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【発明の名称】 揮発性土壌汚染物質の抽出方法及びその装置
【発明者】 【氏名】牛尾 亮三
【課題】気液混合抽出法により汚染土壌を修復する際に、揮発性土壌汚染物質の気化による爆発災害の危険をなくし、汚染土壌修復作業の安全性を確保すると共に、土壌修復コストの低減を図る。

【解決手段】吸引井戸1の地表付近の吸引配管1a内に、ボルテックス冷却装置6の冷気吐出口6aから冷気を吹き入れ、汚染土壌から吸引された土壌ガスと地下水の気液混合流体に混合して、揮発性土壌汚染物質の気化を防止する。冷気吐出口6aの周辺の凍結を防ぐ場合には、吸引配管1aの外表面にボルテックス冷却装置6の暖気吐出口6bから暖気を吹き付ける。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 揮発性土壌汚染物質を吸引井戸から土壌ガス及び地下水と共に吸引して抽出する方法において、吸引井戸の地表付近の吸引配管内に冷気を吹き入れて、土壌ガスと地下水からなる気液混合流体に冷気を混合することを特徴とする揮発性土壌汚染物質の抽出方法。
【請求項2】 前記冷気の温度を、吸引配管内の気相中の揮発性土壌汚染物質の濃度が爆発限界未満に維持される温度に調整することを特徴とする、請求項1に記載の揮発性土壌汚染物質の抽出方法。
【請求項3】 前記冷気吐出口付近の吸引配管外表面に暖気を吹き付けることを特徴とする、請求項1又は2に記載の揮発性土壌汚染物質の抽出方法。
【請求項4】 土壌中に吸引配管を埋設して設けた吸引井戸と、吸引井戸から土壌ガス及び地下水を吸引する吸引ポンプとを備え、前記吸引井戸の地表付近の吸引配管内に冷気発生装置の冷気吐出口を設けたことを特徴とする揮発性土壌汚染物質の抽出装置。
【請求項5】 前記冷気吐出口付近における吸引配管の外側に、暖気発生装置の暖気吐出口を該吸引配管に向けて設けたことを特徴とする、請求項4に記載の揮発性土壌汚染物質の抽出装置。
【請求項6】 前記冷気及び暖気の発生装置として、ボルテックス冷却装置を用いたことを特徴とする、請求項4又は5に記載の揮発性土壌汚染物質の抽出装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、揮発性汚染物質による土壌汚染の修復を目的として、この揮発性土壌汚染物質を土壌ガスや地下水と共に吸引して気液混合抽出する方法、及びその実施に用いる抽出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】土壌中の揮発性汚染物質を除去する方法の一つとして、気液混合抽出法が用いられている。この方法は、下端部側面にスクリーンを持つ鋼管からなる吸引配管を汚染土壌の地下に埋設して吸引井戸を設け、帯水層に達する吸引配管の下端部から土壌ガスと地下水とを同時に吸引ポンプを用いて高減圧で吸引するものであり、揮発性土壌汚染物質は土壌ガス及び地下水に含まれる形で抽出される。
【0003】地上に吸引された土壌ガスと地下水の気液混合流体は、気液分離器に入り、ここで液体と気体とに分離される。分離された気体は気液分離器から活性炭吸着槽中に導かれ、ここで揮発性土壌汚染物質が吸着除去される。また、気液分離器において分離された液体中にも液状の揮発性土壌汚染物質が含まれているので、これも所定の水処理工程により除去される。
【0004】この気液混合抽出法では、土壌ガスと地下水の気液混合流体を吸引ポンプで吸引するため、浄化深度が約7mより浅い範囲に限定されるものの、負圧影響範囲が広く、広範囲の土壌中から揮発性土壌汚染物質を抽出できるうえ、吸引井戸の設置コストが他の工法に比べて比較的安いなどのメリットを備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記気液混合抽出法により揮発性土壌汚染物質を抽出する場合、吸引井戸内を上昇してくる気液混合流体は地表付近で温度が上昇し、特に夏期の日中においては地上の温度が高いため、気液混合流体中の液滴に含まれる揮発性土壌汚染物質が吸引配管内で緩められて気化し、気相に移行する。この傾向は、気化潜熱の小さい種類の揮発性土壌汚染物質ほど顕著に現れる。
【0006】このような吸引配管内での揮発性土壌汚染物質の気化は、気体体積の増加を招くため吸引ポンプによる吸引井戸からの吸引効率を低下させるのみならず、吸引配管内での気体濃度を上昇させ、揮発性土壌汚染物質の種類によっては爆発限界濃度を越えてしまう恐れもでてくる。このため、爆発災害発生の危険がある状況下では、気液混合抽出法による汚染土壌の修復作業は長時間の中断を余儀なくされていた。
【0007】かかる揮発性土壌汚染物質の気化による爆発災害の危険がない方法として、地下水を汲み上げる揚水法がある。しかしながら、揚水法は設備的に気液混合抽出法によりも複雑となり、より大型の諸設備が要求される。そのため、揚水法を併用する汚染土壌の修復は、地上に汲み上げられる多量の地下水の清浄化処理の手間も含めて、修復処理のコストを大きく押し上げてしまうことになり、現実的とは言えない。
【0008】本発明は、このような従来の事情に鑑み、気液混合抽出法での揮発性土壌汚染物質の気化による爆発災害の危険をなしく、汚染土壌修復作業の安全性を確保すると共に、土壌修復コストの低減を図ることができる揮発性土壌汚染物質の抽出方法、及びそのための抽出装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、揮発性土壌汚染物質を吸引井戸から土壌ガス及び地下水と共に吸引して抽出する方法において、吸引井戸の地表付近の吸引配管内に冷気を吹き入れて、土壌ガスと地下水からなる気液混合流体に冷気を混合することを特徴とする揮発性土壌汚染物質の抽出方法を提供する。前記冷気の温度は、吸引配管内の気相中の揮発性土壌汚染物質の濃度が爆発限界未満に維持される温度に調整することが好ましい。
【0010】上記揮発性土壌汚染物質の抽出方法を実施するための装置として、本発明は、土壌中に吸引配管を埋設して設けた吸引井戸と、吸引井戸から土壌ガス及び地下水を吸引する吸引ポンプとを備え、前記吸引井戸の地表付近の吸引配管内に冷気発生装置の冷気吐出口を設けたことを特徴とする揮発性土壌汚染物質の抽出装置を提供するものである。
【0011】また、本発明においては、吸引配管内に冷気を吹き入れる冷気吐出口やその周辺の吸引配管内壁の凍結を防ぐため、冷気吐出口付近の吸引配管外表面に暖気を吹き付けることができ、そのため冷気吐出口付近における吸引配管の外側に暖気発生装置の暖気吐出口を吸引配管に向けて配置することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明のような気液混合抽出法が抽出の対象とする揮発性土壌汚染物質としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、フェノール、クレゾール、スチレン、トリクロロエチレン、1,1−ジクロロエチレン、シス−1,2−ジクロロエチレン、トランス−1,2−ジクロロエチレン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、テトラクロロエチレン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、1,3−ジクロロプロペン、ジクロロメタン、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベンゼン、クロロフォルム等が主なものであり、その外にもニトロ化合物であるニトロベンゼン、ニトロトルエン等が含まれる。
【0013】これらの揮発性土壌汚染物質で汚染された土壌の修復作業では、下端部側面にスクリーンを持つ吸引配管を埋設して吸引井戸を設け、帯水層に達した吸引配管の下端部のスクリーンから土壌ガスと地下水(共に揮発性土壌汚染物質を含む)を同時に吸引ポンプで吸引し、地上に吸引した土壌ガスと地下水の気液混合流体を気液分離器に導いて液体と気体とに分離する。分離された気体は活性炭吸着槽に供給し、揮発性土壌汚染物質を吸着除去する。一方、分離された液体は水処理工程に送り、含有される揮発性土壌汚染物質を除去する。
【0014】かかる汚染土壌の修復において、本発明では、吸引井戸から吸引されてくる気液混合流体に、地表付近で吸引配管内に吹き入れた冷気を混合する。この冷気の混合により気液混合流体の温度が下がり、それ以降の吸引配管内部での液状の揮発性土壌汚染物質の気化が抑制される。従って、夏季等の地上の気温が高い場合であっても、液状の揮発性土壌汚染物質が地上の吸引配管中で気化して爆発限界濃度に近づく恐れがなくなり、修復作業の安全性を確保できる。また、吸引配管中での気化率が減少することにより、吸引ポンプが吸引井戸から実質的に揮発性土壌汚染物質を吸引する効率も向上する。
【0015】冷気の発生装置としては、ボルテックス冷却装置が好ましい。ボルテックス冷却装置は圧縮空気のみを利用する冷却器であり、冷気吐出口と暖気吐出口の2つの吐出口を持つ。即ち、ボルテックス冷却装置内に流入した圧縮空気は、管内で旋回しながら熱の分離が行われて暖気と冷気とが形成され、それぞれの吐出口に向かう2つの流れとなる。ボルテックス冷却装置に送り込む圧縮空気は、コンプレッサー等から出た圧縮空気であり、予めフィルター及びエアドライヤーにより汚れや水分を除去したものを用いる。
【0016】以下、図1及び図2に基づいて本発明を更に詳しく説明する。吸引井戸1は、下端部側面にスクリーン1bを持つ吸引配管1aを土壌中に埋設して形成し、その下端部は地下水面2以下の帯水層に達している。吸引配管1aは気液分離器3を経て吸引ポンプ4に接続され、下端部のスクリーン1bの部分から地下水と土壌ガスを同時に吸引するようになっている。
【0017】吸引配管1aの地表近くにはボルテックス冷却装置6が設置され、その冷気吐出口6aが吸引配管1a内に開口し、暖気吐出口6bは外側から吸引配管1aの外表面に向かって開口している。ボルテックス冷気装置6には、エアコンプレッサー7からフィルター付きエアドライヤー8を通して圧縮空気供給し、冷気吐出口6aからは冷気が、及び暖気吐出口6bからは暖気がそれぞれ吹き出すようになっている。
【0018】吸引配管1a内を地表近くまで上昇してきた気液混合流体はボルテックス冷却装置6の吐出口6aから吐出する冷気と混合され、これにより気液混合流体の温度が下がり、若しくは地上温度が高くても気液混合流体の温度上昇を抑制することができる。その結果、吸引配管1a内において、気液混合流体中の液状の揮発性土壌汚染物質の気化が起こらないか又は抑制される。尚、冷気吐出口6aの冷気吹き出し方向を、図示するように気液混合流体の流れ方向と一致させることによって、吸引井戸1からの気液混合流体の流れを乱すことなく、冷気を合流させることができる。
【0019】このようにして、吸引井戸1から地上に吸引された揮発性土壌汚染物質を含む地下水と土壌ガスの気液混合流体は、気液分離器3で気体と液体とに分離され、分離された気体は更に活性炭吸着槽5に供給され、そこで揮発性土壌汚染物質が除去される。また、気液分離器3で分離された液体は、図示しない水処理工程に送られる。
【0020】使用する吸引ポンプ4の能力としては、装置全体の規模にもよるが、吸引ポンプ4の生み出す減圧状況が各所で適正な範囲内に維持されつつ、吸引井戸1から吸引される気液混合流体とボルテックス冷却装置6から吐出される冷気との合量を吸引する能力を備えていることが望ましい。ただし、吸引能力の比較的低い吸引ポンプを使用する場合には、ボルテックス冷却装置6に供給する圧縮空気圧や吐出される冷気と暖気の比率を調節して冷気温度を低下させ、冷気の吐出量を減少させることによって、冷却能力を損なわずに必要な吸引能力を維持することが可能である。
【0021】また、ボルテックス冷却装置6から吐出される冷気は、その使用条件によりマイナス60℃程度の温度域まで温度を下げることができる。従って、このように十分冷された冷気を吐出させれば、例えば、地下から吸引される元々15℃付近の温度の気液混合流体を冷気混合により5℃前後に冷やす場合であっても、吸引ポンプ4による全体の吸気量に占める冷気吐出量の割合は、8分の1以下に抑えることができる。
【0022】それでも、ボルテックス冷却装置6からの冷気の吐出量の分だけ、吸引ポンプ4による吸引井戸1からの気液混合流体の吸引効率が低下することになるが、その一方で、液状の揮発性土壌汚染物質の気化がなく、爆発災害発生の危険が去って作業を中断せずに継続できるようになるのであるから、土壌修復作業全体としてみれば作業時間短縮につながる。
【0023】尚、図1及び図2には、ボルテックス冷却装置6を吸引配管1aの内部に収納した状態で図示してあるが、冷気吐出口6aが吸引配管1a内に開口している限り、ボルテックス冷却装置6自体の位置は任意であって、吸引配管1aの外部に配置してもかまわない。
【0024】本発明では、吸引配管1aの内部を通過する気液混合流体に冷気を直接混合して冷却するので、相対温度の高い吸引配管1aの内壁自体には、気液混合流体の固着又は凍結が起こりにくい。しかし、ボルテックス冷却装置6の冷気吐出口6aの周辺の配管構造によっては、局所的に吸引配管1aの内壁温度が低下して凍結が起こることがある。
【0025】仮に、冷気吐出口6aや吸引配管1aの内壁に凍結が起こる可能性がある場合でも、図2に示すように、ボルテックス冷却装置6の暖気吐出口6bを一旦吸引配管1aの外側に導いてから吸引配管1aに向けて配置し、吸引配管1aの外表面に暖気を直接吹き付ければ、冷気により過剰に冷やされた配管温度を適度な温度まで戻すことができ、凍結の進行を防止することができる。
【0026】このように吸引配管1aを部分的に暖める必要がある場合でも、ボルテックス冷却装置6から出る暖気を利用することができるので、他に余分な追加設備を必要とせず、設備の簡略化やランニングコスト圧縮の面で好都合である。尚、通常は冷気吐出口6a又はその付近の吸引配管1aの内壁に気液混合流体が凍結することはないので、配管バルブの操作により、暖気吐出口6bを閉じ、暖気排出口6cから暖気を系外に吐出させて、吸引配管1a内の冷却効果が最大となるように設定する。
【0027】尚、エアコンプレッサー7からボルテックス冷却装置6に供給される圧縮空気中に水分や埃、油などの汚れが含まれないように、フィルター及びエアドライヤー、又はフィルター付きエアドライヤー8を取り付ける。しかし、ボルテックス冷却装置6は、駆動部分を一切持たない構造であるから、装置全体の保守が複雑化することは殆どない。
【0028】また、爆発の可能性のある揮発性土壌汚染物質の吸引抽出であっても、濃度的に爆発の危険性が無くなった後の吸引作業、即ち修復後期での作業については、ボルテックス冷却装置からの冷気の吐出を停止しても良い。
【0029】
【実施例】地下7m付近に存在する不透水層上の帯水層と、その上に広がる不飽和層にわたって、揮発性土壌汚染物質(有機環式化合物)により所定の濃度に汚染された地下領域が存在するサイトを想定したライシメータ型試験設備を設けた。
【0030】図1及び図2に示すように、この汚染のある地下領域まで直径8cmの吸引井戸1を掘り下げ、埋設する吸引配管1aの下端部側面は、帯水層上部とその上の不飽和層に渡ってスクリーン1bが開く構造とした。吸引井戸1からの吸引配管1aは金属製配管とサクションホースとから構成し、気液分離器3を経由して吸引ポンプ4に接続し、気液分離器3で分離された気体は活性炭吸着槽5を経た後、大気中に放出するようにした。尚、地上部の吸引配管1aやサクションホースには、日差しから保護する対策をとった。
【0031】吸引ポンプ4は5.5kWの水封式真空ポンプ1台を用い、3000Paの真空度にて排気速度毎時60m3で運転した。気液分離器3には容積1.8m3の縦型密閉槽を用いた。吸引井戸1の地表付近の吸引配管1a内にはボルテックス冷却装置6の冷気吐出口6aを設け、その吸引配管1aの外側には暖気吐出口6bを配置した。また、ボルテックス冷却装置6の吸気口は、フィルター付きエアドライヤー8を介してエアコンプレッサー7に接続した。
【0032】ボルテックス冷却装置6へのエアコンプレッサー7からの圧縮空気圧は7kg/cm2とし、毎分350リットルの圧縮空気をボルテックス冷却管6に送り込み、冷気吐出口6aからの冷気吐出温度を−45℃、冷気吐出量を140リットル/minに調節した。この冷気吐出量は、吸引ポンプ4の排気量の約7分の1にあたる。このように吸引配管1a内に冷気を吐出させた結果、地上に上がる前の時点で15〜20℃であった吸引配管1a内の気液混合流体の温度は、冷気との混合により10℃前後にまで低下した。
【0033】この冷却効果のために、地上の気温が30℃であるにも拘らず、気液混合流体の液滴中に含まれている揮発性土壌汚染物質の気化が抑制され、気液分離器3から出た直後の気体中の揮発性土壌汚染物質(有機環式化合物)濃度は5000ppm以下のレベルを維持していた。このため、汚染土壌の修復作業は中断されることなく、長期間にわたって続行することができた。
【0034】
【従来例】土壌汚染状況や吸引井戸1の仕様、及び吸引ポンプ4と吸引ポンプに接続する各装置、並びにそれらの使用条件等は、それぞれ上記実施例と同一としたが、ボルテックス冷却装置6を用いることなく、汚染土壌の修復作業を行った。
【0035】その結果、吸引作業を開始した直後に、気液分離器3から出た気体中の揮発性土壌汚染物質(有機ハロゲン化合物)の濃度が常態での爆発限界濃度である12000ppmを越えたため、吸引井戸1からの吸引を一時停止した。
【0036】その後、地上部の吸引配管1aやサクションホース全体を遮光板で直射日光から保護するなどの応急対策を取ってから、再度吸引を開始したが、気液混合流体中の液滴からの揮発性土壌汚染物質の気化は止まらず、その濃度は爆発限界以下に下がることはなかった。このため、地表温度が下がるまでの間、本格的な吸引作業を再開することはできなかった。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、気液混合抽出法で揮発性土壌汚染物質を抽出除去する際に、簡便な装置と方法によって、揮発性土壌汚染物質の気化による爆発災害の危険をなくし、汚染土壌修復作業の安全性を確保すると共に、全体として抽出効率を向上させて、土壌修復コストの低減を図ることができる。
【出願人】 【識別番号】000183303
【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社
【出願日】 平成9年(1997)12月9日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】山本 正緒
【公開番号】 特開平11−169835
【公開日】 平成11年(1999)6月29日
【出願番号】 特願平9−338720