JP2000084366A - 重金属汚染土壌の浄化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】陰極周辺に集結した重金属類を効率的に除去で
きる重金属汚染土壌の浄化方法及びこれに用いる装置を
提供する。 【解決手段】重金属類を含む汚染土壌中に相互に対向す
るように陽極電極と陰極電極とを設置し、陰極電極の周
辺に汚染物質を含む水を流通させることで陰極に汚染物
質を集結させる。陰極電極の周囲にｐＨ高緩衝能材料を
交換可能に配置する工程、陰極電極及びｐＨ高緩衝能材
料を汚染土壌中に埋設する工程、陽極電極と陰極電極と
の間に直流電圧を印加して、この通電中に陰極電極表面
で発生する水素基をｐＨ高緩衝材に吸着させる工程、土
壌中の電位勾配が不均一になったことを条件に、ｐＨ高
緩衝能材料を交換する工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は重金属類で汚染され
た土壌を、移動することなくそのままの原位置で浄化す
る方法及びそれに用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場や産業設備等から漏洩した重金属等
の汚染物質が土壌に流出し、その周辺の土壌に汚染物質
が浸透して公害問題となるケースがある。

【０００３】このような場合、汚染土壌自体を移動させ
て処理するのが一般的であるが、汚染土壌を移動させる
ことなく、そのままの原位置で処理する方法もある。後
者にはコンクリート固化法などにより物理的に処理する
方法と、動電現象を利用して化学的に浄化する方法があ
る。

【０００４】動電現象を利用したものは、例えば特開平
５−５９７１６号公報に示されるように、土壌中に陰陽
の電極を埋設し、その周辺に汚染物質を含む水を流通さ
せることで陰極に汚染物質を集結させ、続いて汚染水を
汲み上げるようにしたものがある。

【０００５】この方法では陽極周辺では酸性領域が形成
され、この影響により汚染土壌中の重金属類は溶解す
る。溶解したイオンの内、陽イオンの状態で溶解した重
金属類は電気泳動現象により陰極電極の方向へ移動する
ため、これを集めて最終処理を行うものである。

【０００６】ところが、動電現象を利用して重金属イオ
ンを浄化する場合は次のような問題が生ずる。すなわ
ち、陰極周辺にはアルカリ性の領域が生じるため、陰極
に移動してきた陽イオンは水酸化物を形成し、動電現象
では移動しない形態に変化してしまう。このため、汚染
原因物質である重金属類は、陰極周辺に濃縮されるだけ
に留まり、土壌外に重金属類を排出するには至らない。

【０００７】また、重金属類が移動するのは電気泳動現
象によるものであり、土壌中の電位勾配が電気泳動現象
の推進力となる。このため浄化対象となる汚染土壌に均
一な電位勾配を与えることが重金属類を効率的に移動さ
せるための条件となる。

【０００８】しかしながら、通電を継続すると分極現象
が発生し、汚染土壌中に均一な電位勾配が維持されなく
なる。またこの分極現象が陽極、陰極の両局の周辺で発
生するが、比較的、陰極周辺での分極現象が卓越してい
ることが実験的な検討で判明している。

【０００９】この結果、汚染土壌中に均一な電位勾配を
維持させることが不可能となり、消費電力も増大し、重
金属類を移動させることができなくなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明では前述した従
来の問題点を解決するためになされたもので、陰極周辺
に集結した重金属類を効率的に除去することができる重
金属汚染土壌の浄化方法及び、それに用いる装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
には、陰極周辺が高アルカリ性になり陰極周辺に重金属
類が沈殿してしまう現象、及び陰極周辺での分極現象を
いかに解消するかが鍵である。そこでこれらの原因とな
っている陰極周辺で発生するアルカリ成分の影響を除去
する必要がある。

【００１２】本発明では、前述した技術的課題を解決す
るために以下のような方法を採った。すなわち、重金属
類を含む汚染土壌１中に相互に対向するように陽極電極
２と陰極電極３とを設置し、汚染土壌１中に存在してい
た汚染物質とともに電気浸透現象により陰極電極３の周
辺に流動してきた土壌間隙水を土壌系以外に排出させる
汚染土壌の浄化方法において、前記陰極電極３の周囲に
ｐＨ高緩衝能材料４を交換可能に配置して、この陰極電
極３及びｐＨ高緩衝能材料４を汚染土壌１中に埋設する
工程、陽極電極２と陰極電極３との間に直流電圧を印加
して、通電中に陰極電極３表面で発生する水酸基をｐＨ
高緩衝材４に吸着させる工程、汚染土壌１中の電位勾配
が不均一になったことを条件に、ｐＨ高緩衝能材料４を
交換する工程、を含む重金属類を含むものである。

【００１３】ここで、ｐＨ高緩衝能材料４を使用した理
由は、陰極電極３表面で発生する水酸基の吸着能力が高
いほどこの材料の交換頻度が少なくなるためである。さ
らに、この材料を交換することにより陰極周辺での分極
現象が解消され、土壌中に均一な電位勾配を回復させる
ことが可能となる。なお、ｐＨ高緩衝材４を交換する際
には、必要に応じて陰極電極３を同時に交換してもよ
い。

【００１４】このｐＨ高緩衝能材料４は交換が容易とな
るように土壌中に配置するものであり、その手法として
以下のものを見い出した。第１に、前記陰極電極３より
も径大の筒状袋５を用意し、この筒状袋５内に、陰極電
極３を配置するとともにｐＨ高緩衝能材料４を充填す
る。これにより、筒状袋内５の中心に陰極電極３が位置
し、その周辺にｐＨ高緩衝能材料４が位置することとな
る。したがって、ｐＨ高緩衝能材料は周囲に分散するこ
となく、交換も容易となる。

【００１５】第２に、土壌１に前記陰極電極３よりも径
大の穴６を掘削しておき、ここに陰極電極３を設置し、
次に、陰極電極３の周囲にｐＨ高緩衝能材料４を充填し
た袋を設置してもよい。ｐＨ高緩衝能材料４を入れる袋
は当然水透過性の良好なものが適当であり、これは織
布、不織布、多くの孔を設けた合成樹脂袋等が例示でき
る。

【００１６】第３に、非伝導体により籠状に形成された
円柱状容器７を形成し、この円柱状容器７内に前記陰極
電極３を配置するとともに残余の空間にｐＨ高緩衝能材
料４を充填したものとしてもよい。

【００１７】前記非伝導体としては合成樹脂が好適であ
り、これには網目状等の多数の孔部が設けられているも
のが使用できる。この円柱状容器７は必ずしも単体であ
る必要はなく、いくつかのブロックに分割するようにし
て複数設置してもよい。

【００１８】さらに、多孔質の無機材料、例えば、セラ
ミックや陶器により円柱状容器７を形成し、この円柱状
容器７内に前記陰極電極３を配置するとともに残余の空
間にｐＨ高緩衝能材料４を充填したものとしてもよい。
この場合、円柱状容器７は土壌の透水係数と同程度の透
水性を有していることが望ましい。ｐＨ高緩衝能材料の
交換は円柱状容器７単位で行う。

【００１９】以上、ｐＨ高緩衝能材料を陰極電極３とと
もに特定の容器に入れたものにつき述べたが、さらに前
記ｐＨ高緩衝能材料４をブロック状に焼成し、これを陰
極電極３の周囲に埋設してもよい。ｐＨ高緩衝能材料４
は、これを直接引き上げて交換することになる。

【００２０】また、不織布により筒状袋５を形成し、こ
の筒状袋５の内部にｐＨ高緩衝能材料４を充填し、この
筒状袋５を前記陰極電極３の周囲に巻き付けるようにし
てもよい。この場合、重金属が溜まったｐＨ高緩衝能材
料の交換に際しては一旦陰極電極３とともに引き上げた
後、新しいｐＨ高緩衝能材料と交換し再度土壌に埋設す
る。

【００２１】前記ｐＨ高緩衝能材料４は、アロフェンを
多く含む鹿沼土、ベントナイト、ゼオライト、木炭、活
性炭または一般土から選ばれるものが好適である。ここ
で一般土とは火山灰質土（ローム、シラス等）、畑土な
どの土壌や土を指す。

【００２２】また、ｐＨ高緩衝能材料４に、水、増粘
剤、ゲル化剤を添加すれば液状化するため、ポンプ等を
用いてこれを外部から入れ替えすることができる。陰極
電極３の周囲にｐＨ高緩衝能材料４を拡散不能かつ交換
可能に配置する構造については、前述した方法で用いた
筒状袋５や円柱状容器７の構造と同様である。

【００２３】以上の方法により、ｐＨ高緩衝能材料４の
交換が極めて容易となり、従来生じていた不均一な電位
勾配が発生しない。なお、補助工法として陽極に酸性溶
液を添加する方法がある。例えば、陽極に塩酸を添加し
た場合、水素イオンは電気泳動現象により汚染土壌１中
に供給されるが、対イオンである塩素イオンは電気的に
陽極に引き寄せられるため土壌中には供給されない。

【００２４】このため浄化に不必要なイオンを汚染土壌
中に供給することがない。これは電流の抑制につながり
ランニングコストの低減を図ることができる。さらに、
汚染物質が鉛、カドミウム、銅等の場合は、土壌全体を
酸性に保持した方が重金属の浄化が促進されるが、クロ
ム等のように土壌全体をアルカリ性に保持した方が効率
的に浄化を行える場合がある。この場合は陽極にｐＨ緩
衝能の高い材料を配置して浄化を行うとよい。

【００２５】酸性溶液としては、無機酸及び有機酸のい
ずれでもよい。無機酸としては塩酸、硫酸、硝酸等が挙
げられる。また有機酸としては酢酸、シュウ酸等が挙げ
られる。これらは単独でも２種以上を併用してもよい。
これら、無機酸ト有機酸の塩としては、ナトリウム塩、
カリウム塩等のアルカリ金属塩、マグネシウム塩、カル
シウム塩等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。

【００２６】使用するアルカリとしてはＮＨ４，ＮａＯ
Ｈ，ＫＯＨ等が挙げられる。これらは単独でも２種以上
を併用してもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の重金属汚染土壌の
浄化方法及び装置を図１〜図１１に示される実施形態に
ついて更に詳細に説明する。

【００２８】図１において汚染土壌１は重金属類を包含
しており、この重金属類を集結して外部に排出すること
を目的としている。汚染土壌１には２箇所の穴が設けら
れており、陽極電極２と陰極電極３が相互に対向するよ
う埋設する。陽極電極２と陰極電極３との間には直流電
源８が接続されている。この電源は商用電源の他、ソー
ラー発電を利用することができる。

【００２９】陰極電極３の周囲にはｐＨ高緩衝能材料
４、例えば、アロフェンを多く含む鹿沼土、ベントナイ
ト、ゼオライト、木炭、活性炭から選ばれるものが交換
可能に配置されている。交換可能とするための構造を図
２により説明すると、前記陰極電極３よりも径大の筒状
袋５を用意しこの中に陰極電極３を入れる。続いて陰極
電極３の周りにｐＨ高緩衝能材料４を入れる。

【００３０】この状態で直流電源８の電源を入れると、
電気泳動現象の推進力が発生し重金属類が陰極電極３の
周りに集結する。そしてこのまま或る期間を経過する
と、ｐＨ高緩衝能材料４に重金属類が濃縮される。ここ
で、筒状袋５を引き上げ内部のｐＨ高緩衝能材料４を排
出し新しいｐＨ高緩衝能材料４を補給する。

【００３１】ｐＨ高緩衝能材料４交換のタイミングは、
土壌１の電位分布を計測して決定するのがよい。すなわ
ち、陰極電極３を０Ｖとしたときの、土壌各部の電位分
布を計測する。重金属類が陰極電極３の周りに集結して
いない段階では電位分布はほぼ直線的な勾配を示すが、
重金属類が陰極電極３の周りに集結すると当該部分の抵
抗値が落ち電位分布が曲線的となる。このような曲線的
な電位分布となったらｐＨ高緩衝能材料４を新しいもの
と交換する。 （実施の形態２）実施の形態２を図３〜図５により説明
する。図３は初期工程を示し、汚染土壌１に前記陰極電
極３よりも径大の穴を開ける。そして、図４に示すよう
に、穴６内に陰極電極３を設置する。次に、陰極電極３
の周囲にｐＨ高緩衝能材料４を袋詰めしたものを充填す
る。そして電源を投入し、このまま或る期間を経過する
と、ｐＨ高緩衝能材料４に重金属類が濃縮される。ここ
で、袋詰めされたｐＨ高緩衝能材料４を掘り出し、新し
いものと交換する。 （実施の形態３）実施の形態３を図６により説明する。
図６は合成樹脂により形成した籠状に形成された円柱状
容器７を示している。この円柱状容器７内に前記陰極電
極３を配置するとともに残余の空間にｐＨ高緩衝能材料
４を充填する。円柱状容器７は強度があり、ｐＨ高緩衝
能材料４の交換の際はユニック等で陰極電極３ごと持ち
上げることができるようになっている。 （実施の形態４）実施の形態４を図７により説明する。
図７は多孔質のセラミックで形成された円柱状容器７を
示している。この円柱状容器７内に前記陰極電極３を配
置するとともに残余の空間にｐＨ高緩衝能材料４を充填
する。円柱状容器７は強度があり、ｐＨ高緩衝能材料４
の交換の際は、クレーン等で陰極電極３ごと持ち上げる
ことができる。 （実施の形態５）この形態では、図８に示すように、前
記ｐＨ高緩衝能材料４をブロック状に焼成し、これを陰
極電極３の周囲に埋設した。ｐＨ高緩衝能材料の交換は
ｐＨ高緩衝能材料を直接引き上げて行う。ｐＨ高緩衝能
材料の収納のために別途容器を使用する必要がない利点
がある。 （実施の形態６）ここでは、まず細長い不織布により筒
状袋５を形成し、この筒状袋５の内部にｐＨ高緩衝能材
料４を充填する（図９）。そして、この筒状袋５を前記
陰極電極３の周囲に巻き付ける（図１０）。重金属が溜
まったｐＨ高緩衝能材料の交換に際しては一旦陰極電極
３とともにｐＨ高緩衝能材料４を引き上げた後、新しい
ｐＨ高緩衝能材料と交換し再度汚染土壌１に埋設する。
なお、ｐＨ高緩衝能材料４の巻き付け厚さは数センチメ
ートル程度が好適である。

【００３２】以上の方法及び構成によって、ｐＨ高緩衝
能材料４の交換が極めて容易となり重金属等の排出を頻
繁に行うことができるとともに、従来生じていた不均一
な電位勾配が発生しないため重金属類を効率的に集める
ことができた。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、陰極電極の周囲にｐＨ
高緩衝能材料を交換可能に配置し、陰極電極及びｐＨ高
緩衝能材料を汚染土壌中に埋設し、続いて陽極電極と陰
極電極との間に直流電圧を印加して、重金属類をｐＨ高
緩衝能材料に集結させ、このｐＨ高緩衝能材料を交換可
能にしたので、陰極周辺に集結した重金属類を効率的に
除去することができる。

【００３４】また、電位勾配が平均化するため、短期間
で効率的に重金属類を移動・除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である重金属汚染土壌の浄
化装置を示す断面図である。

【図２】筒状の袋内に陰極電極を配置した状態を示す図
である。

【図３】陰極を設置するための穴を形成する工程を示す
図である。

【図４】穴の内部に陰極電極を設置した状態を示す図で
ある。

【図５】陰極電極の周囲にｐＨ高緩衝能材料を袋詰めし
たものを充填した状態を示す図である。

【図６】合成樹脂により籠状に形成した円柱状の陰極電
極容器を示す図である。

【図７】多孔質のセラミックにより形成した円柱状の陰
極電極容器を示す図である。

【図８】ブロック状に焼成したｐＨ高緩衝能材料を陰極
電極の周囲に配設した状態を示す図である。

【図９】不織布により形成した筒状袋内にｐＨ高緩衝能
材料を充填する例を示す図である。

【図１０】前記筒状袋を陰極電極の周囲に巻き付けた状
態を示す図である。

【図１１】前記筒状袋を陰極電極の周囲に巻き付けたも
のを穴内に設置した状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 汚染土壌 ２ 陽極電極 ３ 陰極電極 ４ ｐＨ高緩衝能材料 ５ 筒状袋 ６ 穴 ７ 円柱状容器 ８ 直流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 達生 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 田窪 祐子 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2D043 CA13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重金属類を含む汚染土壌中に相互に対向す
   るように陽極電極と陰極電極とを設置し、汚染土壌中に
   存在していた汚染物質とともに電気浸透現象により陰極
   電極の周辺に流動してきた土壌間隙水を土壌系以外に排
   出させる汚染土壌の浄化方法において、 前記陰極電極の周囲にｐＨ高緩衝能材料を交換可能に配
   置して、この陰極電極及びｐＨ高緩衝能材料を汚染土壌
   中に埋設する工程、陽極電極と陰極電極との間に直流電
   圧を印加して、通電中に陰極電極表面で発生する水酸基
   をｐＨ高緩衝材に吸着させる工程、汚染土壌中の電位勾
   配が不均一になったことを条件に、ｐＨ高緩衝能材料を
   交換する工程、を含むことを特徴とする重金属汚染土壌
   の浄化方法。
2. 【請求項２】重金属類を含む汚染土壌中に相互に対向す
   るように陽極電極と陰極電極とを設置し、前記陰極電極
   の周辺に集まってきた汚染物質を含む水を排出する汚染
   土壌の浄化方法において、 前記陰極電極の周囲にｐＨ高緩衝能材料を交換可能に配
   置して、この陰極電極及びｐＨ高緩衝能材料を汚染土壌
   中に埋設する工程、陽極電極と陰極電極との間に直流電
   圧を印加して、この通電中に陰極電極表面で発生する水
   素基をｐＨ高緩衝材に吸着させる工程、土壌中の電位勾
   配が不均一になったことを条件に、ｐＨ高緩衝能材料及
   び陰極電極を交換する工程、を含むことを特徴とする重
   金属汚染土壌の浄化方法。
3. 【請求項３】前記ｐＨ高緩衝能材料が、ユニット形状に
   加工されたものである請求項１または２に記載の重金属
   汚染土壌の浄化方法。
4. 【請求項４】前記ｐＨ高緩衝能材料が、アロフェンを多
   く含む鹿沼土、ベントナイト、ゼオライト、木炭、活性
   炭、または一般土から選ばれるものである請求項１また
   は２に記載の重金属汚染土壌の浄化方法。
5. 【請求項５】前記ｐＨ高緩衝能材料に、水、増粘剤、ゲ
   ル化剤を添加する請求項１または２に記載の重金属汚染
   土壌の浄化方法。
6. 【請求項６】重金属類を包含する汚染土壌中に相互に対
   向するように設置する陽極電極と陰極電極と、これらの
   陽極電極と陰極電極との間に直流電圧を印加する直流電
   源とを備えた浄化装置において、 前記陰極電極の周囲にはｐＨ高緩衝能材料が拡散不能か
   つ交換可能に配置されていることを特徴とする重金属汚
   染土壌の浄化装置。