(57)【要約】【課題】底質中の細粒分を効率的に処分する水底の汚染底質処分方法を提供する。【解決手段】水底１の底質が汚染された汚染域５に隣接して、汚染域５外の既存又は人工の窪地６へ向け下降する溝７を穿つ。汚染域５内の底層水２の密度を域外より高めつつ汚染域５内の底質を撹乱し、溝７へ潜入する高密度底層水２の密度流Ｌにより撹乱で巻き上げた底質粒子３を溝７へ導いて窪地６に集め、汚染底質粒子３を窪地６に封じ込め又は窪地６から浚渫して処分する。好ましくは、汚染域５内の底質上へ冷却水及び／又は冷却剤を送入して底層水２を冷却することにより、汚染域５内の底層水２の密度を高める。底質汚染域５が海底にある場合は、汚染域５内の底質への塩分濃縮海水を送入することにより底層水２の密度を高めてもよい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底の底質が汚染された汚染域に隣接して該汚染域外の窪地へ向け下降する溝を穿ち、汚染域内の底層水の密度を域外より高めつつ該汚染域内の底質を撹乱し、溝へ潜入する高密度底層水の密度流により前記撹乱で巻き上げた底質粒子を溝へ導いて窪地に集め、汚染底質粒子を窪地に封じ込め又は窪地から浚渫してなる水底の汚染底質処分方法。
【請求項２】
請求項１の処分方法において、前記汚染域内の底層水の密度を該底層水の冷却により高めてなる水底の汚染底質処分方法。
【請求項３】
請求項２の処分方法において、前記汚染域内の底質への冷却水及び／又は冷却剤の送入により底層水を冷却してなる水底の汚染底質処分方法。
【請求項４】
請求項１の処分方法において、前記底質汚染域を海底とし、前記汚染域内の底層水の密度を該汚染域内の底質への塩分濃縮海水の送入により高めてなる水底の汚染底質処分方法。
【請求項５】
請求項３又は４の処分方法において、前記汚染域内の底質を前記冷却水、冷却剤及び／又は塩分濃縮海水の圧入により撹乱してなる水底の汚染底質処分方法。
【請求項６】
請求項１から４の何れかの処分方法において、前記汚染域内の底質を攪拌器により撹乱してなる水底の汚染底質処分方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れかの処分方法において、前記汚染域内の底層水の密度を前記溝に隣接する端縁側から汚染域内方へ向け順次高めてなる水底の汚染底質処分方法。
【請求項８】
請求項１から７の何れかの処分方法において、前記窪地に集めた汚染底質粒子を覆砂又は蓋材により封じ込めてなる水底の汚染底質処分方法。
【請求項９】
請求項１から７の何れかの処分方法において、前記窪地に集めた汚染底質粒子を窪地から浚渫して浄化し、浄化後の底質粒子を水底に戻してなる水底の汚染底質処分方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水底の汚染底質処分方法に関し、とくにダイオキシン類等の汚染物質で汚染された水底の底質を封じ込め又は浚渫して処分する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物焼却施設等から排出されるダイオキシン類等の汚染物質による土壌の汚染が大きな社会問題となっており、陸上の汚染土壌については遮断・封じ込めや浄化による土壌保全対策が進められている。他方、発生源から大気中に放出された汚染物質は河川等に到達し、主に粒子状物質に付着・吸着して海域や湖沼域に移行することが知られている。現実に東京湾等の閉鎖性水域では、底質中にダイオキシン等の汚染物質が含まれている場所が多数存在していることが報告されている。これら水底の汚染された底質は環境中への二次的な汚染発生源となる可能性があるため、水底の底質環境についても適切な保全対策が求められる。従来、水底の汚染された底質は、浚渫して安定化処理等を施したのち処分する方法が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の汚染底質を浚渫する方法は、浚渫時に底泥を巻き上げて汚染物質を拡散するおそれがある。環境を保全する観点からは、汚染物質の拡散を最小限に抑える必要がある。また、底質中の汚染物質は粒子状物質に付着・吸着する形で存在することが知られており、粒度が大きい粒子よりも比較的粒径が小さな微細粒子（以下、細粒分ということがある。）に大部分が付着・吸着していると考えられている。従来の汚染底質を浚渫する方法は、巻き上がり易く沈澱し難い細粒分の回収が難しく、単位重量当たりの汚染物質含有量が高い細粒分を効率的に除去することが難しい問題点もある。水底の底質環境を保全するためには、細粒分を効率的に処分できる技術が必要である。
【０００４】
そこで本発明の目的は、底質中の細粒分を効率的に処分する水底の汚染底質処分方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
図１の実施例を参照するに、本発明の水底の汚染底質処分方法は、水底１の底質が汚染された汚染域５に隣接して該汚染域５外の窪地６へ向け下降する溝７を穿ち、汚染域５内の底層水２の密度を域外より高めつつ（図２（ｂ）及び（ｃ）参照）該汚染域５内の底質を撹乱し、溝７へ潜入する高密度底層水２の密度流Ｌにより撹乱で巻き上げた底質粒子３を溝７へ導いて窪地６に集め、汚染底質粒子３を窪地６に封じ込め又は窪地６から浚渫してなるものである。
【０００６】
好ましくは、汚染域５内の底質へ冷却水及び／又は冷却剤を送入して底層水２を冷却することにより、汚染域５内の底層水２の密度を高める。底質汚染域５が海底にある場合は、汚染域５内の底質へ塩分濃縮海水を送入することにより汚染域５内の底層水２の密度を高めてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、水底の底質の汚染物質分布を適当な計測・分析方法で求め、汚染物質が低濃度で広範囲に分布している汚染域５に本発明を適用した実施例を示す。図示例では底質の汚染域５を斜線で示す。実際の閉鎖性水域には、このように低濃度の底質汚染域５が多数存在すると推定される。本発明は、後述するように底質中の汚染物質を一箇所に集めて処分することができるので、広範囲に分散した低濃度の汚染底質を処分する際にとくに有効である。但し、本発明の適用対象は図示例に限定されず、例えば汚染濃度が高い及び／又は汚染範囲が狭い汚染域５に本発明を適用することも可能である。以下、図１を参照して本発明の処分方法を説明する。
【０００８】
先ず、汚染域５に隣接して、汚染域５の外側の既存又は人工の窪地６へ向け下降する溝７を穿つ。水底１の窪地６は自然に形成されたものを利用できるが、汚染域５の近傍に適当な窪地６がない場合は、溝７の低端部を掘削して窪地６としてもよい。溝７は図示例のように汚染域５の外側に沿って設けることが望ましいが、汚染域５の汚染物質濃度が低濃度であって溝７の穿設時に巻き上がる汚染底質の拡散が大きな問題とならない場合は、例えば汚染域５の内側から外側の窪地６へ向けて溝７を設けてもよい。汚染物質に多少の巻き上げが発生した場合でも、広い汚染域５から汚染物質を集めて処分する本発明では全体的に見れば水底の底質環境の保全への寄与が期待できる。
【０００９】
次いで、溝７に隣接する汚染域５の底質と接する底層水２の密度を域外より高めながら、その汚染域５の底質を撹乱する。自然の海洋や湖沼では、鉛直方向の深度ｚに応じて密度ρが徐々に増大する密度分布が形成されているが、深度ｚ方向に密度ρが急激に変化する密度躍層（ｐｙｃｎｏｌｉｎｅ）と呼ばれる層構造の存在が知られている。水中の密度躍層は力学的に安定しており、その上層と下層とは容易に混合しない。本発明は、汚染域５内の底層水２の密度を域外よりも高めることにより、汚染域５上にいわば人工的な密度躍層を形成する（図２（Ｂ）参照）。密度躍層を形成しながら汚染域５内の底質を撹乱することにより、撹乱時に巻き上がる底質からの汚染底質粒子３の上方への拡散を最小限に抑え、汚染底質粒子３を底層水２中にいわば閉じ込めておくことができる。
【００１０】
汚染域５内の底層水２の密度は、例えば底層水２を冷却することにより高めることができる。高密度底層水２を冷却により形成する方法の一例を図３に示す。同図では、汚染域５の水面４上の船舶１０に汲み上げ装置１２と水冷却装置１３とを搭載し、汚染域５の底質を巻き上げない水深位置から汲み上げ装置１２に接続した汲み上げ管１１により水を汲み上げる。汚染域５の底層の水温を測定し、汲み上げた水を冷却装置１３で前記測定した水温より低温に冷却し、冷却した水を送入管１４経由で汚染域５の底質へ送入する。送入管１４は、断熱性の高い鉛直管等とすることが望ましい。
【００１１】
図３において、冷却装置１３から送入された周囲の水より重い冷却水は、底質上で広がりながら徐々に蓄積して高密度底層水２となり、密度躍層（この場合は、水温躍層（ｔｈｅｒｍｏｃｌｉｎｅ））を形成する。冷却水の送入流量は、送入方法にもよるが、必要部分のみを冷却・撹乱するために必要な最小限の流量とするのが理想的である。冷却水の送入に代えて又は加えて、氷やドライアイス等の冷却剤を送入管１４により汚染域５の底質上に投下して底層水２を冷却してもよい。この場合は、冷却剤の溶解により汚染域５の底層水２が徐々に冷却されて高密度底層水２となり、密度躍層を形成する。
【００１２】
底質の汚染域５が海底にある場合は、冷却水又は冷却剤に代えて又は加えて、汚染域５の底質へ塩分濃縮海水を送入して底層水２の密度を高めてもよい。例えば図３の船舶１０上に汲み上げ装置１２と塩濃度調整装置１５とを搭載し、汚染域５の底層水２の塩濃度を測定する。汲み上げ装置１２で汲み上げた海水の塩濃度を前記測定した塩濃度より高くなるように塩濃度調整装置１５で調整し、高塩濃度に調製した海水を送入管１４により汚染域５の底質へ送入する。周囲の海水より重い塩分濃縮海水は底質上で広がりながら徐々に蓄積して高密度底層水２となり、密度躍層（この場合は、塩分躍層（ｈａｌｏｃｌｉｎｅ又はｓａｌｉｎｏｃｌｉｎｅ））を形成する。
【００１３】
例えば、冷却水や冷却剤を底質へ向けて圧入することにより、底質そのものを冷却して底質と接する底層水２の密度を高めながら、図中の矢印Ｍで示すように底質中の汚染底質粒子３を巻き上げることができる。また、塩分濃縮海水を底質へ向けて圧入することにより、底層水２の密度を高めながら汚染底質粒子３を巻き上げることも可能である。但し、汚染底質３の巻き上げ方法は冷却水や塩分濃縮海水の圧入に限定されず、例えば図３の船舶１０から水底の汚染域５の底質まで適当な攪拌器（図示せず）を吊り下げ、その攪拌器で汚染域５の底質を撹乱して汚染底質粒子３を巻き上げてもよい。巻き上げられた汚染底質粒子３のうち粒度が大きいものは比較的早期に沈降するが、細粒分は沈降速度が遅く、前述したように底層水２中に閉じ込められた状態で長時間浮遊する。
【００１４】
他方、汚染域５内に形成された高密度底層水２は、周囲の密度の低い水の下方へ潜り込む密度流（図１の矢印Ｌ参照）となって移動する。一般に密度差のある軽い水と重い水とが接触すると、安定な構造になろうとするため、重い水が軽い水の下へ潜り込み且つ軽い水が重い水の上へ乗り上がる密度流（重力流）が生じる。本発明では、図２（Ｃ）に示すように溝７内に比し汚染域５内の底層水２の密度を高くするので、汚染域５の底層水２は溝７の底へ沈降する密度流Ｌとなって移動し、逆に溝７内の軽い水は底層水２の上へ乗り上がる密度流Ｕとなる。溝７の底へ沈降した底層水２の密度流Ｌは、窪地６へ向けて下降する溝７に沿って更に窪地６まで沈降する。
【００１５】
撹乱により底層水２中に巻き上げられた汚染底質粒子３は、図示例に示す底層水２の密度流Ｌにより汚染域５の端縁から溝７へ落とされ、更に溝７に沿って沈降する密度流Ｌによって窪地６まで運ばれる。すなわち本発明は、汚染域５内の底層水２の密度を高めることにより、上述の如く密度躍層を形成して汚染底質粒子３の拡散を抑えるだけでなく、密度流を形成して汚染底質粒子３を窪地６まで輸送する駆動力を得ることができる。こうして溝７を汚染域５内の汚染底質粒子３を運ぶ通路とし、窪地６を汚染底質粒子３の集積場所とすることができる。窪地６に集めた汚染底質粒子３は、窪地６を蓋材で被覆して封じ込めるか、又は窪地６から船上又は陸上に浚渫して処分することができる。
【００１６】
本発明によれば、水底汚染域の底層水の密度を高めて密度躍層を形成しながら汚染域の底質を撹乱するので、底質粒子及びそれに付着・吸着した汚染物質の拡散を最小限に抑えることができる。また、撹乱により巻き上げた汚染底質粒子を高密度底層水の密度流により窪地へ導くことができるので、新たな輸送エネルギーを要さずに広範囲に分散した汚染物質を経済的に一箇所に集積することができる。更に、底質中の粒径の大きい底質粒子は集積過程で沈澱するが、底層水に浮遊する細粒分は窪地まで運ばれるので、本発明ではとくに底質中の細粒分のみを選択的に集積することが可能となる。ダイオキシン等の汚染物質の大部分は底質中の細粒分に付着・吸着していると考えられており、本発明によれば、このような細粒分に付着・吸着した汚染物質を効率的且つ経済的に集めて処分することが可能である。
【００１７】
こうして本発明の目的である「底質中の細粒分を効率的に処分する水底の汚染底質処分方法」の提供を達成できる。
【００１８】
なお、水底１に複数の汚染域５がある場合でも、本発明によれば、汚染域５の各々に隣接する溝７をそれぞれ窪地６へ向けて設けることにより、複数の汚染域５に分散している汚染物質を一箇所の窪地６へ集積することも可能である。こうすることにより水底に分散した汚染底質の一層効率的な処分が期待できる。
【００１９】
【実施例】
図１のように、比較的広い汚染域５に形成した高密度底層水２は、溝７へ向かう向きだけでなく様々な向きに潜入して移動し得る。高密度底層水２を溝７へ誘導するため、例えば汚染域５の底層水２の密度を、溝７に隣接する端縁側から汚染域内方へ向け順次高めていくことができる。先ず溝７の近傍で底層水２の密度を高めて溝７へ沈降する密度流を形成すれば、その後に溝７から離れた隣接部位に形成した高密度底層水２を溝７へ向けて誘導することができる。必要に応じ、汚染域５の両端縁に隣接させて又は汚染域５の周囲を囲むように溝７を穿ち、汚染域５から両端縁又は周囲に向けて移動する密度流の全てが潜入するように溝７を配置してもよい。
【００２０】
図４は、窪地６に汚染底質粒子３を集めたのち、窪地６を蓋材１７で被覆して封じ込める一実施例を示す。例えば水底に大量に存在するダイオキシン類で汚染された底質を全て浚渫して処分するのではなく、汚染濃度が低い場合（例えば３０００ｐｇ／ｇ乾重以下の場合）は汚染底質を低コストで封じ込めて現地処分することが望ましい場合がある。本発明は、汚染底質粒子３を拡散させず効率的に窪地６へ集め、集めた汚染底質粒子３を覆砂や汚染物質の漏洩が防止できる適当な蓋材１７で封じ込めることができるので、例えば、ダイオキシン類等の汚染物質で低濃度に汚染された広範囲に亘る底質の現地処分方法として有効利用が期待できる。汚染底質粒子３を現地処分する場合は、窪地６の底面にも漏洩防止被覆等を設けることが望ましい。
【００２１】
汚染物質が嫌気性微生物で分解可能である場合は、窪地６に封じ込めた汚染底質粒子３に嫌気性微生物を添加し、集めた汚染物質粒子３を現地で浄化処理することも期待できる。また、窪地６に集めた汚染底質粒子３を例えば船上又は陸上に浚渫して浄化し、浄化後の底質粒子を水底に戻してもよい。本発明は汚染底質粒子３を拡散させず窪地６へ集めることができるので、浚渫する際にも汚染底質の効率的な回収が期待できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による水底の汚染底質処分方法は、水底の底質汚染域に隣接して該汚染域外の既存又は人工の窪地へ向け下降する溝を穿ち、汚染域内の底層水の密度を域外より高めつつ該汚染域内の底質を撹乱し、溝へ潜入する高密度底層水の密度流により前記撹乱で巻き上げた底質を溝へ導いて窪地に集めるので、次の顕著な効果を奏する。
【００２３】
（イ）汚染域内の底層水の密度を高めて密度躍層を形成しながら汚染域の底質を撹乱するので、汚染域からの汚染物質の拡散を最小限に抑えることができる。
（ロ）撹乱により底層水中に巻き上げた汚染物質を高密度底層水の密度流により運搬するので、広範囲に分散した汚染物質の経済的な集積が可能である。
（ハ）底質中の粒径の大きい底質粒子は集積過程で沈澱するので、単位重量当たりの汚染物質含有量が高い細粒分のみを選択的に集積することが可能である。
（ニ）広範囲に亘る低濃度の汚染底質を狭い窪地に集めて封じ込めることが可能であり、低コストの現地処分方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明における高密度底層水の作用の説明図である。
【図３】は、底質汚染域の底層水の密度を高める方法の一例の説明図である。
【図４】は、窪地に集めた汚染底質粒子の処分方法の一例の説明図である。
【符号の説明】
１…水底　　　　　　　　２…高密度底層水
３…汚染底質粒子　　　　４…水面
５…汚染域　　　　　　　６…窪地
７…溝　　　　　　　　　１０…作業船
１１…汲み上げ管　　　　　１２…汲み上げ装置
１３…冷却装置　　　　　　１４…送入管
１５…塩濃度調整装置　　　１７…蓋材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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