(57)【要約】【課題】透過性反応壁にガスが溜まることを防止し、浄化性能に優れた透過性反応壁による地下水浄化方法及び構造を提供する。【解決手段】地中に構築された透過性反応壁５によって地下水を浄化する方法において、該透過性反応壁５又はその近傍の地中をガス抜き井戸６、トレンチ７などを介して吸引して該透過性反応壁５からガスを吸引排出することを特徴とする地下水浄化方法及び浄化構造。吸引排出されたガス中の水素又は可燃性ガス濃度を測定し、この水素又は可燃性ガス濃度が所定範囲となるようにガス吸引量を制御してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に構築された透過性反応壁によって地下水を浄化する方法において、該透過性反応壁又はその近傍の地中を吸引して該透過性反応壁からガスを吸引排出することを特徴とする地下水浄化方法。
【請求項２】
請求項１において、井戸又は吸引管を介して前記透過性反応壁からガスを吸引排出することを特徴とする地下水浄化方法。
【請求項３】
請求項１において、地表から開削して設けたトレンチを介して前記透過性反応壁からガスを吸引排出することを特徴とする地下水浄化方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、吸引排出されたガス中の水素又は可燃性ガス濃度を測定し、この可燃性ガス濃度が所定範囲となるようにガス吸引量を制御することを特徴とする地下水浄化方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記透過性反応壁が鉄粉を含むことを特徴とする地下水浄化方法。
【請求項６】
地中に構築された透過性反応壁を有する地下水浄化構造において、
該透過性反応壁又はその近傍の地中を吸引して該透過性反応壁からガスを吸引排出する吸引排出手段を備えたことを特徴とする地下水浄化構造。
【請求項７】
請求項６において、吸引排出されたガス中の水素又は可燃性ガス濃度を測定する測定手段と、
該測定手段で測定された可燃性ガス濃度が所定範囲となるようにガス吸引量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする透過性反応壁による地下水浄化構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過性反応壁による汚染地下水の浄化方法及び浄化構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染地下水を浄化する場合、処理対象に応じた浄化材に必要に応じて砂利などの透水性材料を混合して汚染地下水の下流側の帯水層に埋設することにより汚染地下水を浄化材と接触させて浄化する、いわゆる透過性反応壁（ＰＲＢ；Permeable  Reactive  Barriers）が広く知られている（特許文献１〜６）。浄化材として、各種有機物を分解するためには鉄粉や活性炭を、フッ素を吸着・不溶化するには火山灰土壌や酸化マグネシウムを用いることが知られている。鉄粉は、トリクロロエチレンなどの有機塩素化合物を還元して脱塩素反応し、無害なエチレンやエタンなどに変換する。また、Ｐｂ、Ａｓなどの重金属に対しては、これらを吸着、もしくは鉄イオンと反応させた沈殿物を形成し、除去する。
【０００３】
図６は、透過性反応壁による地下水浄化構造を示す模式的な縦断面図である。地表１から所定深さに不透水層３あるいは難透水層が存在し、その上側に帯水層２が存在する。４は地下水位である。地下水の流れＷ１、Ｗ２を横断するように透過性反応壁５が設けられており、上流側からの地下水が透過性反応壁５を通過して浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平５−５０１５２０
【特許文献２】特表平６−５０６６３１
【特許文献３】特開２００５−８１５
【特許文献４】特開２００７−２０３２４８
【特許文献５】特開２０１１−２００７５６
【特許文献６】特開２０１１−２０６６９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者が透過性反応壁に関連して種々の室内カラム実験を行ったところ、透過性反応壁中にガスが溜まり、地下水と透過性反応壁中の浄化材との接触面積が小さくなったり、ショートパスが生じたりする場合があることが認められた。特に透過性反応壁の浄化材として鉄粉を用いた場合、Ｆｅ＋２Ｈ２Ｏ→Ｆｅ（ＯＨ）２＋Ｈ２の反応により水素が生成する。生成した水素は、一部は水に溶解し、また、鉄粉にも吸着される。水素の生成量が、水への飽和溶解度および鉄粉への飽和吸着量を上回った場合に、水素ガスの気泡が生じる。この気泡の一部は大気中へと放散されるが、一部は透過性反応壁内に留まる。透過性反応壁内に留まった気泡は、鉄粉と水との接触面積を減少させるため、汚染地下水と鉄粉との反応時間を減少させることになる。さらに、局所的に気泡が留まることにより、透過性反応壁内の流路が変わり、地下水のショートパスや偏流が生じる。ショートパス又は偏流した地下水は、必要な反応時間を経ないで透過性反応壁出口に到達するため、透過性反応壁出口の汚染物質濃度を上昇させ、基準に不適合となる可能性がある。
【０００６】
本発明は、透過性反応壁にガスが溜まることを防止し、浄化性能に優れた透過性反応壁による地下水浄化方法及び構造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】
【０００７】
本発明の地下水浄化方法は、地中に構築された透過性反応壁によって地下水を浄化する方法において、該透過性反応壁又はその近傍の地中を吸引して該透過性反応壁からガスを吸引排出することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様では、井戸又は吸引管を介して前記透過性反応壁からガスを吸引排出する。また、別の一態様では、地表から開削して設けたトレンチを介して前記透過性反応壁からガスを吸引排出する。
【０００９】
本発明では、吸引排出されたガス中の水素又は可燃性ガス濃度を測定し、この水素又は可燃性ガス濃度が所定範囲となるようにガス吸引量を制御してもよい。
【００１０】
本発明の地下水浄化構造は、地中に構築された透過性反応壁を有する地下水浄化構造において、該透過性反応壁又はその近傍の地中を吸引して該透過性反応壁からガスを吸引排出する吸引排出手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の透過性反応壁による地下水浄化構造は、吸引排出されたガス中の可燃性ガス濃度を測定する測定手段と、該測定手段で測定された可燃性ガス濃度が所定範囲となるようにガス吸引量を制御する制御手段とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の地下水浄化方法及び浄化構造によると、透過性反応壁からガスが吸引排出されるため、透過性反応壁にガスが溜まることが防止され、地下水と透過性反応壁との接触面積及び接触時間が十分に確保され、地下水の浄化性能が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）図は実施の形態に係る地下水浄化構造を示す縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ部分の平面図である。
【図２】（ａ）図は実施の形態に係る地下水浄化構造を示す縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ部分の平面図である。（ｃ）図及び（ｄ）図はトレンチ部分を拡大して示す縦断面図である。
【図３】（ａ）図は実施の形態に係る地下水浄化構造を示す縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】実施の形態に係る地下水浄化構造を示す縦断面図である。
【図５】透過性反応壁及び遮水壁の斜視図である。
【図６】従来の地下水浄化構造の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態に係る透過性反応壁による地下水浄化方法及び浄化構造を詳細に説明する。
【００１５】
図１（ａ）は、本発明の透過性反応壁による地下水浄化構造の一例を示す模式的な縦断面図、図１（ｂ）はその透過性反応壁部分の地表平面図である。前記図６と同様に、地表１から所定深さに不透水層３あるいは難透水層が存在し、その上側に第一帯水層２が存在する。地下水の流れＷ１、Ｗ２を横断するように透過性反応壁５が設けられている。透過性反応壁５の下端は不透水層３に達している。この実施の形態では、透過性反応壁５の上端は、帯水層２の上面（地下水位４）と地表１との間に位置している。透過性反応壁５の上方又はその近傍の地表１から複数本のガス抜き用井戸６が設けられている。なお、本発明は、第一帯水層に適用するのに好適である。地下水面が粘土層で覆われた第二帯水層では、吸引により（汚染）地下水も大量に吸引する可能性がある。
【００１６】
透過性反応壁５は、好ましくは浄化材と充填材とで構成される。浄化材としては、鉄粉、火山灰土壌、酸化マグネシウム、活性炭などを用いることができる。前述の通り、鉄粉は水と反応して水素を発生させるところから、本発明は浄化材として鉄粉を用いる場合に好適である。ただし、本発明は鉄粉以外の浄化材を用いる場合にも適用することができる。
【００１７】
鉄粉としては、炭素を０．２９重量％〜５重量％含有し、平均粒径０．１ｍｍ以上（例えば０．１〜２ｍｍ）かつ比表面積０．５ｍ２／ｇ以上（例えば０．５〜２ｍ２／ｇ）である鉄粉を用いるのが好ましい。この鉄粉は、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）などの有機塩素化合物を分解する機能を有する。鉄粉によるＴＣＥの分解反応は次式で示される。
【００１８】
３Ｆｅ＋Ｃ２ＨＣｌ３＋３Ｈ２Ｏ→Ｃ２Ｈ４＋３Ｆｅ２＋＋３Ｃｌ−＋３ＯＨ−
【００１９】
なお、地下水中の浄化対象となる汚染物質は、有機塩素化合物に限定されるものではなく、鉛、水銀、六価クロム、砒素などの重金属類やシアンなどでもよい。
【００２０】
鉄粉以外の浄化材の粒度は０．０１〜４ｍｍ、特に０．１〜２ｍｍ程度であることが好ましい。なお、細かい粉体状物質を適当な粒子径に造粒して使用することもできる。
【００２１】
浄化材と併用する充填材としては、比較的粒径の大きな砂、砕石等を用いることができる。なお、この充填材は用いなくてもよい。充填材を用いる場合、浄化材と充填材との使用割合又は混合比は、地下水の流速等を考慮して、適宜決定される。
【００２２】
透過性反応壁の浄化材による地下水浄化反応には、所定以上の反応時間が必要となる。透過性反応壁の出口で、環境基準に適合した汚染物質濃度となるように汚染地下水を処理するために必要となる反応時間は、汚染物質の種類、濃度などによって決まるため、カラム試験等で、あらかじめ把握した上で、必要な反応時間を確保できるように透過性反応壁の厚みを設定するのが好ましい。
【００２３】
ガス抜き用井戸６は、この実施の形態では、透過性反応壁５の上方位置と、その近接位置とにそれぞれ設けられている。ただし、ガス抜き用井戸６は、透過性反応壁５の上方にのみ設けられてもよく、その近傍（例えば、透過性反応壁５の直上位置から水平方向に５ｍ以内）にのみ設けられてもよい。井戸６の設置本数は、透過性反応壁５から水素等のガスを抜くことができるように選定される。井戸６は、透過性反応壁の長さや土壌の土質にもよるが、通常は、透過性反応壁５の長手方向において１〜２０ｍ特に２〜５ｍに１本の割合で設けられることが好ましい。
【００２４】
ガス抜き用井戸６は帯水層２に達しないように設けられることが好ましい。これは、帯水層２内の水を吸い出すことを防止するためである。井戸６の下端から帯水層２までの平均距離は１０〜２００ｃｍ特に２０〜１００ｃｍ程度であることが好ましい。井戸６は透過性反応壁５に到達するように設けられてもよい。
【００２５】
図示は省略するが、各ガス抜き用井戸６に蓋が装着されると共に、各井戸６内に吸引用パイプの先端がさし込まれ、各パイプの後端がブロワ等の吸引装置に接続される。井戸の蓋に開口を設け、この開口に吸引用パイプを接続してもよい。この吸引装置によって井戸６を介して透過性反応壁５直上付近の土壌内を吸引することにより、透過性反応壁５内に溜まった又は溜まろうとするガスが排出される。これにより、地下水と透過性反応壁５中の浄化材との接触面積が大きくなり、また透過性反応壁５内の地下水のショートパスや偏流が防止され、地下水が効率よく浄化される。
【００２６】
吸引した排ガスが有機塩素化合物などの有害な物質を含む場合は、活性炭等を用いて、処理を行うことが好ましい。
【００２７】
また、吸引した排ガスに地下水が混入する場合には、気液分離塔を設け、地下水についても、有機塩素化合物などの有害な物質を含む場合は、活性炭処理や廃棄物として処理を行うことが好ましい。
【００２８】
浄化材が鉄粉を含む場合、吸引した排ガス中には水素ガスが含まれるが、雰囲気ガスにより希釈されるので、通常は爆発限界とはならない。ただし、水素ガスモニターもしくは可燃性ガス濃度計を用いて、吸引した排ガス中の水素又は可燃性ガス濃度が爆発限界以下であることを確認しながら吸引することが好ましい。
【００２９】
吸引した排ガス中の水素又は可燃性ガス濃度を測定することは、吸引による気泡の除去効果を把握する上でも望ましい。吸引した排ガス中の水素又は可燃性ガス濃度が時間の経過と共に上昇することにより、気泡の除去が起こっていることを間接的に知ることができる。
【００３０】
吸引した排ガス中の水素又は可燃性ガス濃度をモニターし、このガス濃度が所定範囲内となるように吸引装置による吸引量を制御することにより、吸引ガス量の最適化を図ることができる。また、吸引した排ガス中の水素又は可燃性ガス濃度が減少し、一定の濃度未満になったときには、気泡の除去効果が少なくなったことがわかるので、吸引時間の設定にも有用である。
【００３１】
図１では地表からの井戸６を介してガスを吸引するようにしているが、図２のようにトレンチ７を介してガスを吸引するようにしてもよい。このトレンチ７は透過性反応壁５の上方領域を囲むように地表１に掘削されている。
【００３２】
図２（ｃ）では、トレンチ７に蓋７ａを被装してトレンチ７内をトンネル状密閉空間とし、このトレンチ７内をブロワ等の吸引装置（図示略）によって吸引するようにしている。
【００３３】
図２（ｄ）では、トレンチ７内にスリット管や孔あき管などよりなる吸引管８を配設し、その周囲に礫、砂などの通気材９を充填し、その上から土砂１０を被せて埋め戻している。吸引管８の末端がダクト（図示略）を介してブロワ等の吸引装置に接続される。
【００３４】
図２のトレンチ７は、広い範囲に容易に低コストにて構築することができるので、広い範囲から低コストにてガスを吸引することができる。
【００３５】
上記の井戸６やトレンチ７は、透過性反応壁５を地中に構築するのに併せて設置してもよく、透過性反応壁５が既設となっている箇所に構築されてもよい。
【００３６】
地上に建造物などがあって縦井戸６を必要な本数設けたり、トレンチ７を連続して開削したりすることができない場合には、透過性反応壁５に沿って略水平な井戸を設けてガス吸引を行うようにしてもよい。図３（ａ），（ｂ）はその一例を示すものであり、透過性反応壁５の上端面に沿ってスリット管又は孔あき管などの吸引管１１が水平に設けられている。吸引管１１の末端はダクト（図示略）を介して吸引装置に接続されている。
【００３７】
吸引管１１を設置するには、地表から自在ボウリング機のオーガーによって削孔を開始し、透過性反応壁５の上端面に沿って孔を掘り進める。孔が開通した後、上記オーガー先端に吸引管を接続し、オーガー後退に伴って吸引管を孔内に引き込むようにすればよい。また、透過性反応壁５の長手方向の少なくとも一端側に立坑を掘削し、この立坑から透過性反応壁５の上端面に沿って水平ボウリングして横孔をあけ、この横孔内に吸引管を押し込むことによっても水平井戸を設けることもできる。
【００３８】
図３では１本の吸引管１１を透過性反応壁５の上端面に沿って設けているが、透過性反応壁５の上部に沿って複数本の吸引管を設けてもよい。また、図２（ｂ）のトレンチ７のように、透過性反応壁５の周囲を取り囲むように設けてもよい。
【００３９】
本発明において、透過性反応壁５を構築するときに併せて吸引機構を構築する場合、図４のように、複数本の吸引パイプ１２の下端を透過性反応壁５の上面部に差し込むように配置し、各吸引パイプ１２の上端を地上に延出させ、吸引装置によって各吸引パイプ１２内を吸引するよう構成してもよい。各吸引パイプ１２の下端は、地下水位４よりも上位となっている。
【００４０】
透過性反応壁５の構築施工手順の一例について図５を参照して説明する。まず、地表から口径２０〜３００ｃｍ特に８０〜２００ｃｍ程度にボウリングする。このボウリング孔内を浄化材を含む充填材で埋め戻すことにより柱状の第１の浄化体１４を作成する。次いでこの柱状の第１の浄化体１４と部分的に重なるようにボウリングして同様に浄化材を含む充填材で埋め戻すことにより柱状の第２の浄化体１４を作成する。以下、同様の作業を繰り返して柱状の浄化体を並列して作成することにより、壁状の浄化体よりなる透過性反応壁５を作成する。
【００４１】
本発明では、図５のように、透過性反応壁５の両端に遮水壁１５を設けてもよい。各遮水壁１５と透過性反応壁５との間にはグラウト１６が充填されている。遮水壁１５はＨ型鋼と鋼矢板を打ち込むことにより設けるのが好ましいが、これに限定されない。
【００４２】
ただし、この透過性反応壁５の構築方法は一例であり、この方法以外の方法によって透過性反応壁５を構築してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
５  透過性反応壁
６  ガス抜き用井戸
７  トレンチ
８，１１  吸引管
１２  吸引パイプ
１４  柱状浄化体
１５  遮水壁
１６  グラウト
【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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