JP2021175602A - プラスチック片の回収方法および回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】水よりも密度が大きいプラスチック片であっても、土壌から効率的に回収できるプラスチック片の回収方法および回収システムを提供する。【解決手段】プラスチック片Ｐが含まれている土壌を解泥した泥水Ｓを、サイクロン式遠心分離装置２を用いて、遠心分離装置２のアンダーフロー出口２ｂから排出される相対的に粒径が大きい粗粒土砂をより多く含む粗粒堆積分Ｓａと、遠心分離装置２のオーバーフロー出口２ｃから排出されるプラスチック片Ｐおよび相対的に粒径が小さい細粒土砂をより多く含む細粒堆積分Ｓｂとに分級する。そして、細粒堆積分Ｓｂをフィルタ９にかけて細粒堆積分Ｓｂからプラスチック片Ｐを分離して回収する。【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック片の回収方法および回収システムに関し、さらに詳しくは、水よりも密度が大きいプラスチック片であっても、土壌から効率的に回収できるプラスチック片の回収方法および回収システムに関するものである。

マイクロプラスチックの海洋や河川への流出が問題視されており、水底の土壌に含まれるプラスチック片の含有量の調査が行われている。プラスチック片の含有量を把握するには土壌からプラスチック片を分離して回収する必要がある。従来では、水底から採取した土壌を篩にかけて、土壌から粒径が比較的小さい細粒土砂（主にシルトと粘土）を除去し、篩に残った粒径が比較的大きい粗粒土砂（主に砂礫）の中に紛れているプラスチック片を目視で判別し、手作業でプラスチック片を回収している。しかしながら、プラスチック片と粒径が同等以上の粗粒土砂の中からプラスチック片を目視で判別することは難しく、プラスチック片の回収に多くの手間と時間を要していた。

プラスチック廃棄物の分別方法として、水槽を利用して水面に浮上するプラスチックを回収する方法が提案させている（特許文献１参照）。しかしながら、この分別方法では、水よりも密度が大きいプラスチック片は水槽の底部に留まった状態となる。そのため、水よりも密度が大きいプラスチック片は効率的に回収することができない。

特開２００３−１２６７２７号公報

本発明の目的は水よりも密度が大きいプラスチック片であっても、土壌から効率的に回収できるプラスチック片の回収方法および回収システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のプラスチック片の回収方法は、土壌に含まれているプラスチック片を回収するプラスチック片の回収方法において、前記土壌を解泥した泥水を、サイクロン式遠心分離装置を用いて、前記遠心分離装置のアンダーフロー出口から排出される相対的に粒径が大きい粗粒土砂をより多く含む粗粒堆積分と、前記遠心分離装置のオーバーフロー出口から排出される前記プラスチック片および相対的に粒径が小さい細粒土砂をより多く含む細粒堆積分とに分級し、前記細粒堆積分をフィルタにかけて前記細粒堆積分から前記プラスチック片を分離して回収することを特徴とする。

本発明のプラスチック片の回収システムは、土壌に含まれているプラスチック片を回収するプラスチック片の回収システムにおいて、サイクロン式遠心分離装置と、前記土壌が解泥された泥水を前記遠心分離装置に流入させる流入手段と、フィルタとを有し、前記泥水が前記遠心分離装置のアンダーフロー出口から排出される相対的に粒径が大きい粗粒土砂をより多く含む粗粒堆積分と、オーバーフロー出口から排出される前記プラスチック片および相対的に粒径が小さい細粒土砂をより多く含む細粒堆積分とに分級されて、前記細粒堆積分が前記フィルタにかけられることで、前記プラスチック片が前記フィルタに捕捉される構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、土壌を解泥した泥水を、サイクロン式遠心分離装置を用いて、相対的に粒径が大きい粗粒土砂（主に砂礫）をより多く含む粗粒堆積分と、プラスチック片および相対的に粒径が小さい細粒土砂（主にシルトと粘土）をより多く含む細粒堆積分とに分級する。プラスチック片は土壌に含まれる粒径が同等以上の粗粒土砂に比して密度が小さいので、プラスチック片は細粒土砂とともに遠心分離装置のオーバーフロー出口から排出される。一方で、プラスチック片と粒径が同等以上の粗粒土砂は密度が比較的大きいので、遠心分離装置のアンダーフロー出口から排出される。このように、サイクロン式遠心分離装置を用いることで、水よりも密度が大きいプラスチック片であっても、プラスチック片と粗粒土砂とを効率的に分離できる。オーバーフロー出口から排出される細粒堆積分は、プラスチック片と粒径が同等以上の粗粒土砂の含有率が低いので、細粒堆積分をフィルタにかけることで細粒堆積分からプラスチック片を容易に分離できる。これにより、水よりも密度が大きいプラスチック片であっても、土壌から効率的に回収できる。

本発明のプラスチック片の回収システムの実施形態を例示する説明図である。 図１のサイクロン式遠心分離装置の内部の状況を縦断面視で例示する説明図である。

以下、本発明のプラスチック片の回収方法および回収システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１および図２に例示する本発明のプラスチック片の回収システム１は、水底や陸上の土壌に含まれているプラスチック片Ｐを回収する際に使用される。プラスチック片Ｐは、所謂マイクロプラスチックと呼ばれる粒径が５ｍｍ以下のプラスチック材料の微小片や微粒子である。土壌には、ポリスチレン（約１．０３ｇ／ｃｍ^３）やナイロン（約１．１４ｇ／ｃｍ^３）、アセテート（約１．２８ｇ／ｃｍ^３）などの水よりも密度が大きいプラスチック片Ｐが含まれている場合がある。

回収システム１は、サイクロン式遠心分離装置２（以下、遠心分離装置２という）と、土壌が解泥された泥水Ｓを遠心分離装置２に流入させる流入手段３と、フィルタ９とを有する。さらに、この実施形態では、遠心分離装置２のアンダーフロー出口２ｂの下方に配置された粗粒堆積分用貯留容器７と、遠心分離装置２のオーバーフロー出口２ｃとフィルタ９とを接続する接続管８と、フィルタ９の下方に配置された細粒堆積分用貯留容器１０とを有している。

この実施形態の流入手段３は、泥水Ｓが貯留される貯留槽４と、貯留槽４および遠心分離装置２を接続する送泥管５と、貯留槽４に接続されたコンプレッサー６とを有して構成されている。貯留槽４の上部開口には貯留槽４を密閉可能な上蓋が設けられていて、上蓋にコンプレッサー６の送気管が接続されている。貯留槽４の底部には、泥水Ｓが排出される排出口が設けられている。さらに、貯留槽４の底部には、貯留槽４の内周面から排出口に向かって下方に傾斜した傾斜板４ａが設けられている。貯留槽４の排出口に送泥管５の一端部が接続されていて、送泥管５の他端部が遠心分離装置２の側部に設けられた流入口２ａに接続されている。

図２に示すように、遠心分離装置２の内部は、下部の内径が上部の内径よりも小さい円錐台形状になっている。遠心分離装置２の上部に設けられた流入口２ａから泥水Ｓが流入手段３によって高速で流入されることで、遠心分離装置２の内壁に沿って下方に流動する下降渦と、遠心分離装置２の中央において上方に流動する上昇渦が発生する構造となっている。

流入口２ａから泥水Ｓを流入させると、泥水Ｓにおいて相対的に粒径が大きく密度が大きい粗粒土砂（主に砂礫）をより多く含む粗粒堆積分Ｓａは、遠心分離装置２の内部に発生する下降渦による遠心力の影響を大きく受ける。そのため、粗粒堆積分Ｓａは、下降渦とともに内壁に沿って旋回しながら下降し、遠心分離装置２の下方に設けられたアンダーフロー出口２ｂから排出される。一方、プラスチック片Ｐは土壌に含まれる粒径が同等以上の粗粒土砂に比して密度が比較的小さい。そのため、プラスチック片Ｐと相対的に粒径が小さく密度が小さい細粒土砂（主にシルトと粘土）をより多く含む細粒堆積分Ｓｂは、下降渦による遠心力の影響がより小さくなる。それ故、プラスチック片Ｐを含む細粒堆積分Ｓｂは中央の上昇渦とともに上昇し、遠心分離装置２の上方に設けられたオーバーフロー出口２ｃから排出される。

遠心分離装置２によって分級する境界となる土砂の粒径の大きさ（以下、土砂の分級境界粒径という）は、オーバーフロー出口２ｃから排出される細粒土砂の粒径が回収対象とするプラスチック片Ｐの粒径よりも小さくなるように設定される。土壌に含まれるプラスチック片Ｐの粒径は概ね５ｍｍ程度以下であるので、遠心分離装置２による土砂の分級境界粒径は例えば、０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下、より好ましくは、０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定される。

遠心分離装置２による土砂の分級境界粒径は、遠心分離装置２自体の大きさや流入口２ａの大きさ、遠心分離装置２に流入させる泥水Ｓの流入速度などを変えることで変更できる。この流入手段３では、コンプレッサー６によって貯留槽４の内部にかける空気圧の大きさを変えることで、泥水Ｓの遠心分離装置２への流入速度を調整できる。

フィルタ９としては、例えば、メッシュ状の金網を有する篩等が使用される。フィルタ９の目の大きさは、オーバーフロー出口２ｃから排出される細粒土砂の粒径よりも大きく、回収対象とするプラスチック片Ｐの粒径よりも小さく設定される。具体的には、フィルタ９の目の大きさは例えば、０．０１ｍｍ四方以上１ｍｍ四方以下、より好ましくは、０．０２ｍｍ四方以上０．０７５ｍｍ四方以下に設定される。フィルタ９を振動させる振動機構を設けることもできる。

次に、この回収システム１を用いて土壌からプラスチック片Ｐを回収する方法を以下に説明する。

水底などから採取した土壌を解泥して流動性を有する泥水Ｓを作成し、泥水Ｓを貯留槽４に貯留する。この際、土壌に対して加水調整を行うことで泥水Ｓの粘度と密度を調整する。泥水Ｓの粘度は、泥水Ｓを遠心分離装置２によって分級可能な範囲内に調整する。

泥水Ｓの密度は回収対象とするプラスチック片Ｐの密度に応じて適宜設定できるが、例えば、ポリスチレンやナイロンなどの密度が１．０ｇ／ｃｍ^３以上１．３ｇ／ｃｍ^３以下のプラスチック片Ｐを回収対象とする場合には、泥水Ｓの密度を１．０ｇ／ｃｍ^３以上１．５ｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ^３以上１．３ｇ／ｃｍ^３以下に調整するとよい。泥水Ｓの密度は回収対象とするプラスチック片Ｐの密度よりも例えば、１％以上大きく設定するとよい。

泥水Ｓの密度は、泥水Ｓの粘度をあまり変化させずに泥水Ｓの密度を大きくする添加材を添加することで調整することもできる。即ち、泥水Ｓの粘度を実質的に高くすることがないように予め設定した許容範囲内に維持できる添加材を用いるとよい。具体的には、添加材を添加した後の泥水Ｓの粘度（ｍＰａ・ｓ）の許容範囲を、添加材を添加する前の泥水Ｓの当初粘度（ｍＰａ・ｓ）の＋５％以下、より好ましくは＋３％以下にして、この許容範囲を確保できる添加材を使用する。添加材としては、硫酸バリウムや水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。望ましくは泥水ＳのｐＨの値を高める添加材を用いることが好ましい。

次いで、流入手段３によって泥水Ｓを遠心分離装置２に流入させる。この実施形態では、貯留槽４の上部開口に上蓋をして貯留槽４を密閉した状態にし、コンプレッサー６により貯留槽４の内部の空気圧を高めることで、貯留槽４に貯留されている泥水Ｓを、送泥管５を通じて遠心分離装置２の流入口２ａに流入させる。

流入口２ａから流入した泥水Ｓは、遠心分離装置２によって、相対的に粒径が大きい粗粒土砂をより多く含む粗粒堆積分Ｓａと、プラスチック片Ｐおよび相対的に粒径が小さい細粒土砂をより多く含む細粒堆積分Ｓｂとに連続的に分級される。そして、粗粒堆積分Ｓａはアンダーフロー出口２ｂに排出され、プラスチック片Ｐを含む細粒堆積分Ｓｂはオーバーフロー出口２ｃに排出される。

アンダーフロー出口２ｂから排出された粗粒堆積分Ｓａは、粗粒堆積分用貯留容器７に溜まる。一方、オーバーフロー出口２ｃから排出されたプラスチック片Ｐを含む細粒堆積分Ｓｂは、接続管８を通って、フィルタ９の上に排出される。そして、フィルタ９によって細粒堆積分Ｓｂが分級されることで、比較的粒径の大きいプラスチック片Ｐがフィルタ９に捕捉され、比較的粒径の小さい細粒土砂がフィルタ９の目を通り抜けて細粒堆積分用貯留容器１０に溜まる。フィルタ９の上にはほぼプラスチック片Ｐのみが残留した状態となるので、プラスチック片Ｐは容易に回収できる。

このように、本発明では、プラスチック片Ｐの密度が、粒径が同等以上の粗粒土砂の密度に比して小さいことに着目し、遠心分離装置２を用いて、土壌を解泥した泥水Ｓを、粗粒土砂をより多く含む粗粒堆積分Ｓａと、プラスチック片Ｐおよび細粒土砂をより多く含む細粒堆積分Ｓｂとに分級する。これにより、水よりも密度が大きいプラスチック片Ｐであっても、土壌に含まれているプラスチック片Ｐと粗粒土砂とを効率的に分離できる。遠心分離装置２のオーバーフロー出口２ｃから排出される細粒堆積分Ｓｂは、プラスチック片Ｐと粒径が同等以上の粗粒土砂の含有率が低いので、細粒堆積分Ｓｂをフィルタ９にかけることで細粒堆積分Ｓｂからプラスチック片Ｐを容易に分離できる。これにより、水よりも密度が大きいプラスチック片Ｐであっても、土壌から効率的に回収できる。

粗粒堆積分用貯留容器７に溜められた分級後の粗粒堆積分Ｓａと、細粒堆積分用貯留容器１０に溜められた分級後の細粒堆積分Ｓｂには、プラスチック片Ｐがほとんど含まれていない状態となる。それ故、分級後の粗粒堆積分Ｓａおよび細粒堆積分Ｓｂは、土壌を採取した水底などに戻す、或いは、建設資材やその他の資材として活用することが可能である。

泥水Ｓの密度を１．００ｇ／ｃｍ^３以上１．５０ｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１．００ｇ／ｃｍ^３以上１．３０ｇ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１．０５ｇ／ｃｍ^３以上１．２０ｇ／ｃｍ^３以下に調整すると、ポリスチレンやナイロンなどの密度が１．００ｇ／ｃｍ^３以上１．３０ｇ／ｃｍ^３以下のプラスチック片Ｐが遠心分離装置２のオーバーフロー出口２ｃから排出され易くなり、プラスチック片Ｐと粒径が同等以上の粗粒土砂がアンダーフロー出口２ｂから排出され易くなる。それ故、プラスチック片Ｐの回収率を高めるには有利になる。

泥水Ｓを作成する際に、泥水Ｓの粘度を予め設定した許容範囲内に維持しつつ泥水Ｓの密度を大きくする添加材を添加すると、泥水Ｓの流動性を確保しつつ、泥水Ｓの密度を大きくできるので、泥水Ｓの密度を精度よく調整することが可能となる。それ故、プラスチック片Ｐの回収率を高めるには有利になる。

さらに、硫酸バリウムや水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの泥水ＳのｐＨの値を高める添加材を用いると、対象となる土壌が酸性土壌や酸性硫酸塩土壌である場合にも、土壌に含まれている硫酸還元菌の増殖や硫化水素の発生を抑制できる。それ故、酸性土壌や酸性硫酸塩土壌であってもプラスチック片Ｐをより安全な環境下で回収できる。

また、泥水ＳのｐＨの値を高める添加材を添加すると、分級後の粗粒堆積分Ｓａおよび細粒堆積分ＳｂのｐＨの値を高めることができるので、粗粒堆積分Ｓａや細粒堆積分Ｓｂを水底の土壌などに戻すことで、土壌に含まれている硫酸還元菌の増殖や硫化水素の発生を抑制できる。それ故、土壌の環境改善にも寄与する。

貯留槽４の底部に傾斜板４ａを設けると、貯留槽４の底部にプラスチック片Ｐが残留し難くなり、プラスチック片Ｐが送泥管５に流入し易くなる。それ故、プラスチック片Ｐの回収率を高めるには有利になる。

流入手段３の構成はこの実施形態に限定されず、他にも様々な構成にすることができる。例えば、水底の土壌を採掘する水中ロボット等の採掘手段が流入手段３に接続され、採掘手段によって採掘された土壌を加水調整によって解泥し、その泥水Ｓを、流入手段３を通じて遠心分離装置２の流入口２ａに逐次送る構成にすることもできる。また、例えば、プラスチック片Ｐを回収した後に残る分級後の粗粒堆積分Ｓａや細粒堆積分Ｓｂが一時的に溜められずに水底などに直接戻される構成にすることもできる。

また、例えば、遠心分離装置２自体の大きさや遠心分離装置２に流入させる泥水Ｓの流入速度を異ならせた複数台の遠心分離装置２を連結させて、泥水Ｓを複数段階に分けて分級することで、密度や粒径の異なるプラスチック片Ｐを分級して回収する構成にすることもできる。

上記で例示した実施形態では、遠心分離装置２のオーバーフロー出口２ｃにフィルタ９が接続管８を介して接続されているが、フィルタ９はオーバーフロー出口２ｃと連続させなくてもよい。即ち、オーバーフロー出口２ｃから排出されたプラスチック片Ｐを含む細粒堆積分Ｓｂを貯留容器などにストックした後、そのストックしておいた細粒堆積分Ｓｂをフィルタ９にかけてプラスチック片Ｐを回収することもできる。

粘土に２０個の球形のプラスチック片を混入した模擬土壌を作成し、その模擬土壌を解泥して粘度と密度を調整した泥水のサンプルを４種類作成した。そして、図１および図２に例示した回収システムを用いてそれぞれの泥水のサンプルからプラスチック片を回収する実験を行った。主な実験条件と実験結果は表１に示すとおりである。表１の「ＵＦ（個）」は遠心分離装置のアンダーフロー出口から排出されたプラスチック片の個数を示し、「ＯＦ（個）」は遠心分離装置のオーバーフロー出口から排出されたプラスチック片の個数を示し、「槽残（個）」は貯留槽に残留したプラスチック片の個数を示している。

表１に示すように、すべての泥水のサンプルにおいて、模擬土壌に含まれる２０個のプラスチック片のうち１５個以上のプラスチック片がオーバーフロー側に排出され、回収システムによるプラスチック片の回収率は７５％以上であった。この実験結果から、回収システムを用いることで、水よりも密度が大きいプラスチック片であっても、土壌から高い回収率で回収できることが分かる。

１ 回収システム
２ サイクロン式遠心分離装置
２ａ 流入口
２ｂ アンダーフロー出口
２ｃ オーバーフロー出口
３ 流入手段
４ 貯留槽
４ａ 傾斜板
５ 送泥管
６ コンプレッサー
７ 粗粒堆積分用貯留容器
８ 接続管
９ フィルタ
１０ 細粒堆積分用貯留容器
Ｓ （土壌を解泥した）泥水
Ｓａ 粗粒堆積分
Ｓｂ 細粒堆積分
Ｐ プラスチック片

Claims (5)

1. 土壌に含まれているプラスチック片を回収するプラスチック片の回収方法において、
   前記土壌を解泥した泥水を、サイクロン式遠心分離装置を用いて、前記遠心分離装置のアンダーフロー出口から排出される相対的に粒径が大きい粗粒土砂をより多く含む粗粒堆積分と、前記遠心分離装置のオーバーフロー出口から排出される前記プラスチック片および相対的に粒径が小さい細粒土砂をより多く含む細粒堆積分とに分級し、前記細粒堆積分をフィルタにかけて前記細粒堆積分から前記プラスチック片を分離して回収することを特徴とするプラスチック片の回収方法。
2. 前記泥水を作成する際に、前記泥水の粘度を予め設定した許容範囲内に維持しつつ前記泥水の密度を大きくする添加材を前記土壌に添加する請求項１に記載のプラスチック片の回収方法。
3. 前記泥水のｐＨの値を高める前記添加材を添加する請求項２に記載のプラスチック片の回収方法。
4. 前記泥水の密度を、１．０ｇ／ｃｍ^３以上１．５ｇ／ｃｍ^３以下に調整する請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチック片の回収方法。
5. 土壌に含まれているプラスチック片を回収するプラスチック片の回収システムにおいて、
   サイクロン式遠心分離装置と、前記土壌が解泥された泥水を前記遠心分離装置に流入させる流入手段と、フィルタとを有し、
   前記泥水が前記遠心分離装置のアンダーフロー出口から排出される相対的に粒径が大きい粗粒土砂をより多く含む粗粒堆積分と、オーバーフロー出口から排出される前記プラスチック片および相対的に粒径が小さい細粒土砂をより多く含む細粒堆積分とに分級されて、前記細粒堆積分が前記フィルタにかけられることで、前記プラスチック片が前記フィルタに捕捉される構成にしたことを特徴とするプラスチック片の回収システム。

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