(57)【要約】【課題】  汚染物質の浄化を単純な工程で容易に行うことができ、かつ処理費用を削減することが可能な汚染土壌の浄化方法を提供する。【解決手段】  本発明は、汚染物質及び水を含む汚染土壌１１中に、少なくとも１個の温度調節装置を挿入し、前記汚染土壌上に汚染物質を捕捉する汚染物質捕捉体２２を設け、前記温度調節装置２１ｂにより温度勾配が生じるように調節し、汚染土壌１１中に含まれる水を対流させることにより、前記汚染物質を対流させて前記汚染物質捕捉体２２に捕捉させるようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質及び水を含む汚染土壌中に、少なくとも１個の温度調節装置を挿入し、前記汚染土壌上に汚染物質を捕捉する汚染物質捕捉体を設け、前記温度調節装置により温度勾配が生じるように調節し、汚染土壌中に含まれる水を対流させることにより前記汚染物質を対流させて前記汚染物質捕捉体に捕捉させることを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染物質によって汚染された汚染土壌を原位置で浄化する汚染土壌の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場等からの廃棄物により重金属やダイオキシン、有機塩素系溶剤等の化学物質による土壌や地下水の汚染が深刻化している。このような汚染物質によって汚染された汚染土壌を浄化する方法として、掘削した汚染土壌から汚染物質を抽出する方法や、掘削しないで原位置で汚染物質を抽出する方法がある。
【０００３】
汚染土壌を掘削して浄化する場合、汚染土壌を掘削し、掘削した汚染土壌を浄化プラントへ搬送して浄化し、浄化プラントで浄化された土壌を再び埋め戻す作業を行っている。従って、汚染土壌を別に設けたプラントまで搬送しなければならず、作業が煩雑であった。
また、汚染物質を原位置で抽出する場合、洗浄液を汚染土壌の表面に散布して浸透させたり、土中に直接洗浄液を注入したりしているが、大量の洗浄水を必要とするため大規模な洗浄プラントが必要である。また、洗浄後の排水を無害化する必要があるので、排水液をくみ上げる設備も必要となり多大な処理コストがかかるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、汚染物質の浄化を単純な工程で容易に行うことができ、かつ処理費用を削減することが可能な汚染土壌の浄化方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、汚染物質及び水を含む汚染土壌中に、少なくとも１個の温度調節装置を挿入し、前記汚染土壌上に汚染物質を捕捉する汚染物質捕捉体を設け、前記温度調節装置により温度勾配が生じるように調節し、汚染土壌中に含まれる水を対流させることにより前記汚染物質を対流させて前記汚染物質捕捉体に捕捉させることを特徴とする。
【０００６】
上記汚染土壌の浄化方法によれば、汚染物質及び水を含む汚染土壌中に、少なくとも１個の温度調節装置を挿入し、温度調節装置と、土壌の温度差によって温度勾配を生じさせている。この温度勾配により、土壌中に熱対流が発生し、高温側付近では、土壌中の水が汚染土壌中を上昇する方向に移動し、汚染土壌の上層部を移動する水が低温側付近では、水が下降する方向に移動する。そして、汚染土壌の下層部を移動する水が再び高温側付近へ移動し、土壌中の水が連続的に移動することとなる。このように、土壌中の水が土壌の空隙を移動することにより、土壌中の汚染物質が水に溶解して土壌中を移動し、汚染土壌上に設けた汚染物質捕捉体を通過したときに、汚染物質が捕捉される。従って、従来の浄化方法のように、汚染土壌を掘削することなく、また土壌中の汚染物質を浄化するための大規模な設備を必要とせず、簡便な工程で容易に汚染物質の浄化を行うことができ、かつ処理費用を削減することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、汚染物質及び水を含む汚染土壌中に、少なくとも１個の温度調節装置を挿入し、該温度調節装置の温度差によって温度勾配を生じさせ、土壌中の水を熱対流させるようにした。即ち、熱対流によって土壌中を移動する水によって、土壌中の汚染物質を水に溶解し、汚染土壌上に設けた汚染物質捕捉体に汚染物質を捕捉させるようにしたので、単純な工程で汚染土壌を浄化することができ、かつ大規模な設備を必要としないので、処理費用を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参酌しつつ説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係る汚染土壌の浄化方法を説明するための図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は上面図である。
まず、土壌１２中の汚染物質を含む汚染土壌１１に注水し、土壌を撹拌して土壌の空隙を水で満たした状態にする。次に、汚染土壌１１を挟むように間隔を隔てて一方に第一温度調節装置２１ａ、他方に第二温度調節装置２１ｂを挿入する。そして、汚染土壌１１の上面に汚染物質捕捉体２２を配置する。
【００１０】
なお、汚染土壌１１に注水する際に、水が周囲の土壌へ流出しないようにするために、汚染土壌１１の周囲を遮水するように止水壁２３を設けてもよい。遮水する方法としては、例えば、汚染土壌１１の周囲に鋼矢板を連接させた止水壁２３を設けることにより遮水することができる。これ以外にも、汚染土壌１１から水を流出させない方法であれば、どのような遮水方法を採用しても構わない。
【００１１】
上記第一及び第二温度調節装置としては、例えば電熱線、抵抗発熱体に電流を流して発熱させるもの、各種ヒータなどの発熱源、あるいは冷媒体（アンモニア、フロン、ドライアイスなど）などを用いた吸熱源が挙げられる。
【００１２】
また、汚染物質捕捉体としては、活性炭、炭、ゼオライト、アルミナ、シリカゲル、イオン交換膜、キレート材などを用いることができる。
【００１３】
続いて、第一、第二温度調節装置２１ａ，２１ｂを発熱させて、一方の温度調節装置の温度を他方の温度調節装置よりも高温に維持するよう温度調節を行い、装置間に温度勾配が生じるようにする。すると、高温側の温度調節装置の付近では、土壌中の水が汚染土壌１１中を上昇する方向に移動し、続いて、汚染土壌１１の上層部を移動する水が低温側の温度調節装置の付近では、水が下降する方向に移動する。そして、汚染土壌１１の下層部を移動する水が再び高温側の温度調節装置の付近へ移動し、土壌中の水が連続的に移動するようになる。このように、土壌中の温度勾配による熱対流の発生によって、汚染土壌中に含まれる水が土壌中の空隙を移動し、このとき、土壌中の汚染物質が水に溶解して移動する。そして、汚染物質を溶解している水が汚染物質捕捉体２２を通過して接触すると、汚染物質が捕捉されて、汚染土壌が浄化されることとなる。
【００１４】
従って、汚染物質は水と溶解するような物質であると、効率よく浄化することができる。このような汚染物質の例としては、鉛、クロム、ヒ素、セレン、フッ素、ホウ素などが挙げられる。また、本発明の浄化方法は、土壌中の温度勾配を利用するので、高温側の温度を揮発温度以下にして揮発温度の低い有害物質（例えば、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなど）にも適用できる。
【００１５】
ここで、汚染土壌中に含まれる水を対流させる条件としては、次式が挙げられる。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
式より、Ｒａはレーレー数であり、熱対流の臨界状態を決定する定数である。κは、多孔質体の透過係数（ｃｍ2）であり、対象試料（原位置で採取した土）を用いて、透水試験（例えば、ＪＩＳ  Ａ  １２１８）を行い、求められた透水係数Ｋ（ｃｍ／ｓ）から、次式により求めることができる。
κ＝Ｋ・μ／ρｇ
ρは、前記多孔質体中の間隙水の密度（≒１ｇ／ｃｍ3）である。ｇは、重力加速度（＝９．８ｍ／ｓ2）である。βは間隙水の体積膨張率（≒０．２１×１０-3／Ｋ）である。ｂは、多孔質体層の層厚であり、本実施形態では、第一及び第二温度調節装置の間隔の距離（ｍ）である。Ｔh及びＴlは、間隙水の最高温度（Ｋ）と、最低温度（Ｋ）である。Ｋeは、多孔質体の温度拡散率（ｃｍ2／ｓ）であり、対象試料（原位置で採取した土）を用いて、熱伝導試験を行って測定した実測温度を、非定常熱伝導理論解曲線と照合して、最も一致する曲線から熱伝導率を導き出して求めることができる。μは、間隙水の粘性係数（Ｐａ・ｓ）であり、温度による関数である。
【００１８】
そして、上述した各パラメータの値を上記式に代入することにより、Ｒａを求めることができる。そして、Ｒａが４π2よりも大きい値であるならば、汚染土壌中に含まれる水を対流させることができる。
【００１９】
つまり、上記式より、Ｔh及びＴlの差が大きいほど、Ｒａの値も大きくなる。このＴh及びＴlの差は、温度勾配を算出するパラメータの一つであり、この値は、前記第一及び第二温度調節装置２１ａ，２１ｂのそれぞれの深度に対する中間の深さで、且つ第一及び第二温度調節装置２１ａ，２１ｂの内側（汚染土壌側）近傍の二点間の温度を測定した差より求めることができる。そして、Ｔh及びＴlの差を、前記二点間の距離で除すことにより温度勾配を求めることができる。
そして、温度勾配の値が相対的に小さいと、つまりＲａ＜４π2のときは、熱対流が生じる条件を満たしにくくなり、また、熱対流が生じたとしても、水の移動速度が遅くなり、浄化にかかる時間が長くなる。一方、温度勾配の値が相対的に大きいと、つまりＲａ≫４π2のときは水の移動速度が速くなり浄化にかかる時間が短くなるが、所要エネルギーが大きくなり不経済となる。
【００２０】
このように、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法によれば、汚染土壌１１内に存在する汚染物質を、熱対流により汚染土壌中に含まれる水の移動によって、土壌中の汚染物質が水に溶解して、汚染物質捕捉体２２により汚染物質を捕捉するようにした。従って、汚染土壌１１を掘削して別のプラントで洗浄するなどの煩雑さをなくし、また、汚染土壌を洗浄するための大規模な洗浄プラントも必要ないので、単純な工程で容易に洗浄を行うことができ、かつ処理費用を削減することができる。また、このような熱対流を利用した浄化方法によれば、土壌内の微細な空隙に存在する汚染物質をも水に溶解させることができるので、従来の洗浄方法よりも汚染土壌の洗浄効果を高めることができる。
【００２１】
なお、本発明の汚染土壌の浄化方法によれば、まず、汚染土壌１１に注水するようにしたが、土壌の空隙に十分な水を含んでいるならば注水しなくてもよい。
【００２２】
また、本発明の汚染土壌の浄化方法によれば、土壌中の水を熱対流により移動させるようにするので、土壌は、例えば透水性のよい砂地盤からなる土壌であることが好ましく、さらに飽和地盤であることが好ましい。ここで飽和地盤とは、飽和度が１００％の地盤をいう。
しかし、不飽和地盤であっても、汚染土壌を遮水し、不飽和地盤に注水を行って、土壌の空隙を水で満たすことにより、本発明の浄化方法を採用することができる。
【００２３】
また、本発明の汚染土壌の浄化方法によれば、汚染物質捕捉体２２を汚染土壌１１の上面に設置するようにしたが、それに限るものではない。例えば、汚染土壌１１の中央部分に挿入させて設置してもよく、あるいは複数の汚染物質捕捉体２２，…を汚染土壌１１の複数箇所に挿入して設置するようにしてもよい。
【００２４】
また、本発明の汚染土壌の浄化方法によれば、汚染土壌を挟むように間隙を隔てて、一対の温度調節装置を設けるようにしたが、それに限るものではない。例えば、汚染土壌を挟むように間隙を隔てて、一方にのみ、温度調節装置を設け、他方の地盤の温度に対して、熱対流を発生させるように、温度調節装置を調節するようにしてもよい。あるいは、汚染土壌を挟むように３個以上の複数の温度調節装置を設けても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る汚染土壌の浄化方法を説明するための図を示す。
【符号の説明】
【００２６】
１１…汚染土壌
１２…土壌
２１ａ…第一温度調節装置
２１ｂ…第二温度調節装置
２２…汚染物質捕捉体
２３…止水壁
【図１】
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