ハイドロフラクチャー法を応用した VOCs 汚染土壌の原位置浄化方法㈱アイ・エス・ソリューション

正会員

中間哲志

大澤武彦

山内仁

安原雅子

西村実

１．はじめに
本報告では、原位置地盤に透水性の高い円盤状の薄い砂層（プロパゲーション®）を形成し、これに化学酸化剤やバイオレメデーション促進剤を注入することにより、原位置で浄化を行う工法（プロパゲーション®工法）を紹介する。この工法は、水圧破砕（ハイドロフラクチャー）法を応用した工法である。この工法のサイトへの適用にあたり、プロパゲーション®形成確認のためのフィールド実験や化学酸化剤を用いた室内実験を行ったので、その結果について報告する。なお、この方法は米国EPAのサイトプログラムでも紹介されている
工法 1) で、EBSI社が商業化している。当社は同社との提携により、この工法の日本国内での独占使用権を獲得している。
従来のハイドロフラクチャー法は、岩盤を対象として油井や熱水の生産量、還元量を増加させることを目的として用いられており、坑井内に地層・岩層が保有する応力に打ち勝つような高圧の流体（フラクチャリング流体）を圧入し、地下に亀裂（フラクチャー）を生じさせ、その亀裂を拡張・伸展させると同時に開口した割れ目が閉じないようにして透水性を増加させる技術として用いられてきた。フラクチャリング流体には、一度開いた亀裂が再び閉じないように、プロパント（支持材）と呼ばれる粒状の間詰め用の物質が混合される。プロパゲーション®工法は、こうした岩盤におけるハイドロフラクチャー技術を土質地盤に応用したものである。
２．プロパゲーション工法の概要
2.1

１ ．削 孔施工手順

２．削 孔 完 了
〜ｹｰｼﾝｸﾞ挿入

３．ﾌﾟﾛﾊﾟｹﾞｰｼｮﾝ形成

所定深度まで削孔後、ケーシングを挿入します。

ﾌﾗｸﾁｬｽﾗﾘｰを圧入し、ﾌﾟﾛﾊﾟｹﾞｰｼｮﾝ®（砂層）を形成します。

ﾌﾗｸﾁｬｽﾗﾘｰ

４．浄化促進剤注入
浄化促進剤

プロパゲーション工法の施工手順を図−１に示す。
本工法では、プロパゲーション層を形成する際にフラクチャーの間詰め材（支持材）として粒径1.0

汚染域
難透水層〜1.5mmの濾過用の砂を、この砂を圧送するためのキャリアー媒体と調査により特定された汚染域まで削孔します。

してCMC（土木材料として一般的に用いられている材料）の1.5%溶

図−１

形成されたﾌﾟﾛﾊﾟｹﾞｰｼｮﾝ®に浄化促進剤を注入します。

実験手順

浄化促進剤

浄化促進剤

浄化促進剤

液を、またプロパゲーション層形成後は早急にCMCを分解し、この粘性を低下させた上で浄化促進剤をプロパゲーション層に注入する必要があることから、酵素（セルラーゼ：セルロースを分解する触媒）を混合したフラクチャースラリー（砂＋CMC＋水＋酵素）を用いる。
2.2

プロパゲーション®工法の特徴
汚染域

プロパゲーション工法を用いた浄化イメージを図−２に難透水層示す。この工法の特徴は、1) 建物直下の汚染に適用可能、
2) 店舗の営業、工場の操業を続けながら浄化工事が可能、

図−２

ﾌﾟﾛﾊﾟｹﾞｰｼｮﾝ工法の浄化イメージ

ｷｰﾜｰﾄﾞ：ハイドロフラクチャー，汚染土壌，浄化，化学酸化，フェントン，バイオレメデーション〒135-8073

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FAX: 03-5531-0081

3)少ない井戸本数で広い範囲の浄化が可能、4)ホットスポット（汚染源）の浄化に最適、5)透水性の低い地層の浄化が可能、6)従来工法より低コスト・短期間の原位置浄化が可能である、7)様々な既存技術（化学酸化、バイオ法、鉄粉還元、土壌ガス吸引）との組合せが可能、である。
この技術の導入先である米国EBSI社では、本工法を用いた化学酸化法により、VOCs、油類（TPH、BTEX、PAHなど）、PCB等の土壌汚染物質を浄化した実績がある。筆者らは、①化学酸化剤として残留毒性のないフェントン反応剤（H 2 O 2 ＋Fe 2+ ）を、②バイオレメデーション促進剤として普及しているORC、HRCを用いることにしている。フェントン反応剤については、米国でも土壌浄化の分野で広く使われており、その実績について数多くの論文発表や報告がなされている。
３．フィールド実験とフェントン氏試薬を用いたＴＣＥ分解試験
3.1

表−１ 原位置土の物理的、力学的性質

フィールド実験

項目

フィールド実験は、プロパゲーション工法の施工手順の確認と自然含水比て実施した。

34.1
2.672
102.024.7
77.30.068.0
15.0
17.00.1

18.2
2.736
45.823.422.4
3.085.0
6.06.00.1

(%)

液性限界

(%)

塑性限界(%)

塑性指数

フィールド実験を行った場所の原位置地盤の物理的、力学的性質を表−１に示す。フィールド実験では、5 箇所につきプロパゲ

粒度

礫（ 2mm〜75mm）(%)

砂(75μm〜2mm)
シ ルト (5〜74μm)

ーション層を GL-2.5m〜GL-3.3m の間に形成を試みた。

粘土(5μm未満)
せん断強さ 注）

①ハイドロフラクチャーによって原位置に砂層が形成されることが確認できた。その寸法は、半径 R=4.0m 以上、厚さｔ＝0.5cm

下部層
粘土混砂
GL-2.7〜5.0m

土粒子密度（ g/cm3）

原位置に形成されるプロパゲーション層の出来形確認を目的とし実験の結果を表−２に示す。実験の結果、上部層粘土質砂GL-1. 8〜2. 7m

τv（ MPa）

表−２
実験No.

〜2.0cm 程度であった（表−２、写真−１）。
②プロパゲーションは、地層の境界（土質の変化するところ）に形成される傾向がある。

ﾌﾟﾛﾊﾟｹﾞｰｼｮﾝ層の出来形

設置深さ
(m)

半径(m)
（地表面に噴出して形成できず）
層の厚さ

(cm)

13

2

3.2〜3.3

0.5〜2.0

2.03

3.2〜3.3

0.5

2.0

4

3.2〜3.4

0.3〜1.0＞4.0③浅い箇所（GL-2.5m）では、プロパゲーションは形成できない。ということが分かった。
3.2

フェントン氏試薬を用いたＴＣＥ分解試験

こ の 試 験 で は 、 所 定 濃 度 の TCEを ミ ネ ラ ル ウ ォ ー タ ー に 溶 解 し てTCE模擬汚染水を作成し、バイアル瓶に分注して、これらにフェントン氏試薬（過酸化水素水と硫酸第一鉄七水和物）を所定量添加し、液相中のTCE濃度を測定して、TCEの分解を確認した。なお、フェントン氏試薬の過酸化水素とFe 2+ のモル比は、H 2 O 2 ：Fe 2+ ＝5:1 とした 2) 。

写真−１ 形成されたﾌﾟﾛﾊﾟｹﾞｰｼｮﾝ層

図−３にH 2 O 2 の消費量〜TCE濃度の時間減衰の関係を示す。この図か ら 、 ① 過 酸 化 水 素 （ フ ェ ン ト ン 氏 試 薬 ） の 濃 度 が 高 い （ H2O2：
反応は 6 時間で初期濃度の 80%程度が、24 時間でほぼ完了している、といえる。
５．おわりに筆者らは、フィールド試験や室内試験等の結果から、プロパゲーシ
ョン®工法が浄化方法として有効な工法であると結論づけた。そして
現在この工法を複数のサイトに適用している。今後は、実サイトで多くの場数を踏み、浄化のデータと実績を蓄積してゆきたい。

残留濃度 （mg/L）

1%）ほうがTCEの分解率も高い、②フェントン氏試薬によるTCE分解

H2O2 1.0%

25

H2O2 0.5%

20

H2O2 0.3%
H2O2 0.1%

1510500204060

経過時間 （時間）図−３ ﾌｪﾝﾄﾝ氏試薬添加後の TCE 残留濃度（TCE 濃度：20mg/L）［参考文献］1)U.S. Environmental Protection Agency：Hydraulic Fracturing Technology, SITE, No.EPA/540/SR-93/505, 1993
2)Tang W. Z., Environmental Technology, 18(1), pp13-pp23, 1997