JPH0510083A

JPH0510083A - 電気真空浄化方法

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Publication number: JPH0510083A
Application number: JP3324593A
Authority: JP
Inventors: James J Malot; ジエームス・ジエイ・マロツト
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1993-01-19
Also published as: EP0608238A1; EP0608238A4; DE69226195D1; CA2112990A1; EP0608238B1; DE69226195T2; WO1993001010A1; ATE168046T1

Abstract

(57)【要約】【目的】地下の地下水面より上の領域で、非天然発生
の液体汚染物質によって汚染された土壌を処理して浄化
する。【構成】地下水面上領域から汚染物質を除去するため
に、揮発した汚染物質と流体を回収するための真空抽出
と、揮発性汚染物質と地層を現場で加熱するための電流
の印加とを組み合わせる。土壌の温度を上昇させ、それ
によって汚染物質に熱エネルギーを付与することによっ
て、汚染物質の真空抽出をより効果的にする。さらに、
粘土のような真空と空気の流れに対する抵抗の大きい特
定の地層を加熱することによって、地層内での揮発速度
と地層の乾燥速度が大きくなり、そこでの真空抽出の効
果が向上する。特定の場所の条件に適応させるために、
電極の様々な設置方法が採用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中の地下水面より上
の領域（以下、地下水面上領域という）で、非天然発生
の液体汚染物質によって汚染された土壌を現場で（in-s
itu）処理する方法に関する。地下水面上領域とは、地
下水床よりも上でしかも毛細管的に水が十分にしみ込ん
だ部分の縁よりも上にある、水の十分にしみ込んでいな
い土壌領域である。本発明においては、土壌中に電流を
誘導することによって土壌に熱エネルギーを加えるとと
もに、真空抽出を行って熱エネルギーによって誘発され
る汚染物質の揮発を促進させ、そして汚染物質を回収す
る。本発明は電気真空処理と呼ばれる。

【０００２】

【従来の技術】土壌の汚染源は多数あり、例えば、漏れ
穴のある地下貯蔵タンク、工業操業領域、化学物質の貯
蔵・処理領域、化学物質の廃棄処分領域等である。地下
水面上領域内の汚染物質は地下水床に流れ落ちて、典型
的に何十年も続く長期の地下水汚染源となる。地下水源
を保護し、土地と地下水の使用が制約されないようにす
るために、多くの場所で地表面下の汚染物質を浄化する
必要がある。

【０００３】真空抽出処理は、地下環境浄化分野におい
て良く知られている。（米国特許No4,593,760号明細書
（Ｖisser とＭalot）及び米国再発行特許No.33,102号
明細書（Ｖisser とＭalot）を参照されたい。）真空抽
出処理は、地下水面上領域から揮発性有機物質（volati
le organic compounds：ＶＯＣ）を除去するものであ
る。この処理においては、地表面下に生じた真空によっ
て地下水面上領域のＶＯＣの揮発を促進し、真空によっ
て誘起された空気の流れによって揮発した汚染物質を土
壌から除去する。

【０００４】真空抽出処理は一般に、重いＶＯＣよりも
軽いＶＯＣについて迅速に行うことができる。重いＶＯ
Ｃは従来真空抽出によってうまく除去されてはいたが、
それには困難を伴っていた。これらの化合物は熱を与え
れば容易に揮発するので、この処理によって比較的容易
に除去することができる。同様に、軽いＶＯＣについて
も、地層が加熱されてそれによって熱エネルギーが化合
物に加えられるならば、迅速に除去することができる。
従って、土壌の温度を上げることができるならば、揮発
性物質の化合物を含んでいる浄化場所で、実質的な時間
と費用を節約できる。先行技術においては、真空抽出を
促進するための熱の使用は行っていなかった。

【０００５】真空抽出処理単独では、有効ではあるが、
低浸透性の土壌（例えば粘土）やかなり湿った土壌にお
いて、および容易には揮発しない汚染物質を伴う場合に
は、処理は比較的低速である。また、地表面下の真空に
対する自然の優先的通路や空気流通路がある場合、真空
と空気は特定の地層へ流れ、また他の地層から流出す
る。これは地層が形成されている場所で起き、浄化処理
全体を妨げる。例えば、砂と粘土が交互に存在する層に
おいては、真空は砂層内ではよりいっそう広がるが、粘
土層内では制限される。

【０００６】真空抽出を伴わない、揮発のための加熱
は、汚染除去について知られている。米国特許No.4,67
0,634号明細書（Ｂridgesら）は、汚染された土壌を無
線周波数（radio frequency:ＲＦ）電磁エネルギーで加
熱し、揮発性汚染物質を蒸発させて表面まで上昇させ、
そこで蓋状容器に捕集する方法を記載している。しか
し、地下土壌を貫通するのに必要なＲＦ高エネルギーを
相当な深さ（すなわち10フィート（約３メートル）以
上）まで発生させるための装置は、得ることができな
い。この特許においては、処理の間のＲＦエネルギー及
び／又は有害な蒸気の放出を防ぐために、精巧な封じ込
め構造を必要とする。土壌汚染の大部分はしばしば10フ
ィート以上の深さまで広がり、時には数百フィートの深
さまで達するが、この技術では深さが著しく制限され
る。さらに、高エネルギー放射が必要なことによって、
汚染が一般的に発生する都市部において適用が制約され
る。また、この特許によれば、高温度（200℃以上）を
必要とする。米国特許No.4,973,811号（Ｂass）もま
た、真空抽出を伴わない加熱を用いる。

【０００７】他の表面加熱方法、例えば米国特許No.4,9
84,594号（Ｖisegar）も処理に高温度を必要とする。さ
らにこの方法は土壌を加熱するための熱の対流による制
限を受け、この方法の有効な深さは３フィート（約 0.9
メートル）以下に制限される。またこの場合も、蒸発し
た汚染物質の回収のために精巧な表面構造を必要とす
る。

【０００８】他の先行技術は、燃料に用いられる天然産
の炭化水素を含む、深い位置の飽和した狭い地層を対象
としたものである。これらの特許は、井戸どうしの間あ
るいは地表面と地表面下の電極との間あるいは地表面下
の電極どうしの間に電流を誘導することによる地層加熱
に関するものである。米国特許No.849,524号明細書（Ｂ
aker）は、地層を貫く井戸穴の中に置かれた導体によっ
て電流を地層中に通す方法を記載している。この場合、
地層を加熱して石炭や油頁岩（oil shale）のような炭
素質成分を揮発させ、それらを井戸を介して回収する。
米国特許No.4,382,469号（Ｂellら）は、特定の処理条
件下で高いＢＴＵ（英熱量単位）の燃料ガスを発現させ
るための類似の方法を記載している。これらの特許は両
者とも、石炭や油頁岩のような深い位置の天然産の非揮
発性炭素質層を対象としている。これらにおいては、天
然に含む揮発性材料を封じ込めるために地質層の上を覆
い、地層中に高い背圧（例えば 1531psiの）を発生さ
せ、それによって揮発性材料を回収井戸に導く。さら
に、'524号においては油頁岩、タール及び石炭の熱分解
によって、また'469号においては電気化学反応によって
燃料ガスを発生させるために、高い温度（'524号におい
ては 650°Ｆ（343℃）以上、'469号においては255°Ｆ
（124℃）以上）が用いられる。

【０００９】'469号の特許は、地層と接触させる水性電
解質を必要とする。さらに、地下水面上領域の場合のよ
うに地層が乾燥しやすいものである場合、地層中へ電解
質流体を注入するためには電流を誘導する必要があり、
また'469号と'524号の教示を必要とする。地層中へ流体
を注入すること、あるいは地層中に水性電解質を飽和さ
せることは、そのような地下水面上領域中で真空抽出を
利用することを不要にする。なぜならば飽和した状態と
いうのは真空処理にとっては逆効果だからである。注入
された電解質は地下水面上領域内を重力によって下降
し、従って電気的連続性は、本発明で対象としている地
下水面上領域を貫くよりもむしろ水床で形成されるだろ
う。米国特許No.4,495,990号（Ｔitusら）は特別なアノ
ード／カソード装置を用いる付加的な特徴を有し、この
場合加熱領域を貫く電解質流体の重要性はさらに強調さ
れる。米国特許No.4,489,782号（Ｐerkins）は、アノー
ド／カソード配列内での横方向への排水を含む。このよ
うに、地下水面上領域中での電気的加熱を教示する先行
技術は地下水面上領域から汚染物質を除去するのには有
効でなくまた実際的でもなく、また本発明とは異なるも
のを教示する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高Ｂ
ＴＵ燃料ガスを生産するのに弊害となるような非天然発
生の液体汚染物質を地下水面上領域から除去することで
ある。実際には、除去の対象となる地表面下の汚染物質
の大部分はＢＴＵ値のかなり低い塩素化溶媒あるいは炭
化水素であり、それらは燃料ガスとしては価値のないも
のである。

【００１１】電気的加熱方法についての先行技術は、非
常に高い電流負荷（例えば 1000アンペア）と高い安全
レベルの電圧（例えば 100ボルト以下）を必要とする。
この組み合わせにおいて目的を達成するためには、同生
的に導電性の高いブラインかあるいは電解液の添加を必
要とする。地下水面上領域にはこれらの流体が天然には
含まれず、また流体を地下水面上領域に注入する作業を
コントロールするのは非常に困難である。というのは、
流体は、電流が流れやすい場所よりも下方へ、重力によ
って染み込んでいくからである。地下水面上領域にある
流体は、ほとんど常に降雨を直接その元とするものであ
り、固体物質をほとんど含まず電解質もほとんど含まな
い。従って、先行技術が効果を上げるためによりどころ
とする地下水面上地層の流体は、先行技術が教示するよ
うな、地層の加熱に必要な特性を有していない。それに
対して本発明は、電流と加熱が適用される地層、すなわ
ち粘土質材料とそれらを含む表面の電気特性を利用する
ものである。

【００１２】先行技術は、加熱された地層（100℃以
上）が直接の沸騰、熱分解、分留及び電気化学反応によ
って揮発を誘発させ得ることを教示するが、本発明は、
地層の低浸透性の部分または粘土質の部分での、真空と
適度の温度（例えば 10°Ｆから200°Ｆ（−12℃から93
℃）に上昇する温度）の熱エネルギーの組み合わせによ
って誘発され促進される揮発を利用する。これにより、
揮発した汚染物質の真空処理による回収はより効果的と
なる。

【００１３】先行技術においては、電気的加熱は本発明
とは全く異なる地質条件で用いられる。先行技術は、天
然の炭化水素が見いだされるような地層内での不均一性
の問題については言及しておらず、また汚染物質を加熱
し除去するための浸透性の地層を必要としている。しか
るに本発明では、地層の不均一性と、粘土のような低浸
透性の地層からの回収を扱う。

【００１４】先行技術の回収方法は、地層を加熱する際
にオイルとガスの領域を形成する方法を用いる。このこ
とは典型的に、回収工程の間に地層内で高圧が維持され
ることを必要とする。いくつかの先行技術の方法では、
加水分解や熱分解のような化学反応によるガス（ＣＯ、
ＣＯ₂、ＣＨ₄、Ｈ₂など）の発生を必要とし、現場での
直接的な揮発と真空回収を行うものではない。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（揮発を誘発
させ、液体と揮発した汚染物質を回収するための）真空
抽出と（汚染物質と地層に熱エネルギーを現場で付与す
るための）電流との組み合わせを用いる。土壌の温度を
上げ、それにより汚染物質に熱エネルギーを付与するこ
とによって、汚染物質の真空抽出をより効果的にする。
また水分が高いために吸引空気の流れに対する抵抗性の
高い特定の地層を加熱することによって、そのような地
層の乾燥を速め、真空抽出の効果を高める。本発明にお
いては、位置上の特別な条件に適応させるために、電極
の様々な設置手段が用いられる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の方法の一態様を示す。掘削井
又は井戸１が、地下水面上領域の汚染した土壌中で地表
面２の下に延びていて、真空発生源３を用いる真空抽出
用井戸として完成している。適当な真空発生源は換気
扇、送風機又は真空ポンプである。井戸は水床よりも上
でも下でも、あるいはそれを横切る場所に設けてもよ
い。井戸の枠６には貫通穴４が設けられている。貫通穴
４の代わりに井戸用スクリーンあるいは単に解放端を有
するパイプを用いてもよいが、これは地下水面上領域か
ら液体汚染物質と揮発した汚染物質を抽出するためのも
のである。

【００１７】井戸穴が地中に掘られるとき、それは空気
を通さない枠で内張りされる。完成するまでの間に、流
体またはガスを吸引することができるように、井戸の適
当な場所で枠に穴が設けられるかあるいは井戸用スクリ
ーンが設置される。この穴の並び、あるいは完成物は、
選択された地層内か、もしくは地下水床よりも上か下
か、あるいはそれを横切る場所に設けることができる。
このようにして特定の地層位置を、処理のために選択す
ることができる。

【００１８】電極５が井戸の中に設置されているが、
（適当な材料で構成される）井戸枠自体を電極として用
いてもよい。地表、地表近く又は地下で土の中に、一つ
あるいはそれ以上の電極７が据え付けられている。電極
５及び７は電源８に接続されている。別の態様として、
井戸内の金属の井戸用スクリーンあるいは有孔パイプの
一部分を、独立した電極装置５の代わりに電極として用
いてもよい。

【００１９】直流又は交流を電極どうしの間に通す。土
壌は電気的には抵抗性であるため、電流が電極の間を通
るとき土壌自体の中に熱が発生する。それによる熱エネ
ルギーによって、土壌中の揮発性及び半揮発性の汚染化
合物質の揮発が促進される。このことは、地下土壌から
汚染物質を迅速に揮発させそして回収するのに役立つ。

【００２０】土壌温度を有効なまでに上昇させるのに必
要な電流の量は、様々な土壌特性、その化学組成及び電
極の間隔に依存する。土壌中で誘発される温度上昇は、
汚染物質を適所で沸騰させる程に高くなくてもよい。と
いうのは、真空抽出処理が、周囲温度で高沸点化合物を
除去するのに有効に作用するからである。電気抵抗によ
って生じる高温は、真空抽出による除去のための汚染物
質の揮発をいっそう促進させる。深さと土壌のタイプに
よっては、電気的に上昇させる温度は、幾分かの汚染物
質を適所で実際に沸騰させる程に高くするのが経済的で
あろう。別の態様として、図２は、電流が井戸を貫い
てあるいはその周囲を流れるように、井戸から離れた位
置に間隔をおいて設置されている、電気真空処理を示
す。

【００２１】真空抽出用井戸と電極の複数の配列は、広
い領域で土壌温度を上昇させて汚染物質を抽出するのに
効果的となろう。井戸と電極の設置パターンはかなり変
更可能であり、各々の場所の特定の条件に適応させる。
そのような配列の増設方法は、最初に一つの抽出用井戸
とそれを囲む電極を据え付けることからなる。次いでそ
の井戸は、その抽出領域の外側の境界を決定するために
試験される。次に、この抽出領域の境界の周囲に新しい
井戸を設置し、さらに電極も設置する。これによって、
拡張された複合抽出領域ができあがる。次いで、この工
程を新しい拡張抽出領域について繰り返し、最後に全汚
染領域がカバーされる。

【００２２】複数の真空抽出用井戸が用いられ、それぞ
れの井戸の抽出領域が重なり合う場合、それぞれの井戸
の抽出領域の間の境界部分に中立領域ができる。これら
中立領域においては、二つの隣り合う井戸からの真空抽
出推進力は、互いに逆作用を及ぼしやすい。従って、個
々の井戸の抽出領域の間の境界部分である中立領域から
汚染物質を除去するために、抽出工程の最後に井戸どう
しを交互に作動させる。これは事実上、中立領域を再配
置すること又は消滅させることであり、前に中立領域で
あった場所にある未抽出汚染物質のいかなるポケット
も、再配置された中立領域の外側となったときに抽出す
ることができる。同様に、空気その他の気体の地層への
注入も、中立領域を消滅させるために用いることができ
る。図３は電気真空処理の別の適用、すなわち二重の
真空抽出処理を用いる方法を示す。ポンプ11が井戸１の
底にある。ポンプによって、ポンプに付設した水パイプ
13の地上出口12の外へ、井戸から水を排出する。その結
果、最初の地下水床14は井戸の近くの高さ15まで低下す
る。これによって地下水床と水が染み込んだ縁の領域の
局部的低下が生じ、それに対応して地下水面上領域が拡
大する。このとき、本発明を、新しく拡大した地下水面
上領域に適用することができる。当然のことであるが、
この方法で地下水を地表まで汲み上げたならば、この水
を地表で公知の方法で処理して、それに含まれているい
かなる汚染物質をも除去することができる。この実施態
様においては、水ポンプの代わりに気送ポンプあるいは
吸引ホースのような、他の流体除去装置を用いることも
できる。

【００２３】成層土壌（高浸透性の砂の層と低浸透性の
粘土の層）における真空抽出処理に伴う問題の一つは、
地表下での真空と蒸気の流れのチャンネリング（channe
ling）である。粘土は砂よりも導電性がかなり高いの
で、電気の動電エネルギーは粘土層内に集中する。そし
て砂は浸透性が高いので、真空と空気の流れは砂層内に
集中する。電気真空処理を用いれば、粘土が加熱される
ように電極を粘土の中に設置して、汚染物質に熱エネル
ギーを付与してそれらの揮発を促進することができる。
温度が上昇したとき、粘土からの脱水が起きて空気の入
った空孔が増加し、真空抽出処理をより効果的に行うこ
とができる。真空抽出用井戸と電極の他の幾つかの配列
は、地下の様々な条件に応じて、様々な電流束パターン
と真空及び蒸気の流れのパターンをつくりだすのに効果
的である。

【００２４】図４は電極の別の配置例を示す。一つの電
極５が井戸穴１の中にある。しかるに、複数の電極７の
配列が、様々な距離の所で井戸の周囲に設置されてい
る。

【００２５】図５は電極のさらに別の配置例を示す。複
数の正電極７Ｐが、複数の負電極７Ｎの上に設置されて
いる。これは、水平方向の電流ではなく垂直方向の電流
を生じさせる。高さの低い方の電極は、地下水床の上か
下に設けることができる。別の実施態様として、負電極
と正電極の負荷を逆転する、すなわち負電極を正電極の
上に設置することができる。あるいは、交流を用いて
も、その極性はいかなる差異も生じさせない。

【００２６】不均一性による優先的流通路の形成（真空
抽出の場合の低浸透性領域の周囲での汚染物質の流れ
と、電気加熱の場合の低電導性領域の周囲での電流）
は、地下汚染物質の除去についての先行技術における主
要な問題であるが、これは本発明によって克服される。
粘土と砂が交互に存在する層は一般的に見いだされる。
粘土は水分を多く含み電気の良導体であるが、しかし低
浸透性で汚染物質の流れに対する障害物となる。砂は電
導性が低いけれども、汚染物質の流れに対しては透過性
である。従って、真空は砂層を通過しやすく粘土層を回
避する。そして電流は粘土層を通過しやすく砂層を回避
する。真空と電気を共に用いることによって、それらは
補足し合う。電気は粘土層内を流れやすい。これによっ
て不浸透性の粘土層が加熱されて乾燥され、真空はその
層から抽出される。最初に粘土から取り出される真空と
汚染物質の流れの補足的効果と、粘土を対象とする電気
の流れと地層の加熱は、先行技術を越える主要な改良点
である。

【００２７】本発明においては汚染物質を、液体状態と
その後に揮発させた状態の両方で抽出することができ
る。

【００２８】地層の電気的誘導加熱と真空抽出の二つの
技術を組み合わせることにおける最も重要な点は、層状
堆積物（すなわち粘土と砂）中の地下水面上領域におい
て、典型的に遭遇する真空抽出は比較的乾燥した砂質土
壌においてより効果的であり、電気的加熱は湿った粘土
質土壌のような導電性すなわち低電気抵抗性の土壌にお
いて最も効果的なことである。同様に、真空抽出は湿っ
た粘土質土壌において実行するのが最も困難であり、乾
燥した砂質土壌の電気的加熱は過大な電圧を必要とす
る。選択的に加熱する粘土層は、その位置と大きさは正
確にはほとんど知ることができないが、これに対する電
気的加熱の使用によって粘土質土壌が選択的に加熱され
る。（粘土質土壌中では、真空抽出は粘土の高い含水量
と低い空気透過性によって妨げられるため、効果を上げ
るのがずっと遅い。）電流によって粘土が加熱されるの
で、水と揮発性又は半揮発性の汚染物質は揮発しやすく
なり、真空抽出による汚染物質の回収速度は増大し、粘
土の空気透過性も増大する。このとき真空抽出処理は、
比較的低透過性の粘土から汚染物質を回収するのに、よ
り効果的なものとなる。真空抽出は比較的高透過性の地
層においてより効果的であるため、（すべての先行特許
が目的としているような）全生産領域すなわち全汚染領
域を加熱しようとする場合に、余分なエネルギーが浪費
されない。さらに、真空抽出による回収は現場で行う方
法であり、幾つかの特許（例えば、米国特許No.4,984,5
94号及び米国特許No.4,670,634号）ではそれらが教示し
ているように汚染物質を上方に拡散させるのに対して、
揮発した汚染物質を除去するのにずっと効果的である。

【００２９】本発明による電流の印加の結果としての土
壌中の温度の上昇は、基本的な数式によって表すことが
できる。それは次式の通りである： ΔＴ∝ ｉ²Ｒｔ／ｄＨここで、ΔＴ＝土壌の温度上昇ｔ＝印加時間ｉ＝電流Ｒ＝土壌の抵抗ｄ＝電極間の距離Ｈ＝導電地層の厚さすなわち、土壌の温度上昇は電流の印加時間、電流量の
二乗及び土壌の電気抵抗に比例する。また、温度上昇は
電極間の距離と電流が流れる導電地層の厚さに反比例す
る。

【００３０】地下媒体の汚染が生じてそこから汚染物質
を除去したい場合、汚染された地下媒体の領域の状態
は、当分野で良く知られた方法によって調査することが
できる。例えば、地層の状態を知るために、汚染地点と
その周囲の選択した場所で選択した深さまで、試掘を行
うことができる。地質条件を決定するための試掘の間に
採取されたコア試料あるいは地下の探針によって得られ
た空気のサンプルは化学分析に供されて、不飽和領域で
の汚染の程度、厚さ、広がり速度及びその内容が調査さ
れる。本発明の実施態様として特定の場所で実際に用い
られる仕様は、そのような場所特有の条件と操業性及び
経済性に大きく依存する。

【００３１】広い汚染地域について必要となる複数の抽
出用井戸からなる配列を実施するためには、非常に様々
な方法がある。相当する電極（及び、適用できる場合は
空気注入用井戸と監視用井戸）を伴う抽出用井戸は、運
転を開始する前に四角形又は三角形の格子状パターンで
設置することができる。それらはまた、抽出処理に影響
を及ぼす未知のそして不規則な地下因子に自動的に適応
させやすい展開的方法によって、設置することもでき
る。この展開的設置方法においては、最初に一つの抽出
用井戸が設置され、そして運転される。次いでその井戸
は、その抽出領域の境界を決定するために試験される。
次にその最初の井戸は、最初の抽出領域の内側であるが
しかしその抽出領域の外側の境界の近くか又はそれより
も外側に設置する第二世代の井戸によって、囲まれる。
次いで、それぞれが電極と付属設備を伴うこれらの井戸
は、最初の井戸と共に運転される。これによって新しい
拡張された結合抽出領域が形成される。次いでこの工程
は、追加される世代の井戸を伴いながら、そしてまた結
合抽出領域の境界線を絶えず拡張しながら、何度も繰り
返される。これは、処理すべき全汚染領域がカバーされ
るまで続けられる。このタイプの展開的方法は、特定の
場所の実際の抽出パターンに適応され、従って、実際の
地下の不均一性に適合してそして特定の場所に適応する
ような、不規則な井戸の配置が形成される。これは、予
め決められた格子状のパターンで単一の反復からなる多
数の井戸を単純に展開するよりも、多数の連係する井戸
によって、抽出用井戸のより効率的で機能的な配置が実
現する方法である。

【００３２】空気注入用井戸と汚染した地下水のポンプ
による抽出をも用いるような、真空抽出方法の変形もま
た、本発明で用いられる。例えば、空気注入用井戸、監
視用井戸、及び汚染物質の地上での処分又は処理及び除
去のための井戸からの汚染地下水の汲み上げなどを伴
う、真空抽出方法を用いることができる。

【００３３】本発明は、直流または交流を用いて実行す
ることができる。ここで述べられるいかなる態様も、交
流を用いた自明の方法で実施することができ、その逆も
また同様である。

【００３４】地質条件が許すならば、本発明は、完成し
た井戸の代わりに未完成の井戸を用いて実行することが
できる。未完成の井戸が用いられる場合、電極として用
いることのできる金属スクリーン又は有孔パイプは存在
しないが、しかし電極を井戸の中に設置して、様々な深
さで地層に電気的連続を供給することができる。

【００３５】井戸を地中に形成するとき、地面に穴を掘
る。ドリルを取り除くと未完成の穴が残る。その穴は、
その側面が崩壊するかあるいは陥没するまで、開いたま
までいる。これを防止して穴が開いたままにするため
に、穴を仕上げる。穴を仕上げるためには、有孔パイプ
を伴う井戸用枠か又は井戸用スクリーンを、穴の長さで
据え付ける。穴の壁の間の空間とスクリーン又は有孔パ
イプに、液体と気体が自由に通過できる砂か又はじゃり
状の濾過性媒体を充填する。これら全部が、完成した井
戸を構成する。スクリーンと地層の間の電気の導通を保
証するために、スパイダーと呼ばれる規則的な金属の脚
材が、濾過性媒体を介してスクリーンから穴の壁まで届
くように据え付けられる。低透過性材料、例えばグラウ
ト（grout）が、穴の残りを埋めるために用いられる。

【００３６】図６は、完成した井戸の底の部分の側断面
を示す。井戸穴の壁21が示されていて、その中にスクリ
ーン又は有孔パイプ23が据え付けられている。キャップ
26をスクリーン又は有孔パイプの底に取り付けてもよ
い。砂またはじゃりからなる、空気と液体を透過する濾
過性媒体22が、穴の壁21とスクリーン又は有孔パイプ23
の間の穴の中に詰め込まれている。貫通孔４がスクリー
ン又は有孔パイプ23の側部に示されていて、ここからス
クリーン又はパイプに液体又は気体が入る。金属製のス
パイダー脚材25が、スクリーン又は有孔パイプ23と地層
の穴の壁21とを連結する。これによって、地層の穴とス
クリーン又は有孔パイプ23との間、及び穴の中に設ける
ことのできる電極との間に、電気の導通が与えられる。

【００３７】図７は、図６に示すのと同様の完成した井
戸の平断面を示す。井戸穴の壁21が示されていて、その
中にスクリーン又は有孔パイプ23が据え付けられてい
る。濾過性媒体22が、穴の壁21とスクリーン又は有孔パ
イプ23の間の穴の中に詰め込まれている。金属製のスパ
イダー脚材24が、穴の壁21とスクリーン又は有孔パイプ
23との間に設けられていて、これによって、地層とスク
リーン又は有孔パイプ23との間、及び穴の中に設けるこ
とのできる電極との間に、電気の導通が与えられる。

【００３８】井戸又は地表面と地層との間に電気の導通
を与える他の手段もまた、本発明の範囲内に含まれる。
そのような手段としては、スパイダーの代わりに電導性
の固体又はスラリー、スパイダーに連結したケーブル、
あるいはその他の手段が含まれる。

【００３９】本発明においては、様々な量の電流を印加
して、良好な結果を得ることができる。一つの試験にお
いては、300ボルトで２〜４アンペアが印加され、およ
そ１〜1.5キロワットとなった。約１週間の印加の後、
一つの井戸の周囲の土壌の温度は 200°Ｆ（93℃）に達
し、揮発した汚染物質の抽出速度は、加熱なしで真空抽
出のみで得られる結果の約２倍となった。汚染除去地点
について適切で利用可能な電源はいかなるものでも使用
できて、それには公共の電力供給網、携帯電源、電池、
その他の電源が含まれる。

【００４０】真空発生源３からの排出物は、除去した汚
染物質の捕集、処理あるいは処分に適切なあらゆるシス
テムに結合される。真空源から排出された気体は凝縮器
を通過し、そこで、抽出物中に含まれる水蒸気あるいは
揮発した汚染物質の一部又は全部が凝縮される。次い
で、凝縮物とその他の物質は貯蔵タンク内に送られ、揮
発した汚染物質は排気管を通して周囲の大気中に排出さ
れる。揮発した汚染物質を大気中に排出することが環境
への影響その他の理由から適切でない場合、汚染物質
を、例えば活性炭による吸収、酸化、あるいはその他の
物理的、化学的又は生物学的処理によるような公知の方
法で処理して、無害なものにすることができる。汚染物
質が有用な物質の場合、将来の使用のために集めておく
ことができる。

【００４１】井戸は、地表面の掘削穴から又は地表面下
の掘削穴から、地下水面上領域内に形成することができ
る。同様に、抽出も地表面の掘削穴へ向けて又は地表面
下の掘削穴へ向けて行うことができる。

【００４２】地下水面上領域内の液体の汚染物質に熱エ
ネルギーを適用することは、汚染物質の流動性を高め、
粘性を小さくすることにもなる。これによって、真空抽
出による液体の状態での抽出速度が大きくなり、さらに
揮発と真空抽出によるその後の抽出が促進される。

【００４３】先行技術においては、真空抽出を地下水面
上領域でのＶＯＣ汚染物質の抽出に適用する。本発明
は、ＶＯＣのみならず半揮発性有機化合物や、その他の
揮発性及び半揮発性化合物にも適用可能であり、それら
を液体と後に揮発した状態の両方の状態として抽出す
る。さらに、熱エネルギーを付与せずに真空抽出だけを
用いる本発明の実施態様を半揮発性汚染物質に適用し
て、それらを液体と揮発した状態の両方で周囲温度で首
尾よく抽出することもできた。

【００４４】半揮発性液体とは、通常の周囲温度におい
て揮発しない液体である。本発明の現場でのある試験に
おいて、以下の半揮発性物質が地下水面上領域から抽出
されたが、これらは抽出されるべき半揮発性物質として
例示される。すなわち：シクロヘキサノール、メチルプ
ロピルベンゼン、1,1-オキシビスベンゼン、シクロヘキ
サノン、シクロヘキシルベンゼン、1,2-ジハイドロアセ
ナフチレン、メチルエチルベンゼン、ショウノウ、トリ
メチルシクロヘキサメタノール、フェニル酢酸、ジクロ
ルエチルベンゼン、ペンタクロロプロパン、テトラメチ
ルベンゼン、1-メチルナフタレン、3,5,5-トリメチル 2
-シクロヘキサノン、4-クロロフェノール、フェノー
ル、2-クロロフェノール、1,4-ジクロロベンゼン、ベン
ジルアルコール、2-メチルフェノール、4-メチルフェノ
ール、ニトロベンゼン、イソホロン、2,4-ジメチルフェ
ノール、2,4-トリクロロベンゼン、1,2,4-トリクロロベ
ンゼン、ナフタレン、ヘキサクロロブタジエン、2-メチ
ルナフタレン、及び 2-クロロナフタレン、である。

【００４５】本発明を試験したところ、タール状の物質
も抽出された。この努力の成功は、タール状の物質が一
つ又はそれ以上の揮発性及び／又は半揮発性成分を含ん
でいて、そのような成分を取り出すことによって、少な
くとも比較的粘性が高く、ある場合には脆性の固体、粉
末あるいは別の実質的に固体状の残留物が残る、という
事実に基づくと考えられる。従ってタール状の物質は地
下水面上領域で安定となって、水床には到達しないので
あろう。

【００４６】本発明は、非揮発性炭化水素の現場での生
物による分解を促進するために、さらに改善することが
できる。真空工程で土壌内に空気と酸素を注入する。適
用場所の状態に応じて、生物分解処理をさらに促進させ
コントロールするために、その他の必要な栄養物（窒
素、リン、その他）を加えてもよい。汚染土壌の温度を
上昇させるために、電流を用いてもよい。これによっ
て、汚染物質を分解する微生物の生物活動が盛んとな
り、従って浄化速度が速くなる。汚染のタイプと程度、
土壌のタイプ、土壌中の水分の量、土壌抵抗および土壌
温度によって、汚染地点を浄化するためには活性、電
流、生物分解および真空抽出の組み合わせのいずれが最
良に用いられるかが決まる。

【００４７】ある種の化合物（例えば塩素化炭化水素）
については、そのような汚染物質の生物分解は嫌気性条
件下でより効果的となる。真空システムによって土壌中
に空気と酸素が注入されるので、真空抽出が用いられる
とき、典型的に好気性の条件が支配的となる。従って、
真空システムを停止するか、あるいは土壌から酸素を除
去するために窒素その他の気体を注入することによっ
て、汚染物質の嫌気性生物分解を促進させるのが有益で
ある。生物活性は温度とともに増大するので、土壌温度
と生物による分解を増大させるために、前述のようにし
て導入する電流を用いてもよい。その他の化合物の生物
分解は、メタンやプロパンのような共代謝物質を導入す
ることによってさらに促進される。これらの気体は、メ
タノトロップ（methanotrops）として知られるある種の
微生物の発生を促進する。メタノトロップは、典型的に
生物分解に対する抵抗性のあるハロゲン化化合物を共代
謝する能力を有する。例えばプロパンは、水床の上か下
の土壌中に直接注入によって導入することができる。プ
ロパンの直接注入は、嫌気性微生物の成長が制限される
程の量の酸素が導入されないように、比較的低流動性の
真空システムによってさらにコントロールすることがで
きる。窒素供給源としてのアンモニアのようなその他の
栄養物を吸収させることもできる。

【００４８】このように、特定の場所の条件に応じて、
土壌及び／又は地下水の汚染除去を効果的に行うため
に、電気加熱、真空抽出、空気注入、栄養物又は代謝物
質、及び生物分解などの様々な処理を、それぞれ単独で
あるいは組み合わせて用いることができる。

【００４９】この詳細な説明の中で説明され議論された
実施態様は、本発明を創作し実施するための発明者が知
っている最良の方法を、当分野の熟練者に教示すること
のみを意図している。詳細な説明中のどの部分も、本発
明の範囲を限定するものではない。当分野の熟練者であ
れば本発明の範囲内で多くの変更を行って、同等のシス
テムを作り出すことができる。本発明は、請求項とそれ
らの法的均等物によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は地中に設置された本発明に係るシステム
の基本的な形状の断面を示す。井戸中に点電極がある。

【図２】図２は図１と類似のシステムの断面であるが、
すべての電極が井戸の外に設置されている。

【図３】図３は図２と類似のシステムの断面であるが、
井戸が最初の地下水床の下に完成されていて、ポンプそ
の他の装置は井戸の底にある。

【図４】図４は図１と類似のシステムの断面であるが、
多数の電極が井戸の回りに示されている。

【図５】図５は図４と類似のシステムの断面であるが、
垂直電流を印加するためにより複雑な電極パターンが示
されている。

【図６】図６は完成した井戸の底部の側断面図である。

【図７】図７は完成した井戸の平断面図である。

【符号の説明】

１‥‥井戸、２‥‥地表面、３‥‥真空発生源、４‥‥
貫通穴、５‥‥電極、６‥‥枠、７‥‥電極、８‥‥電
源、11‥‥ポンプ、12‥‥出口、13‥‥水パイプ、14‥
‥地下水床、15‥‥地下水床、21‥‥井戸穴の壁、22‥
‥濾過性媒体、23‥‥スクリーン又は有孔パイプ、24‥
‥金属製スパイダー脚材、25‥‥金属製スパイダー脚
材、26‥‥キャップ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非天然の液体汚染物質を地下水面よりも上
の領域から除去する方法であって： (a) 汚染領域に真空抽出手段を適用する工程と、そして (b) 同時に、前記領域中の揮発性汚染物質に熱エネルギ
ーを付与するための電気的誘導手段を適用する工程、からなる方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法であって、真空抽出
手段が： (a) 地表面から又は地表面下の掘削穴から汚染領域内に
井戸を設ける工程と、 (b) 真空発生源を井戸の最も地表面に近い端に適用する
工程と、 (c) 真空発生源を運転することにより、汚染物質の液体
を揮発させて、それらを揮発した状態で汚染領域から井
戸を通して除去する工程、からなる方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法であって、さらに、
井戸を通して抽出した揮発状態の汚染物質を、無害にす
るための機械的、物理的、化学的又は生物学的処理によ
って処理又は捕集する工程、又は大気中に排出する工程
を含む方法。
【請求項４】請求項１に記載の方法であって、さらに、
地下の汚染の程度を調査し、地下の状態を決定する工程
を含む方法。
【請求項５】請求項１に記載の方法であって、汚染物質
に熱エネルギーを付与するための電気的誘導手段は、汚
染領域を通して電流を印加する手段である方法。
【請求項６】請求項５に記載の方法であって、電流を印
加する手段が： (a) 一個又はそれ以上の電極を、井戸の内部又は周囲に
挿入する工程と、 (b) 電極を電源に接続する工程と、 (c) 電極の間の汚染領域を通して電流が生じるような方
法で、電気を電極に印加する工程、からなる方法。
【請求項７】請求項６に記載の方法であって、所望の温
度変化を達成するために印加される電流の量は、その所
望の温度変化が、選択された電流の二乗と、土壌の電気
抵抗と、電気の適用時間との積を、電極間の距離と導電
地層の厚さとの積で割ったものに比例するような数学的
関係に従って選択される、方法。
【請求項８】請求項６に記載の方法であって、電極を挿
入する方法が： (a) 一個又はそれ以上の電極を井戸の内部に設置する工
程と、 (b) 一個又はそれ以上の電極を井戸の外部に設置して、
電流が井戸の内部又は外部に生じるようにする工程、からなる方法。
【請求項９】請求項６に記載の方法であって、電極を挿
入する方法は、すべての電極を井戸の周囲の土壌中に設
置して、電流が井戸の周囲を、又は井戸を貫いて流れる
ようにする、方法。
【請求項１０】請求項６に記載の方法であって、電極を
挿入する方法は、ある極性の一個又はそれ以上の電極
を、それとは反対の極性の一個又はそれ以上の電極より
も上になるように井戸の周囲に設置して、電流が垂直成
分を有するようにする、方法。
【請求項１１】請求項６に記載の方法であって、電極を
挿入する方法は、ある極性のすべての電極を、それとは
反対の極性の電極の側部になるように設置して、電流が
水平又は斜めの成分を有するようにする、方法。
【請求項１２】請求項２に記載の方法であって、さら
に： (a) ポンプあるいはその他の流体除去装置を、井戸の中
に設置する工程と、 (b) ポンプ又は流体除去装置から地上まで通じる導通路
を設ける工程と、 (c) 井戸の中の前記ポンプ又は装置を運転して、地下水
を井戸から地上まで汲み上げ、それによって地下水床を
下降させ、そして地下水面よりも上の領域を拡大させる
工程、を含む方法。
【請求項１３】請求項12に記載の方法であって、さら
に、地下水中の汚染物質を除去するか又は無害にするた
めに、汲み上げた地下水を地表面上で処理する工程を含
む方法。
【請求項１４】非天然の液体汚染物質を地下水面よりも
上の領域から除去する方法であって： (a) 地表面から又は地表面下の掘削穴から汚染領域内に
井戸を設ける工程と、 (b) 真空発生源を井戸の最も地表面に近い端に設置する
工程と、 (c) 真空発生源を運転することにより、汚染物質の液体
を揮発させて、それらを揮発した状態で汚染領域から井
戸を通して除去する工程と、 (d) 一個又はそれ以上の電極を、井戸の内部又は周囲に
挿入する工程と、 (e) 電極を電源に接続する工程と、 (f) 電極の間の前記領域を通して電流が生じるような方
法で、電極に通電する工程と、 (g) 井戸を通して抽出した揮発状態の汚染物質を、無害
にするための機械的、物理的、化学的又は生物学的処理
によって処理する又は捕集する工程、又は大気中に排出
する工程と、 (h) ポンプあるいは液体抽出装置を、井戸の底に設置す
る工程と、 (i) ポンプ又は前記装置から地上まで、井戸を介して通
じる導通路を設ける工程と、 (j) 井戸の底で前記ポンプ又は装置を運転して、地下水
を井戸から地上まで汲み上げ、それによって地下水床を
下降させ、そして地下水面よりも上の領域を拡大させる
工程、からなる方法。
【請求項１５】非天然の半揮発性汚染物質を地下水面よ
りも上の領域から除去する方法であって： (a) 真空抽出手段を汚染領域に適用する工程、からなる方法。
【請求項１６】請求項14に記載の方法であって、さら
に： (a) 同時に、前記領域内で汚染物質に熱エネルギーを付
与する手段を適用する工程、を含む方法。
【請求項１７】地表面下の揮発性汚染物質の抽出のため
の井戸を設置する方法であって： (a) 一つの井戸を設ける工程と、 (b) 抽出領域の大きさを決定するために前記の最初の井
戸を試験する工程と、 (c) 最初の井戸の抽出領域の外側境界の近くに追加の井
戸を設ける工程と、 (d) 前記領域から汚染物質を抽出するためにすべての井
戸を運転する工程と、 (e) すべての井戸の結合抽出領域で試験をして、結合抽
出領域の外側境界を決定する工程と、 (f) 最終的な結合抽出領域が計画地点の全汚染領域をカ
バーするまで、上記工程(c)、(d)及び(e)の連続を繰り
返す工程、からなる方法。
【請求項１８】非天然の液体汚染物質を地下水面よりも
上の領域から除去する方法であって： (a) 地表面から又は地表面下の掘削穴から汚染領域内に
井戸を設ける工程と、 (b) 少なくとも井戸の深さの部分について井戸の中に、
地下水面よりも上の領域内で少なくとも一つの開口を有
する枠を設置する工程と、 (c) 井戸の最上端部に真空発生源を設置する工程と、 (d) 真空発生源を運転することにより、汚染物質の液体
を揮発させて、それらを揮発した状態で汚染領域から井
戸を通して除去する工程、からなる方法。
【請求項１９】請求項18に記載の方法であって、さら
に、前記井戸から水または液体を抽出する手段を設置す
る工程を含む方法。
【請求項２０】請求項18に記載の方法であって、さら
に、前記井戸に隣接する地下水面よりも上の領域内に、
又は地下水床の下に、空気又は気体を注入する工程を含
む方法。
【請求項２１】請求項18に記載の方法であって、さら
に、除去した揮発汚染物質を、物理的、化学的、生物学
的又は熱的手段によって処理する工程を含む方法。
【請求項２２】請求項18に記載の方法であって、さら
に、地表面下での栄養物、酸素または窒素の利用可能性
をコントロールすることによって、汚染物質の地表面下
での生物分解を促進させる工程を含む方法。
【請求項２３】請求項１に記載の方法であって、さら
に、地表面下での栄養物、酸素または窒素の利用可能性
をコントロールすることによって、汚染物質の地表面下
での生物分解を促進させる工程を含む方法。
【請求項２４】非天然の液体汚染物質を地下水面よりも
上の領域の現場で処理する方法であって： (a) 前記領域内の揮発性汚染物質に熱エネルギーを付与
するための電気的誘導手段を適用する工程と、 (b) 同時に、地表面下での栄養物、酸素または窒素の利
用可能性をコントロールすることによって、汚染物質の
地表面下での生物分解を促進させる工程、からなる方
法。