JP2005279544A - 有害物質の処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 汚染物質に含まれる有害物質の処理期間を大幅に短縮する。
【解決手段】 汚染物質１が汚染土壌である場合には、土壌を掘削すると、土壌の団粒構造が崩れて通気性が改善される。そこで、通気性が改善された汚染土壌１の温度を昇温し、その汚染土壌１に土壌改良剤５を添加する。次に、汚染土壌１に添加された土壌改良剤５に加熱媒体による熱を作用させ、この土壌改良剤５の反応を積極的に促進させる。土壌改良剤５は汚染土壌１の保有する水分と水和反応（化学反応）して揮発性有機化合物を分離するものであるが、この種の土壌改良剤５は、汚染土壌１に添加して約１日位の養生期間をかけて水和反応が進行し、揮発性有機化合物を揮発させて分離するが、本発明においては、汚染土壌１および土壌改良剤５に加熱媒体の熱を作用させ、土壌改良剤５が水和反応を生じる環境を積極的に形成させ、土壌改良剤の反応を即時に開始させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、短期間内に汚染物質から有害物質を除去する有害物質の処理方法及び装置に関する。

ゴミ処理場などに集積された汚染土壌或は産業廃棄物などには、毒物，劇物などの有害物質が含まれている。これらの汚染土壌或は産業廃棄物などは、高度経済成長期に多く発生しており、最近、健康への影響，次世代への影響などが叫ばれるようになっている。

そこで、土壌汚染をめぐる社会的状況の変化から、土壌汚染対策の機運が高まり、土壌汚染対策法案が２００２年２月に閣議決定され、土壌汚染対策法が２００３年２月１５日から施行されている。

ゴミ処理場などに集積された汚染土壌或は産業廃棄物などに含まれる有害物質を除去する有害物質の処理方法が各種開発されている。

ところで、有害物質に含まれる揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds;VOC）は油脂類の溶解能力が高く、しかも、分解しにくく化学物質として安定して燃えにくいなどの性質がある。このため、１９７０年代には理想の洗浄剤として産業界に普及した。ところが、最近、揮発性有機化合物（VOC）は、吸入による頭痛やめまい、腎障害或は癌の発生などを引き起す可能性があることが指摘されている。また、揮発性有機化合物（VOC）は大気・水域，地下水汚濁の原因となるほか、住宅の室内空気汚染物質としても注目され、TVOC（総有害物質）という概念も提唱されている。

揮発性有機化合物の除去方法としては、ホットソイル法が提案されている。このホットソイル法は、揮発性有機化合物が含まれた土壌に、水と反応する無機化合物を混合し、土壌中の揮発性有機化合物を揮発させるというシステムである。
特許第２５８９００２号

上述したように、特許第２５８９００２号に開示されたホットソイル法は、土壌と無機化合物との水和反応を人為的にコントロールするものではなく、自然の状態のまま土壌と無機化合物とを水和反応させるものである。また、土壌を転圧することにより土壌と無機化合物との接触を図る試みがなされている。

しかしながら、土壌と無機化合物との化学反応を積極的に促進するには至らず、短期間内に有害物質を処理するという点に改良の余地が残されている。

本発明の目的は、有害物質の処理期間を短縮することが可能な有害物質の処理方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、汚染物質の温度を昇温させる前処理工程と、前記昇温された汚染物質に土壌改良剤を添加する添加工程と、前記添加された土壌改良剤の反応を加熱により強制的に促進させ、有害物質を汚染物質から分離する分離工程とを有することを特徴とするものである。

本発明において、先ず汚染物質を昇温させる。汚染物質は、前記昇温処理により後述の土壌改良剤が反応するために必要な温度まで加熱された状態になる。この昇温された汚染物質に土壌改良剤を添加する。汚染物質が汚染土壌である場合には、土壌を掘削すると、土壌の団粒構造が崩れて通気性が改善される。この通気性の改善とは、土壌粒子間に隙間が形成されることを意味する。したがって、通気性が改善された土壌粒子に土壌改良剤を添加した場合に、この土壌改良剤の粒径が０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であれば、土壌粒子間の隙間にも入り込み、土壌と土壌改良剤とが程よく混合される。したがって、土壌に土壌改良剤を添加したとしても、全体の容量が嵩張ることはなく、ほぼ元の土壌の容量の範囲内に抑えることが可能である。なお、汚染物質として土壌を例にとって説明したが、これに限られるものではない。ここに、汚染物質とは有害物質が付着した物質をいう。

次に、前記添加された土壌改良剤の反応を熱により強制的に促進し、有害物質を汚染物質から分離する。ここに、前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進に用いる熱媒体の温度は５０〜６０℃の範囲に設定することが望ましいものである。また有害物質が揮発性有機化合物を含む場合には、上述した一連の工程を大気から隔離した雰囲気中にて行うことが望ましい。何故ならば、分離した揮発性有機化合物により大気が二次汚染されるのを防止するためである。

本発明に係る有害物質の処理方法を実施するための装置は、汚染物質の温度を昇温させる前処理器と、前記昇温された汚染物質に土壌改良剤を添加する添加器と、前記添加された土壌改良剤の反応を熱により強制的に促進させ有害物質を汚染物質から分離する分離器とを含む構成とする。

以上のように本発明によれば、汚染物質を昇温させ土壌改良剤を添加し、前記添加された土壌改良剤の反応を熱により強制的に促進させ有害物質を汚染物質から分離するため、ホットソイル法のように養生期間を必要とせず、短期間に有害物質を処理することができる。

前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進に用いる熱媒体の温度は５０〜６０℃の範囲に設定することにより、土壌改良剤と有害物質との化学反応は最適な雰囲気中にて行わせることができ、前記化学反応を人為的にコントロールして処理期間を短縮することができる。

前記土壌改良剤の粒径を０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定することにより、汚染物質が土壌の場合に土壌粒子の隙間を利用して土壌改良剤を汚染物質に添加することができ、有害物質が除去された再生物質に土壌改良剤を添加したままで埋め戻した場合にも、その埋め戻す物質の容量を最初の汚染物質の容量の範囲内に収めることができる。このことは、再生物質を埋め戻すための新たな用地を確保する必要がなく、汚染物質の処理方法として極めて有効な手段となり得る。

また本発明は熱を利用するものである。ところで、既設の廃棄物処理場では、廃棄物を焼却処分し、その熱を温水に熱変換して利用している。そこで、本発明を既設の廃棄処理場に併設することにより、既設の廃棄物処理場からの廃熱を本発明に利用することができる。また有害物質の除去に土壌改良剤を用いているため、再生物質が土壌の場合には、土壌改良剤と一体に埋め戻すことにより、有機農法などに最適な土壌として再生することができる。さらに、自然界に存在する例えば地熱，温泉の熱などを利用することにより、自然エネルギーを有効利用することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基いて説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る有害物質の処理装置は、汚染物質に土壌改良剤を添加し、その土壌改良剤の反応を熱により強制的に促進させ、有害物質の除去処理を短時間内に行うことを特徴とするものである。

処理室２は、その入口側から出口側に渡ってコンベア３が横方向に設置されている。このコンベア３は、汚染物質１を支える帯状ベルト部３ａがスノコ状に形成されている。この構成により、汚染物質を帯状ベルト部３ａに支え、余剰な温水などのみを排水するようになっている。

コンベア３による汚染物質１例えば汚染土壌の移送経路に添っては、前処理器４と、混合器６と、分離器７とがこの順に設置されている。前処理器４は汚染物質１の温度を昇温させるようになっている。実施形態に示す前処理器４は、スプリンクラー４ａを備え、このスプリンクラー４ａから温水を液状に散水し、汚染物質１の温度を昇温させるようになっている。なお、前処理器４は実施形態のものに限られない。温水に代えて、加熱された媒体を霧状、すなわち蒸気を汚染物質１に吹付けて汚染物質１の温度を昇温させるようにしてもよいものである。また、上述した加熱された熱媒体（温水）を液状に散水する、或は熱媒体を霧状に吹付ける（蒸気）ことに代えて、図３に示すようにコンベア３を内部に通過させる空間を備えた仕切４ｂを設け、この仕切４ｂ内に加熱された雰囲気４ｃを形成することにより、汚染物質１を加熱された雰囲気４ｃ中を通過させる間に汚染物質１を昇温させるようにしてもよいものである。なお、４ｄは雰囲気４ｃの温度を安定に保つために外部から雰囲気４ｃ中に流れ込むのを防止する遮蔽材である。また加熱媒体としての温水の温度は５０〜６０℃に設定するのが望ましいものであるが、これに限られるものではない。

混合器６はコンベア３の上方位置に設置され、コンベア３の横幅寸法に等しい供給口６ａを備えている。そして、混合器６の供給口６ａから土壌改良剤５を、帯状をなして通過する汚染土壌１に対して供給し、土壌改良剤５を汚染物質１に添加するようになっている。

土壌改良剤５としては、化学反応（水和反応）により有害物質を分離する土壌改良剤が用いられる。具体的には、土壌改良剤としては、貝化石（珪藻土，アルミナ），シラス，二酸化チタニア，炭化チタン，苦土石，ゼオライト，生石灰等の土壌改良剤が用いられる。

上述した土壌改良剤５は汚染土壌１に添加されると、汚染土壌１の保有する水分により水和反応（化学反応）を生じ、熱を発して有害物質、特に揮発性有機化合物を揮発させて汚染土壌１から分離する。この土壌改良剤５の粒径は図２に示すように、土壌１の粒子１ａ間の隙間に入り込んで土壌１の容量を嵩張らないようにするために、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定することが望ましいものである。

処理室２は、コンベア３による汚染土壌の搬入側及び再生物質９の搬出側にエアーカーテンなどの仕切部材１０，１１がそれぞれ取付けられており、処理室２内が大気中から隔離されている。すなわち、処理室２内に、前処理器４，添加器６及び分離器７を設置し、汚染物質の温度を昇温させる前処理工程と、前記昇温された汚染物質に土壌改良剤を添加する添加工程と、前記添加された土壌改良剤の反応を熱により強制的に促進させ、有害物質を汚染物質から分離する分離工程との一連の処理を大気中から隔離した雰囲気中にて行うようになっている。

前記分離器７はスプリンクラー７ａを備え、このスプリンクラー７ａから５０〜６０℃の温水を汚染物質１に散水して、添加された土壌改良剤５の反応を積極的に促進させるようにしている。実施形態の分離器７は温水を液状に散水して土壌改良剤５の反応を積極的に促進させるようにしたが、これに限られない。これに代えて、前処理器４と同様に蒸気を吹付けて土壌改良剤５の反応を積極的に促進させるようにしてもよいものである。さらには、図３に示すように加熱された雰囲気４ｃ中に汚染物質１を通過させて土壌改良剤の反応を積極的に促進させるようにしてもよいものである。この場合にも、蒸気，雰囲気４ｃなどの加熱媒体の温度は５０〜６０℃に設定することが望ましいが、これに限られるものではなく、要は加熱媒体の温度は、土壌改良剤５の化学反応を積極的に促進できる温度であればよいものである。

土壌改良剤５は汚染土壌１の保有する水分と水和反応（化学反応）して揮発性有機化合物を分離するものであるが、この種の土壌改良剤５は、汚染土壌１に添加して約１日位の養生期間をかけて水和反応が進行し、３４〜３６℃に達した際に揮発性有機化合物を揮発させて分離するものである。したがって、揮発性有機化合物を揮発させるに至る期間が長くなるものである。

そこで、本発明は５０〜６０℃の加熱媒体を土壌改良剤５に作用させることにより、土壌改良剤５の反応を積極的に促進させることにより、土壌改良剤が揮発性有機化合物を揮発させる状態を人為的にコントロールし、短期間内に揮発性有機化合物を揮発させて汚染土壌１から分離させることに特徴を有するものである。

以上の説明では、揮発性有機化合物の比重が水の比重よりも軽い場合、例えばトリクロロエチレン，ホルムアルデヒト，トルエン，ベンゼン，キシレンやテトラクロロエチレンなどの分離を前提として説明したが、揮発性有機化合物には、その比重が水の比重より重い物質、例えばトリクロロエチレン，テトラクロロエチレン（いずれの比重も１．５〜１．６付近の成分を含む）などが存在する。これらの比重が重い有機化合物は、分離器７から供給される加熱媒体としての温水に溶解し、或は微細な土壌粒子１ａに付着したままでコンベア３から排水される可能性がある。

そこで、処理室２内にて揮発する有害物質を捕捉するフィルタ１２を設置するとともに、比重の重い有機化合物（有害物質）を回収するためにフィルタ１４を設置している。フィルタ１４はコンベア３から排水された温水を回収する回収槽１３内に設置されている。このフィルタ１２，１４の浄化剤としては、細孔構造により有害物質を捕捉する浄化剤と化学構造により有害物質を捕捉する浄化剤とを用いている。具体的には、細孔構造の浄化剤としては、木炭，竹炭，貝化石（珪藻土，アルミナ），ゼオライトなどの浄化剤を用いる。化学構造の浄化剤としては、シラス，二酸化チタニア，炭化チタン，苦土石，ゼオライト，生石灰等の浄化剤を用いる。

次に、本発明の実施形態に係る有害物質処理装置を使用して汚染土壌に含まれる有害物質を処理する方法について説明する。なお、汚染物質１として汚染土壌を用いた場合について説明する。

先ず、汚染土壌１を掘削して通気性を改善する。この通気性が改善された汚染土壌１をコンベア３により処理室２内に搬入し、この搬入された汚染土壌１を処理室２内に横方向に移送する。

先ず、前処理器３から温水（加熱媒体）を汚染物質に散水して汚染土壌１の温度を昇温させる。汚染物質は、前記昇温処理により後述の土壌改良剤５が反応するために必要な温度まで加熱された状態になる。この加熱媒体の温度は５０〜６０℃に設定する。

前記昇温された汚染土壌１に混合器６から土壌改良剤５を撒布して、図２に示すように土壌改良剤５を汚染土壌１に添加する。ここで、土壌改良剤５を撒布した過程において、添加することに加えてミキサなどにより混合するようにしてもよい。汚染土壌を掘削すると、土壌の団粒構造が崩れて通気性が改善される。この通気性の改善とは、土壌粒子間に隙間が形成されることを意味する。したがって、通気性が改善された土壌粒子１ａに土壌改良剤５を添加した場合に、この土壌改良剤５の粒径が０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であれば、土壌粒子間の隙間にも入り込み、土壌と土壌改良剤とが程よく混合される。したがって、土壌に土壌改良剤５を添加したとしても、全体の容量が嵩張ることはなく、ほぼ元の土壌の容量の範囲内に抑えることが可能である。

次に、汚染土壌１に添加された土壌改良剤５に対して分離器７から温水（加熱媒体）を供給し、添加された土壌改良剤５の反応を温水の熱により加熱し、その反応を強制的に促進し、有害物質を汚染物質から分離する。ここに、前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進に用いる熱媒体の温度は５０〜６０℃の範囲に設定する。

土壌改良剤５は汚染土壌１の保有する水分と水和反応（化学反応）して揮発性有機化合物を分離するものであるが、この種の土壌改良剤５は、汚染土壌１に添加して約１日位の養生期間をかけて水和反応が進行し、３４〜３６℃に達した際に揮発性有機化合物を揮発させて分離するものである。したがって、揮発性有機化合物を揮発させるに至る期間が長くなるものである。

本発明においては、先ず汚染土壌１は５０〜６０℃の加熱媒体の熱を受けて昇温し、次に土壌改良剤５が添加され、この土壌改良剤５に５０〜６０℃の加熱媒体の熱が作用する。したがって、汚染土壌１および土壌改良剤５はともに加熱媒体の熱を受け、土壌改良剤５が水和反応を生じる環境が積極的に形成される。そのため、土壌改良剤の水和反応が促進され即時に開始される。

以上のように本発明では、土壌改良剤が揮発性有機化合物を揮発させる状態を人為的にコントロールし、土壌改良剤５の反応を促進して、短期間内に揮発性有機化合物を揮発させて汚染土壌１から分離させている。

揮発した有害物質、すなわち水の比重より軽い有害物質は処理室２内に充満する。この揮発有害物質を吸引してフィルタ１２に通して捕捉する。したがって、処理室２外に放出されるのは清浄な空気のみとなる。

一方、温水はともにコンベア３から排水された有害物質を温水とともに回収槽１３で回収する。この回収した温水中には、水より比重の重い有害物質が微細な土壌粒子と混在し、及び／又は温水中に溶解して含まれることがある。この回収した温水をフィルタ１４に通して捕捉する。

上記処理工程を経て再生された再生物質９は地中の穴８に土壌改良剤５と共に埋め戻す。

本発明では、前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進に、熱を必要とする。これらの熱は燃料を燃やして加熱した温水から得る（人工的な熱）ことが一般的であるが、これに限られるものではない。例えば廃棄処理場では廃棄物の焼却処分により廃熱が生じるが、この廃熱を汚染物質の昇温及び土壌改良剤の反応促進に用いる熱として利用してもよいものである。また地熱，温泉の熱など自然界に存在する熱もある。これらの熱をヒートパイプなどの熱伝達手段により引き込むことにより利用してもよいものである。また温泉の湯の場合には、その湯をパイプにより引いて来て前処理器４及び分離器７から供給する温水として利用してもよいものである。

なお、汚染物質１として汚染土壌を例にとって説明したが、汚染物質１としては汚染土壌以外のものでもよいものである。

以上説明したように本発明によれば、土壌改良剤が塗された汚染物質に温水の散水により、土壌改良剤が有するＣａＯと汚染物質に含まれる有害物質とが化学反応する雰囲気を積極的に形成するため、前記化学反応を早めることができ、有害物質の処理期間を大幅に短縮することができる。

本発明の実施形態に係る有害物質の処理装置を示す構成図である。 汚染土壌に土壌改良剤を添加した状態を示す拡大図である。 汚染土壌の昇温及び土壌改良剤の反応促進を図るための機構を示す構成図である。

符号の説明

１ 汚染土壌
２ 処理室
３ コンベア
４ 前処理器
５ 土壌改良剤
６ 混合器
７ 分離器
８ 穴
９ 再生物質

Claims (13)

1. 汚染物質の温度を昇温させる前処理工程と、
   前記昇温された汚染物質に土壌改良剤を添加する添加工程と、
   前記添加された土壌改良剤の反応を加熱により強制的に促進させ、有害物質を汚染物質から分離する分離工程と、
   を有することを特徴とする有害物質の処理方法。
2. 前記土壌改良剤の化学反応により有害物質を汚染物質から分離することを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
3. 前記土壌改良剤の粒径を０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定することを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
4. 加熱された媒体を液状及び／又は霧状に供給し、前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進を図ることを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
5. 加熱された雰囲気中に前記汚染物質及び前記土壌改良剤を通過させ、前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進を図ることを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
6. 前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進に、廃熱を利用することを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
7. 前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進に、人工的に発生させた熱を利用することを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
8. 前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進に、地熱などの自然界に存する熱を利用することを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
9. 前記汚染物質の昇温及び前記土壌改良剤の反応促進に用いる熱媒体の温度を５０〜６０℃の範囲に設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の有害物質の処理方法。
10. 前記一連の工程を大気から隔離した雰囲気中にて行うことを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
11. 有害物質が除去されて再生された再生物質を前記土壌改良剤と一体に埋め戻すことを特徴とする請求項１に記載の有害物質の処理方法。
12. 汚染物質の温度を昇温させる前処理器と、
    前記昇温された汚染物質に土壌改良剤を添加する添加器と、
    前記添加された土壌改良剤の反応を加熱により強制的に促進させ有害物質を汚染物質から分離する分離器と、
    を有することを特徴とする有害物質の処理装置。
13. 前記前処理器，前記添加器および前記分離器による処理雰囲気を大気から隔離したことを特徴とする請求項１２に記載の有害物質の処理装置。
    

Images