JP3329456B2 - 汚染した土壌を清浄にする方法 - Google Patents
汚染した土壌を清浄にする方法Info
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Description
ある。
場から排出される流出水を清浄にする方法に関するもの
である。
されるものではないが、本発明が主として関係する汚染
物質は痕跡量で発ガン性あるいは他の危険性を示し、か
つ化学的に分解するのが困難である物質である。このよ
うなタイプの汚染物質の代表的な例はハロゲン化炭化水
素(有機)タイプのものであり、その例としてはクロロ
ホルム;四塩化炭素のような溶媒;DDTのような殺生物剤
がある。
来方法の一つは、汚染した水を活性炭に通すことであ
る。活性炭は吸着性の大きい物質であり、これにより溶
存汚染物質は水から除去され、活性炭上に保持される。
汚染物質で飽和状態になった活性炭を処理する一つの方
法では、活性炭を定期的に取り出し、これを危険な廃棄
物として処理する。
あるいは他の方法で処理(例えば、加熱処理)して、蓄
積した汚染物質を除去または追い出すことができる。活
性炭をフラッシングした場合には、これを再使用するこ
とができる。しかし、汚染物質はなお残存しており、こ
れを処理する必要がある。
法の欠点の一つは、汚染物質がそのまま残っていること
である。従来方法では、活性炭は単に汚染物質を水から
取り除く作用をしているにすぎず、フラッシングした際
に活性炭から除去される汚染物質はなお危険性のある物
質である。実際に、この汚染物質は濃縮されているため
に一層危険性が高い。この汚染物質はさらに処理を行う
施設で最終的に分解することができ、あるいは危険な廃
棄物として処理することができる。
汚染物質のような汚染物質を無害な化学物質または少く
とも危険性の小さい化学物質に分解する汚染物質除去方
法を提供することにある。
を、1対の金属を含有する透過性物体に通すことが知ら
れている。ハロゲン化された有機物質は、1対の金属の
長時間接触した場合に、おそらく加水分解反応の形で塩
化物などに分解され、これらの物質は痕跡量では実際に
無害であり、不溶性固体物質として水から沈澱すること
が多いことが知られている。
時間および/または多量の金属が必要になることであ
る。この方法は、金属を準備する点だけではなく、金属
からなる物体内で水に十分な滞留時間が与えられるよう
に配置する点、またこの滞留時間の全体にわたって最良
のpHレベルおよび温度の条件、酸化/還元条件などを作
る点に関して、費用がかかることがある。
性のある物質が消失することである。
法におけるように、危険性のある物質を分解し、比較的
無害な化合物に転化する汚染物質除去方法を提供するこ
とにある。また、本発明の目的は、著しく少量の金属を
使用して汚染物質のこのような分解を達成することにあ
る。
着性物質と鉄のような金属との混合物を含有する透過性
物体に通す。
金属と混合した場合に、汚染物質の単なる吸着剤として
の従来の作用とは著しく異なることを見い出した。むし
ろ、吸着性物質は遅延剤とし作用して汚染物質の通過を
遅延させ、かつ汚染物質を長時間にわたって金属にきわ
めて接近した状態に維持すると考えられる。その効果
は、汚染物質が金属と接触している滞留時間を、丁度金
属からなる極めて大きい物体が用いられているように長
くすることにある。
この時間は透過性物体の透過性、差圧などによって決ま
る。
るように、吸着性物質を含有していない場合には、汚染
物質はほとんど遅延されず、実際上水と同じ時間で透過
性物体を通過する。(多くの溶解している汚染物質およ
び他の物質は、帯水層を通過する際に、これらの物質が
溶解している水に対してある程度自然に遅延される。し
かし、この自然な遅延は、実際に必ずしも小さくはない
が、本発明における、活性炭または他の吸着性物質に起
因する遅延と比較した場合に有意ではない。) 従来方法においては、金属と砂または他の不活性増量
材とを混合することが知られており、これにより水が通
過しなければならない透過性物体の嵩容積を大きくする
ことができ、この手段は滞留時間を延長する点で若干の
効果がある。滞留時間の延長は嵩容積の増加と多かれ少
なかれ簡単に比例するが、本発明においては金属が活性
炭のような吸着性物質と混合されているので滞留時間を
嵩容積の単なる増加によって説明される値より著しく長
くすることができる。
性物質は実際に単なる吸着剤として作用しているのでは
なく、また単に嵩高い増量材として作用しているのでも
ない。吸着性物質はこれと混合されている金属と協力し
て汚染物質の分子を長時間にわたって金属と接触した状
態に保持し、これにより汚染物質を分解する際の金属の
効果を助長する。吸着性物質は該物質を通る水の流れを
遅延させないが、汚染物質分子の運動を遅延させる作用
をするので、汚染物質分子は金属の存在下に長い時間を
消費する。
能は、水から汚染物質を除去するのに必要な金属量およ
び水から汚染物質を除去する速度に関して、金属そのも
のの性能より著しく優れていることを確かめた。
めには、金属の還元/酸化条件を厳密な制御下に置く必
要がある。分解を生じさせるには、Ehプローブで測定し
た場合に、Eh電圧を下げて−200ミリボルトより低く、
好ましくは−600ミリボルトより低くする必要がある。
従って、吸着性物質と金属との混合物およびこの混合物
を通る汚染した水を、厳密な無酸素条件下に維持する必
要がある。有効な酸素が水中または前記混合物を構成す
る物質中に存在している場合にはいつも、汚染物質の分
解が始まるEh電圧を負にするためにこのような有効な酸
素を消費してしまう必要があるため、時間的に能率が悪
くなる。
図面を参照して説明する。
理されている状態を示す帯水層の断面図である。
略線図である。
通って水が流れるにつれて典型的な汚染物質が分解する
状況を示すグラフである。
法は、本発明の具体例である。本発明の範囲は後述の請
求の範囲により規定され、具体例の特定の特徴によって
規定されるものではない。
れている。地下水は速度VWで帯水層を通って移動してい
る。汚染物質の筋4は水と一緒に移動している。汚染物
質の速度は帯水層を通過する際に自然に地下水より幾分
遅くなる傾向があるので筋状の汚染物質はより遅い速度
VPで帯水層を通って移動する。
からなり、これには例えば四塩化炭素がある。汚染物質
は責任者が清浄にしなければならない既知の原因からの
汚れのために生じることがあり、あるいはまた汚染物質
は未知の原因から生じることがあるが、この場合には例
えば井戸に向って進むにつれて汚染物質が検出されるこ
とがある。
質中にみぞ5を堀り下げる。みぞ5内には、活性炭と鉄
のヤスリ屑と砂/砂利との混合物6からなる透過性物体
を入れる。この混合物は地下水の流れが透過性物体によ
って妨げらないような透過性を有し、混合物6の透過性
は帯水層を構成する物質の透過性より小さくならないよ
うにするのが好ましい。
て確実にこの混合物を通って流れるようにする必要があ
る範囲まで横方向に延在させる必要がある。高さに関し
ては、みぞおよび混合物6は筋4の全高さを遮断するよ
うに配置する必要がある。混合物6は地下水レベル3よ
り上に出ているみぞ5の部分には存在している必要なな
い。この部分は砂又は他の増量材で充填することができ
る。
処理する装置を示す。
8を経由して容器9に通して送る。容器9には活性炭と
鉄のヤスリ屑との混合物10が入っている。容器9として
タンクを使用し、これを地上に設置してもよく、あるい
は地中に埋設してもよい。自然循環が行われない場合に
は、ポンプ(図示せず)を設けて水を装置に通すことが
できる。図2において、汚染した水は、例えば、工場か
らの流出液、あるいは地下から湧き出た地下水、あるい
は井戸から汲み出した水等である。
にせよ、金属のすぐ近くに位置し、充分な時間の間適当
なpH、温度、塩分等の条件下にあるハロゲン化炭化水素
の汚染物質の化学的分解を開始および促進するのに有効
である。主な条件の一つは、ここに記載するように酸素
および酸素供給剤をすべて混合物6および水から排除す
ることである。
合物および水はすべては地下水レベル3より下方に位置
しているので、自然条件は実質的に無酸素であり、予防
措置を購じる必要はない。従って、金属の存在は、みぞ
内の混合物に流入する水のEh電圧を可成り短期間で下げ
るので、汚染物質の分解が急速にはじまると予想され
る。
他の溶解物質または懸濁物質の存在等の条件を変えるこ
とはできないので、図1に示すように帯水層内の水を処
理する方法はたまたま自然な状態で条件が適当である場
合にのみ適用できる。しかし、適当な条件になっている
ことが多い。
9は気密にし、すべての酸素または酸素供給剤を排除し
ておく必要がある。容器内の条件は監視することがで
き、要求通りに温度、pH等に対する調整を行うことがで
きる。従来の機器および装置および方法は、このような
調整の必要性を検知するためおよびこのような調整を実
施するためにあるが、ここでは説明を省略する。
型的な例では数分間で物体を通過する。活性炭からなる
物体が大きい程、そのなかの水の滞留時間が長くなり、
より多くの汚染物質分子が水から除去されると予想され
るが、勿論従来方法では汚染物質が活性炭上にそのまま
残る。汚染物質は、活性炭が飽和し、もはや水から汚染
物質を吸着できなくなるまで、徐々に活性炭上に蓄積す
る。
る水の流量は、汚染物質が活性炭に吸着される速度によ
って決まる。本発明では、多数の実際の実用例におい
て、汚染物質が化学的に分解される速度を、従来方法に
おいて汚染物質が単に吸着される速度より速くすること
ができた。
流出する水中に逃げて行くことなく、結局鉄に近接して
いるために分解される。従って、活性炭における水の滞
留時間が汚染物質分子の実質的にすべてを抽出するのに
充分な時間である場合には、実質的にすべての汚染物質
が分解される。
多くのプロセスからの廃棄物として粒状で安い価格で広
範囲に入手できるからである。金属粒子の粒径はできる
限り小さくする必要がある。それは粒子の反応面積が最
大になるからである。
ト状であってはならない。
たは鋳鉄の粒子を使用することができる。本発明に使用
するために選択される金属は電気化学的活性が極めて小
さいものであってはならない。例えば、銀または金は有
効ではない。電気化学的活性に基いて選択される候補と
なるものは亜鉛、鉄およびアルミニウムのような金属で
あり、実際の入手容易性を考慮すると上述のように普通
鉄が好ましい。
であり、予備処理、例えば、酸洗いを行って酸化物の少
くとも若干を除去して金属を露出させることが普通推奨
される。
電気化学的に活性な金属の存在によって影響されること
があることが分った。例えば、亜鉛めっき鉄板を粒子原
料として使用する場合には、分解速度は亜鉛の存在によ
って鉄自体の場合より僅かに遅くなると予想される。ま
た、ステンレス鋼の粒子は普通の炭素鋼の粒子ほど有効
でないことが分った。
なす金属が、ハロゲン化炭化水素のような汚染物質を分
解する場合に、単一金属より性能が良くなることが提案
される。本発明は、混合物中の金属が実際にこのような
対をなす金属である場合に、有利に使用することができ
る。
る状況を示すグラフである。図3Aに示すモデル系では、
1400ppbのトリクロロエチレン(TCE)を透過性物体に通
した。透過性物体は長さ0.6mのカラムの形をしていた。
0.5%、残部シリカ砂からなる混合物であった。
速度で混合物を通って移動するような条件を使用した。
に、1400ppbであった。プロット25は、定常状態に到達
した後の水中のTCE濃度のプロットである。このプロッ
トを規定する点はカラム内の特定の点におけるTCE濃度
の測定値である。図3Aから分るように、横軸の40cmの点
において水は実際上検出可能なTCEを含有していなかっ
た。飲料水中のTCEに関する法律上の限界はある地区で
は30ppbであり、横軸のほぼ15cmの点を越えると水はこ
の限界内に入った。
すなわち活性炭における水からのTCEの単なる吸着効果
を示す。先ず、汚染物質はプロット25で示される速度よ
り遅いがこの速度と比較できる速度で水から除去され
た。
ら取り除かれる速度は低下し始め、活性炭が汚染物質で
完全に飽和された状態になった際に汚染物質はこれ以上
全く除去されなかった。従って、プロット26の最終的定
常状態はライン26Fになった。
染物質の減少を示す。汚染物質自体はそのままの状態で
活性炭上に残留するので、活性炭は徐々に一層飽和され
た状態になる。従って、汚染物質が単に活性炭に吸着さ
れている場合には、汚染物質の「前面(front)」はカ
ラムに沿って徐々に前進し、最後にはこれ以上の吸着が
起こらなくなった。他方、汚染物質が化学的に分解され
る場合には、定常状態が確立され、混合物の効果は低下
しない。
す。図3Bによって示されるモデル系では、1400ppbの四
塩化炭素(CTC)を含有する水を透過性物体に通した。
この試験でも、透過性物体は鉄のヤスリ屑10%(重
量)、活性炭0.5%、残部シリカ砂からなる混合物であ
り、条件としては水が318cm/日すなわち約13cm/時間の
速度で混合物を通って移動するような条件を使用した。
であった。プロット27(図3B)はCTC濃度が零まで極め
て迅速に低下することを示す。しかし、この段階では汚
染物質は危険物質として消失したのではなく、単にクロ
ロホルムに転化したにすぎない。プロット28はクロロホ
ルム濃度を示し、汚染した水が混合物中に約2cm流入し
た後にクロロホルム濃度が最高値700ppbに上昇すると共
に、CTC濃度が零まで低下したことを示す。その後、ク
ロロホルムは徐々に分解され、水が横軸の30cmの点に到
達する時までにクロロホルムは水中で検出されなくなっ
た。プロット27,28は汚染物質が混合物によって分解さ
れる速度が長期間にわたって低下しない定常状態条件を
示す。
まで化学的に分解される効果を示す。これらのプロット
は定常状態条件を示し、透過性物体に流入する水の全体
の流れは1400ppbのレベルに汚染され続けている、すな
わち汚染物質は単一パルスとして供給されているのでは
なかった。
の効果を示すグラフである。プロット35は、混合物中に
活性炭が存在していない場合、すなわち金属のみ、この
例では鉄のヤスリ屑のみが存在している場合における、
TCEの化学的分解速度を示す。この場合には、汚染物質
は実質的に全く遅延されず、水と同じ速度で金属を通
る。活性炭が含まれており、かつその割合が大きくなっ
て行く場合には、遅延効果が生じる。従って、図4にお
いてプロットは左に移動する。プロット36は、汚染物質
が水の半分の速度で移動する場合のTCE分解速度を示
す。プロット37〜39は混合物中の活性炭の割合が次第に
大きくなって行く場合を示す。所望の遅延程度を達成す
るのに必要な割合は条件によって変化するが、鉄10%お
よび活性炭0.5%を含有する前記混合物は上述のように
有効である。プロット39で示される遅延レベルは、条件
によって左右されるが、例えば活性炭および鉄のヤスリ
屑を同量含有する混合物の場合を示す。
適用されることがある。活性炭の割合が大きすぎる場合
には、水から取り除かれる汚染物質の分子は活性炭中に
強く吸着されているので、このような活性炭による吸着
によって汚染物質の分子が金属による分解作用から保護
された状態になることがある。活性炭粒子に対する鉄粒
子の量および物理的間隔が重要である。活性炭の全体に
わたってEh低下作用および化学的分解の影響が及ぶよう
にするのに充分な程度まで鉄粒子を互に物理的に接近さ
せるのに充分な量の鉄粒子を存在させる必要がある。
る。単に嵩を大きくすることとは別に、シリカ砂は固化
を防止する作用をする。固化は長期間にわたって特に金
属において起ることが予想されることがあり、また固化
は混合物の透過性を局部的に不均一にすることがある。
分解速度特性を低下させる場合には、汚染物質の分解速
度のプロットは図4において右に移動すると予想され
る。従って、鉄のヤスリ屑に対する活性炭の割合および
嵩の大きい増量材の必要量を、局部的な試験によって求
められるような特定の条件に適合させる必要がある。
続して吸着されるので活性炭上に蓄積することはない。
汚染物質は活性炭に吸着された状態のままではないの
で、活性炭は無限に作用を続けると予想される。しか
し、金属は汚染物質を分解するプロセスで徐々に消費さ
れてしまうので、ある時間の後に金属を補充する必要が
ある。
るが、図1に示すみぞ内には新しい金属を加えることは
実際上不可能である。みぞの形(version)が特定され
ている場合には、予め追加の金属を余裕をもってみぞ内
に入れておく必要がある。他方、みぞを掘るには多くの
費用を必要としないし、第1のみぞが適当でなくなった
ことが分ったとしても、第2のみぞを後から設けること
に全く問題がないことが多い。
有機ハロゲン化物質は分解されるが、金属自体が水を汚
れた状態にすることがあることである。これは、水が処
理後直ちに飲料水供給系に流入する場合に、特に重要で
ある。しかし、処理した水が長時間をかけて緩やかに帯
水層を通過する場合には、金属による汚染の問題はとる
にたらないものであると予想される。
Claims (5)
- 【請求項1】汚染した水を処理するに当り、溶液状態の
汚染物質を含有している水を、吸着性物質粒子と金属粒
子とを物理的に混合することにより形成された処理用材
料からなる透過性物体に通し; 前記汚染物質および前記金属は、前記汚染物質が前記金
属粒子と接触した場合および長期間連続的に接触してい
る間に、前記汚染物質が化学的に分解するような性質を
有し; 前記吸着性物質は、前記汚染した水が前記透過性混合物
の上およびなかを通っている際に、前記汚染物質を溶液
から前記吸着性物質粒子に吸着するような性質を有し; 前記吸着性物質は、前記透過性混合物を通る前記汚染物
質の速度が、実質的に、前記透過性物体を通る水の速度
より極めて著しく遅延されるような吸着能を有し; 前記吸着性物質粒子上で該粒子によって遅延されている
前記汚染物質を、通過する水より極めて著しく長い時間
にわたって前記金属粒子に物理的に隣接した状態に保持
し、かつ前記汚染物質の分解が起るのに充分な時間の間
そのような状態に保持し; 前記水が天然の帯水層内に含まれている地下水であり、
前記汚染物質は前記帯水層内で筋となって前記帯水層を
通って移動しており; 前記帯水層を構成する物質中に、前記移動する筋の通路
を横切るようにみぞを堀り; 前記吸着性物質と金属との混合物を前記みぞ内に入れ、
前記汚染した水の筋が前記混合物を通るように該混合物
を配置することを特徴とする汚染した水の処理方法。 - 【請求項2】前記金属が粒状の鉄であり、前記吸着性物
質が活性炭であることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】大気中の酸素を包含する酸素および他の酸
化剤が前記吸着性物質と金属との混合物と接触しないよ
うに、該混合物を配置することを特徴とする請求項1記
載の方法。 - 【請求項4】前記吸着性物質は活性炭であり、前記金属
は鉄または鋼のヤスリ屑の形態の鉄であり、前記混合物
は多量のシリカ砂中に前記ヤスリ屑10重量%および活性
炭0.5重量%を含有していることを特徴とする請求項1
記載の方法。 - 【請求項5】前記吸着性物質は活性炭であり、前記金属
は鉄または鋼のヤスリ屑の形態の鉄であり、前記混合物
中のこれらの割合は、多量のシリカ砂中において、金属
20重量部に対し活性炭1重量部ないし同じ重量部の活性
炭および金属の範囲であることを特徴とする請求項1記
載の方法。
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