JP2005161170A - 土壌汚染物質抽出構造およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理装置の中で電気浸透現象を利用し、迅速に汚染物質を液溜部に濃縮抽出しこれを分析用検体とし、また汚染土壌からは汚染物質を抽出して浄化する土壌汚染物質抽出構造およびその方法に関する。
【解決手段】この発明の土壌汚染物質抽出構造およびその方法は、筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に一対の透水孔を有する電極板部を設け、該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填する汚染土壌収納部を形成し、前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、前記電極板部に外部電源からの電圧を印加し、又は汚染土壌に電解液を添加し正極、負極材料を電極として用いることにより、汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理装置に充填した汚染土壌から汚染物質含有水を抽出する土壌汚染物質抽出構造およびその方法に関し、上記抽出された汚染物質含有水を分析用検体として分析に用いることができ、または汚染土壌の浄化として用いることができる。

動電学的（Ｅｌｅｃｔｒｏ・Ｋｅｉｎｅｔｉｃ）土壌汚染浄化法として、図８に示すように汚染サイトの土壌に鉛直方向に坑を掘削し、成型電極を挿入する方法がある。
これに電圧を印加することで生じる電気浸透現象（図７参照）、電気分解、電気泳動などを利用して電極近傍に汚染物質含有水を集め、これをサクションポンプで吸引除去している。
ところで、土壌汚染状況を把握するために公定法分析を行うと時間とコストを要し、従来の簡易分析器具を用いると、多くの地点を迅速かつ安価に調査できるものの感度不足により調査地点の汚染を見逃す畏れがあった。
そこで、本発明者は上述の動電学的手法を応用し、処理装置（図４参照）の中で、電気浸透現象を利用して迅速に汚染物質を液溜部に濃縮抽出し分析検体とし、感度の低い簡易分析機器に供する方法を発明した。
この処理装置土壌汚染の浄化を行うことも可能である。
また、前述と同様の処理装置（後述の図２参照）の電極材を工夫し、装置内の汚染土壌に電解液を添加することで電池を形成させ、電気浸透現象、電気泳動等の現象を起こさせることにより、汚染物質を液溜部に濃縮抽出し、土壌を浄化する方法を発明した。
特開平８−２５７５４２号公報 特開２００３−１５４３５０公報

この発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、その主たる課題は、処理装置の電極板部間に汚染土壌を充填し、汚染土壌から抽出された汚染物質含有水は電極板部の外側に設けた液溜部に溜めることができるようにした土壌汚染物質抽出構造およびその方法を提供することにある。
この発明の別の課題は、液溜を設けたので、液溜に抽出された汚染物質含有水を分析用検体として分析に供することができるようにした土壌汚染物質抽出構造およびその方法を提供することにある。
この発明の更に別の課題は、液溜に汚染物質含有水を抽出して土壌と分離し、汚染土壌の浄化を行うことができるようにした土壌汚染物質抽出構造およびその方法を提供することにある。

上記課題を達成するために、請求項１の発明では、
筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に一対の板状からなって透水孔を有する電極板部を設け、
該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填する汚染土壌収納部を形成し、
前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、
前記電極板部に外部電源からの電圧を印加し、汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させる、という技術的手段を講じている。
また、請求項２の発明では、
筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に板状からなって透水孔を有する正極と負極の一対の電極板部を設け、
該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填した汚染土壌収納部を形成し、
前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、
前記汚染土壌に外部の電解液槽から電解液を注入して、
汚染土壌と前記の一対の電極板部とで電池を形成し、正極と負極の電極板部間に生じる電位差で電気浸透ないし電気泳動により汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させる、という技術的手段を講じている。
また、請求項３の発明では、
前記液溜に抽出された汚染物質含有水を分析用検体として分析（簡易分析）に供する、という技術的手段を講じている。
請求項４の発明では、
前記液溜に汚染物質含有水を抽出して、汚染土壌の浄化を行う、という技術的手段を講じている。

請求項５の土壌汚染物質抽出方法の発明では、
筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に一対の板状からなって透水孔を有する電極板部を設け、
該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填した汚染土壌収納部を形成し、
前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、
前記電極板部に外部電源からの電圧を印加し、汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させる、という技術的手段を講じている。
また、請求項６の土壌汚染物質抽出方法の発明では、
筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に板状からなって透水孔を有する一対の電極板部を設け、
該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填した汚染土壌収納部を形成し、
前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、
前記汚染土壌に外部の電解液槽から電解液を注入して、
汚染土壌と前記一対の電極板部とで電池を形成し、正極と負極の電極板部間に生じる電位差で電気浸透ないし電気泳動により汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させる、という技術的手段を講じている。
なお、この発明で汚染土壌とは、所謂つちに限らず、埋設可能な廃棄物であってもよく、例えば、汚泥や焼却飛灰などの産業廃棄物も含まれるものとする。

この発明では、処理装置に汚染土壌を充填し、汚染土壌から抽出された汚染物質含有水は溜部に溜めることができる。
これにより液溜に分離された汚染物質含有水を簡易分析用検体として分析に供することができる。
また、汚染土壌から汚染物質含有水を抽出するので土壌の浄化を行うことができる。
更に、処理装置を電池として構成する場合には外部電源が不要となる。
また、この場合動力がいらないので、コストダウンを図ることができる。

この発明の土壌汚染物質抽出構造およびその方法では、処理装置に電極板部から漏れる汚染物質含有水を溜める液溜部を設けたことで、汚染物質の分析用検体の収集や除去を容易に実現した。

以下に、この発明の土壌汚染物質抽出構造の好適実施例について、図面を参照しながら説明する。

図１から図３に示す土壌汚染物質抽出構造は、処理装置１を用いて土壌汚染浄化を行う場合について説明する。

処理装置１は、筐体の左右の側壁２、３に沿って略平行に離間した位置に一対の電極板部４、５を立設している。
該一対の電極板部４、５の間には汚染土壌を充填する汚染土壌収納部６を形成しており、前記電極板部４、５と該電極板部と隣接する筐体の側壁２、３との間に前記電極板部４、５から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部７、８が形成されている。

そして、前記汚染土壌収納部６に汚染土壌が充填される。
また、電極板部４、５は黒鉛板、アルミ板、鉄板などに穴を開けた成型電極、又はプラスチックなど非導電性の材質の網ではさんだ粗炭、鉄粉、アルミ粉など、要するに透水性を有して筐体の幅に沿って一連に延びる電極を用いることができる。
本実施例では、外部電源１１の正極と接続されて陽極となる電極板部４には酸化還元電位の大きな黒鉛などを用い、外部電源１１の負極と接続されて陰極となる電極板部５には酸化還元電位の小さい鉄、アルミなどを用いることが好ましい。
また、電極板部４、５には溶媒を適宜供給するようにしてもよい。
前記汚染土壌には、外部の電解液槽などから電解液を少しずつ添加してもよいが必須ではない。

この充填された土壌を構成する粘土鉱物は表面が負に帯電しているものが多い。
従って、電解液に含有し、若しくは土壌から溶出した陽イオンは粘土表面に吸着される。
そして陽極と陰極の電位差による電界により、上述の陽イオンは陰極へと移動する。
このとき摩擦力により、水みちに存在する水や電解液も引きずられて陰極へと移動する。

この電気浸透流により、水みちに存在する重金属イオンや、揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、ＢＴＸ、油、農薬などの汚染物質が陰極へと移動し、陰極電極となる電極板部５に設けられた透水孔（穴や網目など）から汚染物質含有水が液溜部８へと漏れ出す。
一方、シアン、フッ素、ヒ素などは電気泳動により陽極電極となる電極板部４側の液溜部７に漏れ出す。
そして、液溜部７、８には、汚染物質が濃縮された汚染物質含有水が溜まっている。また、汚染物質含有水が抽出されて浄化された土壌は埋め戻しに使うことができる。

次ぎに、液溜部７、８に溜まった汚染物質含有水は、一例として示す汚染物質の種類により次のような浄化処理を行なう。
［重金属、シアン、フツ素、ヒ素］
汚染物質含有水中の汚染物質を、凝集沈澱、イオン交換、キレート効果、電気分解などにより処理する。
［揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ），ＢＴＸなど］
汚染物質含有水中の汚染物質を、酸化チタンなどの触媒による分解、エアレーションにより揮発させ、これを熱分解または触媒分解、もしくは酸化チタンシート（東京大学先端科学技術センター開発）で処理して分解しても良い。
［油］
汚染物質含有水中の汚染物質を浮遊分離し、触媒分解や燃焼法で処理する。
［農薬］
汚染物質含有水中の汚染物質を酸・アルカリまたは熱分解する。

そこで、以下に例示するようなケースに適合する。
（１）操業中の工場などで局所的汚染を浄化したい場合、敷地内に前記処理装置を設置しておき、前述のように汚染土壌を投入し、逐次浄化を行い、浄化済みの土壌は埋め戻す。
（２）最終処分場の近くに、処理装置を多数備えた処理工場を造り、汚染サイトから運ばれる汚染土壌を逐次浄化する。ある程度浄化され、埋立基準を満たした土壌を最終処分場に搬入する。

上記実施例では、外部電源１１を用いたが、電解液を充填して土壌と電極板部とで電池を構成してよい。
図４に示す実施例２の処理装置１は、前記実施例と同様に、筐体の左右の側壁２、３に沿って略平行に離間した位置に一対の電極板部４、５を立設している。
該一対の電極板部４、５の間には汚染土壌を充填する汚染土壌収納部６を形成しており、前記電極板部４、５と該電極板部と隣接する筐体の側壁２、３との間に前記電極板部４、５から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部７、８が形成されている。
また、前記汚染土壌には、外部の電解液槽９から電解液を少しずつ注入する。

そして、この土壌と前記電極板部４、５とにより電池が形成され、正極と負極の電極板部４、５間に生じる電位差で電気浸透ないし電気泳動により汚染土壌から汚染物質含有水を液溜７、８に抽出させる。
なお、電気化学反応の促進のため、必要に応じて電極板部４、５間に抵抗器１０を繋ぐことが好ましい。
ここで、電気浸透流速を増加させ、汚染物質除去速度を上げるためには電界が大きいほどよい。

また、この構造で発生する電極板部４、５間の電圧は１Ｖ程度である。
そこで電界を大きく取るために電極板部４、５間の距離はなるべく狭く設定することが好ましい。
このように、本実施例では、汚染サイトから掘削した汚染土壌を電極板部に挟み電解液を加え電池を形成させることにより、外部電力を用いずに電気浸透流を発生させ、汚染土壌を浄化することができる、
なお、本実施例で発生する電圧は１Ｖ前後と思われるので、前記処理にはある程度の時間を要する。
その他の構成は、前記実施例に準ずるので、説明を省略する。

上記実施例では、汚染土壌を浄化処理する構造について説明したが、この発明は汚染物質含有水を分析用検体として分析に供する場合にも適用することができる。
図５および図６に示す処理装置１は、前記実施例２と共通の構成からなっている。
即ち、処理装置１は、筐体の左右の側壁２、３に沿って略平行に離間した位置に一対の電極板部４、５を立設している。
該一対の電極板部４、５の間には汚染土壌を充填する汚染土壌収納部６を形成している。
また前記電極板部４、５と該電極板部と隣接する筐体の側壁２、３との間に前記電極板部４、５から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部７、８が形成されている。

そこで、前記汚染土壌収納部６に汚染土壌を充填する。
ここで、土止め用に非導電性網で形成した内箱部となるカゴ１２を上記汚染土壌収納部６に着脱自在に嵌め込む構成としてもよい。
これにより、カゴ１２に汚染土壌を充填し、このカゴ１２を前記電極板部４、５間に嵌込むことで、容易に土壌の充填を行うことができる。

次ぎに、前記一対の電極板部４、５に外部電源（図示省略）の正極と負極とをそれぞれ接続し、直流電圧を印加する。
これにより電気分解や界面動電現象（電気浸透流、電気泳動等）により、含有汚染物質の流動移動が起こる。
即ち、土壌含有水（通常２０％前後）の電気分解により発生する水素イオンが陽極から陰極に移動（酸前線）することでｐＨが低くなり、これにより汚染物質（特に重金属類）の溶解が促進される。

土壌を構成する珪酸塩鉱物は表面が負に帯電するものが多い。
従って、土壌含有のカリウム、ナトリウム、カルシウムなどの陽イオンは珪酸塩鉱物表面に吸着される。
土壌中に印加した電界により、上述の陽イオンは陰極に向けて移動し、この移動時の摩擦により水みちに存在する水も引きづられて移動する（電気浸透流）。
土壌にＶＯＣｓ（揮発性有機化合物）、ＰＯＢｓ、油等ノルマルヘキサン抽出物質、ＢＴＸ、農薬、重金属イオンなどが存在する場合、電気浸透流によってこれらも移送される。

電気的引力による電気泳動により陰イオン（フツ素、ヒ素、セレンなど）は電気浸透流に逆らって陽極側へ移動し、陽イオンは電気浸透流と電気泳動の効果が加算されて陰極側へ移動する。
これにより、汚染物質含有水が陽極、陰極の電極近傍に集まり、各電極板部の透水孔から汚染物質含有水が漏れて液溜部へ溜まる。
この汚染物質含有水を分析用検体として分析に供する。
なお、土壌試料量が少なく、分析に必要な液量を確保できないと思われる場合は、事前に液溜部に適量注水しておいてもよい。
この場合、所定量の液溜部の水に汚染物質が希釈されることになる。

ＶＯＣｓやＢＴＸなど揮発性の物質を測定する場合には、前記液溜部に密閉用のゴムなどのキャツプ１３を被せ、ヘッドスベース法に準じて分析用試料採取を行う。
試料採取後は、ほかの項目の分析に使用できる。
また、重金属などはそのまま、若しくは簡単な前処理（ｐＨ調整など）を行い分析に供する。
上記構成により、公定法による土壌溶出試験法の撹拌、または振とう法に比べ、汚染土壌から汚染物質を濃縮抽出するのに要する時間を短縮できる。
また、汚染物質を土中より濃縮抽出するため、検出限界の小さい簡易分析器具を用いても検出できる可能性が高まる。

上記実施例では、外部電源を用いて電極板部に電圧を印加したが、前記実施例と同様に、土壌と電極板部とで電池構成とし、外部電源を設けない構造としてもよい。
その他、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

処理装置の筐体を示す斜視図である。 外部電源を用いた土壌汚染物質抽出に用いる処理装置の平面から見た模式図である。 同側面から見た模式図である。 電池形成による土壌汚染物質抽出に用いる処理装置の平面から見た模式図である。 汚染物質の抽出用に用いる処理装置の側面から見た分解模式図である。 同正面から見た分解模式図である。 電気浸透原理図である。 公知の汚染土壌処理の概念図である。

符号の説明

１ 処理装置
２、３ 側壁
４、５ 電極板部
６ 汚染土壌収納部
７、８ 液溜部
９ 電解液槽
１０ 抵抗器
１１ 外部電源
１２ カゴ
１３ キャップ

Claims (6)

1. 筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に一対の透水孔を有する電極板部を設け、
   該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填する汚染土壌収納部を形成し、
   前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、
   前記電極板部に外部電源からの電圧を印加し、汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させることを特徴とする土壌汚染物質抽出構造。
2. 筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に板状からなって透水孔を有する正極と負極の一対の電極板部を設け、
   該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填した汚染土壌収納部を形成し、
   前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、
   前記汚染土壌に外部の電解液槽から電解液を注入して、
   汚染土壌と前記の一対の電極板部とで電池を形成し、正極と負極の電極板部間に生じる電位差で電気浸透ないし電気泳動により汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させることを特徴とする土壌汚染物質抽出構造。
3. 液溜に抽出された汚染物質含有水を分析用検体として分析に供することを特徴とする請求項１または２に記載の土壌汚染物質抽出構造。
4. 液溜に汚染物質含有水を抽出して、汚染土壌の浄化を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の土壌汚染物質抽出構造。
5. 筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に一対の板状からなって透水孔を有する電極板部を設け、
   該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填した汚染土壌収納部を形成し、
   前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、
   前記電極板部に外部電源からの電圧を印加し、汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させることを特徴とする土壌汚染物質抽出方法。
6. 筐体の左右の側壁に沿って略平行に離間した位置に板状からなって透水孔を有する一対の電極板部を設け、
   該一対の電極板部の間には汚染土壌を充填した汚染土壌収納部を形成し、
   前記電極板部と該電極板部と隣接する筐体の側壁との間に前記電極板部から浸透した汚染物質含有水を溜めることができる液溜部を形成した処理装置を設けてなり、
   前記汚染土壌に外部の電解液槽から電解液を注入して、
   汚染土壌と前記一対の電極板部とで電池を形成し、正極と負極の電極板部間に生じる電位差で電気浸透ないし電気泳動により汚染土壌から汚染物質含有水を液溜に抽出させることを特徴とする土壌汚染物質抽出方法。

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