Treatment method and its apparatus of contaminated soil

本発明は、公害を引き起こす物質である精錬所やめっき工場等から排出される六価クロム、鉛、水銀等の重金属で汚染された土壌、あるいは、ドライクリーニングや金属の洗浄に用いられているテトラクロロエチレン等の有害物質に汚染されている土壌を、そのまま原位置において、汚染土壌の土粒子を洗浄して汚染土壌を処理する汚染土壌の処理方法とその装置に関するものである。

各種産業の工場敷地内、または工場設備から漏洩した公害汚染物質が、工場周辺に流失、または地下に浸透して周辺地域の土壌を汚染した場合、あるいは産業廃棄物から浸出した有害物質によって土壌が汚染された場合、従来は、汚染土壌を取り除き、新しい土壌に置き換えるか、あるいは真空工法などで土中の汚染水を取る方法が施工されていた。

一方、汚染土壌を原位置で処理する方法につき、過去の特許文献を遡及検索すると、下記の特許文献１に記載のものが公知である。

特公平７−８７９１２号公報

前記従来の汚染土処理方法としては、汚染地域の土壌を取り除き、新しい土壌に置き換えるか、あるいは真空工法などで土中の汚染水を取る方法が用いられていたが、前記置き換え工法では、大量の土砂の搬出、搬入のために周辺住民に二次的に公害を与えるという課題があると共に、搬出された汚染土壌を更に無害化処理しなければならないという課題があった。

更に、例えば、細粒土で構成されている埋立地の工業地帯等では、その構成されている地盤は、極めて小さい土粒子の土壌から成っている地域であり、その土の透水係数は低く、前記真空工法の適用外の地盤が多いという課題があった。

更に、前記特許文献１に記載された工法は、汚染土壌区域の周囲に遮水壁を構築する第1工程と、陽極と陰極の電極を兼ねた多数の通水孔を穿設した複数本の中空管を汚染土壌に陽極用と陰極用に対向して管列を形成すると共に、前記陽極と陰極の極性の転換ができるように設置し、前記汚染土壌区域内に適宜散水して土壌中に浸透させ、然る後、前記各電極に直流電流を通電して、両電極間の汚染土壌中に電気浸透現象を生ぜしめることにより、土壌中の汚染物質を液相の状態で陽極方向から陰極方向に流して、前記通水孔を介して、陰極管中に集水し、これを汲み上げて浄化する第２工程と、前記第２工程で汚染物質を汲み上げた後の陽極管中に洗浄用水を注入し、各電極に直流電流を通電して、両電極間の汚染土壌中に電気浸透現象を生ぜしめることにより、陽極管中の洗浄用水は、該管の通水孔から土壌中に浸透流通して、土粒子間の汚染された間隙水、あるいは汚染物質を溶解または連行して汚染土壌を洗浄して、陰極側管中に、前記通水孔を介して流入せしめ、これを汲み上げて水質検査を行い、規定の水質基準に達するまで洗浄を行って洗浄する第３工程とにより構成されているが、第１工程の遮水壁を構築するには、該遮水壁構築用の機材が必要で手間がかかる上に、構築費用が嵩むと共に、第３工程では、陽極管中に更に洗浄用水を注水しなければならず、面倒であるため工期の短縮化を図ることができず、また施工費用が莫大なものになるという課題があった。

本発明は、前記課題を解決すべくなされたものであって、汚染土壌を原位置で処理すると共に、遮水壁の構築を不要とすると共に、陽極管中にいちいち洗浄用水を注入することなく、単に汚染土壌上面に洗浄用水を散水すると共に、該洗浄用水を散水した汚染土壌に振動発生機により振動を与えて、透水係数の低い汚染土壌であっても、該汚染土壌中への洗浄用水の迅速な浸透を図る一方、電気浸透現象による該洗浄用水の陰極側管への迅速な移動を可能とすると共に、前記洗浄用水と汚染土壌との接触面積を大として、汚染土壌を洗浄処理し、工期の短縮化と施工費用のコストダウンを図り、更に汚染土壌の処理も完全にできる汚染土壌の処理方法とその装置を提供しようとするものである。

本発明は、汚染土壌に、陽極と陰極の電極を兼ねた多数の通水孔を穿設した金属製の複数本の有底の中空管を、汚染土壌の深さより深く、且つ陽極用と陰極用に対向して管列を形成すると共に、前記陽極と陰極の極性の転換ができるように設置し、更に、前記汚染土壌の適位置に１個、または複数個の振動発生手段を設置する中空管および振動発生手段を設置する第１工程と、
前記汚染土壌上面に洗浄用水を適宜散水すると共に、前記振動発生手段による振動作用を該汚染土壌に与えて、前記洗浄用水を充分に汚染土壌中に浸透させ、然る後、前記各電極に直流電流を通電して、各電極のそれぞれに対向した管列に直流電圧を負荷し、両電極間の汚染土壌中に電気浸透現象を生ぜしめると共に、前記振動発生手段による振動作用により、前記洗浄用水を陽極方向から陰極方向へ流速を速めて流す一方、該洗浄用水と汚染土壌との接触面積を大として、土粒子間の汚染された間隙水、あるいは汚染物質を溶解した溶解水を連行して、汚染土壌を洗浄し、汚染物質を液相の状態で前記通水孔を介して、陰極管中の下方部内に集水・貯留し、これを汲み上げて水質検査を行い、規定の水質基準値に達するまで洗浄を行う第２工程とより汚染土壌を処理する方法、
外周面に、多数の通水孔を穿設した有底の中空管を複数本陽極用と陰極用の電極として、汚染土壌に対向して直列状に設置して陽極用管列と陰極用管列を形成すると共に、前記汚染土壌の適位置に１個、または複数個の振動発生手段を設置する一方、直流電源の陽極側に前記陽極用管列の各中空管を接続し、且つ前記直流電源の陰極側に前記陰極用管列の各中空管を接続すると共に、前記各管列の陽極と陰極とは、それぞれ極性の転換が自在なるように設置した汚染土壌処理装置、
を提供することにより、上記課題を解決した。

本発明処理方法によれば、汚染土壌の区域部分に、その汚染の深度より深く、電極兼用の中空管を設置し、且つ、該汚染土壌上面に洗浄用水を散水して、前記中空管より成る陽極用と陰極用のそれぞれの管列に直流電流を通電して、各電極のそれぞれに対向した管列に直流電圧を負荷すると、該陽極用と陰極用の中空管に囲まれた区域の範囲のみの汚染土壌に電気通電現象が作用するので、この範囲以外の地域まで水に溶けた汚染物質が流動することはない。 また、本発明処理方法は、電気浸透現象を利用すると共に、洗浄用水の汚染土壌への迅速な浸透と陰極側管への洗浄用水の迅速な移動を図り、且つ該洗浄用水と汚染土壌との接触面積を大とすべく、振動発生機により振動を汚染土壌に与えるので、粘土質土などの透水係数の低い微細土粒子に電気二重層的に吸着された汚染物質を含んだ水、または液相のものも、容易にその界面働電現象的作用によって陰極側管中に移動させて、集水して汚染土壌を洗浄することが可能であって、従来のように土を置き換えることなく、原位置のまま汚染土壌を洗浄して処理することができる。

汚染された土壌を無害化処理する場合は、先ず、検査専門業者が汚染土壌の複数個所をボーリングして、複数の検査用の土壌を収集し、該土壌がどの程度の深さまで、且つ如何なる物質によって汚染されているかを検査する。 そして、前記検査専門業者による検査結果を得て、本発明方法による汚染土壌の処理が開始される。

前記検査専門業者により、汚染土壌の汚染深度および汚染物質が特定された後、本発明処理方法の第１工程の中空管および振動発生機設置工程に入る。 第１工程の中空管および振動発生機設置工程は、汚染土壌に陽極と陰極の電極を兼ねた多数の小孔、またはスリット、あるいは小孔とスリットとの組み合わせより成る通水孔を穿設した金属製の中空管を、前記汚染土壌の深さより深く、且つ前記陽極と陰極とが対向するよう複数列に亘って設置すると共に、前記汚染土壌の適位置に、後述する第２工程において、洗浄用水を散水した場合、該汚染土壌中に洗浄用水を迅速に浸透させるため、更には洗浄用水の地中での移動速度を速めると共に、該洗浄用水と汚染土壌との接触面積を大とするため、汚染土壌に自動的に振動を与える超音波発生機、または電動振動機等の振動発生手段を１個、または複数個設置する工程である。

前記第１工程による中空管および振動発生機設置工程が完了すると、第２工程の汚染土壌洗浄工程に入る。 第２工程の汚染土壌洗浄工程は、汚染土壌上面に、水道水や清水等の洗浄用水を散水して、振動発生手段からの振動作用を前記汚染土壌に与えると、前記洗浄用水は汚染土壌中に迅速に浸透し、然る後、前記各電極に直流電流を通電して、該各電極のそれぞれに対向した管列に直流電圧を負荷すると、地中に電磁場が形成されて、前記両電極間の汚染土壌中に界面働電現象中の電気浸透現象が生じ、負に帯電している土壌粒子の周りの陽イオンと土壌間隙の自由水は、前記電気浸透現象および振動発生手段からの振動作用を受けて、仮に浸透係数の低い汚染土壌であっても、該汚染土壌中に緩みが生じると共に、前記洗浄用水と汚染土壌との接触面積が大となって、陽極から陰極の方向へ土壌中を迅速に移動する。

このような土壌中の洗浄用水の電気化学的な流動を利用して、微細な土壌粒子間、または、土壌粒子の周囲に吸着している重金属や、その他の汚染物質を電気化学的に引き離し、土粒子間の汚染された間隙水、あるいは汚染物質を溶解した溶解水を連行して、汚染土壌を洗浄した後の洗浄用水は、汚染物質を液相の状態で陰極管中の下方部内に前記通水孔を介して流入・貯留せしめ、然る後、これを汲み上げて水質検査を行い、規定の水質基準値に達したとき、第２工程の洗浄工程が完了し、汚染土壌処理作業が完了する。

前記汚染物質を洗浄した後の洗浄用水を汲み上げて水質検査をした結果、未だに規定の水質基準値より高い場合は、再度、汚染土壌に水道水や清水等の洗浄用水を散水し、前記第２工程を繰返す。 なお、前記汲み上げた洗浄後の洗浄用水が、規定の水質基準値より高い場合は、該汲み上げた洗浄用水に溶剤を添加したり、あるいは濾過したりして、規定の水質基準値以下として排水処理することもできる。

以下、更に前記各工程および装置につき、図面に基づいて詳細に説明する。 第１工程の中空管および振動発生機設置工程は、陽極と陰極の電極を兼用する中空管１を汚染土壌Ｇ中に設置すると共に、超音波発生機、または電動振動機等の振動発生手段２を設置する工程である。

すなわち、汚染土壌Ｇの区域内にその土壌の土質工学的な特性を調査して、その地盤を構成している土質の平均的透水係数を基準にして、陽極と陰極の電極を兼用する金属製の円形または多角形をした複数本の有底の中空管１を、汚染土壌Ｇの深さより深く、且つそれぞれが対向するように地中に陽極用と陰極用の各中空管１をそれぞれ管列Ａ、Ｂを形成して設置すると共に、前記汚染土壌Ｇの適位置に振動発生手段２の振動伝導部２ａを地中に没入させて設置する（図１参照）。

なお、前記したように、前記振動発生手段２は汚染土壌Ｇの状態によって、例えば汚染土壌Ｇの透水係数が高い場合は、該汚染土壌Ｇに設置することなく、作業者が任意に必要な場所のみに振動作用を与えることができるよう、振動発生手段を手動で操作するようにしてもよい。

前記中空管１には、地中において汚染水を各中空管１内に集水することができるように、該各中空管１の外周壁面には、好ましくは３〜８ｍｍ程度の小孔３ａ（図３）、または巾５ｍｍ、長さ５ｃｍ程度のスリット３ｂ（図４）、あるいは前記小孔３ａとスリット３ｂとの組合せ（図５）よりなる通水孔３を一定数の開孔比をもって穿設すると共に、前記各中空管１の地表より突出した部分に電気の接続端子等の接続装置４を装着する。

前記汚染土壌Ｇ中に陽極用と陰極用の電極として、それぞれ対向して２列の管列Ａ、Ｂを１組として設置された、各中空管１の地表より突出した一方側の管列Ａの各中空管１の接続装置４に、直流電源５の陽極側のコード６を接続すると共に、他方側の管列Ｂの各中空管１の接続装置４に前記直流電源６の陰極側のコード７を接続する。 図１、図２には２組の管列Ａ、Ｂが図示されているが、処理面積が大きい場合は、更に多くの管列を配設する。

第１工程による前記各中空管１の設置後、汚染土壌の洗浄工程の第２工程に入る。 汚染土壌Ｇの区域内に散水機等を用いて、水道水や清水等の洗浄用水を適宜散水し、振動発生手段２を作動させて振動作用を汚染土壌Ｇに与えることにより、該洗浄用水を土壌中に迅速に浸透させ、然る後、前記各中空管１の地表より突出した部分に装着された接続装置４を通じて直流電源Ｐより直流電流を通電して、前記それぞれに対向して配設され、交互に陽極、陰極の電極管となっている各中空管１の管列Ａ、Ｂに直流電圧を負荷する。

前記陽極、陰極の管列Ａ、Ｂに直流電圧を負荷すると共に、前記振動発生手段２を作動させて振動作用を汚染土壌Ｇに与えることによって、陽極側の管列Ａと陰極側の管列Ｂとに囲まれた汚染土壌Ｇの内部には、界面働電現象中の電気浸透現象が生ずると共に、汚染土壌Ｇ中の汚染物質が液相の状態で陽極方向から陰極方向へ一定の方向性をもって迅速に流れて移動する。

この場合、前記散水した洗浄用水によって、土粒子間にある汚染物質を洗浄した後の洗浄用水も、また土粒子に吸着している汚染物質を洗浄して分離した後の洗浄水も、共に陽極の管列Ａの方向から陰極の管列Ｂの方向へ土粒子間を迅速に、且つ汚染土壌との接触面積を大として流れて移動する。 そして、陰極側の管列Ｂおよび陽極側の管列Ａも共に、通水孔３を穿設した中空管１を用いているので、陰極側の管列Ｂの各中空管１内に容易にこれらの洗浄後の洗浄用水は通水孔３を経て流れ込んで、有底の陰極側の各中空管１の最下位の小孔３ａ、またはスリット３ｂより下方部内に、集水、貯留される。

そして、前記陰極側の管列Ｂの各中空管１の下方部内に集水、貯留された洗浄後の洗浄用水、すなわち汚染物質を含んだ洗浄用水は、陰極側の各中空管１の上端開口より、図示しないポンプあるいは真空装置によって汲み上げて、水質検査をした結果、規定の水質基準値より高い場合は、再度、汚染土壌に水道水や清水等の洗浄用水を散布して、第２工程を規定の水質基準値以下となるまで繰返す。 なお、前記汲み上げた洗浄後の洗浄用水が、規定の水質基準値より高い場合は、該洗浄用水に溶剤を添加したり、あるいは濾過したりして、水質基準値以下として排水処理することもできる。

前記第２工程において、洗浄後の洗浄用水を集水するに当り、電極の極性を同一のまま長時間経過すると、分極現象を起こして集水能力が低下するので、ある一定時間経過毎に、前記電極を兼ねた各中空管１の極性を転換して、今までの陽極側の管列Ａを陰極側に、また今までの陰極側の管列Ｂを陽極側にそれぞれ転換する。 この極性の転換は地中の電気的挙動に刺激を与えて、新しい陰極側の管列の集水能力が向上する。 この極性の転換操作が数回になると殆んど土中の含水比は低下し、汚染土壌Ｇの電気的抵抗は上昇し、陰極側の管列に殆んど集水が見られなくなる。 そして、この時点で界面働電現象の終了時に判定して、工事を完了する。

なお、図１および図２においては、陽極、陰極の管列Ａ、Ｂは、汚染土壌Ｇの境界線より内側に配設されているが、図６に示すように、境界線に沿って一方の極の管列を設置すると共に、該一方の極に対向して他方の極の管列を設置することにより、洗浄後の洗浄用水は必ず陰極管へ集水されるので、前記汚染土壌Ｇの境界線外へは流出せず、一方の極の管列が特許文献１に記載された遮水壁の役目を果たすことができるのである。

本発明装置全体の概略平面図である。

本発明装置の縦断面図である。

本発明装置に使用する中空管の 一部を切欠した拡大正面図である。

本発明装置に使用する中空管の 他の実施例を示す一部を切欠した拡大正面図である。

本発明装置に使用する中空管の 更に他の実施例を示す一部を切欠した拡大正面図である。

本発明装置の他の實指令を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 中空管２ 振動発生手段３ 通水孔３ａ 小孔３ｂ スリット４ 接続装置５・６ コードＡ 陽極側の管列Ｂ 陰極側の管列Ｇ 汚染土壌Ｐ 直流電源