特許 7095840 蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-27

(45)【発行日】2022-07-05

(54)【発明の名称】蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20220628BHJP

   E02D 1/06 20060101ALI20220628BHJP

   B09C 1/08 20060101ALI20220628BHJP

   B09C 1/10 20060101ALI20220628BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 Z

E02D1/06

B09C1/08 ZAB

B09C1/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018244536

(22)【出願日】2018-12-27

(65)【公開番号】P2020106366

(43)【公開日】2020-07-09

【審査請求日】2020-12-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】清塘 悠

(72)【発明者】

【氏名】清水 孝昭

(72)【発明者】

【氏名】中島 朋宏

(72)【発明者】

【氏名】北▲原▼ 美樹

(72)【発明者】

【氏名】古川 靖英

(72)【発明者】

【氏名】奈良 知幸

【審査官】伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０８７９９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０４－３２６９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０２７９９８６６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１７１３９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／６２－２１／７４

Ｂ０９Ｃ １／００－１／１０

Ｃ０２Ｆ １／００－１／７８

Ｅ０２Ｄ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蛍光染料が添加された注入液を地盤へ注入する注水手段と、
前記注水手段から離れた場所において、前記地盤中の地下水を採取して前記蛍光染料の濃度を計測する第１濃度計測装置と、
前記地盤へ注入された前記注入液の流れ方向において、前記第１濃度計測装置によって前記蛍光染料の濃度が計測される地下水を採取する観測井戸の位置よりも下流側の地下水を揚水する揚水手段と、
前記揚水手段から揚水された前記地下水を前記注水手段へ還流する還流経路と、
前記還流経路に設けられ、前記揚水手段から揚水された前記地下水を処理する水処理装置と、
前記還流経路に設けられ、前記揚水手段から揚水された前記地下水に含まれる前記蛍光染料の濃度を計測する第２濃度計測装置と、
前記第１濃度計測装置で計測された計測結果に基づき、前記注入液の注入量を制御し、注入液の注入量及び前記第２濃度計測装置で計測された前記蛍光染料の濃度に基づき、前記注入液へ添加する前記蛍光染料の量を制御する制御装置と、
を有する蛍光染料濃度管理システム。

【請求項2】

前記注入液には注入剤が添加されており、前記蛍光染料は前記地盤内で前記注入剤と同様の挙動を示す物質とされている、請求項１に記載の蛍光染料濃度管理システム。

【請求項3】

前記注入液に添加された種類の異なる複数の前記注入剤と、
複数の前記注入剤毎に前記注入液に添加された種類の異なる複数の前記蛍光染料と、
を有し、
複数の前記蛍光染料は、前記第１濃度計測装置及び前記第２濃度計測装置によってそれぞれ濃度が計測される、
請求項２に記載の蛍光染料濃度管理システム。

【請求項4】

蛍光染料が添加された注入液を注水手段から地盤へ注入し、
前記注水手段から離れた場所における前記地盤中の地下水を採取して前記蛍光染料の濃度を計測し、
前記地盤へ注入された前記注入液の流れ方向において、前記蛍光染料の濃度が計測される地下水を採取する観測井戸の位置よりも下流側の地下水を揚水手段によって揚水し、
揚水された前記地下水を処理して前記注水手段へ還流させるとともに、揚水された前記地下水に含まれる前記蛍光染料の濃度を計測し、
採取された地下水によって計測された計測結果に基づき、前記注入液の注入量を制御し、前記注入液の注入量及び揚水された地下水によって計測された前記蛍光染料の濃度に基づき、前記注入液へ添加する前記蛍光染料の量を制御する、
蛍光染料濃度管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

汚染地盤の浄化や、地盤改良、蓄熱、遮水等の目的のため、浄化剤や活性剤、過冷却水溶液等の注入剤が添加された注入液を地盤へ注入することがある。また、地下水流動調査等の目的のため、注入剤が添加されていない注入液を地盤へ注入することがある。

【0003】

ここで、汚染地盤の浄化等の際、注入液に添加された注入剤を効果的に機能させるためには、地下水における注入剤の濃度を適切に管理する必要がある。しかし、地下水における注入剤の濃度を測定するためには、採取した地下水を試験室に持ち込んで大規模な設備で測定しなければならない場合があり、手間がかかっていた。また、注入剤が低濃度で計測そのものが困難であったり、計測は可能でも、注入剤の溶解や分散によって注入剤が到達したか否か判別が困難であったりする場合があった。

【0004】

この問題を解決するため、例えば注入剤の量に対応した量の蛍光染料を注入液に添加し、地下水の蛍光染料の濃度を原位置で計測することにより注入剤の濃度を推定する方法が知られている。また、地下水流動調査等の際、トレーサーとして蛍光染料を注入液に添加し、地下水の蛍光染料の濃度を計測することにより地盤中における地下水流動を観測する方法が知られている。

【0005】

一例として、特許文献１には、注入剤と蛍光染料（指標剤）とが添加された注入液を注水井戸（注水手段）から地盤へ注入し、地下水を揚水井戸（揚水手段）によって揚水して注水井戸へ還流する地盤注入剤濃度推定システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開２０１８／０８７９９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に示す地盤注入剤濃度推定システムでは、注入剤の量に対応した量の蛍光染料（指標剤）が注入液に添加されており、地下水の蛍光染料（指標剤）の濃度を計測することにより注入剤の濃度を推定し、地下水における注入剤の濃度を管理している。

【0008】

しかし、注水井戸へ還流される地下水には蛍光染料が残留していることがあり、注水井戸から地盤へ注入される注入液において、蛍光染料を目標濃度に管理することが難しかった。

【0009】

本発明は上記事実に鑑み、注水手段から地盤へ注入される注入液において、蛍光染料を目標濃度に管理することができる蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

第１態様に記載の蛍光染料濃度管理システムは、蛍光染料が添加された注入液を地盤へ注入する注水手段と、前記注水手段から離れた場所において、前記地盤中の前記蛍光染料の濃度を計測する第１濃度計測装置と、地下水を揚水する揚水手段と、前記揚水手段から揚水された前記地下水を前記注水手段へ還流する還流経路と、前記還流経路に設けられ、前記揚水手段から揚水された前記地下水を処理する水処理装置と、前記還流経路に設けられ、前記揚水手段から揚水された前記地下水に含まれる前記蛍光染料の濃度を計測する第２濃度計測装置と、前記第２濃度計測装置で計測された前記蛍光染料の濃度に基づき、前記注入液へ添加する前記蛍光染料の量を制御する制御装置と、を有する。

【0011】

上記構成によれば、注入液を注水手段から地盤へ注入することで、注入液によって地下水流動の調査や、汚染地盤の浄化、地盤改良、蓄熱、遮水等を行うことができる。また、注入液に蛍光染料が添加されているため、注水手段から離れた場所において、第１濃度計測装置によって地盤中の蛍光染料の濃度を計測することで、地下水流動を観測したり、注入剤の濃度を推定したりすることができる。

【0012】

ここで、水処理装置によって処理されて注水手段へ還流される地下水に含まれる蛍光染料の濃度を、還流経路に設けられた第２濃度計測装置によって計測し、地下水に含まれる蛍光染料の濃度に基づいて、制御装置によって注入液へ添加する蛍光染料の量を制御する。これにより、注水手段から地盤へ注入される注入液において、蛍光染料を目標濃度に管理することができる。

【0013】

第２態様に記載の蛍光染料濃度管理システムは、第１態様に記載の蛍光染料濃度管理システムであって、前記注入液には注入剤が添加されており、前記蛍光染料は前記地盤内で前記注入剤と同様の挙動を示す物質とされている。

【0014】

上記構成によれば、注入剤が添加された注入液を注水手段から地盤へ注入して揚水手段で揚水することで、注水手段と揚水手段との間に地下水流動を作り、注入液によって例えば汚染地盤を浄化することができる。

【0015】

また、蛍光染料が地盤内で注入剤と同様の挙動を示す物質とされているため、注水手段から離れた場所において、第１濃度計測装置によって地盤中の蛍光染料の濃度を計測することで、注入剤の濃度を推定し、地盤中の所定の位置における注入剤の濃度を管理することができる。

【0016】

第３態様に記載の蛍光染料濃度管理システムは、第２態様に記載の蛍光染料濃度管理システムであって、前記注入液に添加された種類の異なる複数の前記注入剤と、複数の前記注入剤毎に前記注入液に添加された種類の異なる複数の前記蛍光染料と、を有し、複数の前記蛍光染料は、前記第１濃度計測装置及び前記第２濃度計測装置によってそれぞれ濃度が計測される。

【0017】

上記構成によれば、注水手段から離れた場所において、複数種類の蛍光染料の濃度をそれぞれ第１濃度計測装置で計測することで、注入剤の濃度をそれぞれ推定し、地盤中の所定の位置における注入剤の濃度をそれぞれ管理することができる。

【0018】

また、注水手段へ還流される地下水に含まれる複数種類の蛍光染料の濃度を、それぞれ第２濃度計測装置で計測することで、注入液へ添加する複数種類の蛍光染料のそれぞれの量を制御することができる。これにより、注水手段から地盤へ注入される注入液において、複数種類の注入剤の濃度に対して複数種類の蛍光染料をそれぞれ目標濃度に管理することができる。

【0019】

第４態様に記載の蛍光染料濃度管理方法は、蛍光染料が添加された注入液を注水手段から地盤へ注入し、前記注水手段から離れた場所における前記地盤中の前記蛍光染料の濃度を計測し、地下水を揚水手段によって揚水し、揚水された前記地下水を処理して前記注水手段へ還流させるとともに、揚水された前記地下水に含まれる前記蛍光染料の濃度を計測し、計測された前記地下水に含まれる前記蛍光染料の濃度に基づき、前記注入液へ添加する前記蛍光染料の量を制御する。

【0020】

上記構成によれば、注入液を注水手段から地盤へ注入することで、注入液によって地下水流動の調査や、汚染地盤の浄化、地盤改良、蓄熱、遮水等を行うことができる。また、注入液に蛍光染料が添加されているため、注水手段から離れた場所において、地盤中の蛍光染料の濃度を計測することで、地下の状態を観測することができる。

【0021】

さらに、処理されて注水手段へ還流される地下水に含まれる蛍光染料の濃度を計測し、地下水に含まれる蛍光染料の濃度に基づいて注入液へ添加する蛍光染料の量を制御する。これにより、注水手段から地盤へ注入される注入液において、蛍光染料を目標濃度に管理することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法によれば、注水手段から地盤へ注入される注入液において、蛍光染料を目標濃度に管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】第１、第２実施形態に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法の概略構成を示す平面図である。

【図2】第１、第２実施形態に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法の概略構成を示す立断面図である。

【図3】第１実施形態に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法における励起光及び蛍光の光強度と波長の関係を示すグラフである。

【図4】第２実施形態に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法における励起光及び蛍光の光強度と波長の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の第１、第２実施形態に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法について、図１～図４を用いて説明する。なお、複数の図面において同じ符号で表された共通の構成要素については、説明を省略する場合がある。

【0025】

［第１実施形態］
（全体構成）
図１、図２に示すように、本実施形態の蛍光染料濃度管理システム１０は、地下地盤１２に構築された揚水手段としての揚水井戸１４（１４Ａ、１４Ｂ）と、注水手段としての注水井戸１６（１６Ａ、１６Ｂ）と、観測井戸１８（１８Ａ～１８Ｃ）と、遮水壁２０と、を有している。

【0026】

また、地表面ＧＬの上部には、観測井戸１８から採取された地下水の蛍光染料の濃度を計測する第１濃度計測装置２２と、揚水井戸１４から揚水された地下水を注水井戸１６へ還流する還流経路３０と、還流経路３０に設けられた浄化装置２４と、が構築されている。

【0027】

（地下地盤）
地下地盤１２は、地表面ＧＬよりも下方の地盤であって、図２に示すように、地下水が流れる帯水層２６及び地下水が流れない不透水層２８を有している。この地下地盤１２のうち、汚染物質が基準値（例えば汚染物質の種類毎に定められた値）以上含まれている部分を、汚染地盤Ｅとする。

【0028】

「汚染物質」とは、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、シス－１，２－ジクロロエチレン、塩化ビニルモノマー、ベンゼン等の有機物、六価クロム、シアン等の無機化合物、及びガソリンや軽油等の鉱油類等の油分を含む概念である。

【0029】

なお、図２では、地下水位ＨＬを一点鎖線で図示しており、地下地盤１２内での地下水流動の向きを破線の矢印で図示している。なお、この地下水流動は注水井戸１６から地下地盤１２へ、後述する注入剤等を含む注入液を注入し、更に揚水井戸１４から地下水を揚水することで発生する流れである。

【0030】

（揚水井戸）
揚水井戸１４は、地下地盤１２から地下水を揚水する揚水手段であり、揚水ポンプＰにより帯水層２６の地下水を吸い上げて、浄化装置２４に送ることができる。

【0031】

図１、図２では、揚水ポンプＰは揚水井戸１４の外部に設置されているが、これは構成を説明するためであり、揚水ポンプＰは揚水井戸１４の内部に設置されているものとする。ただし、揚水ポンプＰは、揚水井戸１４の外部に設置してもよい。また、揚水井戸１４は汚染地盤Ｅと遮水壁２０との間に配置されており、下端の深度が汚染地盤Ｅの深度以下となるように地下地盤１２に埋設されている。

【0032】

図１では、図示の便宜上、２本の揚水井戸１４Ａ、１４Ｂのみを記載しているが、本発明の実施形態はこれに限らず、任意の数の揚水井戸１４を敷地の広さ等に応じて適宜配置して構わない。

【0033】

なお、揚水井戸１４は汚染地盤Ｅに配置されていてもよい。また、揚水井戸１４による揚水の具体的な方法や、揚水井戸１４の形状、サイズ等については公知であるため、詳細な説明を省略する。

【0034】

（注水井戸）
注水井戸１６は、浄化装置２４で生成された注入液を地下地盤１２に注入する注水手段であり、図示しないポンプ等により注入液を地下地盤１２内に送ることができる。また、注水井戸１６は、汚染地盤Ｅと遮水壁２０との間（汚染地盤Ｅからみて揚水井戸１４の反対側）に配置された井戸であり、下端の深度が汚染地盤Ｅの深度以下となるように地下地盤１２に埋設されている。

【0035】

図１では、図示の便宜上、２つの注水井戸１６Ａ、１６Ｂのみを記載しているが、本発明の実施形態はこれに限らず、任意の数の注水井戸１６を敷地の広さ等に応じて適宜配置して構わない。

【0036】

なお、注水井戸１６は汚染地盤Ｅに配置されていてもよい。また、注水井戸１６による注入液の注入の具体的な方法や、注水井戸１６の形状、サイズ等については公知であるため、詳細な説明を省略する。

【0037】

（観測井戸）
観測井戸１８は、地下の状態を観測する観測手段であり、注水井戸１６と揚水井戸１４の間において、注水井戸１６及び揚水井戸１４から所定の距離離れた場所に設けられている。ここで、「地下の状態」とは、観測井戸１８が埋設された位置における地下地盤１２中の状態を示しており、例えば地下水位、地盤内温度、地下水における後述する注入剤濃度及び蛍光染料濃度、地下水における汚染物質濃度等を含む。

【0038】

観測井戸１８には、図示しない各種センサーが設置されており、これらのセンサーによって、上述した地下水位、地盤内温度、地下水における蛍光染料濃度等を計測し、これらの計測値を後述する浄化装置２４の制御装置３８に電気信号で伝達する。

【0039】

なお、これらのセンサーは揚水井戸１４及び注水井戸１６の内部にも設置されている。すなわち、揚水井戸１４及び注水井戸１６はそれぞれ、観測手段としても機能する。また、図１、図２においては、図が煩雑になる事を避けるため、制御装置３８に接続された信号線の図示は省略している。

【0040】

また、観測井戸１８の内部又は外部には、図示しない揚水ポンプが設置され、観測井戸１８の所定の深度の地下水を採取し、この採取した地下水を地上に設置した第１濃度計測装置２２まで揚水することができる。

【0041】

なお、観測井戸１８は、遮水壁２０で囲われた地下地盤１２内の複数箇所に埋設されており、図１では、図示の便宜上、３つの観測井戸１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのみを記載している。ただし、本発明の実施形態はこれに限らず、任意の数の観測井戸１８を敷地の広さ等に応じて適宜配置して構わない。

【0042】

（遮水壁）
遮水壁２０は、汚染地盤Ｅの周囲を囲むように地下地盤１２に配置された鋼製矢板（シートパイル）の遮水手段であり、遮水壁２０内外の地下水の流れを遮断している。すなわち、遮水壁２０の「外側」の地下地盤１２における地下水の流れと、遮水壁２０の「内側」の地下地盤１２における地下水の流れとを、相互に影響を及ぼさないようにしている。

【0043】

図２に示すように、遮水壁２０の下端は不透水層２８に根入れされている。これにより、汚染地盤Ｅは遮水壁２０と不透水層２８とで囲まれ、汚染物質が遮水壁２０の外側の地下地盤１２へ流出することが抑制されている。

【0044】

（第１濃度計測装置）
観測井戸１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ）の内部の地下水は、各井戸内部に設置された図示しない揚水ポンプにより所定の深度の水が揚水され、図示しないヘッダーを介して第１濃度計測装置２２へ送られる。

【0045】

ヘッダーは、複数の配管を１つにまとめるための集合配管部材であり、図示しない電磁弁やバルブを開閉することで、３つの観測井戸１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃからそれぞれ揚水された地下水のうち、どの地下水を第１濃度計測装置２２へ送るかを選択することができる。

【0046】

第１濃度計測装置２２は、ヘッダーから送られてきた地下水に含まれる蛍光染料が発する光の強度を計測することができる。具体的には、例えば図示しない光源装置から地下水に励起光を照射し、地下水に含まれる蛍光染料が発生する蛍光の光強度Ｃを図示しない分光器で計測する。なお、具体例として図３には、励起光波長Ｌ１と蛍光波長Ｌ２のそれぞれの光強度が示されている。

【0047】

この光強度Ｃから蛍光染料の濃度を算出することができるが、この蛍光染料の濃度を、光強度Ｃの関数としてＦ（Ｃ）として表すと、例えば注入剤としての活性剤の推定濃度Ｘを次のように表すことができる。なお、係数αは、活性剤及び蛍光染料の吸着・分解試験をそれぞれ実施することで計測される吸着・分解特性の違いから導出される。

【0048】

（活性剤の推定濃度Ｘ）＝α×［蛍光染料の濃度Ｆ（Ｃ）］・・・・・・（１式）
α：係数

【0049】

（浄化装置）
浄化装置２４は、揚水井戸１４から揚水された地下水を浄化し、後述する注入剤等を添加して地下地盤１２へ戻すための装置であり、第２濃度計測装置３２、水処理装置３４、添加槽３６、及び制御装置３８を含んで構成される。

【0050】

（第２濃度計測装置）
本実施形態では、第２濃度計測装置３２は、第１濃度計測装置２２と同様の構成とされており、揚水井戸１４から送られてきた地下水に含まれる蛍光染料が発する光強度Ｄを計測することができる。

【0051】

具体的には、例えば図示しない光源装置から地下水に励起光を照射し、地下水に含まれる蛍光染料が発生する蛍光の光強度Ｄを図示しない分光器で計測する。この光強度Ｄから、第１濃度計測装置２２の場合と同様に、蛍光染料の濃度Ｆ（Ｄ）を算出することができる。

【0052】

（水処理装置）
水処理装置３４は、揚水井戸１４から揚水された地下水から、揮発性汚染物質や油分を分離（及び抽出）する。また、水処理装置３４は、後述する制御装置３８により温調される図示しないヒーターにより、浄化された地下水を加温する。水処理装置３４によって地下水を加温することにより、地下地盤１２内で汚染物質を生物分解する分解微生物の増殖を促進したり、分解微生物の活性を上げたりすることができる。

【0053】

（添加槽）
添加槽３６は、地下水に対して注入剤としての浄化剤又は活性剤のうち少なくとも一方と蛍光染料とを添加して注入液を生成する。具体的には、後述する制御装置３８により制御された投入装置（図示省略）から、添加槽３６内部の地下水に浄化剤又は活性剤のうち少なくとも一方と蛍光染料とが添加され、攪拌されて注水井戸１６から地下地盤１２へ注入する注入液が生成される。

【0054】

ここで、「浄化剤」とは、地下地盤１２内で汚染物質を分解する物質のことであり、例として、汚染物質を生物分解するデハロコッコイデス、デハロサルファイド等の「分解微生物」や、汚染物質を化学分解する「化学分解剤」がある。化学分解剤の具体例としては、鉄系スラリー等の「還元剤」や、過酸化水素、加硫酸塩、フェントン試薬、過マンガン酸、過炭酸塩などの「酸化剤」が挙げられる。

【0055】

また、「活性剤」とは、分解微生物の生物分解を活性化させる物質のことであり、水素徐放剤、有機物、ｐＨ調整剤、微量栄養素又は微量元素等を用いることができる。

【0056】

このうち、有機物としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸若しくはクエン酸又はそれらのナトリウム塩、カリウム塩若しくはカルシウム塩、グルコース、フルクトース、ガラクトース、ラクトース、マルトース、トレハロース、ペプトン、トリプトン、酵母エキス、フミン酸又は植物油等を用いることができる。

【0057】

また、ｐＨ調整剤としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等のナトリウム、カリウムの炭酸塩、炭酸水素塩、水酸化アンモニウム、炭酸アンモニウム、トリポリリン酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム又はリン酸三ナトリウム等を用いることができる。

【0058】

また、微量栄養素としては、ビタミンＢ１２、ビタミンＢ１、パントテン酸、ビオチン、葉酸等を用いることができる。さらに、微量元素としては、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｂ等を用いることができる。なお、本実施形態では、注入剤として、活性剤（酵母エキス）を用いている。

【0059】

蛍光染料は、地下地盤１２（汚染地盤Ｅを含む）内で浄化剤又は活性剤と同様の挙動を示す物質であり、低濃度状態でも、大規模な設備を用いることなく、原位置（汚染地盤Ｅ上又は近傍の建物内など）で濃度の計測が容易な物質である。

【0060】

蛍光染料としては、ウラニン、エオシン、ローダミンＢ、ローダミンＷＴ、ピラニン、アミノＧ酸、ナフチオン酸ナトリウム、スルホローダミンＧ等を用いることができるが、本実施形態ではエオシンを用いている。

【0061】

ここで、「浄化剤又は活性剤と同様の挙動を示す」とは具体的に、地下水に対する蛍光染料の密度、粘性、吸着・分解特性などが浄化剤又は活性剤と同程度であることを示す。なお、蛍光染料の吸着・分解特性と浄化剤又は活性剤の吸着・分解特性は、上述した係数αを算出できる程度の差を有していてもよい。また、「同程度」とは、完全に一致している場合のほか、試験により計測可能な程度の僅かな差が生じる程度を含む。

【0062】

蛍光染料は、地下地盤１２の地下水における浄化剤又は活性剤の濃度を計測するための物質（トレーサー）として用いられる。蛍光染料の濃度を計測することで、地下地盤１２の地下水における浄化剤又は活性剤の濃度を推定することができる。

【0063】

（制御装置）
制御装置３８は、観測井戸１８、注水井戸１６、及び揚水井戸１４にそれぞれ設置された図示しないセンサーによって計測された地下水位、地盤内温度等の情報や、第１濃度計測装置２２及び第２濃度計測装置３２によって計測された地下水に含まれる蛍光染料濃度等の情報を、電気信号として受信する。そして受信した情報に応じて、水処理装置３４、添加槽３６、揚水ポンプＰを駆動制御する。

【0064】

（注入剤の濃度推定方法）
本実施形態の蛍光染料濃度管理システム１０では、図２に示すように、まず添加槽３６で、注水井戸１６から地下地盤１２へ注入する注入液に、注入剤としての活性剤（酵母エキス）と、蛍光染料（エオシン）を添加する。ここで、注入液における活性剤（酵母エキス）の濃度と、蛍光染料の濃度とを等しくする。すなわち、注入液においてそれぞれの濃度の関係は、次のように表される。

【0065】

（活性剤の濃度）：（蛍光染料の濃度）＝１：１ ・・・・・・（２式）

【0066】

次に、添加槽３６から注水井戸１６へ、活性剤（酵母エキス）及び蛍光染料（エオシン）が添加された注入液が注入される。注水井戸１６へ注入された注入液は、揚水ポンプＰが揚水井戸１４から地下水を揚水して地下水の水勾配を生成することで、目標とする速度で注水井戸１６から地下地盤１２及び汚染地盤Ｅへ拡散する。

【0067】

このとき、活性剤（酵母エキス）と蛍光染料（エオシン）とは、地下水に対する密度、粘性、吸着・分解特性などが同程度であるため、ほぼ等しいスピードで拡散する。ただし、活性剤（酵母エキス）と蛍光染料（エオシン）とは、吸着・分解特性に僅かな差異があるため、地下地盤１２に拡散する過程で、地下水中における濃度に差が生じる。このため、地下水におけるそれぞれの濃度の関係は、吸着・分解特性に応じた係数αを用いて、次のように推定される。

【0068】

（活性剤の推定濃度）：（蛍光染料の濃度）＝α：1 ・・・・（３式）

【0069】

次に、注水井戸１６から離れた場所において、観測井戸１８の内部に設けられた揚水ポンプ（図示省略）によって観測井戸１８内部の地下水が採取され、第１濃度計測装置２２へ送られる。この第１濃度計測装置２２により、蛍光染料（エオシン）の光強度Ｃを計測し、蛍光染料（エオシン）の濃度Ｆ（Ｃ）を算出する。

【0070】

ここで、活性剤（酵母エキス）の推定濃度Ｘと、蛍光染料（エオシン）の濃度Ｆ（Ｃ）を、（３式）の左辺に代入すると、次のように表される。

【0071】

（活性剤の推定濃度Ｘ）：［蛍光染料の濃度Ｆ（Ｃ）］＝α：1 ・・（４式）

【0072】

この（４式）を変形することにより、上述した（１式）が得られ、地下地盤１２中の所定の位置における活性剤（酵母エキス）の推定濃度Ｘを算出することができる。なお、この活性剤（酵母エキス）の推定濃度Ｘに基づいて、制御装置３８によって注水井戸１６への注入液の注入量を制御する。

【0073】

（蛍光染料の濃度管理方法）
また、地下地盤１２中の地下水は、揚水井戸１４から揚水ポンプＰによって揚水され、還流経路３０を通って浄化装置２４へ送られる。このとき、還流される地下水には、蛍光染料が残留していることがある。

【0074】

この残留している蛍光染料の光強度Ｄを浄化装置２４の第２濃度計測装置３２によって計測し、蛍光染料の濃度Ｆ（Ｄ）を算出する。また、第２濃度計測装置３２によって算出された蛍光染料の濃度Ｆ（Ｄ）は、制御装置３８に電気信号で伝達される。

【0075】

制御装置３８は、受信した蛍光染料の濃度、及び添加槽３６で注入液に新たに添加する活性剤（酵母エキス）の量に基づいて、添加槽３６で注入液に新たに添加する蛍光染料（エオシン）の量を制御し、蛍光染料を目標濃度となるよう管理する。

【0076】

なお、本実施形態において、蛍光染料の「目標濃度」とは、注入剤の濃度に対する蛍光染料の濃度を指し、（３式）に表されるように、活性剤（酵母エキス）の濃度と等しくされている。しかし、蛍光染料の目標濃度は、使用する注入剤、蛍光染料の種類や吸着・分解特性に応じて適宜定めることができ、汚染地盤Ｅの浄化作業の期中で変更することも可能である。

【0077】

例えば注入液における酵母エキスの濃度と蛍光染料の濃度の比率を（ａ：１）とした場合、（１式）の右辺にａを掛けることで、酵母エキスの推定濃度が算出される。このａの値は任意であるが、蛍光染料には汚染物質分解効果を期待しないので、蛍光染料は酵母エキスの濃度を算出するために必要な程度含まれていればよく、例えばａ＝６０程度でもよい。

【0078】

（作用・効果）
本実施形態によれば、注入剤としての活性剤（酵母エキス）が添加された注入液を注水井戸１６から地下地盤１２へ注入して揚水井戸１４で揚水することで、注水井戸１６と揚水井戸１４との間に地下水流動を作り、活性剤（酵母エキス）によって分解微生物の生物分解を活性化させて汚染地盤Ｅの浄化を促進させることができる。

【0079】

また、注入液に注入剤（活性剤）とともに蛍光染料（エオシン）が添加されている。このため、注水井戸１６から離れた場所において、第１濃度計測装置２２で地下地盤１２中の蛍光染料の濃度を計測することで、注入剤の濃度を推定し、地下地盤１２中の所定の位置における注入剤の濃度を管理することができる。

【0080】

また、本実施形態によれば、注水井戸１６へ還流される地下水に含まれる蛍光染料の濃度を浄化装置２４の第２濃度計測装置３２で計測し、地下水に含まれる蛍光染料の濃度に基づいて、制御装置３８によって注入液へ添加する蛍光染料の量を制御する。これにより、注水井戸１６から地下地盤１２へ注入される注入液において、注入剤の濃度に対して蛍光染料を目標濃度に管理することができる。

【0081】

［第２実施形態］
第１実施形態では、注入液に注入剤として１種類の活性剤と１種類の蛍光染料を添加したが、第２実施形態では、注入液に注入剤として２種類の活性剤と２種類の蛍光染料をそれぞれ添加する。

【0082】

ここで、注入剤毎に注入液に添加する２種類の蛍光染料としては、例えば図４に示す蛍光染料Ｓ、Ｔのように、お互いの励起光波長Ｌ１の帯域及び蛍光波長Ｌ２の帯域が十分に離れているものを選定することが好ましい。これにより、蛍光染料Ｓの励起光波長Ｌ１（Ｓ）及び蛍光波長Ｌ２（Ｓ）と、蛍光染料Ｔの励起光波長Ｌ１（Ｔ）及び蛍光波長Ｌ２（Ｔ）が干渉しあうことを抑制することができる。

【0083】

なお、本実施形態では、例えば活性剤（注入剤）として酵母エキス及び水素徐放剤（ポリ乳酸エステル）を用い、それぞれの活性剤（注入剤）毎に蛍光染料Ｓとしてエオシン、蛍光染料ＴとしてアミノＧ酸を用いている。

【0084】

本実施形態によれば、地下水に含まれる２種類の蛍光染料Ｓ、Ｔの濃度を、それぞれ図２に示す第１濃度計測装置２２で計測することで、酵母エキス及び水素徐放剤（ポリ乳酸エステル）の濃度をそれぞれ推定することができる。これにより、地下地盤１２中の所定の位置における活性剤（注入剤）の濃度をそれぞれ管理することができる。

【0085】

また、地下水に含まれる２種類の蛍光染料Ｓ、Ｔの濃度を、それぞれ図１、図２に示す第２濃度計測装置３２で計測することで、注入液へ添加する２種類の蛍光染料Ｓ、Ｔのそれぞれの量を制御することができる。これにより、注入液において、酵母エキス及び水素徐放剤（ポリ乳酸エステル）の濃度に対して蛍光染料Ｓ、Ｔ（エオシン及びアミノＧ酸）をそれぞれ目標濃度に管理することができる。

【0086】

なお、上述した浄化剤、活性剤、蛍光染料の組み合わせ方は任意であり、様々に組み合わせて用いることができる。また、注入剤として「浄化剤」及び「活性剤」の双方を用いてもよく、浄化剤のみを複数種類用いたり、活性剤のみを複数種類用いたりしてもよい。ただし、浄化剤としての還元剤（例えば鉄系スラリー）は、活性剤と組み合わせて用いないほうが望ましい。

【0087】

［その他の実施形態］
以上、本発明について第１、第２実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。また、上記の実施形態の構成は、適宜組み合わせることが可能である。

【0088】

例えば、第１、第２実施形態では、地下地盤１２の不透水層２８の上方に形成された１層の帯水層２６の汚染地盤Ｅを浄化したが、不透水層によって分断された複数層の帯水層の汚染地盤をそれぞれ浄化する構成としてもよい。

【0089】

複数層の帯水層の汚染地盤をそれぞれ浄化する場合、図１、図２に示す揚水井戸１４、注水井戸１６、観測井戸１８、第１濃度計測装置２２、及び浄化装置２４を帯水層にそれぞれ設置することで、帯水層をそれぞれ浄化することができる。

【0090】

ここで、不透水層で分断された複数層の帯水層を浄化する場合、一方の帯水層から他方の帯水層へ蛍光染料が流出し、帯水層において複数種類の蛍光染料が混合される可能性がある。このため、第２実施形態と同様に、帯水層にそれぞれ注入される注入液に添加される蛍光染料は、励起光波長Ｌ１の帯域及び蛍光波長Ｌ２の帯域が十分に離れているものを用いることが好ましい。

【0091】

これにより、種類の異なる複数の蛍光染料の濃度をそれぞれ第１濃度計測装置２２によって計測することで、注入剤の濃度をそれぞれ推定し、地盤中の所定の位置における注入剤の濃度をそれぞれ管理することができる。

【0092】

また、種類の異なる複数の蛍光染料の濃度をそれぞれ浄化装置２４の第２濃度計測装置３２によって計測することで、注入液へ添加する複数の蛍光染料のそれぞれの量を制御することができる。これにより、注水井戸１６から地下地盤１２へ注入される注入液において、注入剤の濃度に対して複数の蛍光染料をそれぞれ目標濃度に管理することができる。

【0093】

なお、帯水層を分断する不透水層の厚みが十分に大きく亀裂などが無い場合、複数層の帯水層に注入する注入液に同じ種類の蛍光染料を用いてもよい。同じ種類の蛍光染料を用いても、これらの蛍光染料が混合される可能性は低いため、蛍光染料の濃度をそれぞれ計測することができる。また、帯水層に対してそれぞれ設置される浄化装置の制御装置は、一つにまとめてもよい。

【0094】

また、第１、第２実施形態では、第２濃度計測装置３２が浄化装置２４における水処理装置３４より上流側（揚水井戸１４側）に設けられていた。しかし、第２濃度計測装置３２は、少なくとも添加槽３６より上流側（揚水井戸１４側）に設けられていればよく、水処理装置３４と添加槽３６との間に設けられていてもよい。

【0095】

また、第１、第２実施形態では、第２濃度計測装置３２が第１濃度計測装置２２と同様の構成とされていた。しかし、第２濃度計測装置３２は、蛍光染料の濃度を計測することができる構成とされていればよく、第１濃度計測装置２２と異なる構成とされていても構わない。さらに、例えば図２に二点鎖線の矢印４０で示すように、第１濃度計測装置２２又は第２濃度計測装置３２の一方を設けずに他方を兼用する構成としてもよい。

【0096】

また、第１、第２実施形態では、遮水壁２０の材質が鋼製矢板（シートパイル）とされ、遮水壁２０の下端が不透水層２８に根入れされていた。しかし、遮水壁２０の下端は不透水層２８に根入れされていなくてもよく、遮水壁２０の材質も、例えば凍土、粘土、コンクリート、セメント改良体等を用いることができる。

【0097】

また、遮水壁２０は必ずしも設ける必要はない。遮水壁２０を設けない場合は、地下水の流れの上流側に注水井戸１６を配置し、下流側に揚水井戸１４を設置することが望ましい。これにより、注水井戸１６から地下地盤１２に注入した注入液を円滑に地下地盤１２へ浸透させることができる。

【0098】

また、浄化剤として汚染物質を生物分解する分解微生物を用いて地下水を浄化する場合には、栄養塩や酸素を混入したり、新たに分解微生物を混入したりしても良い。さらに、注水井戸１６による注入液の注入を円滑に実施するため、凝集剤を混入したりしても良い。

【0099】

また、例えば第１実施形態では、水処理装置３４においてヒーターによって地下水を加温していたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば空調機器（図示省略）の熱媒体と、水処理装置３４で浄化された地下水とを熱交換させることにより地下水を加温しても良く、汚染地盤Ｅ上又は近傍の建物からの排熱や蒸気などを利用して加温してもよい。なお、分解微生物が所定の活性で活動している場合等は、加温は必ずしも必要ではない。

【0100】

また、上記実施形態では、蛍光染料濃度管理システム１０及び蛍光染料濃度管理方法を、汚染地盤Ｅを浄化する際に用いていた。しかし、本発明に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法は、その他、地下水流動の調査や地盤改良、蓄熱、遮水等の際にも用いることが可能である。

【0101】

例えば、本発明に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法を地下水流動調査に用いる場合には、注入液に注入剤を添加せずに蛍光染料のみを添加して地下地盤１２に注入する。

【0102】

具体的には、水に蛍光染料を溶かした蛍光染料溶液を注入液として注水井戸１６から地下地盤１２に注入し、観測井戸１８から揚水された地下水に含まれる蛍光染料の濃度を計測することで、地下水流動を調査する。なお、この場合、揚水井戸１４は不要であり、揚水手段としての観測井戸１８から揚水された地下水が、還流経路３０を通って注水井戸１６に還流される。

【0103】

また、例えば本発明に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法を、地下地盤１２の液状化対策のための地盤改良システムに用いる場合には、注入剤として過冷却水溶液や気泡混合水、固化材等を用いる。

【0104】

また、地下地盤１２の地中熱を利用するための蓄熱システムに用いる場合には、注入剤として過冷却水溶液等の蓄熱材を用いる。さらに、地下地盤１２を掘削する際に地下水位を低下させるための遮水システムに用いる場合には、注入剤として過冷却水溶液や固化材を用いる。このように、本発明に係る蛍光染料濃度管理システム及び蛍光染料濃度管理方法は、様々な態様で実施することができる。

【符号の説明】

【0105】

１０ 蛍光染料濃度管理システム
１２ 地下地盤（地盤）
１４ 揚水井戸（揚水手段の一例）
１６ 注水井戸（注水手段の一例）
２２ 第１濃度計測装置
３０ 還流経路
３２ 第２濃度計測装置
３４ 水処理装置
３８ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】