JP2006035218A

JP2006035218A - 土壌の処理装置

Info

Publication number: JP2006035218A
Application number: JP2005237609A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Todoroki; 朋浩轟木; Takeshi Gotanda; 武志五反田; Tomoko Yoshikawa; 智子吉川; Hajime Nako; 肇名古
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: JP4160065B2

Abstract

【課題】本発明は、汚染土壌からＰＣＢ類、ダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物を効率よく抽出することができると共に、水蒸気を用いることにより有機ハロゲン化合物をハロゲン化水素と二酸化炭素に安定的に分解し無害化する装置を提供する。
【解決手段】本発明の処理装置は、土壌を収容する第一の加熱室と、第一の加熱室を間接加熱する加熱手段と、第１の加熱室から生成する気体成分を収容する第二の加熱室と、第二の加熱室を間接加熱する加熱手段を備えており、有機ハロゲン化合物で汚染された土壌を間接的に加熱することにより有機ハロゲン化合物を揮発させ、間接的に加熱された系内で水蒸気と反応させることによりハロゲン化水素と二酸化炭素に分解する。同時に、水蒸気量を生成するガス中の一酸化炭素濃度により制御しながら間接的に加熱することにより土壌中に含まれる有機ハロゲン化合物を確実に分解処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ハロゲン化合物により汚染された土壌の処理方法に係り、特に含有物の少なくとも一部としてＰＣＢ類（ポリクロロビフェニル類）もしくはダイオキシン類などのような有機ハロゲン化合物を含有する土壌の処理に用いる処理装置に関する。

従来、ＰＣＢ類もしくはダイオキシン類は、難分解性の物質であり、人体に悪影響を及ぼす有害な物質であることから、これまで生産しもしくは副生成物として生成したこれらの有機ハロゲン化合物の処理が急がれている。これらの物質が純粋な形態で保管されている場合には比較的簡単に処理を行うことができるが、これらの物質が低濃度で土壌中に含まれている場合には、このような汚染された土壌を処理することは、極めて困難であった。これまで、ＰＣＢ類もしくはダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物を含有する汚染土壌の処理法としては、最終埋立地に搬送し埋設するか、コンクリートなどで囲い込みをする手段が一般的であった。これらの手段はＰＣＢ類やダイオキシン類を一般環境から隔離するための緊急手段としては効果があるが、ＰＣＢ類やダイオキシン類は難分解性物質であるため、長期にわたり分解されずに安定的に存在することになる。そのためこれらの物質が最終埋立地やコンクリートから溶出し、一般環境中へ浸出する危険性がある。

有機ハロゲン化合物の処理する他の方法として、加熱によりＰＣＢ類、ダイオキシン類を土壌から分離抽出し処理する方法が知られている。そして、抽出されたＰＣＢ類、ダイオキシン類の分解方法として、ガス状のＰＣＢ類、ダイオキシン類を触媒で分解する方法（特許文献１参照）、ガス状のＰＣＢ類、ダイオキシン類を１０００℃前後のアフターバーナーで２次燃焼する分解方法（特許文献２参照）、ガス状のＰＣＢ類、ダイオキシン類を凝縮回収し、化学的分解法で分解する方法（特許文献３参照）が提案されている。

ところで、一般に土壌には上記有機ハロゲン化合物以外の有機化合物が数重量％含まれているため、ＰＣＢ類、ダイオキシン類を抽出する加熱工程で、土壌中に含まれている有機化合物が熱分解し、炭化水素ガスが生成することになる。上記触媒による分解方法においては、上述した炭化水素ガスが触媒を劣化させ、また加熱工程から発生する粉塵、ダスト類が触媒活性面を被覆し触媒の活性を損なうことになる。さらには、ＰＣＢ類、ダイオキシン類の分解で生成するハロゲン化水素により触媒を被毒し、同様に触媒の活性を損なうなどの問題があった。また、２次燃焼による分解方法においては、燃焼によって新たにダイオキシン類が生成してしまう問題や、ＰＣＢ類、ダイオキシン類汚染土壌処理施設から燃焼による多量の排ガスが放出され、その処理に多大な処理施設を必要とする問題があった。また、凝縮回収したＰＣＢ類、ダイオキシン類を化学的分解法で分解する方法は安全で確実であるが、前記土壌から抽出したガスには、有機化合物の熱分解生成物が回収物に多量に存在するため、ＰＣＢ類、ダイオキシン類の分解を阻害してしまう問題があった。

特開平０７−３２８５９５号公報特開平１１−１４８６３１号公報特開２００１−９４０９号公報

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、汚染土壌を間接加熱法により分離揮発したＰＣＢ類、ダイオキシン類を多量の排ガスを放出することなく、また新たにダイオキシン類を生成することなくＰＣＢ類やダイオキシン類を安全かつ確実に分解することができる汚染土壌の処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、被処理物である土壌を収容する第１の加熱室と、この第１の加熱室の周囲に配置され、第１の加熱室を間接加熱する加熱手段と、第１の加熱室から発生する気体成分を導入し収容する第２の加熱室と、この第２の加熱室の周囲に配置され第２の加熱室を間接加熱する第２の加熱手段とを少なくとも備えたことを特徴とする土壌の処理装置である。

本発明において、汚染土壌の間接加熱とは、汚染土壌を収容している装置の外部の熱源から伝熱によって加熱するもので、被処理土壌に燃料及び空気などを送り込み燃焼する直接加熱方式と比較して、発生する排ガス量も少なくなるという利点がある。すなわち、直接的に汚染土壌を加熱して処理する方法として、ガスを送り込み汚染土壌に含まれている有機ハロゲン化合物を燃焼する方法があるが、これは、排ガス量が多くなることにより、後段では、発生した排ガスを処理する装置が大きくなることや、その排ガス処理装置のメンテナンスにも手間がかかるという難点がある。直接加熱で土壌を加熱し、さらに二次燃焼で有機ハロゲン化合物を処理する場合の排ガス量は、有機物を含まない土壌で１トンあたり約１００Ｎｍ^３である。一方、間接加熱で土壌を加熱し、さらに間接加熱で有機ハロゲン化合物を処理する場合の排ガス量は土壌１トンあたり数Ｎｍ^３と、直接加熱と比べて１／１０以下と少ない。そのため本発明のように間接的に加熱を行うことにより土壌中に含まれている有機ハロゲン化合物を処理する方法は、排ガス量が少なく後段での排ガス処理も簡便となり優れている。

本発明で処理する有機ハロゲン化合物としては、難分解性化合物であるＰＣＢ類、ダイオキシン類、及び揮発性化合物であるトリクロロエチレンなど種々の化合物が挙げられる。

前記本発明において、前記土壌から前記有機ハロゲン化合物を揮発させる第一の工程の温度は、２００〜６００℃とすることが好ましい。２００℃以下で汚染土壌の処理を行うと、汚染土壌に含まれているＰＣＢ類やダイオキシン類が完全に揮発せずに土壌中に残留してしまう恐れがある。また、６００℃以上に加熱すると土壌の質が変化してしまうためこの土壌を再生することが困難になる場合がある。そのため汚染土壌からＰＣＢ類やダイオキシン類を揮発させる加熱温度は、２００〜６００℃で処理を行うことが好ましい。さらに、第一の工程の温度は高いほど短時間で処理することができるが、一時間以内の加熱時間で有機ハロゲン化合物を９９％揮発させるには、３５０〜５００℃の温度範囲が望ましい。

また、前記揮発した有機ハロゲン化合物を水蒸気によりハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解する第二の工程の温度は、６００〜１３００℃とすることが望ましい。また、この工程においても、加熱は、間接的な加熱とすることが好ましい。この第二の工程の温度が６００℃以下の場合には、第一の工程で汚染土壌から揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類が水蒸気と完全に反応せず、有機ハロゲン化合物の分解効率が非常に悪い。また、反応温度が１３００℃以上である場合には、炉体の寿命低下、間接加熱によるエネルギー投入量の増大、後処理工程（ガス冷却）の負荷増大などの問題が生ずる。また第一の工程で汚染土壌から揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類に含まれている炭素が炭化してしまい、反応部本体内部に炭素質生成物が蓄積し反応室本体の機能を損なう可能性がある。

第二の工程の設定温度は高いほど前記有機ハロゲン化合物の分解率が向上する。温度と分解率の関係は、第二の工程におけるガスの滞留時間に依存するが、滞留時間が５秒の場合、加熱温度６００℃では分解率１２％、温度７００℃では分解率１５％、温度８００℃では分解率３１％、温度９００℃では分解率８３％、１０００℃では分解率９９．９９％、１１００℃では分解率９９．９９９％であった。従って、第二の工程におけるガスの滞留時間を５秒程度とし、前記有機ハロゲン化合物の分解率を９９％以上とするには、１０００〜１２００℃の温度範囲が望ましい。

さらに、前記揮発した有機ハロゲン化合物を水蒸気と反応させて少なくともハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解する第二の工程において、第一の工程によって生成されたガスに添加する水蒸気量を、第二の工程において生成する気体成分中の一酸化炭素の濃度により制御することが好ましい。これによって簡便な方法で精度良く有機ハロゲン化合物の分解反応を制御することができる。さらには、一酸化炭素の排出量を低減することができる。

本発明によれば、汚染土壌からＰＣＢ類、ダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物を効率よく抽出することができると共に、水蒸気を用いることにより有機ハロゲン化合物をハロゲン化水素と二酸化炭素に安定的に分解し無害化することができる。

以下に本発明の実施の形態を図１を用いて説明する。

図１が、本発明にかかる処理装置の１例であり、図１において、本発明の処理装置は、第一の工程を実施する土壌加熱部１と、第二の工程を実施する予備加熱部２及び加熱分解部３に大別できる。

第一の工程の土壌加熱部１は、有機ハロゲン化合物を含有している土壌を加熱処理して、有機ハロゲン化合物を揮発させるための装置であり、第一の加熱室である土壌加熱部本体１１と、該土壌加熱部本体１１に土壌を供給する土壌投入部１２と、該土壌加熱部本体１１の外部に設けられた間接加熱装置１３と、該土壌加熱部本体１１の温度を測定する温度測定装置１４と、該温度測定装置１４から出力される温度情報に基づいて土壌加熱部本体１１を加熱するための間接加熱装置１３を制御する温度制御装置１５と、該土壌加熱部本体１１において処理した土壌を排出する土壌排出部１６と、該土壌加熱部本体１１において加熱された結果生成するガスを排出する生成ガス排出口１７とを少なくとも備えている。

前記土壌加熱部本体１１は、回転式スクリューフィーダーや回転式キルンなどの装置を用いることができる。これらの装置を用いることにより間接的に加熱を行い、ＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物を効果的に揮発させることができる。また、前記間接加熱装置１３としては、電気抵抗加熱装置、燃焼加熱装置など、周知の加熱装置を用いることができるが、制御が容易なことから電気抵抗加熱装置が適している。さらに、前記温度測定装置１４としては、熱電対など、これも周知の装置を用いることができる。

第二の工程のための装置である予備加熱部２は、前記第一の工程によって生成した有機ハロゲン化合物を含有するガスを第二の工程である分解反応させるための温度に予備的に加熱するための装置であり、予備加熱部本体２１、生成ガス導入口２２を有しており、前記第一の工程において生成した有機ハロゲン化合物を含有するガス、及び第二の工程において添加する水蒸気を導入できるようになっている。また、この予備加熱部においても間接加熱することが好ましく、この予備加熱部本体２１の周囲には間接加熱装置２３、温度測定装置２４、及び温度制御装置２５が配置されている。
この予備加熱部２は、以下において説明する反応部本体３１で、被処理ガスを急速昇温によって所要の温度に昇温することが可能であれば、省略することも可能である。

上記予備加熱部２で加熱された生成ガスは、加熱分解部３に供給される。この加熱分解部は前記第一の工程において生成した有機ハロゲン化合物を含有するガスを所定の温度に加熱することによって水蒸気と反応させ、有機ハロゲン化合物を少なくともハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解するための装置であり、この加熱分解部３は、第二の加熱室である反応部本体３１を備えており、この反応部本体３１の周囲には間接加熱装置３３が配置されている。この間接加熱装置３３は、温度測定装置３４で測定した反応部本体３１内部の温度が所定の温度に達しない場合に温度制御装置３５の制御によって反応部本体３１を加熱するようになっている。この間接加熱装置３３は、前述の第一の工程の間接加熱装置１３と同様に、電気抵抗加熱装置や燃焼加熱装置を用いることができる。この反応部本体３１において生成した排ガスは、排ガス排出口３６を経由して、排ガス処理装置３７に導入され、反応部本体３１で生成したハロゲン化水素をアルカリ性物質で処理した後、排ガス排出口３８を経由して大気中に放散することができる。

また、前記反応部本体３１には、この反応部本体３１での反応の結果生成した物質を分析し、有機ハロゲン化合物の分解反応が予測通り進行しているか否か判断するためのガス検出装置４１及びガス分析装置４２を備えていることが望ましい。この装置によって検知する物質としては、一酸化炭素と二酸化炭素を対象とすることが好ましく、従って、前記ガス検出装置４１としては、周知の一酸化炭素センサーや二酸化炭素センサーを用いることができる。また、前記ガス分析装置４２は、このガス検出装置４１からの出力信号を分析し発生ガス量を判断するための装置であり、ディジタル計算機、あるいは、専用の制御回路によって実現することができる。

また、前記ガス分析装置４２の出力は、水蒸気量制御装置４３に接続され、その出力信号により水蒸気生成装置４４を駆動して、生成する水蒸気を水蒸気供給配管４５を経由して前記予備加熱部２に供給することができるようになっている。

前記反応部本体３１を構成する部材の素材としては、ＰＣＢ類やダイオキシン類が水蒸気と６００〜１３００℃という高温で反応し、ハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解され、反応部本体３１内部はハロゲン化水素の酸性雰囲気となることから、酸性雰囲気にも充分耐えうるように、ニッケル、コバルト、クロム、タングステンを含有した鉄ベースの耐熱合金素材を用いることが好ましい。またＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６のような汎用品で値段の安い素材を用いて、反応部本体を消耗品として定期的に交換しても良い。

前記土壌加熱部本体１１、予備加熱部本体２１、及び反応部本体３１において、ダストなどの加熱分解生成物が、それぞれの装置の壁面に付着して、処理能力が低下した場合に分解反応生成物を掻き落とすための機構を配置しても良い。

以下、前記処理装置を用いた本発明の処理方法を説明する。
ＰＣＢ類やダイオキシン類で汚染された土壌を、処理装置の土壌投入部１２に投入し、土壌加熱部本体１１に送り込む。土壌投入部１２には、加熱により揮発するＰＣＢ類、ダイオキシン類が系外に放出することを防止するために、図示しない二重ダンパーなどのような気体拡散防止手段を設けることが好ましい。さらに、より効果的にＰＣＢ類、ダイオキシン類の放出を防ぐには二重ダンパー間をマイナス５ｍｍＡＱ程度に減圧することが好ましい。ポンプを用いて減圧排気した空気には、有機ハロゲン化合物が含有されると考えられることから、この空気を第二の工程に送り、含有される有機ハロゲン化合物の分解処理を行うことが好ましい。

土壌投入部１２から投入された土壌は、土壌加熱部本体１１である回転式スクリューフィーダー、もしくは回転式キルンなど、土壌を間接加熱することのできる装置に搬送する。この回転式スクリューフィーダーは、例えば、シリンダーとその内部に配置される二軸のスクリュー、及びこれを回転駆動するためのモータから構成される。そして、その外部には、外部加熱用の電気ヒーターもしくは外部からの燃焼バーナーが配置される。また、回転式キルンは、キルンを構成する容器全体が回転できるようになっており、その容器内部に螺旋状に形成された板状突起部によって土壌が均一に攪拌されながら土壌投入部１２から土壌排出部１６に搬送されるようになっている。

この回転式スクリューフィーダーや回転式キルンなどの装置中で、汚染土壌は、２００〜６００℃に加熱されるように温度制御装置１４によって温度管理される。
汚染土壌からＰＣＢ類やダイオキシン類を間接的に加熱し揮発する第一の工程において、前記回転式スクリューフィーダーや回転式キルン中の汚染土壌の滞留時間は、汚染土壌に含まれているＰＣＢ類やダイオキシン類の含有量や含水率により、また回転式キルンを用いるか、回転式スクリューフィーダーを用いるかにより異なるが、一般的には３０〜６０分くらいの間で処理が行われるのが好ましい。
また、加熱部本体１１として回転式キルンを用いた場合、このキルン内の汚染土壌の充填率としては、３０体積％前後程度が望ましい。充填率が低い場合には、土壌の昇温を短時間で行うことが可能であるが、処理の容積効率が低下して好ましくない。一方、充填率が高い場合には、汚染土壌全体を均一に加熱することが困難になり、加熱時間がかかることや、また土壌が昇温してもＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物汚染土壌から揮発することなく、これらの有機ハロゲン化合物が土壌中に残留してしまう恐れがあり好ましくない。

また、汚染土壌からＰＣＢ類やダイオキシン類を間接的に加熱し揮発する第一の工程においては、バッチ式でも連続式でも処理することが可能であるが、連続式であるほうが、所定の時間連続的に大量に汚染土壌を処理することが可能であり効率的であるため好ましい。

土壌加熱部本体１１で処理され、ＰＣＢ類やダイオキシン類など有機ハロゲン化合物が揮発した後の土壌は、土壌排出部１６より排出されるが、土壌中のＰＣＢ類やダイオキシン類の残留濃度の確認を行い、ＰＣＢ類やダイオキシン類が土壌から充分に除去されていない場合には、再び土壌投入部１２からこの汚染土壌を投入し、再度間接加熱処理することが好ましい。または、第一の工程の加熱温度を高く設定したり、あるいは土壌加熱部本体１１における土壌の滞留時間を長くすることでＰＣＢ類やダイオキシン類の除去効率を上げることができる。

土壌加熱部本体１１で揮発したＰＣＢ類、ダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物と土壌中に含まれている有機化合物、及び水分は、生成ガス排出口１７、配管１８を経由して第二の工程の予備加熱部２に導入される。前記生成ガス排出口１７は、前記土壌加熱部本体１１が、回転式キルンの加熱装置の場合は、キルン両側固定部面の複数箇所に形成することができる。また、前記土壌加熱部本体１１が回転式スクリューフィーダーの加熱装置の場合は、シリンダーの軸方向の複数箇所から、例えば土壌投入口部１２付近、土壌投入部１２と土壌排出部１６の中間付近、土壌排出部１６付近など、望ましくは３箇所以上に生成ガス排出口１７を形成して第二の工程に供給することにより、効果的にＰＣＢ類、ダイオキシン類を抽出することができる。生成ガス排出口１７に接続された配管１８も、揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類の再凝縮を防ぐため、３００〜６００℃で間接的に加熱しておくことが好ましい。

第一の工程で揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類が配管１８を通過し、予備加熱部２へ送り込まれる。第二の工程においては、有機ハロゲン化合物の分解反応は、有機ハロゲン化合物と水蒸気との反応によって行われるが、この時使用される水蒸気としては、第一の工程において土壌中に含まれ加熱により蒸発した水が用いられる。しかしながら、処理する土壌中に充分量の水分が含まれておらず、有機ハロゲン化合物の分解が不十分となる場合には、水蒸気生成装置４４によって生成される水蒸気を添加して用いることもできる。すなわち、添加される水蒸気は、土壌加熱部本体１１より揮発した水分の量の不足分を補うため水蒸気生成装置４４から水蒸気供給配管４５を通過して予備加熱部２へ送り込まれる。この予備加熱部２は、水蒸気生成装置４４から供給される水蒸気と前記第一の工程で蒸発生成したＰＣＢ類やダイオキシン類を第二工程に供給するためにあらかじめ加熱しておくための装置であり、６００〜１１００℃に加熱しておくことが好ましい。そのためこの予備加熱部本体２１の周囲に間接加熱装置２３が配置され、熱電対のような温度測定装置２４、及び温度制御装置２５により温度制御されている。

前記予備加熱部２であらかじめ加熱された水蒸気と、第一の工程で汚染土壌から揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物を含有するガスは、第二の工程の反応部本体３１に送られ、所要の時間及び温度において加熱処理され、ＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物は、水蒸気と化学量論的に反応し、少なくともハロゲン化炭化水素と二酸化炭素を含む物質に分解される。前記第一の工程において投入される土壌の成分によっては、他の非金属元素すなわち、硫黄、窒素などの元素の酸化物などが含有されることになる。また、金属元素の酸化物で、前記加熱温度で気体となる酸化物も含有されることになる。

前記ガス検出装置４１及びガス分析装置４２によって、一酸化炭素が一定量以上検出された場合は、前記反応部本体３１に添加する水蒸気量が不十分であるか、熱処理温度が低下しているか、あるいは熱処理時間が短いことが考えられる。熱処理温度については、温度測定装置３４、温度制御装置３５及び間接加熱装置３３によって制御される。熱処理時間については、反応部本体３１に接続している排ガス排出口３８を流通する流量を図示しないバルブ等を用いて滞留時間を制御するか、あるいは、排出ガスを前記予備加熱部２に環流させ再度熱処理を行うことによって制御することができる。また、水蒸気量の制御は、水蒸気量制御装置４３により、水蒸気生成装置４４を駆動して、生成する水蒸気を水蒸気供給配管４５を経由して、前記予備加熱部２に供給することによって制御することができる。

第二の工程に添加する水蒸気量は、汚染土壌中の含水率、また汚染土壌に含まれるＰＣＢ類、ダイオキシン類、有機化合物の含有率により調整される。第二の工程でのＰＣＢ類、ダイオキシン類、有機化合物と水蒸気との反応は、化学量論的に第一の工程で発生するＰＣＢ類、ダイオキシン類、有機化合物などが揮発したガス中の炭素量に依存し、この炭素のモル量に対して２倍以上の水蒸気を添加する必要がある。望ましくは５倍以上であるが、第一の工程で汚染土壌より揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類、有機化合物の濃度は土壌の汚染具合及び土壌の種類により大きく異なっている。そのため、第二の工程には反応部内部の水蒸気濃度やハロゲン化水素濃度、酸素濃度、一酸化炭素、二酸化炭素濃度を測定するためのガス濃度センサーのようなガス検出装置４１、ガス組成を分析決定するガス分析装置４２を備えることにより、第一の工程で揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物が水蒸気によりハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解されているか確認を行う。第二の工程において水蒸気や空気に含まれる酸素のモル量が、揮発したガス中の炭素のモル量に対して２倍以上で、なおかつ水素のモル量に対して１／２倍以上存在しない場合は、水素や一酸化炭素が生成する。この水素や一酸化炭素は、第一の工程の土壌加熱部本体１１の燃料として使うことができる。また水素や一酸化炭素が生成している条件でも有機ハロゲン化合物を分解することはできるが、一酸化炭素が過剰に生成することは、明らかに炭素のモル数に対して水蒸気のモル数が不足することを意味する。また一酸化炭素が過剰に生成している場合は、ＰＣＢ類やダイオキシン類の分解率が低下している場合が多い。一酸化炭素の生成量が一定量を超えた場合には、添加する水蒸気量が不足しているものとみなし、水蒸気量制御装置４３により水蒸気量を増加させる。水蒸気量を増加させる場合の一酸化炭素濃度としては、二酸化炭素濃度以上に一酸化炭素濃度がなった場合に、水蒸気量を増加させることが好ましい。

第二の工程で第一の工程で汚染土壌から揮発したＰＣＢ類、ダイオキシン類を水蒸気により二酸化炭素とハロゲン化水素を含む物質に確実に分解するには、最低でも２〜３秒の滞留時間が必要である。望ましくは５秒程度である。しかし、第二工程の滞留時間はこれ以上であっても特に問題はない。ただし、滞留時間が短い場合には第一工程で揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類が反応部で完全にハロゲン化炭化水素と二酸化炭素を含む物質に分解されない可能性があるため望ましくは５秒程度である。

第二工程でＰＣＢ類やダイオキシン類は水蒸気と反応し、ハロゲン化水素や二酸化炭素を含む物質に分解され、処理ガス排出口３６を経由し、第二の工程で発生したハロゲン水素を中和処理するための装置である排ガス処理装置３７へ送られる。第二の工程からの排出ガスに水素や一酸化炭素が含まれる場合は、第一の工程の土壌加熱部本体１１の燃料として使うことができる。水素や一酸化炭素が含まれない場合は排ガス排出口３８を経由し大気に放出される。この排ガス処理装置３７としては、アルカリ水シャワーのスクラバー装置、水酸化カルシウムなどのアルカリをスラリー状で噴霧する乾式排ガス処理装置などを用いてもよい。

以下本発明を実施例及び比較例によってさらに説明する。
（実施例１）
ＰＣＢ濃度が８０００ｍｇ／ｋｇで含水率が２０％である土壌を対象とし、土壌加熱部本体１１として回転式キルンを採用した処理容量が４００ｋｇ／ｈｒである図１に示す処理装置を用いて処理を行った例を示す。
図１の土壌加熱部１において土壌温度として５００℃となるよう温度制御装置１５により土壌加熱部本体１１の温度をコントロールし、土壌加熱部本体１１における土壌の滞留時間が４０分程度となるよう土壌を熱処理した。第一の工程の加熱温度を５００℃とした場合、第一の工程から発生するガス量は１２０Ｎｍ^３／ｈｒ程度で水蒸気が主な組成あった。
浄化済みの土壌は、土壌搬出部１６を介して系外に排出した。処理した土壌について、含有するＰＣＢの濃度を測定した結果、ＰＣＢ濃度は０．０５ｍｇ／ｋｇとなり、９９．９９％以上のＰＣＢを土壌から抽出することができた。

前記工程で生成したガスを、図１の予備加熱部２で加熱した。
前記第一の工程から発生するガス温度を５００℃、第二の工程の反応部本体３１の温度を１１００℃とし、予備加熱部本体２１において第一の工程から発生するガスを６００℃分昇温した。昇温に要する投入熱量は本来約５５ｋｗｈであるが、余力を持たせるため２倍の外部加熱ヒーターを使用した。予備加熱部本体２１は、内径６０ｍｍ、長さ２．５ｍの配管を６本使用し、外形１２ｍｍ、長さ４５０ｍｍの炭化ケイ素（ＳｉＣ）質の発熱体を間接加熱装置２３として約１２０本、配管周辺に鉛直方向に配置した。予備加熱部本体２１のガス線速度は８ｍ／ｓｅｃであるが、投入熱量を約１１０ｋｗｈとすることにより、予備加熱部本体２１の後段部分では１１００℃まで達した。

次いで、予備加熱したガスを反応部本体３１に導入し１１００℃に加熱した。この温度において、水蒸気との反応でＰＣＢ類を二酸化炭素とハロゲン化水素を含む物質に確実に分解するには、２〜３秒の滞留時間が必要であったが、本実施例では、滞留時間を５秒と設定した。そこで反応部本体３１は、内径１０００ｍｍ、長さ１．８ｍの筒状配管を１本使用し、予備加熱部２と同様に炭化ケイ素（ＳｉＣ）質の発熱体を間接加熱装置３３として反応部本体３１の周辺に配置した。この予備加熱部本体２１と反応部本体３１の周辺には図示しない断熱材を配置し放熱を防止した。その結果、反応部本体３１においては、加熱量としては、反応部本体３１からの熱散逸分だけを電気ヒーターで投入すれば良いこととなり、投入電力量を低減化することができた。

また、第二の工程において、添加する水蒸気量は、汚染土壌中の含水率、ＰＣＢ類・ダイオキシン類含有率、有機化合物含有率により調整した。添加する水蒸気量は、化学量論的には、第一の工程で発生するガス中の炭素量に依存し、炭素のモル比に対して２倍以上の水蒸気を添加する必要がある。反応部本体３１の内部ガスをモニタリングするガス組成を分析するガス分析装置４２において、検知する一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度に応じて、水蒸気生成装置４４の水蒸気量を制御することが望ましい。すなわち一酸化炭素が二酸化炭素濃度以上に生成することは、炭素のモル数に対して水蒸気のモル数が不足することを意味する。したがって本実施例では、ガス分析装置４２の一酸化炭素濃度と二酸化炭素濃度を信号として外部出力し、水蒸気生成装置４４の制御に用いた。

上記第二の工程で生成した塩化水素ガスを主成分とするハロゲン化水素ガスは、処理ガス排出口３６を経由して、排ガス処理装置３７で除去したのち大気へ放出した。排ガス処理装置３７としては、アルカリ水シャワーのスクラバー装置を用いた。

上記条件によって、汚染土壌を２４時間で、約１０トン処理した結果、本実施例におけるＰＣＢ類の分解率は、ＰＣＢの分解率が９９．９９％以上、ダイオキシン類の分解率も９９．９９％以上であった。
また、本実施例では、大気へ放出する排ガス中のＰＣＢ濃度は０．０１３ｍｇ／Ｎｍ^３、ダイオキシン濃度は０．０３ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ^３、塩化水素濃度は０．２ｍｇ／Ｎｍ^３で何れも大気汚染防止法の排ガス基準を満たしていた。

（実施例２）
実施例１と同様の装置を用い、表１記載する処理条件に従って、汚染物質を含んだ各種土質の土壌に対して浄化処理（実験番号１〜２０）を行い、第一の工程から排出される加熱後の土壌の汚染物質濃度、第二の工程の入口ガス中の汚染物質濃度、および第二の工程の出口ガス中の汚染物質濃度の測定によって評価を行った。その結果を表１示す。処理手順および結果の評価については、以下の通りである。
試験装置は、実施例１と同様に土壌加熱部本体１１として処理容量４００ｋｇ／ｈの回転式キルンを用いた。第二の工程の予備加熱部本体２１と反応部本体３１も実施例１と同様の装置を用いた。
試験条件は、土壌の処理量は１時間あたり４００ｋｇ（湿重量）とし、汚染土壌の土質、汚染物質濃度、含水率、有機物量、第一の工程の加熱温度、第二の工程の反応部本体３１の加熱温度、第二の工程への水蒸気添加量をパラメータとした。各種パラメータの設定値を表１に示す。

実験番号１は、第一の工程の加熱温度を１５０℃、第二の工程の反応部本体３１の加熱温度を１５０℃とした。第一の工程におけるＰＣＢｓの抽出率は２．５％と低く、また第二の工程におけるＰＣＢｓの分解率も２．５％と低かった。同様に実験番号１４は、第一の工程の加熱温度を１８０℃、第二の工程の反応部本体３１の加熱温度を４００℃とした。第一の工程におけるＰＣＢｓの抽出率は３．８％と低く、また第二の工程におけるＰＣＢｓの分解率も７．５％と低かった。実験番号１、１４以外の試験条件はいずれも、第一の工程の加熱温度を４００〜５５０℃、第二の工程の反応部本体３１の加熱温度を９００〜１２００℃とした。この温度条件であれば、汚染土壌中にＰＣＢ濃度が実験番号１６に示すように４５０００ｍｇ／ｋｇと高濃度であっても、第一の工程のＰＣＢｓの抽出率は９９％以上で、第二の工程におけるＰＣＢｓの分解率も９９％以上を得ることができた。ＤＸＮｓに関しても、実験番号５，６，７に示すとおり、第一の工程のＤＸＮｓの抽出率は９９％以上、第二の工程におけるＤＸＮｓの分解率も９９％以上を得ることができた。また実験番号２、６に示すように含水率が０％の土壌では、第二の工程に水蒸気を添加することにより、分解率を９９％以上にすることができた。さらに土質や有機物量が異なっても、第一の工程の加熱温度を４００〜５５０℃、第二の工程の反応部本体３１の加熱温度を９００〜１２００℃とすることにより、いずれの試験条件においても、第一の工程のＰＣＢｓ・ＤＸＮｓの抽出率を９９％以上、第二の工程のＰＣＢｓ・ＤＸＮｓの分解率を９９％以上とすることができた。
尚、表１において、土質は土の工学的分類方法（ＪＧＳＭ１１１）に準じた。土壌の汚染物質の単位は、ＰＣＢについてはｍｇ／ｋｇ単位、ダイオキシンについてはｎｇ−ＴＥＱ／ｇである。また第二の工程の入口および出口ガス中の濃度の単位は、ＰＣＢについてはｍｇ／ｍ３、ダイオキシンについてはｎｇ−ＴＥＱ／ｍ３である。有機物量は熱しゃく減量として湿重量あたりの含有量に換算している。

（比較例１）
実施例１の処理装置の土壌加熱部本体１１に設けられた生成ガス排出口１７に、白金を１０質量％担持した平均粒径３ｍｍのアルミナペレット１００ｇを収容する触媒層を接続した。この装置を用いて、実施例１と同じ汚染土壌を４００ｋｇ／ｈｒで処理した。その結果、触媒層から排出された気体中にＰＣＢは７８００ｍｇ／Ｎｍ^３残留していた。これは、ＰＣＢ分解率７０％に相当するものであり、前記実施例１と比較して、格段に劣るものであった。さらにＰＣＢ分解率は経時的に著しく低下して３０時間後には分解率３％まで下がった。分解率低減の原因を調査したところ、汚染土壌に含まれる腐敗土などの有機物の熱分解生成物が触媒表面を被覆し、触媒の活性をなくしていることが判明した。

本発明の処理方法を実施するための装置の概略構成図。

符号の説明

１…土壌加熱部
２…予備加熱部
３…加熱分解部
１１…土壌加熱部本体
１２…土壌投入部
１３，２３，３３…間接加熱装置
１４，２４，３４…温度測定装置
１５，２５，３５…温度制御装置
１６…土壌排出部
１７…生成ガス排出口
１８…配管
２１…予備加熱部本体
２２…生成ガス導入口
３１…反応部本体
３２…生成ガス導入口
３６…処理ガス排出口
３７…排ガス処理装置
３８…排ガス排出口
４１…ガス検出装置
４２…ガス分析装置
４３…水蒸気量制御装置
４４…水蒸気生成装置
４５…水蒸気供給配管

Claims

被処理物である土壌を収容する第１の加熱室と、この第１の加熱室の周囲に配置され、第１の加熱室を間接加熱する加熱手段と、第１の加熱室から発生する気体成分を導入し収容する第２の加熱室と、この第２の加熱室の周囲に配置され第２の加熱室を間接加熱する第２の加熱手段とを少なくとも備えたことを特徴とする土壌の処理装置。
前記第１の加熱室から発生する気体成分を予備加熱するための予備加熱室が、前記第１の加熱室と前記第２の加熱室との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の土壌の処理装置。
前記第２の加熱室に水蒸気を供給する水蒸気供給手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１に記載の土壌の処理装置。