JP2006043650A - 汚染土壌の浄化処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染土壌を簡素な構成で確実に浄化のできる浄化処理装置の提供。
【解決手段】貯水槽２からポンプ３を介し高圧にされた浄化水を噴射ノズル５に導く。この噴射ノズル５は扁平状の噴流発生箱６に設けられ、供給された浄化水は噴流となり噴流発生室６ａに噴射される。この噴流発生箱６に直接汚染土壌を供給する構成にする。供給された浄化水はキャビテーションを起こし、汚染土壌を攪拌し油分等を汚染土壌から剥離して浄化する。攪拌された混合液は排出口１２から排出され、次の工程の分離装置を経て非汚染土壌と油分等に分離される。
【選択図】図１

Description

本発明は、油等を含む汚染土壌から油分等を分離する浄化処理装置に関する。

油等を含む汚染土壌は、環境を悪化させるので、そのままでは再利用することができない。このため従来、汚染土壌からの油分等の分離技術やその浄化技術が種々提案され実施されている。例えば土壌が油で汚染される原因は、油の自然流出、石油精製工場等からの漏出、都市排水、産業廃水等であり、又、最近は汚染された土壌としてガソリンスタンドの跡地の油汚染土壌も注目されている。
油等は土壌に浸りこむと、土粒子の隙間に浸透しあるいは付着していく。この土壌中に浸入した油等は、土の粒子に吸着したり、地下水に溶解したり、土の隙間に揮発したガスとしてまた液体として溜まったりしている。このように種々の形態で油等は土壌に含まれ汚染土を形成している。このような油汚染土は、土壌を埋め立て等に再利用する場合には、油分を取り除かねばならない。このため従来から、油分等を含め他の汚染物質も取り除くために、汚染土壌を種々の方法で浄化している。

従来から公知の方法は、土壌ガス吸引法、土壌洗浄法、熱処理法、固化／安定化／化学処理法、生物処理法等である。これらの処理技術の中で、例えば、掘削して地表に取り出された油を含む汚染土壌から油分を分離し浄化する技術としては、石油分解菌の生育及び活性を促す栄養剤を土壌に混合させ、これに空気を入れ石油分解菌の働きにより油汚染土壌中の油分を分解除去する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
また、洗浄槽で油汚染された土壌を洗浄し、隣接する油分離槽に洗浄槽で浮いた油層を回収越流させ、分離する方法（例えば、特許文献２）、油で汚染された土壌に水を加えて混合、攪拌させスラリー化させ、分離する方法（例えば、特許文献３、４、５）等も知られている。さらに、バイオレメディエーション（生物浄化法）による油汚染土壌の浄化工法として、バックホー等の重機で盛土を切り返す「切り返し法」やパイプを設置して通気する「強制通気法」等も知られている。

一方、同一出願人は、汚染水の浄化に関する技術であるが、噴流発生装置により渦流を発生させてキャビテーションを起こし、この渦流に汚染水を流入させ混合、攪拌させ、噴流の微細な空気粒子により汚染水を浄化させる技術を提案している（特許文献６、７参照）。
特開２００４−１３６２２４号公報 特開２００４−０８９７９３号公報 特開２００３−２５１３３０号公報 特開平１１−２５３９２３号公報 特開平１１−５１４４０５号公報 特開２００３−００１２４１号公報 特開２００４−１０５８１７号公報。

しかし、従来の方法で最大の問題点は、設備が膨大になってしまうことである。汚染土壌を貯留させて浄化させる場合が多く、このため広い土壌の貯留敷地を確保しなければならないことと、またそのための設備も大きくなり専用の設備として固定的に設置される場合が多い。このためコストがかかり、これらの処理方法は比較的資金に余裕のある規模の大きい業者に委ねられていた。又油分の除去に伴う技術においても、必ずしも全てが確実に完全に除去できるものではなかった。例えば、水と混合しスラリー化しても、土壌から油分を剥離して完全に取り除いて浄化するものにはなっていない。

油分が土壌に浸透しこびりついているものは、通常の攪拌では除去できないものもある。すなわち、どうしても不完全にならざるをえないケースが生じるおそれがある。生物浄化法も前述のとおり従来から広く行われている方法であるが、この場合の処理は一定期間放置しておく必要がある等で、処理に時間がかかり過ぎる難点がある。又、焼却する方法は焼却設備を要し現場で処理できない上、前述同様にコストがかかり過ぎて問題である。汚染土壌には油分のみでなく、種々の汚染物質が含まれていることがある。例えば重金属等であり、これらも油分同様に簡単に除去できる装置であることが理想的である。

本発明は、このような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、短時間で、確実に浄化処理のできる汚染土壌の浄化処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、構成が簡素で多くの設置面積を要せず、低コストの汚染土壌の浄化処理装置を提供することにある。

本発明１の汚染土壌の浄化処理装置は、汚染土壌から汚染物質を分離し浄化処理する装置であって、高圧浄化水を噴射するノズルと、前記高圧浄化水を供給するポンプと、実質的に区画された扁平空間を備え、前記ノズルから前記高圧浄化水の噴流液を受け入れキャビテーションを発生させる噴流発生箱の噴流発生室と、前記噴流発生室の壁面に設けられ前記キャビテーション発生部分に汚染土壌を供給する土壌供給口と、前記噴流発生室の一端に設けられ前記噴流発生室で攪拌浄化された前記高圧浄化水と前記汚染土壌の混合液を排出させる排出口とからなっている。

本発明２の汚染土壌の浄化処理装置は、本発明１において、
前記汚染土壌は油汚染土壌であり、前記汚染物質は油分であることを特徴とする。

本発明３の汚染土壌の浄化処理装置は、本発明１において、
前記汚染土壌は重金属汚染土壌であり、前記汚染物質は重金属であることを特徴とする。

本発明４の汚染土壌の浄化処理装置は、本発明１において、
前記噴流発生室は、３次元の空間で扁平であり、前記空間の概ねの長さをＬで、前記空間の概ねの高さをＨで、前記空間の概ねの幅をＷで表し、前記ノズルの開口の有効直径をＤ１で表すと、前記噴射は長さＬの方向に向いて前記空間の概ね中心線の方向に射出され、前記噴流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４であることを特徴とする。

本発明５の汚染土壌の浄化処理装置は、本発明１において、
前記土壌供給口に汚染土壌を自動的に供給を可能とする土壌供給装置を設けたことを特徴とする。

本発明６の汚染土壌の浄化処理装置は、本発明１において、
前記排出口から排出される前記混合液を導入する第２土壌供給口と、前記高圧浄化水を噴射する第２ノズルと、空気を吸引して攪拌混合する第２噴流発生室と、この第２噴流発生室で攪拌浄化された第２混合液を排出する第２排出口とで構成される第２噴流発生箱を前記噴流発生箱に連ねて設けたことを特徴とする。

本発明７の汚染土壌の浄化処理装置は、本発明４において、
前記噴流発生室は、前記幅Ｗと前記長さＬとの交錯する隅部の形状がＲ形状をなすことを特徴とする。

本発明８の汚染土壌の浄化処理装置は、本発明４において、
前記噴流発生室は、前記幅Ｗと前記長さＬとの交錯する隅部の形状が前記中心線上を中心位置とする円弧形状をなすことを特徴とする。

本発明の汚染土壌の浄化処理装置は、噴流発生箱をベースにして噴流により汚染土壌を連続的に浄化処理できるようになった。また、簡素な構成にしたことで、短時間で、確実に浄化処理のできる汚染土壌の浄化処理装置とすることができた。
装置は小さい装置であり、運搬移動ができ、多くの設置面積を要せず、又、後工程の分離処理は既存の設備を利用して分離できるので、低コストで汚染土壌の浄化処理を行う装置となった。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１、図２は、本発明の汚染土壌の浄化処理装置１の実施形態の構成を示す構成図であり、図１は、本発明の浄化処理装置を示す構成図、図２は、図１をＡ方向から矢視した矢視図である。
なお、本実施の形態においては、汚染土壌を油汚染土壌として説明する。油汚染土壌の処理にあたって、この油汚染土壌はある程度砕かれた状態になっていて大きな石等が混入していないようにしておく必要がある。

高圧の浄化水は、貯水槽２の水をポンプ３により高圧にして配管４を介して供給されるものである。この高圧の浄化水はポンプ３で高圧変換され噴射ノズル５を介して噴流発生箱６に供給される。この噴流発生箱６の側壁に汚染土壌の土壌供給口７が設けられ、この土壌供給口７から砕かれた状態の汚染土壌が連続的に供給される。この供給形態は、土壌供給口７にホッパー８が設けられ、このホッパー８からモータ９の駆動によりスクリューフィーダー１０を介して自動的に連続的に供給される形態をとっている。
土壌供給口７の位置は、高圧浄化水の噴流方向に沿う位置に設けられていて、本実施の形態においては、噴流ノズル５近傍で幅Ｗ方向の壁面寄りに１箇所としている。この土壌供給口７は１箇所に限定されず、例えば幅Ｗ方向の他の壁面寄りにさらに追加して設けてもよい。追加するか否かは高圧浄化水の量、噴流発生箱６の容量等を考慮して最も適する条件で決定すればよい。これはスクリューフィーダー１０等で供給される汚染土壌の量についても同様であって、浄化効果の最も高いところで設定することになる。

これら高圧浄化水、汚染土壌を取り込んだ噴流発生箱６においては、噴流発生室６ａ内の噴流発生のもとでキャビテーションを起こし浄化がなされ、排出口１２から浄化された混合液として排出される。排出されたこの混合液は既に汚染土壌から油分は剥離された状態になっているので、排出後は一般的に行なわれている分離浄化処理を行えばよい。

この分離浄化処理は、詳細は示していないが公知の手段で行う。本実施の形態においては、図１に示すように分離装置（システム）１３を経て、非汚染土壌、油分、非汚染水、空気とに分離することになる。非汚染土壌は乾燥等を施して再利用される。油分は分離された後焼却等で廃棄処分される。非汚染水は洗浄水として図１の配管経路１４で示すように貯水槽２に戻し、再度高圧の浄化水として再利用ができる。空気は無害化されて大気に放出すればよい。いずれにしても環境を悪化させない無害化処理がなされる。

次に本発明の主要部をなす噴流発生箱６について説明する。図４、図５は、噴流発生箱６の噴流発生室６ａにおける噴流発生原理を模式的に示した断面図である。図４は、噴流発生箱の噴流発生原理を模式的に示す断面図、図５は、図４をＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
噴流発生箱６は扁平の長方体状の箱形であり、その長手方向が鉛直になるように配置されている。噴流発生箱６の一方の面には、加圧された高圧の浄化水を噴流発生室６ａ内に噴射する噴射ノズル５が固定されている。噴射ノズル５は、断面が円筒の環状空間である。
噴流発生箱６の内部には、区画された噴流発生室６ａが形成されている。噴流発生室６ａの内部空間Ｖは、３次元の箱状の空間で扁平であり、空間の概ねの水平方向の厚さＨで、それの概ねの幅をＷ、鉛直方向の長さをＬとし、噴射ノズル５の開口の有効直径をＤ１とすると、概略するとＤ１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ＞４、且つＷ＜Ｌの関係にある。噴射ノズル５から噴出された主噴流は、鉛直方向で内部空間Ｖの概ねの中心線の方向で鉛直方向上向きに噴射される。

主噴流が噴射されると噴流発生室６ａの８隅にはコアンダ効果により低圧渦である付着渦が発生し、主噴流には付着噴流が発生する。従って、噴流発生室６ａには、図４又は図５に図示したような２方向（図示上）の何れかに主噴流の流れが発生することになる。この主噴流は、一定で安定したものではなく、概略幅Ｗ方向の面内で揺れるような動きの流れになる。
即ち、主噴流はキャビテーションを起こし、不安定であり揺れながら流れ、渦が発生することになる。これが特徴点であり、これらの主噴流、付着渦等の噴流は、粒径が極めて微小な空気を発生するとともに、浄化水と汚染土壌の混合液とこの粒径が極めて微小な多数の空気と均一に混合、攪拌する機能がある。この混合液は高圧浄化水と汚染土壌の混濁したもので、粒径が極めて小さい空気と接触することによって、小さい空気粒は表面積（粒径の３乗の表面積となる）を飛躍的に増大させるので混合液と接触する確率が高くなり、混合液に含まれる油成分等が強制的に土壌から剥がれるように気相に移行し、汚染土壌は浄化される。

又、気相に移行せず浄化水にそのまま取り込まれる油分もある。このように噴流発生室６ａにおいては短時間に浄化が行われる。供給時の浄化水と汚染土壌の混在した混合液は、気泡に油分が取り込まれ浄化された混合液として排出口１２から排出される。噴流発生室６ａのコアンダ効果発生の条件は、前述した寸法条件でなくてもよいが、前述した寸法条件にすれば図４、５に示すように、内部空間Ｖに２つの噴流の何れかの方向に揺れるように主噴流が発生するので好ましい。

図１に示す構成図は、このような機能を持つ噴流発生箱６を汚染土壌の浄化に適用した浄化処理装置１である。この浄化処理装置１に排出後の混合液を分離する分離装置１３等を含めると、一貫した構成で浄化処理の行える浄化システムを構築することになる。前述のように土壌供給口７に供給された汚染土壌は、噴射ノズル５から噴射される高圧浄化水の噴流により、キャビテーションの衝撃波と噴流発生室６ａで発生する渦流のせん断力で洗浄される。即ち、油分は汚染土壌の表面から剥離されるのである。吸引された空気は渦流のせん断力で微細化され、この微細化した気泡が油分を引き付け、結果的に油分の除去された非汚染土壌と油分と微細気泡が複雑に混じった液体が排出口１２から排出される。排出口１２から排出された混合液において、微細気泡及び油分は軽いので、微細気泡は油分を吸着して水面に浮上する。噴流発生箱６は比較的小さい構造体であるので、簡単に移動運搬ができ適宜の位置に設置することが可能である。このことは、汚染土壌の発生した現場で処理することができることを意味する。

図３は、本発明の他の実施の形態の浄化処理装置を示す構成図、図６は、図５に相当する断面図で、ノズルを２重管構成にした形態の断面図である。
図３に示すように、この形態の浄化処理装置１Ａは、噴流発生箱２０を更に追加して２連構成の浄化処理装置としたものである。前述の実施の形態においては、１つの噴流発生箱６で汚染土壌を混合攪拌し、微細気泡を生成させ浄化させることで説明した。図３の形態は、図に示すように第１の噴流発生箱６にポンプ３を介して高圧浄化水を噴流ノズル５に供給し噴流発生室６ａで噴流化させる。この噴流発生箱６に前述のようにスクリューフィーダー１０を介して土壌供給口７に汚染土壌を供給する。
これで攪拌混合された混合液を排出口１２から排出させ、この排出された混合液を第２の噴流発生箱２０の土壌供給口２１に導く。又、第２の噴流発生箱２０の噴射ノズル２２にはポンプ３を介して高圧の浄化水を供給する。このとき空気も同時に供給する。これは、図６に示すように、噴流ノズル２２を２重管とし、外側の筒管から浄化水を供給し、中心の細管から空気を供給する。

この空気供給の構成は、噴流発生箱２０に供給穴を設け、この穴から自給あるいは強制的に吸引させてもよい。このような供給構成で、第１の噴流発生箱６で生成された混合液は再度第２の噴流発生箱２０の第２の噴流発生室２０ａのキャビテーションにより浄化される。この浄化は第２の噴流ノズル２２からの噴射を受けて、混合液は既に液状状態にあるのでキャビテーションの衝撃波と第２の噴流発生室２０ａで発生する渦流のせん断力で浄化される。
この浄化で油分は汚染土壌の表面から剥離する状態で除去され、第２の排出口２３から前述同様に、浄化された混合液として、非汚染土壌と剥離された油分を含む混合水とが空気とともに排出される。吸着された油分は、微細気泡とともに水中から浮上してくるので、この混合液が排出された後は、油分、水、非汚染土壌に分離され、排出後の処理はスムースに行なうことができる。

この形態では、第１の噴流発生箱６に空気供給口を設けていないが、この第１の噴流発生箱６にも空気供給口を設けることは可能である。１つの噴流発生箱に比し、２つの噴流発生箱で処理することで、浄化を一層促進することが可能となる。この構成にすることで、仮に１連目の第１の噴流発生室６ａで浄化できなかった汚染土壌が残留しても、第２の噴流発生室２０ａで処理できるので、浄化の完成度が増すという利点がある。
なお、前述した噴流発生箱を一つ設けた実施の形態（図１、２参照）においても、噴流発生箱６に空気を供給する空気供給口を設けた構成にしてもよい。

図７は、他の構造の噴流発生箱３０の内部の噴流発生室３０ａを示す断面図である。この形態は、噴流発生室３０ａを構成する幅Ｗと長さＬとの交差する隅部をＲ形状にした形態である。この場合であっても噴流ノズルから噴流を発生させる原理は変わらないが、コアンダ効果は薄れる。しかし、噴流発生室３０ａでキャビテーションを発生させ汚染土壌を浄化させる点での効果は変わらない。これは図８に示す他の噴流発生室４０ａの構造の場合も変わらない。図８の形態は、噴流発生箱４０の内部の噴流発生室４０ａにおいて、図７の隅部のＲを更に大きくした形態で、前記幅Ｗと前記長さＬとの交錯する隅部の形状が噴出方向中心線上を中心位置とする円弧形状としたものである。図示していないが、隅部をＲ部にすることは他の隅部においても同様である。

以上、他の実施の形態を含めて説明したが、この浄化は油の汚染土壌のみならず、重金属を含む汚染土壌等にも有効である。この場合、重金属も油分同様に汚染土壌から剥離浄化されるので、排出された混合液を後工程で例えばサイクロン方式の分離装置に導き、重金属を分離することが可能である。又、比重が異なるので非汚染土壌と重金属との分離も可能である。更に、液体を使用せず汚染土壌と気体を第１の噴流発生箱で混合し、この乾燥状態の混合体を第２の発生箱に誘導し、浄化水を噴射させ前述の浄化を行うことも可能である。汚染土壌の形態によって条件を変えながら浄化を行うことが出来る。

この場合には、供給量の管理、温度管理、圧力管理等管理対象の機器を制御することで、汚染土壌の乾燥、汚染土壌の必要な大きさの造粒、又、破壊を効率よく行うことも可能である。このように浄化を効率的に行うために種々の可能性がもたらされる。又２連でなく更に多連にして処理することも可能である。

図１は、本発明の浄化処理装置を示す構成図である。 図２は、図１をＡ方向から矢視した矢視図である。 図３は、本発明の他の実施の形態の浄化処理装置を示す構成図である。 図４は、噴流発生箱の噴流発生原理を模式的に示す断面図である。 図５は、図４をＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 図６は、図５に相当する断面図で、ノズルを２重管構成にした形態の断面図である。 図７は、他の実施の形態の噴流発生箱の噴流発生原理を模式的に示す断面図で、図４に相当する断面図である。 図８は、他の実施の形態の噴流発生箱の噴流発生原理を模式的に示す断面図で、図４に相当する断面図である。

符号の説明

１、１Ａ …浄化処理装置
２ …貯水槽
３ …ポンプ
４ …配管
５、２２ …噴流ノズル
６、２０、３０、４０ …噴流発生箱
６ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ…噴流発生室
７、２１ …土壌供給口
１２、２３…排出口

Claims (8)

1. 汚染土壌から汚染物質を分離し浄化処理する装置であって、
   高圧浄化水を噴射するノズルと、
   前記高圧浄化水を供給するポンプと、
   実質的に区画された扁平空間を備え、前記ノズルから前記高圧浄化水の噴流液を受け入れキャビテーションを発生させる噴流発生箱の噴流発生室と、
   前記噴流発生室の壁面に設けられ前記キャビテーション発生部分に汚染土壌を強制的に供給するための土壌供給口と、
   前記噴流発生室の一端に設けられ前記噴流発生室で攪拌浄化された前記高圧浄化水と前記汚染土壌の混合液を排出させる排出口と
   からなる汚染土壌の浄化処理装置。
2. 請求項１に記載の汚染土壌の浄化処理装置において、
   前記汚染土壌は油汚染土壌であり、前記汚染物質は油分である
   ことを特徴とする汚染土壌の浄化処理装置。
3. 請求項１に記載の汚染土壌の浄化処理装置において、
   前記汚染土壌は重金属汚染土壌であり、前記汚染物質は重金属である
   ことを特徴とする汚染土壌の浄化処理装置。
4. 請求項１に記載の汚染土壌の浄化処理装置において、
   前記噴流発生室は、３次元の空間で扁平であり、前記空間の概ねの長さをＬで、前記空間の概ねの高さをＨで、前記空間の概ねの幅をＷで表し、前記ノズルの開口の有効直径をＤ１で表すと、前記噴射は長さＬの方向に向いて前記空間の概ね中心線の方向に射出され、前記噴流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４である
   ことを特徴とする汚染土壌の浄化処理装置。
5. 請求項１に記載の汚染土壌の浄化処理装置において、
   前記土壌供給口に汚染土壌を自動的に供給可能とする土壌供給装置を設けた
   ことを特徴とする汚染土壌の浄化処理装置。
6. 請求項１に記載の汚染土壌の浄化処理装置において、
   前記排出口から排出される前記混合液を導入する第２土壌供給口と、前記高圧浄化水を噴射する第２ノズルと、空気を吸引して攪拌混合する第２噴流発生室と、この第２噴流発生室で攪拌浄化された第２混合液を排出する第２排出口とで構成される第２噴流発生箱を前記噴流発生箱に連ねて設けた
   ことを特徴とする汚染土壌の浄化処理装置。
7. 請求項４に記載の汚染土壌の浄化処理装置において、
   前記噴流発生室は、前記幅Ｗと前記長さＬとの交錯する隅部の形状がＲ形状をなす
   ことを特徴とする汚染土壌の浄化処理装置。
8. 請求項４に記載の汚染土壌の浄化処理装置において、
   前記噴流発生室は、前記幅Ｗと前記長さＬとの交錯する隅部の形状が前記中心線上を中心位置とする円弧形状をなす
   ことを特徴とする汚染土壌の浄化処理装置。
   
   

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