電気発熱法

新しい「電気発熱法(旧電気加温法)」技術の概要

VOC汚染対策技術の問題点

揮発性有機化合物(VOC)は、粘性が低く、一般に水より重いため、地下深層部まで浸透し、地下数十メートルにおよぶ土壌・地下水汚染を引き起こします。テトラクロロエチレン(PCE)、トリクロロエチレン(TCE)、及びその分解生成物であるジクロロエチレン(DCE)などが代表的なVOCですが、一旦、粘性土壌粒子に浸み込んだこれらVOCの除去は困難で、浄化には長期間を要する事例が多いとされています。

こうしたVOC汚染土壌の浄化技術には、揮発しやすい性質を利用した土壌ガス吸引法、VOC汚染地下水を揚水する方法(地下水揚水法)、酸化・還元剤の注入によってVOCを化学分解する方法(化学的分解法)、及び微生物による分解の方法(バイオレメディエーション法)などの原位置浄化技術が知られています。しかし、これら従来法は、砂質土での効果は高いものの、粘性土や関東ロームのような難透水性土壌の浄化には不適で、環境基準値の100倍程度からなかなか濃度が下がらない現象が散見されています。これは、透水性が低いため、ガス吸引や地下水揚水は難しいこと、更に酸化還元剤や微生物活性化に必要な栄養素等の注入が難しいことが原因です。このため、一旦、地下水濃度が低下したサイトでも、粘性土に吸着しているVOCが時間経過とともにじわじわ地下水中に溶け出して地下水中のVOC濃度が再上昇する現象(いわゆるリバウンド現象)も多数報告されています。

新しい「電気発熱法」技術

「電気発熱法」は、島津製作所がオランダから技術導入したVOC汚染土壌の原位置浄化技術で、従来法では困難であった難透水性汚染土壌の浄化を得意としていました。しかし、オランダ特有の軟弱な土質を対象として開発された技術であり、その電極構造や浄化コンセプトは、日本の土壌汚染や土質に必ずしも適合しておらず、そのままでは実用化に至りませんでした。

島津製作所は、この「電気発熱法」の長所に着目し、オランダオリジナルの手法の問題点を解決することで日本のニーズに合った新しい「電気発熱法」を開発し、2013年6月に開催された『第19回 地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会』で発表しました。

電気発熱法の原理

「電気発熱法」は、地盤に挿入した電極から土壌に交流電気を印加し、汚染領域を直接的に40℃~80℃に加温することで、従来法で難しいとされた難透水性土壌に吸着したVOCを短期間に脱離・揮発させ浄化を図る技術です。また、VOC分解微生物の活性化に最適な温度まで土壌を加温し保温することにより、バイオレメディエーション法の浄化効率を著しく促進させる技術としても活用できます。

電気発熱法による浄化プロセスを以下に示します。

  • 1) 地盤に挿入した電極に三相交流を印加
  • 2) ジュール熱により電極と土壌が同時に発熱開始、目標温度まで加温
  • 3) 土壌温度上昇に伴い粘性土壌粒子間に強く吸着しているVOCが地下水へ脱離・揮発
  • 4) ガス圧の上昇、水の粘性低下により、難透水性土壌の通気性・透水性が改善
  • 5) 地下水の揚水、あるいは土壌ガス吸引開始 (VOCの回収開始)
  • 6) 併せて、微生物の活性化によりVOCの分解が促進

次図に電気発熱法のシステム概要を示します。

図-1 電気発熱法システム概要図

図-1 電気発熱法システム概要図

実汚染サイトにおける実施例

VOC実汚染サイト(汚染物質cis-DCE)における、「電気発熱法」の実証試験実施例を紹介します。このサイトは、層状に点在する薄い粘土層中に吸着したVOCが浄化対象です。なお、本実証試験は、国際環境ソリューションズ(株)殿の協力の下実施いたしました。

1. 電極長さと配置
汚染土壌サイトにおいて、一辺が7mの三角形エリア内(面積:21.2m2、深度:-10m)に、3.5m間隔で6本の電極を設置し、GL-7m~-10m付近の土壌を加温しVOCを回収する実証試験を行いました。

2. 加温シミュレーション結果と実測値の比較
土壌に通電する前に、弊社が開発した土壌温度上昇を予測する「加温シミュレーション」を実施し、電極間隔や印加電圧を決定しました。実土壌サンプルから得られた物性値を元に実施した土壌加温シミュレーションの結果は、途中経過ならびに深度方向において計算値と実測値が良く一致し25日後に45℃に達しました。実測値は所要電力においても約10,000kWhとなり、ほぼシミュレーション通りの値でした。これらは、地盤の加温期間、所要電力量、ならびに最適な電極配置を設計する上で、「土壌加温シミュレーション」が有効であることを示しています。
図-2は、GL-8m付近の土壌温度の加温シミュレーション結果と実測値、並びに要した電力量です。図-3は、深度方向の温度分布を示します。淡緑色で示した箇所が昇温目標深度です。

図-2 GL-8m付近の土壌温度推移

図-2 GL-8m付近の土壌温度推移

図-3 深度方向の温度分布

図-3 深度方向の温度分布

3. VOC回収量
加温エリア内から揚水・ガス吸引したVOC回収結果例を次図-4に示します。加温開始後約115日間で、cis-DCEガスとして1,445g、cis-DCEの分解生成物質であるVCMガスとして3,097gを回収することができました。

図-4 VOC回収例

図-4 VOC回収例

今後の見通し

さらに加温シミュレーションの精度向上を図るとともに、今後も実証試験によるデータ蓄積を重ねながら、平成26年度中には商用浄化を開始する見込みです。
本件に関するお問合せは、次のメールアドレス<e_therm@group.shimadzu.co.jp>までお願いいたします。

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