JP6452038B2 - 地下水浄化システム及び地下水浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下水浄化システム及び地下水浄化方法に関する。

我が国では１９９７年に地下水の水質汚濁に係る環境基準（地下水環境基準）が定められ、規制対象物質としてカドミウム、六価クロム、鉛、砒素などの重金属類、トリクロロエチレン、四塩化炭素、ベンゼンなどの有機化合物、フッ素、ホウ素などの２６項目が設定されている。

また、これら２６項目の他、地下水がセシウムやストロンチウムなどの放射性物質で汚染されている事例も確認され、放射性物質を含め、各種有害物質（汚染物質）で汚染した地下水を浄化処理することが急務とされている。

一方、一般に、汚染地下水から汚染物質を除去する際には、井戸を設置し、地下水を地上に汲み上げ、除染プラントで処理する手法が多用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−０２００８８号公報

しかしながら、上記従来の地下水浄化方法においては、大規模な設備を地上に設置する必要があり、また、汚染地下水を汲み上げることで浄化対象領域の外側の地下水を汚染領域に導くことになって大量の地下水の汲み上げとその浄化処理が必要になる。すなわち、効率的に地下水を浄化処理することが難しい。

特に、放射性物質の漏洩により汚染した地下水を処理する場合には、放射性物質の除去・回収がその取扱い等を含め非常に困難であるため、安易に地下水を汲み上げてしまうと汚染水が増大し、その管理、取扱いに莫大な労力を要することになる。このため、適用自体が困難になってしまう。
これに対し、ゼオライトやアパタイトなどの天然、人工鉱物を吸着材として用いた透過反応壁などの浄化技術もある。しかしながら、透過反応壁による浄化処理は、地下水流を利用して地下水を浄化することができるが、浄化に莫大な時間が必要になる。

本発明は、上記事情に鑑み、従来よりも効率的且つ効果的に地下水を浄化処理することを可能にする地下水浄化システム及び地下水浄化方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の地下水浄化システムは、汚染した地下水を浄化するためのシステムであって、地盤の汚染領域に設けられた地中孔と、前記地中孔に挿入して前記地中孔内の地下水から汚染物質を捕集する浄化装置とを備え、且つ、前記浄化装置が、地下水中に存在する汚染物質を捕集するための捕集材を備えてなる捕集体と、地下水吸引口及び地下水排出口を有し、内部に一つまたは複数の前記捕集体を格納する捕集体格納容器と、前記地下水吸引口及び地下水排出口を通じて地下水を前記捕集体格納容器に通水するためのポンプとを備えて構成され、前記地下水吸引口から前記捕集体格納容器内に導入する地下水をろ過するためのフィルター材と、該フィルター材を格納するフィルター材格納容器とからなるフィルターユニットを備え、前記捕集体格納容器、前記フィルター材格納容器が放射線遮蔽性能を有する金属を用いて形成されていることを特徴とする。

また、本発明の地下水浄化システムにおいては、前記捕集体が、繊維質材料の前記捕集材を一体にまとめて構成されていることが望ましい。

また、本発明の地下水浄化システムにおいては、前記フィルターユニットが前記地下水吸引口に着脱可能に接続して設けられていることがより望ましい。

また、本発明の地下水浄化システムにおいては、前記地中孔内の空間を前記地下水吸引口側と前記地下水排出口側で区画するためのパッカーを備えていてもよい。

本発明の地下水浄化方法においては、汚染した地下水を浄化する方法であって、上記の地下水浄化システムを用い、ポンプを駆動し、前記地中孔内の地下水を前記地下水吸引口から前記捕集体格納容器の内部に導入し、前記捕集体格納容器の内部から前記地下水排出口を通じて前記地下水孔内に排出して循環させ、前記地下水中の汚染物質を前記捕集材で捕集することを特徴とする。

本発明の地下水浄化方法においては、汚染した地下水を浄化する方法であって、上記の地下水浄化システムを用い、前記ポンプを駆動し、前記地中孔内の地下水を前記地下水吸引口から前記捕集体格納容器の内部に導入し、前記捕集体格納容器の内部から前記地下水排出口を通じて前記地下水孔内に排出するとともに、前記地中孔内の前記地下水吸引口側の空間を側近の地中に対して負圧にして前記地中孔内の前記地下水吸引口側の空間に外部の地盤側から地下水を導入し、前記地下水中の汚染物質を前記捕集材で捕集した後の地下水を、前記地下水排出口側の空間を側近の地中に対して正圧にして前記地中孔から外部の地盤側に排出させることを特徴とする。

本発明の地下水浄化システム及び地下水浄化方法においては、地中孔内部で汚染地下水を浄化でき、従来のように地上に大規模な浄化設備を設けることを不要にできる。また、地下水を地上に汲み上げないため、汚染地下水が地上に漏出するおそれもない。

さらに、汚染物質を捕集した捕集材を地中孔から取り出し、容易に新しい捕集材に交換できるため、維持管理が容易に行えるとともに、持続的且つ長期的な浄化処理を好適に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法を示す図である。 図１の地下水浄化システムの浄化装置を示す図である。 図２の地下水浄化システムの浄化装置を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法における地中孔の配置の一例を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法における地中孔の配置の一例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システムの浄化装置の変更例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システムの浄化装置の変更例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システムの変更例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システムの変更例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法を示す図である。

以下、図１から図６を参照し、本発明の第１実施形態に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法について説明する。
ここで、本実施形態の地下水浄化システム及び地下水浄化方法は、例えば、カドミウム、六価クロム、鉛、砒素などの重金属類、トリクロロエチレン、四塩化炭素、ベンゼンなどの有機化合物、フッ素、ホウ素、セシウムやストロンチウムなどの放射性物質などの汚染物質（有害物質）で汚染された地下水を浄化するためのシステム及び方法に関するものである。

本実施形態の地下水浄化システムＡは、図１及び図２に示すように、汚染物質で汚染された地盤Ｇの汚染領域に地表から削孔して所望の位置に設けられた地中孔１と、地中孔１内に配されて地下水Ｗを浄化するための浄化装置Ｂとを備えて構成されている。

地中孔１は、ボーリング孔や井戸等であり、図２に示すようにストレーナー加工などして複数の貫通孔を備えた有孔管１ａを建て込んで形成されていてもよい。すなわち、この地中孔１はストレーナーや孔壁面を通じて周囲の地下水Ｗを地中孔１内に引き込むことができればよく、特にその構成を限定する必要はない。

一方、本実施形態の浄化装置Ｂは、汚染物質を捕集するための捕集材２ａからなる捕集体２と、下方に地下水吸引口３ａ、上方に地下水排出口３ｂを有し、内部に一つまたは複数の捕集体２を格納する捕集体格納容器３と、捕集体格納容器３内に汚染地下水Ｗを流通させるためのポンプ４とを備えて構成されている。

捕集体格納容器３は、図１、図２、図３、図４に示すように、上端及び下端を閉塞するように略円筒状に形成されるとともに、上端側中央に地下水排出口３ｂ、下端側中央に地下水吸引口３ａを設けて形成されている。また、この捕集体格納容器３の上端側にはワイヤ５を取り付けて捕集体格納容器３を軸線Ｏ１を上下方向に配した状態で地中孔１内の所定位置で吊り下げ支持するための固定部６が設けられている。

捕集体２は、例えば、繊維状の捕集材２ａを巻き回すなどし、ある程度厚みを持つように円筒状に一体にまとめて構成されている。また、繊維状の捕集材２ａは、地下水Ｗ中のイオンとして存在する汚染物質を吸着などして捕集する能力を有している。そして、この捕集体２は、捕集体格納容器３内に積み重ねるようにして複数配設されている。また、このとき、複数の捕集体２は、各捕集体２の中心孔が捕集体格納容器３の略軸線Ｏ１上に配されて上下方向に連通するように配設されている。

また、本実施形態において、ポンプ４は、図１及び図３に示すように地下水排出口３ｂに接続して捕集体格納容器３の上端側に、あるいは、図２及び図４に示すように地下水吸引口３ａに接続して捕集体格納容器３の下端側に設けられている。さらに、ポンプ４は上下方向に複数の導入口を分散配置して備えた吸引管７が接続されており、この吸引管７が地下水排出口３ｂから捕集体格納容器３の内部に延設されるとともに、積み重ねた複数の捕集体２の中心に挿通し、貫設されている。また、この吸引管７は、最下方の捕集体２を貫通した下端側が閉塞されている。

そして、上記構成からなる本実施形態の地下水浄化システムＡにおいては、固定部６にワイヤ５を取り付けて吊り下げ支持した捕集体格納容器３（及び捕集体２、ポンプ４）を地中孔１内に挿入する。

この状態でポンプ４を駆動すると、図１及び図２に示すように、地下水Ｗが地下水吸引口３ａから捕集体格納容器３内に吸引され、各捕集体２を透過し、導入口から吸引管７内に入り、地下水排出口３ｂからポンプ４に達し、地中孔１の上方に排出される。このように下方の地下水吸引口３ａから地下水Ｗを吸引し、上方の地下水排出口３ｂから地下水Ｗを排出することにより、地中孔１内の地下水Ｗが下方から上方に、上方から下方に、強制的に循環することになる。

そして、この地下水Ｗを強制的に循環させ、順次捕集体２の捕集材２ａに接触することで、地下水Ｗ中の汚染物質が捕集材２ａに吸着して捕集される。これにより、地下水Ｗ中の汚染物質濃度が時間とともに低下してゆく。

また、図２に示すように地中孔がストレーナー加工などしてなる有孔管１ａを建て込んで形成されていると、周囲の汚染地下水Ｗを地中孔１内に取り込むことができ、順次汚染地下水Ｗを浄化装置Ｂで消化してゆくことができる。なお、浄化した地下水Ｗは有孔管１ａから自動的に外部の地盤Ｇ内に排出される。

さらに、例えば図５及び図６に示すように、地下水の流動方向、汚染領域（汚染分布）を考慮して地中孔１を配置することで、地中孔１内に汚染地下水Ｗが自動的に取り込まれ、順次汚染地下水を浄化装置Ｂで浄化してゆくことができる。なお、浄化した地下水Ｗは自動的に地中孔１から下流側の地盤Ｇ内に排出される。

したがって、本実施形態の地下水浄化システムＡ及び地下水浄化方法においては、従来のように大量の地下水Ｗを汲み上げる必要がなく、また大規模な設備を地上に設置する必要がなく、効率的に地下水Ｗを浄化処理することが可能になる。

また、地中孔１内で地下水Ｗを強制的に循環させるとともに捕集体２に透過させて汚染物質を捕集するため、早期に汚染物質を回収することができ、さらに効率的に地下水Ｗを浄化処理することが可能になる。

なお、図２に示すように、ポンプ４を捕集体格納容器３の下端側に配し、地下水吸引口３ａに繋げて設けるようにすると、送水圧力を大きくすることができ、より効率的に地下水Ｗを浄化処理することができる。

以上、本発明に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、図７に示すように、フィルター材８を捕集体格納容器３の地下水吸引口３ａに接続して設けてもよい。この場合には、フィルター材８で地下水Ｗ中の懸濁物質（浮遊物質、コロイド粒子など）を除去しながら浄化処理を行うことができる。また、放射性物質などは地下水Ｗ中を浮遊する懸濁物質に付着しやすいため、フィルター材８で懸濁物質を捕集することで、効率的に且つ信頼性の高い浄化処理を行うことができる。
さらに、図８に示すように、フィルター材８と、このフィルター材８を格納するフィルター材格納容器９とからなるフィルターユニット１０を備え、フィルターユニット１０を地下水吸引口３ａに着脱可能に接続して設けるように構成してもよい。この場合には、フィルターユニット１０を着脱することで容易にフィルター材８を新品に交換することができる。

さらに、汚染物質がセシウムやストロンチウム等の放射性核種である場合、グラフト重合技術によって放射性核種を選択的に吸着する繊維状の捕集材２ａを形成することができる。これにより、放射性物質に関しても浄化処理を行うことができる。また、放射性核種を選択的に捕集できることで、捕集材２ａの交換頻度を下げることができるなど、効率的に浄化処理を行うことが可能になる。さらに、このとき、捕集体格納容器３やフィルター材格納容器９を放射性物質の遮断性能を有する金属（鉛など）を用いて形成しておくことでメンテナンス等の作業時の取り扱いを安全に行うことが可能になる。

また、ポンプ４の駆動によって地下水Ｗを循環させず、図９、図１０に示すように、捕集体２を地下水Ｗ中に浸漬させて浄化処理を行うようにしてもよい。この場合には、捕集体格納容器３を設けずに捕集体２を地下水Ｗに浸漬させたり、複数の連通孔（地下水吸引口、地下水排出口）を捕集体格納容器３に設けて捕集体２と地下水Ｗの接触機会を増やすようにしてもよい。

次に、図１１、図１２を参照し、本発明の第２実施形態に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の地下水浄化システムＣは、第１実施形態と同様、有害物質で汚染された地盤Ｇの汚染領域に地表から削孔して所望の位置に設けられた地中孔１と、汚染物質を捕集するための捕集材２ａからなる捕集体２と、下方に地下水吸引口３ａ、上方に地下水排出口３ｂを有し、内部に一つまたは複数の捕集体２を格納する捕集体格納容器３と、捕集体格納容器３に汚染地下水Ｗを流通させるためのポンプ４とを備えて構成されている。
また、図１２のように、フィルター材８を備えて構成してもよい。

一方、本実施形態では、捕集体格納容器３の側面にパッカー１１が取り付けられている。そして、地中孔１内に捕集体格納容器３（及び捕集体２、ポンプ４）を吊り込んで所定位置に配置した状態で、パッカー１１を膨張させ、捕集体格納容器３と地中孔１の内面（有孔管１ａの内面）との間を閉鎖し、パッカー１１を挟んで上方の空間と下方の空間を区画する。

また、本実施形態では、パッカー１１を挟んで上方の空間を形成する有孔管１ａの上方部と、下方の空間を形成する有孔管１ａの下方部にそれぞれ、ストレーナー（孔）が設けられている。

そして、本実施形態の地下水浄化システムＣにおいては、ポンプ４を駆動すると、有孔管１ａの下方部のストレーナーから汚染地下水Ｗが地中孔１内に吸引され、地下水吸引口３ａから捕集体格納容器３の内部、さらに地下水排出口３ｂから有孔管１ａの上方部の空間、有孔管１ａの上方部のストレーナーから地中孔１の外部に地下水Ｗが流れて循環する。

これにより、周辺の地下水Ｗが順次捕集体格納容器３に収容された捕集材２ａと接触し、汚染物質が捕集され、浄化した地下水Ｗを順次元の地盤Ｇ中に返送することができる。

すなわち、地中孔１内の地下水吸引口３ａ側の空間を側近の地中に対して負圧にして地中孔１内の地下水吸引口３ａ側の空間に外部の地盤Ｇ側から地下水Ｗを導入することができる。また、地下水Ｗ中の汚染物質を捕集材２ａで捕集した後の地下水Ｗを、地下水排出口３ｂ側の空間を側近の地中に対して正圧にして地中孔１から外部の地盤Ｇ側に排出させることができる。これにより、順次持続的に且つ効率的に汚染地下水Ｗの浄化処理を行うことが可能になる。

また、このとき、浄化された地下水Ｗが地盤Ｇ中を下方に向かって浸透してゆく。このため、地中孔１周囲の地盤Ｇ中の下方領域に存在していた汚染地下水が下向きに押し出され、地中孔１の下方側の空間内に導入される。

よって、本実施形態の地下水浄化システムＣ及び地下水浄化方法においては、第１実施形態と同様、従来のように大量の地下水Ｗを汲み上げる必要がなく、また大規模な設備を上に設置する必要がなく、効率的に地下水Ｗを浄化処理することが可能になる。

また、地中孔１内と外部との間で地下水Ｗを強制的に循環させ、捕集体２に順次地下水Ｗを透過させて汚染物質を捕集し、浄化した地下水Ｗを地中に返送できるため、より効率的に地下水Ｗを浄化処理することが可能になる。

以上、本発明に係る地下水浄化システム及び地下水浄化方法の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態の変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 地中孔
１ａ 有孔管
２ 捕集体
２ａ 捕集材
３ 捕集体格納容器
３ａ 地下水吸引口
３ｂ 地下水排出口
４ ポンプ
５ ワイヤ
６ 固定部
７ 吸引管
８ フィルター材
９ フィルター材格納容器
１０ フィルターユニット
１１ パッカー
Ａ 地下水浄化システム
Ｂ 浄化装置
Ｃ 地下水浄化システム
Ｏ１ 軸線
Ｗ 地下水

Claims (6)

1. 汚染した地下水を浄化するためのシステムであって、
   地盤の汚染領域に設けられた地中孔と、前記地中孔に挿入して前記地中孔内の地下水から汚染物質を捕集する浄化装置とを備え、
   且つ、前記浄化装置が、地下水中に存在する汚染物質を捕集するための捕集材を備えてなる捕集体と、地下水吸引口及び地下水排出口を有し、内部に一つまたは複数の前記捕集体を格納する捕集体格納容器と、前記地下水吸引口及び地下水排出口を通じて地下水を前記捕集体格納容器に通水するためのポンプとを備えて構成され、
   前記地下水吸引口から前記捕集体格納容器内に導入する地下水をろ過するためのフィルター材と、該フィルター材を格納するフィルター材格納容器とからなるフィルターユニットを備え、
   前記捕集体格納容器、前記フィルター材格納容器が放射線遮蔽性能を有する金属を用いて形成されていることを特徴とする地下水浄化システム。
2. 請求項１記載の地下水浄化システムにおいて、
   前記捕集体が、繊維質材料の前記捕集材を一体にまとめて構成されていることを特徴とする地下水浄化システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の地下水浄化システムにおいて、
   前記フィルターユニットが前記地下水吸引口に着脱可能に接続して設けられていることを特徴とする地下水浄化システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の地下水浄化システムにおいて、
   前記地中孔内の空間を前記地下水吸引口側と前記地下水排出口側で区画するためのパッカーを備えていることを特徴とする地下水浄化システム。
5. 汚染した地下水を浄化する方法であって、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の地下水浄化システムを用い、
   前記ポンプを駆動し、前記地中孔内の地下水を前記地下水吸引口から前記捕集体格納容器の内部に導入し、前記捕集体格納容器の内部から前記地下水排出口を通じて前記地下水孔内に排出して循環させ、前記地下水中の汚染物質を前記捕集材で捕集することを特徴とする地下水浄化方法。
6. 汚染した地下水を浄化する方法であって、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の地下水浄化システムを用い、
   前記ポンプを駆動し、前記地中孔内の地下水を前記地下水吸引口から前記捕集体格納容器の内部に導入し、前記捕集体格納容器の内部から前記地下水排出口を通じて前記地下水孔内に排出するとともに、
   前記地中孔内の前記地下水吸引口側の空間を側近の地中に対して負圧にして前記地中孔内の前記地下水吸引口側の空間に外部の地盤側から地下水を導入し、
   前記地下水中の汚染物質を前記捕集材で捕集した後の地下水を、前記地下水排出口側の空間を側近の地中に対して正圧にして前記地中孔から外部の地盤側に排出させることを特徴とする地下水浄化方法。

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