飽和多孔媒体モデル における DNAPL 挙動 に関す る実験的研究
AnEx pe r i me nt a lI nve s t i g a t i o no nDNAPLMi g r a t i o ni nSa t ur a t e dPo r o us Me d i umMo de l s
佐藤邦明1､上野孝之2*､R.R.GIRI3
Kmi akiSato,TbkayukiUeno,R.R.Girl
1埼玉大学 地圏科学研究センター
Geo甲hereResearchInstituteofSaitamaUniversity 2(樵) 大林組 技術研究所
TechnicalResearchhstitute,ObayashiCoIPOration
3埼玉大学 地圏科学研究センター
GeosphereResearchhstituteofSaitam aUniversity
Abstract
ResistanceonDNAPLdropletssettlingin asaturatedporous medium andDNAPLmigrationbehaviorthrough asaturated poreisexperimentallyinvestlgated.Motionofasettlingdropletisdescnbedbyan equation,whichissimi lartothatforarigid solidspheresettlinginaninfiniteliquidmedium.A coITelationbetweendropletReymoldsnum ber(Re)andcomprehensive resistancecoetrlCient(CR)isestablishedforeachdropletsize.Theresultsindicatethatasewingdropletwobblesthroughoutits motioninaporousmedium .EquivalentDNAPLthickness(叫 inasaturatedporejustbeforeandaftersnap‑offiscorrelatedto poreneckareain rectangular andtriangularporesIItisfoundthatthepowerandlinearrelatiOnholdwellintheform erand
lattercasesre甲eCtivelywidlinthedatarangeofthisstudy.ThreedifferentstagesinDNAPLmigrationthrough asaturatedpore areobserved.TheresultsindicatethatthemigrationbehaviordependonbodlgeOme吋andDNAPLphysicalproperties.
KeyWords:DNAPLmi gration,saturatedporousmedia,comprehensiveresistancecoefrlCient,poreneckarea
1.研究 目的
有機塩素化合物などの非溶解性液体 (DNAPLs: DenseNon‑aqueousPhaseLiquids)による土壌や地下水 の汚染は産業界において環境問題 となっている｡本研 究は土壌をモデル,化 した多孔媒体中のDNAPL液滴の 沈降挙動のメカニズムおよび､水で飽和 した間隙にお けるDNAPLの浸透特性 を解明す ることを目的とした｡
2.実験I
Fig.1に実験 Ⅰで用いた多孔媒体モデルを示す｡多孔 媒体モデルは水で飽和 した縦 12cm､横 6cmの2枚の ガラス板 の間に直径 5mm のガラス球を正方配列およ び千鳥配列に して､奥行き方向一層 に貼 り付 けたもの
☆〒204‑8558東京都清瀬市下清戸4‑640 電話:0424‑9510921EAX:0424‑95‑0903 E‑man:ueno.takayuki.@obayashi.co.jp
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● 1●
◎ Droplet(♂)
● 1 ●●
● ● ● ● : < ● ● o ･ . ･ ● i ●
L(a)Regularpattern (b)staggeredpattern Fig.i SchematicDiagramofPorousMedium
ModeJs.
である｡
実験は5種類のガラス球間隔Lのモデルに対 して8 種類の直径 ∂のTCE液滴を沈降させた｡TCE液滴の沈 降はデジタルカメラで連続撮影 し､ ビデオ レコーダに
記録 した｡記録 したデータか ら各時間(△りにおける沈
降距離(△Z)を読み とり､液滴の最終沈下速度Uoを算定 し､式(1)か ら抵抗係数CRを算出 した｡
ただ し､Uo:最終沈降速度(Termi nalvelocity)､6 :
液滴の直径､pd:液滴の密度､pe:水の密度､cR :
抵抗係数､ g :重力の加速度｡
また､得 られた最終沈降速度か ら(2)式によって レイ ノルズ数を算定 した｡
Re=壁 (2)
l′
ただ し､Re:レイノルズ数､6 :液滴の直径､V:粘 性係数｡
レイノルズ数Reと抵抗係数CRの相関をFig.2に示す｡
レイノルズ数 が 102‑ 103､抵抗係数 は0.7‑ ll の範囲に分布す る｡実験か ら得 られた ReとCRの相関 は次式で表現できることがわかった｡
cR=aReLn (3)
ここに､定数 aと指数nは正方配列､千鳥配列の多孔 媒体における沈降液滴の体積に依存す る｡
沈降液滴の大きさに係わ らず､指数 〝はおよそ2で､
定数αは6.25×104‑ 4.57×105の範囲の値 を持つ｡
(tb)3ua!UtJPOUaC)uqS!SadaAISu9tPJdtuou
StaggeredL=0.7cm
l ヘ l l l l,lll 011 ヽ し
l ヽ Lヽ ②LZ* I∂‑0232cmC.‑886〉
8 l 〜
I ､＼ ＼＼ ③悪霊≡6‑03..2…4塁7;c:m: CE RR‑1≡圭..07…38);
6, ヽL ヽ
ヽ ＼ .⑥ぎFOJ385cm CR崇 .57⊃
＼ ㌔ ト L=03egu
2二 二 雪 I
1 ＼ ▼● ‑. ヽ
＼ l‑＼ ＼
8 q qL q
ヽi El ヽ
6 ① ‑② ③ ④ ⑤ .⑥
■ 一‑ l l l l
DropletReynoldsNumber(Re) Fig.2 RelationshipbetweenCRandRe
抵抗係数 CRは空隙率 (固体粒子の密度)､配列 (多孔
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媒体の構造)､およびDNAPL液滴の大きさ､さらに､
液滴の沈降時のゆれ効果などと密接な関係があること が判明した｡
3.実験Ⅱ
実験 Ⅱで用いた空隙要素モデルは Fig.2に示す よう に､ガラス球を1層の格子配列､および三角配列 し､
水 で飽 和 させ た｡ 上部 か ら注入管 を用 いて空 隙 に DNAPL (TCE)を充填 し､表面張力 に打ち勝 って､
DNAPLが通過す るときの体積､すなわち､透過限界体 積 を測定 した｡また空隙残留体積 も併せて測定 した｡
実験はガラス球直径dを7種類､ガラス球の離間距 離Lを2種類 として空隙の投影面積 を変化 させた｡
Sideview sideview と一一一一｣
二 ･ ∴
Projected porearea(S)
Topview TopvleW
(a) Rectangularcase(b) Triangularcase Fig･2 Schematicdiagram ofporemodelII Fig.4 に 1例 として､ガ ラス球 間隔e=oお よび A=1mmで格子配列 された空隙を液滴が通過す るとき のVC/S〜Sの関係 を示す｡
ガラス球間隔e=Oの場合､空隙面積が大きくなるほ どVC/Sが指数関数的に減少す るOまた､ガラス球間隔 e=1の場合も空隙面積が大きくなるほどヽ VC/Sが指数 関数的に減少するが､A‑0に比べて現象比率は小 さい｡
0 5 10 15 20 25
PoreneckspaceS(mmZ)
(a)TCE
Fig4Relationshipbetween(V/S)andS i
nrectangularpore
