(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーガーの掘削軸を正転して地盤を掘削し有機塩素系化合物によって汚染された地下水層の下端部以下まで削孔した後、該掘削軸の引き上げ工程において該地下水層の上端部以上まで正転を維持しながら又は軸回転を停止して該削孔内の土壌を地盤上に排出するとともに該掘削軸の先端部近傍から該削孔内に透水材と鉄含粉とを供給しながら引き上げを行うことによって該地下水層の該削孔内に浄化柱状体を形成し引き続いて該掘削軸を逆転しながら引き上げを行った後、該浄化柱状体に隣接して新たに浄化柱状体を形成する操作を繰り返すことによって浄化壁状体を形成し、前記供給が前記鉄含粉と前記透水材との混合スラリーを加圧し前記掘削軸内の中空部を通して前記引き上げ工程によって負圧になった前記先端部直下の前記削孔内の空間への注入であることを特徴とする汚染地下水処理用浄化体の形成方法。
【請求項２】
前記透水材の粒径、該透水材と前記鉄含粉との混合比率の少なくともいずれかの設定によって前記浄化体の透水性を調整する、請求項１に記載の汚染地下水処理用浄化体の形成方法。
【請求項３】
前記オーガーが、隣接する前記削孔を同時に掘削する一列に並んだ複数の前記掘削軸を備えた多軸オーガーである、請求項１または２に記載の汚染地下水処理用浄化体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＶＯＣ（有機塩素系化合物等）などの汚染物質によって汚染された地下水を、地上に揚水して処理する工程を要することなく、汚染源近傍で汚染された地下水について汚染物質を分解又は無害化する浄化処理を施す方法に関するものである。特には、汚染地下水層近傍においてそのまま浄化処理すべく浄化剤を含有する浄化体を地下水層内に形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＶＯＣ（有機塩素系化合物等）などの汚染物質によって汚染された地下水処理用の浄化壁を地下に形成する従来法（第１従来法）として、バックフォー等のショベル掘削機で掘削して地盤中に地上に開放した溝空間を形成したのち、この溝空間内に砂等の透水材と鉄粉等の浄化剤との混合物を装入して浄化壁を形成する方法が知られている。また別の従来法（第２従来法）として、単軸または多軸の杭打ち機（オーガーという。）の掘削軸を掘削しようとする回転方向に回転（「正転」という。）して削孔した後に、掘削軸を引き上げようとする回転方向に回転（「逆転」という。）して掘削軸を引き上げながら掘削軸の先端から削孔内に鉄粉等の浄化剤を吐出して地下の削孔内の土壌に鉄粉等の浄化剤が混合された浄化柱状体を形成し、さらに、この浄化柱状体に隣接して同様に新たに浄化柱状体を形成する操作を繰り返すことによって地下に浄化壁を形成する方法も知られているところである。
【０００３】
上記の第１従来法は浄化壁の深度が浅く幅が広い大規模な浄化壁を形成する場合には極めて効率的で優れた施工法であって今後も期待され需要の見込まれる有用な方法である。その反面、地表からバックフォー等のショベル掘削機で掘削する都合上から掘削深度が１０〜１５メーター（ｍと表す。）が掘削限度であってそれ以上の深度域に汚染地下水層がある場合の掘削は困難なこと、また、掘削幅が１ｍ未満というような狭い幅での掘削が困難なこと、さらに掘削にあたっては溝空間の両側壁が崩落しないように溝空間の両側壁に鋼矢板などの山留めを打設して行い浄化壁形成後にはこの鋼矢板などの山留めを引き抜く工程が必要であることなど、工程数が多く、掘削量も大きく、コストおよび工期の点から、浄化壁の深度が深く幅が狭い浄化体を形成する場合には必ずしも有利でない場合があるという問題があった。
【０００４】
また、上記の第２従来法は高深度まで狭い幅で掘削できる施工法であって、オーガーを用いて掘削軸による掘削と掘削軸の引き上げによって浄化柱状体を形成し、これを繰り返して浄化壁を形成する効率的な施工法であるが、掘削した削孔内の土壌中に鉄粉等を吐出して土壌と混合して浄化壁を形成するものであるため、形成された浄化壁の透水性が掘削前の土壌に比較して大幅に、具体的には後述の比較例に示すように百分の一程度にも低下してしまい、浄化能力が低減されてしまうことがあるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、より透水性の良い浄化体を短期間に効率よく形成できない点、高深度域に汚染地下水脈流が通水可能な浄化体を低掘削量で効率的に形成できない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、地下に汚染地下水処理用の浄化体を形成する方法であって、第１に、オーガーの掘削軸を正転して地盤を掘削し削孔した後、該掘削軸の引き上げ工程において正転を維持しながら又は軸回転を停止して該削孔内の土壌を地盤上に排出するとともに該掘削軸の先端部近傍から該削孔内に透水材と浄化剤とを供給しながら引き上げを行うことによって地下の該削孔内に浄化柱状体を形成することを特徴とする汚染地下水処理用浄化体の形成方法であり、第２に、オーガーの掘削軸を正転して地盤を掘削し地下水層の下端部以下まで削孔した後、該掘削軸の引き上げ工程において該地下水層の上端部以上まで正転を維持しながら又は軸回転を停止して該削孔内の土壌を地盤上に排出するとともに該掘削軸の先端部近傍から該削孔内に透水材と浄化剤とを供給しながら引き上げを行うことによって該地下水層の該削孔内に浄化柱状体を形成し引き続いて該掘削軸を逆転しながら引き上げを行うことを特徴とする汚染地下水処理用浄化体の形成方法であり、第３に、前記浄化柱状体を形成した後、該浄化柱状体の近傍に又は隣接して新たに浄化柱状体を形成する操作を繰り返すことによって浄化壁状体を形成する、第１または２に記載の汚染地下水処理用浄化体の形成方法であり、第４に、前記地下水が有機塩素系化合物によって汚染された地下水であり、前記浄化剤が鉄を含有する粉体（鉄含粉という。）などの反応剤であって、前記供給が該鉄含粉と前記透水材との混合スラリーを加圧し前記掘削軸内の中空部を通して前記引き上げ工程によって負圧になった前記先端部直下の前記削孔内の空間への注入である、第１〜３のいずれかに記載の汚染地下水処理用浄化体の形成方法であり、第５に、前記透水材の粒径、該透水材と前記浄化剤との混合比率の少なくともいずれかの設定によって前記浄化体の透水性を調整する、第１〜４のいずれかに記載の汚染地下水処理用浄化体の形成方法であり、第６に、前記オーガーが、近傍の又は隣接する前記削孔を同時に掘削する一列に並んだ複数の前記掘削軸を備えた多軸オーガーである、第１〜５のいずれかに記載の汚染地下水処理用浄化体の形成方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１に、オーガーを用いて必要に応じた狭い掘削幅で高深度域まで削孔し、掘削軸の正転を維持した又は軸回転を停止した引き上げによって透水材と浄化剤とを供給して浄化柱状体を形成することによって通水可能な汚染地下水処理用の浄化体を地下水層近傍に効率的に形成することができる。第２に、地下水層の下端部以下まで削孔した後、地下水層の上端部以上までの削孔内に透水材と浄化剤とを供給して浄化柱状体を形成し、その上の削孔内の土壌の排出を要しないので、排出土壌量並びに透水材及び浄化剤の供給量を必要最低限とし、低コストで効率的に浄化体を形成することができる。第３に、形成した浄化柱状体の近傍に又は隣接して新たに浄化柱状体を形成する操作を繰り返すことによって効率的に浄化壁状体（単に、浄化壁ともいう。）を形成することができる。第４に、オーガー掘削軸の正転を維持しながら又は軸回転を停止しての引き上げによって先端部直下の掘削孔内の空間が負圧になり、透水材と浄化剤との供給速度が向上し、浄化体の形成速度を向上させることができる。第５に、透水材の粒径、透水材と浄化剤との混合比率の少なくといずれかを設定することによって、好ましくは両者とも設定しこれらを組み合わせることによって、汚染地下水層における地下水の移動速度（流速）に合わせて浄化体の透水性を調整することができる。最後に第６に、多軸（例えばｎ軸）オーガーの使用によって浄化壁の形成速度を単にｎ倍に向上させることができるだけではなく、複数の浄化柱状体を近傍に又は相互に隣接させて配置させることも可能となって、地下水の下流域での汚染進行を速やかに阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明が適用される地下水汚染物質としては一例として、近年使用が増えているトリクロロエチレン（「ＴＣＥ」と表す。）、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン（「ｃ−ＤＣＥ」と表す。）、パークロロエチレン（「ＰＣＥ」と表す。）、１，１，１−トリクロロエタン（「ＭＣ」と表す。）、ジクロロメタン（「ＤＣＭ」と表す。）、さらには四塩化炭素や塩化ビニルなどに代表される有機塩素系化合物が挙げられ、この場合の好適な浄化剤として鉄粉が挙げられるが、汚染物質、浄化剤ともにこれらに限られるものではない。すなわち、本発明はあらゆる汚染物質で汚染された地下水を対象とすることができ、この汚染物質に応じて浄化に好適な浄化剤を選択して用いるものである。
【０００９】
本発明で使用されるオーガーは、基本的には、土木用地盤基礎工事に使用される通常のオーガーを使用することができるが、本発明においては掘削軸の引き上げ工程においても掘削時と同様に正転を維持し又は軸回転を停止して削孔内の土壌を地盤上に排出するので掘削軸外周の螺旋翼の上面も下面同様に硬度、耐摩耗性を付与するのが好ましい。また、掘削軸の先端部近傍から削孔内に粒状の透水材と粉状の浄化剤とを含有する混合スラリーを注入するため、掘削軸内の中空部および先端部近傍の吐出口は粒状の透水材の粒径以上の内径を有し、それぞれの内面には一定の硬度、耐摩耗性を付与するのが好ましい。
【００１０】
オーガーの掘削軸の長さは種々選択できるが通常は２０ｍ以下のものが多く削孔深度が２０ｍ以下等の浅い場合は通常の１本で済むが、削孔深度が２０ｍを超える場合等の深い場合は掘削軸を順次連結することにより任意の深さ（例えば２０ｍの掘削軸をｎ本連結して２０ｍのｎ倍）まで掘削することができる。この場合掘削軸の直径は任意のサイズを選択することができるが通常は５５〜８５ｃｍφの場合が多い。また、オーガーの掘削軸数が多い（すなわち多軸な）ほど掘削速度が向上するが、オーガー車両本体の移動、掘削効率等の観点から、通常は３軸オーガーが用いられることが多い。
本発明において掘削軸の引き上げによって削孔内の土壌を地盤上に排出するにあたっては、軸回転を停止して掘削軸を引き上げることによって掘削軸の上昇速度と基本的に同一速度で削孔内の土壌排出が可能であるが、軸回転の正転を維持しながら掘削軸を引き上げれば掘削軸外周の螺旋翼の上向き螺旋運動によって土壌排出速度がさらに増加する。また、掘削軸の引き上げ工程中に一時的に軸回転を逆転させることによって削孔内の土壌を撹拌してその後の正転又は軸回転停止の引き上げによって削孔内の土壌を地盤上に排出しやすくすることができる。他、掘削土壌の落下を防止できるので、透水材、浄化剤への混入を防止でき、より均質な浄化柱状体を形成することができる。
【００１１】
また、オーガーの掘削軸を正転して地盤を掘削し地下水層の下端部以下（近傍）まで削孔した後、掘削軸の引き上げ工程において地下水層の上端部以上（近傍）まで正転を維持しながら又は軸回転を停止して削孔内の土壌を地盤上に排出するとともに掘削軸の先端部近傍から削孔内に透水材と浄化剤とを供給しながら引き上げを行うことによって地下水層の削孔内に浄化柱状体を形成しその後は掘削軸を逆転しながら削孔内の土壌を地盤上に排出することなく引き上げを行って、浄化体を効率的に形成することができる。さらには、地下において形成した浄化柱状体の近傍に又は隣接して新たに浄化柱状体を形成する操作を繰り返すことによって地下水層内の削孔部分にのみ浄化壁を効率的に形成することができる。
【００１２】
浄化剤は処理すべき汚染物質に応じて好適な物質（好ましくは粉状）を任意に選定し、透水材（好ましくは粒状または砂状）と水とともに地上であらかじめ混合してスラリー化しておき、掘削軸内の中空部を通して先端部近傍に送液し、先端近傍部の吐出口から直下の負圧になった削孔内の空間に注入して地下の削孔内に浄化柱状体を形成する。この負圧は、掘削軸の引き上げにより削孔内の土壌が地盤上に排出されたことに伴って軸先端部の直下に空間が形成されるために発生するものである。さらには、この浄化柱状体の近傍に又は隣接してさらに新たな浄化柱状体を形成する操作を繰り返すことによって、浄化壁状体を形成する。
【００１３】
鉄含粉として代表的な鉄粉等の浄化剤は０．１〜１０ｍｍφの粉が好ましい。透水材は０．１〜１０ｍｍφの砂または砕石が好ましく、形成される浄化体の透水性に合わせて粒径を調整する。また、浄化体の透水性は浄化剤と透水材との混合比率によっても調整することができ、透水材の粒径と上記混合比率とを併用するのが好ましい。
また、掘削前に地下水層についてその幅、深さ、また地下水の移動速度（流速）、地下水層の上の地層等を測定しておき、これらのデータに基づいて浄化体の透水性、体積を算出し、これに基づいて透水材の粒径、使用量、浄化剤の混合比率等を求めることができる。なお、透水性の指標である透水係数ｋは、例えば定水位法などによって測定することができる。
【００１４】
なお、本発明による浄化体の概念断面図を図１に、オーガー全体の側面図を図２に、このオーガーが３軸オーガーである場合の掘削軸部分の正面図を図３に、さらにこの３軸オーガーを使用して掘削中の地盤断面図を図４にそれぞれ示す。
【実施例】
【００１５】
以下に本発明の実施例を記載するが、本発明の技術的範囲はこの記載に限定されるものではない。
【００１６】
有機塩素系化合物によって汚染された地下水層がある砂混じりシルトからなる土質の地盤を対象に、浄化剤として粒径０．５〜５ｍｍφの鉄粉と透水材として粒径０．５〜５ｍｍφの砂を１５：８５の重量比とし、５０重量％濃度の水スラリーとしてあらかじめ準備し、オーガーの掘削軸を正転して地盤を１３ｍ掘削し削孔した後、掘削軸の引き上げ工程において正転を維持しながら削孔内の土壌を地盤上に排出するとともに掘削軸の先端部近傍から削孔内に透水材と浄化剤とを含有する上記水スラリーを加圧して注入しながら行うことによって地盤中の削孔内に６０ｃｍφの浄化柱状体を形成し、さらに、前記浄化柱状体に隣接して新たに浄化柱状体を形成する操作を繰り返して浄化柱状体が連接された汚染地下水処理用の幅６０ｃｍの浄化壁を形成し、上記土質および形成された浄化壁のそれぞれについて透水係数ｋ０およびｋ（ｃｍ／秒）を測定し、透水性を評価した。
【００１７】
なお、上記実施例に合わせて次の比較例に示す比較試験を行った。なお、各比較例とも下記に記載した事項以外は上記実施例と同様である。
［比較例１］ 引き上げ工程において掘削軸を逆転して削孔内の土壌を排出せず、また透水材を使用せずに先端部から鉄粉を乾式で削孔内に供給して混合し、鉄粉が１５重量％の浄化壁を形成した。土質および形成された浄化壁のそれぞれについて透水係数ｋ０およびｋを測定し、透水性を評価した。
［比較例２］ 引き上げ工程において掘削軸を逆転して削孔内の土壌を排出せず、また透水材を使用せずに先端部から鉄粉をスラリー状で削孔内に注入して混合し、鉄粉が１５重量％の浄化壁を形成した。土質および形成された浄化壁のそれぞれについて透水係数ｋ０およびｋを測定し、透水性を評価した。
【００１８】
【表１】
0004660690.tif 000002
【００１９】
すなわち、比較例１のように削孔内の土壌中に乾式で鉄粉を供給して混合し形成した浄化壁にあっては削孔内が密に充填されて透水係数が元の土質の０．０９倍すなわち１割以下にも低下し、さらに比較例２のように削孔内の土壌中にスラリー状で鉄粉を供給して混合して形成した浄化壁にあっては地盤がいっそう密に充填されて透水係数が元の土質の０．０１２５倍すなわち実に１％前後にまでも低下してしまうところ、実施例の浄化壁にあっては透水係数が元の土質の０．４５倍すなわち１／２程度の低下にとどまるものであって、鉄粉量が同一含有比率の場合において、比較例１の透水係数の５倍、比較例２の透水係数の実に３６倍もの透水係数を達成することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
高深度域に汚染地下水層がある場合に、さらには幅の狭い場合であっても、地下水流の通水に不都合を来すことのない高透水性の浄化体を効率的に低コストで形成する場合に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による浄化体の概念断面図である。
【図２】オーガー全体の側面図である。
【図３】オーガーが３軸オーガーである場合の掘削軸部分の正面図である。
【図４】３軸オーガーを使用して掘削中の地盤断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  浄化体
２  帯水層（地下水層）
３  地下水流方向
４  汚染源（汚染物質）
５  汚染された地下水
６  浄化された地下水
７  地盤
８  元の土質部分
９  オーガー
１０  掘削軸
１１  削孔
１２  連結部
１３  連結軸
１４  減速機
１５  オーガーヘッド
【図１】
0004660690.tif 000003
【図２】
0004660690.tif 000004
【図３】
0004660690.tif 000005
【図４】
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