(57)【要約】【課題】  化学物質、特に揮発性有機化合物（ＶＯＣ）で汚染された地下汚染領域を、短期間で、かつ低コスト、低エネルギーで効率的に、浄化することができる地下汚染領域の浄化装置及びその浄化方法の提供。【解決手段】  本発明の地下汚染領域の浄化装置は、前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍から地下水を揚水する揚水手段２０、Ｐ１と、前記地下水が送水されるとともに、前記地下水中における過酸化水素の濃度が所定の範囲外であった場合過酸化水素を添加する過酸化水素添加手段３０、３４、４５、４６と、前記過酸化水素水が添加された水を前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍に注入する注入手段１０とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学物質で汚染された地下汚染領域を浄化する浄化装置であって、
前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍から地下水を揚水する揚水手段（２０、Ｐ１）と、
前記地下水が送水されるとともに、前記地下水中における過酸化水素の濃度が所定の範囲外であった場合、前記濃度が所定の範囲内になるように、前記過酸化水素を添加する過酸化水素添加手段（３０、３４、４５、４６）と、
前記過酸化水素が添加された水を前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍に注入する注入手段（１０）と
を備えたことを特徴とする地下汚染領域の浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載された地下汚染領域の浄化装置であって、
この浄化装置は制御装置を有し、
この制御装置は、前記地下汚染領域の地下水又は地盤中の鉄イオンと前記過酸化水素との反応が効率的に、かつ、継続的に行なわれるように制御するものであることを特徴とする地下汚染領域の浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された地下汚染領域の浄化装置であって、
前記過酸化水素添加手段は、
前記送水された地下水が一時貯留されるとともに、この地下水に前記過酸化水素が添加されたとき混合させる過酸化水素混合手段（３０）と、
この過酸化水素混合手段に送水される前記地下水の前記地下水中に残留している過酸化水素の濃度を検知する濃度検知手段（３４）と、
前記濃度が所定の範囲内に入るように、前記過酸化水素混合手段に前記過酸化水素を添加する過酸化水素供給手段（４５、４６）とからなるものである
ことを特徴とする地下汚染領域の浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載された地下汚染領域浄化装置であって、
前記注入手段は、注入孔に注入される前記過酸化水素が添加された水の流量の調整が可能なものであることを特徴とする地下汚染領域の浄化装置。
【請求項５】
請求項１に記載された地下汚染領域の浄化装置における地下汚染領域の浄化方法であって、
前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍の地下水を前記過酸化水素添加手段に送水し、
前記地下水中に残留している前記過酸化水素の濃度を検知し、
前記濃度が所定の範囲外である場合、前記濃度が所定の範囲内に入るように前記過酸化水素を添加、混合し、
前記過酸化水素が添加、混合された水を、前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍に注入する
ことを特徴とする地下汚染領域の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学物質、特に揮発性有機化合物で汚染された地下汚染領域を浄化する浄化装置及びその浄化方法に関する。さらに詳しくは、揮発性有機化合物で汚染された地下汚染領域に、過酸化水素水を注入して地下汚染領域の地盤中の揮発性有機化合物を酸化分解して浄化する地下汚染領域の浄化装置及びその浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学物質、特にトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｙｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、以下ＶＯＣと記載する。）は、洗浄剤等として各種工場やクリーニング店で広く使用されているが、これらＶＯＣは発癌性物質である疑いがあるため、近年、ＶＯＣによる地下水、土壌、底質、汚泥等の汚染が大きな社会問題となっている。
【０００３】
従来、ＶＯＣで汚染された土壌の処理法としては、汚染土壌の封じ込め処理、汚染土壌の掘削・封じ込め処理などが主に行われている。また、ＶＯＣで汚染された地下水の処理法としては、揚水した汚染地下水を曝気する揚水曝気法、揚水曝気と活性炭処理とを組み合わせたポンプ・アンド・トリート法などが主に行われている。ポンプ・アンド・トリート法は、揚水した地下水に空気を曝気することにより、水中の汚染ＶＯＣを気相中に移行させて地下水を浄化した後、気相を活性炭処理する方法であり、浄化後の水は地表に流される。
【０００４】
しかし、前述した汚染土壌の封じ込め処理法、汚染土壌の掘削・封じ込め処理法、汚染地下水のポンプ・アンド・トリート処理法は、汚染ＶＯＣを積極的に分解して無害化する技術ではないこと、莫大なコスト、エネルギー、手間を要すること、浄化期間が１０〜２０年と長いことなどが問題となっていた。
また、ポンプ・アンド・トリート法は、揚水した汚染地下水の浄化処理を地上で行うものであって、地下に存在する汚染源に対して直接除去処理を行うものではないため、地下に存在する汚染源の除去期間が非常に長くなるという問題があった。
【０００５】
さらに、汚染された土壌に生石灰など無機化合物（ホットソイル）を添加・混合し、混合された処理土を所定時間静置することで、水和反応熱によりＶＯＣを揮発・分離させて汚染土壌を浄化するホットソイル法もあった（例えば、特許文献１）。しかし、このホットソイル法は、汚染浄化する土壌を全部掘削する必要があること、多額のコスト、手間を要することなどの問題点があった。
【０００６】
一方、近年、設備やスペース上有利になる原位置浄化が多く提案されるようになってきている。その一つとして、微生物が地下水や土壌中にある汚染物質を生物分解する自然界の働きを利用したバイオレメディエーション法があり、この分解微生物の活性化を図るために空気（酸素）や栄養塩類などを注入することが提案されている（例えば、特許文献２、３）。しかしながら、特許文献２、３のバイオレメディエーション法に関する技術は、空気や栄養塩類が土中に浸透することで分解微生物を活性化させ、分解するものであり、この技術も長い浄化期間が必要となるという問題点があった。
そこで、浄化期間の短縮が図れるものとして、浄化処理水に酸化剤を添加した後、この浄化処理水を再び地下に注入し、この浄化処理水によって地下汚染領域の汚染源の洗浄を行うとともに、浄化処理水に含まれる酸化剤によって地下汚染領域の汚染源が酸化分解し、地下汚染領域の浄化を行う方法が提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００７】
この特許文献４に記載された技術は、ＶＯＣで汚染された土壌、底質、汚泥、地下水等を、短期間で、低コスト、低エネルギーで効率的に浄化することができると記載されている。しかしながら、浄化が必要とされる汚染土壌は、高濃度の汚染土壌から低濃度の汚染土壌の広範囲の汚染濃度の土壌である。また、同じ地下汚染領域内でもばらつきがあり、これに対応して効率的に浄化を行う必要がある。また、浄化処理中は、刻々と地下汚染領域の汚染状態が変化していくが、浄化反応が的確、効果的に行われていないおそれがあるという問題点があった。言い換えると、浄化反応を、的確、効果的に行って、もっと短期間で浄化処理が行えるようにする技術の確立が望まれていた。
【特許文献１】特開平８−１１２５８６号公報
【特許文献２】特開２０００−１７６４８７号公報
【特許文献３】特開平１０−２１６６９６号公報
【特許文献４】特開２００２−１５９９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述のような技術背景、社会的背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、化学物質、特に揮発性有機化合物（ＶＯＣ）で汚染された地下汚染領域を、短期間で、かつ低コスト、低エネルギーで効率的に、浄化することができる地下汚染領域の浄化装置及びその浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の地下汚染領域の浄化装置は、
化学物質で汚染された地下汚染領域を浄化する浄化装置であって、前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍から地下水を揚水する揚水手段２０、Ｐ１と、前記地下水が送水されるとともに、前記地下水中における過酸化水素の濃度が所定の範囲外であった場合、前記濃度が所定の範囲内になるように、前記過酸化水素を添加する過酸化水素添加手段３０、３４、４５、４６と、前記過酸化水素が添加された水を前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍に注入する注入手段１０とを備えている。
【００１０】
本発明２の地下汚染領域の浄化装置は、本発明１において、
前記浄化装置は制御装置を有し、
この制御装置は、前記地下汚染領域の地下水又は地盤中の鉄イオンと前記過酸化水素との反応が効率的に、かつ、継続的に行なわれるように制御するものであることを特徴としている。
【００１１】
本発明３の地下汚染領域の浄化装置は、本発明１又は２において、
前記過酸化水素添加手段は、
前記送水された地下水が一時貯留されるとともに、この地下水に過酸化酸素が添加されたとき混合させる過酸化水素混合手段３０と、この過酸化水素混合手段に送水される前記地下水の前記地下水中に残留している過酸化水素の濃度を検知する濃度検知手段３４と、前記濃度が所定の範囲内に入るように、前記過酸化水素混合手段に前記過酸化水素を添加する過酸化水素供給手段４５、４６とからなるものであることを特徴としている。
【００１２】
本発明４の地下汚染領域の浄化装置は、本発明１から３において、
前記注入手段は、注入孔に注入される前記過酸化水素が添加された水の流量の調整が可能なものであることを特徴としている。
【００１３】
本発明５の地下汚染領域の浄化方法は、本発明１に記載された地下汚染領域の浄化装置における地下汚染領域の浄化方法であって、
前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍から地下水を前記過酸化水素添加手段に送水し、前記地下水中に残留している過酸化水素の濃度を検知し、前記濃度が所定の範囲外である場合、前記濃度が所定の範囲内に入るように前記過酸化水素水を添加、混合し、前記過酸化水素が添加、混合された水を、前記地下汚染領域又は前記地下汚染領域の近傍に注入することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、酸化剤として過酸化水素を使用し、土壌中の鉄イオンと過酸化水素のフェントン反応によりヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成させ、ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）が揮発性化合物を酸化分解させることを利用して、効率の高い化学物質の浄化、特に揮発性有機化合物の浄化を行うことができる。すなわち、揮発性有機化合物の原液や土粒子に吸着した揮発性有機化合物を直接分解することが可能である。したがって、地下汚染領域の浄化を短期間で行うことができる。また、浄化設備がコンパクトであり、占有面積が小さい。さらに、地下水の局部的な循環を行うため、循環する注水孔と揚水孔との間で、地表施設による障害はなく、既存の建屋等の障害物がある箇所の地下汚染領域の浄化を効果的に行うことができる。さらに、過酸化水素の濃度を検知し、濃度が所定の範囲内に入るようにしながら、揚水孔と注水孔との間で過酸化水素が混入された地下水を循環させるので、効率的にかつ継続的に地下汚染領域の浄化を行うことができ、短期間で浄化を行えるようにできた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の地下汚領域の浄化装置１の実施の形態１を模式的に表した断面図、図２は、実施の形態１を模式的に表した平面図である。すなわち、実施の形態１は、図２に示すように、地下汚染領域の略中央部に注入孔、地下汚染領域の周囲に揚水孔を設けたものである。
本発明の説明では、土壌５０が、地表５１、シルト層５２、透水層（例えば、砂層）５３、粘土層５４などのように構成されているものとして説明を行う。汚染土壌５５は、透水層５２内及び／又は透水層５２の近傍に形成されていることが多い。
【００１６】
また、この地下水汚染領域の浄化装置１で浄化する対象の揮発性有機化合物（以下ＶＯＣと記載する。）としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ジクロロエチレン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、などがある。
汚染土壌５５の略中央部に、注水孔１０が掘削されている。また、汚染土壌５５の周辺には、未反応の過酸化水素水が、地下水の下流側又は汚染土壌５５の周辺に拡散しないように、揚水孔２０が複数掘削されている。
【００１７】
揚水孔２０には、揚水用ポンプＰ１、ガス用ポンプＰ２が設けられている。ガス用ポンプＰ２で吸引されたガス（気体）は、ガス処理手段６５でガス状の成分が分解され、無害化されて外部に排気される。なお、ガス処理手段６５、ガスポンプＰ２等は、あったほうが好ましいが、ガスが噴出しないなどの場合設けなくてもよい。揚水用ポンプＰ１で揚水された地下水は、一部が過酸化水素混合手段３０側に送水される。残りの揚水された地下水は、水浄化処理手段（例えば、曝気式浄化装置）６０側に送水され、曝気式浄化により浄化され、無害化されて排水路等に排水される。
【００１８】
過酸化水素混合手段３０側に送出された地下水は、流量計３１、流量制御弁３２を介して過酸化水素混合手段３０に流入する。流量調整弁３２は、注入孔１０に再注入する過酸化水素が混合された水の流量を調整するためのものである。例えば、流量計３１で流量が計測され、この計測された流量に従って流量制御弁３２を制御又は調整することで過酸化水素混合手段３０に送水される流量、すなわち再注入される過酸化水素が混合された水の流量が調整される。また、過酸化水素混合手段３０内に流入する地下水は、濃度計測器（又は濃度計測用センサ）３４で地下水内の過酸化水素の濃度が計測される。注入孔１０に注入される過酸化水素が混合された水における過酸化水素の濃度は、１〜３％程度の濃度であることが好ましい。さらに、過酸化水素混合手段３０内に流入する地下水は、ＰＨ計測器（ＰＨ計測センサ）３５でＰＨ値が計測される。注入孔１０に注入される過酸化水素が混合された水のＰＨ値は、２〜７好ましくは３〜６であるとよい。濃度計測器３４で計測された濃度データ、ＰＨ計測器３５で計測されたＰＨ値データは制御装置４０に送出される。なお、ＰＨ計測器３５はあったほうが地下水の状態がよくわかり好ましいが、なくてもよい。
【００１９】
過酸化水素が添加、混合された水は、過酸化水素混合手段３０から、流量計３８、流量制御弁３７を介して注水孔１０に送水される。そして、注水孔１０から土壌５０に注水される。この流量制御弁３７は、地下汚染領域の浄化装置１内を流れている注入全体量を制御するためのものである。この注入された過酸化水素が混合された水は、地下水中又は土壌中の第１鉄（Ｆｅ２＋）と反応し、ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成させて、化学物質を分解する。すなわち、第１鉄と過酸化水素水とが化学式１に示すフェントン反応によりヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成させている。そして、このヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）と揮発性有機化合物とを化学反応させ、酸化分解する。
【化１】
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【００２０】
この実施の形態１では、過酸化水素混合手段３０は地表５１より上方に設けられたヘッダー管で構成されている。ヘッダー管の下部には、ヘッダー管より注水孔１０に過酸化水素が混合された水を供給するための接続部が設けられている。すなわち、過酸化水素が混合された水は、注水孔１０に高さの差を利用して注水される。なお、このように高さの差を利用して過酸化水素が混合された水を供給するようにすると、ポンプが不要となり、地下汚染領域の浄化装置１の簡素化、省エネ化がされて好ましいが、過酸化水素が混合された水は注水用ポンプを利用して注水孔１０に注水されるものであってもよい。過酸化水素混合手段３０には、過酸化水素タンク４５が管路を経由して接続されている。また、この管路途中には、過酸化水素用ポンプ４６が設けられている。この過酸化水素用ポンプ４６は定量ポンプであることが望ましい。すなわち、定量ポンプであれば、定量ポンプの稼働時間で過酸化水素の供給量の制御が行える。なお、過酸化水素の供給量の制御ができれば、他の種類のポンプ等であってもよい。過酸化水素用ポンプ４６は、過酸化水素混合手段３０内の過酸化水素が混合された水の濃度を制御するのに使用される。
【００２１】
制御装置４０は、濃度データ、ＰＨ値データが入力され、所定の範囲内に濃度、ＰＨ値が入るように、流量制御弁３２、流量制御弁３７、過酸化水素用ポンプ４６の制御を行う。なお、制御装置４０はあると浄化装置の自動化、無人化が図れて好ましいが、制御装置を設けなくてもよい。すなわち、作業者が、濃度データ、ＰＨ値データ、流量計３１、流量計３８等の流量を確認しながら、流量制御弁３２、流量制御弁３７の調整、過酸化水素用ポンプ４６の稼働制御などを手動操作で行ってもよい。また、濃度計測器３４、ＰＨ計測器３５は、所定の範囲外になったとき、作業者にその旨を知らせるように、警報ランプなどを点灯させるような機能を持っている物であってもよい。、
【００２２】
さらに、浄化前及び浄化中に、地盤中等の鉄成分（Ｆｅ）量を測定し、鉄成分（Ｆｅ）量が不足している場合等には必要に応じて鉄塩を注入するとよい。
【００２３】
次に、この地下汚染領域の浄化装置１の作用を説明する。
対象の地下汚染領域に、土壌ガス採取孔掘削機で掘削し、掘削された孔内の土壌ガスを採取する。採取した表層ガスをガスクロマトグラフ分析計等で分析し汚染範囲を特定する。地下水の流れ等を調べ、注水孔１０、揚水孔２０の掘削位置を特定し、掘削する。
汚染土壌（地下汚染領域）５５又は汚染土壌５５の近傍から地下水を揚水する。すなわち、揚水孔２０、２０から揚水用ポンプＰ１で地下水を揚水する。この揚水した地下水の一部は水浄化処理手段６０に送水され、水浄化処理手段６０で曝気処理して浄化する。すなわち、揮発性有機化合物は、曝気処理が容易となるように、鉄イオンと過酸化水素とのフェントン反応で生成されたヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）で、既に揮発性有機化合物の分解処理がなされた状態になっており、曝気処理等で浄化を容易に行うことができる。
【００２４】
揚水孔２０、２０により揚水し、水浄化処理手段６０側に送水されなかった地下水は、過酸化水素混合手段３０側に送水される。
過酸化水素混合手段３０側に送水された地下水は、地下水中に残留している過酸化水素の濃度又は前記地下水のＰＨ値が、検知濃度計測器３４、ＰＨ計測器３５で検知される。すなわち、汚染土壌５５内で鉄イオンと過酸化水素とのフェントン反応によるヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成させ、揮発性有機化合物を酸化分解させていると、地下水内の過酸化水素の濃度が減少していく。そこで、前記濃度が所定の範囲外である場合、前記濃度が所定の範囲内に入るように、過酸化水素水用ポンプ４６を作動（稼働）させて過酸化水素を添加する。そして、過酸化水素混合手段３０で過酸化水素水が添加、混合され、過酸化水素が混合された地下水は濃度が所定の範囲内のものとなる。過酸化水素が混合された水は注入孔１０から注入され、汚染土壌５５又は汚染土壌５５近傍に注入される。汚染土壌５５内では、鉄イオンと過酸化水素水とのフェントン反応が行われ、ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成させ、揮発性有機化合物が酸化分解される。
【００２５】
このように、地下水を注水孔１０と揚水孔２０との間で循環させることで、汚染土壌５５内の揮発性有機化合物の浄化処理が順次実施される。また、土壌中の鉄イオンと過酸化水素とをフェントン反応させ、ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成させて浄化が行われ、地下水内の過酸化水素の濃度が薄くなった場合などには、所定の範囲内に入るように添加、混合されるので、浄化処理能力を低下させるおそれがなく、継続的に浄化処理を行うことができる。また、地下汚染領域の汚染状態によって、すなわち、汚染土壌が、高濃度の汚染のものであっても、低濃度の汚染のものであっても、また、同じ地下汚染領域内でもばらつきがあっても、濃度が所定の範囲内に入るようにしているので、効率的にかつ継続的に汚染処理を行うことができる。
【００２６】
すなわち、本発明は、酸化剤として過酸化水素を使用し、土壌中の鉄イオンと過酸化水素とのフェントン反応によるヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成し、この生成されたヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を利用して、効率の高い化学物質の浄化、特に揮発性有機化合物の浄化を行うことができる。
【００２７】
［実施の形態２］
図３は、本発明の地下汚領域の浄化装置の実施の形態２を模式的に表した断面図、図４は、実施の形態２を模式的に表した平面図である。なお、実施の形態２の説明では、実施の形態１と同一のものには、同じ符号を付与して詳細な説明を省略する。
この実施の形態２では、地下汚染領域の略中央部に揚水孔２０ａを、地下汚染領域の周囲に複数の注水孔１０ａが設けられている。このようにすると、汚染領域がドーナツ状に広がっているときなどに好適なものとなる。すなわち、周辺部の複数の注水孔１０ａから過酸化水素が混合された水を注水するので、過酸化水素水の拡散が容易であり、広い汚染領域の浄化処理に適当である。
【００２８】
［実施の形態３］
図５は、本発明の地下汚領域の浄化装置の実施の形態３を模式的に表した平面図である。なお、この実施の形態３の説明でも、実施の形態１と同一のものには、同一の符号を付与して詳細な説明を省略する。
図５に示すように、注水孔１０ｂ、揚水孔２０ｂが、地下水の流れの方向（点線の矢印で図示した方向）に沿って設けられている。すなわち、地下水の流れの上流側に注水孔１０ｂが、下流側に揚水孔２９ｂを設けている。このようにすると、地下水の流れにのって、過酸化水素が混合された水が拡散していくので、浄化処理が容易になり好ましい。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、この実施の形態の説明に限定されないことはいうまでもない。上記した説明では、単孔の注水孔と複数の揚水孔の構成、又は、単孔の揚水孔と複数の注水孔の構成で行ったがこれに限定されることはない。すなわち、単孔の注水孔と単孔の揚水孔、又は複数の注水孔と複数の揚水孔の構成のものであってもよい。
その他、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内でいろいろな構成のもの等に変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の地下汚染領域の浄化装置の実施の形態１を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の地下汚染領域の浄化装置の実施の形態１を模式的に表した平面図である。
【図３】本発明の地下汚染領域の浄化装置の実施の形態２を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の地下汚染領域の浄化装置の実施の形態２を模式的に表した平面図である。
【図５】本発明の地下汚染領域の浄化装置の実施の形態３を模式的に表した平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…地下汚染領域の浄化装置
１０、１０ａ、１０ｂ…注水孔
２０、２０ａ、２０ｂ…揚水孔
３０…過酸化水素混合手段
３２…流量制御弁
３４…濃度計測器
３７…流量制御弁
４０…制御装置
４５…過酸化水素用タンク
４６…過酸化水素用ポンプ
６０…水浄化処理手段
Ｐ１…揚水用ポンプ
【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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