JP7423333B2 - 加温浄化の解析方法 - Google Patents
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Description
本発明は、加温浄化の解析方法に関する。
特許文献１には、予備試験の結果に適合するようにパラメータ値を決定したシミュレーション解析により浄化対象物の濃度及び分解微生物の濃度の経時変化を予測し、これに基づいて土壌・地下水の浄化を行う土壌・地下水の浄化方法及び浄化効果予測方法が開示されている。
土壌浄化は、一般的には所定の期間を要する。このため、例えば、地盤内を加温することにより分解微生物を活性化し、浄化対象物質の分解速度を向上することにより土壌浄化に要する期間を短縮できる土壌浄化方法が適用される場合がある。しかしながら、特許文献１に記載されたような浄化効果予測方法では、このような加温による効果を評価することができない。
本発明は上記事実を考慮し、地盤内を加温して土壌浄化を行う加温浄化において加温の効果を定量的に評価できる加温浄化の解析方法を得ることを目的とする。
第１態様の加温浄化の解析方法は、地盤の内部に温水を注水して前記地盤を加温し、前記地盤の内部に存在する分解微生物によって浄化対象物質を分解することにより前記地盤の内部の地下水における前記浄化対象物質の濃度を低下させる土壌浄化の効果を評価するために用いられ、加温された前記地盤の内部において土壌に吸着した前記浄化対象物質が前記地下水へ溶出する時間当たりの溶出量と、加温された前記分解微生物が前記浄化対象物質を分解する時間当たりの分解量と、を含めて前記地下水における前記浄化対象物質の濃度の時間変化を演算する。
第１態様の加温浄化の解析方法によれば、加温された地盤の内部において土壌に吸着した浄化対象物質が地下水へ溶出する時間当たりの溶出量と加温された分解微生物が浄化対象物質を分解する時間当たりの分解量を含めて地下水における浄化対象物質の濃度の時間変化を定量的に演算することができる。このため、加温による土壌浄化の完了時間を推定することができる。これにより、土壌浄化を行うための設備を効率的かつ無駄なく配置できると共に、設備の運用条件を適切に設定することができるため土壌浄化に係る工数と費用を削減することができる。
第２態様の加温浄化の解析方法は、第１態様の加温浄化の解析方法において、前記溶出量は前記地盤の内部の温度に比例する項を含む関数により算出されると共に、前記分解量は前記地盤の内部の温度に比例する項を含む関数により算出され、前記溶出量の関数における前記地盤の内部の温度に比例する項の第１比例定数と前記分解量の関数における前記地盤の内部の温度に比例する項の第２比例定数は、室内試験によって求められる。
第２態様の加温浄化の解析方法によれば、第１比例係数と第２比例係数を室内試験により求めることができる。このため、温水における浄化対象物質の濃度の時間変化を精度よく推定することができる。
以上説明したように、本発明に係る加温浄化の解析方法は、地盤内を加温して土壌浄化を行う加温浄化において加温の効果を定量的に評価できるという優れた効果を有する。
以下、図１～図６を用いて本発明に係る加温浄化の解析方法を適用した解析システム１０の一実施形態について説明する。
図１には、本実施形態に係る加温浄化の解析方法を実行するための解析システム１０のハードウェア構成を示すブロック図が示されている。解析システム１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit : プロセッサ）１２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、ストレージ１８と、ユーザインタフェース２０と、を含んで構成されている。各構成は、バス２２を介して相互に通信可能に接続されている。
ＣＰＵ１２は、中央演算処理ユニットであり、解析システム１０に格納されているプログラムを実行し、解析システム１０の各構成部分を制御する。具体的には、ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１４又はストレージ１８からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１６を作業領域としてプログラムを実行する。また、ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１４又はストレージ１８に格納されているプログラムに従って、解析システム１０の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ１４又はストレージ１８には、加温浄化の解析を行う解析プログラム（図示省略）が格納されている。
ＲＯＭ１４は、解析プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ１６は、作業領域として一時的に解析プログラム又はデータを記憶する。ストレージ１８は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）により構成され、オペレーティングシステムを含むプログラム及びデータを格納する。
ユーザインタフェース２０は、後述する汚染土壌浄化システム３０（図２参照）に係る地下土壌３２の内部や地下水ＷＧの観測データを入力データすると共に解析結果を出力データとする入出力手段である。ユーザインタフェース２０は、ＣＰＵ１２に接続され、キーボードから汚染土壌浄化システム３０についての入力データを取得し、出力データを保存するためのインターフェイス等を含んで構成されている。また、ユーザインタフェース２０は、ディスプレイやプリンタ等を含んで構成されている。
なお、本実施形態では、ストレージ１８は、解析システム１０に内蔵されているとしたが、これに限らず、解析システム１０に外部接続されたものであってもよい。また、ストレージ１８は一台に限らず複数台設けられてもよい。
（汚染土壌浄化システム）
図２（Ａ）及び（Ｂ）には、解析システム１０による加温浄化の評価の対象とされる汚染土壌浄化システム３０が示されている。汚染土壌浄化システム３０とは、地盤としての地下土壌３２内に含まれる浄化対象物質としての汚染物質を分解し、浄化するためのシステムである。汚染土壌浄化システム３０は、地下土壌３２に配設された揚水井戸３４及び注水井戸３６と、注水井戸３６から注水する水を加温する図示しない加温装置を含んで構成されている。
図２（Ａ）及び（Ｂ）には、解析システム１０による加温浄化の評価の対象とされる汚染土壌浄化システム３０が示されている。汚染土壌浄化システム３０とは、地盤としての地下土壌３２内に含まれる浄化対象物質としての汚染物質を分解し、浄化するためのシステムである。汚染土壌浄化システム３０は、地下土壌３２に配設された揚水井戸３４及び注水井戸３６と、注水井戸３６から注水する水を加温する図示しない加温装置を含んで構成されている。
（汚染土壌）
地下土壌３２は、地表面ＧＳよりも下方側の土壌であり、砂を含んで形成されると共に地下水ＷＧが流れる帯水層３２Ａと、帯水層３２Ａの下方側（地下側）を形成し、地下水ＷＧが流れない粘土層（不透水層）３２Ｂと、帯水層３２Ａの上方側（地上側）を形成する地層３２Ｃと、を含んで構成されている。地下土壌３２のうち、汚染物質が基準値（例えば、汚染物質の種類毎に規定された値）以上含まれている部分を、汚染土壌Ｅと称する。ここで、「汚染物質」とは、例えば、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、１，２－ジクロロエチレン、クロロエチレン、塩化ビニルモノマー、ベンゼン等の有機物、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。
地下土壌３２は、地表面ＧＳよりも下方側の土壌であり、砂を含んで形成されると共に地下水ＷＧが流れる帯水層３２Ａと、帯水層３２Ａの下方側（地下側）を形成し、地下水ＷＧが流れない粘土層（不透水層）３２Ｂと、帯水層３２Ａの上方側（地上側）を形成する地層３２Ｃと、を含んで構成されている。地下土壌３２のうち、汚染物質が基準値（例えば、汚染物質の種類毎に規定された値）以上含まれている部分を、汚染土壌Ｅと称する。ここで、「汚染物質」とは、例えば、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、１，２－ジクロロエチレン、クロロエチレン、塩化ビニルモノマー、ベンゼン等の有機物、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。
図２には、地下水位Ｈが一点鎖線で示されると共に、地下土壌３２内における地下水ＷＧの流れＷＦの向きが破線の矢印で示されている。ここでの地下水ＷＧの流れＷＦとは、注水井戸３６から地下土壌３２へ注水され、揚水井戸３４から地下水ＷＧを回収（揚水）することにより発生する流れを表す。
（遮水壁）
汚染土壌Ｅの外側の地下土壌３２には、汚染土壌Ｅを囲むように下端が粘土層３２Ｂまで根入れされたソイルセメント製の遮水壁３８が配置されている。このため、汚染土壌Ｅは遮水壁３８と粘土層３２Ｂに囲まれることとなり、汚染物質が遮水壁３８の外側の地下土壌３２へ流出することを抑制することができる。具体的には、遮水壁３８の外側の地下土壌３２における地下水ＷＧの流れと汚染土壌Ｅの内部における地下水ＷＧの流れＷＦとを遮断し、地下土壌３２における地下水ＷＧが汚染土壌Ｅの外側の地下土壌３２に影響を及ぼさないように構成されている。
汚染土壌Ｅの外側の地下土壌３２には、汚染土壌Ｅを囲むように下端が粘土層３２Ｂまで根入れされたソイルセメント製の遮水壁３８が配置されている。このため、汚染土壌Ｅは遮水壁３８と粘土層３２Ｂに囲まれることとなり、汚染物質が遮水壁３８の外側の地下土壌３２へ流出することを抑制することができる。具体的には、遮水壁３８の外側の地下土壌３２における地下水ＷＧの流れと汚染土壌Ｅの内部における地下水ＷＧの流れＷＦとを遮断し、地下土壌３２における地下水ＷＧが汚染土壌Ｅの外側の地下土壌３２に影響を及ぼさないように構成されている。
（揚水井戸）
汚染土壌Ｅと遮水壁３８との間に、地下土壌３２から地下水ＷＧを揚水する１本又は複数本の揚水井戸３４が配置されている（図２中には１本図示されている）。また、揚水井戸３４は、例えば、塩化ビニール管や鋼管等により構成され、帯水層３２Ａに配置する部位に地下水ＷＧを取水するための孔またはスリットによって形成されたスクリーン（図示省略）を備えており、スクリーンは、浄化対象の帯水層３２Ａに対して設置されている。このため、帯水層３２Ａの地下水ＷＧを揚水井戸３４内に流入させることができる。ここで、揚水井戸３４による揚水の具体的な方法や揚水井戸３４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。
汚染土壌Ｅと遮水壁３８との間に、地下土壌３２から地下水ＷＧを揚水する１本又は複数本の揚水井戸３４が配置されている（図２中には１本図示されている）。また、揚水井戸３４は、例えば、塩化ビニール管や鋼管等により構成され、帯水層３２Ａに配置する部位に地下水ＷＧを取水するための孔またはスリットによって形成されたスクリーン（図示省略）を備えており、スクリーンは、浄化対象の帯水層３２Ａに対して設置されている。このため、帯水層３２Ａの地下水ＷＧを揚水井戸３４内に流入させることができる。ここで、揚水井戸３４による揚水の具体的な方法や揚水井戸３４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。
揚水井戸３４は、地上ＧＬまで延在され、内部にはポンプ４０が配置されている。このため、揚水井戸３４に貯水された地下水ＷＧは、ポンプ４０により地上ＧＬの浄化装置（図示省略）へ送られる。
（注水井戸）
汚染土壌Ｅと揚水井戸３４から離れた側の遮水壁３８との間に、揚水された地下水ＷＧ又は水道水、蒸留水、汚染物質の水溶液（以下、水等と称する）を地下土壌３２にポンプ４０を用いて注水する１本又は複数本の注水井戸３６（図２中には１本図示されている）が配置されている。注水井戸３６は、浄化対象の帯水層３２Ａに到達するように地下土壌３２に埋設されている。また、注水井戸３６は、例えば、塩化ビニール管や鋼管等により構成され、帯水層３２Ａに配置する部位に地下水ＷＧ又は水等を流出させるための孔またはスリットによって形成されたスクリーン（図示省略）を備えている。また、揚水された地下水ＷＧ又は水等は、ヒーター等を備えた加温装置により加温された温水ＨＷとして地下土壌３２に注水される。このため、注水井戸３６から帯水層３２Ａへ加温された地下水ＷＧ又は水等を流出させることができる。これにより、地下土壌３２内を加温し、汚染物質を生物分解する分解微生物ＭＣの増殖を促進すると共に分解微生物ＭＣの活性を向上することができる。ここで、注水井戸３６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、加温装置により加温された地下水ＷＧ又は水等には、加温された上で栄養剤や微生物活性剤が添加されてもよい。さらに、水等には、栄養剤や蛍光センサーが混合されてもよい。
汚染土壌Ｅと揚水井戸３４から離れた側の遮水壁３８との間に、揚水された地下水ＷＧ又は水道水、蒸留水、汚染物質の水溶液（以下、水等と称する）を地下土壌３２にポンプ４０を用いて注水する１本又は複数本の注水井戸３６（図２中には１本図示されている）が配置されている。注水井戸３６は、浄化対象の帯水層３２Ａに到達するように地下土壌３２に埋設されている。また、注水井戸３６は、例えば、塩化ビニール管や鋼管等により構成され、帯水層３２Ａに配置する部位に地下水ＷＧ又は水等を流出させるための孔またはスリットによって形成されたスクリーン（図示省略）を備えている。また、揚水された地下水ＷＧ又は水等は、ヒーター等を備えた加温装置により加温された温水ＨＷとして地下土壌３２に注水される。このため、注水井戸３６から帯水層３２Ａへ加温された地下水ＷＧ又は水等を流出させることができる。これにより、地下土壌３２内を加温し、汚染物質を生物分解する分解微生物ＭＣの増殖を促進すると共に分解微生物ＭＣの活性を向上することができる。ここで、注水井戸３６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、加温装置により加温された地下水ＷＧ又は水等には、加温された上で栄養剤や微生物活性剤が添加されてもよい。さらに、水等には、栄養剤や蛍光センサーが混合されてもよい。
（移流分散方程式）
解析システム１０は、例えば、汚染土壌浄化システム３０に基づき設定された初期条件や境界条件（例えば、井戸の配置、注水量及び揚水量等）について移流分散方程式を演算することにより地下土壌３２の内部における汚染物質の地下水ＷＧに対する濃度の時間変化を求める（算出する）。これにより、地下土壌３２の浄化の効果を評価することができる。地下水ＷＧ（溶媒）に溶解している汚染物質（溶質）の挙動は、主に（１）移流、（２）分散、（３）拡散、（４）吸着（遅延）、（５）分解（減衰反応）の組み合わせで表現することができる。
（１）移流：地下水ＷＧの移動により、地下水ＷＧに溶けた汚染物質（化学物質）も一緒に移動する現象である。
（２）分散：地下水ＷＧに溶解した汚染物質が汚染土壌３２の内部を移動する際に、汚染土壌３２の内部の間隙のミクロな分岐によって地下水ＷＧの流速が不均質になる。このため、例えば、地下水ＷＧが地盤内の異なる地点に到達したり、同じ地点に早く又は遅く到達したりする。これにより、物質の移動速度が地盤内で一律（一様）ではなくなると共に水に溶けた化学物質の濃度も一律でなくなるため地盤内で分布を生じる現象である。
（３）拡散：化学物質の分子のブラウン運動により拡散していくことにより水に溶けている化学物質の濃度が地盤内で分布を生じる現象である。
（４）吸着（遅延）：水に溶けた化学物質の分子が地盤内において土壌の表面あるいは土壌粒子内部間隙に取り込まれる（吸着する）現象をいう。一旦吸着された化学物質の分子が、再び地下水中に放出される現象は脱離という。化学物質が地下水の流れにのって地盤中を移動する場合、吸着作用があれば、吸着が無い場合よりも化学物質の下流への到達時間は遅くなる。このため、吸着は遅延の効果として現れる。
（５）分解：地盤中において地下水に溶解している化学物質が、例えば、分解微生物ＭＣにより別の物質へ分解されることにより水に溶けた化学物質の濃度が変化する現象(減衰現象)である。
移流、分散、拡散、吸着（遅延）及び分解（減衰反応）の組み合わせにより表現される移流分散方程式は、一般的には次式のように表すことができる。
解析システム１０は、例えば、汚染土壌浄化システム３０に基づき設定された初期条件や境界条件（例えば、井戸の配置、注水量及び揚水量等）について移流分散方程式を演算することにより地下土壌３２の内部における汚染物質の地下水ＷＧに対する濃度の時間変化を求める（算出する）。これにより、地下土壌３２の浄化の効果を評価することができる。地下水ＷＧ（溶媒）に溶解している汚染物質（溶質）の挙動は、主に（１）移流、（２）分散、（３）拡散、（４）吸着（遅延）、（５）分解（減衰反応）の組み合わせで表現することができる。
（１）移流：地下水ＷＧの移動により、地下水ＷＧに溶けた汚染物質（化学物質）も一緒に移動する現象である。
（２）分散：地下水ＷＧに溶解した汚染物質が汚染土壌３２の内部を移動する際に、汚染土壌３２の内部の間隙のミクロな分岐によって地下水ＷＧの流速が不均質になる。このため、例えば、地下水ＷＧが地盤内の異なる地点に到達したり、同じ地点に早く又は遅く到達したりする。これにより、物質の移動速度が地盤内で一律（一様）ではなくなると共に水に溶けた化学物質の濃度も一律でなくなるため地盤内で分布を生じる現象である。
（３）拡散：化学物質の分子のブラウン運動により拡散していくことにより水に溶けている化学物質の濃度が地盤内で分布を生じる現象である。
（４）吸着（遅延）：水に溶けた化学物質の分子が地盤内において土壌の表面あるいは土壌粒子内部間隙に取り込まれる（吸着する）現象をいう。一旦吸着された化学物質の分子が、再び地下水中に放出される現象は脱離という。化学物質が地下水の流れにのって地盤中を移動する場合、吸着作用があれば、吸着が無い場合よりも化学物質の下流への到達時間は遅くなる。このため、吸着は遅延の効果として現れる。
（５）分解：地盤中において地下水に溶解している化学物質が、例えば、分解微生物ＭＣにより別の物質へ分解されることにより水に溶けた化学物質の濃度が変化する現象(減衰現象)である。
移流、分散、拡散、吸着（遅延）及び分解（減衰反応）の組み合わせにより表現される移流分散方程式は、一般的には次式のように表すことができる。
（１）
（２）
ここで、ｃは水に溶けた汚染物質の濃度、Ｒは吸着の効果を表す吸着（遅延）係数、Ｄは分散と拡散の効果を表す分散拡散係数、ｖは土壌内の流速、λは減衰係数、ρｓは土粒子の密度、Ｋｄは分配係数、ｎは有効間隙率を表す。また、ｔは時間を表す変数、ｘは空間を表す変数である。
本実施形態に係る汚染土壌浄化システム３０では、土壌浄化において汚染土壌３２の内部と地下水ＷＧとを加温する。このため、土壌浄化の効果を評価するための解析を移流分散方程式に加温することによる吸着と分解への影響を表現する項を加えて定式化を行っている。これらの項は地盤内の温度の関数として各々表すことができ、移流分散方程式は次式のように表すことができる。
（３）
さらに、（３）式を（１）式と同様の表記に書き換えると次式のように表される。
（４）
（３）式の左辺において吸着の効果を表す吸着係数Ｒを構成する分配係数Ｋｄには、地盤内の温度Ｔに比例する項を含む関数ｂ（Ｔ－Ｔ０）が追加されている。これにより、加温された地下土壌３２の内部において地下土壌３２に吸着した汚染物質が地下水ＷＧへ溶出する時間当たりの溶出量を表すことができる。また、（３）式の右辺において分解の効果を表す減衰係数λには、地盤内の温度Ｔに比例する項を含む関数ａ（Ｔ－Ｔ０）が追加されている。これにより、加温された分解微生物ＭＣが汚染物質を分解する時間当たりの分解量を表すことができる。ここで、Ｒ1は温度影響を考慮した吸着（遅延）係数、ｂは第１比例定数としての分配係数Ｋｄの温度補正係数、Ｔは加温された地盤内の温度、Ｔ０は土壌浄化を開始した際の地盤内の温度、λ1 は温度影響を考慮した減衰係数、ａは第２比例定数としての減衰係数λの温度補正係数を表す。
（分配係数の温度補正係数）
図３には、浄化対象区域における汚染されていない（汚染物質を含まない）の地下土壌３２に汚染物質を含有するガスＧＧを通気させるための通気試験装置４２が示されている。分配係数Ｋｄを温度補正するための温度補正係数ｂは、一定温度に保たれた実験室内（恒温室内）において複数の温度条件下の通気試験に基づいて算出することができる。通気試験では浄化対象区域における汚染されていない（汚染物質を含まない）の地下土壌３２が充填された複数のカラム４４に汚染物質を気化したガスＧＧを数日以上通気する。これにより、汚染土壌Ｅを模擬し、当該汚染土壌Ｅの吸着係数Ｒ（分配係数Ｋｄ）を算出することができる。ここでは、複数の温度条件下で通気試験を行うことにより温度変化が分配係数Ｋｄに及ぼす影響（温度依存性）を測定し、温度補正係数ｂを算出する。
図３には、浄化対象区域における汚染されていない（汚染物質を含まない）の地下土壌３２に汚染物質を含有するガスＧＧを通気させるための通気試験装置４２が示されている。分配係数Ｋｄを温度補正するための温度補正係数ｂは、一定温度に保たれた実験室内（恒温室内）において複数の温度条件下の通気試験に基づいて算出することができる。通気試験では浄化対象区域における汚染されていない（汚染物質を含まない）の地下土壌３２が充填された複数のカラム４４に汚染物質を気化したガスＧＧを数日以上通気する。これにより、汚染土壌Ｅを模擬し、当該汚染土壌Ｅの吸着係数Ｒ（分配係数Ｋｄ）を算出することができる。ここでは、複数の温度条件下で通気試験を行うことにより温度変化が分配係数Ｋｄに及ぼす影響（温度依存性）を測定し、温度補正係数ｂを算出する。
通気試験では、はじめに、空気精製用のカラム４６を経由してガス発生装置４８に流入した空気と気化した汚染物質をガス発生装置４８において混合することによりガスＧＧを生成する。次に、生成したガスＧＧを純水ＰＷが注入された容器ＣＯ１とガスＧＧの流れを整流するためのガラスビーズ（図示省略）が注入された容器ＣＯ２を経由させてカラム４４に数日以上通気する。カラム４４に通気されたガスＧＧは、排ガス処理用のカラム５０を通過（通気）して処理される。
分配係数Ｋｄを温度補正するための温度補正係数ｂは、以下のようにして算出することができる。初めに、ガス採取口５２からカラム４４を通過したガスＧＧを採取して平衡気相濃度ＣＧを測定する。平衡気相濃度ＣＧから気液平衡関係を用いて地下土壌３２の土壌間隙水中の平衡水相濃度ＣＷを算出する。平衡気相濃度ＣＧと平衡水相濃度ＣＷの気液平衡関係は、ＣＷ＝ＨＧＷ／ＣＧで表される。ここで、ＨＧＷは、いわゆるヘンリー定数であり、汚染物質毎に設定されている。
次に、カラム４４から取り出した地下土壌３２をガスクロマトグラフ質量分析法によって分析し、地下土壌３２中に定着している（残留している）汚染物質の総量Ｍｈを測定する。また、地下土壌３２の乾燥重量Ｗｓdryと湿潤重量Ｗｓを測定し、湿潤重量Ｗｓと乾燥重量Ｗｓdryの差から土壌間隙水体積Ｖｗを算出する。さらに、いわゆる、土壌間隙水の水相と土壌相との物質収支式Ｍｈ＝ＣＷ×Ｖｗ＋ＣＳＷ×Ｗｓdryから、土壌吸着量ＣＳＷを算出する。
最後に、平衡水相濃度ＣＷと土壌吸着量ＣＳＷの間にはヘンリー型の吸着等温式に基づく比例関係が成り立つことを前提として吸着平衡定数ＨＳＷ（＝ＣＳ／ＣＳＷ）を算出する。ここで、吸着平衡定数ＨＳＷは、（２）式の分配係数Ｋｄと等価な値となる。このように、平衡水相濃度ＣＷと土壌吸着量ＣＳＷを算出し、吸着平衡定数ＨＳＷを算出する工程を複数の温度状態（恒温室の温度を変えた状態）で行う。吸着平衡定数ＨＳＷは温度依存性を有しているため、温度状態により変化する。ここで、複数の温度状態において算出された吸着平衡定数ＨＳＷは、（３）式の温度影響を考慮した分配係数｛ｂ（Ｔ－Ｔ０）＋Ｋｄ｝と等価な値となる。このため、吸着平衡定数ＨＳＷと温度との関係（傾き）から分配係数Ｋｄの温度補正係数ｂを算出することができる。
（減衰係数の温度補正係数）
減衰係数を温度補正するための温度補正係数ａは、実験室内において複数の温度条件下の培養試験に基づいて算出することができる。培養試験は、汚染物質が複数種類ある場合は、汚染物質毎に行われる。図４には、分解微生物ＭＣを培養するための試験用容器５４が内部に配置された密閉式のボトル５６が示されている。試験用容器５４には、培地溶液と分解微生物が集積された培養液の混合溶液５８が注入されると共に浄化対象とする汚染物質が培養液の混合溶液５８に対する所定の濃度（例えば、1mg/L程度）で添加される。汚染物質を添加した混合溶液５８が注入された試験用容器５４は、図示しない培養ガス濃度調節剤と共にボトル５６の内部に配置される。さらに、ボトル５６は、例えば、図示しないインキュベータ内に配置されて混合溶液５８が一定温度となるように管理される。
減衰係数を温度補正するための温度補正係数ａは、実験室内において複数の温度条件下の培養試験に基づいて算出することができる。培養試験は、汚染物質が複数種類ある場合は、汚染物質毎に行われる。図４には、分解微生物ＭＣを培養するための試験用容器５４が内部に配置された密閉式のボトル５６が示されている。試験用容器５４には、培地溶液と分解微生物が集積された培養液の混合溶液５８が注入されると共に浄化対象とする汚染物質が培養液の混合溶液５８に対する所定の濃度（例えば、1mg/L程度）で添加される。汚染物質を添加した混合溶液５８が注入された試験用容器５４は、図示しない培養ガス濃度調節剤と共にボトル５６の内部に配置される。さらに、ボトル５６は、例えば、図示しないインキュベータ内に配置されて混合溶液５８が一定温度となるように管理される。
インキュベータにより温度管理されている試験用容器５４から定期的に混合溶液５８を採取して汚染物質の濃度の時間変化を測定する。定期的に測定した濃度と経過時間の関係から分解微生物ＭＣによる汚染物質の分解速度（傾き）を算出することができる。このように分解速度を算出するための培養試験を複数の温度条件で行うことにより、分解微生物ＭＣの分解速度と温度の関係（温度依存性）を測定することができ、温度補正係数ａを当該関係（温度依存性）に基づき算出することができる。
（作用並びに効果）
次に、本実施形態に係る加温浄化の解析方法を適用した解析システム１０の作用並びに効果について説明する。
次に、本実施形態に係る加温浄化の解析方法を適用した解析システム１０の作用並びに効果について説明する。
本実施形態に係る解析システム１０によれば、図５に示されるように、汚染土壌Ｅに温水ＨＷを通過させることによる汚染物質の濃度ＤＳ（図中の実線）の時間変化を算出することができる。図５は、縦軸が濃度ＤＳ、横軸が時間（期間）を表す時系列データである。また、図５には、採水した地下水ＷＧを分析した濃度ＤＳの分析データ（図中の黒丸印）と加温の影響を含めない（温度補正係数ｂを含めない）分配係数Ｋｄを用いた解析により算出された濃度ＤＳ（図中の点線）が同じく図示されている。分配係数Ｋｄに温度補正係数ｂを含めた解析結果の方が加温の影響を含めない解析よりも分析データをよく説明できており、加温の効果を定量的に評価できることがわかる。
また、本実施形態に係る解析システム１０によれば、図６に示されるように、汚染土壌Ｅを一定の温度を維持するように加温した状態での汚染物質の濃度ＤＳ（図中の実線）の時間変化を算出することができる。図６は、縦軸が濃度ＤＳ、横軸が時間（期間）を表す時系列データである。また、図６には、採水した地下水ＷＧを分析した濃度ＤＳの分析データ（図中の黒丸印）と加温の影響を含めない（温度補正係数ａを含めない）分配係数Ｋｄを用いた解析により算出された濃度ＤＳ（図中の点線）が同じく図示されている。分配係数Ｋｄに温度補正係数ａを含めた解析結果の方が加温の影響を含めない解析よりも分析データをよく説明できており、加温の効果を定量的に評価できることがわかる。
本実施形態に係る解析システム１０によれば、加温された地下土壌３２の内部において地下土壌３２に吸着した汚染物質が地下水ＷＧへ溶出する時間当たりの溶出量と加温された分解微生物ＭＣが汚染物質を分解する時間当たりの分解量を含めて地下水ＷＧにおける汚染物質の濃度の時間変化を定量的に算出することができる。このため、加温による土壌浄化の完了時間を推定することができる。これにより、土壌浄化を行うための設備を効率的かつ無駄なく配置できると共に、土壌浄化を行うための設備の運用条件を適切に設定することができるため土壌浄化に係る工数と費用を削減することができる。
また、本実施形態に係る解析システム１０によれば、分配係数を温度補正するための温度補正係数ｂと減衰係数を温度補正するための温度補正係数ａを室内試験により求めることができる。このため、温水における汚染物質の濃度の時間変化を精度よく推定することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る加温浄化の解析方法を適用した解析システム１０は、地下土壌３２内を加温して土壌浄化を行う加温浄化において加温の効果を定量的に評価することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において実施し得ることは勿論である。
なお、本実施形態では、加温浄化の解析は、上記（３）式で表される移流分散方程式を解析するとして説明したが、これに限らず、例えば、（１）式や（３）式に注水に分解微生物を添加することによる影響等を表した項が付加された支配方程式が解析されてもよい。
１０ 解析システム（加温浄化の解析方法）
３２ 地下土壌（地盤）
ａ 減衰係数の温度補正係数（第２比例定数）
ｂ 分配係数の温度補正係数（第１比例定数）
ＨＷ 温水
ＭＣ 分解微生物
Ｔ 温度
ＷＧ 地下水
３２ 地下土壌（地盤）
ａ 減衰係数の温度補正係数（第２比例定数）
ｂ 分配係数の温度補正係数（第１比例定数）
ＨＷ 温水
ＭＣ 分解微生物
Ｔ 温度
ＷＧ 地下水
Claims (2)
- 地盤の内部に温水を注水して前記地盤を加温し、前記地盤の内部に存在する分解微生物によって浄化対象物質を分解することにより前記地盤の内部の地下水における前記浄化対象物質の濃度を低下させる土壌浄化の効果を評価するにあたり、
加温された前記地盤の内部において土壌に吸着した前記浄化対象物質が前記地下水へ溶出する時間当たりの溶出量と、加温された前記分解微生物が前記浄化対象物質を分解する時間当たりの分解量と、を含めて前記地下水における前記浄化対象物質の濃度の時間変化を演算する加温浄化の解析方法であって、
加温された地盤内の温度をＴ、土壌浄化を開始した際の地盤内の温度をＴ ０ 、分配係数Ｋ ｄ の温度補正係数をｂ、減衰係数λの温度補正係数をａとしたときに、前記溶出量は関数ｂ（Ｔ－Ｔ ０ ）により算出されると共に、前記分解量は関数ａ（Ｔ－Ｔ ０ ）により算出され、前記溶出量の関数における分配係数Ｋ ｄ の温度補正係数ｂおよび前記分解量の関数における減衰係数λの温度補正係数ａは、室内試験によって求められる加温浄化の解析方法。 - 地盤の内部に温水を注水して前記地盤を加温し、前記地盤の内部に存在する分解微生物によって浄化対象物質を分解することにより前記地盤の内部の地下水における前記浄化対象物質の濃度を低下させる土壌浄化の効果を評価するにあたり、
加温された前記地盤の内部において土壌に吸着した前記浄化対象物質が前記地下水へ溶出する時間当たりの溶出量と、加温された前記分解微生物が前記浄化対象物質を分解する時間当たりの分解量と、を含めて前記地下水における前記浄化対象物質の濃度の時間変化を演算する加温浄化の解析方法であって、
水に溶けた汚染物質の濃度をｃ、は土粒子の密度をρｓ、加温された地盤内の温度をＴ、土壌浄化を開始した際の地盤内の温度をＴ ０ 、分配係数をＫ ｄ 、分配係数Ｋ ｄ の温度補正係数をｂ、有効間隙率をｎ、分散と拡散の効果を表す分散拡散係数をＤ、土壌内の流速をｖ、減衰係数をλ、減衰係数λの温度補正係数をａ、時間を表す変数をｔ、空間を表す変数をｘとしたときに、前記分配係数Ｋ ｄ の温度補正係数ｂおよび前記減衰係数λの温度補正係数ａを室内試験によって求め、
上記の移流分散方程式により前記地下水における前記浄化対象物質の濃度の時間変化を演算する加温浄化の解析方法。
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006116509A (ja) | 2004-10-25 | 2006-05-11 | Ohbayashi Corp | 汚染領域の浄化経過を予め予測する方法、最適な揚水井と注水井との配置場所を決定する方法、汚染領域の浄化に要する期間を予測する方法 |
| JP2017154073A (ja) | 2016-03-01 | 2017-09-07 | 株式会社竹中工務店 | 汚染対処方法、及び汚染対処プログラム |
| WO2018043508A1 (ja) | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 株式会社竹中工務店 | 汚染土壌浄化システム |
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