地盤内連続再発泡法を用いた新しい環境修復技術の開発

• Project/Area Number: 24K00982
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 22030:Geotechnical engineering-related
• Research Institution: Daido University
• Principal Investigator: 棚橋 秀行 大同大学, 建築学部, 教授 (00283234)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊本 統 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (90508342)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2028: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2027: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2026: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2024: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
• Keywords: 土壌汚染浄化 / 環境技術 / 地盤工学 / 土壌圏現象

Outline of Research at the Start

工場からの機械油の漏洩による地盤汚染が社会問題となっている。界面活性剤を用いる浄化法は、工場を稼働したまま非掘削で環境修復ができる大きなメリットがあるものの、長期化がデメリットとなり採用されにくい。これに対し本研究では「地盤内連続再発泡法」を新たに開発する。界面活性剤を含んだ気泡Aと気泡Bを交互に注入し、反応により再発泡させる。このとき生じた気泡Cの体積膨張を利用し、埋設物の隙間や不飽和帯の残留油を除去する。本研究ではこの技術の開発を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

〇工場からの機械油の漏洩による地盤汚染が社会問題となっている。界面活性剤を用いる浄化法は、工場を稼働したまま非掘削で環境修復ができる大きなメリットがあるものの、長期化がデメリットとなり採用されにくい。長期化の主な原因は、以下の2点である。【原因1】工場地下の埋設物の隙間に機械油が残留する。【原因2】注入点近傍以外の不飽和帯に機械油が残留する。
〇これに対し本研究では「地盤内連続再発泡法」を新たに開発する。界面活性剤を含んだ気泡Aと気泡Bを交互に注入し、反応により再発泡させる。このとき生じた気泡Cの体積膨張を利用し、埋設物の隙間や不飽和帯の残留油を除去する。この技術の開発により、界面活性剤の非掘削浄化の長期化を解決することが、本研究の目的である。
〇2024年～2025年の2年間は、6台の新規に製作する室内土槽を用いて実験を行う。挙動観察の対象が、これまでの液相としての界面活性剤から、気相（泡）に変わるため、これに最適化した高精度の実験ができる室内土槽（幅1.2m×深さ1.2m、以後正方形土槽と呼ぶ）を新規に6台製作した。このうち2台は地下埋設物を有する地盤（原因1）を再現する装置、4台は不飽和帯を有する地盤（原因2）を再現する装置である。着目点として「従来のSEAR（界面活性剤のみ）と比較してどの程度油の除去が進むのか？」、「気泡Aと気泡Bの注入パターンをどうすると気泡Cの発生が継続するか？」などについて明らかにするための実験ケースを設定し、この2年間で、まず正方形土槽内の残留油を除去する方法を明らかにする計画である。
〇2024年度は、基礎技術の開発としてあらかじめ発泡させた界面活性剤を地盤内に浸透させた場合の汚染油の浄化挙動についての実験を行なった。複数の実験の比較・考察を通じて有意義な知見を得ることができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

〇2024年度は1年目ということで、特に発泡の持続性に富んだ界面活性剤の選定を重点に取り組む当初計画にしたがい、研究を実行した。具体的には、泡の持続性（時間・移動距離）に加えて、汚染油の乳化性能にも富む界面活性剤の種類の選定、および複数の界面活性剤のベストな配合をバッチ試験やカラム試験により決定した。
〇その後、新規に6台製作した室内土槽（幅1.2m×深さ1.2m）を用いて、あらかじめ気泡させた界面活性剤を模擬汚染地盤内に浸透させた場合の汚染油の浄化挙動について把握する実験を行なった。その結果、当初想定していた浄化プロセスのように泡を側方・下方に移動させようとすると、これまでより持続性の高まった泡の上昇力をかなり押さえつけなければならないことがわかった。そこで、泡の注入ポイントのさらに上方から液体の界面活性剤を流し、負圧吸引して泡を後押しする方法によって期待する流れ場を作成した。この方法によって【原因1】の工場地下の埋設物の隙間に機械油が残留する状況、【原因2】の注入点近傍以外の不飽和帯に機械油が残留する状況、の2つの状況に対して有効な浄化結果を得ることができた。よって、おおむね順調に進展しているものと考える。
〇このように当初の計画を遂行するために泡を側方・下方に流す浄化プロセスを実現した。ただし室内土槽という限られた境界条件の中では成立するものの、原位置において上昇しようとする気泡の動きを液体の散布で必ずしもすべてコントロールできるかは難しいのではないかという懸念点もある。それであれば物性として上昇する泡の動き自体をシンプルに浄化に活用してはどうかというアイデアを考えた。この点について次項目、「今後の研究の推進方策」において詳述する。

Strategy for Future Research Activity

〇上昇する泡の動き自体を、シンプルに浄化に活用してはどうかというアイデアを考えている。具体的には以下の2つの状況の問題解決に対して活用する方策である。
1）埋設物の傘の下に存在するような残留油について、こうした場所を浄化しようというのであれば界面活性剤を下から含侵すればよいのではないのか？という意見を学会発表時などで良くいただく。確かに側壁や底面といった枠のある土槽実験ではそれが一番簡単なのであるが、実際の工場の地下で液体を含侵しようと思うとまず矢板を設置する必要が生じるうえ、帯水層に流亡する界面活性剤は膨大になる。しかも埋設配管が存在するために矢板が打てないというそもそもの前提問題がある。これに対し、埋設物の傘の下に存在するような残留油を、下方から気泡で乳化し、上に運んで回収するという方法が実現できれば、矢板が不要なうえ帯水層への界面活性剤の流亡も無くなり、問題の解決になる。
2）埋設物がない通常地盤においても、このアイデアは活用できる。従来の方法では液体状の界面活性剤によって乳化した油は帯水層に拡散移動してしまう。土槽実験では底面があるためすべて回収できるが、実際の現場ですべて回収できるのかといった懸念事項があった。汚染油の下からすべて泡により上方移動させて回収することができれば、帯水層汚染のリスクは解決される。
〇上記の２つの問題解決は、室内土槽実験の浄化効率の向上にとどまらず、原位置での実用化への可能性を大きく高めるものである。２年目となる２０２５年度はこの技術の開発に向け研究を推進してゆく計画である。

Research Products

• [Journal Article] 地下埋設物を有する機械油汚染地盤の非掘削浄化技術の開発 (2024)
  • Author(s): 小島颯太、棚橋秀行
  • Journal Title: Kansai Geo-Symposium 2024 -地下水地盤環境・防災・計測技術に関するシンポジウム-」論文集 Volume: なし Pages: 28-33
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] IntraPD model: Leaching of heavy metals from naturally contaminated soils (2024)
  • Author(s): Risa Komuro, Mamoru Kikumoto
  • Journal Title: Environmental Pollution Volume: 340 Pages: 122861-122861
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 気泡状界面活性剤及び食用油を用いた機械油汚染地盤の原位置浄化 (2024)
  • Author(s): 仁科豪夫、古田淳士、大洞輝雄、嶋本直人、棚橋秀行、大島裕之
  • Organizer: 第29回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会