(57)【要約】【課題】地下水位以下の土壌中に存在する原液状態の汚染物質及びその周辺の高濃度汚染地下水を効率的に吸引、除去し、処理時間の短縮及び処理コストの低減を図る汚染地盤の浄化方法及び浄化体を提供すること。【解決手段】地下水位以下の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に適宜のピッチで地中凍結管と地中第１吸引体を配設する浄化体配設工程と、汚染地盤領域を凍結する凍結工程と、該凍結状態を維持したまま該地中第１吸引体から液状汚染物質を吸引する原液吸引工程を行なう。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水位以下の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に適宜のピッチで地中凍結管と地中第１吸引体を配設する浄化体配設工程と、汚染地盤領域を凍結する凍結工程と、該凍結状態を維持したまま該地中第１吸引体から液状汚染物質を吸引する原液吸引工程を行なうことを特徴とする汚染地盤の浄化方法。
【請求項２】
前記原液吸引工程後、汚染地盤領域を解凍する工程と、解凍された汚染地盤領域の汚染地下水を地中第１吸引体から吸引する汚染地下水吸引工程を行なうことを特徴とする請求項１記載の汚染地盤の浄化方法。
【請求項３】
前記浄化体配設工程において、地中凍結管近傍に地中第２吸引体を更に配置し、前記原液吸引工程後、汚染地盤領域を解凍する工程と、解凍された汚染地盤領域の汚染地下水を地中第２吸引体から吸引する汚染地下水吸引工程を行なうことを特徴とする請求項１記載の汚染地盤の浄化方法。
【請求項４】
前記汚染地下水吸引工程において、前記地中第１吸引体から空気又は水を供給して前記地中第２吸引体から汚染地下水を吸引するか、又は前記地中第２吸引体から空気又は水を供給して前記地中第１吸引体から汚染地下水を吸引することを特徴とする請求項３記載の汚染地盤の浄化方法。
【請求項５】
地下水位以下の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に構築される浄化体であって、適宜のピッチで配設される地中凍結管と、該地中凍結管間に配設され凍結地盤中に存在する液状汚染物質を吸引する地中第１吸引体を備えることを特徴とする浄化体。
【請求項６】
前記地中凍結管近傍に配設される地中第２吸引体を更に備えることを特徴とする請求項５記載の浄化体。
【請求項７】
前記地中第１吸引体及び地中第２吸引体は、空気又は水を供給する供給体を兼用することを特徴とする請求項６記載の浄化体。
【請求項８】
前記地中第１吸引体及び地中第２吸引体は、吸引管又は柱状ドレーンであることを特徴とする請求項６又は７記載の浄化体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機化合物などで汚染された汚染地盤の浄化方法及び浄化体に関し、詳しくは汚染物質が原液状態で存在する汚染源からの原液の吸引とその周辺の高濃度汚染地下水の吸引を行う汚染地盤の浄化方法及び浄化体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工場などの洗浄工程において多量に使用されるトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物は、漏れなどにより土壌又は地下水を汚染する可能性があり、この場合、工場跡地の再利用の障害となったり、地下水の利用が制限されたりする問題がある。トリクロロエチレンなどの高密度非水溶性液体（ＤＮＡＰＬ）は、その密度が水よりも重く、水に溶け難いため、地下水面下の地下深部に溜まり易い。また、地下深部に溜まったＤＮＡＰＬは地下水に徐々に溶解して、その周辺には高濃度に汚染された地下水帯を形成する。
【０００３】
地下深部に溜まったＤＮＡＰＬなどの汚染源を積極的に取り除く方法としては、地下水揚水法が一般的である。この方法は、ＤＮＡＰＬ原液を地下水と共に吸引、除去する。しかし、このような方法は、汚染源がある程度特定されたとしても、揚水井からはＤＮＡＰＬ原液よりも密度の小さな水ばかりが汲み出され、その後に周囲から地下水が補給されることを繰り返すため、水ばかりが大量に汲み上げられることになる。従って、ＤＮＡＰＬ原液を効率的に吸引、除去することはできない。地下水揚水を長時間に亘り行なえば、ＤＮＡＰＬ原液が徐々に水に溶解するため吸引、除去は可能となるものの、その効率はＤＮＡＰＬ原液の溶解速度に依存するため、吸引、除去に長時間を要することになり、処理コストが膨大になるという問題がある。
【０００４】
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。しかし、この汚染地盤の浄化方法は、地下水位以上の汚染地盤の浄化を目的としたものであり、地下水位以下の汚染地盤の浄化を目的としたものではない。更に汚染地盤を凍結させる目的は、凍結により土壌微粒子間に微小な撹乱を起こし、その後不飽和地盤中に存在するガス状汚染物質の吸引効果を高めるようにしたものであり、凍結地盤中に液状の汚染物質を残存せしめ、これを吸引、除去するものではない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１６９８３７号公報（請求項１、段落番号００１０）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、地下水位以下の土壌中に存在する原液状態の汚染物質及びその周辺の高濃度汚染地下水を効率的に吸引、除去し、処理時間の短縮及び処理コストの低減を図る汚染地盤の浄化方法及び浄化体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者等は鋭意検討を行なった結果、水とＤＮＡＰＬ原液の凝固点の相違から、凍結地盤中においてＤＮＡＰＬを液状物として存在させることができ、この凍結地盤中の液状物を吸引管などの吸引手段で吸引、除去すれば、極めて容易且つ効率的であり、処理時間の短縮と処理コストの低減が図れること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明（１）は、地下水位以下の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に適宜のピッチで地中凍結管と地中第１吸引体を配設する浄化体配設工程と、汚染地盤領域を凍結する凍結工程と、該凍結状態を維持したまま該地中第１吸引体から液状汚染物質を吸引する原液吸引工程を行なう汚染地盤の浄化方法を提供するものである。本発明によれば、地下水位以下の飽和地盤を、氷点以下で且つ汚染物質の凝固点以上の温度で凍結するため、間隙水が凍結状態の地盤中にＤＮＡＰＬを液状物として存在させることができる。また、凍結で生じる吐き出し効果で、間隙水以外の汚染物質液状物等は地中第１吸引体側に押しやられ、該汚染物質液状物はこの地中第１吸引体で容易に且つ効率的に吸引、除去できる。このため、浄化処理時間の短縮と処理コストの低減が図れる。
【０００９】
本発明（２）は、前記原液吸引工程後、汚染地盤領域を解凍する工程と、解凍された汚染地盤領域の汚染地下水を地中第１吸引体から吸引する汚染地下水吸引工程を行なう前記（１）記載の汚染地盤の浄化方法を提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、汚染地盤解凍後は、原液周辺の汚染物質が高濃度に溶解した地下水を地中第１吸引体で容易且つ効率的に吸引、除去できる。
【００１０】
本発明（３）は、前記浄化体配設工程において、地中凍結管近傍に地中第２吸引体を更に配置し、前記原液吸引工程後、汚染地盤領域を解凍する工程と、解凍された汚染地盤領域の汚染地下水を地中第２吸引体から吸引する汚染地下水吸引工程を行なう前記（１）記載の汚染地盤の浄化方法を提供するものである。本発明によれば、解凍後の凍結管回りは特に汚染物質が高濃度に溶解した汚染地下水が存在するため、この汚染地下水を凍結管近傍に配設された地中第２吸引体から容易且つ効率的に吸引、除去できる。
【００１１】
本発明（４）は、前記汚染地下水吸引工程において、前記地中第１吸引体から空気又は水を供給して前記地中第２吸引体から汚染地下水を吸引するか、又は前記地中第２吸引体から空気又は水を供給して前記地中第１吸引体から汚染地下水を吸引する前記（３）記載の汚染地盤の浄化方法を提供するものである。一方の地中吸引体から空気又は水を供給し、他方の地中吸引体から汚染地下水を吸引すれば、押出しと吸引の両作用により、浄化効率を一層高めることができる。
【００１２】
本発明（５）は、地下水位以下の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に構築される浄化体であって、適宜のピッチで配設される地中凍結管と、該地中凍結管間に配設され凍結地盤中に存在する液状汚染物質を吸引する地中第１吸引体を備える浄化体を提供するものである。また、本発明（６）は、前記地中凍結管近傍に配設される地中第２吸引体を更に備える前記浄化体を提供するものである。また、本発明（７）は、前記地中第１吸引体及び地中第２吸引体は、空気又は水を供給する供給体を兼用する前記（６）記載の浄化体を提供するものである。また、本発明（８）は、前記地中第１吸引体及び地中第２吸引体は吸引管又は柱状ドレーンである前記（６）又は（７）記載の浄化体を提供するものである。本発明の浄化体によれば、前記浄化方法の発明を確実に実施できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態における汚染地盤の浄化方法及び浄化体を図１及び図２を参照して説明する。図１は本実施の形態例における浄化体の概略断面図、図２は本実施の形態例における浄化体の概略平面図である。本実施の形態例の浄化体１０は、地下水位（Ｗ．Ｌ．）以下の土壌中に汚染物質が存在する汚染地盤に構築されるものであって、適宜のピッチで配設される地中凍結管１と、地中凍結管１、１間に適宜のピッチで配設される地中第１吸引体２を備える。また、地上には、不図示の冷凍機、冷媒循環ポンプ及び配管などの冷凍手段、真空ポンプなどの吸引手段及び汚染物質分解手段などが設置される。
【００１４】
本例の浄化体１０が構築される汚染地盤９としては、地下水位以下の飽和状態の地盤中に汚染物質７が存在するものであれば、特に制限されず、その地盤は砂質、粘土層、互層等の自然地盤や埋め立てられた人工地盤などが挙げられる。また、汚染物質７としては、特に制限されず、例えばその密度が水よりも重く、水に溶け難く且つ凝固点が−１０℃以下の高密度非水溶性液体（ＤＮＡＰＬ）が挙げられる。具体的には凝固点が−８６℃のトリクロロエチレン、凝固点が−２２℃のテトラクロロエチレン、凝固点が−５７℃のジクロロエチレン、凝固点が−９７℃のジクロロエタン等である。ＤＮＡＰＬはその密度が水よりも重く、水に溶け難いため、地下水面下の地下深部７１に溜まり易く、また、飽和地盤を氷点以下で且つＤＮＡＰＬの凝固点以上の温度で凍結した際、凍結地盤中に液状物で存在する。
【００１５】
地中凍結管１は、汚染地盤領域８を凍結させるものであり、汚染地盤領域８にほぼ均等に配設される。地中凍結管１は公知の地中凍結工法で用いるものと同様のものが用いられる。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凍結管１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。地中凍結管１の本数は、凍結設備能力、凍土温度等により適宜決定される。汚染地盤領域８は、汚染物質の原液７が存在する領域（図２中、実線の範囲）を少なくとも含むものであり、本例では図２中、二点鎖線で囲む領域８を言う。
【００１６】
地中第１吸引体２としては、地上の真空ポンプなどの吸引手段に接続される地中に埋設される構造体であり、例えば吸引管又は柱状ドレーンが挙げられる。本例では側周面に多数の通水穴２３が付設された有穴中空管２１であり、汚染土壌の各所から汚染物質を吸引し易いようにすると共に、中空部にはヒーター２２を設け、凍結工程における水分の凍結による通水穴２３の閉塞を防止している。また、通水穴２３周りは不図示の不織布などで覆うことが、通水穴２３の目詰まりを防止することができる点で好ましい。地中第１吸引体２として柱状ドレーンを用いる場合も、内部ヒーター２２や不織布などを設けることが好ましい。柱状ドレーンとしては、プラスチックボードドレーンが挙げられる。地中第１吸引体２の配設位置としては、特に制限されないが、図２に示すように、汚染地盤領域８であって且つ凍結管１の間、すなわち隣接する複数の凍結管１のほぼ中間位置に配設させることが、凍結で生じる吐き出し効果で、地中凍結管１から遠ざかる方向へ押しやられた間隙水以外の汚染物質原液を容易に且つ効率的に吸引、除去できる点で好ましい。
【００１７】
本第１の実施の形態において、この浄化体１０を用いて汚染地盤を浄化する方法を以下に説明する。浄化体配設工程は、事前の地盤調査により、汚染物質及び汚染地盤領域を特定した後、行なわれるものである。すなわち、地下水位以下の土壌中に汚染物質７が存在する汚染地盤９に適宜のピッチで地中凍結管１と地中第１吸引体２を配設する。この際、地上の冷凍機や真空ポンプの設置も行なう。
【００１８】
次いで、地下水位以下の汚染地盤領域８を凍結すると共に該汚染物質を液状物で保持する凍結工程を行う。凍結地盤の温度は、汚染物質の凝固点により決定され、氷点以下で且つ汚染物質の凝固点以上の温度である。汚染地盤領域８をこのような凍結地盤とすれば、凍結地盤中に原液の汚染物質７を液状物として存在させることができる。なお、図１中、二点鎖線で囲まれた範囲５が凍土、符号６が不透水層である。
【００１９】
凍結工程においては、地中第１吸引体２のヒーター２２を可動させ、有穴中空管２１の通水穴２３や中空部が凍結により閉塞しないようにしておく。また、凍結工程において、地盤の間隙水が徐々に凍結すると、吐き出し現象が生じる。この現象は、凍結の際、間隙水以外の液状物等が地中凍結管１から遠ざかる現象であり、自然界で見られるものである。これにより、汚染物質である原液は自然に地中第１吸引体２に集まるようになる。この状態で原液吸引工程に入る。なお、地中第１吸引体２におけるヒーター２２の可動は原液吸引工程で可動させてもよい。
【００２０】
原液吸引工程は、該凍結状態を維持したまま地中第１吸引体２から液状汚染物質７を吸引する工程である。地上にある吸引手段を可動させると、地中第１吸引体２の通水穴２３から汚染物質の原液が吸引される。この場合、地中第１吸引体２周りには汚染物質の原液が集まっており、吸引効率が高められる。図２中、矢印は汚染物質原液の流れを示す。
【００２１】
この第１の実施の形態例における汚染地盤の浄化方法及び浄化体によれば、地下水位以下の飽和地盤を、氷点以下で且つ汚染物質の凝固点以上の温度で凍結するため、間隙水が凍結状態の地盤中にＤＮＡＰＬを液状物として存在させることができる。また、凍結で生じる吐き出し効果で、間隙水以外の液状物等は地中第１吸引体２側に押しやられ、液状物は地中第１吸引体２により容易に且つ効率的に吸引、除去できる。このため、浄化処理時間の短縮と処理コストの低減が図れる。また、凍結地盤は一時的なものであり、解凍後、２次汚染の心配はない。また、原液の周辺の高濃度汚染地下水は解凍後の地盤中に存在することになるが、これは更に、地中第１吸引体２で吸引除去することができる。
【００２２】
次に、第２の実施の形態における汚染地盤の浄化方法及び浄化体を図３及び図４を参照して説明する。図３は本実施の形態例における浄化体の解凍後の状態を示す概略断面図、図４は本実施の形態例の浄化体における概略平面図である。図３及び図４において、図１及び図２と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し異なる点について主に説明する。すなわち、第２の実施の形態における浄化体１０ａは、第１の実施の形態における浄化体１０に対して、地中凍結管１の近傍に地中第２吸引体３を更に配設させ、これにより、解凍後の高濃度汚染地下水の吸引効率を高めるようにしたものである。
【００２３】
地中第２吸引体３は地中凍結管１の近傍に配設される点を除いて、地中第１吸引体２と同様のものである。地中凍結管１の近傍とは、地中凍結管１に近接した形態から、地中凍結管１から少し離れた形態までを含む意味であるが、地中凍結管１に近接した形態とすることが、例えば地中第２吸引体３から給水し、汚染地下水を押出し、地中第１吸引体２から吸引除去する効率が向上する点で好ましい。
【００２４】
図３及び図４は、汚染地盤領域の解凍後の状態を示す。解凍工程としては、特に制限されず、自然放置で解凍し常温とする方法、不図示の地中加熱管で急速加熱する方法又は地中凍結管１に温水を流し解凍する方法などが挙げられる。このうち、地中凍結管１に温水を流し解凍する方法が簡易且つ迅速な解凍が行なえる点で好ましい。図３及び図４は、原液の周辺の高濃度汚染地下水が解凍後の地盤９中に存在する状況を示すものである。そして、この場合、地中凍結管１の近傍にある地中第２吸引体３を水供給体として使用し、地中第１吸引体２を汚染地下水吸引体として使用する。すなわち、地中第２吸引体３から水を供給すると共に、地中第１吸引体２から高濃度汚染地下水を吸引すれば、循環系の流路が形成され、高濃度汚染地下水を容易且つ効率的に除去できる。なお、地中第２吸引体３は不図示の地上水供給手段に接続されており、図４中、矢印は汚染地下水の流れである。また、地中第２吸引体３に供給される水に代えて、圧縮空気を用いてもよい。圧縮空気を用いた場合も、同様に地中第２吸引体３から地中第１吸引体２に至る汚染地下水の流路が形成される。
【００２５】
第２の実施の形態における汚染地盤の浄化方法によれば、地中第２吸引体３から空気又は水を供給し、地中第１吸引体２から汚染地下水を吸引するため、押出しと吸引の両作用により、浄化効率を一層高めることができる。特に地中凍結管を暖めながら解凍する場合、該地中凍結管に近接する地盤の開いた間隙から、水や空気を供給できるため、工期が短縮すると共に循環が円滑に行われ浄化効率が向上する。
【００２６】
また、第２の実施の形態における汚染地盤の浄化方法の変形例として、地中第１吸引体２を水供給体として使用し、地中第２吸引体３を汚染地下水吸引体として使用することもできる。すなわち、地中第１吸引体２から水を供給すると共に、地中第２吸引体３から汚染地下水を吸引すれば、同様に循環系の流路が形成され、汚染地下水を容易且つ効率的に除去できる。この場合、凍結の際、前記吐き出し効果とは逆に、地下水が地中凍結管１に移動する凍上における水分移動現象を利用できる。この現象は地盤の間隙水が徐々に凍結しアイスレンズと呼ばれる氷層が形成され、更に温度低下が進行すると、未凍結部分から凍結面に向かって水が補給される自然現象であり、汚染地下水が地中凍結管１に集まり易くなる。従って、解凍後、この集まった汚染地下水を直ちに地中第２吸引体３で吸引できると共に、更に供給水で押出すため浄化効率が一層向上する。この第２の実施の形態の変形例においても、地中第１吸引体２から供給される水に代えて、圧縮空気を使用することができる。
【００２７】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
（模擬汚染土壌の作製）
下記組成の模擬汚染土壌を作製し、これを下記有底円筒容器に充填した。充填量は容器の底から１００ｍｍの厚みまで詰めた。模擬汚染土壌には外径７ｍｍ×内径５ｍｍ、先端を充填接着剤で閉じると共に、周面には底部から９０ｍｍまで５ｍｍ間隔で２列合計３６個の内径１ｍｍの細孔を空けた吸引管を配設した。また、吸引管の内側には径０．１ｍｍのコンスタンタン製ヒーター線を沿わせて、吸引時に水滴の凍結による吸引管の閉塞を防いだ。更に、砂粒子の混入を防止するため、吸引管の外周面を不織布で巻いた。
【００２８】
・模擬汚染土壌；密度１．７６ｇ／ｃｍ３（２５℃）、凝固点−４３℃のフッ素系不活性液体１８０ｇを配合すると共に水によって飽和した珪砂５号
・有底円筒容器；筒状部は内径１００ｍｍのアクリル製樹脂、底板は厚さ２ｍｍのアルミニウム板で作製した上部開口容器
【００２９】
（浄化実験）
・−１５℃に調整された冷媒バス中で模擬汚染土壌全体を凍結させた。また、吸引管に投入されたヒーターをＯＮ状態にした。模擬汚染土壌の表面から２ｃｍの深部に設置した温度センサーの読みと、表面の浮遊水の凍結を確認した後、アスピレーターを稼動させ吸引管を作動させた。３０分間の吸引の結果、模擬汚染土壌に添加したフッ素系不活性液体１８０ｇの内、１２４ｇが吸引除去された。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、地下水位以下の飽和地盤を凍結するため、間隙水が凍結状態の地盤中にＤＮＡＰＬを液状物として存在させることができる。また、凍結で生じる吐き出し効果で、間隙水以外の液状物等は地中第１吸引体側に押しやられ、液状物はこの地中第１吸引管で容易に且つ効率的に吸引、除去できる。このため、浄化処理時間の短縮と処理コストの低減が図れる。
本発明によれば、汚染地盤解凍後は、原液周辺の汚染物質が高濃度に溶解した地下水を地中第１吸引体で容易且つ効率的に吸引、除去できる。
本発明によれば、解凍後の凍結管回りは特に汚染物質が高濃度に溶解した汚染地下水が存在するため、この汚染地下水を凍結管近傍に配設された地中第２吸引体から容易且つ効率的に吸引、除去できる。
本発明によれば、一方の地中吸引体から空気又は水を供給し、他方の地中吸引体から汚染地下水を吸引すれば、押出しと吸引の両作用により、浄化効率を一層高めることができる。
本発明によれば、前記浄化方法の発明を確実に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態例における浄化体の概略断面図である。
【図２】第１の実施の形態例における浄化体の概略平面図である。
【図３】第２の実施の形態例における浄化体の解凍後の状態を示す概略断面図である。
【図４】第２の実施の形態例における浄化体の概略平面図である。
【符号の説明】
１      地中凍結管
２      地中第１吸引体
３      地中第２吸引体
５      凍土
６      不透水層
７      汚染物質（原液）
８      汚染地盤領域
９      汚染地盤
１０、１０ａ    浄化体
２１、３１    有穴中空管
２２、３２    ヒーター
２３、３３    通水穴
Ｗ．Ｌ．        地下水位
【図１】
2004298673.tif 000003
【図２】
2004298673.tif 000004
【図３】
2004298673.tif 000005
【図４】
2004298673.tif 000006