(57)【要約】【課題】地盤の土質を問わず、電気修復法が適用でき、重金属の分離、除去を可能とする汚染地盤の浄化方法。【解決手段】有害物質で汚染された地盤を浄化する方法であって、撹拌装置を使用し、汚染土壌に対して必要に応じて水を注入しながら撹拌混練し、所定の深度まで貫入又は引き抜き、均一な泥状地盤を形成するＩ工程と、Ｉ工程で得られた泥状地盤中に所定の間隔で陽極と陰極を設置し、電気修復による浄化を行うＩＩ工程と、を行う汚染土壌の浄化方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害物質で汚染された地盤を浄化する方法であって、撹拌装置を使用し、該汚染土壌を撹拌混練し、所定の深度まで貫入又は引き抜き、均一な泥状地盤を形成するＩ工程と、Ｉ工程で得られた該泥状地盤中に所定の間隔で陽極と陰極を設置し、電気修復による浄化を行うＩＩ工程と、を行うことを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
該Ｉ工程の撹拌混練は、該汚染土壌に対して水を注入しながら行うことを特徴とする請求項１記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項３】
該Ｉ工程で得られた泥状地盤は、含水率２０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項４】
該Ｉ工程において、更に保水剤を投入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚染地盤の浄化方法。
【請求項５】
該Ｉ工程において、更にエジェクターにより空気撹拌を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の汚染地盤の浄化方法。
【請求項６】
該Ｉ工程は、汚染地盤に対して、ラップ施工を行なうことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の汚染地盤の浄化方法。
【請求項７】
該Ｉ工程において、該泥状地盤は、汚染地盤全域に形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の汚染地盤の浄化方法。
【請求項８】
該汚染地盤は、砂層とシルト・粘土層の互層地盤であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚染地盤の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属で汚染された汚染地盤を浄化する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場廃水物等によって汚染された地盤には、カドミウム、六価クロム、鉛、ヒ素、ホウ素、シアン等の重金属が含まれていることがあり、このような汚染地盤をそのまま放置すると、該地盤中に含まれる重金属が地下水等を介して環境に拡散する危険性がある。
【０００３】
従来、重金属で汚染された地盤は、掘削除去して場外において所定の処理を施し、廃棄処分する方法、あるいは原位置で不溶化あるいは封じ込む方法が知られている。場外に廃棄処分する方法は、掘削に伴い振動、騒音、土壌飛散等が発生し、周辺環境への影響が大であり、且つ処分コストが高いという問題がある。また、原位置で不溶化又は封じ込む方法は、汚染を根絶するものではなく、依然として重金属汚染のリスクを抱えたままである。
【０００４】
また、水や薬剤などの洗浄水を地中に循環させ土の間隙や土粒子に吸着している重金属を回収する原位置フラッシング（ソイルフラッシング）も知られているが、シルト・粘土などの透水性の悪い地盤には適用できない。砂層、シルト・粘土層等の土質を問わず重金属汚染土壌の原位置浄化技術として唯一、電気修復法（特開２００４−２５１４９号公報等多数）が知られている。電気修復法は、汚染地盤に削孔後、挿入した陽極、陰極間に直流電圧を印加することにより発生する、電気分解、電気浸透及び電気泳動の３種類の現象により、陽及び陰にイオン化した重金属等を陽極及び陰極に移動、濃縮して分離、除去する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電気修復法は、不飽和地盤、含水比の低い地盤あるいは地下水流速の早い地盤へ適用した場合、重金属の分離、除去が十分ではないという問題があった。すなわち、従来、電気修復法は十分に機能していない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、地盤の土質を問わず、電気修復法が適用でき、重金属の分離、除去が可能な汚染地盤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】
【０００８】
かかる実情において、本発明者等は鋭意検討を行った結果、電気修復法を適用する地盤を、撹拌装置を使用し、該汚染土壌に対して必要に応じて水を注入しながら撹拌混練して得られる均一な泥状地盤とすれば、上記従来の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、有害物質で汚染された地盤を浄化する方法であって、撹拌装置を使用し、該汚染土壌を撹拌混練し、所定の深度まで貫入又は引き抜き、均一な泥状地盤を形成するＩ工程と、Ｉ工程で得られた該泥状地盤中に所定の間隔で陽極と陰極を設置し、電気修復による浄化を行うＩＩ工程と、を行うことを特徴とする汚染土壌の浄化方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、地盤の土質を問わず、電気修復法が適用でき、重金属の分離、除去が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における汚染土壌の浄化方法のＩ工程を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態における汚染土壌の浄化方法のＩＩ工程を説明する図である。
【図３】参考例における浄化の対象互層地盤のボーリング簡略柱状図である。
【図４】図３の符号Ａ部の粒径加積曲線を示す。
【図５】図３の符号Ｂ部の粒径加積曲線を示す。
【図６】図３の符号Ｃ部の粒径加積曲線を示す。
【図７】図３の符号Ｄ部の粒径加積曲線を示す。
【図８】汚染土壌の浄化方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態における汚染土壌の浄化方法を図１及び図２を参照して説明する。本発明において、浄化の対象となる地盤Ｚ１は、有害物質で汚染された地盤であればよく、特にカドミウム、六価クロム、鉛、ヒ素、ホウ素、シアン等の重金属で汚染されている地盤が本発明の効果が顕著に表れる。
【００１３】
汚染地盤Ｚ１としては、砂地盤、シルト・粘土地盤および互層地盤が挙げられる。砂地盤は、砂の粒子同士が凝集しており、このままでは電気修復法を適用しても、有害物質である重金属の分離、除去は十分ではない。また、シルト・粘土地盤は、均一な間隙は生じておらず、このままでは電気修復法を適用しても、有害物質である重金属の分離、除去は十分ではない。
【００１４】
互層地盤は、砂層とシルト・粘土層の２層構造を含む地盤、特に、砂層とシルト・粘土層と砂層の３層構造を含む地盤であり、通常、表層側の砂層の上には、礫混じり砂を主体とする盛土層が存在していてもよい。シルト・粘土層は、シルト層又は粘土層あるいはシルトと粘土が混在する層を言う。互層地盤は、そのままで、電気修復法を適用すると、電極間隔、使用電流密度および土質により浄化期間が左右されるため、シルト・粘土層の土質に合わせると砂層には過剰設計となり、砂層に合わせると浄化期間が長くなる。
【００１５】
本発明において、Ｉ工程は、撹拌装置１を使用し、汚染土壌Ｚ１に対して必要に応じて水を注入しながら撹拌混練し、所定の深度まで貫入又は引き抜き、均一な泥状地盤Ｚ２を形成する工程である。撹拌装置１としては、深層混合処理工法や地中柱状杭造成工法で使用される公知の撹拌翼１１を備える撹拌装置１、公知のトレンチャーあるいは公知の水噴射撹拌装置を使用することができる。撹拌翼１１を備える撹拌装置１における撹拌翼１１としては、両翼（２枚）の２段羽根又は３段羽根の水平撹拌翼が好適である。このような撹拌装置１を使用することで、汚染土壌Ｚ１を所定の深度及び所定の径で撹拌混合することができる。なお、符号２は、水供給装置である。以下、撹拌翼１１を備える撹拌装置１を使用する場合の浄化方法について説明する。
【００１６】
Ｉ工程において、撹拌装置１の回転軸１２の軸芯を汚染土壌Ｚ１の撹拌混練地点の中心に一致させる。次いで、撹拌装置１を駆動し撹拌翼１１を回転させながら回転軸１２を地中に貫入させる。この際、必要に応じて加水しながら撹拌混練する。必要に応じて加水しながら撹拌混練することで、泥状の超軟弱地盤を形成することができる。なお、加水量は、土壌に含まれる含水率および撹拌領域を考慮して決定されるが、撹拌混練地盤に対して、概ね最大で３０体積％である。
【００１７】
撹拌混練は、貫入時又は引き抜き時あるいは貫入時と引き抜き時の両時であり、好ましくは貫入時と引き抜き時の両時である。貫入速度及び引き抜き速度は、均一性の高い混練物を得るための好適な速度として決定すればよい。このような操作により、砂地盤やシルト・粘土地盤であれば、凝集粒子が解され、粒子間隙間が均一に存在する泥状地盤が得られる。また、互層地盤であれば、礫、細粒土及び粗粒土が十分に撹拌され、粒子間隙間が均一に存在する泥状地盤が得られる。互層地盤の撹拌混練区域は、砂層、シルト・粘土層の区別がなくなり、超軟弱の土壌となる。
【００１８】
Ｉ工程においては、撹拌混練しつつ、保水剤、重金属を溶解させる薬剤あるいは重金属のイオン化を促進する薬剤を同時に投入してもよい。保水剤は、土木一般で使用される公知のものが使用できる。また、重金属を溶解させる薬剤及び重金属のイオン化を促進する薬剤は、電気修復法一般で使用される公知のものが使用できる。保水剤の添加は、地下水流速が早い地層では、地下水流側を遅くすることができ、また、不飽和などの含水比の少ない地層においては、十分な水分を保持することができる。なお、Ｉ工程において薬剤を投入する際、薬剤が水を含む場合、単独の水の注入を省略できる。この場合、薬剤中の水が、注入する水となる。また、Ｉ工程において、更にエジェクターにより空気撹拌を行うことが、エジェクターリフト効果により、均一化が図れる。
【００１９】
Ｉ工程においては、撹拌装置１の撹拌混練により、柱状の地中混練体を得る（図１）。柱状の地中混練体は、原地盤土と水の混練物であり、盛土層に含まれる礫等を含んでいてもよい。なお、地中混練体は当然に有害物質を含んでいる。すなわち、柱状の地中混練体は、汚染地盤Ｚ１中に多数形成され、好ましくは、汚染区域全域に形成される。これにより、汚染領域全域を泥状地盤とすることができ、ＩＩ工程の重金属浄化を確実に行える。柱状の地中混練体を汚染地盤Ｚ１中に多数形成する場合、ラップ施工で形成することが好ましい。すなわち、地中混練体は、汚染域全体に構築することが好ましい。これにより、汚染域内に地中混練体の未施工部分がなくなり、汚染地盤全域を効率的に泥状の超軟弱地盤Ｚ２とすることができる。本発明の地中混練体の形状は、例えば柱状杭、矩形状の壁体及びこれらの連続施工体、ラップ施工体である。
【００２０】
Ｉ工程後、得られた撹拌混練地盤Ｚ２は、均一な泥状である。泥状とは、所謂しゃばしゃばな超軟弱地盤であり、均一とは、撹拌により当初地盤が練られ、大きな塊状物や大きな粒子凝集物が実質的に存在しないものを言い、また、粒子間隙間が概ね均一となったものを言う。均一な泥状地盤Ｚ２は、平均含水率が２０％以上、好ましくは２５％以上である。含水率のばらつき、すなわち、含水率の最大値と最小値の差は、６％以下が好ましく、特に３％以下であることが好ましい。また、加水量は、原地盤の含水量に応じて調整される。泥状地盤Ｚ２は、粒子間隙間が均一に形成されており、また、凝集粒子が解されており、ＩＩ工程の電気修復法において、電気浸透および電気泳動を促進する。
【００２１】
ＩＩ工程は、Ｉ工程で得られた泥状地盤中に所定の間隔で陽極と陰極を設置し、電気修復による浄化を行う工程である。電気修復法としては、例えば、特開２００４−２５１４９号公報に記載のような公知の方法が挙げられる。すなわち、図２に示すように、Ｉ工程で得られた泥状地盤に、削孔後、挿入した対の電極、陽極２１および負極２２間に直流電圧２０を印加することにより発生する、電気分解、電気浸透、電気泳動の各現象により、亜鉛イオン、銅イオン、鉛イオン等の陽イオン重金属Ｙ＋、Ｙ２＋を陰極に、シアンイオン、クロムイオン等の陰イオン重金属Ｘ−を陽極に移動、濃縮して分離、除去するものである。すなわち、Ｉ工程後の汚染地盤は、原地盤土と水の懸濁状物であり、汚染地盤の粒子間隙水は均一に分布しており、水分子への電子の授受により、電気分解反応が効果的に起き、重金属は間隙水中に溶解する。また、解された個々の土粒子の表面に、重金属は静電力により吸着されており、陽イオン及び水は、効率的に陰極に移動できる。
（参考例）
ボーリング調査及び土質調査により、互層地盤（試験地盤）を選定した。その互層地盤のボーリング簡略柱状図を図３に示す。図３の地盤は、表面より深さ方向に対して、盛土（礫混じり砂）層、盛土（礫混じり砂）層、盛土（シルト質砂）層、埋土（細砂）層、埋土（粘土）層、埋土（砂）層を有するものであった。この中、盛土（シルト質砂）層（符号；Ａ）の粒径加積曲線を図４に示し、埋土（細砂）層（符号；Ｂ）の粒径加積曲線を図５に示し、埋土（粘土）層上部（符号；Ｃ）の粒径加積曲線を図６に示し、埋土（粘土砂）層下部（符号；Ｄ）の粒径加積曲線を図７に示した。また、この地盤の地下水位は−１．２ｍの位置であった。また、盛土（シルト質砂）層（符号；Ａ）の含水率は１４．８％であり、埋土（粘土）層上部（符号；Ｃ）の含水率は３８．０％であり、深度６．０ｍの砂層の含水率は２０．７％であった。
【００２２】
次いで、両翼３段の撹拌翼を備える撹拌装置を使用し、上記互層地盤に対して、２０体積％の加水をしながら貫入時と引き抜き時に撹拌混練することで、直径１．３ｍの地中混練体を形成した。なお、撹拌装置は、表層より撹拌しつつ貫入し、実質的な撹拌混練区域は、深度２ｍから７ｍまでの５ｍとした。なお、撹拌混練時間は２０分であった。なお、回転軸の回転速度は、貫入時１９ｒｐｍ、引き抜き時は３８ｒｐｍ、貫入速度は０．４ｍ/分〜０．７ｍ/分、引き抜き速度は０．６〜１．１ｍ/分であった。
【００２３】
次いで、地中混練体の深さ方向のＡ、Ｂ、Ｃ及びＤ地点における土壌を採取し、粒度分析を行った。また、深度６．０ｍの砂層の土壌を採取し、含水率を測定した。地中混練体における盛土（シルト質砂）層（符号；Ａ）該当部分の粒径加積曲線を図４に示し、地中混練体における埋土（細砂）層（符号；Ｂ）該当部分の粒径加積曲線を図５に示し、地中混練体における埋土（粘土）層上部（符号；Ｃ）該当部分の粒径加積曲線を図６に示し、地中混練体における埋土（砂）層下部（符号；Ｄ）該当部分の粒径加積曲線を図７に示した。なお、符号Ａ〜Ｄで示される各層の撹拌混練前後の粒度分析は、同じ互層地盤区域中の他の異なる３箇所でも行ったが、それぞれ同様の粒径加積曲線を示した。
【００２４】
図５のＢ点の結果から、細砂層は、均質な細砂であったものが、撹拌混練により、不均質で粗粒を含むものとなったことが判る。また、図６及び図７のＣ点及びＤ点の結果から、粘土層は、均質な高塑性粘土のものが、撹拌混練により、粗粒を含むものとなったことが判る。また、撹拌混練物の上方部は下方部より不均質で粗粒を多く含むものであったが、概ね土粒子間隙が均一に形成されたものであった。なお、盛土（シルト質砂）層（符号；Ａ）の含水率は２５．６％であり、埋土（粘土）層上部（符号；Ｃ）の含水率は２５．２％であり、深度６．０ｍの砂層の含水率は２６．２％であった。この互層地盤における含水率の最大値と最小値の差（バラツキ）は、１．０％であった。また、Ｉ工程の撹拌混練の際、保水剤を投入した場合、盛土（シルト質砂）層（符号；Ａ）の含水率は２９．０％であり、埋土（粘土）層上部（符号；Ｃ）の含水率は３０．６％であり、深度６．０ｍの砂層の含水率は２５．４％であった。この互層地盤における含水率の最大値と最小値の差（バラツキ）は、５．２％であった。このように、加水混練により、互層地盤は、劇的な組成変化をもたらすものであった。
（ラップ施工された地中混練体）
図８に示すように、７本の直径１．３ｍ、深度２〜７ｍまでの５ｍの高さの地中混練体を、直径約３．５ｍの仮想汚染地盤域Ｙにラップ施工した。ラップ施工された地中混練体は、中央の１本の柱状地中混練体に対して、円周方向に並ぶ６本の柱状地中混練体をラップ施工したものである。
【００２５】
上記の参考例から、撹拌混練後の互層地盤は、大きな塊状や大きな土粒子凝集体が殆どなく、土粒子間隙が均一に形成されたものであった。このため、電気修復法においては、イオン化が促進され、重金属が移動し易いものであることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、地盤の土質を問わず、電気修復法が適用でき、重金属の分離、除去が可能となる。このため、浄化後の跡地利用の用途も広がる。
【符号の説明】
【００２７】
１    撹拌装置
２    水供給装置
３    互層地盤
１０    地中混練体
３３、３５    砂層
３４    シルト・粘土層
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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