(57)【要約】【課題】表層土壌を所定厚さで土壌飛散を抑制しながら簡便に除去することができる表層土壌の除去方法を提供する。【解決手段】表層土壌Ｓに金属製の枠状体１を埋設し、この枠状体１の内側にある表層土壌Ｓの上面に液体窒素Ｎを注ぎ、枠状体１を構成する外枠部２と仕切り部材３とを通じて液体窒素Ｎの超低温度を伝導して表層土壌Ｓを凍結させて枠状体１と固着させた状態にした後、この枠状体１を上方移動させることにより、固着させた表層土壌Ｓを枠状体１とともに上方移動させて地表から取り去る。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層土壌に金属製の枠状体を埋設し、この枠状体の内側にある表層土壌を液体窒素によって凍結させることにより、凍結させた表層土壌と枠状体とを固着させた状態にして、この枠状体を上方移動させることにより、前記固着させた表層土壌をともに上方移動させて取り去ることを特徴とする表層土壌の除去方法。
【請求項２】
前記液体窒素によって凍結させる前に、水を散布して表層土壌の含水比を所定割合に調整する請求項１に記載の表層土壌の除去方法。
【請求項３】
前記液体窒素によって凍結させる前に、表層土壌を締め固めする請求項１または２に記載の表層土壌の除去方法。
【請求項４】
表層土壌に埋設した前記枠状体の上側部分に設けた受け部材に、前記液体窒素を貯留させる請求項１〜３のいずれかに記載の表層土壌の除去方法。
【請求項５】
前記受け部材の上面が凹凸形状に形成されるとともに、前記枠状体が外枠部と外枠部の内側部分を仕切る仕切り部材とで構成され、前記凹凸形状の凹部の位置を前記外枠部および前記仕切り部材の位置に対応させた請求項４に記載の表層土壌の除去方法。
【請求項６】
前記受け部材が予め前記枠状体と一体化されたものである請求項４または５に記載の表層土壌の除去方法。
【請求項７】
前記受け部材が前記枠状体とは分離したものであり、前記枠状体を表層土壌に埋設した後に、この枠状体の内側にある表層土壌の表面に前記受け部材を設置する請求項４または５に記載の表層土壌の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表層土壌の除去方法に関し、さらに詳しくは、表層土壌を所定厚さで土壌飛散を抑制しながら簡便に除去することができる表層土壌の除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
田畑、牧草地など各種土地の表層土壌が放射能や有害物質等によって汚染された場合、その汚染された部分を除去する必要がある。除去した土壌に対しては、有害成分を浄化する等の後処理がなされるため、極力、必要最小限の量の表層土壌を除去することが好ましい。表層土壌を除去するには、例えば、バックホウ等の掘削機を用いることもできるが、この場合は、所定厚さで表層土壌を掘削することは難しい。また、掘削の際に、汚染された土壌が周囲に飛散するという問題も生じる。
【０００３】
例えば、地盤中の汚染土壌を除去する際に、土壌中に配設した冷却配管に冷媒を供給して土壌を凍結させ、凍結させた凍土を地表に引き出す方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法は表層土壌だけでなく、より深い土壌まで除去することを意図しているため、装置が大掛かりになる。また、マイナス１５℃〜マイナス３０℃程度の冷媒を使用することもあり、土壌を凍結させるには２０日〜１２０日程度の長期間を要するため、表層土壌を簡便に除去するには適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３００９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、表層土壌を所定厚さで土壌飛散を抑制しながら簡便に除去することができる表層土壌の除去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明の表層土壌の除去方法は、表層土壌に金属製の枠状体を埋設し、この枠状体の内側にある表層土壌を液体窒素によって凍結させることにより、凍結させた表層土壌と枠状体とを固着させた状態にして、この枠状体を上方移動させることにより、前記固着させた表層土壌をともに上方移動させて取り去ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、表層土壌に金属製の枠状体を埋設し、この枠状体の内側にある表層土壌を液体窒素によって凍結させることにより、凍結させた表層土壌と枠状体とを固着させた状態にする。沸点がマイナス１９６℃の液体窒素を冷媒として、枠状体を通じて表層土壌を凍結させるので、枠状体の埋設深さ（所定厚さ）の表層土壌を短時間で凍結させることができる。次いで、この枠状体を上方移動させるだけで、枠状体の内側にある表層土壌を枠状体とともに上方移動させて取り去ることができる。したがって、大掛かりな装置を用いることなく簡便に表層土壌を所定厚さで除去することが可能になる。また、除去する表層土壌は凍結状態なので土壌飛散が生じ難くい。
【０００８】
ここで、例えば、前記液体窒素によって凍結させる前に、水を散布して表層土壌の含水比を所定割合に調整する。含水比によって表面土壌の凍結具合、除去し易さが変化するので適切な含水比に調整するとよい。
【０００９】
前記液体窒素によって凍結させる前に、表層土壌を締め固めすることもできる。締め固めによって土粒子間の空隙が小さくなるので、凍結した際に一体の塊状になり易くなる。また、埋設された枠状体の内側にある表層土壌の表面に液体窒素を注いで表層土壌を凍結させる場合には、液体窒素が土粒子間の空隙を通じて散逸することが抑制される。
【００１０】
表層土壌に埋設した前記枠状体の上側部分に設けた受け部材に、前記液体窒素を貯留させることもできる。これにより、液体窒素の散逸が効果的に抑制できるので、表層土壌を凍結させ易くなる。例えば、前記受け部材の上面が凹凸形状に形成されるとともに、前記枠状体が外枠部と外枠部の内側部分を仕切る仕切り部材とで構成され、前記凹凸形状の凹部の位置を前記外枠部および前記仕切り部材の位置に対応させて、この凹部に液体窒素を貯留させる。
【００１１】
前記受け部材が予め前記枠状体と一体化された仕様にすることもできる。これにより、作業がより簡便化される。或いは、前記受け部材が前記枠状体とは分離した仕様にすることもできる。この仕様の場合は、前記枠状体を表層土壌に埋設した後に、この枠状体の内側にある表層土壌の表面に前記受け部材を設置する。これにより、受け部材を確実に表層土壌の表面に接触させることが可能になるので表層土壌を凍結させ易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明で使用する枠状体を例示する斜視図である。
【図２】締め固めした表層土壌に枠状体を埋設する工程を例示する説明図である。
【図３】表層土壌に埋設した枠状体を断面視で例示する説明図である。
【図４】枠状体の内側にある表層土壌を、液体窒素によって凍結させる工程を断面視で例示する説明図である。
【図５】枠状体とともに凍結させた表層土壌を上方移動させて取り去る工程を断面視で例示する説明図である。
【図６】上側部分に受け部材を備えた枠状体を用いて、表層土壌を液体窒素によって凍結させる工程を断面視で例示する説明図である。
【図７】上側部分に別の受け部材を備えた枠状体を用いて、表層土壌を液体窒素によって凍結させる工程を断面視で例示する説明図である。
【図８】表層土壌に埋設した枠状体の内側にある表層土壌の表面に、受け部材を設置する工程を断面視で例示する説明図である。
【図９】図８の受け部材に液体窒素を貯留して、枠状体の内側にある表層土壌を凍結させる工程を断面視で例示する説明図である。
【図１０】図９の枠状体とともに凍結させた表層土壌を上方移動させて取り去る工程を断面視で例示する説明図である。
【図１１】受け部材の変形例を示し、この受け部材を表層土壌に埋設した枠状体の上側部分に設置する工程を断面視で例示する説明図である。
【図１２】図１１の受け部材に液体窒素を貯留して、枠状体の内側にある表層土壌を凍結させる工程を断面視で例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の表層土壌の除去方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１４】
本発明では、図1に例示する金属製の枠状体１を使用する。この枠状体１は、平面視で四角形の外枠部２と、外枠部２の内側部分に設置された仕切り部材３とを備えている。外枠部２の上端の対向する位置には、一対の吊部４が突設されている。
【００１５】
外枠部２の大きさは、例えば、幅Ｗ２０ｃｍ〜３００ｃｍ、奥行Ｄ２０ｃｍ〜３００ｃｍ、高さＨ５ｃｍ〜２０ｃｍ程度である。仕切り部材３の長さは奥行Ｄと同等であり、高さはＨとなる。枠状体１の材質としては鋼等の一般的な金属を用いることができる。外枠部２および仕切り部材３の板厚は、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。外枠部２は四角形に限らず、他の形状を採用することもできる。
【００１６】
仕切り部材３を設けるのは任意であるが、この実施形態では、仕切り部材３が外枠部２の幅方向に所定のピッチＰで配置されて、溶接等により外枠部２と一体化されている。ピッチＰは例えば３０ｍｍ〜２００ｍｍ程度である。仕切り部材３をさらに外枠部２の奥行方向にも配置して、外枠部２の内側部分を格子状に仕切ることもできる。また、ピッチＰを不均等にすることもできる。
【００１７】
本発明が除去対象とするのは、放射能や有害物質等によって汚染された表層土壌Ｓであり、例えば、地表から１５ｃｍ程度の深さまでの土壌である。より好ましくは地表から１０ｃｍまでの深さの表層土壌Ｓ、さらに好ましくは地表から５ｃｍまでの深さの表層土壌Ｓである。
【００１８】
この枠状体１を用いて表層土壌Ｓを除去する手順は以下のとおりである。
【００１９】
図２、図３に例示するように、表層土壌Ｓに枠状体１を埋設する。表層土壌Ｓの密度が小さい場合（例えば、密度０．８ｇ／ｃｍ3以下）には、枠状体１を埋設する前に表層土壌Ｓをランマー６等の締め固め手段によって締め固めすることもできる。例えば、密度１．３ｇ／ｃｍ3以上に締め固めする。
【００２０】
締め固めには、振動ローラやブルドーザ等の種々の締め固め手段を用いることができる。尚、枠状体１の内側のスペースが広ければ、枠状体１を埋設した後に表層土壌Ｓを締め固めすることもできる。
【００２１】
枠状体１は、全体を表層土壌Ｓに埋設するのではなく、上側部分を表層土壌Ｓから突出させて埋設するとよい。図３では、枠状体１が埋設深さｈ（ここで、ｈ＜外枠部２の高さＨ）で表層土壌Ｓに埋設されている。これにより、枠状体１の表層土壌Ｓから突出した部分に、後に使用する液体窒素Ｎを貯留させることができる。
【００２２】
次いで、図４に例示するように、容器７から供給された液体窒素Ｎを、埋設した枠状体１の内側にある表層土壌Ｓの表面に注ぐ。液体窒素Ｎの沸点はマイナス１９６℃の超低温なので、注がれた液体窒素Ｎは、当初、短時間で気化する。しかし、表層土壌Ｓが冷却されて温度が低下するに連れて、枠状体１の内側にある表層土壌Ｓの表面に徐々に溜まる。
【００２３】
液体窒素Ｎの超低温度は、直接、表層土壌Ｓに伝わるだけでなく、外枠部２と仕切り部材３とを通じて表層土壌Ｓに伝導される。これにより、枠状体１の内側にある表層土壌Ｓの土粒子の周囲および内部に存在する水分が冷却されて凍結し、これに伴って、凍結した表層土壌Ｓは外枠部２および仕切り部材３と固着した状態になる。
【００２４】
次いで、図５に例示するように、吊部４にワイヤ等の吊具８を係止し、吊具８を介してクレーン等により枠状体１を上方移動させる。枠状体１の内側にある凍結した表層土壌Ｓは、外枠部２および仕切り部材３と固着しているので、上方移動する枠状体１とともに上方移動する。それ故、この表層土壌Ｓを地表から引き剥がして除去することができる。尚、トラクタ等に付設した昇降装置に枠状体１を取付けて上方移動や下方移動させることもできる。
【００２５】
本発明では、液体窒素Ｎの超低温度が、枠状体１を通じて表層土壌Ｓに伝導されて凍結させるので、枠状体１の内側にあり、枠状体１の埋設深さｈ（所定厚さｈ）の表層土壌Ｓを短時間で凍結させることができる。そして、この表層土壌Ｓは、枠状体１を上方移動させれば地表から取り去ることができる。したがって、大掛かりな装置を用いることなく簡便に表層土壌Ｓを所定厚さｈで除去することが可能になる。さらには、除去される表層土壌Ｓは凍結状態になっているので土壌飛散が生じ難くいという利点もある。
【００２６】
液体窒素Ｎによって表層土壌Ｓを凍結させる前に締め固めをすると、土粒子間の空隙が小さくなるので、凍結した際に一体の塊状になり易い。これにより、上方移動させた際に表層土壌Ｓが枠状体１から抜け落ち難くなり、表層土壌Ｓを円滑に除去するには有利である。
【００２７】
液体窒素Ｎによって表層土壌Ｓを凍結させる前に、水を散布して表層土壌Ｓの含水比を所定割合に調整することもできる。表層土壌Ｓの含水比が過小であれば十分に凍結させることが困難になり、含水比が過大であると凍結に用いる液体窒素Ｎの量が増大する。そこで、表面土壌Ｓの含水比を適切な割合に調整する。表面土壌Ｓの性状等によって適切な含水比は異なるが、例えば１０％〜２５０％に調整した後に、表層土壌Ｓを凍結させて効率的に表面土壌Ｓを除去する。
【００２８】
また、図４に例示するように表層土壌Ｓの表面に液体窒素Ｎを注いで表層土壌Ｓを凍結させる場合には、液体窒素Ｎが土粒子間の空隙を通じて散逸することが抑制される。液体窒素Ｎが土粒子間の空隙を通じて散逸すると、表層土壌Ｓの表面に液体窒素Ｎが溜まらないので若干、凍結し難くなる。
【００２９】
図６に例示するように、受け部材５を備えた枠状体１を使用することもできる。この受け部材５は、枠状体１の上側部分に予め一体化されて設けられたものである。受け部材５は鋼等の金属製であり、その板厚は枠状体１の板厚と同じにしてもよいが、それ未満にすることもできる。例えば、受け部材５の板厚は３ｍｍ以下にすることができる。
【００３０】
枠状体１を表層土壌Ｓに埋設して、受け部材５を枠状体１の内側にある表層土壌Ｓの上に設置する。この実施形態では、外枠部２の内側の仕切り部材３により仕切られた表層土壌Ｓの表面に、受け部材５の下面を接触させるようにするのが好ましい。
【００３１】
次いで、受け部材５の上面に液体窒素Ｎを注ぐと、液体窒素Ｎを受け部材５に貯留させることができる。そのため、表層土壌Ｓの土粒子間の空隙を通じて液体窒素Ｎが散逸することが効果的に抑制できるので、受け部材５を用いない場合に比して表層土壌Ｓを凍結させ易くなる。
【００３２】
液体窒素Ｎの超低温度は、外枠部２、仕切り部材３および受け部材５を通じて表層土壌Ｓに伝導されることになる。そして、凍結した表層土壌Ｓは外枠部２、仕切り部材３および受け部材５と固着する。
【００３３】
また、受け部材５を一体化して備えた枠状体１を使用すると、枠状体１の埋設により受け部材５の設置も完了するので作業がより簡便化される。
【００３４】
図６の受け部材５は上面が凹凸形状に形成され、この凹凸形状の凹部５ａの位置が、外枠部２および仕切り部材３の位置に対応した配置になっている。この受け部材５の場合、凹部５ａに相対的に多量の液体窒素Ｎを貯留させることができる。即ち、外枠部２および仕切り部材３を冷却する液体窒素Ｎを比較的多く確保できるので、表層土壌Ｓの凍結に要する時間を短縮するには有利になる。
【００３５】
図７に例示する受け部材５を用いることもできる。この受け部材５は、枠状体１の上側部分に水平に一体化して設けられた平板である。このような水平な平板からなる受け部材５の場合は、受け部材５の製造が容易になる。また、枠状体１を表層土壌Ｓに埋設する際に、枠状体１の内側になる表層土壌Ｓを受け部材５によって均一に押圧することができる。
【００３６】
受け部材５は例示した形状に限定されず、種々の形状を採用することが可能である。図６の受け部材５は断面視で直線状のジクザク形状であるが、例えば、円弧状のジグザグ形状にすることもできる。
【００３７】
受け部材５を一体化して備えた枠状体１を表層土壌Ｓに埋設した場合、受け部材５の下面と表層土壌Ｓの上面との間にすき間が生じる可能性がある。このようなすき間が生じると、受け部材５を通じた液体窒素Ｎの超低温度による冷却が阻害されるため、表層土壌Ｓを凍結させ難くなる。そこで、受け部材５の適所に貫通穴を設けて、枠状体１を表層土壌Ｓに埋設する際に、この貫通穴を通じて枠状体１の内側の表層土壌Ｓの状態を確認しながら埋設作業をすることもできる。
【００３８】
また、図８に例示するように、受け部材５を枠状体１とは分離した別体にすることもできる。この受け部材５の場合は、枠状体１を表層土壌Ｓに埋設した後に、枠状体１の内側にある表層土壌Ｓの表面に設置する。
【００３９】
次いで、図９に例示するように、受け部材５の上面に液体窒素Ｎを注いで受け部材５に貯留させる。これにより、枠状体１の内側にある表層土壌Ｓは凍結するとともに外枠部２、仕切り部材３および受け部材５と固着した状態になる。この方法によれば、例えば、埋設された枠状体１の内側で若干盛り上がった状態にある表層土壌Ｓに、受け部材５を押し付けて、確実にその表面に接触させることができる。そのため、受け部材５に貯留した液体窒素Ｎにより表層土壌Ｓを凍結させ易くなる。受け部材５は、枠状体１との間に不要なすき間が生じて金属部材（受け部材５、枠状体１）を通じた液体窒素Ｎの超低温度の伝導低下を防ぐため、できるだけ枠状体１に接触する形態（形状、大きさ）とする。
【００４０】
次いで、図１０に例示するように、吊部４にワイヤ等の吊具８を係止し、吊具８を介してクレーン等により枠状体１とともに枠状体１の内側にある凍結した表層土壌Ｓを上方移動させる。枠状体１とは分離した受け部材５の場合は、後処理において、受け部材５を上から下方へ押出すことにより、表層土壌Ｓを枠状体１から容易に取出すことができる。
【００４１】
図１１に例示する受け部材５を用いることもできる。この受け部材５は、枠状体１とは分離した別体であり、液体窒素Ｎを貯留できるように皿状に形成されている。受け部材５の大きさは平面視では枠状体１よりも大きく設定されている。そして、この受け部材５を表層土壌Ｓに埋設した枠状体１の上端に設置する。
【００４２】
図１２に例示するように、受け部材５は平坦な下面を枠状体１（外枠部２および仕切り部材３）の上端に接触させて載置される。その後、受け部材５の上面に液体窒素Ｎを注いで液体窒素Ｎを貯留させる。この受け部材５を用いると、受け部材５と枠状体１とが確実に接触するので、金属部材（受け部材５および枠状体１）を通じた液体窒素Ｎの超低温度の伝導を確保できる。尚、表層土壌Ｓを必要以上に厚く除去しないように枠状体１の埋設深さｈが設定されるが、受け部材５と表層土壌Ｓとの間には、極力すき間が生じないようにすることが好ましい。
【実施例】
【００４３】
実験その１：図１に例示した枠状体（Ｗ＝３６０ｍｍ、Ｄ＝２６０ｍｍ、Ｈ＝５０ｍｍ、板厚４．５ｍｍ）を用いて、表１に示す条件下で表層土壌を除去した。仕切り板のピッチＰは、３０ｍｍ、９０ｍｍの２種類とした。表層土壌は含水比が１００％であり、密度０．８０ｇ／ｃｍの土壌と、この土壌を締め固めした１．３０ｇ／ｃｍの土壌の２種類を用いた。枠状体の埋設深さｈを約３０ｍｍとして、この枠状体の内側の表層土壌の表面に表１に示す量の液体窒素を注いで表面から液体窒素がなくなった後に、枠状体を上方移動させて枠状体の内側の表層土壌の除去状態を確認した。枠状体の内側の表層土壌を完全に除去できた場合を◎、ほぼ除去できた場合を○で示した。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
表１の結果から、実施例１〜８では表層土壌をほぼ３０ｍｍで除去できることが確認できた。詳細に観察すると、土壌密度が高い場合、ピッチが大きい場合、液体窒素の量が多い場合に、除去できる表層土壌の量がより多くなる傾向があることが分かった。
【００４６】
実験その２：図６に例示した受け部材を一体化して備えた枠状体（Ｗ＝３６０ｍｍ、Ｄ＝２６０ｍｍ、Ｈ＝８０ｍｍ（受け部材の高さ３０ｍｍを含む）、板厚４．５ｍｍ）を用いて、表２に示す条件下で表層土壌を除去した。受け部材の板厚は３ｍｍとした。仕切り板のピッチＰは、３０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍの３種類とした。表層土壌は含水比が１００％であり、密度０．８０ｇ／ｃｍの土壌と、この土壌を締め固めした１．３０ｇ／ｃｍの土壌の２種類を用いた。外側から測定した枠状体の埋設深さｈを４０ｍｍ以上として、受け部材の表面に表２に示す量の液体窒素を注いで表面から液体窒素がなくなった後に、枠状体を上方移動させて枠状体の内側の表層土壌の除去状態を確認した。また、比較例として液体窒素を使用しなかった場合の表層土壌の除去状態も確認した。枠状体の内側の表層土壌を完全に除去できた場合を◎、ほぼ除去できた場合を○、除去できなかった場合を×で示した。
【００４７】
【表２】
2014061504.tif 000004
【００４８】
表２の結果から、実施例９〜１５では表層土壌をほぼ層厚４０ｍｍ以上で除去できることが確認できた。詳細に観察すると、土壌密度が高い場合、ピッチが大きい場合、液体窒素の量が多い場合に、除去できる表層土壌の量がより多くなる傾向があることが分かった。比較例では、まったく表層土壌を除去することができなかった。これにより、枠状体および受け部材の押圧による締め固めだけでは効果がなく、表層土壌を凍結させることが必須であることが分かる。
【００４９】
また、上記した土壌を用いて含水比を１００％と９０％の場合について、同条件下で除去できる表層土壌の量を測定したところ、含水比が１００％の場合の方が除去できる量が多いことが確認された。
【符号の説明】
【００５０】
１  枠状体
２  外枠部
３  仕切り部
４  吊部
５  受け部材
５ａ  凹部
６  ランマー
７  容器
８  吊具
Ｓ  表層土壌
Ｎ  液体窒素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014061504.tif 000011
【図８】
2014061504.tif 000012
【図９】
2014061504.tif 000013
【図１０】
2014061504.tif 000014
【図１１】
2014061504.tif 000015
【図１２】
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