透過反応壁および地下水の浄化方法
【課題】粉体状の金属還元剤を含む透過反応壁の閉塞を防止する。
【解決手段】上流反応層としての第１反応層１１および下流反応層としての第２反応層１２を含む透過反応壁１を地中に埋設する。反応壁１は、第１反応層１１が地下水の流れＷに対し上流側に配置され、下流側に第２反応層１２が配置されるように設置する。第１反応層１１は、第２反応層１２に対して径が大きな空隙が形成されているよう、例えば金属還元剤として粒径が大きな鉄粉を砂のような透水性材料とを混合をして構成される。
【解決手段】上流反応層としての第１反応層１１および下流反応層としての第２反応層１２を含む透過反応壁１を地中に埋設する。反応壁１は、第１反応層１１が地下水の流れＷに対し上流側に配置され、下流側に第２反応層１２が配置されるように設置する。第１反応層１１は、第２反応層１２に対して径が大きな空隙が形成されているよう、例えば金属還元剤として粒径が大きな鉄粉を砂のような透水性材料とを混合をして構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原位置での地下水浄化に用いられる、地中に設置された壁状の透過反応壁およびこれを用いた汚染地下水の浄化方法に関する。本発明は特に、粒状の金属製の還元剤を含んで構成された液透過性の反応層を複数、地下水の流れに沿って配置して構成される複層型の透過反応壁およびこれを用いた汚染地下水の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物処理場や不法投棄廃棄物からの浸出液や工場廃液等が地下に浸透し、地下水を汚染する事例が発生している。このようにして汚染された地下水は、その流れにより汚染地域を広め、様々な環境汚染を引き起こす。そのため、このような汚染地下水による周辺地域の汚染を阻止するために様々な浄化技術が提案されている。
【０００３】
従来、汚染地下水を浄化する方法として、浄化反応を担う透水性の壁状構造体（「透過性反応壁」：ＰＲＢ、Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｂａｒｒｉｅｒ）を地中に造成する透過反応壁工法による浄化方法が知られている。この方法では、反応壁に地下水を通して地下水に含まれる有機ハロゲン化合物のような汚染物質を原位置で分解する。
【０００４】
図３は、従来例に係る反応壁２１が地中に埋設された状態を示す平面模式図である。図中、矢印は地下水の流れＷを示しており、反応壁２１は、地下水の流れＷに対し、帯水層が汚染された領域（汚染領域）Ｇより下流に配置されている。反応壁２１の両側には、この例に示すように必要に応じて一対の止水壁２２が設けられ、汚染地水が止水壁２２にぶつかることで反応壁２１に向かって流れるように構成されている。
【０００５】
反応壁２１は、粒状の金属還元剤を含み、砂等の粒状物と金属還元剤とを混合する等して全体として透水性を有するように構成されている。汚染地下水は、このような反応壁２１を通過する際に金属還元剤と接触することで、金属還元剤により有機ハロゲン化合物のような汚染物質が分解され、地下水の浄化が行われる。
【０００６】
透過反応壁工法は、一度、反応壁を施工すればメンテナンスが殆ど不要である。よって、汚染地下水を地上に汲み上げて浄化する揚水処理等と比較して低コストであり、浄化中の土地を有効に利用できるという利点もある。
【０００７】
このような透過反応壁に用いる金属還元剤としては、還元力を有する鉄粉のような金属鉄が挙げられる。例えば特許文献１および特許文献２には、透過反応壁を構成する金属還元剤として微粉状、切片状または繊維状の鉄あるいはこれらの鉄と活性炭の複合物を使用することが開示されている。特許文献３および特許文献４は、金属鉄を金属還元剤として用いて有機ハロゲン化合物を分解する際の反応条件や反応促進法を開示している。
【０００８】
透過反応壁には、異なる性状の反応層を複数、並べて構成した、いわゆる複層型の透過反応壁もある。例えば、特許文献５には、２層の反応層を具備する複層型透過反応壁が開示されている。特許文献５に開示された透過反応壁は、鉄粉を含む部分（第１の反応層）と銅含有鉄粉を含む部分（第２の反応層）という２層を具備する。
【特許文献１】特表平５−５０１５２０号公報
【特許文献２】特表平６−５０６６３１号公報
【特許文献３】特公平２−４９１５８号公報
【特許文献４】特公平２−４９７９８号公報
【特許文献５】特開２００１−９４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、地下水には一般にカルシウムやマグネシウム等の硬度成分が含まれる。これらの硬度成分は地下水中で不溶性の化合物を生成することがある。また、反応壁を構成する際に金属還元剤として鉄粉を用いる場合、鉄粉の還元反応により二価鉄イオンが発生するが、硬度成分と同様、二価鉄イオンも地下水中で不溶性の化合物を生成することがある。このため、反応壁を長期間に渡って使用すると、硬度成分や二価鉄イオンにより生成された不溶性化合物によって透過反応壁の間隙が徐々に埋まり、将来的には透過反応壁の透水性が局部的または全体的に低下してしまう恐れがある。
【００１０】
図４は、図３の反応壁２１の使用に伴う変化を示す模式図である。図４（ａ）は浄化開始時における反応壁２１のＺ１−Ｚ２線に沿った断面模式図、（ｂ）は（ａ）の反応壁２１に対する水の流れを示す平面模式図である。図４（ｃ）は使用を継続した結果、透過反応壁の透水性が局部的に低下した状態における反応壁２１のＺ１−Ｚ２線に沿った断面模式図、（ｄ）は（ｃ）の反応壁２１に対する水の流れを示す平面模式図である。
【００１１】
従来例に係る反応壁２１については、反応壁２１を構成する金属還元剤および砂のような透水性材料の粒径は地下水流れ方向（すなわち反応壁２１の厚さ方向Ｄ）に沿って概ね一定である。このため、反応壁２１による浄化開始時には、図４（ａ）に示すように、反応壁２１の空隙は厚さＤ方向にほぼ一定で、地下水の透水性も厚さＤ方向でほぼ等しい。
【００１２】
しかし浄化反応が進むと、硬度成分や鉄イオンにより生成された不溶性化合物が反応壁２１中に蓄積して反応壁２１の間隙の大きさを小さくするため、地下水の透水性が低下する。透水性が低下すると、図４（ｄ）に示すように汚染物質を含む地下水が反応壁２１を透過せず迂回するようになる。この迂回量が多くなるに従い、有機ハロゲン化合物を効率的に処理することができなくなる。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされ、閉塞が防止される透過反応壁の構造および透過反応壁を用いた汚染地下水の浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来、金属還元剤として用いる鉄粉の粒径については、十分な検討はなされておらず、反応層が地下水の透水性を確保できる程度に大きく、かつ、高い反応効率を維持するために必要な表面積が確保される程度に小さいことが好ましいという程度の認識しかされていなかった。これに対し、上記課題を検討した結果、透過反応壁の透水性の低下は、透過反応壁の入口側、すなわち地下水流れに対して上流側から起こることを見出した。本発明は、かかる知見に基づき完成され、透過反応壁の入口側の空隙率を大きくし、析出物が生成されても反応壁の透水性の低下による処理不良を防止する。具体的には、本発明は以下を提供する。
【００１５】
（１） 地中に設けられた壁状の透過反応壁であって、
前記地中を流れる汚染された地下水の流れの上流側に設けられ粒状の金属還元剤を含む上流反応層と、
前記上流反応層に対して前記地下水の流れの下流側に設けられ粒状の金属還元剤を含む下流反応層と、を有し、
前記上流反応層の金属還元剤は前記下流反応層の金属還元剤より平均粒径が大きくされている透過反応壁。
（２） 前記上流反応層および前記下流反応層は、前記金属還元剤と粒状の透水性材料とを混合して構成され、
前記上流反応層の透水性材料は、前記下流反応層の透水性材料より平均粒径が大きくされている（１）に記載の透過反応壁。
（３） 前記金属還元剤は鉄粉であり、
前記上流反応層の金属還元剤および透水性材料は、平均粒径が０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍである（１）または（２）に記載の透過反応壁。
（４） 前記上流反応層の厚みは、前記透過反応壁全体の厚みの１０〜５０％である（１）から（３）のいずれかに記載の透過反応壁。
（５） 請求項１から４のいずれかに記載の透過反応壁に、有機ハロゲン化合物を含む地下水を通過させて浄化する地下水の浄化方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、反応壁を地下水が通過する際に生成される析出物による反応壁の透水性の低下を防止できる。よって、本発明によれば、反応壁の透水性の低下による浄化不良を防ぎ、反応壁の寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下、同一部材には同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態に係る複層型の透過反応壁１が地中に埋設された状態を示す平面模式図である。図２は、使用に伴う図１の反応壁１の変化を示す模式図である。図２（ａ）は浄化開始時における反応壁１のＸ１−Ｘ２線に沿った地中断面模式図、（ｂ）は（ａ）の反応壁１に対する水の流れを示す平面模式図である。図２（ｃ）は使用を継続した反応壁１のＺ１−Ｚ２線に沿った地中断面模式図、（ｄ）は（ｃ）の反応壁１に対する水の流れを示す平面模式図である。
【００１９】
反応壁１は、地中に起立する壁体であり、上流反応層としての第１反応層１１と、下流反応層としての第２反応層１２という２層の反応層を含む。第１反応層１１と第２反応層１２とは厚さ方向Ｄに並べられ、第１反応層１１は、地下水の流れＷに対して第２反応層１２より上流側に配置されている。反応壁１は壁面が汚染地下水の流れに対して略直交するように配置され、最深部に位置する端縁（下端）は、地下水が流れる帯水層７２の下部の不透水層７３に達している。反応壁１の上端（下端と向かい合う端縁）は、地下水位から０〜１００ｃｍ程度、地上側にあって、この例では表層土で構成される飽和層７１に位置している。また、この例では下端と上端とを接続する一対の端縁（側縁）に接して一対の止水壁２が配置されている。
【００２０】
止水壁２は、遮水性の板、例えば矢板で構成され、反応壁１と同様に壁面が地下水の流れを遮るように、地中に壁面が垂直に起立するように設置されている。一対の止水壁２は地下水の上流側から下流側に向かって間隔が狭くなるように配置され、下流側の端縁同士の間に反応壁１が挟まれた状態で配置され、地下水は止水壁２により集水され反応壁１を通過する。
【００２１】
反応層１１、１２は、どちらも金属還元剤としての鉄粉を粒状の透水性材料と混合して構成されている。透水性材料としては、砂や砕石等が用いられる。金属還元剤としては、鉄粉以外に粒状のアルミニウムや亜鉛等を用いることもできるが、コスト面から鉄粉が好適に使用でき、銑鉄（鋳鉄）屑等のような鉄の廃棄物を使用してもよい。鉄粉は、還元鉄が好ましい。
【００２２】
鉄粉および透水性材料はどちらも略粒状であり、鉄粉と透水性材料との混合物が充填されて構成される反応層１１、１２には、粒体と粒体との間に生じる多数の空隙が形成される。本発明では、第２反応層１２に比して空隙を大きくした第１反応層１１を、第２反応層１２に対して地下水流れＷの上流側に配置する。
【００２３】
反応層１１、１２の空隙の大きさを調整するために、粒状の金属還元剤（鉄粉）および／または透水性材料の粒径を調整する。反応層を構成する材料の中で金属還元剤が占める割合は、質量比で１０〜１００％、好ましくは２０〜１００％である。金属還元剤と透水性材料とを混合して反応層を構成する場合（つまり、反応層を構成する材料の中で金属還元剤が占める割合が１００％未満の場合）、両者の混合割合を考慮しながら金属還元剤および透水性材料の一方または両方について、第１反応層１１の金属還元剤（および／または透水性材料）の平均粒径を、第２反応層１２の金属還元剤（および／または透水性材料）の平均粒径より大きくする。
【００２４】
具体的には、第１反応層１１の金属還元剤は平均粒径が０．５ｍｍ以上であるようにされていることが好ましい。本明細書では、第１反応層１１に含まれる金属還元剤の５０質量％以上が上記値以上の粒径であれば、第１反応層１１の金属還元剤の平均粒径が前記値以上であるとして扱う。また、反応層１１、１２は、その構成材料の中に金属還元剤が５０質量％以上含まれている場合、金属還元剤による浄化作用を奏する反応層として扱う。
【００２５】
金属還元剤については、平均粒径が大きすぎると反応性が不足する恐れがあるため、その上限は１０．０ｍｍとすることが好ましい。一方、第１反応層１１の透水性材料については、透水性を確保するため平均粒径が０．５ｍｍ以上であることが好ましい。しかし、第１反応層１１の透水性材料の平均粒径が大きすぎると透水性材料の間に形成されるべき隙間に金属還元剤が入り込み、空隙が塞がれ、かえって反応壁全体の透水性が低下する恐れがある。このため、透水性材料の平均粒径は１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
反応層１１、１２を構成する金属還元剤および透水性材料は、反応層ごとに平均粒径が異なっていてもよいが、同一の反応層については粒径が揃っていることが好ましい。具体的には、全体の５０質量％以上が平均粒径（重量平均）に対して±２０％程度の粒径の粒状体であるよう、所定の大きさの目開きのふるい等を用いて分級されていることが好ましい。また、同一の反応層では、金属還元剤と透水性材料の粒径も近似していることが好ましく、特に空隙を大きくすべき第１反応層１１については、透水性材料と金属還元剤とは平均粒径の比が１：０．８〜１：１．２程度となるようにするとよい。
【００２７】
第２反応層１２の金属還元剤については、平均粒径は０．２５ｍｍ以上であればよく、０．２５ｍｍ〜２．５ｍｍ程度であればよい。第２反応層１２の透水性材料については、平均粒径が０．２５ｍｍ以上であればよく０．２５ｍｍ〜２．５ｍｍ程度であればよい。第２反応層１２については、金属還元剤および透水性材料は粒径が揃えられている必要性は低く、金属還元剤と透水性材料との平均粒径の比も任意でよい。
【００２８】
第１反応層１１と第２反応層１２とを合わせた反応壁１全体の厚さＤは１０ｃｍ〜５ｍ程度であり、第１反応層１１の厚さは反応壁１全体に対して１０〜５０％となるように設定することが好ましい。
【００２９】
次に、反応壁１を造成する方法について説明する。反応壁１を造成するに先立ち、汚染された地下水が流れる帯水層７２に対し、地下水の流れＷの方向をあらかじめ把握し、汚染された地下水が反応壁１に向かって流れるよう、反応壁１の設置場所を決定する。反応壁１は、壁面が地下水の流れＷを遮るように、壁面の延伸方向と地下水流れＷ方向とがほぼ直角になるように設置する。
【００３０】
地中に反応壁１を埋設する方法は限定されるものではないが、反応壁１の設置予定地盤を掘削して不透水層７３に達する溝（トレンチ）を形成し、トレンチ内を金属還元剤と透水性材料との混合物で埋め戻す方法が挙げられる。トレンチ内は、地下水流れＷに対して上流側に第１反応層１１が形成され、下流側に第２反応層１２が形成されるよう、少なくとも２以上に区分し、それぞれの区画に上述したように異なる粒径の金属還元剤または／および透水性材料の混合物を埋設すればよい。具体的には、トレンチ内の第１反応層１１と第２反応層１２との境界部分に矢板のような壁を設置し、それぞれの区画に各反応層を構成する混合物を充填した後、区画を隔てる壁を引き抜けばよい。
【００３１】
次に、上記反応壁１を用いた汚染地下水の処理方法について説明する。本発明では、汚染物質として有機ハロゲン化合物を含む地下水を処理対象とする。有機ハロゲン化合物とは、例えばテトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエタン、四塩化炭素、およびジクロロメタン等が挙げられる。本発明では浄化に鉄粉のような金属還元剤を用いるため、ダイオキシンやＰＣＢといった難分解性の有機ハロゲン化合物は処理対象外となる。
【００３２】
本発明では、上述した第１反応層および第２反応層を含む反応壁を汚染地下水が流れる地中に埋設し、汚染地下水がこの反応壁を通過するようにする。汚染地下水は、反応壁を通過する際に、反応壁に含まれる金属還元剤と接触することで有機ハロゲン化合物が金属鉄に還元され脱塩素され、浄化される。金属還元剤として鉄粉を用いて有機ハロゲン化合物を分解するときの作用を以下に例示する。
【００３３】
有機ハロゲン化合物が金属鉄に還元され、脱塩素される際、反応壁に含まれた鉄はゼロ価の金属鉄からニ価の鉄イオンとなり、地下水中に溶出する。例えば、有機ハロゲン化合物がトリクロロエチレン（ＴＣＥ）の場合、その反応は化学式１に示す反応となる。
（化学式１）
ＣＣｌ２ＣＣＨＣｌ＋３Ｆｅ＋３Ｈ２Ｏ→ＣＨ２ＣＨ２＋３Ｆｅ２＋＋３ＯＨ−＋３Ｃｌ−
【００３４】
また、地下水が反応壁を通過する際、化学式１の有機ハロゲン化合物の還元反応とは別に金属鉄が水に酸化される下記化学式２や化学式３の反応も起こる。
（化学式２）
Ｆｅ＋２Ｈ２Ｏ→Ｆｅ２+＋Ｈ２ａｑ＋２ＯＨ−
（化学式３）
４Ｆｅ＋３Ｏ２ａｑ＋６Ｈ２Ｏ→４Ｆｅ３+＋１２ＯＨ−
【００３５】
化学式１および化学式２の反応で生成された二価の鉄イオンや化学式３の反応で生成された三価の鉄イオンは地下水中に溶出する。また、化学式１〜化学式３に示す反応で生成された水酸化物イオン（ＯＨ−）により、反応壁を通過する水のｐＨが上昇する。二価鉄イオンはｐＨが上昇すると不溶性の水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）２）を形成する。この結果、反応壁中に水酸化鉄が析出し、反応壁の空隙を小さくして透水性が悪くなる。
【００３６】
本発明者の知見によれば、このような反応壁の空隙の縮小は、反応壁の最上流側の部分でより顕著に起こる。これは、反応壁の最上流側の部分では、有機ハロゲン化合物が還元脱塩素される化学式１の反応がより活発に起こることに起因すると考えられる。一方、地下水が反応壁中を透過するに伴って地下水中の有機ハロゲン化合物は分解されてその濃度は減少するため、反応壁の下流側に向かうに従って化学式１の反応は起こりにくくなる。よって、下流側では鉄イオンの溶出も水酸化物イオンの生成によるｐＨの上昇も起こりにくくなり、鉄イオンの不溶化による析出物が生成されにくい環境となると考えられる。
【００３７】
このように、不溶性の鉄化合物の析出による反応壁の空隙の縮小は、その最上流部付近で最も生じやすい。反応壁の最上流付近の透水性が減少すると、下流への流れが阻害され、反応壁全体の透水性が悪くなって透過反応壁の浄化性能は悪化する。
【００３８】
さらに、地下水にはカルシウムやマグネシウムのような硬度成分（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）も含まれており、これら硬度成分が反応壁の構成材表面に析出して反応壁を閉塞させその透水性を低下させる原因となる可能性がある。この傾向も、入口付近ほど強くなる。
【００３９】
このような問題に対し、本発明では反応壁を複層型とし、地下水流れに対して反応壁の最上流側に該当する部分を、空隙を大きくして透水性を高めた第１の反応層（上流反応層）とする。これにより、不溶性化合物が生成され反応壁中で析出しても反応壁際上流部の透水性が確保されるので、図２（ｄ）に示すように地下水は反応壁１を迂回せずに流れ、全体の透水性を損なう問題を回避できる。
【００４０】
反応壁は上述したとおり、砂のような粒状の透水性材料と鉄粉のような粒状の浄化材で構成でき、その透水性はこれら粒体の粒径を大きくすることで調整できる。ここで、Creagerの式によれば透水係数は、１０％粒径の２乗に比例するとされ、粒径が大きいほど透水性を高くできる。一方で、反応壁は大きな粒径の粒状体で構成するほど、比表面積が減少するため還元反応が進まなくなる。よって、反応壁全体について、これを構成する金属還元剤の粒径を大きくすると、有機ハロゲン化合物を分解する能力が低下する。これに対し、本発明では、反応壁を複層型として下流側には粒径の小さな金属還元剤を使用する。これにより、透過反応壁全体の分解能を損なわずに透過反応壁の透水性の低下を防ぐことができる。
【００４１】
本発明に係る反応壁は、上記第１実施態様に係る反応壁１以外に種々の変形が可能である。例えば、第１反応層（上流反応層）と第２反応層（下流反応層）以外の層を設けてもよい。具体的には、地下水流れに対し、第１反応層よりさらに上流側に硬度成分除去剤を充填した層を配置すること（特開２００４−２５５３１４号参照）、および、第１反応層より下流側の任意の位置にフッ素を吸着する吸着層を配置すること（特開２００７−２６０５２５号参照）等が挙げられる。前者は、地下水の硬度が高い場合、後者は地下水が有機ハロゲン化合物以外にフッ素を含む場合に適している。なお、金属鉄の腐食によって金属鉄自身は消費されることになるので、その分、空隙率は高くなる。しかし、金属鉄の真比重は８ｇ／ｃｍ３であるのに対し、Ｆｅ（ＯＨ）２の真比重は３．４ｇ／ｃｍ３であり、モル体積で比較すると、金属鉄７ｃｍ３／ｍｏｌに対し、Ｆｅ（ＯＨ）２は２６ｃｍ３／ｍｏｌであり、同じモル濃度で比較した場合、金属鉄は水酸化鉄と比べて３倍以上の体積となる。したがって、金属鉄の腐食の際には金属鉄消費による空隙増加分よりも、水酸化鉄生成による空隙減少分の方が大きいと考えられる。また、本発明の反応壁は、図１に示すような止水壁を使用するタイプに限定されず、例えば反応壁だけで構成されてもよい。
【実施例】
【００４２】
[比較例１]
塩化ビニル樹脂製の円筒カラム（内径１０ｃｍφ×高さ１ｍ）に平均粒径１ｍｍの球状鉄粉を充填し、上端および下端に目皿を配置して実験用カラムＣ１とし、通水装置を取り付けた実験装置を作成した。このカラムＣ１にはタンクＴからポンプＰを介して流速０．２ｍＬ／ｍｉｎで通水をした。カラムＣ１内の鉄粉の腐食を促進させるため、ＮａＣｌを５ｇ／Ｌで溶解させた水道水を調整して加速試験用の調整液とし、カラムＣ１に上向流通水した。
【００４３】
また、カラムＣ１内に形成した反応層の透水係数の経日的な変化を追うために、カラムＣ１を通水装置から取り外し、カラムＣ１の上端および下端それぞれに水槽を配置した図５（ｂ）に示す装置を用いて透水係数を測定した。１０日間に１回のペースで透水係数を測定した。透水係数は数式１で示されるダルシーの法則を変形した数式２で計算される。なお、数式１において、ｑは水の体積フラックス（ｃｍ／ｓ）、ΔＨは水頭差（ｃｍＨ２Ｏ）、Δｘは流れに沿った方向の距離（ｃｍ）、ｋは飽和透水係数（ｃｍ／ｓ）を示す。また、数式２のカラム勾配はΔＨ／Δｘで求められる
（数式１）
ｑ＝−ｋ（ΔＨ／Δｘ）
（数式２）
カラム全体の透水係数＝流量×カラム断面積／カラム勾配
【００４４】
比較例１のカラム内の反応層の透水係数の経日変化の測定結果を図６に示す。ここで、濃度５ｇ／Ｌの濃度のＮａＣｌ水溶液と接する金属鉄の腐食速度は、水に対する腐食速度の１００倍とされている。このことから推算すると、ＮａＣｌを含む調整液を通水した場合の透水係数は試験開始から６０日後に約５０％低下しているから、自然環境中の水を通水する場合、この１００倍つまり６０００日（約１６年）経過後に透水係数が約５０％低下するものと考えられる。
【００４５】
[実施例１]
実施例１として、比較例１で用いたカラムＣ１について、カラムＣ１の入り口側１０ｃｍまでの部分に平均粒径４ｍｍの球状鉄粉を充填し、残りの９０ｃｍの部分には平均粒径１ｍｍの球状鉄粉を充填した。このようにカラムＣ１内部の反応層の構成を変更した以外は比較例と同様の実験を行った。結果を図７に示す。
【００４６】
図７に示すように、６０日経過後のＮａＣｌ調整液を通水した場合の透水係数は約５％低下しているから、比較例１と同様にして推算すると、自然環境中の水を通水する場合はこの１００倍つまり６０００日（約１６年）経過後、透水係数は約５％低下するものと考えられる。
【００４７】
このように、カラムの入口側１０ｃｍの部分を残りの９０ｃｍの部分よりも大きな粒径の鉄粉で構成することで、空隙の縮小による透水係数の低下を遅らせることができることが示された。
【００４８】
さらに、本発明により空隙の縮小が防止されることを裏付けるため、比較例１および実施例１のカラムを開封し、入口側から１０ｃｍごとに鉄粉を取り出し、それぞれの位置における空隙率を測定した。また、比較例１と実施例１において通水前の空隙率を再現するために、新たに図５（ｂ）の装置に平均粒径１ｍｍの球状鉄粉を充填したカラムを用いて同様の方法で測定した値をブランクとした。結果を図８および図９に示す。
【００４９】
図８に示すように、比較例１では６０日間の通水によってカラム入口付近での空隙率が減少していることがわかる。これに対し、図９によると実施例１では、６０日間の通水によってカラム入口付近で空隙率の減少傾向が若干見られるが、もともと空隙率が高かったために、カラム全体の空隙率と同等レベルの高い状態に維持されていることがわかる。
【００５０】
このような結果から、予めカラム入口付近の部分の空隙率を高くしておくことで、入口付近で鉄粉が腐食して水酸化鉄となってカラム内で析出し付着したとしても、カラム全体の透水係数が低下しないようにすることができることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、汚染地下水の原位置浄化用等の構造体の建造工事に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施態様に係る透過反応壁の平面図。
【図２】前記透過反応壁の使用に伴う変化を示す模式図。
【図３】従来例に係る透過反応壁の平面図。
【図４】前記透過反応壁の使用に伴う変化を示す模式図。
【図５】試験に用いた装置を示す模式図。
【図６】比較例１の結果を示すグラフ図。
【図７】実施例１の結果を示すグラフ図。
【図８】比較例１の結果を示すグラフ図。
【図９】実施例１の結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００５３】
１ 透過反応壁
２ 止水壁
１１ 第１反応層（上流反応層）
１２ 第２反応層（下流反応層）
Ｇ 汚染領域
Ｗ 地下水の流れ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原位置での地下水浄化に用いられる、地中に設置された壁状の透過反応壁およびこれを用いた汚染地下水の浄化方法に関する。本発明は特に、粒状の金属製の還元剤を含んで構成された液透過性の反応層を複数、地下水の流れに沿って配置して構成される複層型の透過反応壁およびこれを用いた汚染地下水の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物処理場や不法投棄廃棄物からの浸出液や工場廃液等が地下に浸透し、地下水を汚染する事例が発生している。このようにして汚染された地下水は、その流れにより汚染地域を広め、様々な環境汚染を引き起こす。そのため、このような汚染地下水による周辺地域の汚染を阻止するために様々な浄化技術が提案されている。
【０００３】
従来、汚染地下水を浄化する方法として、浄化反応を担う透水性の壁状構造体（「透過性反応壁」：ＰＲＢ、Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｂａｒｒｉｅｒ）を地中に造成する透過反応壁工法による浄化方法が知られている。この方法では、反応壁に地下水を通して地下水に含まれる有機ハロゲン化合物のような汚染物質を原位置で分解する。
【０００４】
図３は、従来例に係る反応壁２１が地中に埋設された状態を示す平面模式図である。図中、矢印は地下水の流れＷを示しており、反応壁２１は、地下水の流れＷに対し、帯水層が汚染された領域（汚染領域）Ｇより下流に配置されている。反応壁２１の両側には、この例に示すように必要に応じて一対の止水壁２２が設けられ、汚染地水が止水壁２２にぶつかることで反応壁２１に向かって流れるように構成されている。
【０００５】
反応壁２１は、粒状の金属還元剤を含み、砂等の粒状物と金属還元剤とを混合する等して全体として透水性を有するように構成されている。汚染地下水は、このような反応壁２１を通過する際に金属還元剤と接触することで、金属還元剤により有機ハロゲン化合物のような汚染物質が分解され、地下水の浄化が行われる。
【０００６】
透過反応壁工法は、一度、反応壁を施工すればメンテナンスが殆ど不要である。よって、汚染地下水を地上に汲み上げて浄化する揚水処理等と比較して低コストであり、浄化中の土地を有効に利用できるという利点もある。
【０００７】
このような透過反応壁に用いる金属還元剤としては、還元力を有する鉄粉のような金属鉄が挙げられる。例えば特許文献１および特許文献２には、透過反応壁を構成する金属還元剤として微粉状、切片状または繊維状の鉄あるいはこれらの鉄と活性炭の複合物を使用することが開示されている。特許文献３および特許文献４は、金属鉄を金属還元剤として用いて有機ハロゲン化合物を分解する際の反応条件や反応促進法を開示している。
【０００８】
透過反応壁には、異なる性状の反応層を複数、並べて構成した、いわゆる複層型の透過反応壁もある。例えば、特許文献５には、２層の反応層を具備する複層型透過反応壁が開示されている。特許文献５に開示された透過反応壁は、鉄粉を含む部分（第１の反応層）と銅含有鉄粉を含む部分（第２の反応層）という２層を具備する。
【特許文献１】特表平５−５０１５２０号公報
【特許文献２】特表平６−５０６６３１号公報
【特許文献３】特公平２−４９１５８号公報
【特許文献４】特公平２−４９７９８号公報
【特許文献５】特開２００１−９４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、地下水には一般にカルシウムやマグネシウム等の硬度成分が含まれる。これらの硬度成分は地下水中で不溶性の化合物を生成することがある。また、反応壁を構成する際に金属還元剤として鉄粉を用いる場合、鉄粉の還元反応により二価鉄イオンが発生するが、硬度成分と同様、二価鉄イオンも地下水中で不溶性の化合物を生成することがある。このため、反応壁を長期間に渡って使用すると、硬度成分や二価鉄イオンにより生成された不溶性化合物によって透過反応壁の間隙が徐々に埋まり、将来的には透過反応壁の透水性が局部的または全体的に低下してしまう恐れがある。
【００１０】
図４は、図３の反応壁２１の使用に伴う変化を示す模式図である。図４（ａ）は浄化開始時における反応壁２１のＺ１−Ｚ２線に沿った断面模式図、（ｂ）は（ａ）の反応壁２１に対する水の流れを示す平面模式図である。図４（ｃ）は使用を継続した結果、透過反応壁の透水性が局部的に低下した状態における反応壁２１のＺ１−Ｚ２線に沿った断面模式図、（ｄ）は（ｃ）の反応壁２１に対する水の流れを示す平面模式図である。
【００１１】
従来例に係る反応壁２１については、反応壁２１を構成する金属還元剤および砂のような透水性材料の粒径は地下水流れ方向（すなわち反応壁２１の厚さ方向Ｄ）に沿って概ね一定である。このため、反応壁２１による浄化開始時には、図４（ａ）に示すように、反応壁２１の空隙は厚さＤ方向にほぼ一定で、地下水の透水性も厚さＤ方向でほぼ等しい。
【００１２】
しかし浄化反応が進むと、硬度成分や鉄イオンにより生成された不溶性化合物が反応壁２１中に蓄積して反応壁２１の間隙の大きさを小さくするため、地下水の透水性が低下する。透水性が低下すると、図４（ｄ）に示すように汚染物質を含む地下水が反応壁２１を透過せず迂回するようになる。この迂回量が多くなるに従い、有機ハロゲン化合物を効率的に処理することができなくなる。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされ、閉塞が防止される透過反応壁の構造および透過反応壁を用いた汚染地下水の浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来、金属還元剤として用いる鉄粉の粒径については、十分な検討はなされておらず、反応層が地下水の透水性を確保できる程度に大きく、かつ、高い反応効率を維持するために必要な表面積が確保される程度に小さいことが好ましいという程度の認識しかされていなかった。これに対し、上記課題を検討した結果、透過反応壁の透水性の低下は、透過反応壁の入口側、すなわち地下水流れに対して上流側から起こることを見出した。本発明は、かかる知見に基づき完成され、透過反応壁の入口側の空隙率を大きくし、析出物が生成されても反応壁の透水性の低下による処理不良を防止する。具体的には、本発明は以下を提供する。
【００１５】
（１） 地中に設けられた壁状の透過反応壁であって、
前記地中を流れる汚染された地下水の流れの上流側に設けられ粒状の金属還元剤を含む上流反応層と、
前記上流反応層に対して前記地下水の流れの下流側に設けられ粒状の金属還元剤を含む下流反応層と、を有し、
前記上流反応層の金属還元剤は前記下流反応層の金属還元剤より平均粒径が大きくされている透過反応壁。
（２） 前記上流反応層および前記下流反応層は、前記金属還元剤と粒状の透水性材料とを混合して構成され、
前記上流反応層の透水性材料は、前記下流反応層の透水性材料より平均粒径が大きくされている（１）に記載の透過反応壁。
（３） 前記金属還元剤は鉄粉であり、
前記上流反応層の金属還元剤および透水性材料は、平均粒径が０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍである（１）または（２）に記載の透過反応壁。
（４） 前記上流反応層の厚みは、前記透過反応壁全体の厚みの１０〜５０％である（１）から（３）のいずれかに記載の透過反応壁。
（５） 請求項１から４のいずれかに記載の透過反応壁に、有機ハロゲン化合物を含む地下水を通過させて浄化する地下水の浄化方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、反応壁を地下水が通過する際に生成される析出物による反応壁の透水性の低下を防止できる。よって、本発明によれば、反応壁の透水性の低下による浄化不良を防ぎ、反応壁の寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下、同一部材には同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態に係る複層型の透過反応壁１が地中に埋設された状態を示す平面模式図である。図２は、使用に伴う図１の反応壁１の変化を示す模式図である。図２（ａ）は浄化開始時における反応壁１のＸ１−Ｘ２線に沿った地中断面模式図、（ｂ）は（ａ）の反応壁１に対する水の流れを示す平面模式図である。図２（ｃ）は使用を継続した反応壁１のＺ１−Ｚ２線に沿った地中断面模式図、（ｄ）は（ｃ）の反応壁１に対する水の流れを示す平面模式図である。
【００１９】
反応壁１は、地中に起立する壁体であり、上流反応層としての第１反応層１１と、下流反応層としての第２反応層１２という２層の反応層を含む。第１反応層１１と第２反応層１２とは厚さ方向Ｄに並べられ、第１反応層１１は、地下水の流れＷに対して第２反応層１２より上流側に配置されている。反応壁１は壁面が汚染地下水の流れに対して略直交するように配置され、最深部に位置する端縁（下端）は、地下水が流れる帯水層７２の下部の不透水層７３に達している。反応壁１の上端（下端と向かい合う端縁）は、地下水位から０〜１００ｃｍ程度、地上側にあって、この例では表層土で構成される飽和層７１に位置している。また、この例では下端と上端とを接続する一対の端縁（側縁）に接して一対の止水壁２が配置されている。
【００２０】
止水壁２は、遮水性の板、例えば矢板で構成され、反応壁１と同様に壁面が地下水の流れを遮るように、地中に壁面が垂直に起立するように設置されている。一対の止水壁２は地下水の上流側から下流側に向かって間隔が狭くなるように配置され、下流側の端縁同士の間に反応壁１が挟まれた状態で配置され、地下水は止水壁２により集水され反応壁１を通過する。
【００２１】
反応層１１、１２は、どちらも金属還元剤としての鉄粉を粒状の透水性材料と混合して構成されている。透水性材料としては、砂や砕石等が用いられる。金属還元剤としては、鉄粉以外に粒状のアルミニウムや亜鉛等を用いることもできるが、コスト面から鉄粉が好適に使用でき、銑鉄（鋳鉄）屑等のような鉄の廃棄物を使用してもよい。鉄粉は、還元鉄が好ましい。
【００２２】
鉄粉および透水性材料はどちらも略粒状であり、鉄粉と透水性材料との混合物が充填されて構成される反応層１１、１２には、粒体と粒体との間に生じる多数の空隙が形成される。本発明では、第２反応層１２に比して空隙を大きくした第１反応層１１を、第２反応層１２に対して地下水流れＷの上流側に配置する。
【００２３】
反応層１１、１２の空隙の大きさを調整するために、粒状の金属還元剤（鉄粉）および／または透水性材料の粒径を調整する。反応層を構成する材料の中で金属還元剤が占める割合は、質量比で１０〜１００％、好ましくは２０〜１００％である。金属還元剤と透水性材料とを混合して反応層を構成する場合（つまり、反応層を構成する材料の中で金属還元剤が占める割合が１００％未満の場合）、両者の混合割合を考慮しながら金属還元剤および透水性材料の一方または両方について、第１反応層１１の金属還元剤（および／または透水性材料）の平均粒径を、第２反応層１２の金属還元剤（および／または透水性材料）の平均粒径より大きくする。
【００２４】
具体的には、第１反応層１１の金属還元剤は平均粒径が０．５ｍｍ以上であるようにされていることが好ましい。本明細書では、第１反応層１１に含まれる金属還元剤の５０質量％以上が上記値以上の粒径であれば、第１反応層１１の金属還元剤の平均粒径が前記値以上であるとして扱う。また、反応層１１、１２は、その構成材料の中に金属還元剤が５０質量％以上含まれている場合、金属還元剤による浄化作用を奏する反応層として扱う。
【００２５】
金属還元剤については、平均粒径が大きすぎると反応性が不足する恐れがあるため、その上限は１０．０ｍｍとすることが好ましい。一方、第１反応層１１の透水性材料については、透水性を確保するため平均粒径が０．５ｍｍ以上であることが好ましい。しかし、第１反応層１１の透水性材料の平均粒径が大きすぎると透水性材料の間に形成されるべき隙間に金属還元剤が入り込み、空隙が塞がれ、かえって反応壁全体の透水性が低下する恐れがある。このため、透水性材料の平均粒径は１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
反応層１１、１２を構成する金属還元剤および透水性材料は、反応層ごとに平均粒径が異なっていてもよいが、同一の反応層については粒径が揃っていることが好ましい。具体的には、全体の５０質量％以上が平均粒径（重量平均）に対して±２０％程度の粒径の粒状体であるよう、所定の大きさの目開きのふるい等を用いて分級されていることが好ましい。また、同一の反応層では、金属還元剤と透水性材料の粒径も近似していることが好ましく、特に空隙を大きくすべき第１反応層１１については、透水性材料と金属還元剤とは平均粒径の比が１：０．８〜１：１．２程度となるようにするとよい。
【００２７】
第２反応層１２の金属還元剤については、平均粒径は０．２５ｍｍ以上であればよく、０．２５ｍｍ〜２．５ｍｍ程度であればよい。第２反応層１２の透水性材料については、平均粒径が０．２５ｍｍ以上であればよく０．２５ｍｍ〜２．５ｍｍ程度であればよい。第２反応層１２については、金属還元剤および透水性材料は粒径が揃えられている必要性は低く、金属還元剤と透水性材料との平均粒径の比も任意でよい。
【００２８】
第１反応層１１と第２反応層１２とを合わせた反応壁１全体の厚さＤは１０ｃｍ〜５ｍ程度であり、第１反応層１１の厚さは反応壁１全体に対して１０〜５０％となるように設定することが好ましい。
【００２９】
次に、反応壁１を造成する方法について説明する。反応壁１を造成するに先立ち、汚染された地下水が流れる帯水層７２に対し、地下水の流れＷの方向をあらかじめ把握し、汚染された地下水が反応壁１に向かって流れるよう、反応壁１の設置場所を決定する。反応壁１は、壁面が地下水の流れＷを遮るように、壁面の延伸方向と地下水流れＷ方向とがほぼ直角になるように設置する。
【００３０】
地中に反応壁１を埋設する方法は限定されるものではないが、反応壁１の設置予定地盤を掘削して不透水層７３に達する溝（トレンチ）を形成し、トレンチ内を金属還元剤と透水性材料との混合物で埋め戻す方法が挙げられる。トレンチ内は、地下水流れＷに対して上流側に第１反応層１１が形成され、下流側に第２反応層１２が形成されるよう、少なくとも２以上に区分し、それぞれの区画に上述したように異なる粒径の金属還元剤または／および透水性材料の混合物を埋設すればよい。具体的には、トレンチ内の第１反応層１１と第２反応層１２との境界部分に矢板のような壁を設置し、それぞれの区画に各反応層を構成する混合物を充填した後、区画を隔てる壁を引き抜けばよい。
【００３１】
次に、上記反応壁１を用いた汚染地下水の処理方法について説明する。本発明では、汚染物質として有機ハロゲン化合物を含む地下水を処理対象とする。有機ハロゲン化合物とは、例えばテトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエタン、四塩化炭素、およびジクロロメタン等が挙げられる。本発明では浄化に鉄粉のような金属還元剤を用いるため、ダイオキシンやＰＣＢといった難分解性の有機ハロゲン化合物は処理対象外となる。
【００３２】
本発明では、上述した第１反応層および第２反応層を含む反応壁を汚染地下水が流れる地中に埋設し、汚染地下水がこの反応壁を通過するようにする。汚染地下水は、反応壁を通過する際に、反応壁に含まれる金属還元剤と接触することで有機ハロゲン化合物が金属鉄に還元され脱塩素され、浄化される。金属還元剤として鉄粉を用いて有機ハロゲン化合物を分解するときの作用を以下に例示する。
【００３３】
有機ハロゲン化合物が金属鉄に還元され、脱塩素される際、反応壁に含まれた鉄はゼロ価の金属鉄からニ価の鉄イオンとなり、地下水中に溶出する。例えば、有機ハロゲン化合物がトリクロロエチレン（ＴＣＥ）の場合、その反応は化学式１に示す反応となる。
（化学式１）
ＣＣｌ２ＣＣＨＣｌ＋３Ｆｅ＋３Ｈ２Ｏ→ＣＨ２ＣＨ２＋３Ｆｅ２＋＋３ＯＨ−＋３Ｃｌ−
【００３４】
また、地下水が反応壁を通過する際、化学式１の有機ハロゲン化合物の還元反応とは別に金属鉄が水に酸化される下記化学式２や化学式３の反応も起こる。
（化学式２）
Ｆｅ＋２Ｈ２Ｏ→Ｆｅ２+＋Ｈ２ａｑ＋２ＯＨ−
（化学式３）
４Ｆｅ＋３Ｏ２ａｑ＋６Ｈ２Ｏ→４Ｆｅ３+＋１２ＯＨ−
【００３５】
化学式１および化学式２の反応で生成された二価の鉄イオンや化学式３の反応で生成された三価の鉄イオンは地下水中に溶出する。また、化学式１〜化学式３に示す反応で生成された水酸化物イオン（ＯＨ−）により、反応壁を通過する水のｐＨが上昇する。二価鉄イオンはｐＨが上昇すると不溶性の水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）２）を形成する。この結果、反応壁中に水酸化鉄が析出し、反応壁の空隙を小さくして透水性が悪くなる。
【００３６】
本発明者の知見によれば、このような反応壁の空隙の縮小は、反応壁の最上流側の部分でより顕著に起こる。これは、反応壁の最上流側の部分では、有機ハロゲン化合物が還元脱塩素される化学式１の反応がより活発に起こることに起因すると考えられる。一方、地下水が反応壁中を透過するに伴って地下水中の有機ハロゲン化合物は分解されてその濃度は減少するため、反応壁の下流側に向かうに従って化学式１の反応は起こりにくくなる。よって、下流側では鉄イオンの溶出も水酸化物イオンの生成によるｐＨの上昇も起こりにくくなり、鉄イオンの不溶化による析出物が生成されにくい環境となると考えられる。
【００３７】
このように、不溶性の鉄化合物の析出による反応壁の空隙の縮小は、その最上流部付近で最も生じやすい。反応壁の最上流付近の透水性が減少すると、下流への流れが阻害され、反応壁全体の透水性が悪くなって透過反応壁の浄化性能は悪化する。
【００３８】
さらに、地下水にはカルシウムやマグネシウムのような硬度成分（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）も含まれており、これら硬度成分が反応壁の構成材表面に析出して反応壁を閉塞させその透水性を低下させる原因となる可能性がある。この傾向も、入口付近ほど強くなる。
【００３９】
このような問題に対し、本発明では反応壁を複層型とし、地下水流れに対して反応壁の最上流側に該当する部分を、空隙を大きくして透水性を高めた第１の反応層（上流反応層）とする。これにより、不溶性化合物が生成され反応壁中で析出しても反応壁際上流部の透水性が確保されるので、図２（ｄ）に示すように地下水は反応壁１を迂回せずに流れ、全体の透水性を損なう問題を回避できる。
【００４０】
反応壁は上述したとおり、砂のような粒状の透水性材料と鉄粉のような粒状の浄化材で構成でき、その透水性はこれら粒体の粒径を大きくすることで調整できる。ここで、Creagerの式によれば透水係数は、１０％粒径の２乗に比例するとされ、粒径が大きいほど透水性を高くできる。一方で、反応壁は大きな粒径の粒状体で構成するほど、比表面積が減少するため還元反応が進まなくなる。よって、反応壁全体について、これを構成する金属還元剤の粒径を大きくすると、有機ハロゲン化合物を分解する能力が低下する。これに対し、本発明では、反応壁を複層型として下流側には粒径の小さな金属還元剤を使用する。これにより、透過反応壁全体の分解能を損なわずに透過反応壁の透水性の低下を防ぐことができる。
【００４１】
本発明に係る反応壁は、上記第１実施態様に係る反応壁１以外に種々の変形が可能である。例えば、第１反応層（上流反応層）と第２反応層（下流反応層）以外の層を設けてもよい。具体的には、地下水流れに対し、第１反応層よりさらに上流側に硬度成分除去剤を充填した層を配置すること（特開２００４−２５５３１４号参照）、および、第１反応層より下流側の任意の位置にフッ素を吸着する吸着層を配置すること（特開２００７−２６０５２５号参照）等が挙げられる。前者は、地下水の硬度が高い場合、後者は地下水が有機ハロゲン化合物以外にフッ素を含む場合に適している。なお、金属鉄の腐食によって金属鉄自身は消費されることになるので、その分、空隙率は高くなる。しかし、金属鉄の真比重は８ｇ／ｃｍ３であるのに対し、Ｆｅ（ＯＨ）２の真比重は３．４ｇ／ｃｍ３であり、モル体積で比較すると、金属鉄７ｃｍ３／ｍｏｌに対し、Ｆｅ（ＯＨ）２は２６ｃｍ３／ｍｏｌであり、同じモル濃度で比較した場合、金属鉄は水酸化鉄と比べて３倍以上の体積となる。したがって、金属鉄の腐食の際には金属鉄消費による空隙増加分よりも、水酸化鉄生成による空隙減少分の方が大きいと考えられる。また、本発明の反応壁は、図１に示すような止水壁を使用するタイプに限定されず、例えば反応壁だけで構成されてもよい。
【実施例】
【００４２】
[比較例１]
塩化ビニル樹脂製の円筒カラム（内径１０ｃｍφ×高さ１ｍ）に平均粒径１ｍｍの球状鉄粉を充填し、上端および下端に目皿を配置して実験用カラムＣ１とし、通水装置を取り付けた実験装置を作成した。このカラムＣ１にはタンクＴからポンプＰを介して流速０．２ｍＬ／ｍｉｎで通水をした。カラムＣ１内の鉄粉の腐食を促進させるため、ＮａＣｌを５ｇ／Ｌで溶解させた水道水を調整して加速試験用の調整液とし、カラムＣ１に上向流通水した。
【００４３】
また、カラムＣ１内に形成した反応層の透水係数の経日的な変化を追うために、カラムＣ１を通水装置から取り外し、カラムＣ１の上端および下端それぞれに水槽を配置した図５（ｂ）に示す装置を用いて透水係数を測定した。１０日間に１回のペースで透水係数を測定した。透水係数は数式１で示されるダルシーの法則を変形した数式２で計算される。なお、数式１において、ｑは水の体積フラックス（ｃｍ／ｓ）、ΔＨは水頭差（ｃｍＨ２Ｏ）、Δｘは流れに沿った方向の距離（ｃｍ）、ｋは飽和透水係数（ｃｍ／ｓ）を示す。また、数式２のカラム勾配はΔＨ／Δｘで求められる
（数式１）
ｑ＝−ｋ（ΔＨ／Δｘ）
（数式２）
カラム全体の透水係数＝流量×カラム断面積／カラム勾配
【００４４】
比較例１のカラム内の反応層の透水係数の経日変化の測定結果を図６に示す。ここで、濃度５ｇ／Ｌの濃度のＮａＣｌ水溶液と接する金属鉄の腐食速度は、水に対する腐食速度の１００倍とされている。このことから推算すると、ＮａＣｌを含む調整液を通水した場合の透水係数は試験開始から６０日後に約５０％低下しているから、自然環境中の水を通水する場合、この１００倍つまり６０００日（約１６年）経過後に透水係数が約５０％低下するものと考えられる。
【００４５】
[実施例１]
実施例１として、比較例１で用いたカラムＣ１について、カラムＣ１の入り口側１０ｃｍまでの部分に平均粒径４ｍｍの球状鉄粉を充填し、残りの９０ｃｍの部分には平均粒径１ｍｍの球状鉄粉を充填した。このようにカラムＣ１内部の反応層の構成を変更した以外は比較例と同様の実験を行った。結果を図７に示す。
【００４６】
図７に示すように、６０日経過後のＮａＣｌ調整液を通水した場合の透水係数は約５％低下しているから、比較例１と同様にして推算すると、自然環境中の水を通水する場合はこの１００倍つまり６０００日（約１６年）経過後、透水係数は約５％低下するものと考えられる。
【００４７】
このように、カラムの入口側１０ｃｍの部分を残りの９０ｃｍの部分よりも大きな粒径の鉄粉で構成することで、空隙の縮小による透水係数の低下を遅らせることができることが示された。
【００４８】
さらに、本発明により空隙の縮小が防止されることを裏付けるため、比較例１および実施例１のカラムを開封し、入口側から１０ｃｍごとに鉄粉を取り出し、それぞれの位置における空隙率を測定した。また、比較例１と実施例１において通水前の空隙率を再現するために、新たに図５（ｂ）の装置に平均粒径１ｍｍの球状鉄粉を充填したカラムを用いて同様の方法で測定した値をブランクとした。結果を図８および図９に示す。
【００４９】
図８に示すように、比較例１では６０日間の通水によってカラム入口付近での空隙率が減少していることがわかる。これに対し、図９によると実施例１では、６０日間の通水によってカラム入口付近で空隙率の減少傾向が若干見られるが、もともと空隙率が高かったために、カラム全体の空隙率と同等レベルの高い状態に維持されていることがわかる。
【００５０】
このような結果から、予めカラム入口付近の部分の空隙率を高くしておくことで、入口付近で鉄粉が腐食して水酸化鉄となってカラム内で析出し付着したとしても、カラム全体の透水係数が低下しないようにすることができることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、汚染地下水の原位置浄化用等の構造体の建造工事に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施態様に係る透過反応壁の平面図。
【図２】前記透過反応壁の使用に伴う変化を示す模式図。
【図３】従来例に係る透過反応壁の平面図。
【図４】前記透過反応壁の使用に伴う変化を示す模式図。
【図５】試験に用いた装置を示す模式図。
【図６】比較例１の結果を示すグラフ図。
【図７】実施例１の結果を示すグラフ図。
【図８】比較例１の結果を示すグラフ図。
【図９】実施例１の結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００５３】
１ 透過反応壁
２ 止水壁
１１ 第１反応層（上流反応層）
１２ 第２反応層（下流反応層）
Ｇ 汚染領域
Ｗ 地下水の流れ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に設けられた壁状の透過反応壁であって、
前記地中を流れる汚染された地下水の流れの上流側に設けられ粒状の金属還元剤を含む上流反応層と、
前記上流反応層に対して前記地下水の流れの下流側に設けられ粒状の金属還元剤を含む下流反応層と、を有し、
前記上流反応層の金属還元剤は前記下流反応層の金属還元剤より平均粒径が大きくされている透過反応壁。
【請求項２】
前記上流反応層および前記下流反応層は、前記金属還元剤と粒状の透水性材料とを混合して構成され、
前記上流反応層の透水性材料は、前記下流反応層の透水性材料より平均粒径が大きくされている請求項１に記載の透過反応壁。
【請求項３】
前記金属還元剤は鉄粉であり、
前記上流反応層の金属還元剤および透水性材料は、平均粒径が０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍである請求項１または２に記載の透過反応壁。
【請求項４】
前記上流反応層の厚みは、前記透過反応壁全体の厚みの１０〜５０％である請求項１から３のいずれかに記載の透過反応壁。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の透過反応壁に、有機ハロゲン化合物を含む地下水を通過させて浄化する地下水の浄化方法。
【請求項１】
地中に設けられた壁状の透過反応壁であって、
前記地中を流れる汚染された地下水の流れの上流側に設けられ粒状の金属還元剤を含む上流反応層と、
前記上流反応層に対して前記地下水の流れの下流側に設けられ粒状の金属還元剤を含む下流反応層と、を有し、
前記上流反応層の金属還元剤は前記下流反応層の金属還元剤より平均粒径が大きくされている透過反応壁。
【請求項２】
前記上流反応層および前記下流反応層は、前記金属還元剤と粒状の透水性材料とを混合して構成され、
前記上流反応層の透水性材料は、前記下流反応層の透水性材料より平均粒径が大きくされている請求項１に記載の透過反応壁。
【請求項３】
前記金属還元剤は鉄粉であり、
前記上流反応層の金属還元剤および透水性材料は、平均粒径が０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍである請求項１または２に記載の透過反応壁。
【請求項４】
前記上流反応層の厚みは、前記透過反応壁全体の厚みの１０〜５０％である請求項１から３のいずれかに記載の透過反応壁。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の透過反応壁に、有機ハロゲン化合物を含む地下水を通過させて浄化する地下水の浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２２６３４８（Ｐ２００９−２２６３４８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７７１６５（Ｐ２００８−７７１６５）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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