JP4390551B2 - 汚染土壌洗浄装置 - Google Patents

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Description

本発明は、汚染土壌の浄化技術に関し、より詳細には、汚染された土壌を洗浄して、汚染物質を土壌中から除去する技術に関する。
汚染された土壌を浄化するためには、汚染物質を中和する薬剤を土中に注入する手法が、従来から知られている。
しかし、係る薬剤も化学品の一種類であり、この手法は、汚染物質の化学反応(中和反応)を伴う「化学的」な手法である。そして、このような「化学的手法」は、土中に化学品を注入することから、環境問題に対する意識が高い近年にあっては、敬遠される傾向が強い。
これに対して、例えば揮発性汚染物質(VOC)の除去のため、VOCで汚染された土壌を掘削して地上側の処理施設に搬入し、当該搬入設備において、発熱材料(例えば石灰)を混合して、当該発熱材料が発生する熱量により、VOCを揮発させて、除去する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
この従来技術では、汚染土壌の土壌は「加熱」という「物理的手法」であり、汚染物質自体の化学反応を伴わないので、近年のユーザーの志向に合致している。
しかし、係る手法では、汚染された土壌を掘削して、地上側の処理施設まで搬送しなければならず、そのためのコストが嵩んでしまうという問題が存在する。
また、発熱材料の購入、汚染土壌への均一な混合、揮発した汚染物質の回収等の処理が必要である。
そのため、汚染された土壌を、当該汚染土壌が存在する位置(原位置)にて浄化する(汚染物質を除去する)ことが望まれているが、汚染土壌を原位置にて浄化処理する技術であって、物理的処理により汚染物質を除去する技術は、現時点では提供されていない。
特許第2589002号公報
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、汚染土壌を原位置にて浄化処理することが出来て、しかも、物理的処理により汚染物質を除去することが出来る様な汚染土壌洗浄装置の提供を目的としている。
発明者は種々研究の結果、土の粒子単位で汚れを除去してやれば、極めて良好に汚染物質を除去することが出来ることに着目した。
本発明によれば、汚染された土壌を洗浄して汚染物質を土壌中から除去するための汚染土壌洗浄装置において、先端近傍の外周に平面(12a)が形成された回転可能な汚染土壌洗浄ロッド(1)を備え、その平面(12a)にはモータ(M)で回転する回転部材(10)が設けられ、その平面(12a)には流体の貯留タンク(T)と連通する円環状の溝(12b)が形成され、また前記回転部材(10)が前記平面(12a)と摺動運動を行う面には前記平面(12a)の溝(12b)と同様の円環状の回転部材の溝(10b)が形成され、そしてそれらの平面の溝(12b)および回転部材の溝(10b)の半径方向内外方はそれぞれシール部材(14、15)によって密封されており、その回転部材の溝(10b)は回転部材(10)の摺動面と反対側の面に円状に配置されたノズル(N)に連通孔(16)を介して連通しており、そのノズル(N)からは1000〜3000kg/cmの流体噴流が噴射するようになっている。
また本発明によれば、前記平面(120a)には前記溝(120b)の半径方向内方に同心に別の溝(120f)か設けられ、前記回転部材(100)には前記溝(100)の半径方向内方に前記平面(120a)の別の溝(120f)と同心の別の溝(100f)が設けられ、前記平面(120a)の別の溝(120f)は前記平面(120a)の溝(120b)が連通している流体の貯留タンク(Tb)とは別の貯留タンク(Td)と連通しており、前記回転部材(100)の前記別の溝(100f)は前記回転部材(100)の溝(100b)が連通しているノズル(Nb)とは別のノズル(Nd)と連通している。
さらに本発明によれば、前記ノズル(N)から噴射される高圧水に超音波振動を付加している。
上述した様な構成を具備する本発明によれば、高圧(何千気圧単位)の極細径の高圧水ジェット(J)が土壌粒子単位で衝突して、土壌粒子の表面に付着した汚染物質を引き剥がすように除去するので、汚染された土壌(G)が粒子単位で洗浄されるのである。
そして、汚染物質を土壌粒子から引き剥がして連行した流体(水)は、スラリー(S)として、或いはスラリー(S)に混在して、地中から地上側に移動するので、係るスラリー(S)を回収して処理することにより、地上側に掘削、運搬しなくても、汚染土壌(G)を原位置にて洗浄することが可能である。
また、複数のノズル(N)先端から噴射される1000Kg/cm以上の圧力の流体噴流(超高圧水ジェットJ)同士が交差して衝突すること無く、且つ、単位時間当たりの前記流体噴流(J)と土壌(G)との衝突箇所の軌跡が複数の曲線を組み合わせた形状となる様に構成した場合には、単位時間あたりに当該流体噴流(超高圧水ジェットJ)と衝突する土壌粒子が大量となり、極細径の高圧水ジェット(J)であっても、実用的に十分な程度の領域を洗浄することが出来る。
そして、発泡剤を混合した水で構成された噴流(Jb)と、消泡剤を混合した水で構成された噴流(Jd)とを使用した場合には、発泡剤を混合した流体噴流(Jb)が発泡すると、当該流体噴流(Jb)の到達距離の延長が予定される。
一方、消泡剤を混合した水で構成された超高圧水ジェット(Jd)を噴射することにより、発泡剤により生成した泡が消滅し、土壌中に泡が残存しない。
本発明において、前記流体噴流(J)に超音波振動を付加した場合には、超音波振動が作用するため、土壌粒子から汚染物質を除去する作用が向上する。
或いは、本発明において、前記噴流(J)が、水を電気分解した時に生成される酸性の水(「機能水」、「電気分解水」)で構成されていれば、当該水は洗浄作用が良好であるので、土壌粒子から汚染物質を除去する作用も向上する。
また、本発明において、前記噴流(J)を、オゾン(O)が溶解している水で構成しても、当該水は洗浄作用が良好であるので、土壌粒子から汚染物質を除去する作用も向上する。
さらに、本発明において、前記噴流(J)を、純度が非常に高い水(いわゆる「超純水」)で構成すれば、汚染物質の吸収性が非常に良好であるため、土壌粒子から汚染物質を除去する作用を良好に発揮する。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図1〜図8を参照して本発明の第1実施形態を説明する。
図1及び図2において、汚染土壌洗浄ロッド1の先端近傍には、図示の例ではロッド1の外周1a側が正方形の平面(図2のように見た状態)12aに形成された摺動用部材12が、その外周側の平面位置をロッド1の外周面1aと等しいか、僅かに外周1aより外方にせり出すように埋設されている。
その摺動用部材12のロッド外周1a側の表面12aには溝断面が矩形の円環状の溝12bが形成されており、その円環状の溝12bは連通管13によって、ロッド1中央に配置された超高圧の水を貯留する貯留タンクTに接続されている。
そして、前記円環状の溝12bと同心で、溝12bを挟んで溝円環の半径方向内方及び外方には一対のシール溝12d(半径方向内方側)、12e(半径方向外方側)が形成されている。
前記摺動用部材12の表面12a上には、中心に回転軸10aを有し直径が摺動部材12の対向する2辺に略等しい円盤状の回転部材10が前記回転軸10aを中心として回転しながら前記摺動部材12の表面12aと摺動運動を行うように構成されている。
回転部材10の回転軸10aは前記摺動部材12の中心に形成された挿通孔12cを貫通して、ロッド1の内部に設置された電動モータMに接続され、その電動モータMによって回転させられるように構成されている。
又、回転部材10の摺動部材12と摺動する面側には、摺動部材12に形成された円環状の溝12bと同様の形状の円環状の溝10bが形成されている。そして、その円環状の溝10bと同心で、溝10bを挟んで溝円環の半径方向内方及び外方には一対のシール溝10d(半径方向内方側)、10e(半径方向外方側)が形成されている。
そのシール溝10d、10eは前記摺動要部材12の表面に形成された1対の溝12d、12eと摺動面に対して対称形であり、溝10dと溝12dとで形成される矩形断面の円環状の空間には内方側シール部材14が挿入されている。
一方、溝10eと溝12eとで形成される矩形断面の円環状の空間には外方側シール部材15が挿入されている。
回転部材10の摺動面と反対側の面には、図示の例では図示しない同一ピッチサークル円状の6箇所に等ピッチでノズルNが形成されている。そしてそのノズルNは前記溝10bと連通孔16によって連通している。
当該汚染土壌洗浄ロッド1で汚染土壌を洗浄する場合は、ロッド1自身がロッド1の中心軸周り(のR1方向)に回転すると共に、前記回転部材10は図示のR2方向に回転しつつノズルNから図示しない極細径の超高圧水のジェットを噴射し、その極細径の超高圧水ジェットによって汚染土壌に付着した汚染物質を吹き飛ばして除去するように構成されている。
図3は回転円盤10のノズルNから噴射する極細径の超高圧水ジェットJの方向を示した側面図である。尚、図示の例では、各ノズルから噴射された極細径の超高圧水ジェットJは図示では明確に示していないが3次元によじれて互いに干渉してはいない。
図4は図3で示すのと異なり各ノズルから噴射された極細径の超高圧水ジェットJが回転円盤10の中心から外方に向かって拡散する方向で噴射している状態を示した側面図である。
明確には図示されていないが、回転円盤10の各ノズルの向きは自在に変化出来る様に構成されている。係る構成は、従来公知のものを転用すれば良い。
高圧(1000〜3000Kg/cm程度)の極細径の水ジェットで洗浄することにより、粘土粒子の表面から汚れが取れる
なお、係る超高圧のジェット噴流を噴射するためには、地上側に、100MPa程度の圧力を付加できるポンプを使用すれば良い。
ここで、例えば、74μm程度の粘性土粒子表面に付着した汚染物質をジェットにより吹き飛ばして、綺麗に洗浄するためには、超高圧水ジェットの径は0.1mm以下(望ましくは50μm)の径の噴流にしたい。
極細径の超高圧ジェットJで吹き飛ばされた汚れは、水と共に地上側に浮き上がり、最初に掘削したボーリング孔から地上側に戻ってくる(汚れを連行して、ボーリング孔から噴出する;後述の図8を参照)。
短時間に大きい領域をロンダリングするために、多数のノズルにランダムな動きをもたらして、交わらないような流線で、土粒子に超高圧水ジェットを衝突させることが好ましい。
単位時間当たりの流線を増加させて、極細径の超高圧水ジェットJが衝突する土粒子の数を増加させ、多量の土壌の洗浄が可能となる様に、回転部材(円盤)10を回転(図2の矢印R2)するように構成している。
さらに、円盤10を設けたロッド1そのものも、図2の矢印R1で示すように回転させる。
これにより、極細径の超高圧水ジェットJが衝突する土壌粒子数が大量に増大し、実用に適する程度の洗浄が可能となる。しかも、ロッド1を上昇させながら施工を進めるため、一連の作業が効率的に進められる。
ここで、断面円形のロッド1に円盤10を直接つけたのでは、円筒面と円盤との間の隙間のシールが困難である。そのため、摺動用部材12をロッド1に埋設して、その部材12と円盤10とを摺動するように構成している。
平面同士の摺動となるので、前述したように、摺動面のシールが容易且つ確実に行われる。
また、明確には図示されていないが、超高圧水ジェットを構成する「水」としては、いわゆる「機能水」、「オゾン水」、「超純水」をもちいることが出来る。
ここで、「機能水」とは、水を電気分解した時に生成される塩基性側の水と酸性側の水の内、酸性側の水であり、「電気分解水」とも言う。
実験の結果、機能水を各種洗浄作業に使用すると、汚染物質が非常に良好に除去されることが確認されている。
「オゾン水」とは、オゾン(O)が溶解している水であり、洗浄に際して、汚染物質の除去性能が高いことが、実験により確認されている。
「超純水」は、純度が非常に高い純水であり、何等溶解していないので、洗浄に使用した場合、汚染物質の吸収性が非常に良好である。
次に図5〜図8を参照して、第1実施形態の施工手順を説明する。
先ず、図5において汚染土壌Gにボーリング孔Hを掘削する。
次の図6では、図1〜図4で説明した機構を備えた汚染土壌洗浄ロッド1を、掘削されたボーリング孔H内に挿入する。
更に次の図7では、汚染土壌洗浄ロッド1の円盤10を回転(R2)しつつ、超高圧水ジェットJを円盤10に設けたノズルにより噴射する。さらに、ロッド1を回転(R1)しつつ、上昇せしめる。
最終工程の図8では、超高圧水ジェットJが土壌粒子と衝突することにより、粒子表面から汚染物質を剥ぎ取って、連行する。
汚染物質を連行した水は、スラリーSと共に(或いはスラリーSに混在して)ボーリング孔H内を上昇して、地上側に排出される。
地上側に排出された(汚染物質を連行した水を包含する)スラリーSは、スラリーを処理する機能を有する回収・処理手段20により回収されて、然るべく処理される。
ここで、回収・処理手段20については、公知の機構を転用することが可能である。
次に図9〜図11を参照して本発明の第2実施形態を説明する。
この第2実施形態では、発泡剤(圧力が開放された段階で発泡、ジェット噴射時に静圧から開放されて発泡)を混合した水で構成された超高圧水ジェットJbと、(発泡剤の影響を打ち消す)消泡剤を混合した水で構成された超高圧水ジェットJd、とを同時に噴射している。
発泡剤を混合した超高圧水ジェットJbが噴射されると、圧力が開放されて発泡する。発泡する結果として、高圧エア噴流により超高圧水ジェットを包囲するのと同様な効果(到達距離の延長)が得られる。
そして消泡剤を混合した水で構成された超高圧水ジェットJdを噴射することにより、発泡剤により生成した泡が消滅し、土壌G中に泡が残存しない。
図9及び図10において、汚染土壌洗浄ロッド1Bの先端近傍には、図示の例ではロッド1Bの外周1Ba側が正方形の平面(図10のように見た状態)120aに形成された摺動用部材120が、その外周側の平面位置をロッド1Bの外周面1Baと等しいか、僅かに外周1Baより外方にせり出すように埋設されている。
その摺動用部材120のロッド外周1Ba側の表面120aの外縁近傍には溝断面が矩形の円環状の溝120bが形成されており、その円環状の溝120bは連通管130によって、ロッド1B中央に配置された発泡剤を混合した超高圧の水を貯留する貯留タンクTbに接続されている。
そして、前記円環状の溝120bと同心で、溝120bを挟んで溝円環の半径方向内方及び外方には一対のシール溝120d(半径方向内方側)、120e(半径方向外方側)が形成されている。
尚、超高圧水の水は図示しない地上側の超高圧発生手段によって例えば1000Kg/cm以上の圧力が常時付加されている。
前記摺動用部材120の表面120a上には、中心に回転軸100aを有し直径が摺動部材120の対向する2辺に略等しい円盤状の回転部材100が前記回転軸100aを中心として回転しながら前記摺動部材120の表面120aと摺動運動を行うように構成されている。
回転部材100の回転軸100aは前記摺動部材120の中心に形成された挿通孔120cを貫通して、ロッド1Bの内部に設置された電動モータMに接続され、その電動モータMによって回転させられるように構成されている。
又、回転部材100の摺動部材120と摺動する面側には、摺動部材120に形成された円環状の溝120bと同様の形状の円環状の溝100bが形成されている。そして、その円環状の溝100bと同心で、溝100bを挟んで溝円環の半径方向内方及び外方には一対のシール溝100d(半径方向内方側)、100e(半径方向外方側)が形成されている。
そのシール溝100d、100eは前記摺動要部材120の表面に形成された1対の溝120d、120eと摺動面に対して対称形であり、溝100dと溝120dとで形成される矩形断面の円環状の空間には内方側シール部材140が挿入されている。
一方、溝100eと溝120eとで形成される矩形断面の円環状の空間には外方側シール部材150が挿入されている。
さらに摺動用部材120の表面120aの前記溝120dよりも中心寄りには、溝断面が矩形の円環状の溝120fが形成されており、その円環状の溝120fは連通管132によって、ロッド1B内部に配置された消泡剤を混合した超高圧の水を貯留する貯留タンクTdに接続されている。
そして、前記円環状の溝120fと同心で、溝120fを挟んで溝円環の半径方向内方及び外方には一対のシール溝120g(半径方向内方側)、120h(半径方向外方側)が形成されている。
尚、超高圧水の水は図示しない地上側の超高圧発生手段によって例えば1000Kg/cm以上の圧力が常時付加されている。
又、回転部材100の摺動部材120と摺動する面側には、摺動部材120に形成された円環状の溝120fと同様の形状の円環状の溝100fが形成されている。そして、その円環状の溝100fと同心で、溝100fを挟んで溝円環の半径方向内方及び外方には一対のシール溝100g(半径方向内方側)、100h(半径方向外方側)が形成されている。
そのシール溝100g、100hは前記摺動要部材120の表面に形成された1対の溝120g、120hと摺動面に対して対称形であり、溝100gと溝120gとで形成される矩形断面の円環状の空間には内方側シール部材142が挿入されている。
一方、溝100hと溝120hとで形成される矩形断面の円環状の空間には外方側シール部材152が挿入されている。
そして、回転円盤100の摺動面とは反対側の面には、前記溝100bに連通する複数のノズル(図9では1箇所のみ示されている)Nbと、前記溝100fに連通する複数のノズル(図9では1箇所のみ示されている)Ndが形成されている。
図11は第2実施形態のロッド1Bにおいて、回転円盤100に設けたノズル先端から発泡剤混合水のジェットJbと消泡剤混合水のジェットJdとを噴射している様を示している。
なお、図11では明確に示されていないが、回転円盤に形成された全数のノズルの内、半数のノズルからは発泡剤入りの超高圧水ジェットを噴射し、残りの半数のノズルからは消泡剤入りの超高圧水ジェットを噴射する様に構成することも可能である。
その他の構成、施工手順、作用については、第1実施形態で説明した内容と概略同様である。
上述のように、発泡剤を混合した水で構成された噴流Jbと、消泡剤を混合した水で構成された噴流Jdとを使用した場合には、発泡剤を混合した流体噴流Jbが発泡すると、当該流体噴流Jbの到達距離が延長される。
一方、消泡剤を混合した水で構成された超高圧水ジェットJdを噴射することにより、発泡剤により生成した泡が消滅し、土壌中に泡が残存しない。
次に図12及び図13を参照して、第3実施形態を説明する。
図12及び図13の第3実施形態は、ノズルから噴射される高圧水に超音波振動を付加した実施形態である。
超音波振動の付加については、例えば、図12に示すようにノズルNにいたる流路16中に設けられたフィルム状の圧電素子18等を使用すればよい。
圧電素子18は、図示しないケーブル等により、交流電流を印加される。
なお、図13に示すように、ノズルNに圧電素子18を設置しても良い。
上述のように構成することにより、超高圧水ジェットに超音波が作用し、超音波振動により粒子から汚染物質を除去する作用が、さらに強化される。
ここで、上述した第1実施形態及び/又は第2実施形態と、第3実施携帯を組み合わせて実施することが可能である。
すなわち、第1実施形態及び/又は第2実施形態のノズルN或いはノズルに至る超高圧水流路13、130にフィルム状の圧電素子18を設置して、超高圧水ジェットJに超音波を作用させることが可能である。
その他の構成、施工手順、作用については、第1実施形態及び第2実施形態で説明した内容と概略同様である。
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、揮発性汚染物質(VOC)で汚染された土壌を地上側に掘削して、上述した様な超高圧水を噴射して、当該掘削土砂(VOCで汚染された掘削土壌)を洗浄することも可能である。
第1実施形態の構成を説明する部分断面図。 図1のY矢視図。 第1実施形態におけるノズルからの超高圧水ジェットの側面図。 第1実施形態におけるノズルからの超高圧水ジェットの側面図。 第1実施形態における掘削工程を示す断面図。 第1実施形態における汚染土壌洗浄ロッドを掘削孔に挿入する工程を示した断面図。 第1実施形態における洗浄工程を示す断面図。 第1実施形態におけるスラリー除去工程を示す断面図。 第2実施形態の構成を説明する部分断面図。 図9のY矢視図。 第2実施形態におけるノズルからの発泡剤混合水及び消泡剤混合水の超高圧水ジェットを側面から見た図。 第3実施形態の一実施例を示す部分断面図。 第3実施形態の他の実施例を示す要部断面図。
符号の説明
1、1B・・・汚染土壌洗浄ロッド
10・・・回転部剤/回転円盤
12・・・矩形埋設部材/摺動用部材
13・・・連通路
14、15・・・シール部材
M・・・電動モータ
N・・・ノズル
J・・・超高圧水ジェット
T・・・タンク

Claims (3)

  1. 汚染された土壌を洗浄して汚染物質を土壌中から除去するための汚染土壌洗浄装置において、先端近傍の外周に平面(12a)が形成された回転可能な汚染土壌洗浄ロッド(1)を備え、その平面(12a)にはモータ(M)で回転する回転部材(10)が設けられ、その平面(12a)には流体の貯留タンク(T)と連通する円環状の溝(12b)が形成され、また前記回転部材(10)が前記平面(12a)と摺動運動を行う面には前記平面(12a)の溝(12b)と同様の円環状の回転部材の溝(10b)が形成され、そしてそれらの平面の溝(12b)および回転部材の溝(10b)の半径方向内外方はそれぞれシール部材(14、15)によって密封されており、その回転部材の溝(10b)は回転部材(10)の摺動面と反対側の面に円状に配置されたノズル(N)に連通孔(16)を介して連通しており、そのノズル(N)からは1000〜3000kg/cmの流体噴流が噴射されることを特徴とする汚染土壌洗浄装置。
  2. 前記平面(120a)には前記溝(120b)の半径方向内方に同心に別の溝(120f)か設けられ、前記回転部材(100)には前記溝(100b)の半径方向内方に前記平面(120a)の別の溝(120f)と同心の別の溝(100f)が設けられ、前記平面(120a)の別の溝(120f)は前記平面(120a)の溝(120b)が連通している流体の貯留タンク(Tb)とは別の貯留タンク(Td)と連通しており、前記回転部材(100)の前記別の溝(100f)は前記回転部材(100)の溝(100b)が連通しているノズル(Nb)とは別のノズル(Nd)と連通している請求項1記載の汚染土壌洗浄装置。
  3. 前記ノズル(N)から噴射される高圧水に超音波振動を付加する請求項1記載の汚染土壌洗浄装置。
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