(57)【要約】【課題】金属還元体を充填した地下水浄化層を地中に設けて汚染地下水を浄化するに当たり、地下水中の硬度成分の析出によるスケール障害を防止して、浄化層の機能を長期に亘り維持する。【解決手段】金属還元体が充填された水透過性の地下水浄化層２に汚染地下水を透過させて地下水を浄化するに当たり、地下水の流れに対して、この地下水浄化層２の上流側に硬度成分除去材を充填した水透過性の硬度成分除去層３を設け、汚染地下水を金属還元体に接触させて浄化するに先立ち、地下水中の硬度成分を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属還元体が充填された水透過性の地下水浄化層を有する地下水浄化壁において、該地下水浄化層に流入する汚染地下水中の硬度成分を除去する手段を設けたことを特徴とする地下水浄化壁。
【請求項２】
請求項１において、該地下水浄化層は地中に壁状に形成されており、該硬度成分除去手段は、地下水の流れに対して、該地下水浄化層の上流側の地中に壁状に形成された、硬度成分除去材が充填された水透過性の層であることを特徴とする地下水浄化壁。
【請求項３】
請求項２において、該硬度成分除去材が炭酸カルシウムであることを特徴とする地下水浄化壁。
【請求項４】
汚染地下水を金属還元体に接触させて浄化する方法において、該金属還元体に接触させるに先立ち、該汚染地下水中の硬度成分を除去することを特徴とする地下水の浄化方法。
【請求項５】
請求項４において、地中に壁状に形成された、金属還元体が充填された水透過性の地下水浄化層に汚染地下水を透過させることにより地下水を浄化する方法であって、地下水の流れに対して該地下水浄化層の上流側の地中に、硬度成分除去材を充填した水透過性の硬度成分除去層を壁状に設け、該硬度成分除去層を透過した地下水を地下水浄化層に透過させることを特徴とする地下水の浄化方法。
【請求項６】
請求項５において、該硬度成分除去材が炭酸カルシウムであることを特徴とする地下水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染帯水層を有する地中に、金属還元体を充填した地下水浄化層を設けて汚染地下水を浄化する地下水浄化壁及び地下水の浄化方法に係り、特に地下水浄化のための金属還元体の効果持続期限を延長し、浄化層の機能を長期に亘り維持する地下水浄化壁及び地下水の浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メッキ工場、半導体製造工場、化学工場、電池製造工場等では、６価クロム、鉛、カドミウム、ヒ素、シアン、水銀、セレン等の重金属類が製造原料として使用されている。そのため、これらの製造設備周辺では、管理が適切でない場合や、事故等により、これらの重金属類で土壌が汚染されることがある。この場合、特に、６価クロムやヒ素、シアン、セレンは通常陰イオンの形態で存在するので、比較的土壌に吸着され難いため、汚染が帯水層まで到達する場合が多く、この場合には地下水が汚染されることとなる。
【０００３】
また、鉛、カドミウム、水銀等も、帯水層地下水面が高い場合や、地下配管からの漏洩などにより帯水層を汚染する場合がある。更に、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）に代表される有機塩素化合物も地中への漏洩があると帯水層を汚染する。このような地下水の汚染は、特に、地下水を飲用等に使用している場合は大きな問題となる。
【０００４】
従来、汚染地下水の浄化には、揚水井戸を設けて地下水を揚水し、地上で浄化処理することが行われてきた。しかし、この方法では浄化期間が長期化する上に、揚水された汚染地下水を地上施設を用いて処理した上で放流する必要があるため、維持管理コストが高くなり、長期的には総コストは非常に高いものとなる。
【０００５】
別の浄化手段としては、土壌を掘削して処分場に搬出して浄化処理する方法があるが、汚染領域が広く、深い位置まで到達している場合には掘削土壌量が膨大となり、やはりコストがかかる。
【０００６】
このような状況から、汚染帯水層の地下水を低コストに浄化する方法として、地下水浄化壁を設け、現場にて地下水を浄化する方法が提案された。この方法は、有機塩素化合物汚染地下水に適用され（特開平５−５０１５２０号公報）、その後、重金属汚染地下水にも適用されるようになった（ＵＳＰ５，８３７，１４５、特許第３２１６０１４号公報）。
【０００７】
この地下水浄化壁は、地中に形成した穴（トレンチ）に、鉄粉等の金属還元体を砂と混合して充填した水透過性の層であり、汚染地下水がこの浄化層を透過する際に、金属還元体による還元反応で地下水中の汚染物質が無害化される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−５０１５２０号公報
【特許文献２】
ＵＳＰ５，８３７，１４５
【特許文献３】
特許第３２１６０１４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の地下水浄化壁では、地下水がこの地下水浄化壁を通過する間に地下水中の硬度成分が金属還元体表面に付着して蓄積することによりスケールとして析出する。この場合には、金属還元体表面がスケールで覆われて浄化作用を発揮し得なくなる上に、浄化壁の空隙がスケールで埋められることにより、水透過性が低下して地下水の透過による浄化が困難となる。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決し、金属還元体を充填した地下水浄化層を地中に設けて汚染地下水を浄化するに当たり、地下水中の硬度成分の析出によるスケール障害を防止して、浄化層の機能を長期に亘り維持することができる地下水浄化壁及び地下水の浄化方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の地下水浄化壁は、金属還元体が充填された水透過性の地下水浄化層を有する地下水浄化壁において、該地下水浄化層に流入する汚染地下水中の硬度成分を除去する手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の地下水の浄化方法は、汚染地下水を金属還元体に接触させて浄化する方法において、該金属還元体に接触させるに先立ち、該汚染地下水中の硬度成分を除去することを特徴とする。
【００１３】
金属還元体を充填した浄化層では、金属還元体に地下水が接触すると酸化還元反応により金属還元体から金属イオンが地下水中に放出される。このとき金属還元体表面のｐＨは上昇し、炭酸カルシウム等の硬度成分がスケールとして析出する。金属還元体が鉄である場合の析出反応は以下の式▲１▼〜▲４▼に示される。
【００１４】
４Ｆｅ＋３Ｏ２＋１２Ｈ＋→４Ｆｅ３＋＋６Ｈ２Ｏ    …▲１▼
Ｆｅ＋２Ｈ２Ｏ→Ｆｅ２＋＋Ｈ２＋２ＯＨ−          …▲２▼
ＨＣＯ３−→Ｈ＋＋ＣＯ３２−                      …▲３▼
Ｃａ２＋＋ＣＯ３２−→ＣａＣＯ３                  …▲４▼
【００１５】
このような現象が地下水浄化層内で長時間継続すると、金属還元体表面が炭酸カルシウムで覆われて汚染物質を除去する作用を失うばかりでなく、地下水浄化層の空隙率が低下して水透過性が低下し、著しい場合には地下水の透過による浄化を行えなくなる。
【００１６】
本発明では、地下水中の硬度成分を予め除去した後金属還元体に接触させるようにすることにより、上記▲４▼式による炭酸カルシウム等のスケールの析出量を低減し、浄化層の機能を長期に亘り維持することができる。なお、本発明において、「硬度成分を除去する」とは、「硬度成分を部分的に除去する」すなわち『硬度成分を減少させる』ことを包含する。
【００１７】
本発明において、硬度成分を除去する手段は、地下水の流れに対して、地下水浄化層の上流側の地中に壁状に形成した、水透過性の硬度成分除去材充填層であることが好ましく、この場合、硬度成分除去材としては炭酸カルシウムが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の地下水浄化壁及び地下水の浄化方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の地下水浄化壁の実施の形態を模式的に示す図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。
【００２０】
図１の地下水浄化壁１は、汚染帯水層１０の下流側（図中、矢印で示す地下水の流れ方向の下流側）の地中に、矢板１１，１２等で形成された不透水性の壁の間に、鉄粉等の金属還元体を充填した浄化層２を設けると共に、その上流側（地下水の流れ方向の上流側）に炭酸カルシウムを充填した炭酸カルシウム除去層３を設けたものである。
【００２１】
即ち、図１の地下水浄化壁１では、炭酸カルシウムによる晶析法により、地下水中の炭酸カルシウムを除去する。即ち、炭酸カルシウムが過飽和状態で存在する水と、炭酸カルシウム粒子が接触すると、炭酸カルシウム粒子表面で結晶が成長する現象を利用するものである。このような晶析法は、炭酸カルシウムの充填層を形成した後は、そのまま放置して炭酸カルシウムを除去することができるため、処理対象の地下水中の炭酸カルシウムが過飽和状態で存在するときに最も有効な方法である。
【００２２】
浄化層２は、地中に形成されたトレンチに、鉄粉と砂の混合物が充填された水透過性の層である。鉄粉と砂との混合割合には特に制限はないが、鉄粉：砂＝１０〜８０：９０〜２０（重量比）の範囲であることが浄化効果及び水透過性の確保、コストの低減の点で好ましい。使用する鉄粉の粒子径は、表面積を大きくする上では小さい方が好ましく、水透過性を確保するためには大きい方が好ましい。好適な粒子径としては０．１〜２ｍｍ程度である。
【００２３】
金属還元体としては鉄粉の他、アルミニウム、亜鉛等を用いることもできるが、これらのうち、安価であることから鉄粉が好ましく、鉄廃棄物を再利用することも可能である。
【００２４】
炭酸カルシウム除去層３は、地中に形成されたトレンチに、炭酸カルシウム粒子と砂の混合物が充填された水透過性の層である。炭酸カルシウム粒子と砂との混合割合には特に制限はないが、炭酸カルシウム粒子：砂＝１０〜８０：９０〜２０（重量比）の範囲であることが炭酸カルシウムの除去効果及び水透過性の確保、コストの低減の点で好ましい。使用する炭酸カルシウムの粒子径は、表面積を大きくする上では小さい方が好ましく、水透過性を確保するためには大きい方が好ましい。好適な粒子径としては０．１〜２ｍｍ程度である。
【００２５】
これらの浄化層２や炭酸カルシウム除去層３には、鉄粉等の金属還元体のみ或いは炭酸カルシウム粒子のみを充填することもできるが、地下水浄化壁の材料費を低減して水透過性を確保するためには、これらの材料を砂や礫等の水透過性の高い安価な材料と混合して充填することが好ましい。
【００２６】
このような本発明の地下水浄化壁１を形成するには、汚染帯水層に対して予め地下水の流れ方向を把握し、汚染地下水が流入するような位置に浄化層２と、炭酸カルシウム除去層３を形成する。これらの層２，３を形成するための最も一般的な方法は、トレンチを掘削し、このトレンチ内において鉄粉等の金属還元体と砂との混合物を下流側に、炭酸カルシウム粒子と砂との混合物を上流側に埋設する方法である。このように同一のトレンチ内に金属還元体と炭酸カルシウムを分離して確実に施工するためには、トレンチ内を矢板等で予め区切っておき、両者を埋設後に矢板を引き抜く方法が好ましい。
【００２７】
図１の地下水浄化壁１では、汚染帯水層１０から矢印の方向に流れ出た地下水が炭酸カルシウム除去層３を透過し、この間に水中の炭酸カルシウムが除去され、その後浄化層２を透過し、この間に水中の重金属類や有機ハロゲン化合物等の汚染物質が還元されて無害化される。浄化層２に流入した地下水は、炭酸カルシウム除去層３で予め硬度成分である炭酸カルシウムが除去されているため、浄化層２内での炭酸カルシウムの析出の問題は防止され、浄化層２の水透過性及び浄化機能を長期に亘って維持することが可能となる。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態の一例を示す図であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２９】
例えば、地下水中の硬度成分を除去する手段としては、図１に示すような炭酸カルシウムとの接触による晶析法を利用したものの他、イオン交換法、加熱法等を採用することもできる。
【００３０】
イオン交換法による場合には、Ｎａ型の陽イオン交換樹脂を用いて炭酸カルシウム等の硬度成分を吸着除去するが、飽和吸着に達すると樹脂の入れ換えが必要になる。加熱処理は炭酸カルシウムの溶解度が水温の上昇に伴って低下する現象を利用するものである。このためには地中へのスチームの吹き込み、マイクロ波加熱などが利用できる。これらの硬度成分除去手段のうち、図１に示すような炭酸カルシウム充填層は、炭酸カルシウムを一旦埋設した後そのまま放置すれば良く、長期に亘りメンテナンスフリーで地下水中の炭酸カルシウムを除去することができるため、実際の汚染現場への適用には最も好適である。
【００３１】
また、図１では、矢板等により構成した不透水性の壁の間に浄化壁を形成するいわゆるｆｕｎｎｅｌ＆ｇａｔｅ法を採用したものであるが、本発明は何らこの方法に限定されるものではない。また、地下水浄化層や硬度成分除去層は、地中に柱状に形成し、この柱状層を列状に配置して地下水浄化壁を構成するようにしても良い。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３３】
実施例１
下記のカラム１とカラム２を作製した。
［カラム１］
直径３０ｍｍ、高さ１００ｍｍのカラムに砂５３ｇと炭酸カルシウム粒子（平均粒子径０．３ｍｍ）５５ｇの混合物を充填した。
［カラム２］
直径３０ｍｍ、高さ１００ｍｍのカラムに砂９６ｇと金属鉄粒子（平均粒子径０．５ｍｍ）３８ｇの混合物を充填した。
【００３４】
カラム１とカラム２とを直列に接続し、表１に示す水質の地下水をカラム１及びカラム２に順次に通水し、カラム１出口、及びカラム２出口における水質分析を行い、結果を表１に示した。
【００３５】
比較例１
実施例１において、カラム１を用いず、カラム２のみを用いたこと以外は同様にして通水試験を行い、カラム２出口の水質を調べ、結果を表１に示した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１より、次のことが明らかである。即ち、地下水を予め炭酸カルシウム充填層（カラム１）に通水した実施例１では、金属鉄充填層（カラム２）内で減少するカルシウムイオンの絶対量は低下している。一方、地下水を最初から金属鉄充填層（カラム２）に通水した比較例１では、カルシウムイオン減少の絶対量は大きくなる。しかし、Ｍ−アルカリ度が低下していることから、減少したカルシウムイオンは炭酸カルシウムとして層内で析出していると考えられる。
【００３８】
従って、地下水を金属鉄を充填した浄化層に直接透過させた場合には、炭酸カルシウムの析出によるスケール障害が発生すること、これに対して、予め炭酸カルシウム充填層に通水して炭酸カルシウムを除去することにより、このスケール障害を防止することができることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の地下水浄化壁及び地下水の浄化方法によれば、金属還元体を充填した地下水浄化層を地中に設けて汚染地下水を浄化するに当たり、地下水中の硬度成分の析出によるスケール障害を防止して、浄化層の機能を長期に亘り維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地下水浄化壁の実施の形態を模式的に示す図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。
【符号の説明】
１  地下水浄化壁
２  浄化層
３  炭酸カルシウム除去層
１０  汚染帯水層
１１，１２  矢板
【図１】
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