JP2009240980A

JP2009240980A - 汚染土壌の浄化方法、及び浄化処理システム

Info

Publication number: JP2009240980A
Application number: JP2008092547A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Okada; 康生岡田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】ダイオキシン類を含む汚染土壌を効率的に浄化する新たな浄化処理技術を確立する。
【解決手段】本発明の汚染土壌の浄化方法は、ダイオキシン類を含む汚染土壌を加熱炉１６で加熱し、酸化分解させて無害化するものであり、特に、粘土鉱物供給機２６によって、汚染土壌にスメクタイト族の粘土鉱物（モンモリロナイト、或いはモンモリロナイト特有のＸ線回折像を有するベントナイト、酸性白土、活性白土など）を混合して加熱炉に供給して酸化分解処理させる点が特徴である。これらの粘土鉱物は、多孔質、固体酸として知られており吸着能や触媒作用を有するので、これを汚染土壌に混合して酸化雰囲気の加熱炉で例えば４００℃以上に加熱すると、加熱炉内で揮発したダイオキシン類は粘土鉱物に吸着され、同時に触媒作用により分解が促進されるので、汚染土壌を効率的に浄化ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚染土壌の浄化方法、及び浄化処理システムに係り、具体的には、ダイオキシン類を含む汚染土壌を加熱炉で加熱し、酸化分解させて無害化する汚染土壌の浄化方法、浄化処理システムに関する。

近年、各種工場跡や違法投棄現場でのダイオキシン類による土壌汚染や、河川・湖沼・港湾の底質のダイオキシン類による汚染が顕在化している。

そこで、特許文献１に記載されているように、ダイオキシン類を含む汚染土壌や汚染底質（以下、適宜これらをまとめて汚染土壌という。）を、酸素ガス存在下の加熱処理装置にて加熱することにより酸化分解させて無害化することが知られている。

また、特許文献１によれば、汚染土壌を加熱して酸化分解させるに際して、汚染土壌に金属塩化物を添加して加熱することにより、低温かつ短時間で効率的に分解除去することができるとされている。

特開２００６−２０９０９号公報

ところで、上述のように、近年のダイオキシン類を含む汚染土壌の顕在化にともない、汚染土壌の浄化に対するニーズは増加すると考えられるため、特許文献１に記載されているようなダイオキシン類の浄化技術の他にも、代替となるような浄化技術を確立することが求められている。

そこで、本発明は、ダイオキシン類を含む汚染土壌を効率的に浄化する新たな浄化処理技術を確立することを課題とする。

本発明の汚染土壌の浄化方法は、ダイオキシン類を含む汚染土壌を加熱炉で加熱し、酸化分解させて無害化するものであり、特に上述の課題を解決するため、汚染土壌にスメクタイト族の粘土鉱物を混合して加熱炉に供給して酸化分解処理させることを特徴としている。

この場合において、スメクタイト族の粘土鉱物としては、モンモリロナイト、或いはモンモリロナイトに特有のＸ線回折像を有するベントナイト、酸性白土、及び活性白土のいずれかを採用することができる。

すなわち、モンモリロナイト、或いはモンモリロナイト特有のＸ線回折像を有するベントナイト、酸性白土、活性白土などの粘土鉱物は、多孔質、固体酸として知られており吸着能や触媒作用を有する。したがって、粘土鉱物を汚染土壌に混合して加熱炉に投入し、酸化雰囲気で例えば４５０℃以上に加熱すると、加熱炉内で揮発したダイオキシン類は粘土鉱物に吸着され、同時に触媒作用により分解が促進される。その結果、ダイオキシン類を含む汚染土壌を効率的に浄化することができる。

なお、モンモリロナイトと似た性状の粘土鉱物の族名がスメクタイトであり、モンモリロナイトはスメクタイトの一種である。また、ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とし、石英、クリストバライト、長石、方解石等の随伴鉱物を含んだ粘土である。酸性白土、活性白土はベントナイトを活性化処理した製品であり、活性化の度合いは酸性白土＜活性白土となる。ダイオキシン分解能は、活性白土＞酸性白土≧モンモリロナイト＝ベントナイトと考えられる。

また、加熱炉を、横型回転式ドラム内で汚染土壌を加熱するロータリーキルン式加熱炉とすることが好ましい。

また、加熱炉で発生した排ガスから集塵機により捕集された塵、及び加熱炉で酸化分解された後冷却された処理土壌の少なくともいずれか一方のダイオキシン類の濃度の計測値があらかじめ定められた閾値より高ければ、再び加熱炉に供給して酸化分解処理させて、ダイオキシン類の浄化処理に万全を尽くすことが望ましい。

また、本発明の汚染土壌の浄化処理システムは、被処理物を加熱して酸化分解させる加熱炉と、この加熱炉にダイオキシン類を含む汚染土壌を供給する汚染土壌供給機と、加熱炉で発生した排ガスから塵を捕集する集塵機と、加熱炉で酸化分解された土壌を冷却する冷却器とを有するものであり、特に上述の課題を解決するため、加熱炉にスメクタイト族の粘土鉱物を供給する粘土鉱物供給機を備えてなることを特徴とする。

例えば、モンモリロナイト、ベントナイトの製品及び酸性白土、活性白土は乾燥した粉末状であるので、これらは粘土鉱物供給機で直接加熱炉へ投入することができる。このような製品としての粘土鉱物は、未処理品に比べてコストが高いが、ダイオキシン分解能が高いので添加量を抑えることが可能である。

一方、汚染土壌供給機の上流側に、被処理物の粒径及び含水率の少なくとも一方を加熱炉に適用可能な性状に調整する前処理部を備え、汚染土壌供給機が、前処理部に供給されて前処理のなされた汚染土壌及びスメクタイト族の粘土鉱物を加熱炉に供給するように構成することもできる。

つまり、汚染土壌と粘土鉱物を別々の供給機で加熱炉に供給するのではなく、前処理部に投入されて前処理がなされた汚染土壌と粘土鉱物とを同時に加熱炉に供給してもよい。

例えば、採掘されたモンモリロナイト、ベントナイトなど未処理品のものは、含水分が高く塊状物であるため、直接加熱炉へは供給できない。この場合は、汚染土壌とともに前処理部に投入して粒径及び含水率を調整して、処理のなされた汚染土壌と粘土鉱物を共に加熱炉に供給すると、予混合効果も期待でき合理的であるので好ましい。このように構成することで粘土鉱物専用の供給機が不要となる。未処理品は製品に比べてダイオキシン分解能が低く添加量が多くなるが、コストが安くなる。なお、酸性白土、活性白土は活性化処理されているため製品のみ存在する。

本発明によれば、ダイオキシン類を含む汚染土壌を効率的に浄化する新たな浄化処理技術を確立することができる。

以下、本発明を適用してなる汚染土壌の浄化方法、及び浄化処理システムの実施形態について説明する。

（第１実施形態）
本実施形態の汚染土壌の浄化処理システムは、例えばポリ塩化ジベンゾパラジオキシン（ＰＣＤＤ）、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）、コプラナーＰＣＢ（Ｃｏ−ＰＣＢ）などを含むダイオキシン類（ＤＸＮｓ）やＰＣＢ類に汚染された汚染土壌・底質を対象に浄化処理を行うものである。

汚染土壌は、例えば各種工場跡や違法投棄現場、或いはごみ処理施設などで採集されるものであり、底質は、河川・湖沼・港湾などから採集されるものである。なお、以下の説明では、適宜汚染土壌と汚染底質をまとめて汚染土壌という。

図１は、本実施形態の汚染土壌の浄化方法が適用される浄化処理システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、汚染土壌の浄化処理システム１０は、採集された汚染土壌を浄化処理に適した性状に調整する前処理部１２と、前処理がなされた汚染土壌を貯留するとともに、所定量の汚染土壌を加熱炉に供給する汚染土壌供給機１４を有して構成されている。

また、定量供給機１４から供給された汚染土壌を加熱して酸化分解させる加熱炉１６と、加熱炉１６で発生した排ガスから塵を捕集する集塵機１８と、集塵機１８の後流側に配置され、除塵された排ガスを十分に無害化させる排ガス処理部２０と、加熱炉１６で酸化分解処理された土壌を冷却する冷却器２２とを有している。

なお、本実施形態では、横型回転式ドラム内で汚染土壌を加熱するロータリーキルン式加熱炉を採用している。すなわち、横型回転式ドラム内に供給された汚染土壌は、ドラムの回転により撹拌されながら移動しつつ、ドラムの周囲に設けられた電気ヒータ、直火、スチームなどの加熱器２４により加熱されて酸化分解処理されるようになっている。ただし、本発明は、これに限らずその他の加熱炉で汚染土壌を加熱して酸化処理させる場合にも適用可能である。また、排ガス処理部２０は必要に応じて設ければよい。

続いて、本実施形態の汚染土壌処理システムの特徴部及び動作について説明する。図１に示すように、本実施形態では、本実施形態では、スメクタイト族の粘土鉱物を貯留するとともに、所定量のスメクタイト族の粘土鉱物を加熱炉１６に供給する粘土鉱物供給機２６が備えられている点に特徴を有している。

スメクタイト族の粘土鉱物としては、モンモリロナイト、或いはモンモリロナイトに特有のＸ線回折像を有するベントナイト、酸性白土、及び活性白土のいずれかを採用することができる。以下、これらを総称して、単に粘土鉱物という。

粘土鉱物供給機２６は、例えば汎用のスクリューフィーダやロータリーフィーダなどで構成することができる。ただし、これら以外でも、粘土鉱物を加熱炉に供給できるものであれば適用可能である。また、必要に応じて前処理のなされた汚染土壌と、粘土鉱物を混合しておいて、この混合物を定量供給機で加熱炉へ供給するよう構成してもよい。

このような特徴を有する本実施形態の汚染土壌処理システムでは、まず、採集された汚染土壌に対して前処理部１２にて前処理が行われる。すなわち、採集された汚染土壌には、石や木根その他の夾雑物が含まれるとともに、含水率も例えば２０〜８０％と様々である。そこで、採集された汚染土壌は、前処理部１２において、公知の手法により浄化処理に適した性状（例えば粒径１０ｍｍ以下、含水率５％以下など）に調整される。

前処理のなされた汚染土壌は、いったん汚染土壌供給機１４に貯留され、定量的に加熱炉１６に供給される。一方、粘土鉱物供給機２６に貯留された粘土鉱物も、汚染土壌と同様に、定量的に加熱炉１６に供給される。

加熱炉１６に供給された汚染土壌と粘土鉱物は、傾斜した横型回転式ドラムの回転により、適度な撹拌強度で混合されながら一定の滞留時間をもって酸素ガス存在下のドラム内を移動しながら加熱器２４により例えば３５０〜６００℃、より好ましくは４００〜５００℃程度に加熱され酸化分解される。なお、加熱炉１６には、蒸発水分や揮発成分を速やかに系外に排出するために、適量の押し込み空気が供給される。

このように、汚染土壌に粘土鉱物を混合して熱分解炉にて酸化分解させることにより、単にダイオキシン類を含む汚染土壌を加熱して酸化分解させる場合に比べて効率的な浄化を行うことができる。

すなわち、モンモリロナイト、或いはモンモリロナイト特有のＸ線回折像を有するベントナイト、酸性白土、活性白土などの粘土鉱物は、多孔質、固体酸として知られており吸着能（化学吸着、物理吸着）や触媒作用を有している。したがって、粘土鉱物を汚染土壌に混合して加熱炉に投入し、酸化雰囲気で加熱すると、加熱炉内で揮発したダイオキシン類は粘土鉱物に吸着され、同時に触媒作用により分解が促進される。その結果、ダイオキシン類を含む汚染土壌を効率的に浄化することができる。

続いて、加熱炉１６にて発生した排ガスは、集塵機１８に導かれ、ここで、排ガス中に含まれる塵が除塵される。また、除塵された排ガスは、排ガス処理部２０に導かれ、ここで必要に応じて無害化処理などが行われる。

一方、加熱炉１６にて酸化分解処理された土壌は、ダイオキシン類の再合成を防止するために、冷却器２２により例えば８０℃以下に急冷された後、排出される。

ところで、本実施形態では、汚染土壌に粘土鉱物を混合して加熱炉に供給して酸化分解処理させているが、これらの混合割合については、汚染土壌の濃度、処理土壌の許容濃度、粘土鉱物の吸着・分解能、及び加熱炉の処理条件（例えば処理温度、滞留時間など）などの条件をもとに、適宜選択することができる。例えば、粘土鉱物の混合割合は、０．０５〜１０ｗｔ％とすることができる。さらに、０．１〜５．０ｗｔ％とするのが好ましい。

例えば、本実施形態のロータリーキルン式加熱炉に適用可能な汚染土壌・底質、及び処理条件は、以下のとおりである。
・粒径：１０ｍｍ以下
・含水率：５％以下
・汚染物濃度：ＤＸＮｓ３０，０００ｐｇ−ＴＥＱ／ｇ以下、ＰＣＢｓ１，０００ｍｇ／ｋｇ以下
・処理物濃度：ＤＸＮｓ１５０ｐｇ−ＴＥＱ／ｇ以下、ＰＣＢｓ１０ｍｇ／ｋｇ以下
・処理能力１基あたり最大２ｔ／ｈ
・処理温度：３５０〜６００℃、より好ましくは４００〜５００℃
・滞留時間：２０分
したがって、汚染土壌は、前処理部１２により粒径１０ｍｍ以下、含水率５％以下に調整される。また、例えば粘土鉱物のダイオキシン類の吸着・分解能が１ｎｇ／ｍｇ程度とすれば、ダイオキシン濃度３０，０００ｐｇ−ＴＥＱ／ｇの汚染土壌１ｔを処理するためには、汚染土壌に粘土鉱物を３０ｋｇ以上添加する必要がある。

（第２実施形態）
本発明の浄化方法、及び浄化処理システムの第２の実施形態について説明する。図２は、本実施形態の汚染土壌の浄化方法が適用される浄化処理システムの全体構成を示す図である。本実施形態は、第１実施形態と比べて、粘土鉱物供給機２６を用いない点、前処理部１２に粘土鉱物が供給される点、及び汚染土壌供給機１４が前処理のなされた汚染土壌及び粘土鉱物を加熱炉１６に供給する点のみ異なっている。したがってその他の部分の説明は省略する。

本実施形態は、例えば粘土鉱物が採掘されたモンモリロナイトやベントナイトなど未処理製品であって、含水率が例えば５％以上であったり、粒径が例えば１０ｍｍより大きかったりして、直接加熱炉へ供給できない場合に好適である。

この場合は、例えばユンボなどを用いて汚染土壌と粘土鉱物を前処理部１２へ投入して第１実施形態と同様に前処理と行い、汚染土壌供給機１４が、前処理のなされた汚染土壌と粘土鉱物をともに加熱炉１６へ供給する。

これによれば、粘土鉱物供給機２６を用いない分、システム構成が簡素化されて好ましい。また、本実施形態では、粘土鉱物と汚染土壌とを共に前処理（粉砕、乾燥）しているので、予混合効果も期待でき合理的であるため好ましい。

以上、本発明によれば、固体酸などの能力を活性化処理した製品（例えば市販ベントナイトなど）としての粘土鉱物と、未処理の粘土鉱物の双方を適用可能である。製品は、未処理品に比べてコストが高いが、ダイオキシン分解能が高いので添加量を抑えることが可能である。一方、未処理品は、製品と比較して活性化の度合いは低いため、ダイオキシン類の吸着・分解能に応じて粘土鉱物の添加量を多くしなければ同等の処理性能は得られないが、コストは安い。このような点を考慮して製品、未処理品いずれかの粘土鉱物を適宜使用すればよい。

また、図示していないが、集塵機１８で捕集された塵、及び冷却器２２で冷却された処理土壌の両方、或いはいずれか一方にダイオキシン濃度を計測するダイオキシン濃度計を設けて、ダイオキシン類の濃度の計測値があらかじめ定められた閾値より高ければ、再び加熱炉１６に供給して酸化分解処理させることもできる。

第１実施形態の汚染土壌の浄化方法が適用される浄化処理システムの全体構成を示す図である。第２実施形態の汚染土壌の浄化方法が適用される浄化処理システムの全体構成を示す図である。

符号の説明

１０汚染土壌の浄化処理システム
１２前処理部
１４汚染土壌供給機
１６加熱炉
１８集塵機
２０排ガス処理部
２２冷却器
２４加熱器
２６粘土鉱物供給機

Claims

ダイオキシン類を含む汚染土壌を加熱炉で加熱し、酸化分解させて無害化する汚染土壌の浄化方法において、
前記汚染土壌にスメクタイト族の粘土鉱物を混合して前記加熱炉に供給して酸化分解処理させることを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
前記スメクタイト族の粘土鉱物が、モンモリロナイト、或いはモンモリロナイトに特有のＸ線回折像を有するベントナイト、酸性白土、及び活性白土のいずれかである請求項１の汚染土壌の浄化方法。
前記加熱炉が、横型回転式ドラム内で前記汚染土壌を加熱するロータリーキルン式加熱炉である請求項１の汚染土壌の浄化方法。
前記加熱炉で発生した排ガスから集塵機により捕集された塵、及び前記加熱炉で酸化分解された後冷却された処理土壌の少なくともいずれか一方のダイオキシン類の濃度の計測値があらかじめ定められた閾値より高ければ、再び前記加熱炉に供給して酸化分解処理させる請求項１の汚染土壌の浄化方法。
被処理物を加熱して酸化分解させる加熱炉と、該加熱炉にダイオキシン類を含む汚染土壌を供給する汚染土壌供給機と、前記加熱炉で発生した排ガスから塵を捕集する集塵機と、前記加熱炉で酸化分解された土壌を冷却する冷却器とを有するとともに、前記加熱炉にスメクタイト族の粘土鉱物を供給する粘土鉱物供給機を備えてなることを特徴とする汚染土壌の浄化処理システム。
被処理物を加熱して酸化分解させる加熱炉と、該加熱炉にダイオキシン類を含む汚染土壌を供給する汚染土壌供給機と、前記加熱炉で発生した排ガスから塵を捕集する集塵機と、前記加熱炉で酸化分解された土壌を冷却する冷却器とを有するとともに、前記汚染土壌供給機の上流側に、被処理物の粒径及び含水率の少なくとも一方を前記加熱炉に適用可能な性状に調整する前処理部を備え、
前記汚染土壌供給機は、前記前処理部に供給されて前処理のなされた前記汚染土壌及びスメクタイト族の粘土鉱物を前記加熱炉に供給することを特徴とする汚染土壌の浄化処理システム。
前記スメクタイト族の粘土鉱物が、モンモリロナイト、或いはモンモリロナイトに特有のＸ線回折像を有するベントナイト、酸性白土、及び活性白土のいずれかである請求項５又は６の汚染土壌の浄化処理システム。
前記加熱炉が、横型回転式ドラム内で前記汚染土壌を加熱するロータリーキルン式加熱炉である請求項５又は６の汚染土壌の浄化処理システム。
前記集塵機で捕集された塵、及び前記冷却器で冷却された処理土壌の少なくとも一方のダイオキシン濃度を計測する手段と、ダイオキシン類の濃度の計測値があらかじめ定められた閾値より高ければ、再び前記加熱炉に供給して酸化分解処理させる手段を備えてなる請求項５又は６の汚染土壌の浄化処理システム。