汚染地下水の原位置浄化方法
【課題】塩素化エチレン等の揮発性有機塩素化合物により汚染された地下水を、地盤の状況にとらわれることなく、原位置にて経済的でかつ効果的に浄化することを可能とした、汚染地下水の原位置浄化方法を提案する。
【解決手段】地盤内に設置されたスパージング井戸１０から、気体Ａと有機物材料を含有する液体Ｗとを注入するとともに、地盤内に設置された揚水井戸４０により汚染地下水Ｗ０を揚水する汚染地下水の原位置浄化方法であって、気体Ａが、大気より酸素の含有量が低い気体であることを特徴としている。
【解決手段】地盤内に設置されたスパージング井戸１０から、気体Ａと有機物材料を含有する液体Ｗとを注入するとともに、地盤内に設置された揚水井戸４０により汚染地下水Ｗ０を揚水する汚染地下水の原位置浄化方法であって、気体Ａが、大気より酸素の含有量が低い気体であることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染物質を含有する地下水を、非掘削（原位置）で浄化する、汚染地下水の原位置浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場、廃棄物処理場、不法投棄箇所等からの汚染物質の流出が原因による、土壌汚染とそれに伴う地下水汚染が社会的な問題となっている。
このような汚染物質のうち、汚染頻度の高いテトラクロロエチレンやトリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物は、嫌気性微生物により脱塩素化され無害化されることが確認されている。
【０００３】
従来、揮発性有機塩素化合物等により汚染された地下水に対して、原位置において嫌気環境を形成するとともに脱塩素化に必要な水素を供給できる有機物材料を注入することにより浄化する汚染地下水の浄化方法が多数開発されており、実用化に至っている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、有機物材料を井戸やドレーンから自然注入することにより浄化する浄化方法が開示されている。また、特許文献２には、井戸からの高圧注入やウォータージェット等による強制的注入により、有機物材料を土壌に供給して浄化する浄化方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０２６５５２号公報（段落［００１５］〜［００１６］、図３）
【特許文献２】特開２００５−３０５３２１号公報（段落［００３０］〜［００３８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、有機物材料を自然注入する浄化方法は、透水性の低い地盤では、汚染地域全体に有機物質を供給するために注入用の井戸を多数配置する必要があり、コストが高くなるという問題点を有していた。
【０００７】
また、有機物材料を強制注入する浄化方法は、高圧の液体を地盤に注入することにより土質構造を破壊してしまう場合があり、地盤の均一性が破壊されて、浄化が不均一になる虞があった。また、高濃度汚染域における高圧注入は、汚染物質を非汚染域に拡散させる場合があった。
【０００８】
本発明は、前記問題点を解決することを目的とするものであり、揮発性有機塩素化合物により汚染された地下水を、地盤の状況にとらわれることなく、原位置にて経済的でかつ効果的に浄化することを可能とした、汚染地下水の原位置浄化方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、汚染地下水の浄化を行う領域の地盤内に設置された単数または複数のスパージング井戸から、気体と有機物材料を含有する液体とを注入する汚染地下水の原位置浄化方法であって、前記気体が、大気より酸素の含有量が低い気体であることを特徴としている。
【００１０】
かかる汚染地下水の原位置浄化方法は、気体として、大気ではなく、酸素の濃度が大気よりも低いものを使用することで、スパージングにより好気環境になることを防いでいる。そのため、スパージング井戸から気体とともに供給される有機物材料が浄化対象となる地盤に到達する前に分解されることを防げる。そして、有機物材料が地盤内に行きわたり、浄化を均一に行うことができる。
【００１１】
このような気体としては、不活性ガス、特に窒素、二酸化炭素、アルゴンガスおよびヘリウムからなる群より少なくとも一種以上選択されてなるものが好適に使用される。
【００１２】
また、気体とともに有機物材料を含有する液体を注入することにより、気体の吐出圧を利用して液体を地盤に効率的に注入することが可能となる。そのため、必要最小限の設備により効率的に浄化を行うことができ、経済的である。
また、汚染物質の気化回収効果を有しているため、高濃度汚染に対応でき、同時に有機物供給を行う微生物分解効果（脱塩素効果）を高めることが可能なため、汚染濃度が低下した後も浄化効率が低下しない。
【００１３】
また、１つのスパージング井戸を供用して気体と液体との注入を行うことにより、少ない井戸数にてスパージング法と有機物注入法とを同時に実施することが可能となる。
【００１４】
さらに、比較的簡易な設備により、高濃度に汚染された汚染地下水を浄化することが可能となるため、その設置・撤去が容易で施工性に優れ、設備投資の費用も削減でき、さらに、非掘削のため撤去後の用地の再利用時にも支障をきたすことがない、環境に配慮した原位置における地下水の浄化を実施することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、汚染地下水の浄化を行う領域の地盤内に設置された単数または複数のスパージング井戸から、気体と有機物材料を含有する液体とを注入する汚染地下水の原位置浄化方法であって、前記有機物材料が、コロイド状の徐放性有機物であることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明であって、前記地盤内に注入された前記気体による浄化効率が低下した後、前記スパージング井戸からの前記気体と前記液体の注入を停止することで、該地盤内に注入された前記有機物材料による脱塩素化を促進させることを特徴としている。
【００１７】
かかる汚染地下水の原位置浄化方法によれば、スパージング中は、気化効果により一定量の揮発性有機塩素化合物は除去されるが、注入される気体に酸素が含まれる場合には、地盤内は好気環境となり、有機塩素化合物の脱塩素化は進行しない。しかしながら、有機物材料が地盤内に存在した状態でスパージングを停止すると、徐放性有機物から有機物が地下水に徐々に供給されて、地盤内が好気から嫌気環境へ移行する。その結果、残存している揮発性有機塩素化合物の脱塩素化が促進される。
【００１８】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の汚染地下水の原位置浄化方法であって、前記液体が、前記地盤内に設置された揚水井戸により揚水された汚染地下水を浄化してなる浄化水であることを特徴としている。
かかる汚染地下水の原位置浄化方法によれば、原位置にて発生した排水を有効利用するため好適である。
【００１９】
なお、従来の揚水循環法において必要な揚水地下水量は地盤内に存在する地下水の１０倍程度であったのに対し、スパージング法と有機物注入法とを併用して汚染地下水の浄化を行う本手法によれば０．５〜１倍程度で浄化が可能となるなど、揚水量・返送量の大幅な低減が可能となり、施設のコンパクト化及び低コスト化が可能となる。
【００２０】
さらに、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の汚染地下水の浄化方法であって、前記領域の全周囲を取り囲むように設置された遮蔽手段により、該領域から前記気体および前記液体の領域外への拡散を防止することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の汚染地下水の原位置浄化方法によれば、揮発性有機塩素化合物により汚染された地下水に対し、原位置にて経済的でかつ効果的に浄化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る原位置浄化システム１の概略を示す側面図であって、当該原位置浄化システム１は、主にスパージング井戸１０と揚水井戸４０と真空抽出ユニット５０とから構成されている。
【００２４】
第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法は、図１に示すように、地盤内に設置されたスパージング井戸１０から、大気より酸素の含有量が低い気体Ａと栄養源（有機物材料）を含有する液体Ｗとを注入するとともに、地盤内に設置された揚水井戸４０により汚染地下水Ｗ０を揚水するものである。
【００２５】
第１の実施の形態では、汚染地下水の存在する流域の地盤（以下「対象領域」という）に、汚染された地下水の浄化に必要な気体Ａと液体Ｗの供給が可能な、所定の内径を有する井戸であるスパージング井戸１０が配設されている。その下端は、汚染地下水の水深より深い位置に配置されるように、不透水層上面ＲＬの近傍まで達している。なお、スパージング井戸１０の深度は、確実に汚染地下水への気体Ａと液体Ｗの供給ができる位置であれば限定されるものではない。また、スパージング井戸１０の本数は、限定されるものではなく、スパージング井戸からの気体到達範囲（スパージング影響範囲）、浄化が必要な汚染領域の範囲、気体Ａおよび液体Ｗの注入量や注入圧力等に応じて適宜設定するものとする。
【００２６】
第１の実施の形態に係るスパージング井戸１０としては、その下端付近に開口部を有した鋼管が使用されており、当該開口部には井戸内への土砂の浸入を防ぐために、通気・通水が可能なスクリーン１１が配設されている。
また、スパージング井戸１０の上端部には、気体供給手段２０の送気管２１と液体供給手段３０の送水管３１が接続されている。
【００２７】
気体供給手段２０は、コンプレッサ２２と、送気管２１を介してコンプレッサ２２に接続されている気体供給槽２３とから構成されており、コンプレッサ２２により圧縮された気体Ａを、送気管２１を介してスパージング井戸１０に送気する手段である。また、送気管２１の所定の位置には、供給する気体Ａの量を調整するためのバルブ２４、流量計２５、圧力計２６が配設されている。
【００２８】
第１の実施の形態では、気体Ａとして窒素ガスＮ２を使用するものとする。なお、気体Ａは、大気よりも酸素の含有量が低い気体であって、地中に注入されることで、地盤内を嫌気環境とすることが可能であれば、限定されるものではないが、好適には酸素を殆ど含有していない不活性ガス、特に窒素、二酸化炭素、アルゴンガスおよびヘリウムからなる群より少なくとも一種以上選択されてなるものであれば、効果的である。
【００２９】
液体供給手段３０は、上流側から順に、後記する揚水井戸４０により揚水された汚染地下水Ｗ０を浄化、貯留する液体貯留槽３３、浄化された汚染地下水Ｗ０（浄化水）に栄養源を添加する微生物栄養供給槽３４、栄養源が添加された浄化水（液体Ｗ）を送液するための送水ポンプ３２、が設けられており、これらはスパージング井戸１０に接続されている送水管３１と連通している。また、送水管３１には、供給する液体Ｗの量を調節するためのバルブ３５と水量計３６が配設されている。
【００３０】
スパージング井戸１０のスクリーン１１から土壌に注入される液体Ｗは、液体貯留槽３３に貯留された浄化水に、微生物栄養供給槽３４から土壌の微生物を活性化させる窒素及びリン等の栄養源を加えるとともに、糖質等の微生物に分解しやすい有機物質を０．０１〜５％加えてなる、微生物の栄養源を含んだ液体（以下「栄養水」という場合がある）Ｗであり、これにより、土壌の微生物分解活性を高めることが可能となる。なお、栄養水（液体Ｗ）は、微生物栄養供給槽３４から送水ポンプ３２により所定の圧力でスパージング井戸１０を介して土壌に注入される。なお、土壌に注入される液体Ｗは、地下水中の汚染物質の浄化を促進することが可能であれば、浄化水に栄養源を添加した液体に限定されるものではない。
【００３１】
ここで、液体貯留槽３３は、その内部において、汚染地下水Ｗ０が曝気処理によって浄化されるように構成されており、含有する汚染物質が気化・拡散される構造となっている。なお、液体貯留槽３３が備える浄化機能は、汚染地下水Ｗ０の汚染物質の除去が可能であれば、前記の構成に限定されるものではない。
また、第１の実施の形態では、液体貯留槽３３として、浄化機能を備えたものを使用し、浄化された浄化水に栄養源を加えることにより地盤に注入する液体Ｗを精製するものとしたが、液体貯留槽３３の構成はこれに限定されるものではない。例えば、水道水や蒸留水（河川水や雨水等）等を使用する場合には、液体貯留層３３の浄化機能を省略することが可能である。
【００３２】
揚水井戸４０は、汚染地下水Ｗ０を揚水するための井戸であり、第１の実施の形態では汚染地下水Ｗ０の流域の略中央付近に、１箇所配設されている。当該揚水井戸４０は、鋼製の有孔管を地盤内に配管することにより形成されており、揚水井戸４０に流入した汚染地下水Ｗ０を揚水するために地上に設置されているポンプ４３と、揚水した汚染地下水Ｗ０を液体貯留槽３３に送水するための送水管４２が、地表面に沿って接続されている。また、揚水井戸４０の下端は、不透水層上面ＲＬ付近にまで達している。さらに、揚水井戸４０には、揚水井戸４０内への土砂の浸入を防ぐために、通気・通水が可能なスクリーン４１が周面に配設されている。
【００３３】
なお、揚水井戸４０に、鋼製の有孔管を配管するものとしたが、これに限定されるものではなく、汚染地下水Ｗ０の揚水井戸への流入が可能で、土圧により変形することがなければ如何なる構造としてもよい。また、揚水井戸４０は、必要に応じて設置すればよく、省略することも可能である。
【００３４】
また、第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化システムにおいて、必要に応じて、汚染地下水の浄化を行う領域全周囲を取り囲むように、シートパイル等からなる遮水壁（図示省略）を配設してもよい。これにより、汚染地下水の領域への地下水の流入を防止するとともに、当該領域から汚染地下水の流出、土壌に注入された気体Ａや液体Ｗの領域外への流出を防止し、周辺地域への影響を防止することができるようになっている。なお、遮水壁は、止水性に優れた部材であれば、シートパイルに限定されるものではない。
【００３５】
さらに、第１の実施の形態では、スパージング井戸１０から土壌に注入された気体Ａを排気するために地下水位ＷＬより上方位置に水平となるように配設された排気管５１と排気管５１に接続されておりその吸気を行う吸引ブロア５２からなる真空抽出ユニット５０が配設されている。真空抽出ユニット５０は、スパージング井戸１０により土壌に注入された気体Ａを、地下水位ＷＬ上方に配管された排気管５１から吸引ブロア５２による吸引力により抽出する装置である。排気管５１は、有孔管からなり、排気管５１の各孔から吸引ブロア５２による吸引力により地盤内の気体を抽出することができるようになっている。吸引ブロア５２を介して排気管５１により吸引された気体は、汚染物質吸着塔５３に送気されて無害化処理がなされた後に、排気される。なお、第１の実施の形態では、汚染物質吸着塔５３として、活性炭により汚染物質を吸着することにより気体の無害化処理を行うものとするが、地盤内から吸気された気体の処理方法は限定されるものではない。
【００３６】
ここで、第１の実施の形態では、地下水位ＷＬより上方の地盤を、通気性に優れた砕石６０に置き換えてある。また、地表面には、アスファルト等のよる舗装６１が施されており、外気への気体Ａの流出が抑制されている。
なお、砕石６０の敷設および舗装６１は、必要に応じて行えばよく、必ずしも行う必要はない。また、舗装６１に代えて、シート等により地表面を覆ってもよい。
【００３７】
以下、第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法の作用について説明する。
まず、コンプレッサ２２と送水ポンプ３２と吸引ブロア５２を作動させて、スパージング井戸１０から浄化領域内の汚染地下水に気体Ａと栄養水（液体Ｗ）を注入する。
【００３８】
液体Ｗの土壌への注入は、水量計３６により確認しながらバルブ３５を調節して行われる。これにより、土壌への気体Ａの注入に影響を与えずに液体Ｗの注入が可能となる。
【００３９】
また、気体Ａの土壌への注入は、コンプレッサにより圧縮された気体Ａを、送気管２１を介してスパージング井戸１０のスクリーン１１から土壌に注入することで行われる。注入量は、流量計２４、圧力計２５により確認をしながらバルブ２３により調節する。スパージング井戸１０に供給された気体Ａは、スパージング井戸１０の下端部のスクリーン１１から土壌に注入される。
【００４０】
土壌に気体Ａが供給されることにより、地盤内が好気環境になることを防ぎ、気体Ａと共にスパージング井戸１０から供給された液体Ｗが、好気的に分解されずに所望の領域に行きわたる。
栄養水である液体Ｗが供給されることで、土粒子の間隙を通過する液体Ｗにより微生物が活性化され有機物を嫌気的に分解して水素を供給するため、汚染物質の脱塩素化が進行する。
【００４１】
スパージング井戸１０の下端から排出された気体Ａは、気体供給手段２０の圧力と真空帯水層における浮力によりスパージング井戸１０の外周方向に拡散されつつ上方に上昇するため、浄化領域全体に供給される。
そして、地下水位より上方に上昇した気体Ａは排気管５１により吸引される。ここで、排気管５１の周囲の土質が通気性に優れていることで、排気管５１の周囲に存在する間隙を通して効率的に気体Ａを吸引することができる。これにより、線的に配置された排気管により、面的な気体Ａの抽出が可能となる。
【００４２】
汚染地下水Ｗ０は、ポンプ４３を作動させることにより、揚水井戸４０から揚水され、送水管４１を介して液体貯留槽３３へ送水される。そして、液体貯留槽３３において浄化された浄化水は、スパージング井戸１０に送水されて再度土壌へ注入される。このポンプ４３の揚水力と送水ポンプ３２の圧力により、地下水が効率的に循環され、また、液体Ｗが早期に土壌に浸透するので浄化効率が増加する。
【００４３】
なお、スパージング井戸１０の本数、間隔、配置等は、注入される気体Ａ及び液体（栄養水）Ｗの量、スパージング井戸からの気体到達範囲（影響半径）、改良領域の広さなどにより適宜決定される。また、当該浄化領域の地表面が、舗装６１により覆われているため、外気への気体Ａの流出を抑えられるとともに、地盤内が真空状態となるため、気体Ａの抽出に効果的である。
【００４４】
また、土壌から揚水する揚水量に対する土壌へ注入する液体（栄養水）Ｗの水量は、現地の状況に応じて適宜調整するものとする。つまり、土壌内の汚染源が、地下水位ＷＬよりも深い位置に存在する場合は、揚水量と栄養水Ｗの水量は同量とすればよいが、汚染源Ｇに対して地下水位ＷＬが深い場合は、揚水量に対する液体Ｗの水量を増やすものとする。これにより、領域の地下水位ＷＬが上昇し、汚染源Ｇを地下水位よりも低い位置に配置させることが可能となる。したがって、それまで地下水位ＷＬよりも浅く、栄養源の供給が困難であった不飽和層における汚染に関しても、液体（栄養水）Ｗが浸透することで栄養源が供給されるため、微生物による汚染物質の分解が促進される。この場合において、汚染地下水の拡散の防止を目的として、浄化の対象となる地盤の周囲を遮蔽壁等により囲う必要がある。また、注入する液体Ｗの量の増量方法は限定されるものではなく、送水ポンプ３２による送液力の増加、スパージング井戸１０の本数の増加等、適宜決定するものとする。
【００４５】
以上、第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法によれば、スパージングによる気化回収と微生物分解に必要な有機物の供給が同時に実施されることで、高濃度の汚染に対応可能であり、かつ、汚染濃度が低下した後も浄化効率が低下しない。
なお、気化回収による浄化効果が低下した後の微生物分解効果による浄化は、浄化後のモニタリングを行うものとする。
【００４６】
また、気体Ａの吐出圧を利用して液体Ｗを効率的に注入することが可能となるとともに、スパージング井戸１０の目詰まりも生じにくい。
また、液体Ｗが汚染帯水層に行き渡ったと判断された時点で、スパージングを停止させても、嫌気微生物による汚染物質の分解が進行するため、安価である。
【００４７】
通気が不可能な粘性土層以外の地盤に適用が可能であり、例えば、シルト層等、従来、原位置浄化技術の適用が困難であった地盤にも適用可能である。
【００４８】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。
ここで、図２は、第２の実施の形態に係る原位置浄化システム１’の概略を示す側面図である。
【００４９】
第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法は、地盤内に設置されたスパージング井戸１０から、空気（大気）である気体Ａとコロイド状の徐放性有機物からなる有機物材料を含有する液体Ｗとを注入する点で、大気よりも酸素の含有量が低い気体を注入する第１の実施の形態と異なっている。
第２の実施の形態に係る原位置浄化システム１’では、コンプレッサ２２を介して地盤内に気体Ａを供給する。
【００５０】
また、第２の実施の形態に係る微生物栄養供給槽３４には、徐放性のコロイド状有機物が貯留されており、スパージング井戸１０に送液される浄化水へ徐放性のコロイド状有機物の混入が可能に構成されている。ここで、徐放性のコロイド状有機物とは、生分解性高分子であって、例えば、脂肪族ポリエステル樹脂、生分解性高分子性能を有する微生物により生産される高分子、でんぷん系高分子、たんぱく質系高分子等を含み、好気環境で短時間に分解しない材料をいうものとする。
【００５１】
また、第２の実施の形態では、遮水壁４５としてシートパイルが、汚染地下水の浄化を行う領域全周囲を取り囲むように配設されており、当該領域への地下水の流入を防止するとともに、当該領域から汚染地下水の流出、土壌に圧入された気体Ａや液体Ｗの領域外への流出を防止し、周辺地域への影響を防止することができるようになっている。なお、遮水壁４５は、止水性に優れた部材であれば、シートパイルに限定されるものではない。また、遮蔽壁４５の代わりに揚水井戸で揚水することにより汚染地下水が拡散することを防止してもよい。
【００５２】
この他、第２の実施の形態に係る原位置浄化システム１’の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００５３】
以下、第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法の作用について説明する。
まず、コンプレッサ２２と送水ポンプ３２と吸引ブロア５２を作動させて、スパージング井戸１０から浄化領域内の汚染地下水に気体（大気）Ａと液体Ｗを注入する。
【００５４】
このとき、液体Ｗの土壌への注入は、水量計３６により確認しながらバルブ３５を調節して行われる。これにより、土壌への気体Ａの注入に影響を与えずに液体Ｗの注入が可能となる。
【００５５】
また、同じくスパージング井戸１０のスクリーン１１から土壌に注入される気体Ａは、コンプレッサ２２により圧縮された気体Ａを、送気管２１を介してその量を流量計２４、圧力計２５により確認をしながらバルブ２３により調節して供給される。スパージング井戸１０に供給された気体Ａは、スパージング井戸１０の下端部のスクリーン１１から土壌に注入される。
【００５６】
以上、第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法によれば、土壌に気体Ａ（大気）が供給されることにより、気化効果により一定量の揮発性有機塩素化合物は除去されるが、地盤内が好気環境となるため、液体Ｗが含有する徐放性のコロイド状有機物の脱塩素化は進行しない。
そして、スパージングを停止すると、徐放性のコロイド状有機物から有機物が地下水に徐々に供給されて、地盤内は好気環境から嫌気環境へと移行する。その結果、残存している揮発性有機塩素化合物の脱塩素化が促進される。
そのため、汚染物質の気化、回収効果による浄化効率が低下し、液体Ｗが汚染帯水層へ行き渡ったと判断された時点で原位置浄化システム１の運転を停止させても、汚染物質の分解は進行する。故に、装置運転に要する費用や手間を削減することが可能となる。
【００５７】
この他、第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置地盤改良方法による効果は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
以上、本発明について、好適な実施の形態について説明したが、本発明は前記の実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記第１の実施の形態では、土壌に注入する液体として、揚水した汚染地下水を浄化してなる浄化水を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、水道水や河川の水、非汚染地下水等を使用してもよく、また、これら浄化水、水道水、河川の水等のうち、２種以上の液体を混合してなる混合水を使用してもよい。
【００５９】
また、前記各実施形態では飽和層における汚染地下水の汚染物質の浄化を行うものとしたが、当該原位置浄化システムを、汚染源を有する不飽和層にも採用することにより、積極的に不飽和層に水を循環させるとともに、有機物材料を供給することにより、汚染源の分解を促進させることも可能である。
また、土壌へ注入する気体及び液体の量は限定されず、土壌に応じて適宜変更可能であることはいうまでもない。
【００６０】
また、前記各実施形態では、真空抽出ユニットとして地盤内に有孔管により配管を行うものとしたが、浄化領域の地表面上をシート等により覆い、気化したガスの流出を防止し、真空ポンプで吸気する構成としてもよい。
また、原位置浄化システムの各装置の配置、数量等は、適宜変更可能であることはいうまでもない。
【００６１】
また、原位置浄化システムの構成は、前記各実施形態で示したものに限定されるものではなく、地盤内に、有機物を含有した液体と気体とを注入することが可能であればよい。
【実施例】
【００６２】
次に、本発明に関する実証実験を行った結果を示す。
【００６３】
図３は、本実証実験において使用した原位置浄化システムの概略を示す側面図である。また、図４は、同実証実験におけるスパージング風量と経過時間との関係を示す図である。
本実証実験では、第一帯水層Ｄ１、シルト層Ｄ２、第二帯水層Ｄ３、不透水層Ｄ４の複層地盤において、シルト層Ｄ２と不透水層Ｄ４に挟まれた第二帯水層Ｄ３に存在するベンゼンの浄化を行うものとした。
【００６４】
本実証実験に係る原位置浄化システム２は、図３に示すように、スパージング井戸１０と観測井戸（揚水井戸）４０ａ〜４０ｄとから構成されている。
【００６５】
スパージング井戸１０は、第二帯水層Ｄ３の最下部から気体と液体を供給できるスクリーン４１が設置されている。また、スパージング井戸１０の上端には、送気と送液が同時に行えるようにコンプレッサ２２、送水ポンプ３２および液体貯留槽３３が連結されている。
【００６６】
観測井戸４０ａ〜４０ｄは、スパージング井戸１０に並設して７５ｃｍ間隔で配設されている。中間に配設された観測井戸４０ａ〜４０ｃには、第二帯水層に対応する箇所にスクリーンが設置されて、地下水が流入可能に構成されている。
【００６７】
また、スパージング井戸１０から最も離れた位置に配設された観測井戸４０ｄには、第二帯水層Ｄ３に対応する箇所にスクリーン４１が設置されており、スパージング井戸１０から供給された気体Ａを回収できる構造に構成されている。観測井戸４０ｄにより回収された気体Ａおよび汚染地下水Ｗ０は、気液分離槽４４により気体Ａと液体とに分離された後、それぞれ無害化処理がなされる。
【００６８】
実証実験に先立ち行った事前試験の結果、地盤内にスパージング井戸１０から注入された気体が到達する範囲であるスパージング影響半径は、スパージング風量が５０Ｌ／ｍｉｎの場合に約１ｍ、スパージング風量が１５０Ｌ／ｍｉｎの場合に約３ｍであった。
【００６９】
本実証実験では、事前試験結果を参考に、スパージング風量を図４に示すように約５０〜約１５０Ｌ／ｍｉｎの範囲内で調節しながら約３０日間連続して、本発明の汚染地下水の原位置浄化方法にて地下水の浄化を行い、定期的に観測井戸中の地下水のベンゼン濃度と臭気物イオン濃度を測定した。
【００７０】
図５は、本実証実験中の各観測井戸４０ａ〜４０ｄにおける地下水のベンゼン濃度の経時変化を示す図であって、縦軸がベンゼン濃度、横軸が経過時間である。
図５に示すように、原位置浄化システム２の運転直後は、全ての観測井戸４０ａ〜４０ｄにおいて、ベンゼン濃度の減少が確認された。ところが、数日後にスパージング風量を５０Ｌ／ｍｉｎに変更したことにより、スパージング影響範囲（スパージング影響半径）外となった観測井戸４０ｂ〜４０ｄのベンゼン濃度が再上昇する結果となった。
さらに、スパージング風量を１５０／ｍｉｎに戻すと、観測井戸４０ｂ〜４０ｄのベンゼン濃度が再び減少することが確認された。
【００７１】
この結果、気化による浄化では、スパージング影響範囲内では、揮発性汚染物質の濃度が、気化効果により減少するが、スパージングを停止すると、汚染物質の濃度が再上昇する可能性があることが実証された。
【００７２】
次に、スパージング井戸１０から、気体Ａとともに供給した液体Ｗの帯水層内での挙動を把握するため、トレーサ物質に臭気ナトリウムを用いて、臭化物イオン濃度が２００ｍｇ／Ｌの水道水をスパージング井戸１０から０．５Ｌ／ｍｉｎで注入した。図６は、当該実証実験における液体Ｗの注入量と時間の関係を示す図であって、縦軸に注水積算量、横軸に経過時間を示す。
【００７３】
図６に示すように、試験終了（３０日間）までの柱水量は２４ｋＬであり、影響範囲内（半径３ｍ）の第二帯水層（平均厚さ：約４ｍ）Ｄ３に存在する間隙水量（約３４ｋＬ，間隙率を０．３として計算）の約７０％に相当する液体Ｗが、３０日間で注入できることが確認された。試験期間中、スパージング井戸１０内の圧力は略一定値（約０．１２Ｍｐａ）で推移し、スクリーン部周辺での目詰まりなどの影響も確認されなかった。
【００７４】
図７は、試験期間中の各観測井戸４０ａ〜４０ｄにおける臭化物イオン濃度の経時変化を示す図である。図７に示すように、臭化物イオンは、スパージング井戸１０に近い箇所より広まっていき、影響範囲内の全ての観測井戸４０ａ〜４０ｄに液体Ｗが達していることが確認された。また、全ての観測井戸４０ａ〜４０ｄにおける地下水に対する液体Ｗの交換率は５０％以上に達しており、この結果から液体Ｗに有機物を混入することにより地盤内に効率的に有機物を供給することが可能であることが実証された。
【００７５】
以上の結果から、帯水層にガスを圧入することで、揮発性汚染物質を効率的に除去することが可能であるが、スパージングを停止すると汚染濃度が再び上昇する危険性がある。一方、気体とともに液体を供給することで、液体が影響範囲内に効率的に供給されることが実証されたため、液体有機物を注入することで、スパージング停止後に人為的な浄化を実施しなくても、残存する汚染物質に対して、微生物分解効果により、汚染物質の濃度低減を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化システムの概略を示す側面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化システムの概略を示す側面図である。
【図３】本発明の実証実験において使用した原位置浄化システムの概略を示す側面図である。
【図４】図３に示す原位置浄化システムによる実証実験におけるスパージング風量と経過時間との関係を示す図である。
【図５】同実証実験中の各観測井戸における地下水のベンゼン濃度の経時変化を示す図であって、縦軸がベンゼン濃度、横軸が経過時間である。
【図６】同実証実験における液体Ｗの注入量と時間の関係を示す図であって、縦軸に注水積算量、横軸に経過時間を示している。
【図７】同実証実験における試験期間中の各観測井戸における臭化物イオン濃度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 原位置浄化システム
１０ スパージング井戸
２０ 気体供給手段
２１ 送気管
２２ コンプレッサ
２３ 気体供給槽
３０ 液体供給手段
３１ 送水管
３２ 送水ポンプ
３３ 液体貯留槽
３４ 微生物栄養供給槽
４０ 揚水井戸
４２ 送水管
４３ ポンプ
４５ 遮蔽壁（遮蔽手段）
Ａ 気体
Ｗ 液体（栄養水）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染物質を含有する地下水を、非掘削（原位置）で浄化する、汚染地下水の原位置浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場、廃棄物処理場、不法投棄箇所等からの汚染物質の流出が原因による、土壌汚染とそれに伴う地下水汚染が社会的な問題となっている。
このような汚染物質のうち、汚染頻度の高いテトラクロロエチレンやトリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物は、嫌気性微生物により脱塩素化され無害化されることが確認されている。
【０００３】
従来、揮発性有機塩素化合物等により汚染された地下水に対して、原位置において嫌気環境を形成するとともに脱塩素化に必要な水素を供給できる有機物材料を注入することにより浄化する汚染地下水の浄化方法が多数開発されており、実用化に至っている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、有機物材料を井戸やドレーンから自然注入することにより浄化する浄化方法が開示されている。また、特許文献２には、井戸からの高圧注入やウォータージェット等による強制的注入により、有機物材料を土壌に供給して浄化する浄化方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０２６５５２号公報（段落［００１５］〜［００１６］、図３）
【特許文献２】特開２００５−３０５３２１号公報（段落［００３０］〜［００３８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、有機物材料を自然注入する浄化方法は、透水性の低い地盤では、汚染地域全体に有機物質を供給するために注入用の井戸を多数配置する必要があり、コストが高くなるという問題点を有していた。
【０００７】
また、有機物材料を強制注入する浄化方法は、高圧の液体を地盤に注入することにより土質構造を破壊してしまう場合があり、地盤の均一性が破壊されて、浄化が不均一になる虞があった。また、高濃度汚染域における高圧注入は、汚染物質を非汚染域に拡散させる場合があった。
【０００８】
本発明は、前記問題点を解決することを目的とするものであり、揮発性有機塩素化合物により汚染された地下水を、地盤の状況にとらわれることなく、原位置にて経済的でかつ効果的に浄化することを可能とした、汚染地下水の原位置浄化方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、汚染地下水の浄化を行う領域の地盤内に設置された単数または複数のスパージング井戸から、気体と有機物材料を含有する液体とを注入する汚染地下水の原位置浄化方法であって、前記気体が、大気より酸素の含有量が低い気体であることを特徴としている。
【００１０】
かかる汚染地下水の原位置浄化方法は、気体として、大気ではなく、酸素の濃度が大気よりも低いものを使用することで、スパージングにより好気環境になることを防いでいる。そのため、スパージング井戸から気体とともに供給される有機物材料が浄化対象となる地盤に到達する前に分解されることを防げる。そして、有機物材料が地盤内に行きわたり、浄化を均一に行うことができる。
【００１１】
このような気体としては、不活性ガス、特に窒素、二酸化炭素、アルゴンガスおよびヘリウムからなる群より少なくとも一種以上選択されてなるものが好適に使用される。
【００１２】
また、気体とともに有機物材料を含有する液体を注入することにより、気体の吐出圧を利用して液体を地盤に効率的に注入することが可能となる。そのため、必要最小限の設備により効率的に浄化を行うことができ、経済的である。
また、汚染物質の気化回収効果を有しているため、高濃度汚染に対応でき、同時に有機物供給を行う微生物分解効果（脱塩素効果）を高めることが可能なため、汚染濃度が低下した後も浄化効率が低下しない。
【００１３】
また、１つのスパージング井戸を供用して気体と液体との注入を行うことにより、少ない井戸数にてスパージング法と有機物注入法とを同時に実施することが可能となる。
【００１４】
さらに、比較的簡易な設備により、高濃度に汚染された汚染地下水を浄化することが可能となるため、その設置・撤去が容易で施工性に優れ、設備投資の費用も削減でき、さらに、非掘削のため撤去後の用地の再利用時にも支障をきたすことがない、環境に配慮した原位置における地下水の浄化を実施することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、汚染地下水の浄化を行う領域の地盤内に設置された単数または複数のスパージング井戸から、気体と有機物材料を含有する液体とを注入する汚染地下水の原位置浄化方法であって、前記有機物材料が、コロイド状の徐放性有機物であることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明であって、前記地盤内に注入された前記気体による浄化効率が低下した後、前記スパージング井戸からの前記気体と前記液体の注入を停止することで、該地盤内に注入された前記有機物材料による脱塩素化を促進させることを特徴としている。
【００１７】
かかる汚染地下水の原位置浄化方法によれば、スパージング中は、気化効果により一定量の揮発性有機塩素化合物は除去されるが、注入される気体に酸素が含まれる場合には、地盤内は好気環境となり、有機塩素化合物の脱塩素化は進行しない。しかしながら、有機物材料が地盤内に存在した状態でスパージングを停止すると、徐放性有機物から有機物が地下水に徐々に供給されて、地盤内が好気から嫌気環境へ移行する。その結果、残存している揮発性有機塩素化合物の脱塩素化が促進される。
【００１８】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の汚染地下水の原位置浄化方法であって、前記液体が、前記地盤内に設置された揚水井戸により揚水された汚染地下水を浄化してなる浄化水であることを特徴としている。
かかる汚染地下水の原位置浄化方法によれば、原位置にて発生した排水を有効利用するため好適である。
【００１９】
なお、従来の揚水循環法において必要な揚水地下水量は地盤内に存在する地下水の１０倍程度であったのに対し、スパージング法と有機物注入法とを併用して汚染地下水の浄化を行う本手法によれば０．５〜１倍程度で浄化が可能となるなど、揚水量・返送量の大幅な低減が可能となり、施設のコンパクト化及び低コスト化が可能となる。
【００２０】
さらに、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の汚染地下水の浄化方法であって、前記領域の全周囲を取り囲むように設置された遮蔽手段により、該領域から前記気体および前記液体の領域外への拡散を防止することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の汚染地下水の原位置浄化方法によれば、揮発性有機塩素化合物により汚染された地下水に対し、原位置にて経済的でかつ効果的に浄化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る原位置浄化システム１の概略を示す側面図であって、当該原位置浄化システム１は、主にスパージング井戸１０と揚水井戸４０と真空抽出ユニット５０とから構成されている。
【００２４】
第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法は、図１に示すように、地盤内に設置されたスパージング井戸１０から、大気より酸素の含有量が低い気体Ａと栄養源（有機物材料）を含有する液体Ｗとを注入するとともに、地盤内に設置された揚水井戸４０により汚染地下水Ｗ０を揚水するものである。
【００２５】
第１の実施の形態では、汚染地下水の存在する流域の地盤（以下「対象領域」という）に、汚染された地下水の浄化に必要な気体Ａと液体Ｗの供給が可能な、所定の内径を有する井戸であるスパージング井戸１０が配設されている。その下端は、汚染地下水の水深より深い位置に配置されるように、不透水層上面ＲＬの近傍まで達している。なお、スパージング井戸１０の深度は、確実に汚染地下水への気体Ａと液体Ｗの供給ができる位置であれば限定されるものではない。また、スパージング井戸１０の本数は、限定されるものではなく、スパージング井戸からの気体到達範囲（スパージング影響範囲）、浄化が必要な汚染領域の範囲、気体Ａおよび液体Ｗの注入量や注入圧力等に応じて適宜設定するものとする。
【００２６】
第１の実施の形態に係るスパージング井戸１０としては、その下端付近に開口部を有した鋼管が使用されており、当該開口部には井戸内への土砂の浸入を防ぐために、通気・通水が可能なスクリーン１１が配設されている。
また、スパージング井戸１０の上端部には、気体供給手段２０の送気管２１と液体供給手段３０の送水管３１が接続されている。
【００２７】
気体供給手段２０は、コンプレッサ２２と、送気管２１を介してコンプレッサ２２に接続されている気体供給槽２３とから構成されており、コンプレッサ２２により圧縮された気体Ａを、送気管２１を介してスパージング井戸１０に送気する手段である。また、送気管２１の所定の位置には、供給する気体Ａの量を調整するためのバルブ２４、流量計２５、圧力計２６が配設されている。
【００２８】
第１の実施の形態では、気体Ａとして窒素ガスＮ２を使用するものとする。なお、気体Ａは、大気よりも酸素の含有量が低い気体であって、地中に注入されることで、地盤内を嫌気環境とすることが可能であれば、限定されるものではないが、好適には酸素を殆ど含有していない不活性ガス、特に窒素、二酸化炭素、アルゴンガスおよびヘリウムからなる群より少なくとも一種以上選択されてなるものであれば、効果的である。
【００２９】
液体供給手段３０は、上流側から順に、後記する揚水井戸４０により揚水された汚染地下水Ｗ０を浄化、貯留する液体貯留槽３３、浄化された汚染地下水Ｗ０（浄化水）に栄養源を添加する微生物栄養供給槽３４、栄養源が添加された浄化水（液体Ｗ）を送液するための送水ポンプ３２、が設けられており、これらはスパージング井戸１０に接続されている送水管３１と連通している。また、送水管３１には、供給する液体Ｗの量を調節するためのバルブ３５と水量計３６が配設されている。
【００３０】
スパージング井戸１０のスクリーン１１から土壌に注入される液体Ｗは、液体貯留槽３３に貯留された浄化水に、微生物栄養供給槽３４から土壌の微生物を活性化させる窒素及びリン等の栄養源を加えるとともに、糖質等の微生物に分解しやすい有機物質を０．０１〜５％加えてなる、微生物の栄養源を含んだ液体（以下「栄養水」という場合がある）Ｗであり、これにより、土壌の微生物分解活性を高めることが可能となる。なお、栄養水（液体Ｗ）は、微生物栄養供給槽３４から送水ポンプ３２により所定の圧力でスパージング井戸１０を介して土壌に注入される。なお、土壌に注入される液体Ｗは、地下水中の汚染物質の浄化を促進することが可能であれば、浄化水に栄養源を添加した液体に限定されるものではない。
【００３１】
ここで、液体貯留槽３３は、その内部において、汚染地下水Ｗ０が曝気処理によって浄化されるように構成されており、含有する汚染物質が気化・拡散される構造となっている。なお、液体貯留槽３３が備える浄化機能は、汚染地下水Ｗ０の汚染物質の除去が可能であれば、前記の構成に限定されるものではない。
また、第１の実施の形態では、液体貯留槽３３として、浄化機能を備えたものを使用し、浄化された浄化水に栄養源を加えることにより地盤に注入する液体Ｗを精製するものとしたが、液体貯留槽３３の構成はこれに限定されるものではない。例えば、水道水や蒸留水（河川水や雨水等）等を使用する場合には、液体貯留層３３の浄化機能を省略することが可能である。
【００３２】
揚水井戸４０は、汚染地下水Ｗ０を揚水するための井戸であり、第１の実施の形態では汚染地下水Ｗ０の流域の略中央付近に、１箇所配設されている。当該揚水井戸４０は、鋼製の有孔管を地盤内に配管することにより形成されており、揚水井戸４０に流入した汚染地下水Ｗ０を揚水するために地上に設置されているポンプ４３と、揚水した汚染地下水Ｗ０を液体貯留槽３３に送水するための送水管４２が、地表面に沿って接続されている。また、揚水井戸４０の下端は、不透水層上面ＲＬ付近にまで達している。さらに、揚水井戸４０には、揚水井戸４０内への土砂の浸入を防ぐために、通気・通水が可能なスクリーン４１が周面に配設されている。
【００３３】
なお、揚水井戸４０に、鋼製の有孔管を配管するものとしたが、これに限定されるものではなく、汚染地下水Ｗ０の揚水井戸への流入が可能で、土圧により変形することがなければ如何なる構造としてもよい。また、揚水井戸４０は、必要に応じて設置すればよく、省略することも可能である。
【００３４】
また、第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化システムにおいて、必要に応じて、汚染地下水の浄化を行う領域全周囲を取り囲むように、シートパイル等からなる遮水壁（図示省略）を配設してもよい。これにより、汚染地下水の領域への地下水の流入を防止するとともに、当該領域から汚染地下水の流出、土壌に注入された気体Ａや液体Ｗの領域外への流出を防止し、周辺地域への影響を防止することができるようになっている。なお、遮水壁は、止水性に優れた部材であれば、シートパイルに限定されるものではない。
【００３５】
さらに、第１の実施の形態では、スパージング井戸１０から土壌に注入された気体Ａを排気するために地下水位ＷＬより上方位置に水平となるように配設された排気管５１と排気管５１に接続されておりその吸気を行う吸引ブロア５２からなる真空抽出ユニット５０が配設されている。真空抽出ユニット５０は、スパージング井戸１０により土壌に注入された気体Ａを、地下水位ＷＬ上方に配管された排気管５１から吸引ブロア５２による吸引力により抽出する装置である。排気管５１は、有孔管からなり、排気管５１の各孔から吸引ブロア５２による吸引力により地盤内の気体を抽出することができるようになっている。吸引ブロア５２を介して排気管５１により吸引された気体は、汚染物質吸着塔５３に送気されて無害化処理がなされた後に、排気される。なお、第１の実施の形態では、汚染物質吸着塔５３として、活性炭により汚染物質を吸着することにより気体の無害化処理を行うものとするが、地盤内から吸気された気体の処理方法は限定されるものではない。
【００３６】
ここで、第１の実施の形態では、地下水位ＷＬより上方の地盤を、通気性に優れた砕石６０に置き換えてある。また、地表面には、アスファルト等のよる舗装６１が施されており、外気への気体Ａの流出が抑制されている。
なお、砕石６０の敷設および舗装６１は、必要に応じて行えばよく、必ずしも行う必要はない。また、舗装６１に代えて、シート等により地表面を覆ってもよい。
【００３７】
以下、第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法の作用について説明する。
まず、コンプレッサ２２と送水ポンプ３２と吸引ブロア５２を作動させて、スパージング井戸１０から浄化領域内の汚染地下水に気体Ａと栄養水（液体Ｗ）を注入する。
【００３８】
液体Ｗの土壌への注入は、水量計３６により確認しながらバルブ３５を調節して行われる。これにより、土壌への気体Ａの注入に影響を与えずに液体Ｗの注入が可能となる。
【００３９】
また、気体Ａの土壌への注入は、コンプレッサにより圧縮された気体Ａを、送気管２１を介してスパージング井戸１０のスクリーン１１から土壌に注入することで行われる。注入量は、流量計２４、圧力計２５により確認をしながらバルブ２３により調節する。スパージング井戸１０に供給された気体Ａは、スパージング井戸１０の下端部のスクリーン１１から土壌に注入される。
【００４０】
土壌に気体Ａが供給されることにより、地盤内が好気環境になることを防ぎ、気体Ａと共にスパージング井戸１０から供給された液体Ｗが、好気的に分解されずに所望の領域に行きわたる。
栄養水である液体Ｗが供給されることで、土粒子の間隙を通過する液体Ｗにより微生物が活性化され有機物を嫌気的に分解して水素を供給するため、汚染物質の脱塩素化が進行する。
【００４１】
スパージング井戸１０の下端から排出された気体Ａは、気体供給手段２０の圧力と真空帯水層における浮力によりスパージング井戸１０の外周方向に拡散されつつ上方に上昇するため、浄化領域全体に供給される。
そして、地下水位より上方に上昇した気体Ａは排気管５１により吸引される。ここで、排気管５１の周囲の土質が通気性に優れていることで、排気管５１の周囲に存在する間隙を通して効率的に気体Ａを吸引することができる。これにより、線的に配置された排気管により、面的な気体Ａの抽出が可能となる。
【００４２】
汚染地下水Ｗ０は、ポンプ４３を作動させることにより、揚水井戸４０から揚水され、送水管４１を介して液体貯留槽３３へ送水される。そして、液体貯留槽３３において浄化された浄化水は、スパージング井戸１０に送水されて再度土壌へ注入される。このポンプ４３の揚水力と送水ポンプ３２の圧力により、地下水が効率的に循環され、また、液体Ｗが早期に土壌に浸透するので浄化効率が増加する。
【００４３】
なお、スパージング井戸１０の本数、間隔、配置等は、注入される気体Ａ及び液体（栄養水）Ｗの量、スパージング井戸からの気体到達範囲（影響半径）、改良領域の広さなどにより適宜決定される。また、当該浄化領域の地表面が、舗装６１により覆われているため、外気への気体Ａの流出を抑えられるとともに、地盤内が真空状態となるため、気体Ａの抽出に効果的である。
【００４４】
また、土壌から揚水する揚水量に対する土壌へ注入する液体（栄養水）Ｗの水量は、現地の状況に応じて適宜調整するものとする。つまり、土壌内の汚染源が、地下水位ＷＬよりも深い位置に存在する場合は、揚水量と栄養水Ｗの水量は同量とすればよいが、汚染源Ｇに対して地下水位ＷＬが深い場合は、揚水量に対する液体Ｗの水量を増やすものとする。これにより、領域の地下水位ＷＬが上昇し、汚染源Ｇを地下水位よりも低い位置に配置させることが可能となる。したがって、それまで地下水位ＷＬよりも浅く、栄養源の供給が困難であった不飽和層における汚染に関しても、液体（栄養水）Ｗが浸透することで栄養源が供給されるため、微生物による汚染物質の分解が促進される。この場合において、汚染地下水の拡散の防止を目的として、浄化の対象となる地盤の周囲を遮蔽壁等により囲う必要がある。また、注入する液体Ｗの量の増量方法は限定されるものではなく、送水ポンプ３２による送液力の増加、スパージング井戸１０の本数の増加等、適宜決定するものとする。
【００４５】
以上、第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法によれば、スパージングによる気化回収と微生物分解に必要な有機物の供給が同時に実施されることで、高濃度の汚染に対応可能であり、かつ、汚染濃度が低下した後も浄化効率が低下しない。
なお、気化回収による浄化効果が低下した後の微生物分解効果による浄化は、浄化後のモニタリングを行うものとする。
【００４６】
また、気体Ａの吐出圧を利用して液体Ｗを効率的に注入することが可能となるとともに、スパージング井戸１０の目詰まりも生じにくい。
また、液体Ｗが汚染帯水層に行き渡ったと判断された時点で、スパージングを停止させても、嫌気微生物による汚染物質の分解が進行するため、安価である。
【００４７】
通気が不可能な粘性土層以外の地盤に適用が可能であり、例えば、シルト層等、従来、原位置浄化技術の適用が困難であった地盤にも適用可能である。
【００４８】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。
ここで、図２は、第２の実施の形態に係る原位置浄化システム１’の概略を示す側面図である。
【００４９】
第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法は、地盤内に設置されたスパージング井戸１０から、空気（大気）である気体Ａとコロイド状の徐放性有機物からなる有機物材料を含有する液体Ｗとを注入する点で、大気よりも酸素の含有量が低い気体を注入する第１の実施の形態と異なっている。
第２の実施の形態に係る原位置浄化システム１’では、コンプレッサ２２を介して地盤内に気体Ａを供給する。
【００５０】
また、第２の実施の形態に係る微生物栄養供給槽３４には、徐放性のコロイド状有機物が貯留されており、スパージング井戸１０に送液される浄化水へ徐放性のコロイド状有機物の混入が可能に構成されている。ここで、徐放性のコロイド状有機物とは、生分解性高分子であって、例えば、脂肪族ポリエステル樹脂、生分解性高分子性能を有する微生物により生産される高分子、でんぷん系高分子、たんぱく質系高分子等を含み、好気環境で短時間に分解しない材料をいうものとする。
【００５１】
また、第２の実施の形態では、遮水壁４５としてシートパイルが、汚染地下水の浄化を行う領域全周囲を取り囲むように配設されており、当該領域への地下水の流入を防止するとともに、当該領域から汚染地下水の流出、土壌に圧入された気体Ａや液体Ｗの領域外への流出を防止し、周辺地域への影響を防止することができるようになっている。なお、遮水壁４５は、止水性に優れた部材であれば、シートパイルに限定されるものではない。また、遮蔽壁４５の代わりに揚水井戸で揚水することにより汚染地下水が拡散することを防止してもよい。
【００５２】
この他、第２の実施の形態に係る原位置浄化システム１’の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００５３】
以下、第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法の作用について説明する。
まず、コンプレッサ２２と送水ポンプ３２と吸引ブロア５２を作動させて、スパージング井戸１０から浄化領域内の汚染地下水に気体（大気）Ａと液体Ｗを注入する。
【００５４】
このとき、液体Ｗの土壌への注入は、水量計３６により確認しながらバルブ３５を調節して行われる。これにより、土壌への気体Ａの注入に影響を与えずに液体Ｗの注入が可能となる。
【００５５】
また、同じくスパージング井戸１０のスクリーン１１から土壌に注入される気体Ａは、コンプレッサ２２により圧縮された気体Ａを、送気管２１を介してその量を流量計２４、圧力計２５により確認をしながらバルブ２３により調節して供給される。スパージング井戸１０に供給された気体Ａは、スパージング井戸１０の下端部のスクリーン１１から土壌に注入される。
【００５６】
以上、第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化方法によれば、土壌に気体Ａ（大気）が供給されることにより、気化効果により一定量の揮発性有機塩素化合物は除去されるが、地盤内が好気環境となるため、液体Ｗが含有する徐放性のコロイド状有機物の脱塩素化は進行しない。
そして、スパージングを停止すると、徐放性のコロイド状有機物から有機物が地下水に徐々に供給されて、地盤内は好気環境から嫌気環境へと移行する。その結果、残存している揮発性有機塩素化合物の脱塩素化が促進される。
そのため、汚染物質の気化、回収効果による浄化効率が低下し、液体Ｗが汚染帯水層へ行き渡ったと判断された時点で原位置浄化システム１の運転を停止させても、汚染物質の分解は進行する。故に、装置運転に要する費用や手間を削減することが可能となる。
【００５７】
この他、第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置地盤改良方法による効果は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
以上、本発明について、好適な実施の形態について説明したが、本発明は前記の実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記第１の実施の形態では、土壌に注入する液体として、揚水した汚染地下水を浄化してなる浄化水を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、水道水や河川の水、非汚染地下水等を使用してもよく、また、これら浄化水、水道水、河川の水等のうち、２種以上の液体を混合してなる混合水を使用してもよい。
【００５９】
また、前記各実施形態では飽和層における汚染地下水の汚染物質の浄化を行うものとしたが、当該原位置浄化システムを、汚染源を有する不飽和層にも採用することにより、積極的に不飽和層に水を循環させるとともに、有機物材料を供給することにより、汚染源の分解を促進させることも可能である。
また、土壌へ注入する気体及び液体の量は限定されず、土壌に応じて適宜変更可能であることはいうまでもない。
【００６０】
また、前記各実施形態では、真空抽出ユニットとして地盤内に有孔管により配管を行うものとしたが、浄化領域の地表面上をシート等により覆い、気化したガスの流出を防止し、真空ポンプで吸気する構成としてもよい。
また、原位置浄化システムの各装置の配置、数量等は、適宜変更可能であることはいうまでもない。
【００６１】
また、原位置浄化システムの構成は、前記各実施形態で示したものに限定されるものではなく、地盤内に、有機物を含有した液体と気体とを注入することが可能であればよい。
【実施例】
【００６２】
次に、本発明に関する実証実験を行った結果を示す。
【００６３】
図３は、本実証実験において使用した原位置浄化システムの概略を示す側面図である。また、図４は、同実証実験におけるスパージング風量と経過時間との関係を示す図である。
本実証実験では、第一帯水層Ｄ１、シルト層Ｄ２、第二帯水層Ｄ３、不透水層Ｄ４の複層地盤において、シルト層Ｄ２と不透水層Ｄ４に挟まれた第二帯水層Ｄ３に存在するベンゼンの浄化を行うものとした。
【００６４】
本実証実験に係る原位置浄化システム２は、図３に示すように、スパージング井戸１０と観測井戸（揚水井戸）４０ａ〜４０ｄとから構成されている。
【００６５】
スパージング井戸１０は、第二帯水層Ｄ３の最下部から気体と液体を供給できるスクリーン４１が設置されている。また、スパージング井戸１０の上端には、送気と送液が同時に行えるようにコンプレッサ２２、送水ポンプ３２および液体貯留槽３３が連結されている。
【００６６】
観測井戸４０ａ〜４０ｄは、スパージング井戸１０に並設して７５ｃｍ間隔で配設されている。中間に配設された観測井戸４０ａ〜４０ｃには、第二帯水層に対応する箇所にスクリーンが設置されて、地下水が流入可能に構成されている。
【００６７】
また、スパージング井戸１０から最も離れた位置に配設された観測井戸４０ｄには、第二帯水層Ｄ３に対応する箇所にスクリーン４１が設置されており、スパージング井戸１０から供給された気体Ａを回収できる構造に構成されている。観測井戸４０ｄにより回収された気体Ａおよび汚染地下水Ｗ０は、気液分離槽４４により気体Ａと液体とに分離された後、それぞれ無害化処理がなされる。
【００６８】
実証実験に先立ち行った事前試験の結果、地盤内にスパージング井戸１０から注入された気体が到達する範囲であるスパージング影響半径は、スパージング風量が５０Ｌ／ｍｉｎの場合に約１ｍ、スパージング風量が１５０Ｌ／ｍｉｎの場合に約３ｍであった。
【００６９】
本実証実験では、事前試験結果を参考に、スパージング風量を図４に示すように約５０〜約１５０Ｌ／ｍｉｎの範囲内で調節しながら約３０日間連続して、本発明の汚染地下水の原位置浄化方法にて地下水の浄化を行い、定期的に観測井戸中の地下水のベンゼン濃度と臭気物イオン濃度を測定した。
【００７０】
図５は、本実証実験中の各観測井戸４０ａ〜４０ｄにおける地下水のベンゼン濃度の経時変化を示す図であって、縦軸がベンゼン濃度、横軸が経過時間である。
図５に示すように、原位置浄化システム２の運転直後は、全ての観測井戸４０ａ〜４０ｄにおいて、ベンゼン濃度の減少が確認された。ところが、数日後にスパージング風量を５０Ｌ／ｍｉｎに変更したことにより、スパージング影響範囲（スパージング影響半径）外となった観測井戸４０ｂ〜４０ｄのベンゼン濃度が再上昇する結果となった。
さらに、スパージング風量を１５０／ｍｉｎに戻すと、観測井戸４０ｂ〜４０ｄのベンゼン濃度が再び減少することが確認された。
【００７１】
この結果、気化による浄化では、スパージング影響範囲内では、揮発性汚染物質の濃度が、気化効果により減少するが、スパージングを停止すると、汚染物質の濃度が再上昇する可能性があることが実証された。
【００７２】
次に、スパージング井戸１０から、気体Ａとともに供給した液体Ｗの帯水層内での挙動を把握するため、トレーサ物質に臭気ナトリウムを用いて、臭化物イオン濃度が２００ｍｇ／Ｌの水道水をスパージング井戸１０から０．５Ｌ／ｍｉｎで注入した。図６は、当該実証実験における液体Ｗの注入量と時間の関係を示す図であって、縦軸に注水積算量、横軸に経過時間を示す。
【００７３】
図６に示すように、試験終了（３０日間）までの柱水量は２４ｋＬであり、影響範囲内（半径３ｍ）の第二帯水層（平均厚さ：約４ｍ）Ｄ３に存在する間隙水量（約３４ｋＬ，間隙率を０．３として計算）の約７０％に相当する液体Ｗが、３０日間で注入できることが確認された。試験期間中、スパージング井戸１０内の圧力は略一定値（約０．１２Ｍｐａ）で推移し、スクリーン部周辺での目詰まりなどの影響も確認されなかった。
【００７４】
図７は、試験期間中の各観測井戸４０ａ〜４０ｄにおける臭化物イオン濃度の経時変化を示す図である。図７に示すように、臭化物イオンは、スパージング井戸１０に近い箇所より広まっていき、影響範囲内の全ての観測井戸４０ａ〜４０ｄに液体Ｗが達していることが確認された。また、全ての観測井戸４０ａ〜４０ｄにおける地下水に対する液体Ｗの交換率は５０％以上に達しており、この結果から液体Ｗに有機物を混入することにより地盤内に効率的に有機物を供給することが可能であることが実証された。
【００７５】
以上の結果から、帯水層にガスを圧入することで、揮発性汚染物質を効率的に除去することが可能であるが、スパージングを停止すると汚染濃度が再び上昇する危険性がある。一方、気体とともに液体を供給することで、液体が影響範囲内に効率的に供給されることが実証されたため、液体有機物を注入することで、スパージング停止後に人為的な浄化を実施しなくても、残存する汚染物質に対して、微生物分解効果により、汚染物質の濃度低減を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】第１の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化システムの概略を示す側面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る汚染地下水の原位置浄化システムの概略を示す側面図である。
【図３】本発明の実証実験において使用した原位置浄化システムの概略を示す側面図である。
【図４】図３に示す原位置浄化システムによる実証実験におけるスパージング風量と経過時間との関係を示す図である。
【図５】同実証実験中の各観測井戸における地下水のベンゼン濃度の経時変化を示す図であって、縦軸がベンゼン濃度、横軸が経過時間である。
【図６】同実証実験における液体Ｗの注入量と時間の関係を示す図であって、縦軸に注水積算量、横軸に経過時間を示している。
【図７】同実証実験における試験期間中の各観測井戸における臭化物イオン濃度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 原位置浄化システム
１０ スパージング井戸
２０ 気体供給手段
２１ 送気管
２２ コンプレッサ
２３ 気体供給槽
３０ 液体供給手段
３１ 送水管
３２ 送水ポンプ
３３ 液体貯留槽
３４ 微生物栄養供給槽
４０ 揚水井戸
４２ 送水管
４３ ポンプ
４５ 遮蔽壁（遮蔽手段）
Ａ 気体
Ｗ 液体（栄養水）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染地下水の浄化を行う領域の地盤内に設置された単数または複数のスパージング井戸から、気体と有機物材料を含有する液体とを注入する汚染地下水の原位置浄化方法であって、
前記気体が、大気より酸素の含有量が低い気体であることを特徴とする、汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項２】
前記気体が、不活性ガスであることを特徴とする、請求項１に記載の汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項３】
前記不活性ガスが、窒素、二酸化炭素、アルゴンガスおよびヘリウムからなる群より少なくとも一種以上選択されることを特徴とする、請求項２に記載の汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項４】
汚染地下水の浄化を行う領域の地盤内に設置された単数または複数のスパージング井戸から、気体と有機物材料を含有する液体とを注入する汚染地下水の原位置浄化方法であって、
前記有機物材料が、コロイド状の徐放性有機物であることを特徴とする、汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項５】
前記地盤内に注入された前記気体による浄化効率が低下した後、前記スパージング井戸からの前記気体と前記液体の注入を停止することで、該地盤内に注入された前記有機物材料による脱塩素化を促進させることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項６】
前記液体が、前記地盤内に設置された揚水井戸により揚水された汚染地下水を浄化してなる浄化水であることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の汚染地下水の浄化方法。
【請求項７】
前記領域の全周囲を取り囲むように設置された遮蔽手段により、該領域から前記気体および前記液体の領域外への拡散を防止することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の汚染地下水の浄化方法。
【請求項１】
汚染地下水の浄化を行う領域の地盤内に設置された単数または複数のスパージング井戸から、気体と有機物材料を含有する液体とを注入する汚染地下水の原位置浄化方法であって、
前記気体が、大気より酸素の含有量が低い気体であることを特徴とする、汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項２】
前記気体が、不活性ガスであることを特徴とする、請求項１に記載の汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項３】
前記不活性ガスが、窒素、二酸化炭素、アルゴンガスおよびヘリウムからなる群より少なくとも一種以上選択されることを特徴とする、請求項２に記載の汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項４】
汚染地下水の浄化を行う領域の地盤内に設置された単数または複数のスパージング井戸から、気体と有機物材料を含有する液体とを注入する汚染地下水の原位置浄化方法であって、
前記有機物材料が、コロイド状の徐放性有機物であることを特徴とする、汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項５】
前記地盤内に注入された前記気体による浄化効率が低下した後、前記スパージング井戸からの前記気体と前記液体の注入を停止することで、該地盤内に注入された前記有機物材料による脱塩素化を促進させることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の汚染地下水の原位置浄化方法。
【請求項６】
前記液体が、前記地盤内に設置された揚水井戸により揚水された汚染地下水を浄化してなる浄化水であることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の汚染地下水の浄化方法。
【請求項７】
前記領域の全周囲を取り囲むように設置された遮蔽手段により、該領域から前記気体および前記液体の領域外への拡散を防止することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の汚染地下水の浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−４５５５８（Ｐ２００９−４５５５８Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１４０６９（Ｐ２００７−２１４０６９）
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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