JP2667541B2 - 汚染地下水の現場浄化システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、汚染された地下水の現場での浄化システム
に関するものである。アメリカ政府は、エネルギー省と
イー．アイ．デュポン ドネモア社（E.I.DuPont de Ne
mours ＆ Co.）との間の契約第DE−AC09−76SR00001号
によって、本発明の権利を有する。

発明の背景および先行技術の説明 汚染地下水は、飲料水や作物及び野菜の生育のための
水源として使用する場合に、重大な健康上の問題を生じ
る。更に、地下水を溜めて浄化する費用も高くつく。

地下水や土壌から汚染物質を除去する最も直接的な方
法は、例えば土壌や砕岩沈殿物、砕岩等のような汚染し
た地下物質を掘り起し、その地下物質から地表面へ汚染
水を汲上げて処理することによりなされている。掘り起
しやポンプによる汲上げ作用は、汚染地下水を処理する
直接的方法ではあるが、費用がかかる。

最近、水平井戸を掘る方法も開発されている。Wade D
ickinson,R.Wayne DickinsonおよびPeter A.Mote著の
“Radial Wells and Hazardous Waste Sites"において
は、水平井戸を掘る方法を詳細に説明しており、汚染地
下水の浄化のために水平井戸を使用することの可能性に
ついても述べている。汚染部分に掘った井戸は、汚染地
下水を抜き手すために、また種々の処理物質を注入する
ために使用することができる。

関連する米国特許第4593760号および同第4660639号に
は、地下水の飽和していない上部帯域、すなわち“通気
帯（vadose zone）”から揮発性汚染物質を除去する方
法が記載されている。通気帯へ縦方向へ掘った井戸は２
つの部分、すなわち上部無孔部分と下部有孔部分とから
なるケーシングを有する。通気帯にある揮発性汚染物質
は有孔ケーシング内へ流入し、無孔ケーシングを通って
地表へ汲上げられ、処理される。

先行技術では一般に、汚染物質を収集するシステム
は、能動システムでなくて受動システムであり、さらに
飽水帯と通気帯の両方で作動するシステムではなくて、
通気帯でのみ作動するシステムを有する。現場で処理す
るために処理物を注入することは従来から考えられてい
るけれども、注入による処理の有効性は、実質的な注入
後のサンプリングなしでは未知である。

従来の浄化方法においては、汚染地下水を浄化するた
めに、汚染物質を揮発させる流体を飽水帯へ注入し、揮
発した汚染物質を抜き取るために水平井戸を使用したも
のはない。

発明の概要 本発明の目的は、汚染地下水を浄化するシステムと方
法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、地下水から揮発性汚染物
質を除去するシステムと方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、揮発成分により汚染され
た地下水を現場処理するシステムと方法を提供すること
である。

本発明のもう１つの目的は、地下水中で汚染の羽毛形
部分（plume）が広がるのを制限するシステムと方法を
提供することである。

ここに実施され説明されているように、本発明の目的
に従って前述の目的及びその他の目的を達成するため
に、本発明は、２個の間隔を置いて位置する井戸装置、
すなわち流体注入装置と流体抜出装置を有する。その流
体は好ましくは、気体、気体混合物、または気体により
運ばれる液体である。この２つの井戸装置の間の地下水
中には、気体相と親和性のある汚染物質が羽毛状に広が
った部分がある。注入井戸装置は注入液源とポンプに接
続している。抜出井戸を備えている場合には、この抜出
井戸は除去した気体を大気へ放散させることもでき、ま
た例えば活性炭フィルター、焼却炉、排ガス用煙突等の
ような処理装置に接続させることもできる。

ポンプにより注入井戸装置を通して流体を注入し、汚
染羽毛形部分を横切って汚染物質を揮発させる。揮発し
た汚染物質を含む流体はついで抜出井戸装置へ流入し、
そして処理装置へポンプで汲上げられる。処理装置が汚
染物質を流体から分離した後、その流体は注入井戸へ循
環されるか、または大気へ放散される。汚染物質はこれ
を無害化するために種々の方法のうちの１つの方法で処
理されるか、または制御された方法で大気へ放出され
る。

好ましい実施例においては、この注入井戸装置は地下
水面下の、飽水帯にある汚染された羽毛形部分の下に位
置する水平井戸とする。また抜出井戸装置は、水平井戸
の方が好ましいが、一連の垂直井戸にすることもでき、
この抜出井戸装置は通気帯にある汚染物質の羽毛形部分
の上に位置する。その地域の地質や、流体の流量及び羽
毛形部分のサイズにより、２つの井戸装置の互いに対す
る相対的な方位と間隔が決まる。

流体の種類と、その流体により羽毛形部分へ運ばれる
付加物質は、汚染の種類によって決められる。羽毛形部
分が大きい場合、空気が最も経済的な流体である。熱エ
ネルギーを加えることにより蒸発し易くするために、ス
チームを使用することもできる。地下水と反応してパー
ジングガスを形成する、例えば重炭酸塩のような反応物
質も使用することができる。

図面の簡単な説明 明細書に含まれ、その一部を構成する添付図面は、本
発明を図示し、その図面は詳細な説明と共に本発明の原
理を説明している。

第１図は、本発明の浄化システムの実施例の一部断面
斜視図である。

第２図は、本発明の浄化システムの実施例の詳細な側
断面図であって、水平注入井戸装置と抜出井戸装置とを
示す。

第３図は本発明の浄化システムのもう１つの実施例の
詳細な側断面図である。

発明の詳細な説明 本発明は地下水から汚染物質を除去する現場での装置
と方法である。本発明の好ましい実施例においては、汚
染の羽毛形部分へ流体を有効に注入する手段として、羽
毛形部分の下の飽水帯に配置した水平井戸を使用する。
流体は、例えば空気、酸素、空気と酸素のような気体
や、例えば水蒸気と空気のような、気体により運ばれる
流体とすることができ、汚染物質を揮発し易くするため
に加熱してもよい。

汚染物質が気体相にとって好ましい化合物である場
合、汚染物質の揮発作用によりそれは飽水帯へ上昇す
る。その揮発した汚染物質を不飽和帯から抜出して収集
し、更に処理するために、第２の井戸装置を使用する。

第１図は、地表10とその下の土壌構造との部分断面図
を示し、２つの水平井戸装置を使って、汚染物質を揮発
させて抜出すようにした好ましい実施例について開示す
る。土壌構造は上方の通気帯、すなわち不飽和帯Ａと、
下方の飽水帯Ｂとからなる。これら２つの帯域は地下水
面15のところで接する。

地表面10の下には、汚染の羽毛形部分20がある。その
羽毛形部分20の一部は、通気帯Ａにあり、他の一部は飽
水帯Ｂにある。羽毛形部分20はその全体が通気帯Ａか飽
水帯Ｂに位置することもある。

飽水帯Ｂの羽毛形部分20の下には、注入井戸装置25が
あり、通気帯Ａの羽毛形部分20の上方には抜出井戸装置
30がある。注入井戸装置25は、第１垂直軸35と、第１水
平軸40と、第１ポンプ45とからなる。抜出井戸装置30
は、第２垂直井戸軸50と、第２水平軸55と、第２ポンプ
60はさらに、処理装置65と排ガス煙突70に接続する。

第２図に最もよく示すように、第１及び第２水平軸4
0,55はそれぞれ、例えばスロットや穴のような多数の開
口80を備えたケーシング75,75′を有する。スロットあ
るいは穴は、揮発した汚染物質を伴い、あるいはそれを
伴わないで、液体85が横行ケーシング75,75′から移動
するのを土壌粒子が塞がないように十分に狭くなければ
ならないが、流体85が自由に横断できるように十分な大
きさと十分な数を有していなければならない。

流体85は第１ポンプ45により注入井戸装置25へ圧送さ
れる。流体85は第１垂直軸35から第１水平軸40へ流れ
る。ついで流体85は、ケーシング75から穴80を通って飽
水帯Ｂへ流出する。流体85はそれから汚染物質の羽毛形
部分20へ流入し、そこで揮発性汚染物質は揮発し、流体
85によって水平軸55へ運ばれ、穴80を通ってケーシング
75′内へ流入する。

揮発した有機汚染物質を運ぶ流体85は、第１ポンプ60
により抜出井戸装置30の第２水平軸55から第２垂直軸50
へ汲み上げられる。揮発した汚染物質を運ぶ流体85は、
地表10で処理装置65へ流入し、そこで流体85は汚染物質
から分離され、排ガス煙突70から放出される。

飽水帯の羽毛形部分は横方向へ広がる傾向があって、
垂直井戸を役立たないようにするので、羽毛形部分の大
部分にわたって効果を上げるには、水平井戸が理想的で
ある。かような水平井戸は、汚染の羽毛形部分に一致す
るように設置することができる。

本発明では、第１及び第２水平軸40,55を円形、楕円
形、あるいは他の閉鎖形状にする必要はなく、また注入
装置25と抜出装置30を、互いに同じ形にする必要もな
く、互いに垂直方向に重ねる必要もない。その形態は、
羽毛形部分20のサイズや形や、掘る場合の経済性や、地
下の地質によって決まる。

例えば、１本の垂直軸から水平に放射方向に複数の
“スポーク”を出したり、１本の垂直軸から１本の水平
軸を分岐させたりすることは、羽毛形部分の汚染物質が
境界に沿って位置する場合には、最も効果的である。

抜出井戸装置30を羽毛形部分20の上方の適所に設置す
るには、地下水面15が高過ぎる場合や、気体のような流
体85が通気帯Ａに残留する場合、抜出井戸装置30を省略
することもできる。揮発した汚染物質を収集するため
に、流体を透さない材料で地表10をカバーし、揮発した
汚染物質をこの不透性材料と地表10との間から抜き出す
こともできる。

注入井戸装置25と抜出井戸装置30との互いに対する方
位は、地下の地質や流体の流量によって決まる。不透過
性土壌は、下方水平軸40と上方水平軸55の間のラインに
対して直角方向に注入流体を一層拡げる傾向がある。羽
毛形部分がもっと急速に広がると、抜出井戸装置30を注
入井戸装置25より広い部分にわたって伸長させる必要が
あろう。多孔性土壌の場合、通気帯の抜出井戸は影響帯
域が200フィート（約60m）にも及ぶことがわかってい
る。

注入井戸装置25は羽毛形部分20の大部分に影響するよ
うに十分に拡散する流体源を備えていることが重要であ
り、抜出井戸装置30は、両井戸間に羽毛形部分20がある
状態で、揮発した汚染物質を十分に収集する汚染物質溜
めを備えることも重要である。さらにまた、下部水平軸
40から上部水平軸55への流体85の流れが、羽毛形部分20
を包囲することは勿論、現場での浄化システムの操作中
に羽毛形部分20が広がることが予想される隣接域の大部
分をも十分に包囲するようにすることも重要である。

この方法は、揮発性有機汚染物質、例えばトリクロロ
エチレン、テトラクロロエチレン、ガソリン炭化水素
類、ベンゼン等の、比較的高い蒸気圧、低溶解性、また
はその両方のために、液体相に対比して気体相と親和性
を有する化学物質のような揮発性有機汚染物質に適用で
きる。

汚染物質を運ぶ流体を抜出したり、その流体から汚染
物質を分離してそれを処理するためにその流体が精製さ
れる。精製した流体は大気へ放出されるか、注入井戸装
置25へ再び循環される。

第３図に最もよく示すように、抜出井戸装置は一連の
垂直軸90で構成し、それらを配管95によりポンプ100と
処理装置65に接続するようにすることもできる。ポンプ
100は、流体85が流入井戸装置25へ再び循環する場合、
前述の好ましい実施例の第１及び第２ポンプ45,60に置
換することができる。

処理装置65による精製処理は、例えば活性炭による濾
過や焼却のような周知の方法で行うことができる。ある
いはまた、汚染物質は調節しながら大気へ放散すること
もできる。

本発明の好ましい実施例の前述の説明は、例示の目的
で示したものである。従ってそれは本発明を前述した通
りのものに制限するものではなく、前述の内容に照らし
て、明らかに多くの変形が可能である。前述の実施例
は、本発明の原理とその実際的な使用例を説明するため
に選択し、記述したものであって、当業者であれば本発
明を種々の実施態様に最も良く利用することができ、特
定の用途に適するように種々変形することができるであ
ろう。本発明の範囲は請求の範囲によって規定されるも
のである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カバック，ドーン サラマ アメリカ合衆国、サウスカロライナ州 29801、アイケン、コットンウッド ド ライブ 1932

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地下の飽水帯における地下水面の下に一部
   または全部が位置している一般的に水平の羽毛形部分に
   存在し、気体相と親和性のある汚染物質を含んでいる地
   下水の現場での浄化システムであって、 汚染物質を気体相へ揮発させることのできる流体手段
   と； 前記羽毛形部分の１つの側の前記地下水面の下へ前記流
   体手段を注入する手段と； 前記注入手段から隔置されかつ前記羽毛形部分の反対側
   に置かれていて、前記羽毛形部分を横切って前記流体を
   引抜くことによって前記汚染物質が前記気体相へ揮発さ
   れて前記流体と共に抜出すことができるようにするため
   の流体抜出手段と； からなる地下水の現場浄化システム。
2. 【請求項２】地下の飽水帯における地下水面の下に一部
   または全部が位置している一般的に水平の羽毛形部分に
   存在し、気体相と親和性のある汚染物質を含んでいる地
   下水の現場での浄化システムであって、 汚染物質を気体相へ揮発させることのできる流体手段
   と； 前記羽毛形部分の１つの側の前記地下水面の下へ前記流
   体手段を注入するための手段であって、ポンプと少なく
   とも１つの軸を備えている注入井戸手段と； 前記注入井戸手段から隔置されかつ前記羽毛形部分の反
   対側に置かれていて、前記羽毛形部分を横切って前記注
   入井戸手段からの前記流体を引抜くことによって前記汚
   染物質が前記気体相へ揮発されて前記流体と共に抜出す
   ことができるようにするための手段であって、ポンプと
   少なくとも１つの軸を備えている抜出井戸手段と； 前記抜出井戸手段と作動的に接続されていて、前記流体
   手段と前記揮発した地下水汚染物質とを受容して処理す
   るための処理手段と； からなる地下水の現場浄化システム。
3. 【請求項３】前記注入井戸手段はさらに、１つの垂直軸
   と少なくとも１つの水平軸とを有し、前記少なくとも１
   つの水平軸は前記流体手段が通過する多数の開口を備え
   たケーシングを有する請求の範囲第２項に記載の浄化シ
   ステム。
4. 【請求項４】前記注入井戸手段の前記少なくとも１つの
   水平軸は、前記羽毛形部分の下に位置する請求の範囲第
   ３項に記載の浄化システム。
5. 【請求項５】前記注入井戸手段の前記少なくとも１つの
   水平軸は、前記羽毛形部分の下の飽水帯に位置する請求
   の範囲第４項に記載の浄化システム。
6. 【請求項６】前記抜出井戸手段はさらに、１つの垂直軸
   と少なくとも１つの水平軸とを有し、前記少なくとも１
   つの水平軸は前記流体手段と前記揮発した汚染物質とが
   流入できる多数の開口を備えたケーシングを有する請求
   の範囲第２項に記載の浄化システム。
7. 【請求項７】前記抜出井戸手段の前記少なくとも１つの
   水平軸は、前記羽毛形部分の上の通気帯に位置する請求
   の範囲第６項に記載の浄化システム。
8. 【請求項８】前記抜出井戸手段はさらに、少なくとも１
   つの垂直軸を有し、前記少なくとも１つの垂直軸は前記
   流体手段と前記揮発した汚染物質とが流入できる多数の
   開口を備えたケーシングからなる請求の範囲第２項に記
   載の浄化システム。
9. 【請求項９】前記流体手段は、空気、酸素、空気と酸
   素、空気と水蒸気からなる群から選択される請求の範囲
   第２項に記載の浄化システム。
10. 【請求項１０】前記流体手段は注入の前に加熱される請
    求の範囲第２項に記載の浄化システム。
11. 【請求項１１】前記処理手段は焼却炉である請求の範囲
    第２項に記載の浄化システム。
12. 【請求項１２】前記処理手段は活性炭フィルターである
    請求の範囲第２項に記載の浄化システム。
13. 【請求項１３】前記処理手段は制御された大気への放散
    である請求の範囲第２項に記載の浄化システム。
14. 【請求項１４】前記流体手段を前記揮発した汚染物質か
    ら分離して、この分離した流体手段を前記注入井戸手段
    へ再循環する手段をさらに備えた請求の範囲第２項に記
    載の浄化システム。
15. 【請求項１５】地下で羽毛形状に広がっていて気体相と
    親和性のある揮発性汚染物質を含んでいる地下水の現場
    での浄化方法であって、 前記汚染物質を揮発させることができる流体を前記羽毛
    形部分に隣接する飽水帯中へ注入する工程と： 前記汚染物質を揮発させて前記流体と共に運ばれるよう
    にするために前記羽毛形部分を横切って前記流体を引き
    抜く工程と； 前記流体と前記汚染物質とを前記羽毛形部分から通気帯
    へ汲上げる工程と； 前記流体と前記汚染物質とを収集する工程と； 前記流体を前記汚染物質から分離する工程と； 前記汚染物質を処理する工程と； からなる地下水の現場浄化方法。
16. 【請求項１６】地下で羽毛形状に広がっていて気体相と
    親和性のある揮発性汚染物質を含んでいる地下水の現場
    での浄化方法であって、 前記羽毛形部分の１つの側に水平注入井戸装置を設置す
    る工程と； 前記羽毛形部分の反対側に、前記水平注入井戸装置から
    隔置して水平抜出井戸装置を設置する工程と； 前記汚染物質を揮発させることができる流体を前記注入
    井戸装置に注入する工程と； 前記汚染物質を揮発させるために前記羽毛形部分を横切
    って前記流体を引き抜く工程と； 前記流体と前記汚染物質とを前記抜出井戸装置から抜出
    す工程と； 前記流体を前記揮発した地下水汚染物質から分離する工
    程と； 前記分離した地下水汚染物質を処理する工程と； からなる地下水の現場浄化方法。
17. 【請求項１７】前記分離した流体を前記水平注入井戸装
    置へ再循環する工程をさらに有する請求の範囲第16項に
    記載の浄化方法。
18. 【請求項１８】前記分離した揮発汚染物質を処理する工
    程は、焼却炉によって行う請求の範囲第16項に記載の浄
    化方法。
19. 【請求項１９】前記分離した揮発汚染物質を処理する工
    程は、活性炭を通して濾過することによって行う請求の
    範囲第16項に記載の浄化方法。
20. 【請求項２０】前記分離した揮発汚染物質を処理する工
    程は、制御された大気への放散によって行う請求の範囲
    第16項に記載の浄化方法。
21. 【請求項２１】注入の前に前記流体を加熱する工程をさ
    らに有する請求の範囲第16項に記載の浄化方法。