(57)【要約】  本発明は、可燃性物質によって汚染された土地、特に、非水溶性溶液（ＮＡＰＬ）で汚染された土地を改善する方法および装置に関する。本発明の一実施形態においては、可燃性物質によって汚染された土地を改善する方法が開示され、この方法は、改善される土地（１０）中のＤＮＡＰＬ（１２）などの地下の可燃性物質の塊部（１６）の位置を特定するステップと、可燃物質に点火してその可燃性物質（１２）を燃焼し、それによって土地（１０）を改善するステップとを含む。物質の燃焼を監視することによって、燃焼が、例えば、酸化剤または燃焼抑制剤を供給することによって、最適化されてもよい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性物質で汚染された土地を改善する方法であって、
改善される土地内における地下の可燃性物質の塊部の位置を特定するステップと、
前記可燃性物質に点火して前記物質を燃焼し、それによって、前記土地を改善するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記可燃性物質を現場で燃焼するステップを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記可燃性物質を自己持続燃焼プロセスで燃焼するステップを備える請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記可燃性物質を熱的に自己完結型の燃焼プロセスで燃焼するステップを備える請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記可燃性物質を、十分な酸素の燃焼プロセスで燃焼するステップを備える請求項３に記載の方法。
【請求項６】
点火装置を用いて前記可燃性物質に点火するステップと、前記燃焼プロセスが熱的に自己完結型になると、前記点火装置の動作を停止するステップとを備える請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記可燃性物質が流体である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
点火点から離れて外側方向に、および前記可燃性物質の塊部を通って移動する燃焼前部を生成するために、前記可燃性物質に点火するステップを備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記可燃性物質の塊部内の複数の位置で、前記物質に点火するステップを備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
燃焼を制御して、前記燃焼前部が前記点火点から離れた前記可燃性物質の分散に従うようにするステップを備える請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記可燃性物質の燃焼を監視するステップを備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記可燃性物質で汚染された前記土地の温度を、複数の位置で監視するステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記燃焼プロセスの副産物を監視するステップを備える請求項１１または１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記可燃性物質の燃焼から生じたガス状副産物の成分と塊部とを監視するステップを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記燃焼プロセス中に実時間で前記可燃性物質の燃焼を監視するステップを備える請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃焼が終わった後、前記可燃性物質の燃焼の程度を監視するステップを備える請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記可燃性物質の燃焼を変更する処置を取るステップを備える請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
酸化剤を供給するステップを備える請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
酸化剤を供給するステップと、前記燃焼を監視した後、前記供給された酸化剤の流量を変更するステップを備える請求項１７または１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの別の位置で、前記可燃性物質に点火するステップを備える請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
燃焼抑制剤を供給して、前記燃焼を抑制し、およびそれによって制御するステップを備える請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記可燃性物質に点火するために用いられる点火装置の動作を停止し、前記燃焼を制御するステップを備える請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記可燃性物質を超断熱的に燃焼するステップを備える請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
くすぶり燃焼プロセスにおいて、前記可燃性物質に点火して前記可燃性物質を燃焼するステップを備える請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記可燃性物質のくすぶり燃焼を促進するために、前記燃焼を監視するステップを備える請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記可燃性物質のくすぶり燃焼を維持するために、前記燃焼を監視するステップを備える請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記酸化剤の供給を制御し、それによって前記くすぶり燃焼を促進または維持するステップを備える請求項２５または２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
燃焼抑制剤を供給してくすぶり状態での前記燃焼を維持するステップを備える請求項２５または２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
所望の期間の後、前記燃焼を停止するステップを備える請求項１〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記燃焼を停止するステップの後に、前記可燃性物質を通って所望の距離だけ燃焼前部を移動させるステップを備える請求項１〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
点火装置を用いて前記可燃性物質に点火するステップと、
前記燃焼を監視し、前記燃焼が自己維持性でない場合は、前記点火装置を動作状態に維持するステップと、
前記点火装置を選択的に停止して、前記燃焼を停止するステップと、
を備える請求項２９または３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
点火装置を用いて前記可燃性物質に点火するステップと、
前記燃焼を監視し、前記燃焼が酸素不足である場合は、酸化剤を供給して前記燃焼を維持するステップと、
前記酸化剤の供給を選択的に変更して前記燃焼の伝播速度を制御するステップと、
を備える請求項２９または３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
点火装置を用いて前記可燃性物質に点火するステップと、
前記燃焼を監視し、前記燃焼が酸素不足である場合は、酸化剤を供給して前記燃焼を維持するステップと、
前記酸化剤の供給を選択的に変更して前記燃焼を停止するステップと、
を備える請求項２９または３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
点火装置を用いて前記物質に点火するステップと、
前記燃焼を監視し、前記燃焼が酸素不足でない場合は、燃焼抑制剤を選択的に注入して前記燃焼の伝播速度を制御するステップと、
を備える請求項２９または３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
点火装置を用いて前記物質に点火するステップと、
前記燃焼を監視し、前記燃焼が酸素不足でない場合は、燃焼抑制剤を選択的に注入して前記燃焼を停止するステップと、
を備える請求項２９または３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
１つまたは複数の燃焼バリアを形成することによって、所望の位置で前記燃焼を停止するステップを備える請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
１つまたは複数の燃焼バリアを設けることによって、燃焼境界を形成するステップを備える請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
物理的なバリアを構成するステップを備える請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
溝を掘削し、前記溝に物質を供給して止水壁を形成するステップを備える請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
地面に１つまたは複数のシートをくい打ちして止水壁を形成するステップを備える請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記地面の複数の位置に抑制流体を注入することによって流体抑制壁を形成するステップを備える請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
地表面から、前記可燃性物質の塊部と交差する位置までアクセスボアホールを開けることによって、地表面から前記物質の塊部にアクセスするステップを備える請求項１〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記塊部の下側境界で前記塊部と交差するように、前記ボアホールを方向付けるステップと、
前記可燃性物質に点火することにより、前記塊部の底で前記燃焼前部を開始させ、上方向に伝播させるステップとを備える請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記ボアホール内に点火装置を配置し、前記点火装置を起動するステップを備える請求項１〜４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
分析および処分するために燃焼副産物を収集するステップを備える請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記燃焼の後に、前記土地の燃焼副産物を監視するステップを備える請求項１〜４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記燃焼中に、前記土地の燃焼副産物を監視するステップを備える請求項１〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
可燃性物質で汚染された土地を改善するために装置であって、
前記装置が点火装置を備え、
前記点火装置が、前記改善される土地内における前記可燃性物質の地下の塊部に点火するために、地面より下の高さに置かれるように適応されて、前記可燃性物質を燃焼し、それによって前記土地を改善する、装置。
【請求項４９】
前記点火装置が、前記可燃性物質に点火するために前記物質を加熱するように適応される、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記点火装置が電気抵抗ヒーターである、請求項４８に記載の装置。
【請求項５１】
前記電気抵抗ヒーターが電気要素を備え、前記電気要素が腐食性材料から前記要素を保護するように適応された耐食性被膜を有する、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記点火装置が、前記可燃性物質に点火するために放電を生成するように適応されている、請求項４８に記載の装置。
【請求項５３】
前記可燃性物質の塊部に酸化剤を注入するための少なくとも１つの流体注入装置を備えて、前記燃焼の速度、程度または範囲を促進および／または変更する、請求項４８〜５２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５４】
前記流体注入装置が、地表面から前記塊部まで延びる少なくとも１つの流体配管を備える、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記流体注入装置が複数の出口を有するマニホールドを備え、前記マニホールドが、単一の供給管を通して前記塊部内の複数の位置へ流体を供給するための、主要な流体供給管に接続されている、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記物質の塊部中に燃焼抑制剤を注入するための少なくとも１つの流体注入装置を備えて、燃焼を抑制する請求項４８〜５５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５７】
前記物質の燃焼を監視するための少なくとも１つのセンサを備える請求項４８〜５６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５８】
前記物質の燃焼から生じるガス状副産物の前記塊部と成分とを決定するために、温度センサ、圧力センサ、およびガスセンサを含むグループから選択された少なくとも１つのセンサを備える請求項５７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性物質によって汚染された土地を改善、または浄化する方法および装置に関する。詳細には、これに限定されないが、本発明は、非水溶性溶液（ＮＡＰＬ）で汚染された土地範囲を改善するための、改良された方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歴史的に不適切な廃棄処理および有害な工業薬品の不注意な連続的放出による、地下水および地表水の汚染は、世界中の多くの場所に影響を及ぼしている。これらの化学物質で最もありふれており問題をはらんでいるのは、不混和有機液体、特に、非水溶性溶液（ＮＡＰＬ）である。水よりも軽いＮＡＰＬは、ＬＮＡＰＬとして知られ、これらにはガソリンやディーゼルが含まれる。水よりも密度が高いＮＡＰＬは、ＤＮＡＰＬとして知られ、これらには、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）および複合炭化水素混合物（例えば、コールタールおよびクレオソート）などの塩素化溶剤が含まれる。ＮＡＰＬは、その普及度、毒性、持続性および標準的な改善への取り組みに対する抵抗力の理由から、水質に深刻で長期間に及ぶ脅威を与えている。
【０００３】
英国環境庁は、ＮＡＰＬ汚染の影響を受けているイングランドとウェールズの場所は、最大で２０，０００箇所あり、その場所は、英国環境保護法に基づく処理を必要としていると指摘してきた。実際、塩素化溶剤だけで、イングランドとウェールズの地下水汚染例の約３０％を占めると推定されている。米国では、米国防総省は、３，０００強の溶剤の影響を受けた場所の約１１％で、地下にＤＮＡＰＬソースゾーンが残っていると推定している。ソースゾーンは、非混和液（ＮＡＰＬ）を含む地下領域であり、数十年さらには数世紀にわたって続く可能性があり、通常、人体の健康に危害を与えると考えられる濃度よりもはるかに高い濃度で、地下水に溶解相の汚染物質を放出し続ける。さらに、これらの化合物は、一般には揮発性であり、したがって、地下水面よりも上の土壌に存在する空気相内に分散し、そこから、これらの蒸気が地上や建物内へ移動することができる。したがって、ＮＡＰＬソースゾーンは、土地、水および空中の永続的な汚染の原因になる。
【０００４】
さまざまな産業が、過去１世紀にわたって、ＮＡＰＬを生産してきた。ＮＡＰＬには、ガス製造から（石炭から）生じるコールタール、木材防腐作業からのクレオソート、および電気部品の洗浄およびドライクリーニングに用いられる溶剤から生じる副産物並びに廃棄物が含まれる。これらの非混和有機液によって生じる地下の汚染物質は、製造、輸送、貯蔵、使用および廃棄の場所で発生した。特に、過去には、使用後にこれらの材料を地中に流し込むことによって、これらを廃棄することが一般的で許可された実施方法であった。過去２０年間だけで、ＮＡＰＬからのリスクが認識され、ＮＡＰＬの処理が制限され、ＮＡＰＬで汚染された場所を改善する方法が探求されてきた。しかし、ＮＡＰＬは、地下での残留性が高く、現在の改善技法では満足に対処することが難しい。地表に回復されると、ＮＡＰＬは、取り扱いが危険で、安全に扱いまたは処分するのに費用がかかる。
【０００５】
ある特定の物質の場合には、固体の析出物も存在する可能性があるが、工業副産物／廃棄物質は、典型的には、液体または液体／気体の析出物を生成する。固体の汚染物質が存在し得る１つの典型的な状況は、有機化学爆薬が製造され、および生産過程および／または製造過程における放出が生じる場所である。有機爆薬２，４，６−トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、２，４−ジニトロトルエン（ＤＮＴ）、ヘキサヒドロ−１，３，５−トリニトロ−１，３，５−トリアジン（ＲＤＸ）、およびオクタヒドロ−１，３，５，７−テトラニトロ−１，３，５，７−テトラゾシン（ＨＭＸ）の製造における放出物が特に問題である。これは、環境温度が排水温度よりかなり低い状況下（珍しいことではなく、地下水は一般には１０℃である）では、爆薬は溶液から析出し、土壌中で別個の固相物質を生成する可能性があるためである。
【０００６】
地下で固相として見られる別の有機汚染物質は、石炭から新しく製造されるガス（１９００年代初頭から半ばにおいて一般的な方法）の冷却および精製から生じる、精製廃棄物である。このプロセスの間、鉄くずと共に注入した石炭または木材チップでできた「精製床」に、そのガスを通過させることによって、不純物を除去した。精製床は、最後には、タールおよび他の物質が装填され、使えなくなる。この精製廃棄物（「ボックス廃棄物」とも称する）は、覆われずに放置され、廃棄物埋立地に送られるか、現場の低地を埋めるために用いられた場合、自然発火する傾向があった。精製廃棄物は、典型的には、固体片（典型的にはタール）が混合した木材チップの暗色の混合物として見られる。
【０００７】
ＮＡＰＬを取り扱うためのいくつかの方法が提案され、さまざまに成果を得てきた。例えば、ＮＡＰＬで汚染された土地領域を処理する標準的な方法は、除去および廃棄（別名「掘り起しおよび投棄」として知られている）である。これは、汚染された土壌を特定し、掘り起し、土壌を廃棄物埋立地に輸送し、そこに堆積させることから構成される。しかし、この方法は、単に汚染問題を１つの地域から別の地域へ移動させるだけであって、多くの場合、ＮＡＰＬを地上に移動して露出の危険性を高める。今では、この方法は、支持できないものとして非難され、英国では、新しい規制および廃棄物埋立地税によって、最近、さらに一層高コストになってきている。
【０００８】
ＮＡＰＬを処理する試みにおいて用いられてきた第１の現場（すなわち地中）方法は、「揚水処理（ｐｕｍｐ  ａｎｄ  ｔｒｅａｔ）」技法である。これは、ＮＡＰＬソースゾーンの下り勾配に、地下水回収井戸を設置することを含む。回収井戸から連続してポンプ汲み上げすることによって、ソースゾーンから発生する溶解相の化合物が捕獲される。回収された汚染水は、地表で処理されなければならない。しかし、この技法は、基本的には、ＮＡＰＬによって生成された溶解相プルームに対する閉じ込め方法であって、ソースゾーンを改善するには効果がないことが明らかになってきた。したがって、汚染された地下水の広がりを単に制限するためだけに、際限なく操作されなければならないことが多い。
【０００９】
地下水中にある溶解相化合物に対処するための多くの処理技術が存在する。しかし、「揚水処理」と同様、これらは、これらの地下水プルームに連続して化合物を「供給する」ソースゾーンに対処していない。ソースゾーン内のＮＡＰＬ自体に対処する技術はかなり少ない。
【００１０】
種々の現場化学処理方法を用いて、汚染場所からＮＡＰＬを除去する試みがなされてきた。例えば、１つの技法では、界面活性剤またはアルコールが注入井戸を通して地中に注入され、後に、第２の下り勾配井戸から排水されるＮＡＰＬの溶解と移動とを促進することができる。その後、結果として生じたＮＡＰＬと汚染水との混合物が、処理および／または焼却するために、地表で、水相および非水相に分けられてもよい。しかし、この技法には多くの欠点がある。特に、この技法は、高コストで、時には危険な化学添加剤を連続して加えることをともない、地下状況によっては特に効果的ではないこともあり、ＤＮＡＰＬを下方に再移動させることで状況を悪化させることもあり、ＮＡＰＬと分離するかまたは再循環するのが難しい流体を含み、そして、処置を必要とする大量の流体を回収する。
【００１１】
汚染場所からＮＡＰＬを現地除去するための別の化学処理は、ＮＡＰＬの酸化を含む。例えば、過マンガン酸カリウムを汚染場所に注入し、次に過マンガン酸カリウムは酸化反応によってＮＡＰＬと反応して、ＮＡＰＬを無害な化合物に変換することができる。しかし、この技法の好結果は限定される。この理由は、この反応が、同時に、ＮＡＰＬの周りの間隙を閉塞する無機固体を形成し、それによって、反応物質間のさらなる接触が妨害されるためである。さらに、土壌中に自然に発生する有機物質は大量の酸化剤需要を生じることが多く、追加の酸化剤の注入を必要とする。大量の酸化剤を使用すると、通常は高コストになる。
【００１２】
ＮＡＰＬによって汚染された場所を改善する試みにおいて、生物学的技法もまた用いられてきた。このようなバイオレメディエーション技法は、一般には、汚染土壌に養分と有機食物源とを加えることにより、土壌中のバクテリア群が増殖し、相互作用して有害化合物を分解するようにすることを含む。現場外のバイオレメディエーションは、汚染土壌を掘り起こし、化学反応炉内または地表の盛り土内で処理することを含む。現場バイオレメディエーションは、ソースゾーンの下り勾配で、溶解相の化合物を処理するために実施され、プルーム閉じ込め方法として作用するが、ＮＡＰＬの容積を低減しない。最近、ソースゾーン自体の中でバイオレメディエーションを可能にする試みがなされてきた。いくつかの研究所試験ではいくつかの成功が見られたが、これは当技術分野ではまだ実証されていない。
【００１３】
ＮＡＰＬソースゾーンのバイオレメディエーションに関していくつかの問題がある。添加剤（有機基質および養分）を連続して注入することは、処理コストを高くする可能性がある。さらに、汚染場所ごとに、バクテリア、食物および養分の場所特有の平衡を得る必要がある。したがって、バイオレメディエーション技法は、場所に特定的である。バイオレメディエーション技法に伴う別の問題は、「生物付着」である。「生物付着」では、ＮＡＰＬ近くの間隙と汲出し井戸とが、過剰な微生物繁殖によって閉塞される。さらに、すべての汚染場所に、必要なバクテリアが自然に存在しているわけではない。このような状況下で、「生物増殖」として知られるプロセスにおいて、既知の生物学的分解剤が同様に注入される必要があろう。しかし、特定の管轄区域では、この実施は、積極的に阻止され、多くの場合、外来種の生物の移植を制限するために、許可されていない。
【００１４】
上述の現場（すなわち、地下）化学的および生物学的処理技法は全て、ソースゾーンの上り勾配にある地下に流体を注入することを含み、後に起こる、化学物質とＮＡＰＬとの接触に依存している。しかし、このような流体の注入技法全てに伴う重要な問題は、このソースの所望の流出を達成することが困難であることである。流体の迂回は、注入された流体がＮＡＰＬの周りを流れやすい場所で生じることが多く、それによって、注入された化学物質の一部への流体の暴露、したがって接触を制限する。これは、主に、２つの理由で生じる。すなわち、ＮＡＰＬが、ＮＡＰＬが自然とそれて流れる地下物質（例えば、シルトまたは粘土）の低浸透性レンズ上にある傾向があることと、ＮＡＰＬ自体が、水または注入された流体をソースゾーンの周りにより簡単に素早く流す原因となる間隙を閉鎖することである。さらに、注入された流体の希釈によって、濃度が低下する原因となり、流体の効果が減少する可能性がある。
【００１５】
ＮＡＰＬの汚染場所を取り除く試みとして採用されてきた別の方法は、スチーム洗浄、電気抵抗加熱（ＥＲＨ）および電気伝導加熱（ＥＣＨ）を含む、熱的改善技法に関する。熱的改善技術の利点は、（上述したより受動的な技術に対しては数年から数十年であることと比較して）数ヶ月から数年のうちにＮＡＰＬの質量を低減し得ることと、熱伝導が一般に、水硬性によって流体の流れよりも影響を受けないために、熱的改善技術は低浸透性媒体において効果的であることとである。
【００１６】
スチーム洗浄は、地下に蒸気を注入して、ＮＡＰＬを揮発させ、ＮＡＰＬの粘度を低下することを含み、これにより、回収井戸の方向にＮＡＰＬが移動するのを助ける。ＥＲＨとＥＣＨは、（ソースゾーンの）地面に大型電極を埋め込み、水および／または土壌自体を持続的に加熱することを含む。熱的方法は一般に、約１００℃の温度に地下を加熱する。その際、熱的方法は、現場の汚染物質を破壊するのではなく、汚染物質が移動し、回収されることができるように、汚染物質の相および／または特性を変えることを目的とする。主な改善メカニズムは、ＮＡＰＬ化合物を揮発させて、ＮＡＰＬ化合物を地下または地表面で空気相から回収できるようにすることである。また通常は、粘度が低下したために移動した液体を回収する。場合によっては、吸収熱が吸熱分解（熱分解）または水との反応（加水分解）の原因となるため、いくつかのＮＡＰＬ化合物が熱的に劣化することもある。しかし、これらの技法は、成功にばらつきがあり、重大な欠点を有する。詳細には、この技法は、所定温度を達成し、維持するために、エネルギーを大量に連続して投入しなければならない。したがって、これらの技法は、極端に高コストになると判明することが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、要約すると、ＮＡＰＬで汚染された場所を改善（または浄化）する従来技法による方法は、概して、それらが操作される時間スケール、使用される技法の有効性、および発生する費用の観点から、大きな制限がある。
【００１８】
従来技術に関係する欠点のうち少なくとも１つを取り除くか、または軽減することが、本発明の実施形態の目的の一つである。
【００１９】
本発明の別の目標および目的は、以下の説明を読むことで明らかとなろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１の態様によると、可燃性物質で汚染された土地を改善する方法であって、この方法は、
改善される土地内における地下の可燃性物質の塊部の位置を特定するステップと、
その可燃性物質を燃焼させ、それによってその土地を改善するために、可燃性物質に点火するステップと、
を含む方法が提供されている。
【００２１】
これによって、本発明は、可燃性物質で汚染された土地を、その物質を現場で燃焼させることによって、浄化または改善する方法を提供する。これは、例えば「掘り起しおよび投棄」といった従来の浄化技法に伴う問題を克服する。物質の燃焼は、物質に点火するのに十分なエネルギーを供給するだけでよいという点で、自己維持性ともいえる。点火されると、燃焼が生じるのに十分な燃料（可燃性物質）および酸素が存在する限り、物質の燃焼が進む。これは、例えば、連続したエネルギー投入を必要とする、既知の熱的改善プロセスとは対照的である。
【００２２】
数多くの一般的なＮＡＰＬおよびいくつかの固体有機汚染物質を含む物質は、可燃性であり、多大なエネルギーを含んでいる。それらが燃焼すると、大量の熱を放出する。例えば、木材の燃焼熱（ＨＯＣ）を基準にしたＴＣＥとクロルデンの燃焼熱は、それぞれ９０％と３００％である。ＨＯＣが木材のわずか５％である破砕タイヤは、廃棄物回収方式においてうまく燃焼されてきた。燃焼は、酸化剤の存在下で、可燃性物質の自己持続性発熱反応に関係して、その過程において、可燃性物質を酸化（したがって破壊）する。可燃性物質が多孔質媒体内に埋め込まれると、多孔質媒体は、燃焼に極めて有効な効果を与える。固体物は、エネルギー貯蔵体として作用し、その後、そのエネルギーを反応に戻して供給する。このエネルギーフィードバックメカニズムは、エネルギーフィードバックメカニズムがなければ消滅する状態に対して、効率の良い自己伝播燃焼プロセスが可能であることを意味している。現場外焼却、多孔質バーナーおよび改善された石油回収における用途は、重大な潜在的可能性を示しているが、地下改善のための現場燃焼という概念は新規である。
【００２３】
可燃性物質は、地面より下にあるか、または地表面下にあるという点で地下にあり、流体および／または固体、または任意のそれらの組み合わせを含んでもよいことが理解されよう。しかし、大部分の物質は、圧倒的に流体相であることが予測されている。また、地表面下は一般には多孔質であり、固体物などを含んでもよく、可燃性液体は、一般には固体物の固体粒子間に形成された間隙の中に存在する（または、破砕岩環境の場合は、岩／粘土の塊の間の亀裂網内、および／または岩／粘土マトリクス自体の間隙内に存在する）、ことは理解されるであろう。
【００２４】
燃焼前部が、可燃性物質の点火に続いて生成されてもよく、点火点から離れて、大量の可燃性物質を通って外側に移動してもよい。燃焼前部は、流体塊部の形状を含む要因によって画定された通路と、土壌内で相互連結した間隙に沿って画定された経路をたどってもよい。燃焼前部は、（地上の）作業者が特定の分布（経路）を事前に知らずに、点火点から離れて可燃性物質の分布（すなわち通路）をたどるべきである。したがって、このプロセスは自己誘導型でもある。
【００２５】
好ましくは、本発明の方法は、物質の燃焼を監視することを含む。物質の燃焼の監視は、複数の地点で、可燃性物質で汚染された土地の温度を含む、１つまたは複数のパラメータを監視するステップを含んでもよい。燃焼の監視はまた、物質の燃焼から生じたガス副産物の成分および／または塊部など燃焼プロセスの副産物を監視することを含んでもよい。この方法は、リアルタイムに、したがって燃焼プロセス中に、物質の燃焼を監視することを含んでもよい。多くの状況においては、既存のＮＡＰＬ改善技法は、ＮＡＰＬの分布と下り勾配のガス／水の濃度を、処理の前後でマッピングすることによって、および相違点を調べて、その技法の「有効性」を決定するためにことによって、当技術分野でのみ評価される。リアルタイムで監視することによって、従来の方法に勝る重要な利点が提供される。あるいは、またはこれに加えて、この方法は、燃焼に続いて、すなわち燃焼が終わった後、物質の燃焼の程度を監視することを含んでもよい。
【００２６】
リアルタイムで、または燃焼が終わった後に燃焼の程度を監視することによって、物質の燃焼を監視すると、物質が燃焼される程度、および、物質が受けるかもしくは受けてきた燃焼の種類と、物質中の燃焼前部の進行速度とを含む要素の決定が容易になるであろう。例えば、燃焼前部が予想よりも遅く進行している場合は、存在する酸素が、相対的に欠如している可能性がる。あるいは、燃焼前部が予想よりも速く進行している場合は、物質の体積に対して過剰な酸素が存在する可能性もある。
【００２７】
したがって、物質の燃焼を監視することによって対策を講じて、燃焼の最適なまたは所望の形態および速度を達成してもよい。例えば、この方法は、物質の燃焼を監視することと、１つまたは複数の地点で、空気／酸素を供給すること（またはその供給量もしくは供給比率を変更すること）を含んでもよい。あるいは、この方法は、例えば、大量の物質の点火を補助するために、別の可燃性物質等、追加の燃料を供給することを含んでもよい。あるいは、この方法は、燃焼を抑制、およびそれによって制御するために、窒素または水など燃焼抑制剤を供給することを含んでもよい。別の代替例では、この方法は、点火装置（物質に点火するために用いられる）を停止させること、および／または、燃焼を制御する（または抑制する）ために、酸化剤の追加を減少もしくは終了することを含んでもよい。以下に説明するとおり、これは、発生する燃焼の種類に応じて燃焼を制御してもよい。
【００２８】
火炎燃焼は、気相で生じる燃焼を意味する。例えば、ＮＡＰＬの蓄積物（例えば、ケロシン）が開放容器内にあり、点火されると、熱が燃料を連続して揮発させ、気体燃料が燃焼して炎が生じる。火炎燃焼は、均質燃焼とも称される。この理由は、燃焼が生じる地点では、酸化剤（空気中の酸素）と燃料の両方が、同じ（気）相であって、容易に混合するからである。火炎燃焼は、比較的速く燃料を消費し、比較的高温度（例えば、通常は９００℃超）を発生する。
【００２９】
くすぶり燃焼は、固体／液体物質自体の表面上での物質の燃焼を意味する。例えば、可燃性物質（例えばタバコ）が、多孔性固体物（例えばシガレット）を形成するよう詰められ、点火されると、酸化剤（酸素）が物質の表面に拡散し、タバコの表面で燃焼が進む。くすぶり燃焼は、酸化剤（気体）と燃料（液体または固体）が同じ相でないために、不均一燃焼と称される。くすぶり燃焼は、一般には、火炎燃焼に対して、遅く進行し、より低い温度（例えば、通常は４００℃から６００℃の間）を発生させるが、特定の条件下では、１０００℃を上回る温度を達成することもできる。燃焼を監視、制御することによって、くすぶり燃焼を促進することができる。
【００３０】
特定の実施形態においては、本発明の方法は、物質のくすぶり燃焼を促進または維持するために、燃焼を監視することを含んでもよい。あるいは、この方法は、火炎燃焼を促進するために、燃焼を監視することを含んでもよい。これらの異なる燃焼方式は、酸化剤（空気／酸素／オゾン）の供給／比率を監視／制御することによって達成されてもよい。例えば、くすぶり燃焼は、酸素供給を管理することによって制御可能である酸素不足であり、より低温で伝播することができ、より少ない酸化剤を必要とする。したがって、燃焼を監視し、酸化剤の供給を制御することによって、くすぶり燃焼を促進することができる。必要に応じて、窒素など燃焼抑制剤が、くすぶり状態で燃焼を維持するために供給されてもよい。この方法は、物質を超断熱的に燃焼することを含んでもよく、その結果、物質は超断熱燃焼を受ける。超断熱燃焼では、燃焼前部は最小限しか移動されず、燃焼プロセスを支配する反応ゾーンの方向に燃料および酸化剤が移動する。
【００３１】
本発明の方法は、物質の燃焼の程度を制御することを含んでもよく、また、所望または所定の期間後、燃焼を終了すること、および／または、その後に、物質を通る所望または所定距離に、したがって所望の位置に、燃焼前部を移動することを含んでもよい。
【００３２】
所望の時間に燃焼を終了することは、次のように達成されてもよい。燃焼が熱的に自己持続するには熱的に十分でなく、したがって物質に点火するのに用いられる点火要素が依然として作動している場合、点火装置は停止され、それによって燃焼を終了してもよい。燃焼が熱的に十分な、熱的に自己持続モードで進行し、したがって点火要素はオフであるが、燃焼は酸素欠乏／不足であり、その結果、燃焼進行は、酸化剤（例えば、空気／酸素／オゾン）を連続して追加することに依存する場合、酸化剤の流れが低減または打ち切られ、それによって燃焼が終了されてもよい。これを達成する代替方法は、窒素または水などの抑制剤で酸化剤の流れを希釈することによる。酸化剤を供給せず、また点火装置を作動状態に維持する必要なく、燃焼が進行している場合、窒素または水などの燃焼抑制剤が注入されてもよい。これは、一般に酸化剤が埋め込まれた化学爆薬で汚染された土地を改善するために、特に有用である。
【００３３】
所望の位置で燃焼を終了することは、１つまたは複数の燃焼バリアを形成することによって達成されてもよい。本発明の実施形態においては、１つまたは複数の燃焼バリアを設けることによって、ある場所の境界または周辺部が形成されてもよい。１つまたは複数のバリアを形成するステップは、物理的なバリアを構成することを含んでもよい。例えば、強固な（例えば鋼でできた）矢板壁を地下に埋め込み、止水壁を形成してもよい。または、例えば、ベントナイトを含むセメント系材料などの時間硬化材料を地面に、一般には掘削溝またはボアホールに注入して、止水壁を形成してもよい。あるいは、または追加して、バリアを形成するステップは、複数の地点で流体を地面に注入することによって、ガス壁など流体抑制壁を形成することを含んでもよい。例えば、複数のボアホール／ウェルボアが開けられ、および／または、溝が形成され（砂利などで充填された）、流体抑制剤が、そのボアホールを通って、および／またはその溝へ注入されてもよい。これらの技法は、バリアによって画定される境界で、燃焼プロセスを終了させるバリアを提供してもよい。
【００３４】
好ましくは、物質は、非水溶性、したがって水に比較的混和しない流体であるが、固体であってもよい。可燃性物質は、ＮＡＰＬ、特にＤＮＡＰＬまたはＬＮＡＰＬであってもよい。
【００３５】
本発明の方法は、地表面から可燃性物質塊部にアクセスすることを含んでもよい。物質塊部にアクセスすることは、地表面から、物質塊部と交わる地点またはある物質塊部に近接する地点へ、アクセスボアホール、通路などを開けることを含んでもよい。これによって、次に、可燃性物質に点火しやすくなる。ボアホールなどは、ほぼ垂直であってもよく、または水平ボアホールであってもよい。水平ボアホールは、少なくとも垂線からずれた一部を含むボアホールであることが理解されよう。このようなボアホールは、石油およびガス探査並びに生産産業で知られ、横方向に間隔の空いた位置から物質塊部へのアクセスをしやすくする。水平のボアホールを開けることによって、後続の、物質の点火、および物質を通る燃焼前部の伝播が容易になる。この理由は、ボアホールが、塊部の下側境界もしくは周辺において、またはそれに近接して交差するように方向付けられるからである。したがって、燃焼前部は、汚染領域の底部で始まり、上方向に伝播する。このようにして、上方または強制空気流が生成されて、燃焼プロセスを補助する。これは、エネルギー（熱）の節減を支援して、この方法の効率を高める。燃焼中に生成された熱が、強制空気流によって、土地を通って上向きに上昇または押されて、燃焼プロセスの自己持続を助けるからである。これにより、ヒートシンク（例えば、比較的大量の水の領域または、それを含んでいる）の存在する状態において、極めて低濃度の燃料を燃焼させることを可能にする。さらに、下からの点火によって、粘度低下（温度上昇により）によって移動する物質（ＮＡＰＬ）が、下向きに流れ、燃焼ゾーン内にとどまり、それによって、引き続き燃焼し、あるいは、点火ボアホールまたはその目的専用の別のボアホール内で回収される。
【００３６】
代替例では、上方境界および、物質塊部を通って下向きに伝播された燃焼前部で、またはそれらに近接して、物質塊部と交差するように、ボアホールが方向付けられてもよい。あるいは、ボアホールは、横方向の境界で物質塊部に交差し、および燃焼前部が物質塊部を水平に横断して伝播するように方向付けされるか、または、中心に配置され、燃焼が物質塊部の中心から物質塊部の両端へ外向きに伝播するように方向付けされてもよい。
【００３７】
可燃性物質に点火するステップは、物質塊部内またはそれに近接して、点火装置を配置することを含んでもよく、また、詳細には、地表面から、物質塊部またはそれに近接して交差する地点へ、ボアホールなどに沿って延びる点火装置を配置することを含んでもよい。燃焼抑制流体（例えば、酸化剤または抑制剤）が地中に注入される場合、注入装置が点火装置を備え、したがって、ボアホール内に共に置かれてもよい。
【００３８】
好ましくは、ガスなどを含む燃焼副産物が、分析および／または処分するために収集される。この燃焼副産物は、地表面で収集され、適切な貯蔵チャンバに収容されてもよい。あるいは、またはこれに加えて、ボアホールなどを通って材料塊部にアクセスする場合、同じボアホールまたは明らかにこの目的で設けられた別のボアホールに沿って、副産物が地表面へ戻されてもよい。したがって、ボアホール（複数可）などを通って可燃性流体塊部にアクセスすることによって、さらに、燃焼プロセスからのガス状副産物を捕獲しやすくなる。地下に大量の水が存在すると、少量のガス生成物（例えば、極めて溶けやすい二酸化炭素）は水に溶解し、したがって収集されなくてもよい。
【００３９】
本発明の方法は、燃焼後におよび／または燃焼の間に、土地の燃焼副産物を監視することを含んでもよい。これは、土壌／地下水のサンプルを採取、分析することによって達成されてもよい。
【００４０】
本発明の第２の態様によると、可燃性物質で汚染された土地を改善する装置であって、この装置は点火装置を備え、この点火装置は、改善される土地の可燃性物質の地下塊部に点火するために、地表面よりも下に位置するように適応されて、可燃性物質を燃焼し、それによって土地を改善する。
【００４１】
点火装置は、可燃性物質に点火するために、物質を加熱するように適応されてもよく、電気抵抗ヒーターを備えてもよい。電気抵抗ヒーターは、電流が電気要素を流れると加熱される電気要素またはワイヤを含んでもよく、この電気要素は、腐食性材料から要素を保護するように適合された耐食性被膜またはカバーを有してもよい。
【００４２】
あるいは、点火装置は、放電もしくは電気火花、または他の熱源を生成し、それによって物質に点火するように適応されてもよい。必要に応じて、点火装置は、炎または他の熱源を生成するために燃料供給部に結合されたバーナーなどを備え、物質に点火してもよい。特定の物質では、可燃性物質が発火する間は、炎または他の熱源のみが維持される必要がある。
【００４３】
点火装置は、空気／酸素／オゾンを含むかまたは含有する酸化剤など、物質塊部への燃焼を促進するように適応された流体（特にガス）を注入するための、少なくとも１つの流体注入装置を備えてもよい。これによって、酸化剤の注入を可能にすることにより、物質の燃焼制御が容易になる。流体注入装置は、地表面から物質塊部へ延びる少なくとも１つの流体配管を備えてもよい。随意には、流体注入装置は、複数の出口を有するマニホールドを備えてもよく、マニホールドは、単一の供給管を通って、物質塊部内の複数の地点へ流体を供給するために、主要な流体供給管に接続されている。供給管は、点火装置の片側に平行に点火ボアホール内に収容されてもよく、または、点火装置を除去した後に挿入されるよう適応されてもよい。
【００４４】
流体注入装置はまた、水または窒素などの燃焼抑制剤を物質塊部に供給して、燃焼を選択的に終了させ、または未燃物質の燃焼を制限するためのものであってもよい。流体注入装置は、酸化剤／燃焼抑制剤を流すための別個の流体配管を備えてもよく、または、どちらかを選択的に供給するように適応されてもよい。
【００４５】
流体注入装置は、物質の燃焼を監視するための少なくとも１つのセンサを備えてもよい。好ましくは、この装置は、塊部全体にわたって間隔を空けて複数のセンサを備えている。この装置は、流体の燃焼によって生じるガス状副産物の塊部および／または成分を決定するために、温度センサおよび／またはガスセンサを備えてもよい。
【００４６】
次に、本発明の実施形態を、単に例示目的で、添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
最初に図１を参照すると、可燃性物質、特に可燃性流体１２で汚染されている土地１０の領域が示されている。可燃性流体は、一般にはＮＡＰＬを含み、特に、ＤＮＡＰＬを含むこともある。ＤＮＡＰＬは、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンまたは、複合炭化水素混合物（例えば、コールタールまたはクレオソート）などの塩素化溶剤でもよい。ＤＮＡＰＬ１２は、以前は土地１０の地表面１４に排出して処分されたと推定、または、漏出事故の結果であると推定される。図１に示されるとおりに、ＤＮＡＰＬは、領域１０内の土壌１１を通って下に浸透し、非均一な汚染塊部またはソースゾーン１６を形成している。塊部１６の形状は、放出されるＮＡＰＬの塊部、ＮＡＰＬの物理的な流体特性および土地１０の領域内の土壌または岩石の浸透率の空間分布を含む多数の要因に依存していることが理解されよう。ＤＮＡＰＬ１２は、不浸透性の岩盤層２０上に蓄積された下方プール１８を含む、多くのＮＡＰＬ「プール」（すなわち、土壌／岩内の多数の間隙を通って接続された安定したＮＡＰＬの領域）を形成している。ＤＮＡＰＬ１２はまた、分離したＮＡＰＬ塊（単一の間隙）および節（複数の間隙にまたがる）が間隙内に、一般には、ＮＡＰＬが通過するがプール内に蓄積しなかった経路内に、捕獲される「残留」ＮＡＰＬの領域も含んでもよい。
【００４８】
図１で示されるＤＮＡＰＬ１２は、土地１０の領域内の土壌１１を通って、現在の地下水面２２より下の高さまで下方に浸透してきている。したがって、時間経過に伴い、ＤＮＡＰＬ１２内の化合物は、塊部１６から出て溶解するようになり、地下水と混合し、流水、川など水流に流れ込み、汚染問題を引き起こす。本発明は、ここで図２も参照して説明されるとおり、土地１０の汚染領域（すなわち、ソースゾーン）を改善または浄化する方法に関する。この方法はまた、以下により詳細に説明されるとおり、ＬＮＡＰＬが地下水面に実質的に浸透せず、地下水面の上に位置するレンズを形成する（および、ＬＮＡＰＬプールの周囲で局所的に地下水面を圧縮することが多い）ことを除いて、ＬＮＡＰＬのシナリオに適用されることに留意されたい。
【００４９】
塊部１６内に存在する材料の可能性のある相（複数相も可）（液体、ガス／蒸気および固体）が、周囲温度および圧力などの汚染物質および環境条件と、地下水の存在に依存していることもまた理解されよう。したがって、他の状況においては、ガス／蒸気および／または固体も同時に、または代替に、塊部１６内に存在することもある。
【００５０】
一般的には、この方法は、まず、ＤＮＡＰＬ１２の地下塊部の位置を特定することによって土地１０の汚染領域を改善することを含む。これは、多数の技法のうちの１つまたは組み合わせを用いて達成されてもよい。これら技法では、例えば、遠隔地質探査装置（図示せず）を用いるか、または、土地の汚染が疑われている領域の地表面１４周りで間隔が空いた多数の地点および深さで、多数の試験ウェルまたはボアホール（図示せず）を掘削し、サンプル（土壌、ガスまたは水に対して）を採取する。これによって、ＤＮＡＰＬ１２で汚染された土地１０の領域の大まかな形状および塊部１６が決定しやすくなる。図示された実施例においては、上述のとおり、塊部１２は、不浸透性の岩盤層２０の上にある下方プール１８を含んでいるが、このような下方の境界線で示すプールは、この方法においては必須条件ではない。
【００５１】
このような技法を用いて塊部１６の位置が特定されると、汚染土地１０の領域は、ＤＮＡＰＬ１２に点火し、それによってＤＮＡＰＬを燃焼させることによって、改善される。これは、地表面１４から、土壌１１を通って、流体塊部１６の下方境界２４に近接する位置２８まで延びる、ボアホール２６を開けることによって達成される。このような穿孔技法は、例えば、石油およびガス探査並びに生産産業で知られている。ボアホール２６は、下方境界２４にアクセスしやすくするためにそれているが、垂直なボアホールが塊部１６を貫通して位置２８まで開けられてもよい。
【００５２】
ボアホール２６を開け、必要に応じて、適切な管材料（例えば、数本の相互接続されたケーシングまたはライナ）でライニングした後、ガス注入マニホールドおよび物質点火装置３０が、地表面１４から下方の位置２８まで、ボアホール２６に挿入される。装置３０は、連結ケーブル３２を介して地表面１４にある、制御器と、圧縮空気／酸素／オゾン（図示せず）の供給源に接続されている。装置３０はまた、複数のガス出口３３を有するマニホールド３１も備えている。
【００５３】
点火装置３０は、外装ケーブルヒーターまたはワイヤ（図示せず）を含んでいる。外層ケーブルヒーターまたはワイヤは、作動すると、ボアホール２６のスクリーン内および装置３０の周辺の領域に侵入したＤＮＡＰＬ１２を順次加熱するために、急速に熱くなる。ケーブルヒーターのシースに適切な材料はＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）であるが、他の材料が用いられてもよい。これによって、ＤＮＡＰＬ１２が点火されて、ＤＮＡＰＬの燃焼が始まる。シースは、地中に存在する腐蝕性化合物、特にＤＮＡＰＬ１２自体への暴露からヒーターを守る。代替の配置では、塊部１６内でＤＮＡＰＬ１２を燃焼することを望む場合、放電または電気火花（または実際には、熱を生成する任意の他の手段）が、装置３０によって、適切な制御信号を地表面から与えることによって、生成され、それによってＤＮＡＰＬ１２に点火する。ＤＮＡＰＬ１２が点火されると、図３の概略図で示されるとおり、位置２８から塊部１６を通って進む燃焼前部３４が生成される。燃焼前部３４は、装置３０から外側に広がる。
【００５４】
酸化剤が、点火ボアホールマニホールド３１を通って地下に注入されてもよい。土地１０の領域内にある土壌１１の多孔質性と、点火と同じ位置での酸化剤の注入によって、確実に、燃焼前部を前方に（流れの方向に）伝播し、それによって、エネルギーが、ＤＮＡＰＬ塊部の高温の燃焼領域１６ａから回収され、未燃焼領域１６ｂに伝達される。燃焼は、物質の表面上で起こり、酸化剤がその表面に拡散しながら、くすぶりモードで進行すると予測される。点火後、燃焼前部３４は、図２の矢印で示されとおり、塊部１６を通って進み、プール１８と流体連通するＤＮＡＰＬ１２の残りのプールを燃焼させる。ＮＡＰＬが間隙全体にわたって連続して流体接続されていない場合であっても、燃焼を持続する温度を維持および伝達する多孔質媒体の能力によって、残りのＤＮＡＰＬの領域も燃焼される。燃焼プロセスのガス状副産物が、土壌を通って地表面１４まで上方に通過し、大気に入るか、または、適切な収集および貯蔵器（図示せず）を用いて、さらに処理および／または貯蔵するために収集されてもよい。ガス状副産物はまた、ボアホール２６（またはこの目的で取り付けられた他のボアホール）を通って抜き出され、同様の方法で収集されてもよい。少量の燃焼生成物が、燃焼前部の上の冷たい土壌または水と接すると、凝縮されて液相にされる。一般に、燃焼生成物は、主として、水、ＣＯおよびＣＯ２であることが予測される。
【００５５】
したがって、本発明の方法は、塊部１６内でＤＮＡＰＬ１２を燃焼することによって、土地１０の汚染領域の改善を容易にする。
【００５６】
次に、汚染された塊部１６内の土壌を拡大して概略的に示した図４もまた参照して、本発明の方法および装置をより詳細に説明する。
【００５７】
ＤＮＡＰＬ１２は、地表面１４から土地１０の土壌１１に浸透し、図４に示されるとおり、土壌粒子３８間の相互連結した間隙３６内に存在している。しかし、ＮＡＰＬはまた、破砕岩／泥環境内の、および／または割れ目が埋め込まれた圧縮された多孔質マトリックス内の、開放した割れ目または裂け目の中に封じ込まれていることもあることが理解されよう。土壌１１など多孔質マトリックスにおけるＤＮＡＰＬ１２など、炭化水素燃料を燃焼すると、間隙３６の中で自己持続性発熱反応が生じ、その間、熱が、燃焼しているＤＮＡＰＬ１２ａ（図３）から、間隙３６および固体マトリックス（土壌粒子３８）の両方に伝達される。多孔質媒体の存在は、固体粒子３８が高い熱慣性を有するという点で、燃焼プロセスに重大で有利な影響を与え、それによって、加熱し、燃焼反応からエネルギーを貯蔵する。多孔質媒体を通って、燃焼前部と同じ方向に進む加熱酸化剤（ガス）を用いて、この熱が伝達されると、前部の前に予熱領域を形成することができる。このようにして、放出エネルギーの多くは、予熱位置に達すると、反応に送り戻されることができる。したがって、熱損失は小さく、燃料および／または酸化剤の濃度が極めて低い場合であっても、燃焼前部の伝播を可能にする。
【００５８】
この結果、このエネルギーフィードバックのメカニズムでは、所定のＤＮＡＰＬ１２について通常可能な温度を大幅に超える、反応ゾーン３４内の温度を得ることができる。燃焼生成物は、それらのエネルギーの大部分を、燃焼（すなわち反応）前部３４の近くにある未燃焼ＤＮＡＰＬ１２ｂに放出し、その結果、燃焼前方領域の近接領域を低温度のままの状態に維持する。このようにして、燃焼生成物がなければ燃焼プロセスの終了に至る状況において、効率的な自己伝播燃焼プロセスが可能である。
【００５９】
土壌を通る発熱反応の伝播速度もまた、酸化剤の流れの方向（つまり酸素輸送の空気の流れ方向）によって重大な影響を受ける。したがって、この方法は、燃焼プロセス中に、領域１０の土壌へ空気（または、酸素、窒素および他のガス（例えばオゾン）の代替混合物）を供給することを含んでもよい。実際、土壌１１の多孔質マトリックスを通る発熱反応の伝播速度は、空気流（酸化剤）の方向によって大きな影響を受ける。図３は、エネルギーを回収するために、順方向伝播がどのように注入酸化剤（空気／酸素）を用いているか、およびそれによって、どのように反応の伝播を助けているかを示している。低発熱出力で極めて低い燃料濃度の、すなわち、水などの熱シンクの存在下で、燃料（ＮＡＰＬ）に対応する場合、発熱反応によって生じたエネルギーの大部分が、確実に、未燃燃料と酸化剤によって回収される必要がある。したがって、伝播は、図３で示されるとおり、通常は順方向モードである。順方向モードでは、酸化剤の流速に基づいて３つの方式が特定可能である。すなわち、反応前部を加速させる原因となる過剰な高温、減速の原因となる熱不足、および、厳密には反応前部３４における熱蓄積である。この理想的な３番目の条件は、超断熱燃焼として知られている。したがって、任意の用途において達成される特定の方式が、以下に説明されるとおり、注入装置３０を介した空気／酸素の注入、および／または、窒素もしくは水などの抑制剤の供給を制御することによって、所望の結果に基づいて操作できる。伝播速度はまた、土壌１１の間隙３６の直径と、燃料、空気および他の非反応性物質が占める間隙率によって影響を受ける。
【００６０】
土壌１１などの多孔質マトリックス内の順方向反応前部の伝播は、広範囲の条件で存続可能である。最も重要な変数は、多孔質媒体の特性、可燃性物質の熱的特性および酸素の供給である。空気流量が大きい（酸素の供給量が多い）場合は、エネルギーの放出が多く、反応前部の伝播が加速する。酸素の供給量が減ると、生成されるエネルギーが減り、反応前部が減速し、さらに、酸素供給量の低減によって燃焼停止を引き起こす可能性がある。これらの条件下において、発熱反応は、主に、液体燃料の表面上の酸化によって生じる。この燃焼モードをくすぶり燃焼と呼ぶ（例えば、シガレット）。典型的には、くすぶり燃焼は、火炎燃焼に比べてゆっくりと進行し、より低い温度（一般に、４００℃と６００℃の間）を生成する。しかし、特定の条件下では、１０００℃を超える温度を達成することができる。さらに、くすぶり燃焼は、極端に低い空燃比で、任意の外部からの酸素供給がなくても、可能である。したがって、様々な動作方式が可能である。ゆっくりとしたＮＡＰＬくすぶり燃焼が、空気充填した間隙がない場合に起こり得るが、周期的または連続して空気（酸素）を注入すると（装置３０を通して）、温度が上昇し、ソースゾーンを通る燃焼前部の伝播（すなわち改善）が加速される。
【００６１】
したがって、最適な燃焼、およびそれによって、ＤＮＡＰＬ１２の塊部１６を通って燃焼前部３４の進行を達成するために、ＤＮＡＰＬの燃焼を監視してもよい。これは、適切な温度センサ（例えば、図２で示され、参照符号４０、４２、４４が付された３つの熱電対）を用いて、塊部および周辺の土壌全体にわたる間隔の空いた多数の位置で、塊部１６中およびその周りの土壌の温度を監視することによって達成されてもよい。これらのセンサ４０、４２、４４は、地表面１４から塊部１６および周辺領域の土壌へ孔を開けられた、小さなボアホールまたは通路４６、４８、５０内に配置される。同様に、燃焼プロセスによって生じたガス状副産物の成分および／または塊部が、地表面１４で、または塊部１６全体のわたる種々の地点でサンプリングによって、温度データを取得するのと同様の方法で、監視されてもよい。これらのガス状副産物はまた、あるいは代替として、ボアホール２６から抽出されてもよい。ガス状副産物の温度と成分／塊部とを監視することによって、生じている燃焼の特性をリアルタイムで決定することができ、必要であれば、講じられる対策を変更することができる。例えば、燃焼前部３４の伝播への間接的な効果を伴う酸素供給量を変更することによってである。空気または酸素が燃焼プロセス中に供給される状況においては、これは、必要に応じて、継続的にまたは周期的な間隔であってもよい。また、以下に説明されるとおり、ソースゾーン全体にわたって燃焼前部を伝播しやすくするために、酸化剤が単一の位置または複数の位置で供給されてもよい。
【００６２】
次に図５に移ると、ＬＮＡＰＬ（例えば、ペトロール（ガソリン）、ジェット燃料、灯油またはディーゼル）で汚染された土地の領域の図２と同様の図が示されている。この図では、土地の領域は１００で示され、ＬＮＡＰＬには参照符号１１２が付されている。ＬＮＡＰＬは、ＬＮＡＰＬが水よりも軽く、したがって存在する地下水面の上または上方にある岩／泥層（地下水面は、本質的には、水飽和した区域の上面であり、地下水面の上では空気が間隙を部分的に充填する）における間隙または裂け目で収集されやすいという点で、図１で示されたＤＮＡＰＬ１２とは異なる。
【００６３】
ＬＮＡＰＬ１１２を除去するために土地１００の領域を改善する際に採用される方法は、図１から図４に関して上述した方法と基本的には同様であり、実質的な相違点のみを本明細書で説明する。図１から図４に示された土地１０を浄化するために用いられた装置で、土地１００を浄化するために利用される装置のうち同様の構成部品には、１００を加えて同じ参照符号が付されている。
【００６４】
図示された実施形態においては、垂直なボアホール１２６が、地表面１１４から、ＬＮＡＰＬ１１２の流体塊部１１６の下方境界または周囲に近接した位置１２８まで、開けられている。点火装置１３０が挿入され、次に起動されて、流体塊部１１６でＬＮＡＰＬ１１２を燃焼する。ＬＮＡＰＬ１１２の燃焼は監視され、副産物が随意に、上述と同じ方法で、収集される。
【００６５】
次に図６に移ると、図５で示されたＬＮＡＰＬ１１２で汚染された土地１００の領域の図が示されている。しかし、図６では、点火点からＬＮＡＰＬの塊部１１６を通る燃焼前部の進行を制限することが望まれている。この結果、燃焼前部は、領域５２内に存在する土壌には到達しない。これは、地表面からボアホール５４を開け、燃焼抑制装置５６を挿入し、この図の矢印によって示されるとおり、燃焼抑制流体５８（例えば水または窒素）を汚染土壌に注入することによって達成される。注入された流体は、領域５２内の未燃焼ＬＮＡＰＬ１１２への燃焼前部の到達を制限するバリア６０を形成する。
【００６６】
次に図７に移ると、図５で示されたＬＮＡＰＬ１１２で汚染された土地１００の領域の図が再び示されている。同様に、点火点からＬＮＡＰＬの塊部１１６を通る燃焼前部の進行を制限することが望まれている。この結果、燃焼前部は、領域５２内に存在する土壌に到達しない。図示された実施形態では、これは、物理的な燃焼抑制バリア６２を形成することによって達成される。バリア６２は、典型的には、溝６３を掘削し、セメント系材料６４を基にした時間硬化ベントナイトをその溝に注入することによって形成される。材料６４が硬化すると、領域５２への燃焼前部の進行を妨げる固体バリア６２が形成される。代替の方法が、バリア６２を形成するために採用されてもよい。例えば、金属シート（図示せず）が、地面に杭打ちされてもよい。
【００６７】
図８は、図５で示された土地１００の領域の概略的な平面図を示している。この場合、領域５２と、地面の領域６６への燃焼前部の到達を制限することが望まれている。図６および図７に関して図示および説明された方法は、汚染領域１００の土壌の特定の特性を含んだ要因に基づいて選択された最も適切な技法を用いて、図８の方法と組み合わせて採用される。
【００６８】
例えば、領域５２の土地は、主に、図７に関して説明した掘削／くい打ち方法に適さない岩盤層からなっていてもよい。したがって、図６の方法に続いて、多数のボアホール５４ａ、５４ｂ、５４ｃがドリルビットを用いて開けられる。ガス供給ライン５６ａ、５６ｂ、５６ｃの形の燃焼抑制装置が（それぞれ）、各ボアホール５４に置かれ、抑制流体が各ボアホール５４を通って注入されて、バリア６０を形成する。対照的に、領域６６の土地は、主に、柔軟土壌または泥を基にした層からなっていてもよく、その後、図７の掘削／くい打ち方法を実施して、バリア６２を形成してもよい。
【００６９】
必要に応じて、塊部１１６の周りに間隔を空けて多数のボアホール５４を空けることにより、焼プロセス中に燃焼抑制流体を注入してもよいことが理解されよう。例えば、所望の伝播速度を超えて加速することが明らかである場合、燃焼プロセス中に水または窒素を注入することにより、くすぶり燃焼を維持するか、または反応を抑制してもよい。これは、反応前部が地表面に近づくときに生じてもよい。このようにして燃焼抑制剤を注入する必要条件は、上述のように、燃焼温度および、燃焼副産物の温度、圧力および／または内容を監視することによって決定されてもよい。
【００７０】
塊部１１６の幅全体にわたって間隔が空いた多数の点火装置３０ａ、３０ｂもまた、図８に示されている。通常、装置３０ａ、３０ｂは同時に起動され、塊部１１６内のＬＮＡＰＬ１１２の燃焼を開始する。さらに、多数の酸化剤供給ボアホール６８ａ〜ｄが示され、これらのボアホールを通って、空気または酸素などの酸化剤が注入されてもよい（矢印７０ａ〜ｄで示されているとおり）。燃焼プロセス中に酸化剤を注入して、燃焼を促進、維持、および／または加速してもよいことが理解されよう。例えば、くすぶり燃焼が生じている間であっても酸素が十分に存在せず、燃焼が停止する危険性がある場合、酸化剤を注入する必要があろう。このように酸化剤を注入するための必要条件は、上述と同様に、燃焼温度および、燃焼副産物の温度、圧力および／または内容を監視することによって決定されてもよい。
【００７１】
ＬＮＡＰＬ１１２の燃焼は、装置３０ａ、ｂのうちの一方を用いて、塊部１１６内の単一の点火点から進行できることが理解されよう。しかし、燃焼前部が塊部１１６を通って進行している間に、燃焼プロセスの監視が、別の位置でＬＮＡＰＬ１１２に点火する必要を示す場合は、装置３０ａ、ｂのうちの他方、またはさらに別の装置（図示せず）が起動されてもよい。
【００７２】
ＬＮＡＰＬ１１２の燃焼は、点火装置または各点火装置３０ａ、ｂがオフであってもよいという点で熱的に自己完結型であり、酸素が十分であって、抑制装置５６を用いて酸化剤を供給しなくてもよいことが理解されよう。したがって、燃焼は、熱的に自己完結型であるという点で自己持続性であり、および／または、十分な酸素を有し、したがって酸素不足ではないという点で自己持続性である。上述のように燃焼を監視することによって、燃焼が自己完結型になると、適切な処置を講じることができる（例えば、点火装置または酸化剤の流れ遮断するなど）。燃焼が熱的に十分ではないと決定される場合、１つまたは複数の点火装置３０ａ、ｂが、作動状態に維持されてもよい。
【００７３】
一般的には、上述の各実施形態では、くすぶり燃焼を促進／維持することが望まれ、このような燃焼を促進または維持するために、適切な改善処置が講じられてもよい。
【００７４】
次に、上述の本発明の方法および装置の有効性を検証するために実行された予備試験を説明する。
【００７５】
予備試験のための機器および方法：
機器：
試験セル：石英ガラスビーカー（２通りのサイズ、英国イプスウィッチ、Ｈ．Ｂａｕｍｂａｃｈ＆Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製）
１）ＯＤ＝１０３ｍｍ、Ｈ＝１７５ｍｍ（不透明）
２）ＯＤ＝１０６ｍｍ、Ｈ＝１９５ｍｍ（透明）
散気装置：２ｍｍの孔が開けられた８ｍｍのコイル状銅管
点火装置：２４０Ｖ、４５０Ｗ、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）で被膜したケーブルヒーター、３．２５ｍｍの正方形断面×７６５ｍｍの長さ（０．１２８インチの正方形断面×３０インチ長さ）（英国リンビーにあるＷａｔｌｏｗ  Ｌｔｄ製の製品番号第１２５ＰＳ３０Ａ４８Ａ）
ガス分析：ＣＯおよびＣＯ２分析装置（英国、ホッデストン、ＡＤＣ  Ｇａｓ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｌｔｄ製）
熱電対：１．５ｍｍおよび３ｍｍ×０．５ｍのＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）のシース型Ｋ熱電対（英国、コービー、ＲＳ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  Ｌｔｄ．製の番号２１９−４４８８（３ｍｍ）および番号１５９−０９５（１．５ｍｍ））
データ収集および記録：多機能スイッチ／測定ユニット（米国カリフォルニア州サンタクララ、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製の番号３４９８０Ａ）
断熱毛布：２４０Ｖ、１０４５Ｗ、加熱テープ２．５４ｃｍ×２５４ｃｍ、１．３３Ｗ／ｃｍ２（英国、マンチェスター、Ｏｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｌｔｄ．製）
多孔質媒体（土壌）種類：
ａ）粗いケイ砂（英国、サンドバッチ、ＷＢＢ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ製のＬｅｉｇｈｔｏｎ  Ｂｕｚｚａｒｄ８／１６砂）
ｂ）細かいケイ砂（英国、バクストン、Ｔａｒｍａｃ  Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｌｔｄ．製のＬｏｃｈａｌｉｎｅ  Ｌ６０Ａシリカ砂）
ｃ）泥炭（現地サンプル）
ｄ）油砂（現地サンプル、凝固した石油で自然に被膜された細砂）
注入酸化剤：
環境空気、流量は、ゼロＬ／分からおよそ２０Ｌ／分まで
汚染物質：
ａ）新たに製造されたコールタール（英国、ヒーシャム、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ製、商品番号第４２４８８、粘性の多成分ＤＮＡＰＬ）
ｂ）植物性油（英国、ロンドン、Ｓａｉｎｓｂｕｒｙ’ｓ  Ｓｕｐｅｒｍａｒｋｅｔｓ  Ｌｔｄ製、代表的な非毒性で粘性のＬＮＡＰＬ）
ｃ）ドデカン（英国、ラフバラ、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＵＫ  Ｌｔｄ製の商品番号３６５７７−００１０、低粘性のＬＮＡＰＬ）
ｄ）トリクロロエチレン（ＴＣＥ）（英国、ラフバラ、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＵＫ  Ｌｔｄ製の商品番号１５８３１−００１０、塩素化溶剤ＤＮＡＰＬ）
ｅ）１，２−ジクロロエタン（ＤＣＡ）（英国、ラフバラ、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＵＫ  Ｌｔｄ製の商品番号Ｄ／１７５６／１５、塩素化エタンＤＮＡＰＬ）
ｆ）グリース（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｂｅの多目的ＭＰＧ５０Ｔグリース、粘性の多成分ＬＮＡＰＬ）
ｇ）コールタールの現地サンプル（製造ガスプラントが１９００年代初期に操業していた英国内の現場から最近回収した、ＤＮＡＰＬ）
ｈ）固体爆薬化合物（不活性成分と混合された微粒子亜硝酸アンモニウム（ＴＮＴまたはＤＮＴの一次成分）、酸化剤を取り入れた固形成分）
ｉ）石油（現地サンプルのコアの一部として得られる、油砂上で自然に発生した凝固被膜）
注記：当技術分野では、塩素化溶剤は、一般に、純粋な（すなわち研究室等級）化学物質と見なされず、最大３０％、石油およびグリースと混合される（Ｄｗａｒａｋａｎａｔｈ，Ｖ．、Ｒ．Ｅ．Ｊａｃｋｓｏｎ、およびＧ．Ａ．Ｐｏｐｅ著、２００２年、“Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｏｆ  ＮＡＰＬｓ  ｆｒｏｍ  Ａｌｌｕｖｉｕｍ”、Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、３６（２）、２２７〜２３１ページ）。したがって、溶剤が多成分混合物を採用した試験は（結果を参照のこと）、７５％のＴＣＥ＋２５％の油（重量比）、７５％のドデカン＋２５％の油（重量比）、７５％のＤＣＡ＋２５％のグリース（重量比）である。
【００７６】
試験手順：
図９は、試験の概略的な図を表している。汚染された多孔質媒体の改善のための現場燃焼の基本的概念を調査するための予備試験が、約１Ｌの石英ガラスビーカー７２（１０３ｍｍ  ＯＤ×１７５ｍｍ  Ｈまたは１０６ｍｍ  ＯＤ×１９５ｍｍ  Ｈ、Ｈ．Ｂａｕｍｂａｃｈ＆Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製）内で実施された。ビーカーは、ビーカーの底より数ミリメートル上方に散気装置７４を配置するのに十分な少量の粗砂（Ｌｅｉｇｈｔｏｎ  Ｂｕｚｚａｒｄ８／１６砂、ＷＢＢ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ製）で充填された。散気装置７４は、８ｍｍ長さの銅管で構成され、コイル状に曲げられ、空気流が上を向くように管の底の一部に沿って１．５〜２ｍｍの孔が開けられていた。選択された多孔質媒体は、散気装置を数ミリメートル埋め込むために用いられた。点火要素７６、すなわち、コイル状の３．２５ｍｍの正方形断面×７６２ｍｍの長さのＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）で被膜されたケーブルヒーター（２４０Ｖ、４５０Ｗ、製品番号第１２５ＰＳ３０Ａ４８Ａ、Ｗａｔｌｏｗ  Ｌｔｄ製）が、散気装置７４の上に配置された。次に、選択された多孔質媒体７５が、点火要素を５センチメートル埋めるために、ビーカーに加えられた。汚染物質が固体の場合は、汚染物質は、このステップで置かれた砂と混合された。汚染物質が液体の場合は、後で加えられ、一般にはケーブルヒーター７６を埋める媒体を通って下向きに浸透することができた。したがって、配置された汚染ゾーンは、典型的には、点火要素７６の５ｃｍ上にあった。次に、選択された多孔質媒体が、装置の頂部の５ｃｍ内に充填された。３センチメートルの細砂（Ｌｏｃｈａｌｉｎｅ  Ｌ６０Ａシリカ砂、Ｔａｒｍａｃ  Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｌｔｄ．製）が、キャップとして作用するように、配置された多孔質媒体の頂部に配置された。最大５つの１．５ｍｍまたは３ｍｍ×０．５ｍのＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）シース型Ｋ熱電対７８ａ〜ｅ（製品番号第２１９−４４８８（３ｍｍ）および第１５９−０９５（１．５ｍｍ）、ＲＳ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  Ｌｔｄ．製）が、熱電対の測定先端部が、ケーブルヒーター７６の上、１ｃｍ間隔の位置で露出され、最後の熱電対７８ｅが、典型的には、汚染ゾーンの外に配置された状態で、その多孔質媒体に挿入された。熱電対７８ａ〜ｅは、多機能スイッチ／測定装置（３４９８０Ａ、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製）に接続された。多機能スイッチ／測定装置は、データを記録し、電圧出力を温度に変換し、その結果をコンピュータに送った。
【００７７】
これらの予備試験で用いられた装置の直径が小さいのは、システムが過剰な熱損失を生じる傾向にあることを意味している（このことは、より大きな試験装置または現場用途では予測されない）。熱損失を低減するために、ガラスビーカー７２が加熱テープ（２４０Ｖ、１０４５Ｗ、１．３３Ｗ／ｃｍ２、Ｏｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ｌｔｄ．製）で巻かれた。加熱テープは、最初に通電して用いられ、高温の（しかし、燃焼には不十分な、すなわち約２００℃）開始温度までシステムの温度を上げ、周囲空気への熱損失を低減するようにした。その温度に達すると、ケーブルヒーター点火要素７６が、１．７アンペアの電流で起動した。その後すぐに、空気流が開始され、２０Ｌ／分の流量で供給された。空気流が開始されると、点火装置７６に最も近い熱電対７８ａから読み取られる温度がピークに達し、減少し始めるまで、点火装置７６をオンに維持した。多孔質媒体７５の上部から出るガス流のＣＯおよびＣＯ２ガスが、燃焼副産物であるため、これらの測定（ＡＤＣ  Ｇａｓ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｌｔｄ．製）がなされた。点火要素がオフにされた後、少量のＣＯまたはＣＯ２がオフガス中に存在し、反応温度が燃焼反応を支持できないレベルに低下するまで、温度、ＣＯおよびＣＯ２の記録が続くように、空気の注入が続いた。システムが冷却された後、多孔質媒体７５が、注意深く掘削された。改善の程度を区別するために写真が取られ、残っている汚染の度合いが視覚的に評価された。場合によっては、サンプルが、ガスクロマトグラフィーによって、残留汚染物質に対して分析された。この方法を以下に示す。
【００７８】
ガスクロマトグラフィー質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）は、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）および１，２−ジクロロエタン（ＤＣＡ）の試験に用いられた。約１０グラムの各土壌が、２０ｍＬのヘッドスペースバイアル内に置かれ、ＰＴＦＥ／シリコン隔壁でクリンプシールされた。ＧＣ／ＭＳ方法は、低レベルのＤＣＡおよびトリクロロエチレンＴＣＥを特定するために最適化された。ＴＣＥおよびＤＣＡの検出限度は、約０．５ｐｐｍである。
【００７９】
ガスクロマトグラフィー炎イオン化検出器（ＧＣ／ＦＩＤ）が、ドデカン、植物性油およびコールタールに関する試験に対して使用された。約１０ｇの各砂が、２０ｍＬのガラスバイアル内に置かれた。ジクロロメタンが、砂より約１ｃｍ上の高さまで加えられた。バイアルが、ＰＴＦＥ／シリコン隔壁でクリンプシールされ、振盪され、５０℃の培養器内に１２時間置かれた。次に、バイアルが振盪され、砂が沈殿され、抽出液が除去され、分析のため２ｍＬの自動サンプラーバイアルに移された。加熱中、限定された損失を保証するために、培養の前後で質量が記録された。この方法による化合物の検出限度は、約０．５ｐｐｍである。
【００８０】
結果：
３０を超える試験が実施され、それぞれの点火源、試験装置、設備機器、燃料の種類、砂の種類等を調査した。試験の多くが、最終的な点火および試験プロセス（上記の試験手順で概要を述べた）を改善するのに役立ったため、それらは提示しない。この部分では、１つの試験、すなわち、粗いケイ砂におけるコールタールの燃焼の試験を、説明した試験手順に続く一連の代表的な試験結果として、詳細に説明する。上述の手順を用いた他の試験結果は、図１０で表によってまとめられている。
【００８１】
粗いケイ砂試験におけるコールタール：
図１１は、粗いケイ砂における液体の汚染物質であるコールタールについての結果を表している。グラフの線８０ａ〜ｅは、対応する熱電対７８ａ〜ｅにおける測定温度対時間を表している。図１１はまた、燃焼生成物におけるＣＯおよびＣＯ２の（容積）百分率を示している。
【００８２】
開始温度は加熱テープに関連する。テープなしに実施した試験では、点火要素の結果と同様の温度上昇が観察されるが、熱分布の均一性は劣り、代わりに、点火装置の隣にある一番下の熱電対７８ａで支配される。試験装置の規模が熱損失を大きくすることになり、低温加熱テープ（すなわち、約２００℃）で補償されなければならなくなる。この「概念の実証」試験装置の規模の小さいことに起因する場合のみ、加熱テープが必要とされることに留意されたい。当分野におけるように、大規模な試験装置の場合、多孔質媒体の容積は、断熱体として機能するのに十分大きく、したがってこの種の熱損失は生じず、このような追加の加熱を必要としない。これは、様々な規模における固体多孔質形態（例えば、クッション）のくすぶり燃焼において、より大きなシステムに対する結果を評価する理論解析と、豊富な試験経験とに一致している。
【００８３】
図１１は、点火要素７６がオンにされるとき、その近傍で温度が急速に上昇することを示している。この温度上昇は、空気（酸化剤）の流れが始まると、再び加速する。図１１は、ガス状燃焼生成物であるＣＯおよびＣＯ２の発生によって立証されるとおり、現場燃焼が、この時点以降、比較的速く始まることを示している。ＣＯおよびＣＯ２の発生は、この試験で、それぞれ４００℃および５７分と観察された、点火温度および点火時間と同時に発生すると解釈される。現場の温度は一般に、燃焼の開始後に急速に上昇し、最高温度はいずれかの熱電対７８（この場合、点火要素７６から２番目の熱電対７８ｂ）で達成される最大ピークと解釈される。
【００８４】
この試験では、点火要素は、燃焼の開始後、酸化剤の送達が維持されている間に１０分間オフにされた。この時間の後、図１１は、この試験で自己維持燃焼が観察されることを表している。これは、燃焼前部が外部エネルギーを追加せずに汚染ゾーンを通って伝播していることを意味する。この証拠は、点火点から離れた連続位置における一連の温度ピーク（例えば、グラフ線８０ａ〜ｄで示されるとおり、熱電対７８ａと７８ｂ（ＴＣ１およびＴＣ２）との間で維持された最高温度と、熱電対７８ｃと７８ｄ（ＴＣ３およびＴＣ４）の間で維持された最高温度）を含む。別の証拠は、温度プロファイルプロットの連続した交差である（例えば、ＴＣ４における温度は依然として上昇しているが、ＴＣ３における温度は下降している。なお、ＴＣ５は汚染ゾーンに入っていない）。熱は、高温から低温に移動するので、交差は、熱が熱電対７８ｄ（ＴＣ４）から熱電対７８ｃ（ＴＣ３）に移っていることを示し、大量の熱生成が、熱電対７８ｄ（ＴＣ４）の位置で生じていることを証明している。燃焼ガス（ＣＯおよびＣＯ２）を連続して生成することによって、点火要素７６がオフにされた後、燃焼が続くことがさらに証明される。伝播する燃焼前部の速度が、熱電対７８間の空間距離を、最高温度ピーク間の時間で割ることによって測定される。この場合、速度は、４．１×１０−５ｍ／ｓと推定される。それぞれの燃料の表記値は、これらが、一般には、くすぶり燃焼の伝播による速度であることを示している。汚染物質のすべてが破壊され、反応が局所的に自己消滅した後、各地点で温度が最終的に低下し、同様のプロファイルである代表的なエネルギー放散が続く。
【００８５】
比較の目的で、基本事例の試験が、正確に、ただし多孔質媒体に燃料／汚染物質を含まずに繰り返された。熱電対７８ｄ（ＴＣ４−砂のみ）の温度プロファイル８０ｆが、コールタール試験からのＴＣ４と直接比較される。温度記録曲線の下の面積は、プロセス中に放出されたエネルギーに比例し、したがって、この２つの間の差は、汚染物質の燃焼によって生成されたエネルギーを表す。各曲線の下の面積を推定すると、熱電対４の近接領域内の燃焼プロセスによって生成されたエネルギーは、この位置で点火システムによって送達されたエネルギーの４倍よりも多いことを示す。これは、点火が達成されると、自己維持伝播に必要なエネルギーが、後続の点火装置にはこれ以上必要とされずに、汚染物質を燃焼することによって送達可能であることの明らかな証拠を提供している。過剰なエネルギーは全て前方に送達され、したがって、反応前部を加速するのに用いられる。
【００８６】
試験前および試験後の両方で、汚染物質および多孔性物質の写真が取られた。これによって、燃焼ゾーンの改善の徹底、すなわち観察可能な汚染物質が残っていないことが明らかになった。改善された土壌を物理的に処理すること、およびかさ密度の測定値を前後で比較することによっても、汚染物質が残っていないことが確認された。写真はまた、点火装置７６の下（したがって、燃焼ゾーンの外）に位置するコールタールが、実質的に加熱されているにもかかわらず改善されていないことを示している。その代わりに、冷却すると、コールタールおよび砂が部分的に凝固した。現場燃焼による改善で、土壌の色が赤色に変わることも観察された。これは、高温での鉄酸化の結果であり、一般には、温度が６００℃を超える森林火災によって影響を受けた土壌で見られる。
【００８７】
ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析を利用して、燃焼ゾーンから掘り出した土壌に残留する化合物の程度を評価した。図１０の最後の列で示されるとおり、残留化合物の痕跡程度のみが検出されたが、信号はこの方法の検出限度に近く、定量化に不十分であった。
【００８８】
図１０は、提示されたコールタール／粗砂試験について説明された方法と同じ方法で実施された１３個の別の試験からの要約結果を表している。図１０は、現場燃焼が全ての試験において良好に達成されたことを示している。これは、３つの追加共通ＮＡＰＬと２つの固形材料とを含んでいる。この図はまた、種々の多孔質媒体の種類についての、種々の流体飽和（水およびＮＡＰＬの両方）についての、現地採取サンプルおよび試験サンプルについての、およびソースゾーン（すなわち、燃焼ゾーン）の不均一な条件についての、良好な現場くすぶり燃焼を示している。２つの試験のみで、燃焼ゾーンにいずれかの汚染物質が残っていることが観察された。これらの場合は、酸化剤を流すと、酸化剤が、明らかに、燃焼を達成しない１地点を迂回した。ＧＣ分析によって、分析の対象となる８個の試験において、有機化合物のすべてが燃焼ゾーンから視覚的に除去されたことが確認された。図１０の燃焼伝播速度は、これらの試験において主要な燃焼方法である、くすぶり燃焼の典型である。
【００８９】
基本事例（すなわち、粗砂の中のコールタール）試験が２回繰り返され、図１０において説明した結果と極めて類似した結果が得られ、この方法の再現性が示された。３回目の繰り返しが実施されたが、この場合、点火要素がオフになった後、約５分で、つまり、自己持続性燃焼が確立された後だが、全汚染物質が燃焼される前に、空気流が停止した。この試験は、この場合、酸化剤の投入が終わった後直ぐに燃焼が終わることを示した。これは、酸化剤注入流を停止することによって、反応を停止できることを示している。さらに、冷却すると、結果として生じた砂パックが完全には改善されず、代わりに加熱したコールタールおよび砂の実質的に凝固した後の質量を含んでいることが判明した。この質量は、試験装置から除去することができなかった。したがって、この段階において、点火プロセスが冷却後の質量に適用され、現場燃焼が良好に再開した。この試験に対するこの２回目の燃焼段階の最後で、砂は容易に掘り出され、燃焼ゾーンには観察可能なコールタールが一切残っていなかった。これは、このプロセスが停止し、良好に再開できることを示し、燃焼のない加熱が、少なくとも試験された事例に対して、改善を達成しないことを明白に示している。
【００９０】
上記試験データは、本発明の方法および装置が、現場で、ＤＮＡＰＬおよびＬＮＡＰＬなどの可燃性物質で汚染された土地を改善するのに実行可能であることを明確に示している。
【００９１】
既存の熱的方法は、現場でのＮＡＰＬの改善を保証するが、莫大な費用がかかる。本発明では、反応が順方向モード（図３）で伝播している場合、極めて低い燃料含有量成分に対して、燃焼前部を多孔質媒体へ伝播させることができる。研究によって、これが、地下に埋め込まれた炭化水素液に適用可能であり、このプロセスが、最適な方法で伝播するように変更可能であることが示された。エネルギー入力を制限して、ソースゾーン１６の底近くでＮＡＰＬ１２の点火を開始し、その後、自己持続性反応が進行するようにしてもよい。この技法は、既存の熱的技法の利点（効果的な質量低減および浸透率差に無関係を含む）を表し、一般には、連続したエネルギー入力を必要としない（すなわち、自己持続性である）ため、高い費用効率が得られる。さらに、燃焼前部は、間隙３６が事前に知られていない／決定されていない場合であっても、間隙３６を通って、連結された相のＮＡＰＬ１２（すなわち燃料）経路に自然に従う。したがって、この方法、したがってこの燃焼プロセスは、効果的な自動誘導型である。したがって、既存の化学的、物理的および生物学的技術全体にわたる重要な利点が提供される。既存の技術は、多くの場合、ＮＡＰＬ１２自体よりもかなり大きな地下塊部をターゲットにして非効率的であり、汚染物質ゾーンを迂回しやすく、有効なレベルを下回って希釈されるようになる高価な化学添加物に依存し、ＮＡＰＬ１２が蓄積されやすい低浸透率領域の周りでは効果的でない。
【００９２】
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、前述の内容に対して種々の変更がなされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】可燃性物質で汚染された土地の領域の概略的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態による方法を利用して改善する間の、図１に示された土地の領域の図である。
【図３】図１に示された可燃性物質の塊部を通る、燃焼前部の伝播を示した概略図である。
【図４】図１で示された汚染土地の土壌の拡大概略図である。
【図５】本発明の代替実施形態による方法を利用して改善する間に示される、可燃性物質で汚染された土地の領域の、図２と同様の図である。
【図６】図５の方法の１つの変形形態で示された、図５に示される可燃性流体で汚染された土地の領域の図である。
【図７】図５の方法の別の変形形態で示された、図５に示される可燃性流体で汚染された土地の領域の図である。
【図８】図５の方法のさらに別の変形形態で示された、図５に示される可燃性流体で汚染された土地の領域の図である。
【図９】本発明の方法および装置の実行可能性を証明するために実施された試験で用いられた機器の概略図を示している。
【図１０】本発明の方法および装置の実行可能性を証明するために実施された別の試験の結果を詳細に示す表である。
【図１１】測定温度対時間、および、図９の機器を用いて実施されたコールタール／砂利の試験中に測定された、燃焼生成物内のＣＯおよびＣＯ２の（体積）百分率を示すグラフである。
【図１】
2009518177.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009518177.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009518177.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009518177.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月12日(2008.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性物質で汚染された土地を改善する方法であって、
改善される土地内における地下の可燃性物質の塊部の位置を特定するステップと、
前記可燃性物質に点火して前記可燃性物質をくすぶり燃焼プロセスで燃焼し、それによって、前記土地を改善するステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記可燃性物質を加熱する範囲と、前記可燃性物質に酸化剤を供給する速度と、前記可燃性物質に燃焼抑制剤を供給する速度とのうちの少なくとも１つを制御することによって、前記くすぶり燃焼プロセスを実現する制御ステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記可燃性物質の燃焼を監視するステップと、前記燃焼の前記監視に基づいて前記制御ステップを実行するステップとを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記制御ステップが、くすぶり燃焼を確立する工程とくすぶり燃焼を維持する工程とのうちの少なくとも１つに対して実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記可燃性物質のくすぶり燃焼が、前記可燃性物質自体と、前記可燃性物質に供給される前記可燃性物質および酸化剤と、前記可燃性物質に供給される燃焼抑制剤とから構成されるグループのうちの１つの存在のみで維持される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記土地が多孔質マトリックスを画定し、燃焼される前記可燃性物質が前記多孔質マトリックス内に存在する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記多孔質マトリックスを画定する前記土地が、粒状物質および破砕岩環境のうちの少なくとも１つから構成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記可燃性物質に点火するステップが、点火装置を使用する工程と、前記くすぶり燃焼プロセスが確立されたときに、前記点火装置を停止する工程とを備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記可燃性物質に点火するステップが、前記点火装置により前記可燃性物質に熱を供給する工程と、その後に前記可燃性物質に酸化剤を供給する工程とを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記可燃性物質のくすぶり燃焼を監視するステップと、くすぶり燃焼が発生しているときに、前記点火装置の動作を停止するステップとを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
現場で前記可燃性物質を燃焼するステップを備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記可燃性物質の点火後に、点火の少なくとも１点から離れる方向に、前記可燃性物質を通って進行する燃焼前部が生成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記可燃性物質の塊部内の複数の位置において前記可燃性物質に点火するステップを備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
所望の期間後に、燃焼を停止するステップを備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
１つまたは複数の燃焼バリアを形成することによって、所望の位置で前記燃焼を停止するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記可燃性物質を自己持続性のくすぶり燃焼プロセスで燃焼するステップを備える、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
点火装置を用いて前記可燃性物質に点火するステップと、
燃焼を監視し、前記燃焼が酸素不足である場合は、酸化剤を供給して燃焼を維持するステップと、
酸化剤の前記供給を選択的に変更して、燃焼の進行速度を制御するステップと
を備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
点火装置を用いて前記可燃性物質に点火するステップと、
燃焼を監視し、前記燃焼が酸素不足である場合は、酸化剤を供給して燃焼を維持するステップと、
酸化剤の前記供給を選択的に変更して、燃焼を停止するステップと
を備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
点火装置を用いて前記可燃性物質に点火するステップと、
燃焼を監視し、前記燃焼が酸素不足でない場合は、燃焼抑制剤を選択的に注入して、燃焼の進行速度を制御するステップと
を備える、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
点火装置を用いて前記可燃性物質に点火するステップと、
燃焼を監視し、前記燃焼が酸素不足でない場合は、燃焼抑制剤を選択的に注入して、燃焼を停止するステップと
を備える請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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