S5-25 真空ポンプを活用したVOCs 汚染土壌の原位置浄化の経過報告○白川俊明 1・山内大祐 1・小宮山栄一 2・尾崎哲二 1
国際航業㈱地盤環境エンジニアリング事業部 1・リコーエレメックス㈱品質管理本部 2
１．はじめに
本稿は昨年度発表した「真空ポンプを活用した VOCs 汚染土壌の原位置浄化について１」」の続編である。前
回の発表では、本工法による浄化開始後およそ１年間のモニタリング結果を紹介した。対象地では継続して運転しており良好な浄化状況を示している。ここでは新たなモニタリング結果を示すとともに本工法の運転方法について考察する。なお、続編であるため昨年度の発表と一部重複があることを記しておく。
２．本工法の概要
本工法のもとになっているスーパーウェルポイント工法（以下、SWP 工法）は地下水位低下工法として多くの実績を持つ。この工法は、真空ポンプを利用して地下水に大きな負圧を与えることを特徴とするが、その負圧を維持するため井戸管（SWP 井戸）に工夫を凝らしている。それは、上蓋に空気を吸引する孔と底部に通水口があるだけの閉じた構造をしており、通水口の周囲をスクリーン（分離型）で取り囲んでいることである。この構造により周辺からの地下空気を吸い込みにくくしており、それが井戸管内の真空圧を低下させず、地下水に負圧を与え続けるものとなっている（図−１参照）。

空気

地下水

揚水管

井戸管

負圧空気

分離型スクリーン▽▽

通水孔〜 不飽和層 〜
負圧地下水Ｐ〜 飽和層 〜
水中ポンプ

図−１ SWP 井戸模式図

３．対象地の概要
１）平面図
対象地の平面図を図−２に示す。図−２には後述する SWP 井戸、揚水井戸および観測井戸を含む。

凡例
敷地境界

工場

低平地

★
W-3

B-12

A

A 区域

B-5
W-1 B-2

B-4

平地▲ 観測井戸

工場

W-4
B-6

（B ｼﾘｰｽﾞの 13 本）

B B-11
B-1
B-13 W-5B-7

B 区域

0m

● 揚水井戸
（W ｼﾘｰｽﾞの 6 本）

B-8

W-2 B-3

W-6

SWP 井戸（A、B の 2 本）

B-9

B-10

50m

図−２ 対象地の平面図

A progress report for in-situ remediation of VOCs contaminated soil using vacuum pumpToshiaki Shirakawa1,Daisuke Yamauchi1, Eiichi Komiama2, Tetsuji Ozaki1(1KOKUSAI KOGYO CO,.LTD. ,2RICOH ELEMEX CORP. )連絡先：〒102‑0085 東京都千代田区六番町２番地 国際航業㈱地盤環境エンジニアリング事業部 尾崎哲二
TEL 03-3288-5722 FAX 03-3288-9380 E-mail tetsuji̲ozaki@kkc.co,jp- 725 -

２）対象地の水理地質状況
対象地の地質は花崗岩を基盤とし砂層主体の洪積層および表層部の盛土により構成される。地下水は花崗岩上部の風化部および洪積層に存在し，これらは一体となって帯水層を形成する。地下水面は地表から 8m付近にあり、基盤面の傾斜に沿い北東から南西に向って流れている。汚染の存在する洪積層は細粒土の混入が多くやや難透水性を示す。
３）汚染状況
図−１に示す対象地では工場敷地の境界付近のおよそ東西約 40 m，南北約 15 m の範囲にトリクロロエチ
レン（以下，TCE）による汚染が確認されている．高濃度の箇所が２ヶ所あり、旧工場排水路からの漏洩ヶ所と推定される A 区域と，旧工場の汚染源からの拡散が及んでいると推定される B 区域である。
土壌調査の結果、A 区域の漏出地点近傍と推定される B-2 および B-5 では地表から深度 12 m までのほ
とんどの深度で土壌溶出量基準（0.03mg/L 以下、以降基準）を超え、深度 2 〜3m の浅い深度で高濃度を示す。最高濃度は B-5 の深度 1.5m で 100mg/L である。一方、近傍の B-3、B-4 の浅層部ではほとんど検出されず 5 m 以深で比較的高い濃度を示す。最高濃度は B-3 の深度 8m で 0.2mg/L である。地下水では B-2，B-3，
B-4 において TCE およびシス 1,2−ジクロロエチレン（以後、cis-1,2-DCE）が検出される。TCE 濃度はすべての孔で環境基準（0.03 mg/L 以下）を超え，最高濃度は B-3 の 9.6 mg/L である。しかし cis-1,2-DCE
は、すべての孔で環境基準（0.04 mg/L 以下）を超えない。
B 区域では B-1、B-6 および B-7 とも同様の汚染状況を示し、表層から深度 3 m まで TCE が検出されるが基準を超えない。しかし深度 4m から 10m までのほとんどの深度で基準を超え 7m で最高濃度を示し、それ以深では低下し深度 11m で基準未満となる。最高濃度は B-1 で 1.4 mg/L、B-6 で 0.382 mg/L そして B-7
で 0.227 mg/L である。地下水では B-1 において TCE および cis-1,2-DCE が検出され TCE の濃度は 15 mg/Lと環境基準を超えるが、cis-1,2-DCE の濃度は環境基準を超えない。
両区域の東側の敷地境界付近ではすべての揚水井戸で TCE および cis-1,2-DCE が検出され，TCE 濃度
は各井戸とも環境基準を超え最高濃度は W-2 の 19 mg/L である。
４．浄化システム
対象地の浄化履歴および処理施設を表−１に、井戸仕様を表−２に示す。平成 11 年 12 月、汚染の敷地外への拡散防止を目的に 2 本の揚水井戸で地下水揚水を開始した。1 年後には 4 本追加し、約 3 年の運転ののち平成 15 年 12 月より本工法を開始し、現在（平成 18 年 3 月）に至っている。図−１にこれらの井戸の設
置位置を示す。
地下水揚水法では家庭用ポンプ（浅深両用ポンプ）として利用される簡易式真空汲み上げポンプにより揚水し、曝気式の水処理施設で処理した。処理水は下水道へ排水した。本工法では２本の SWP 井戸から地下水および地下空気を回収し、水処理施設および活性炭によるガス処理施設で処理している。処理ガスは大気へ排出している。なお、水処理施設では揚水井戸（6 本）からの揚水も同時に処理している。真空ポンプはウェルポイント工法でよく使用される規模のポンプが１台設置され、SWP 井戸 A、B の２つの井戸管から吸引している。水中ポンプは土木工事で使用されるディープウェル用高揚程のものを使用している。
表−１ 浄化履歴および処理施設時期
平成 11 年 12 月〜（約 1 年間）
平成 12 年 12 月〜（約 3 年間）
平成 15 年 12 月〜18 年
3 月現在（約 2 年間）工法
地下水揚水法本工法＋地下水揚水法

井戸本数
2本

井戸名
W-1, W-2

水処理施設

ガス処理施設−

回転噴霧式
6 本（4 本追加） W-1，W-2，W-3，W-4， 曝気処理ﾌﾟﾗﾝﾄ
W-5，W-6(33 L/min)
8 本（2 本追加） A，B ，W-1，W-2，
W-3，W-4，W-5，W-6−
活性炭処理(ﾄﾞﾗﾑ缶利用)表−２ 井戸仕様
井戸
A
B
W-1〜
W-6

井戸構造
掘削径 550mm 深度 15m
管径 400mm
深度 14mｽｸﾘｰﾝ設置深度
5〜13m
5〜12m

口径 100mm

最下部に吸込口

深度 4〜（10〜12）m

揚水ﾎﾟﾝﾌﾟ
水 中 ﾎ ﾟ ﾝ ﾌ ﾟ , 11KW, 全 揚 程35m，吐出し量
1 m3／min
簡易式真空汲上ﾎﾟﾝﾌﾟ（地上式浅深両用ﾎﾟﾝﾌﾟの利用）

真空ﾎﾟﾝﾌﾟ5.3m3 min × 3mmHg〜600mmHg × 6P×11kw−

５．モニタリングデータ
地下水揚水法による浄化開始時から現在に至るまでのデータを整理した。ただし、地下水位については昨
年度の発表で示しており、その後も同様の水位低下を示していると述べるにとどめる。

- 726 -

20000

揚水量(ｍ3/月)

TCE回収量(累積：kg)

TCE(mg/l)

TCE(mg/l)

H11.4

H12.4

H13.4

H14.4

H15.4

H16.4

H17.4

H18.4

年月

図−６ 地下水の TCE 濃度（２）- 727 -

累積揚水量(ｍ3)1000１）揚水量および TCE 回収量
本工法
900
18000
これまでの揚水法（１）揚水量
累積揚水量(全体)80016000
地下水の揚水を開始した平成 11 年 12 月からの月別の揚
700
14000
600
12000
水量および累積量を図−３に示す。図−３より当初の２本
500
10000
3
3
の揚水井戸による揚水量がおよそ 50m /月〜100ｍ /月の範400
8000
囲にあり、揚水井戸が６本になった平成 12 年 11 月からは300
6000
平均的にそれまでの２倍以上のおよそ 200m3/月 の揚水量2004000となっている。さらに本工法となった平成 15 年 12 月から
100
2000の増加は顕著であり 400m3〜500ｍ3/月の揚水量である。た00
H11.4 H12.4 H13.4 H14.4 H15.4 H16.4 H17.4 H18.4
年月
だし、最近の１年間ではやや減少傾向がみられる。これは降水量が少なくなったことやメインテナンス回数が多く停
図−３ 地下水揚水量
止した期間が長かったことによるものと考えられる。なお、100
平成 16 年 4 月および平成 17 年 7 月の揚水量が多いのは、揚水による回収量
ｶﾞｽ吸引による回収量
前者は降水量が多い月であったためであり、後者は実験的80
合計回収量に試みた過飽和酸素水の注入が原因と考えられる。
60（２）TCE 回収量
TCE の回収量を図−４に示す。地下水揚水による TCE
40
回収量は揚水量に TCE 濃度（原水濃度）を乗じて，空気吸引による回収量は回収する空気量に空気中の TCE 濃度（原20
ガス濃度）を乗じて求めた。
0
図−４より，地下水揚水法による対策期間中の TCE の累
H11.4 H12.4 H13.4 H14.4 H15.4 H16.4 H17.4 H18.4
年月
積回収量は地下水の揚水量と比例した状況を示す。これは揚水した地下水に含まれる TCE 量がほぼ同じ濃度である
図−４ TCE 回収量
ことを示す。
本工法を開始した平成 15 年 12 月から TCE の回収量は急激に増加し，それまでの回収量に比べ全体では 5倍程度の増加である．ただし、地下水の揚水による回収量が以前に比べやや低下している。これは本工法が井戸管内において地下水中の TCE が相当量、空気へ移行しているためであると考えられる。
平成 17 年に入る頃から空気吸引による回収量が大きく減少している。これは地盤中の浄化が進み、後述するように地下水および地下空気中の TCE の濃度が低下したためであると推察される。
２） 地下水および地下空気の TCE 濃度（１）地下水の TCE 濃度
B‑2
B‑3
W‑3
地下水中の TCE 濃度の変化について、A 区域にある B-2 、100
B-3 および W-3 のデータを図−５に、B 区域の B-6、B-10 お
10よび W-5 のデータを図−６に示す．
図−５より、B-2 は当初 5 mg/L 程度の、B-3 は 10mg/L を1越える濃度であったが地下水揚水により 2 mg/L 近くまで低下している。本工法を開始してからの低下傾向は顕著で、お0.1
よそ 2 年後の平成 18 年 3 月には B-2 は環境基準（0.03 mg/L） 環境基準
0.01を下回るまで、B-3 は 0.1mg/L 近くまで低下している。一方、
H11.4 H12.4 H13.4 H14.4 H15.4 H16.4 H17.4 H18.4
年月
W-3 は当初 0.2mg/L〜1mg/L を推移するが、本工法開始後は
図−５ 地下水の TCE 濃度（１）低下傾向が著しく、ほとんどのデータで基準を下回っている。
図−６より、B-6 では当初 10mg/L を越えるが、本工法開
B‑6
B‑10
W‑5
100
始後減少を示し約 2 年後の平成 17 年 9 月には基準を下回るレベルに達する。B-10 は当初 0.1mg/L〜1mg/L であったが本10工法開始後は低下し平成 18 年 3 月には 0.04mg/L 前後である。
1
W-5 は当初 10mg/L 前後であり、地下水揚水よって 5mg/L 近
くまで低下している。本工法開始直後には低下傾向が見られ
0.1
ないが、1 年ほど経過したのち低下傾向となり、平成 18 年 3 環境基準
月には 0.1mg/L 近くまで低下している。
0.01

B‑2

B‑5

W‑3

負圧(Pa)

孔内ｶﾞｽ濃度(TCE:ppm)

孔内ｶﾞｽ濃度(TCE:ppm)

10000（２）地下空気の TCE 濃度
観測井戸および揚水井戸の内部地下空気の TCE 濃度を1000
検知管により測定した。A 区域の B-2、B-5 および W-3 の100
データを図−７に、B 区域の B-1、B-6 および B-10 のデー
10
タを図−８に示す。
図−７より、B-2 では 1000ppm レベルであった濃度が本1工法の開始後に低下して 10ppm 前後で推移し、平成 18 年
0.1
3 月には 0.2ppm に達している。B-5 でも数百 ppm レベル
H11.4 H12.4 H13.4 H14.4 H15.4 H16.4 H17.4 H18.4
年月であった濃度は低下し、1 年後には検知管の検出限界の図−７ 地下空気の TCE 濃度
0.1pmm 以下になっている。W-3 においても同様の傾向を
B‑1
B‑6
B‑10
10000
示し 200ppm を超える濃度は低下し、半年後には検出限界以下になっている。
1000
図−８より、本工法の開始前には B-1 の濃度は 1000 ppm
100を超えるレベルで、B-6 は 400 ppm 、B-10 は 50 ppm レ
ベルであったが、開始後はそれぞれ低下し B-1 は検出限界
10の 0.1pmm 以下に、B-6 は 0.2mg/L に、B-10 は 0.3mg/L
1に達している。
0.1
３）地下空気圧の分布
H11.4 H12.4 H13.4 H14.4 H15.4 H16.4 H17.4 H18.4
年月
本工法の運転中の観測井戸の地下空気圧を測定した。平
図−８ 地下空気の TCE 濃度
成 11 年 4 月に実施したデータを図−９に示す。この測定時の井戸 A の井戸管内部の地下空気圧（負圧）は44000Pa 程度、B では 32000Pa 程度であった。
図−９より SWP 井戸から 50m の距離においても 100Pa の負圧を示し、広範囲に地下空気を吸引W-3100
していることが確認できる。また、地下空気圧のA
B-5
等高線は井戸 B を中心に形成され、井戸 A の影響
B-12
W-1 B-2
B-4
が小さい。
B-8
W-2 B-3
この等高線形状は対象地では恒常的なもので、
W-4
これを井戸管内の地下空気圧と比較すれば、負圧1000 B-6 B-11
B-1 W-5 B
200
B-13
B-7
が大きい（真空度が高い）井戸 A では周辺の負圧500B-9が小さく，負圧の小さい（真空度が低い）井戸 B
B-10
W-6
では周辺の負圧が大きい結果となっている．一方、
100
揚水量の状況は井戸 A の揚水量は井戸 B に比べ多かった。これらは，井戸 A では地下空気の浸入が50m
小さく地下水の負圧が保たれるため揚水には効果 0m
的だが周辺の地下空気の吸引が少なく，井戸 B で
図−９ 地下空気圧の分布（負圧）は反対に地下空気の浸入が大きく周辺の地下空気
100000圧の低下は大きいが，地下水の負圧が小いため揚
水量が少ない状況を示している。
10000
次に SWP 井戸である井戸 B と観測井戸の距離と、その観測井戸の地下空気圧との関係を図−１1000０に示した。図−１０より、井戸 B から離れるほど地下空気圧（負圧）が減じていることがわかる。
100
この状況からも地盤中の地下空気が井戸 B に向かって流れていることが確認できる。また、このグ
10
ラフからは、井戸 B と 100m 離れた場所においても地下空気吸引の影響が及んでいることが推察で
1
0.1
1
10
100
きる。

距離(ｍ)

図−１０ 井戸 B との距離−地下空気圧（負圧）- 728 -

６．運転管理
１）本工法のメカニズム
本工法は、既存技術である地下水揚水と地下空気吸引（土壌ガス吸引）を一つの井戸でおこなう技術であると言ってよい。本工法のメカニズムは、井戸管内が真空ポンプで吸引するため真空度の高い空気圧（負圧）となり、管内の地下水面は空気圧と同じ圧力となるため地下水のピエゾ水頭が低下する。これにより周辺地下水との動水勾配が大きくなり、多量の地下水が集水され地下水位が大きく低下するのである。さらに、周辺からの地下空気も積極的に吸引する仕組みとしてある。もともと本工法は地下空気の井戸管内への浸入を防ぐことを目的に開発された技術であるが、地下空気を全く吸引しないわけではなく、浸入する地下空気量が真空ポンプの吸引能力の範囲内にあれば井戸管内の真空度は大きく低下しないのであり、本工法はこの仕組みを利用している。本工法の安定的な運転状態は、井戸管内の真空度が変化せず、地下水が一定の水位と負圧下にある状態であると考えられる。しかし、このような状態が継続することは少なく、実際には真空ポンプ、水中ポンプ
および水処理施設の運転状況、さらには降水による周辺の地下水位の影響を受けて変化する。
２）装置の制御
使用する装置には次のような制御を設けてある。
① 水中ポンプの稼動制御
井戸管内に水位センサーを設置して高水位になった場合には水中ポンプを稼動させて地下水を揚水し、低水位になった場合には水中ポンプを停止するという制御である。これは低水位になった場合の水中ポンプの空運転を避けるためであり、ここでは SWP 井戸の通水孔から 3m ほどの高さに地下水位をコントロール
した。この制御は、水中ポンプを使用する場合によく用いられる方法である。
② 真空ポンプの温度制御
補給水タンクの水温が 40℃以上にならないようにしている。補給水とは真空ポンプの温度上昇を防ぎポンプ性能を維持するため、循環して真空ポンプを冷やす水のことであり、ここでは水道水を使った。これは、真空ポンプが 40℃を超えると損傷する恐れがあるとしてメーカーの運転仕様に定められており、水温が上昇し 40℃を超える場合には真空ポンプを停止した。この制御は水封式の真空ポンプであれば配慮せざるを得ないものである。
③ 水処理装置の流入量制限
水処理装置の設計水量は 33Ｌ/min であるが、揚水井戸 6 本の揚水量を同時に処理するため本工法による揚水量を 25Ｌ/min に制限した。これは、水処理装置の設計水量が本工法を考慮したものではなかったための便宜的措置である。水処理装置に流入する揚水量がこの水量を超える場合、水中ポンプを停止した。また、水中ポンプが停止すると井戸管内の地下水位が上昇して管内の空気の真空度が高くなり、それに伴い真空ポンプの温度が上昇するため真空ポンプを停止することがあった。
装置の使用状況は次のようなものである。
① 水中ポンプは大気圧下での運転が条件であり、ここでの負圧下での使用は大きな負荷となり、1 年ほどの使用で交換した。
② 真空ポンプが連続運転であったことや温度上昇にともなって発生するキャビテーションによる材料劣化があり、水中ポンプと同様に 1 年ほどの使用で交換した。
③ 真空ポンプは水滴混じりの地下空気を吸引するため活性炭槽内に水滴が付着し VOCs の吸着量に影響した。
３）地下空気吸引のポイント
これまでの運転から井戸管内あるいは周辺の地下水位が高い場合には地下空気を吸引しにくいことがわかっている。これは、井戸管の空気と周辺地盤の不飽和帯の地下空気のパスレンスが長くなれば地下空気が地下水中を通過しにくくなるものと考えられる。地下空気が吸引できない場合には、真空度が高くなって井戸管内の地下水位が高くなっていることが多く、このような場合には、真空ポンプの配管に取り付けたバルブから外気を取り入れて井戸管内の真空度を下げ，井戸管内の水位を下げて地下空気吸引量の増大を図った。
2006 年 2 月 24 日、運転中の井戸 B および近傍の観測井戸 B-1 の管内の圧力ならびに真空ポンプの地下空気吸引量を測定した。地下空気吸引量は活性炭槽排出口の風量としてビニール袋を使用して測定した。結果について井戸 B の圧力と風量の関係を図−１１に、B-1 の圧力と風量の関係を図−１２に示す。なお、測定中には
井戸 B のほか井戸 A も同時に運転していた。したがって、真空ポンプの風量には井戸 A による影響も考えられるが、前述したように井戸 B による吸引量が支配的であったと考えている。
図−１１より井戸 B の管内の真空度が増す（負圧が大きくなる）と風量が減じ、図−１２より B-1 の負圧が- 729 -

1400
y = -20540.570 x + 2225.089

1300

2

R = 0.888

1200
1100
風量（L/分）大きくなれば風量が増加している。これらの関係は風量が大きい時には井戸 B の負圧が小さく、B-1 の負圧が大きく、風量が小さい時にはこれらの関係が逆になっていることを示している。周辺の不飽和層で地下空気が井戸に向かってよく流れる場合には、その地下空気の負圧は大きくなっている。地
下空気の吸引による浄化を進めるには風量を大きくすることが重要であり、風量を大きくするには井戸管の負圧を下げて、地下空気を吸引することがポイントであることを示している。

1000
900
800
700
600

７．まとめ
本工法による浄化データを示した。本工法が地下水の揚水および地下空気の回収に優れており、上述した内容をまとめれば以下のとおりである。

0.050
0.060
0.070
0.080
SW-2 管頭圧力（負圧、MPa）

0.090

図−１１ 管内圧力（井戸 B）− 風量
1400
y = 1.341 x + 580.010

1300

2

R = 0.7951200
風量（L/分）① 本工法により TCE 回収は順調に進み、開始２年後の観測
井戸の地下水の TCE 濃度は一部を除き基準レベルに達し、
地下空気中の濃度も 1ppm 未満となっている。
② この状況は累積の TEC 回収量でも確認でき、浄化が進むにしたがい累積回収量の増加率が少なくなってきている。
③ 本工法による浄化効果の向上には SWP 井戸のコントロー
ルが重要であり、安定した真空ポンプの運転においても地
下水揚水量と地下空気吸引量のバランスを取ることがポ
イントである。
④ このためには、地下水処理装置とガス処理装置の合理的な設計が必要であり、特にこれら装置の制御によって SWP
井戸の運転を制限しないことが重要である。

500
0.040

1100
1000
900
800
700
600
500
0

100

200

300

400

500

K-4 観測井圧力（負圧、Pa)

図−１２ 観測井圧力（B-1）− 風量
８．おわりにSWP 工法は地下水位低下工法として利用されるほか、最近
では粘性土層の圧密工法としても注目され大きな効果を持つことが確認されている。この圧密工法では本工法と同様に地下水位を大きく低下させ同時に空気を吸引しており、この空気吸引能力により粘性土中の移動し難
い低ポテンシャルの水分をも回収していることが推定される。本工法では同様のメカニズムが働いて不飽和層中の VOCs の回収に効果を発揮しているものと考えている。
本工法が地下水および地下空気（土壌ガス）の回収に優れた工法であることは明らである。これは真空 力
を地下空間に効果的に作用させているからである。特筆すべきことは地下水に大きな負圧を与え続けられることである。これは、これまでの地下水位低下工法ではできなかったことであり、強制的に動水勾配を大きくして地下水の多量な集水を可能にし、大きな地下水位の低下をもたらしているのである。
ここで、興味深い現象として挙げられるのは、飽和でありながら負圧の地下水を存在させていることである。
自然状態の地下水は飽和では正圧（大気圧より大きい）であり、不飽和では負圧である。しかし、SWP 工法は人工の真空 力 により 飽和でありながら負圧 状態をつくり出しているのである２）。この現象は地下水に関わる新たな技術開発の可能性を示唆しているものと考えている。
謝辞
本工法の導入と開発にあたり種々のご指導を賜ったリコーエレメックス㈱品質管理本部の千葉政孝氏が、2006 年 4 月２日に亡くなられた。氏のご尽力がなければ本稿はなかったと言っても過言ではない。ここに謝意を表し、ご冥福をお祈りする。
参考文献
1) 山内大祐・千葉政孝・白川俊明・高橋茂吉・尾崎哲二：真空ポンプを活用した VOCs 汚染土壌の原位置浄化について、第 11 地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会要旨集・講演集、2005.6.
2) 中川啓・籾井和朗・神野健二・和田信一郎・朴埼鎬・中山比佐雄・高橋茂吉：スーパーウェルポイント工法（SWP 工法）の地下水位低下に関する数値計算による検討、地下水学会 2006 年春季講演会、2006.5.

- 730 -