JP2002361227A

JP2002361227A - 土壌の処理方法および装置

Info

Publication number: JP2002361227A
Application number: JP2001168383A
Authority: JP
Inventors: Goro Shudo; 五郎首藤; Noriyuki Oyatsu; 紀之大谷津; Manabu Yamamoto; 学山本; Hiroshi Nomura; 洋野村
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2002-12-17

Abstract

(57)【要約】【課題】大がかりな作業を要することなく、土壌を改
良することができる、土壌の処理方法および装置を提供
すること。【解決手段】被処理物質を含む土壌４の表面に敷設さ
れたシート状の第２の電極２と、土壌中に埋設された第
１の電極１と、第１の電極と第２の電極との間に直流電
圧を印加する電源装置３と、第１の電極の下部に設けら
れた集水手段としてのＵ字配管５と、Ｕ字配管５で捕集
した水を被処理土壌の外部へ移送する排水路としての暗
渠７とを有する土壌処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土壌処理方法およ
び装置に係り、特に、重金属、残留薬剤等の被処理物質
を含んだ土壌の処理方法および装置であって、土壌の入
れ替え等、大がかりな作業を要することなく土壌を再生
することができる、土壌処理方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土壌汚染の問題は、近年特にクローズア
ップされているが、古くは鉱山由来の銅、カドミウム、
ヒ素などによる農地の汚染に始まり、工業の発達に伴っ
て工場から排出、浸出した水銀、カドミウム、ヒ素、６
価クロム等の重金属類やトリクロロエチレンなどの揮発
性有機化合物による汚染も顕在化している。また、長年
にわたる農薬散布で過窒素化、過燐化等の富栄養化がす
すみ、害虫対策および予防目的で散布した薬剤が残留
し、このために作物の収穫量が落ちるか、または収穫さ
れた作物に障害が残るといった問題が発生している。こ
のような農地の汚染に対し、従来は、例えば農地表層部
７０〜８０cmを堀り起こし、表層から３０〜４０cm程度
までの土壌と、その下部の土壌を入れ替えることで対処
していた。

【０００３】しかしながら、この方法を適用できるの
は、１回のみであり、再び表層の入れ替えを行おうとし
ても以前の古い土壌が出てくるだけである。すなわち、
２回目以降、表層の土壌を新しい土壌と入れ替えるため
には、表層の土壌を取り除いて別の場所に移動させたの
ち、新しい土壌を搬入するという大規模な工事が必要に
なり、取り除いた土壌についても何らかの処理をしなけ
れば、再び農業用の土壌として用いることも、廃棄する
こともできないという問題がある。

【０００４】一方、従来から電極を用いた土壌改良技術
が提案されている。図５は、このような電極を用いた土
壌中の塩濃度調整技術（特開平９−５９６１８号公報）
を示す説明図である。図において、この技術は、直流電
源部５３のプラス極に接続されたプラス電極５１を地表
部５４の表層に設けるとともに、前記直流電源部５３の
マイナス極に接続されたマイナス電極５２を地下水位部
５５に設け、地表の湿潤時にプラスマイナス両電極５
１、５２間に電圧を印加し、これによって土壌中の塩を
移動させ、塩濃度を調整するものである。５６は水分
計、５７は送電制御装置である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、マイナス極５２を地下水位部５５に設ける
必要があるために、改良したい土壌が地表面から深さ３
０〜４０cmである農地であっても、マイナス極５２を必
要以上に深く挿入しなければならないとともに、地下水
源探索等に多大の費用と期間がかかるという問題があっ
た。また、土壌が湿潤していない場合には適用できない
だけでなく、地下水を利用するため、地下水の浄化とい
う新たな対策が必要にもなる。

【０００６】本発明の課題は、上記従来技術の問題点を
解決し、大がかりな作業を要することなく、また時期的
な制約を受けることなく土壌を改良して再利用すること
ができる、土壌の処理方法および装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は、電極を用いた土壌処理技術における、
電極構造等と土壌に含まれる窒素分、燐分、農薬類をは
じめとする被処理物質および水分の移動特性等との関係
について鋭意研究した結果、被処理物質を含む土壌の深
さ３０〜４０cmの位置に所定間隔の集水手段を設け、そ
の上部に透水機構をもった第１の電極を埋設し、これと
は別に、地表に第２のシート状電極を敷設し、両電極間
に直流電圧を印加することにより、地表面付近の被処理
物質が、前記両極間の土壌に含まれる水分または必要に
応じて補給された水分に伴って第１電極側（下流側）に
移動し、集水手段で捕集されることを見出し、本発明に
到達した。

【０００８】すなわち、本願で特許請求する発明は、以
下のとおりである。（１）被処理物質を含む土壌の表面に敷設したシート状
の第２の電極と、土壌中に埋設した第１の電極との間に
直流電圧を印加し、前記土壌に含まれる被処理物質を土
壌中の水分とともに前記第１の電極の近傍まで移動さ
せ、集水手段で捕集したのち、被処理土壌の外部へ排出
することを特徴とする土壌処理方法。（２）前記被処理土壌中の水分量が所定量となるよう
に、水分を補給することを特徴とする上記（１）に記載
の土壌処理方法。（３）前記被処理土壌の外部に排出された排水を、該排
水中の被処理物質を処理したのち、補給水として循環使
用することを特徴とする上記（１）または（２）に記載
の土壌処理方法。

【０００９】（４）被処理物質を含くむ土壌の表面に敷
設されたシート状の第２の電極と、前記土壌中に埋設さ
れた第１の電極と、該第１の電極と第２の電極との間に
直流電圧を印加する電源装置と、前記第１の電極の近傍
に設けられた集水手段と、該集水手段で回収した水を被
処理土壌の外部へ移送する排水路とを有することを特徴
とする土壌処理装置。（５）前記集水手段は、前記土壌中に埋設された溝状の
通水路であり、前記第１の電極は、前記通水路上に配置
された透水構造の電極であることを特徴とする上記
（４）に記載の土壌処理装置。（６）前記土壌に水を補給する散水装置を設けたことを
特徴とする上記（４）または（５）に記載の土壌処理装
置。（７）前記排水路を経て被処理土壌の外部に排出された
排水中の被処理物質を処理する排水処理装置を設けたこ
とを特徴とする上記（４）〜（６）の何れかに記載の土
壌処理装置。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。図１および図２は、本発明の土壌処理装置
を、窒素分および燐分の過多、農薬の残留等により作物
の生育に障害を生じた農地に適用した場合を示す説明図
であり、図１は、その平面図、図２は、断面図である。

【００１１】図において、この土壌処理装置は、地表部
４の表面に敷設されたシート状の第２の電極２と、土壌
中、深さ３０〜４０cmの位置に埋設された、透水構造の
第１の電極１と、該第１の電極１と第２の電極２との間
に直流電圧を印加する電源装置３と、前記第１の電極１
の近傍、例えば下部に設けられた土壌中の水分を回収す
る集水手段としてのＵ字配管５と、該Ｕ字配管５で回収
した水を土壌の外部へ移送する排水路としての暗渠７と
から主として構成されている。６は排水用のポンプ、８
は水処理装置、９は散水装置、１０は循環水配管、１１
は給水配管である。

【００１２】このような構成において、電源装置３によ
り電極１、２間に直流電圧を印加すると、電極１と２の
間の土壌に含まれる水分または第２の電極２の上部から
散水装置９によって散水された水分は、前記第２の電極
２から第１の電極１に向かって移動する。このとき土壌
に含まれる窒素分や燐分等の被処理物質は水に溶ける
か、または土壌から脱離して第１の電極１に向かって移
動し、水にとともに第１の電極１の下部に設けられたＵ
字配管５に流入する。被処理土壌から取り除かれた窒素
分、燐分等の被処理物質を含む排水は、Ｕ字配管５の一
端に設けられた暗渠７に集められ、ポンプ６を経て水処
理装置８に流入し、ここで、前記被処理物質が分解、除
去または無害化処理される。得られた処理水は、循環水
配管１０を経て散水装置９に循環され、補給散水として
再利用される。

【００１３】本実施例によれば、被処理土壌内の上下に
間隔をもって配置した電極間に直流電圧を印加すること
により、土壌中の水分の移動が加速され、地表付近（深
さ３０〜４０cmまで）の土壌粒子に付着した、例えば過
剰の窒素分、燐分、残留農薬類等を溶出するか、または
土壌粒子から切り離し、水分とともに下流側の電極に集
めて取り除くことができる。従って、大掛かりな装置を
用いることなく、土壌を改良して、例えば農地の過栄養
化による作物への影響を軽減または無くすことができ
る。また、汚染土壌を廃棄、または埋立しなければなら
ないという煩雑な作業が不要となる。

【００１４】本実施例によれば、地表部４の表層に設け
る電極をシート状電極としたことにより、土壌中の水分
の蒸発を防止し、被処理物質を水と共に効率よく捕集
し、系外へ排出することができる。また、水処理装置８
出口の処理水を散水装置９に循環して補給水として再利
用することにより、かつ雨水等も利用できるので、水消
費量および経費の節約を図ることができる。

【００１５】本発明において、被処理土壌は、農地の
外、工場用地、工場跡地をはじめ、全ての土壌が対象と
なる。また、被処理土壌に含まれる被処理物質として
は、過剰の窒素分、過剰の燐分、残留農薬類の外、水
銀、カドミウム、ヒ素、６価クロム等の重金属、トリク
ロロエチレン等の揮発性有機化合物、その他全ての土壌
汚染物質が挙げられる。

【００１６】本発明において、土壌に含まれる水分量は
被処理物質の除去効率への影響が大きいため、地表側の
電極として保水性に優れたシート状の電極が用いられ
る。シート状電極としては、例えば炭素繊維電極が挙げ
られる。この炭素繊維電極は、炭素と、ビニールとから
なり、導電性を有し、土壌表面に敷設することにより、
保水性を発揮するものである。これによって土壌中の水
分の蒸発を抑えることができ、水の有効利用により、補
給水を節約することができる。また、シートに含まれた
水が重力により徐々に地中に染み込む効果や、対象とす
る地表面全体を広く覆うという効果も望める。なお、シ
ート状の電極に代えて棒状電極を用い、水蒸発防止用の
シートを前記電極に固定してもよい。

【００１７】本発明において、土壌中に埋設される第１
の電極は、透水構造の電極であり、例えば孔あき構造の
パンチングプレートが好適に使用される。第１電極の近
傍、例えば下部に設置される集水手段としては、例えば
Ｕ字配管が使用される。Ｕ字配管は、例えば塩化ビニル
製のものが好適に使用される。Ｕ字配管の代わりにＶ字
配管を用いることもできる。第１の電極相互の間隔、す
なわち集水手段としてのＵ字またはＶ字配管相互の間隔
は、集水性等を考慮して、１ｍ以内であることが好まし
い。

【００１８】本発明において、土壌に水を補給するため
の散水装置を設けることが好ましい。土壌中の水分量
は、１０〜５０ｗｔ％、より好ましくは１０〜３０ｗｔ
％に調整され、典型的には、２０ｗｔ％程度に維持され
る。雨水等により、土壌中に充分な水分が含まれる場合
は、散水装置から改めて給水する必要はない。本発明に
おいて、土壌の外部に排出された排水の処理装置を設け
ることが好ましい。排水処理装置としては公知のものが
使用できる。処理水は、散水用補給水として使用でき
る。

【００１９】本発明は、作物が生育中の土壌に対しても
適用することができる。例えば、第１の電極の埋設を作
物がある部分を避けて実施し、シート状の第２の電極を
若干加工、すなわち作物がある部分を切り除く等の処理
を施して適用することにより、同様の効果を達成するこ
とができる。

【００２０】

【実施例】図３は、本発明を実証するために用いた試験
装置の説明図である。この装置は、縦１ｍ、横１ｍ、深
さ８０ｃｍの四角錐を呈しており、土壌３４の表層に敷
設されたシート状電極（＋極）３２と、深さ４０ｃｍの
土壌中に埋設された第１の電極（−極）（パンチングプ
レート）３１と、両電極間に直流電圧を印加する定電位
装置３３と、前記第１の電極３１の下部に設けられたＵ
字管３５とから主として構成されている。Ｕ字管３５相
互の間隔は、例えば４５ｃｍである。この装置の底部
は、スロート状になっており、水抜き用のバルブ３７が
設けられている。

【００２１】実施例１図３の装置を用い電極３１、３２間に２０Ｖの直流電圧
をかけて窒素分および燐分の過多、農薬の残留等により
作物の生育に障害がある農地の土壌を処理したところ、
土壌に含まれる窒素分、燐分を有効に低減することがで
きた。このとき、土壌中水分量は、約２０wt％と一定で
あった。

【００２２】比較例１電極３１、３２間に電圧をかけなかった以外は上記実施
例１と同様にして同様の土壌処理を行ったところ、窒素
分はある程度減少したが、燐分はほとんど減少しなかっ
た。

【００２３】図４に、実施例１と比較例１における試験
前後の窒素分および燐分の濃度変化を試験前の初期濃度
を１．０とした相対値で示す。図４おいて、無電荷の場
合であっても、窒素分はある程度減少するが、燐分はほ
とんど減少していない。これに対し、電圧をかけた実施
例１の場合は、窒素分、燐分とも濃度低減速度が比較例
１に較べて格段と大きく、効率よく処理され、土壌が再
生されたことが分かる。

【００２４】また、装置下部の水抜き部３７から排出さ
れた水中の窒素および燐濃度は、Ｕ字管３５に集められ
た水中の濃度の約１／５であった。このことから、Ｕ字
管３５で捕集されず、その隙間から下部に移動した窒素
分および燐分は、わずかであることが分かった。なお、
同様の装置を用いて、重金属および揮発性有機化合物の
除去性能を調べたところ、いずれの物質であっても処理
可能であることがわかった。

【００２５】

【発明の効果】本願の請求項１に記載の発明によれば、
土壌に含まれる重金属、揮発性有機化合物、過剰窒素、
過剰燐、残留農薬等の被処理物質を水に同伴させて分離
し、土壌外部に排出することができ、これによって土壌
を改良することができる。本願の請求項２に記載の発明
によれば、上記発明の効果に加え、適量な水分量によっ
て被処理物質をより効率的に排出、除去することができ
る。

【００２６】本願の請求項３に記載の発明によれば、上
記発明の効果に加え、水を循環使用することにより水消
費量およびコストの低減を図ることができる。本願の請
求項４に記載の発明によれば、土壌に含まれる重金属、
揮発性有機化合物、過剰窒素、過剰燐、残留農薬等の被
処理物質を水に同伴させて分離し、土壌外部に排出し、
これによって土壌を改良、再生することができる。

【００２７】本願の請求項５に記載の発明によれば、上
記発明の効果に加え、第１の電極の近傍に集まる被処理
物質を含む排水を効果的に捕集することができる。本願
の請求項６に記載の発明によれば、上記発明の効果に加
え、土壌の水分量を調節して効率よく被処理物質を分
離、排出することができる。本願の請求項７に記載の発
明によれば、上記発明の効果に加え、土壌に含まれる被
処理物質を処理、無害化することができるので、二次的
汚染を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面図。

【図２】本発明の一実施例を示す断面図。

【図３】本発明の試験装置を示す断面図。

【図４】図３に示す試験装置を用いて行った実験の結果
を示す図。

【図５】電極を用いた従来技術を示す概念図。

【符号の説明】

１…シート状の第２の電極、２…第１の電極、３…直流
電源発生装置、４…地表部、５…Ｕ字配管、６…ポン
プ、７…暗渠、８…水処理装置、９…散水装置、１０…
循環水配管、１１…給水配管、３１…第２の電極、３２
…第１の電極、３３…定電位装置、３４…土壌、３５…
Ｕ字管、３６…容器、３７…バルブ、５１…プラス電
極、５２…マイナス電極、５３…直流電源部、５４…地
表部、５５…地下水位部、５６…水分計、５７…送電制
御装置。

フロントページの続き (72)発明者野村洋広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内Ｆターム(参考） 2D043 CA13 4D004 AA41 AB03 AB05 CA13 CA44 CB43 CC03 4D061 DA01 DA08 DB18 DB19 DC08 DC20 EA10 EA11 EB04 EB35 EB39 GC12 GC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物質を含む土壌の表面に敷設した
シート状の第２の電極と、土壌中に埋設した第１の電極
との間に直流電圧を印加し、前記土壌に含まれる被処理
物質を土壌中の水分とともに前記第１の電極の近傍まで
移動させ、集水手段で捕集したのち、被処理土壌の外部
へ排出することを特徴とする土壌処理方法。
【請求項２】前記被処理土壌中の水分量が所定量とな
るように、水分を補給することを特徴とする請求項１に
記載の土壌処理方法。
【請求項３】前記被処理土壌の外部に排出された排水
を、該排水中の被処理物質を処理したのち、補給水とし
て循環使用することを特徴とする請求項１または２に記
載の土壌処理方法。
【請求項４】被処理物質を含む土壌の表面に敷設され
たシート状の第２の電極と、前記土壌中に埋設された第
１の電極と、該第１の電極と第２の電極との間に直流電
圧を印加する電源装置と、前記第１の電極の近傍に設け
られた集水手段と、該集水手段で捕集した水を被処理土
壌の外部へ移送する排水路とを有することを特徴とする
土壌処理装置。
【請求項５】前記集水手段は、前記土壌中に埋設され
た溝状の通水路であり、前記第１の電極は、前記通水路
上に配置された透水構造の電極であることを特徴とする
請求項４に記載の土壌処理装置。
【請求項６】前記土壌に水を補給する散水装置を設け
たことを特徴とする請求項４または５に記載の土壌処理
装置。
【請求項７】前記排水路を経て被処理土壌の外部に排
出された排水中の被処理物質を処理する排水処理装置を
設けたことを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の
土壌処理装置。