JP5873952B2 - 乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム及び浄化方法 - Google Patents

乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム及び浄化方法 Download PDF

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Description

本発明は、汚染した土壌を浄化するためのシステム及び方法に関し、より詳しくは、汚染した土壌において、汚染程度がひどい粒度を乾式粉状化した後、粒度別に選別して浄化する乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム及び浄化方法に関する。
一般に、環境汚染は、大気汚染、水質汚染、土壌汚染のように区分され、これらは、相互交流しながら汚染を転移するなどの密接した関連がある。特に、土壌汚染は、食糧生産に深刻な脅威となり得、汚水、廃棄物、又は大気中の重金属などによって進行する。特に、工場地帯の場合、工場から生じられる汚水及び重金属が含まれた煙などにより、深刻な土壌汚染となる。
このような様々な経路で汚染した土壌を浄化するために、浄化システム及び浄化方法が開発されており、一例として、図１に示しているように、汚染土壌に混合洗浄剤を投入して混合する撹拌ステップと、撹拌された汚染土壌を洗浄し、土壌粒子を分離する１次〜４次分給及び洗浄ステップと、混合洗浄剤が混合した土壌を洗浄液と高圧に噴射して洗浄する１次〜３次微粒子洗浄ステップと、土壌から粒度の大きい土壌粒子を分離する１次及び２次微粒子固液分離ステップと、土壌に混合洗浄剤を投入し、土壌粒子を沈澱させる沈砂ステップと、沈砂ステップで分離された洗浄液をろ過する浄化ステップとからなる。
前記において、汚染土壌を、媒質(洗浄液など)を用いた高圧洗浄方式で洗浄しながら、
粒度別に分離し、沈砂ステップを経て、洗浄液を分離ろ過している。
しかし、湿式洗浄の場合は、洗浄水を用いるため、工程が複雑となり、設備コストが増加し、重金属で汚染した洗浄水が発生するなどの問題点があった。
本発明は、前記のような問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、汚染土壌を乾式で粉状化して粒度別に選別した後、洗浄が要求される粒度に対してのみ、選択的に浄化するようにする乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム及び浄化方法を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明による乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムは、汚染土壌を浄化するための浄化システムであって、汚染土壌に対して水分の含量を一定の水分以下に調節することにより当該汚染土壌を粉状化しやすい大きさや形態とする、粉状化するための前処理を行う前処理装置と、土壌を元の個別粒子サイズの状態に、乾式で粉状化して分級する粉状化装置と、汚染土壌を基準粒度別に選別する選別装置と、選別選択された粒度の汚染土壌を、表面摩擦力及び衝撃力を用いて、乾式で汚染土壌の表面を剥離して、重金属を除去する乾式重金属除去装置と、表面が剥離された土壌、及び剥離された土壌の表面を分離し、剥離された土壌の表面を捕集する分離及び捕集装置とを含むことを特徴とする。
前記分離及び捕集装置は、捕集された土壌の表面を、粉状化装置、選別装置、又は重金属除去装置に戻る。
また、粉状化装置又は選別装置は、空気を用いて、土壌を粒度別に選別するサイクロンタイプの装置である。
更に、粉状化装置又は選別装置は、重金属汚染土壌の汚染程度によって、予め選定した基準粒度を基準として選別する。
また、分離及び捕集装置は、表面が剥離された土壌に対して濃度を測定して、基準濃度以上の土壌の粒子を分離し、粉状化装置、選別装置、又は重金属除去装置に戻る。
更に、本発明による乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを用いて、汚染土壌を浄化する方法であって、汚染地域の汚染土壌に対して水分の含量を一定の水分以下に調節することにより当該汚染土壌を粉状化しやすい大きさや形態とする前処理を行うる第１のステップと、前処理された土壌を、乾式方式で元の粒子サイズに粉状化し、分級する第２のステップと、汚染程度によって、汚染土壌の基準粒度を定め、基準粒度別に汚染土壌を選別する第３のステップと、選別選択された粒度の汚染土壌の表面を、表面摩擦力及び衝撃力を用いて、乾式で剥離して浄化する第４のステップと、表面が剥離された土壌、及び剥離された土壌の表面を分離し、剥離された土壌の表面を捕集する第５のステップ(S500)とを含むことを特徴とする。
ここで、第１のステップでは、土壌を一定の基準値以下に水分含量を調節した後、一定の粒度以下に粒度を調節する。
また、本発明による乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを用いて、汚染土壌を浄化する方法は、更に、第５のステップで表面が剥離された土壌に対して、汚染濃度を測定し、基準汚染濃度の未満であるか否かを判断する第６のステップと、第６のステップ(S600)で基準汚染濃度以上の粒径を有する前記土壌、及び第５のステップで剥離された土壌の表面を別途処理する第７のステップとを含む。
更に、本発明による乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを用いて、汚染土壌を浄化する方法は、更に、第３のステップで選別選択されない土壌、及び第６のステップで表面が剥離された土壌に対して、基準汚染濃度未満の粒径を有する土壌を再利用する第８のステップを含む。
本発明によると、地域によって汚染程度が違う粒度別に選択的な浄化が行われるので、浄化作業に要する手間及びコストが減少するという効果が得られる。
また、粒度別に選別する前に、乾式で汚染土壌が粉状化され、空気浮揚方式で選別された後、乾式重金属除去装置により浄化されるので、一般の湿式洗浄工程と比較して、工程が単純となり、施設面積が減少され、洗浄水の使用による土壌の撹乱及び２次汚染を防止することができるという効果が得られる。
従来の汚染土壌を浄化するための浄化方法を示すブロック図である。 本発明の望ましい実施例による乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを概略的に示す構成図である。 図２の浄化システムを用いた汚染土壌の浄化方法を示すフローチャートである。
以下では、本発明の望ましい実施例による乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムについて、添付の図面を参照して詳述する。
＜構成＞
図２は、本発明の望ましい実施例による乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを概略的に示す構成図である。
図２に示しているように、本発明による乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化が可能な浄化システム(100)は、前処理装置(110)と、乾式粉状化装置(120)と、選別装置(130)と、乾式重金属除去装置(140)、分離及び捕集装置(150)とからなる。
まず、前処理装置(110)は、汚染した土壌に対して、水分の含量を一定の水分以下に調節することにより、土壌を粉状化しやすい大きさや形態とする。
また、乾式粉状化装置(120)は、前処理された土壌粒子が投入されると、元の粒子サイズに粉状化し、従来のように、工程水を投入して分離する方式を採り、乾式で土壌を個別粒子に粉状化する。ここで、前処理装置(110)により、元の粒子サイズに分離された土壌は、前処理過程において、水分が蒸発して、一定の範囲内で一定の水分を含むことになる。このために、採取した土壌を自然状態で一定の時間又は期間の間、放置して、水分の自然蒸発を誘導するか、高温のチャンバに載置して、人為的に蒸発を誘導することができる。
また、選別装置(130)は、元の粒子サイズに粉状化した土壌を、一定の粒度を基準に選別する装置である。汚染地域の土壌を予め採取し、土壌の汚染程度によって、土壌環境保全法に定められている汚染基準を超える粒度を選定し、選定された基準粒度を基準に、汚染土壌を粒度別に選別する。本発明の実施例においては、田土壌を適用した結果、砂利類及び砂類が大部分である粒度(例えば、７５μm)以上の粗大土類の汚染程度が、汚染基準を超えている。それで、選別装置(130)は、基準粒度(例えば、７５μm)以上、又は未満に汚染土壌を分離する。ここで、選別装置(130)は、空気を用いて、土壌を浮上させて選別する装置を用いることが望ましく、このために、通常の空気浮上選別装置(例えば、空気噴射土砂分離機(Air-jet sand separator)、又は空気浄化装置など)が用いられる。図２においては、一例として、サイクロン(Cyclone)タイプの空気浮上選別装置が示されており、該当装置は、流入した土壌に対して、空気を噴射して粒度別に選別する。すなわち、空気浮上選別装置で選別された特定の粒度(例えば、７５μm)以上の土壌は、乾式重金属除去装置(140)に移送される。ここで、粒度を選別する基準は、汚染地域及び汚染土壌の汚染程度によって可変され、汚染程度によって、多数の基準粒度に選別された後、それぞれ別に処理されることもできる。つまり、基準粒度の数によって、多数の選別装置(130)及び乾式重金属除去装置(140)などが設置される。また、選別装置(130)で選別された基準粒度(例えば、７５μm)未満の土壌に対しては、別に汚染濃度を測定し、基準濃度以上の粒度の土壌は、別途処理し、また、基準濃度未満の土壌は、埋め戻しなどの再利用に用いられる。ここで、基準濃度とは、例えば、砒素汚染土壌の場合、法定基準値の７５ppmである。
また、乾式重金属除去装置(140)は、選択されている汚染程度がひどい粒度の土壌を浄化する。ここで、土壌は、表面摩擦力などの物理的な衝撃により、表面が剥離され、剥離された表面と共に、重金属を除去することになる。
また、分離及び捕集装置(150)は、乾式重金属除去装置において、表面が剥離された状態の土壌、及び剥離された表面を分離し、これらのうち、剥離された表面を捕集する。また、分離及び捕集装置(150)は、真空又は高圧の空気などを含む様々な方式を用いて、浄化した土壌から、剥離された表面を分離して捕集する。更に、表面が剥離された土壌に対して、汚染濃度を測定し、基準汚染濃度以上の粒径を有する土壌は、前記乾式粉状化装置 (120)、前記選別装置(130)、又は前記重金属除去装置(140)に戻し、基準汚染濃度未満の粒径を有する土壌は、埋め戻しなどへの再利用のために、排出される。
＜浄化方法＞
図３は、図２の浄化システムを用いた汚染土壌の浄化方法を示すフローチャートである。
図３に示しているように、本発明により、粒度別に汚染土壌を選択浄化する浄化システムを用いた汚染土壌浄化方法は、まず、一定地域の汚染土壌を乾式で前処理(S100)する。ここで、水分調節と共に、一定の大きさ以下に粒度を調節する。従来のように、工程水を用いた湿式で汚染土壌を分散すると、工程水供給装置が必要であり、これにより、汚染土壌を分散した工程水に汚染物質が含有されるので、工程水の浄化に必要な装置を更に設置しなければならない。このように乾式の場合、湿式と比較して、更なる装置を排除することができ、作業工程が短縮される。
次に、一定の大きさ以下に破砕した汚染土壌塊を、個別粒子に粉状化し、所望の粒度別に分級(S200)する。ここで、乾式粉状化装置(120)を用いた粉状化には、圧縮空気を用い、別の溶媒は使用しない。
次に、汚染の程度によって基準粒度を定め、一定の水分以下の汚染した土壌を基準粒度別に分級(S300)する。ここで、選別装置(130)は、田土壌の場合、基準粒度(例えば、７５μm)以上、又は未満に選別する。また、畑土壌、山地などの場合、汚染土壌を予め採取し、汚染程度がひどいため、浄化を要する粒度、又は、浄化しなくても良い粒度の境界となる基準粒度を別に選定することもできる。また、汚染程度によって、多数の基準粒度に選別することもでき、選別装置(130)内に空気を噴射して土壌を浮上した後、粒度別に選別する。ここで、汚染程度が弱いか、汚染していない土壌、より詳しくは、浄化が不要であって選択されない基準粒度(例えば、７５μm)未満の土壌は、後述する埋め戻しなどの再利用ステップ(S800)に進む。また、選択されない基準粒度(例えば、７５μm)未満の土壌に対しては、汚染濃度を測定し、基準濃度(例えば、法定基準値)以上の場合は、別途処理し、基準濃度未満であると、埋め戻しなどの後述する再利用ステップ(S800)に進む。
また、浄化が必要な汚染土壌に対しては、表面摩擦力及び衝撃力を用いた乾式重金属除去装置(140)を用いて、浄化(S400)する。砂利及び砂のような一定の粒度以上の粗大粒子において、重金属汚染濃度が高い土壌の場合、基準粒度(例えば、７５μm)以上の土壌が選択されて、乾式重金属除去装置(140)に移送された後、乾式重金属除去装置(140)内に満たされた土壌粒子と充填材との表面摩擦、又は土壌粒子間の表面摩擦により、汚染土壌粒子の表面を物理的に剥離させて、土壌から剥離された表面と共に、重金属を除去することになる。また、一定の粒度未満の微細土において、重金属汚染濃度が高い土壌の場合、基準粒度未満の土壌に適用することもでき、他の土壌の場合、基準粒度以上、又は未満の土壌が選択されて、乾式で重金属を除去することができる。
次に、表面が剥離された土壌、及び土壌から剥離された表面を分離し、これらのうち、剥離された表面を捕集(S500)する。それで、乾式重金属除去装置(140)によって剥離された高濃度の汚染土壌表面を、土壌から分離及び捕集することになる。以後、捕集された表面は、別途処理ステップ(S700)に進行した後、埋め戻しなどの再利用ステップ(S800)に進む。
次に、分離及び捕集ステップ(S500)における表面が剥離された土壌に対して、汚染濃度を測定し、一定の基準未満であるか否かを判断(S600)する。
最後に、土壌の汚染濃度が一定の基準以上であると、別途処理(S700)され、土壌の汚染濃度が一定の基準未満であると、埋め戻しなどと再利用(S800)される。ここで、別途処理された一定の基準以上の土壌は、粉状化ステップ(S200)、又は乾式重金属除去ステップ(S400)に戻り、再処理される。ここで、別途処理ステップ(S700)では、剥離された土壌表面、及び表面が剥離された土壌のうち、一定の濃度以上の土壌に対して、粉状化ステップ(S200)、基準粒度別選別ステップ(S300)、又は重金属を除去する浄化ステップ(S400)のいずれか１つのステップに戻る。
以上で説明したように、本発明が属する技術分野における通常の技術者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更しなくても、他の具体的な形態に実施され得ることは理解されるだろう。それで、上述した実施例は、あらゆる面において例示に過ぎず、限定的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は、詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって示され、 特許請求の範囲の意味及び範囲、そして等価概念から導出される全ての変更又は変形した形態が、本発明の範囲に含まれることと解されるべきである。
100…浄化システム、
110…前処理装置、
120…乾式粉状化装置 、
130…選別装置、
140…乾式重金属除去装置、
150…分離及び捕集装置。

Claims (9)

  1. 汚染土壌を浄化するための浄化システムであって、
    前記汚染土壌に対して水分の含量を一定の水分以下に調節することにより当該汚染土壌を粉状化しやすい大きさや形態とする、粉状化するための前処理を行う前処理装置(110)と、
    前記前処理装置(110)により前処理された前記汚染土壌を元の個別粒子サイズの状態に、乾式で粉状化して分級する粉状化装置(120)と、
    前記汚染土壌を基準粒度別に選別する選別装置(130)と、
    選別選択された粒度の前記汚染土壌を、表面摩擦力及び衝撃力を用いて、乾式で前記汚染土壌の表面を剥離して、重金属を除去する乾式重金属除去装置(140)と、
    表面が剥離された土壌、及び剥離された土壌の表面を分離し、剥離された土壌の表面を捕集する分離及び捕集装置(150)とを含むことを特徴とする乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム。
  2. 前記分離及び捕集装置(150)は、捕集された土壌の表面を、前記粉状化装置(120)、前記選別装置(130)、又は前記重金属除去装置(140)に戻すことを特徴とする請求項１に記載の乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム。
  3. 前記粉状化装置(120)又は前記選別装置(130)は、空気を用いて、土壌を粒度別に選別するサイクロンタイプの装置であることを特徴とする請求項１に記載の乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム。
  4. 前記粉状化装置(120)又は前記選別装置(130)は、重金属汚染土壌の汚染程度によって、予め選定した基準粒度を基準として選別することを特徴とする請求項１に記載の乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム。
  5. 前記分離及び捕集装置(150)は、表面が剥離された土壌に対して濃度を測定して、基準濃度以上の土壌の粒子を分離し、前記粉状化装置(120)、前記選別装置(130)、又は前記重金属除去装置(140)に戻すことを特徴とする請求項１に記載の乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システム。
  6. 請求項１に記載の浄化システムを用いて、汚染土壌を浄化する方法であって、
    汚染地域の前記汚染土壌に対して水分の含量を一定の水分以下に調節することにより当該汚染土壌を粉状化しやすい大きさや形態とする前処理を行う第１のステップ(S100)と、
    前処理された土壌を、乾式方式で元の粒子サイズに粉状化し、分級する第２のステップ(S200)と、
    汚染程度によって、前記汚染土壌の基準粒度を定め、基準粒度別に前記汚染土壌を選別する第３のステップ(S300)と、
    選別選択された粒度の前記汚染土壌の表面を、表面摩擦力及び衝撃力を用いて、乾式で剥離して浄化する第４のステップ(S400)と、
    表面が剥離された土壌、及び剥離された土壌の表面を分離し、剥離された前記土壌の表面を捕集する第５のステップ(S500)とを含むことを特徴とする乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを用いた浄化方法。
  7. 前記第１のステップ(S100)では、土壌を一定の基準値以下に水分含量を調節した後、一定の粒度以下に粒度を調節することを特徴とする請求項６に記載の乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを用いた浄化方法。
  8. 前記第５のステップ(S500)以後に、更に、
    前記第５のステップ(S500)で表面が剥離された土壌に対して、汚染濃度を測定し、基準汚染濃度の未満であるか否かを判断する第６のステップ(S600)と、
    前記第６のステップ(S600)で基準汚染濃度以上の粒径を有する前記土壌、及び前記５のステップ(S500)で剥離された前記土壌の表面を別途処理する第７のステップ(Ｓ700)とを、含むことを特徴とする請求項６に記載の乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを用いた浄化方法。
  9. 前記第７のステップ(S700)以後に、更に、
    前記第３のステップ(S300)で選別選択されない土壌、及び前記第６のステップ(S600)で表面が剥離された土壌に対して、基準汚染濃度未満の粒径を有する土壌を再利用する第８のステップ(S800)を、含むことを特徴とする請求項８に記載の乾式粉状化による重金属汚染土壌の粒度別選択浄化システムを用いた浄化方法。
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