(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径０．５〜２０ｍｍの砂又は礫分に水を噴霧し、攪拌移動して砂又は礫分の表面を均等に湿らせ、次いで、還元剤である金属粉体を投入し、攪拌移動して得られるものであることを特徴とする地下水浄化杭用材料。
【請求項２】
粒径０．５〜２０ｍｍの砂又は礫分に、該砂又は礫分１００重量部に対して３〜１１重量部の水を噴霧し、攪拌移動して砂又は礫分を湿らせた状態とし、次いで、該砂又は礫分１００重量部に対して１０〜２００重量部の還元剤である金属粉体を混合し、攪拌移動することを特徴とする地下水浄化杭用材料の製造方法。
【請求項３】
前記攪拌移動は回転軸が水平又は水平面に対して傾斜を有するパドルミキサー又は容器が天地方向に回転して攪拌を行うコンクリートミキサーにより行われることを特徴とする請求項２記載の地下水浄化杭用材料の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の地下水浄化杭用材料からなる浄化杭を、地中に間欠的且つ列状的に配置してなり、前記浄化杭は地下水水位より深部に配置され、地下水水位より浅部は空打ち部であることを特徴とする地下水浄化杭。
【請求項５】
前記地下水浄化杭は、地中に間欠的且つ複数列状で、更に千鳥状とし、地下水の透過率が５０〜１００％となるように配置されることを特徴とする請求項４記載の地下水浄化杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、揮発性有機化合物等によって汚染された地下水を浄化するために使用する金属系還元剤を分離させることなく、安定して砂又は礫分中に保持することが可能な地下水浄化杭用材料、その製造方法及びそれを用いた地下水浄化杭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。
【０００３】
これを解決するものとして、揮発性有機化合物で汚染された地下水の流れを遮断する方向で金属性還元剤を含んだ浄化連続壁を地中に形成し、該浄化連続壁を地下水が通過する際に還元反応により、汚染物質を分解させ無公害化させる方法がある（国際公開番号ＷＯ９１／０８１７６号公報）。
【０００４】
この処理方法は、地下水中の汚染物質が有効に分解されるため、有用な技術ではある。しかし、この方法は地中に浄化連続壁を設置する際、金属性還元剤が高密度であるため、砂又は礫分などの増量材から分離してしまい、地下水の浄化機能を低下させてしまうという問題がある。かかる問題を解決するものとして、地中に連続配置される浄化壁を円柱の連続杭又は間欠杭とし、該円柱に金属性還元剤を収納した円筒袋を積み重ねて、更に、該円筒袋をドーナツ型にすることで金属性還元剤の分離を防止すると共に、透水性の改善を図ったものも開示されている（特開平１１−１５６３５１号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円柱に金属性還元剤を収納した円筒袋を積み重ねる方法は、円筒袋の作製が複雑で面倒であり、施工コストを上昇させてしまう。また、円筒袋がドーナツ状であればなおさらである。また、地下水の浄化方法として、地中連続浄化壁を構築し、汚染された地下水の全量、すなわち透過率１００％として処理するのではなく、従来の汚染水汲み上げ井戸を有効に活用し、該井戸での汚染物質の処理負荷を低減する地下浄化壁の設置の要望もある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、高密度の粉体状金属性還元剤の分離が生じない地下水浄化杭用材料、及びこれを簡易な方法で製造する方法並びに該地下水浄化杭用材料を使用して施工された地下水浄化杭を提供することである。
【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った結果、増量材の砂又は礫分に特定粒径範囲のものを使用し、これに還元剤である金属粉体を混合、攪拌する際、砂又は礫分の表面が湿る程度に水分を含水したものであれば、砂又は礫分表面に粉体がいわゆるきな粉をまぶしたように付着し、該付着物が浄化杭用材料製造過程、搬出及び浄化杭打設に至る一連の振動過程においても何ら分離することはなく、これを地下水浄化杭の材料として使用すれば該浄化杭の還元浄化機能が継続的、且つ有効に維持されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、粒径０．５〜２０ｍｍの砂又は礫分に水を噴霧し、攪拌移動して砂又は礫分の表面を均等に湿らせ、次いで、還元剤である金属粉体を投入し、攪拌移動して得られるものであることを特徴とする地下水浄化杭用材料を提供することにある。
【０００９】
また、本発明は、粒径０．５〜２０ｍｍの砂又は礫分に、該砂又は礫分１００重量部に対して３〜１１重量部の水を噴霧し、攪拌移動して砂又は礫分を湿らせた状態とし、次いで、該砂又は礫分１００重量部に対して１０〜２００重量部の還元剤である金属粉体を混合し、攪拌移動することを特徴とする地下水浄化杭用材料の製造方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、前記地下水浄化杭用材料からなる浄化杭を、地中に間欠的且つ列状的に配置してなり、前記浄化杭は地下水水位より深部に配置され、地下水水位より浅部は空打ち部であることを特徴とする地下水浄化杭を提供することにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の地下水浄化杭用材料において、粒径０．５〜２０mmの砂又は礫分は、天然の土のうち、中砂、粗砂、細礫及び中礫分を言い、これらの１種又は２種以上の混合物が使用できる。また、粒径０．５〜２０mmの人工の砕石や一般土木用７号砕石も使用できる。該砂又は礫分の粒径が上記範囲にあれば、鉄粉などの金属性還元剤との均一な混合が可能となると共に、浄化杭として使用した場合、適切な透水性が得られる。また、粒径０．５〜２０mmの砂又は礫分は、粒径２〜５mmの細礫分が、該材料中８０％以上、好ましくは９０％以上であって、残部が粒径０．５〜２０mmの範囲内にあるものがより好適である。該砂又は礫分の粒径は上記範囲内であるが、本発明の効果を阻害しない範囲で少量の粒径０．５mm未満、粒径２０mmを越える細砂や粗礫分を含んでいてもよい。
【００１２】
還元剤である金属粉体としては、鉄又は亜鉛の単体、若しくはそれらの合金又は化合物の粉体が挙げられる。このうち、鉄粉が安価であり、且つ廃棄物として排出されるものも使用できる点で好適である。還元剤である金属粉体は、平均粒径が砂又は礫分の粒径の１／２〜１／１００程度のものが、後述する適量の水分の存在下、砂又は礫分と金属粉体との均一な混合物を形成できる。また、該金属粉体の配合量は、地下水浄化杭用材料１００重量部に対して、１０〜２００重量部、好ましくは１０〜５０重量部の範囲であれば、還元浄化機能を発揮するに十分な量とすることができる。
【００１３】
本発明の地下水浄化杭用材料は、上記粒径の砂又は礫分と還元剤である金属粉体とが均一に混ざり合った混合物であって、含水量が１〜１０重量％、好ましくは３〜５重量％である。均一に混ざり合った混合物とは、前記砂又は礫分中、前記金属粉体が均一に分布している状態を言い、目視観察によれば、砂又は礫分表面は水が浮くほどには見えず、湿った状態であり、この砂又は礫分表面に金属粉体がいわゆるきな粉を均一にまぶしたように付着している状態である。すなわち、砂又は礫分表面と金属粉体がその間に存在する水のメニスカスによる吸引作用で吸着状態にあると推察される。含水量が１重量％未満、あるいは１０重量％を越える場合、いずれも上記吸引作用が起こり難くなり、従って、僅かな振動においても、高密度の金属粉体は分離する傾向となる。
【００１４】
本発明の地下水浄化杭用材料によれば、上記粒径の砂又は礫分と還元剤である金属粉体が、適量の水の存在により均一に混ざり合った難分離性の混合物となるため、該混合物から還元剤である金属粉体が浄化杭用材料製造過程、搬出及び浄化杭打設に至る一連の振動過程においても何ら分離することはない。また、砂又は礫分中に還元剤である金属粉体が均一に分布するため、地下水浄化杭用材料として好適である。
【００１５】
本発明の地下水浄化杭用材料は、粒径０．５〜２０mmの砂又は礫分と、該砂又は礫分１００重量部に対して３〜１１重量部の水と、該砂又は礫分１００重量部に対して１０〜２００重量部の還元剤である金属粉体を混合し、攪拌して、前記砂又は礫分と前記金属粉体が均一に混ざり合った混合物を得ることで製造されるが、好ましくは、粒径０．５〜２０mmの砂又は礫分と、該砂又は礫分１００重量部に対して３〜１１重量部の水を予め混合し、攪拌して砂又は礫分を湿らせた状態とし、次いで、該砂又は礫分１００重量部に対して１０〜２００重量部の還元剤である金属粉体を混合し、攪拌して、前記砂又は礫分と前記金属粉体が均一に混ざり合った混合物を得ることで製造される。予め、砂又は礫分表面を適量の水で湿らし、その後、金属粉体を添加すると、前記吸着作用により金属粉体の砂又は礫分への付着が円滑に進行する点で好ましい。
【００１６】
攪拌方法としては、砂又は礫分と金属粉体を十分に攪拌するものであれば、特に制限されないが、特に、砂又は礫分と金属粉体との混合物が天地方向に回転して攪拌される、すなわち、上下方向の移動を伴った攪拌が行われることが好ましい。このような攪拌は回転軸が水平又は水平面に対して傾斜を有するパドルミキサー又は容器が天地方向に回転して攪拌を行うコンクリートミキサーにより行われる。回転軸が水平面に対して傾斜を有するパドルミキサーの場合、傾斜角の最大は３０度程度であり、通常３〜５度である。パドルミキサーにおいて、回転軸が若干の傾斜を有していると、パドル内において攪拌物の滞留時間が長くなり、より十分な攪拌が行われる。上記攪拌手段のうち、容器が天地方向に回転して攪拌を行うコンクリートミキサーを使用することが、比較的大容量の攪拌が可能であり、且つ砂又は礫分と金属粉体との混合物全体が天地方向に回転して攪拌される点で好適である。また、前記好ましい製造方法において、砂又は礫分と水の攪拌と、湿った砂又は礫分と金属粉体の攪拌は共に、同じ攪拌装置で行うことが効率的である。砂又は礫分と金属粉体を攪拌する条件としては、特に制限されないが、コンクリートミキサーの場合、５〜１５rpm 、数分から十数分間が好ましい。
【００１７】
本発明の製造方法によれば、得られた地下水浄化杭用材料は前記同様、上記粒径の砂又は礫分と還元剤である金属粉体が、適量の水の存在下において均一に混ざり合った混合物であるため、該混合物から還元剤である金属粉体が浄化杭用材料製造過程、搬出及び浄化杭打設に至る一連の振動過程においても何ら分離することはない。また、砂又は礫分中に還元剤である金属粉体が均一に分布するため、地下水浄化杭用材料として好適である。更に、本発明の製造方法は既存の設備を使用し、簡易な方法で行えるため、コスト低減に大いに寄与できる。
【００１８】
本発明の地下水浄化杭は、前記地下水浄化杭用材料からなる浄化杭を、地中に間欠的且つ列状的に配置してなる。すなわち、前記地下水浄化杭用材料は製造工場から施工現場まで雨水の混入を避ける方法で搬入され、公知の砂杭造成工法で浄化杭が打設される。公知の砂杭造成工法は、例えば、中空管を地盤中の設計深度まで貫入した後、前記材料を投入し、中空管を地表に引き抜く過程で、前記投入された材料を排出して砂杭を造成する方法である。また、列状的な配置としては、１列状及び２列以上の複数列状が挙げられる。
【００１９】
本発明の地下水浄化杭の配置例を図１及び図２を参照して説明する。図１は地下水浄化杭の配置を説明する縦断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿って見た図をそれぞれ示す。図１及び図２において、地下水浄化杭１は、地下水の流れに対し、汚染源の下流に形成され、地下水水位Ｗ．Ｌ．より深部に配置され前記還元剤である金属粉体が混入された浄化杭１ｂと、地下水水位Ｗ．Ｌ．より浅部に配置される空打ち部１ａとからなる。空打ちとは、還元剤である金属粉体が混入されていない砂又は礫分などを言う。地下水水位Ｗ．Ｌ．より浅部に空打ち部１ａを設けることにより、揮発性有機物が存在しない領域において還元剤を使用する無駄を排除することができる。また、空打ち部を無充填の空間としても本発明の効果は奏するものの、地表に凹凸が生じることは危険であり、上記の如く、金属粉体無充填の空打ち部により、施工などの安全を確保することができる。本例の地下水浄化杭は、地下水水位Ｗ．Ｌ．より浅部に空打ち部１ａを配置しているが、他の例として当該地下水水位Ｗ．Ｌ．より浅部においても前記還元剤である金属粉体が混入された浄化杭を配置する形態が挙げられる。この場合、揮発性有機物が存在しない領域において還元剤を使用する無駄があるものの、地下水水位Ｗ．Ｌ．より深部から地表までの連続杭を均一材料で施工でき施工効率がよいという利点がある。図中、地下水浄化杭１は地中に等ピッチで間欠的、且つ２列に配置されている。本例では１列１８本の浄化杭が２列の計３６本であり、前列１Ａの１本の浄化杭１１とこれに隣接する浄化杭１２の間１０１に、後列１Ｂの浄化杭１３が入るように、すなわち、前列１Ａの浄化杭と後列１Ｂの浄化杭は互いに千鳥状に配置されている。そして、図１に示すように、正面視、浄化杭造成領域断面中、浄化杭が占める断面積の割合、すなわち、地下水の透過率は７５％となるように配置されている。図１中、符号２は地表３の舗装部を示す。
【００２０】
次に、地下水浄化杭１による汚染地下水の浄化方法について説明する。汚染地下水の７５％は地中に等ピッチで間欠的、且つ２列に配置された地下水浄化杭１内を透過する。その際、地下水は通常ｐＨが中性域にあり、且つ酸化還元電位が低いため、例えば、地下水中の難分解性ハロゲン化炭化水素は、還元性金属粉体の存在下、脱ハロゲン化され、無害な炭化水素に変換されると共に、水素を発生する。これにより、難分解性ハロゲン化炭化水素が無害化され、汚染地下水が浄化される。この地下水浄化杭１は、該杭中に還元剤が均一に分布しているため、該浄化杭１を通過する汚染地下水は長期間に渡り安定して浄化される。そして、汚染地下水の２５％は地下水浄化杭１を透過することなく通過するが、図では省略する下流側の井戸において、汚染物質濃度が希釈された地下水として汲み上げられ、該汲み上げられた地下水が従来の方法に基づき地上において浄化される。これにより、汚染地下水の流れを全部遮断するように形成される連続壁に比較して、浄化杭の施工が行い易くなると共に、還元剤を含めた浄化杭材料を節減できる。また、既存井戸における浄化の負荷を低減することができる。
【００２１】
本発明の地下水浄化杭の配置としては、特に限定されず、上記以外に例えば、図３に示すように、地中に等ピッチで間欠的、且つ２列の千鳥状配置を汚染地下水の流れに対して角度α又は角αより小さく採れば、前列１Ａの１本の浄化杭１１とこれに隣接する浄化杭１２の隙間１０１の寸法は汚染地下水の流れ方向に対して、狭くなるため、後列１Ｂの浄化杭１３がすっぽり入り、透過率はほぼ１００％を達成することができる。このように、本発明においては、地下水の透過率が５０〜１００％となるように、種々の配列形態をとることができる。種々の配列形態としては、１列の間欠配置、２列又は３列以上の千鳥状の間欠配置、更に、これに、地下水の流れに対し傾斜をつけた配置などが挙げられる。
【００２２】
【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
回転軸が水平面から５度傾斜し、全長２．３m 、各軸を互いに正逆反対方向に８０rpm で回転させ、混合物を天地方向に回転しつつ攪拌しながら、左右方向に１m/分の速度で移動させ、軸端部から混合物を排出する小型２軸パドルミキサーを使用した。先ず、粒径２〜５mmのものが全体の約９０％を占め、平均粒径が１．８mmの乾燥珪砂２号を上記小型２軸パドルミキサーの左端部上方から１００kg/ 分で投入した。更に、珪砂２号が小型２軸パドルミキサーに落ちる部分に水を５リットル/ 分噴霧した。珪砂２号と水は小型２軸パドルミキサーで攪拌移動することにより、珪砂２号の表面を均等に湿らせることができた。次に、珪砂２号及び水の投入口から右へ０．６m の部分に平均粒径７５μm の粉末冶金用鉄粉を上方から２５kg/ 分の割合で投入した。投入した鉄粉は表面が湿らせた珪砂２号と共に、小型２軸パドルミキサーで攪拌、移動され排出口から均一な混合物として排出された。混合物が排出された後の小型２軸パドルミキサーを点検したところ、鉄粉や珪砂２号が偏って付着している部分は確認できなかった。原料の合計使用量は珪砂２号が１０００kg、水が５０リットル、粉末冶金用鉄粉が２５０kgであった。
【００２３】
（混合物の分離性評価）
２リットルガラス容器に前記混合物を容器容積の８０％となるように充填、封止し、振幅巾３０mm、振幅回数１２０回／分で１分間加振して目視観察した。その結果、粉末冶金用鉄粉の分離は認められず、ガラス容器中の混合物を上中下の３試料に分けて含有量を分析したところ、鉄粉と珪砂２号の重量比はいずれも投入量比率に対して、ばらつきは２％以内であった。更に、混合物を顕微鏡で観察したところ、珪砂２号の表面に鉄粉がきなこをまぶしたように均一に付着していた。
【００２４】
比較例１
水の噴霧を行わない以外は、実施例１と同様の方法で小型２軸パドルミキサーの排出口から混合物を得た。該混合物は一見、均一混合物として排出された。混合物が排出された後の小型２軸パドルミキサー内を観察したところ、小型２軸パドルミキサーの下方全域、特に、鉄粉投入口の下方に鉄粉の塊が残留していた。得られた混合物の分離性を実施例１と同様の加振方法で評価したところ、粉末冶金用鉄粉はガラス容器の下方に沈降し、明らかに鉄粉と珪砂２号は分離していた。
【００２５】
参考例１
粒径２〜５mmのものが全体の約９０％を占め、平均粒径が１．８mmの乾燥珪砂２号５０ｋｇに水分２．５リットルを加え、回転軸が垂直で攪拌羽根が水平面内を回転する小型ミキサーを用いて攪拌し、珪砂２号の表面を均等に湿らせた（含水比５％）。次いで、湿った珪砂２号５２．５ｋｇに、平均粒径７５μm の粉末冶金用鉄粉を１２．５ｋｇ混合し、更に、同じ小型ミキサーを用いて該混合物が主に水平面内において攪拌される条件で１０分間行った。得られた珪砂２号と鉄粉の混合物は、一見均質攪拌混合されたように見えたが、攪拌羽根の外周部分に鉄粉の一部が集積しており、混合が偏っていることが判明した。
【００２６】
実施例１から明らかなように、含水量５％の湿った珪砂２号に粉末冶金用鉄粉を添加し、更に、天地方向に回転するように攪拌した混合物は、粉末冶金用鉄粉と珪砂２号の付着が強固であり、容易には脱落しないものであった。これに対して、比較例１は乾燥した珪砂２号と粉末冶金用鉄粉をいくら強固に攪拌しても、粉末冶金用鉄粉は分離しており、適量の水分の存在が大切であることが判った。一方、攪拌方法は水平面内の攪拌より、上下方法の攪拌が優れていることが判った。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の地下水浄化杭用材料によれば、上記粒径の砂又は礫分と還元剤である金属粉体が、適量の水の存在により均一混合物となり、且つ砂又は礫分の表面に金属粉体が吸着状態にあるため、該混合物から還元剤である金属粉体が浄化杭用材料製造過程、搬出及び浄化杭打設に至る一連の振動過程においても何ら分離することはない。また、砂又は礫分中に還元剤である金属粉体が均一に分布するため、地下水浄化杭用材料として好適である。
また、本発明の地下水浄化杭用材料の製造方法によれば、得られた地下水浄化杭用材料は前記同様の効果を奏する。また、本発明の製造方法は既存の設備を使用し、簡易な方法で行えるため、製造コストを低減させることができる。
また、本発明の地下水浄化杭によれば、例えば、地下水中の難分解性ハロゲン化炭化水素は、還元性金属粉体の存在下、脱ハロゲン化され、無害な炭化水素に変換される。これにより、難分解性ハロゲン化炭化水素が無害化され、汚染地下水を浄化できる。また、地下水浄化杭は、該杭中に還元剤が均一に分布しているため、該浄化杭を通過する汚染地下水は長期間に渡り安定して浄化される。更に、汚染地下水の流れを全部遮断するように形成される連続壁に比較して、浄化杭の施工が行い易く、還元剤を含めた浄化杭材料を節減できる。また、下流側に設置される既存井戸における浄化の負荷を低減できる
【図面の簡単な説明】
【図１】  地下水浄化杭の配置を説明する図である。
【図２】  図１のＸ−Ｘ線に沿って見た図である。
【図３】  地下水浄化杭の他の配置を説明する図である。
【符号の説明】
１、１１、１２、１３          地下水浄化杭
１ａ        空打ち部
１ｂ        浄化杭
１Ａ        地下水浄化杭の前列
１Ｂ        地下水浄化杭の後列
２          舗装部
３          地表
１０１        地下水浄化杭と隣接地下水浄化杭の隙間
α          汚染地下水の流れと地下水浄化杭の列方向とのなす角度
Ｗ．Ｌ．      地下水水位
【図１】
0004721312.tif 000002
【図２】
0004721312.tif 000003
【図３】
0004721312.tif 000004