JP2010253416A

JP2010253416A - 汚染土砂の洗浄システム

Info

Publication number: JP2010253416A
Application number: JP2009108048A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakamura; 信一中村
Original assignee: Omega Inc
Current assignee: Omega Inc
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-11
Also published as: KR20100118076A

Abstract

【課題】より確実に処理を行うことができる汚染土砂の洗浄システムを提供しようとするもの。
【解決手段】汚染土砂（１）を蒸気により加熱して油分を揮発させる油分揮発機構（２）と、揮発した油分を冷却して液化させる油分液化機構（３）と、液化した油分を燃焼させて前記蒸気を発生させる蒸気発生機構と、両親媒性溶媒と水により前記油分の揮発後の土砂から残留油分を抽出し、前記抽出水を電気分解して浄化する抽出水浄化機構（４）とを有し、前記油分揮発機構（２）で汚染土砂（１）から揮発しなかった残留油分を抽出水浄化機構（４）で電気分解して浄化するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、ガソリンスタンドや化学工場などの油分等の漏洩で汚染された土壌の土砂の洗浄システムに関するものである。

従来、汚染土壌の浄化方法として次の提案があった（特許文献１）。
この提案は難分解性有機汚染物質で汚染された土壌の処理方法に関し、特に有機塩素化合物、芳香族化合物、農薬・防腐剤等、原油・重油・軽油・潤滑油等の石油及び留分等の汚染物質により汚染された土壌を容易にかつ低コストで安全に環境に優しく無害化する新しい技術に関するものであり、具体的には以下の内容が記載されている。
近年有機塩素化合物、芳香族化合物、農薬・防腐剤等、原油・重油・軽油・潤滑油等の石油及び留分等の汚染物質による土壌汚染や地下水汚染が顕在化し、大きな社会問題となってきている。これに対して種々の方法が提案・実行されてきている。これらの方法を大別すると、汚染土壌を原位置で浄化する方法、汚染土壌を原位置でそのまま封じ込めする方法、汚染土壌を掘削後、原位置で浄化し、埋め戻す方法、汚染土壌を掘削後、処理設備へ移送、浄化し、その後埋立処分などで廃棄する方法等に分けられる。
そしてこの提案は前記各方法の得失に鑑み、土壌中の汚染物質を低コストで容易にかつ安全で環境に優しく無害化する方法を提供するため、有機物質存在下で過酸化水素生成能力を有する活性炭を汚染土壌に添加することにより、有害物質で汚染された土壌を極めて容易かつ安価に原位置で浄化することができるというものである。
しかし、この方法では土壌の浄化度合が必ずしも明確ではないという問題があった。
特開２００６−２２３９６９号公報

そこでこの発明は、より確実に処理を行うことができる汚染土砂の洗浄システムを提供しようとするものである。

前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
(１)この発明の汚染土砂の洗浄システムは、汚染土砂を蒸気により加熱して油分を揮発させる油分揮発機構と、揮発した油分を冷却して液化させる油分液化機構と、液化した油分を燃焼させて前記蒸気を発生させる蒸気発生機構と、両親媒性溶媒と水により前記油分の揮発後の土砂から残留油分を抽出し、前記抽出水を電気分解して浄化する抽出水浄化機構とを有し、前記油分揮発機構で汚染土砂から揮発しなかった残留油分を抽出水浄化機構で電気分解して浄化するようにしたことを特徴とする。
（A）この洗浄システムでは、汚染土砂を蒸気により加熱して油分を揮発させ、揮発した油分を冷却して液化させ、液化した油分を燃焼させて前記蒸気を発生させ、次いで、両親媒性溶媒と水により前記油分の揮発後の土砂から残留油分を抽出し、前記抽出水を電気分解して浄化するようにしており、油分揮発機構で汚染土砂から揮発しなかった残留油分は抽出水浄化機構で電気分解するようにしており、揮発処理と電気分解処理という異質な二段階の処理で汚染土砂を洗浄することとしたので以下のような利点を有する。
この汚染土砂の洗浄システムでは、土砂の油分量が多くても特に支障は生じないという利点は有するものの高沸点留分が残留し易い又は高温まで加熱することが必要という欠点がある揮発処理と、電流がきちんと流れれば高い清浄度まで処理可能という利点は有するものの油分が多めの場合には水に可溶化しても油分過多となり電流が流れにくく処理が困難であるという欠点を有する電気分解処理とを複合し、油分の揮発処理とその残留油分の抽出水の電気分解処理とにより汚染土砂を効率的に浄化することが可能である。
すなわち、油分揮発機構で揮発し得なかった残留油分は沸点がより高い傾向があると考えられるが、このような高沸点留分も両親媒性溶媒で水に可溶化せしめて水中に移行せしめて電気分解することにより清浄化することができると共に（浄化後の処理水は該処理に再利用できる）、汚染土砂からは油分が除去されて清浄化され元の土壌への埋め戻しが可能となる。そして、前記高沸点留分は比較的分子量が大きいと考えられるが、このように分子量が大きい成分も両親媒性溶媒で水中に溶解せしめられると、電気分解の際に生成する活性酸素（・OHラジカルなど）の強力な酸化作用により分解することができる。
また、従来技術の欄に記載の有機物質存在下で過酸化水素生成能力を有する活性炭を汚染土壌に添加する方法では土壌の場所によって漏洩油の量が異なるはずであり浄化の実効性に疑義がある場所もあると考えられるが（従来方法では汚染油は土壌から回収されるのではない）、本システムでは浄化後の処理水と浄化後の土砂の清浄度は測定等により容易に把握することができより確実な処理が可能である。
（B）前記の通り、汚染土砂から油分を揮発させた後に未だ付着している残留油分について両親媒性溶媒と水により抽出するようにしたので、（揮発処理なしの）電気分解処理のみによる浄化の場合よりも両親媒性溶媒の使用量を低減し薬剤コストを削減することができる。また、汚染土砂から揮発・液化させた油分を燃焼させて蒸気を発生させ、この蒸気を（又は、も併せて）利用して汚染土砂を加熱するようにしたので、汚染油をエネルギーとして有効利用することができる。液化した油分の熱量だけでは足りない場合は他の油等の加熱手段を併用することができる。
このように、両親媒性溶媒の薬剤コストの削減と汚染油のエネルギーとしての再利用とにより処理費用を経済的に十分に実施可能な程度にコストダウンすることができ（加熱処理のみの態様では相当な高温まで加熱する必要があり大きなコストがかかる）、机上の空論ではない実践的な汚染土砂の洗浄システムを提供することができる。これにより、汚染土壌（ガソリンスタンドや化学工場の跡地の多くは油汚染されている）の再利用を促進することができることとなり、ひいては休眠或いは瀕死状態の跡地の再開発などの経済活動の活性化を通じて雇用や需要の拡大を呼び醒まし、国民生活の水準の向上に大きく貢献することができる。
前記両親媒性溶媒として油分と水分の双方に親和性を有する溶媒を使用することができ、DMSO、DMAｃ、IPA、BDG（ブチルジグルコール）などを例示することができ、この両親媒性溶媒によって油分を水に可溶化させて電気分解を円滑に行わせることができる。また、揮発した油分を冷却して液化させる油分液化機構では、温度帯（ガソリン域、軽油域、重油域など）によって分留することもできる。さらに、汚染土砂は水分も含有する場合が多いと考えられるので、先に100℃程度に加熱して水分を蒸発させて追い出しておき、次いで油分を蒸発させるように昇温・加熱することができる。

(２) 前記油分揮発機構では汚染土砂を撹拌しつつ蒸気を及ぼすようにしてもよい。このように構成すると、汚染土砂をムラなくより均一に加熱することができ、蒸気加熱による油分の揮発を効率良く行うことができる。蒸気による汚染土砂の加熱は媒介物（後述のシリンダーやチャンバー等）を介して間接的に行うことができ、また直接的に行うこともできる。
（A）前記油分揮発機構としてスクリュー機構を利用することができる。具体的には、シリンダー内をスクリューが回転することにより土砂を前方に送り出していき、このシリンダー壁から蒸気で間接的に汚染土砂を加熱すると共に、シリンダー出口から油分揮発後の土砂が送り出されて回収され（抽出水浄化機構に送る）、シリンダー上方に穿設した複数の孔部から揮発した油分が取り出されるようにすることができる。土砂はシリンダー入口に設けたホッパーから供給され、シリンダー壁を介して蒸気により間接的に加熱される。前記ホッパーへは汚染土砂をベルトコンベアにより供給することができる。
またシリンダーに温度勾配を付けて、入口側の水を蒸発させる温度域から出口側の油分を蒸発させる高い温度域へと徐々に設定温度を高めていき、それぞれの上方に揮発分を取り出す穿設孔を形成することもできる。なお、汚染土砂が蒸気により直接加熱されるような構造とすることもできる。
（B）前記油分揮発機構として攪拌羽根を内蔵するチャンバー機構を利用することができる。具体的には、油分による汚染土砂をチャンバー内に収容し、攪拌羽根をモータで回転駆動することにより場所のよる浄化ムラが生じないようにして油分の揮発を行わせる。加熱蒸気はチャンバーの外周の二重壁の間に供給され、チャンバー上方に穿設した複数の孔部から揮発した油分が取り出されるようにすることができる。汚染土砂はチャンバーの上部に設けたホッパーから供給される。そして、処理が完了すると蝶番方式の開閉蓋を開けてチャンバー内の土砂を取り出して抽出水浄化機構へと送る。この処理はバッチ単位で行う。なお、攪拌羽根ではなくチャンバー自体（胴体側）の方を回転させることもできる。
（３）前記液化した油分を燃焼させた際に発生する燃焼ガス成分をスクラバーにより水中に移行させ、この燃焼ガス成分含有水を前記抽出水浄化機構で併せて浄化するようにしてもよい。このように構成すると、この汚染土砂の洗浄システムによって環境に二次汚染の負担（燃焼ガスによる大気汚染）をかけることなく、地球に優しく浄化を行うことができる自己完結型の処理システムとすることができる。ここで、燃焼ガス成分をスクラバーにより水中に移行させる際、前記両親媒性溶媒を添加しておくこともできる。
（４）前記油分として食品加工工場で天ぷら油、マーガリン、マヨネーズ、ドレッシングや、植物油などの食用油を土壌に漏洩した場合も例示できる。
また、重油タンカーその他の船舶からA重油その他の油が流出する事故が起こり（海洋汚染）、この油分が海岸に漂着して波打ち際の岩石、砂、藻類にヘドロのように付着する不測の災害が発生することがある。このような砂や藻類、海藻なども汚染土砂（岩、藻類、海藻なども含むものとする）として本洗浄システムを適用し、汚染油をエネルギーとして再利用しつつ海岸沿いを浄化することにより元々の豊かな自然を回復することができ、これにより被災地の漁業を復興すると共に、海を見渡すことができる海岸沿いのリゾート観光地としての美しい風景を復活させることができる（海岸線の漂着油には有効な解決策がなかったのが現状である）。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
油分の揮発処理とその残留油分の抽出水の電気分解処理とにより汚染土砂を効率的に浄化することが可能であるので、より確実に処理を行うことができる汚染土砂の洗浄システムを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を説明する。
（実施形態１）
図１に示すように、この実施形態の汚染土砂の洗浄システムは、汚染土砂１を蒸気により加熱して油分を揮発させる油分揮発機構２と、揮発した油分を冷却して液化させる油分液化機構３と、液化した油分を燃焼させて前記蒸気を発生させる蒸気発生機構（ボイラー）と、両親媒性溶媒と水により前記油分の揮発後の土砂（洗浄土）から残留油分を抽出し、前記抽出水を電気分解して浄化する抽出水浄化機構４とを有し、前記油分揮発機構２で汚染土砂１から揮発しなかった残留油分を抽出水浄化機構４で電気分解して浄化するようにしている。
前記両親媒性溶媒として油分と水分の双方に親和性を有する溶媒を使用することができ、DMSO、DMAｃ、IPA、BDG（ブチルジグルコール）などを例示することができ、この両親媒性溶媒によって油分を水に可溶化させて電気分解を円滑に行わせることができる。また、揮発した油分を冷却して液化させる油分液化機構３では、温度帯（ガソリン域、軽油域、重油域など）によって分留することもできる。さらに、汚染土砂１は水分も含有する場合が多いと考えられるので、先に100℃程度に加熱して水分を蒸発させて追い出しておき、次いで油分を蒸発させるように昇温・加熱することができる。

前記油分揮発機構２としてスクリュー機構を利用している。具体的には、シリンダー５内をスクリュー６が回転することにより土砂を前方に送り出していき、このシリンダー５壁から蒸気で間接的に汚染土砂１を加熱すると共に、シリンダー出口７から油分揮発後の土砂が送り出されて回収され（抽出水浄化機構４に送る）、シリンダー５上方に穿設した複数の孔部から揮発した油分が取り出されるようにすることができる。土砂はシリンダー５入口に設けたホッパー８から供給され、シリンダー５壁を介して蒸気により間接的に加熱される。前記ホッパー８へは汚染土砂１をベルトコンベア（図示せず）により供給することができる。
この油分揮発機構２では汚染土砂１を撹拌しつつ蒸気を及ぼすようにしており、汚染土砂１をムラなくより均一に加熱することができ、蒸気加熱による油分の揮発を効率良く行うことができる。蒸気による汚染土砂１の加熱は媒介物（シリンダー５壁）を介して間接的に行うことができ、また直接的に行うこともできる。
なお、汚染土砂１が蒸気により直接加熱されるような構造とすることもできる。また、シリンダー５に温度勾配を付けて、入口側の水を蒸発させる温度域から出口側の油分を蒸発させる高い温度域へと徐々に設定温度を高めていき、それぞれの上方に揮発分を取り出す穿設孔を形成することもできる。

前記液化した油分を燃焼させた際に発生する燃焼ガス成分をスクラバー（図示せず）により水中に移行させ、この燃焼ガス成分含有水を前記抽出水浄化機構４で併せて浄化するようにしており、この汚染土砂１の洗浄システムによって環境に二次汚染の負担（燃焼ガスによる大気汚染）をかけることなく、地球に優しく浄化を行うことができる自己完結型の処理システムとすることができる。ここで、燃焼ガス成分をスクラバーにより水中に移行させる際、前記両親媒性溶媒を添加しておくこともできる。

次に、この実施形態の汚染土砂の洗浄システム使用状態を説明する。
（A）この洗浄システムでは、汚染土砂１を蒸気により加熱して油分を揮発させ、揮発した油分を冷却して液化させ、液化した油分を燃焼させて前記蒸気を発生させ、次いで、両親媒性溶媒と水により前記油分の揮発後の土砂から残留油分を抽出し、前記抽出水を電気分解して浄化するようにしており、油分揮発機構２で汚染土砂１から揮発しなかった残留油分は抽出水浄化機構４で電気分解するようにしており、揮発処理と電気分解処理という異質な二段階の処理で汚染土砂１を洗浄することとしたので以下のような利点を有する。
本システムでは、土砂の油分量が多くても特に支障は生じないという利点は有するものの高沸点留分が残留し易い又は高温まで加熱することが必要という欠点がある揮発処理と、電流がきちんと流れれば高い清浄度まで処理可能という利点は有するものの油分が多めの場合には水に可溶化しても油分過多となり電流が流れにくく処理が困難であるという欠点を有する電気分解処理とを複合し、油分の揮発処理とその残留油分の抽出水の電気分解処理とにより汚染土砂１を効率的に浄化することが可能であり、より確実に処理を行うことができる。

すなわち、油分揮発機構２で揮発し得なかった残留油分は沸点がより高い傾向があると考えられるが、このような高沸点留分も両親媒性溶媒で水に可溶化せしめて水中に移行せしめて電気分解することにより清浄化することができると共に（浄化後の処理水は該処理に再利用できる）、汚染土砂１からは油分が除去されて清浄化され元の土壌への埋め戻しが可能となる。そして、前記高沸点留分は比較的分子量が大きいと考えられるが、このように分子量が大きい成分も両親媒性溶媒で水中に溶解せしめられると、電気分解の際に生成する活性酸素（・OHラジカルなど）の強力な酸化作用により分解することができる。
また、従来技術の欄に記載の有機物質存在下で過酸化水素生成能力を有する活性炭を汚染土壌に添加する方法では土壌の場所によって漏洩油の量が異なるはずであり浄化の実効性に疑義がある場所もあると考えられるが（従来方法では汚染油は土壌から回収されるのではない）、本システムでは浄化後の処理水と浄化後の土砂の清浄度は測定等により容易に把握することができより確実な処理が可能である。

（B）前記の通り、汚染土砂１から油分を揮発させた後に未だ付着している残留油分について両親媒性溶媒と水により抽出するようにしたので、（揮発処理なしの）電気分解処理のみによる浄化の場合よりも両親媒性溶媒の使用量を低減し薬剤コストを削減することができる。また、汚染土砂１から揮発・液化させた油分を燃焼させて蒸気を発生させ、この蒸気を（又は、も併せて）利用して汚染土砂１を加熱するようにしたので、汚染油をエネルギーとして有効利用することができる。液化した油分の熱量だけでは足りない場合は他の油等の加熱手段を併用することができる。
このように、両親媒性溶媒の薬剤コストの削減と汚染油のエネルギーとしての再利用とにより処理費用を経済的に十分に実施可能な程度にコストダウンすることができ（加熱処理のみの態様では相当な高温まで加熱する必要があり大きなコストがかかる）、机上の空論ではない実践的な汚染土砂１の洗浄システムを提供することができる。これにより、汚染土壌（ガソリンスタンドや化学工場の跡地の多くは油汚染されている）の再利用を促進することができることとなり、ひいては休眠或いは瀕死状態の跡地の再開発などの経済活動の活性化を通じて雇用や需要の拡大を呼び醒まし、国民生活の水準の向上に大きく貢献することができる。

（実施形態２）
図２に示すように、この実施形態の汚染土砂１の洗浄システムは、前記油分揮発機構２として攪拌羽根９を内蔵するチャンバー10を利用している。具体的には、油分による汚染土砂１をチャンバー内に収容し、攪拌羽根９をモータで回転駆動することにより場所のよる浄化ムラが生じないようにして油分の揮発を行わせる。加熱蒸気はチャンバー10の外周の二重壁の間に供給され、チャンバー上方に穿設した複数の孔部から揮発した油分が取り出されるようにする。汚染土砂１はチャンバー10の上部に設けたホッパー８から供給される。そして、処理が完了すると蝶番方式の開閉蓋11を開けてチャンバー10内の土砂を取り出して抽出水浄化機構４へと送る。この処理はバッチ単位で行う。なお、攪拌羽根9ではなくチャンバー10自体（胴体側）の方を回転させることもできる。

油分の揮発処理とその残留油分の抽出水の電気分解処理とにより汚染土砂を効率的に浄化することが可能であり、より確実に処理を行うことができることによって、種々の土砂の処理の用途に適用することができる。

この発明の汚染土砂の洗浄システムの実施形態１を説明するシステム・フロー図。この発明の汚染土砂の洗浄システムの実施形態２を説明するシステム・フロー図。

１汚染土砂
２油分揮発機構
３油分液化機構
４抽出水浄化機構

Claims

汚染土砂（１）を蒸気により加熱して油分を揮発させる油分揮発機構（２）と、揮発した油分を冷却して液化させる油分液化機構（３）と、液化した油分を燃焼させて前記蒸気を発生させる蒸気発生機構と、両親媒性溶媒と水により前記油分の揮発後の土砂から残留油分を抽出し、前記抽出水を電気分解して浄化する抽出水浄化機構（４）とを有し、前記油分揮発機構（２）で汚染土砂（１）から揮発しなかった残留油分を抽出水浄化機構（４）で電気分解して浄化するようにしたことを特徴とする汚染土砂の洗浄システム。
前記油分揮発機構（２）では汚染土砂（１）を撹拌しつつ蒸気を及ぼすようにした請求項１記載の汚染土砂の洗浄システム。
前記液化した油分を燃焼させた際に発生する燃焼ガス成分をスクラバーにより水中に移行させ、この燃焼ガス成分含有水を前記抽出水浄化機構（４）で併せて浄化するようにした請求項１又は２記載の汚染土砂の洗浄システム。