JP2004148206A - 土壌の浄化方法および浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アルカリや過酸化水素水等の二次汚染物質の排出がなく、油により汚染された土壌から油を迅速に分離、分解する土壌の浄化装置を提供する。
【解決手段】液体２ａを収容するキャビテーション槽２と、このキャビテーション槽２に収容された液体２ａの圧力を、大気圧よりも高い圧力にするための圧力調整手段５と、このキャビテーション槽２に収容された液体２ａに高圧水を噴射することにより、液体２ａの少なくとも一部にキャビテーションが発生するキャビテーション領域８を形成するための高圧水噴射装置３と、キャビテーション領域８に、油により汚染された土壌またはこの土壌と水とを混合したスラリーを供給するための土壌またはスラリー供給装置４とを備える土壌の浄化装置１である。
【選択図】 図１
【解決手段】液体２ａを収容するキャビテーション槽２と、このキャビテーション槽２に収容された液体２ａの圧力を、大気圧よりも高い圧力にするための圧力調整手段５と、このキャビテーション槽２に収容された液体２ａに高圧水を噴射することにより、液体２ａの少なくとも一部にキャビテーションが発生するキャビテーション領域８を形成するための高圧水噴射装置３と、キャビテーション領域８に、油により汚染された土壌またはこの土壌と水とを混合したスラリーを供給するための土壌またはスラリー供給装置４とを備える土壌の浄化装置１である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌の浄化方法および浄化装置に関するものであり、具体的には、油が付着して汚染された土壌から油を効率よく分離および分解するための土壌の浄化方法および浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境意識が高まるなか、汚染された土壌を浄化することが強く求められている。特に、油により汚染された土壌は全国的に広く存在するため、かかる土壌が存在する現地で迅速に浄化する技術の開発が急務となっている。そこで、これまでにも、油により汚染された土壌を浄化する技術が多数提案されている。なお、一般的に、油は石油系油（ガソリン、燃料、タール、原油等）と非石油系油（植物油、動物油）とに分類されるが、本明細書において「油により汚染された土壌」とは、石油系油または非石油系油に汚染された土壌を意味する。
【０００３】
例えば特許文献１には、油により汚染された土壌をアルカリ溶液に浸漬してから過酸化水素水を注入し、この注入により発生する微細気泡に分離すべき油を連行させて浮上分離させる、いわゆる気泡連行法を利用した土壌の浄化方法および浄化装置にかかる発明が提案されている。
【０００４】
特許文献２には、土壌中の油を微生物により水と二酸化炭素とに分解させる、いわゆるバイオレメディエーション法を利用した土壌の浄化方法にかかる発明が提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、有害有機化合物を液体中に取り込み、その液体を高圧で噴射することにより生じるキャビテーションを利用した有害物質の処理方法にかかる発明が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１８４２０ 号公報
【特許文献２】
特開平９−２７６８３１号公報
【特許文献３】
特開２００１−３００５２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らの検討結果によれば、これらの従来の技術によっては、処理に伴う二次汚染を生じることなく、油により汚染された土壌を短期間で浄化することはできない。
【０００８】
特許文献１により開示された発明を実施するには、アルカリや過酸化水素等の残留による二次汚染の防止処理や分離した油の後処理を別途行う必要が不可避的に生じる。このため、処理コストが上昇したり、処理操作が煩雑化する。
【０００９】
特許文献２により開示された発明では、微生物の活性化を維持および促進するために土壌を適当な温度に保温する必要が生じたり、処理条件によっては浄化に数ヶ月間という長期間を要したり、さらに分離する油が合成油である場合には事実上適用できない。
【００１０】
さらに、特許文献３により開示された発明は、有害有機化合物を水に溶け込ませた液体しか浄化することができず、土壌に付着した油分の浄化には適用できない。
【００１１】
本発明の目的は、土壌の浄化方法および浄化装置を提供することであり、例えばアルカリや過酸化水素水等の二次汚染物質の排出がなく、油により汚染された土壌から油を迅速に分離して分解することができる土壌の浄化方法および浄化装置を提供することであり、これにより、油が付着して汚染された土壌から油を効率よく迅速に分解および分離することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記する新規かつ重要な知見（１） 〜（４） 、すなわち
（１）油により汚染された土壌に水を混合してスラリー化し、スラリー化したこの土壌を、高圧水の噴射により生じるキャビテーション領域に存在させれば、キャビテーションを利用して油により汚染された土壌を浄化できること、
（２）上記（１） 項の知見における浄化のメカニズムは、高圧水の噴射によりキャビテーション気泡が発生し、この気泡の崩壊時に生じる衝撃圧力により油により汚染された土壌から油分が分離され、また、気泡の崩壊時には高温高圧場となり、この高温高圧場の発生により音響化学的作用と呼ばれる化学反応が生じ、油により汚染された土壌から分離された油が二酸化炭素と水とに分解される、と考えられること、
【００１３】
（３）すなわち、高圧水を噴射して発生したキャビテーションを、油により汚染された土壌の浄化に利用することにより、土壌から油を分離し、さらに、油分を二酸化炭素と水とに分解して無害化できること、および
（４）キャビテーションの発生を大気圧より高い圧力 （背圧） の雰囲気下、望ましくはゲージ圧で０．０１〜０．４ＭＰａで行うことにより、油により汚染された土壌から油分を分離する効率が著しく向上すること
を得て、これらの知見（１） 〜（４） に基づいて本発明を完成した。
【００１４】
本発明は、大気圧より高い圧力下にある液体中で、油が付着した土壌に、キャビテーションによる気泡の崩壊に起因した高温高圧を作用させることにより、油を土壌から分離して分解することを特徴とする土壌の浄化方法である。
【００１５】
また、本発明は、大気圧より高い圧力下にある液体中で高圧液体を噴射してキャビテーションを発生した領域に、油が付着した土壌と液体とを混合したスラリーを供給することにより、油を土壌から分離して分解する第１の浄化処理を行うことを特徴とする土壌の浄化方法である。
【００１６】
この本発明にかかる土壌の浄化方法では、さらに、第１の浄化処理を行った後に、大気圧より高い圧力下にある液体中で高圧液体を噴射してキャビテーションを発生した領域に、浄化処理を行われたスラリーを供給することにより、油をスラリーに混合された土壌から分離して分解する第２の浄化処理を、１回または複数回繰り返し行うことが、望ましい。
【００１７】
この本発明にかかる土壌の浄化方法では、さらに、第１の浄化処理を行われたスラリーから液体を分離してスラリーを濃縮した後に１回目の第２の浄化処理を行うこと、および／または、連続する複数回の第２の浄化処理のうち先行する第２の浄化処理を行われたスラリーから液体を分離してスラリーを濃縮した後に後行する第２の浄化処理を行うことが、望ましい。
【００１８】
これらの本発明にかかる土壌の浄化方法では、第１の浄化処理、または、１回または連続する複数回の第２の浄化処理のうちの最終の第２の浄化処理を終えたスラリーから液体を分離することが、望ましい。
【００１９】
これらの本発明にかかる土壌の浄化方法では、大気圧より高い圧力が、ゲージ圧で、０．０１〜０．４ＭＰａであることが、望ましい。
別の観点からは、本発明は、液体を収容する第１のキャビテーション槽、第１のキャビテーション槽に収容された液体に負荷される圧力を大気圧より高い圧力にするための圧力調整手段、第１のキャビテーション槽に収容された液体に高圧液体を噴射することにより液体にキャビテーションが発生する領域を形成するための高圧液体噴射装置、および、キャビテーションを発生した領域に油が付着した土壌またはこの土壌と液体とを混合したスラリーを供給するための供給装置を有する第１の浄化機構を備えることを特徴とする土壌の浄化装置である。
【００２０】
この本発明にかかる土壌の浄化装置では、さらに、液体を収容する第２のキャビテーション槽、第２のキャビテーション槽に収容された液体に負荷される圧力を大気圧より高い圧力にするための圧力調整手段、第２のキャビテーション槽に収容された液体に高圧液体を噴射することにより液体にキャビテーションが発生する領域を形成するための高圧液体噴射装置、および、キャビテーションを発生した領域に油が付着した土壌またはこの土壌と液体とを混合したスラリーを供給するための供給装置を有する第２の浄化機構を、１基または直列に複数基備えることが、望ましい。
【００２１】
この本発明にかかる土壌の浄化装置では、さらに、第１のキャビテーション槽、１基もしくは複数基の第２のキャビテーション槽のうちの少なくとも一つから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離することによりこのスラリーを濃縮するための濃縮槽を備えることが、望ましい。
【００２２】
これらの本発明にかかる土壌の浄化装置では、第１のキャビテーション槽、または、１基もしくは複数基の第２のキャビテーション槽のうちの最終の第２のキャビテーション槽から排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離するための分離槽を備えることが、望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる土壌の浄化方法および浄化装置の実施の形態を、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下の説明では、油が付着した土壌と混合する液体が水であり、高圧液体が水である場合を例にとるが、本発明はこれに限定されるものでなく、液体や高圧液体は海水やアルカリ水などとすることができる。
【００２４】
図１は、本実施の形態の土壌の浄化装置１を模式的に示す説明図である。同図に示すように、この浄化装置１は、キャビテーション槽２と、高圧水噴射ノズル３と、土壌またはスラリー供給装置４と、圧力調整手段５と、分離槽６とを有する。このキャビテーション槽２とは、内部に収容する液体２ａにキャビテーションを発生するためのものである。
【００２５】
図２は、キャビテーション槽２の内部の状況を模式的に示す説明図である。また、図３は、キャビテーション槽２の内部の状況を具体的に示す説明図である。なお、図１および図３においてはキャビテーション槽２は竪型に配置されているのに対し、図２では横型に配置しているが、これは説明の便宜上単に変更したものである。また、本実施の形態では、図３に示すキャビテーション槽２を用いたが、本発明はこのキャビテーション槽２には限定されず、同様の機能を有するキャビテーション槽であれば、このキャビテーション槽２以外の他のキャビテーション槽も同様に用いることができる。
【００２６】
図２に示すように、キャビテーション槽２は、高圧水噴射装置として高圧水噴射ノズル （本明細書では「キャビテーションノズル」ともいう） ３を本体内部に設けられている。キャビテーションノズル３は、キャビテーション槽２に収容された液体２ａに高圧水７を噴射することにより、液体２ａの少なくとも一部にキャビテーションが発生するキャビテーション領域８を形成する。
【００２７】
図２に示すように、液体２ａ中に浸漬したキャビテーションノズル３から高圧水７を噴射すると、ノズル出口近傍において乱流状態となり、この乱流域内においてせん断応力が最大となる位置、つまり速度勾配の最大となる位置で静圧が低下する。この静圧が液体の蒸気圧以下まで低下すると蒸気泡９が発生し、いわゆるキャビテーション領域８が形成される （図２における説明書き▲１▼参照） 。この蒸気泡９は、液体２ａの流れに沿って流下して圧力が回復し、場の圧力（静圧）が液体２ａの蒸気圧を超えて回復すると急激に崩壊し、瞬間的に１０００ａｔｍ 以上の高い衝撃圧力と１０００Ｋ 以上の高温場とが生じる （図２における説明書き▲２▼参照） 。
【００２８】
この蒸気泡９の崩壊領域内にスラリー化した油汚染土壌１０が存在すれば、はじめに、高速噴流１１により土粒子１２に付着している付着油分１３が剥離して分離し、次いで、蒸気泡９の崩壊時の衝撃圧により油分１４が分離する。また、分離した油分１４は衝撃圧により乳化され、液体２ａ中に懸濁する。このように、キャビテーション槽２に供給された油汚染土壌１０はキャビテーション領域８に曝されるので、土粒子１２に付着した油分１３は、キャビテーション気泡の崩壊時の高圧場により、土粒子１２から分離される。
【００２９】
さらに、蒸気泡９の崩壊時の局所的高圧高温場では、音響化学反応とよばれる分子の熱分解反応が生じることが知られている （図２における説明▲３▼参照） 。この熱分解反応により、油のＣ−Ｈ 化学結合鎖が切断され、Ｃ とＨ のラジカルが生成する。同時に洗浄水は、下記（１） 式に示すように、音響化学的作用により、水分子が分解し、ＯＨラジカル（・ＯＨ）が生成する。さらに、下記（２） 式〜（６） 式に示すように、このＯＨラジカルによる酸化作用で、油分は、水と二酸化炭素とに分解されて無害化され、土壌は洗浄される（浄化工程）。
【００３０】
Ｈ２Ｏ →・ＯＨ＋ Ｈ・ ・・・・・・・ （１）
・ＯＨ＋・ＯＨ→ Ｈ２Ｏ２ ・・・・・・・ （２）
・ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２→ Ｈ２Ｏ＋ ＨＯ２・ ・・・・・・・ （３）
・ＯＨ＋ ＨＯ２・→ Ｈ２Ｏ＋Ｏ２ ・・・・・・・ （４）
：Ｃ ＋Ｏ２→ ＣＯ ２ ・・・・・・・ （５）
・ＯＨ＋ Ｈ・→ Ｈ ２ Ｏ ・・・・・・・ （６）
このようにして、キャビテーション槽２の内部で油汚染土壌１０の浄化が行われる。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態の浄化装置１は、土壌またはスラリー供給装置４を有する。この土壌またはスラリー供給装置４は、キャビテーション槽２に収容されて液体２ａに形成されたキャビテーション領域８に、油により汚染された土壌またはこの土壌と水とを混合したスラリーを供給するための装置であり、本実施の形態では、土壌またはスラリーを圧送するためのポンプを用いた。
【００３２】
ポンプ４により圧送された土壌またはスラリーは、図３に示すように、キャビテーション槽２の壁面に設けられた土壌またはスラリー噴出ノズル４ａを介して、キャビテーション領域８に供給される。すなわち、本実施の形態では、高圧水７を噴射するためのキャビテーションノズル３と、スラリーを噴出するためのスラリー噴出ノズル４ａとを、それぞれキャビテーション槽２の壁面に設けている。
【００３３】
また、図１に示すように、本実施の形態の浄化装置１は、圧力調整手段５を有する。この圧力調整手段５は、キャビテーション槽２に収容された液体２ａの圧力を、大気圧よりも高い圧力にするためのものである。具体的には、キャビテーション槽２の出側には、キャビテーション槽２の圧力（背圧）を計測する圧力計１５と、背圧を調整する背圧調整手段１６とからなる圧力調整手段５が設けられている。
【００３４】
本発明者が行った、油汚染土壌を用いたモデル実験によれば、高圧水噴射ノズル３の圧力が等しい場合に、キャビテーションによる油汚染土壌１０の油分浄化性は、キャビテーション領域８における雰囲気圧力（以下、「背圧」という）に依存する。
【００３５】
図４は、油分量 ２．５ｗｔ％の油汚染土壌に１０ＭＰａ の高圧水を一回照射した場合、土壌に残存する油分量 （ｗｔ％） と背圧（ＭＰａ） との関係を示すグラフである。なお、背圧はゲージ圧で示している。
【００３６】
図４にグラフで示すように、背圧を徐々に増加すると油分量が減少して浄化効率が向上するが、ある最適な背圧 （約０．２ＭＰａ） を超えてより高くすると油分量が増加に転じ、浄化効率が低下することがわかった。すなわち、背圧を大気圧よりも高くすれば浄化効率が向上するものの、背圧が過小であると浄化効率の向上効果が小さい。また、背圧が過大では、高速ジェットによる静圧の低下が阻害されるために、キャビテーション自体が発生し難くなり、浄化効率の向上効果が小さい。
【００３７】
この結果から、キャビテーション領域８を油汚染土壌１０の浄化に適用する際に、浄化効率の向上を図ることができる適当な背圧は、ゲージ圧で、０．０１〜０．４ＭＰａの範囲であり、さらに望ましくは０．１ 〜０．３ＭＰａの範囲である。
【００３８】
また、本実施の形態の浄化装置１は、分離槽６を有する。この分離槽６は、キャビテーション領域８に供給されて浄化されたスラリーから、液体を分離するための槽である。
【００３９】
なお、図１における符合１７は、処理すべき油汚染土壌と水とを混合してスラリーとするための混合槽を示し、符合１８は処理すべき油汚染土壌１９を混合槽１７に投入するための油汚染土壌搬送装置を示し、符合２０は、高圧水７を生成するためのポンプを示す。
【００４０】
本実施の形態の土壌の浄化装置１は、以上のように構成される。次に、この浄化装置１により油汚染土壌１０が浄化される状況を説明する。
図１において、混合槽１７に油汚染土壌搬送装置１８を用いて油汚染土壌１９を投入し、水と混合して油汚染土壌１９をスラリー化し（混合工程）、次にスラリー化した油汚染土壌１９を、土壌またはスラリー供給装置４でキャビテーション槽２に供給する（スラリー供給工程）。
【００４１】
次いで、分離槽６の上澄み水をポンプ２０で加圧し、キャビテーション槽２に設置されたキャビテーションノズル３からキャビテーション槽２内へ高圧水７を噴射し、キャビテーション槽２内にキャビテーション領域８を発生させる。キャビテーション槽２に供給された油汚染土壌１０はキャビテーションに曝されるので、土粒子１２に付着した付着油分１３はキャビテーション気泡崩壊時の高圧場で土粒子１２から分離される。
【００４２】
また、分離された油分１４は、音響化学的作用により、油分１４の主成分である炭化水素化合物の結合鎖が切断され、油分が分解される。さらに、音響化学的作用により、水分子も分解されＯＨラジカルが生成し、このＯＨラジカルによる酸化作用により、油分は水と二酸化炭素とに分解され、土壌が洗浄される（浄化工程）。
【００４３】
この際、キャビテーション槽２の出側に設けられた圧力計１５と背圧調整手段１６とにより、キャビテーション槽２内の圧力（背圧）が適正な範囲に調整される（背圧調整工程）。洗浄された油汚染土壌１０は、分離槽６で固形分である浄化土壌２１と液体分である水２２とに分離される（固液分離工程）。
【００４４】
分離槽６で分離された液体分である水２２は、浄化用水もしくはスラリー化用水として循環再利用される。浄化土壌２１に付着して系外へ持ち出される水や蒸散で減少した水は、補給水２３で補充される。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、キャビテーション領域８に油汚染土壌１０を供給することにより、油汚染土壌１０から油分を物理的に分離し、さらに音響化学的作用に油分を分離することができる。この際、背圧を適正な範囲に調整することにより、物理的および音響学的作用に基づくキャビテーションを利用した油汚染土壌１０の浄化効率を高めることができる。
【００４６】
この方法は、生分解を利用するバイオレメディエーション法に比較すると、油分の分解速度が速く、極めて効率的である。また、この方法ではキャビテーションを発生させるための加圧流体は基本的に水だけでよいので、アルカリや過酸化水素水などの二次汚染物質の発生もない。すなわち、本実施の形態の浄化装置１は、完全なクローズドシステムであり、蒸散および浄化土壌への付着により持ち出される水を補給する以外、全て系内で処理可能であり、汚染物質の系外への搬出は一切発生しない。
【００４７】
このように、この浄化装置１によれば、油汚染土壌を二次汚染物質の排出がなく迅速に浄化できる。また、この浄化装置１は、ポンプ用電源をディーゼルエンジン等から供給することにより、可搬式の浄化装置として構成可能であるため、全国的に広く点在している汚染サイトを容易に効率よく浄化できる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態により、例えばアルカリや過酸化水素水等の二次汚染物質の排出がなく、油により汚染された土壌から油を迅速に分離して分解することができる土壌の浄化方法および浄化装置を提供することができ、これにより、油が付着して汚染された土壌から油を効率よく分解および分離することができる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を説明する。図５は、本実施の形態の浄化装置２４を模式的に示す説明図である。同図に示すように、この浄化装置２４が上述した第１の実施の形態と相違するのは、略述すれば、キャビテーション槽２ａ〜２ｃを３基並設し、第１のキャビテーション槽２ａから排出されたスラリーを第２のキャビテーション槽２ｂに供給し、第２のキャビテーション槽２ｂから排出されたスラリーを第３のキャビテーション槽２ｃに供給する点である。
【００５０】
すなわち、混合槽１７による混合工程、第１のキャビテーション槽２ａへのスラリー供給工程、第１のキャビテーション槽２ａ内でのキャビテーションによる浄化工程、背圧調整工程および固液分離工程は、上述した第１の実施の形態と同じである。
【００５１】
本実施の形態では、第１のキャビテーション槽２ａで１回目の洗浄が行われた油汚染土壌は、続いて第２のキャビテーション槽２ｂに取り付けられたキャビテーションノズル３ｂから第２のキャビテーション槽２ｂ内へ噴射され、第２のキャビテーション槽２ｂ内にキャビテーションが発生し、２回目の洗浄が行われる。
【００５２】
第２のキャビテーション槽２ｂで２回目の洗浄が行われた油汚染土壌は、続いて第３のキャビテーション槽２ｃに取り付けられたキャビテーションノズル３ｃから第３のキャビテーション槽２ｃ内へ噴射され、第３のキャビテーション槽２ｃ内にキャビテーションが発生し、３回目の洗浄が行われる。
【００５３】
第１キャビテーション槽２ａ、第２キャビテーション槽２ｂおよび第３キャビテーション槽２ｃのそれぞれの出側には、それぞれのキャビテーション槽内圧力（背圧）を測定する圧力計１５ａ 〜１５ｃ と、その背圧を調整する背圧調整手段１６ａ 〜１６ｃ とを設け、この圧力計１５ａ 〜１５ｃ と背圧調整手段１６ａ 〜１６ｃ とによりそれぞれのキャビテーション槽内の背圧を適正範囲に調整する。
【００５４】
３回目の洗浄を終了した土壌は分離槽６に貯められ、分離槽６で分離された固形分は、浄化土壌２１として修復される。そして、液体分である水は浄化用水またはスラリー化用水２２として循環再利用される。水が不足する場合には補給水２３が補充される。
【００５５】
本実施の形態によれば、３回の洗浄を連続的に行うため、第１の実施の形態に比較して、浄化土壌２１に含まれる油分量をより低下することができる。
また、本実施の形態の浄化装置２４は、完全なクローズドシステムであり、蒸散および浄化土壌への付着により持ち出される水を補給する以外、全て系内で処理可能であり、汚染物質の系外への搬出は一切発生しない。
【００５６】
なお、本実施の形態では、３基のキャビテーション槽２ａ〜２ｃを並設した場合を例にとったが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、土壌中の油分量や浄化目標値に応じて、その段数は適宜決定すればよい。
【００５７】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を説明する。図６は、本実施の形態の浄化装置２５を模式的に示す説明図である。本実施の形態が第２の実施の形態と相違するのは、キャビテーション槽２ａ、２ｂの出側に、固液分離装置２６ａ 、２６ｂ 、例えば液体サイクロンをそれぞれ設けることにより各洗浄後毎に土壌分を濃縮する濃縮工程を設けて、次段での洗浄効率を向上させるものである。
【００５８】
すなわち、この浄化装置２５は、第１の浄化機構、第２の浄化機構および第３の浄化機構からなる。
第１の浄化機構は、液体を収容する第１のキャビテーション槽２ａと、第１のキャビテーション槽２ａに収容された液体の圧力を、大気圧よりも高い圧力にするための第１の圧力調整手段５ａと、第１のキャビテーション槽２ａに収容された液体に高圧水を噴射することにより、液体の一部にキャビテーションが発生する第１のキャビテーション領域を形成するための第１の高圧水噴射装置であるキャビテーションノズル３ａと、第１のキャビテーション領域に、油により汚染された土壌と水とを混合したスラリーを存在させるためのスラリー供給装置４ａとを有する。
【００５９】
第２の浄化機構は、第１のキャビテーション槽２ａから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離することによりスラリーを濃縮する濃縮槽２６ａ と、液体を収容するとともに、濃縮槽２６ａ から排出された濃縮されたスラリーを収容する第２のキャビテーション槽２ｂと、第２のキャビテーション槽２ｂに収容された液体の圧力を、大気圧よりも高い圧力にするための第２の圧力調整手段５ｂと、第２のキャビテーション槽２ｂに収容された液体に高圧水を噴射することにより、液体の一部にキャビテーションが発生する第２のキャビテーション領域を形成するための第２の高圧水噴射装置であるキャビテーションノズル３ｂとを有する。
【００６０】
さらに、第３の浄化機構は、第２のキャビテーション槽２ｂから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離することによりスラリーを濃縮する濃縮槽２６ｂ と、液体を収容するとともに、濃縮槽２６ｂ から排出された濃縮されたスラリーを収容する第３のキャビテーション槽２ｃと、第３のキャビテーション槽２ｃに収容された液体の圧力を、大気圧よりも高い圧力にするための第３の圧力調整手段５ｃと、第３のキャビテーション槽２ｃに収容された液体に高圧水を噴射することにより、液体の少なくとも一部にキャビテーションが発生する第３のキャビテーション領域を形成するための第３の高圧水噴射装置であるキャビテーションノズル３ｃと、第３のキャビテーション槽２ｃから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離するための分離槽６とを有する。
【００６１】
すなわち、本実施の形態の浄化装置２５は、複数段（図示例では３段の場合を例示）のキャビテーション槽２ａ〜２ｃを備えており、連続的に汚染土壌を浄化できる。混合槽１７により油汚染土壌をスラリー化する混合工程、スラリー化した油汚染土壌を第１のキャビテーション槽２ａへ供給するスラリー供給工程、ポンプ２０ａ で加圧した水を第１のキャビテーション槽２ａに供給して洗浄する浄化工程、圧力計１５ａ と背圧調整手段１６ａ とによりキャビテーション槽２ａ内の圧力を調整する背圧調整工程は、上述した第２の実施の形態の浄化装置２４と同じである。
【００６２】
しかし、第２の実施の形態の浄化装置２４では、第１のキャビテーション槽２ａで洗浄された油汚染土壌は、次の第２のキャビテーション槽２ｂ、さらに第３のキャビテーション槽２ｃへと洗浄が進むにつれてキャビテーションノズル３ａ、３ｂ、３ｃからの水で希釈されるため、後段ほどスラリー中の土壌の割合が低下し、洗浄効率が低化する。
【００６３】
そこで、本実施の形態では、第１のキャビテーション槽２ａ、第２のキャビテーション槽２ｂの出側に、固液分離装置である液体サイクロン２６ａ 、２６ｂ を設けることにより各洗浄毎に土壌分を濃縮する濃縮工程を設け、次段での洗浄効率を向上させている。つまり、第１のキャビテーション槽２ａの出側に液体サイクロン２６ａ を設け、土壌分は分離土壌槽２７ａ に貯えられた後、スラリーポンプ４ｂで第２のキャビテーション槽２ｂに供給される。
【００６４】
一方、液体サイクロン２６ａ で分離された水は分離水槽２８ａ に貯えられた後、ポンプ２０ｂ で加圧され、第２のキャビテーション槽２ｂに装着されたノズル３ｂから噴出され、第２のキャビテーション槽２ｂ内でキャビテーションが生じ、油汚染土壌は２回目の洗浄が行われる。
【００６５】
第２のキャビテーション槽２ｂで洗浄された土壌は、同様に液体サイクロン２６ｂ で濃縮された後、第３のキャビテーション槽２ｃで洗浄され、最終的に分離槽６で水２２と浄化土壌２１に分離される。水２２は、浄化用水もしくはスラリー化用水として循環再利用され、浄化土壌２１に付着して系外への持ち出される水や蒸散で減少した水は、補給水２３で補充される。なお、符号２７ｂ は分離土壌槽で、２８ｂ は分離水槽を示す。
【００６６】
このように、本実施の形態の浄化装置２５によれば、上述した第２の実施の形態の浄化装置２４に比較して、第２のキャビテーション槽２ｂ、第３のキャビテーション槽２ｃでの洗浄効率が向上する。
【００６７】
また、本実施の形態の浄化装置２５は、完全なクローズドシステムであり、蒸散および浄化土壌への付着により持ち出される水を補給する以外、全て系内で処理可能であり、汚染物質の系外への搬出は一切発生しない。
【００６８】
なお、本実施の形態では、３基のキャビテーション槽２ａ〜２ｃを並設した場合を例にとったが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、土壌中の油分量や浄化目標値に応じて、その段数は適宜決定すればよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、例えばアルカリや過酸化水素水等の二次汚染物質の排出がなく、油により汚染された土壌から油を迅速に分離して分解することができる土壌の浄化方法および浄化装置を提供することができた。これにより、全国的に広く点在している、油が付着して汚染された土壌から油を効率よく迅速に分解および分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の土壌の浄化装置を模式的に示す説明図である。
【図２】第１の実施の形態におけるキャビテーション槽の内部の状況を模式的に示す説明図である。
【図３】キャビテーション槽の内部の状況を具体的に示す説明図である。
【図４】油分量 ２．５ｗｔ％の油汚染土壌に１０ＭＰａ の高圧水を一回照射した場合に、土壌に残存する油分量 （ｗｔ％） と背圧（ＭＰａ） との関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施の形態の浄化装置を模式的に示す説明図である。
【図６】第３の実施の形態の浄化装置を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ 浄化装置
２ キャビテーション槽
２ａ 液体
３ 高圧水噴射ノズル
４ 土壌またはスラリー供給装置
４ａ スラリー噴出ノズル
５ 圧力調整手段
６ 分離槽
７ 水
８ キャビテーション領域
１０ 油汚染土壌
１５ 圧力計
１６ 背圧調整手段
１７ 混合槽
１８ 油汚染土壌搬送装置
１９ 油汚染土壌
２０ ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌の浄化方法および浄化装置に関するものであり、具体的には、油が付着して汚染された土壌から油を効率よく分離および分解するための土壌の浄化方法および浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境意識が高まるなか、汚染された土壌を浄化することが強く求められている。特に、油により汚染された土壌は全国的に広く存在するため、かかる土壌が存在する現地で迅速に浄化する技術の開発が急務となっている。そこで、これまでにも、油により汚染された土壌を浄化する技術が多数提案されている。なお、一般的に、油は石油系油（ガソリン、燃料、タール、原油等）と非石油系油（植物油、動物油）とに分類されるが、本明細書において「油により汚染された土壌」とは、石油系油または非石油系油に汚染された土壌を意味する。
【０００３】
例えば特許文献１には、油により汚染された土壌をアルカリ溶液に浸漬してから過酸化水素水を注入し、この注入により発生する微細気泡に分離すべき油を連行させて浮上分離させる、いわゆる気泡連行法を利用した土壌の浄化方法および浄化装置にかかる発明が提案されている。
【０００４】
特許文献２には、土壌中の油を微生物により水と二酸化炭素とに分解させる、いわゆるバイオレメディエーション法を利用した土壌の浄化方法にかかる発明が提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、有害有機化合物を液体中に取り込み、その液体を高圧で噴射することにより生じるキャビテーションを利用した有害物質の処理方法にかかる発明が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１８４２０ 号公報
【特許文献２】
特開平９−２７６８３１号公報
【特許文献３】
特開２００１−３００５２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らの検討結果によれば、これらの従来の技術によっては、処理に伴う二次汚染を生じることなく、油により汚染された土壌を短期間で浄化することはできない。
【０００８】
特許文献１により開示された発明を実施するには、アルカリや過酸化水素等の残留による二次汚染の防止処理や分離した油の後処理を別途行う必要が不可避的に生じる。このため、処理コストが上昇したり、処理操作が煩雑化する。
【０００９】
特許文献２により開示された発明では、微生物の活性化を維持および促進するために土壌を適当な温度に保温する必要が生じたり、処理条件によっては浄化に数ヶ月間という長期間を要したり、さらに分離する油が合成油である場合には事実上適用できない。
【００１０】
さらに、特許文献３により開示された発明は、有害有機化合物を水に溶け込ませた液体しか浄化することができず、土壌に付着した油分の浄化には適用できない。
【００１１】
本発明の目的は、土壌の浄化方法および浄化装置を提供することであり、例えばアルカリや過酸化水素水等の二次汚染物質の排出がなく、油により汚染された土壌から油を迅速に分離して分解することができる土壌の浄化方法および浄化装置を提供することであり、これにより、油が付着して汚染された土壌から油を効率よく迅速に分解および分離することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記する新規かつ重要な知見（１） 〜（４） 、すなわち
（１）油により汚染された土壌に水を混合してスラリー化し、スラリー化したこの土壌を、高圧水の噴射により生じるキャビテーション領域に存在させれば、キャビテーションを利用して油により汚染された土壌を浄化できること、
（２）上記（１） 項の知見における浄化のメカニズムは、高圧水の噴射によりキャビテーション気泡が発生し、この気泡の崩壊時に生じる衝撃圧力により油により汚染された土壌から油分が分離され、また、気泡の崩壊時には高温高圧場となり、この高温高圧場の発生により音響化学的作用と呼ばれる化学反応が生じ、油により汚染された土壌から分離された油が二酸化炭素と水とに分解される、と考えられること、
【００１３】
（３）すなわち、高圧水を噴射して発生したキャビテーションを、油により汚染された土壌の浄化に利用することにより、土壌から油を分離し、さらに、油分を二酸化炭素と水とに分解して無害化できること、および
（４）キャビテーションの発生を大気圧より高い圧力 （背圧） の雰囲気下、望ましくはゲージ圧で０．０１〜０．４ＭＰａで行うことにより、油により汚染された土壌から油分を分離する効率が著しく向上すること
を得て、これらの知見（１） 〜（４） に基づいて本発明を完成した。
【００１４】
本発明は、大気圧より高い圧力下にある液体中で、油が付着した土壌に、キャビテーションによる気泡の崩壊に起因した高温高圧を作用させることにより、油を土壌から分離して分解することを特徴とする土壌の浄化方法である。
【００１５】
また、本発明は、大気圧より高い圧力下にある液体中で高圧液体を噴射してキャビテーションを発生した領域に、油が付着した土壌と液体とを混合したスラリーを供給することにより、油を土壌から分離して分解する第１の浄化処理を行うことを特徴とする土壌の浄化方法である。
【００１６】
この本発明にかかる土壌の浄化方法では、さらに、第１の浄化処理を行った後に、大気圧より高い圧力下にある液体中で高圧液体を噴射してキャビテーションを発生した領域に、浄化処理を行われたスラリーを供給することにより、油をスラリーに混合された土壌から分離して分解する第２の浄化処理を、１回または複数回繰り返し行うことが、望ましい。
【００１７】
この本発明にかかる土壌の浄化方法では、さらに、第１の浄化処理を行われたスラリーから液体を分離してスラリーを濃縮した後に１回目の第２の浄化処理を行うこと、および／または、連続する複数回の第２の浄化処理のうち先行する第２の浄化処理を行われたスラリーから液体を分離してスラリーを濃縮した後に後行する第２の浄化処理を行うことが、望ましい。
【００１８】
これらの本発明にかかる土壌の浄化方法では、第１の浄化処理、または、１回または連続する複数回の第２の浄化処理のうちの最終の第２の浄化処理を終えたスラリーから液体を分離することが、望ましい。
【００１９】
これらの本発明にかかる土壌の浄化方法では、大気圧より高い圧力が、ゲージ圧で、０．０１〜０．４ＭＰａであることが、望ましい。
別の観点からは、本発明は、液体を収容する第１のキャビテーション槽、第１のキャビテーション槽に収容された液体に負荷される圧力を大気圧より高い圧力にするための圧力調整手段、第１のキャビテーション槽に収容された液体に高圧液体を噴射することにより液体にキャビテーションが発生する領域を形成するための高圧液体噴射装置、および、キャビテーションを発生した領域に油が付着した土壌またはこの土壌と液体とを混合したスラリーを供給するための供給装置を有する第１の浄化機構を備えることを特徴とする土壌の浄化装置である。
【００２０】
この本発明にかかる土壌の浄化装置では、さらに、液体を収容する第２のキャビテーション槽、第２のキャビテーション槽に収容された液体に負荷される圧力を大気圧より高い圧力にするための圧力調整手段、第２のキャビテーション槽に収容された液体に高圧液体を噴射することにより液体にキャビテーションが発生する領域を形成するための高圧液体噴射装置、および、キャビテーションを発生した領域に油が付着した土壌またはこの土壌と液体とを混合したスラリーを供給するための供給装置を有する第２の浄化機構を、１基または直列に複数基備えることが、望ましい。
【００２１】
この本発明にかかる土壌の浄化装置では、さらに、第１のキャビテーション槽、１基もしくは複数基の第２のキャビテーション槽のうちの少なくとも一つから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離することによりこのスラリーを濃縮するための濃縮槽を備えることが、望ましい。
【００２２】
これらの本発明にかかる土壌の浄化装置では、第１のキャビテーション槽、または、１基もしくは複数基の第２のキャビテーション槽のうちの最終の第２のキャビテーション槽から排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離するための分離槽を備えることが、望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる土壌の浄化方法および浄化装置の実施の形態を、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下の説明では、油が付着した土壌と混合する液体が水であり、高圧液体が水である場合を例にとるが、本発明はこれに限定されるものでなく、液体や高圧液体は海水やアルカリ水などとすることができる。
【００２４】
図１は、本実施の形態の土壌の浄化装置１を模式的に示す説明図である。同図に示すように、この浄化装置１は、キャビテーション槽２と、高圧水噴射ノズル３と、土壌またはスラリー供給装置４と、圧力調整手段５と、分離槽６とを有する。このキャビテーション槽２とは、内部に収容する液体２ａにキャビテーションを発生するためのものである。
【００２５】
図２は、キャビテーション槽２の内部の状況を模式的に示す説明図である。また、図３は、キャビテーション槽２の内部の状況を具体的に示す説明図である。なお、図１および図３においてはキャビテーション槽２は竪型に配置されているのに対し、図２では横型に配置しているが、これは説明の便宜上単に変更したものである。また、本実施の形態では、図３に示すキャビテーション槽２を用いたが、本発明はこのキャビテーション槽２には限定されず、同様の機能を有するキャビテーション槽であれば、このキャビテーション槽２以外の他のキャビテーション槽も同様に用いることができる。
【００２６】
図２に示すように、キャビテーション槽２は、高圧水噴射装置として高圧水噴射ノズル （本明細書では「キャビテーションノズル」ともいう） ３を本体内部に設けられている。キャビテーションノズル３は、キャビテーション槽２に収容された液体２ａに高圧水７を噴射することにより、液体２ａの少なくとも一部にキャビテーションが発生するキャビテーション領域８を形成する。
【００２７】
図２に示すように、液体２ａ中に浸漬したキャビテーションノズル３から高圧水７を噴射すると、ノズル出口近傍において乱流状態となり、この乱流域内においてせん断応力が最大となる位置、つまり速度勾配の最大となる位置で静圧が低下する。この静圧が液体の蒸気圧以下まで低下すると蒸気泡９が発生し、いわゆるキャビテーション領域８が形成される （図２における説明書き▲１▼参照） 。この蒸気泡９は、液体２ａの流れに沿って流下して圧力が回復し、場の圧力（静圧）が液体２ａの蒸気圧を超えて回復すると急激に崩壊し、瞬間的に１０００ａｔｍ 以上の高い衝撃圧力と１０００Ｋ 以上の高温場とが生じる （図２における説明書き▲２▼参照） 。
【００２８】
この蒸気泡９の崩壊領域内にスラリー化した油汚染土壌１０が存在すれば、はじめに、高速噴流１１により土粒子１２に付着している付着油分１３が剥離して分離し、次いで、蒸気泡９の崩壊時の衝撃圧により油分１４が分離する。また、分離した油分１４は衝撃圧により乳化され、液体２ａ中に懸濁する。このように、キャビテーション槽２に供給された油汚染土壌１０はキャビテーション領域８に曝されるので、土粒子１２に付着した油分１３は、キャビテーション気泡の崩壊時の高圧場により、土粒子１２から分離される。
【００２９】
さらに、蒸気泡９の崩壊時の局所的高圧高温場では、音響化学反応とよばれる分子の熱分解反応が生じることが知られている （図２における説明▲３▼参照） 。この熱分解反応により、油のＣ−Ｈ 化学結合鎖が切断され、Ｃ とＨ のラジカルが生成する。同時に洗浄水は、下記（１） 式に示すように、音響化学的作用により、水分子が分解し、ＯＨラジカル（・ＯＨ）が生成する。さらに、下記（２） 式〜（６） 式に示すように、このＯＨラジカルによる酸化作用で、油分は、水と二酸化炭素とに分解されて無害化され、土壌は洗浄される（浄化工程）。
【００３０】
Ｈ２Ｏ →・ＯＨ＋ Ｈ・ ・・・・・・・ （１）
・ＯＨ＋・ＯＨ→ Ｈ２Ｏ２ ・・・・・・・ （２）
・ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２→ Ｈ２Ｏ＋ ＨＯ２・ ・・・・・・・ （３）
・ＯＨ＋ ＨＯ２・→ Ｈ２Ｏ＋Ｏ２ ・・・・・・・ （４）
：Ｃ ＋Ｏ２→ ＣＯ ２ ・・・・・・・ （５）
・ＯＨ＋ Ｈ・→ Ｈ ２ Ｏ ・・・・・・・ （６）
このようにして、キャビテーション槽２の内部で油汚染土壌１０の浄化が行われる。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態の浄化装置１は、土壌またはスラリー供給装置４を有する。この土壌またはスラリー供給装置４は、キャビテーション槽２に収容されて液体２ａに形成されたキャビテーション領域８に、油により汚染された土壌またはこの土壌と水とを混合したスラリーを供給するための装置であり、本実施の形態では、土壌またはスラリーを圧送するためのポンプを用いた。
【００３２】
ポンプ４により圧送された土壌またはスラリーは、図３に示すように、キャビテーション槽２の壁面に設けられた土壌またはスラリー噴出ノズル４ａを介して、キャビテーション領域８に供給される。すなわち、本実施の形態では、高圧水７を噴射するためのキャビテーションノズル３と、スラリーを噴出するためのスラリー噴出ノズル４ａとを、それぞれキャビテーション槽２の壁面に設けている。
【００３３】
また、図１に示すように、本実施の形態の浄化装置１は、圧力調整手段５を有する。この圧力調整手段５は、キャビテーション槽２に収容された液体２ａの圧力を、大気圧よりも高い圧力にするためのものである。具体的には、キャビテーション槽２の出側には、キャビテーション槽２の圧力（背圧）を計測する圧力計１５と、背圧を調整する背圧調整手段１６とからなる圧力調整手段５が設けられている。
【００３４】
本発明者が行った、油汚染土壌を用いたモデル実験によれば、高圧水噴射ノズル３の圧力が等しい場合に、キャビテーションによる油汚染土壌１０の油分浄化性は、キャビテーション領域８における雰囲気圧力（以下、「背圧」という）に依存する。
【００３５】
図４は、油分量 ２．５ｗｔ％の油汚染土壌に１０ＭＰａ の高圧水を一回照射した場合、土壌に残存する油分量 （ｗｔ％） と背圧（ＭＰａ） との関係を示すグラフである。なお、背圧はゲージ圧で示している。
【００３６】
図４にグラフで示すように、背圧を徐々に増加すると油分量が減少して浄化効率が向上するが、ある最適な背圧 （約０．２ＭＰａ） を超えてより高くすると油分量が増加に転じ、浄化効率が低下することがわかった。すなわち、背圧を大気圧よりも高くすれば浄化効率が向上するものの、背圧が過小であると浄化効率の向上効果が小さい。また、背圧が過大では、高速ジェットによる静圧の低下が阻害されるために、キャビテーション自体が発生し難くなり、浄化効率の向上効果が小さい。
【００３７】
この結果から、キャビテーション領域８を油汚染土壌１０の浄化に適用する際に、浄化効率の向上を図ることができる適当な背圧は、ゲージ圧で、０．０１〜０．４ＭＰａの範囲であり、さらに望ましくは０．１ 〜０．３ＭＰａの範囲である。
【００３８】
また、本実施の形態の浄化装置１は、分離槽６を有する。この分離槽６は、キャビテーション領域８に供給されて浄化されたスラリーから、液体を分離するための槽である。
【００３９】
なお、図１における符合１７は、処理すべき油汚染土壌と水とを混合してスラリーとするための混合槽を示し、符合１８は処理すべき油汚染土壌１９を混合槽１７に投入するための油汚染土壌搬送装置を示し、符合２０は、高圧水７を生成するためのポンプを示す。
【００４０】
本実施の形態の土壌の浄化装置１は、以上のように構成される。次に、この浄化装置１により油汚染土壌１０が浄化される状況を説明する。
図１において、混合槽１７に油汚染土壌搬送装置１８を用いて油汚染土壌１９を投入し、水と混合して油汚染土壌１９をスラリー化し（混合工程）、次にスラリー化した油汚染土壌１９を、土壌またはスラリー供給装置４でキャビテーション槽２に供給する（スラリー供給工程）。
【００４１】
次いで、分離槽６の上澄み水をポンプ２０で加圧し、キャビテーション槽２に設置されたキャビテーションノズル３からキャビテーション槽２内へ高圧水７を噴射し、キャビテーション槽２内にキャビテーション領域８を発生させる。キャビテーション槽２に供給された油汚染土壌１０はキャビテーションに曝されるので、土粒子１２に付着した付着油分１３はキャビテーション気泡崩壊時の高圧場で土粒子１２から分離される。
【００４２】
また、分離された油分１４は、音響化学的作用により、油分１４の主成分である炭化水素化合物の結合鎖が切断され、油分が分解される。さらに、音響化学的作用により、水分子も分解されＯＨラジカルが生成し、このＯＨラジカルによる酸化作用により、油分は水と二酸化炭素とに分解され、土壌が洗浄される（浄化工程）。
【００４３】
この際、キャビテーション槽２の出側に設けられた圧力計１５と背圧調整手段１６とにより、キャビテーション槽２内の圧力（背圧）が適正な範囲に調整される（背圧調整工程）。洗浄された油汚染土壌１０は、分離槽６で固形分である浄化土壌２１と液体分である水２２とに分離される（固液分離工程）。
【００４４】
分離槽６で分離された液体分である水２２は、浄化用水もしくはスラリー化用水として循環再利用される。浄化土壌２１に付着して系外へ持ち出される水や蒸散で減少した水は、補給水２３で補充される。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、キャビテーション領域８に油汚染土壌１０を供給することにより、油汚染土壌１０から油分を物理的に分離し、さらに音響化学的作用に油分を分離することができる。この際、背圧を適正な範囲に調整することにより、物理的および音響学的作用に基づくキャビテーションを利用した油汚染土壌１０の浄化効率を高めることができる。
【００４６】
この方法は、生分解を利用するバイオレメディエーション法に比較すると、油分の分解速度が速く、極めて効率的である。また、この方法ではキャビテーションを発生させるための加圧流体は基本的に水だけでよいので、アルカリや過酸化水素水などの二次汚染物質の発生もない。すなわち、本実施の形態の浄化装置１は、完全なクローズドシステムであり、蒸散および浄化土壌への付着により持ち出される水を補給する以外、全て系内で処理可能であり、汚染物質の系外への搬出は一切発生しない。
【００４７】
このように、この浄化装置１によれば、油汚染土壌を二次汚染物質の排出がなく迅速に浄化できる。また、この浄化装置１は、ポンプ用電源をディーゼルエンジン等から供給することにより、可搬式の浄化装置として構成可能であるため、全国的に広く点在している汚染サイトを容易に効率よく浄化できる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態により、例えばアルカリや過酸化水素水等の二次汚染物質の排出がなく、油により汚染された土壌から油を迅速に分離して分解することができる土壌の浄化方法および浄化装置を提供することができ、これにより、油が付着して汚染された土壌から油を効率よく分解および分離することができる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を説明する。図５は、本実施の形態の浄化装置２４を模式的に示す説明図である。同図に示すように、この浄化装置２４が上述した第１の実施の形態と相違するのは、略述すれば、キャビテーション槽２ａ〜２ｃを３基並設し、第１のキャビテーション槽２ａから排出されたスラリーを第２のキャビテーション槽２ｂに供給し、第２のキャビテーション槽２ｂから排出されたスラリーを第３のキャビテーション槽２ｃに供給する点である。
【００５０】
すなわち、混合槽１７による混合工程、第１のキャビテーション槽２ａへのスラリー供給工程、第１のキャビテーション槽２ａ内でのキャビテーションによる浄化工程、背圧調整工程および固液分離工程は、上述した第１の実施の形態と同じである。
【００５１】
本実施の形態では、第１のキャビテーション槽２ａで１回目の洗浄が行われた油汚染土壌は、続いて第２のキャビテーション槽２ｂに取り付けられたキャビテーションノズル３ｂから第２のキャビテーション槽２ｂ内へ噴射され、第２のキャビテーション槽２ｂ内にキャビテーションが発生し、２回目の洗浄が行われる。
【００５２】
第２のキャビテーション槽２ｂで２回目の洗浄が行われた油汚染土壌は、続いて第３のキャビテーション槽２ｃに取り付けられたキャビテーションノズル３ｃから第３のキャビテーション槽２ｃ内へ噴射され、第３のキャビテーション槽２ｃ内にキャビテーションが発生し、３回目の洗浄が行われる。
【００５３】
第１キャビテーション槽２ａ、第２キャビテーション槽２ｂおよび第３キャビテーション槽２ｃのそれぞれの出側には、それぞれのキャビテーション槽内圧力（背圧）を測定する圧力計１５ａ 〜１５ｃ と、その背圧を調整する背圧調整手段１６ａ 〜１６ｃ とを設け、この圧力計１５ａ 〜１５ｃ と背圧調整手段１６ａ 〜１６ｃ とによりそれぞれのキャビテーション槽内の背圧を適正範囲に調整する。
【００５４】
３回目の洗浄を終了した土壌は分離槽６に貯められ、分離槽６で分離された固形分は、浄化土壌２１として修復される。そして、液体分である水は浄化用水またはスラリー化用水２２として循環再利用される。水が不足する場合には補給水２３が補充される。
【００５５】
本実施の形態によれば、３回の洗浄を連続的に行うため、第１の実施の形態に比較して、浄化土壌２１に含まれる油分量をより低下することができる。
また、本実施の形態の浄化装置２４は、完全なクローズドシステムであり、蒸散および浄化土壌への付着により持ち出される水を補給する以外、全て系内で処理可能であり、汚染物質の系外への搬出は一切発生しない。
【００５６】
なお、本実施の形態では、３基のキャビテーション槽２ａ〜２ｃを並設した場合を例にとったが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、土壌中の油分量や浄化目標値に応じて、その段数は適宜決定すればよい。
【００５７】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を説明する。図６は、本実施の形態の浄化装置２５を模式的に示す説明図である。本実施の形態が第２の実施の形態と相違するのは、キャビテーション槽２ａ、２ｂの出側に、固液分離装置２６ａ 、２６ｂ 、例えば液体サイクロンをそれぞれ設けることにより各洗浄後毎に土壌分を濃縮する濃縮工程を設けて、次段での洗浄効率を向上させるものである。
【００５８】
すなわち、この浄化装置２５は、第１の浄化機構、第２の浄化機構および第３の浄化機構からなる。
第１の浄化機構は、液体を収容する第１のキャビテーション槽２ａと、第１のキャビテーション槽２ａに収容された液体の圧力を、大気圧よりも高い圧力にするための第１の圧力調整手段５ａと、第１のキャビテーション槽２ａに収容された液体に高圧水を噴射することにより、液体の一部にキャビテーションが発生する第１のキャビテーション領域を形成するための第１の高圧水噴射装置であるキャビテーションノズル３ａと、第１のキャビテーション領域に、油により汚染された土壌と水とを混合したスラリーを存在させるためのスラリー供給装置４ａとを有する。
【００５９】
第２の浄化機構は、第１のキャビテーション槽２ａから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離することによりスラリーを濃縮する濃縮槽２６ａ と、液体を収容するとともに、濃縮槽２６ａ から排出された濃縮されたスラリーを収容する第２のキャビテーション槽２ｂと、第２のキャビテーション槽２ｂに収容された液体の圧力を、大気圧よりも高い圧力にするための第２の圧力調整手段５ｂと、第２のキャビテーション槽２ｂに収容された液体に高圧水を噴射することにより、液体の一部にキャビテーションが発生する第２のキャビテーション領域を形成するための第２の高圧水噴射装置であるキャビテーションノズル３ｂとを有する。
【００６０】
さらに、第３の浄化機構は、第２のキャビテーション槽２ｂから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離することによりスラリーを濃縮する濃縮槽２６ｂ と、液体を収容するとともに、濃縮槽２６ｂ から排出された濃縮されたスラリーを収容する第３のキャビテーション槽２ｃと、第３のキャビテーション槽２ｃに収容された液体の圧力を、大気圧よりも高い圧力にするための第３の圧力調整手段５ｃと、第３のキャビテーション槽２ｃに収容された液体に高圧水を噴射することにより、液体の少なくとも一部にキャビテーションが発生する第３のキャビテーション領域を形成するための第３の高圧水噴射装置であるキャビテーションノズル３ｃと、第３のキャビテーション槽２ｃから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離するための分離槽６とを有する。
【００６１】
すなわち、本実施の形態の浄化装置２５は、複数段（図示例では３段の場合を例示）のキャビテーション槽２ａ〜２ｃを備えており、連続的に汚染土壌を浄化できる。混合槽１７により油汚染土壌をスラリー化する混合工程、スラリー化した油汚染土壌を第１のキャビテーション槽２ａへ供給するスラリー供給工程、ポンプ２０ａ で加圧した水を第１のキャビテーション槽２ａに供給して洗浄する浄化工程、圧力計１５ａ と背圧調整手段１６ａ とによりキャビテーション槽２ａ内の圧力を調整する背圧調整工程は、上述した第２の実施の形態の浄化装置２４と同じである。
【００６２】
しかし、第２の実施の形態の浄化装置２４では、第１のキャビテーション槽２ａで洗浄された油汚染土壌は、次の第２のキャビテーション槽２ｂ、さらに第３のキャビテーション槽２ｃへと洗浄が進むにつれてキャビテーションノズル３ａ、３ｂ、３ｃからの水で希釈されるため、後段ほどスラリー中の土壌の割合が低下し、洗浄効率が低化する。
【００６３】
そこで、本実施の形態では、第１のキャビテーション槽２ａ、第２のキャビテーション槽２ｂの出側に、固液分離装置である液体サイクロン２６ａ 、２６ｂ を設けることにより各洗浄毎に土壌分を濃縮する濃縮工程を設け、次段での洗浄効率を向上させている。つまり、第１のキャビテーション槽２ａの出側に液体サイクロン２６ａ を設け、土壌分は分離土壌槽２７ａ に貯えられた後、スラリーポンプ４ｂで第２のキャビテーション槽２ｂに供給される。
【００６４】
一方、液体サイクロン２６ａ で分離された水は分離水槽２８ａ に貯えられた後、ポンプ２０ｂ で加圧され、第２のキャビテーション槽２ｂに装着されたノズル３ｂから噴出され、第２のキャビテーション槽２ｂ内でキャビテーションが生じ、油汚染土壌は２回目の洗浄が行われる。
【００６５】
第２のキャビテーション槽２ｂで洗浄された土壌は、同様に液体サイクロン２６ｂ で濃縮された後、第３のキャビテーション槽２ｃで洗浄され、最終的に分離槽６で水２２と浄化土壌２１に分離される。水２２は、浄化用水もしくはスラリー化用水として循環再利用され、浄化土壌２１に付着して系外への持ち出される水や蒸散で減少した水は、補給水２３で補充される。なお、符号２７ｂ は分離土壌槽で、２８ｂ は分離水槽を示す。
【００６６】
このように、本実施の形態の浄化装置２５によれば、上述した第２の実施の形態の浄化装置２４に比較して、第２のキャビテーション槽２ｂ、第３のキャビテーション槽２ｃでの洗浄効率が向上する。
【００６７】
また、本実施の形態の浄化装置２５は、完全なクローズドシステムであり、蒸散および浄化土壌への付着により持ち出される水を補給する以外、全て系内で処理可能であり、汚染物質の系外への搬出は一切発生しない。
【００６８】
なお、本実施の形態では、３基のキャビテーション槽２ａ〜２ｃを並設した場合を例にとったが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、土壌中の油分量や浄化目標値に応じて、その段数は適宜決定すればよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、例えばアルカリや過酸化水素水等の二次汚染物質の排出がなく、油により汚染された土壌から油を迅速に分離して分解することができる土壌の浄化方法および浄化装置を提供することができた。これにより、全国的に広く点在している、油が付着して汚染された土壌から油を効率よく迅速に分解および分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の土壌の浄化装置を模式的に示す説明図である。
【図２】第１の実施の形態におけるキャビテーション槽の内部の状況を模式的に示す説明図である。
【図３】キャビテーション槽の内部の状況を具体的に示す説明図である。
【図４】油分量 ２．５ｗｔ％の油汚染土壌に１０ＭＰａ の高圧水を一回照射した場合に、土壌に残存する油分量 （ｗｔ％） と背圧（ＭＰａ） との関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施の形態の浄化装置を模式的に示す説明図である。
【図６】第３の実施の形態の浄化装置を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ 浄化装置
２ キャビテーション槽
２ａ 液体
３ 高圧水噴射ノズル
４ 土壌またはスラリー供給装置
４ａ スラリー噴出ノズル
５ 圧力調整手段
６ 分離槽
７ 水
８ キャビテーション領域
１０ 油汚染土壌
１５ 圧力計
１６ 背圧調整手段
１７ 混合槽
１８ 油汚染土壌搬送装置
１９ 油汚染土壌
２０ ポンプ
Claims (10)
- 大気圧より高い圧力下にある液体中で、油が付着した土壌に、キャビテーションによる気泡の崩壊に起因した高温高圧を作用させることにより、前記油を前記土壌から分離して分解することを特徴とする土壌の浄化方法。
- 大気圧より高い圧力下にある液体中で高圧液体を噴射してキャビテーションを発生した領域に、油が付着した土壌と液体とを混合したスラリーを供給することにより、前記油を前記土壌から分離して分解する第１の浄化処理を行うことを特徴とする土壌の浄化方法。
- さらに、前記第１の浄化処理を行った後に、大気圧より高い圧力下にある液体中で高圧液体を噴射してキャビテーションを発生した領域に、浄化処理を行われたスラリーを供給することにより、油を前記スラリーに混合された土壌から分離して分解する第２の浄化処理を、１回または複数回繰り返し行うことを特徴とする請求項２に記載された土壌の浄化方法。
- さらに、前記第１の浄化処理を行われたスラリーから液体を分離して該スラリーを濃縮した後に１回目の前記第２の浄化処理を行うこと、および／または、連続する複数回の前記第２の浄化処理のうち先行する第２の浄化処理を行われたスラリーから液体を分離して該スラリーを濃縮した後に後行する第２の浄化処理を行うことを特徴とする請求項３に記載された土壌の浄化方法。
- 前記第１の浄化処理、または、１回または連続する複数回の前記第２の浄化処理のうちの最終の第２の浄化処理を終えたスラリーから液体を分離する請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載された土壌の浄化方法。
- 前記大気圧より高い圧力は、ゲージ圧で、０．０１〜０．４ＭＰａである請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された土壌の浄化方法。
- 液体を収容する第１のキャビテーション槽、該第１のキャビテーション槽に収容された液体に負荷される圧力を大気圧より高い圧力にするための圧力調整手段、該第１のキャビテーション槽に収容された液体に高圧液体を噴射することにより該液体にキャビテーションが発生する領域を形成するための高圧液体噴射装置、および、該キャビテーションを発生した領域に油が付着した土壌または該土壌と液体とを混合したスラリーを供給するための供給装置を有する第１の浄化機構を備えることを特徴とする土壌の浄化装置。
- さらに、液体を収容する第２のキャビテーション槽、該第２のキャビテーション槽に収容された液体に負荷される圧力を大気圧より高い圧力にするための圧力調整手段、該第２のキャビテーション槽に収容された液体に高圧液体を噴射することにより該液体にキャビテーションが発生する領域を形成するための高圧液体噴射装置、および、該キャビテーションを発生した領域に油が付着した土壌または該土壌と液体とを混合したスラリーを供給するための供給装置を有する第２の浄化機構を、１基または直列に複数基備えることを特徴とする請求項７に記載された土壌の浄化装置。
- さらに、第１のキャビテーション槽、１基もしくは複数基の前記第２のキャビテーション槽のうちの少なくとも一つから排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離することにより該スラリーを濃縮するための濃縮槽を備えることを特徴とする請求項８に記載された土壌の浄化装置。
- 前記第１のキャビテーション槽、または、１基もしくは複数基の前記第２のキャビテーション槽のうちの最終の第２のキャビテーション槽から排出される、土壌を含有するスラリーから液体を分離するための分離槽を備えることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載された土壌の浄化装置。
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Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
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-
2002
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