JPH04501231A - 地中土および地下水を原位置で除染するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 地中上および地下水を原位置で除染するための方法本発明は、汚染された地中領 域を原位置で除染するための方法に関する。特に、本発明は、汚染領域に水平に 蒸気を注入し回収井戸から部分真空で流体を排出して地中の汚染を除去するため の方法に関する。なお、かかる部分真空は、蒸気の注入停止の後、土の残留熱に よって地中上の間隙から蒸発した残留水および他の汚染物を除去するのに十分な 時間、回収井戸に引かれる。

発明の背景 近年、有機溶剤および他の石油製品による地下水の汚−染−の問題が、著しい比 率に達してきた。汚染成分は、例えば電子工業および化学工業で使用された有機 溶剤や、石油の炭化水素を含んでいる。これらの成分の多くは一般的に、水に溶 けにくい疎水性のものであり、別々の地下水相に存在する。従前の汚染サイトを 除染するための方法は、（ａ）汚染土の除去と、（ｂ）帯水層に浮遊するプール として或いは帯水層の底部に存在する流体の排出と、グして残留汚染物を除去す ること、の組み合わせからなる。成る場合には、地下水の排出および土の気体の 真空ボンピングがもっばら使用されている。しかしながら、かかる方法は不充分 である。

何故ならば、土の間隙に捕捉される存機流体を移動させるのに必要とされる条件 を満たすことができなかったり、流れる地下水又は土中の気体中の汚染流体の分 離又は蒸発が、流体が容易に接触しない領域での汚染物の分布によって課される 物質移動の拘束によって制限されるからである。従って、水および気体の圧送に よる除染では、どれだけの水をどれだけの時間、圧送しなければならないのか、 或いは、圧送が効果的であるのかどうかが不明である。

スピルを含む物質の大部分は水にほんの僅か（即ち、１００ｇにつき１ｇ以下） 溶解するが、多（は水よりも重い。流体の粘度は一般に水よりも小さく、沸点は 通常、水の沸点と同等である。

液体の汚染物が土中に十分な量放出されると、密度に係わりなく、地下水面の方 へ沈澱する傾向がある。移動の過程では、この液体は、最も透水性の高い帯域、 又は、小塊又は土の間隙に捕捉された節部に残された部分をたどる。間隙に残さ れる有機液体の量は、残留飽和になる。炭化水素の汚染物によって占められる間 隙部分として表した場合には、飽和孔媒体の残留飽和は、軽質油では１０％、重 質油では２０％、透水性の高い媒体では０．７５〜１．２５％（石油汚染物）、 透水性の低い媒体では不飽和帯域内では７．５〜１２．５％と報告されている。

水よりも重い液体は、地下水面の毛管のへりに下方に移動し、水よりも軽い液体 は、毛管のへりおよび地下水面に遭遇すると、側方に拡がる傾向がある。除染方 法としての地下水の排出は、地下水面を低下させて、（ガソリンのような）スピ ルを別の層として回収しようとするものである。しかしながら、この方法を使用 して回収された自由製品の量は、スピルの推定量よりも著しく少ない。このこと は、原位置における汚染帯域の分布形状の複雑さによって、部分的に説明するこ とができる。自然沈澱方法のため、極めて均一な沈澱から生じた沈澱物でさえ、 細かい層と粗い層とが混在している。かかる層化により、下方移動の際、特に、 地下水面又は透水性が極めて小さな層のような障壁に遭遇するとき、第２の層（ 非帯水層）の液体が側方に拡散する。さらに、地下水面は、季節の変動や局所的 なボンピングによる排水に応答して昇降する動的な面である。その結果、水より も軽い液体によって汚染された帯域は、地下水面の変動高さの範囲全体にわたる 。この結果、地下水面の上方ばかりでなく、ときには地下水面下Ｃ二さえも、汚 染物のレンズが形成される。

動的な地下水面による汚染物の再分配の最終的な効果として、汚染物の主要部分 を間隙に効果的に捕捉し、特に地下水面が下端にある際、土粒子に吸収される。

地下水面が高い場合には、大きな連続レンズの汚染物の幾つかは移動することが でき、そして回収可能であるが、これらの大部分は、代表的なポンピング操作で 得られる流体力学的な力によって移動させることができない。

水を圧送して地下水に溶解した成分を除去し、そして、地下水面より上で真空ボ ンピングして揮発性成分を除去することによって、捕捉された（即ち、液体レン ズに、或いは、土の間隙に捕捉された）残留液体を除去しようとするのに利用さ れる幾つかの方法がある。両方の例では、除去速度は遅い。何故ならば、これら が、拡散および動的溶解によって制御されるからである。

成る場合には、微生物分解が効果的であるが、これは、特１こ８１々の液体相の 汚染を処理するときには、比較的遅い処理方法である。

微生物分解の有効性は、土質条件に極めて依存するが、か力）る土質条件は、酸 素レベル、含水比、窒素及び燐の利用可能性、およびＰＨのように、制御が困難 である。

米国特許第４，７６１．２２５号は、育孔井戸ケーシング、−組のポンプ室、お よび圧縮空気によって付勢される制御装置を使用することによって、地下水から 液体炭素を除去すること力く開示さねている。液体炭化水素および地下水は、吸 引によって回収ユニットを通してポンプキャニスタに汲み上げられ、次０で、力 ■圧気体が個々の井戸に差し向けられ、液体炭化水素を井戸から地上の貯蔵回収 タンクに押し上げる。

米国特許第４．３８２．１２２号は、地下水面より下に位置するインジェクタを 使用し流体又は気体を汚染領域を通して上方に注入することよって除染をするた めの方法を開示している。しかしながら、流体又は気体を汚染帯域を通して上方 に注入することの欠点は、排出が重力の力に抗して行われるので、排出装置（通 常、汚染帯域より上方に水平に置かれる）を通して水を排出することがあまり効 果的ではないことである。かくして、水および他の凝縮液の排出は、最適ではな い。

汚染物を除去する別の方法として、蒸気の注入によつて汚染物を多孔質媒体から 物理的に除去する方法がある。本発明は、汚染物を回収する手段として、汚染帯 域に蒸気を注入する方法を改良したものである。

従って、本発明の目的は、廃棄物で汚染されたサイトを、効果的に迅速に、かつ 安全に除染する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、周囲温度および圧力で著しく揮発しな０成分を揮発させる 土の除染方法を提供することである。

本発明の別の目的は、汚染帯域から除去しなければならなし）古本発明の別の利 点は、本発明の以下の記載から明白であろう。

発明の要約 本発明は、揮発性汚染物、非揮発性の水溶性汚染物および非揮発性の非水溶性汚 染物を含有する汚染された地中領域を現場で除染するための方法であって、汚染 領域の周囲に近接して及び／又は汚染領域内に置かれた複数の注入井戸からなる 注入井戸設備を設ける段階と、汚染領域内に配置され注入井戸から間隔を隔てて 設けられた少なくとも１つの排出井戸を設ける段階と、蒸気を注入井戸設備に同 時に注入し、排出井戸に部分真空を引き、これにより、蒸気を、汚染された地中 領域を通して実質的に水平方向に引いて前記領域を加熱し、前記領域からかなり の量の揮発性汚染物を揮発させ排出して、水、非揮発性汚染物および揮発性汚染 物を、排出井戸から排出する段階と、注入井戸設備への蒸気の注入を停止し、排 出井戸に部分真空を引き続けて、残留蒸気および気体、および残留液体を地中領 域から排出する段階と、を含む方法を提供する。必要に応じて土中の上昇温度を 維持するために、蒸気の注入を断続的に再開しても良い。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に関連して使用される蒸気発生装置と、気体および液体回収装 置の好適な形体の概略図である。

第２Ａ図は、汚染領域を示す本発明による汚染領域における注入および排出井戸 の概略立面図である。

第２Ｂ図は、本発明の方法の使用の際、蒸気を利用して除染された第２Ａ図の領 域の概略立面図である。

第３図は、注入および回収井戸と、回収装置との代表的なレイアウトを示した平 面図である。

好適な実施例の説明 本発明に従って汚染領域から汚染物を除去するために、井戸システムが、疑わし い汚染帯域内部および周囲に井戸を垂直に配置して構成されている。井戸は、汚 染帯域を通して水平方向に気体を注入“寡ることかできる普通の井戸である。１ つ又は２つ以上の井戸が注入井戸の間に間隔を隔てて配置されており、井戸は・ 例えば真空ポンプを使用して部分真空を井戸に引くことによって・気体および流 体を汚染帯域から水平方向に排出するために、垂直に配置されている。排出井戸 は、汚染物が最も深く侵入していると疑われる箇所の下に延ばすべきである。こ のシステムを使用して、蒸気を注入井戸に注入すると、蒸気は、汚染帯域を通っ て水平方向に移動し、排出井戸の方へ引かれ、これによって、蒸気、土中の気体 、水、揮発性の汚染物および非揮発性の汚染物が抽出される。蒸気注入の過程に おいて、汚染帯域およびこれに近接する周囲領域は加熱され、実質的に等温物質 とみなすことができる。

この物質は、蒸気の注入を停止した後でさえも、かなりの時間の一層、熱い、す なわち、蒸気の温度に近いままである。成る領域では、蒸気の温度以上に加熱さ れる場合もある。

本発明は、蒸気の注入を停止した後でさえも、蒸気処理の実質的に接近不能な土 の間隙内に捕捉されたままである残留水および汚染物があるという出願人の発見 に、一部基づいている。間隙内に捕捉されたかかる残留水は、蒸気が領域を通っ て移動するにつれて、汚染濃度が希釈されるが、汚染は完全には除去されない。

これは、捕捉された水が完全には除去されないことが理由の１つである。本発明 によれば、蒸気は、汚染領域を通って水平に移動し、部分真空で排出井戸から除 去されるように、注入される。これは、排出された流体および気体内に発見され る汚染物が比較的一様な汚染の最小レベルであると思われるまで、長時同行われ る。

蒸気の一層の排出は、除去すべき汚染物が少量であるので、時間およびエネルギ ーコストの点から最早効率的ではないであろう。

この時点において蒸気の注入が停止されるが、注入井戸に部分真空が引かれ続け る。蒸気の注入の停止の際、部分真空で排出し続＋３ることによって、汚染領域 の残留熱は、（ａ）間隙中に捕捉される残留水の大部分を蒸発させ（さもなけれ ば、蒸気の排出によって除去することができないであろう）、（ｂ）残留揮発物 ・そして非揮発物さえも（さもなければ、蒸気の排出の際に除去することができ ない）除去するのに十分であることが分かった。この後者の結果は、少なくとも 部分的には、蒸気処理の後に残る汚染物の相対濃度の増加により、液体成分の幾 つかの有効蒸気圧の増加のおかげである。地表下を部分真空に置くことができる 。何故ならば、注入井戸からの圧力の追加が最早ないからである。

部分真空を排出井戸に引き続けることによって、汚染帯域を実質的に乾燥させて 、間隙中に捕捉された残留水および揮発性物質を除去し、その結果、得られるで あろう除染されたサイトでは、蒸気と真空を同時に停止する。上昇温度を維持し 間隙水を蒸気復水で補充するために、蒸気の注入を断続的に再開する。

まず第１図を参照すると、蒸気を発生させ排出された気体および液体を汚染サイ トから処理するための好適な実施例が示されている。作動のため燃料、水および 空気を供給された蒸気発生器ＩＯが、液体トラップＩ２および圧力Ｉノギュレー タＩ３を各々備えた複数のライン１１を介して、一定の流量および圧力で蒸気を 各注入井戸に供給する。ライン１１の各々は、マニホルド１５を使用しライン１ ４を通して複数の注入井戸に供給する。トラップに収集された復水は、ライン１ ６から蒸気発生器１０に戻される。

さらに第１図を参照すると、土から気体を抽出する大容量真空ポンプ１７によっ て、各回収井戸に負圧が維持されている。液体は、回収井戸の底部から圧送され 、ライン１８を介して、ライン２０から分離タンク１９の方へ差し向けられるが 、ライン２０では、流量計２１によって流れが制御されている。別の相の汚染物 は、分離タンクから除去され、ライン２２を介して貯蔵タンク２３に圧送される 。汚染水は、ライン２４を介して、処理のため別の貯蔵タンク（図示せず）に圧 送される。

排出井戸から回収された気体は、井戸からライン２５．２６を介して復水器２７ に通される。（水と汚染物を含む）復水は分離タンク２８に送られ、分離タンク ２８から、別の相の汚染物が貯蔵タンク２３に圧送され、そして、水がライン２ ９を介して貯蔵領域（図示せず）に圧送され更に処理される。冷却塔３ｏ又は空 気／水熱交換器が、復水の供給を周囲温度に維持する。水がライン３１を介して 供給され、冷却塔が使用された場合に蒸発によって失われた水を交換する。復水 器２７および分離タンク２８に通される気体は、ライン３２を介して炭素吸収装 置に通されるが、炭素吸収装置は、別々に或いは組み合わせて作動することがで き空気流に存在する汚染物を吸収する一連の炭素キャニスタがらなり、これによ り、空気を浄化し空気をライン３４を介して大気に通気させる。蒸気をライン３ ５を介してキャニスタ３３に通すことによって、濾過装置を適所で再生すること ができる。これは、サイトから或いはサイトに搬送しなければならない汚染され た炭素の容量を減少させる。蒸発した炭素のキャニスタから除去された気体およ び液体は、ライン３６を介して復水に導入することによって、回収井戸から回収 されたキャニスタと同様に処理される。

次に第２Ａ図を参照すると、この図は、２つの注入井戸４０Ａ。

４０Ｂと、地下水面より上に位置する汚染物４２の捕捉されたレンズによって特 徴づけられる地中汚染帯域に設けられた排出井戸とを示した図面である。また、 レンズ４２．４４．４５の周囲の土の間隙内に捕捉された低濃度の残留汚染物（ 図示せず）がある。

汚染物の深さは、井戸４０Ａ、４０Ｂがらの蒸気の注入圧力を決定する。何故な らば、注入圧力が、垂直方向の破砕を引き起こす圧力を超過すべきではないから である。この破砕圧力は、深さにつれて増大する土の圧力に比例する。回収井戸 ４１に設定される負圧は、使用される真空ポンプの寸法によって決定され、出来 るだけ低圧であるべき圧力は実用的に可能である。注入井戸（４０Ａ、４０Ｂ） と回収井戸４１との最大圧力差が一旦決定されると、水平に流れる蒸気の粘性力 が流体力よりも確実に大きくなるように、各井戸間の最適間隔を決定することが できるので、蒸気が各井戸から汚染帯域への流入を回避するのに十分な速さで土 を通して水平方向に蒸気を圧送することができる。蒸気の粘性力は、当業者であ ればダルシーの法則によって容易に決定することができる。粘性力と流体力を等 しくすることによって、回収井戸の注入の最大間隔を決定することできる。

同様に、使用すべき井戸の数を決定することができる。汚染の垂直方向の範囲は 、汚染領域全体に確実に蒸気をいきわたらせるように蒸気が注入される間隔を決 定する。圧力、井戸の間隔、土の透水性および注入間隔が既知であれば、当業者 は、注入すべき蒸気の流量を決定し、これを使用してボイラー又は蒸気発生器の 寸法状めをすることができる。

作動の際、蒸気は、井戸４０Ａ、４０Ｂの側面から汚染帯域を通って排出井戸４ １の方へ側方に流れる。水および液体は、第１図に関連して上述したように、井 戸４１の底部から圧送される。

気体および蒸気は、真空を受けて井戸４１がら排出される。

蒸気排出の十分な期間の後、汚染レンズ４２．４４．４５の実質的にすべての汚 染物、並びに、レンズの周囲の土および汚染領域の多くの揮発性物質は、除去さ れる。この時点において、汚染帯域全体およびこの周囲領域は、第２Ｂ図に示す 深さＨにおいて実質的に等温である。また２、排出井戸４１の底部にある地下水 面は、井戸の底部からの水のボンピングにより、押し下げられる。

水、液体および蒸気注入の際に除去されるべき蒸気中に含有されている汚染物を 分析することによって、一定時間の後、汚染レベルの減少が、蒸気の一層の注入 が汚染物の著しい除去とならないような箇所まで減少することに、留意すべきで ある。第２Ｂ図において示すように、この時点において、蒸気は停止するが、部 分真空での排出は続き、これにより、蒸気（もしあれば、液体）は、排出井戸４ １から除去される。この時点において、土の間隙内に捕捉された残留水は、等温 加熱された帯域内の残留熱と井戸４１での部分真空の適用による圧力の減少の両 方により蒸発する。この結果、残留水ばかりでなく揮発性物質および非揮発性物 質が除去され、かくして、除染処理全体を向上させる。蒸気は、第２Ｂ図の蒸気 帯域によって表されるような間隙内に水が捕捉されている領域に、部分的に発生 する。

回収された流体中に著しい汚染濃度が検出され、真空ボンピングによって回収さ れた非凝縮性の気体（即ち、空気）の一部が多量である場合には、蒸気の注入が 再開され土の温度を蒸気の温度に戻し間隙水を補充する。

本発明の移送の特徴として、蒸気の使用によって、蒸気が接触し及び／又は蒸気 によって生ずる熱にさらされる地中領域は、バクテリア、菌など（一般的に、生 物相といわれる）が実質的に殺菌される。汚染領域の冷却の後、微生物分解のた めの特別な生物相を汚染領域に導入し、汚染レベルを一層減少させる。これは、 蒸気を使用することなしに、自然の生物相を備え、導入した微生物分解の生物相 と対抗するので、改良となる。養分を加えて微生物分解の生物相の活動を促進さ せると、多くの場合には、導入した生物相の代わりに及び／又は導入した生物相 のために、自然の生物相は増殖し、これにより、導入した生物相に打ち勝ち微生 物分解の効果を打ち消す。従って、汚染領域を実質的に殺菌することによって、 導入された生物相は一層効果的になるであろう。

第３図を参照すると、汚染領域における本発明の使用例を示した平面図である。

複数の注入井戸６０が、除染サイト内およびその周囲に設けられている。回収井 戸６２が、２つ以上の注入井戸６０の間に間隔を隔てて置かれている。注入井戸 ６０は全て、蒸気発生器６６から蒸気出口６４に適当に連結（図示せず）されて いる。回収井戸６２は全て、第１図に関連して上述した水および汚染物を処理す るのに使用された回収井戸７０の回収入口６８に適当に連結（図示せず）されて いる。給水器７２には、回収ユニット７０の一部をなす復水器に及び復水器から ライン７４ａ。

７４ｂが、そして蒸気発生器６６へのライン７６が設けられている。移動式タン ク７８を利用して、オフサイトから搬送すべきライン８０からの復水（水および ／又は汚染物）を受け入れる。

本発明の好適な実施例の上述の説明は、図示および説明の目的のために存在する 。本発明を開示された形態の通りに限定しようとするものではなく、上述の教示 に照らして多くの変形および修正をなし得ることは明らかである。実施例は本発 明の原理およびその実際上の利用を最も良く説明するために選定したものであり 、これにより、当業者は種々の変形および修正をなし得る。本発明の範囲は、添 付の請求の範囲によってのみ画定される。

駅 蒸気および気体／蒸気 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．揮発性汚染物、非揮発性の水溶性汚染物および非揮発性の非水溶性汚染物を 含有する汚染された地中領域を現場で除染するための方法であって、 （ａ）汚染領域の周囲に近接して及び／又は汚染領域内に置かれた複数の注入井 戸からなる注入井戸設備を設ける段階と、（ｂ）汚染領域内に配置され注入井戸 から間隔を隔てて設けられた少なくとも１つの排出井戸を設ける段階と、（ｃ） 蒸気を注入井戸設備に同時に注入し、排出井戸に部分真空を引き、これにより、 蒸気を、汚染された地中領域を通して実質的に水平方向に引いて前記領域を加熱 し、前記領域からかなりの量の揮発性汚染物を揮発させ排出して、水、非揮発性 汚染物および揮発性汚染物を、排出井戸から排出する段階と、 （ｄ）注入井戸設備への蒸気の注入を停止し、排出井戸に部分真空を引き続けて 、残留蒸気および気体、および残留液体を地中領域から排出する段階と、 を含む方法。
2. ２．前記段階（ｃ）は、前記汚染物のかなりの量を汚染領域から除去するのに十 分な時間行われる、請求の範囲１に記載の方法。
3. ３．残留汚染物の微生物分解のため、前記領域に、生物相およびこれの養分を導 入する段階（ｅ）をさらに含む、請求の範囲１に記載の方法。
4. ４．前記段階（ｃ）および（ｄ）を繰り返すことを含む、請求の範囲１に記載の 方法。
5. ５．揮発性汚染物、非揮発性の水溶性汚染物および非揮発性の非水溶性汚染物を 含有する汚染された地中領域を現場で除染するための方法であって、 （ａ）蒸気を、前記汚染領域の周囲に近接して及び／又は汚染領域の内部に置か れた複数の注入井戸からなる注入井戸設備に同時に注入し、汚染領域内部に注入 井戸と間隔を隔てて置かれた少なくとも１つの排出井戸に部分真空を引き、これ により、蒸気を、汚染された地中領域を通して実質的に水平方向に引いて前記領 域を加熱し、前記領域からかなりの量の揮発性汚染物を揮発させ排出して、水、 非揮発性汚染物および揮発性汚染物を、排出井戸から排出する段階と、（ｂ）注 入井戸設備への蒸気の注入を停止し、排出井戸に部分真空を引き続けて、残留蒸 気および気体、および残留液体を地中領域から排出し、地中領域の残留熱によっ て気体および蒸気を揮発させる段階と、 を含む方法。
6. ６．前記段階（ｅ）は、前記汚染物のかなりの量を汚染領域から除去するのに十 分な時間行われる、請求の範囲５に記載の方法。
7. ７．残留汚染物の微生物分解のため、前記領域に、生物相およびこれの養分を導 入する段階（ｅ）をさらに含む、請求の範囲５に記載の方法。
8. ８．前記段階（ａ）および（ｂ）を擦り返すことを含む、請求の範囲５に記載の 方法。