JP4583771B2 - 土壌中の非揮発性汚染物質の除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌中の非揮発性汚染物質の除去方法に関する。

従来から金属工業、電気工業、電子工業、化学工業などの素材として各種メッキ材料、絶縁油、顔料、樹脂、溶剤、農薬などが使用されている。これらの物質については水質基準および土壌汚染に係わる環境基準が定められているが、過去に土壌中に混入した上記汚染物質がそのまま放置されると、時間経過に伴って地中深く浸透し、ついには地下水に混入して地下水を汚染するに至るという環境汚染が問題になっている。

このような背景から、土壌中に混入した重金属などの汚染物質を除去する方法が種々検討され、その１つとして分級洗浄法が提案されている（特許文献１）。この方法は、いかに洗浄仲介物質（水、蒸気、薬品など）に汚染物質を移行させたり、反応させるかが、大きな問題となる。また、汚染物質は小さな土壌粒子中に濃縮される傾向にあり、不完全な浄化では浄化済土壌の再利用率が小さくなるという問題がある。また、従来の洗浄工程では洗浄水の使用量が被処理土壌に対して１０倍程度が多く、洗浄後段の処理設備が複雑となるとともに、処理設備設置のスペースが広大になり、設備費用が高くなって実用性が低い。

特開２００２−５９１５１公報

従って、本発明の目的は、油分および重金属などの非揮発性汚染物質が混入した土壌を処理する場合、処理済土壌の再利用率を上げるとともに、設置スペースの低減、低コストでの処理および処分対象土壌としての残土の減量化を実現することができる土壌中の非揮発性汚染物質の除去方法を提供することである。

上記の目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、非揮発性汚染物質が混入した土壌に水を加えて混合し、比重が１．０５〜１．３５の範囲となるようにした被処理泥水を洗浄槽に入れ、該洗浄槽にて泥水の解膠および洗浄をした後、泥水を水用分級器に移送して該分級器で泥水中の土壌粒子を分級して、汚染物質が少ない粗粒子を分離し、粗粒子が分離された汚染物質を高濃度に含有する泥水を固液分離装置へと移送し、該固液分離装置で汚染物質を多く含む土壌微粒子を分離する土壌中の非揮発性汚染物質の除去方法において、上記洗浄槽と上記水用分級機との間に汚染物質分級機を設け、循環ポンプによって泥水を洗浄槽と汚染物質分級機との間で循環させ、泥水の解膠および洗浄を、上記循環ポンプによる泥水の循環と、上記汚染物質分級機への、空気圧縮機よりの空気の供給、蒸気もしくは薬品の供給の少なくともいずれかによって行うことを特徴とする土壌中の非揮発性汚染物質の除去方法を提供する。

上記本発明においては、汚染物質分級機が、スタティック型ミキサーであること；被処理泥水を洗浄槽に入れる前に、泥水中の夾雑物を除去した後、泥水を泥水受槽に集め撹拌装置によって撹拌すること；および水用分級器に移送される、解膠および洗浄後の泥水が、汚泥中における粒径７５μｍ以上の粗粒子が６０質量％以上であり、粒径７５μｍ未満の微粒子が４０質量％未満であることが好ましい。

本発明の方法は、設備が簡便で小型化が可能であり、省スペースで効率よく汚染土壌の浄化が可能であり、土壌中の油および重金属などの非揮発性の汚染物質は、土壌中の微粒子に移行濃縮でき、分離した粗粒子の土壌は現場での埋め戻し土としての再利用が可能となる。また、汚染物質を含む汚染土壌に水を加えて泥水とし、該泥水中の粗粒子を除いた後の泥水の比重を１．０５〜１．３５の範囲に調整することにより、通常必要となる沈殿分離装置やスラリー濃縮設備がいらなくなる。従って本発明では低い処理コストで有効に土壌の処理が可能である。

次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
本発明が対象とする土壌に混入した非揮発性の汚染物質としては、例えば、カドミウム、シアン、有機燐、鉛、六価クロム、砒素、水銀、銅およびそれらの化合物などの重金属化合物や、ＰＣＢ、重油、タール、ピッチなどがある。

本発明の実施の形態を図面を参照してさらに具体的に説明する。図１は、本発明の方法の基本的構成を示す図である。図１に示すように、先ず、処理すべき汚染された土壌に適当量の水を加えた被処理泥水を、洗浄槽１において均等混合・洗浄および粗粒子沈降防止を行う。この際の泥水の比重は１．２０程度（１．０５〜１．３５の範囲）にて管理する。

処理すべき泥水の解膠および洗浄は下記の手段により行うことができる。例えば、適当な手段としては、攪拌機２による機械的攪拌、空気分配器４による空気の吹き込みまたは循環ポンプＰ１による泥水の循環と、および汚染物質分離器５へと空気圧縮機６より供給される空気の作用、もしくは汚染物質分離器５への薬品、蒸気などの供給が挙げられ、これらの手段は複数種組合せて利用することができる。このように解膠されて混合均一化および粗粒子より微粒子が剥離された泥水は、粒径７５μｍ以上の粗粒子を６０質量％以上、粒径７５μｍ未満の微粒子を４０質量％未満の範囲で含むことが好ましい。該泥水は、循環ポンプＰ１により分級器９に移送され、分級器において粗粒子１０が分離される。粗粒子１０が分離された処理泥水は、好ましくは比重を１．０５〜１．３５の範囲に調整され、固液分離装置１２（図２）に送られて固液分離される。

上記で分離された粗粒子（例えば、粒径７５μｍ以上）中の汚染物質の濃度は、定められた指定基準値以下になっており、汚染物質は上記で分離された土壌の微粒子（例えば、粒径７５μｍ未満）中に濃縮されている。従って、上記粗粒子はそのままで通常の残土として再利用可能である。また、汚染物質が濃縮された微粒子は、処分対象土壌として処理される。また、固液分離された水は、該水中の汚染物質が基準値以下であればそのまま放流され、汚染物質が基準値を超える場合は常法に従って処理されて放流される。

次に上記本発明の原理を使用した実際的な汚染物質の除去方法を図２を参照して説明する。図２に示す方法では、非揮発性の汚染物質と同時に揮発性の有機化合物も同時に除去できる。本発明が適用される揮発性の有機化合物としては、例えば、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、１，３−ジクロロプロペンなどの有機塩素系化合物、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族系化合物、アセトンなどのケトン類、シマジン、チオベンカルブなどが挙げられる。

図２に示すように、先ず、最初に処理すべき土壌と水とを解膠洗浄機において解膠および洗浄する。この際に使用する水の量は前記と同様である。上記で流動化された泥水中には、通常コンクリートの破片、小石、砕石、金属片、ガラス片、その他の夾雑物が混入している場合が多い。

これらの夾雑物が混入していると、その後の泥水のポンプ輸送などに問題が生じるので、これらの夾雑物は、泥水を適当なメッシュの篩−１（例えば、４ｍｍ目振動篩）などを通して除去することが望ましい。必要に応じて篩−１にて水をスプレーする。これらの夾雑物中には汚染物質は殆ど含有されていない。夾雑物が除去された泥水は、好ましくは泥水受槽に集め、該泥水受槽において適当な攪拌装置により攪拌する。

泥水受槽において均質化された泥水は、ポンプＰ０により洗浄槽１に移され、洗浄槽１において前記図１に示すと同様に洗浄処理される。なお、この際、泥水中に細かい砂が混入している場合には、篩−２（例えば、０．８ｍｍ目振動篩）などを通して砂を除去することが望ましい。泥水の洗浄は、空気圧縮機６、蒸気発生装置７もしくは薬品注入装置８により空気、蒸気もしくは薬品を汚染物質分離器５に注入して、汚染物質分離器５内で泥水中の粒子に付着している汚染物質を剥離および溶液中に移行させる。

前記洗浄槽１としては、泥水を滞留させて泥水中に空気を吹き込む散気装置や、泥水流と対向する空気流の中を泥水を循環させて曝気する装置があり、何れも本発明で使用できる。これらの装置は下記（１）〜（３）の装置を備える。
（１）曝気のために槽内の泥水に空気を気泡状に吹き込む散気装置、または泥水を槽内で落下させて対向する空気流と接触させる装置。
（２）スカム状の浮遊物を再溶解させたり、槽の底に土壌を沈殿させないために、泥水を機械的に攪拌する装置（散気装置に攪拌の機能を兼ねさせる場合もある）。また、槽の底部は、泥水の搬出を容易にするようにコーン状または傾斜式にすることがある。
（３）揮発性有機化合物のガスを含んだ空気が飛散しないように槽を覆う蓋。この蓋は吸引装置に連結される。

図２に示す洗浄槽１は、上記の空気を吹き込むタイプであり、洗浄槽底部に設けられた空気分配器４（曝気管）から洗浄および沈降防止用送風機３からの空気が泥水中に吹き込まれ、泥水が強力に空気攪拌されることによって、泥水中に含まれている揮発性有機化合物は洗浄槽内で揮散され、洗浄槽の頂部に設けられた排気管を通じて吸引され、無害化装置、例えば、活性炭を充填した吸着塔、触媒を充填した分解装置、燃焼装置などを通して、揮発性有機化合物が除去または無害化され、揮発性有機化合物が除去または無害化された空気は大気中に放出できる。

上記曝気処理は、泥水の濃度、揮発性有機化合物の含有量、装置の大小などによって異なるが、一般的には泥水１リットル当たりの散気量は、約１〜３リットル／ｍｉｎ．であり、曝気時の温度が高い程、揮発性有機化合物の分離除去が促進されるが、泥水の加熱にはコストがかかるので通常は常温で行なう。また、曝気時間も温度や有機物の含有量によって異なるが、一般的には０．５〜３時間程度である。

上記曝気処理が終了した泥水は、そのまま水用分級器９にポンプＰ１により移送されて、前記の如き処理により、非揮発性汚染物質の含有量が少ない粗粒子１０が分離され、汚染物質を多く含む微粒子１１を含む泥水は前記図１に示すと同様に固液分離される。この際、ポンプＰ１と水用分級器９との間に、さらに泥水の汚染物質分離器５を設けて該汚染物質分離器５を経由して、泥水を水用分級器９に移送して、さらに泥水を洗浄する。汚染物質分離器５は、公知の多数の混合装置が使用でき、例えば、スタティック型ミキサー（西華産業（株）製）ＯＨＲミキサーが好ましく使用される。その他に、空気吹き込み、蒸気吹き込みもしくは薬品注入による混合、ポンプＰ１による洗浄槽１への循環によっても、泥水の均一混合・土粒子からの汚染物質の分離が可能である。汚染物質分離器５を経由して水用分級器９に送られた泥水は、前記と同様にして土壌の粗粒子１０が分離される。ここで使用する水用分級器としては、例えば、液体サイクロンもしくは遠心分離機などが挙げられる。

粗粒子１０が分離された処理泥水は、直ちに固液分離装置１２に送ってもよいが、処理を円滑にするためには、処理泥水を泥水貯留槽に貯留し、ポンプＰ２により、遠心分離機やフィルタープレスなどの固液分離装置１２に送られて、汚染物質を多く含む土壌微粒子が分離される。この分離された高濃度汚染土は、最初に仕込んだ汚染土壌の４０質量％以下程度である。該高濃度汚染土は処分対象土壌とされる。

固液分離装置１２で分離された水は、該水が他の汚染物質が基準値以下であれば、そのまま放流することができる。さらなる処理が必要であれば、水処理設備において凝集沈殿方式などにより処理された後、必要に応じて水槽に貯留後放流される。なお、上記分離された水はポンプＰ３などにより、最初の土壌の解膠・洗浄用の水として解膠洗浄機に循環して使用することができる。この場合には必ずしも水処理設備を経由する必要はなく、繰り返し循環使用して、固液分離後の水の中の汚染物質が濃厚になった後、凝集沈殿方式などにより水処理設備にて処理することが効率的である。

以上の如き処理によって、汚染土壌が処理されるが、汚染土壌中に揮発性有機化合物のみが含まれている場合には、図１に示す汚染物質分離器５を通さなくてもよい。しかしながら、非揮発性汚染物質を含む土壌の場合には、揮発性有機化合物を同時に含む場合が多いので、本発明の方法を実施する装置は、図２に示す如く、非揮発性汚染物質および揮発性有機化合物の両者に対応できるように、図２に示す方法を実施する各設備を一体化しておくことが望ましい。

以上の如き本発明の方法によれば、土壌中の非揮発性の汚染物質の除去には、水を主体とし、場合によっては空気、蒸気、薬品などを汚染物質分離器５に注入することにより効率的に処理できる。また、使用する水も比較的少量でよく、特に泥水比重を１．２０程度（１．０５〜１．３５の範囲）で処理することにより通常必要とする沈殿分離設備、スラリー濃縮設備が必要なく設置面積の増大を避けられる。図２に示した各装置は、トラックなどで現場に運び、その場で土壌を処理できるから、質量が大である汚染土壌を長距離運搬する必要もない。従って、本発明では低い処理コストで有効に土壌の処理が可能である。

次に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
汚染土壌として、砒素で汚染された現場で採取された土壌４０ｋｇを使用した。上記汚染土壌４０ｋｇに対して水４０リットルを添加して強力攪拌して、泥水を作成し、この泥水を１．１８ｍｍメッシュの金網を通過させた。夾雑物を除去した泥水を図１に示す洗浄槽１（５０リットル）に入れ、図１に示す洗浄用攪拌機２、洗浄および沈降防止用送風機３、空気分配器４を稼働させ、１分後に循環ポンプＰ１および汚染物質分離用空気圧縮機６を稼働させて泥水を処理し、１５分後および３０分後にポンプＰ１による循環を停止して、泥水を脱水後、土壌粒子の各粒度毎の汚染値を測定した。

本実施例では、上記の洗浄槽１には排気口が設けられている。一方、底部には空気分配器４が配設されて、洗浄および沈降防止用送風機３および空気分配器４により槽底部に吹き込まれるようになっている。また、洗浄槽１には泥水にせん断力を発生させる洗浄用攪拌機２が併設されている。より強力な洗浄効果を実現させるために、汚染物質分離器５、泥水循環を行う循環ポンプＰ１、汚染物質分離器５に空気を送る汚染物質分離用空気圧縮機６を洗浄槽１の近傍に配置した配管にて結合した。

上記泥水処理は次の条件で行った。
泥水温度；１５℃
散気速度；１００リットル／ｍｉｎ
攪拌機；２９５ｒｐｍ×２段×３枚プロペラ
泥水循環量；３０リットル／ｍｉｎ
圧力空気量；３０リットル／ｍｉｎ
処理時間；３０ｍｉｎ

上記処理による砒素の除去率は、処理泥水を１５分毎に、サンプルとして２，０００ｍｌずつ採取し、各粒度毎の汚染度を測定した。測定結果は図４、５に示す通りである。汚染度の粒径加積曲線を図３に、洗浄前の粒径毎の汚染度を図４に、洗浄処理後の粒径毎の汚染度を図５に示す。図３によれば、処理泥水中の土壌粒子の粒度分布が分かり、大部分が粒径７５μｍ以上であり、粒径７５μｍ未満の土壌粒子の質量割合は少ない。図４および図５によれば粒度に係らず大部分の土壌粒子が砒素を含有しているが、本発明の方法で１５分および３０分処理後には、１０６μｍ以上の土壌粒子の砒素溶出値は、指定基準値よりも著しく低くなっており、一方、７５μｍ未満の土壌粒子では、砒素溶出値が高くなっている。従って、本発明において洗浄・分級後の粗粒子の土壌は、十分に砒素が除去されていることが明らかである。

上記泥水処理後の粗粒子除去後の泥水比重を、１．０２、１．０５、１．０７、１．２０、１．３５、１．４０にした場合の脱水性能を測定した。泥水脱水として、泥水加圧シールド工事の泥水処理用脱水機の泥水比重は１．０７〜１．４０である。その場合の１バッチ当りの泥水打ち込み時間は泥水比重は低い程長く、比重の高い程短時間で済む。通常この場合の１バッチ当りの時間は１００分程度を標準としている。また、打ち込みポンプが遠心ポンプの場合には、ポンプ特性、配管閉塞の問題から泥水比重を１．４以下としている。

上記泥水脱水処理は次の条件で行った。
泥水温度；１５℃
泥水比重；１．０２、１．０５、１．０７、１．２０、１．３５、１．４０
脱水機；フィルタープレステスト機 φ１５０ｍｍ（０．０１７７ｍ²）×厚さ３０ｍｍ
濾室容積；０．０００５３１ｍ³
泥水打ち込み；窒素ガス
打ち込み圧力；０．５ＭＰａ
ＳＳ真比重；２．６

土粒子の真比重、鉱物組成、粒度分布により脱水時間は大きく変化するが、全体の処理時間を考慮すると、脱水時間は最大２．５時間である。よって泥水の比重は１．０５〜１．３５が望ましい。

以上の如き本発明の方法によれば、土壌中の油および重金属などの非揮発性の汚染物質は、土壌中の微粒子に移行濃縮でき、分離した粗粒子の土壌は現場での埋め戻し土としての再利用が可能となる。また、汚染物質を含む汚染土壌に水を加え泥水を製造して、泥水中の粗粒子を除いた後の泥水の比重を１．２０程度（１．０５〜１．３５の範囲）に調整することにより、通常必要となる沈殿分離装置、スラリー濃縮設備がいらなくなる。従って本発明では低い処理コストで有効に土壌の処理が可能である。

本発明の基本構成を図解的に示す図。 本発明の実用的構成を示す図。 汚染土壌の粒径加積曲線を示す図。 洗浄処理前の汚染土壌の粒径毎の汚染度を示す図。 洗浄処理後の粒径毎の汚染度を示す図。

符号の説明

１：洗浄槽
２：攪拌機
３：洗浄および沈降防止用送風機
４：空気分配器
５：汚染物質分離器
６：汚染物質分離用空気圧縮機
７：蒸気発生装置
８：薬品注入装置
９：水用分級器
１０：粗粒子
１１：微粒子
１２：固液分離装置

Claims (4)

1. 非揮発性汚染物質が混入した土壌に水を加えて混合し、比重が１．０５〜１．３５の範囲となるようにした被処理泥水を洗浄槽に入れ、該洗浄槽にて泥水の解膠および洗浄をした後、泥水を水用分級器に移送して該分級器で泥水中の土壌粒子を分級して、汚染物質が少ない粗粒子を分離し、粗粒子が分離された汚染物質を高濃度に含有する泥水を固液分離装置へと移送し、該固液分離装置で汚染物質を多く含む土壌微粒子を分離する土壌中の非揮発性汚染物質の除去方法において、上記洗浄槽と上記水用分級機との間に汚染物質分級機を設け、循環ポンプによって泥水を洗浄槽と汚染物質分級機との間で循環させ、泥水の解膠および洗浄を、上記循環ポンプによる泥水の循環と、上記汚染物質分級機への、空気圧縮機よりの空気の供給、蒸気もしくは薬品の供給の少なくともいずれかによって行うことを特徴とする土壌中の非揮発性汚染物質の除去方法。
2. 汚染物質分級機が、スタティック型ミキサーである請求項１に記載の除去方法。
3. 被処理泥水を洗浄槽に入れる前に、泥水中の夾雑物を除去した後、泥水を泥水受槽に集め撹拌装置によって撹拌する請求項１又は２に記載の除去方法。
4. 水用分級器に移送される、解膠および洗浄後の泥水が、汚泥中における粒径７５μｍ以上の粗粒子が６０質量％以上であり、粒径７５μｍ未満の微粒子が４０質量％未満である請求項１〜３のいずれか１項に記載の除去方法。

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