(57)【要約】【課題】注入液を土壌へ均等に浸透させることができる土壌浄化システムを提供する。【解決手段】土壌浄化システム１０は、土壌Ｇの表面又は土壌Ｇ中に設けられ、土壌Ｇより透水性の高い材料で面状に形成された注水層２０と、注水層２０へ汚染物質を分解するための物質を含んだ注入液を注入して、注水層２０から土壌Ｇへ注入液を浸透させる注入設備３０と、土壌Ｇから注入液を含む地下水を揚水する揚水井戸４０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌の表面又は土壌中に設けられ、前記土壌より透水性の高い材料で面状に形成された注水層と、
前記注水層へ汚染物質を分解するための物質を含んだ注入液を注入して、前記注水層から前記土壌へ注入液を浸透させる注入設備と、
前記土壌から前記注入液を含む地下水を揚水する揚水設備と、を有する土壌浄化システム。
【請求項２】
前記注水層は前記土壌の表面に設けられ、前記揚水設備は揚水井戸である、請求項１に記載の土壌浄化システム。
【請求項３】
前記注水層の外周部に止水壁が設けられている、請求項２に記載の土壌浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、揚水井戸から揚水した地下水に汚染物質を分解する微生物の栄養剤を添加して、この地下水を注水井戸から汚染土壌へ浸透させる汚染土壌の浄化処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６０１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の汚染土壌の浄化処理方法では、栄養剤を添加した地下水を注水井戸から汚染土壌へ浸透させるため、土壌の透水性が低い部分や、地下水位が低い部分まで均等に栄養剤（注入液）を浸透させることが難しい。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して、注入液を土壌へ均等に浸透させることができる土壌浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の土壌浄化システムは、土壌の表面又は土壌中に設けられ、前記土壌より透水性の高い材料で面状に形成された注水層と、前記注水層へ汚染物質を分解するための物質を含んだ注入液を注入して、前記注水層から前記土壌へ注入液を浸透させる注入設備と、前記土壌から前記注入液を含む地下水を揚水する揚水設備と、を有する。
【０００７】
請求項１の土壌浄化システムでは、土壌よりも透水性の高い注水層へ注入液を注入するため、注入液は土壌に浸透するより早く注水層へ浸透しやすい。この注水層は面状に形成されているため、注入液は注水層から揚水設備へ向かって、土壌内を面を構成して浸透する。このため、例えば棒状（線状）の注水井戸から土壌へ注入液を浸透させる場合と比較して、注入液を土壌へ均等に浸透させやすい。
【０００８】
請求項２の土壌浄化システムは、前記注水層は前記土壌の表面に設けられ、前記揚水設備は揚水井戸である。
【０００９】
請求項２の土壌浄化システムでは、注水層が土壌の表面に設けられているため、注入液は重力により土壌へ浸透する。このため、注入液を浸透させるための注水井戸が不要となる。また、揚水設備が揚水井戸とされているため、土壌の深い位置から揚水できる。このため、重力による注入液の浸透を促進できる。
【００１０】
請求項３の土壌浄化システムは、前記注水層の外周部に止水壁が設けられている。
【００１１】
請求項３の土壌浄化システムでは、注水層の外周部に止水壁が設けられているため、注水層へ注入された注入液が注水層の外側へ流れ出にくい。このため、注入液を浸透させる必要が無い部分に注入液が流れることを抑制でき、土壌浄化効率が高い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る土壌浄化システムによると、注入液を土壌へ均等に浸透させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る土壌浄化システムを示す立断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る土壌浄化システムにおける注水層の構成を示す部分拡大立断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る土壌浄化システムにおいて土壌の表面が傾斜している例を示す部分拡大立断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る土壌浄化システムを用いて土壌を浄化する手順を示した立断面図であって汚染土壌の上部に土壌浄化システムを構築した状態を示し、（Ｂ）は揚水井戸から地下水を揚水した状態を示し、（Ｃ）は浄化装置から注水層へ注入液を注入した状態を示し、（Ｄ）は浄化装置から注水層へ注入液を注入し続け、地盤に注入液が浸透している状態を示し、（Ｅ）は注入液の注入を停止し、注入液が重力で土壌へ浸透している状態を示し、（Ｆ）は土壌へ注入液が浸透した後の状態を示している。
【図５】本発明の第２実施形態に係る土壌浄化システムを示す立断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る土壌浄化システムにおいて注水井戸及び揚水井戸と注水層との位置関係を示す平面図であり、（Ｂ）は立断面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る土壌浄化システムにおいて注水層を形成する方法を示した立断面図であり地盤に竪穴を削孔した状態を示し、（Ｂ）は竪穴から地盤に切り欠きを形成した状態を示し、（Ｃ）は切り欠きを開削して面状の流路を形成した状態を示し、（Ｄ）は流路に硅砂を充填して面状の注水層を形成した状態を示している。
【図８】（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る土壌浄化システムにおいて地盤に複数の竪穴を削孔し、それぞれの竪穴から形成した注水層を繋げた状態を示す立断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る土壌浄化システムを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
（土壌浄化システム）
図１に示すように、第１実施形態に係る土壌浄化システム１０は、土壌Ｇの表面に設けられた注水層２０と、注水層２０へ注入液を注入して、注水層２０から土壌Ｇへ注入液を浸透させる注入設備３０と、土壌Ｇから注入液を含む地下水を揚水する揚水設備としての揚水井戸４０と、を備えている。
【００１５】
（注入設備）
注入設備３０は、注水層２０へ注入するための注入液を生成する浄化装置３２と、浄化装置３２で生成された注入液を注水層２０へ注入する注入パイプ３４と、土壌Ｇへ浸透する前の注入液の一部を回収する回収パイプ３６と、を備えている。注入液は、土壌Ｇに含まれる汚染物質Ｅを分解するための物質（分解物質）を含んだ液体である。
【００１６】
浄化装置３２は、揚水井戸４０から汲み上げられた地下水を浄化し、浄化された地下水に分解物質を添加する。分解物質としては、汚染物質Ｅを生物分解する「分解微生物」、汚染物質Ｅを化学分解する「化学分解剤」、分解微生物の生物分解を活性化させる「活性剤」等を用いることができる。
【００１７】
さらに浄化装置３２では注入液を加温して、これらの分解物質の働きを促進させている。
【００１８】
注入パイプ３４及び回収パイプ３６は、注水層２０の内部に敷設された有孔管であり、浄化装置３２から注入パイプ３４へ図示しないポンプを用いて注入液を配水し、また、回収パイプ３６から浄化装置３２へ、図示しないポンプを用いて注入液を回収する。
【００１９】
なお回収パイプ３６は、注水層２０に注入された注入液を回収し、注入液の温度が土壌Ｇへ浸透する前に所定の温度よりも低くなった場合に再度加温するために用いられるが、必ずしも設ける必要はない。
【００２０】
注入パイプ３４への配水量、回収パイプ３６からの回収量は、浄化装置３２に設けられた図示しない制御部によって制御される。また制御部は、図示しない計量センサーからの信号を受信し、揚水井戸４０からの地下水の揚水量も制御する。
【００２１】
（注水層）
注水層２０は、土壌Ｇよりも透水性の高い材料で形成され、土壌Ｇの地表面において、浄化対象とされた汚染物質Ｅを覆う範囲に面状に敷設されている。注水層２０の周囲には非透水性の材料で形成された止水壁５０が設けられ、注水層２０へ注入された注入液が注水層２０の外側へ流れ出にくくなっている。
【００２２】
図２に示すように注水層２０は３層構成とされており、上層２２は砕石、中層２４は砂利、下層２６は硅砂でそれぞれ形成されている。これらの粒径は砕石、砂利、硅砂の順に小さくなるため、透水係数は上層２２、中層２４、下層２６の順に大きい。
【００２３】
注入パイプ３４は上層２２の内部に埋設されており、上層２２に注入された注入液は上層２２の内部で横方向に向かって速やかに浸透し、重力によって中層２４へ徐々に浸透し、さらに下層２６へ浸透する。
【００２４】
なお、注水層２０の構成はこれに限らず、２層以下の構成や４層以上の構成としてもよい。また、注水層２０を形成する材質としては、ポーラスコンクリート、連続気泡のウレタンフォーム、繊維状又は網目状のポリエチレンをマット状に成型した成型品や、これらの表面に不織布を貼り付けた複合材料などを用いることができる。不織布を貼り付けることにより、不純物（バイオフィルムなど）をろ過できる。注水層２０を形成する材質としてウレタンフォームやポリエチレンなどの樹脂材料を用いる場合は、上層における樹脂材料の密度を、中層や下層に比べて小さくする。
【００２５】
また、本実施形態において土壌Ｇの地表面は略水平面とされ、注水層２０も略水平に敷設されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図３に示すように地表面に勾配がある場合、この勾配に沿った注水層２８を形成してもよい。このような注水層２８においては、注入された注入液は勾配に沿って流れるので、水平に敷設された注水層２０（図１参照）と比較して、注入液が注水層２８内に浸透しやすい。このため、注入パイプ３４のピッチを大きくすることができる。注入パイプ３４のピッチを大きくすることで、施工手間を減らすことができる。
【００２６】
なお、土壌Ｇの地表面の勾配は、造成して設けてもよいし、予め備わっているものを利用してもよい。
【００２７】
また、本実施形態においては注入パイプ３４から注水層２０へ注入液を注入しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば注水層２０の上部にスプリンクラーを設置したり手持ちのホースを用いる等して、注水層２０へ注入液を散布してもよい。
【００２８】
（揚水井戸）
図１に示すように、揚水井戸４０は先端部にストレーナ４２を備えた鋼管であり、内部に図示しないポンプを備えている。ストレーナ４２は浄化対象とする汚染物質Ｅよりも深い位置に配置されており、これにより揚水井戸４０は汚染物質Ｅよりも深い位置から地下水を揚水できる。
【００２９】
（作用及び効果）
第１実施形態に係る土壌浄化システム１０の作用及び効果を、土壌Ｇの浄化方法と共に説明する。第１実施形態に係る土壌浄化システム１０を用いて土壌Ｇを浄化するには、まず図４（Ａ）に示すように、汚染物質Ｅを被覆するように土壌Ｇの地表面に注水層２０を形成し、注入設備３０及び揚水井戸４０を構築する。
【００３０】
次に図４（Ｂ）に示すように、揚水井戸４０から地下水を揚水し、土壌Ｇにおいて汚染物質Ｅがある部分の地下水位Ｈ１を低くする。
【００３１】
次に図４（Ｃ）に示すように、注入設備３０から注水層２０へ注入液を注入する。注水層２０は土壌Ｇよりも透水性の高い材料で形成されているため、注入液は土壌Ｇよりも注水層２０の内部に浸透しやすく、横方向に拡散される。これにより注入液は、汚染物質Ｅを上から覆うように面状に拡散する。
【００３２】
また、注水層２０は上層２２の透水係数が高く、下層２６の透水係数が低い。このため、上層２２で注入液を面状に拡散し、下層２６で注入液に含まれるバイオフィルムなどを濾し取ることができる。
【００３３】
次に図４（Ｄ）に示すように、注入設備３０から注水層２０へ注入液の注入を継続することで、注入液は土壌Ｇの内部へ浸透する。このとき、注入液は重力により土壌Ｇの上方から下方へ浸透するので、動力を用いずに注入液を土壌Ｇへ浸透させることができる。
【００３４】
また、注入液は注水層２０の内部で面状に拡散して土壌Ｇへ均等に浸透する。このため、注入液は土壌Ｇにおいて汚染物質Ｅを含む部分の全体を通過することができる。
【００３５】
さらに、注水層２０の周囲には非透水性の材料で形成された止水壁５０が設けられており、注入液が注水層２０の外側（横方向の外側）へ流れ出にくくなっている。このため、注入液を浸透させる必要の無い部分に注入液が拡散することを抑制できる。
【００３６】
なお、止水壁５０は必ずしも設ける必要はない。止水壁５０を設けなくても、注入液を面状に拡散することができる。あるいは、止水壁を注水層２０の内部に格子状に配置して、細分化された注水層２０を形成してもよい。このようにすれば、汚染物質Ｅが不規則に分布している場合、細分化された注水層の一部分に注入液を注入することで、効率的に浄化できる。
【００３７】
次に図４（Ｅ）に示すように、注入設備３０から注水層２０への注入液の注入を停止し、注入液を重力によって汚染物質Ｅが含まれた土壌Ｇへ浸透させる。
【００３８】
次に図４（Ｆ）に示すように、注入液が汚染物質Ｅが含まれた部分を通過して、地下水における分解物質の濃度が所定値より低くなった時点で、揚水井戸４０から地下水を揚水する。分解物質の濃度は、揚水井戸から採取した地下水、あるいは別途設けた観測井戸から採取した地下水などを用いて測定される。
【００３９】
なお、揚水井戸４０から地下水を揚水する判断基準は分解物質の濃度に限らず、例えば地下水又は土壌Ｇの温度としてもよい。地下水又は土壌Ｇの温度が所定値より低くなった時点で地下水を揚水し、揚水した地下水を浄化し、分解物質を添加して注入液を生成し、加温した注入液を土壌Ｇへ浸透させる。地下水の温度は揚水井戸内部に設置された熱電対、土壌Ｇの温度は土壌Ｇに埋設した熱電対により測定できる。
【００４０】
また、揚水井戸４０から地下水を揚水する判断基準として、分解物質の濃度及び地下水（又は土壌Ｇ）の温度の双方を用いてもよい。この場合、濃度と温度のいずれかが所定値以下になった時点で地下水を揚水する。なお、揚水開始の指標とされる濃度及び温度の「所定値」とは、その値を下回ると分解物質の活性が低下する閾値である。
【００４１】
［第２実施形態］
（被覆層）
図５に示すように、第２実施形態に係る土壌浄化システム１２では、注水層２０の上部に被覆層５２が設けられている。被覆層５２はコンクリートパネルで形成されており、注水層２０の上部に敷き並べられて形成される。コンクリートパネルは土壌Ｇと比較して透水性が低いため、注水層２０へ注入された注入液に雨水が混合しにくい。このため、分解物質の濃度が低くなったり、注入液の温度が低くなったりすることを抑制できる。また、注入液が揮発することを抑制できる。このため、注入液における分解物質の濃度や注入液の温度を適切な値に維持することができる。
【００４２】
なお、被覆層５２を形成する材料としては、コンクリートパネルの他、ゴムや塩ビ製のシート、アスファルトルーフィングなどを用いることができる。これらの材料も土壌Ｇと比較して透水性が低いため、注入液に雨水が混合することを抑制できる。
【００４３】
また、本実施形態においては注入液に雨水が混合することを抑制するために被覆層５２を設けているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば被覆層５２は、注入液が外気温から影響を受けにくくするために設けてもよい。この場合、例えば被覆層５２を発泡スチロール等の断熱材で形成することで、加温された注入液が冬季の外気によって冷却されることを抑制する。
【００４４】
なお、発泡スチロールは独立気泡の発泡体であるため止水性も備えている。このため、発泡スチロールは注入液に雨水が混合することを抑制するために用いることもできる。このように、被覆層５２は複数の目的のために設けてもよい。例えば、コンクリートは熱容量が大きいため、上述したコンクリートパネルは、注入液に雨水が混合することを抑制する目的のほか、昼間に日射熱を蓄え夜間に放熱させることで、夜間の加温エネルギーを低減させる目的に用いることができる。
【００４５】
［第３実施形態］
図６（Ｂ）に示すように、第３実施形態における土壌Ｇは、粘土層Ｇ１に挟まれた位置に汚染層Ｇ２が形成されている。粘土層Ｇ１は透水性が低く、注入液を上から浸透させることが難しい。
【００４６】
そこで第３実施形態に係る土壌浄化システム１４では、面状に形成された注水層６０を土壌Ｇの内部で汚染層Ｇ２の上方に形成している。注水層６０は砕石、砂利、硅砂等によって形成され、粘土層Ｇ１、汚染層Ｇ２よりも透水係数が高い。
【００４７】
土壌浄化システム１４における注入設備７０は、第１実施形態における注入パイプ３４（図１参照）に代えて、注水層６０へ注入液を注入するための注水井戸７４を備えている。注水井戸７４の先端は汚染層Ｇ２に達しており、注水層６０に接する部分に図示しない吐出口を備えている。注入設備７０の浄化装置７２は、第１実施形態における浄化装置３２と同様の構成とされている。
【００４８】
また揚水井戸８０は、先端が汚染層Ｇ２に達しており、先端に形成された図示しないストレーナから、汚染層Ｇ２の地下水を揚水できる。
【００４９】
これにより、浄化装置３２で生成された注入液は、注水井戸７４から注水層６０に注入され、注水層６０内を横方向に浸透する。そして注水層６０から汚染層Ｇ２へ浸透して、汚染物質Ｅを浄化する。その後、地下水と共に揚水井戸８０から揚水される。
【００５０】
図６（Ａ）には、注水井戸７４、揚水井戸８０、注水層６０の配置を示した平面図が示されている。注水層６０は、複数の注水井戸７４、揚水井戸８０に跨って面状に形成されている。
【００５１】
このような注水層６０を形成するには、まず、図７（Ａ）に示すように、土壌Ｇの地表面から、粘土層Ｇ１に挟まれた汚染層Ｇ２に到達する竪穴９０を削孔する。
【００５２】
次に、図７（Ｂ）に示すように、中空の吐出管９２を竪穴９０に挿入し、吐出管９２の管壁に形成された吐出口９２Ａから竪穴９０の穴壁に向かって高圧の水流を当てて、汚染層Ｇ２に切り欠きＧＥを形成する。
【００５３】
さらに、図７（Ｃ）に示すように、切り欠きＧＥを開削して横方向へ伸展させる。切り欠きＧＥを開削するためには、吐出口９２Ａから切り欠きＧＥにフラクチャリング流体（割裂液）を圧送する。フラクチャリング流体は、土壌や岩体を水圧で掘削する際に用いられる化学物質が添加された水のことであり、本実施形態においては、自己分解性を有する粘性流体とされている。また、汚染物質Ｅの浄化を促進させるため、汚染物質Ｅの分解物質を含有している。なお、自己分解性とは、時間の経過とともに粘性が下がる性質のことであり、この性質によりフラクチャリング流体は土壌Ｇに滞ることなく揚水井戸８０から回収される。
【００５４】
フラクチャリング流体を切り欠きＧＥに圧送することで、フラクチャリング流体が汚染層Ｇ２を形成する粒子の粒子間結合力が弱い部分を切り開きながら汚染層Ｇ２へ流れ込み、面状の流路ＧＷが形成される。
【００５５】
さらに図７（Ｄ）に示すように、汚染層Ｇ２を形成する粒子よりも粒径が大きい硅砂や砂利が混ぜられたフラクチャリング流体を吐出口９２Ａから流路ＧＷへ吐出して、この硅砂や砂利を流路ＧＷに充填する。これにより、竪穴９０を取り囲む注水層６０Ａが形成される。
【００５６】
図８（Ｂ）に示すように、注水層６０Ａは、竪穴９０の周囲に面状に形成される。竪穴９０を所定の間隔を空けて複数削孔し、それぞれの竪穴９０に対して上述した図７（Ｂ）〜（Ｄ）の工程により注水層６０Ａを形成する。これにより図８（Ａ）に示すように、注水層６０Ａが繋げられ、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す注水層６０が形成される。
【００５７】
なお、注水層６０を形成した後の竪穴９０は、ケーシングを挿入して注水井戸７４または揚水井戸８０として使用することができる。
【００５８】
第３実施形態に係る土壌浄化システム１４では、汚染物質Ｅが土壌Ｇの内部で面状に拡がっている場合において、汚染物質Ｅの直上に注水層６０を形成できる。このため汚染物質Ｅを効果的に浄化することができる。
【００５９】
なお、第３実施形態に係る土壌浄化システム１４は、汚染物質Ｅが面状に拡がっている場合の他、土壌Ｇの深い部分に拡がっている場合などにも適用することができる。このような場合においても、汚染物質Ｅの直上に注水層６０を形成すれば浄化効率が高い。
【００６０】
［第４実施形態］
図９に示すように、第４実施形態に係る土壌浄化システム１６においては、注水層１１０が土壌Ｇの地表面から下方向に向かって壁状に形成されている。壁状の注水層１１０を正面視すると、注水層１１０は土壌Ｇの汚染物質Ｅと重なるように配置されている。
【００６１】
注入設備１００は、浄化装置１０２と、浄化装置１０２で生成された注入液を注水層１１０へ注入する注入パイプ１０４と、を備えている。注入パイプ１０４は注水層１１０へ注入液を速やかに浸透させるため、注水層１１０の内部に上下方向に沿って敷設されている。さらに、汚染物質Ｅを挟んで注水層１１０と反対側には、揚水井戸１２０が設けられている。
【００６２】
第４実施形態に係る土壌浄化システム１６では、注水層１１０へ注入された注入液は、注水層１１０の内部で面状に拡散して土壌Ｇへ均等に浸透する。このため、注入液は土壌Ｇにおいて汚染物質Ｅを含む部分の全体を通過することができる。
【００６３】
なお、第１、第２実施形態においては、図１、図５に示すように汚染物質Ｅの上部の地表面に注水層２０を形成し、第３実施形態においては、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように注水井戸７４の頂部が地表面に露出している。つまり第１〜第３実施形態においては、汚染物質Ｅの上部の地表面において、注水層２０の設置工事や注水井戸７４の掘削工事を行う必要がある。
【００６４】
これに対し、第４実施形態においては汚染物質Ｅの上部の地表面で工事を行う必要がない。このため、汚染物質Ｅの上部に建物がある場合、その建物を供用しながら土壌Ｇを浄化することができる。
【００６５】
なお、土壌浄化システム１６では、注入パイプ１０４を注水層１１０の内部に上下方向に沿って敷設しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば注入パイプは注水層１１０の上部に横方向に埋設してもよいし、注入パイプを用いずに注水層１１へ注入液を注いでもよい。このようにしても、注入液は重力により注水層１１０の内部へ浸透する。
【００６６】
また、地下水は揚水井戸１２０によって揚水しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば地表面を溝状に掘削し、砕石を充填した暗渠を形成し、この暗渠から地下水を揚水してもよい。揚水井戸１２０に代えて暗渠を形成すれば、揚水設備の構築が容易になる。
【符号の説明】
【００６７】
２０、２８、６０、１１０  注水層
３０、７０、１００        注入設備
４０、８０、１２０        揚水井戸（揚水設備）
５０                      止水壁
Ｇ                        土壌
【図１】
2018075527.tif 000003
【図２】
2018075527.tif 000004
【図３】
2018075527.tif 000005
【図４】
2018075527.tif 000006
【図５】
2018075527.tif 000007
【図６】
2018075527.tif 000008
【図７】
2018075527.tif 000009
【図８】
2018075527.tif 000010
【図９】
2018075527.tif 000011