JP2006095463A - Purification method for soil contaminated with lead - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉛に汚染された土壌の浄化方法、さらに詳しくは、鉛に汚染された土壌を加熱処理して鉛を揮発除去することにより、土壌を浄化する方法に関する。 The present invention relates to a method for purifying soil contaminated with lead, and more particularly to a method for purifying soil by subjecting soil contaminated with lead to heat treatment to volatilize and remove lead.
近年、土壌が有害物質に汚染されている事例が数多く発覚し、汚染土壌による健康への影響が懸念されている。それゆえ、その対策を確立する社会的要請が強まり、「土壌汚染対策法」が施行されるなど、土壌汚染に対する法的な規制も整備されつつある。 In recent years, there have been many cases where soil is contaminated with harmful substances, and there are concerns about the health effects of contaminated soil. Therefore, social demands for establishing such countermeasures have been strengthened, and the “Soil Contamination Countermeasures Law” has been enforced, and legal regulations for soil contamination are being developed.
このような状況下にあって、土壌を浄化する様々な技術が報告されている。中でも、ロータリーキルンによる加熱処理は、一般的な土壌浄化技術の一つであり、非特許文献1、2、3および4に記載されているように、すでに国内外で研究が進められ、商業レベルで採用されつつある技術である。
Under such circumstances, various techniques for purifying soil have been reported. Among them, heat treatment with a rotary kiln is one of the common soil purification technologies, and as described in
このようにロータリーキルンによる加熱処理は、既存の技術であるが、鉛に関してはあまり適用されていない。それは、鉛は加熱処理による揮発除去が困難であると考えられ、土壌の浄化は不溶化処理の方向へ進んだためである。 Thus, although the heat processing by a rotary kiln is an existing technique, it is not applied very much regarding lead. This is because lead is considered to be difficult to volatilize and remove by heat treatment, and the purification of soil has advanced in the direction of insolubilization.
ところが、不溶化処理した土壌が、酸性雨や不溶化剤によるアルカリ化などの影響を受けてpHが急激に変化し、そのため鉛が再溶出するといった現象が確認されるなど、不溶化処理に対する信頼性に問題が生じつつある。さらに、近年の「土壌汚染対策法」の制定に伴い、含有量を基準にするという考え方が起こってきた。それゆえ、単なる不溶化ではなく、土壌中における鉛含有量それ自体を減少させる、つまり、土壌から鉛を除去する技術が必要になってきた。このような事情から、加熱処理は、土壌中の鉛除去技術の一つとして見直されてきた。
しかし、加熱処理の条件については、現在のところ、あまり検討されていない。例えば、非特許文献1には「1000〜1100℃に予熱したロータリーキルンに、供給器によって汚染土壌を投入し、空気を通じながら加熱し、揮発しやすい重金属を揮発させ、汚染土壌から除去する。また、揮発せずに残留する重金属も加熱処理によって水に溶けにくい酸化物に変化する。」(第1頁の「技術概要」を参照)と記載され、非特許文献2には「鉛汚染土壌は800〜900℃の加熱でほとんど脱着しないことがわかった」(第78頁右欄の「4.2実証試験結果」を参照)と記載され、非特許文献3には、鉛は650℃で60分加熱処理しても蒸発しないことが示され(図6を参照)、また、キルンへの土壌投入量(〜12.5%)、水分量(〜20%)、キルン回転速度(〜190インチ/分)なども鉛の蒸発には影響しないことが示され(図7〜9を参照)、非特許文献4には「750℃では、約50%の鉛除去率が達成された。・・・900℃、20分の加熱では、試料は水素または窒素中で93%の鉛除去率を与えたが、空気中ではわずか73%の鉛除去率を与えた。」(第467頁の「要約」を参照)と記載されているだけであり、土壌から鉛を除去するための加熱処理の最適条件は確立されていないというのが現状である。
However, the conditions for the heat treatment are not so much studied at present. For example, Non-Patent Document 1 describes that “a rotary kiln preheated to 1000 to 1100 ° C. is charged with contaminated soil by a feeder, heated while passing air, volatilizes volatile heavy metals, and removed from the contaminated soil. Heavy metals that remain without volatilizing also change to oxides that are difficult to dissolve in water by heat treatment ”(see“ Technical Overview ”on page 1). It was found that it was hardly desorbed by heating at ˜900 ° C. ”(see“ 4.2 Demonstration Test Results ”on the right column of page 78). In
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加熱処理の条件を最適化することにより、鉛に汚染された土壌から極めて高い除去率で鉛を揮発除去することが可能な土壌の浄化方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to volatilize lead at a very high removal rate from soil contaminated with lead by optimizing the heat treatment conditions. An object of the present invention is to provide a soil purification method that can be removed.
土壌中の鉛を加熱処理によって揮発除去する場合、その機構は非常に複雑であり、詳細は明らかになっていない。加熱処理による鉛の状態変化および揮発・蒸発は、反応と拡散移動が入り混じった複雑な現象である。反応と物質移動の両面から考察すると、土壌粒子に担持された鉛が解離、移動、蒸発を行う過程の律速段階としては、(1)何らかの結合または吸着している鉛が土壌から解離する過程、(2)解離した鉛が蒸発表面まで拡散移動する過程、(3)蒸発表面に達した鉛が気相中の境膜を移動する過程が考えられる。 When volatilizing and removing lead in soil by heat treatment, the mechanism is very complex and details are not clear. The change in state of lead and volatilization / evaporation due to heat treatment is a complex phenomenon in which reaction and diffusion transfer are mixed. Considering both reaction and mass transfer, the rate-determining step of the process of dissociating, moving, and evaporating lead supported on soil particles is as follows: (1) The process of dissociating some bound or adsorbed lead from the soil; (2) A process in which dissociated lead diffuses and moves to the evaporation surface, and (3) a process in which lead that reaches the evaporation surface moves through the film in the gas phase.
また、土壌の物質面から考察すると、土壌は、アルミノシリケート(アルミニウムとケイ素の複合酸化物)からなり、Si/Al原子比によって様々な結晶形態をとることや、他の金属酸化物が共存すると、さらに別の結晶構造をとることが知られている。単独では揮発する鉛がこれらの結晶構造内に捕捉され、揮発しなくなることが予想される。さらに、鉛とアルミノシリケートが複合酸化物を形成する反応が鉛の揮発と競合することも予想される。 Moreover, considering from the material aspect of the soil, the soil is made of aluminosilicate (a complex oxide of aluminum and silicon) and takes various crystal forms depending on the Si / Al atomic ratio, and other metal oxides coexist. Further, it is known to take another crystal structure. By itself, volatile lead is expected to be trapped in these crystal structures and not volatilize. Furthermore, it is expected that the reaction in which lead and aluminosilicate form a composite oxide will compete with the volatilization of lead.
そこで、本発明者らは、実機の操業条件を考えた場合には、加熱温度、保持時間、昇温時間、流通ガスの線速度、流量などの制御可能な因子を最適化することにより、鉛が解離、移動、蒸発を行う過程の律速段階、鉛のアルミノシリケート結晶構造内への捕捉、ならびに鉛の揮発と複合酸化物の形成との競合を制御することが可能になると考え、鋭意検討した結果、鉛に汚染された土壌から極めて高い除去率で鉛を揮発除去することが可能な加熱処理の条件を見出し、本発明を完成するに至った。 Therefore, when considering the operating conditions of the actual machine, the present inventors have optimized the controllable factors such as heating temperature, holding time, heating time, linear velocity of flow gas, flow rate, etc. It was possible to control the rate-determining step of the process of dissociation, migration and evaporation, trapping of lead in the aluminosilicate crystal structure, and competition between lead volatilization and complex oxide formation. As a result, the present inventors have found a heat treatment condition capable of volatilizing and removing lead from soil contaminated with lead at an extremely high removal rate, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、鉛に汚染された土壌の浄化方法であって、鉛に汚染された土壌を流通ガス下において950℃以上、1300℃以下の温度で10分以上加熱処理するにあたり、前記土壌を加熱昇温して500℃から950℃に至る時間が20分以内であることを特徴とする。 That is, the present invention is a method for remediating soil contaminated with lead, wherein the soil contaminated with lead is subjected to heat treatment at a temperature of 950 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower for 10 minutes or more under flowing gas. The time from heating to 500 ° C. to 950 ° C. is within 20 minutes.
本発明の浄化方法において、前記土壌を950℃以上、1300℃以下の温度で加熱処理する時間は、10分以上、30分以内であることが好ましい。また、前記土壌を加熱処理する温度は、1000℃以上、1100℃以下であることが好ましい。 In the purification method of this invention, it is preferable that the time which heat-processes the said soil at the temperature of 950 degreeC or more and 1300 degrees C or less is 10 minutes or more and less than 30 minutes. Moreover, it is preferable that the temperature which heat-processes the said soil is 1000 degreeC or more and 1100 degrees C or less.
本発明の浄化方法は、鉛に汚染された土壌から極めて高い除去率で鉛を揮発除去することができる。また、所定の条件下で加熱処理するだけであるので、排ガスの処理を除けば、土壌の後処理などは一切不要であり、効率よく、簡便にかつ低コストで土壌を浄化することができる。 The purification method of the present invention can volatilize and remove lead from soil contaminated with lead with a very high removal rate. In addition, since only heat treatment is performed under predetermined conditions, excluding exhaust gas treatment, no soil post-treatment is required, and the soil can be purified efficiently, simply, and at low cost.
本発明の浄化方法は、鉛に汚染された土壌を流通ガス下において950℃以上、1300℃以下の温度で10分以上加熱処理するにあたり、前記土壌を加熱昇温して500℃から950℃に至る時間が20分以内であることを特徴とする。なお、本発明において、特に言及する場合を除いて、「鉛」とは、土壌に含まれるあらゆる形態の鉛、例えば、金属鉛や酸化鉛のほか、土壌中に存在するアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオン、塩化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオンなどと塩を形成したもの、あるいは土壌成分の水酸基と結合したものなどを意味する。また、本発明において、加熱処理の温度は、特に言及する場合を除いて、基本的に土壌の温度を意味するが、土壌の熱伝導率が高いので、加熱処理されている土壌付近の雰囲気温度を加熱処理の温度とみなしてもよい。 In the purification method of the present invention, when the soil contaminated with lead is subjected to heat treatment at a temperature of 950 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower for 10 minutes or more under flowing gas, the soil is heated to 500 ° C. to 950 ° C. It takes 20 minutes or less. In the present invention, unless otherwise specified, “lead” refers to all forms of lead contained in the soil, such as metal lead and lead oxide, as well as alkali metal ions and alkaline earth present in the soil. It means a salt formed with a metal ion, a chloride ion, a sulfate ion, a nitrate ion, a carbonate ion, or a salt bound to a hydroxyl group of a soil component. In the present invention, the temperature of the heat treatment basically means the temperature of the soil unless otherwise specified, but since the thermal conductivity of the soil is high, the ambient temperature in the vicinity of the heat-treated soil May be regarded as the temperature of the heat treatment.
土壌の加熱処理は、950℃以上、1300℃以下の温度で、好ましくは、1000℃以上、1100℃以下の温度で行われる。加熱温度が950℃未満であると、土壌から鉛が充分に揮発除去されない。また、加熱温度の上限については、例えば、塩化鉛(II)の沸点が950℃、酸化鉛(II)の沸点が1470℃、金属鉛の沸点が1740℃であるので、1740℃以上に加熱しても意味はない。一般的には、1300℃程度まで加熱すれば十分である。1300℃を超えると、土壌が焼結するので、浄化後の土壌を再利用する上で問題になる。また、不必要に高い温度で加熱処理すると、エネルギー使用量が増大すると共に、特別な加熱設備が必要になるので、処理コストが高くなる。 The heat treatment of the soil is performed at a temperature of 950 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, preferably 1000 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. If the heating temperature is less than 950 ° C., lead is not sufficiently volatilized and removed from the soil. As for the upper limit of the heating temperature, for example, lead chloride (II) has a boiling point of 950 ° C., lead oxide (II) has a boiling point of 1470 ° C., and metal lead has a boiling point of 1740 ° C. There is no meaning. In general, it is sufficient to heat to about 1300 ° C. If the temperature exceeds 1300 ° C., the soil sinters, which causes a problem in reusing the soil after purification. In addition, if heat treatment is performed at an unnecessarily high temperature, the amount of energy used increases and a special heating facility is required, which increases the processing cost.
土壌を950℃以上、1300℃以下の温度で加熱処理する時間、すなわち保持時間は、少なくとも10分あれば、土壌から鉛を充分に揮発除去することができる。保持時間が10分未満であると、土壌から鉛が充分に揮発除去されない。保持時間の上限は、特に限定されないが、好ましくは、30分である。30分を超えて加熱処理しても、無駄な時間とエネルギーを消費するだけであり、推奨できない。保持時間の上限は、好ましくは、20分である。 If the time for heat-treating the soil at a temperature of 950 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, that is, the holding time is at least 10 minutes, lead can be sufficiently volatilized and removed from the soil. If the retention time is less than 10 minutes, lead is not sufficiently volatilized and removed from the soil. The upper limit of the holding time is not particularly limited, but is preferably 30 minutes. Even if it heat-processes over 30 minutes, it will only consume useless time and energy, and cannot be recommended. The upper limit of the holding time is preferably 20 minutes.
土壌の加熱処理においては、土壌を加熱昇温して500℃から950℃に至る時間、すなわち昇温時間が20分以内であることが重要である。昇温時間が20分を超えると、鉛と土壌成分が複合酸化物を形成する反応が優勢になり、鉛の揮発除去が抑制される。昇温時間は、好ましくは、10分以内、より好ましくは、5分以内である。昇温時間の下限は、常温の土壌を所定の加熱温度の雰囲気下に直ちに曝した場合に前記土壌が常温から前記所定の加熱温度に上昇するのに必要な時間であり、使用する加熱装置にも依存するので特に限定されないが、2分程度である。 In the heat treatment of the soil, it is important that the time during which the temperature of the soil is raised to 500 ° C. to 950 ° C., that is, the temperature rise time is within 20 minutes. When the temperature rising time exceeds 20 minutes, the reaction in which lead and soil components form a composite oxide becomes dominant, and the volatilization removal of lead is suppressed. The temperature raising time is preferably within 10 minutes, more preferably within 5 minutes. The lower limit of the temperature raising time is the time required for the soil to rise from the normal temperature to the predetermined heating temperature when the normal temperature soil is immediately exposed to the atmosphere of the predetermined heating temperature. However, it is about 2 minutes.
汚染土壌の加熱処理は流通ガスの下で行われる。加熱処理の温度が十分に高ければ、土壌から一旦揮発した鉛は、再び土壌成分と複合酸化物を形成することはないが、土壌から揮発した直後の鉛は、流通ガスを使用しない場合あるいは流通ガスの線速度または流量が低い場合、土壌成分と複合酸化物を形成する方向に進む可能性がある。それゆえ、土壌の加熱処理時には、ガスを流通させる必要があるが、下記の実験例で示すように、流通ガスについては、土壌の加熱処理時に単にガスが流通していればよいので、特にその線速度または流量を規定する必要はない。典型的な値として、例えば、線速度が0.28cm/sec以上、2.8cm/sec以下、または、土壌の単位質量あたりの流量が0.002m3/gh以上、0.040m3/gh以下の流通ガス下で土壌の加熱処理を行えばよい。使用可能な流通ガスとしては、使用する加熱処理装置によって適宜選択すればよいが、例えば、空気、窒素、アルゴンまたはその混合物などが挙げられ、処理コストを考えると、空気、窒素またはその混合物を使用することが好ましい。 The heat treatment of the contaminated soil is performed under circulation gas. If the temperature of the heat treatment is sufficiently high, the lead once volatilized from the soil will not form complex oxides with the soil components again, but the lead immediately after volatilizing from the soil does not use the circulating gas or is distributed When the linear velocity or flow rate of the gas is low, there is a possibility of proceeding in the direction of forming complex oxides with soil components. Therefore, it is necessary to circulate the gas during the heat treatment of the soil. However, as shown in the following experimental examples, the circulation gas only needs to be circulated during the heat treatment of the soil. There is no need to specify linear velocity or flow rate. As typical values, for example, the linear velocity is 0.28 cm / sec or more and 2.8 cm / sec or less, or the flow rate per unit mass of the soil is 0.002 m 3 / gh or more and 0.040 m 3 / gh or less. What is necessary is just to heat-treat soil under the circulation gas of. The flowable gas that can be used may be appropriately selected depending on the heat treatment apparatus to be used. For example, air, nitrogen, argon, or a mixture thereof may be used, and air, nitrogen, or a mixture thereof is used in consideration of processing costs. It is preferable to do.
本発明の浄化方法を実施するには、従来公知の加熱処理装置、例えば、内熱式または外熱式のロータリーキルン、回転ストーカ炉などを使用すればよい。ロータリーキルンを使用する場合は、内部に羽掻きが付いた円筒形のキルンを、天然ガスまたは重油などの燃料を用いて所定の温度に予熱しておき、供給器によって土壌を投入し、キルンを回転させながらガスを流通させて加熱することで土壌から鉛を揮発除去する。内熱式のロータリーキルンの場合、キルン内でバーナーを炊いて加熱するので、空気を流通ガスとして吹き込む必要がある。燃焼により酸素が消費され、結果的に炉内雰囲気の酸素濃度は5〜10%程度になる。外熱式のロータリーキルンの場合、キルンを外部から加熱するので、炉内雰囲気を操作することが可能であり、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを流通ガスとして吹き込むことができる。いずれの場合も、加熱処理にあたっては、上記の条件を満足するように、土壌の投入速度、キルンの回転速度、土壌の炉内での滞留時間、流通ガスの線速度または流量などを適宜調節すればよい。なお、土壌を加熱昇温して500℃から950℃に至る時間が20分以内であるとは、予め炉内の各地点で温度を測定しておき、土壌が500℃と950℃に対応する2地点を通過する時間が20分以内であることを意味する。 In order to carry out the purification method of the present invention, a conventionally known heat treatment apparatus such as an internal heat or external heat type rotary kiln, a rotary stoker furnace or the like may be used. When using a rotary kiln, a cylindrical kiln with a fluff inside is preheated to a specified temperature using a fuel such as natural gas or heavy oil, and the kiln is rotated by charging the soil with a feeder. The lead is volatilized and removed from the soil by heating and supplying gas. In the case of an internal heat type rotary kiln, since a burner is cooked and heated in the kiln, it is necessary to blow air as a circulation gas. Oxygen is consumed by the combustion, and as a result, the oxygen concentration in the furnace atmosphere becomes about 5 to 10%. In the case of an external heat type rotary kiln, since the kiln is heated from the outside, the atmosphere in the furnace can be operated, and an inert gas such as nitrogen or argon can be blown as a circulation gas. In any case, in the heat treatment, the soil input speed, the kiln rotation speed, the residence time of the soil in the furnace, the linear velocity or flow rate of the circulating gas, etc. are adjusted as appropriate so as to satisfy the above conditions. That's fine. It should be noted that the time from heating to 500 ° C. to 950 ° C. within 20 minutes is that the temperature is measured in advance at each point in the furnace, and the soil corresponds to 500 ° C. and 950 ° C. It means that the time to pass through two points is within 20 minutes.
土壌から鉛を揮発除去する際に流通させたガスは、冷却してから、通常の排ガス処理で鉛を除去した後、大気中に放出すればよい。排ガス処理としては、例えば、水、苛性ソーダ、消石灰、硫化ソーダなどの溶液で湿式洗浄した後、バグフィルターや湿式または乾式の電気集塵機で除塵する。湿式洗浄により排出される廃液は、通常の排水処理で固形分を除去した後、湿式洗浄に使用する水として循環させて再利用してもよい。固形分は、脱水した後、セメントで固化して埋め立てるか、あるいは鉛の製錬原料として利用することもできる。 The gas circulated when lead is volatilized and removed from the soil may be cooled and then released into the atmosphere after the lead is removed by ordinary exhaust gas treatment. As the exhaust gas treatment, for example, after wet cleaning with a solution such as water, caustic soda, slaked lime, sodium sulfide, etc., dust is removed by a bag filter or a wet or dry electric dust collector. The waste liquid discharged by wet cleaning may be recycled as water used for wet cleaning after the solid content is removed by normal waste water treatment. The solid content can be dehydrated and then solidified with cement to be reclaimed or used as a raw material for lead smelting.
本発明の浄化方法によれば、鉛に汚染された土壌を所定の条件下で加熱処理するだけで、土壌から極めて高い除去率で鉛を揮発除去することにより、土壌を浄化することができる。本発明の浄化方法を用いた場合、鉛除去率は、下記の実験例でも示されるように、99%以上に達する。それゆえ、本発明の浄化方法は、従来公知の鉛に汚染された土壌の浄化方法を凌駕するものである。 According to the purification method of the present invention, it is possible to purify the soil by volatilizing and removing lead from the soil at a very high removal rate only by heat-treating the soil contaminated with lead under predetermined conditions. When the purification method of the present invention is used, the lead removal rate reaches 99% or more as shown in the following experimental example. Therefore, the purification method of the present invention surpasses the conventionally known purification method of soil contaminated with lead.
本発明を実験例によってさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。
まず、実験例で用いた加熱炉、加熱処理の手順、鉛含有量の分析法について説明する。
The present invention will be described in more detail by experimental examples, but the present invention is not limited to these experimental examples.
First, the heating furnace used in the experimental example, the heat treatment procedure, and the lead content analysis method will be described.
(加熱炉)
加熱処理に用いた加熱炉を図1に示す。加熱炉1は、直径50mm、長さ1000mmの横型反応管2からなり、その周囲に巻回された電気ヒーター3により、試料台4に充填した試料5を所望の温度に加熱することができる。試料台4は、幅30mm、長さ500mm、厚さ50mmの直方体の形状をしたシリカアルミナ繊維の成型体である。反応管2の両端には、脱着式のフランジ6、7が装着されており、試料台4に充填した試料5を反応管2に挿入または摘出する際に取り外すことができるようになっている。反応管2の一端に装着されたフランジ6の中央には、ガス導入口が設けられ、窒素ガスボンベや流量計などからなる窒素ガス供給源8から窒素ガスを反応管2の内部に導入して流通させることができ、また、反応管2の他端に装着されたフランジ7の中央には、ガス排出口が設けられており、反応管2の内部に流通させた窒素ガスを排出することができる。
(heating furnace)
The heating furnace used for the heat treatment is shown in FIG. The heating furnace 1 includes a
(加熱処理の手順)
土壌の加熱処理は、以下のようにして行った。まず、窒素供給源8から窒素ガスを反応管2に導入して流通させ、反応管2内の雰囲気を窒素ガスで置換した。電気ヒーター3で反応管2を加熱して、反応管2内の雰囲気温度を所定の加熱温度に調節した。窒素ガスを流通させながら、反応管2の一端に装着されたフランジ7を取り外して、土壌の試料5を充填した試料台4を反応管2の内部に挿入した。反応管2の端部は常温であった。試料5は試料台4の試料充填部に薄く広げて充填した。試料5の厚みは、例えば、その質量が5.0gの場合には、1〜2mmであった。フランジ7を反応管2に装着して、窒素ガスを流通させながら、試料5を充填した試料台4を反応管2の中央部に移動させた。なお、予め反応管2内の各地点の温度を測定しておき、試料5が500℃と950℃に対応する2地点を通過する時間、すなわち土壌を加熱昇温して500℃から950℃に至る時間を昇温時間とした。その後、所定の加熱時間にわたって保持した後、試料5を充填した試料台4を反応管2の一端に移動させ、自然冷却した。フランジ7を取り外して、試料5を充填した試料台4を摘出し、鉛含有量の分析を行った。
(Procedure for heat treatment)
The heat treatment of the soil was performed as follows. First, nitrogen gas was introduced into the
(鉛含有量の分析法)
土壌の鉛含有量は、環水管第127号II7.1に従って分析した。簡単に説明すると、分析は以下のようにして行った。土壌を硝酸と塩酸の混合液中で加熱して鉛を溶解させ、濾過した後、濾液を蒸発乾固する直前まで加熱して残留する硝酸と塩酸をできるだけ除去し、残渣を塩酸(1+1)10mLに溶解し、水を加えて100mLとしたものを試験溶液とした。この試験溶液を原子吸光法で分析して鉛を定量した。
(Lead content analysis method)
The lead content of the soil was analyzed according to Kansui No. 127 II7.1. Briefly, the analysis was performed as follows. The soil is heated in a mixed solution of nitric acid and hydrochloric acid to dissolve lead and filtered, and then the filtrate is heated until immediately before evaporation to dryness to remove residual nitric acid and hydrochloric acid as much as possible, and the residue is 10 mL of hydrochloric acid (1 + 1). The test solution was dissolved in water and made up to 100 mL with water. This test solution was analyzed by atomic absorption spectrometry to determine lead.
実験例1〜13
実汚染土壌(鉛含有量120mg/kg、粒径1mm未満)を用い、土壌を加熱処理する温度(以下「加熱温度」という)、所定温度で土壌を加熱処理する時間(以下「保持時間」という)、土壌が反応管内の500℃から950℃の地点を通過する時間(以下「昇温時間」という)および加熱処理時に流通させるガスの線速度(以下「流通ガス線速度」という)について検討するべく、表1に示す条件で、加熱処理を行い、加熱処理前後における土壌の鉛含有量を分析した。得られた結果を表1に示す。なお、鉛除去率は、次式により求めた。
Experimental Examples 1-13
Using actual contaminated soil (lead content 120 mg / kg, particle size less than 1 mm), the temperature at which the soil is heated (hereinafter referred to as “heating temperature”), and the time at which the soil is heated at a predetermined temperature (hereinafter referred to as “holding time”) ), The time for the soil to pass through the point of 500 ° C. to 950 ° C. in the reaction tube (hereinafter referred to as “temperature rise time”) and the linear velocity of the gas that is circulated during the heat treatment (hereinafter referred to as “circulation gas linear velocity”) Therefore, heat treatment was performed under the conditions shown in Table 1, and the lead content of the soil before and after the heat treatment was analyzed. The obtained results are shown in Table 1. In addition, the lead removal rate was calculated | required by following Formula.
1.加熱温度の検討
表1の実験結果を加熱温度について検討したものを表2に示す。実験例7、11では、それぞれ加熱温度が1000℃、1100℃で鉛除去率99.9%以上であったのに対し、実験例10では、加熱温度が900℃で鉛除去率94.4%であった。このことから、鉛除去率99.9%以上を達成するには、1000℃以上の加熱温度が必要である。
1. Examination of heating temperature Table 2 shows the experimental results of Table 1 examined for the heating temperature. In Experimental Examples 7 and 11, the lead removal rate was 99.9% or higher at 1000 ° C. and 1100 ° C., respectively, whereas in Experimental Example 10, the lead removal rate was 94.4% at a heating temperature of 900 ° C. Met. Therefore, in order to achieve a lead removal rate of 99.9% or higher, a heating temperature of 1000 ° C. or higher is required.
2.保持時間の検討
表1の実験結果を保持時間について検討したものを表3に示す。実験例3、2、1では、それぞれ保持時間が10分、20分、30分で鉛除去率99.9%以上であったのに対し、実験例13では、保持時間が5分で鉛除去率87.5%であった。このことから、鉛除去率99.9%以上を達成するには、保持時間が10分以上であれば充分である。
2. Examination of holding time Table 3 shows the experimental results of Table 1 examined for the holding time. In Experimental Examples 3, 2, and 1, the lead removal rate was 99.9% or more at 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes, respectively, whereas in Experimental Example 13, lead removal was performed at 5 minutes. The rate was 87.5%. For this reason, a retention time of 10 minutes or more is sufficient to achieve a lead removal rate of 99.9% or more.
3.昇温時間の検討
表1の実験結果を昇温時間について検討したものを表4に示す。実験例7、12では、それぞれ昇温時間が2分、20分で鉛除去率99.9%以上、99.0%であったのに対し、実験例6では、昇温時間が40分で鉛除去率58.5%であった。このことから、鉛除去率99.0%以上を達成するには、昇温時間が20分以内であることが必要である。
3. Examination of temperature rise time Table 4 shows the experimental results in Table 1 examined for the temperature rise time. In Experimental Examples 7 and 12, the lead removal rate was 99.9% or more and 99.0% at 2 minutes and 20 minutes, respectively, whereas in Experimental Example 6, the heating time was 40 minutes. The lead removal rate was 58.5%. For this reason, in order to achieve a lead removal rate of 99.0% or higher, it is necessary that the temperature rising time is within 20 minutes.
4.流通ガス線速度の検討
表1の実験結果を流通ガス線速度について検討したものを表5に示す。実験例5、9、8、1では、それぞれ流通ガス線速度が0.28cm/s、0.7cm/s、1.4cm/s、2.8cm/sで鉛除去率99.9%以上であった。このことから、流通ガス線速度が0.28cm/s以上で鉛除去率99.9%以上が達成される。
4). Examination of circulating gas linear velocity Table 5 shows the experimental results in Table 1 examined for circulating gas linear velocity. In Experimental Examples 5, 9, 8, and 1, the flow gas linear velocity was 0.28 cm / s, 0.7 cm / s, 1.4 cm / s, and 2.8 cm / s, respectively, and the lead removal rate was 99.9% or more. there were. From this, a lead removal rate of 99.9% or more is achieved at a flow gas linear velocity of 0.28 cm / s or more.
5.流通ガス流量の検討
流通ガス線速度ではなく、土壌の単位質量あたりの流通ガスの流量(以下「流通ガス流量」という)についても検討した。流通ガス流量は、次式により求めた。
5. Examination of flow gas flow rate We examined flow gas flow rate per unit mass of soil (hereinafter referred to as “flow gas flow rate”) instead of flow gas linear velocity. The flow rate of the circulating gas was determined by the following formula.
表1の実験結果を流通ガス流量について検討したものを表6に示す。実験例5、4、1では、それぞれ流通ガス流量が0.002m3/gh、0.020m3/gh、0.040m3/ghで鉛除去率99.9%以上であった。このことから、流通ガス流量が0.002m3/gh以上で鉛除去率99.9%以上が達成される。 Table 6 shows the experimental results of Table 1 examined with respect to the flow rate of the circulating gas. In Example 5,4,1 was respectively circulation gas flow rate 0.002m 3 /gh,0.020m 3 /gh,0.040m 3 / lead removal ratio of 99.9% or more by gh. For this reason, a lead removal rate of 99.9% or higher is achieved at a flow rate of 0.002 m 3 / gh or higher.
以上の検討結果から、鉛に汚染された土壌から極めて高い除去率(99.0%以上)で鉛を揮発除去するには、加熱温度が950℃以上、加熱時間が10分以上、昇温時間が20分以内であることが必要である。流通ガスについては、土壌の加熱処理時に単にガスが流通していればよいので、特にその線速度または流量を規定する必要はない。典型的な値として、例えば、線速度が0.28cm/sec以上、2.8cm/sec以下、または、土壌の単位質量あたりの流量が0.002m3/gh以上、0.040m3/gh以下の流通ガス下で土壌の加熱処理を行えばよい。なお、上記の実験例では、試料として鉛含有量が120mg/kgの実汚染土壌を用いたが、鉛含有量が数千mg/kgという極めて高い汚染度の土壌であっても、同様の結果が得られると考えられる。 From the above examination results, in order to volatilize and remove lead from soil contaminated with lead with a very high removal rate (99.0% or more), the heating temperature is 950 ° C. or more, the heating time is 10 minutes or more, and the heating time is Must be within 20 minutes. With respect to the circulating gas, it is only necessary that the gas is circulating during the heat treatment of the soil. As typical values, for example, the linear velocity is 0.28 cm / sec or more and 2.8 cm / sec or less, or the flow rate per unit mass of the soil is 0.002 m 3 / gh or more and 0.040 m 3 / gh or less. What is necessary is just to heat-treat soil under the circulation gas of. In the above experimental example, actual contaminated soil with a lead content of 120 mg / kg was used as a sample, but the same result was obtained even in soil with a very high degree of contamination with a lead content of several thousand mg / kg. Can be obtained.
本発明の浄化方法は、鉛に汚染された土壌から極めて高い除去率で鉛を揮発除去することができるので、土壌の鉛汚染に関する問題を解決する非常に有力な技術である。 Since the purification method of the present invention can volatilize and remove lead from soil contaminated with lead at a very high removal rate, it is a very effective technique for solving problems related to soil lead contamination.
1 加熱炉
2 反応管
3 電気ヒーター
4 試料台
5 試料
6,7 フランジ
8 窒素ガス供給源
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