(57)【要約】   【課題】    透水性や透気性が低い粘土やシルトを主体とした難透気透水層内の汚染物質を効率よく回収除去する。  【解決手段】本実施形態に係る汚染土壌の処理方法を用いて汚染物質を処理するには、まず、難透水層でもあり難透気層でもある汚染土壌１内の難透気透水層２に処理用井戸３を貫入設置する（ステップ１０１）。難透気透水層２に処理用井戸３を貫入設置したならば、次に、処理用井戸３内に冷媒を注入する（ステップ１０２）。次に、処理領域１８内の間隙水を冷媒で凍結させることによって、ドーム状剛性増加領域２１が形成されたならば、次に、処理領域１８を融解させる（ステップ１０３）。次に、処理領域１８内に通水又は通気を行うことにより、処理用井戸３を介して汚染物質を回収し、又は処理用井戸３を介して薬液注入を行うことにより、汚染物質を無害化する（ステップ１０４）。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機塩素化合物、炭化水素、重金属等の汚染物質が難透水層又は難透気層内に含まれている汚染土壌を浄化する汚染土壌の処理方法において、
前記難透水層又は難透気層に処理用井戸を貫入設置し、該処理用井戸内に冷媒を注入し、該冷媒によって前記処理用井戸を取り囲む処理領域内の間隙水を凍結させるとともに該凍結による前記処理領域の膨張圧を周辺地盤に作用させることでドーム状剛性増加領域を前記処理領域を取り囲むように形成し、前記処理領域内で凍結した間隙水が融解した後、前記処理領域内に通水又は通気を行うことにより前記汚染物質を回収し、又は前記処理用井戸を介して薬液注入を行うことにより前記汚染物質を無害化することを特徴とする汚染土壌の処理方法。
【請求項２】
前記処理領域内の間隙水を凍結させる際、凍結した処理領域の水平断面積が上方から下方に向けて大きくなるように前記冷媒を複数段階に分けて注入する請求項１記載の汚染土壌の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機塩素化合物等の汚染物質を含む汚染土壌を無害化する汚染土壌の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場跡地の土壌内には、揮発性有機塩素化合物、燃料油や機械油、ダイオキシン類、あるいはカドミウム、鉛、銅、亜鉛、ニッケル、クロムなどの重金属といったさまざまな汚染物質が土壌に混入していることがある。
【０００３】
かかる汚染物質で汚染された汚染土をそのまま放置すると、該土に混入している汚染物質が周囲に拡散し、周辺住民の生活に支障を来すとともに、雨水によって土粒子から遊離した場合には、地下水等に混入して水質を汚濁させる原因ともなる。そのため、上述した汚染物質で汚染された土については、さまざまな方法を使って浄化しなければならない。
【０００４】
土壌内の汚染物質を原位置で浄化処理する方法としては、従来からさまざまな方法が開発されており、掘削曝気法、揚水曝気法等をはじめ、土壌ガス吸引法、汚染土壌に注水しこれを揚水して地上で処理するいわゆる通水洗浄法、空気を送り込んでその気泡に汚染物質を連行させる、いわゆる気泡連行浄化法、空気圧入を行って有害物質を揮発させるエアスパージング法、土中菌の微生物活性を利用したバイオレメディエーションによる方法、酸化還元反応を利用した薬液注入法など多種多様な方法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６９８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、曝気、ガス吸引、気泡連行浄化、エアスパージング、薬液注入等は、すべて汚染土壌内の透水性あるいは透気性に期待した工法と言えるが、汚染土壌内に粘土やシルトを主体とする難透気透水層が分布している場合、該難透気透水層等の透水性や透気性が低いため、上述した工法はほとんど適用することができないという問題を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、透水性や透気性が低い粘土やシルトを主体とした難透気透水層内の汚染物質を効率よく回収除去することが可能な汚染土壌の処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る汚染土壌の処理方法は請求項１に記載したように、揮発性有機塩素化合物、炭化水素、重金属等の汚染物質が難透水層又は難透気層内に含まれている汚染土壌を浄化する汚染土壌の処理方法において、前記難透水層又は難透気層に処理用井戸を貫入設置し、該処理用井戸内に冷媒を注入し、該冷媒によって前記処理用井戸を取り囲む処理領域内の間隙水を凍結させるとともに該凍結による前記処理領域の膨張圧を周辺地盤に作用させることでドーム状剛性増加領域を前記処理領域を取り囲むように形成し、前記処理領域内で凍結した間隙水が融解した後、前記処理領域内に通水又は通気を行うことにより前記汚染物質を回収し、又は前記処理用井戸を介して薬液注入を行うことにより前記汚染物質を無害化するものである。
【０００９】
本発明に係る汚染土壌の処理方法は、粘土やシルトを主体とした難透水層又は難透気層内に含まれている揮発性有機塩素化合物、炭化水素、重金属等の汚染物質を浄化するものであって、公知の汚染浄化方法を実施する前に前処理として行うものであり、かかる本発明においては、まず、上述した難透水層又は難透気層に処理用井戸を貫入設置する。
【００１０】
ここで、処理用井戸は、本発明の前処理が終了した後、揚水井あるいはガス吸引用井戸として用いることが可能であり、その場合には、例えばその下端近傍に透水孔や透気孔が形成されたストレーナ部を設けておく。
【００１１】
以下、かかるストレーナ部を設けることを前提として説明を続ける。なお、処理用井戸にストレーナ部を設けないのであれば、揚水井やガス吸引井あるいは注入井を別途設置すればよいことは言うまでもない。
【００１２】
難透水層又は難透気層に処理用井戸を貫入設置したならば、次に、処理用井戸内に冷媒を注入する。
【００１３】
冷媒を注入するにあたっては、貫入位置が飽和層であればストレーナ部から地下水が流入しているため、まず、気密性キャップを処理用井戸の頭部に取り付け、該気密性キャップに気密に貫入された空気圧送管を介して処理用井戸内に空気を圧入し、流入している地下水をストレーナ部を介して周辺地盤に押し戻す。
【００１４】
次いで、かかる状態で気密性キャップに同様に気密に貫入設置された冷媒管を介して冷媒を送り込む。このとき、送り込んだ冷媒がストレーナ部から周辺地盤に流出しないよう、空気圧送管に連通接続されたコンプレッサーを適宜制御する。
【００１５】
このように処理用井戸内に冷媒を注入することで該処理用井戸を取り囲む処理領域内の間隙水を凍結させるとともに該凍結による処理領域の膨張圧を周辺地盤に作用させることでドーム状剛性増加領域を処理領域を取り囲むように形成する。
【００１６】
すなわち、処理用井戸内に冷媒を注入することにより、該冷媒によって処理用井戸を取り囲む難透水層又は難透気層からなる処理領域、言い換えれば浄化対象となる難透水層内の間隙水を凍結させ、該凍結による体積膨張によって、処理領域全体を膨張させて、その膨張圧を処理領域を取り囲む周辺地盤に作用させる。
【００１７】
このようにすると、かかる膨張圧を受けた周辺地盤はやはり粘土やシルトを主体とした難透水層又は難透気層からなるため、かかる周辺地盤は、間隙水が押し出されて土粒子の骨格構造が変化し、剛性が向上したドーム状剛性増加領域となる。
【００１８】
そして、かかる状態においては、周辺土圧は、剛性増加領域が主として負担し、その内側の処理領域にはほとんど及ばない。
【００１９】
したがって、処理領域が融解した後、体積膨張によって拡げられた処理領域内の間隙は、少なくとも融解直後に元の大きさに縮まることはなく、ドーム状剛性増加領域によって周辺土圧から守られる形で一定期間、その大きさを保持することとなり、難透水層又は難透気層からなる処理領域の透水性や透気性は、格段に向上する。
【００２０】
次に、かかる状態で処理領域内に通水又は通気を行うことにより、処理用井戸を介して汚染物質を回収し、又は処理用井戸を介して薬液注入を行うことにより、汚染物質を無害化する。
【００２１】
なお、上述したように、処理用井戸にストレーナ部を設けず、揚水井やガス吸引井あるいは注入井を別途設置する場合には、かかる揚水井やガス吸引井を介して揚水やガス吸引を行い、あるいは注入井を介して薬液注入を行えばよい。
【００２２】
処理用井戸内に冷媒を注入するにあたっては、該冷媒によって処理用井戸を取り囲むようにドーム状剛性増加領域が形成される限り、どのような注入の仕方でもかまわないが、処理領域内の間隙水を凍結させる際、凍結した処理領域の水平断面積が上方から下方に向けて大きくなるように冷媒を複数段階に分けて注入するようにすれば、ドーム状剛性増加領域を確実に形成することが可能となる。
【００２３】
水平断面積が上方から下方に向けて大きくなるような具体的な形状としては、コーン型、釣り鐘型、ドーム型等が考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る汚染土壌の処理方法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】
本実施形態に係る汚染土壌の処理方法は、粘土やシルトを主体とした難透水層又は難透気層内に含まれている揮発性有機塩素化合物、炭化水素、重金属等の汚染物質を浄化するものであって、公知の汚染浄化方法を実施する前に前処理として行うものであり、図１は、本実施形態に係る汚染土壌の処理方法を実施する手順を示したフローチャートである。
【００２６】
同図でわかるように、本実施形態に係る汚染土壌の処理方法を用いて汚染物質を処理するには、まず、図２に示すように難透水層でもあり難透気層でもある汚染土壌１内の難透気透水層２に処理用井戸３を貫入設置する（ステップ１０１）。
【００２７】
ここで、処理用井戸３は、透気孔を兼ねる透水孔４が形成されたストレーナ部５を下端近傍に設けてある。
【００２８】
難透気透水層２に処理用井戸３を貫入設置したならば、次に、処理用井戸３内に液体窒素等の冷媒を注入する（ステップ１０２）。
【００２９】
ここで、処理用井戸３内にはストレーナ部５から地下水が流入しているため、冷媒を注入するにあたっては、まず、気密性キャップ６を処理用井戸３の頭部に取り付け、該気密性キャップに気密に貫入された空気圧送管７を介して処理用井戸３内に空気を圧入し、流入している地下水をストレーナ部５を介して周辺地盤に押し戻す。
【００３０】
次いで、かかる状態で気密性キャップ６に同様に気密に貫入設置された冷媒管８を介して冷媒を送り込む。このとき、送り込んだ冷媒がストレーナ部５から周辺地盤に流出しないよう、空気圧送管７に連通接続されたコンプレッサー（図示せず）を適宜制御するのが望ましい。
【００３１】
すなわち、押し戻した地下水がストレーナ部５から再流入しないよう、かつ注入した冷媒がストレーナ部５から流出しないよう、処理用井戸３内の上方空間における空気圧を調整する。
【００３２】
このようにすると、冷媒を周辺地盤に流出させることなく、後工程で回収することができる。なお、冷媒が周辺地盤に流出すること自体、何ら問題とはならないのであれば、上述した制御を行うかどうかは、回収の必要性に応じて決定すればよい。
【００３３】
図３は、冷媒を注入していく様子を示した図である。
【００３４】
同図でわかるように、本実施形態では、冷媒を複数段階に分けて注入する。すなわち、まず、同図(a)に示すように、冷媒注入量が地下水位より若干下がった位置になるように図示しない冷媒タンクから処理用井戸３内に冷媒１１を注入することにより、処理用井戸３を取り囲む難透気透水層２内の間隙水を凍結させて１次凍結領域１２を形成する。
【００３５】
次に、同図(b)に示すように冷媒１１の液位をいったん下げることにより、１次凍結領域１２のうち、底部近傍に拡がる難透気透水層２内の間隙水を凍結させて２次凍結領域１３を形成し、これらをあらたな凍結領域１４とする。
【００３６】
次に、同図(c)に示すように冷媒１１の液位を再び地下水近傍まで上昇させることにより、凍結領域１４の周囲に拡がる難透気透水層２内の間隙水を凍結させて３次凍結領域１５を形成し、これらをあらたな凍結領域１６とする。
【００３７】
次に、同図(d)に示すように冷媒１１の液位をいったん下げることにより、凍結領域１６のうち、底部近傍に拡がる難透気透水層２内の間隙水を凍結させて４次凍結領域１７を形成し、これらをあらたな凍結領域１８とする。
【００３８】
このように汚染物質の浄化対象である処理領域がドーム形状又は釣り鐘形状に凍結されるよう、上述した手順を必要なだけ繰り返す。本実施形態では、凍結領域１８を処理領域１８とする。
【００３９】
このように処理用井戸３内に冷媒１１を注入することで処理用井戸３を取り囲む難透気透水層からなる処理領域１８内の間隙水を凍結させると、図４に示すように該凍結による体積膨張によって、処理領域１８全体を膨張させ、その膨張圧を処理領域１８を取り囲む周辺地盤に作用させることができる。
【００４０】
そして、ドーム状又は釣り鐘状の処理領域１８から膨張圧を受けた難透気透水層である周辺地盤は、間隙水が押し出されて土粒子の骨格構造が変化し、剛性が向上したドーム状の剛性増加領域２１となる。
【００４１】
このようにドーム状剛性増加領域２１が形成されたならば、処理領域１８を融解させる（ステップ１０３）。冷媒については、適当な時期に回収する。
【００４２】
このようにすると、処理領域１８内の土粒子間隙は、凍結による体積膨張によって元の大きさより大きくなっており、透水性及び透気性が大幅に向上している。加えて、周辺土圧は、剛性増加領域２１が主として負担し、その内側の処理領域１８にはほとんど及ばない。
【００４３】
したがって、処理領域１８が融解した後、体積膨張によって拡げられた処理領域１８内の土粒子間隙は、少なくとも融解直後に元の大きさに縮まることはなく、ドーム状の剛性増加領域２１によって周辺土圧から守られる形で一定期間、その大きさが保持される。
【００４４】
次に、かかる状態で処理領域１８内に通水又は通気を行うことにより、処理用井戸３を介して汚染物質が含まれた汚染地下水や汚染ガスを回収し、又は処理用井戸３を介して薬液注入を行うことにより、汚染物質を無害化する（ステップ１０４）。
【００４５】
ここで、土粒子の骨格構造が変化することに伴い、剛性増加領域２１の透水性及び透気性が大幅に低下している場合には、注水井あるいは空気注入井をそれらの下端に設けられたストレーナ部がドーム状の剛性増加領域２１内に位置するように該剛性増加領域内に貫入配置すればよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係る汚染土壌の処理方法によれば、汚染物質が含まれた難透気透水層２内の処理領域１８をドーム状又は釣り鐘状に凍結させることでその周囲に剛性増加領域２１を形成し、その後、処理領域１８を融解させるようにしたので、処理領域１８の透水性や透気性を大幅に向上させることが可能となり、通水洗浄、ガス吸引等、公知の汚染物質浄化方法を用いて、処理領域１８内を浄化することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態に係る汚染土壌の処理方法によれば、処理領域１８の凍結プロセスにおいて冷媒の液位を昇降させながら繰り返すことで、剛性増加領域２１をドーム状又は釣り鐘状に形成することが可能となる。
【００４８】
そのため、剛性増加領域２１はアーチ構造となって周辺から作用する土圧を支持し、その結果、内部の処理領域１８には周辺土圧が作用せず、かくして融解後に間隙が元の大きさに縮まることはなく、透水性及び透気性が向上した状態を確実に保持することが可能となる。
【００４９】
本実施形態では、剛性増加領域２１の透水性及び透気性が大幅に低下していることに起因して通水や通気が困難となる場合、注水井あるいは空気注入井を事後的に剛性増加領域２１内に貫入配置するようにしたが、これに代えて、かかる注水井や空気注水井を処理用井戸３とともに予め設置しておいてもかまわない。
【００５０】
かかる場合には、注水井や空気注水井を処理用井戸と同様、冷媒を注入するための井戸として使用することができる。
【００５１】
すなわち、例えば通水洗浄で汚染物質を浄化する場合、図５に示すように難透気透水層２内に２本の処理用井戸３１ａ，３１ｂを離間配置し、上述したと同様の手順で難透気透水層２を凍結させて処理領域３２及び剛性増加領域３３を形成し、しかる後、一方の処理用井戸３１ａを揚水井とし、他方の処理用井戸３１ｂを注水井とすればよい。
【００５２】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、処理用井戸３を取り囲むようにして深さ方向に砂利、砕石等で構成された透水材（透気材）を充填するようにしてもよい。
【００５３】
かかる構成によれば、たとえ処理領域１８内に難透気透水部が残ったとしても、処理領域１８全体に滞留する汚染地下水や汚染ガスは、透水材を介して確実にストレーナ部５から回収することが可能となる。なお、透水材の間隙が地上に連通して空気や雨水が侵入することがないよう、ベントナイト、モルタル等を用いて透水材の上端を水密かつ気密に封じておくのが望ましい。
【００５４】
また、本実施形態では、冷媒の高さを昇降させながら凍結領域をドーム状又は釣り鐘状に形成するようにしたが、これに代えて、冷媒の高さを不連続的に順次低下させながら凍結領域を形成するようにしてもよい。かかる場合、例えば冷媒を三段階に分けて順次低下させることが考えられる。
【００５５】
かかる構成においても、凍結領域をドーム状又は釣り鐘状に形成することができる。
【００５６】
また、本実施形態及び変形例では、冷媒を複数段階に分けて注入するようにしたが、複数段階に分けて注入する、言い換えれば冷媒を不連続的に注入せずとも、例えば冷媒を連続的に低下させることによって、凍結領域をドーム状又は釣り鐘状に形成することができるのであれば、必ずしも複数段階に分けて冷媒を注入する必要はない。
【００５７】
また、本実施形態では、処理用井戸３にストレーナ部５を形成することで、後工程で行う浄化作業で揚水井や吸引井として兼用できるようにしたが、地下水の流入量が多かったり、空気圧で押し戻すことが困難な場合には、かかる構成に代えて、外径が処理用井戸３の内径にほぼ等しいか、それよりも小さな径の孔無し冷媒注入管を別途用意し、該冷媒注入管を処理用井戸３内に挿入し、しかる後、冷媒注入管に冷媒を注入するようにしてもよい。かかる構成においては、冷媒は、間接的に処理用井戸３に注入されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態に係る汚染土壌の処理方法の実施手順を示したフローチャート。
【図２】本実施形態に係る汚染土壌の処理方法を実施する処理システムを示した図。
【図３】本実施形態に係る汚染土壌の処理方法によって難透気透水層が凍結されていく手順を示した図。
【図４】処理領域１８と剛性増加領域２１との関係を示した図。
【図５】変形例に係る概略断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１                            汚染土壌
２                            難透気透水層（難透気層、難透水層）
３                            処理用井戸
１８                          処理領域
２１                          剛性増加領域
【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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