JP5656060B2 - 土壌中の微細粒子分の分離方法および汚染土壌の洗浄方法 - Google Patents
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Description
本発明は汚染土壌の洗浄処理に関連し、特に汚染物質を吸着・保持している微細粒子分を分離するための分離方法、およびその分離方法を利用した洗浄方法に関する。
汚染土壌中の環境汚染物質（重金属類、鉱物油、ダイオキシン類など）は、土壌有機物（腐植質）や粘土・シルトなどの細粒子分に吸着・保持されている。
特許文献１に開示されている土壌洗浄方法は、重金属類、鉱物油などの汚染物質の多くが砂分や礫分などの粗粒分よりも細粒子分に付着し易いという性質を利用して、汚染土壌から細粒子分を分離・除去することによって土壌を浄化する技術である。
特許文献１に開示されている土壌洗浄方法は、重金属類、鉱物油などの汚染物質の多くが砂分や礫分などの粗粒分よりも細粒子分に付着し易いという性質を利用して、汚染土壌から細粒子分を分離・除去することによって土壌を浄化する技術である。
特許文献１に開示されている従来の土壌洗浄方法においては、汚染土壌をスラリーとしてハイドロサイクロンを用いて細粒子分を分離したうえで、細粒子分を含む懸濁液に凝集剤を添加・攪拌して凝集沈澱処理し、沈澱汚泥を最終的には濃縮汚染土（脱水ケーキ）として処分するものである。
ハイドロサイクロンは土壌スラリーを分級する上で便利で処理能力の高い装置であるが、土粒子を充分に細かいサイズで分級しようとしても２０〜３０μｍ程度を分級点とすることが限界であり、通常は分級点が６３〜１２５μmのサイクロンがよく用いられる。
ハイドロサイクロンの分級点（Ｄ50 Cut-point）は、サイクロンの形状、サイズによって様々であるが、分級点が２２〜２７μmよりも小さいハイドロサイクロンではサイズが小さいため処理能力が低く、大量の土壌スラリーを処理するためには非常に多くのサイクロンとポンプを必要とするため現実的ではなく、土壌洗浄では１２５μmや６３μmの分級点を有するサイクロンがよく使用されている。
非特許文献１の２１１頁、Fig.9.25のハイドロサイクロンの直径と分級サイズの関係図によると、現場でよく使用される２５０mm径と１５０mm径のサイクロンの分級点はそれぞれ４０〜１００μm、３５〜７５μmであること、１００mm径の小型サイクロンの分級点は２５〜６５μmであることが分かる。
ハイドロサイクロンの分級点（Ｄ50 Cut-point）は、サイクロンの形状、サイズによって様々であるが、分級点が２２〜２７μmよりも小さいハイドロサイクロンではサイズが小さいため処理能力が低く、大量の土壌スラリーを処理するためには非常に多くのサイクロンとポンプを必要とするため現実的ではなく、土壌洗浄では１２５μmや６３μmの分級点を有するサイクロンがよく使用されている。
非特許文献１の２１１頁、Fig.9.25のハイドロサイクロンの直径と分級サイズの関係図によると、現場でよく使用される２５０mm径と１５０mm径のサイクロンの分級点はそれぞれ４０〜１００μm、３５〜７５μmであること、１００mm径の小型サイクロンの分級点は２５〜６５μmであることが分かる。
Wills B.A.(1997):Mineral Processing Technology(6th ed.),pp.202,204-205,211-212,Butterworth-Heinemann.
ところで、環境汚染物質が５〜１０μm未満の微細な土壌粒子分に多く偏在している場合には、従来のように６３〜１２５μｍで分級するよりもさらに細かい５〜１０μｍで分級する方が、外部処分の対象となる濃縮汚染土（脱水ケーキ）の量を大幅に減少させることが可能であるので遙かに経済的である。
しかし、上記のようにハイドロサイクロンを利用して細粒子分を分離している従来の洗浄方法では５〜１０μｍ未満の微細粒子を効率的に分離できないし、現状ではハイドロサイクロン以外の手法によってそのような微細粒子分を経済的に分級し得る有効な手法は確立されていない。
しかし、上記のようにハイドロサイクロンを利用して細粒子分を分離している従来の洗浄方法では５〜１０μｍ未満の微細粒子を効率的に分離できないし、現状ではハイドロサイクロン以外の手法によってそのような微細粒子分を経済的に分級し得る有効な手法は確立されていない。
上記事情に鑑み、本発明はハイドロサイクロンなどの物理的手法では達成が困難である５〜１０μｍ未満の微細粒子分の効率的な分離を化学的な手法で可能とする有効適切な分離方法を提供し、併せてその分離方法を前処理として実施することにより優れた洗浄効率が得られる有効適切な汚染土壌の洗浄方法を提供することを目的とする。
本発明の土壌中の微細粒子分の分離方法は、汚染土壌を洗浄処理するに際して汚染物質を吸着・保持している５〜１０μｍ未満の微細粒子分を分離するための方法であって、汚染土壌に水を添加してスラリーとし、該スラリーに無機凝集剤を添加せずに高分子凝集剤を添加して混合攪拌することにより、スラリー中の５〜１０μｍ以上の土粒子のみを凝集させてフロックを形成するとともに、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を凝集させることなくスラリー中に分散させ、前記スラリーを凝集沈澱処理して前記フロックを沈澱させることにより、５〜１０μｍ以上の土粒子からなる沈澱汚泥と、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を含む上澄水とに分離することを特徴とする。
本発明の汚染土壌の洗浄方法は、汚染土壌を洗浄処理するための方法であって、汚染物質を吸着・保持している５〜１０μｍ未満の微細粒子分を分離するべく、汚染土壌に水を添加してスラリーとし、該スラリーに無機凝集剤を添加せずに高分子凝集剤を添加して混合攪拌することにより、スラリー中の５〜１０μｍ以上の土粒子のみを凝集させてフロックを形成するとともに、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を凝集させることなくスラリー中に分散させ、前記スラリーを凝集沈澱処理して前記フロックを沈澱させることにより、５〜１０μｍ以上の土粒子からなる沈澱汚泥と、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を含む上澄水とに分離し、前記沈澱汚泥を脱水処理して再利用可能な洗浄処理土を得るとともに、前記上澄水をさらに凝集沈澱処理した後に脱水処理して処分対象の濃縮汚染土を得ることを特徴とする。
本発明の土壌中の微細粒子分の分離方法は凝集沈澱処理により微細粒子分を分離することを基本とするが、通常の凝集沈澱法のように無機凝集剤を使用することなく高分子凝集剤のみを使用していわば不完全な凝集沈澱処理を行うことにより、ハイドロサイクロンでは達成が困難であった５〜１０μｍ未満の微細粒子分を効率的に分離することが可能である。
本発明の汚染土壌の洗浄方法は、汚染物質を吸着・保持している５〜１０μｍ未満の微細粒子分を上記の分離方法によって効率的に分離したうえで洗浄処理することによって、最終的に処分するべき濃縮汚染土の発生量を大幅に低減できて再利用可能な洗浄処理土を大幅に増大させることが可能であり、ハイドロサイクロンにより分級したうえで洗浄処理する従来の洗浄方法に比べて格段に洗浄効率を向上させることが可能である。
本発明は、ハイドロサイクロン等の物理的手法では達成が困難である５〜１０μｍ未満の微細粒子分の効率的な分離を化学的な手法である凝集沈澱法により可能とするものであるが、通常の凝集沈澱法の一部を省略して敢えて不完全な凝集沈澱処理を意図的に行うことを主眼とするものであり、その点で本発明の分離方法はいわば「不完全凝集沈澱法」による微細粒子分の分離方法というべきものである。
本発明の実施形態を説明するに先立ち、まず図４を参照して通常の凝集沈澱法について説明する。
水中の粒子が凝集せずに安定に分散している理由は、（ａ）粒子表面は一般に負の電荷を帯びており、粒子どうしの荷電の反発が生じるため、および（ｂ）粒子周囲に存在するイオンや溶存分子が接近を阻害しているためである。
したがって、凝集作用によって大きな粒子に成長させるためには、
・粒子の表面電荷を反対電荷によって中和して静電的な反発を弱める、
・吸着しやすい官能基（吸着基）をもった高分子凝集剤で粒子間を架橋する、
ことが必要であり、そのため通常の凝集沈澱法においては無機凝集剤（ＰＡＣ、硫酸バンドなど）と高分子凝集剤とを併用して凝集沈澱処理を行うことが必要である。
すなわち、無機凝集剤は粒子表面の荷電中和の作用が強く、同時に粒子や溶解物への吸着作用があるので、分子量が小さい粒子をもれなく集めるのに適しているが、強度の弱い小フロックしか形成できない。そこで、その小フロックに、さらに分子量が大きくアミド基やカルボキシル基などの吸着基をもったアニオン性や非イオン性の高分子凝集剤を添加することで、小フロックは架橋して強固な大フロックとなり、沈降が促進される。
水中の粒子が凝集せずに安定に分散している理由は、（ａ）粒子表面は一般に負の電荷を帯びており、粒子どうしの荷電の反発が生じるため、および（ｂ）粒子周囲に存在するイオンや溶存分子が接近を阻害しているためである。
したがって、凝集作用によって大きな粒子に成長させるためには、
・粒子の表面電荷を反対電荷によって中和して静電的な反発を弱める、
・吸着しやすい官能基（吸着基）をもった高分子凝集剤で粒子間を架橋する、
ことが必要であり、そのため通常の凝集沈澱法においては無機凝集剤（ＰＡＣ、硫酸バンドなど）と高分子凝集剤とを併用して凝集沈澱処理を行うことが必要である。
すなわち、無機凝集剤は粒子表面の荷電中和の作用が強く、同時に粒子や溶解物への吸着作用があるので、分子量が小さい粒子をもれなく集めるのに適しているが、強度の弱い小フロックしか形成できない。そこで、その小フロックに、さらに分子量が大きくアミド基やカルボキシル基などの吸着基をもったアニオン性や非イオン性の高分子凝集剤を添加することで、小フロックは架橋して強固な大フロックとなり、沈降が促進される。
このように通常の凝集沈澱法では無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用することによって大フロックを形成して凝集沈澱作用を得るのであるが、この場合は全ての粒子が大フロックとなって沈降して沈澱汚泥となるから、５〜１０μｍの微細粒子のみを選択的に分離することはできない。
そこで本発明では、図２に示すように、無機凝集剤の添加を省略して高分子凝集剤のみを添加するに留めて、上述のようにいわば不完全な凝集沈澱処理を意図的に行う。
すなわち、無機凝集剤を添加せずに高分子凝集剤のみで凝集させる場合には凝集可能な粒子径は自ずと限界があり、５〜６μｍ以上の比較的大径の粒子どうしは従来と同様に大フロックを形成して沈降して沈澱汚泥となるが、５〜６μｍ未満の微細粒子はフロックを形成しないか、あるいはフロックを形成してもごく微細なものでしかなく、これらはそのまま水中に分散状態で残存してしまう。
したがって、大フロックとなって沈降する沈澱汚泥と上澄水とを分離することで、５〜６μｍ未満の微細粒子分とそれよりも大きな細粒子分とを分離できることになる。但し、現実的には上澄水を溢水流としてオーバーフローさせて回収することになるから、水平方向に流れる溢水流に伴われて１０μm程度の微細粒子も回収されるため、実際の分級点はやや大きくなって５〜１０μｍ程度となる。
すなわち、無機凝集剤を添加せずに高分子凝集剤のみで凝集させる場合には凝集可能な粒子径は自ずと限界があり、５〜６μｍ以上の比較的大径の粒子どうしは従来と同様に大フロックを形成して沈降して沈澱汚泥となるが、５〜６μｍ未満の微細粒子はフロックを形成しないか、あるいはフロックを形成してもごく微細なものでしかなく、これらはそのまま水中に分散状態で残存してしまう。
したがって、大フロックとなって沈降する沈澱汚泥と上澄水とを分離することで、５〜６μｍ未満の微細粒子分とそれよりも大きな細粒子分とを分離できることになる。但し、現実的には上澄水を溢水流としてオーバーフローさせて回収することになるから、水平方向に流れる溢水流に伴われて１０μm程度の微細粒子も回収されるため、実際の分級点はやや大きくなって５〜１０μｍ程度となる。
なお、上記のような不完全凝集による分級が可能となるためには、無機凝集剤の添加を省略することを前提として、高分子凝集剤の添加量およびｐＨを適正に調整する必要があるが、高分子凝集剤の添加量は通常の凝集沈澱法の場合に比べて少なくて良く、またｐＨは通常の凝集沈澱法の場合よりも高アルカリ領域となるように調整すると良い。
たとえば、高分子凝集剤の添加量は通常の凝集沈澱法において適正とされる量の１／２〜２／３程度で良く、高分子凝集剤としてアニオン系ポリマーを用いる場合における通常の凝集沈澱法ではｐＨ＝７〜９とすることが一般的であるが、本発明ではｐＨ＝９〜１１とすることが好ましい。
たとえば、高分子凝集剤の添加量は通常の凝集沈澱法において適正とされる量の１／２〜２／３程度で良く、高分子凝集剤としてアニオン系ポリマーを用いる場合における通常の凝集沈澱法ではｐＨ＝７〜９とすることが一般的であるが、本発明ではｐＨ＝９〜１１とすることが好ましい。
本発明の分離方法は以上の原理に基づいて、汚染物質が吸着されている５〜１０μｍ未満の微細粒子を分離することを要旨とし、本発明の洗浄方法はそのような分離工程を洗浄工程に含むことを要旨とする。
具体的には、図１に示すように、２ｍｍを超える粗粒子分を予め除去して２ｍｍ以下の土壌粒子分（砂＋細粒子分）からなる土壌スラリーを調整し、それを反応槽１内において高分子凝集剤およびｐＨ調整剤（ＮａＯＨ）と混合攪拌し、凝集沈澱槽２において凝集沈澱処理を行う。
これにより、汚染物質を殆ど含まない５〜１０μｍ以上の粒子分は大きなフロックを形成して凝集沈澱槽２内において速やかに沈降して沈澱汚泥となり、汚染物質を含む５〜１０μｍ未満の微細粒子分は沈降し得ずに上澄水として回収できるから、ここで汚染物質を含む微細粒子分と汚染物質を含まない粒子分を効率的に分離することができる。
具体的には、図１に示すように、２ｍｍを超える粗粒子分を予め除去して２ｍｍ以下の土壌粒子分（砂＋細粒子分）からなる土壌スラリーを調整し、それを反応槽１内において高分子凝集剤およびｐＨ調整剤（ＮａＯＨ）と混合攪拌し、凝集沈澱槽２において凝集沈澱処理を行う。
これにより、汚染物質を殆ど含まない５〜１０μｍ以上の粒子分は大きなフロックを形成して凝集沈澱槽２内において速やかに沈降して沈澱汚泥となり、汚染物質を含む５〜１０μｍ未満の微細粒子分は沈降し得ずに上澄水として回収できるから、ここで汚染物質を含む微細粒子分と汚染物質を含まない粒子分を効率的に分離することができる。
そして、凝集沈澱槽２の底部に沈降した沈澱汚泥は汚染物質を含まないことから、これを回収して脱水処理すれば洗浄処理土として再利用可能である。この場合、沈澱汚泥は大きなフロックの沈降物であって微細粒子を殆ど含んでおらず、したがってその比重は自ずと大きくかつ自ずと大きな圧密作用が生じるから、その後の脱水工程は容易に行い得る。
また、凝集沈澱槽２からオーバーフローさせて回収した上澄水をさらに凝集沈澱処理して脱水処理すれば、汚染物質が高濃度に濃縮された濃縮汚染土（脱水ケーキ）が得られるから、これは適宜処分すれば良い。
なお、上澄水に対するさらなる凝集沈澱処理に際しては通常の凝集沈澱処理の場合と同様に無機凝集剤（ＰＡＣあるいは硫酸バンドなど）を用いればよく、その際には上記の不完全凝集沈澱処理工程において添加したＰＨ調整剤（ＮａＯＨ）がそのままアルカリ助剤として機能し、その処理水は最終的には中性域に戻る。
なお、上澄水に対するさらなる凝集沈澱処理に際しては通常の凝集沈澱処理の場合と同様に無機凝集剤（ＰＡＣあるいは硫酸バンドなど）を用いればよく、その際には上記の不完全凝集沈澱処理工程において添加したＰＨ調整剤（ＮａＯＨ）がそのままアルカリ助剤として機能し、その処理水は最終的には中性域に戻る。
図３は本発明による具体的な洗浄例を示す。これは粒子径が２mm未満の土粒子１２００gr-wet（土壌６８４gr-dry、固形分率５７%）を試料とし、それに水４８００grを添加して調整した土壌スラリーを対象として、上記の不完全凝集処理による分級を実験的に行った場合の例である。
この場合、不完全凝集処理によって５〜１０μｍ以上のフロックが形成されて沈澱槽底部に沈降した沈澱汚泥は６６６gr-dryとなり、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を含む上澄水をオーバーフローとして回収してさらに凝集沈殿処理して脱水して得られた濃縮汚染土は１８gr-dryとなった。つまり、土粒子全体６８４grのうち９７.４％が洗浄処理土として再利用可能であり、汚染物質は土粒子全体のうちのわずか２.６%の１８gr-dryに濃縮されて分離されたことになる。
従来のハイドロサイクロンによる場合には分級点が概ね６３μmであることから、処分を必要とする濃縮汚染土が全体の２５〜４０％にもなり、したがって再利用可能な洗浄処理土の回収率は６０〜７５％程度が限界であるが、本発明では不完全凝集処理によることで分級点を５〜１０μmと充分に小さくすることによって濃縮汚染土の発生量を大幅に低減でき、その分、再利用可能な洗浄土砂量を大幅に増加させることが可能であり、格段に効率的な洗浄処理が可能である。
この場合、不完全凝集処理によって５〜１０μｍ以上のフロックが形成されて沈澱槽底部に沈降した沈澱汚泥は６６６gr-dryとなり、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を含む上澄水をオーバーフローとして回収してさらに凝集沈殿処理して脱水して得られた濃縮汚染土は１８gr-dryとなった。つまり、土粒子全体６８４grのうち９７.４％が洗浄処理土として再利用可能であり、汚染物質は土粒子全体のうちのわずか２.６%の１８gr-dryに濃縮されて分離されたことになる。
従来のハイドロサイクロンによる場合には分級点が概ね６３μmであることから、処分を必要とする濃縮汚染土が全体の２５〜４０％にもなり、したがって再利用可能な洗浄処理土の回収率は６０〜７５％程度が限界であるが、本発明では不完全凝集処理によることで分級点を５〜１０μmと充分に小さくすることによって濃縮汚染土の発生量を大幅に低減でき、その分、再利用可能な洗浄土砂量を大幅に増加させることが可能であり、格段に効率的な洗浄処理が可能である。
１ 反応槽
２ 凝集沈澱槽
２ 凝集沈澱槽
Claims (2)
- 汚染土壌を洗浄処理するに際して汚染物質を吸着・保持している５〜１０μｍ未満の微細粒子分を分離するための方法であって、
汚染土壌に水を添加してスラリーとし、該スラリーに無機凝集剤を添加せずに高分子凝集剤を添加して混合攪拌することにより、スラリー中の５〜１０μｍ以上の土粒子のみを凝集させてフロックを形成するとともに、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を凝集させることなくスラリー中に分散させ、
前記スラリーを凝集沈澱処理して前記フロックを沈澱させることにより、５〜１０μｍ以上の土粒子からなる沈澱汚泥と、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を含む上澄水とに分離することを特徴とする土壌中の微細粒子分の分離方法。 - 汚染土壌を洗浄処理するための方法であって、
汚染物質を吸着・保持している５〜１０μｍ未満の微細粒子分を分離するべく、汚染土壌に水を添加してスラリーとし、該スラリーに無機凝集剤を添加せずに高分子凝集剤を添加して混合攪拌することにより、スラリー中の５〜１０μｍ以上の土粒子のみを凝集させてフロックを形成するとともに、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を凝集させることなくスラリー中に分散させ、
前記スラリーを凝集沈澱処理して前記フロックを沈澱させることにより、５〜１０μｍ以上の土粒子からなる沈澱汚泥と、５〜１０μｍ未満の微細粒子分を含む上澄水とに分離し、
前記沈澱汚泥を脱水処理して再利用可能な洗浄処理土を得るとともに、前記上澄水をさらに凝集沈澱処理した後に脱水処理して処分対象の濃縮汚染土を得ることを特徴とする汚染土壌の洗浄方法。
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| JP2010198974A JP5656060B2 (ja) | 2010-09-06 | 2010-09-06 | 土壌中の微細粒子分の分離方法および汚染土壌の洗浄方法 |
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| JP2010198974A JP5656060B2 (ja) | 2010-09-06 | 2010-09-06 | 土壌中の微細粒子分の分離方法および汚染土壌の洗浄方法 |
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