JP2016032796A - 汚染土壌浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】大量の有害金属汚染土壌を事業として現実に浄化することを可能にする具体的な汚染土壌浄化システムを提供する。【解決手段】浄化システムＳは、土壌浄化部Ａと、小径粒子回収部Ｂと、洗浄液再生部Ｃと、洗浄水処理部Ｄとを備えている。土壌洗浄部Ａは、有害金属に汚染された土壌を、キレート剤を含有する洗浄液で洗浄することにより、土壌から有害金属を除去してキレート剤に捕捉させ、土壌を浄化する。土壌洗浄部Ａでは、土壌が、大径粒子と小径粒子に篩分される。小径粒子回収部Ｂでは、小径粒子を含む洗浄液が、小径粒子を含まない洗浄液と、小径粒子を含むスラッジとに分離される。洗浄液再生部Ｃでは、有害金属を補足しているキレート剤を含む洗浄液が固相吸着材と接触させられ、キレート剤に捕捉されている有害金属が固相吸着材に吸着され、洗浄液から有害金属が除去され、洗浄液が再生される。【選択図】図１

Description

本発明は、有害金属又はこれらの化合物で汚染された大量の土壌を浄化するための汚染土壌浄化システムに関するものである。

近年、例えばクロム、鉛、カドミウム、セレン、水銀などの有害金属元素及び／又はこれらの化合物（以下、これらを「有害金属」と総称する。）を原料又は材料等として用いる生産施設の敷地又はその近隣地における土壌汚染、あるいは有害金属を含む産業廃棄物の投棄等による土壌汚染が問題となっている。そして、有害金属で汚染された土壌（以下「有害金属汚染土壌」という。）を、該土壌が現に存在する位置（以下「原位置」という。）において、例えば有害金属の不溶化、封じ込め又は電気修復などにより浄化することはかなり困難である。このため、このような有害金属汚染土壌は、一般に掘削して原位置から除去され、外部の土壌浄化装置で浄化される。なお、有害金属汚染土壌が除去された跡地は、通常、浄化された元の土壌又は別の清浄な土壌で埋め戻される。

有害金属汚染土壌を浄化する手法としては、従来、溶融処理（例えば、特許文献１参照）や、土壌洗浄処理（例えば、特許文献２、３参照）などが知られている。ここで、溶融処理は、有害金属汚染土壌を溶融させた後に急冷することにより有害金属を封じ込め、これを骨材などとして再利用するようにした土壌浄化手法であるが、大量の熱エネルギーを消費するので、大量の有害金属汚染土壌を処理するのには適していないといった問題がある。

他方、土壌洗浄処理は、有害金属汚染土壌を洗浄して有害金属を除去するようにした土壌浄化手法であり、ほとんど熱エネルギーを必要としないので、大量の有害金属汚染土壌を処理するのに適している。そこで、本願発明者らは、すでに特許文献４において、土壌洗浄処理により有害金属汚染土壌を浄化する手法として、有害金属に汚染された汚染物をキレート剤含有洗浄液で洗浄することにより、汚染物から有害金属を除去し、この洗浄により発生した洗浄廃液を、キレート剤よりも錯生成力の高い固相吸着材に接触させ、キレート剤含有洗浄液から有害金属を回収することにより、キレート剤含有洗浄液を再生するようにした有害金属汚染物の浄化方法を提案している（特許文献４の段落［０００６］参照。）。

特許文献４に記載された発明に係る有害金属汚染物の浄化方法によれば、有害金属に汚染された汚染土壌その他の汚染物をキレート剤含有の洗浄剤で洗浄した後の洗浄廃液から固相吸着材で有害金属を除去することができる。このため、洗浄液を繰り返し利用することができ、エネルギー負荷の非常に少ない浄化システムを構築することができる。これにより、自然汚染土壌その他の汚染土壌の浄化が容易となり、また汚染廃棄物に対しては廃棄物の減量化と有効利用が期待される、といった顕著な効果を奏する（特許文献４の段落［００１０］参照。）。

特開２０００−２４６２３２号公報 特開２０００−３２５９３６号公報 特開２００７−０９８２９９号公報 特許第５１６４１６９号明細書

特許文献４に記載された発明は、前記のとおり、非常に少ないエネルギー負荷でもって、キレート剤含有洗浄液を繰り返し利用しつつ有害金属汚染土壌を浄化することができる浄化システムを構築することを可能にする発明である。しかしながら、特許文献４は、実験室規模の実施例を開示しているものの、大量の有害金属汚染土壌を事業として現実に浄化するための具体的な汚染土壌浄化システムを提案するまでには至っていない。そこで、本発明は、特許文献４に記載された発明に係る有害金属汚染物の浄化方法を利用して、大量の有害金属汚染土壌を事業として現実に浄化することを可能にする具体的な汚染土壌浄化システムを提供することを解決すべき課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係る、有害金属に汚染された土壌を浄化する汚染土壌浄化システムは、キレート剤洗浄装置と、固液分離装置と、洗浄液再生装置と、洗浄液還流機構と、固相吸着材再生機構とを備えている。キレート剤洗浄装置は、キレート剤を含有する洗浄液で該土壌を洗浄することにより、該土壌から有害金属を除去してキレート剤に捕捉させる一方、該土壌中の小径粒子を洗浄液中に離脱させる。固液分離装置は、キレート剤洗浄装置から排出された洗浄液から小径粒子を分離する。洗浄液再生装置は、固液分離装置によって小径粒子が除去された洗浄液と接触して有害金属を吸着する、キレート剤よりも錯生成力の高い固相吸着材を有し、洗浄液から有害金属を回収して洗浄液を再生する。洗浄液還流機構は、洗浄液再生装置によって再生された洗浄液をキレート剤洗浄装置に還流させる。固相吸着材再生機構は、洗浄液が排除された状態で洗浄液再生装置に酸液を流通させ、固相吸着材に吸着された有害金属を酸液により回収して固相吸着材を再生する。

ここで、固相吸着材は、担体に環状分子を担持させ、環状分子にキレート配位子を修飾した配位結合及び水素結合による多点相互作用を有するとともに有害金属のイオンを選択的に取り込むものである。また、キレート剤洗浄装置は、洗浄液を保持するキレート剤洗浄槽と、土壌を収容している土壌容器をキレート剤洗浄槽内の洗浄液中に浸漬させた状態で水平方向に移動させる土壌搬送装置とを有している。そして、土壌容器の底部及び側部のうちの少なくとも一方は、小径粒子を通過させる一方小径粒子より大径の粒子を通過させない寸法の目（目開き）を有する篩網で形成されている。

本発明に係る汚染土壌浄化システムは、洗浄水を保持する水洗浄槽を設けた上で、土壌搬送装置を、キレート剤洗浄装置から搬出した土壌容器を、水洗浄槽内の洗浄水中に浸漬させた状態で水平方向に移動させることにより土壌を水洗するように構成するのが好ましい。この場合、水洗浄槽から排出された洗浄水の固体成分を除去する清澄濾過器と、清澄濾過器から排出された洗浄水中のキレート剤を吸着するキレート剤吸着装置と、キレート剤吸着装置から排出された洗浄水を水洗浄槽に還流させる洗浄水還流機構とを設けるのが、とくに好ましい。

本発明に係る汚染土壌浄化システムは、固液分離装置から排出された小径粒子を含むスラッジを濾過する濾過器を設けた上で、濾過器の濾液を洗浄液再生装置に流入させるように構成するのが好ましい。また、本発明に係る汚染土壌浄化システムは、洗浄液又は酸液が排除された状態で洗浄液再生装置に水を流通させ、固相吸着材を水洗する固相吸着材水洗機構を備えているのが好ましい。

本発明によれば、有害金属、例えば重金属又はその化合物で汚染された土壌を収容している土壌容器を、土壌搬送装置により、キレート剤洗浄槽内の洗浄液に浸漬された状態で水平方向に搬送する際に、土壌に含まれている有害金属を除去することができるので、有害金属で汚染された大量の土壌を、迅速かつ連続的に浄化して清浄な土壌を生成することができる。また、土壌容器の底部及び側部のうちの少なくとも一方が、小径粒子を通過させる一方小径粒子より大径の粒子を通過させない目開きの篩網で形成されているので、篩網の目開きを好ましく設定することにより、浄化された土壌の粒度を、例えば骨材等の建設資材等として利用することが可能なものとすることができる。

また、キレート剤洗浄槽で使用される洗浄液を循環させる途中で、洗浄液中のキレート剤に捕捉されている有害金属を固相吸着材で吸着して除去することができ、かつ適宜に固相吸着材に吸着されている有害金属を酸液で除去することができるので、キレート剤をほとんど補充することなく、有害金属で汚染された大量の土壌を連続的に浄化して清浄な土壌を生成することができる。また、洗浄液を循環させる途中で、キレート剤洗浄槽内において土壌容器に収容されている土壌から洗浄液中に離脱する小径粒子を固液分離装置により分離して除去することができるので、循環する洗浄液中に固体成分が蓄積されない。なお、小径粒子を含むスラッジは、有害金属が除去されているので、濾過器等により脱水し乾燥させることにより、例えば植栽土などとして再利用することができる。

本発明に係る汚染土壌浄化システムの全体構成を示すブロック図である。 図１に示す汚染土壌浄化システムの土壌洗浄部の一部をなす土壌搬送装置及びキレート剤洗浄槽の模式的な一部断面側面図である。 図１に示す汚染土壌浄化システムの土壌洗浄部の一部をなす土壌搬送装置及び水洗浄槽の模式的な一部断面側面図である。 土壌搬送装置によって搬送される土壌容器の模式的な斜視図である。 図１に示す汚染土壌浄化システムの土壌洗浄部の一部をなす土壌搬送装置及びキレート剤洗浄槽の変形例の模式的な一部断面側面図である。 図１に示す汚染土壌浄化システムの土壌洗浄部の一部をなす土壌搬送装置及び水洗浄槽の変形例の模式的な一部断面側面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を具体的に説明する。まず、本発明に係る汚染土壌浄化システムの概略的な構成及び機能を説明する。
図１に示すように、本発明に係る汚染土壌浄化システムＳ（以下、略して「浄化システムＳ」という。）は、土壌浄化部Ａと、小径粒子回収部Ｂと、洗浄液再生部Ｃと、洗浄水処理部Ｄとを備えている。

土壌洗浄部Ａは、有害金属（有害金属元素及び／又はこれらの化合物）に汚染された土壌を、キレート剤を含有する洗浄液で洗浄することにより、土壌から有害金属を除去してキレート剤に捕捉させ、土壌を浄化する。土壌洗浄部Ａにより浄化される土壌は、種々の粒径の土石ないしは土砂、例えば石（粒径：７５ｍｍ以上）、礫（粒径：２〜７５ｍｍ）、砂（粒径：０．０７５〜２ｍｍ）、シルト（粒径：０．００５〜０．０７５ｍｍ）、粘土（粒径：０．００５ｍｍ以下）等の一部のもの又は全部のものを含むものであり、これらは有害金属で汚染されている。

ここで、有害金属としては、例えば、クロム、鉛、カドミウム、セレン、水銀、金属ヒ素及びこれらの化合物などが挙げられる。また、洗浄液に用いられるキレート剤としては、例えば、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、あるいは生分解性を有するＨＩＤＳ（３−ヒドロキシ−２，２’−イミノジコハク酸）、ＩＤＳ（２，２’−イミノジコハク酸）、ＭＧＤＡ（メチルグリシン二酢酸）、ＥＤＤＳ（エチレンジアミンジ酢酸）又はＧＬＤＡ（Ｌ−グルタミン酸ジ酢酸）のナトリウム塩などが挙げられる。

これらのキレート剤は、いずれも土壌に含まれる有害金属を該土壌からほぼ完全に除去して補足する（キレートする）ことができものである。また、後で詳しく説明するように、土壌洗浄部Ａでは、土壌中の小径粒子、例えば砂、シルト、粘土等が、篩分により土壌から洗浄液中に離脱させられる。したがって、土壌洗浄部Ａでは、基本的には、有害金属で汚染された土壌から、有害金属が除去された石、礫等の大径粒子（土石）と、有害金属が除去された砂、シルト、粘土等の小径粒子とが生成される。なお、土壌浄化部Ａでは、有害金属が除去された大径粒子が洗浄水で洗浄され、大径粒子に付着している微量の洗浄液ないしはキレート剤が完全に除去される。このように洗浄された清浄な大径粒子は土壌洗浄部Ａから排出され、コンクリートの骨材等として利用され、又は投棄される。

小径粒子回収部Ｂでは、土壌洗浄部Ａから排出された小径粒子を含む洗浄液が、沈降分離、遠心分離等の固液分離処理により、小径粒子を含まない洗浄液（上澄液）と、小径粒子を含むスラッジとに分離される。そして、小径粒子を含まない洗浄液は洗浄液再生部Ｃに導入される。他方、スラッジは、例えば濾過処理により脱液されてケークないしは固形物となる。濾過処理により生じた濾液は洗浄液再生部Ｃに導入される。なお、ケークないしは固形物を水と混合した上で、再度濾過処理を施し、小径粒子に付着している微量の洗浄液ないしはキレート剤を完全に除去するのが好ましい。この場合、ケークと混合する水は洗浄水処理部Ｄから供給し、濾液は洗浄水処理部Ｄに戻して処理（浄化）すればよい。小径粒子回収部Ｂから排出された清浄な小径粒子ないしは土砂は、必要があれば乾燥処理が施され、例えば植物の栽培土などとして使用され、又は投棄される。

洗浄液再生部Ｃでは、有害金属を補足しているキレート剤を含む洗浄液が、キレート剤より錯生成力が高い固相吸着材と接触させられる。これにより、キレート剤に捕捉されている有害金属はキレート剤から離脱させられ、固相吸着材に吸着される。これにより、洗浄液から有害金属が除去・回収される一方、キレート剤は再び有害金属を補足することができる状態となり、洗浄液が再生される。このように再生された洗浄液は、土壌洗浄部Ａに還流させられる。つまり、キレート剤を含有する洗浄液は、土壌の浄化と小径粒子の回収とキレート剤の再生とを繰り返しつつ、土壌洗浄部Ａと小径粒子回収部Ｂと洗浄液再生部Ｃとを循環する。このようにキレート剤を再生しつつ循環使用するので、基本的にはキレート剤を供給する必要はなく、わずかな量の目減り分を適宜に補充するだけでよい。

キレート剤より錯生成力が高い固相吸着材は、例えばゲル等の固体状のものであり、一般に、金属を補足しているキレート剤を含む水溶液と接触したときに、キレート剤と配位結合している金属イオンをキレート剤から離脱させて固相吸着材に移動させることができる程度の共有結合以外の強い結合力を有しているものである。このような固相吸着材は、例えばキレート剤としてＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）を用いる場合、濃度が１０ｍＭ／ｌであるＥＤＴＡ水溶液から、ほぼ１００％の金属イオンを回収することができる強い結合力を有するものである。

このような固相吸着材としては、例えばシリカゲルや樹脂等の担体に環状分子を密に担持させ、この環状分子にキレート配位子を修飾させたものなどが挙げられる。このような固相吸着材を用いる場合、隣り合う環状分子及びキレート配位子により、配位結合、水素結合などの複数の様々な結合や相互作用が生じて多点相互作用が生じ、金属イオンに対してキレート剤よりも強い化学結合が生じるとともに環状分子の性状により金属イオンを選択的に取り込むことができる。

このような洗浄液の再生に伴って、固相吸着材における有害金属の吸着量は経時的に増加してゆくが、固相吸着材の吸着量には限界がある。このため、固相吸着材における有害金属の吸着量が飽和状態ないしはその近傍に達したときには、固相吸着材を酸液と接触させることにより、固相吸着材に吸着されている有害金属が酸液中に離脱させられる。すなわち、有害金属が酸液によって回収される一方、固相吸着材は再生されて再び有害金属を吸着することが可能な状態となる。なお、固相吸着材は、酸液によって再生された後、水洗により付着している微量の酸液が除去される。

洗浄水処理部Ｄでは、土壌洗浄部Ａから排出された洗浄水から不純物が除去され、不純物が除去された洗浄水は土壌洗浄部Ａに還流させられる。土壌洗浄部Ａから排出された洗浄水は、有害金属が除去された大径粒子を洗浄したものであり、若干の不溶性の浮遊物ないしは懸濁物（ＳＳ）と、微量のキレート剤等の水溶性不純物とを含んでいる。そこで、清澄濾過処理により洗浄水から浮遊物ないしは懸濁物を除去し、さらに吸着処理により洗浄水中の水溶性不純物を除去するようにしている。つまり、洗浄水は、大径粒子を洗浄しつつ、土壌洗浄部Ａと洗浄水処理部Ｄとを循環する。このように洗浄水を処理しつつ循環使用するので、基本的には水を連続的に供給する必要はなく、目減り分を適宜に補給するだけでよい。

以下、浄化システムＳの具体的な構成及び機能を説明する。まず、土壌洗浄部Ａの具体的な構成及び機能を説明する。
図１〜図３に示すように、土壌洗浄部Ａは、キレート剤を含有する洗浄液を収容しているキレート剤洗浄槽１と、洗浄水を収容している水洗浄槽２と、土壌搬送装置３とを備えている。土壌搬送装置３は、土壌を収容している複数の土壌容器４を、矢印Ｐで示す方向に連続的又は間欠的に搬送し、まずキレート剤洗浄槽１内の洗浄液に浸漬して水平方向に移動させ、次に水洗浄槽２内の洗浄水に浸漬して水平方向に移動させる。なお、以下では便宜上、土壌容器４の搬送方向Ｐ（図１〜図３中の位置関係ではおおむね右向き）に関して、土壌容器４が進んで行く側（図１〜図３中の位置関係では右側）を「前」といい、これと反対側（図２及び図３中の位置関係では左側）を「後」ということにする。

キレート剤洗浄槽１の形状ないしは寸法は、以下のように設定される。図２から明らかなとおり、キレート剤洗浄槽１は、その後端部に位置する入口側傾斜部１ａと、前端部に位置する出口側傾斜部１ｂと、両傾斜部１ａ、１ｂ間に位置し深さが一定である水平部１ｃとを有している。そして、水平部１ｃの深さ（上下方向の寸法）は、土壌を収容している土壌容器４を、キレート剤洗浄槽１内の洗浄液中に完全に浸漬することができるように設定される。水平部１ｃの好ましい深さは、限定されるわけではないが、土壌容器４の高さ（上下方向の寸法）の２〜３倍である。

キレート剤洗浄槽１の水平部１ｃの長さ（前後方向の寸法）は、土壌容器４の搬送速度に応じて、土壌容器４に収容されている土壌から有害金属をほぼ完全に除去してキレート剤に捕捉させることが可能な土壌浸漬時間を確保することができるように設定される。洗浄液への土壌浸漬時間は、土壌に含まれる有害金属の種類及び濃度、キレート剤洗浄槽１内における洗浄液の流動状態ないしは乱れ状態（レイノルズ数）、使用するキレート剤の種類ないしは化学的特性等に応じて、土壌から有害金属をほぼ完全に除去してキレート剤に捕捉させることができるように設定される。

キレート剤洗浄槽１の幅（水平面内において前後方向と垂直な方向の寸法）は、キレート剤洗浄槽１が幅方向に余裕をもって土壌容器４を収容することができるように設定される。キレート剤洗浄槽１の好ましい幅は、これに限定されるわけではないが、例えば土壌容器４の幅の２〜３倍である。

詳しくは図示していないが、キレート剤洗浄槽１の前端部又はその近傍へは、洗浄液再生部Ｃからキレート剤を含有する洗浄液が所定の流量で連続的に供給される一方、キレート剤洗浄槽１の後端部又はその近傍からは、土壌を洗浄した洗浄液が小径粒子回収部Ｂへ所定の流量（平均的には供給流量と同一）で連続的に排出される。洗浄液再生部Ｃからキレート剤洗浄槽１に供給される洗浄液に含まれるキレート剤は、後で詳しく説明するように再生されたものであり、有害金属を捕捉していない。

その結果、キレート剤洗浄槽１内には、巨視的には前側から後側に向かう洗浄液の全体流れが生じる。その結果、土壌容器４内の土壌と洗浄液とは、前後方向に関して向流で固液接触する。この場合、キレート剤洗浄槽１の前端部近傍では、キレート剤洗浄槽１の後部ないし中部ですでに有害金属が大部分除去された土壌が、有害金属を捕捉していないキレート剤を含む洗浄液と接触するので、土壌中の有害金属をほぼ完全に除去することができる。

水洗浄槽２の形状ないしは寸法は、以下のように設定される。図３から明らかなとおり、水洗浄槽２は、基本的にはキレート剤洗浄槽１と同様に、その後端部に位置する後端傾斜部２ａと、前端部に位置する前端傾斜部２ｂと、両傾斜部２ａ、２ｂ間に位置し深さが一定である水平部２ｃとを有している。そして、水洗浄槽２の形状ないしは寸法は、以下のように設定される。

まず、水洗浄槽２の水平部２ｃ深さは、キレート剤洗浄槽１と同様に、土壌を収容している土壌容器４を、水洗浄槽２内の洗浄水中に完全に浸漬することができるように設定される（例えば、土壌容器４の高さの２〜３倍）。また、水洗浄槽２の幅は、キレート剤洗浄槽１と同様に、水洗浄槽２が幅方向に余裕をもって土壌容器４を収容することができるように設定される（例えば、土壌容器４の幅の２〜３倍）。

他方、水洗浄槽の水平部２ｃの長さは、土壌容器４を洗浄水中に短時間だけ完全に浸漬することができれば足り、さほど長くする必要はない。すなわち、水洗浄槽２では土壌容器４に収容されている土壌に付着している洗浄液をすすぐだけであり、土壌容器４を洗浄水に浸漬すれば土壌に付着している洗浄液は非常に短時間で、ないしはほぼ瞬時に除去される。したがって、水洗浄槽２の長さは、土壌容器４を短時間（例えば、数十秒）だけ洗浄水に浸漬することができるように設定すればよい。詳しくは図示していないが、水洗浄槽２の前端部又はその近傍へは、洗浄水処理部Ｄから洗浄水が所定の流量で連続的に供給される一方、水洗浄槽２の後端部又はその近傍からは、大径粒子（土壌）を洗浄した洗浄水が洗浄水処理部Ｄへ所定の流量（平均的には供給流量と同一）で連続的に排出される。

土壌搬送装置３は、その一部がキレート剤洗浄槽１及び水洗浄槽２の上方に配置されたレール５と、レール５に沿って走行することができる複数の走行具６と、各走行具６に取り付けられ土壌容器４を保持するハンガー７と、各走行具６を牽引してレール５に沿って走行させる牽引チェーン８とを備えている。レール５は、詳しくは図示していないが、平面視ではループをなし、キレート剤洗浄槽１及び水洗浄槽２の上方では、土壌容器４をキレート剤洗浄槽内の洗浄液と水洗浄槽２内の洗浄水とに順次浸漬することができるような形態に形成されている。すなわち、キレート剤洗浄槽１及び水洗浄槽２の上方では、レール５はおおむねキレート剤洗浄槽１及び水洗浄槽２の底面の形状に対応して起伏している。かくして、走行具６がレール５に沿って矢印Ｐで示す方向に走行すると、土壌容器４は、まずキレート剤洗浄槽１内の洗浄液に浸漬され、キレート剤洗浄槽１を出た後、さらに水洗浄槽２内の洗浄水に浸漬される。

図４に示すように、土壌容器４は、上部が開放された箱状ないしは直方体状のものであり、その骨格をなす枠体１０（フレーム）と、この枠体１０によって支持され土壌容器４の側面及び底面を覆う、例えば金網、プラスチック網等からなる篩網１１とで形成されている。枠体１０の上部には、土壌容器４をハンガー７に連結するためのハンガー連結部１２が設けられている。詳しくは図示していないが、土壌容器４の底面は開閉可能な構造を有し、保持している土壌を、自動操作又は手動操作で任意に土壌容器４から下方に落下させることができるようになっている。なお、土壌容器４の上部が開放されているので、例えばキレート剤洗浄槽１の後方に配置されたベルトコンベア等を用いて、土壌を土壌容器４に容易に投入することができる。

篩網１１は、土壌を大径粒子と小径粒子とに篩分するためのものであり、その目開きは、得ようとする大径粒子の最小粒径ないしは得ようとする小径粒子の最大粒径に応じて好ましく設定される。例えば、石（粒径：７５ｍｍ以上）、礫（粒径：２〜７５ｍｍ）、砂（粒径：０．０７５〜２ｍｍ）及びシルト（粒径：０．００５〜０．０７５ｍｍ）を含む土壌を、石及び礫を含む大径粒子と、砂及びシルトを含む小径粒子とに分離する場合は、目開きが２ｍｍ（１０メッシュ）である篩網１１を用いればよい。なお、このような粒径が２ｍｍ以上である大径粒子は、乾燥させた後、図示していない篩分装置を用いて、所望の粒径の石又は礫に篩分することができる。また、粒径が２ｍｍ未満である小径粒子も、乾燥させた後、図示していない篩分装置を用いて、所望の粒径の砂又はシルトに篩分することができる。

かくして、土壌洗浄部Ａにおいては、土壌搬装置３によって連続的又は間欠的に搬送されている土壌容器４は、まずキレート剤洗浄槽１に導入され、キレート剤洗浄槽１内の洗浄液中に浸漬された状態で、矢印Ｐで示す方向に水平に移動する。その際、土壌容器４内の有害金属で汚染された土壌が、キレート剤を含有する洗浄液によって洗浄される。このとき、土壌に含まれ又は付着している有害金属がキレート剤によって捕捉（キレート）される。その結果、土壌から有害金属が除去され、土壌が浄化される。前記のとおり、洗浄液が後向きに流れる一方、土壌容器４が前向きに移動するので、土壌と洗浄液とが向流で接触し、土壌容器４内の土壌と洗浄液との間での物質移動が促進され、土壌が効果的に浄化される。

また、このように土壌容器４がキレート剤洗浄槽１内の洗浄液中を矢印Ｐで示す方向に水平に移動する際に、小径粒子、すなわち篩網１１の目開きの寸法より小径の土壌が、篩網１１の目を通り抜けて土壌容器４外に出る。そして、土壌容器４外の小径粒子は、洗浄液に随伴して流動し、キレート剤洗浄槽１から小径粒子回収部Ｂに排出される。なお、小径粒子中の比較的粒径の大きい粒子は、キレート洗浄槽１の底部に沈殿した状態で後方に流動するが、このような粒径の大きい小径粒子の流動を促進するために、キレート洗浄槽１の底部に排泥装置、例えばスクリューコンベア等を設けてもよい。このように土壌容器４がキレート剤洗浄槽１内の洗浄液中を移動する際に小径粒子が離脱するので、土壌容器４内には大径粒子、すなわち篩網１１の目開きの寸法より大径の土壌のみが残留する。

有害金属が除去された大径粒子を収容している土壌容器４は、土壌搬送装置３によってさらに搬送され、キレート剤洗浄槽１を出て、水洗浄槽２に導入される。そして、土壌容器４は水洗浄槽２内の洗浄水に浸漬された状態で、矢印Ｐで示す方向に水平に移動する。その際、土壌容器４内の大径粒子が洗浄水によって洗浄され、大径粒子に付着している洗浄液が除去される。この後、土壌容器４は、土壌搬送装置３によってさらに搬送され、水洗浄槽２を出る。そして、所定の位置で土壌容器４の底部が開かれ、清浄な大径粒子が所定の保管場所に載置され又は収容される。

図２及び図３に示す土壌洗浄部Ａ（キレート剤洗浄槽１、水洗浄槽２、土壌搬送装置３等）の構成は単なる例示であり、土壌洗浄部Ａとしては、図２及び図３に示すもののほか種々の形態のものを用いることができる。以下、図５及び図６を参照しつつ、図２及び図３に示す土壌洗浄部Ａとは異なる構成の土壌洗浄部Ａ’を説明する。ただし、この土壌洗浄部Ａ’において、洗浄液及び土壌容器４は、図２及び図３に示す土壌洗浄部Ａで用いられるものと同様であるので、その詳しい説明は省略する。また、土壌洗浄部Ａ’において「前」及び「後」の意味するところは、図２及び図３に示す土壌洗浄部Ａの場合と同様である。

図５及び図６に示すように、土壌洗浄部Ａ’は、キレート剤を含有する洗浄液を収容しているキレート剤洗浄槽１３と、洗浄水を収容している水洗浄槽１４と、土壌搬送装置１５とを備えている。土壌搬送装置１５は、土壌を収容している複数の土壌容器４を矢印Ｑで示す方向に連続的又は間欠的に搬送し、まずキレート剤洗浄槽１３内の洗浄液に浸漬して水平方向に移動させ、次に水洗浄槽１４内の洗浄水に浸漬して水平方向に移動させる。

キレート剤洗浄槽１３は、図２に示すキレート剤洗浄槽１とは異なり、その前端部及び後端部には傾斜部は設けられず直方体状である。キレート剤洗浄槽１３の深さ（上下方向の寸法）は、図２に示すキレート剤洗浄槽１の水平部１ｃの深さと同様である。また、キレート剤洗浄槽１３の長さ（前後方向の寸法）及び幅（水平面内において前後方向と垂直な方向の寸法）は、それぞれ、図２に示すキレート剤洗浄槽１ないしはその水平部１ｃの長さ及び幅と同様である。

キレート剤洗浄槽１３に対する洗浄液の供給手法及び排出手法は、図２に示すキレート剤洗浄槽１と同様である。したがって、キレート剤洗浄槽１３内には、巨視的には前側から後側に向かう洗浄液の全体流れが生じ、土壌容器４内の土壌と洗浄液とは前後方向に関して向流で固液接触するので、土壌中の有害金属をほぼ完全に除去することができる。

水洗浄槽１４は、基本的にはキレート剤洗浄槽１３と同様に、その前端部及び後端部に傾斜部は設けられず直方体状である。水洗浄槽１４の深さは、図３に示す水洗浄槽２の水平部２ｃの深さと同様である。また、水洗浄槽１４の長さ及び幅は、それぞれ、図３に示す水洗浄槽１ないしはその水平部２ｃの長さ及び幅と同様である。なお、水洗浄槽１４に対する洗浄水の供給手法及び排出手法並びに水洗浄槽１４の機能は、図３に示す水洗浄槽２と同様である。

土壌搬送装置１５は、その一部がキレート剤洗浄槽１３及び水洗浄槽１４の上方に配置されたレール１６と、レール１６に沿って走行することができる複数の走行具１７と、各走行具１７に取り付けられ土壌容器４を保持するハンガー１８とを備えている。レール１６は、詳しくは図示していないが、平面視ではループをなしている。レール１６は、キレート剤洗浄槽１３又は水洗浄槽１４の上方又は近傍では起伏せず、その高さは一定である。ハンガー１８は、上下方向に伸縮して土壌容器４を昇降させることができるようになっている。ハンガー１８は、収縮したときには土壌容器４をキレート剤洗浄槽１３又は水洗浄槽１４の上方に保持する一方、伸長したときには土壌容器４をキレート剤洗浄槽１３内の洗浄液又は水洗浄槽１４内の洗浄水に浸漬することができるように構成されている。ハンガー１８の伸縮機構としては、例えばピストン・シリンダ機構を用いることができる。

かくして、土壌洗浄部Ａ’では、収縮した状態で土壌容器４を保持しているハンガー２０が、キレート剤洗浄槽１３の後端部のやや前方に移動したときに伸長し、土壌容器４はキレート剤洗浄槽１３内の洗浄液に浸漬される。そして、このハンガー１８は、キレート剤洗浄槽１３の前端部のやや後方に到達したときに収縮し、土壌容器４は上方に移動させられ洗浄液から取り出される。

この後、ハンガー１８は、水洗浄槽１６の後端部のやや前方に移動したときに伸長し、土壌容器４は水洗浄槽１４内の洗浄水に浸漬される。そして、このハンガー１８は、水洗浄槽１４の前端部のやや後方に到達したときに収縮し、土壌容器４は上方に移動させられ洗浄水から取り出される。図５及び図６に示す土壌洗浄部Ａ’においても、図２及び図３に示す土壌洗浄部Ａと同様に、土壌中の有害金属が除去され、かつ土壌が大径粒子と小径粒子とに篩分される。

以下、小径粒子回収部Ｂの具体的な構成及び機能を説明する。再び図１に示すように、小径粒子回収部Ｂは、固液分離装置２０と、第１濾過器２１と、混合器２２と、第２濾過器２３とを備えている。
固液分離装置２０は、キレート剤洗浄槽１から排出された小径粒子を含む洗浄液を受け入れて、小径粒子を含まない洗浄液（上澄液）と、小径粒子を含むスラッジとに分離する。固液分離装置２０としては、例えば沈降分離装置、遠心分離装置などを用いることができる。固液分離装置２０から排出された小径粒子を含まない洗浄液は洗浄液再生部Ｃの洗浄液再生装置２４に導入され、スラッジは第１濾過器２１に導入される。

第１濾過器２１はスラッジを連続操作又は間欠操作で濾過し、濾液とケークとを生成する。第１濾過器２１としては、例えば真空濾過器（オリバーフィルタ）、加圧濾過器（フィルタープレス）などを用いることができる。第１濾過器２１から排出された濾液は、固液分離装置２０から排出された小径粒子を含まない洗浄液とともに、洗浄液再生部Ｃの洗浄液再生装置２４に導入される。他方、第１濾過器２１から排出されたケークは混合器２２に導入される。

混合器２２へは、第１濾過器２１からケークが導入される一方、洗浄水処理部Ｄの洗浄水貯槽３２から洗浄水が導入される。混合器２２としては、例えば容器とスクリュー型の攪拌機とを備えた混合槽を用いることができる。かくして混合器２２では、ケークすなわち小径粒子と洗浄水とが攪拌・混合され、小径粒子は洗浄水によって洗浄される。混合器２２へは、ケークと洗浄水とが連続的又は間欠的に供給される一方、小径粒子と洗浄水の混合物（スラリー）は連続的又は間欠的に混合器２２から排出される。

混合器２２から連続的又は間欠的に排出された小径粒子と洗浄水の混合物は、第２濾過器２３に導入される。そして、第２濾過器２３は、小径粒子と洗浄水の混合物を、連続操作又は間欠操作で濾過して濾液とケークとを生成する。第２濾過器２３としては、例えば真空濾過器（オリバーフィルタ）、加圧濾過器（フィルタープレス）などを用いることができる。第２濾過器２３から排出された濾液は、洗浄水処理部Ｄの清澄濾過器３０に導入される。他方、第２濾過器２３から排出されたケーク、すなわち清浄な小径粒子は、必要があれば乾燥処理が施され、例えば植物の栽培土などとして利用され、又は投棄される。

以下、洗浄液再生部Ｃの具体的な構成及び機能を説明する。洗浄液再生部Ｃは、洗浄液再生装置２４（キレート剤再生装置）と、洗浄液貯槽２５と、酸液貯槽２６と、水槽２７と、第１流路切替装置２８と、第２流路切替装置２９とを備えている。
洗浄液再生装置２４は、その内部に固相吸着材の小塊又は粒子が充填された充填塔である。なお、洗浄液再生装置２４として、その内部に固相吸着材の小径の粒子を保持している液系流動層を用いてもよい。

かくして、洗浄液再生装置２４内では、有害金属を補足しているキレート剤を含む洗浄液が、キレート剤より錯生成力が高い固相吸着材と接触させられる。その結果、キレート剤に捕捉されている有害金属がキレート剤から離脱させられ、固相吸着材に吸着される。これにより、洗浄液から有害金属が除去・回収される一方、キレート剤は再び有害金属を補足することができる状態となり、洗浄液が再生される。このように再生された洗浄液は、洗浄液貯槽２５に貯留される。

この状態においては、第１流路切替装置２８は、固液分離装置２０から排出された洗浄液及び第１濾過器２１から排出された濾液が洗浄液再生装置２４に導入されるようにセットされる。第１流路切替装置２８は、洗浄液再生装置２４の入口部につながる各配管に介設された複数のバルブ及びその制御器を有し、これらのバルブの開閉状態を制御することにより、流路を切り替えるようになっている。また、第２流路切替装置２９は、洗浄液再生装置２４から排出された洗浄液が洗浄液貯槽２５に導入されるようにセットされる。第２流路切替装置２９は、洗浄液再生装置２４の出口部につながる各配管に介設された複数のバルブ及びその制御器を有し、これらのバルブの開閉状態を制御することにより、流路を切り替えるようになっている。

そして、洗浄液剤再生装置２４に充填されている固相吸着材における有害金属の吸着量が飽和状態ないしはその近傍に達したときには、洗浄液再生装置２４への洗浄液の導入は一時的に停止される。なお、複数の洗浄液再生装置２４を並列に配設すれば、一部の洗浄液再生装置２４への洗浄液が停止されているときでも、洗浄液を連続的に再生することができる。固相吸着材の有害金属吸着量が飽和状態ないしはその近傍に達したか否かは、洗浄液再生装置２４から排出された洗浄液中の有害金属の含有量を検出することにより判定することができる。

このように洗浄液再生装置２４への洗浄液の導入が停止された後、酸液貯槽２６内の酸液が、所定の時間だけ洗浄液再生装置２４に導入される。なお、酸液を導入する時間は、洗浄液再生装置２４の寸法ないしは形状、固相吸着材粒子の寸法等に応じて好ましく設定される。酸液は、酸液貯槽２６と洗浄液再生装置２４とを循環して流れる。その際、洗浄液再生装置２４内の固相吸着材は酸液と接触し、固相吸着材に吸着されている有害金属が酸液中に離脱させられる。すなわち、有害金属が酸液によって回収される一方、固相吸着材は再生されて再び有害金属を吸着することが可能な状態となる。この状態においては、第１流路切替装置２８は、酸液貯槽２６内の酸液が洗浄液再生装置２４に導入されるようにセットされる。また、第２流路切替装置２９は、洗浄液再生装置２４から排出された酸液が酸液貯槽２６に導入されるようにセットされる。

洗浄液再生装置２４内の固相吸着材の再生が終了すれば、洗浄液再生装置２４への酸液の導入は停止される。そして、水槽２７内の水が洗浄液再生装置２４に導入される。水は、水槽２７と洗浄液再生装置２４との間を循環して流れる。その際、洗浄液再生装置２４内の固相吸着材は水と接触し、固相吸着材に付着している酸液が洗浄される。この状態においては、第１流路切替装置２８は、水槽２７内の酸液が洗浄液再生装置２４に導入されるようにセットされる。また、第２流路切替装置２９は、洗浄液再生装置２４から排出された水が水槽２７に導入されるようにセットされる。固相吸着材の水洗が終了すれば、固液分離装置２０から排出された洗浄液及び第１濾過器２１から排出された濾液が洗浄液再生装置２４に導入され、洗浄液の再生が再開される。

以下、洗浄水処理部Ｄの具体的な構成及び機能を説明する。洗浄水処理部Ｄは、清澄濾過器３０と、キレート剤吸着装置３１と、洗浄水貯槽３２とを備えている。
清澄濾過器３０は、水洗浄槽２から排出された洗浄水を濾過し、洗浄水中に含まれている微量の不溶性の浮遊物ないしは懸濁物（ＳＳ）を除去する。清澄濾過器３０としては、例えば砂濾過器（例えば、急速深層濾過器）、ディスクフィルタ、カートリッジフィルタなどを用いることができる。不溶性の浮遊物ないしは懸濁物が除去された洗浄水は、キレート剤吸着装置３１に導入される。

キレート剤吸着装置３１は、その内部に吸着材の小塊又は粒子が充填された充填塔である。吸着材としては、例えば活性炭を用いることができる。キレート剤吸着装置３１では、洗浄水中に含まれる微量のキレート剤等の水溶性不純物が、吸着材に吸着されて除去される。水溶性不純物が除去された洗浄水は、洗浄水貯槽３２に貯留される。洗浄水貯槽３２に貯留された洗浄水は、土壌洗浄部Ａの水洗浄槽２と、小径粒子回収部Ｂの混合器２２とに供給される。そして、水洗浄槽２に供給された洗浄水は大径粒子を洗浄した後、清澄濾過器３０に戻って処理（浄化）され、また混合器２２に供給された洗浄水は小径粒子を洗浄した後、清澄濾過器３０に戻って処理（浄化）される。このように、洗浄水は大径粒子及び小径粒子を洗浄しつつ循環使用されるので、基本的には洗浄水処理部Ｄに水を連続的に供給する必要はなく、目減り分を適宜に補給するだけでよい。

本発明に係る浄化システムＳによれば、有害金属で汚染された土壌を収容している土壌容器４を、土壌搬送装置３、１５により、キレート剤洗浄槽１、１３内の洗浄液に浸漬された状態で水平方向に搬送する際に、土壌に含まれている有害金属をほぼ完全に除去することができるので、有害金属で汚染された大量の土壌を、迅速かつ連続的に浄化して清浄な土壌を生成することができる。また、土壌容器４の底部及び側部が、小径粒子を通過させる一方小径粒子より大径の粒子を通過させない目開きの篩網１１で形成されているので、篩網１１の目開きを好ましく設定することにより、任意の粒径の大径粒子及び小径粒子を得ることができ、これらを例えば骨材等の建設資材、植栽土等として有効に利用することができる。

また、キレート剤洗浄槽１、１３で使用される洗浄液を循環させる途中で、洗浄液中のキレート剤に捕捉されている有害金属を洗浄液再生装置２４内の固相吸着材により吸着して除去することができ、かつ適宜に固相吸着材に吸着されている有害金属を酸液で除去することができる。このため、キレート剤をほとんど補充することなく、有害金属で汚染された大量の土壌を連続的に浄化して清浄な土壌を生成することができる。

以上のように、本発明にかかる汚染土壌浄化システムＳは、重金属等の有害金属に汚染された大量の土壌の浄化に有用であり、とくに有害金属を原料又は材料等として用いる生産施設の敷地又はその近隣地における土壌汚染、あるいは有害金属を含む産業廃棄物の投棄等による土壌汚染を解消するのに適している。

Ｓ 汚染土壌浄化システム（浄化システム）、Ａ 土壌浄化部、Ａ’ 土壌浄化部、Ｂ 小径粒子回収部、Ｃ 洗浄液再生部、Ｄ 洗浄水処理部、１ キレート剤洗浄槽、２ 水洗浄槽、３ 土壌搬送装置、４ 土壌容器、５ レール、６ 走行具、７ ハンガー、８ 牽引チェーン、１０ 枠体、１１ 篩網、１２ ハンガー連結部、１３ キレート剤洗浄槽、１４ 水洗浄槽、１５ 土壌搬送装置、１６ レール、１７ 走行具、１８ ハンガー、２０ 固液分離装置、２１ 第１濾過器、２２ 混合器、２３ 第２濾過器、２４ 洗浄液再生装置、２５ 洗浄液貯槽、２６ 酸液貯槽、２７ 水槽、２８ 第１流路切替装置、２９ 第２流路切替装置、３０ 清澄濾過器、３１ キレート剤吸着装置、３２洗浄水貯槽。

Claims (5)

1. 有害金属に汚染された土壌を浄化する汚染土壌浄化システムであって、
   キレート剤を含有する洗浄液で前記土壌を洗浄することにより、前記土壌から前記有害金属を除去して前記キレート剤に捕捉させる一方、前記土壌中の小径粒子を前記洗浄液中に離脱させるキレート剤洗浄装置と、
   前記キレート剤洗浄装置から排出された前記洗浄液から前記小径粒子を分離する固液分離装置と、
   前記固液分離装置によって前記小径粒子が除去された前記洗浄液と接触して前記有害金属を吸着する、前記キレート剤よりも錯生成力の高い固相吸着材を有し、前記洗浄液から前記有害金属を回収して前記洗浄液を再生する洗浄液再生装置と、
   前記洗浄液再生装置によって再生された前記洗浄液を前記キレート剤洗浄装置に還流させる洗浄液還流機構と、
   前記洗浄液が排除された状態で前記洗浄液再生装置に酸液を流通させ、前記固相吸着材に吸着された前記有害金属を酸液により回収して前記固相吸着材を再生する固相吸着材再生機構とを備えていて、
   前記固相吸着材は、担体に環状分子を担持させ、前記環状分子にキレート配位子を修飾した配位結合及び水素結合による多点相互作用を有するとともに前記有害金属のイオンを選択的に取り込むものであり、
   前記キレート剤洗浄装置は、前記洗浄液を保持するキレート剤洗浄槽と、前記土壌を収容している土壌容器を前記キレート剤洗浄槽内の前記洗浄液中に浸漬させた状態で水平方向に移動させる土壌搬送装置とを有し、前記土壌容器の底部及び側部のうちの少なくとも一方は、前記小径粒子を通過させる一方前記小径粒子より大径の粒子を通過させない寸法の目を有する篩網で形成されていることを特徴とする汚染土壌浄化システム。
2. 該汚染土壌浄化システムが、洗浄水を保持する水洗浄槽を備えていて、
   前記土壌搬送装置が、前記キレート剤洗浄装置から搬出した前記土壌容器を、前記水洗浄槽内の前記洗浄水中に浸漬させた状態で水平方向に移動させることにより前記土壌を水洗することを特徴とする、請求項１に記載の汚染土壌浄化システム。
3. 前記水洗浄槽から排出された前記洗浄水の固体成分を除去する清澄濾過器と、前記清澄濾過器から排出された前記洗浄水中のキレート剤を吸着するキレート剤吸着装置と、前記キレート剤吸着装置から排出された前記洗浄水を前記水洗浄槽に還流させる洗浄水還流機構とを備えていることを特徴とする、請求項２に記載の汚染土壌浄化システム。
4. 前記固液分離装置から排出された前記小径粒子を含むスラッジを濾過する濾過器を備えていて、
   前記濾過器の濾液を前記洗浄液再生装置に導入することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の汚染土壌浄化システム。
5. 前記洗浄液又は前記酸液が排除された状態で前記洗浄液再生装置に水を流通させ、前記固相吸着材を水洗する固相吸着材水洗機構を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の汚染土壌浄化システム。

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