カルシウムが形成され、酸性地下水が浄化されることを実験により確認した。
図4に、実験を実施した実地盤の断面図を示す。図4の実地盤は、基盤岩61の上に、酸性化土壌62を背面に有する堤体63および堤体64を有し、清浄な沢水をバイパスするためのバイパス水路8を備えている。堤体63は不透水である。堤体63上の堤体64は、砂礫土壌を主体とし、高い透水性を有する。通常時においては、堤体64は不飽和の状態であるが、降雨時などに酸性化土壌62内の浸潤水位621が上昇して図4に示したような高さになると、酸性水の通過経路641に沿って酸性水が堤体64内を流下し、バイパス水路8の壁面の劣化箇所81に到達する。このような状況が長い年月にわたって継続することで、バイパス水路8の壁面の劣化が進行し、バイパス水路8内へ酸性水が浸みだす状況が確認されるようになった。
以上のように、実際の地盤における試験において、簡易な投入設備(観測井戸)を使用して地下20mの位置に薬液を供給して拡散させ、水平距離でおよそ30m離れた個所のモニタリングにおいて酸性水の緩和と重金属(亜鉛)濃度の低減効果を確認することができた。以上の実験結果に基づいて、以降、実施形態を説明する。
実施形態1の酸性地下水の浄化方法を実施するための、酸性地下水浄化設備S1の平面図を図2に示す。
酸性地下水浄化設備S1は、上述のような勾配を備えており地下水が流動する地形に設置された鉱さい堆積場の下流側に設けられ、鉱さいの酸化により発生した酸性地下水に対する化学的なバリアを形成する。酸性地下水浄化設備S1は、適宜間隔を空けて形成された複数(一例として図2では4ヶ所)の上流側観測孔1Bと、適宜間隔を空けて形成された複数(一例として図2では4ヶ所)の下流側観測孔2Bと、適宜、略一定の間隔を空けて形成された複数(一例として図2では18ヶ所)の薬液供給井戸1とを備える。薬液供給井戸1は、酸性地下水に対する化学的なバリアを形成するため、地下水の流れ方向に交差する方向に沿って列を形成する。上流側観測孔1B、下流側観測孔2Bについても、薬液供給井戸1と略平行になるように形成される。なお、図中の矢印は地下水の流下方向を示す。
薬液供給井戸1の列は一列でもよいが、上記の円筒領域を重ねて酸性地下水の漏出を抑制する観点から、二列以上として千鳥配置とすることが好ましい。
第1液および第2液は、それぞれ供給の事前に地上でハンドミキサー、水流、撹拌機つきの薬液タンク等の手段を用いて撹拌され、上記で導出した所定の濃度に調製される。
炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム(K2CO3)、炭酸アンモニウム((NH4)2CO3)等を採用することができ、中でも、地下水の窒素汚染等を引き起こす懸念がなく、また安価である点で、炭酸ナトリウムが好ましい。
実施形態2の酸性地下水の浄化方法を実施するための、酸性地下水浄化設備S2の平面図を図3に示す。
本実施形態の浄化方法を実施するための酸性地下水浄化設備S2も、上述のような勾配を備えており、地下水が流動する地形に設置された鉱さい堆積場に設けられ、鉱さいの酸化により発生した酸性地下水に対する化学的なバリアを形成する。実施形態1の酸性地下水浄化設備S1との違いは、第1液と第2液を異なる井戸から供給することである。以降、実施形態1との共通部分については適宜省略しながら、実施形態2について説明する。
図4の右側が上流側であり、左側が下流側であり、図中の矢印は地下水の流下方向を示す。第1液供給井戸1Aから下流側観測孔2Bまで広がる領域20は、第1液である塩化カルシウム溶液由来のカルシウムイオンが拡散した範囲を示している。
酸性地下水浄化設備S2の設けられた鉱さい堆積場の地盤には、図4の例では、砂礫層32、河底堆積層31、鉱さい堆積層30がこの順に重なって含まれている。砂礫層32は地下水面下にある帯水層であり、地下水は砂礫層32内で図中の矢印方向に流下する。なお、酸性地下水浄化設備Sは、このような地盤以外にも様々な地盤以外に適用可能である。
このような構成とする理由は以下である。すなわち、領域20に示されるように、第1液は地下水の流れに乗って沈降しつつ下流に向かって拡散する。したがって、第1液と第2液を混合させるためには、第1液の供給された位置より深くまで第2液を供給することが好ましい。
1 薬液供給井戸
1A 第1液供給井戸
1B 上流側観測孔
2A 第2液供給井戸
2B 下流側観測孔
30 鉱さい堆積層
31 河底堆積層
32 砂礫層(帯水層)
Claims (3)
- 地下水汚染範囲の上流側に、地表から帯水層に至る第1液供給設備を備え、
前記地下水汚染範囲の下流側に、地表から帯水層に至る第2液供給設備を備えており、
前記第1液供給設備を用いて第1液を酸性水を含有する地盤に供給した後、地下水流動により前記第1液のイオンを前記地盤内に拡散させる工程と、
前記第2液供給設備を用いて第2液を前記地盤に供給する工程と、
前記地盤中で塩を形成する工程とを含み、
前記第1液がカルシウム塩溶液であり、
前記第2液が炭酸塩溶液であることを特徴とする酸性地下水の浄化方法。 - 前記第1液が塩化カルシウム溶液であり、
前記第2液が炭酸ナトリウム溶液であり、
前記塩が炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項1に記載の酸性地下水の浄化方法。 - 鉱さい堆積場における酸性地下水を中和し、重金属類の漏出を抑制することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の酸性地下水の浄化方法。
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