汚染土壌の改質方法
【課題】
土壌汚染法によって指定区域となって封鎖された地域について、その地域に含まれる重金属類などの汚染物質を給水井と揚水井を用いて短期間で安価に除去する。
【解決手段】
汚染域において自動給水する給水井を穿孔し、該給水井には水位センサを取り付けて常に所定の給水量を保ち、一方、揚水井を給水井より下手に配置して穿孔し、該揚水井の深さが給水井のそれよりも深いことにより、給水井から汚染域に送り込んだ注水を地中で周辺方向および深さ方向に浸透させる。
土壌汚染法によって指定区域となって封鎖された地域について、その地域に含まれる重金属類などの汚染物質を給水井と揚水井を用いて短期間で安価に除去する。
【解決手段】
汚染域において自動給水する給水井を穿孔し、該給水井には水位センサを取り付けて常に所定の給水量を保ち、一方、揚水井を給水井より下手に配置して穿孔し、該揚水井の深さが給水井のそれよりも深いことにより、給水井から汚染域に送り込んだ注水を地中で周辺方向および深さ方向に浸透させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌汚染法によって指定区域となって封鎖された地域について、その地域に含まれる重金属類などの汚染物質を給水井と揚水井を用いて除去することにより、土壌改良を短期間に安価で行なう汚染土壌の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場排水の浸透、工場における有害物質の長期滞積、産業廃棄物の不法投棄、廃棄物の埋立て処分などによって、土壌汚染が進んで指定区域となった土地に対して、一般的に、浄化処理法や土壌の入替え法などが実施されている。この入替え法は、汚染土壌の総てを掘削撤去して良質土を埋め戻す。この入替え法は、汚染域の深度がごく浅い場合には有効な手段であっても、汚染域の深度が約５ｍ以上のように深くなると、土壌の掘削量が急増して処理費用が膨大になってしまう。
【０００３】
一方、浄化処理法として、土壌汚染対策法施行以前では、汚染土壌の周囲に複数本の井戸を穿孔し、汚染された地下水をポンプで汲み上げて浄化していた。この浄化処理法では、揚水井と同じ深さの給水井を該揚水井の上手に穿孔して地下水を処理するために、汚染区域の深度が深く且つ該汚染区域が地下水位よりも下部の帯水層にあり、該帯水層中に廃棄物または汚染土壌が含まれていても有効である。例えば、透水層の下方に存在する不透水層の高さを測定し、該不透水層の標高の高い側に給水井を穿孔して水を強制的に注入する。注入した水は標高の低い側に流れ、汚染区域を通過する際に、該汚染区域から汚染物質を溶出する。揚水井は、不透水層の標高の低い側に適宜穿孔され、汚染物質が溶出した汚染水をポンプで地上に汲み上げ、水処理プラントで汚染物質を除去し、処理済みの水を再び給水井に注入して循環させる。また、給水井および揚水井には、汚染区域の深度に対応する深さ位置においてネット状のスクリーンを設け、該スクリーンによって地下水および注水の標高差による自然な流れは期待できなくても、汚染土壌の地表面を表面遮水工で覆うことにより、雨水などが土壌中へ浸透することを防止できる。
【０００４】
特開平１１−９０４１０号で開示した改質法は、地下水位より上方に位置する汚染域を浄化対象としており、給水井の透水孔および揚水井の吸引孔をともに地下水位より上方に位置させ、揚水井の吸引孔だけを地下水位の直下に配置する。給水井に注入する媒体として、熱水、加熱空気、酸性溶液、アルカリ性溶液、界面活性剤または有機溶剤を例示している。特開２００４−３１３８１５号では、汚染域および注水を加熱する媒体を該汚染域に注入することにより、粘性が高かったりまたは水への溶解度が小さい汚染物質が注入水および地下水へ溶出することを促進する。また、特開２００４−３３００８４号では、注水に弱酸性または弱アルカリ性物質を添加する。
【特許文献１】特開平１１−９０４１０号公報
【特許文献２】特開２００４−３１３８１５号公報
【特許文献３】特開２００４−３３００８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開平１１−９０４１０号の改質法は、給水井のスクリーンが地下水位より上部に配置されているため、地下水流による汚染物質の洗浄効果が期待できず、給水井からの注水だけの洗浄効果となり、浄化期間を短縮するには大量の注水を供給する必要がある。また、汚染区域の地中において、注水の通り道にある汚染物だけを洗浄し、通り道以外の汚染物を洗浄することができない。
【０００６】
前記の改質法において、注入媒体として熱水、加熱空気、弱酸性または弱アルカリ性物質などを使用するため、所定の物質の製造費用分および注水に対する添加費用分がコスト高になるうえに、注入媒体による２次汚染のおそれが生じる。また、溶解度が小さい汚染物質は、土壌粒子に吸着したままで注水に溶出されにくいために、単位時間当たりの浄化効率が小さく、浄化期間が長期化する事態が発生しやすい。
【０００７】
本発明は、従来の改質法に関する前記の問題点を改善するために提案されたものであり、所定長さで所要数の給水井と揚水井ならびに水処理プラントを組み合わせることで汚染土壌の浄化を促進し、汚染域内の浄化処理を短期間に安価で行なう汚染土壌の改質方法を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、確定した汚染域内を浄化することで土壌の入替え量を減らし且つ安価に土壌改良を行なう汚染土壌の改質方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る汚染土壌の改質方法は、汚染域において自動給水する給水井を穿孔し、該給水井には水位センサを取り付けて常に所定の給水量を保持する。一方、揚水井を給水井より下手に配置して穿孔し、該揚水井の深さが給水井のそれよりも深いことにより、給水井から汚染域に送り込んだ注水は地中で周辺方向および深さ方向に浸透し、汚染物質を溶出させてから揚水井で地上に汲み上げる。
【０００９】
本発明の改質方法では、粘度またはシルトなどの遮水層が深さ３〜１０ｍに形成された土地において、止水壁を遮水層まで打ち込んで暫定汚染域を確定すると好ましい。この改質方法は、暫定汚染域内に設けた給水井から注水を常に地中へ送り込み、地中において暫定汚染域を経由して流通させ、汚染物質を溶出させてから注水を揚水井で取り出し、該揚水井から汲み上げた地下水を水処理プラントによって浄化すればよい。
【００１０】
本発明の改質方法において、止水壁によって表面積５０〜２５０ｍ２の暫定汚染域を確定し、給水井は暫定汚染域内において深さ２〜８ｍで１本または複数本であり、揚水井は深さ２．５〜９．５ｍで給水井と同数またはそれ以上の本数を有する。また、給水井への注水は、水道管から直接常圧で供給するか、または送水ポンプによって加圧しながら地中へ送り込むと好ましい。
【００１１】
本発明方法を図面によって説明すると、土壌汚染法で指定区域となって封鎖された汚染土壌に本発明方法を適用するには、その土地が所定の地層で構成されていることが望ましい。この地層を図１に例示し、一般に、地下水位２６（図３）を含む第１帯水層１が重金属類などからなる汚染層であり、この汚染層は地表から地中１０ｍ程度までの深度に形成されている。地下水位２６より上方の透水層は、例えば、透水係数が１０−２〜１０−４ｃｍ／秒程度の地下水の流速が早い砂質土からなる層である。
【００１２】
汚染層に含まれる汚染物質は、例えば、鉛，カドミウムなどの重金属、ホウ素，フッ素，ヒ素などの化学物質、ガソリン，軽油などの油類であり、水溶性，非水溶性を問わない。本発明方法では、中性付近のｐＨ値では溶出速度が遅いとされる鉛やカドミウムの重金属類についても、注水および地下水が汚染物質または土壌粒子の隙間を常に広く且つくまなく流れることにより、浄化期間が長期化することはない。
【００１３】
前記の地層では、粘度またはシルトなどの遮水層２は不透水層または難透水層とも称し、該遮水層の上面は深さ３〜１０ｍに形成され、その縦幅は５ｍ以上である。遮水層２は、透水係数が１０−６〜１０−７ｃｍ／秒程度の沖積粘土層または洪積粘土層からなることが多い。遮水層２が深さ３ｍ未満であれば、本発明方法のように給水井８および揚水井１０を穿孔して改質する必要がなく、深さ１０ｍを超えると本発明方法を適用することは困難である。
【００１４】
本発明方法では、汚染土壌において、まず第１帯水層１の下方に位置する遮水層２の標高を測定する。この汚染土壌において、止水壁を環状平面になるように打ち込むため、例えば、多数枚の矢板５を遮水層２まで垂直に打ち込み、全周を矢板５で密に取り囲んで表面積１００〜１０００ｍ２の暫定汚染域７を確定する。暫定汚染域７の表面積が１００ｍ２未満であれば、本発明方法のように給水井８および揚水井１０を穿孔して改質するまでもなく、表面積が１０００ｍ２を超えると浄化期間が長期化しやすいので、暫定汚染域７を１０００ｍ２以下に再分割することが望ましい。例えば、汚染土壌である指定区域の全面積が３２００ｍ２であれば、８００ｍ２ずつ分割４回、４００ｍ２ずつ８回などのいずれでもよいが、通常、暫定汚染域７の表面積は４００〜８００ｍ２程度が好適である。
【００１５】
暫定汚染域７内は、給水井８および揚水井１０を除いて土地表面をコンクリート６などの舗装材で被覆する。この舗装材の厚さは、法律で１００ｍｍ以上にすることが規定されている。この舗装材は、最終的に、汚染土壌の入替を多少でも行うならば剥離されることになる。暫定汚染域７において、遮水層２に達する深さの止水壁で汚染土壌の外周を包囲し、且つ地表面を遮水性の舗装材で覆うことにより、汚染物質が周囲へ漏出することを防ぎ、雨水などが汚染土壌中へ浸透することを防止する。
【００１６】
暫定汚染域７において、所要数の給水井８を遮水層２の標高の高い側に掘削・穿孔するし、該給水井に水を送り込む。給水井８は、直径１００〜２００ｍｍ程度であると、十分な給水量を保ちうるうえで好ましい。給水井８は、揚水井１０の上手に設置し、その深さは、深さ２〜８ｍであって、遮水層２の標高の高い側であるから揚水井１０よりも浅くなり、通常、第１帯水層１の深さの５０〜８０％の深さであると、暫定汚染域７内において注水が横方向および深さ方向に浸透しやすいので好ましい。給水井８からの注水は、送水ポンプなどの圧力装置を用いて強制的に行なうと、地中における水拡散を促進する効果が向上する反面、設備費用がアップになる。
【００１７】
給水井８の本数は、該給水井の直径と深さにも依存するが、一般に暫定汚染域７の広さに応じて定め、通常は暫定汚染域７の表面積が４００ｍ２以下であれば１本、表面積が８００ｍ２を超えると３本程度であると、給水量が不足することが少ないので好ましい。地下水流に関して、上手側の給水井８は常に所定の給水量を保つだけでよく、水位センサを取り付けて自動給水しても、数本の給水井８であれば手動処理も可能である。
【００１８】
給水井８の水位センサは、例えば、給水井８内で通常２個１組に取り付けると好ましい。図示しないけれども、送水管開閉用のソレノイドバルブを水道管に介在させ、渇水用の水位センサを地表面より−３０ｃｍおよび停止用の水位センサを地表面に設置し、該バルブと両水位センサをそれぞれ接続する。給水井８の水面が地表面より−３０ｃｍ以下に下がると、渇水用の水位センサが作動し、ソレノイドバルブを開いて自動的に給水し、水面が地表面に達するとソレノイドバルブを閉じて給水を停止する。
【００１９】
一方、所要数の揚水井１０を遮水層２の標高の低い側に掘削・穿孔し、汚染物質が溶出した汚染水を揚水井１０を通してポンプ１２で地上に汲み上げる。揚水井１０は、給水井８と同様に直径１００〜２００ｍｍ程度であると、十分な揚水量を確保できるので好ましい。揚水井１０は、給水井８の下手に設置し、その深さは、２．５〜９．５ｍであって、遮水層２の標高の低い側であるから給水井８の深さよりも大きく、通常、第１帯水層１の深さの７０〜９５％の深さであると、暫定汚染域７内において横方向および深さ方向に浸透した注水および地下水を汲み上げやすいので好ましい。
【００２０】
揚水井１０の本数は、一般に暫定汚染域７の広さ、土質、給水井８の注水量などに依存するが、通常は暫定汚染域７の表面積が４００ｍ２以下で２〜３本、４００〜８００ｍ２で３〜６本、表面積が８００ｍ２を超えると６本以上であり、暫定汚染域７内で分散配置すると、揚水量が不足することが少ないので好ましい。揚水井１０には、汚染域７の深度に対応する深さ位置に、編目状のスクリーンを設けてもよく、該スクリーンによって、汚染水を揚水井１０に吸い上げる際に土壌が揚水井１０に侵入することを防ぐ。このスクリーンが地下水および注水の標高差による自然な流れを阻害するならば、該スクリーンの取り付けを要しない。
【００２１】
本発明の改質方法において、給水井８は、通常、水位センサを用いて自動給水を行い、揚水井１０の上手に設置することを要する。前記の水位センサにより、給水井８への水補給は、例えば、水面が地表面より−３０ｃｍに下がると自動的に給水するように設定する。給水井８は揚水井１０よりも浅く、浅くすることで送り込まれた注水は、封鎖された暫定汚染域７内で横方向および深さ方向に浸透し、汚染土壌中の重金属の溶出して浄化を促進する。このため、給水井８を浅く穿孔する方が効果的であり、しかも水の使用量および給水井８の設置費用が安価になる。
【００２２】
給水井８への注水について、ｐＨ値が中性であると溶出速度が遅いヒ素、カドミウムなどの重金属が多量に存在する場合、この注水に弱酸性や弱塩基性物質を少量添加して溶出を促進させることも可能である。添加剤を加えた注水および第１帯水層１を流れる地下水は、標高の低い側へ流れ、汚染区域を通過する際に、該汚染区域内の遊離または土壌粒に吸着の汚染物質を容易に注水や地下水へ溶出する。第１帯水層１中の汚染物質および土壌粒は、地下水と充分になじんでいるため、注水および地下水は汚染物質や土壌粒の隙間をくまなく流れる。したがって、注水に加えた添加剤は、汚染物質や土壌粒子および地下水と接触し、汚染物質の溶出が汚染区域の全般にわたって迅速に行われる。
【００２３】
所要数の揚水井１０を遮水層２の標高の低い側に位置することにより、汚染物質が溶出した汚染水を各揚水井１０を通してポンプ１２で地上に汲み上げる。汲み上げた水は、地上に設置した水処理プラント（図示しない）で順次最終処理を行い、排水の指定基準値以下になるように汚染水から汚染物質を除去した後に放流する。この浄化処理により、土壌汚染法で指定基準を超えた汚染物質を顕著に減らすかまたはほぼ完全に除去することができ、少なくとも入替えが必要な土壌の量が減少する。
【００２４】
汚染物質が溶出した汚染水は、水処理プラントで汚染物質が除去された後に、再び給水井８に注入して循環使用することも可能である。この水の循環使用を継続すると、暫定汚染域７の浄化が次第に進行し、放流水を減らすことができる。水処理後の水を循環使用すれば、地下水も利用して汚染物質を洗い流すので浄化期間が短縮され、注水の供給量も節約できるので経済的である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る汚染土壌の改質方法では、地下水位よりも下方の汚染域に水を常に供給することにより、所定の汚染域内において汚染物質が地下水へ溶出することを促進し、これを揚水井で汲み出すことだけで汚染土壌の浄化期間を短縮できる。本発明方法において、上手の給水井は常に所定の給水量を保つだけでよく、水位センサを取り付けても手動処理することも可能であり、一方、下手の揚水井から汲み上げた水は水処理プラントに送った後に、該水処理プラントで最終処理を行ってから下水へ排水すればよい。
【００２６】
本発明方法により、指定基準を超えた汚染物質を土壌から排出し、入替えが必要な土壌の量を顕著に減少させることができ、場合によっては汚染物質がほぼ完全に除去されて入れ替え土壌が不要になる。例えば、地下約５ｍまで汚染されていた土壌は、約半年で地下約１ｍまで浄化でき、本発明方法を適用すると、約半年という短期間で汚染土壌の入替量が約１/５となる。したがって、１立方メートル当たりで非常に高価格な土壌入替え費用を節減でき、本発明方法によって汚染土壌の改質処理を安価に実施可能になる。
【実施例１】
【００２７】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。土壌汚染法によって指定区域となった汚染土壌は、図１に示すような地層を有し、汚染土壌の第１帯水層１の下方において、深さ５．０ｍ以下に不透水層である遮水層２が存在し、さらに深さ１０．０〜１０．５ｍ以下に第２帯水層３が存在する。
【００２８】
ホウ素、フッ素、鉛の重金属に関して指定区域となった汚染土壌について、多数枚の矢板５を遮水層２まで垂直に打ち込み、表面積４００ｍ２の土地の周囲を矢板５で密に取り囲んだうえに、土地表面をコンクリート６で被覆する。コンクリート６の厚さは、駐車場所となるので２００ｍｍである。図２に例示するように、矩形平面に囲い込んだ暫定汚染域７において、直径１５０ｍｍで深さ３ｍの給水井８を１本穿孔し、該給水井の位置は暫定汚染域７の隅部近傍である。給水井８には、水位センサ（図示しない）を取り付け、該給水井の水面が地表面より−３０ｃｍ以下に下がると、水位センサが作動することによって自動的に給水し、給水井８には常に一定の給水量を保持する。
【００２９】
一方、給水井８よりも深い揚水井１０を該給水井の下手に穿孔し、揚水井１０の位置は暫定汚染域７において該給水井から離している。揚水井１０の制御システムを図３に例示し、該揚水井に設置するポンプ１２は、例えば、給水量９リットル／分、全揚定７ｍの給水ポンプ（商品名：エバラフレッシャー・ミニ２０ＨＰＮ５、荏原製作所製）である。ポンプ１２の揚水管路１４は、揚水井１０の下端部近傍から揚水井内を上方へ垂直に延設され、地表において水平に屈曲してポンプ１２に至る。一方、ポンプ１２の排水管路１６は、流量計１８を取り付けて水平に延設し、水処理システム（図示しない）へ排水を送る。
【００３０】
ポンプ１２は、ポンプ制御盤２０と電気的に接続する。制御盤２０には、揚水井１０の下方部に渇水電極２２を、および揚水井上方部に再起動電極２４を設置する。暫定汚染域７において、地下水位２６が渇水電極２２の位置まで下降すると、該電極がオンになって稼働中のポンプ１２を停止する。地下水位２６が再起動電極２４の位置まで上昇すると、該電極がオンになって停止中のポンプ１２が稼動する。ポンプ制御盤２０は揚水制御装置２８と接続し、該装置は流量計１８とも電気的に接続する。
【００３１】
揚水制御装置２８は、揚水井１０内で該揚水井の下方部に取り付けた水位センサ３０と電気的に接続し、さらに２孔まで測定可能な観測井３２内において、その下方に取り付けた水位センサ３４と接続する。観測井３２は、暫定汚染域７を確定する矢板５の外側に配置し、暫定汚染域７と汚染域外の地下水位２６の差を測定するために用いる。
【００３２】
図２に示す暫定汚染域７では、３本の揚水井１０を給水井８より下手に配置する。深さ４ｍの揚水井１０ａは、暫定汚染域７のほぼ中央に穿孔する。深さ５ｍの揚水井１０ｂは、暫定汚染域７において給水井８と反対側の側壁中間付近に穿孔する。また、深さ５ｍの揚水井１０ｃは、暫定汚染域７において給水井８と反対側の前後壁中間付近に穿孔する。
【００３３】
この実施例では、給水井８を揚水井１０の上手に設置し、水位センサを用いて自動給水を行う。給水井８の深さは、各揚水井１０の深さと同等以下に浅くしており、浅くすることで給水された水は、封鎖された暫定汚染域７の範囲内で横方向および深さ方向に浸透し、土壌中の重金属を溶出して浄化を促進する。浄化された水は、最深度の深さまで掘られた揚水井１０によって汲み上げ、ついで水処理プラントに送る。この揚水は、水処理プラント中で順次最終処理を行い、排水の指定基準値以下にした後に放流する。
【００３４】
この実施例によって、表面積４００ｍ２の暫定汚染域７の浄化処理を行なった。暫定汚染域７では、浄化処理を実施する前の深度方向について各重金属の溶出量を表１の左側に示す。比較のために、図４に示す同面積の別の汚染域について、各重金属の溶出量を表１の右側に示す。比較例では、３本の揚水井を１０ａ、１０ｂ、１０ｃと同じ深さと位置に穿孔し、給水井だけを設置せずに浄化処理を行なった。下記の各表は、図２または図４に示す位置において、各日数処理後にそれぞれ深さ５ｍまでのコアサンプルを採取し、土壌溶出の分析を行なった結果である。この採集位置はＡ（図２）である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
処理開始１ヶ月後における各重金属の溶出量を表２に示す。この採集位置はＢ（図２）である。
【００３７】
【表２】
【００３８】
処理開始３ヶ月後における各重金属の溶出量を表３に示す。この採集位置はＣ（図２）である。
【００３９】
【表３】
【００４０】
処理開始６ヶ月後における各重金属の溶出量を表４に示す。この採集位置はＤ（図２）である。
【００４１】
【表４】
【００４２】
下手の各揚水井から汲み上げられた揚水は、水処理プラントまで管路を通して送った後に、該水処理プラントにおいて順次最終処理を行い、排水基準値以下としたから下水へ排水した。比較例の揚水についても、同様の処理を行なった。
【００４３】
前記の各表から明らかなように、この実施例によると、深さ５ｍまで汚染されていた土壌も、６カ月間の浄化処理によって、各汚染物質の溶出量が深さ約１ｍまで１．０ｍｇ／ｌ以下になり、本発明方法で汚染土壌が速やかに浄化されることが判る。一方、比較例では、６ケ月後もほとんど浄化が進んでいない。この結果、本発明方法を用いることにより、約半年という短期間で土壌の入替量を約１/５に減らすことができ、安価な改質処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明方法を実施した汚染土壌を含む地層の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】実施例における給水井および揚水井の配置状態の一例を示す汚染域の概略平面図である。
【図３】揚水井における揚水制御システムを示す説明図である。
【図４】比較例における揚水井の配置状態を示す図２と同様の概略平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 第１帯水層
２ 遮水層
５ 矢板
７ 暫定汚染域
８ 給水井
１０ 揚水井
１２ ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌汚染法によって指定区域となって封鎖された地域について、その地域に含まれる重金属類などの汚染物質を給水井と揚水井を用いて除去することにより、土壌改良を短期間に安価で行なう汚染土壌の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場排水の浸透、工場における有害物質の長期滞積、産業廃棄物の不法投棄、廃棄物の埋立て処分などによって、土壌汚染が進んで指定区域となった土地に対して、一般的に、浄化処理法や土壌の入替え法などが実施されている。この入替え法は、汚染土壌の総てを掘削撤去して良質土を埋め戻す。この入替え法は、汚染域の深度がごく浅い場合には有効な手段であっても、汚染域の深度が約５ｍ以上のように深くなると、土壌の掘削量が急増して処理費用が膨大になってしまう。
【０００３】
一方、浄化処理法として、土壌汚染対策法施行以前では、汚染土壌の周囲に複数本の井戸を穿孔し、汚染された地下水をポンプで汲み上げて浄化していた。この浄化処理法では、揚水井と同じ深さの給水井を該揚水井の上手に穿孔して地下水を処理するために、汚染区域の深度が深く且つ該汚染区域が地下水位よりも下部の帯水層にあり、該帯水層中に廃棄物または汚染土壌が含まれていても有効である。例えば、透水層の下方に存在する不透水層の高さを測定し、該不透水層の標高の高い側に給水井を穿孔して水を強制的に注入する。注入した水は標高の低い側に流れ、汚染区域を通過する際に、該汚染区域から汚染物質を溶出する。揚水井は、不透水層の標高の低い側に適宜穿孔され、汚染物質が溶出した汚染水をポンプで地上に汲み上げ、水処理プラントで汚染物質を除去し、処理済みの水を再び給水井に注入して循環させる。また、給水井および揚水井には、汚染区域の深度に対応する深さ位置においてネット状のスクリーンを設け、該スクリーンによって地下水および注水の標高差による自然な流れは期待できなくても、汚染土壌の地表面を表面遮水工で覆うことにより、雨水などが土壌中へ浸透することを防止できる。
【０００４】
特開平１１−９０４１０号で開示した改質法は、地下水位より上方に位置する汚染域を浄化対象としており、給水井の透水孔および揚水井の吸引孔をともに地下水位より上方に位置させ、揚水井の吸引孔だけを地下水位の直下に配置する。給水井に注入する媒体として、熱水、加熱空気、酸性溶液、アルカリ性溶液、界面活性剤または有機溶剤を例示している。特開２００４−３１３８１５号では、汚染域および注水を加熱する媒体を該汚染域に注入することにより、粘性が高かったりまたは水への溶解度が小さい汚染物質が注入水および地下水へ溶出することを促進する。また、特開２００４−３３００８４号では、注水に弱酸性または弱アルカリ性物質を添加する。
【特許文献１】特開平１１−９０４１０号公報
【特許文献２】特開２００４−３１３８１５号公報
【特許文献３】特開２００４−３３００８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開平１１−９０４１０号の改質法は、給水井のスクリーンが地下水位より上部に配置されているため、地下水流による汚染物質の洗浄効果が期待できず、給水井からの注水だけの洗浄効果となり、浄化期間を短縮するには大量の注水を供給する必要がある。また、汚染区域の地中において、注水の通り道にある汚染物だけを洗浄し、通り道以外の汚染物を洗浄することができない。
【０００６】
前記の改質法において、注入媒体として熱水、加熱空気、弱酸性または弱アルカリ性物質などを使用するため、所定の物質の製造費用分および注水に対する添加費用分がコスト高になるうえに、注入媒体による２次汚染のおそれが生じる。また、溶解度が小さい汚染物質は、土壌粒子に吸着したままで注水に溶出されにくいために、単位時間当たりの浄化効率が小さく、浄化期間が長期化する事態が発生しやすい。
【０００７】
本発明は、従来の改質法に関する前記の問題点を改善するために提案されたものであり、所定長さで所要数の給水井と揚水井ならびに水処理プラントを組み合わせることで汚染土壌の浄化を促進し、汚染域内の浄化処理を短期間に安価で行なう汚染土壌の改質方法を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、確定した汚染域内を浄化することで土壌の入替え量を減らし且つ安価に土壌改良を行なう汚染土壌の改質方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る汚染土壌の改質方法は、汚染域において自動給水する給水井を穿孔し、該給水井には水位センサを取り付けて常に所定の給水量を保持する。一方、揚水井を給水井より下手に配置して穿孔し、該揚水井の深さが給水井のそれよりも深いことにより、給水井から汚染域に送り込んだ注水は地中で周辺方向および深さ方向に浸透し、汚染物質を溶出させてから揚水井で地上に汲み上げる。
【０００９】
本発明の改質方法では、粘度またはシルトなどの遮水層が深さ３〜１０ｍに形成された土地において、止水壁を遮水層まで打ち込んで暫定汚染域を確定すると好ましい。この改質方法は、暫定汚染域内に設けた給水井から注水を常に地中へ送り込み、地中において暫定汚染域を経由して流通させ、汚染物質を溶出させてから注水を揚水井で取り出し、該揚水井から汲み上げた地下水を水処理プラントによって浄化すればよい。
【００１０】
本発明の改質方法において、止水壁によって表面積５０〜２５０ｍ２の暫定汚染域を確定し、給水井は暫定汚染域内において深さ２〜８ｍで１本または複数本であり、揚水井は深さ２．５〜９．５ｍで給水井と同数またはそれ以上の本数を有する。また、給水井への注水は、水道管から直接常圧で供給するか、または送水ポンプによって加圧しながら地中へ送り込むと好ましい。
【００１１】
本発明方法を図面によって説明すると、土壌汚染法で指定区域となって封鎖された汚染土壌に本発明方法を適用するには、その土地が所定の地層で構成されていることが望ましい。この地層を図１に例示し、一般に、地下水位２６（図３）を含む第１帯水層１が重金属類などからなる汚染層であり、この汚染層は地表から地中１０ｍ程度までの深度に形成されている。地下水位２６より上方の透水層は、例えば、透水係数が１０−２〜１０−４ｃｍ／秒程度の地下水の流速が早い砂質土からなる層である。
【００１２】
汚染層に含まれる汚染物質は、例えば、鉛，カドミウムなどの重金属、ホウ素，フッ素，ヒ素などの化学物質、ガソリン，軽油などの油類であり、水溶性，非水溶性を問わない。本発明方法では、中性付近のｐＨ値では溶出速度が遅いとされる鉛やカドミウムの重金属類についても、注水および地下水が汚染物質または土壌粒子の隙間を常に広く且つくまなく流れることにより、浄化期間が長期化することはない。
【００１３】
前記の地層では、粘度またはシルトなどの遮水層２は不透水層または難透水層とも称し、該遮水層の上面は深さ３〜１０ｍに形成され、その縦幅は５ｍ以上である。遮水層２は、透水係数が１０−６〜１０−７ｃｍ／秒程度の沖積粘土層または洪積粘土層からなることが多い。遮水層２が深さ３ｍ未満であれば、本発明方法のように給水井８および揚水井１０を穿孔して改質する必要がなく、深さ１０ｍを超えると本発明方法を適用することは困難である。
【００１４】
本発明方法では、汚染土壌において、まず第１帯水層１の下方に位置する遮水層２の標高を測定する。この汚染土壌において、止水壁を環状平面になるように打ち込むため、例えば、多数枚の矢板５を遮水層２まで垂直に打ち込み、全周を矢板５で密に取り囲んで表面積１００〜１０００ｍ２の暫定汚染域７を確定する。暫定汚染域７の表面積が１００ｍ２未満であれば、本発明方法のように給水井８および揚水井１０を穿孔して改質するまでもなく、表面積が１０００ｍ２を超えると浄化期間が長期化しやすいので、暫定汚染域７を１０００ｍ２以下に再分割することが望ましい。例えば、汚染土壌である指定区域の全面積が３２００ｍ２であれば、８００ｍ２ずつ分割４回、４００ｍ２ずつ８回などのいずれでもよいが、通常、暫定汚染域７の表面積は４００〜８００ｍ２程度が好適である。
【００１５】
暫定汚染域７内は、給水井８および揚水井１０を除いて土地表面をコンクリート６などの舗装材で被覆する。この舗装材の厚さは、法律で１００ｍｍ以上にすることが規定されている。この舗装材は、最終的に、汚染土壌の入替を多少でも行うならば剥離されることになる。暫定汚染域７において、遮水層２に達する深さの止水壁で汚染土壌の外周を包囲し、且つ地表面を遮水性の舗装材で覆うことにより、汚染物質が周囲へ漏出することを防ぎ、雨水などが汚染土壌中へ浸透することを防止する。
【００１６】
暫定汚染域７において、所要数の給水井８を遮水層２の標高の高い側に掘削・穿孔するし、該給水井に水を送り込む。給水井８は、直径１００〜２００ｍｍ程度であると、十分な給水量を保ちうるうえで好ましい。給水井８は、揚水井１０の上手に設置し、その深さは、深さ２〜８ｍであって、遮水層２の標高の高い側であるから揚水井１０よりも浅くなり、通常、第１帯水層１の深さの５０〜８０％の深さであると、暫定汚染域７内において注水が横方向および深さ方向に浸透しやすいので好ましい。給水井８からの注水は、送水ポンプなどの圧力装置を用いて強制的に行なうと、地中における水拡散を促進する効果が向上する反面、設備費用がアップになる。
【００１７】
給水井８の本数は、該給水井の直径と深さにも依存するが、一般に暫定汚染域７の広さに応じて定め、通常は暫定汚染域７の表面積が４００ｍ２以下であれば１本、表面積が８００ｍ２を超えると３本程度であると、給水量が不足することが少ないので好ましい。地下水流に関して、上手側の給水井８は常に所定の給水量を保つだけでよく、水位センサを取り付けて自動給水しても、数本の給水井８であれば手動処理も可能である。
【００１８】
給水井８の水位センサは、例えば、給水井８内で通常２個１組に取り付けると好ましい。図示しないけれども、送水管開閉用のソレノイドバルブを水道管に介在させ、渇水用の水位センサを地表面より−３０ｃｍおよび停止用の水位センサを地表面に設置し、該バルブと両水位センサをそれぞれ接続する。給水井８の水面が地表面より−３０ｃｍ以下に下がると、渇水用の水位センサが作動し、ソレノイドバルブを開いて自動的に給水し、水面が地表面に達するとソレノイドバルブを閉じて給水を停止する。
【００１９】
一方、所要数の揚水井１０を遮水層２の標高の低い側に掘削・穿孔し、汚染物質が溶出した汚染水を揚水井１０を通してポンプ１２で地上に汲み上げる。揚水井１０は、給水井８と同様に直径１００〜２００ｍｍ程度であると、十分な揚水量を確保できるので好ましい。揚水井１０は、給水井８の下手に設置し、その深さは、２．５〜９．５ｍであって、遮水層２の標高の低い側であるから給水井８の深さよりも大きく、通常、第１帯水層１の深さの７０〜９５％の深さであると、暫定汚染域７内において横方向および深さ方向に浸透した注水および地下水を汲み上げやすいので好ましい。
【００２０】
揚水井１０の本数は、一般に暫定汚染域７の広さ、土質、給水井８の注水量などに依存するが、通常は暫定汚染域７の表面積が４００ｍ２以下で２〜３本、４００〜８００ｍ２で３〜６本、表面積が８００ｍ２を超えると６本以上であり、暫定汚染域７内で分散配置すると、揚水量が不足することが少ないので好ましい。揚水井１０には、汚染域７の深度に対応する深さ位置に、編目状のスクリーンを設けてもよく、該スクリーンによって、汚染水を揚水井１０に吸い上げる際に土壌が揚水井１０に侵入することを防ぐ。このスクリーンが地下水および注水の標高差による自然な流れを阻害するならば、該スクリーンの取り付けを要しない。
【００２１】
本発明の改質方法において、給水井８は、通常、水位センサを用いて自動給水を行い、揚水井１０の上手に設置することを要する。前記の水位センサにより、給水井８への水補給は、例えば、水面が地表面より−３０ｃｍに下がると自動的に給水するように設定する。給水井８は揚水井１０よりも浅く、浅くすることで送り込まれた注水は、封鎖された暫定汚染域７内で横方向および深さ方向に浸透し、汚染土壌中の重金属の溶出して浄化を促進する。このため、給水井８を浅く穿孔する方が効果的であり、しかも水の使用量および給水井８の設置費用が安価になる。
【００２２】
給水井８への注水について、ｐＨ値が中性であると溶出速度が遅いヒ素、カドミウムなどの重金属が多量に存在する場合、この注水に弱酸性や弱塩基性物質を少量添加して溶出を促進させることも可能である。添加剤を加えた注水および第１帯水層１を流れる地下水は、標高の低い側へ流れ、汚染区域を通過する際に、該汚染区域内の遊離または土壌粒に吸着の汚染物質を容易に注水や地下水へ溶出する。第１帯水層１中の汚染物質および土壌粒は、地下水と充分になじんでいるため、注水および地下水は汚染物質や土壌粒の隙間をくまなく流れる。したがって、注水に加えた添加剤は、汚染物質や土壌粒子および地下水と接触し、汚染物質の溶出が汚染区域の全般にわたって迅速に行われる。
【００２３】
所要数の揚水井１０を遮水層２の標高の低い側に位置することにより、汚染物質が溶出した汚染水を各揚水井１０を通してポンプ１２で地上に汲み上げる。汲み上げた水は、地上に設置した水処理プラント（図示しない）で順次最終処理を行い、排水の指定基準値以下になるように汚染水から汚染物質を除去した後に放流する。この浄化処理により、土壌汚染法で指定基準を超えた汚染物質を顕著に減らすかまたはほぼ完全に除去することができ、少なくとも入替えが必要な土壌の量が減少する。
【００２４】
汚染物質が溶出した汚染水は、水処理プラントで汚染物質が除去された後に、再び給水井８に注入して循環使用することも可能である。この水の循環使用を継続すると、暫定汚染域７の浄化が次第に進行し、放流水を減らすことができる。水処理後の水を循環使用すれば、地下水も利用して汚染物質を洗い流すので浄化期間が短縮され、注水の供給量も節約できるので経済的である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る汚染土壌の改質方法では、地下水位よりも下方の汚染域に水を常に供給することにより、所定の汚染域内において汚染物質が地下水へ溶出することを促進し、これを揚水井で汲み出すことだけで汚染土壌の浄化期間を短縮できる。本発明方法において、上手の給水井は常に所定の給水量を保つだけでよく、水位センサを取り付けても手動処理することも可能であり、一方、下手の揚水井から汲み上げた水は水処理プラントに送った後に、該水処理プラントで最終処理を行ってから下水へ排水すればよい。
【００２６】
本発明方法により、指定基準を超えた汚染物質を土壌から排出し、入替えが必要な土壌の量を顕著に減少させることができ、場合によっては汚染物質がほぼ完全に除去されて入れ替え土壌が不要になる。例えば、地下約５ｍまで汚染されていた土壌は、約半年で地下約１ｍまで浄化でき、本発明方法を適用すると、約半年という短期間で汚染土壌の入替量が約１/５となる。したがって、１立方メートル当たりで非常に高価格な土壌入替え費用を節減でき、本発明方法によって汚染土壌の改質処理を安価に実施可能になる。
【実施例１】
【００２７】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。土壌汚染法によって指定区域となった汚染土壌は、図１に示すような地層を有し、汚染土壌の第１帯水層１の下方において、深さ５．０ｍ以下に不透水層である遮水層２が存在し、さらに深さ１０．０〜１０．５ｍ以下に第２帯水層３が存在する。
【００２８】
ホウ素、フッ素、鉛の重金属に関して指定区域となった汚染土壌について、多数枚の矢板５を遮水層２まで垂直に打ち込み、表面積４００ｍ２の土地の周囲を矢板５で密に取り囲んだうえに、土地表面をコンクリート６で被覆する。コンクリート６の厚さは、駐車場所となるので２００ｍｍである。図２に例示するように、矩形平面に囲い込んだ暫定汚染域７において、直径１５０ｍｍで深さ３ｍの給水井８を１本穿孔し、該給水井の位置は暫定汚染域７の隅部近傍である。給水井８には、水位センサ（図示しない）を取り付け、該給水井の水面が地表面より−３０ｃｍ以下に下がると、水位センサが作動することによって自動的に給水し、給水井８には常に一定の給水量を保持する。
【００２９】
一方、給水井８よりも深い揚水井１０を該給水井の下手に穿孔し、揚水井１０の位置は暫定汚染域７において該給水井から離している。揚水井１０の制御システムを図３に例示し、該揚水井に設置するポンプ１２は、例えば、給水量９リットル／分、全揚定７ｍの給水ポンプ（商品名：エバラフレッシャー・ミニ２０ＨＰＮ５、荏原製作所製）である。ポンプ１２の揚水管路１４は、揚水井１０の下端部近傍から揚水井内を上方へ垂直に延設され、地表において水平に屈曲してポンプ１２に至る。一方、ポンプ１２の排水管路１６は、流量計１８を取り付けて水平に延設し、水処理システム（図示しない）へ排水を送る。
【００３０】
ポンプ１２は、ポンプ制御盤２０と電気的に接続する。制御盤２０には、揚水井１０の下方部に渇水電極２２を、および揚水井上方部に再起動電極２４を設置する。暫定汚染域７において、地下水位２６が渇水電極２２の位置まで下降すると、該電極がオンになって稼働中のポンプ１２を停止する。地下水位２６が再起動電極２４の位置まで上昇すると、該電極がオンになって停止中のポンプ１２が稼動する。ポンプ制御盤２０は揚水制御装置２８と接続し、該装置は流量計１８とも電気的に接続する。
【００３１】
揚水制御装置２８は、揚水井１０内で該揚水井の下方部に取り付けた水位センサ３０と電気的に接続し、さらに２孔まで測定可能な観測井３２内において、その下方に取り付けた水位センサ３４と接続する。観測井３２は、暫定汚染域７を確定する矢板５の外側に配置し、暫定汚染域７と汚染域外の地下水位２６の差を測定するために用いる。
【００３２】
図２に示す暫定汚染域７では、３本の揚水井１０を給水井８より下手に配置する。深さ４ｍの揚水井１０ａは、暫定汚染域７のほぼ中央に穿孔する。深さ５ｍの揚水井１０ｂは、暫定汚染域７において給水井８と反対側の側壁中間付近に穿孔する。また、深さ５ｍの揚水井１０ｃは、暫定汚染域７において給水井８と反対側の前後壁中間付近に穿孔する。
【００３３】
この実施例では、給水井８を揚水井１０の上手に設置し、水位センサを用いて自動給水を行う。給水井８の深さは、各揚水井１０の深さと同等以下に浅くしており、浅くすることで給水された水は、封鎖された暫定汚染域７の範囲内で横方向および深さ方向に浸透し、土壌中の重金属を溶出して浄化を促進する。浄化された水は、最深度の深さまで掘られた揚水井１０によって汲み上げ、ついで水処理プラントに送る。この揚水は、水処理プラント中で順次最終処理を行い、排水の指定基準値以下にした後に放流する。
【００３４】
この実施例によって、表面積４００ｍ２の暫定汚染域７の浄化処理を行なった。暫定汚染域７では、浄化処理を実施する前の深度方向について各重金属の溶出量を表１の左側に示す。比較のために、図４に示す同面積の別の汚染域について、各重金属の溶出量を表１の右側に示す。比較例では、３本の揚水井を１０ａ、１０ｂ、１０ｃと同じ深さと位置に穿孔し、給水井だけを設置せずに浄化処理を行なった。下記の各表は、図２または図４に示す位置において、各日数処理後にそれぞれ深さ５ｍまでのコアサンプルを採取し、土壌溶出の分析を行なった結果である。この採集位置はＡ（図２）である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
処理開始１ヶ月後における各重金属の溶出量を表２に示す。この採集位置はＢ（図２）である。
【００３７】
【表２】
【００３８】
処理開始３ヶ月後における各重金属の溶出量を表３に示す。この採集位置はＣ（図２）である。
【００３９】
【表３】
【００４０】
処理開始６ヶ月後における各重金属の溶出量を表４に示す。この採集位置はＤ（図２）である。
【００４１】
【表４】
【００４２】
下手の各揚水井から汲み上げられた揚水は、水処理プラントまで管路を通して送った後に、該水処理プラントにおいて順次最終処理を行い、排水基準値以下としたから下水へ排水した。比較例の揚水についても、同様の処理を行なった。
【００４３】
前記の各表から明らかなように、この実施例によると、深さ５ｍまで汚染されていた土壌も、６カ月間の浄化処理によって、各汚染物質の溶出量が深さ約１ｍまで１．０ｍｇ／ｌ以下になり、本発明方法で汚染土壌が速やかに浄化されることが判る。一方、比較例では、６ケ月後もほとんど浄化が進んでいない。この結果、本発明方法を用いることにより、約半年という短期間で土壌の入替量を約１/５に減らすことができ、安価な改質処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明方法を実施した汚染土壌を含む地層の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】実施例における給水井および揚水井の配置状態の一例を示す汚染域の概略平面図である。
【図３】揚水井における揚水制御システムを示す説明図である。
【図４】比較例における揚水井の配置状態を示す図２と同様の概略平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 第１帯水層
２ 遮水層
５ 矢板
７ 暫定汚染域
８ 給水井
１０ 揚水井
１２ ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染域において自動給水する給水井を穿孔し、該給水井には水位センサを取り付けて常に所定の給水量を保ち、一方、揚水井を給水井より下手に配置して穿孔し、該揚水井の深さが給水井のそれよりも深いことにより、給水井から汚染域に送り込んだ注水は地中で周辺方向および深さ方向に浸透し、汚染物質を溶出させてから揚水井で地上へ汲み上げる汚染土壌の改質方法。
【請求項２】
粘度またはシルトなどの遮水層の上面が深さ３〜１０ｍに形成された土地において、止水壁を遮水層まで打ち込んで暫定汚染域を確定し、暫定汚染域内に穿孔した給水井から注水を常に地中へ送り込み、地中において暫定汚染域を経由して流通させ、汚染物質を溶出させてから注水を揚水井で取り出し、該揚水井から汲み上げた地下水を水処理プラントによって浄化する汚染土壌の改質方法。
【請求項３】
止水壁によって暫定汚染域を確定し、給水井は暫定汚染域内において深さ２〜８ｍで１本または複数本を有し、且つ揚水井は深さ２．５〜９．５ｍで給水井と同数またはそれ以上の本数を有する請求項１または２記載の改質方法。
【請求項４】
給水井への注水は、水道管から直接常圧で供給するか、または送水ポンプによって加圧しながら地中へ強制的に送り込む請求項１または２記載の方法。
【請求項１】
汚染域において自動給水する給水井を穿孔し、該給水井には水位センサを取り付けて常に所定の給水量を保ち、一方、揚水井を給水井より下手に配置して穿孔し、該揚水井の深さが給水井のそれよりも深いことにより、給水井から汚染域に送り込んだ注水は地中で周辺方向および深さ方向に浸透し、汚染物質を溶出させてから揚水井で地上へ汲み上げる汚染土壌の改質方法。
【請求項２】
粘度またはシルトなどの遮水層の上面が深さ３〜１０ｍに形成された土地において、止水壁を遮水層まで打ち込んで暫定汚染域を確定し、暫定汚染域内に穿孔した給水井から注水を常に地中へ送り込み、地中において暫定汚染域を経由して流通させ、汚染物質を溶出させてから注水を揚水井で取り出し、該揚水井から汲み上げた地下水を水処理プラントによって浄化する汚染土壌の改質方法。
【請求項３】
止水壁によって暫定汚染域を確定し、給水井は暫定汚染域内において深さ２〜８ｍで１本または複数本を有し、且つ揚水井は深さ２．５〜９．５ｍで給水井と同数またはそれ以上の本数を有する請求項１または２記載の改質方法。
【請求項４】
給水井への注水は、水道管から直接常圧で供給するか、または送水ポンプによって加圧しながら地中へ強制的に送り込む請求項１または２記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２２３９５６（Ｐ２００６−２２３９５６Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３８７８９（Ｐ２００５−３８７８９）
【出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【出願人】（３９００２４４６４）協和電線株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【出願人】（３９００２４４６４）協和電線株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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