JP2003266060A - 溶融範囲制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、汚染土壌の溶融処理を行う際、汚
染土壌の溶融領域の広がりを制御してエネルギー効率を
向上させ、溶融過程で発生するガスを周辺に拡散させる
ことがない溶融範囲制御方法を提供する。 【解決手段】 周辺土壌S1に掘られた穴の内側に、シリ
カサンドSSによる制御層を形成して汚染土壌S2を収容す
る。電極ME1とME2により汚染土壌に通電し、汚染土壌の
溶融領域MGを形成する。制御層のシリカサンドは、断熱
効果によって汚染土壌の溶融領域が横方向へ広がること
を制御する。汚染土壌の溶融過程でガスｂは、通気性の
ある制御層を経由してｃとして放出され、発生ガスの周
辺土壌への拡散が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融範囲制御方法
に関し、特に、土壌中に埋め込まれた固形物、あるい
は、汚染された土壌等の汚染物に通電することにより、
汚染物を溶融処理する際に、汚染物による溶融領域の不
必要な広がりを制御し、汚染物の溶融に伴う発生ガスに
も対処できる溶融範囲制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、各地の工場や研究所跡地などにお
いて、使用された有害な化学薬品の流出や、有害物質を
含む残渣などによって、土壌が汚染されているといった
環境問題が深刻化している。そこで、この汚染された土
壌を、元の状態に回復させ、又は汚染物を除去する技術
が必要となり、そのための種々の研究がなされている。

【０００３】このような中で、その対策の一つとして、
その汚染物が土壌中に存在する原位置において、その土
壌自体を溶融してガラス固化することにより、汚染土壌
を浄化する原位置ガラス固化（ＩＳＶ）技術が開発され
ている。そこで、図３に、そのＩＳＶ技術を用いて、汚
染土壌自体をガラス固化する溶融処理システムの手順を
示した。

【０００４】図３（Ａ）に示すように、先ず、溶融処理
すべき原位置である汚染土壌Ｓ２が存在する周辺土壌Ｓ
１において、浄化処理の対象である汚染土壌Ｓ２の上方
の全体を覆うように、清浄土を被せ、オフガスフードＨ
を設置する。さらに、溶融用電極ＭＥ１及びＭＥ２を清
浄土覆土中に挿入する。次いで、溶融用電極ＭＥ１及び
ＭＥ２間に初期の通電を可能にする導電性抵抗路Ｒを形
成する。

【０００５】各溶融用電極は、高温に耐え、例えば、グ
ラファイトで作られた棒状電極とする。また、オフガス
フードＨには、浄化処理をしたい汚染土壌Ｓ２から浄化
処理中に発生するガスをオフガス処理システムに排出す
る配管が接続されている。

【０００６】溶融用電極ＭＥ１及びＭＥ２に、発電機又
は系統電力から供給される電力を通電する。このとき、
導電性抵抗路Ｒが存在するため、この抵抗路にジュール
熱が発生し、このジュール熱によって抵抗路及び周囲の
土壌が溶融してマグマ状になる。

【０００７】図３（Ｂ）に示すように、この通電によ
り、土壌が溶融すると、溶融部分の電気抵抗が大幅に低
下するので、溶融用電極ＭＥ１及びＭＥ２から供給され
る電力によって、抵抗路Ｒとそれに隣接する土壌を次々
に溶融することになり、溶融領域ＭＧが形成される。溶
融領域ＭＧが、汚染土壌Ｓ２の上方から順次下方部分に
拡大する。その内部では、マグマ状になり、熱の対流現
象が起きている。

【０００８】そこで、溶融用電極ＭＥ１及びＭＥ２から
電力が供給され続けると、溶融領域ＭＧは、さらに下方
に又は側方に広がっていく。この広がりに応じて、溶融
用電極ＭＥ１及びＭＥ２もさらに下方に挿入される。こ
のとき、溶融用電極の挿入は、電極自体の重さによって
土壌の溶融に応じて下方に沈ませるようにしてもよく、
あるいは、土壌の溶融状態を別途把握して押し込むよう
にしてもよい。

【０００９】この様にして、溶融処理を必要とする汚染
土壌Ｓ２の全体を含めた範囲までを溶融できたならば、
溶融用電極ＭＥ１及びＭＥ２への電力供給を停止する。
図３（Ｃ）に示すように、汚染土壌Ｓ２を溶融した溶融
領域ＭＧの体積は、当初の状態から見て、２５〜５０％
も減少するので、陥没した部分を新しい土壌Ｓ３で埋め
戻す。

【００１０】これで、溶融処理したい汚染土壌Ｓ２に対
する１バッチ処理が終了するので、次のバッチ処理に向
けてオフガスフードＨを移動させる。

【００１１】以上に説明したＩＳＶ技術によれば、可搬
式設備を使用することにより、原位置で無害化処理を実
行できる。汚染土壌を掘り起こすことが困難な汚染物に
対しても、そのままの状態で処理できる。掘り起こすこ
とができる汚染物を含む汚染土壌については、その土壌
を特別な容器内に収納し、その容器内で溶融処理するこ
とができ、清浄土を埋め戻せばよいので、処分場等のよ
うな別の場所に運搬する必要がない。

【００１２】また、ＩＳＶ技術を汚染土壌の溶融固化に
利用すると、例えば、土壌中の重金属、放射性物質等は
溶融固化したガラス固化体中に閉じ込められ、あるい
は、ダイオキシン等の難分解性の有害有機物に対して
は、土壌の溶融時において、１６００〜２０００℃の高
温により、それらを熱分解して無害化することができ
る。

【００１３】さらに、汚染土壌の他に、焼却灰、耐火煉
瓦、ドラム缶等の固形物や、プラスチック等の可燃物を
そのままの形状で一括処理することが可能である。しか
も、これらの固形物を土壌とともに溶融固化することに
より、その容積を大幅に減少させる減容処理をすること
ができるばかりでなく、ガラス固化によって長期安定状
態を維持できるという特徴を持っている。

【００１４】一方、これまでの説明では、原位置で汚染
物等を溶融処理する例を挙げたが、溶融処理すべき汚染
物、あるいは、上述の固形物等を適当な土地に穴を掘
り、その穴に汚染物、固形物等を埋め込む場合にも、Ｉ
ＳＶ技術を利用して、バッチ式に溶融処理することもで
きる。この場合には、図３（Ａ）に示される場合と同様
の状態であるが、ただ、汚染土壌Ｓ２が、他の場所から
運ばれてきた汚染物、固形物等に置き換わることにな
る。この汚染物、固形物等に対する溶融処理は、図３に
示された溶融処理手順に従って行われる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩＳＶ
技術を利用して、汚染土壌や、固形物等が埋め込まれた
土壌を溶融処理する際には、上述したように、処理対象
である汚染物が、挿入された溶融用電極ＭＥ１及びＭＥ
２に通電される電力で溶融され、この溶融領域が周囲の
汚染土壌を順次に溶融していく。そうすると、この汚染
土壌が溶融することによって、汚染土壌自体の抵抗値が
低下し、さらに通電電流が新たに溶融した領域に流れや
すくなり、大きなジュール熱を発生する。この現象が、
溶融領域ＭＧに接する土壌に次々と伝播していき、溶融
領域ＭＧが下方又は側方に拡大していき、溶融範囲が広
がっていく。

【００１６】ところが、溶融用電極ＭＥ１とＭＥ２との
間に供給され続ける電力によって、ジュール熱が逐次発
生するが、この発生した熱は、汚染土壌自体を溶融する
ばかりでなく、汚染土壌を取り囲み、該汚染土壌に接す
る周辺土壌Ｓ１をも溶融することになる。そのため、溶
融領域ＭＧは、溶融用電極ＭＥ１とＭＥ２で形成する電
流路が形成する範囲を超えて、側方に隣接する周辺土壌
Ｓ１にまで拡大成長することになる。

【００１７】図３に示されるように、汚染土壌Ｓ２が、
周辺土壌Ｓ１と垂直面で接していても、形成される溶融
領域ＭＧは、汚染土壌Ｓ２が存在する境界を越えてしま
い、周辺土壌Ｓ１の隣接部分を溶融する。その溶融領域
ＭＧの形状は、横方向の中央部が膨らんだ、例えば、柿
の果実のような形状となる。

【００１８】このことは、本来の溶融処理の目的から見
ると、中央部の膨らんだ領域の溶融は、不要なものであ
る。そのため、汚染土壌Ｓ２を溶融処理する際に、中央
部の膨らんだ領域の溶融に余分な溶融エネルギーを消費
したことになり、無駄なエネルギーを供給しているとい
う問題がある。

【００１９】そこで、本発明は、ＩＳＶ技術を用いて汚
染物の溶融処理を行うとき、汚染物に限定して溶融処理
できるように、その溶融の広がりを制御するようにし、
溶融領域から発生するガスを放出処理でき、そして、エ
ネルギー効率を向上させた溶融範囲制御方法を提供する
ことを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明では、溶融する対象物の面に隣接して、粒
状物が充填された制御層を形成し、前記対象物に通電す
ることにより、該対象物を溶融する溶融範囲制御方法と
した。

【００２１】そして、前記対象物は、汚染された土壌、
あるいは、固形物を含む土壌であるとし、前記制御層
は、前記対象物に対して融点が高く、前記粒状物の粒径
が、前記土壌の粒子より大きいことを特徴としており、
前記粒状物は、１．１８mmメッシュの篩で残留分８０％
以上の粒度を有することとした。さらに、前記粒状物
は、シリカサンド、砕石、セラミックスのいずれかであ
る。

【００２２】また、前記制御層の前記対象物と反対側
に、外容器が配置され、前記外容器は、ガス及び水に対
して遮蔽性を有するようにした。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、汚染物を土壌とともに溶融
処理してガラス固化する本発明による溶融範囲制御方法
の実施形態について説明する。

【００２４】図３に示されたように、ＩＳＶ技術を用い
て溶融処理する従来の汚染土壌のガラス固化において
は、原位置において、汚染土壌をそのままの状態で溶融
処理してガラス固化を行うという特徴を活かし、周辺土
壌中にある溶融処理すべき対象の汚染土壌に溶融用電極
を直接挿入し、そこに電力を供給するものであり、ある
いは、他の場所から運ばれた溶融処理すべき汚染土壌、
固形物等を、適当な土地に掘った穴に埋め込み、溶融処
理する場合についても、溶融処理すべき対象の汚染土壌
に溶融用電極を直接挿入し、そこに電力を供給してい
た。

【００２５】従来の溶融処理方法では、汚染土壌がその
電力によって溶融され、溶融領域が形成されても、該領
域が、汚染土壌の溶融過程で周辺土壌と直接接する状態
となるため、溶融領域が、周辺土壌まで拡大する結果と
なり、処理対象とした汚染土壌の範囲を超えていた。

【００２６】したがって、本実施形態によるＩＳＶ技術
を用いた汚染土壌の溶融処理においては、溶融処理対象
物である汚染土壌を溶融する際に、周辺土壌とは直接接
触しないように、汚染土壌を取り囲むように、汚染土壌
の溶融によって形成される溶融領域の温度では溶融し難
い制御層を配置することとした。この制御層は、粒状物
の充填によって形成され、汚染土壌が溶融用電極から供
給される電力によって溶融される過程において、その溶
融領域の広がりが制御層で囲まれた範囲内に制御される
ようにした。

【００２７】さらに、この制御層を配置したために、汚
染土壌の溶融過程で発生するガスが溶融領域内に封じ込
まれないように、該制御層に良好な通気性を持たせるこ
ととした。そこで、本実施形態の溶融範囲制御方法に使
用する制御層の形成には、粒状物を充填するようにし
た。この粒状物には、例えば、シリカサンド、砕石ある
いはセラミック粒を採用した。

【００２８】図１及び図２を参照しながら、本実施形態
によるＩＳＶ技術を用いた汚染土壌の溶融範囲制御方法
について説明する。

【００２９】本発明の溶融範囲制御方法による実施形態
として、適当な土地に掘った穴に、処理対象物である汚
染土壌又は固形物等を収容し、この処理対象物を溶融す
る場合を例にして説明する。ここでは、処理対象物の具
体例として、汚染された土壌を挙げた。

【００３０】先ず、図１に示すように、周辺土壌Ｓ１
に、溶融処理を予定している汚染土壌Ｓ２の容積より大
きめの穴を掘る。本実施形態の溶融範囲制御方法におい
ては、土中で溶融処理を行うことができ、制御層を周辺
土壌Ｓ１に直接接して形成される。ただ、図１では、該
穴を掘削処理する便宜上のため、穴の形状に合った外容
器１が設けられた場合を示した。外容器１を形成するも
のとしては、例えば、鋼矢板などが挙げられる。

【００３１】また、この外容器１は、この溶融範囲制御
方法を実施するときに、必ず設置されなければならない
ものではないが、例えば、施工現場において、掘った穴
が地下水位に近い、雨水が浸透してくる、あるいは、湿
地であるなどにより、溶融処理中に水が浸入してくる可
能性がある場合には、底板を有する外容器１を設置する
こともできる。このように、穴全体について、水の浸入
を防止しておくと、溶融処理中において、溶融エネルギ
ーが水の蒸発に消費されることがなくなり、エネルギー
効率を一層向上できる。

【００３２】また、外容器１を設置する場合には、穴を
掘る予定の範囲を囲むように、鋼矢板等を打ち込み、そ
れから、鋼矢板等で囲まれる範囲の土を除去するように
してもよい。この場合には、打ち込まれた鋼矢板等がそ
のまま外容器１として使用できる。このように、予定の
大きさの穴が掘られた後、又は外容器１が穴内に設置さ
れた後、該穴の底全面に、粒状物として、シリカサンド
ＳＳを一様な厚さに敷き詰め、穴底部の制御層を形成す
る。

【００３３】ここでは、粒状物の例として、シリカサン
ドＳＳを使用したが、砕石でも良く、また、セラミック
材料による粒でも良い。ただし、粒状物の粒子の大きさ
を、溶融される土壌の粒子より大きくすることが重要で
あり、シリカサンドＳＳの粒度として、１．１８mmメッ
シュの篩を使用した選別で、その残留分が８０％以上と
なるものを選定した。

【００３４】充填される粒状物をこの様に選定すること
としたのは、粒状物が制御層として充填されたとき、処
理対象物である土壌の粒度と制御層として充填される粒
状物の粒度とに差異があるようにするためであり、処理
対象物である土壌の溶融温度よりも、制御層が溶融する
温度を高くすることができる。例えば、それらの融点差
を、１００℃以上、望ましくは２００℃以上にすること
ができる。シリカサンド、砕石等は、高融点で良質な断
熱性を有し、しかも、低融点物を作ることがないので、
溶融物が制御層へ進入することを防止することができ
る。

【００３５】また、粒状物が、１．１８mmメッシュの篩
通過分が２０％以上の粒度であると、粒状物の充填後に
おける制御層の通気性を十分に確保することができなく
なるということにある。

【００３６】次いで、汚染土壌Ｓ２を収容する空間を形
成するため、穴の壁面から離して、制御層が形成される
間隔を置いて仕切り板２を設立する。ここで、仕切り板
２を使用することは、シリカサンドＳＳの積み上げだけ
でなかなか当該空間を形成できないので、シリカサンド
ＳＳによる明瞭な壁を形成しやすくし、作業性を向上さ
せる。そして、外容器１と仕切り板２との間に、上述の
粒度組成を有するシリカサンドＳＳを穴の上部まで充填
する。

【００３７】これで、処理対象の汚染土壌を収容する空
間が確保できたので、該空間に汚染土壌Ｓ２を詰め込
み、外容器１の上部開口部全体を覆うオフガスフードＨ
を配置する。続いて、溶融用電極ＭＥ１及びＭＥ２を挿
入し、さらに、溶融用電極ＭＥ１及びＭＥ２間に導電性
抵抗路Ｒを設ける。

【００３８】なお、仕切り板２は、汚染土壌Ｓ２を収容
する空間を確保するために、便宜的に使用したものであ
るので、汚染土壌Ｓ２を溶融処理する前に、引き抜いて
取り除かれる。従って、仕切り板２の材質は、適当な硬
さがあれば十分であり、木材、鉄材等、どのようなもの
でも良い。シリカサンドＳＳよりも融点が低く、かつ通
気性の高い材料であれば、そのまま埋めておくことも可
能である。通気性の悪い仕切り板を残して溶融処理を行
う場合には、予め仕切り板の板面に多数の穴を開けてお
くか、あるいは、仕切り板自体を多孔質としておく。

【００３９】以上で、汚染土壌Ｓ２の側面及び底面がシ
リカサンドＳＳによる制御層で囲まれ、汚染土壌Ｓ２に
対する溶融処理の準備が整ったことになる。そこで、溶
融用電極ＭＥ１及びＭＥ２への通電が開始されるが、汚
染土壌Ｓ２への溶融処理手順は、図３に示した溶融処理
手順と同様である。

【００４０】図２では、仕切り板２が引き抜かれた場合
における溶融領域の形成が示され、仕切り板２は、除去
され図示されていない。汚染土壌Ｓ２は、従来の溶融処
理によって、上方部から順次溶融されて、図２に示され
るような溶融領域ＭＧとなる。図３に示される従来の溶
融処理のように、汚染土壌Ｓ２が、周辺土壌Ｓ１に直接
接している場合には、汚染土壌Ｓ２の溶融処理過程にお
いて形成される溶融領域ＭＧの熱によって、接する周辺
土壌Ｓ１をも溶融していたが、本実施形態による溶融処
理においては、汚染土壌Ｓ２の周囲には、シリカサンド
ＳＳの制御層が配置されているので、汚染土壌Ｓ２の溶
融処理過程では、溶融体の熱が制御層で遮られ、当該制
御層で囲まれた範囲で溶融領域ＭＧが形成される。マグ
マ状の溶融体の一部が、制御層の接触面における粒状物
間に浸入することがあっても、予め制御層の厚さが調整
されていれば、溶融領域ＭＧの形成範囲は自ずと制限さ
れる。

【００４１】また、本実施形態による溶融処理において
は、汚染土壌Ｓ２の周囲に制御層が配置されているの
で、制御層によって溶融領域ＭＧの形成範囲が制限され
るだけでなく、溶融処理の過程で発生するガスの流れ
は、図３に示された溶融処理の場合とは異なったものと
なる。本実施形態による溶融処理中の状態が図２に示さ
れている。

【００４２】汚染土壌Ｓ２の溶融処理過程では、汚染土
壌中に存在する物質による分解、蒸発、揮発等によっ
て、溶融領域ＭＧから発生ガスａ及びｂが発生する。発
生ガスａは、溶融領域ＭＧの上側表面からオフガスフー
ドＨ内に直接放出される。一方、従来の溶融処理の場合
のように、溶融領域ＭＧが直接に周辺土壌Ｓ１に接して
いる場合には、発生ガスｂは、周辺土壌Ｓ１に拡散して
しまうところであるが、本実施形態による溶融処理で
は、制御層がシリカサンドＳＳ等の粒状物で形成されて
いるため、十分な通気性を有しているので、図２に示さ
れるように、溶融領域ＭＧがシリカサンドＳＳに接触す
ると、発生ガスｂは、シリカサンドＳＳを通過して、発
生ガスｃとなってオフガスフードＨ内に放出される。

【００４３】なお、発生ガスｂは、シリカサンドＳＳに
よる通気性による煙突効果に従ってオフガスフードＨに
収集され、発生ガスｂが、制御層中に滞留することが無
い。そのため、シリカサンドＳＳが周辺土壌Ｓ１と直接
接していたとしても、周辺土壌Ｓ１中への発生ガスｂの
拡散を防止することができる。

【００４４】また、外容器１が制御層の外側に設置され
た場合にあっては、外容器１自体をガス遮蔽性とする
と、周辺土壌Ｓ１中への発生ガスの拡散をより一層阻止
することができる。

【００４５】さらに、発生ガスｂが、制御層中に滞留し
ないので、シリカサンドＳＳを再利用することができ
る。制御層にシリカサンドＳＳ以外の他の粒状物を使用
した場合でも、上述した同様の作用を有している。

【００４６】これまでに説明した本実施形態の溶融範囲
制御方法では、処理対象物として汚染土壌を例にした
が、処理対象物が固形物である場合には、該固形物を、
清浄土中に埋め込むようにして制御層内に収容し、この
清浄土中に初期導電性抵抗路が形成される。この固形物
を溶融処理する手順は、汚染土壌の溶融処理の場合と同
様である。

【００４７】なお、以上では、土中に掘った穴内で、本
実施形態の溶融範囲制御方法を適用したが、例えば、地
上に設置した外容器内で、本実施形態の溶融範囲制御方
法を適用することができる。この場合においても、汚染
土壌に対する溶融処理の手順は、土中に掘った穴内で実
施する場合と同様である。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明による汚染土壌の
溶融範囲制御方法においては、汚染土壌について、粒状
物で充填された制御層で囲み収容したうえで溶融処理を
行うようにしたので、この制御層の存在によって、汚染
土壌を溶融して形成された溶融領域の広がりが制御され
ることとなる。

【００４９】そして、汚染土壌を取り囲む制御層には、
シリカサンド、砕石等の粒状物を充填し、その粒状物の
粒度組成を、１．１８mmメッシュの篩による選別で残留
分が８０％以上のものとした。このような粒状物は、高
融点で良質な断熱性を有し、低融点物を作ることがない
ので、制御層によって、汚染土壌の溶融に伴う溶融領域
の不必要な拡大を抑制することができる。

【００５０】そのため、汚染土壌の溶融におけるエネル
ギー効率を向上することができる。さらに、汚染土壌に
よる溶融ガラス固化体を最小限に抑えることができる。

【００５１】また、汚染土壌の溶融処理過程で発生する
ガスが、周辺土壌に拡散されることなく、オフガスフー
ド内に確実に収集される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による溶融範囲制御方法の実施形態を説
明する図である。

【図２】本実施形態を適用したときの発生ガスの流れを
説明する図である。

【図３】原位置ガラス固化（ＩＳＶ）技術による従来の
溶融処理方法の適用例を説明する図である。

【符号の説明】

１…外容器 ２…仕切り板 ａ〜ｃ…発生ガス Ｈ…オフガスフード ＭＥ１、ＭＥ２…溶融用電極 ＭＧ…溶融領域 Ｓ１…周辺土壌 Ｓ２…汚染土壌 ＳＳ…シリカサンド

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融する対象物の面に隣接させて、粒状
   物を充填した制御層を形成し、 前記対象物に通電することにより、該対象物を溶融する
   溶融範囲制御方法。
2. 【請求項２】 前記対象物は、汚染された土壌であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の溶融範囲制御方法。
3. 【請求項３】 前記対象物は、固形物を含む土壌である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融範囲制御
   方法。
4. 【請求項４】 前記制御層は、前記対象物に対して融点
   が高く、 前記粒状物の粒度が、前記土壌の粒子より大きいことを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の溶融
   範囲制御方法。
5. 【請求項５】 前記粒状物が、１．１８mmメッシュの篩
   で残留分が８０％以上となる粒度を有することを特徴と
   する請求項４に記載の溶融範囲制御方法。
6. 【請求項６】 前記粒状物は、シリカサンド、砕石、セ
   ラミックスのいずれか一つであることを特徴とする請求
   項１乃至５のいずれか一項に記載の溶融範囲制御方法。
7. 【請求項７】 前記制御層の前記対象物と反対側に、外
   容器が配置されることを特徴とする請求項１乃至６のい
   ずれか一項に記載の溶融範囲制御方法。
8. 【請求項８】 前記外容器は、ガス及び水に対して遮蔽
   性を有することを特徴とする請求項７に記載の溶融範囲
   制御方法。