(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機塩素化合物を含む汚染土壌を掘削してトレンチ状掘削溝を形成し、該トレンチ状掘削溝内に一対の電極を設置し、前記トレンチ状掘削溝内に電解質を供給することなしに、該一対の電極に電源を電気接続して該電極間に通電するとともに、前記トレンチ状掘削溝内の孔壁から地下水を自然流入させて該地下水により前記トレンチ状掘削溝内の地下水を攪拌させることを特徴とする有機塩素化合物の処理方法。
【請求項２】
有機塩素化合物を含む汚染土壌に掘削形成されたトレンチ状掘削溝と、該トレンチ状掘削溝内に設置された一対の電極と、該一対の電極に電気接続された電源とから構成するとともに、前記トレンチ状掘削溝をその孔壁から地下水が自然流入するようにかつ該地下水によって内部に貯留された地下水が攪拌されるように形成したことを特徴とする有機塩素化合物の処理構造（前記トレンチ状掘削溝内に電解質を供給する手段を有するものを除く）。
【請求項３】
有機塩素化合物を含む汚染土壌に掘削形成されたトレンチ状掘削溝と、該トレンチ状掘削溝内に設置された一対の電極と、該一対の電極に電気接続され通電によって前記有機塩素化合物を電気分解する電源とから構成するとともに、前記トレンチ状掘削溝をその孔壁から地下水が自然流入するようにかつ該地下水によって内部に貯留された地下水が攪拌されるように形成した有機塩素化合物の処理構造であって、前記トレンチ状掘削溝内に砕石等の礫状材を充填したことを特徴とする有機塩素化合物の処理構造。
【請求項４】
有機塩素化合物を含む汚染土壌に掘削形成されたトレンチ状掘削溝と、該トレンチ状掘削溝内に設置された一対の電極と、該一対の電極に電気接続され通電によって前記有機塩素化合物を電気分解する電源とから構成するとともに、前記トレンチ状掘削溝をその孔壁から地下水が自然流入するようにかつ該地下水によって内部に貯留された地下水が攪拌されるように形成した有機塩素化合物の処理構造であって、前記トレンチ状掘削溝を前記汚染土壌内の汚染領域を取り囲むように閉鎖状に形成したことを特徴とする有機塩素化合物の処理構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トリクロロエチレンなどの有機塩素化合物を含む汚染土壌を処理する方法及び処理構造に関し、特に、汚染範囲が比較的浅い領域に分布している場合に適した処理方法及び処理構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場跡地内の土壌には、発ガン性物質であるトリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどの有機塩素化合物が含まれていることがあり、このような土壌をそのまま放置すると地下水等を介して有機塩素化合物が環境に拡散するおそれがある。そのため、このような汚染土壌に対しては所定の浄化処理を行なねばならない。
【０００３】
一方、最近では、微生物の活性を利用して環境中の汚染物質を分解無害化する技術、すなわちバイオレメディエーションの研究が進んできており、上述したような汚染土壌への適用も研究されるようになってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような微生物を利用した汚染物質の処理方法は、少なくとも実験室レベルでは十分な成果が確認されており、現実的な対応についても今後大いに期待されるところである。
【０００５】
しかしながら、土質状況によっては、分解菌の活性を十分上げることができず、該汚染土内の汚染物質を分解するのに長時間を要したり、場合によっては微生物分解自体が実質的に不可能になるという問題が懸念される。
【０００６】
また、汚染土に生石灰を混合することで、汚染土内に含まれている水分と生石灰との化学反応に伴う水和熱を発生させ、かかる水和熱を利用して汚染物質である有機塩素化合物を気化処理する方法も検討開発されている（特開平７−２７５８３７号公報参照）が、かかる方法では、汚染土が生石灰により強アルカリ性となり、埋め戻した後でアルカリ成分が地下水等に拡散したり生態系に悪影響を及ぼすといった事態が懸念される。
【０００７】
さらには、汚染土壌から土壌内空気を吸引したり土壌内地下水を揚水する方法、汚染土壌を高温に加熱する方法、鉄粉の還元作用を利用した方法などがあるが、空気吸引若しくは地下水揚水は、長時間を要するとともにその間に設備の維持にコストがかかる、高温加熱方法は土壌の生態系に悪影響を残す、鉄粉による還元方法は適用できる状況に制約が大きいなどの問題をそれぞれ生じていた。
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、処理済みの土壌に悪影響を残すことなく確実かつ短期間にしかもどんな汚染土壌に対しても有機塩素化合物を除去処理可能な有機塩素化合物の処理方法及び処理構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る有機塩素化合物の処理方法は請求項１に記載したように、有機塩素化合物を含む汚染土壌を掘削してトレンチ状掘削溝を形成し、該トレンチ状掘削溝内に一対の電極を設置し、前記トレンチ状掘削溝内に電解質を供給することなしに、該一対の電極に電源を電気接続して該電極間に通電するとともに、前記トレンチ状掘削溝内の孔壁から地下水を自然流入させて該地下水により前記トレンチ状掘削溝内の地下水を攪拌させるものである。
【００１０】
また、本発明に係る有機塩素化合物の処理構造は請求項２に記載したように、有機塩素化合物を含む汚染土壌に掘削形成されたトレンチ状掘削溝と、該トレンチ状掘削溝内に設置された一対の電極と、該一対の電極に電気接続された電源とから構成するとともに、前記トレンチ状掘削溝をその孔壁から地下水が自然流入するようにかつ該地下水によって内部に貯留された地下水が攪拌されるように形成したことを特徴とする有機塩素化合物の処理構造（前記トレンチ状掘削溝内に電解質を供給する手段を有するものを除く）である。
【００１１】
また、本発明に係る有機塩素化合物の処理構造は請求項３に記載したように、有機塩素化合物を含む汚染土壌に掘削形成されたトレンチ状掘削溝と、該トレンチ状掘削溝内に設置された一対の電極と、該一対の電極に電気接続され通電によって前記有機塩素化合物を電気分解する電源とから構成するとともに、前記トレンチ状掘削溝をその孔壁から地下水が自然流入するようにかつ該地下水によって内部に貯留された地下水が攪拌されるように形成した有機塩素化合物の処理構造であって、前記トレンチ状掘削溝内に砕石等の礫状材を充填したものである。
【００１２】
また、本発明に係る有機塩素化合物の処理構造は請求項４に記載したように、有機塩素化合物を含む汚染土壌に掘削形成されたトレンチ状掘削溝と、該トレンチ状掘削溝内に設置された一対の電極と、該一対の電極に電気接続され通電によって前記有機塩素化合物を電気分解する電源とから構成するとともに、前記トレンチ状掘削溝をその孔壁から地下水が自然流入するようにかつ該地下水によって内部に貯留された地下水が攪拌されるように形成した有機塩素化合物の処理構造であって、前記トレンチ状掘削溝を前記汚染土壌内の汚染領域を取り囲むように閉鎖状に形成したものである。
【００１３】
本発明に係る有機塩素化合物の処理方法及び処理構造においては、まず、有機塩素化合物を含む汚染土壌をバックホウ等を用いて掘削し、トレンチ状掘削溝を形成する。
【００１４】
次に、トレンチ状掘削溝内に一対の電極を設置する。
【００１５】
次に、一対の電極に電源を電気接続して該電極間に通電する。
【００１６】
このようにすると、トレンチ状掘削溝内に貯留された地下水に含まれるトリクロロエチレン、テトラクロロエチレンといった有害な有機塩素化合物は、主として陰極表面の還元反応によって塩素イオン等の塩化物と、エチレン、エタンなどの炭化水素に電気分解される。そして、これらの塩化物や炭化水素はいずれも無害物質であるため、結局、有害な有機塩素化合物が無害化されることとなる。
【００１７】
一方、トレンチ状掘削溝内の孔壁から地下水を自然流入させて該地下水により前記トレンチ状掘削溝内の地下水を攪拌させる。
【００１８】
このようにすると、トレンチ状掘削溝内に貯留された地下水に含まれる有機塩素化合物は電極と接触しやすくなり、電極面積や電圧を高くせずとも電気分解反応が促進されるとともに、電気分解反応で生じた反応生成物が攪拌によって常時又はすみやかに電極から離間されるため、該反応生成物が電極近傍での電気分解反応を阻害する懸念もなくなる。
【００１９】
孔壁から自然流入させた地下水については、対向する他方の孔壁に自然流出させるように構成することが考えられるが、必ずしも他方の孔壁に自然流出させる必要はなく、例えばトレンチ状掘削溝の終端にて流出させることにより、トレンチ状掘削溝内での水位上昇を未然に防止することができる。
【００２０】
トレンチ状掘削溝を形成するにあたっては、上述した地下水の自然流入が妨げられることがないよう、土留め壁等は設けずに孔壁を露出させるとともに、かかる土留め壁等で保護せずとも孔壁が崩壊しないよう、地盤が一定以上の強度を有することや、深さが一定深度以内であること等に留意する。
【００２１】
ただし、このように自立性が確保されたトレンチ状掘削溝であっても、該トレンチ状掘削溝内に砕石等の礫状材を充填しておけば、長期間しかも確実に孔壁崩壊を防止することが可能となり、ひいては有機塩素化合物の確実な処理が可能となる。
【００２２】
また、トレンチ状掘削溝を形成するにあたっては、その平面長さや幅をはじめ平面形をまっすぐにするのか湾曲させるのかといった形状は任意であるし、配置状況についても、地下水の流れ方向等を勘案して適宜設定すればよく、例えば、地下水の流れに直交するように形成するといったことが考えられる。
【００２３】
ここで、かかるトレンチ状掘削溝を前記汚染土壌内の汚染領域を取り囲むように閉鎖状に形成したならば、形成されたトレンチ状掘削溝の内側は閉鎖空間となり、雨水又は給水によって地下水の水位が上がり、放射方向への地下水流、つまりトレンチ状掘削溝の孔壁に流入する地下水の流れを人工的に作り出すことが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る有機塩素化合物の処理方法及び処理構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る有機塩素化合物の処理構造を示した鉛直断面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る有機塩素化合物の処理構造は、有機塩素化合物を含む汚染土壌１に掘削形成されたトレンチ状掘削溝２と、該トレンチ状掘削溝内に設置された一対の電極としての陽極３ａ及び陰極３ｂと、該陽極及び陰極に電気接続された電源４とから構成してなる。
【００２６】
ここで、トレンチ状掘削溝２は、その一方の孔壁６ａから地下水が自然流入するようにかつ該地下水によって内部に貯留された地下水が攪拌されるように形成してあり、流入した地下水については、対向する他方の孔壁６ｂから自然流出するように形成しておく。
【００２７】
トレンチ状掘削溝２をこのように構築するには、構築予定の地盤性状や地下水の流れを事前に調査し、その調査を踏まえて構築位置や構築方向等を適宜設定すればよい。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る有機塩素化合物の処理方法の手順を示したものである。同図でわかるように、本実施形態に係る有機塩素化合物の処理方法においては、まず、図１に示すように有機塩素化合物を含む汚染土壌１をバックホウ等を用いて掘削し、トレンチ状掘削溝２を形成する（ステップ１０１）。
【００２９】
トレンチ状掘削溝２を形成するにあたっては、上述した地下水の自然流入及び自然流出が妨げられることがないよう土留め壁等は設けずに孔壁を露出させるとともに、かかる土留め壁等で保護せずとも孔壁が崩壊しないよう、地盤が一定以上の強度を有することや、深さが一定深度、例えば５ｍ程度以内であること等に留意する。
【００３０】
次に、トレンチ状掘削溝２内に陽極３ａ及び陰極３ｂを設置する（ステップ１０２）。陽極３ａ及び陰極３ｂは、例えば数ｃｍ〜数十ｃｍ離間して配置し、電源４は、例えば１０〜３０ボルト程度の直流電圧を印加できるように構成しておくのがよい。
【００３１】
次に、陽極３ａ及び陰極３ｂに電源４を電気接続して該電極間に通電する（ステップ１０３）。
【００３２】
このようにすると、トレンチ状掘削溝２内に貯留された地下水５に含まれるトリクロロエチレン、テトラクロロエチレンといった有害な有機塩素化合物は、主として陰極表面の還元反応によって塩素イオン等の塩化物と、エチレン、エタンなどの炭化水素に電気分解される。そして、これらの塩化物や炭化水素はいずれも無害物質であるため、結局、有害な有機塩素化合物が無害化されることとなる。
【００３３】
ここで、通電量が増加すると、電気分解による有機塩素化合物の処理速度が速くなる反面、ジュール熱が発生してエネルギー効率が低下するとともに、発生熱による水温上昇によって有機塩素化合物が電気分解されずに気化し、気化ガスを処理するための設備が別途必要となる。
【００３４】
そのため、上述した通電作業を行うにあたっては、有機塩素化合物の気化が抑制される範囲で電気分解による処理速度ができるだけ向上するよう、電圧や電流の大きさ、通電時間を適宜調整するのが望ましい。
【００３５】
ちなみに、地下水５は、一般的には０．１〜０．３ｍＳ／ｃｍ程度の電気伝導度であるので、電流値は小さく、したがって消費電力もわずかである。
【００３６】
一方、トレンチ状掘削溝２内の孔壁６ａから地下水を自然流入させて該地下水によりトレンチ状掘削溝２内の地下水５を攪拌させる（ステップ１０４）。このとき、通電処理を継続するかいったん中断するかは任意である。
【００３７】
このようにすると、トレンチ状掘削溝２内に貯留された地下水５に含まれる有機塩素化合物は電極と接触しやすくなり、電極面積や電圧を高くせずとも電気分解反応が促進されるとともに、電気分解反応で生じた反応生成物が攪拌によって常時又はすみやかに電極から離間されるため、該反応生成物が電極近傍での電気分解反応を阻害する懸念もなくなる。
【００３８】
次に、本実施形態に係る有機塩素化合物の処理方法及び処理構造における通電に関する作用効果を実験で確認したので、その概略を以下に説明する。
【００３９】
まず、有機塩素化合物であるトリクロロエチレン（以下TCEという）が100mg/L含まれた汚染水を容器に入れ、該容器内に電極を設置して直流電流を流し（電流値０．０５Ａ、電圧値３０Ｖ）、そのときに発生する塩素ガスの量とTCEの残存量とを計測した。なお、TCEの揮発による損失をできるだけ減らすため、上述したように容器を冷却水の中に入れて冷却した。
【００４０】
計測にあたっては、通電時間が異なるケースを４回行い、それぞれ通電終了後に試料液を採取して液中のTCE濃度、塩化物イオン（Cl-）濃度及び塩素（Cl2）濃度を測定した。
【００４１】
実験の結果をグラフにして図３に示す。同図でわかるように、通電を行った場合には、通電時間とともにTCE濃度（TCE残存率として表示）が減少するとともに、塩化物イオン濃度（TCE塩素化率として表示）が増大することがわかる。これは、主に陰極表面での還元反応によってTCEの構成成分の一つである塩素がTCEから脱離する、すなわち脱塩素反応が生じ、TCEが減少したものと考えられる。なお、塩素濃度は、いずれもほとんどゼロであった。
【００４２】
以上の実験結果から、汚染水中のTCEを通電時間に比例して確実に分解・無害化できるとともにそれに要する電力もわずかであることがわかった。なお、通電を行わずに放置した場合、TCE濃度はほとんど不変で、塩化物イオンも検出されなかった。また、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、テトラクロロエチレンといった他の有機塩素化合物についても同様の処理効果を示すことを確認済みである。
【００４３】
次に、攪拌による作用効果を実験で確認したので、その概略を以下に説明する。
【００４４】
まず、TCEが100mg/L 含まれた汚染水を容器に入れ、該容器内に電極を設置して直流電流を流し（電流値０．１Ａ）、そのときのTCEの残存量を計測した。
【００４５】
実験の結果をグラフにして図４に示す。同図でわかるように、通電を行いつつ攪拌をした場合には、攪拌をしない場合よりもTCE濃度（TCE残存率として表示）の減少量が大きくなることがわかる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係る有機塩素化合物の処理方法及び処理構造によれば、トレンチ状掘削溝２内に貯留された有機塩素化合物を含む地下水５に陽極３ａ及び陰極３ｂを設けて通電するようにしたので、有機塩素化合物は、塩化物と炭化水素とに電気分解され、かくして、有機塩素化合物が比較的地表面近くの表層近傍に分布している場合であれば、わずかな電力でかつ通電時間に比例した形で無害化処理することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態に係る有機塩素化合物の処理方法及び処理構造によれば、トレンチ状掘削溝２内の地下水５に通電を行いつつ、該トレンチ状掘削溝の孔壁６ａから地下水を自然流入させて該地下水によりトレンチ状掘削溝２内の地下水を攪拌させるようにしたので、地下水５中の有機塩素化合物は、陽極３ａ及び陰極３ｂと接触しやすくなり、電極面積や電圧を高くせずとも電気分解反応を促進させることができるとともに、電気分解反応で生じた反応生成物が攪拌によって常時又はすみやかに陽極３ａや陰極３ｂから離間されるため、該反応生成物が電極近傍での電気分解反応を阻害するのを未然に防止することも可能となり、高濃度汚染や短時間処理に適したものとなる。
【００４８】
本実施形態では、トレンチ状掘削溝２を形成するにあたり、土留め壁等で保護せずとも孔壁が崩壊しないよう、地盤が一定以上の強度を有することや、深さが一定深度以内であること等に留意したが、このように自立性が確保されたトレンチ状掘削溝２であっても、図５に示すように、トレンチ状掘削溝２内に砕石等の礫状材１１を充填するようにしておけば、長期間しかも確実に孔壁崩壊を防止することが可能となり、ひいては有機塩素化合物の確実な処理が可能となる。
【００４９】
また、本実施形態では、トレンチ状掘削溝２を、一方の孔壁６ａから地下水が自然流入するとともに対向する他方の孔壁６ｂから自然流出するように構成したが、これに代えて一方の孔壁６ａからのみ自然流入させるように構成してもよい。なお、かかる場合においては、トレンチ状掘削溝２内の地下水の水位が上がって地上に溢れ出ることがないよう、図６の平面図に示すようにトレンチ状掘削溝２の終端２１、２１にて流出させるようにすればよい。
【００５０】
また、本実施形態では、トレンチ状掘削溝２を平面的に見れば矩形状（スリット状）になるものとしたが、図７に示すように、汚染土壌内の汚染領域３１を取り囲むようにトレンチ状掘削溝２を閉鎖状に形成し、かかるトレンチ状掘削溝２内に陽極３ａ及び陰極３ｂを設置して該電極間に通電するようにしてもよい。
【００５１】
かかる構成においても、通電に関しては上述したと同様の作用効果が得られるとともに、形成されたトレンチ状掘削溝２の内側が閉鎖空間となるため、雨水又は給水によって地下水の水位が上がり、放射方向への地下水流、つまりトレンチ状掘削溝２の孔壁６ａから流入する地下水の流れを人工的に作り出すことが可能となり、地下水の自然の流れがない場所であっても、地下水の流れを利用した攪拌を行うことが可能となる。なお、給水の場合には、閉鎖状に形成されたトレンチ状掘削溝２の外側の水（処理済の水）を揚水し、これを該トレンチ状掘削溝で囲まれた閉鎖空間内に戻して循環させるようにしてもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、地下水流による自然攪拌作用のみによってトレンチ状掘削溝２内の地下水５を攪拌するようにしたが、地下水流による自然攪拌だけでは攪拌作用が不足する場合には、トレンチ状掘削溝２内に攪拌用水中ポンプを設置する、トレンチ状掘削溝２内に空気を送り込む等の方法でトレンチ状掘削溝２内の攪拌水流を強制的に作り出し、地下水流による自然攪拌を補うようにしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る有機塩素化合物の処理方法及び処理構造によれば、処理済みの土壌に悪影響を残すことなく確実かつ短期間にしかもどんな汚染土壌に対しても有機塩素化合物を除去処理することが可能となる。
【００５４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る有機塩素化合物の処理構造を示した鉛直断面図。
【図２】本実施形態に係る有機塩素化合物の処理方法の手順を示したフローチャート。
【図３】本実施形態に係る有機塩素化合物の処理方法及び処理構造における通電作用を示したグラフ。
【図４】本実施形態に係る有機塩素化合物の処理方法及び処理構造における攪拌作用を示したグラフ。
【図５】変形例に係る有機塩素化合物の処理構造を示した鉛直断面図。
【図６】別の変形例に係る有機塩素化合物の処理構造を示した平面図。
【図７】別の変形例に係る有機塩素化合物の処理構造を示した平面図。
【符号の説明】
１                          汚染土壌
２                          トレンチ状掘削溝
３ａ、３ｂ                  電極
４                          電源
５                          地下水
６ａ、６ｂ                  孔壁
１１                        礫状材
【図１】
0003646300.tif 000002
【図２】
0003646300.tif 000003
【図３】
0003646300.tif 000004
【図４】
0003646300.tif 000005
【図５】
0003646300.tif 000006
【図６】
0003646300.tif 000007
【図７】
0003646300.tif 000008