JP2008194544A

JP2008194544A - 重金属含有酸性土壌の地下水中和方法

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Publication number: JP2008194544A
Application number: JP2006124759A
Authority: JP
Inventors: Keijiro Ito; 藤圭二郎伊; Minoru Hasegawa; 実長谷川; Shinkichi Azuma; 伸吉東; Tadashi Yamamoto; 本忠山; Akitoshi Ishii; 井明俊石; Satoru Yamazawa; 澤哲山; Seiji Otsuka; 塚誠治大; Susumu Uesawa; 沢進上
Original assignee: Kajima Corp; Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】重金属により汚染された酸性土壌・地下水をｐＨ制御のみの簡単な処理操作により中和し、処理後の汚染土壌から鉛等の重金属の溶出を防止する様にした汚染土壌の地下水中和方法を提供する。
【解決手段】重金属を含有する酸性土壌にボーリング孔又は井戸により弱アルカリ性の水又は炭酸カルシウムもしく酸化マグネシウムの固体を入れ、揚水又は注水又は揚水及び注水を行うことで地下水流方向及び流速を制御し、又アルカリ性を示す固体を入れたボーリング孔又は井戸に清水を注入することで弱アルカリ水を地盤に注入し、地下水を中和する。
【選択図】図１

Description

本発明は、重金属で汚染された酸性土壌の汚染浄化対策に関し、特に重金属含有酸性土壌・地下水の中和方法に関する。

鉛等の重金属で汚染された汚染土壌・地下水については地盤中での移動性が低いものが多く、比較的汚染深度が浅いため汚染土壌を堀削して地盤中から除去し、健全土を埋め戻すことで対策される例が多い。また、汚染土壌の掘削又は原位置で不溶化剤（例えば硫化ナトリウム）を添加して難溶解性の物質を形成したり（特許文献１）、汚染土壌にセメントを混合することで固形化したり（特許文献２）する固化・不溶化技術や、掘削後に水などで洗浄したり、汚染物質が高濃度に存在する粒度を分級したりする技術が知られている。

特開２００２−３５７３３号公報特開平１０−２５８２６３号公報

上記従来技術において、汚染土壌の掘削除去、埋め戻しは工事が大掛かりとなり、掘削後の水による洗浄や分級は、作業が煩雑である。前記不溶化剤による難溶解性の物質の形成は、不溶化剤とその併用処理剤を要し、またセメントを使用する汚染土壌の固形化は、セメントを多量に使用することによる材料費のコスト高があり、その処理後において酸性地下水に接触すれば、再度汚染土壌から重金属が多量に溶出するおそれがあった。

また、土壌汚染の有無は土壌溶出試験と含有量試験により判断されるが、土壌溶出試験の数値は土壌のｐＨに大きく左右され、酸性側では重金属の多くは溶解し易くなる傾向がある。同様に、地下水汚染についても地下水濃度により判断されるが、地下水のｐＨが酸性側では、地盤中に沈殿していた重金属が溶解するため重金属の多くは溶解し易くなる。

このため、地下水環境が酸性（ｐＨ６未満）となっている場合では、少量しか有害な重金属が含有されていない場合でも、ｐＨ中性よりも多くの量溶解するので土壌溶出試験値が高くなり、同じ含有量の場合にはｐＨ中性の場合よりも汚染土量が増大する。その結果として地下水汚染濃度も高くなる。このような汚染に対して従来技術を適用すると、溶出し易い環境であることや溶出した汚染物質が地下水流れにより拡散する影響もあり汚染範囲が広くなり、コストが増大する問題があった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するもので、ｐＨ制御により鉛等の重金属により汚染された酸性汚染土壌・地下水を経済的、かつ簡単な処理操作により処理し、処理後の汚染土壌から鉛等の重金属の溶出を防止するようにした汚染土壌の地下水中和方法を提供することを目的とするものである。

本発明の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法によれば、水中に入れると弱アルカリ性を示す固体又は弱アルカリ性水を、ボーリング孔又は井戸より酸性地下水面下に入れるようになっている。

また、本発明によれば、水中に入れると弱アルカリ性を示す固体として、直径が７５μｍ以上或いは対象とする土壌の平均粒子径以上の炭酸カルシウム、酸化マグネシウムを入れるようになっている。

さらに本発明によれば、ボーリング孔又は井戸が格子状又は線状又は円状等の閉じた形状で配置されている。

そして本発明によれば、揚水又は注水又は揚水及び注水を行うことで地下水流方向及び流速を制御するようになっている。

また、本発明によれば、アルカリ性を示す固体を入れたボーリング孔又は井戸に清水を注水することで弱アルカリ水を地盤中に注入するようになっている。

本発明の実施に際し、鉛等の重金属で汚染された酸性土壌１が存在する地盤中に注水井戸２を設け、該注水井戸２からｐＨ＝７〜１０（好ましくはｐＨ＝７．５〜９）の弱アルカリ水を汚染酸性土壌１に対し注水することにより汚染酸性土壌１を中和するのが好ましい。

弱アルカリ性のアルカリ水で中和することで、地下水環境が極端にアルカリ性とならないため、アルカリ側で溶出し易くなる鉛等の両性金属であっても、溶出低減することができる。

また、前記弱アルカリ水は炭酸ナトリウム、苛性ソーダ、炭酸水素ナトリウムよりなる群より選択した１つ又は複数のものと水を用いて調整するのが好ましい。

このようにすれば、一般的に地下水中に存在するイオンであるナトリウムイオンや炭酸イオンを注入することで、中和物質による二次的な影響を防止する。

さらに、注水井戸２から間隔をおいて観測孔７を設け、前記弱アルカリ水の注水を、その注水による地下水ｐＨが４．５以上、７．５以下の値が観測孔７において観測されるまで注入し続けるのが好ましい。

このようにすれば、後記の試験例で説明するように環境基準値を超過する土壌を基準値以下まで低下することができる。

また、前記注水井戸２と隔てて設けられた揚水井戸１０から地下水を揚水するようにするのが好ましい。

このようにすれば、酸性地下水を回収することで中和効果を高めることができる。

さらに、揚水した酸性地下水を地上で汚染除去および弱アルカリに調整し、注水井戸２を介して地下水中に復水するのが好ましい。

このようにすれば、揚水井戸から揚水した地下水の再利用により使用する水量を節約することができる。

さらに、対象汚染範囲を止水壁１２で囲み、外部からの地下水の流入を防止した上で、止水壁内部で浄化を行うようにするのが好ましい。

このようにすれば、対象範囲外からの地下水流入や対象範囲内へ注水したアルカリ水の流出を防ぐことができ、効率的に中和を進めることができる。また、地下水面より上の層（不飽和層）の重金属含有酸性土壌に対しても、注水したアルカリ水が溜まることで酸性土壌と接触し、中和させることができる。

また、鉛等の重金属で汚染された汚染酸性土壌１が存在する地盤中に弱アルカリ水を注水する注水井戸２と、該注水井戸２に弱アルカリ水を供給する注水装置５と、該注水井戸２と前記汚染された汚染酸性土壌１を挟んで設けられ地下水を揚水する揚水井戸１０と、該注水井戸２および揚水井戸１０から離隔されて設けられ地下水のｐＨを測定するための観測孔７とからなるシステムを実施するのが好ましい。

本発明によれば、下記のすぐれた効果を奏する。
（ａ）水を入れると弱アルカリ性を示す固体すなわちアルカリ溶出材を入れることで、少しずつ固体からアルカリが溶出し、長期的に中和反応を持続することができる。
（ｂ）原地盤より大きい粒子のアルカリ溶出材を充填することで酸性地下水が通り易くなり、酸性地下水とアルカリ溶出材の接触量が増加することで単位時間当りの中和量が増加する。
（ｃ）アルカリ溶出材を用いることで弱アルカリ水を地上プラントを設置して作成する必要がなくなる。
（ｄ）弱アルカリ性のアルカリ水で中和することで、極端にアルカリ性になることも防止するので、鉛等の両性重金属であっても地下水に溶け難い形態とすることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す。図１において、１は鉛等の重金属で汚染された重金属含有酸性土壌を示し、その少なくとも一部が表面層Ｅの下部の地下水層に存在する。該重金属含有土壌に水に入れると弱アルカリ性を示す固体又は弱アルカリ水を注水して中和する注水井戸２を、地下水層３に達するまで地表から掘り下げる。４は該地下水層３の下部の難透水層を示す。
本発明の実施に際して水に入れると弱アルカリ性を示す固体すなわちアルカリ溶出材を用いてもよく、又、予め弱アルカリ水を準備してもよいが、以下、例として弱アルカリ水を用いた場合を説明する。

注水井戸２の上方の地盤上に注水装置５を設ける。該注水装置５は弱アルカリ水を貯蔵するタンク６、タンク６から弱アルカリ水を注水井戸２に供給するためのバルブ、ポンプ（図示せず）等を有する。重金属含有土壌１から離れた地下水の下流側（図１において右側）に地下水のｐＨを観測するための観測孔７を設ける。

本発明において、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）を蒸留水等の水に加えることによりｐＨ８〜９の弱アルカリ水を調整し、タンク６に貯留する。なお、その他任意のアルカリ液を用いることもできる。

次いで、タンク６から注水井戸２に前記調整された弱アルカリ水を供給し、注水井戸６から重金属含有酸性土壌１に弱アルカリ水を注水する。重金属含有酸性土壌１を中和するための弱アルカリ水が混合した地下水を観測孔７から抽出してｐＨ計測し、地下水のｐＨが４．５以上になると、アルカリ水の注水を停止し、重金属含有酸性土壌１の中和浄化を終了する。この場合、ｐＨが元々のｐＨに対して２以上上昇させるまで注入し続けることにより中和浄化することもできる。

汚染重金属の一例である鉛の溶出量は、ｐＨが約中性で極小となり、中性域からアルカリ性側または酸性側になるに従いその溶出量が増大する傾向にある。
そのため、酸性汚染土壌１または地下水をｐＨ７〜１０の弱アルカリ性水により中和することにより、鉛の溶出を抑制することができる。

浄化処理の前後の汚染土壌の状態について図５の浄化前と、図６の浄化後の模式図で説明する。図５に示すようにｐＨが酸性側の場合は、重金属含有土１から溶解した重金属１−Ａおよび地下水汚染部１−Ｂの量が大きい。なお、地下水３中の矢印は、地下水の流れを示す。
これに対し、本発明により浄化処理後は、重金属含有土１からの重金属の溶出が抑制され、図６に示すように、溶解した重金属１−Ａおよび地下水汚染部１−Ｂの量は、前記図５に示す量に比較してきわめて少量となっている。

図２に本発明の第２の実施形態を示す。図１と同一部材には同一符号を付す。図２の実施形態においては、浄化対象汚染土層１を注水井戸２と揚水井戸１０とで挟むように配置し、注水井戸２と揚水井戸１０の間に観測孔７を配置する。
注水井戸２、揚水井戸１０、注水装置５、観測孔７で重金属含有土壌１の原位置浄化システムを構成する。

注水井戸２と揚水井戸１０により注水および揚水を同時に行うことで、両井戸２と井戸１０間の汚染土壌１を中和浄化する。注水井戸２からの注水方法は図１の実施形態と同様である。また、注水井戸２と揚水井戸１０の間で観測孔７により地下水ｐＨが４．５以上となるか或いは元々のｐＨより２以上昇することを確認されるまでアルカリ水注水を継続する。

図３に本発明の第３の実施形態を示す。図２と同一部材には同一符号を付す。図３の実施形態では、揚水井戸１０から揚水した水を再利用プラント１１に送り、地上で水を汚染除去および弱アルカリ性に調整した後、タンク６に戻して中和用のアルカリ水用に再利用する。注水井戸２からの注水方法は図１の実施形態と同様である。また、注水井戸２と揚水井戸１０の間で観測孔７により地下水ｐＨが４．５以上となるか或いは元々のｐＨより２以上昇することを確認されるまでアルカリ水注水を継続する。

図４に本発明の第４の実施形態を示す。図３と同一部材には同一符号を付す。
図４の実施形態では、対象汚染範囲を止水壁１２で包囲して設け、難透水層４まで根入れする。そして止水壁１２で囲まれた内部に注水井戸２、揚水井戸１０および観測孔７を配置し、アルカリ水を注水し内部をアルカリ水で満たす。

注水井戸２からの注水方法は図１の実施形態と同様である。観測孔７により地下水ｐＨが４．５以上となるか或いは元々のｐＨより２以上昇することを確認されるまでアルカリ水注水を継続するが、内部が水で満たされた場合には、揚水井戸１０により揚水を行い、図３の実施形態のように揚水された水を必要に応じ再利用する。

本発明者の試験によれば、溶出の割合を１０^−３以下に抑えれば効果的でそのための土壌のｐＨは４〜７にすればよいと考えられる。そのために、上記各実施形態における汚染土壌に対する弱アルカリ水のｐＨを７〜１０に調整して注水井戸から注水し、観測孔７からの地下水ｐＨ４．５以上、７．５以下、或いは元々のｐＨに対して２以上上昇させることにより、汚染土壌における鉛溶出量／鉛含有量の割合を１０^−３程度まで低減することができた。

弱アルカリ水のｐＨが１０を超えると弱アルカリ水による汚染土壌の浄化のための費用対効果が低減し、またｐＨが７未満であると汚染土壌のｐＨを４〜７にするまでに要する時間が長くなるので、弱アルカリ水のｐＨを７〜１０を選択した。また観測孔７からの地下水のｐＨ４．５以上または元々のｐＨに対して２以上上昇させることにより、汚染土壌のｐＨを４〜７にすることができた。
観測孔７のＰＨが４．５以下では、溶出分が多く不適当であり、７．５以上にするとアルカリ液が無駄になる。

図１〜図４の実施形態では鉛の重金属で汚染された酸性汚染土層の例で説明したが、本発明は重金属で汚染された滞留地下水層にも適用することができ、また、重金属として鉛以外のカドミウム、鉄、マンガン、銅汚染にも適用することができる。

弱アルカリ水の調整には、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）の何れかを単独または併用してもよい。
また、図１〜４の実施形態において、注水井戸２の一方側に図示されている重金属含有土層は、注水井戸２の他方側や両側にあってもよい。

次に水中に入れると弱アルカリ性を示す固体として炭酸カルシウムを用いた例を説明する。なお、炭酸カルシウム以外に酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムを用いることもできる。
図７は本発明を実施するために穿設した炭酸カルシウム充填孔Ａの配置を示す図である。図示の通り、これらの充填孔Ａは５ｍ間隔で格子状に設けられている。

図８は炭酸カルシウム充填孔Ａを符号ＸおよびＹで示すように線状に２列配置した例である。炭酸カルシウム充填孔Ａの間隔はこの例では２ｍである。
図中、黒丸Ｂは注水井戸を示し、白丸Ｃは揚水井戸を示している。

図９は多数の炭酸カルシウム充填孔Ａを縦横の線状に配置して格子状のものとし、それらの炭酸カルシウム充填孔Ａの中心に注水井戸Ｂおよび揚水井戸Ｃを設けた例である。

このように図７、図８、図９で示す配置により好適な中和を長期間に亘って得ることができる。

本発明の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法に係る第１の実施形態を示す図。本発明の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法に係る第２の実施形態を示す図。本発明の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法に係る第３の実施形態を示す図。本発明の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法に係る第４の実施形態を示す図。重金属含有酸性土壌の地下水の中和前の状態を示す模式図。重金属含有酸性土壌の地下水の中和後の状態を示す模式図。本発明を実施するためのボーリング孔又は井戸の配置の一例を示す図。本発明を実施するためのボーリング孔又は井戸の配置の他の例を示す図。本発明を実施するためのボーリング孔又は井戸の配置の別の例を示す図。

符号の説明

１・・・重金属含有土壌
２・・・注水井戸
３・・・地下水層
５・・・注水設備
６・・・タンク
７・・・観測孔
１０・・・揚水井戸
１２・・・止水壁

Claims

水中に入れると弱アルカリ性を示す固体又は弱アルカリ性水を、ボーリング孔又は井戸より酸性地下水面下に入れることを特徴とする重金属含有酸性土壌の地下水中和方法。
水中に入れると弱アルカリ性を示す固体として、直径が７５μｍ以上或いは対象とする土壌の平均粒子径以上の炭酸カルシウム、酸化マグネシウムを入れることを特徴とする請求項１記載の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法。
ボーリング孔又は井戸が格子状又は線状又は円状等の閉じた形状で配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法。
揚水又は注水又は揚水及び注水を行うことで地下水流方向及び流速を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法。
アルカリ性を示す固体を入れたボーリング孔又は井戸に清水を注水することで弱アルカリ水を地盤中に注入することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の重金属含有酸性土壌の地下水中和方法。