JP2006346549A - 汚染土壌の原位置浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 汚染分布に軽重の差がある土壌や異質な埋設物が存在する土壌であっても、浄化むらを解消するための電極を追加設置することなく簡易な方法で汚染土壌を均質に且つ効率よく浄化できる電気修復法を採用した汚染土壌の原位置浄化方法を提供する。
【解決手段】 汚染土壌１に陰極２ｂと陽極３ｂが配置される少なくとも一対の電極井２、３を形成し、両電極間に電圧を印加して汚染土壌１に電場を形成し、形成された電場に沿ってイオン態の汚染物質を前記電極井２、３に回収する汚染土壌の原位置浄化方法であって、前記電極井２、３の周辺の汚染土壌１に形成される電場を調整する導電性部材８を敷設する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、汚染土壌に陰極と陽極が配置される少なくとも一対の電極井を形成し、両電極間に電圧を印加して汚染土壌に電場を形成し、形成された電場に沿ってイオン態の汚染物質を前記電極井に回収する汚染土壌の原位置浄化方法に関する。

重金属や有機化合物等により汚染された土壌の浄化方法として、汚染土壌を掘削搬出した後に清浄土を搬入して埋戻す掘削除去法と呼ばれる原位置外浄化方法と、汚染土壌を掘削することなく浄化処理する原位置浄化方法がある。

前者は浄化処理のための期間が短いものの、土壌掘削時に発生する振動や騒音、汚染土搬出時や清浄土搬入時の道路周辺住居への振動や騒音、さらには土壌飛散といった周辺環境への影響の問題があるばかりか、掘削した汚染土壌の最終処理も必要となり全体として処理コストが嵩むという問題があるため原位置浄化方法が注目されている。

後者の原位置浄化方法として採用可能な方法として、汚染土壌の周囲または内部に電解液が充填された電極井を設置し、その中にそれぞれ陰極と陽極を設置して両電極間に直流電圧を印加することにより、正に帯電している有害金属等を陰極に、負に帯電している有害金属等を陽極にそれぞれ誘導（電気泳動）するとともに、土壌粒子の間隙水流に乗せて汚染物質を陰極に誘導（電気浸透）して回収する電気修復法が提案されている。
特許第２８５３７９７号公報 特開２００５−７３７号公報

しかし、上述した原位置浄化方法によれば、汚染強度に分布がある浄化対象土壌では、均一に浄化するためにその汚染の程度により電極の設置密度を変える必要があり、工程が煩雑になるという問題や、浄化対象土壌と導電率が大きく異なる異質な埋設物の存在により両極間に印加される電圧により形成される電場が歪み、電場の弱い部位で浄化が不十分になることがあるという問題があった。後者の場合に異質埋設物の周囲に新たな電極を配置する必要もあり、何れの場合にも処理コストが上昇するという問題があった。ここに、電場が歪むような異質埋設物として、金属様の導電性廃棄物や、樹脂、木材、瓦礫等の絶縁性廃棄物があり、それらが一定の大きさに達すると、前者の場合には導電性廃棄物に電場が集中するためその周囲の土壌の浄化が困難となり、後者の場合には絶縁性廃棄物周辺の電場が弱くなり絶縁性廃棄物で囲まれた領域の浄化が困難となる。

本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、汚染分布に軽重の差がある土壌や異質な埋設物が存在する土壌であっても、浄化むらを解消するための電極を追加設置することなく簡易な方法で汚染土壌を均質に且つ効率よく浄化できる電気修復法を採用した汚染土壌の原位置浄化方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による汚染土壌の原位置浄化方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、汚染土壌に陰極と陽極が配置される少なくとも一対の電極井を形成し、両電極間に電圧を印加して汚染土壌に電場を形成し、形成された電場に沿ってイオン態の汚染物質を前記電極井に回収する汚染土壌の原位置浄化方法であって、前記電極井の周辺の汚染土壌に形成される電場を調整する導電性部材を敷設する点にある。

上述の構成によれば、両電極間に印加される電圧により電極井の周辺の汚染土壌に形成される電場が、埋設された導電性部材により調整されるので、例えば汚染程度に軽重の分布がある浄化対象土壌であっても、汚染程度の高い部位の電場を強めるように導電性部材を埋設することにより効率的にイオン態の汚染物質を回収することができる。また、両電極間に形成される電場強度に偏りが生じる浄化対象土壌であっても、導電性部材を埋設することにより電場の偏りを調整することができる。つまり、浄化対象土壌の種々の特性に応じて、適切な位置に導電性部材を埋設することにより、新たな電極井を構築するような大掛かりな対策を採らなくとも簡易な方法で汚染土壌を均質に且つ効率よく浄化することができる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記導電性部材が前記電極井の周辺の異質埋設物による電場の乱れを補償するものである点にある。

上述の構成によれば、異質埋設物により両電極間に形成される電場が乱される場合であっても、導電性部材を埋設することにより電場の乱れが補償されるので、汚染土壌を効率よく浄化することができる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記導電性部材が前記異質埋設物の埋設深度に対応する位置に埋設される点にある。

上述した異質埋設物による電場の偏りは、当該異質埋設物及びその周辺汚染土壌で発生するが、上述の構成によれば、導電性部材が異質埋設物の埋設深度に対応する位置に埋設されているので電場の偏りを効果的に補償することができる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記導電性部材が前記異質埋設物の埋設深度に対応する位置に垂直姿勢で埋設される柱状体で構成される点にある。

上述の構成によると、汚染土壌に導電性部材を埋設するに際して、埋設作業者等がドリルまたはボーリングバー等を用いて形成した穴に柱状体でなる導電性部材を挿入、もしくは杭打ちするだけで異質埋設物の埋設深度に対応する位置に容易に埋設することができるようになる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記導電性部材が除去対象汚染物質よりもイオン化傾向が小さい材質で構成される点にある。

除去対象汚染物質のイオン化傾向よりも大きな材質で導電性部材が構成される場合には、汚染土壌に埋設された導電性部材がイオンとして溶解し、汚染物質ばかりかこのイオンを電極へ回収するために投入した電力が消費されるため、土壌を効率的に浄化処理することができなくなる。そこで、除去対象汚染物質よりもイオン化傾向が小さい材質で構成することにより安定的に浄化処理を促進することができるのである。

以上説明した通り、本発明によれば、汚染分布に軽重の差がある土壌や異質な埋設物が存在する土壌であっても、浄化むらを解消するための電極を追加設置することなく簡易な方法で汚染土壌を均質に且つ効率よく浄化できる電気修復法を採用した汚染土壌の原位置浄化方法を提供することができるようになった。

以下に、本発明による汚染土壌の原位置浄化方法として、鉛、クロム、カドミウム等の重金属やシアン等で汚染された汚染土壌を電気修復法により浄化する実施形態を説明する。図１に示すように、汚染土壌１に数メートルの間隔を隔てて、例えばφ２００ｍｍ、深さ７〜８メートルの電極井２、３が掘削形成され、それぞれの電極井２、３に希硫酸や苛性ソーダ水溶液等の電解液２ａ、３ａが充填されるとともに陰極２ｂと陽極３ｂが交互に配置される。各陰極２ｂと陽極３ｂには直流電源装置４のマイナス極とプラス極が接続され、両電極２ｂ、３ｂ間に約１００Ｖの直流電圧が印加される。通常は陰極２ｂに銅が使用され陽極３ｂに表面処理したチタン、銅または炭素が使用される。

前記電極井２、３は水の透過を最小としイオンの通過を許容する多孔質壁で構成され、汚染土壌１中で水に溶けて正に帯電している鉛やカドミウム等のイオンが汚染土壌１中の土壌間隙をぬって陰極２ｂに誘導され、負に帯電しているシアン、砒素、セレン等のイオンが陽極３ｂに誘導されて前記電極井２、３を構成する多孔質壁を通過して電解液２ａ、３ａに回収される。重金属等の汚染物質が回収された電解液２ａ、３ａはポンプ５で吸引されて浄化処理装置６において浄化処理され、浄化された電解液２ａ、３ａが電解液タンク７から電極井２、３に供給される。このような処理が繰り返されることにより土壌中の有害な重金属等が除去される。

このような電気修復法による汚染土壌の浄化処理は、イオンとして存在する有害金属等を電極間に印加した直流電圧により形成される電場に従って電気泳動させたり、もしくは土壌粒子の間隙水流（電気浸透流）に乗せて電極に回収するものであるため、汚染強度に分布がある浄化対象土壌や、浄化対象土壌と導電率が大きく異なる異質な埋設物が存在する土壌では電場の弱い部位で浄化が不十分になることがある。

そこで、汚染土壌１に電極井２、３を構築する前に、ボーリングにより汚染強度分布を計測し、或いは、レーダーや磁気探査装置を用いて汚染土壌１に異質な埋設物、つまり、汚染土壌の平均的な導電率と大きく異なり、前記電極２ｂ、３ｂ間に印加した電圧により形成される電場が歪むような所定サイズ、例えば数百ｍｍ以上の塊状の金属様の導電性廃棄物等や、同様のサイズの樹脂、木材、瓦礫等の絶縁性廃棄物等の有無を検出し、それらの分布状況を把握した上で効率的な電極配置を決定し、そのような電極２ｂ、３ｂにより前記電極井２、３の周辺の汚染土壌１に形成される電場を調整するための導電性部材を敷設することにより均質な浄化処理を施すのである。

以下、詳述する。前記異質埋設物９により両電極２ｂ、３ｂ間に形成される電場に偏りが生じると予測される場合、その領域にその偏りが補償されるように前記異質埋設物９の周辺にドリルまたはボーリングバーを用いて形成された複数の穴に導電性部材である柱状体の金属棒８をそれぞれ挿入し、若しくは前記金属棒８を杭打ちして、前記異質埋設物９の埋設深度に対応する位置に埋設する。

前記金属棒８は直径約１０ｍｍ程度で、その下端が前記異質埋設物９の最大埋設深度と同程度の深度になるように垂直姿勢で埋設してあり、前記異質埋設物９の最小深度より上方側を予め樹脂等の絶縁材料８ａでコーティングすることにより、前記異質埋設物９の埋設深度に対応させている。

前記金属棒８は、汚染土壌に埋設された導電性部材がイオンとして溶解し、投入した電力が汚染物質ばかりかこのイオンを電極へ回収するために無駄に消費されることの無いように、鉛やカドミウム等の汚染物質よりイオン化傾向の小さい、例えば銅やチタン等の材質で構成してある。

以下に、前記異質埋設物９として汚染土壌１と導電率が大きく異なる塊状の金属等が埋設されている場合に、前記金属棒８を用いて均質な浄化処理が行なわれるメカニズムを説明する。

図２に示すように、汚染土壌１中に両電極２ｂ、３ｂ間に形成される電場が乱されるような所定サイズの異質埋設物が存在しない場合や導電率が汚染土壌１と同程度の埋設物が存在する場合には、両電極２ｂ、３ｂ間に印加される直流電圧により形成される平面方向の電場を示す電気力線は、両電極２ｂ、３ｂを結ぶ線分に対して対称に形成されて前記陽極３ｂから前記陰極２ｂに向かい、垂直方向には両電極２ｂ、３ｂ間でほぼ平行に形成される。尚、この電気力線とは、電場を視覚的に表現する線のことでありその密度により電場の強度が示される。

しかし、図３に示すように、汚染土壌１中に導電性廃棄物９ａが存在する場合には、電気力線が導電率の高い導電性廃棄物９ａに誘導されて、その周辺土壌１０の電場が弱くなるために図２の場合と比較して同期間の浄化処理を行なっても十分に浄化されずに浄化むらが生じることとなる。

そこで、図１及び図４に示すように、電場の弱くなった導電性廃棄物９ａの周辺土壌１０に前記金属棒８を配設して電気力線を誘導することにより電場強度を補償することができ、その結果、汚染土壌１中に異質な導電性廃棄物９ａが存在する場合であっても、その周辺土壌を効率的に浄化できるようになる。従って、このような異質の導電性廃棄物９ａが存在する場合であっても、その周辺土壌に別途の電極井を追加設置することなく汚染土壌１を均質に浄化することができるのである。

次に、前記異質埋設物９として汚染土壌１と導電率が大きく異なる塊状の樹脂、木材、瓦礫等の絶縁性廃棄物等が埋設されている場合に、前記金属棒８を用いて均質な浄化処理が行なわれるメカニズムを説明する。

図５に示すように、汚染土壌１中に絶縁性廃棄物９ｂが存在する場合には、電気力線が絶縁性廃棄物９ｂより導電性の高い汚染土壌１に誘導されて、絶縁性埋設物９ｂの近傍の電場強度が低下し、その周辺土壌１１の電場が弱くなるために図２の場合と比較して同期間の浄化処理を行なっても十分に浄化されずに浄化むらが生じることとなる。

そこで、図１及び図６に示すように、電場の弱くなった導電性廃棄物９ｂの周辺土壌１１に前記金属棒８を配設して電気力線を誘導することにより電場強度を補償することができ、その結果、汚染土壌１中に異質な絶縁性廃棄物９ｂが存在する場合であっても、その周辺土壌を効率的に浄化できるようになる。従って、この場合にも、その周辺土壌に別途の電極井を追加設置することなく汚染土壌１を均質に浄化することができるのである。

さらに、浄化対象土壌に上述した異質埋設物９が存在しない場合であっても、汚染分布に軽重があるときには、汚染の程度が強い部位に前記金属棒８を埋設することにより電場強度が高くなるように調整することにより、効率的に浄化することができ、上述と同様に、浄化むらを解消するための電極井を追加設置することなく汚染土壌１を均質に浄化することができるのである。

図１に示すものでは、汚染土壌１に一対の電極井２、３を設けたものを説明したが、実際に汚染土壌１に形成される電極井は一対のみではなく、数メートル間隔で例えば深さ７〜８メートルの複数対の電極井２、３が掘削形成される。

以下に、別の実施形態を説明する。上述の実施形態では、異質埋設物９が存在する場合に、その埋設深度に対応する位置に前記金属棒８が配置されるように、前記金属棒８の上端側または下端側を絶縁部材でコーティングするものを説明したが、これに代えて前記金属棒８を絶縁性のコーティングを施さずに埋設するものであってもよく、この場合には異質埋設物９の最大埋設深度より深い土壌部位や最小埋設深度よりも浅い土壌部位における電場の偏りもある程度調整することができるようになる。

更に、異質埋設物９の直上部位に導電性部材を埋設することにより、その領域の電場の調整も可能になる。

上述した実施形態では、電場の調整のための導電性部材が汚染土壌に垂直姿勢で埋設される柱状体で構成されるものを説明したが、導電性部材の埋設姿勢は必ずしも垂直姿勢に限るものではなく、電場強度を最適に調整するために傾斜姿勢で埋設するものであってもよい。さらに、図７に示すように、複数の導電性部材を異なる傾斜姿勢で埋設することにより、異質埋設物の周辺土壌の電場強度をより適切に補償することも可能である。

上述した何れの実施形態も一例に過ぎず、導電性部材の材質、形状、径等については適宜設定されるものであり、導電性部材の埋設方法、配列軌跡、埋設本数等も、本発明による作用効果が奏される範囲において適宜設定されるものである。

本発明による汚染土壌の原位置浄化方法を電気修復法に適用する場合の説明図 電極間に異質埋設物が存在しない場合の電気力線図 電極間に導電性廃棄物が存在する場合の電気力線図 電極間に導電性廃棄物が存在する場合に、金属棒を埋設した場合の電気力線図 電極間に絶縁性廃棄物が存在する場合の電気力線図 電極間に導電性廃棄物が存在する場合に、金属棒を埋設した場合の電気力線図 別実施形態を示し、導電性部材の埋設姿勢を示す断面図

符号の説明

１：汚染土壌
２、３：電極井
２ｂ：陰極
３ｂ：陽極
８：導電性部材（金属棒）
９：異質埋設物
９ａ：導電性廃棄物
９ｂ：絶縁性廃棄物

Claims (5)

1. 汚染土壌に陰極と陽極が配置される少なくとも一対の電極井を形成し、両電極間に電圧を印加して汚染土壌に電場を形成し、形成された電場に沿ってイオン態の汚染物質を前記電極井に回収する汚染土壌の原位置浄化方法であって、
   前記電極井の周辺の汚染土壌に形成される電場を調整する導電性部材を敷設する汚染土壌の原位置浄化方法。
2. 前記導電性部材が前記電極井の周辺の異質埋設物による電場の乱れを補償するものである請求項１記載の汚染土壌の原位置浄化方法。
3. 前記導電性部材が前記異質埋設物の埋設深度に対応する位置に埋設される請求項２記載の汚染土壌の原位置浄化方法。
4. 前記導電性部材が前記異質埋設物の埋設深度に対応する位置に垂直姿勢で埋設される柱状体で構成される請求項２記載の汚染土壌の原位置浄化方法。
5. 前記導電性部材が除去対象汚染物質よりもイオン化傾向が小さい材質で構成される請求項１から４の何れかに記載の汚染土壌の原位置浄化方法。

Images