有機性廃棄物中の発熱源探査方法
【課題】 埋立完了後の有機性廃棄物の効率的な早期安定化を図り得る方法を提供すること。
【解決手段】 地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って該基準深地温の実測値を求める第１工程（Ｓ１）と、地下に向けての温度勾配が一定であると仮定して実測値より所定温度を有する発熱源の地表面からの深さを推定する第２工程（Ｓ２）と、該推定された深さに等温面を持つ有限要素モデルを作成して地表面温度を固定した熱伝導解析を行う第３工程（Ｓ３）と、該第３工程より得られる基準深地温の解析結果と実測値を比較してその差に基づいて有限要素モデルの等温面の深さを補正する第４工程（Ｓ４、Ｓ５）と、を含み、第３工程の解析結果と実測値が一致するまで、第４工程の有限要素モデル補正と、補正された有限要素モデルに基づく第３工程の熱伝導解析を繰り返し行う。
【解決手段】 地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って該基準深地温の実測値を求める第１工程（Ｓ１）と、地下に向けての温度勾配が一定であると仮定して実測値より所定温度を有する発熱源の地表面からの深さを推定する第２工程（Ｓ２）と、該推定された深さに等温面を持つ有限要素モデルを作成して地表面温度を固定した熱伝導解析を行う第３工程（Ｓ３）と、該第３工程より得られる基準深地温の解析結果と実測値を比較してその差に基づいて有限要素モデルの等温面の深さを補正する第４工程（Ｓ４、Ｓ５）と、を含み、第３工程の解析結果と実測値が一致するまで、第４工程の有限要素モデル補正と、補正された有限要素モデルに基づく第３工程の熱伝導解析を繰り返し行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の最終処分場には、安定型処分場、管理型処分場及び遮断型処分場の３種類がある。このうち、管理型処分場（以下、単に処分場と称す）は、廃棄物埋立穴に埋立られた廃棄物を長期間にわたり安全かつ衛生的に保管して、廃棄物を安定化して、最終的には自然界に戻せるようにして跡地利用などを図るものである。この種の処分場に埋立られる廃棄物としては、生ゴミや、し尿処理汚泥などの有機性廃棄物が多く含まれている。
【０００３】
そこで、この種の処分場には、廃棄物埋立穴に侵入、浸透する雨水や地表水が、その穴内に埋立られた有機性廃棄物中から有害物質を溶出させて漏水し、その漏水によって土壌や地下水等が汚染されることを防止するための対策が講じられている。この対策としては、廃棄物埋立穴の内面にプラスチックシート、ゴムシート等を張り付けたり、あるいはコンクリート壁を形成するなどの遮水処理を施すと共に、その廃棄物埋立穴の底面に接続された排水管を通じて廃棄物埋立穴内に溜まった水を浄水処理設備へ排出し、この浄水処理設備において生物的、化学的な無害化処理を行ってから河川などに放流するのが一般的である。
【０００４】
しかし、この種の処分場においては、埋立られた有機性廃棄物を安定化するまでに長期間を要するため、その設備管理費に多大な費用がかかる問題があり、有機性廃棄物の早期安定化が求められている。
【０００５】
この対策として、処分場自体、あるいは廃棄物の埋め立てを行う際の覆土材料等に有機性廃棄物の早期安定化を図る方法を講じるものがある。
【０００６】
処分場自体に講じられる方法としては、例えば廃棄物埋立穴内の有機性廃棄物中に空気補給管と水分補給管を埋設して、それぞれの管から適度な空気と水分を補給することにより、有機性廃棄物の空気と水による化学的分解作用や、微生物等による生物的分解作用を促進させ、有機性廃棄物の早期安定化を図るものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、覆土材料等に講じられる方法としては、例えば覆土材料として、通気性・透水性に優れた有機性廃棄物の炭化性生成物を用いることで、前述の化学的分解作用や、生物的分解作用を促進させ、有機性廃棄物の早期安定化を図るものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】実登３０４５００９
【特許文献２】特開２００３−２６０４３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の有機性廃棄物の早期安定化を図る方法は、有機性廃棄物の埋立が完了する以前に予め講じられるものであるので、この種の方法を講じることなく埋立が完了した既設処分場に適用することは困難であった。また、このような既設処分場における有機性廃棄物の早期安定化する方法としては、埋立られた有機性廃棄物層まで実際にボーリングを行って、早期安定化するような手段を埋立完了後に行うことも考えられるが、有機性廃棄物層全域にわたってボーリングを行うには時間も費用も要するので実用的な方法ではない。
【０００９】
さらに、処分場に埋立られた有機性廃棄物の埋立環境も有機性廃棄物層内で均一ではないため、有機性廃棄物の安定化の進行が遅れる箇所も発生し得る。そのため、この種の有機性廃棄物に対して有効な対策を講じなければ、結果として有機性廃棄物の早期安定化を図ることができない。しかしながら、従来の方法では、埋立られた有機性廃棄物に対して、埋立完了以前に早期安定化の方法を講じるものであるので、埋立完了後に起こり得るこの種の問題に対しては、有効な方法ではなかった。
【００１０】
そこで、本発明の目的とするところは、埋立完了後の有機性廃棄物の効率的な早期安定化を図り得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、上記課題を解決するために、地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って該基準深地温の実測値を求める第１工程と、地下に向けての温度勾配が一定であると仮定して実測値より所定温度を有する発熱源の地表面からの深さを推定する第２工程と、該推定された深さに等温面を持つ有限要素モデルを作成して地表面温度を固定した熱伝導解析を行う第３工程と、該第３工程より得られる基準深地温の解析結果と実測値を比較してその差に基づいて有限要素モデルの等温面の深さを補正する第４工程と、を含み、第３工程の解析結果と実測値が一致するまで、第４工程の有限要素モデル補正と、補正された有限要素モデルに基づく第３工程の熱伝導解析を繰り返し行うことを特徴とする。ここで、「地表面から所定深さ」とは、地中であって、かつ地表面近傍までの深さを意味する（以下、同様）。
【００１２】
また、上記課題を解決するための別の態様である請求項２に係る発明は、地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って、該基準深地温の実測値を求める第１工程と、発熱源を含む所定領域の有限要素モデルを作成し、所定領域内に複数の発熱源を仮定して各々の発熱源について熱伝導解析を行う第２工程と、該第２工程により得られた基準深地温の解析結果を重ね合わせて実測値と比較し、発熱源位置を推定する第３工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
前記請求項１又は請求項２に係る発明によれば、いずれも地表面から所定深さの地温である基準深地温の実測に基づいて、地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源位置を探査することができる。
【発明の効果】
【００１４】
処分場において、埋立られた有機性廃棄物は酸化分解による発熱を伴って、やがて安定化に至るとその発熱が収まるため、安定化に至っていない有機性廃棄物は発熱源と成り得る。すなわち、この種の処分場に本発明に係る有機性廃棄物中の発熱源探査方法を用いれば、地表面から所定深さの基準深地温の実測に基づいて、有機性廃棄物の安定化の進行状況を安価かつ迅速に探査できると共に、安定化が遅れている有機性廃棄物を効率的に探査することができる。そのため、この種の有機性廃棄物に対して、早期安定化を図る手段を無駄なく的確に講じることができ、結果として効率的な廃棄物の早期安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の第１の実施形態について以下に図面に基づいて説明する。なお、第１の実施形態は、請求項１記載の有機性廃棄物中の発熱源探査方法に係る一実施形態を示すもので、地温が通常一定となっていることを用いて、地下に埋立処分された有機性廃棄物が発熱して成る発熱源の等温面を熱伝導解析により逆同定し、有機性廃棄物中の発熱源位置を推定するものである。
【００１６】
図１は本実施形態のフローチャートを示すものである。同図に示すように、まず地表面から地下１ｍの地温である１ｍ深地温を測定する（Ｓ１）。なお、地温の実測は１ｍ深地温に限らず、地盤の状態などに合わせ、有機性廃棄物中の発熱源による地下の温度分布が反映される地表面付近の地温を測定するものであれば良い（以下、同様）。
【００１７】
次いで、図２に示すように地下に向けて温度勾配が一定であると仮定して、計測された１ｍ深地温より発熱源の等温面深さの推定値Ｌを算出する（Ｓ２）。このときの推定値Ｌは、以下の数式１により算出される。
【数１】
【００１８】
ここで、１は地表面からの距離（１ｍに固定）、Ｔｓは発熱源の想定温度（解析対象領域内で一定）、Ｔｍは計測された温度、Ｔｏは地表面温度とする。
【００１９】
この推定さらた深さＬに等温面を持つ有限要素モデルを作成し、地表面温度を固定した熱伝導解析を行う（Ｓ３）。この熱伝導解析より得られる１ｍ深地温の解析結果と実測結果を比較して、一致するかどうかを判断する（Ｓ４）。一致する場合はその発熱源の等温面モデルを正解として、発熱源の位置を決定して解析を終了する（Ｓ６）。また、一致しない場合には、熱伝導解析より得られる１ｍ深地温の解析結果と実測結果との差ｄＴより等温面の位置をｄＬ分補正した有限要素モデルを作成する（Ｓ５）。このとき、この位置補正ｄＬは、以下の数式２により算出される。
【数２】
【００２０】
この補正された有限要素モデルにより再度熱伝導解析を行い、１ｍ深地温の解析結果と実測値が一致するまでＳ３〜Ｓ５のステップを繰り返す。なお、上記熱伝導解析は、熱伝導方程式の定常解析に従うものとする。また、解析結果が実測値の所定誤差範囲内に入れば、解析結果と実測値が一致したと見なすことができ、この誤差範囲は測定に求められる精度をもって、適宜設定することができる。
【００２１】
次に本実施形態に係る有機性廃棄物中の発熱源探査方法を用いた発熱源の２次元探査方法を図面に基づいて以下に説明する。
【００２２】
まず、１ｍ深地温の実測結果が図３に示すような温度分布をもって計測されたとする。この実測結果につき、各計測値を数式１に代入して、それぞれの計測点について推定値Ｌを算出すると、図４に示すように発熱源の等温面深さ（推定値Ｌ）の分布（図中の黒塗り菱形で示す点）を得る。同図に示すように、この推定値Ｌに等温線をもつ等温線モデル（図中の黒塗り四角で示す点）を作成し、図５に示すような有限要素モデルを作成する。この有限要素モデルに基づいて、地表面温度を固定した熱伝導解析を行った結果が、図６に示すものである。この解析結果より、図７に示すように、１ｍ深地温の解析値（図中の黒塗り四角で示す点）を求めて、実測値（図中の黒塗り菱形で示す点）と比較を行う。同図より、１ｍ深地温の実測値と解析結果の温度差ｄＴを算出して、図８に示すように、数式２より等温線の深さの補正値ｄＬを求める。この補正値ｄＬに基づいて、有限要素モデルを補正した結果が図９に示すものである。この補正さらた有限要素モデルに基づいて、前記熱伝導解析と同様に地表面の温度を固定した熱伝導解析を行った結果が図１０に示すものである。以下、同様にして、発熱源の等温線を補正した有限要素モデルについて熱伝導解析を繰り返し、実測値と解析結果が一致したところで解析を終了し、このときの等温線モデルに基づいて発熱源の２次元分布位置を決定する。
【００２３】
以上は、有機性廃棄物中の発熱源の２次元探査方法を説明したが、１ｍ深地温の温度分布を複数点にわたり測定し、これらにより得られる各々の解析結果である等温線モデルを適宜足し合わせて等温面を作成することによって、発熱源の３次元探査を行うことも可能である。また、予め１ｍ深地温の３次元温度分布を作成し、３次元熱伝導解析を行うことで、上記発熱源の２次元同定方法と同様にして、発熱源の３次元探査を行うことも可能である。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について以下に図面に基づいて説明する。なお、第２の実施形態は、請求項２記載の有機性廃棄物探査方法に係る一実施形態を示すもので、熱源の位置や数を変化させて多数のシミュレーションを行い、この結果を比較することで、発熱源位置を推定するものである。
【００２５】
図１１は、本実施形態のフローチャートを示すものである。同図に示すように、まず地表面から地下１ｍの地温である１ｍ深地温を測定する（Ｓ１０）。
【００２６】
次いで、図１２（ａ）に示すように、発熱源を含む所定領域の有限要素モデルを作成し、所定領域内に同一の温度をもつ複数の発熱源（例えば、図１２（ａ）の黒塗り四角で示す点）を仮定して各々の発熱源について熱伝導解析を行う（Ｓ２０）。各々の点における熱伝導解析結果を例示したものが図１２（ｃ）〜（ｄ）である。なお、上記熱伝導解析は熱伝導方程式の定常解析に従うものとする。
【００２７】
この熱伝導解析をもとに、計測点での温度は以下の数式３により算出される。
【数３】
【００２８】
ここで、ｔiはｉ番目の計測点における１ｍ深地温の計測温度であり、Ｔijはｊ番目の単一発熱源により生じたｉ番目の計測点における温度、αjはｊ番目の単一発熱源が計測点に及ぼす影響度を表わす係数である。
【００２９】
この係数αを最小二乗法等の方法により求め、このαに基づいて発熱源位置を３次元的に推定する（Ｓ３０）。
【００３０】
本発明に係る上記第１の実施形態又は第２の実施形態によれば、地表面から１ｍの深さの地温である１ｍ深地温を実測することで、容易に有機性廃棄物中の発熱源の３次元分布を探査することができる。この有機性廃棄物中の発熱源となっている箇所は、酸化分解に伴って有機性廃棄物が発熱しているもので、やがて安定化に至るとその発熱が収まる。すなわち、発熱源となっている有機性廃棄物を探査することで、有機性廃棄物の安定化の進行状況を安価かつ迅速に探査できると共に、安定化が遅れている廃棄物箇所を効率的に探査することができ、結果として効率的な廃棄物の早期安定化を図ることができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、有機性廃棄物中の発熱源探査方法として、上記実施形態のうち、第１の実施形態あるいは第２の実施形態に係る方法を適宜選択することができる。また、これら２つの方法を併用して使用することもできる。
【実施例１】
【００３２】
上記第１の実施形態に係る一実施例を説明する。なお、本実施例では、既設最終処分場において、有機性廃棄物の酸化分解による廃棄物地盤の温度上昇に注目し、１ｍ深地温調査および熱伝導解析から、有機性廃棄物層中の発熱源の３次元探査を行った。
【００３３】
１ｍ深地温調査は、５ｍメッシュで測定を行った。この結果を図１３に示す。この結果より、平常１ｍ深地温（１０℃程度）に対して、１３℃以上の高温を示す高温帯が観測された。特に北側地点は、１７℃〜１９℃を示す高温が検出され、安定化が進んでいない有機性廃棄物層の浅層分布が想定される。これは、１ｍ深地温の熱源の影響を受けない平常時の温度（１０℃程度）に対して７℃以上高く、地下の発熱源位置を忠実に反映していると考えられる。
【００３４】
なお、上記１ｍ深地温分布に基づいた有機性廃棄物層の３次元探査を行うに際し、有機性廃棄物層の想定温度は、ガス抜き管内の温度険層結果に基づき２０℃と設定し、熱伝導解析では、図１４に示すように、基盤岩１、有機性廃棄物層２及び覆土層３からなる有限要素モデル４を用い、解析領域は対象処分場とそれを含む地盤とし、境界条件が温度分布に及ぼす影響が十分小さくなるように領域の大きさを定め、１ｍ深地温の計測点は有限要素モデルの格子点と一致するようにした。また、有機性廃棄物層２などの熱伝導率は、図１５に示すように仮定した。
【００３５】
上記条件に基づいて有機性廃棄物層中の発熱源の３次元分布を求めた。この解析結果の図１３に示すＸ−Ｘ断面領域を図１６に示す。これより、２０℃を示す有機性廃棄物層は、地表面から２〜１０ｍ付近に存在し、３次元的には固まり状に点在することが明らかになった。この結果からも、１ｍ深地温が１７℃以上を示す箇所では、処分場の浅層部分（地表面から２ｍ程度）に２０℃以上を示す有機性廃棄物層の分布が再現された。
【実施例２】
【００３６】
次に、上記第２の実施形態に係る一実施例を以下に説明する。なお、本実施例では、上記実施例１と同様の既設最終処分場における有機性廃棄物層中の発熱源の３次元探査を行うものである。また、１ｍ深地温の実測値や、熱伝導解析に用いる初期の有限要素モデルあるいは有機性廃棄物層などの熱伝導率は、第１の実施例と同様とする。
【００３７】
解析に当たっては、有機性廃棄物層において、単一の発熱源を仮定し、計測点における温度を求めた。同様にして、発熱源を有機性廃棄物層内で移動させ、各格子点に発熱源を仮定した場合につき、各々で計測点の温度を求め、数式２に基づいてαの大きさを求めて、発熱源位置の同定を行った。
【００３８】
図１７に解析モデルにおける１ｍ深地温分布の解析結果を示す。なお、図中において、ハッチングを施していない地中領域は１１℃以下の温度分布を示す領域である。ここで、一般に有機性廃棄物層の深い部分で有機物の発熱があると、１ｍ深地温の温度変化は広範囲でなだらかなものとなる。しかし、今回の５ｍメッシュによる１ｍ深地温計測結果では、温度が急変する箇所がいくつか計測されており、浅層部分での発熱が考えられる。
【００３９】
本実施例の解析において、３次元の発熱源になる有機性廃棄物層の分布を求めたが、図１３に示すＸ−Ｘ断面領域の解析結果を図１８に示す。なお、図中において、ハッチングを施していない地中領域は１１℃以下の温度分布を示す領域である。これより、有機性廃棄物層中に同一の発熱量を有する点があった場合の計測点における温度を求めた結果、発熱源である有機性廃棄物層は、地表面から５〜１０ｍ付近に分布し、３次元的には固まり状に点在することが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図２】地下の温度勾配を説明する図である。
【図３】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図４】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図５】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図６】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図７】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図８】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図９】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図１０】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図１２】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図１３】第１の実施例を説明する図である。
【図１４】第１の実施例を説明する図である。
【図１５】第１の実施例を説明する図である。
【図１６】第１の実施例を説明する図である。
【図１７】第２の実施例を説明する図である。
【図１８】第２の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 基盤岩
２ 有機性廃棄物層
３ 覆土層
４ 有限要素モデル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の最終処分場には、安定型処分場、管理型処分場及び遮断型処分場の３種類がある。このうち、管理型処分場（以下、単に処分場と称す）は、廃棄物埋立穴に埋立られた廃棄物を長期間にわたり安全かつ衛生的に保管して、廃棄物を安定化して、最終的には自然界に戻せるようにして跡地利用などを図るものである。この種の処分場に埋立られる廃棄物としては、生ゴミや、し尿処理汚泥などの有機性廃棄物が多く含まれている。
【０００３】
そこで、この種の処分場には、廃棄物埋立穴に侵入、浸透する雨水や地表水が、その穴内に埋立られた有機性廃棄物中から有害物質を溶出させて漏水し、その漏水によって土壌や地下水等が汚染されることを防止するための対策が講じられている。この対策としては、廃棄物埋立穴の内面にプラスチックシート、ゴムシート等を張り付けたり、あるいはコンクリート壁を形成するなどの遮水処理を施すと共に、その廃棄物埋立穴の底面に接続された排水管を通じて廃棄物埋立穴内に溜まった水を浄水処理設備へ排出し、この浄水処理設備において生物的、化学的な無害化処理を行ってから河川などに放流するのが一般的である。
【０００４】
しかし、この種の処分場においては、埋立られた有機性廃棄物を安定化するまでに長期間を要するため、その設備管理費に多大な費用がかかる問題があり、有機性廃棄物の早期安定化が求められている。
【０００５】
この対策として、処分場自体、あるいは廃棄物の埋め立てを行う際の覆土材料等に有機性廃棄物の早期安定化を図る方法を講じるものがある。
【０００６】
処分場自体に講じられる方法としては、例えば廃棄物埋立穴内の有機性廃棄物中に空気補給管と水分補給管を埋設して、それぞれの管から適度な空気と水分を補給することにより、有機性廃棄物の空気と水による化学的分解作用や、微生物等による生物的分解作用を促進させ、有機性廃棄物の早期安定化を図るものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、覆土材料等に講じられる方法としては、例えば覆土材料として、通気性・透水性に優れた有機性廃棄物の炭化性生成物を用いることで、前述の化学的分解作用や、生物的分解作用を促進させ、有機性廃棄物の早期安定化を図るものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】実登３０４５００９
【特許文献２】特開２００３−２６０４３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の有機性廃棄物の早期安定化を図る方法は、有機性廃棄物の埋立が完了する以前に予め講じられるものであるので、この種の方法を講じることなく埋立が完了した既設処分場に適用することは困難であった。また、このような既設処分場における有機性廃棄物の早期安定化する方法としては、埋立られた有機性廃棄物層まで実際にボーリングを行って、早期安定化するような手段を埋立完了後に行うことも考えられるが、有機性廃棄物層全域にわたってボーリングを行うには時間も費用も要するので実用的な方法ではない。
【０００９】
さらに、処分場に埋立られた有機性廃棄物の埋立環境も有機性廃棄物層内で均一ではないため、有機性廃棄物の安定化の進行が遅れる箇所も発生し得る。そのため、この種の有機性廃棄物に対して有効な対策を講じなければ、結果として有機性廃棄物の早期安定化を図ることができない。しかしながら、従来の方法では、埋立られた有機性廃棄物に対して、埋立完了以前に早期安定化の方法を講じるものであるので、埋立完了後に起こり得るこの種の問題に対しては、有効な方法ではなかった。
【００１０】
そこで、本発明の目的とするところは、埋立完了後の有機性廃棄物の効率的な早期安定化を図り得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、上記課題を解決するために、地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って該基準深地温の実測値を求める第１工程と、地下に向けての温度勾配が一定であると仮定して実測値より所定温度を有する発熱源の地表面からの深さを推定する第２工程と、該推定された深さに等温面を持つ有限要素モデルを作成して地表面温度を固定した熱伝導解析を行う第３工程と、該第３工程より得られる基準深地温の解析結果と実測値を比較してその差に基づいて有限要素モデルの等温面の深さを補正する第４工程と、を含み、第３工程の解析結果と実測値が一致するまで、第４工程の有限要素モデル補正と、補正された有限要素モデルに基づく第３工程の熱伝導解析を繰り返し行うことを特徴とする。ここで、「地表面から所定深さ」とは、地中であって、かつ地表面近傍までの深さを意味する（以下、同様）。
【００１２】
また、上記課題を解決するための別の態様である請求項２に係る発明は、地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って、該基準深地温の実測値を求める第１工程と、発熱源を含む所定領域の有限要素モデルを作成し、所定領域内に複数の発熱源を仮定して各々の発熱源について熱伝導解析を行う第２工程と、該第２工程により得られた基準深地温の解析結果を重ね合わせて実測値と比較し、発熱源位置を推定する第３工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
前記請求項１又は請求項２に係る発明によれば、いずれも地表面から所定深さの地温である基準深地温の実測に基づいて、地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源位置を探査することができる。
【発明の効果】
【００１４】
処分場において、埋立られた有機性廃棄物は酸化分解による発熱を伴って、やがて安定化に至るとその発熱が収まるため、安定化に至っていない有機性廃棄物は発熱源と成り得る。すなわち、この種の処分場に本発明に係る有機性廃棄物中の発熱源探査方法を用いれば、地表面から所定深さの基準深地温の実測に基づいて、有機性廃棄物の安定化の進行状況を安価かつ迅速に探査できると共に、安定化が遅れている有機性廃棄物を効率的に探査することができる。そのため、この種の有機性廃棄物に対して、早期安定化を図る手段を無駄なく的確に講じることができ、結果として効率的な廃棄物の早期安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の第１の実施形態について以下に図面に基づいて説明する。なお、第１の実施形態は、請求項１記載の有機性廃棄物中の発熱源探査方法に係る一実施形態を示すもので、地温が通常一定となっていることを用いて、地下に埋立処分された有機性廃棄物が発熱して成る発熱源の等温面を熱伝導解析により逆同定し、有機性廃棄物中の発熱源位置を推定するものである。
【００１６】
図１は本実施形態のフローチャートを示すものである。同図に示すように、まず地表面から地下１ｍの地温である１ｍ深地温を測定する（Ｓ１）。なお、地温の実測は１ｍ深地温に限らず、地盤の状態などに合わせ、有機性廃棄物中の発熱源による地下の温度分布が反映される地表面付近の地温を測定するものであれば良い（以下、同様）。
【００１７】
次いで、図２に示すように地下に向けて温度勾配が一定であると仮定して、計測された１ｍ深地温より発熱源の等温面深さの推定値Ｌを算出する（Ｓ２）。このときの推定値Ｌは、以下の数式１により算出される。
【数１】
【００１８】
ここで、１は地表面からの距離（１ｍに固定）、Ｔｓは発熱源の想定温度（解析対象領域内で一定）、Ｔｍは計測された温度、Ｔｏは地表面温度とする。
【００１９】
この推定さらた深さＬに等温面を持つ有限要素モデルを作成し、地表面温度を固定した熱伝導解析を行う（Ｓ３）。この熱伝導解析より得られる１ｍ深地温の解析結果と実測結果を比較して、一致するかどうかを判断する（Ｓ４）。一致する場合はその発熱源の等温面モデルを正解として、発熱源の位置を決定して解析を終了する（Ｓ６）。また、一致しない場合には、熱伝導解析より得られる１ｍ深地温の解析結果と実測結果との差ｄＴより等温面の位置をｄＬ分補正した有限要素モデルを作成する（Ｓ５）。このとき、この位置補正ｄＬは、以下の数式２により算出される。
【数２】
【００２０】
この補正された有限要素モデルにより再度熱伝導解析を行い、１ｍ深地温の解析結果と実測値が一致するまでＳ３〜Ｓ５のステップを繰り返す。なお、上記熱伝導解析は、熱伝導方程式の定常解析に従うものとする。また、解析結果が実測値の所定誤差範囲内に入れば、解析結果と実測値が一致したと見なすことができ、この誤差範囲は測定に求められる精度をもって、適宜設定することができる。
【００２１】
次に本実施形態に係る有機性廃棄物中の発熱源探査方法を用いた発熱源の２次元探査方法を図面に基づいて以下に説明する。
【００２２】
まず、１ｍ深地温の実測結果が図３に示すような温度分布をもって計測されたとする。この実測結果につき、各計測値を数式１に代入して、それぞれの計測点について推定値Ｌを算出すると、図４に示すように発熱源の等温面深さ（推定値Ｌ）の分布（図中の黒塗り菱形で示す点）を得る。同図に示すように、この推定値Ｌに等温線をもつ等温線モデル（図中の黒塗り四角で示す点）を作成し、図５に示すような有限要素モデルを作成する。この有限要素モデルに基づいて、地表面温度を固定した熱伝導解析を行った結果が、図６に示すものである。この解析結果より、図７に示すように、１ｍ深地温の解析値（図中の黒塗り四角で示す点）を求めて、実測値（図中の黒塗り菱形で示す点）と比較を行う。同図より、１ｍ深地温の実測値と解析結果の温度差ｄＴを算出して、図８に示すように、数式２より等温線の深さの補正値ｄＬを求める。この補正値ｄＬに基づいて、有限要素モデルを補正した結果が図９に示すものである。この補正さらた有限要素モデルに基づいて、前記熱伝導解析と同様に地表面の温度を固定した熱伝導解析を行った結果が図１０に示すものである。以下、同様にして、発熱源の等温線を補正した有限要素モデルについて熱伝導解析を繰り返し、実測値と解析結果が一致したところで解析を終了し、このときの等温線モデルに基づいて発熱源の２次元分布位置を決定する。
【００２３】
以上は、有機性廃棄物中の発熱源の２次元探査方法を説明したが、１ｍ深地温の温度分布を複数点にわたり測定し、これらにより得られる各々の解析結果である等温線モデルを適宜足し合わせて等温面を作成することによって、発熱源の３次元探査を行うことも可能である。また、予め１ｍ深地温の３次元温度分布を作成し、３次元熱伝導解析を行うことで、上記発熱源の２次元同定方法と同様にして、発熱源の３次元探査を行うことも可能である。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について以下に図面に基づいて説明する。なお、第２の実施形態は、請求項２記載の有機性廃棄物探査方法に係る一実施形態を示すもので、熱源の位置や数を変化させて多数のシミュレーションを行い、この結果を比較することで、発熱源位置を推定するものである。
【００２５】
図１１は、本実施形態のフローチャートを示すものである。同図に示すように、まず地表面から地下１ｍの地温である１ｍ深地温を測定する（Ｓ１０）。
【００２６】
次いで、図１２（ａ）に示すように、発熱源を含む所定領域の有限要素モデルを作成し、所定領域内に同一の温度をもつ複数の発熱源（例えば、図１２（ａ）の黒塗り四角で示す点）を仮定して各々の発熱源について熱伝導解析を行う（Ｓ２０）。各々の点における熱伝導解析結果を例示したものが図１２（ｃ）〜（ｄ）である。なお、上記熱伝導解析は熱伝導方程式の定常解析に従うものとする。
【００２７】
この熱伝導解析をもとに、計測点での温度は以下の数式３により算出される。
【数３】
【００２８】
ここで、ｔiはｉ番目の計測点における１ｍ深地温の計測温度であり、Ｔijはｊ番目の単一発熱源により生じたｉ番目の計測点における温度、αjはｊ番目の単一発熱源が計測点に及ぼす影響度を表わす係数である。
【００２９】
この係数αを最小二乗法等の方法により求め、このαに基づいて発熱源位置を３次元的に推定する（Ｓ３０）。
【００３０】
本発明に係る上記第１の実施形態又は第２の実施形態によれば、地表面から１ｍの深さの地温である１ｍ深地温を実測することで、容易に有機性廃棄物中の発熱源の３次元分布を探査することができる。この有機性廃棄物中の発熱源となっている箇所は、酸化分解に伴って有機性廃棄物が発熱しているもので、やがて安定化に至るとその発熱が収まる。すなわち、発熱源となっている有機性廃棄物を探査することで、有機性廃棄物の安定化の進行状況を安価かつ迅速に探査できると共に、安定化が遅れている廃棄物箇所を効率的に探査することができ、結果として効率的な廃棄物の早期安定化を図ることができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、有機性廃棄物中の発熱源探査方法として、上記実施形態のうち、第１の実施形態あるいは第２の実施形態に係る方法を適宜選択することができる。また、これら２つの方法を併用して使用することもできる。
【実施例１】
【００３２】
上記第１の実施形態に係る一実施例を説明する。なお、本実施例では、既設最終処分場において、有機性廃棄物の酸化分解による廃棄物地盤の温度上昇に注目し、１ｍ深地温調査および熱伝導解析から、有機性廃棄物層中の発熱源の３次元探査を行った。
【００３３】
１ｍ深地温調査は、５ｍメッシュで測定を行った。この結果を図１３に示す。この結果より、平常１ｍ深地温（１０℃程度）に対して、１３℃以上の高温を示す高温帯が観測された。特に北側地点は、１７℃〜１９℃を示す高温が検出され、安定化が進んでいない有機性廃棄物層の浅層分布が想定される。これは、１ｍ深地温の熱源の影響を受けない平常時の温度（１０℃程度）に対して７℃以上高く、地下の発熱源位置を忠実に反映していると考えられる。
【００３４】
なお、上記１ｍ深地温分布に基づいた有機性廃棄物層の３次元探査を行うに際し、有機性廃棄物層の想定温度は、ガス抜き管内の温度険層結果に基づき２０℃と設定し、熱伝導解析では、図１４に示すように、基盤岩１、有機性廃棄物層２及び覆土層３からなる有限要素モデル４を用い、解析領域は対象処分場とそれを含む地盤とし、境界条件が温度分布に及ぼす影響が十分小さくなるように領域の大きさを定め、１ｍ深地温の計測点は有限要素モデルの格子点と一致するようにした。また、有機性廃棄物層２などの熱伝導率は、図１５に示すように仮定した。
【００３５】
上記条件に基づいて有機性廃棄物層中の発熱源の３次元分布を求めた。この解析結果の図１３に示すＸ−Ｘ断面領域を図１６に示す。これより、２０℃を示す有機性廃棄物層は、地表面から２〜１０ｍ付近に存在し、３次元的には固まり状に点在することが明らかになった。この結果からも、１ｍ深地温が１７℃以上を示す箇所では、処分場の浅層部分（地表面から２ｍ程度）に２０℃以上を示す有機性廃棄物層の分布が再現された。
【実施例２】
【００３６】
次に、上記第２の実施形態に係る一実施例を以下に説明する。なお、本実施例では、上記実施例１と同様の既設最終処分場における有機性廃棄物層中の発熱源の３次元探査を行うものである。また、１ｍ深地温の実測値や、熱伝導解析に用いる初期の有限要素モデルあるいは有機性廃棄物層などの熱伝導率は、第１の実施例と同様とする。
【００３７】
解析に当たっては、有機性廃棄物層において、単一の発熱源を仮定し、計測点における温度を求めた。同様にして、発熱源を有機性廃棄物層内で移動させ、各格子点に発熱源を仮定した場合につき、各々で計測点の温度を求め、数式２に基づいてαの大きさを求めて、発熱源位置の同定を行った。
【００３８】
図１７に解析モデルにおける１ｍ深地温分布の解析結果を示す。なお、図中において、ハッチングを施していない地中領域は１１℃以下の温度分布を示す領域である。ここで、一般に有機性廃棄物層の深い部分で有機物の発熱があると、１ｍ深地温の温度変化は広範囲でなだらかなものとなる。しかし、今回の５ｍメッシュによる１ｍ深地温計測結果では、温度が急変する箇所がいくつか計測されており、浅層部分での発熱が考えられる。
【００３９】
本実施例の解析において、３次元の発熱源になる有機性廃棄物層の分布を求めたが、図１３に示すＸ−Ｘ断面領域の解析結果を図１８に示す。なお、図中において、ハッチングを施していない地中領域は１１℃以下の温度分布を示す領域である。これより、有機性廃棄物層中に同一の発熱量を有する点があった場合の計測点における温度を求めた結果、発熱源である有機性廃棄物層は、地表面から５〜１０ｍ付近に分布し、３次元的には固まり状に点在することが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図２】地下の温度勾配を説明する図である。
【図３】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図４】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図５】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図６】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図７】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図８】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図９】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図１０】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図１２】発熱源位置の同定方法を説明する図である。
【図１３】第１の実施例を説明する図である。
【図１４】第１の実施例を説明する図である。
【図１５】第１の実施例を説明する図である。
【図１６】第１の実施例を説明する図である。
【図１７】第２の実施例を説明する図である。
【図１８】第２の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 基盤岩
２ 有機性廃棄物層
３ 覆土層
４ 有限要素モデル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、前記発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、
地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って該基準深地温の実測値を求める第１工程と、
地下に向けての温度勾配が一定であると仮定して前記実測値より所定温度を有する発熱源の地表面からの深さを推定する第２工程と、
該推定された深さに等温面を持つ有限要素モデルを作成して地表面温度を固定した熱伝導解析を行う第３工程と、
該第３工程より得られる基準深地温の解析結果と前記実測値を比較してその差に基づいて前記有限要素モデルの等温面の深さを補正する第４工程と、
を含み、前記第３工程の解析結果と実測値が一致するまで、前記第４工程の有限要素モデルの補正と、補正された有限要素モデルに基づく前記第３工程の熱伝導解析を繰り返し行うことを特徴とする有機性廃棄物中の発熱源探査方法。
【請求項２】
地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、前記発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、
地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って、該基準深地温の実測値を求める第１工程と、
前記発熱源を含む所定領域の有限要素モデルを作成し、前記所定領域内に複数の発熱源を仮定して各々の発熱源について熱伝導解析を行う第２工程と、
該第２工程により得られた基準深地温の解析結果を重ね合わせて前記実測値と比較し、発熱源位置を推定する第３工程と、
を含むことを特徴とする有機性廃棄物中の発熱源探査方法。
【請求項１】
地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、前記発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、
地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って該基準深地温の実測値を求める第１工程と、
地下に向けての温度勾配が一定であると仮定して前記実測値より所定温度を有する発熱源の地表面からの深さを推定する第２工程と、
該推定された深さに等温面を持つ有限要素モデルを作成して地表面温度を固定した熱伝導解析を行う第３工程と、
該第３工程より得られる基準深地温の解析結果と前記実測値を比較してその差に基づいて前記有限要素モデルの等温面の深さを補正する第４工程と、
を含み、前記第３工程の解析結果と実測値が一致するまで、前記第４工程の有限要素モデルの補正と、補正された有限要素モデルに基づく前記第３工程の熱伝導解析を繰り返し行うことを特徴とする有機性廃棄物中の発熱源探査方法。
【請求項２】
地下に埋立られた有機性廃棄物が発熱して成る発熱源によって生じる地下の温度分布に基づいて、前記発熱源を探査する有機性廃棄物中の発熱源探査方法であって、
地表面から所定深さの地温である基準深地温の測定を行って、該基準深地温の実測値を求める第１工程と、
前記発熱源を含む所定領域の有限要素モデルを作成し、前記所定領域内に複数の発熱源を仮定して各々の発熱源について熱伝導解析を行う第２工程と、
該第２工程により得られた基準深地温の解析結果を重ね合わせて前記実測値と比較し、発熱源位置を推定する第３工程と、
を含むことを特徴とする有機性廃棄物中の発熱源探査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−５８１３２（Ｐ２００６−５８１３２Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４００３５（Ｐ２００４−２４００３５）
【出願日】平成１６年８月１９日（２００４．８．１９）
【出願人】（５９９０５２９６７）日本技術開発株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１９日（２００４．８．１９）
【出願人】（５９９０５２９６７）日本技術開発株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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