JP5990442B2 - 汚染土壌の減容化処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚染土壌の減容化処理方法に関するものであり、詳しくは、放射性汚染土壌等の減容化において、遠隔操作及び連続運転が可能で、かつナノレベルで分級を行って効率的かつ安全に汚染土壌を減容化するための方法に関するものである。

現在、鉛やカドミウム等の重金属、ダイオキシン類、さらには放射性物質に汚染された土壌が存在し、良好な環境を保つために、これらの汚染物質を除去することが急務となっている。従来、汚染土壌から汚染物質を除去するための技術が種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された技術は、放射性物質や重金属等の廃棄物が混合状態となって汚染している土壌等の粒状物の処理方法及び装置に関するものである。この技術では、以下の工程により汚染物質の除去を行うようになっている。まず、重金属、放射性核種及び有機物のうち一つ又は組合せ状態で汚染された粒状物質を、汚染物質流動化溶液で洗浄する。次に、大きな粒子を機械的に分離し、水で洗浄し、回収した土壌として掘出し現場に戻す。次に、汚染物質と共に微粒子を鉱物ジグ内で汚染物質流動化溶液により中程度サイズの粒子から分離する。次に、中程度サイズの粒子をアトリション・スクラバーで研磨して付着状態の微粒子を脱落させる。次に、得られた微粒子を第２の鉱物ジグ内で洗浄水により中程度サイズの粒子から分離する。次に、中程度サイズの粒子と洗浄水からなるスラリーを脱水して、回収されるべき土壌をさらに得る。

特開平６−３４３９４８号公報

しかし、上述した特許文献１に示す技術を含めて、従来の汚染土壌の減容化処理技術には、さらなる工夫の余地が存在する。すなわち、従来の汚染土壌の減容化技術では、汚染土壌を分級、脱水する際に、サイクロンやフィルタープレスを用いていた。

サイクロンを用いた処理装置は、回収物の含水比が高く、別途、脱水処理が必要である。また、分級サイズ以下の物質が混入してしまい、除染率及び減容化率が低下するだけではなく、処理設備が複雑であるという問題もあった。

また、フィルタープレスを用いた処理装置は、横型構造のため大きな設置面積を必要とする。また、運転員が常駐しての運転管理が必要とされる。さらに、脱水ケーキが嵩張り、効率的な減容化を行うことができるとは言い難かった。このように、処理設備が大規模化するだけではなく、放射性物質が付着した汚染土壌を処理した場合には、運転作業員の被爆管理を厳重に行う必要がある。

さらに、放射性物質による汚染土壌の場合には、最終的に排出される廃棄物の容量を極力減容して、輸送や最終処理における負担及び危険性を回避する必要がある。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、高い減容化率を達成すると共に、分級及び洗浄工程を自動運転化することが可能であり、さらに運転効率を高めて大量処理を可能とした汚染土壌の減容化処理方法を提供することを目的とする。

本発明の汚染土壌の減容化処理方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の汚染土壌の減容化処理方法は、減容化対象となる汚染土壌に含まれる夾雑物を除去する工程と、夾雑物を除去した汚染土壌から、除去対象物である礫分を分級・洗浄して除去する工程と、礫分を除去した汚染土壌から、縦型の遠心分級脱水機を用いて、除去対象物である砂分を分級・脱水し、洗浄を行って除去する工程と、砂分を除去した汚染土壌から、除去対象物である粘土分を脱水して除去する工程とを含むことを特徴とするものである。

また、縦型の遠心分級脱水機を用いて、除去対象物である砂分を分級・脱水すると共に、洗浄を行って除去する工程の前処理又は後処理として、以下の４つの工程を実施する。

第１の工程は、圧縮空気と土粒子を含む泥水をジェット状に噴出して金属板に衝突させることにより、剪断力による土粒子のもみすり洗いを行うと共に、土粒子表面から粘土分を剥離させる工程である。第２の工程は、ベンチュリ管から土粒子を含む泥水を噴射することにより発生する負圧を利用して、泥水中に空気を引き込み、螺旋状のラインミキサー内を通過させてマイクロバブルを発生させ、乱流の発生による土粒子同士のもみすり洗いを行うと共に、粘土分の浮上分離による砂分への粘土分の再付着を防止する工程である。第３の工程は、高周波振動発生機を用いて、土粒子を泥水中で振動させることにより、土粒子の表面に付着した粘土分を剥離させる工程である。第４の工程は、土粒子表面に分散剤を吸着させ、分散した土粒子に対する電離作用により土粒子同士を反発させて土粒子の分離状態を維持し、土粒子表面から粘土分を剥離すると共に、粘土分の分離状態を維持することにより、回収物への粘土分混入を防止する工程である。また、第２の工程と第３の工程とを実施することにより、泥水中でのマイクロバブルの発生及び泥水に対する高周波振動の付与によりラジカルイオンを発生させ、当該ラジカルイオンの作用で土粒子表面に存在する有機物を分解させて、有機物吸着態として土粒子表面に存在する汚染物質を分離する。

また、縦型の遠心分級脱水機を用いて、除去対象物である砂分を分級・脱水すると共に、洗浄を行って除去する工程を複数回実施することが好ましい。

本発明の汚染土壌の減容化処理方法によれば、特に、縦型の遠心分級脱水機を用いているので、砂分の分級点を細かなレベル（例えば１μｍ）で調整できるため、高い減容化率を実現することができる。

また、放射性物質による汚染土壌の場合には、放射線量が高くなる最後の分級・洗浄工程を無人化して自動運転することが可能となり、作業員の被爆を最小限に抑制することができる。また、減容化装置を連続運転することにより、大量の汚染土壌を効率よく処理することができる。さらに、遠心分級の原理を利用した固液分離であるため、分離回収物に対して汚染物質が再付着することが殆どない。

さらに、縦型の遠心分級脱水機を用いて、除去対象物である砂分を分級・脱水すると共に、洗浄を行って除去する工程を複数回実施することにより、分離回収物の含水比が低く、分級サイズ以下の混入がなくなり、繰り返し洗浄の効果が向上するため、高い除染率を達成することができる。

本発明の実施形態に係る汚染土壌の減容化処理方法で使用する装置全体の模式図。 本発明の実施形態に係る汚染土壌の減容化処理方法で使用する遠心分級脱水機の模式図。 本発明の実施形態に係る汚染土壌の減容化処理方法の粘土剥離工程で使用する装置の模式図。 本発明の実施形態に係る汚染土壌の減容化処理方法における処理フロー図。

以下、図面を参照して、本発明の汚染土壌の減容化処理方法の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施形態に係る減容化処理方法を説明するもので、図１は減容化処理方法で使用する装置全体の模式図、図２は遠心分級脱水機の模式図、図３は粘土剥離工程で使用する装置の模式図、図４は処理フロー図である。

＜汚染土壌の減容化処理方法の概要＞
本発明の実施形態に係る減容化処理方法は、鉛やカドミウム等の重金属、ダイオキシン類、さらには放射性物質に汚染された土壌から汚染物質を取り除いて減容化するための方法であって、図１及び図４に示すように、主要な工程として、粒径が約５０ｍｍ以上の夾雑物の除去工程と、粒径が約２ｍｍ以上の礫分の分級・洗浄工程と、粒径が約３５μｍ〜約２ｍｍ程度の砂分の分級・脱水・洗浄工程と、粒径が約３５μｍ以下の粘土分の脱水工程とを含んでいる。

また、粒径が約３５μｍ〜約２ｍｍ程度の砂分の分級・脱水・洗浄工程の前処理又は後処理として、ジェットポンプ１００を用いた粘土分剥離工程、マイクロバブル発生装置１１０を用いた粘土分剥離工程、高周波振動発生機１２０を用いた粘土分剥離工程、分散剤を用いた粘土分剥離工程を実施する。

さらに、粒径が約３５μｍ〜約２ｍｍ程度の砂分の分級・脱水・洗浄工程は、縦型の遠心分級脱水機３０を用いて実施し、この工程を複数回（例えば２回）実施することにより、粒径が約３５μｍ以下の汚染濃縮物を得ることが好ましい。

＜汚染土壌の減容化処理方法に使用する装置＞
本発明の実施形態に係る減容化処理方法に使用する装置は、図１に示すように、泥土解泥機１０、振動ふるい２０、遠心分級脱水機３０、複数の洗浄水槽４０、第１の濁水処理用攪拌槽５０、第２の濁水処理用攪拌槽６０、沈殿槽７０を主要な構成要素としている。また、各洗浄水槽４０は、攪拌翼を備えており、洗浄水パイプの適宜位置には、それぞれポンプ８０や開閉弁９０が配設されている。

なお、図１に示す装置及び図４に示す処理工程では、礫分の分級・洗浄工程において、２つの洗浄水槽４０を設置して洗浄を行っているが、泥土解泥機１０で解泥した汚染土壌を洗浄水槽４０で洗浄する工程を省略して、泥土解泥機１０で解泥した汚染土壌を、直接、振動ふるい２０へ投入し、その後、洗浄水槽４０を用いて汚染土壌の洗浄を行ってもよい。このように、洗浄水槽４０を１つ省略することにより、装置の構造が単純となるばかりでなく、処理を迅速化することができ、さらに処理費用も削減することができる。

＜夾雑物の除去工程＞
夾雑物の除去工程は、粒径が約５０ｍｍ以上の物質を除去する工程で、汚染物質の除去対象となる汚染土壌（以下、除去土壌と記すことがある）中から、特に大きな夾雑物を除去する。夾雑物の除去は、どのような方法であってもよいが、例えば、バックホーやスコップ等を用いて作業者の目視で夾雑物を除去することができる。この段階の汚染土壌については、汚染物質の濃度が低いため、適切な管理を行うことにより、作業員の手作業であっても十分に対処することができる。

＜礫分の分級・洗浄工程＞
礫分の分級・洗浄工程は、粒径が約２ｍｍ以上の礫分を除去する工程である。この工程では、除去土壌に加水を行いながら泥土解泥機１０を用いて、除去土壌を分解する。そして、分解した除去土壌を洗浄水槽４０に投入して洗浄を行い、回収した除去土壌に再び加水を行いながら振動ふるい２０を用いて礫分を除去する。礫分を除去した除去土壌は、再度、洗浄水槽４０に投入して水洗を行う。

＜砂分の分級・脱水・洗浄工程＞
砂分の分級・脱水・洗浄工程は、粒径が約３５μｍ〜約２ｍｍ程度の砂分の分級・脱水及び洗浄を行う工程である。この工程では、まず、礫分を除去した除去土壌を、洗浄水槽４０に投入して水洗を行った後、遠心分級脱水機３０を用いて遠心分級及び脱水を行う。

さらに、遠心分級及び脱水を行った後の除去土壌を洗浄水槽４０に投入して水洗を行い、再度、遠心分級脱水機３０を用いて遠心分級及び脱水を行う。なお、この水洗工程では、加水を行うことが好ましい。

＜粘土分の脱水工程＞
また、遠心分級・脱水を行った後の処理水は、濁水処理装置（第１の濁水処理用攪拌槽５０、第２の濁水処理用攪拌槽６０、沈殿槽７０）にて濁水処理され、濁水処理後の粘土分を含むスラリーを、再度、遠心分級脱水機３０にて遠心脱水して、粒径が、例えば３５μｍ以下の汚染濃縮物を生成する。

濁水処理工程で排出される水は、水質分析を行って、再利用に問題がなければ、上述した加水工程に循環して再利用される。また、粒径が約２ｍｍ以上の礫分、粒径が約３５μｍ〜約２ｍｍ程度の砂分は、土壌分析を行って再利用に問題がなければ、埋め立て処理等に再利用される。また、３５μｍ以下の汚染濃縮物は、ドラム缶や耐候性土嚢などに収納され、所定の汚染物処理（廃棄物処理）が行われる。

＜遠心分級脱水機＞
本実施形態で使用する遠心分級脱水機３０は、図２に示すように、外筒３１内に収容された、円錐形の回転筒３２と、円錐形のスクリュー３３とを備えており、回転筒３２及びスクリュー３３を同一方向に高速回転させることで、被処理物である原水（除去土壌）に強い遠心力を作用させる。原水（除去土壌）は、装置上部の投入口より投入されて、回転筒３２内に流入する。

スクリュー３３は二条の螺旋羽を備えており、回転筒３２よりも高速で回転させることにより、強い遠心力が発生し、回転筒３２の内壁に付着した固形物を、スクリュー３３の作用により下方に掻き落として装置外に排出する。また、比重の軽い分離水は、装置内を上昇し、回転筒３２の上部に設けた堰板３４を乗り越えて、装置外に排出される。これらの遠心分級脱水工程により、清澄性の高い分離水を得ることができる。なお、分級点は、作用させる遠心力や、回転筒３２とスクリュー３３との回転速度差により調整する。

上述した構成からなる遠心分級脱水機３０は、脱水性に優れており、パウダー状の分離物を得ることができるため、ドラム缶や耐候性土嚢などへの汚泥濃縮物の自動収納が可能である。また、分離水は清澄性の高いものとなり、ナノ粒子の脱水及び回収を行うことができる。また、汚染物質が高濃度の場合であっても、被処理物を希釈することなく固液分離を行うことができる。

また、金網や濾布を用いていないため、装置内において固形物が閉塞するおそれがなく、長時間にわたって自動運転することが可能である。また、ジャイロ原理に基づいて、回転部中心に求心力が働くため、装置運転中における振動が少なく、騒音の発生が極めて少なく、メンテナンス性にも優れている。さらに、図示しないが、主電動機と差速電動機を備えており、モータ減速時に発生する回生電力を利用することが可能であるため、使用電力量が減少して、減容化処理のコストを低減させることができる。

＜粘土剥離工程（減容化の促進）＞
粘土剥離工程は、遠心分級脱水機３０を用いて、除去対象物である砂分を分級・脱水すると共に、洗浄を行って除去する工程の前処理又は後処理として実施される処理であり、除去土壌から粘土分を剥離させて、最終的に回収される汚染濃縮物の減容化を行う。なお、以下に説明する各工程のすべてを行うのではなく、処理対象となる除去土壌の性質や状態に応じて、いずれか１つの工程、又は２つ以上の工程を組み合わせて、適宜、除去土壌の処理を行うことも可能である。また、各工程は、遠心分級脱水機３０を用いた除去土壌処理工程に組み合わせて実施するもので、当該除去土壌処理工程の前処理又は後処理のいずれか一方だけではなく、双方において実施してもよい。

＜ジェットポンプ＞
ジェットポンプ１００を用いた粘土剥離工程は、図３に示すように、圧縮空気と土粒子を含む泥水をジェット状に噴出して、鉄板等の金属板１０１に衝突させることにより、剪断力による土粒子のもみすり洗いを行うと共に、土粒子表面から粘土分を剥離させる工程である。

＜マイクロバブル発生装置＞
マイクロバブル発生装置１１０を用いた粘土剥離工程は、図３に示すように、ベンチュリ管１１１から土粒子を含む泥水を噴射することにより発生する負圧を利用して、泥水中に空気を引き込み、螺旋状のラインミキサー１１２内を通過させてマイクロバブルを発生させ、乱流の発生による土粒子同士のもみすり洗いを行うと共に、粘土分の浮上分離による砂分への粘土分の再付着を防止する工程である。

＜高周波振動発生機＞
高周波振動発生機１２０を用いた粘土剥離工程は、図３に示すように、高周波振動発生機１２０により、土粒子を泥水中で振動させることにより、土粒子の表面に付着した粘土分を剥離させる工程である。なお、図３に示す例では、ジェットポンプ１００とマイクロバブル発生装置１１０を組み合わせて使用しているが、それぞれを別個の系統として使用してもよい。

特に、マイクロバブル発生装置１１０を用いた粘土剥離工程と、高周波振動発生機１２０を用いた粘土剥離工程とを組み合わせることにより、泥水中でのマイクロバブルの発生及び泥水に対する高周波振動の付与によりラジカルイオンを発生させ、当該ラジカルイオンの作用で土粒子表面に存在する有機物を分解させて、有機物吸着態として土粒子表面に存在する汚染物質を、より一層効果的に分離することができる。

＜分散剤（粘土剥離剤）＞
分散剤（粘土剥離剤）を用いた粘土剥離工程は、図３に示すように、土粒子表面に分散剤（粘土剥離剤）を吸着させ、分散した土粒子に対する電離作用により土粒子同士を反発させて土粒子の分離状態を維持し、土粒子表面から粘土分を剥離すると共に、粘土分の分離状態を維持することにより、回収物への粘土分混入を防止する工程である。

＜処理土壌及び処理水の分析＞
なお、各工程の処理を行う前、あるいは処理を行った後に、除去土壌及び処理水の分析を行って、その性状、汚染物質の濃度等を測定することにより、次工程における処理に備えることが好ましい。

１０ 泥土解泥機
２０ 振動ふるい
３０ 遠心分級脱水機
３１ 外筒
３２ 回転筒
３３ スクリュー
３４ 堰板
４０ 洗浄水槽
５０ 第１の濁水処理用攪拌槽
６０ 第２の濁水処理用攪拌槽
７０ 沈殿槽
８０ ポンプ
９０ 開閉弁
１００ ジェットポンプ
１０１ 金属板
１１０ マイクロバブル発生装置
１１１ ベンチュリ管
１１２ ラインミキサー
１２０ 高周波振動発生機

Claims (2)

1. 減容化対象となる汚染土壌に含まれる夾雑物を除去する工程と、
   前記夾雑物を除去した汚染土壌から、除去対象物である礫分を分級・洗浄して除去する工程と、
   前記礫分を除去した汚染土壌から、縦型の遠心分級脱水機を用いて、除去対象物である砂分を分級・脱水すると共に、洗浄を行って除去する工程と、
   前記砂分を除去した汚染土壌から、除去対象物である粘土分を脱水して除去する工程と、
   を含み、
   前記縦型の遠心分級脱水機を用いて、除去対象物である砂分を分級・脱水すると共に、洗浄を行って除去する工程の前処理又は後処理として、
   圧縮空気と土粒子を含む泥水をジェット状に噴出して金属板に衝突させることにより、剪断力による土粒子のもみすり洗いを行うと共に、土粒子表面から粘土分を剥離させる第１の工程と、
   ベンチュリ管から土粒子を含む泥水を噴射することにより発生する負圧を利用して、泥水中に空気を引き込み、螺旋状のラインミキサー内を通過させてマイクロバブルを発生させ、乱流の発生による土粒子同士のもみすり洗いを行うと共に、粘土分の浮上分離による砂分への粘土分の再付着を防止する第２の工程と、
   高周波振動発生機を用いて、土粒子を泥水中で振動させることにより、土粒子の表面に付着した粘土分を剥離させる第３の工程と、
   土粒子表面に分散剤を吸着させ、分散した土粒子に対する電離作用により土粒子同士を反発させて土粒子の分離状態を維持し、土粒子表面から粘土分を剥離すると共に、粘土分の分離状態を維持することにより、回収物への粘土分混入を防止する第４の工程とを実施し、
   前記第２の工程及び前記第３の工程を実施することにより、泥水中でのマイクロバブルの発生及び泥水に対する高周波振動の付与によりラジカルイオンを発生させ、当該ラジカルイオンの作用で土粒子表面に存在する有機物を分解させて、有機物吸着態として土粒子表面に存在する汚染物質を分離することを特徴とする汚染土壌の減容化処理方法。
2. 前記縦型の遠心分級脱水機を用いて、除去対象物である砂分を分級・脱水すると共に、洗浄を行って除去する工程を複数回実施することを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌の減容化処理方法。

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