JP2011240289A - 汚染成分拡散防止構造および汚染土壌の浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】降雨量等に左右されることなく、従来と同程度以下の量の吸着剤で汚染成分を捕捉して、汚染成分の拡散を防止する汚染成分拡散防止構造を提供すること。
【解決手段】汚染土壌Ｓの上層に配設される難透水材７により、難透水材７を通過して汚染土壌Ｓに浸透する浸透量が制限される。難透水材７を通過できない浸透水は汚染土壌Ｓと接触することなく水平方向に排水される。汚染土壌Ｓを透過する浸透水の浸透速度は難透水材７によって規制されるので、汚染土壌Ｓ内の浸透水は鉛直方向に移動する。その結果、第１吸着層５を構成する吸着剤の量を増やさなくても、浸透水に含まれる汚染成分が第１吸着層５で確実に捕捉される。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚染土壌に含まれる汚染成分の拡散を防止する汚染成分拡散防止構造および汚染土壌の浄化方法に関するものである。

トンネルやダム等の掘削工事や建設工事等によって、重金属等の汚染成分が含まれる土壌（以下「汚染土壌」と称す）が大量に発生する。汚染土壌に含まれる汚染成分が拡散することを防止するため、特許文献１に開示されるように、汚染土壌を盛土内に封じ込めて処理する技術が知られている。
以下、図面を参照して、特許文献１に開示される技術を説明する。図１２は特許文献１に開示される従来の汚染成分拡散防止構造を模式的に示す模式図である。
図１２において、１００は従来の汚染成分拡散防止構造、Ｇ１は地表、Ｇ２は地表Ｇ１の下方に位置する自由地下水面、１０１は汚染成分を捕捉する吸着剤を含み地表Ｇ１に敷設された吸着層、Ｓは吸着層１０１の上層に積層された汚染土壌、１０２は吸着層１０１及び汚染土壌Ｓを覆う盛土、１０３は盛土１０２の表層に形成されたアスファルト製やコンクリート製の覆土層である。

以上のように構成される汚染成分拡散防止構造１００では、盛土１０２や覆土層１０３に降雨や積雪があると、雨水や雪解け水が盛土１０２に浸透し、盛土１０２を通過した浸透水が汚染土壌Ｓに浸透する。浸透水が汚染土壌Ｓを通過する間に、汚染土壌Ｓに含まれる重金属等の汚染成分が浸透水に溶出する。汚染成分を含む浸透水が吸着層１０１を通過する間に、汚染成分が吸着層１０１に捕捉される。これにより、汚染土壌Ｓを浄化できると共に、汚染成分が自由地下水面Ｇ２に到達することが防止され、汚染成分が地下水に流出して拡散することが防止される。

特許文献２に開示される技術も、特許文献１と同様に、汚染土壌Ｓの汚染成分が拡散することを防止する技術である。特許文献２に開示される技術では、図１２を参照して説明した吸着層１０１が、汚染成分を吸着する吸着剤と、砂利等の希釈材との混合物で構成されている。その混合物は、浸透水の空間速度（浸透水の流量÷混合物の体積）が６０（ｈｒ^−１）以下に設定されている。これにより、浸透水が吸着層１０１を通過する間に汚染成分が吸着剤に捕捉され、浸透水が浄化される。その結果、特許文献１に開示される技術と同様に、汚染土壌を浄化できると共に、汚染成分が地下水に流出して拡散することが防止される。

特開２００９−２７９５５０号公報 特開２０１０−５６２４号公報

しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）土壌に水が浸透する速度（浸透速度）は降雨量や降雪量（以下「降雨量等」と称す）によって変化するにも関わらず、特許文献１及び２に開示される技術は、浸透速度を制御することができなかった。そのため、降雨量等が少なく浸透速度が遅い場合は、浸透水に含まれる汚染成分を吸着剤で捕捉できるが、豪雨などのように降雨量等が多く浸透速度が速い場合は、浸透水に含まれる汚染成分を吸着剤で捕捉できなくなるという課題を有していた。
（２）豪雨などのように降雨量等が多い場合、汚染土壌を通過した浸透水は鉛直方向のみならず水平方向にも排出される可能性が高い。浸透水が水平方向に排出される場合には、汚染土壌の鉛直方向に形成された吸着層では汚染成分を捕捉することはできない。浸透水が水平方向に排出される場合には、特許文献２に開示されるように、汚染土壌を包囲するように吸着層を設ける必要があった。この場合には、吸着層の体積が増えるため大量の吸着剤が必要になるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、降雨量等に左右されることなく、従来と同程度以下の量の吸着剤で汚染成分を捕捉して、汚染成分の拡散を防止する汚染成分拡散防止構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、降雨量等に左右されることなく、汚染土壌に浸透水を通過させて汚染成分を溶出させ、溶出した汚染成分を吸着剤で捕捉することにより汚染土壌を浄化できる汚染土壌浄化方法を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明の汚染成分拡散防止構造および汚染土壌の浄化方法は、以下の構成を有している。
請求項１記載の汚染成分拡散防止構造は、透湿性を有しつつ水の透過は妨げるものとして汚染土壌の上層に配設される難透水材と、前記汚染土壌の下層に埋設される止水材と、前記汚染土壌を透過した浸透水に含まれる汚染成分が吸着される前記止水材の上部に形設された第１吸着層と、を備えた構成を有している。
この構成により以下のような作用が得られる。
（１）汚染土壌の上層に配設される難透水材により、難透水材を通過して汚染土壌に浸透する浸透水の量（浸透量）が制限される。難透水材および汚染土壌を透過した浸透水は第１吸着層に浸透するが、その浸透水の量が制限されるので、浸透水に含まれる汚染成分は第１吸着層で捕捉される。
（２）難透水材を通過できない浸透水は、難透水材の下層に位置する汚染土壌とは接触しないため汚染されない。一方、降雨量等が多い場合でも、難透水材を通過する浸透水の量は制限されるので、浸透速度が規制される。その結果、汚染土壌を通過する浸透水は水平方向に排出される可能性が低く、ほとんどが鉛直方向に浸透する。鉛直方向に浸透する浸透水は、汚染土壌の下層に埋設される第１吸着層に浸透し、汚染成分は第１吸着層で捕捉される。
（３）以上のことから、汚染土壌を通過した浸透水が水平方向に排水されることを抑制できると共に、降雨量等に左右されることなく、汚染成分を第１吸着層で確実に捕捉することができる。また、難透水材により第１吸着層の浸透量は制限されるので、第１吸着層を構成する吸着剤の量を増やすことなく汚染成分を捕捉できる。これにより、汚染成分の拡散を防止できる。さらに、完全遮水構造とするのではなく難透水材を設けることで、汚染土壌に浸透水を通過させて汚染土壌を浄化することができる。
（４）第１吸着層の下層に止水材を有するので、盛土底部以下の土壌を汚染成分で汚染されるのを防止できる。

ここで、難透水材としては、透湿性を有すると共に、浸透水の通過を完全に遮断することなく適度な雨水を透過させるシート状の部材で構成される。具体的には、透水係数が１×１０^−３〜１×１０^−８ｍ／ｓの合成樹脂製単層や複合シート、不織布等が好適に用いられる。例えば、複合シートとして、ＡＫアペックシート（登録商標）旭化成ジオテック社製等が好適に用いられる。難透水材の透水係数が１×１０⁻³ｍ／ｓより大きくなるにつれ、降雨量が多く浸透速度が速い場合に浸透水に含まれる汚染成分が第１吸着層を通過してしまう傾向がみられる。透水係数が１×１０^−８ｍ／ｓより小さくなるにつれ、難透水材を通過する浸透水の量が少なくなり汚染土壌が浸透水で浄化され難くなる傾向がみられる。これら合成樹脂製単層や複合シートや不織布等を複数枚重ねて用いることも可能である。

第１吸着層としては、吸着剤を敷設して形成することができる。吸着剤としては、汚染土壌に含まれる成分のうち人体に悪影響を及ぼす汚染成分を吸着可能なものであれば、特に制限なく用いることができる。例えば、鉄系化合物を含有する「エコメル（登録商標）」、セリウムを主成分とする複数の希土類化合物を含有する「アドセラ（登録商標）」を用いることができ、その他、Ａｌ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃａ，Ｍｇ等の１種もしくは複数種を含有するもの、人工ゼオライト、火山灰土等を用いることも可能である。また、これらをロックウール、セルロース系等のろ材等と混合して用いることも可能である。

なお、汚染土壌に含まれ吸着剤に捕捉される汚染成分としては、例えば、ヒ素、フッ素、ホウ素、セレン、鉛、クロム、カドミウム、マンガン、アンチモン、ニッケル等を挙げることができる。汚染成分拡散防止構造は、地表に盛土により構築することができる。また、地表を掘削して地中に構築することも可能である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の汚染成分拡散防止構造であって、前記難透水材の上層に形成される粗粒層を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）汚染土壌に含まれる汚染成分は、降雨時には浸透水の移動に伴って鉛直方向下向きに移動するが、晴天時には浸透水の蒸発に伴って鉛直方向上向きに移動し濃縮される可能性がある。汚染成分が鉛直方向上向きに移動されるとしても、難透水材の上層に形成される粗粒層により毛管現象が遮断されるので、汚染成分の地表への毛管上昇を抑制することができ、汚染成分の拡散を防止できる。

ここで、粗粒層としては、砕石、砂利、煉瓦屑、ガラス屑、貝殻屑、陶器屑等の充填されることによって粒子間に空隙が形成され、毛管現象が遮断される部材により構成される。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の汚染成分拡散防止構造であって、前記第１吸着層の下層に埋設される止水材と、前記止水材と前記第１吸着層との間に埋設される水平ドレーンと、前記水平ドレーンに導かれて排水される浸透水が通過し前記汚染土壌に含まれる汚染成分が吸着される吸着装置と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第１吸着層は、比較的高濃度の汚染成分が含まれる初期の浸透水の汚染成分を捕捉した後、汚染成分の捕捉能が経時劣化する可能性がある。第１吸着層は汚染土壌の下層に埋め殺しにされているので、捕捉能が劣化した第１吸着層の吸着剤を交換することは不可能である。第１吸着層の捕捉能が劣化すると、汚染成分を含んだままの浸透水が流出し汚染成分が拡散してしまうところ、第１吸着層の下層に止水材が埋設されているので、止水材より下層に浸透水が流出することが防止される。
（２）止水材へ到達した浸透水は、水平ドレーンにより止水材に沿って水平方向へ導かれる。浸透水に含まれる汚染成分は吸着装置を通過することにより吸着され、流出が防止される。これにより、汚染成分の拡散を防止できると共に、長期に亘って汚染土壌を浄化できる。

ここで、止水材としては、合成樹脂製や合成ゴム系等の止水材、セメント固化材等の水の浸透を遮断する部材により構成される。
水平ドレーンとしては、サンドマットの他、天然繊維を絡み合わせたマット状やロープ状等の吸水性を有するもの（例えば特開平１１−１７２６６６号公報や特開２００１−３３４２号公報等に開示）を用いることができる。
吸着装置としては、前述の吸着剤が充填されたものを用いることができる。吸着装置は吸着剤を交換可能に構成することが好ましい。吸着剤の捕捉能が低下する度に交換することで、汚染土壌を長期に亘って浄化できるからである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の汚染成分拡散防止構造であって、前記難透水材と前記汚染土壌との間に埋設され前記汚染土壌に含まれる汚染成分が吸着される第２吸着層を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）汚染土壌に含まれる汚染成分は、降雨時には浸透水の移動に伴って鉛直方向下向きに移動するが、晴天時にはヒ素のように浸透水の蒸発に伴って鉛直方向上向きに移動し濃縮される可能性がある。汚染土壌から鉛直方向上向きに移動される汚染成分は第２吸着層に吸着されるので、浸透水の蒸発に伴う汚染成分の拡散を防止できる。
なお、第２吸着層を構成する吸着剤は、前述の第１吸着層と同様であるので説明を省略する。

請求項５記載の汚染土壌の浄化方法は、透湿性を有しつつ水の透過を妨げる難透水材を通過した浸透水を汚染土壌に透過させる土壌透過工程と、前記土壌透過工程により前記汚染土壌を透過した浸透水を前記汚染土壌に含まれる汚染成分が吸着される吸着剤と接触させ前記汚染成分を前記吸着剤に捕捉させる汚染成分捕捉工程と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）難透水材を通過した浸透水を汚染土壌に透過させる土壌透過工程により、汚染土壌を透過する浸透水の量（浸透量）が制限される。その結果、吸着層の吸着剤と接触する浸透水の浸透速度を制限できるので、汚染成分捕捉工程により浸透水に含まれる汚染成分を吸着剤に負担をかけずに捕捉させることができる。これにより、汚染土壌を浄化することができる。

請求項１記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）汚染土壌を通過した浸透水が水平方向に排水されることを抑制できると共に、降雨量に左右されることなく、汚染成分を第１吸着層で確実に捕捉することができ、汚染成分の拡散を防止できる汚染成分拡散防止構造を提供できる。
（２）難透水材により第１吸着層の浸透量は制限されるので、第１吸着層を構成する吸着剤の量を増やすことなく汚染成分を捕捉できる汚染成分拡散防止構造を提供できる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）晴天時に浸透水の蒸発に伴って汚染成分が鉛直方向上向きに移動しても、難透水材の上層に形成される粗粒層により毛管現象が遮断されるので、汚染成分の地表への毛管上昇を抑制することができ、汚染成分の拡散を防止できる汚染成分拡散防止構造を提供できる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）止水材へ浸透できない浸透水は水平ドレーンにより止水材に沿って水平方向へ導かれ、浸透水に含まれる汚染成分は吸着装置を通過することにより吸着されるので、汚染成分の拡散を防止できると共に、長期に亘って汚染土壌を浄化できる汚染成分拡散防止構造を提供できる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１の効果に加え、
（１）晴天時に浸透水の蒸発に伴って鉛直方向上向きに移動する汚染成分は第２吸着層に吸着されるので、浸透水の蒸発に伴う汚染成分の拡散を防止できる汚染成分拡散防止構造を提供できる。

請求項５記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）難透水材を通過した浸透水を汚染土壌に透過させる土壌透過工程により、汚染土壌を透過する浸透水の量（浸透量）が制限される。その結果、吸着剤と接触する浸透水の浸透速度を制限できるので、汚染成分捕捉工程により浸透水に含まれる汚染成分を吸着剤に負担をかけずに捕捉させることができ、汚染成分の拡散を防止しつつ汚染土壌を浄化できる汚染土壌の浄化方法を提供できる。

本発明の一実施の形態における汚染成分拡散防止構造を模式的に示す模式図 図１のＩＩで示す部分を拡大して示す拡大図 図１のＩＩＩで示す部分を拡大して示す拡大図 降雨浸透実験装置の模式図 浸出水のｐＨの経時変化図 浸出水のＡｓ，Ｐｂ溶出値の経時変化図 蒸発実験装置の模式図 各土壌の蛍光Ｘ線分析図 各土壌のＡｓ，Ｐｂの含有量分析図（蛍光Ｘ線分析） 表層土壌の溶出試験におけるｐＨの経時変化図 表層土壌のＡｓとＰｂの経時変化図 従来の汚染成分拡散防止構造を模式的に示す模式図

（実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態における汚染成分拡散防止構造について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態における汚染成分拡散防止構造を模式的に示す模式図であり、図２は図１のＩＩで示す部分を拡大して示す拡大図であり、図３は図１のＩＩＩで示す部分を拡大して示す拡大図である。
図１において、１は盛土構造として地表Ｇ１に構成された本発明の汚染成分拡散防止構造、２は土砂が盛り上げられた盛土、２ａは地表Ｇ１に面した盛土底部、２ｂは盛土２の上層付近の盛土上部である。

図１及び図２において、３は合成樹脂製や合成ゴム系等の止水材で形成され盛土底部２ａの上面に敷設された止水材、４はサンドマット、プラスチックドレーン（例えば、旭化成ジオテック社製、商標「パブリックドレーン」）、吸水性を有する繊維マットや通水性の良いやしの実繊維や空際率の大きい不織布等で形成され止水材３の上面に配設された水平ドレーン、５は水平ドレーン４の上層に敷設され人工ゼオライト、ロックウール等と混合された土壌中の汚染成分を吸着固定する吸着剤を含んで構成された第１吸着層、Ｓは第１吸着層５の上面に堆積されトンネル掘削や建設工事等によって発生しヒ素、鉛、カドミウム等の汚染成分を含有する汚染土壌である。
図１及び図３において、６は汚染土壌Ｓの上面に堆積された盛土上部２ｂの上層に積層され人工ゼオライト、ロックウール等と混合され土壌中の汚染成分を吸着固定する吸着剤を含んで構成された第２吸着層、７は盛土２及び第２吸着層６の上面に敷設され、透水係数が１×１０^−３〜１×１０^−８ｍ／ｓの合成樹脂製のシートや不織布等で形成され透湿性を有すると共に浸透水の通過を完全に遮断することなく透過を妨げる難透水材であり、本実施の形態では旭化成ジオテック社製の商品名「ＡＫアペックシート（登録商標）」（１０^−５ｍ／ｓ相当の透水性があり、ガスは通過する）を用いた。８は砕石、砂利、煉瓦屑、ガラス屑等で形成され難透水材７の上面に積層された粗粒層、９は盛土、１０は盛土９の上面に形成されたアスファルト製やコンクリート製等の覆土層である。
図１において、１１は水平ドレーン４に連設されて盛土２の外部に配設された吸着装置、１１ａは吸着装置１１に収容され水平ドレーン４に導かれて排水された浸透水に含まれる汚染成分を吸着する吸着剤である。

以上のように構成される汚染成分拡散防止構造１の構築は、まず、地表Ｇ１に土砂を盛り上げ転圧しながら盛土底部２ａを形成した後、止水材３を敷設し水平ドレーン４を配設する。次いで、第１吸着層５を形成した後、汚染土壌Ｓを積み上げ、その周囲を盛土２で覆う。次に、盛土上部２ｂの上面に第２吸着層６を形成した後、第２吸着層６及び盛土２の上面が完全に覆われるように難透水材７を形成する。次いで、難透水材７の上面に粗粒層８を配設した後、盛土９を形成し、覆土層１０で盛土９の上面を覆う。最後に、水平ドレーン４に吸着装置１１を連設する。

次に、以上のように構成された汚染成分拡散防止構造１を用いた汚染土壌Ｓの浄化方法について説明する。
汚染成分拡散防止構造１に降った雨水は、覆土層１０及び盛土９の表面から浸透水として粗粒層８に浸透し、難透水材７に導かれる。難透水材７は透水係数が１×１０⁻³〜１×１０^−８ｍ／ｓであるので、浸透水の一部は難透水材７を通過して汚染土壌Ｓを透過する（以上、土壌透過工程）。
一方、難透水材７を通過できない浸透水の残部は難透水材７の上部に滞留する。難透水材７の上面に粗粒層８が設けられているので、難透水材７の上部に滞留した浸透水は、水平方向に移動され次第に盛土２の外部に排水される。この浸透水は汚染土壌Ｓと接触していないので、浸透水を盛土２の外部に排水しても汚染成分が拡散されることはない。
なお、難透水材７の透水係数を１×１０⁻⁵ｍ／ｓ程度とすることにより、通常の降雨の場合は、降雨量にもよるが、降雨量の２０〜５０％程度を難透水材７に沿って水平移動（排水）させることができ、豪雨の場合は、９０％以上を難透水材７に沿って水平移動（排水）させることができる。このように難透水材７の透水係数を設定することにより浸透量を規制する。

さて、土壌浸透工程により汚染土壌Ｓを透過した浸透水は、汚染成分を溶かしつつ汚染土壌Ｓを下降し、第１吸着層５に到達する。これにより汚染土壌Ｓは次第に浄化される。また、浸透水に含まれる汚染成分は、第１吸着層５を透過する間に第１吸着層５の吸着剤に捕捉される（以上、汚染成分捕捉工程）。これにより汚染成分の拡散が防止される。
なお、汚染土壌Ｓを浸透する浸透水は、難透水材７により浸透速度が所定速度以下に規制されるので、水平方向の移動が抑制される。その結果、浸透水が第１吸着層５を通過せずに盛土２の外部に排出されることを防止できる。また、第１吸着層５を透過する浸透水の浸透速度も規制されるので、第１吸着層５の吸着剤に過度な負担をかけることなく汚染成分が確実に捕捉される。

次に、第１吸着層５を通過した浸透水は、止水材３により鉛直方向への移動が遮断される。仮に、第１吸着層５の吸着剤が経時劣化して汚染成分の捕捉能が低下した場合は、第１吸着層５を通過した浸透水に汚染成分が残存することになる。このような場合であっても止水材３により浸透水の下方への移動が遮断されるので、汚染成分を含む浸透水が地下自由水面Ｇ２に到達することが防止され、汚染成分の拡散が防止される。

止水材３に達した浸透水は、水平ドレーン４により止水材３に沿って盛土２の外部に排水され、水平ドレーン４に連設された吸着装置１１に導入される。吸着装置１１に導入された浸透水は吸着装置１１に収容された吸着剤１１ａの間を通過する。浸透水に汚染成分が含まれていても、吸着装置１１に収容された吸着剤１１ａにより捕捉される。また、吸着装置１１は盛土２の外部に配設されているので、吸着剤１１ａの交換も容易である。これにより、第１吸着層５の吸着剤が経時劣化して汚染成分の捕捉能が低下した場合であっても、吸着装置１１の吸着剤１１ａにより汚染成分を捕捉することができる。さらに吸着装置１１の吸着剤１１ａの捕捉能が低下した場合は、吸着剤１１ａを交換することにより汚染成分を確実に捕捉できる。従って、汚染成分捕捉工程において、汚染成分が含まれる浸透水を接触させる吸着剤は、第１吸着層５の吸着剤に限定されるものではなく、吸着装置１１の吸着剤１１ａも包含される。

次に、晴天時における浸透水の挙動について説明する。汚染成分拡散防止構造１においては、晴天時は汚染土壌Ｓ内の浸透水が温められて蒸発するのに伴い、汚染成分が鉛直方向上側に向かって移動する。移動した汚染成分は第２吸着層６により吸着され捕捉されるので、汚染成分がそれ以上に拡散することが防止される。仮に、汚染成分が難透水材７上に達したとしても、難透水材７の上層に形成される粗粒層８により毛管現象が遮断されるので、汚染成分の毛管上昇を抑制することができ、汚染成分の拡散を防止できる。

以上のように実施の形態１における汚染成分拡散防止構造１によれば、以下の作用を有する。
（１）汚染土壌Ｓの上層に配設される難透水材７により、難透水材７を通過して汚染土壌Ｓに浸透する浸透量が制限される。難透水材７及び汚染土壌Ｓを透過した浸透水は第１吸着層５に浸透するが、その浸透水の量が制限されるので、浸透水に含まれる汚染成分は第１吸着層５で捕捉される。
（２）難透水材７により浸透量が制限されるので、第１吸着層５を構成する吸着剤の量を増やすことなく（第１吸着層５の厚さを増やすことなく）汚染成分を捕捉できる。また、汚染成分拡散防止構造１を完全遮水構造とするのではなく、汚染土壌Ｓの上層に難透水材７を設けることで、汚染土壌Ｓに浸透水を通過させて汚染土壌Ｓを浄化することができる。
（３）降雨量等が多い場合でも、難透水材７を通過する浸透水の量は制限されるので、浸透速度が規制される。その結果、汚染土壌Ｓを通過する浸透水は水平方向に排出される可能性が低く、ほとんどが鉛直方向に浸透する。鉛直方向に浸透する浸透水は、汚染土壌Ｓの下層に埋設される第１吸着層５に浸透する。これにより降雨量等に左右されることなく、汚染成分を第１吸着層５で確実に捕捉することができる。
（４）汚染土壌Ｓに含まれる汚染成分が、晴天時に浸透水の蒸発に伴って鉛直方向上向きに移動されるとしても、難透水材７の上層に形成される粗粒層８により毛管現象が遮断されるので、汚染成分の毛管上昇を抑制することができ、汚染成分の拡散を防止できる。

（５）第１吸着層５の下層に止水材３が埋設されているので、止水材３より下層に浸透水が流出することが防止される。第１吸着層５による汚染成分の捕捉能が劣化した場合でも、汚染成分を含んだままの浸透水が自由地下水面Ｇ２に流出し汚染成分が拡散してしまうことが防止される。
（６）止水材３へ浸透できない浸透水は、水平ドレーン４により止水材３に沿って水平方向へ導かれる。これにより、汚染成分拡散防止構造１の盛土構造の含水率が高くなって崩壊することが防止される。また、浸透水に含まれる汚染成分は吸着装置１１を通過することにより吸着され、流出が防止される。これにより、汚染成分の拡散を防止できると共に、吸着剤１１ａを必要に応じて交換することで、長期に亘って汚染土壌Ｓを浄化できる。
（７）難透水材７を通過できない浸透水は、粗粒層８により難透水材７に沿って水平方向に排水される。これにより、難透水材７より上層の排水性を向上でき、汚染成分拡散防止構造１の盛土構造の含水率が高くなって崩壊することが防止される。
（８）汚染土壌Ｓに含まれる汚染成分が、晴天時に浸透水の蒸発に伴って鉛直方向上向きに移動されるとしても、汚染土壌Ｓの上層に形成された第２吸着層６に吸着されるので、浸透水の蒸発に伴う汚染成分の拡散を防止できる。
（９）降雨量の変化による浸透水の増加や晴天による浸透水の蒸発等の気象条件の変化の影響を受けても、盛土２内の汚染土壌Ｓから浸透水に移行した汚染成分が拡散することを確実に防止することができると共に、汚染土壌Ｓを長期間に亘って浄化することができ、汚染成分の盛土２の外部への拡散リスクを長期的に低減することができる。

また、以上のような汚染土壌の浄化方法によれば、以下の作用を有する。
（１）難透水材７を通過した浸透水を汚染土壌Ｓに透過させる土壌透過工程により、汚染土壌Ｓを透過する浸透水の量（浸透量）が制限される。その結果、吸着剤１１ａ（又は第１吸着層５）と接触する浸透水の浸透速度を制限できるので、汚染成分捕捉工程により浸透水に含まれる汚染成分を吸着剤１１ａ（又は第１吸着層５）に負担をかけずに捕捉させることができる。これにより汚染成分の拡散を防止しつつ汚染土壌Ｓを浄化できる。

１．降雨浸透実験（実験例１〜３）
次に、図面を参照しながら、本発明の効果を確認する実験例として降雨浸透実験について説明する。図４は降雨実験装置を模式的に示す模式図である。
図４において、２０は降雨実験に用いる実験槽、２１は長さ（図４左右方向）約６０ｃｍの直方体の土槽、２１ａ，２１ｂは所定の間隔をあけて土槽２１内に立設され土槽２１内を３区（実験例１、実験例２及び実験例３）に分割する分割板、２２ａは実施例１における土壌層が形成される土槽２１の底部に形成された排水管、２２ｂは実験例２における土壌層が形成される土槽２１の底部に形成された排水管、２２ｃは実験例３における土壌層が形成される土槽２１の底部に形成された排水管、２３は標準砂（山口県下関産のまさ土）が５ｃｍの厚さで土槽２１の底部に充填された標準砂層、２４はヒ素を含有する硫化鉄鉱残さが標準砂に１ｗｔ％混合されて調製された汚染土壌が５ｃｍの厚さで標準砂層２３の上に充填された汚染土壌層、２５は標準砂が１０ｃｍの厚さで汚染土壌層２４の上に充填された標準砂層、２６は豆砂利（粒径５〜１０ｍｍ程度）が３ｃｍの厚さで標準砂層２５の上に充填された豆砂利層である。なお、標準砂層２３、汚染土壌層２４、標準砂層２５、豆砂利層２６は３区（実験例１、実験例２及び実験例３）とも同様に積層されている。

２７は実験例２における土壌層において標準砂層２３の一部に形成された吸着層である。吸着層２７は、マグネシウム珪酸カルシウム添加のロックウール系（ＭＲＷ剤）の吸着剤を標準砂に１０ｗｔ％混合して調製され３ｃｍの厚さで充填されている。従って実施例２における土壌層では、標準砂層２３の厚さは２ｃｍであり、その標準砂層２３と汚染土壌層２４との間に吸着層２７が形成されている。２８は実験例１における土壌層において標準砂層２５の上面と豆砂利層２６の下面との間に配設された完全な遮水シートではなく、ガスを通過させ、水分も若干浸透・通過する難透水材（透水係数１×１０^−５ｍ／ｓ、商品名「ＡＫアペックシート」旭化成ジオテック社製）、２９は土槽２１の側面に形成された排水管であり実験例１における土壌層の豆砂利層２８の底部（難透水材２８の上面）に連設されている。３０は人工降雨装置、３１は土槽２１の上部に覆設された下面が開放された筐体、３１ａは筐体３１の側壁、３１ｂは筐体３１の天板、３２は吐出口が側壁３１ａに配設された微粒状の水滴を空気と共に噴出する加湿器（シーシーピー社製、商品名超音波ペットボトル加湿器）、３３は目開きが2ｃｍの合成樹脂製のメッシュ、３３ａはメッシュ３３の節部に下方に向けて針状に突起した針状突起、３４は微粒状の水滴と空気の混合した過飽和室である。

調製した汚染土壌の溶出値はＡｓが０．０９９ｍｇ／Ｌ、Ｐｂが０．０１１ｍｇ／Ｌであり、溶出液のｐＨは５．７であった。標準砂、豆砂利、吸着剤の溶出値はいずれも検出限界未満であり、溶出液のｐＨはそれぞれ８．７，３．７，１１．０であった。
透水係数は、汚染土壌が６．４×１０^−６ｍ／ｓ、吸着層が３．６×１０^−５ｍ／ｓ、標準砂が３．２×１０^−５ｍ／ｓであった。汚染土壌の透水係数は、粒径の小さいシルト状の残渣を混合したため小さくなっている。

１．１ 実験方法
実験は、降雨装置を用いて実験槽２０（豆砂利層２６の上面）に降雨を与えることにより行った。降雨の発生方法は、従来方法（細管落下、噴霧など）とは異なり、加湿器３２による水蒸気をメッシュ３３及び縦状突起３３に結露させ、雨滴を発生させるものである。実際の降雨量を実験室規模で再現する場合、たとえば１ｍ^２の５ｍｍ／ｄ降雨は３．５ｍＬ／ｍｉｎという非常に小さい量となる。そのため、連続降雨として与えることが困難となり、通常はたとえば１日の降水量を短時間に集中して与え、それを繰り返す間欠式になる。新しく考案したこの方法は、少量の降雨を連続的に与えることができ、かつ均一性が高いといったメリットがある。本実験では、５００ｍＬ／５〜６ｈ能力の加湿器２台を用いて、１日約１４時間連続して作動させ、５．８〜７．４ｍｍ／ｄ相当の降雨を与えることができた。
実験期間中、降雨は、１週間の内、５日間連続して与え２日間休止するパターンで２週間継続的に与えた。実験期間中は１日１回各実験槽の２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２９からの浸出流量を測定し、併せて重金属分析を実施した。分析方法は、公定法により得られた検液３０ｍｌに対して５ｍｌの硝酸を加え、マイクロウェーブで分解したのち、ＩＣＰ−ＭＳで測定した。また、実験中には、土槽内部の温度・湿度の計測を超小型温度・湿度計を用いて計測した。実験槽２０に与えた雨量は５．８〜７．４ｍｍ／日であった。実験期間中の土槽２１内の温度は２１．５〜２６．０℃であり、湿度は９６．６〜１００％ＲＨであった。
さらに、排水管２２ｂ，２２ｃからの浸出水のＡｓ分析を行った。浸出水の分析は、公定法により得られた検液３０ｍＬに対して５ｍＬの硝酸を加えマイクロウェーブで分解した後、ＩＣＰ−ＭＳで測定することにより行った。

１．２ 実験結果
浸出流量の測定の結果、排水管２２ａ（実験例１）からは０ｍＬ／日、排水管２２ｂ（実験例２）からは２１０〜５６６ｍＬ／日、排水管２２ｃ（実験例３）からは２２５〜４６６ｍＬ、排水管２９（実験例１の難透水材２８）からは６００〜９７２ｍＬ／日であった。実験例１においては難透水材２８により浸透量が規制された結果、排水管２２ａからの浸出がなくなったと考えられる。

図５は、対策の排水管２２ｂおよび無対策の排水管２２ｃにおける浸出水のｐＨの経時変化を示している。降雨対策における排水管２２ａからの浸出水のｐＨが７．７であるから、それから推定すると汚染土壌を通過した浸出水は、大きくｐＨが下がることになる（ｐＨ＝３．３〜３．７）。その後、吸着層を通過するとｐＨが上昇することになる（ｐＨ＝５．７〜７．１）。
図６は、対策の排水管２２ｂおよび無対策の排水管２２ｃにおける浸出水のＡｓ，Ｐｂ濃度の経時変化を示したものである。まず、Ｐｂに着目すると、濃度はＡｓに比較すると小さいが、対策（排水管２２ｂ（実験例２））の方が無対策（排水管２２ｃ（実験例３））より小さくなっている。３日後に無対策（排水管２２ｃ）のＰｂ濃度が大きくなっているが、局所的に高濃度の間隙水が浸出したものと思われる。つぎに、Ａｓの濃度に着目すると、明確に対策（排水管２２ｂ）の濃度の方が無対策（排水管２２ｃ）のそれより小さくなっていることがわかる。本実験では、吸着層の厚さを３ｃｍとしているが、吸着性能は浸透速度にも大きく依存することから、浸透流量が変動する過程の中でやや上昇する傾向も認められる。
上述の結果から、基本的にＭＲＷ剤を使用した吸着層により、汚染土壌を通過した浸出水からのＡｓおよびＰｂの除去・低減が可能であり、浄化効果が期待できることがわかった。
次に、Ａｓ濃度は、対策（排水管２２ｂ（実験例２））の浸出水は０．００３〜０．０４０ｍｇ／Ｌであり、無対策（排水管２２ｃ（実験例３））の浸出水は０．０４２〜０．０６４ｍｇ／Ｌであった。実験例２の土壌層は吸着層２７を備えているのに対し、実験例３の土壌層は吸着層を備えていない。この差が浸出水のＡｓ分析の結果に表れている。しかし、実験例２の土壌層は吸着層２７を備えているにも関わらず、Ａｓ濃度が０．００３〜０．０４０ｍｇ／Ｌと変動している。このＡｓ濃度が変動する原因の一つに浸透量の変動がある。実験例１のように難透水材２８を配設することにより、浸透量を規制し汚染成分の拡散を防止しつつ汚染土壌を長期的に浄化できることが確認された。

２．蒸発実験（実験例４，５）
蒸発実験は、蒸発過程において浸透水は毛管上昇して表面に濃縮する可能性があることを確認し、併せてその対策工法として吸着剤を使用し、その効果を確認することを目的として実施した。
２．１ 実験方法
図７は、蒸発実験の実験装置の模式図である。
４０は蒸発実験装置、４１は実験槽、４１ａは実験槽４１を分割する分割壁、４２は合成樹脂シートで作成した排水ドレーン、４３は排水ドレーン４２のコック４３ａ付き排水管、４４は層厚５ｃｍで充填された下関産のまさ土からなる標準砂層、４５は標準砂にヒ素を含有する硫化鉄鉱残渣を１ｗｔ％混合して作成した層厚１０ｃｍの汚染土壌である。その溶出値はＡｓが０．０９９ｍｇ／Ｌ、Ｐｂが０．０１１ｍｇ／Ｌで溶出液のｐＨは５．７であった。４６が標準砂にマグネシウム珪酸カルシウム添加ロックウール系吸着剤（ＭＲＷ剤と称する）を１０ｗｔ％混合して作成した吸着層、４７は出力８００Ｗのハロゲンヒーター、４８はアルミ板で作成した反射板、４９は排水ドレーンと給水管４９ａで連結された給水タンク、４９ｂは給水タンク４９の溢水管、５０は外部給水槽である。
実験槽４１内は、対策（吸着層あり，Ｅ１槽，実験例４）、無対策（吸着層なし，Ｅ２槽，実験例５）の２つに分割している。
蒸発の条件は、外部給水管５０の水位と連動させて水位を地表面より８ｃｍの位置に設定し、室内の温度を２０±１℃に設定した。また、太陽輻射による蒸発促進を想定し、ハロゲンヒータを用いて９時から１５時の６時間照射した。このときの土壌層表面付近の最高温度は、２７±２℃程度となった。蒸発量は、外部給水槽５０の減少量を１日１回測定した。その結果、ほぼ安定した蒸発量が得られ、平均２．２ｍｍ／ｄとなった。一般的に降雨量の１／３程度が蒸発散量になるとされていることから、降水量を１８００ｍｍ／ｙとすると１．６４ｍｍ／ｄとなる。実験中には、表土を分割して、実験開始後２１日後から土壌採取を開始し、数日間隔で８５日後までのデータを取得した。また、５０日後および８１日後の表面土壌を用いて、蛍光Ｘ線分析装置による土壌成分分析を行った。
２．２ 実験結果
実験状況の観察結果から、無対策（Ｅ２槽）の表面が時間を経るごとに茶褐色に変色してきた。このため、その原因を調べるため、表層土壌の蛍光Ｘ線分析を実施した。図８は、汚染土壌、標準砂および実験表層土壌の含有量分析結果である。これをみると、Ｃａ，Ｋ，Ｆｅが高いことがわかる、Ｋは、それぞれの土壌であまり変化はないが、Ｃａは対策（Ｅ１槽）で、Ｆｅは無対策（Ｅ２槽）で高くなっている。対策（Ｅ１槽）でＣａが高くなっているのは、酸性の汚染土壌通過水と吸着層で使用したＭＲＷ剤が反応し、中和生成物の硫酸カルシウムが表層土壌中に移動、析出したためであると考えられる。Ｆｅが無対策（Ｅ２槽）で大きくなっているのは、汚染土壌中に含まれる硫化鉄鉱粉が酸化して生じた硫酸鉄が表層土壌に移動、析出したためと推察される。また、無対策（Ｅ２槽）の表面の色が、茶褐色に変色したのは、表層土壌に移動した硫酸鉄の一部が更に酸化して茶褐色の水酸化鉄が生成した結果と考えられる。図９は、ＡｓとＰｂのみの含有量を示したものである。これをみるとＰｂはあまり変化はないが、Ａｓは無対策で大きくなっていることがわかる。これは、ＰｂよりＡｓの方の移動性が大きく、水分の蒸発に伴って汚染土壌から表層に向かって移動し、濃縮されつつあることを示していると考えられる。
図１０は、表層土壌の溶出試験におけるｐＨを示したものである。同図をみると対策（Ｅ１槽）で変動はあるが、ｐＨは６〜１１と高くなっている。無対策（Ｅ２槽）ではｐＨは４以下となっている。これは、対策（Ｅ１槽）では吸着層の高ｐＨ（１１．２）の影響が表れ、無対策（Ｅ２槽）では汚染土壌の低ｐＨ（５．７）の影響が表れていると考えられる。図１１は、表層土壌のＡｓとＰｂの経時変化を示したものである。Ａｓに着目すると無対策（Ｅ２槽）では大きく変動しているものの対策（Ｅ１槽）に比較して大きくなっていることが確認できる。変動の原因としては、標準砂密度の微妙な変化によって毛管上昇・濃縮は、面的に不均一となる可能性があるものと推察される。つぎに、Ｐｂをみると、いずれも低濃度であり明確な差は認められない。
以上のことから、表面の蒸発によって土壌内水分は表面に向かって移動し、移動性の大きいＡｓなどは上方移動・濃縮される可能性があることが確認できた。また、ＭＲＷ剤を用いた吸着層を汚染土壌の上部に設置することにより、Ａｓの上方移動・拡散を抑止できる可能性があることがわかった。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
上記実施の形態では、汚染成分拡散防止構造１が地表Ｇ１に盛土を行い構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、地表Ｇ１を掘削しその掘削した部分に構成することも可能である。この場合も、汚染土壌Ｓの上層に難透水材７を配設することで同様の作用が得られる。
上記実施の形態では、難透水材７の上面に粗粒層８を配設した場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、粗粒層８の排水性に応じて部分的に設けることや、配設しないことも可能である。

本発明は、トンネルやダム等の掘削工事や建設工事等によって大量に発生する汚染土壌の処理技術に関し、降雨量の変化による浸透水の増加や晴天による浸透水の蒸発等の気象条件の変化の影響を受けても、汚染土壌から浸透水に移行した汚染成分が拡散することを確実に防止することができると共に、汚染土壌を長期間に亘って浄化でき、環境問題に貢献できる。

１ 汚染成分拡散防止構造
２ 盛土
２ａ 盛土底部
２ｂ 盛土上部
３ 止水材
４ 水平ドレーン
５ 第１吸着層
６ 第２吸着層
７ 難透水材
８ 粗粒層
９ 盛土
１０ 覆土層
１１ 吸着装置
１１ａ 吸着剤
２０ 降雨実験装置
２１ 実験槽
２１ａ，２１ｂ 分割板
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２９ 排水管
２３，２５ 標準砂層
２４ 汚染土壌層
２６ 豆砂利層
２７ 吸着層
２８ 難透水材
４０ 蒸発実験装置
４１ 実験槽
４１ａ 分割壁
４２ 排水ドレーン
４３ 排水管
４４ 標準砂層
４５ 汚染土壌
４６ 吸着層
４７ ハロゲンヒーター
４８ 反射板
４９ 給水タンク
４９ａ 給水管
４９ｂ 溢水管
５０ 外部給水槽

Claims (5)

1. 透湿性を有しつつ水の透過は妨げるものとして汚染土壌の上層に配設される難透水材と、
   前記汚染土壌の下層に埋設されて前記難透水材および前記汚染土壌を透過した浸透水に含まれる汚染成分が吸着される第１吸着層と、を備えていることを特徴とする汚染成分拡散防止構造。
2. 前記難透水材の上層に形成される粗粒層を備えていることを特徴とする請求項１記載の汚染成分拡散防止構造。
3. 前記第１吸着層の下層に埋設される止水材と、
   前記止水材と前記第１吸着層との間に埋設される水平ドレーンと、
   前記水平ドレーンに導かれて排水される浸透水が通過し前記汚染土壌に含まれる汚染成分が吸着される吸着装置と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚染成分拡散防止構造。
4. 前記難透水材と前記汚染土壌との間に埋設され前記汚染土壌に含まれる汚染成分が吸着される第２吸着層を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１に記載の汚染成分拡散防止構造。
5. 透湿性を有しつつ水の透過を妨げる難透水材を通過した浸透水を汚染土壌に透過させる土壌透過工程と、
   前記土壌透過工程により前記汚染土壌を透過した浸透水を前記汚染土壌に含まれる汚染成分が吸着される吸着剤と接触させ前記汚染成分を前記吸着剤に捕捉させる汚染成分捕捉工程と、を備えていることを特徴とする汚染土壌の浄化方法。