(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯水層の下層に位置する注入井から超高圧の空気を短時間の間隔でパルス状にして間欠的に地下水中に注入し、土粒子に吸着した油分を浮遊させる油分剥離工程と、該帯水層の上層に位置する揚水井から浮遊した油分の混じった地下水を回収する地下水回収工程と、回収した地下水を油水分離して油分を除去する油水分離工程と、を備え、油分を除去した後の地下水を上記帯水層に還元することを特徴とする油分による汚染地下水の浄化方法。
【請求項２】
地下水の帯水層の下層に挿入される注入井と、この注入井に超高圧の圧搾空気を短時間の間隔でパルス状にして間欠的に供給する高圧間欠空気注入装置と、上記帯水層の上層に挿入される揚水井と、揚水井から回収した地下水を導入してこれに含まれる油分を除去する油水分離設備と、を備えたことを特徴とする油分による汚染地下水の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油分による汚染地下水の浄化方法およびその浄化装置に関し、とりわけ、注入井から超高圧の空気を短時間の間隔でパルス状にして間欠的に瞬時に地下水中に吹き込むことにより、帯水層に吸着した油分の剥離を促進して地下水を浄化するようにした油分による汚染地下水の浄化方法およびその浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、油や溶剤などの油分による汚染地下水を浄化する方法または装置が各種提案されており、一般的には、汚染区域に井戸を設けてこの井戸から汚染された地下水を汲み上げて浄化するようになっている。また、井戸を地下水の帯水層内に設置した例として特開平１０−２４９３２６号公報に開示されたものがある。これは帯水層に設置した井戸内でメタンなどのガス状基質を地下水に溶解させ、かつ、井戸上部でガス吸引して浄化し、この浄化した地下水を帯水層内に戻すことにより原位置浄化するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地下水が油分により汚染されている場合には、この油分が帯水層付近の土壌に付着または含浸して吸着された状態にあり、地下水中に容易に流れ出すことはない。従って、帯水層内に井戸を設けて原位置浄化しようとした場合には、主に井戸内の地下水に含まれた油分が浄化対象となり、土壌に吸着された油分までを効果的に浄化することはできない。
【０００４】
また、井戸内で浄化した地下水は、その後に帯水層内に放出されるが、この浄化地下水の放出は井戸内の水位を下降させることにより行うので、その速度は非常に遅く、除々に除々に放出される。従って、浄化された地下水を積極的に広範囲に行き渡らせるというものではなく、その浄化効率は決して良いものとはいえない。このため、浄化効率を上げるためには上記井戸の数を帯水層の面積に応じて増やす必要があるが、該井戸は散気装置を備えるとともに、水位を上下しつつ浄化する複雑な構造であるため、浄化装置全体が著しく大掛かりなものとなってしまうという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、超高圧の空気を所定の間欠タイミングをもって瞬時に帯水層の下層部分に吹き込むことにより、空気を広範囲に到達させるとともに、空気を吹き込む時の勢いで土粒子から油分を剥離し易くすることにより土壌の洗浄効果を向上し、かつ、超高圧空気により地下水を好気状態にして微生物による生分解を促して、汚染地下水の浄化効率を低コスト化を達成しつつ向上するようにした油分による汚染地下水の浄化方法およびその浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の油分による汚染地下水の浄化方法は、帯水層の下層に位置する注入井から超高圧の空気を短時間の間隔でパルス状にして間欠的に地下水中に注入し、土粒子に吸着した油分を浮遊させる油分剥離工程と、該帯水層の上層に位置する揚水井から浮遊した油分の混じった地下水を回収する地下水回収工程と、回収した地下水を油水分離して油分を除去する油水分離工程と、を備え、油分を除去した後の地下水を上記帯水層に還元することを特徴とする。
【０００７】
この浄化方法では、注入井から超高圧（例えば２〜１０気圧）の空気が短時間の間隔でパルス状になって間欠的（例えば、1/30〜1/5HZの周期）に供給されるため、この超高圧空気は爆発的に地下水中に吹き込まれることになる。このように爆発的に地下水中に吹き込まれた空気は、非常に細かい泡の状態で土粒子に激しく衝突しつつ、より遠くかつより広い範囲に拡散することになる。そして、衝突の際に土粒子と土粒子、また、土粒子と気泡の接触で洗浄効果が生まれ、かつ、この洗浄効果は高圧空気の吹き込みが間欠的に継続するため繰り返し行われて、油分が土粒子から剥離し易くなる。そして、剥がれ易くなった油分は、気泡の持つ表面張力によってこの気泡に付着して土粒子から剥離し、気泡とともに地下水中に浮遊して帯水層の上層に集合される。従って、この上層に集合された油分は、帯水層の上層に位置する揚水井から地下水に混じって効率良く回収することができる。そして、回収された油分を含む地下水は油水分離工程によって油分が除去されて浄化され、この浄化された地下水が帯水層に還元されることにより、帯水層内の地下水を浄化するとともに、地下水が帯水層内に還元されるため、回収したことによる地下水圧の低下による地盤沈下を防止することができる。また、地下水中は吹き込まれた空気によって好気状態となっているため、地下水中や地盤に土着の分解微生物による生分解も促進されて、地下水中に残留する油分は浄化される。
【０００８】
更に、本発明の油分による汚染地下水の浄化装置は、地下水の帯水層の下層に挿入される注入井と、この注入井に超高圧の圧搾空気を短時間の間隔でパルス状にして間欠的に供給する高圧間欠空気注入装置と、上記帯水層の上層に挿入される揚水井と、揚水井から回収した地下水を導入してこれに含まれる油分を除去する油水分離設備と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この浄化装置では、高圧間欠空気注入装置から注入井に短時間の間隔でパルス状にされて間欠的に供給される超高圧の圧搾空気は、該注入井から地下水中吹き込まれる。このとき、注入井は帯水層の下層に挿入されているため、帯水層の主に下層に付着した油分を効果的に土粒子から剥離するとともに、吹き込まれた空気を遠くかつ広範囲に到達させ、地下水中を広範囲に好気状態とすることができる。そして、帯水層の上層に集合された剥離された油分は、帯水層の上層に挿入された揚水井によって地下水とともに回収され、この回収された油分は油水分離設備によって除去される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の油分による汚染地下水の浄化方法の一実施形態を示し、同図は浄化方法に用いられる浄化装置の全体構成を概略的に示す断面図である。
【００１１】
本発明の汚染地下水の浄化方法の基本とするところは、帯水層１０２の下層に位置する注入井１４から超高圧の空気を短時間の間隔でパルス状にして間欠的に地下水１２中に継続して注入し、土粒子に吸着した油分を浮遊させる油分剥離工程と、該帯水層１０２の上層に位置する揚水井１８から浮遊した油分が混じった地下水１２を回収する地下水回収工程と、回収した地下水１２を油水分離して油分を除去する油水分離工程と、を備え、油分を除去した後の地下水１２を上記帯水層１０２に還元する。
【００１２】
即ち、本発明の油分による汚染地下水の浄化方法は図１に示す浄化装置１０をもって達成できる。この浄化装置１０は本発明の浄化方法を達成するための一実施形態を示し、地下水１２の帯水層１０２の下層に挿入される注入井１４と、この注入井１４に超高圧の圧搾空気を短時間の間隔でパルス状にして間欠的に継続供給する高圧間欠空気注入装置１６と、上記帯水層１０２の上層に挿入される揚水井１８と、揚水井１８から回収した地下水１２を導入してこれに含まれる油分を除去する油水分離設備２０と、を備える。
【００１３】
上記地下水１２は、地盤Ｇ中に形成される不透水層（または難透水層）１００の上側に溜まって所定の深さをもった帯水層１０２を形成する。
【００１４】
上記注入井１４は適宜長さのパイプで形成され、地面に鉛直に打ち込まれてその下端部を帯水層１０２の下層に到達させるとともに、上端部を地表に突出した状態で残しておく。
【００１５】
上記高圧間欠空気注入装置１６は、上記注入井１４の上端に接続され、エアコンプレッサ２２で発生される超高圧（例えば、２〜１０気圧）の圧搾空気が供給管２４を介して導入される。該高圧間欠空気注入装置１６は、図示省略したが圧搾空気を貯留するタンクと、このタンク内の圧搾空気を間欠的に排出する間欠バルブとを備え、タンク内の圧力が所定圧以上になると間欠バルブが瞬時に開弁して高圧空気を排出するとともに、この排出によってタンク内圧力が低下されると間欠バルブは瞬時に閉弁される構造となっている。従って、エアコンプレッサ２２から圧搾空気が供給される間は、高圧間欠空気注入装置１６はタンク内の高圧空気を短時間の間隔でパルス状にして間欠的（例えば、1/30〜1/10HZの周期）に継続して排出し続け、この高圧間欠空気は上記注入井１４に供給される。すると、この超高圧の空気は注入井１４の下端部から所定の間欠タイミングをもって瞬間的に地下水１２中に吹き込まれ、このときの吹出しエネルギーは著しく大きなものとなる。
【００１６】
上記揚水井１８は注入井１４と同様に適宜長さのパイプで形成され、地面から鉛直に打ち込まれてその下端部が帯水層１０２の上層に到達するとともに、上端部を地表に突出した状態で残しておく。この揚水井１８は注入井１４に対して地下水１２の流れＳの後流側に配置されるとともに、該揚水井１８が帯水層１０２に位置する部分に、スリットや多孔の開口部が形成される。そして、揚水井１８の上端には吸引管２６を介して吸引ポンプ２８が接続され、帯水層１０２の上層の地下水１２が油分とともに揚水井１８から吸引される。この油分とは、油や溶剤などの油成分を含んだ物質で、これは水質汚染の大きな原因となる。
【００１７】
油水分離設備２０は、上記揚水井１８から吸引した油分混じりの地下水１２を導入して油水分離するタンクで、分離された油分は安全に除去されるとともに、油分除去により浄化された地下水１２は開閉バルブ３０を設けた排出管３２を介して上記高圧間欠空気注入装置１６の吐出側に戻される。そして、この吐出側に戻された地下水１２はその高圧間欠空気注入装置１６から吐出排出される圧搾空気とともに注入井１４から帯水層１０２内に還元される。
【００１８】
従って、本実施形態の油分による汚染地下水の浄化方法では、浄化装置１０のエアコンプレッサ２２を駆動して圧搾空気を高圧間欠空気注入装置１６に供給することにより、圧搾空気は注入井１４から地下水１２中に短時間の間隔でパルス状になって所定の間欠タイミングで爆発的に継続して吹き込まれる。このように爆発的に継続して地下水１２中に吹き込まれた空気は、非常に細かい泡の状態で土粒子に激しく衝突しつつ、より遠くかつより広い範囲に拡散される。そして、この衝突の際に土粒子と土粒子、また、土粒子と気泡の接触で洗浄効果が生まれ、かつ、この洗浄効果は高圧空気の吹き込みが間欠的に連続するため繰り返し行われて、油分が土粒子から剥離し易くなる。そして、剥がれ易くなった油分は、気泡の持つ表面張力によってこの気泡に付着して土粒子から剥離し、気泡とともに地下水１２中に浮遊して帯水層１０２の上層に集合される。
【００１９】
一方、揚水井１８は吸引ポンプ２８を駆動することによって地下水１２を回収し、この回収した地下水１２を油水分離設備２０に送り込む状態にあり、このとき、揚水井１８は帯水層１０２の上層に位置するため、帯水層１０２の上層に集合した油分を効率良く回収することができる。そして、回収された油分が混じった地下水１２は上記油水分離設備２０で油水分離されて、油分が除去された後の浄化された地下水１２は、排出管３２を介して高圧間欠空気注入装置１６の吐出側に戻され、圧搾空気とともに注入井１４から帯水層１０２の下層に還元される。従って、帯水層１０２内の地下水１２は、油分混じりの汚染地下水１２が帯水層１０２の上層から回収されて油水分離された後、浄化された地下水１２が帯水層１０２の下層に還元されることにより、帯水層１０２内の地下水１２を全体的に効率良く浄化することができる。
【００２０】
また、このように揚水井１８→油水分離設備２０→注入井１４という浄化サイクルで地下水１２の油分浄化を効率良く行うことができるが、この浄化サイクルによっても地下水１２中に残留する油分は、地下水１２中や地盤に土着の分解微生物によって浄化することができる。つまり、地下水１２中は注入井１４から吹き込まれた空気によって好気状態となっているため、上記分解微生物を活性化して該分解微生物による生分解も促進され、上記残留油分は効率良く浄化されることになる。ところで、このように注入１４から地下水中に吹き込まれる空気は、超高圧で短時間の間隔のパルス状にされて間欠的に吹き込まれるためより遠くかつより広範囲に到達し、上述した油分の剥離効果および分解微生物の生分解効果をより促進できるとともに、注入井１４の１基当たりの浄化領域が広がるため、浄化装置１０全体に設けられる注入井１４および揚水井１８の数を削減することができる。
【００２１】
更に、上述の揚水井１８→油水分離設備２０→注入井１４という浄化サイクルを構成することにより、帯水層１０２から回収して油水分離した地下水１２が再度帯水層１０２内に還元されるため、回収したことによる地下水圧の低下による地盤沈下を防止することができる。
【００２２】
図２は注入井１４と揚水井１８の効果的な配置例を示し、隣接される注入井１４の下端部を交互に帯水層１０２の上下２段位置に配置するとともに、それぞれの注入井１４に対応して後流側に配置される揚水井１８の下端部をほぼ同レベルとなるように配置してある。つまり、上流側の注入井１４が下層位置である場合は揚水井１８を同様に下層位置とし、注入井１４が上層位置である場合は揚水井１８を同様に上層位置としてある。また、同図中には注入井１４の下端部にそれぞれ同心円部分が示されるが、これは超高圧の空気が間欠的に吹き込まれた際に発生するショックウエーブを示している。
【００２３】
従って、この実施形態では帯水層１０２の深さが深い場合に、上，下位置に交互に配置された注入井１４によって地下水１２全体に亘って分解微生物のための酸素を供給することができ、浄化機能の更なる向上を図ることができる。この場合、上方位置の揚水井１８から上方に集合した油分を主に回収できるが、下方位置の揚水井１８からも地下水１２中に浮遊する油分を回収することができる。勿論、注入井１４および揚水井１８は２段位置に限ることなく、３段以上にできることはいうまでもない。
【００２４】
また、図３に示すように注入井１４と揚水井１８との平面上での関係は、１つの注入井１４に対してその後流側に所定距離だけ離れた位置に２つの揚水井１８をほぼ対称に配置することが望ましい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に示す油分による汚染地下水の浄化方法では、注入井から超高圧の空気を短時間の間隔のパルス状にして所定の間欠タイミングをもって爆発的に継続して吹き込むようにしたので、吹き込まれた空気は地下水中で非常に細かい泡の状態となり、これが土粒子に激しく衝突して油分を効率良く剥離することができる。そして、剥離した油分は気泡とともに浮遊して帯水層の上層に集合し、これを帯水層の上層に位置する揚水井によって効率良く回収し、これを油水分離することによって油分を除去できる。また、地下水中は吹き込まれた空気によって好気状態となって、地下水中や地盤に土着の分解微生物による生分解が促進されて、地下水中に残留する油分を浄化できる。従って、汚染地下水の回収による油水分離と分解微生物の生分解との両方により、地下水の浄化効率を大幅に向上することができる。更に、注入井から地下水中に供給される空気は、短時間の間隔のパルス状にされて所定の間欠タイミングをもって超高圧で瞬時に継続して吹き込まれるため油分の洗浄効果を広範囲で発揮でき、注入井の本数を全体的に減らしてコストの低減を図ることができる。また、油水分離して油分を除去した後の地下水を帯水層に還元するので、回収したことによる地下水圧の低下による地盤沈下を防止することができる。
【００２６】
更に、本発明の請求項２に示す油分による汚染地下水の浄化装置では、高圧間欠空気注入装置から注入井に供給する超高圧の圧搾空気を、該注入井から地下水中に短時間の間隔でパルス状にされて所定の間欠タイミングをもって爆発的に継続して吹き込むことができる。このとき、注入井は帯水層の下層に挿入されているため、帯水層の主に下層に付着した油分を効果的に土粒子から剥離するとともに、吹き込まれた空気を遠くかつ広範囲に到達させ、地下水中を広範囲に好気状態とすることができる。そして、帯水層の上層に集合された剥離された油分は、帯水層の上層に挿入された揚水井によって地下水とともに回収され、この回収された油分は油水分離設備によって除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浄化方法に用いられる浄化装置の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の浄化方法の注入井と揚水井の他の配置例を示す模式図である。
【図３】本発明の浄化方法の注入井と揚水井の他の配置例のレイアウトを示す平面図である。
【符号の説明】
１０  浄化装置
１２  地下水
１４  注入井
１６  高圧間欠空気注入装置
１８  揚水井
２０  油水分離設備
１０２  帯水層
【図１】
0003867187.tif 000002
【図２】
0003867187.tif 000003
【図３】
0003867187.tif 000004