水中廃棄物の現場封鎖

ISCが適切な技術であるかどうかを判断するには、特定のプロジェクトの現場と目標を評価することが非常に重要です。まず、ISCが望ましい修復目標をすべて満たすかどうかを確認することが重要です。ISCが修復目標を満たすかどうかを判断するには、ISCについて先に挙げた3つの主要な機能を検討することが重要です。最初の機能については、「ISCが水生生物を堆積物汚染物質から隔離する能力は」新しい堆積物汚染物質がキャップ上に堆積するかどうかに依存することを理解することが重要です。汚染された堆積物がキャップの上に再び堆積した場合、キャップは汚染された層を分離するために構築されたことになります。したがって、「ISCは、発生源制御が実施されている場合にのみ検討されるべきです」。修復の目標が、汚染された堆積物が他の遠隔地に「再懸濁、輸送、再堆積」することによる負の環境影響を防ぐことであるならば、汚染された堆積物の安定化は設計機能となる可能性があります。さらに、修復目的が求められる場合、ISCの目的は汚染土壌を周囲の環境から隔離し、汚染土壌の環境を制御して汚染物質の分解を促すこととなる可能性がある。^{[ 1 ]}

ISCが適切な修復技術であるかどうかを判断するための現場評価は、周囲の物理的環境、現在および長期的な水力学的条件、地盤工学的および地質学的条件、水文地質学的条件、現場の堆積物の特性、および現在および長期的な水路の使用など、いくつかの基準に基づいています。^{[ 2 ]}

キャップを設置する周辺地域の物理的特性の多くは重要です。キャップを建設する際に考慮すべき事項には、「水路の寸法、水深、潮汐パターン、氷の形成、水生植物、橋梁の横断、陸地や海洋構造物との近接性」などがあります。^{[ 1 ]}設置を容易にするため、ISC の周辺地域は平坦であるのが最善です。

水力学的条件も同様に重要です。現場覆土プロジェクトは、港、低流量河川、河口などの低エネルギー水路で実施するのが最適です。^{[ 2 ]}高エネルギーおよび高流量の環境は、覆土の長期的な安定性に影響を与え、時間の経過とともに侵食を引き起こす可能性があります。潮流も重要です。潮流は水柱に沿って変化し、ISC の配置は変化する潮流によって悪影響を受ける可能性があります。潮汐流などの突発的なイベントが底層流速に及ぼす長期的な影響を考慮することが重要です。現場覆土の配置が既存の水力学的条件を変化させるかどうかを判断するために、モデリングを行う必要があります。^{[ 1 ]}

地盤沈下が発生する可能性があるため、現場キャップを設置する前に地盤工学的および地質学的条件の調査を行う必要があります。沈下が著しいと予測される場合は、沈下によってキャップの完全性が損なわれないように、キャップの設計を当初の計画よりも厚くする必要があるかもしれません。^{[ 1 ]}

設置前に水文地質学的条件を考慮することが重要です。地下水の流れが上向きの成分を持つ領域である排出領域を特定することが重要です。^{[ 5 ]}この排出により、現場キャップが移動したり、封じ込め物が地表水に運ばれたりして、現場キャップの有効性が低下する可能性があります。^{[ 1 ]}

ISC の建設と設計を実施する前に、典型的な堆積物の特性評価が必要です。堆積物に対するこれらのテストには、「目視分類、自然含水率/固形物濃度、塑性指数（アッターベルグ限界）、全有機炭素（TOC）含有量、粒度分布、比重、および統一土壌分類システム（USCS）」が含まれます。^{[ 1 ]}

現在の水路利用状況と、現場覆土の設置によってそれらがどのように影響を受けるかを把握することが重要です。現場覆土の建設によって影響を受ける可能性のある水路利用には、「航行、洪水調節、レクリエーション、給水、雨水または排水の排出、ウォーターフロント開発、およびユーティリティ横断」が含まれますが、これらに限定されません。現場覆土の建設は、覆土の完全性を長期間維持することが重要であるため、これらの活動の一部を制限する可能性があるため、覆土の移動を引き起こす可能性のある利用はすべて制限する必要があります。さらに、現場覆土の建設は水深の低下を引き起こし、その地域を横断できる船舶のサイズを制限します。水路に対するこれらの制限は、考慮しなければならない社会的および経済的影響も及ぼす可能性があります。^{[ 1 ]}

ISCの設置予定地におけるすべての規制基準を把握しておくことが重要です。すべてのISCは、資源保全回復法（RCRA）および有害物質規制法（TSCA）の要件を遵守しなければなりませんが、データ不足のため、原位置封鎖が長期的にこれらの基準を満たす能力については、十分な研究が行われていません。

Palermo らによって提供された、現場でのキャップ設計の 6 つの一般的な手順を以下に示します。^{[ 1 ]}

1. 候補となる覆土材を特定し、現場の汚染堆積物との適合性を確認する。
2. 在来底生生物の生物攪乱の可能性を評価し、底生環境から堆積物中の汚染物質を物理的に隔離するためのキャップコンポーネントを設計する。
3. 潮流、波、プロペラによる水流の影響による覆土箇所での潜在的な浸食を評価し、汚染された堆積物やその他の覆土部材を安定させるための覆土部材を設計する。
4. 堆積物中の汚染物質の潜在的な流入量を評価し、溶存汚染物質の水柱への流入量を低減するための遮水層を設計する。
5. 圧縮性材料の固化を含め、キャップ構成要素間の潜在的な相互作用と適合性を評価する。
6. 運用上の考慮事項を評価し、キャップの完全性を確保するために必要な制限または追加の保護措置を決定する。

材料の特定は、通常プロジェクトで最も大きなコストとなるため、プロジェクトの開始時に評価する必要があります。したがって、必要な材料のコストが高すぎる場合、プロジェクトは全く実行不可能になる可能性があります。^{[ 1 ]} ほとんどの場合、粒状材料が使用されます。これには、「採石場の砂、自然発生の堆積物または土壌材料」が含まれますが、これらに限定されません。^{[ 1 ]}研究によると、細粒材料と砂質材料は、現場でのキャップの構築に効果的であることが示されています。^{[ 6 ]}さらに、細粒材料は、砂キャップよりも優れた化学的バリアとして機能することが示されています。^{[ 7 ]}したがって、細粒材料は、工場で洗浄された砂よりも優れたキャップコンポーネントです。底生生物は、有機物を含む未固結の細粒堆積物の中に穴を掘ることに興味を示しているため、キャップ内の有機物の量を制御することが重要です。^{[ 1 ]}砂中の有機物の増加は、疎水性有機汚染物質がキャップを通過するのを遅らせ、汚染物質の分解を促進することが示されています。^{[ 3 ]}したがって、有機物の慎重なバランスが必要です。

ジオメンブレンは、キャップ設計において、「生物攪乱バリアの提供、キャップの安定化、汚染物質フラックスの低減、キャップ材料と下層堆積物の混合の防止、均一な圧密の促進、およびキャップ材料の侵食の低減」など、数多くの目的を果たすことができる。^{[ 1 ]}ジオメンブレンは、シェボイガン川とノルウェーのエイトハイム湾に建設された ISC の安定化プロジェクトで、粒状媒体とともに使用されている。^{[ 8 ]}ジオメンブレンには大きな利点があるように見えるが、浮き上がりや膨張の問題が生じており、ジオメンブレンが表面から浮き上がる原因を評価する研究はあまり行われていない。^{[ 9 ]}化学的隔離のためのジオシンセティックスの全体的な有効性を判断するには、さらなる研究が必要である。^{[ 1 ]}

被覆石とは、現場のキャップの残りの部分を「保護」するために使用されるあらゆる石のことであり、侵食に対する抵抗力を高めるために使用でき、キャップの設計において考慮されるべきである。^{[ 1 ] [ 3 ]}キャップの長期的な性能は、主に外部の力、特に水力に対する耐性に依存する。^{[ 3 ]}キャップの長期的な安定性を確保するために使用できる基本的なアプローチは3つある。

1. キャップ層は、さまざまな水圧に耐えられるよう十分に強化されている必要がある。^{[ 3 ]}
2. 水圧は通常、水深が浅くなるにつれて減少するため、より深い層でキャップをしてください。^{[ 3 ]}
3. 防波堤、ダム、航行制御などを用いて水力を制御し、キャップ層への影響を制限するように努める。^{[ 3 ]}

生物擾乱とは、底生生物による堆積物の攪乱と混合を指します。多くの水生生物は底質の上または底質内に生息しており、堆積物粒子の直接的な移動、水柱に露出する堆積物の表面積の増加、底生生物や浮遊生物による底生生物の摂食などを通じて、堆積物汚染物質の移動を大幅に増加させる可能性があります。海洋環境における生物擾乱の深さは、淡水環境におけるそれよりも深くなります。生物擾乱がキャップに及ぼす影響を防止および軽減するために、キャップは通常数センチメートル（5～ 10cm）の厚さの犠牲層を設けるように設計する必要があります。この層は環境と完全に混合されていると想定され、底生生物が現場のキャップ内部にさらに深く潜り込むのを防ぐはずです。犠牲層の厚さは、キャップ構造付近の周辺堆積物における局所的な生物とその行動を調査に基づいて決定する必要があります。なぜなら、一部の底生生物は1m以上の深さまで潜ることが知られているからです。装甲石の存在は、深層に潜る底生生物の定着を制限することが知られています。底生生物がキャップ構造の完全性を損なうのを防ぐもう1つの方法は、局所的な底生生物が魅力を感じず、その表面に容易に定着しないことが知られている粒状媒体を選択することです。これにより、底生生物がキャップ上に生育する可能性を制限できます。

キャップに選択された材料が「細粒状材料」である場合、現場キャップの圧密を考慮する必要があります。下層材料の圧密は、「圧密中に間隙水がキャップ内に上方へ移流する」ため考慮する必要があります。^{[ 1 ]}

侵食については慎重に検討する必要があります。侵食に対する保護レベルを決定するには、「キャップ侵食に伴う環境影響の潜在的な深刻度と、極端な事象（例えば100年に一度の事象）における堆積物汚染物質の潜在的な拡散」を検討することが重要です。設計が不十分な現場キャップは侵食によって損なわれ、汚染物質が放出される可能性があります。過剰に設計されたキャップは、非常に高いコストにつながります。^{[ 1 ] [ 3 ]}

Fredette らは、ISC プロジェクトのための物理的/生物学的モニタリング プログラムの開発のための 5 つのステップを概説しています。^{[ 10 ]}

1. サイト固有のモニタリング目標の設定
2. モニタリング計画の要素を特定する
3. 反応を予測し、検証可能な仮説を立てる
4. サンプリング設計と方法の指定
5. 管理オプションの指定

したがって、建設開始時にモニタリングプログラムを導入することが重要です。短期モニタリングプログラムは、建設中および建設直後に現場のキャップを監視するために使用する必要があります。このモニタリングプログラムには、キャップ全体の設計を迅速に調整できるようにリアルタイムデータを提供するための頻繁なテストを含める必要があります。長期モニタリングプログラムは、キャップ設計の全体的な有効性に関するデータを提供し、キャップがすべての必要な規制を満たしていること、およびキャップが過度に侵食されていないことを確認するために確立する必要があります。この長期モニタリングは、問題が発見されない限り、1～2年ごとに評価するだけで十分です。問題が発見された場合は、より頻繁なテストが必要になります。^{[ 1 ]}

モニタリング中は、定期的なメンテナンスを計画することが重要です。これには、侵食によって除去されると予測される量の材料を配置することが含まれる場合があります。^{[ 1 ]}

ニューヨーク州マッセナのゼネラルモーターズ・スーパーファンドサイトでは、PCBで汚染された土壌が繰り返し浚渫されたが、一部の地域では依然として高濃度の汚染物質（>10ppm）が残っていた。これらの地域は、約75,000平方フィート（7,000^平方メートル）の面積で、6インチの砂、6インチの砂利、6インチの装甲石からなる3層のISCで覆われた。^{[ 1 ]}    

ミシガン州マニスティーク川では、 PCBで汚染された堆積物が、最大15フィートの深さで20,000平方フィート（1,900^平方メートル）の範囲にわたって厚さ40mmのプラスチックライナーで覆われた。 ^{[ 1 ]}  

ウィスコンシン州シェボイガン川では、PCBで汚染された堆積物を砂層と護岸石層で覆った。これは、直接設置が可能な浅い地域で行われた。^{[ 11 ]}

ニューヨーク州コールドスプリングのハドソン川では、電池製造施設からのカドミウムとニッケルによって堆積物が汚染された。汚染された区域の上にジオシンセティック粘土ライナー（GCL）と12インチの砂壌土が植えられた。^{[ 2 ]}

メリーランド州エルクトンでは 、揮発性有機成分と高密度の非水相液体が過剰に含まれる汚染堆積物が発見され、深刻な排出が発生した。汚染廃棄物の上に構築された覆土システムは、ジオテキスタイル作業マット、GCL、スクリム補強ポリプロピレンライナー、ジオテキスタイルクッション、および蛇籠マットで構成されていた。^{[ 2 ]}