フジタ技術研究報告第 51 号 2015 年

高圧噴射撹拌を用いた原位置浄化技術の開発

北 詰 昌 義概塩 尻 大 輔

要

土壌・地下水汚染の原位置浄化のためには、地盤中に浄化材を対象有害物質と有効に接触させることが必要であるが、難透水性のシルト、粘土が汚染部位の場合は、浄化材を汚染部に到達させることが難しい。
高圧噴射撹拌工法は、土質に大きく左右されることなく、広範囲に浄化材を到達させる方法として有効である。しかしながら、そのまま適用すると、汚染物質を含む排泥を伴いその処理に手間と費用がかかる問題があった。
本稿は、排泥の減少と効率的な薬剤接触を目的とした原位置浄化用の高圧噴射撹拌工法を開発し、実際の汚染サイトで原位置バイオレメディエーションを試みた結果を報告するものである。

Development of In-situ Soil and Groundwater Remediation
Using the High-pressure Jet Stirring Method

Abstract
For in-situ purification of soil or groundwater contamination, it is necessary that the pollutant comes
into good contact with the purification materials in the ground, but this is difficult where the pollution iscontained in clay or silt with low water permeability.
The high pressure jet stirring method is effective in helping purification materials arrive at the polluted
zone without being greatly affected by soil type. However, when this method was applied traditionally, theprocess was difficult to handle and costly with the large amounts of discharge sludge containing thepollutant.
This paper develops a improved method of high-pressure jet stirring for in-situ purification aimed atreduction in the amount of sludge discharged, efficient contact with the purification materials, and reports
the results of in-situ bioremediation at the actual pollution site.

キーワード： 土壌汚染、地下水汚染、噴射撹拌、原位置浄化、ダイレクトセンシング、バイオレメディエーション－73－フジタ技術研究報告 第 51 号

§１．はじめに汚染の取残しを無くすため、事前に正確に汚染範囲を把握

土壌・地下水汚染の原位置浄化において、地盤中に浄し、さらに施工後の浄化材の到達確認手法も含めたシステ化材を対象有害物質と均一かつ有効に接触させることが重ムを目指した。具体的には、以下の手順で実施した。

要かつ課題となる。透水性が高い砂礫層であれば井戸からの自然注入や低圧注入で対応できるが、難透水性のシルト、① ダイレクトセンシング技術を活用して、土壌汚染部

粘土層に汚染がある場合は、一時的に近傍地下水の浄化位の土質性状・汚染範囲を正確にとらえた上で、浄は達成できたとしても、リバウンドする例が稀ではない。

化材を接触させる深度、範囲、浄化材数量を決定

地盤中に浄化材を到達・接触させるのに用いられる方法

する。

として、撹拌、注入、噴射撹拌が挙げられる。機械撹拌では、（事前調査・計画・設計）

撹拌翼を回転して機械力で汚染部位に浄化材を接触させるが、大深度では大型重機が必要となることから建屋内や② 浄化材を高圧で設定深度の地盤に噴射することに狭隘地での適用は困難である。二重管ストレーナ工法やダよって地盤を円盤状に切削し、排泥を出さずに汚染ブルパッカ工法等を用いた注入工法を採用する場合、シル部に浄化材を接触させる。

ト、粘土層への浄化材の接触は狭い範囲に留まる。

（無排泥高圧噴射撹拌）

噴射撹拌工法は、土質に大きく左右されることなく、広範③ 地盤内の浄化材の到達・接触状況をダイレクトセン囲に浄化材を到達させる方法として有効である。

シングにより確認し、未到達部位の再注入を行う。

しかしながら、高圧かつ短時間で薬液を噴射するため、大量の排泥を伴うことになる。浄化対象である「汚染土砂」（到達確認調査）を地上に排出することは、処理コストや環境面で大きな問題と言えよう。

まず、高圧噴射撹拌施工に使用する機械・資材は大部

このような背景から、筆者らは、排泥を出さず、効率的に分従来のものであるが、排泥を出さず地盤内圧を高めて割浄化材を接触させることができる高圧噴射撹拌工法を用い裂を促進させるため、噴射ロッド周りからの排泥を抑えるパ

た原位置浄化のためのシステムを開発し、実際の汚染サイッカーを備えた新規口元管を開発・製作した。

トでバイオレメディエーションの実証を試みた。

さらに、電気検層（地盤比抵抗測定）技術を応用した電気伝導率(EC)ダイレクトセンシング技術を用いることで、省力§２．原位置浄化高圧噴射撹拌システムの開発化・高密度調査による高精度・低コスト化を実現した。

浄化材を汚染地盤に高圧で噴射撹拌することにより、注高圧噴射撹拌プラントと口元管の概要を図１に示した。

入法では難しいシルト・粘土層への注入も可能にする。

上部パッカー
加圧バルブ

上部パッカ-

排泥バルブ

下部パッカー用加圧シリンダボーリング
マシン

ミキシングプラント
高圧ポンプ

スイベル
浄化材
上部パッカー
GL

安定口元管
接地安定盤

噴射ロッド

下部パッカ-

下部パッカー
噴射孔
噴射ロッド

口元管
引上げ切削ビット

高圧噴射撹拌

（拡大）
図 1 高圧噴射撹拌プラント・口元管の概要－74－

高圧噴射撹拌を用いた原位置浄化技術の開発§３．実証試験の方法

表 1 対象物質分布概要

3.1 実証サイトの概要
現地は丘陵谷部に造成された操業中の機械工場内であ最高濃度(mg/L)

深度(m)

cDCE ； 0.75

9.0

TCE ； 0.13

9.0cDCE ； 18.4－

TCE ； 0.15－

調査位置 調査項目る。その敷地内の実証サイトの平面図を図 2 に示した。土質試験区(A)

土壌溶出量

MW-A

地下水濃度は砂質土と粘性土が互層になった複雑な地盤である。
GL-14m 付近から N 値が 50 を越すシルト・粘土層あるいは岩盤になる。地下水位は概ね GL-2～-3m である。
浄化対象物質はトリクロロエチレン（TCE）とシス-1,2-ジクロロエチレン（cDCE）である。
表 1 に概要を示した。

試験区(B)

土壌溶出量

MW-B

地下水濃度

約 10 年前から揚水処理を実施し、地下水高濃度部分が次第に縮小しているが、土壌溶出量では、シルト、粘土層

cDCE ； 1.32 11.5
TCE ； 1.32 11.3に汚染が残留している傾向が認められている。

DS- B

－

TCE ； 0.15－

凡例：既存観測井戸（Ｎ値測定）：観測井戸(新設)：高圧噴射地点：ﾀﾞｲﾚｸﾄｾﾝｼﾝｸﾞ地点（施工前）：ﾀﾞｲﾚｸﾄｾﾝｼﾝｸﾞ地点（施工後）：ﾁｪｯｸﾎﾞｰﾘﾝｸﾞ地点

1m格子

EW-2

cDCE ； 0.68

各噴射地点 R=1.5m
R=1.0mからの半径R=0.5m

C B- AC B- BMW-B

MW-A

DS- A
EW - 1DS- 2DS- 1

試験区B試験区A
図 2 実証サイト平面図

3.2 実証試験方法実施した。深度範囲は N 値がやや高い GL-8.0～-13.0m(1) 試験区および噴射撹拌の仕様
試験区 A では、MW-A から 1.0m 離れた 3 ヶ所から噴射とした。噴射条件は土質によるが、噴射量 80～120L/分、撹拌を実施した。範囲は汚染が認められる GL-3.5～5.0m

40MPa、ロッド引上げ 10cm ピッチとした。

および GL-7.0～-11.5m とした。浄化材は、植物油乳化物(2)浄化材到達評価主体の微生物栄養剤を使用した。

浄化材の地盤中での到達確認は、施工前後の EC を比試験区 B では、硬く締まったシルト・粘土層において、噴較することで評価した。

射撹拌が有効であるかを確認した。そのために、試験区 A

小型自走式ボーリングマシンのロッド先端に EC プローブの場合より噴射量を 30～50%増量し、口元管下部パッカーを装着し、地盤中に貫入して EC を測定した。施工前の地盤を改造し、地山との密着性を高くした。さらに、排泥を出さなの EC は土質により差はあるが、砂質土で 20 mS/m、粘性土いよう口元管周りを保護管とセメント・ベントナイトにより固定で 50 mS/m 程度であったのに対し、使用した栄養剤の ECしてから施工した。

は 300 mS/m 程度の値であることから、噴射直後では、到達した場合は明確に EC が高くなる。

観測井戸 MW-B から 1.5m 離れた 3 ヶ所から噴射撹拌を－75－

フジタ技術研究報告 第 51 号

(3)土壌および地下水浄化効果評価
噴射施工 6 ヶ月以降に噴射位置から到達したと推測される地点でチェックボーリングを実施し、TCE と cDCE の土壌溶出量を比較した。また、地下水モニタリングにより浄化効果を評価した。

§４．実証試験の結果4.1 試験区 A の結果(1)浄化材の到達状況（試験区 A）
噴射位置から 0.5m 離れた DS-A で噴射施工直後に測定した EC 測定結果を施工前の DS-1 に重ねたグラフを図 3に示した。
GL-6.5m～11.0m の範囲でシルトを含めて一様に EC が上昇しており、噴射撹拌範囲とほぼ一致した。したがって、

施工6ヶ月後
施工前
CB-A
MW-A
溶出量 (mg/L)
溶出量(mg/L)
深度
土質土質(m) 柱状図 0.001 0.01 0.1 1 柱状図 0.001 0.01 0.1 1
2第 6 図 試験区 B 土壌浄化効果
34噴
5射
cDCE
cDCE
TCE
撹
TCE
6cDCE溶出基準
cDCE溶出基準
拌TCE溶出基準
TCE溶出基準
範7囲89101112図 4 試験区 A 土壌浄化効果

浄化材は少なくとも半径 50cm 以上に到達し、汚染部位と接以上の結果から、高圧噴射により浄化材は、直径 3m 以上触したと評価できた。の範囲に拡がり、シルト質の地層にも適用できる可能性が(2)土壌浄化効果（試験区 A）高いと評価できた。

2 つの噴射撹拌位置から等距離で 1.5m 離れた CB-A のチェックボーリングの各深度の TCE と cDCE の溶出量測定

なお、土質により口元管周囲から排泥が上昇し、排泥計結果を施工前の MW-A の測定結果と比較したグラフを図 4量では噴射量の約 13%が地上に排出した。地山と下部パッに示した。

カーの密着性が不完全であったことが原因と考えられた。

施工前 MW-A では、cDCE が GL-4.0m、GL-7.5～-9.0m（最高値 0.75mg/L）、GL-10.5m で基準超過し、TCE は4.2 試験区 B の結果-9.0m（最高値 0.13mg/L）、GL-11.0m で超過していたが、6(1)浄化材の到達状況（試験区 B）ヶ月後には CB-A において、TCE は全深度で基準を満足し、噴射位置から 1.0m 離れた DS-B で噴射施工直後に測定

cDCE は同じ深度において基準の 4 倍以下（最高値した EC 測定結果を施工前の DS-2 に重ねたグラフを図 50.15mg/L）に低下した。に示した。

MW-A 施工前後EC値の相違
EC(mS/m)
土質
0 10 20 30 40 50 柱状図 0 20 40 60 80 100

施工前後EC値の相違
MW-B
EC(mS/m)
土質
0 10 20 30 40 50 柱状図 050 100 150 200 250
EW-2
Ｎ値

EW-1
Ｎ値

0

深度 1(m) 2345678910111213141516170

深度1(m) 2

施工前(DS-1)
施工直後(DS-A)

施工前(DS-2)
施工直後(DS-B)

34567891011121314151617噴
射
撹拌
範
囲

土質凡例
砂礫
砂
砂質ｼﾙﾄ
ｼﾙﾄ・粘土図 3 試験区 A 浄化材到達状況

噴射
撹拌
範
囲

図 5 試験区 B 浄化材到達状況－76－高圧噴射撹拌を用いた原位置浄化技術の開発

GL-9.5～-12m の範囲で明確に EC が上昇しており、砂礫からシルトおよび N 値が 30 に近い硬く締まった砂質シルトまで土質に関わらず、浄化材は少なくとも半径 50cm以上に到達し、汚染部位と接触したと評価できた。
施工8ヶ月後
施工前
MW-B
CB-B
溶出量(mg/L)
溶出量 (mg/L)
深度
土質 0.01 0.1 1 10 土質 0.01 0.1 1 10(m) 柱状図
柱状図
2cDCE
cDCE
TCE
3TCE
cDCE溶出基準
cDCE溶出基準4TCE溶出基準
TCE溶出基準56789噴
射10撹拌
11範
囲121314図 6 試験区 B 土壌浄化効果(2)土壌浄化効果（試験区 B）
噴射位置から 1.0m 離れた CB-B のチェックボーリングの各深度の TCE と cDCE の溶出量測定結果を施工前の

図 7 地下水浄化効果（試験区 A）

MW-B の測定結果と比較したグラフを図 6 に示した。
施工前 MW-B では、cDCE が GL-11.0～-11.5m（最高値1.32mg/L）で基準超過し、TCE は GL-11.3～-11.5m（最高値 1.32mg/L）、GL-13.0m で超過していたが、8 ヶ月後にはCB-B において、cDCE は GL-11.5m で 0.41 mg/L 、TCEも同深度で 0.09 mg/L に低下していた。
以上の結果から、高圧噴射により浄化材は、直径 2m 以上の範囲に拡がり、硬く締まったシルト層にも適用できると評価できた。
4.3 地下水浄化効果
観測井戸 MW-A では、図 7 に示した観測井戸モニタリン
グ結果から、2013 年 7 月に施工し、2015 年 2 月時点でcDCE、TCE とも地下水基準を満足した。試験区 A 施工直後の急激な濃度上昇は、噴射撹拌による洗出し効果によるものと推察される。
また、MW-B では、図 8 に示した観測井戸モニタリング結果から、施工後 8 ヶ月で cDCE が 0.68 から 0.05mg/L まで低下した。
以上の結果から、浄化材が到達し難いシルト・粘土層においても高圧噴射を行うことで、浄化材の到達・洗い出し効果によって汚染物質が早期に分解されたと考えられた。
図 8 地下水浄化効果（試験区 B）－77－

フジタ技術研究報告 第 51 号

§５．まとめと今後の展望
従来の注入工法と比較して、開発したシステムの優位性と課題を以下にまとめた。
【優位性】① 難透水層でも浄化材を到達させることができ、浄化が可能である。
② 新規口元管により、排泥を地上に出さずに浄化材を無駄なく接触させることができ有害物質を含有する可能性がある排泥の処分が不要となる。
③ ダイレクトセンシング技術の活用により、汚染位置を正確に確認し、施工後の浄化材の到達範囲を迅速に評価できる。
【課題】
噴射予定深度の地層が軟弱な場合、“水みち”を形成する可能性があるため、至近距離での連続施工には注意を要する。
【今後の展望】
本システムの特長・優位性を発揮できる狭隘地、建屋内、操業中事業所等の VOC・石油汚染対策工事に適用していく。浄化材・土質により、噴射施工の仕様を最適化するため、今後も施工経験を積み、フィードバック改良を続けていく。

謝 辞
今回の技術開発に当っては、共同研究者として、東興ジオテック株式会社の佐久間孝夫、熊沢章、岡田宙および株式会社アイエスソリューションの和知剛、小松大祐（敬称略）の皆様にご協力いただきました。ここに感謝の意を表します。

ひとこと
足掛け 3 年に渡り、実サイトにおいて土壌・地下水汚染の原位置浄化実証試験の貴重な機会を得た。
噴射撹拌・ダイレクトセンシング等の専門技術者との共同開発の結果、使い易く信頼度の高い浄化材注入技術が開発できたと思う。

－78－