JP5033734B2 - 磁性体回収装置、及びそれを用いた噴射攪拌システム - Google Patents

Description

本発明は、混合物から磁性体を回収する磁性体回収装置、及びそれを用いた噴射攪拌システムに関する。

従来、汚染された地盤を浄化する方法として噴射攪拌工法が知られている。噴射攪拌工法は、汚染地下水（土壌）に鉄粉（磁性体）を含有する浄化材をウォータージェットによって噴射することにより、汚染地下水と浄化材とを攪拌混合し、鉄粉の還元作用により汚染地下水を浄化するものである（例えば、特許文献１参照）。この噴射攪拌工法では、汚染地盤中に噴射した鉄粉の一部が汚染地下水と混合されずに、土壌や泥水等を含む混合物（スラリー）として地上側に排出される。

ここで、混合物に含まれる鉄粉は、環境への配慮やコストの低減等といった観点から、再利用されることが望ましい。そこで、土壌から鉄粉を回収する技術としては、例えば特許文献２に記載されているものが知られている。特許文献２に記載の装置では、汚染土壌と鉄粉とが混合されたものをベルトコンベアで鉄粉回収装置まで運び、土壌に含まれる有害化学物質が付着した鉄粉を電磁石によって回収している。
特開２００４−１６８６５号公報 特開２００３−２７５７３４号公報

しかしながら、上記のような装置を用いて、噴射攪拌工法によって排出された混合物から鉄粉を回収する場合には、混合物に含まれる泥水等を排除する必要があり、作業工程が増えるため効率的ではない。また、従来の鉄粉回収の技術では、ベルトコンベア等の設置スペースを確保する必要があると共に、大掛かりな設備を必要とするためコストが増大するといった問題も生じる。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、コストの低減及び小型化を図ることができると共に、効率的に混合物から磁性体を回収することができる磁性体回収装置、及びそれを用いた噴射攪拌システムを提供することを目的とする。

本発明に係る磁性体回収装置は、磁性体を含む混合物から磁性体を回収する磁性体回収装置であって、磁界を発生させる磁界発生手段と、磁界発生手段によって発生される磁界の影響下に設けられ、磁界によって磁化されることにより磁性体を付着させるメッシュ状に形成された回転式のベルトと、ベルトに対して流体を噴射し、ベルトに付着した磁性体以外の混合物を除去する流体噴射手段と、流体噴射手段によって磁性体以外の混合物が除去されたベルトから、磁性体を吸引することにより回収する回収手段と、を備えることを特徴とする。

この磁性体回収装置では、混合物に含まれる磁性体を、磁界発生手段によって発生された磁界によって磁化するメッシュ状に形成された回転式のベルトに付着させる。そして、ベルトに付着した磁性体以外の余分な混合物を流体噴射手段によって除去した後、回収手段でベルトから磁性体を回収する。これにより、土壌や泥水等を含む混合物から直接磁性体を回収することできるので、泥水を排除する等といった手間をかけることなく効率的に磁性体を回収することができる。また、排出された混合物から磁性体を回収するまでの一連の処理を１台の装置で行うことができるので、ベルトコンベア等といった装置を配置する必要がない。そのため、コストの低減及び装置の小型化を図ることができる。

また、ベルトよりも下方に設けられ、磁性体以外の混合物を排出する排出口を更に備えることが好適である。混合物には、例えば０．３〜１．３ｔ／ｍ^３の土粒子（土壌）が混入している。そこで、ベルトよりも下方に排出口を設けることにより、装置内に土粒子を堆積させることなく排出できる。これにより、混合物に土壌等を含む場合であっても、好適に磁性体を回収することができる。

また、ベルトは、混合物が流入する流入口に対向する面が、その上端側において鉛直方向に対して流入口から遠ざかる方向に傾斜していることが好適である。このような構成により、流入口に対向する面が傾斜していない場合よりも、混合物とベルトとの接触面積が大きくなるので、磁性体がベルトに付着しやすくなる。また、磁性体以外の例えば土壌等といった不純物がメッシュ状のベルトを通過しやすくなる。その結果、磁性体のみを高効率で回収することができる。

また、流体噴射手段は、ベルトの流入口と対向する面と、当該面の裏面とに流体が噴射されるように、ベルトを挟むように配置されていることが好適である。このような構成により、ベルトに３０重量％〜５０重量％程度付着した磁性体以外の土粒子等といった不純物を、より効果的に除去（洗浄）することができる。その結果、磁性体のみを高効率で回収することができる。

本発明に係る噴射攪拌システムは、請求項１〜４記載の磁性体回収装置と、磁性体を含む浄化材を汚染土壌地盤中に噴射する噴射管と、噴射管を汚染土壌地盤中に案内すると共に、地盤中から排出される磁性体を含む混合物を地上に排出するガイドパイプと、ガイドパイプから排出された混合物を磁性体回収装置に搬送する搬送ラインと、を備えることを特徴とする。

この噴射攪拌システムでは、噴射管によって汚染土壌地盤中に浄化材を噴射し、汚染地下水や土壌を磁性体の還元作用で浄化する。このとき、ガイドパイプを介して地上側に排出され、搬送ラインによって搬送された磁性体を含む混合物から、磁性体のみを上記の磁性体回収装置によって回収する。このような構成により、汚染土壌地盤を浄化させることができ、且つコストの低減及び磁性体回収装置の小型化を図ることができると共に、磁性体を混合物から効率的に回収することができる。その結果、磁性体の再利用が簡易なものとなり、噴射攪拌システムにおけるコストの低減を図ることができる。

また、ガイドパイプと磁性体回収装置との間の搬送ライン上に設けられ、ガイドパイプから排出された混合物を一時的に貯留するタンクを更に備えることが好適である。このような構成により、磁性体回収装置の処理能力に応じて混合物の排出量を調整することができる。また、ガイドパイプから排出される混合物には、揮発性有機化合物（Volatile organiccompound：ＶＯＣ）が含まれている場合がある。そこで、混合物を磁性体回収装置に排出する前に一時的にタンクに貯留することで、例えばタンクに備えられた活性炭等によってＶＯＣを吸着して排出することができる。

本発明によれば、コストの低減及び小型化を図ることができると共に、効率的に混合物から磁性体を回収することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る磁性体回収装置及びそれを用いた噴射攪拌システムの好適な実施の形態について説明する。

図１は、磁性体回収装置を含む噴射攪拌システムの概要を示す図である。図２は、噴射攪拌システムの一部を模式的に示す図である。図１及び図２に示すように、噴射攪拌システム１は、汚染地盤中において地盤切削を行いつつ浄化材を噴射し、汚染地盤と浄化材とを原位置混合することで汚染箇所（地下水、土壌）の分解無害化を図る土壌浄化（エンバイロジェット（ENVIRO JET））工法を実施するためのものである。噴射攪拌システム１は、浄化材貯留タンク２と、噴射管３と、ガイドパイプ４と、排出スラリータンク（タンク）５と、磁性体回収装置６とを含んで構成されている。ガイドパイプ４と排出スラリータンク５、及び排出スラリータンク５と磁性体回収装置６間は、搬送ラインＬによってそれぞれ接続されている。

浄化材貯留タンク２は、浄化材を噴射管３に送出するタンクである。浄化材は、鉄粉（磁性体）、増粘材（多糖類）、及び水道水が混合されたものである。鉄粉は、イオン価数が０価、直径が０．０７〜０．１ｍｍ程度（最大０．５ｍｍ）のものであり、汚染地下水を浄化する還元剤（還元鉄粉）として作用する。

噴射管３は、浄化材及び圧縮空気をそれぞれ送出する二重管構造となっている。噴射管３は、先端部に設けられたノズル（図示しない）から浄化材及び圧縮空気をそれぞれ噴射し、地盤中において原地盤の土壌と鉄粉とが混合された鉄粉混合体を形成する。噴射管３は、浄化材及び圧縮空気によって汚染土壌を切削すると共に、浄化材を混合する。これにより、汚染地盤中では、切削された土壌と浄化材とが攪拌混合される。

ガイドパイプ４は、汚染地盤中の地下水流Ｗに向けて切削された孔に挿入され、噴射管３をパイプ内部に通すことで汚染地盤中まで案内する。また、ガイドパイプ４は、噴射管３による土壌の切削と浄化材の噴射とによって地盤中で余剰となったスラリーを地盤中から地上側へと排出する。スラリーは、切削された土壌、鉄粉を含有する浄化材の一部、泥水、空気等を含むものである。

排出スラリータンク５は、ガイドパイプ４から排出されたスラリーを一時的に貯留する。排出スラリータンク５には、ガイドパイプ４から搬送ラインＬを介して、毎分１ｍ^３程度のスラリーが排出される。排出スラリータンク５は、ＶＯＣ（Volatile OrganicCompound：揮発性有機化合物）除去装置７を備えている。ＶＯＣ除去装置７は、スラリーに含まれるＶＯＣ等の排気ガスを活性炭によって吸着して除去し、その除去処理後の空気を大気中へと放出する。

磁性体回収装置６は、スラリーから鉄粉を回収する。磁性体回収装置６には、磁性体回収装置６と排出スラリータンク５とを接続する搬送ラインＬ上に設けられたバルブＶ１（図２参照）が調整されることによって、毎分０．３〜０．５ｍ^３程度のスラリーが排出スラリータンク５から搬送される。磁性体回収装置６では、スラリーに含まれる鉄粉を９９％以上回収する。これは、発明者等の試験・実験等により明らかとなっている。

また、磁性体回収装置６には、気液分離器８が接続されている。気液分離器８は、磁性体回収装置６によって回収された鉄粉と共に吸引される空気を分離し、鉄粉を回収する装置である。気液分離器８によって回収された鉄粉は、その後浄化材として再利用される。

続いて、図３及び図４を参照しながら磁性体回収装置６の構成について詳細に説明する。図３は、磁性体回収装置６の構成を概略的に示す側面断面図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。なお、図４では、説明の便宜上、ベルト１６の図示を省略している。

図３及び図４に示すように、磁性体回収装置６は、磁界発生部（磁界発生手段）９と、本体部１０と含んで構成されている。磁界発生部９及び本体部１０は、土台上に固定部材によって固定されている。

磁界発生部９は、磁界（磁場）を発生させる部分である。磁界発生部９は、本体部１０に当接して配置されており、超伝導電磁石を有して構成されている。磁界発生部９から発生される磁界は、本体部１０の下側では強く、上側になるにつれて弱くなるように設定されている。磁界の強さは、制御装置（図示しない）によって適宜変更可能となっている。

本体部１０は、筺体１１と、モータ１２とから構成されている。筺体１１は、流入口１３と、流出口１４と、排出口１５と、ベルト１６と、ウォータージェット（流体噴射手段）１７ａ，１７ｂと、ブロア（回収手段）１８とを備えている。

流入口１３は、スラリーの流入方向が斜め下方となるように、水平方向に対して傾斜して筺体１１に設けられている。流入口１３は、搬送ラインＬに接続され、スラリーを筺体１１内に流入させる。

流出口１４は、流入口１３の反対側に設けられており、泥水等を排出する。流出口１４は、流入口１３よりも上方に設けられている。これにより、筺体１１内部では、流出口１４よりも上側には水が浸水しないようになっている。

排出口１５は、ベルト１６よりも下方（筺体１１の底部）に設けられており、スラリーに含まれている土粒子等を筺体１１内に堆積させないように排出する。排出口１５には、バルブＶ２（図２参照）が設けられており、そのバルブＶ２によって排出量の調整が可能となっている。なお、排出口１５の排出量は、流出口１４の排出量よりも少なくなくなるように設定されている。

図５は、ベルト１６の構成を示す図である。同図に示すように、ベルト１６は、磁界発生部９から発生される磁界によって磁化する直径２ｍｍ程度の磁性ワイヤＹによって、メッシュ（網目）状に形成されている。メッシュの間隔Ｄは、６ｍｍ程度に設けられている。このような構成により、ベルト１６は、流入口１３から流入されるスラリーとの接触時に土粒子を通過させると共に、スラリーの水圧に耐え得る強度を有している。なお、ベルト１６のメッシュは、図５に示すような形状だけでなく、孔（すきま）を有する形状であればよい。具体的には、例えば磁性ワイヤＹが格子状に交差している構造等であってもよい。

図３及び図４に戻って、ベルト１６は、筺体１１の上部に設けられたローラー状の駆動回転体１９と、筺体１１の下部に設けられたローラー状の従動回転体２０とに掛け渡されている。駆動回転体１９と従動回転体２０とは、鉛直方向に沿った同一直線状に水平方向に延在して配置固定されている。駆動回転体１９は、モータ１２に連結され、モータ１２の回転に応じて回転する。回転方向は、図３において時計回りである。従動回転体２０は、回動自在に設けられている。ベルト１６は、駆動回転体１９の回転に伴って回転する。

また、ベルト１６は、駆動回転体１９と従動回転体２０との間の略中央部分、且つ流入口１３に対向する面Ｆ側に配置固定されたローラー状の回転体２１に接触している。回転体２１は、駆動回転体１９及び従動回転体２０よりも流入口１３側に設けられている。これにより、ベルト１６は、流入口１３に対向する面Ｆが、従動回転体２０から回転体２１までの部分において、鉛直方向に対して流入口１３から遠ざかる方向に例えば１５°程度傾斜している。また、回転体２１から駆動回転体１９までの部分において、鉛直方向に対して流入口１３に近づく方向に例えば２０°程度傾斜している。したがって、ベルト１６は、回転体２１を略中心として流入口１３側の面Ｆ，ＧがＶ字状となっている。なお、ベルト１６の上記配置により、ベルト１６の流入口１３に対向する面Ｆは、流入口１３から流入されるスラリーの流入方向と略直交する角度となっている。

ウォータージェット１７ａ，１７ｂは、ベルト１６に対して水（流体）を噴射する。ウォータージェット１７ａ，１７ｂには、ポンプ２２（図２参照）から水が供給されており、ウォータージェット１７ａ，１７ｂから噴射される水の圧力は、０．３Ｍｐａ程度である。ウォータージェット１７ａ，１７ｂは、ベルト１６の流出口１４の配置位置の直上部分において、流入口１３と対向する面Ｇと、その面Ｇの裏面とに水が噴射されるように、ベルト１６を挟むように配置されている。ウォータージェット１７ａ，１７ｂは、図４に示すように、水平方向に沿って一定の間隔で配置された複数のノズル２３，２４を有しており、そのノズル２３，２４からベルト１６の噴射位置Ｐに向けて水を噴射する。なお、ウォータージェット１７ａ，１７ｂは、ウォータージェット１７ａが噴射位置Ｐ、ウォータージェット１７ｂが噴射位置Ｐよりも上方に噴射するといったように、噴射位置を違えて水を噴射してもよい。

ブロア１８は、ベルト１６から鉄粉を吸引することにより回収する。ブロア１８には、吸引口の上側部分に沿ってベルト１６に接触する接触片１８ａが設けられている。ブロア１８は、鉄粉を接触片１８ａによってベルト１６から剥離しながら吸引して回収する。ブロア１８の吸引力は、２０ｋｐａ程度である。

続いて、図３を参照しながら、磁性体回収装置６の動作（磁性体回収方法）について説明する。なお、磁性体回収装置６は、制御装置（図示しない）によって電源のＯＮ／ＯＦＦ等の操作が行われる。

まず、磁性体回収装置６の電源がＯＮされると、磁界発生部９による磁界の発生、モータ１２によるベルト１６の回転、ウォータージェット１７ａ，１７ｂによる水の噴射、及びブロア１８による吸引が開始される。このとき、磁界発生部９によって発生される磁界は、例えば流入口１３から流入されたスラリーがベルト１６と接触する付近では２１００Ｇ（ガウス）、ウォータージェット１７ａ，１７ｂの噴射位置Ｐ付近では、水の噴射によりベルト１６から鉄粉が剥がれない強さの例えば７５０Ｇ、ブロア１８の吸引口付近では、搬送による振動等では落ちないがブロア１８の吸引によって鉄粉が剥がれる強さの例えば１９０Ｇとなっている。

次に、流入口１３からスラリーが筺体１１内に流入されると、磁化されたベルト１６に鉄粉が付着する。そして、ベルト１６が回転することにより噴射位置Ｐを通過すると、ウォータージェット１７ａ，１７ｂによって、鉄粉以外の土粒子が除去（洗浄）される。ウォータージェット１７ａ，１７ｂによってベルト１６から除去、及び流入口１３からの流入時に沈殿した土粒子は、流出口１４又は排出口１５から排出される。

続いて、ウォータージェット１７ａ，１７ｂによって鉄粉以外の不純物が除去されたベルト１６から、ブロア１８によって鉄粉が吸引されることによって回収される。ブロア１８の吸引位置では、磁界が比較的弱いため、ベルト１６に付着した鉄粉をほぼ全て回収できる。以上のような手順により、スラリーから鉄粉が回収される。

以上噴射攪拌システム１の磁性体回収装置６によれば、スラリーに含まれる鉄粉を、磁界発生部９によって発生された磁界によって磁化するメッシュ状に形成された回転式のベルト１６に付着させる。そして、ベルト１６に付着した鉄粉以外の余分な土粒子等をウォータージェット１７ａ，１７ｂによって除去した後、ブロア１８でベルト１６から鉄粉を回収する。これにより、土壌や泥水等を含むスラリーから直接鉄粉を回収することできるので、泥水を排除する等といった手間をかけることなく効率的に鉄粉を回収することができる。また、排出されたスラリーから鉄粉を回収するまでの一連の処理を１台の装置で行うことができるので、ベルトコンベア等といった装置を配置する必要がない。そのため、コストの低減及び装置の小型化を図ることができる。

また、磁性体回収装置６は、ベルト１６よりも下方（筺体１１の低部）に、鉄粉以外の土粒子（砂）等を排出する排出口１５を備えている。スラリーには、０．３〜１．３ｔ／ｍ^３の土粒子（土壌）が混入している。そこで、ベルト１６よりも下方に排出口１５を設けることにより、装置内に土粒子を堆積させることなく排出できる。これにより、スラリーに土壌等を含む場合であっても、好適に鉄粉を回収することができる。また、土粒子は一般的に土壌（有価物）として利用可能であり、鉄粉がほとんど回収されたものが排出されるので、土壌の再利用の促進を図ることができる。

また、ベルト１６は、スラリーが流入する流入口１３に対向する面Ｆが、その上端側において鉛直方向に対して流入口１３から遠ざかる方向に傾斜している。このような構成により、流入口１３に対向する面Ｆが傾斜していない場合よりも、スラリーとベルト１６との接触面積が大きくなるので、鉄粉がベルト１６に付着しやすくなる。また、鉄粉以外の例えば土壌等といった不純物がメッシュ状のベルト１６を通過しやすくなる。その結果、鉄粉のみを高効率で回収することができる。

また、ウォータージェット１７ａ，１７ｂは、ベルト１６の流入口１３と対向する面Ｇと、面Ｇの裏面とに流体が噴射されるように、ベルト１６を挟むように配置されている。このような構成により、ベルト１６に付着した鉄粉以外の土粒子等といった不純物をより効果的に除去（洗浄）することができる。その結果、鉄粉のみを高効率で回収することができる。

以上、本発明を各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されない。例えば、上記実施形態では、磁性体を鉄粉（Ｆｅ）としたが、還元作用を有する磁性体であれば鉄粉以外のものであってもよい。

また、上記実施形態では、ウォータージェット１７ａ，１７ｂがベルト１６を挟むように配置されているが、一方向から水を噴射する構成としてもよい。また、ウォータージェット１７ａ，１７ｂに加えて、更にウォータージェットを配置してもよい。さらに、ウォータージェット１７ａ，１７ｂに変えて、流体噴射手段として空気を噴射する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、ブロア１８を筺体１１の流入口１３が配置されている側に設けたが、ブロア１８は、ウォータージェット１７ａ，１７ｂの後段、且つ流出口１４よりも上方にあればよく、例えば流出口１４側に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、流出口１４よりも上方にウォータージェット１７ａ，１７ｂが配置される構成となっているが、流出口１４よりも下方に配置されてもよい。この場合、ウォータージェット１７ａ，１７ｂは、水中においてベルト１６に流体（水、空気等）を噴射し、その圧力によって土壌等を除去する。

また、上記実施形態では、回収手段をブロア１８としたが、その他の手段によって鉄粉をベルト１６から回収してもよい。具体的には、例えば鉄粉の回収位置において、ベルト１６の磁気よりも強い磁気を有する磁石によって鉄粉をベルト１６から回収してもよい。

磁性体回収装置を含む噴射攪拌システムの概要を示す図である。 噴射攪拌システムの一部を模式的に示す図である。 磁性体回収装置の構成を概略的に示す側面断面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 ベルトの構成を示す図である。

符号の説明

１…噴射攪拌システム、３…噴射管、４…ガイドパイプ、５…排出スラリー貯留タンク（タンク）、６…磁性体回収装置、９…磁界発生部（磁界発生手段）、１３…流入口、１５…排出口、１６…ベルト、１７ａ，１７ｂ…ウォータージェット（流体噴射手段）、１８…ブロア（回収手段）、Ｆ，Ｇ…面、Ｌ…搬送ライン。

Claims (6)

1. 磁性体を含む混合物から前記磁性体を回収する磁性体回収装置であって、
   磁界を発生させる磁界発生手段と、
   前記磁界発生手段によって発生される前記磁界の影響下に設けられ、前記磁界によって磁化されることにより前記磁性体を付着させるメッシュ状に形成された回転式のベルトと、
   前記ベルトに対して流体を噴射し、前記ベルトに付着した前記磁性体以外の前記混合物を除去する流体噴射手段と、
   前記流体噴射手段によって前記磁性体以外の前記混合物が除去された前記ベルトから、前記磁性体を吸引することにより回収する回収手段と、を備え、
   前記ベルトは、上下に配置された回転体に架け渡されており、
   前記磁界発生手段により発生される磁界は、前記ベルトの下側では強く、前記ベルトの上側になるにつれて弱くなるように設定されており、
   前記混合物の流入口が当該混合物の流入方向が斜め下方となるように設けられており、
   前記回収手段は、前記ベルトの上側に配置されていることを特徴とする磁性体回収装置。
2. 前記ベルトよりも下方に設けられ、前記磁性体以外の前記混合物を排出する排出口を更に備えることを特徴とする請求項１記載の磁性体回収装置。
3. 前記ベルトは、前記混合物が流入する流入口に対向する面が、その上端側において鉛直方向に対して前記流入口から遠ざかる方向に傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載の磁性体回収装置。
4. 前記流体噴射手段は、前記ベルトの前記流入口に対向する面と、当該面の裏面とに前記流体が噴射されるように、前記ベルトを挟むように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の磁性体回収装置。
5. 請求項１〜４記載の磁性体回収装置と、
   磁性体を含む浄化材を汚染土壌地盤中に噴射する噴射管と、
   前記噴射管を前記汚染土壌地盤中に案内すると共に、前記地盤中から排出される前記磁性体を含む混合物を地上に排出するガイドパイプと、
   前記ガイドパイプから排出された前記混合物を前記磁性体回収装置に搬送する搬送ラインと、を備えることを特徴とする噴射攪拌システム。
6. 前記ガイドパイプと前記磁性体回収装置との間の前記搬送ライン上に設けられ、前記ガイドパイプから排出された前記混合物を一時的に貯留するタンクを更に備えることを特徴とする請求項５記載の噴射攪拌システム。

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