JP4662546B2 - 汚染土壌の浄化方法 - Google Patents
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Description
本発明は、主として掘削土に含まれる油や揮発性有機化合物を浄化する汚染土壌の浄化方法に関する。
工場跡地等で基礎工事を行う場合、燃料油や機械油が掘削土に混じって搬出されることがある。かかる油汚染土をそのまま放置すると、該土に混入している油分が揮発して周囲に拡散し、周辺住民の生活に支障を来すとともに、雨水によって土粒子から遊離した場合には、地下水等に混入して水質を汚濁させる原因ともなる。そのため、かかる油汚染土については、例えば焼却によって油分を除去し環境への拡散を防止する必要がある。
また、工場跡地の土壌がトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどで代表される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）で汚染されていることがあり、かかる汚染物質の拡散防止についても十分な対策が必要となる。
かかる汚染物質で汚染された汚染土については、従来さまざまな方法で浄化処理が行われており、その代表的なものとして加熱による揮発処理がある。
かかる処理方法においては、汚染土を加熱することによって該汚染土に含まれている油やトリクロロエチレンなどの汚染物質を揮発させ、これを活性炭等に吸着させることで汚染土を浄化する。
しかしながら、このような揮発処理を行うと、加熱前であれば環境基準以下にとどまっていた自然由来のヒ素や鉛といった有害な重金属が、加熱後には環境基準を越えて溶出してしまう事態が発生することがわかった。
すなわち、ヒ素や鉛は、自然由来の物質として土壌中に本来的に存在するものであって、その溶出量が環境基準以下であれば何ら問題とはならない。
ところが、油やトリクロロエチレンなどの汚染物質を揮発させるべく、該汚染物質が混入した汚染土を加熱することで、自然由来のヒ素や鉛が環境基準を越えて溶出する事態は、当然ながら放置しておくことはできず、加熱後の処理土に対し重金属の不溶化処理を行う必要があるが、不溶化は浄化とはみなされずに産業廃棄物扱いとなるため、結局、元の汚染土を一般土として有効利用できないという別の問題を生じる。
一方、廃棄物を処分するための手段として知られている、例えばロータリーキルンと呼ばれる回転型の燃焼炉で汚染土を焼却処分すれば、かかる燃焼炉が、ダイオキシンの合成を防止すべく、高温で焼却されることが多いため、油やＶＯＣはもちろん、重金属の溶出もある程度防止できるものの、焼却処分という処分方法自体が産業廃棄物として扱われることになるため、汚染土の浄化手段としては採用し難い。
加えて、仮に汚染土を焼却処分した処理土が産業廃棄物として扱われない、換言すれば浄化された土とみなされるとしても、上述した高温加熱を実現するには、当然ながらバーナーの仕様も高くなるとともに燃焼炉についても高い耐熱性が求められることとなり、汚染土壌の浄化プラントはおのずと大規模化を余儀なくされる。
また、実際の掘削現場で汚染土が発生した場合、該汚染土を焼却処分するには、上述した大規模プラントまで搬送しなければならず、搬送距離によっては、汚染物質の浄化処理効率がきわめて低くなるという問題も生じていた。
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、掘削現場又はその近くにに設置可能な小規模プラントであっても、重金属を溶出させることなく、汚染土に含まれるＶＯＣや油といった汚染物質を浄化することが可能な汚染土壌の浄化方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は請求項１に記載したように、揮発性有機化合物及び油の少なくともいずれかからなる汚染物質と重金属とが存在している汚染土にマグネシウム化合物を添加して一次処理土とし、該一次処理土を、前記汚染物質に応じた揮発可能温度が下限、前記一次処理土の酸化反応を制御可能な温度が上限となる温度範囲で気密状態にて加熱して二次処理土とし、該二次処理土を一般土として再利用する汚染土壌の浄化方法であって、前記温度範囲の上限を７００゜Ｃ以下とするものである。
また、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、前記温度範囲の上限を７００゜Ｃ以下に代えて、６００゜Ｃ未満とするものである。
また、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、前記温度範囲の上限を７００゜Ｃ以下に代えて、６００゜Ｃ未満とするものである。
また、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、前記マグネシウム化合物を水酸化マグネシウムとするものである。
また、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は、前記重金属をヒ素及び鉛とするものである。
本出願人は、揮発性有機化合物や油が汚染物質として混入している汚染土から該汚染物質を除去すべく、小規模プラントを使って加熱温度を２００゜Ｃ〜８００゜Ｃに設定し浄化処理を試みたが、揮発性有機化合物や油は揮発するものの、汚染土に重金属が含まれていた場合、加熱前には溶出しない状態であったはずの重金属が、加熱後には高い濃度で溶出する状態に変化してしまうことが本出願人の実験・調査で明らかになった。
理由としては、土壌中で難溶性の化合物として存在していたり、有機物の成分として存在するもの、又は鉱物組成の一部として存在していたヒ素や鉛が加熱により溶出しやすい形態へと変化することが考えられる。
かかる状況では、加熱による揮発工程後、重金属を不溶化させる処理を行わねばならなくなるのみならず、たとえ不溶化したとしても、現行の土壌汚染対策法では不溶化は浄化とは認められず、不溶化処理された処理土を一般土壌として有効利用することもできなくなる。
そこで、本出願人は、重金属を溶出させることなく揮発性有機化合物や油を小規模プラントで除去するにはどうしたらよいかという点に着眼し、さまざまな実験を繰り返した結果、汚染土に予めマグネシウム化合物を添加して１次処理土とし、次いで、汚染物質が揮発しかつ一次処理土の酸化反応を制御可能な温度範囲で、該１次処理土を気密状態にて加熱すれば、プラントを大規模にせずともかつ重金属を溶出させることなく、油やＶＯＣを除去することができるという産業上きわめて有益な知見を得るにいたったものである。
すなわち、本発明に係る汚染土壌の浄化方法を用いて汚染土壌を浄化するには、まず、汚染物質が混入している汚染土にマグネシウム化合物を添加して一次処理土とする。
汚染物質は、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどで代表される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び油の少なくともいずれかからなり、かかる汚染物質以外に、ヒ素、水銀、鉛などの有害な重金属が汚染土に存在している。
汚染土には、工場跡地から掘削によって生じた掘削土が含まれる。
マグネシウム化合物は、例えば汚染土とともにミキサー内に投入し、該ミキサー内で攪拌混合すればよい。
このように、汚染土を加熱処理する前にマグネシウム化合物を添加すると、かかるマグネシウム化合物が添加された１次処理土のpHが１０程度となるため、鉛が溶出しなくなるとともに、ヒ素が難溶性の砒酸マグネシウムとなって１次処理土内に封じ込まれることとなる。
次に、一次処理土を気密状態にて加熱し、これを二次処理土とする。
ここで、加熱工程においては、汚染物質が揮発しかつ一次処理土の酸化反応を制御可能な温度範囲で行う。
次に、二次処理土を一般土として再利用する。なお、一次処理土内から揮発した汚染物質については、例えば焼却処理すればよい。かかる焼却処理においては、ダイオキシンの発生を抑えるため、例えば８５０゜Ｃ程度の温度で燃焼するのが望ましい。焼却するにあたっては、例えば公知の燃焼炉を転用することができる。
酸化反応を制御可能な温度範囲とは、酸化反応、すなわち燃焼が発生したとしても、その燃焼による昇温を制御できる温度範囲をいうものとし、本発明においては、上限温度を７００゜Ｃ以下、望ましくは６００゜Ｃ以下とし、下限温度を汚染物質に応じた揮発可能温度とする。かかる温度範囲には、燃焼が全く発生しない場合も当然に含まれる。
酸化反応を上述の温度範囲に制御する方法としては任意であるが、例えば、加熱時間の調整や断続の設定調整、加熱空気の流量調整、汚染土の土量調整等が考えられる。
マグネシウム化合物は、加熱時にヒ素と反応可能であればどのような化合物でもよく、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、炭酸水素マグネシウム、マグネシウムイオンを含む溶液等のマグネシウムを含む化合物がすべて包摂されるが、特に水酸化マグネシウムを用いることができる。
以下、本発明に係る汚染土壌の浄化方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
図１は、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法の手順を示したフローチャートである。同図でわかるように、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法を用いて汚染土壌を浄化するには、まず、汚染物質が混入している汚染土にマグネシウム化合物である水酸化マグネシウムを添加して一次処理土とする（ステップ１０１）。
汚染物質は、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどで代表される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び油の少なくともいずれかからなり、かかる汚染物質以外に、ヒ素、水銀、鉛などの有害な重金属が汚染土に存在している。なお、本実施形態では、工場跡地から掘削によって生じた掘削土を汚染土とする。
水酸化マグネシウムは、汚染土とともにミキサー内に投入し、該ミキサー内で攪拌混合すればよい。
次に、一次処理土をロータリーキルン回転炉に投入し、次いで、一次処理土を気密状態にて加熱し二次処理土とする（ステップ１０２）。
ここで、加熱工程においては、汚染物質が揮発しかつ一次処理土の酸化反応を制御可能な温度範囲で行う。
酸化反応を制御可能な温度範囲とは、酸化反応、すなわち燃焼が発生したとしても、その燃焼による昇温を制御できる温度範囲をいうものとし、本実施形態では、上限温度を７００゜Ｃ以下、望ましくは６００゜Ｃ以下とし、下限温度を汚染物質に応じた揮発可能温度とする。かかる温度範囲には、燃焼が全く発生しない場合も当然に含まれる。
かかる温度範囲は、汚染物質に応じた揮発温度を考慮して適宜選択する。例えばそれぞれ種類によるが、ＶＯＣであれば２００゜Ｃ〜５００゜Ｃ、油であれば２００゜Ｃ〜６００゜Ｃ程度に設定すればよい。
また、酸化反応を上述の上限温度以下に制御するには例えば、加熱時間やその断続の設定、加熱空気の流量、汚染土の土量等を適宜調整すればよい。具体的には、汚染土の油含有量に応じて一次処理土の投入量を調整する、例えば油含有量が多ければ一次処理土の投入量を少なくすることが考えられる。
このように汚染土に水酸化マグネシウムを添加して一次処理土とし、該一次処理土をロータリーキルン回転炉に投入した後、上述したように一次処理土を加熱するようにすると、汚染物質である油やＶＯＣが揮発するとともに、一次処理土内の重金属の溶出が防止される。
これは、重金属が例えばヒ素である場合、最初に添加した水酸化マグネシウムは、ヒ素と化学反応を生じてヒ酸マグネシウム等の難溶性物質を形成するためであると考えられる。また、重金属が鉛である場合、上述した難容性物質の形成に加えて、水酸化マグネシウムにより一次処理土のｐＨが１０程度になり鉛の溶解度が下がるためであると考えられる。
次に、加熱処理が終わった二次処理土をロータリーキルン回転炉から排出し、生石灰、セメント等の固化材を必要に応じて添加した後、一般土として再利用する（ステップ１０３）。
一次処理土内から揮発した汚染物質については例えば公知の手順で処理すればよい。例えばまず、ダイオキシンの発生を抑えるべく、８５０゜Ｃ以上、例えば１０００゜Ｃ程度の温度で燃焼させる。かかる燃焼工程は、例えば公知の燃焼炉を転用することができる。
次に、燃焼炉からの排ガスをダイオキシンの再合成を防止すべく、２００゜Ｃ程度に一気に冷却し、これを乾式サイクロンで分離してアンダー分を集塵して特別管理産業廃棄物として取り扱うとともに、オーバー分についてはバグフィルタを通してから大気に放出するようにすればよい。
以上説明したように、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法によれば、汚染土に水酸化マグネシウムを添加して一次処理土とし、該一次処理土をロータリーキルン回転炉に投入した後、汚染物質が揮発しかつ一次処理土の酸化反応を制御可能な温度範囲で、該一次処理土を加熱するようにしたので、汚染物質である油やＶＯＣを揮発させつつ、一次処理土内の重金属の溶出を抑制することが可能となり、重金属の不溶化処理が不要になるのみならず、浄化済みの二次処理土は健全土となり、一般土と同様、盛土材、埋め戻し材、埋立材などの土木資材として有効利用することができる。
一方、一次処理土の加熱工程は、酸化反応を制御可能な温度範囲、言い換えれば低温に抑制された温度範囲での加熱となるため、小型のバーナーで足りるとともに、ロータリーキルン回転炉についても高い耐熱性は不要となり、かくしてプラント全体の規模を縮小させ、掘削現場で設置することも可能となる。
また、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法によれば、水酸化マグネシウムという安全な無機薬剤を使用するため、環境に配慮された浄化方法となるとともに、セメントを用いた固化改良方法よりもｐＨを小さくすることができるので、やはり環境に配慮された浄化方法となり、緑化等を行うことも可能となる。
本実施形態では、ロータリーキルン回転炉を用いて汚染土を加熱するようにしたが、どのような手段で加熱するかは任意であることは言うまでもない。
また、本実施形態では特に述べなかったが、水酸化マグネシウムは、加熱によって酸化マグネシウムとなり、二次処理土内に残る。そのため、二次処理土に水を添加するようにしてもよい。
かかる構成によれば、添加水量あるいは含水比を適宜調整することによって、二次処理土の強度を改善し、土木材料に適した土に改良することが可能となる。
水酸化マグネシウム添加後の加熱による汚染土の浄化作用を確認するため、以下のように浄化試験を行ったので、その概要及び試験結果を説明する。
汚染土については、油とヒ素及び鉛を含有する工場跡地の掘削土を試料土として用いた。試料土の性状を表１に示す。ここで、室内土とは電気マッフル炉を用いて試験を行うために採取した土を、キルン土とは小型キルン回転炉を用いて試験を行うために採取した土をそれぞれ意味する。
かかる表でわかるように、加熱前における試料土内のヒ素及び鉛は、キルン土で鉛の溶出量が若干多いものの、土壌環境基準値である0.01mg/Lを概ね下回っている。
次に、上述した試料土のうち、まず、室内土を電気マッフル炉で加熱した結果を図２に示す。ここで、電気マッフル炉では加熱時間を１時間とした。
同図でわかるように、加熱温度が６００゜Ｃを上回ると、ヒ素の溶出量が土壌環境基準値である０．０１を上回り、７００゜Ｃでは、０．０２〜０．０３程度にまで増加することがわかる。
一方、キルン土を小型キルン回転炉で加熱した結果を図３に示す。ここで、小型キルン炉では加熱時間を１時間とした。
同図でわかるように、鉛は、３００゜Ｃで溶出量が０．１と環境基準の１０倍にまで増加し、ヒ素は、４００゜Ｃで環境基準を上回り、６００゜Ｃでは環境基準の１０倍にまで増加することがわかる。
このように、ヒ素及び鉛は、加熱しなければそれらの溶出量が環境基準を下回っているが、油を揮発除去させるための加熱工程によって環境基準を大きく上回ってしまうことがわかった。
なお、油分については、室内土についてもキルン土についても概ね除去することができた。表２は、小型回転キルン炉を用いた加熱試験結果を示したものである。
同表でわかるように、ヘキサン抽出物は、加熱前に３５０ｍｇ／ｋｇであったが、３００゜Ｃ以上の加熱により、１００〜１７０ｍｇ／ｋｇに減少した。また、ＴＰＨｓは、Ｃ１０〜Ｃ２８の成分において、加熱前には９９ｍｇ／ｋｇあったが、３００゜Ｃ以上の加熱により定量限界の２０ｍｇ／ｋｇ以下にまで減少した。
次に、同じ試料土に水酸化マグネシウムを１％．２．５％，５％添加して１次処理土とし、これを加熱した。
６００゜Ｃで加熱した結果を図４に、７５０゜Ｃで加熱した結果を図５にそれぞれ示す。これらの図でわかるように、水酸化マグネシウムを添加してから加熱すれば、鉛及びヒ素の溶出量は、土壌環境基準値を下回ることがわかった。
以上の試験結果から、加熱前において溶出量が環境基準を下回っている鉛及びヒ素であっても、加熱処理によって環境基準値を上回るレベルでそれらが溶出する場合において、加熱処理を行う前に水酸化マグネシウムを添加すれば、加熱処理を行っても、鉛及びヒ素の溶出量を土壌環境基準値である０．０１以下に抑制可能であることがわかる。
Claims (4)
- 揮発性有機化合物及び油の少なくともいずれかからなる汚染物質と重金属とが存在している汚染土にマグネシウム化合物を添加して一次処理土とし、該一次処理土を、前記汚染物質に応じた揮発可能温度が下限、前記一次処理土の酸化反応を制御可能な温度が上限となる温度範囲で気密状態にて加熱して二次処理土とし、該二次処理土を一般土として再利用する汚染土壌の浄化方法であって、前記温度範囲の上限を７００゜Ｃ以下とすることを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
- 前記温度範囲の上限を７００゜Ｃ以下に代えて、６００゜Ｃ未満とする請求項１記載の汚染土壌の浄化方法。
- 前記マグネシウム化合物を水酸化マグネシウムとする請求項１又は請求項２記載の汚染土壌の浄化方法。
- 前記重金属をヒ素及び鉛とする請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の汚染土壌の浄化方法。
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| JP2005098213A JP4662546B2 (ja) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | 汚染土壌の浄化方法 |
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