(57)【要約】    【課題】  地盤面下０．５〜１０数メートルにあるＶＯＣｓで汚染された土壌を地上部に掘削・集積せずに原位置で処理する工法を提供する。    【解決手段】  ＶＯＣｓが拡散した拡散域１の原位置地表面１１の外周２沿い及び内部３に複数個のガイド管４を格子状に配設し、ガイド管から予め分解補助剤を注入浸透させ、ガイド管の間に複数個の温度センサー５を配設して土壌の温度を検知し、土壌を加熱するためのマイクロ波発生装置６に接続されたアンテナ７０をガイド管内に挿入し、アンテナ７０からマイクロ波照射して土壌を加熱し、一定温度（最低８０゜〜１００℃）に保持させて、ＶＯＣｓの分解・揮発を促進させ、発生したガスを封じ込めるガス不透過性シート８により地表面を外縁部２０から被覆し、連結管９０を介して流れ込むガスを吸着槽９に吸着して無害化する。    【選択図】図１
2006150157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中に含まれる有害な揮発性有機化合物を除去する揮発性有機化合物処理装置であって、
前記揮発性有機化合物が拡散した拡散域（１）の原位置地表面（１１）の外周（２）沿い及び前記外周で囲繞された内部（３）に配設される複数個のガイド管（４）と、
前記複数個のガイド管の間に配設され前記土壌の温度を検知する複数個の温度センサー（５）と、
前記拡散域の前記土壌を加熱するためのマイクロ波発生装置（６）と、
前記マイクロ波発生装置に接続されて前記ガイド管内に挿入され前記土壌を加熱するアンテナ（７０）と、
前記地表面を前記外周の外縁部（２０）から被覆して、加熱された前記土壌から発生したガスを封じ込めるガス不透過性シート（８）と、
前記ガス不透過性シートで封じ込められ連結管（９０）を介して流れ込むガスを吸着する吸着槽（９）とを備えたことを特徴とする揮発性有機化合物処理装置。
【請求項２】
土壌中に含まれる有害な揮発性有機化合物を除去するにあたり、
前記揮発性有機化合物が拡散した拡散域（１）の原位置地表面（１１）の外周（２）沿い及び前記外周で囲繞された内部（３）に複数個のガイド管（４）を配設し、
前記複数個のガイド管の間に複数個の温度センサー（５）を配設して前記土壌の温度を検知し、
前記拡散域の前記土壌を加熱するためのマイクロ波発生装置（６）に接続されたアンテナ（７０）を前記ガイド管内に挿入し、
加熱された前記土壌から発生したガスを封じ込めるガス不透過性シート（８）により、前記地表面を前記外周の外縁部（２０）から被覆し、
前記ガス不透過性シートで封じ込められ連結管（９０）を介して流れ込むガスを吸着槽（９）に吸着することを特徴とする揮発性有機化合物の処理方法。
【請求項３】
前記複数個のガイド管を格子状に配設したことを特徴とする請求項２記載の揮発性有機化合物の処理方法。
【請求項４】
前記有害な揮発性有機化合物の分解・揮発反応を促進させるため、前記ガイド管から分解補助剤として酸性溶液を注入することを特徴とする請求項２または３記載の揮発性有機化合物の処理方法。
【請求項５】
前記分解・揮発によって発生したガスを吸着するため、前記吸着槽に無機系吸着剤を使用することを特徴とする請求項２〜４いずれか1項記載の揮発性有機化合物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物の処理装置及び処理方法に関わり、特に、原位置で有害な揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣｓ）を分解・揮発させ、これらのガスを地上部で吸着除去し、汚染土壌を修復する揮発性有機化合物の処理装置及び処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
塗装工場、クリーニング工場、印刷工場等、有害なＶＯＣｓを使用した施設の跡地の土壌はＶＯＣｓで汚染されている。このような跡地を再利用する際、人体への健康被害を防ぐため、汚染土壌に対して、不溶化、封じ込め、浄化等から選択して適切な措置が講じられている。
【０００３】
ＶＯＣｓで汚染された土壌を浄化する場合、汚染除去（汚染土壌修復工事）が行われるが、ＶＯＣｓを加熱により分解・揮発させる方法の一つとして、従来、汚染地盤中から対象土壌を掘削して地上に広げ、生石灰を主原料とする薬剤と加水混練して、この反応熱を利用してＶＯＣｓの分解・揮発を促進させ、この分解された物質、又は分解途中にある揮発物質を収集し、最終的に二酸化炭素、塩化水素ガス等に分解して活性炭等に吸着させた後、大気中に放出させている。
【０００４】
同様に、汚染された土壌を掘削して地上処理する方法として、検出装置を用いて含有汚染物質を判別し、移送コンベア上の汚染土壌を重金属土壌処理装置、ＶＯＣ土壌処理装置または複合汚染土壌処理装置に移送する浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
また、ＶＯＣｓを吸着除去するための、カルボン酸類及びその誘導体、アルデヒド類及びその誘導体、並びに熱分解性高分子雪化合物よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の有機化合物を原料シリカゲルに所定量添加し、熱処理したＶＯＣ-ＰＡＳ用吸着剤が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
土壌中の有害物質を、オゾンもしくはオゾンと酸素と酸化剤とを含有する気体を注入井戸から土壌中に供給し、供給気体とともに有害物質を抽出井戸から回収する土壌有害物質の除去方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
あるいは、ＶＯＣで汚染された土壌に水とアルカリ粉体を攪拌混合して、土壌中のＶＯＣを気化させる処理装置で、ＶＯＣの気化時に発生する原ガスを捕集する手段と、捕集された原ガスを通すことによってＶＯＣとともにガス中の煤塵を除去するフィルタとを備えた汚染土壌中のＶＯＣ処理装置が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１０３２４４号公報
【特許文献２】特開２００４−１０５８７０号公報
【特許文献３】特開平１１−９９３３１号公報
【特許文献４】特開２００１−９０５９号公報
【特許文献５】特開２００４−２６１７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、汚染土壌が地盤中３〜４メートル深度に存在する場合は掘削〜加水〜混練が比較的容易であるが、これより深くから１０数メートルに存在する汚染土壌の修復では、掘削あるいは井戸接地等の処理工法において特殊機械が必要となり、工費も大幅に高くなるという難点がある。
【００１０】
また、薬剤と汚染土壌との機械的な加水混練は、混合の精度が不完全なため、応々にして温度上昇の不均一性が生じ、完全な分解反応・揮発を促進させるに至らない場合が多いという問題を残している。
【００１１】
本発明は、このような従来の難点を解消し、地盤面下０．５〜１０数メートルにあるＶＯＣｓで汚染された土壌をも地上部に掘削・集積することなく原位置で処理する装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様である揮発性有機化合物の処理装置は、土壌中に含まれる有害な揮発性有機化合物を除去する揮発性有機化合物処理装置であって、揮発性有機化合物が拡散した拡散域の原位置地表面の外周沿い及び外周で囲繞された内部に配設される複数個のガイド管と、複数個のガイド管の間に配設され土壌の温度を検知する複数個の温度センサーと、拡散域の土壌を加熱するためのマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置に接続されてガイド管内に挿入され土壌を加熱するアンテナと、地表面を前記外周の外縁部から被覆して、加熱された土壌から発生したガスを封じ込めるガス不透過性シートと、ガス不透過性シートで封じ込められ連結管を介して流れ込むガスを吸着する吸着槽とを備えたものである。
【００１３】
本発明の第２の態様である揮発性有機化合物の処理方法は、土壌中に含まれる有害な揮発性有機化合物を除去するにあたり、揮発性有機化合物が拡散した拡散域の原位置地表面の外周沿い及び外周で囲繞された内部に複数個のガイド管を配設し、複数個のガイド管の間に複数個の温度センサーを配設して土壌の温度を検知し、拡散域の前記土壌を加熱するためのマイクロ波発生装置に接続されたアンテナをガイド管内に挿入し、加熱された土壌から発生したガスを封じ込めるガス不透過性シートにより、地表面を外周の外縁部から被覆し、ガス不透過性シートで封じ込められ連結管を介して流れ込むガスを吸着槽に吸着するものである。
【００１４】
本発明の第３の態様である揮発性有機化合物の処理方法は、複数個のガイド管を格子状に配設したものである。
【００１５】
本発明の第４の態様である揮発性有機化合物の処理方法は、有害な揮発性有機化合物の分解・揮発反応を促進させるため、ガイド管から分解補助剤として酸性溶液を注入するものである。
【００１６】
本発明の第５の態様である揮発性有機化合物の処理方法は、分解・揮発によって発生したガスを吸着するため、吸着槽に無機系吸着剤を使用するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の揮発性有機化合物の処理装置及び処理方法の第１の態様から第５の態様によれば、地盤面下０．５〜１０数メートルにあるＶＯＣｓで汚染された土壌を地上部に掘削・集積せずに原位置で処理する工法で、予め分解補助剤を注入浸透させた地盤中に格子状に配置されたマイクロ波を照射するアンテナによって、対象土壌を最低８０゜〜１００℃に保持させて、ＶＯＣｓの分解・揮発を促進させ、これら揮発物質を地上部に収集させ吸着させ、地盤中の土壌汚染濃度を環境基準値以下に低下させることができる。
【００１８】
従って、掘削機械や掘削に伴う作業がなくなり、掘削した土壌を処理するスペースも必要ない。
【００１９】
また、地盤を撹乱しないので地盤強度の軟弱化が回避できる。
【００２０】
更に、環境保全上の安全性を確保する為、分解ガス又はその異性体の揮発ガスを地表部に設置した吸着槽に吸着捕捉するので大気中に有害なガスを放出する虞もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による揮発性有機化合物の処理装置及び処理方法の好ましい実施例を、図面を参照して詳述する。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、地表面付近にある汚染源１０から流出した有害な揮発性有機化合物は地下に拡散し、地表から１０数メートルの地層の境界にまで至り、横方向にも広がり拡散域１が形成される。公知の検出装置を用いて汚染範囲と汚染物質を判定し、この拡散域１を包囲すべくマイクロ波照射範囲を決定し、３次元的に網羅する形で、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、拡散域１の原位置地表面１１の外周２沿い、及び外周２より内側の内部３に格子状にボーリングされた削孔にガイド管４を設置し、このガイド管４には後述するようにアンテナ７０が挿入される。
【００２３】
また、複数個のガイド管４、４、‥の間には、土壌の温度を検知する複数個の温度センサー５、５、‥が配設される。
【００２４】
拡散域１の土壌を加熱するためのマイクロ波発生装置６が地上に設置され、マイクロ波発生装置６に接続されたケーブル６０には、ガイド管４内に挿入され土壌を加熱するアンテナ７０が接続されている。
【００２５】
図１（ａ）に大きな横長長方形で示すように、加熱された土壌から発生したガスを封じ込めるガス不透過性シート８が、外周２の外縁部２０から地表面１１を被覆する。封じ込められたガスは、連結管９０を介して地上に設置されたガス吸着槽９に流れ込ませることができる。
【００２６】
図２に示すように、マイクロ波発生装置６は、１０ｋｗ〜１００ｋｗの出力を持つ電源６１、マイクロ波を発生させるマグネトロンボックス６２、マグネトロンボックス６２を保護して安定に動作させるためアイソレータ６３、状況に併せてインピーダンス整合を計るための整合器６４、マイクロ波を伝搬する導派管６５、導派管６５による電力の伝送を同軸管７に変換する同軸導波管変換器６６等で構成され、このマイクロ波発生装置６はケーブル６０を介してアンテナ７０を中心軸にした同軸管７に接続されている。
【００２７】
アンテナ７０が挿入されるガイド管４の配置を決める格子の間隔は、マイクロ波が土壌をＶＯＣｓの分解・揮発に必要な最低温度である８０℃以上に加熱させることに要する熱量により異なり、ここに、施工効率、消費電力、所要温域に達する時間等を勘案すれば、格子間隔として横軸ｘ方向は１７０〜１７５ｃｍ、縦軸ｙ方向は１４５〜１５５ｃｍが有効で、横軸方向１７３ｃｍ、縦軸方向１５０ｃｍが最も好適である。
【００２８】
ガイド管４の材質は耐熱性のあるテフロン（登録商標）又はポリエチレン製のパイプ（７５Ф）とし液体が通過可能なスリットを有し、アンテナ７０を軸とする同軸管７はアルミニウム又は真鋳製とする。
【００２９】
なお、温度センサー５は、同軸管７のガイド管４とは異なるガイド管４に挿通されて地中に設置され、電源に接続された温度制御機５０に接続されている。この温度制御機５０はマイクロ波の照射量をコントロールするもので、図示されないケーブルでマイクロ波発生装置６に接続されている。
【００３０】
土壌中に含まれる有害な揮発性有機化合物を除去するにあたり、ガイド管４、４、‥から酸性溶液の分解補助剤を注入すると、土壌中の有害な揮発性有機化合物の分解・揮発反応を促進させることができる。分解補助剤としては、酸化鉄・水和酸化物を含む非結晶質の含水アルミノケイ酸塩を主成分とする特殊酸性溶液（ｐＨ＝４．８〜５．２）が好適で、ボーリングにより測定した地盤中の含水比を勘案して酸性溶液を注入後のｐＨが４．８〜５．２になるよう調整する。
【００３１】
更に、分解・揮発によって発生したガスを吸着するため、吸着槽９内の吸着剤として石炭灰、セメント又は石灰、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化コバルト、塩化第二鉄等の無機塩類で構成された無機系吸着剤が使用される。
【００３２】
以下に、土壌中に含まれる有害な揮発性有機化合物を除去するにあたり、その方法を具体的に説明する。
【００３３】
先ず、格子状に複数個配設され、スリットを有するガイド管４、４、‥に上述の分解補助剤を注入し、汚染された要処理地盤全域に均等に浸透させる。混入完了後、このガイド管４にマイクロ波発生装置６に接続された同軸管７であるアンテナ７０を挿入する。
【００３４】
次いで、マイクロ波発生装置６を起動させ、汚染された土壌部位の全域（拡散域１１）及びその外周２に配設された複数のアンテナ７０からマイクロ波を照射することにより、対象土壌の温度を上昇させてゆく。アンテナ７０とアンテナ７０の中間点付近において、土壌温度がＶＯＣｓの分解反応が起こる最低の温域（汚染源によって適宜選択される８０℃〜１００℃）に達すれば、その後は、土壌中に適宣配置された温度センサー５と温度制御機５０の制御によりマイクロ波の照射量をコントロールし、その温度域を一定時間維持させる。
【００３５】
一定時間経過後には、ＶＯＣｓが分解したガスとその異性体とが共に地表面に揮発してくるが、外縁部２０から地表面を被覆しているガス不透過性シート８で封じ込められるので、連結管９０を介して、地上部に設置された吸着槽９に流れ込み、上述の吸着剤にガスは吸着される。
【００３６】
マイクロ波の電気エネルギーが熱エネルギーに変換されるのは、地盤中の水分、すなわち、土粒子間に存在する層間水、土粒子表面の付着水及び土粒子内部の吸着水等の水分子がマイクロ波の照射により活性化され熱エネルギーになることによる。一般的に、地盤中に拡散浸透したＶＯＣｓは水溶解度は低く揮発性が高い。又、土粒子へは付着し難く、水より地盤中垂直方向への移動が大きい傾向にあるが、地盤中に拡散したＶＯＣｓは土中水のマイクロ波照射に伴う温度上昇によってＶＯＣｓの分解・揮発を促進させることが可能である。
【００３７】
地中レーダー又は加熱マイクロ波電源の周波数は２．４５ＧＨｚであり、その到達距離は地盤中の含水比に大きく影響を受けるが、実験によれば数ｍの距離まで到達できることも確認されている点から、ここで使用する周波数は２．４５ＧＨｚとする。
【００３８】
マイクロ波が地盤中の１立方メートル（１０6ｃｍ3）の土を分解反応が開始される最低温度である８０℃以上の温度域にさせるのに要する熱量、電力及び所要時間等の理論的数値は次のとおりである。
（１）土質：砂質土、含水比：３０％、湿潤密度：１.７０ｇ／ｃｍ3
（２）土の熱容量：１.８０Ｊ／Ｋ・ｇ
（砂、水の熱容量が夫々０.８Ｊ／Ｋ・ｇ、４.２Ｊ／Ｋ・ｇから推定）
温度勾配：０（地盤温度１５℃と仮定）、熱効率１００％（無放熱）
（１）、（２）の条件のもとに
１.８０Ｊ／Ｋ・ｇ×１.７０ｇ／ｃｍ3×１０6ｃｍ3＝３.０６×１０6Ｊ／Ｋ
３.０６×１０6Ｊ／Ｋ×（８０−１５）℃（Ｋ）＝１９.８９×１０7Ｊ
１Ｗを１秒間投入したものが１Jであるから、１９.８９×１０7Ｊを与えるには、
１０ｋｗ＝１０.０×１０3 Ｗのマイクロ波が砂に１００％吸収されるとすれば
１９.８９×１０7Ｊ÷１０.０×１０3 Ｗ／秒＝５．５時間
となる。
【００３９】
したがって、１立方メートルの土量を８０℃の温度域に保持するには、１０ｋｗの電力で約６時間以上照射することが必要となる。
【００４０】
この理論値と同じ条件の下でテトラクロロエチレンを含有する模擬汚染土を調整し、図３に示す実験装置により本物質の分解〜吸着実験を実施した。 
テトラクロロエチレンを含有する試験用土の土量は７２×１０3ｃｍ3であることから５×１０3Ｗのマイクロ波を照射する場合、
１.８０Ｊ／Ｋ・ｇ×１.７０ｇ／ｃｍ3×７２×１０3ｃｍ3＝２.２０×１０5J／Ｋ
２.２０×１０5Ｊ／Ｋ×（８０−１５）℃（Ｋ）＝１４.３×１０6Ｊ
１４.３×１０6Ｊ÷５×１０3Ｗ≒４８分
となり、約５０分後に周縁部が８０℃以上の温度域となる。
【００４１】
図４に示すマイクロ波照射時間と土壌温度の関係図より明らかなように、図３に示す実験装置のマイクロ波発生装置６からの距離が遠くなるほど、土壌温度の上昇は遅れ、周縁部Ｎｏ.６がＶＯＣｓの分解・揮発を促進させるのに必要な８０〜１００℃に達するのは約１時間１０〜１５分後となっており、計算値より約２０分間遅れている。これは実験装置の両面からの放熱による熱損失が原因と考えられ、実際の土壌汚染修復サイトでは周辺への放熱は少なく解消できるものであるから、本計算値は土壌処理現場の諸条件とほぼ一致するといえる。
【００４２】
図５は揮発ガスの一例であるテトラクロロエチレンとその異性体が表層に収集され、吸着槽９を通過する前と通過した後のガスの溶出量（ｍｇ／ｌ）の分析値をプロットして得られた。この図に示すマイクロ波照射時間と揮発ガスの溶出量の関係より明らかなように、マイクロ波照射後２．５時間では吸着槽９を通過すればは環境基準値をクリアできるが、通過前では環境基準値をクリアできないため吸着槽９を必要とされるが、マイクロ波照射が５．５時間以上になれば通過前でも環境基準値をクリアでき、吸着槽９は不要とすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による揮発性有機化合物の処理装置の配置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明による揮発性有機化合物の処理装置に採用されるマイクロ波発生装置を説明する図である。
【図３】本発明による揮発性有機化合物の処理装置の構成を示す図である。
【図４】本発明による揮発性有機化合物の処理装置におけるマイクロ波照射時間と土壌温度の関係を示す図である。
【図５】本発明による揮発性有機化合物の処理装置におけるマイクロ波照射時間と揮発ガスの溶出量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・拡散域
１１・・・原位置地表面
２・・・外周
２０・・・外縁部
３・・・内部
４・・・ガイド管
５・・・温度センサー
６・・・マイクロ波発生装置
７０・・・アンテナ
８・・・ガス不透過性シート
９・・・吸着槽
９０・・・連結管
【図１】
2006150157.tif 000003
【図２】
2006150157.tif 000004
【図３】
2006150157.tif 000005
【図４】
2006150157.tif 000006
【図５】
2006150157.tif 000007