JP4091482B2 - 凍結と吸引による汚染地盤の浄化方法及び浄化体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油類や揮発性有機化合物などで汚染された汚染地盤の浄化方法及び浄化体に関し、詳しくは汚染物質が原液状態で存在する地下水位以浅の汚染源からの原液の吸引とその周辺の汚染間隙水の吸引を行う汚染地盤の浄化方法及び浄化体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工場などの洗浄工程において多量に使用されるトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物は、漏れなどにより土壌又は地下水を汚染する可能性があり、この場合、工場跡地の再利用の障害となったり、地下水の利用が制限されたりする問題がある。トリクロロエチレンなどの高密度非水溶性液体（ＤＮＡＰＬ）は、土壌に進入すると地下水位以浅の不飽和帯を浸透して、地下水面との境界で一旦停止する。そして、地下水位以浅の土壌間隙には、水、空気及びＤＮＡＰＬとが共存する汚染領域が形成される。これはＤＮＡＰＬが飽和帯への浸透に当たって大きな浸透圧が必要なためである。また、ガソリン、灯油、軽油及び重油などの油類は、密度が水よりも軽いため、地下水面以下に浸透することはなく、不飽和帯の間隙と間隙水を汚染する。
【０００３】
地下水位以浅の土壌中に溜まったＤＮＡＰＬや油類などの汚染物質を積極的に取り除く方法としては、土壌ガス吸引法が一般的である。この方法は、地下水位以浅の不飽和帯に抽出井を設けて、真空ポンプやブロア等の吸引手段で抽出井内の圧力を下げ、井戸内に揮発した物質を地上に回収するものである。しかし、このような方法は、抽出井内の吸引圧により土壌中の間隙が圧縮されたり、吸引圧の及ぶ範囲が制限されたりする。特に抽出井から遠方にある土壌では浄化効率が大きく低下する。すなわち、従来の土壌ガス吸引法では、比較的大きな間隙とその周辺のみが浄化されるものの、その他の領域ではほとんど浄化されないという問題がある。
【０００４】
これを解決するものとして、特許文献１の特開平１１−１６９８３７号公報には、汚染地盤領域を凍結する工程に続き、その後該地盤から土壌内ガスを吸引し汚染蒸気を抽出する汚染地盤の浄化方法が開示されている。しかし、この汚染地盤の浄化方法は、地盤の凍結と解凍により土壌微粒子間に微小な撹乱を起こし、その後土壌中に存在するガス状汚染物質の吸引効果を高めるようにしたものであり、凍結地盤中に液状の汚染物質を残存せしめ、これを吸引、除去するものではない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１６９８３７号公報（請求項１、段落番号００１０）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、地下水位以浅の土壌中に存在する原液状態の汚染物質及びその周辺の汚染間隙水を効率的に吸引、除去し、処理時間の短縮及び処理コストの低減を図る汚染地盤の浄化方法及び浄化体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者等は鋭意検討を行なった結果、水とＤＮＡＰＬ原液の凝固点の相違及び油類と水の密度の相違から、地下水位以浅の凍結地盤中においてＤＮＡＰＬと油類を液状物として存在させることができ、この凍結地盤中の液状物を吸引管などの吸引手段で吸引、除去すれば、極めて容易且つ効率的であり、処理時間の短縮と処理コストの低減が図れること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、地下水位以浅の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に適宜のピッチで地中凍結管を、該地中凍結管間に適宜のピッチで地中吸引体を、該地中凍結管近傍に地中注入体をそれぞれ配設する浄化体配設工程と、汚染地盤領域を凍結する凍結工程と、該凍結状態を維持したまま該地中吸引体から液状汚染物質を吸引する原液吸引工程と、汚染地盤領域を解凍する工程と、解凍された汚染地盤領域の残部の汚染物質を前記地中吸引体から空気又は水を供給して前記地中注入体から吸引する汚染物質吸引工程と、解凍された汚染地盤領域の残部の汚染物質を前記地中注入体から空気又は水を供給して前記地中吸引体から吸引する汚染物質吸引工程を行なうことを特徴とする汚染地盤の浄化方法を提供するものである。地下水以浅の融解土壌の飽和度が低い場合、地中吸引体と地中注入体間で空気の供給とガス状汚染物質の吸引を行い、地下水以浅の融解土壌の飽和度が高い場合、地中吸引体と地中注入体間で水の供給と汚染間隙水の吸引を行えば、押出しと吸引の両作用により、浄化効率を一層高めることができる。
【００１２】
また、本発明は、地下水位以浅の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に構築される浄化体であって、適宜のピッチで配設される地中凍結管と、該地中凍結管間に配設され凍結地盤中に存在する液状汚染物質を吸引する地中吸引体と、該地中凍結管近傍に配設され空気又は水を供給する地中注入体とを備え、前記地中吸引体は空気又は水を供給する供給体を兼用し、地中注入体は、汚染物質を吸引する吸引体を兼用する浄化体を提供するものである。また、本発明は、前記地中吸引体及び地中注入体は、吸引管又は柱状ドレーンである前記浄化体を提供するものである。本発明の浄化体によれば、前記浄化方法の発明を確実に実施できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の参考例となる第１の実施の形態における汚染地盤の浄化方法及び浄化体を図１及び図２を参照して説明する。図１は本実施の形態例における浄化体の概略断面図、図２は本実施の形態例における浄化体の概略平面図である。本実施の形態例の浄化体１０は、地下水位（Ｗ.Ｌ.）以浅の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に構築されるものであって、適宜のピッチで配設される地中凍結管１と、地中凍結管１、１間に適宜のピッチで配設される地中吸引体２を備える。また、地上には、不図示の冷凍機、冷媒循環ポンプ及び配管などの冷凍手段、真空ポンプなどの吸引手段及び汚染物質分解手段などが設置される。
【００１４】
本例の浄化体１０が構築される汚染地盤４としては、地下水位以浅の地盤中に汚染物質７が存在するものであれば、特に制限されず、その地盤は砂質、粘土層、互層等の自然地盤や埋め立てられた人工地盤などが挙げられる。また、汚染物質７としては、特に制限されず、例えばその密度が水よりも重く、水に溶け難く且つ凝固点が−１０℃以下の高密度非水溶性液体（ＤＮＡＰＬ）及びその密度が水よりも軽い油類が挙げられる。ＤＮＡＰＬとしては、凝固点が−８６℃のトリクロロエチレン、凝固点が−２２℃のテトラクロロエチレン、凝固点が−５７℃のジクロロエチレン及び凝固点が−９７℃のジクロロエタン等が挙げられる。ＤＮＡＰＬは土壌に進入すると地下水位以浅の不飽和帯を浸透して、地下水面との境界７１で一旦停止する。そして、地下水位以浅の土壌間隙には、水、空気及びＤＮＡＰＬとが共存する汚染領域が形成される。これはＤＮＡＰＬが飽和帯への浸透に当たって大きな浸透圧が必要なためである。また、油類としては、凝固点が−３０〜−９５℃の種々の成分を含むガソンリン、凝固点が−１０〜−３０℃の種々の成分を含む灯油などが挙げられる。油類は密度が水よりも軽いため、地下水面以下に浸透することはなく、地下水面との境界７１に滞留すると共に間隙水を汚染する。このようなＤＮＡＰＬや油類の汚染物質は、飽和地盤を氷点以下で且つ汚染物質の凝固点以上の温度で凍結した際、凍結地盤中に液状物で存在する。
【００１５】
地中凍結管１は、汚染地盤領域８を凍結させるものであり、汚染地盤領域８にほぼ均等に配設される。地中凍結管１は公知の地中凍結工法で用いるものと同様のものが用いられる。公知の地中凍結工法としては、ブラインと呼ばれる冷媒を冷凍機を使って−２０℃〜−３０℃に冷却し、これを地盤中に埋設した凍結管１に循環ポンプで送り込んで地盤を冷却する凍結工法が挙げられる。地中凍結管１の本数は、凍結設備能力、凍土温度等により適宜決定される。汚染地盤領域８は、汚染物質の原液７が存在する領域（図２中、実線の範囲）を少なくとも含むものであり、本例では図２中、二点鎖線で囲む領域８を言う。
【００１６】
地中吸引体２としては、地上の真空ポンプなどの吸引手段に接続される地中に埋設される構造体であり、例えば吸引管又は柱状ドレーンが挙げられる。本例では側周面に多数の通水穴２３が付設された有穴中空管２１であり、汚染土壌の各所から汚染物質を吸引し易いようにすると共に、中空部にはヒーター２２を設け、凍結工程における水分の凍結による通水穴２３の閉塞を防止している。また、通水穴２３周りは不図示の不織布などで覆うことが、通水穴２３の目詰まりを防止することができる点で好ましい。地中吸引体２として柱状ドレーンを用いる場合も、内部ヒーター２２や不織布などを設けることが好ましい。柱状ドレーンとしては、プラスチックボードドレーンが挙げられる。地中吸引体２の配設位置としては、特に制限されないが、図２に示すように、汚染地盤領域８であって且つ凍結管１の間、すなわち隣接する複数の凍結管１のほぼ中間位置に配設させることが、凍結で生じる吐き出し効果で、地中凍結管１から遠ざかる方向へ押しやられた間隙水以外の汚染物質原液を容易に且つ効率的に吸引、除去できる点で好ましい。
【００１７】
本第１の実施の形態において、この浄化体１０を用いて汚染地盤を浄化する方法を以下に説明する。浄化体配設工程は、事前の地盤調査により、汚染物質及び汚染地盤領域を特定した後、行なわれるものである。すなわち、地下水位以浅の土壌４中に汚染物質７が存在する汚染地盤４に適宜のピッチで地中凍結管１と地中吸引体２を配設する。この際、地上の冷凍機や真空ポンプの設置も行なう。
【００１８】
次いで、地下水位以浅の汚染地盤領域８を凍結すると共に該汚染物質を液状物で保持する凍結工程を行う。凍結地盤の温度は、汚染物質の凝固点により決定され、氷点以下で且つ汚染物質の凝固点以上の温度である。汚染地盤領域８をこのような凍結地盤とすれば、該汚染地盤領域は間隙が圧縮されることがない凍結地盤の硬い骨格を形成でき、また凍結地盤中に原液の汚染物質７を液状物として存在させることができる。なお、図１中、二点鎖線で囲まれた範囲５が凍土である。
【００１９】
凍結工程においては、地中吸引体２のヒーター２２を可動させ、有穴中空管２１の通水穴２３や中空部が凍結により閉塞しないようにしておく。また、凍結工程において、汚染地盤が飽和度の高い地盤であれば、該地盤の間隙水が徐々に凍結すると、吐き出し現象が生じる。この現象は、凍結の際、間隙水以外の液状物等が地中凍結管１から遠ざかる現象であり、自然界で見られるものである。これにより、汚染物質である原液は自然に地中吸引体２に集まるようになる。この状態で原液吸引工程に入る。なお、地中吸引体２におけるヒーター２２の可動は原液吸引工程で可動させてもよい。
【００２０】
原液吸引工程は、該凍結状態を維持したまま地中吸引体２から液状汚染物質７を吸引する工程である。地上にある吸引手段を可動させると、地中吸引体２の通水穴２３から汚染物質の原液が吸引される。この場合、地中吸引体２周りには汚染物質の原液が集まっており、吸引効率が高められる。図２中、矢印は汚染物質原液の流れを示す。
【００２１】
この第１の実施の形態例における汚染地盤の浄化方法及び浄化体によれば、地下水位以浅の不飽和地盤を、氷点以下で且つ汚染物質の凝固点以上の温度で凍結するため、該不飽和地盤は凍土の硬い骨格を形成できる。このため、間隙が圧縮されて吸引力が低下することがないため、１本の吸引管当たりの影響範囲が広くなる。また、不飽和地盤中、間隙水は凍結状態であり汚染物質は液状物として存在させることができるため、汚染物質の吸引回収効率がよい。このため、浄化処理時間の短縮と処理コストの低減が図れる。また、凍結地盤は一時的なものであり、解凍後、２次汚染の心配はない。また、解凍後の地盤中に存在する汚染間隙水及び間隙中の汚染物質は、更に地中吸引体２で吸引除去することができる。
【００２２】
次に、本発明の参考例となる第２の実施の形態における汚染地盤の浄化方法及び浄化体を図３及び図４を参照して説明する。図３は本実施の形態例における浄化体の概略断面図、図４は本実施の形態例における浄化体の概略平面図である。本例において、図１及び図２と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し異なる点について主に説明する。すなわち、第２の実施の形態における浄化体１０ａは、第１の実施の形態における浄化体１０に対して、地中凍結管１の近傍に地中注入体３を更に配設させた点及び地中注入体３の一端を不図示の地上の空気供給手段に接続した点である。すなわち、前記原液吸引工程において、地中注入体３から空気を凍結地盤中に注入して地中吸引体２から液状汚染物質を吸引する。なお、図３及び図４中、矢印は汚染地下水の流れである。第２の実施の形態における浄化体１０ａを用いれば、第１の実施の形態における浄化体１０と同様の効果を奏する他、液状汚染物質の回収効率が更に向上する。
【００２３】
次に、第３の実施の形態における汚染地盤の浄化方法及び浄化体を図５及び図６を参照して説明する。図５は本実施の形態例における浄化体の概略断面図、図６は本実施の形態例における浄化体の概略平面図である。本例において、図１及び図２と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し異なる点について主に説明する。すなわち、第３の実施の形態における浄化体１０ｂは、第１の実施の形態における浄化体１０に対して、地中凍結管１の近傍に地中注入体３を更に配設させ、これにより、解凍後の融解地盤９中における汚染間隙水及び間隙中の汚染物質の吸引効率を高めるようにしたものである。地中注入体３は第２の実施の形態例で用いたものと同様のものが使用できる。第３の実施の形態例においても、地中凍結管１の近傍とは、第２の実施の形態例の地中注入体と同様の意味である。
【００２４】
図５及び図６は、汚染地盤領域の解凍後の状態を示し、原液の周辺の汚染間隙水及び間隙中の汚染物質は解凍後の融解地盤９中に存在している（不図示）。解凍工程としては、特に制限されず、自然放置で解凍し常温とする方法、不図示の地中加熱管で急速加熱する方法又は地中凍結管１に温水を流し解凍する方法などが挙げられる。このうち、地中凍結管１に温水を流し解凍する方法が簡易且つ迅速な解凍が行なえる点で好ましい。汚染物質吸引工程は、例えば融解地盤９の飽和度が高い場合、地中凍結管１の近傍にある地中注入体３を水供給体として使用し、地中吸引体２を汚染間隙水吸引体として使用し、地中注入体３から水を供給すると共に、地中吸引体２から汚染間隙水を吸引する。これにより、循環系の流路が形成され、残部の汚染間隙水を容易且つ効率的に除去できる。なお、地中注入体３は不図示の地上水供給手段に接続されている。図４中、矢印は汚染地下水の流れである。
【００２５】
また、融解地盤９の飽和度が低い場合、地中凍結管１の近傍にある地中注入体３を空気供給体として使用し、地中吸引体２を土壌の間隙に存在するガス状汚染物質吸引体として使用し、地中注入体３から空気を供給すると共に、地中吸引体２からガス状汚染物質を吸引する。これにより、循環系の流路が形成され、残部の汚染物質を容易且つ効率的に除去できる。なお、この場合、地中注入体３は不図示の地上空気供給手段に接続される。
【００２６】
第３の実施の形態における汚染地盤の浄化方法によれば、地中注入体３から空気又は水を供給し、地中吸引体２から汚染間隙水又は間隙中のガス状汚染物質を吸引するため、押出しと吸引の両作用により、浄化効率を一層高めることができる。特に地中凍結管を暖めながら解凍する場合、該地中凍結管に近接する地盤の開いた間隙から、水や空気を供給できるため、工期が短縮すると共に循環が円滑に行われ浄化効率が向上する。
【００２７】
また、第３の実施の形態における汚染地盤の浄化方法の変形例として、地中吸引体２を水供給体又は空気供給体として使用し、地中注入体３を汚染間隙水吸引体又はガス状汚染物質吸引体として使用することもできる。すなわち、地中吸引体２から水を供給すると共に、地中注入体３から汚染間隙水を吸引すれば、同様に循環系の流路が形成され、汚染間隙水を容易且つ効率的に除去できる。この場合、凍結の際、前記吐き出し効果とは逆に、間隙水が地中凍結管１に移動する凍上における水分移動現象を利用できる。この現象は地盤の間隙水が徐々に凍結しアイスレンズと呼ばれる氷層が形成され、更に温度低下が進行すると、未凍結部分から凍結面に向かって水が補給される自然現象であり、汚染間隙水が地中凍結管１に集まり易くなる。従って、解凍後、この集まった汚染間隙水を直ちに地中注入体３で吸引できると共に、更に供給水で押出すため浄化効率が一層向上する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の浄化方法によれば、地下水以浅の融解土壌の飽和度が低い場合、地中吸引体と地中注入体間で空気の供給とガス状汚染物質の吸引を行い、地下水以浅の融解土壌の飽和度が高い場合、地中吸引体と地中注入体間で水の供給と汚染間隙水の吸引を行えば、押出しと吸引の両作用により、浄化効率を一層高めることができる。このように、本発明の浄化方法によれば、汚染物質が原液状態、ガス状態及び間隙水に溶解した３態様で存在する地下水位以浅の汚染地盤を確実に浄化修復できる。
また、本発明の浄化体によれば、前記浄化方法の発明を確実に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態例における浄化体の概略断面図である。
【図２】第１の実施の形態例における浄化体の概略平面図である。
【図３】第２の実施の形態例における浄化体の概略断面図である。
【図４】第２の実施の形態例における浄化体の概略平面図である。
【図５】第３の実施の形態例における浄化体の解凍後の状態を示す概略断面図である。
【図６】第３の実施の形態例における浄化体の概略平面図である。
【符号の説明】
１ 地中凍結管
２ 地中吸引体
３ 地中注入体
４ 汚染地盤
５ 凍土
７ 汚染物質（原液）
８ 汚染地盤領域
９ 融解地盤
１０、１０ａ、１０ｂ 浄化体
２１、３１ 有穴中空管
２２、３２ ヒーター
２３、３３ 通水穴
７１ 地下水面との境界
Ｗ.Ｌ. 地下水位

Claims (3)

1. 地下水位以浅の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に適宜のピッチで地中凍結管を、該地中凍結管間に適宜のピッチで地中吸引体を、該地中凍結管近傍に地中注入体をそれぞれ配設する浄化体配設工程と、汚染地盤領域を凍結する凍結工程と、該凍結状態を維持したまま該地中吸引体から液状汚染物質を吸引する原液吸引工程と、汚染地盤領域を解凍する工程と、解凍された汚染地盤領域の残部の汚染物質を前記地中吸引体から空気又は水を供給して前記地中注入体から吸引する汚染物質吸引工程と、解凍された汚染地盤領域の残部の汚染物質を前記地中注入体から空気又は水を供給して前記地中吸引体から吸引する汚染物質吸引工程を行なうことを特徴とする汚染地盤の浄化方法。
2. 地下水位以浅の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に構築される浄化体であって、適宜のピッチで配設される地中凍結管と、該地中凍結管間に配設され凍結地盤中に存在する液状汚染物質を吸引する地中吸引体と、該地中凍結管近傍に配設され空気又は水を供給する地中注入体とを備え、前記地中吸引体は空気又は水を供給する供給体を兼用し、地中注入体は、汚染物質を吸引する吸引体を兼用することを特徴とする浄化体。
3. 前記地中吸引体及び地中注入体は、吸引管又は柱状ドレーンであることを特徴とする請求項２記載の浄化体。

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