(57)【要約】【課題】掘削時や運搬時における有害物質の大気への揮散や廃棄物の臭気を抑制して、環境リスクを更に低減する汚染土壌の掘削除去方法を提供する。【解決手段】汚染物質が存在する汚染土壌に適宜の距離間隔で冷却管を配設する冷却管配設工程と、該冷却管に冷媒を供給して冷却管周りに部分凍土を形成する冷却工程と、該冷媒の供給を停止して所定時間放置し、実質低温未凍土の汚染土壌を得る温度平準化工程と、該低温未凍土の汚染土壌を掘削する掘削工程を有する汚染土壌の掘削除去方法。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質が存在する汚染土壌に適宜の距離間隔で冷却管を配設する冷却管配設工程と、該冷却管に冷媒を供給して冷却管周りに部分凍土を形成する冷却工程と、該冷媒の供給を停止して所定時間放置し、実質低温未凍土の汚染土壌を得る温度平準化工程と、該低温未凍土の汚染土壌を掘削する掘削工程を有することを特徴とする汚染土壌の掘削除去方法。
【請求項２】
前記冷却管の適宜の距離間隔が、１．５〜４．０ｍであることを特徴とする請求項１記載の汚染土壌の掘削除去方法。
【請求項３】
前記冷却工程は、−１５〜−３０℃の冷媒を５〜４０日間に亘り冷却管に供給して行うことを特徴とする請求項１又は２記載の汚染土壌の掘削除去方法。
【請求項４】
冷却工程後、互いに隣接する冷却管の中間点における汚染土壌の温度が、平準化工程後の同位置における汚染土壌の温度よりも３℃以上高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の汚染土壌の掘削除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、臭気等を放つ廃棄物や揮発性の有害物質を含有する汚染土壌を効率的に低温化して、その汚染土壌を掘削除去することで掘削時や運搬時における環境リスクを低減する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水銀化合物、ダイオキシン、ベンゼン等の有害物質で汚染された土壌を掘削し加熱処理する場合、あるいは、悪臭を放つ廃棄物や汚泥ヘドロなどを撤去する場合、掘削時や運搬時における有害物質の大気への揮散や廃棄物の悪臭などが問題となる。従来、これを解決するものとして、例えば掘削時には汚染サイトの周辺にテント等を張り、その内部で作業を行い、有害物質が周辺地域へ揮散することや廃棄物の悪臭が漂うことを防止している。また、運搬時には汚染土壌をドラム缶などで密封し、搬出しているのが現状である。このような掘削時あるいはドラム缶封入時においては、作業者は有毒ガスマスク等を着用する等の対策をとっている。
【０００３】
一方、特許文献１の特開平１１−１６９８３７号公報には、汚染地盤領域を凍結する工程に続き、その後該地盤から土壌内ガスを吸引し汚染蒸気を抽出する汚染地盤の浄化方法が開示されている。この方法によれば、凍結により土壌微粒子間に微小な撹乱を生じさせ、その後不飽和地盤中に存在するガス状汚染物質を吸引するため吸引効果が高まり、ガス状汚染物質が効率的に除去されると共に土壌が浄化される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１６９８３７号公報（請求項１、段落番号００１０）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の汚染サイトの周辺にテント等を張る方法や汚染土壌をドラム缶などに密封して除去する方法では、掘削時や運搬時における有害物質の揮散防止や廃棄物の悪臭対策が十分とは言えない。特に、有害物質が水銀化合物やダイオキシンの場合には、十分な対策を施しているとは言えず、作業者や周辺住民に対する安全面に問題が残っている。また、特開平１１−１６９８３７号公報記載の汚染地盤の浄化方法は、汚染地盤の修復に係る浄化方法であり、汚染地盤の除去に係る方法ではない。特に水銀化合物やダイオキシンは土壌より完全に除去する必要があるため、これを含んだ土壌を掘削し、加熱等の別途の処理を行う必要がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、掘削時や運搬時における有害物質の大気への揮散や廃棄物の臭気を抑制して、環境リスクを更に低減する汚染土壌の掘削除去方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は上記課題を解決するものであって、本発明（１）は、汚染物質が存在する汚染土壌に適宜の距離間隔で冷却管を配設する冷却管配設工程と、該冷却管に冷媒を供給して冷却管周りに部分凍土を形成する冷却工程と、該冷媒の供給を停止して所定時間放置し、実質低温未凍土の汚染土壌を得る温度平準化工程と、該低温未凍土の汚染土壌を掘削する掘削工程を有する汚染土壌の掘削除去方法を提供するものである。本発明によれば、凍結技術を利用して汚染土壌を低温未凍土とするため、この汚染土壌を支障なく掘削できると共に、有害物質の揮散や廃棄物の臭気を抑制できる。また、冷却工程においては冷却管周りに蓄冷熱能力が高い円柱状の部分凍土を点在させることができる。このため、冷媒の供給を停止した後は、部分凍土から部分凍土以外の土壌に冷熱が分散して、冷却工程後における汚染土壌の不均質な温度分布を平準化できると共に、汚染土壌全体の低温化を長期間に亘り保持できる。
【０００８】
また、本発明（２）は、前記冷却管の適宜の距離間隔が、１．５〜４．０ｍである前記汚染土壌の掘削除去方法を提供するものである。例えば冷却方法のみを適用し０〜５℃の低温未凍土を得るには、距離間隔１．０ｍ程度で多数の冷却管を配置し、−５℃程度の冷媒で冷却する方法を採ることが一般的であるが、本発明は、一度、部分凍土を形成し、その後冷媒の停止と所定時間の放置により部分凍土の蓄冷熱を利用するため、冷却管のピッチを大きく採ることができる。このため、冷却管の設置本数を低減できるため、経済的である。
【０００９】
本発明（３）は、前記冷却工程が、−１５〜−３０℃の冷媒を５〜４０日間に亘り冷却管に供給して行う前記汚染土壌の掘削除去方法を提供するものである。通常、地中の温度は２０℃程度であり、本発明によれば、冷却管周りに部分凍土を確実に形成できる。
【００１０】
本発明（４）は、冷却工程後、互いに隣接する冷却管の中間点における汚染土壌の温度が、平準化工程後の同位置における汚染土壌の温度よりも３℃以上高い前記汚染土壌の掘削除去方法を提供するものである。例えば、平準化工程後の当該汚染土壌の温度が、５℃である場合、冷却工程後、互いに隣接する冷却管の中間点における汚染土壌の温度は８℃以上、好ましくは１０〜１５℃とする。このような高い土壌温度で冷媒の供給を停止しても、部分凍土の蓄冷熱能力が高いため、例えば３〜２５日間程度の放置期間中はエネルギーを使用しなくとも冷却できる。このため、冷媒を用いた冷却工程を短縮でき、省エネルギー化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の汚染土壌の掘削除去方法は、汚染物質が存在する汚染土壌に適宜の距離間隔で冷却管を配設する冷却管配設工程と、該冷却管に冷媒を供給して冷却管周りに部分凍土を形成する冷却工程と、該冷媒の供給を停止して所定時間放置し、実質低温未凍土の汚染土壌を得る温度平準化工程と、該低温未凍土の汚染土壌を掘削する掘削工程を有する。以下に工程毎に説明する。
【００１２】
（冷却管配設工程）
本発明において、汚染土壌としては、地表面下、土壌中に汚染物質が存在するものであれば、特に制限されず、その地盤としては砂質、粘土層、互層等の自然地盤、廃棄物処理場の地盤、汚泥処理場の地盤及び埋め立てられた人工地盤などが挙げられる。このうち、地表面近傍又は地表面から１０ｍ程度の深さまでに汚染物質が存在する地盤が、特に掘削除去し易いという点で有利である。また、汚染物質としては、特に制限されず、例えば水銀化合物、ダイオキシン、ベンゼン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等が挙げられる。これらの他、悪臭を放つ汚染物質も含まれる。これらの汚染物質は例えば図１に示すように、温度が高くなるほど蒸気圧が高くなり、揮散し易く、逆に低温になれば蒸気圧が低くなり、揮散し難くなることが知られている。
【００１３】
次に、これらの汚染土壌に適宜の距離間隔で冷却管を配設する。適宜の距離間隔としては、特に制限されないが、例えば平面視、正三角形配列で１．５〜４．０ｍの距離間隔、好ましくは１．７〜３．０ｍの距離間隔で打設する。正三角形配列にすることで、全対象領域に占める部分凍土の面積率を大きく採れ、凍結させるために必要な日数を少なくすることが出来る。また、冷却管の配設距離が１．５ｍ未満では、配設本数が多くなり不経済である。一方、４．０ｍを超えると、凍結させるために必要な日数を多く採る必要があり、エネルギーの損失が大きくなる。従来、例えば冷却方法のみを適用し０〜５℃の低温未凍土を得るには、距離間隔１．０ｍ以下で多数の冷却管を配置し、−５℃程度の冷媒で冷却する方法を採ることが通常の発想ではあるものの、本発明は、−１５〜−３０℃の冷媒で部分凍土を大きな距離間隔で形成し、その後冷媒の供給を停止し且つ所定時間の放置により部分凍土の蓄冷熱を部分凍土以外の土壌の冷熱に利用するという、従来には無い思想を有する。
【００１４】
冷却管は、冷却管周りに略円柱状の部分凍土を形成させるものであり、汚染土壌の設計領域に前述の距離間隔で配設される。冷却管は公知の地中凍結工法で用いるものと同様のものを用いることができる。公知の地中凍結工法としては、ブラインと呼ばれる冷媒を冷凍機を使って−２０℃〜−３０℃に冷却し、これを地盤中に埋設した冷却管に循環ポンプで送り込んで地盤を冷却する凍結工法が挙げられる。冷却管の地中深さは、汚染土壌の深さ等により適宜決定される。
【００１５】
（冷却工程）
冷却工程は、図２に示すように、冷却管１に冷媒を供給して冷却管１周りに円柱状の部分凍土２を形成する工程である。図２（Ａ）は、冷却工程後の平面視の概略図であり、（Ｂ）は地中断面を模式的に表した図である。なお、図２（Ａ）中、符号５及び６で示される円形部、図２（Ｂ）中、符号３はそれぞれ等温線であり、構築物ではない。また、Ｔ２は例えば０℃であり、この場合地中の斜線部ａは氷点以下の温度領域を示す。冷却工程において、冷却管１に供給する冷媒の温度としては、−１５℃〜−３０℃、好ましくは−２０℃〜−３０℃である。冷媒の温度が−５〜−１０℃程度では部分凍土の高い蓄冷熱を得ることができず、冷媒の供給期間が長くなりすぎて、省エネルギー効果が得られない。冷媒の供給期間としては、特に制限されないが、地中の温度が通常約２０℃であることから、５〜４０日間あれば十分である。
【００１６】
冷却工程後の部分凍土２は図２に示されるように、冷却管１の周りに形成される円柱状物であり、冷却管１の表面の温度Ｔ３は例えば−２５℃であり、冷却管１から遠ざかるにつれて温度は上昇し、互いに隣接する冷却管１、１の中間点７における温度Ｔ１は例えば＋８℃である。
【００１７】
本発明においては、冷却工程後、図２に示すように、互いに隣接する冷却管１、１の中間点７における汚染土壌の温度Ｔ１が、温度平準化工程後の同位置における汚染土壌の温度（図３のＴ４）よりも３℃以上、好ましくは５〜１０℃程度高いことが好ましい。すなわち、前述の如く、冷却工程後、互いに隣接する冷却管１、１との中間点７における温度Ｔ１が例えば＋８℃のような温度分布状態を得るには、例えば１週間程度の比較的短期間の冷媒供給で済むため、省エネルギー化が図れると共に、部分凍土の高い蓄冷熱を有効に利用して、冷却工程後における汚染土壌の不均質な温度分布を平準化できる。また、冷却工程において、本発明の最終目標温度である低温未凍土の温度、例えば氷点以上、５℃以下の低温未凍土部分は符号５と符号６で囲まれる白抜き部分５ａであり、これが汚染土壌全体に占める割合としては、１０％から２５％程度、図３に示すような低温未凍土５ａ全体の１／１０〜１／４程度である。冷却工程は冷却管１への冷媒の供給を停止することで終了する。
【００１８】
（温度平準化工程）
温度平準化工程は、冷却管への冷媒の供給を停止した後、所定時間放置し、実質低温未凍土の汚染土壌を得る工程である。冷却工程において形成された蓄冷熱能力が高い部分凍土は汚染土壌領域に点在している。このため、冷媒の供給を停止した後は、部分凍土から部分凍土以外の土壌に冷熱が分散して、冷却工程後における汚染土壌の不均質な温度分布を平準化できる。具体的には、冷却管１の温度Ｔ３が−２５℃で、隣接する冷却管１、１の中間位置７における温度Ｔ１が８℃となった時点で冷媒の供給を停止し、例えば３〜２５日間放置する。この間、部分凍土２の蓄冷熱で部分凍土以外の土壌を冷却する。このため、中間位置７における温度Ｔ１８℃は時間の経過と共に低下し、例えば図３に示すように、低温未凍土の温度＋０〜５℃（Ｔ４）となる。一方、部分凍土２は冷熱分散により時間の経過と共に温度が上昇し、例えば−３〜−０℃（Ｔ５）となる。なお、図３（Ａ）中、符号５ａで示される囲み部、図３（Ｂ）中、符号３は図２と同様、それぞれ等温線であり、構築物ではない。
【００１９】
温度平準化工程において、放置する所定時間としては、前述の如く例えば１〜２週間である。また、実質低温未凍土としては、例えば実質＋０〜５℃、好ましくは＋０℃の温度の土壌である。この温度範囲であれば、汚染物質の悪臭などが発生し難く、且つ容易に掘削できる点で好ましい。また、実質とは、図３に示すように、冷却管１周りに氷点下の凍土２が若干、具体的には低温未凍土５ａの全体に対して、１０％以内で存在していてもよいことを言う。
【００２０】
本発明において、冷却管１を汚染地盤４中から除去する時期としては、冷却工程直後、温度平準化工程途中又は温度平準化工程後が挙げられる。このうち、冷却工程直後とすることが、既に用済み部材を放置しておく必要もなく、温度平準化工程後、直ちに汚染土壌を掘削できる点で好ましい。冷却管１を部分凍土２から引き抜く方法としては、冷却管１に温水を数十分程度流すことで容易に行うことができる。
【００２１】
（掘削工程）
掘削工程は、低温未凍土の汚染土壌を掘削する工程であり、例えばバックホーなどで掘削し、低温化により有害物質の揮散や臭気拡散が抑制された汚染土壌を車両に載せ、場外の処理施設に運搬する。この方法によれば、作業者は特段の装備をすることなく作業ができると共に、周辺住民の安全を従来にも増して確保できる。
【００２２】
また、本発明は、冷却管配設工程において、冷却管の配設と同時に、汚染土壌の各所に、温度測定用の測温器を配設しておくのがよい。これにより、効率よく且つ確実に低温未凍土の汚染地盤を得ることができる。また、汚染土壌に冷却管を所定のピッチで配設した後、冷却工程に入る前段階で、地表面を防熱且つ遮水性のシートで覆うことが、大気からの冷却地盤への熱の流入を防ぎ、また降雨時の水の流入を防止することができる点で好ましい。また、このシートは温度平準化工程後、掘削工程前に除去する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、凍結技術を利用して汚染土壌を低温未凍土とするため、この汚染土壌を支障なく掘削できると共に、有害物質の揮散や廃棄物の臭気を抑制できる。また、冷却工程においては冷却管周りに蓄冷熱能力が高い円柱状の部分凍土を点在させることができる。このため、冷媒の供給を停止した後は、部分凍土から部分凍土以外の土壌に冷熱が分散して、冷却工程後における汚染土壌の不均質な温度分布を平準化できると共に、汚染土壌全体の低温化を長期間に亘り保持できる。
【００２４】
また、本発明によれば、一度、部分凍土を形成し、その後冷媒の停止と所定時間の放置により部分凍土の蓄冷熱を利用するため、冷却管の距離間隔を大きく採ることができる。このため、冷却管の設置本数を低減できるため経済的である。
【００２５】
また、本発明によれば、冷却管周りに部分凍土を確実に形成できる。また、本発明によれば、温度平準化工程において、冷却管へ冷媒の供給を停止しても、部分凍土の蓄冷熱が高いため、放置期間の間はエネルギーを使用することがない。このため、冷却工程を短縮でき、省エネルギー化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の汚染物質等の温度−蒸気圧曲線を示す。
【図２】（Ａ）は冷却工程後の平面視の概略図であり、（Ｂ）は地中断面を模式的に表した図である。
【図３】（Ａ）は温度平準化工程後の平面視の概略図であり、（Ｂ）は地中断面を模式的に表した図である。
【符号の説明】
１      冷却管
２      部分凍土
３、５、６      等温線
４      汚染地盤
５ａ    低温未凍土
７      互いに隣接する冷却管の中間点
ａ      氷点以下の温度領域
Ｔ１      冷却工程における互いに隣接する冷却管の中間点における温度
Ｔ２      等温線における氷点の温度
Ｔ３      冷却工程における冷却管の温度
Ｔ４      温度平準化工程後における互いに隣接する冷却管の中間点における温度
Ｔ５      温度平準化工程後における冷却管の温度
【図１】
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【図２】
2004330096.tif 000004
【図３】
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