JP6458635B2 - 汚染土壌洗浄設備および汚染土壌の洗浄工法 - Google Patents

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Description

本発明は、鉄粉を利用して重金属汚染土壌を洗浄する際に用いる汚染土壌洗浄設備、および汚染土壌洗浄設備を用いた汚染土壌の洗浄工法に関する。
例えば、シールドやトンネル工事等で発生する自然由来の重金属汚染土壌は、細粒分を多く含む粘性土である場合が多い。そこで発明者らは、粘性土中に含まれるヒ素をはじめとする重金属を効率的に除去する方法として、鉄粉を用いた重金属汚染土壌の洗浄方法を開発した。
特許文献1に開示したように、鉄粉を用いた重金属汚染土壌の洗浄方法は、ヒ素吸着槽にてヒ素を含む泥水と鉄粉とを所定時間撹拌・混合し鉄粉添加泥水を作製した後、これを遠心分離機にて、ヒ素を吸着した鉄粉を含む泥水とヒ素を含まない泥水とに比重分離する。
ヒ素を含まない泥水はスラリー槽に供給されて、減容および脱水を経てケーキとなり、健全な産業廃棄物として搬出される。一方、ヒ素を吸着した鉄粉を含む泥水は、鉄粉を再利用するべく一旦、鉄粉前処理槽に貯留していた。
特開2014−188408号公報
しかし、鉄粉前処理槽に貯留したヒ素を吸着した鉄粉を含む泥水は、再利用するべくそのままヒ素吸着槽に供給しようとすると、遠心分離機にて分離されたことに伴って比重及び粘性ともに大きい状態となっているため、ポンプ圧送することができない。
このため、特許文献1では、鉄粉前処理槽の下流側にさらに鉄粉ストック槽を設置し、鉄粉前処理槽にて貯留したヒ素を吸着した鉄粉を含む泥水を、鉄粉ストック槽に移し替えて適宜な加水を行いポンプ圧送可能な鉄粉混合液を作製した上で、これをヒ素吸着槽に供給しており、多大なコストや手間を要していた。
また、特許文献1では、ヒ素吸着槽を複数設置していることから、各ヒ素吸着槽で使用する鉄粉どうしが混ざり合うことのないよう、ヒ素吸着槽の数と同数の鉄粉ストック槽を用意する必要があり、設備費が増大するだけでなく、広大な設備用の敷地を確保する必要があった。
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、鉄粉を用いて重金属汚染土壌を洗浄する作業を、簡略な設備にて効率よく実施することの可能な、汚染土壌洗浄設備、および汚染土壌洗浄設備を用いた汚染土壌の洗浄工法を提供することである。
かかる目的を達成するため、本発明の汚染土壌洗浄設備は、重金属に汚染された粘性土を含む汚染泥水を貯留し、該汚染泥水の比重を管理調整する泥水槽と、該泥水槽より供給される前記汚染泥水を鉄粉にて洗浄し、前記重金属が除去された洗浄泥水を作製する3つ以上の重金属除去装置と、該重金属除去装置各々より排出される前記洗浄泥水を貯留する洗浄泥水槽とを備える汚染土壌洗浄設備であって、3つ以上の前記重金属除去装置は各々が、前記汚染泥水と前記鉄粉とを撹拌混合して該鉄粉に前記汚染泥水中の重金属を吸着させながら、鉄粉添加泥水を作製する重金属吸着槽と、該重金属吸着槽で作製した前記鉄粉添加泥水を前記洗浄泥水と前記重金属を吸着した鉄粉が含有された鉄粉含有分離物とに比重分離する遠心分離機と、を有するとともに3つ以上の前記重金属除去装置は互いに、前記鉄粉含有分離物に含有された状態の前記鉄粉が、前記重金属除去装置各々を経由して循環する循環路を形成するよう、配置され、前記循環路において、前記重金属除去装置各々の遠心分離機にて比重分離した前記鉄粉含有分離物が、下流側に隣り合う前記重金属除去装置の前記重金属吸着槽に直接投下されることを特徴とする。
本発明の汚染土壌洗浄設備は、3つ以上の前記重金属除去装置のうち、少なくとも1つの重金属除去装置に備えた前記重金属吸着槽が、鉄粉含有分離物を廃棄するための廃棄汚泥水槽に連結されることを特徴とする。
本発明の汚染土壌洗浄設備は、前記泥水槽から前記重金属吸着槽各々に汚染泥水を供給するための排泥管および前記重金属吸着槽から前記遠心分離機に前記鉄粉添加泥水を供給するための排泥管にそれぞれ自動バルブ及びポンプが、また、前記遠心分離機から前記洗浄泥水槽に前記洗浄泥水を供給するための排泥管に自動バルブが設けられるとともに、該自動バルブの開閉、およびこれに伴う前記ポンプの作動を制御する端末装置が備えられることを特徴とする。
本発明の汚染土壌洗浄設備によれば、上流側に位置する重金属除去装置の遠心分離機にて比重分離した鉄粉含有分離物を、下流側に位置する重金属除去装置の重金属吸着槽に直接投下できる。これにより、遠心分離機にて分離した鉄粉を一時貯留する鉄粉前処理槽が不要になるとともに、前記鉄粉が比重及び粘性ともに大きい泥水に含まれた状態になっていても、ポンプ圧送可能な溶液状に作成し直す必要がないことから鉄粉ストック槽も不要とすることができ、設備コストを大幅に削減できるだけでなく、狭隘な敷地にも汚染土壌洗浄設備を設置することが可能となる。
また、鉄粉含有分離物をポンプ圧送可能な溶液状に作成し直すために要していた希釈水が不要となるため、材料コストを大幅に削減することが可能となる。
加えて、鉄粉含有分離物をポンプ圧送可能な溶液状に作成し直す工程が不要となるため、作業時間が大幅に削減されるだけでなく、配管目詰まり等のポンプ圧送に関する不具合を考慮する必要がないため、作業全体の効率を大幅に向上することが可能となる。
本発明の汚染土壌の洗浄工法は、本発明の汚染土壌洗浄設備を用いた汚染土壌の洗浄工法であって、前記鉄粉含有分離物に含有された状態の前記鉄粉の前記循環路を形成するように配置された3つ以上の前記重金属除去装置各々において、前記重金属吸着槽にて、前記泥水と前記鉄粉もしくは前記鉄粉含有分離物を混在させる第1の工程、前記泥水と前記鉄粉もしくは前記鉄粉含有分離物を混合撹拌して、前記鉄粉もしくは前記鉄粉含有分離物に含まれる鉄粉に汚染泥水中の重金属を吸着させながら、前記鉄粉添加泥水を作製する第2の工程、および前記鉄粉添加泥水を前記重金属吸着槽から前記遠心分離機に供給し、前記洗浄泥水と前記鉄粉含有分離物とに比重分離する第3の工程を繰り返し実行させるとともに、第3の工程を実施している前記重金属除去装置から、前記循環路の下流側に隣り合う第1の工程を実施している前記重金属除去装置の重金属吸着槽に、比重分離された鉄粉含有分離物を投下させるよう、前記重金属除去装置各々で同時刻に実施する作業工程をずらすことを特徴とする。
本発明の汚染土壌の洗浄工法は、前記第2の工程を複数回連続して行った後、第3の工程に移行することを特徴とする。
本発明の汚染土壌の洗浄工法によれば、鉄粉は重金属除去装置各々で洗浄泥水に含まれる重金属を吸着しながら、休眠することなく常に3つ以上の重金属除去装置を順に循環する。これにより、従来技術のような鉄粉前処理槽に一時貯留される時間や、ポンプ圧送可能な溶液状とするべく加水作業を行う時間が省略されるため、作業効率が向上し、作業時間を大幅に短縮することが可能となる。
本発明によれば、鉄粉と汚染泥水を撹拌混合し作成した鉄粉添加泥水から遠心分離機にて重金属を吸着した鉄粉を分離するにあたり、上流に位置する重金属除去装置の遠心分離器にて分離された鉄粉を、一時貯留することなく下流に位置する重金属除去装置の重金属吸着槽に直接投下できるため、鉄粉が比重及び粘性ともに大きい鉄粉含有分離物に含まれた状態となっていても、過大な設備を必要とせず、また効率よく汚染土壌の浄化作業を複数の重金属除去装置にて繰り返し実施することが可能となる。
汚染土壌洗浄設備の概略を示す図である。 泥水処理施設の概略を示す図である。 重金属汚染土壌の洗浄方法の流れを示すフロー図である。 重金属汚染土壌の洗浄方法を実施した際の鉄粉の流れを示す図である。 鉄粉の流れを2系統とした場合の重金属汚染土壌の洗浄方法の流れを示すフロー図である。 汚染泥水の洗浄処理工程(s2)の作業状況を示す図である(その1)。 汚染泥水の洗浄処理工程(s2)の作業状況を示す図である(その2)。 汚染泥水の洗浄処理工程(s2)の作業状況を示す図である(その3)。 汚染土壌洗浄設備に備える重金属除去装置を4つにした場合の汚染泥水の洗浄処理工程(s2)における作業状況を示す図である。
本発明は、ヒ素、フッ素、ホウ素、セレン、六価クロム、カドミウム、鉛、シアンなどの重金属を効率良く吸着し、固定化する性状を有する鉄粉を利用して、重金属汚染土壌を洗浄する方法であり、重金属汚染土壌を含む泥水に鉄粉を添加して撹拌・混合し、泥水中の土粒子に付着した重金属の微粒子を鉄粉表面に吸着させて固定化することにより、重金属汚染土壌を洗浄するものである。また、鉄粉が一定量あたりで吸着・固定化できる重金属量の限界を有し、吸着・固定化する能力がなくなるまで繰り返し利用可能であることに着目し、初期投下した鉄粉を、重金属汚染土壌の洗浄に繰り返し使用するものである。
以下に、鉄粉を利用して重金属汚染土壌を洗浄する際に用いる汚染土壌洗浄設備、および汚染土壌洗浄設備を用いた汚染土壌の洗浄工法を、図1〜図9を用いて説明する。
<汚染土壌洗浄設備>
まず、鉄粉を利用して重金属汚染土壌を洗浄する際に用いる汚染土壌洗浄設備1について、図1〜図2を参照して説明する。なお、汚染土壌洗浄設備1を説明するにあたり、鉄粉10の移動方向から上流側および下流側を定義している。
汚染土壌洗浄設備1は、図1に示すように、泥水槽2と、3つの重金属除去装置3を備えている。
泥水槽2は、重金属を含有する粘性土を含む汚染泥水100が貯留されるタンクであって、貯留されている汚染泥水100の比重を検出する比重検出器21と、後に述べる重金属除去装置3に汚染泥水100を供給するための、電磁バルブを設けた第1の排泥管22を備えている。貯留される汚染泥水100は、常に安定した比重にて重金属除去装置3に供給されるよう、比重検出器21にて比重の管理調整がなされている。
本実施の形態における泥水槽2は、泥水シールド工法で採用される泥水処理施設50に備えられた余剰泥水槽503である。泥水処理施設50は、図2に示すように、泥水式のシールド掘削機60から排出された排泥水より掘削土砂を分離し、掘削土砂を除去した泥水をシールド掘削機60の圧力室61に供給して、切羽面の安定及び掘削土砂の流体輸送に循環再利用するための装置である。
具体的には、一次処理プラントである固液分離装置501と、二次処理プラントを構成する調整槽502および余剰泥水槽503を備えており、シールド掘削機60の圧力室61から排出された排泥水は、固液分離装置501にて一次処理として75μmm以上の土粒子が分離されて、分離された砂質分が一次処理土として搬出される。一方、75μmm以上の土粒子が除去された排泥水は、調整槽502に供給されて比重・粘性調整された後、再度シールド掘削機60の圧力室61に送泥される。
そして、調整槽502の調整により生じた75μmm未満の土粒子を含む泥水のうち、地下水の流入による増加や泥水比重の上昇を抑制するために余剰となった余剰泥水は、余剰泥水槽503に供給される。本実施の形態では、余剰泥水槽503を泥水槽2としていることから、この75μmm未満の土粒子を含む余剰泥水を汚染泥水100として洗浄する。
なお、泥水処理施設50は必ずしも泥水式シールド工法で採用されるものに限定するものではなく、例えば、連続地中壁工法等の泥水工法や、掘削した土に水を添加して泥水状態にして汚染土壌を浄化する分級洗浄施設に採用されるものでもよい。また、泥水槽2は、必ずしも泥水処理施設50に備えられた余剰泥水槽503を兼用するものでなくてもよく、独立して設置するものでもよい。
図1に示すように、重金属除去装置3はそれぞれ、重金属吸着水槽4とその下流側に配置される遠心分離機5を備えている。
重金属吸着水槽4は、泥水槽2より供給された汚染泥水100と鉄粉10を撹拌混合し、鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させながら、鉄粉添加泥水101を作製するタンクであり、撹拌装置41を備えるとともに、遠心分離機5に鉄粉添加泥水101を供給するための、電磁バルブを設けた第2の排泥管42を備えている。なお、重金属吸着水槽4には、必要に応じて液面計や比重計、粘度計等を適宜備えてもよい。
遠心分離機5は、重金属吸着水槽4より供給された鉄粉添加泥水101を比重分離する装置であり、本実施の形態ではサイクロンを採用している。サイクロンは、固体混じりの液体等を円筒容器に対して円周方向から渦を描く様に投入することで、比重の重い鉄粉10を遠心分離作用により円筒容器内壁に衝突させて下方向へ分離し、その他の泥水を円筒中心から上方向へ排出させる機能を有している。これにより、鉄粉添加泥水101は、鉄粉10及び分離しきれなかった土粒子を含む鉄粉含有分離物102と、重金属が除去された洗浄泥水103に分離される。
上述する構成の重金属除去装置3は、上流側に位置する重金属除去装置3の遠心分離機5が、下流側に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4の上方に位置するよう配置されている。これにより、例えば、最左に位置する重金属除去装置3の遠心分離機5にて分離された鉄粉含有分離物102は、ポンプ等の圧送装置を用いることなく、中央に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に直接投下することができるものである。
また、3つの重金属除去装置3は、後に述べる鉄粉タンク7から重金属吸着水槽4に投下された鉄粉10がすべての重金属除去装置3を経由して循環する循環路を形成するよう、連続的に配置されている。すなわち、最右に位置する重金属除去装置3の遠心分離機5にて分離された鉄粉含有分離物102は、ポンプ等の圧送装置を用いることなく、最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に直接投下することができる。これにより、3つの重金属吸着水槽4はいずれも、第2の排泥管42の電磁バルブが閉の時に、鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させながら鉄粉添加泥水101を作製する、鉄粉10を吸着させるためのタンクとして機能し、第2の排泥管42の電磁バルブが開の時に、下流側に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に鉄粉10を含有した鉄粉含有分離物102を供給するための、鉄粉10をストックするタンクとして機能することとなる。
なお、重金属除去装置3は、図1で示す実施の形態では3つ、また図8で示す実施の形態では4つそれぞれ設置しているが、その数量は3つ以上であれば何ら限定されるものではない。
また、汚染土壌洗浄設備1は、図1に示すように、洗浄泥水槽6、鉄粉タンク7、廃棄汚泥水槽8、鉄粉分離装置9および廃棄鉄粉処理ピット91を備えている。
洗浄泥水槽6は、電磁バルブを設けた第3の排泥管51を介して遠心分離機5と連結されており、重金属が除去された洗浄泥水103が供給される。
鉄粉タンク7は、汚染泥水10に含まれる重金属を吸着するための鉄粉10が格納されており、重金属除去装置3の重金属吸着水槽4へ初期投下を行うものである。また、重金属除去装置3を循環することによって鉄粉10の量が規定量よりも減少した場合にも、この鉄粉タンク7より重金属吸着水槽4へ鉄粉10の追加投入を行う。
一方、廃棄汚泥水槽8は、電磁バルブを設けた第4の排泥管43を介して重金属吸着水槽4と連結されており、重金属吸着水槽4から鉄粉含有分離物102が供給されるものである。鉄粉分離装置9は、廃棄汚泥水槽8より供給される鉄粉含有分離物102を、鉄粉10及び分離しきれなかった土砂を含む最終鉄粉含有分離物104と洗浄泥水103とに分離するものである。そして、廃棄鉄粉処理ピット91は、鉄粉分離装置9より排出される最終鉄粉含有分離物104が投下されるピットである。
なお、本実施の形態では鉄粉分離装置9に、スクリューデカンタを採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば水中比重選別機や磁力選別機等、鉄粉含有分離物102中から鉄粉10を分離できるものであれば、いずれを採用してもよい。また、鉄粉分離装置9は上記のいずれか1種類を採用してもよいが、複数を併用してより確実に、鉄粉含有分離物102から鉄粉10を分離するようにしてもよい。
このように、汚染土壌洗浄設備1は、上流側に位置する重金属除去装置3の遠心分離機5にて比重分離した鉄粉含有分離物102を下流側に位置する重金属除去装置3の重金属吸着槽4に直接投下させるものである。これにより、従来技術のような遠心分離機5にて分離した鉄粉10の一時貯留が不要になるとともに、鉄粉10が鉄粉含有分離物泥水102に含まれた状態になっていても、ポンプ圧送のために溶液状に作成し直す必要がない。このため、作業工程を減らすことができるだけでなく、設備を小規模化することができ、設備コストを大幅に削減できるとともに、狭隘な敷地にも汚染土壌洗浄設備1を設置することが可能となる。
<重金属汚染土壌の洗浄方法>
上述する汚染土壌洗浄設備1を用いて、汚染泥水100を鉄粉10にて洗浄する汚染土壌の洗浄工法を、図3〜図9を用いて以下に詳述する。
図3のフロー図で示すように、汚染土壌100の洗浄工法は、前処理工程s1、汚染泥水100の洗浄処理工程s2、鉄粉含有物102の廃棄処理工程s3および洗浄泥水103の脱水処理工程s4、の4つの工程から構成されている。
<前処理工程:s1>
汚染泥水100を洗浄するに先立ち、泥水槽2に貯留された汚染泥水100に加水するなどして比重調整を行い、汚染泥水100が常に比重の上限値を超えないよう管理調整する工程である。比重の上限値は、汚染泥水100に鉄粉10を添加して作製した鉄粉添加泥水101を遠心分離機5に供給した際に、鉄粉含有分離物102に残留する土粒子が少なく、また洗浄泥水103に残留する鉄粉10が少なくなるよう、あらかじめ室内実験等により設定しておくとよい。
<汚染泥水の洗浄処理工程:s2>
前処理工程(s1)で比重管理された汚染泥水100を、鉄粉10と接触させて洗浄し、鉄粉含有分離物102と洗浄泥水103を得る工程であり、以下に示す第1〜第3の工程よりなる汚染泥水10の洗浄が3つの重金属除去装置3各々で実施される。このとき、3つの重金属除去装置3は同時に稼働するのではなく、1つずつ順番に稼働することとなる。図4(a)に示す鉄粉タンク7から初期投下される鉄粉10の動きを追いながら、処理の流れを説明する。
まず、最左に位置する重金属除去装置3にて、以下に示す第1〜第3の工程が実施される。
最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に、鉄粉タンク7に収納されている鉄粉10を投下する。その後、泥水槽2から汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉10を混在させる(第1の工程)。重金属吸着水槽4に貯留した汚染泥水100と鉄粉10とを撹拌装置41にて撹拌混合し、鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させながら、鉄粉添加泥水101を作製する(第2の工程)。この後、鉄粉添加泥水101を遠心分離機5に供給し、鉄粉含有分離物102と洗浄泥水103とに分離する(第3の工程)。洗浄泥水103は洗浄泥水槽6に供給され、鉄粉含有分離物102は、中央に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に投下される。こうして最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4は空の状態となる。
次に、中央に位置する重金属除去装置3にて、以下に示す第1〜第3の工程が実施される。
最左に位置する重金属除去装置3の第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下された、中央に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉含有分離物102を混在させる(第1の工程)。このように、以降の各重金属除去装置3における第1の工程では、最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に、鉄粉タンク7から供給された鉄粉10が、鉄粉含有分離物102に含まれた状態となって循環供給されることとなる。
そして、重金属吸着水槽4に貯留した汚染泥水100と鉄粉含有分離物102とを撹拌装置41にて撹拌混合し、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させながら、鉄粉添加泥水101を作製する(第2の工程)。この後、先に述べた第3の工程を実施すると、洗浄泥水103は洗浄泥水槽6に供給され、鉄粉含有分離物102は、最右に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に投下される。こうして中央に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4は空の状態となる。
この後、最右に位置する重金属除去装置3にて、以下に示す第1〜第3の工程が実施される。
中央に位置する重金属除去装置3の第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下された、最右に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に、泥水槽2から汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉含有分離物102を混在させる(第1の工程)。次に、第2の工程が実施され、この後、第3の工程が実施されて、洗浄泥水103は洗浄泥水槽6に供給され、鉄粉含有分離物102は、最左に位置する重金属除去装置3における空の状態の重金属吸着水槽4に投下される。こうして最右に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4は空の状態となる。
このように、最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に初期投下された鉄粉10は、3つの重金属除去装置3各々で繰り返し使用されることから、あらかじめ室内実験等にてその転用回数の上限値を算定しておくとともに、安全率を見込んで転用回数の上限値に至る手前の警告回数を設定しておくとよい。
そして、上述のとおり鉄粉10が、3つの重金属除去装置3各々にて汚染泥水100の洗浄を行いながら一巡した後、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉100の転用回数が警告回数を超えておらず、かつ泥水槽2に貯留した汚染泥水100が残存している場合には、再度、最左に位置する重金属除去装置3に戻って、汚染泥水100の洗浄を繰り返す。
一方、汚染泥水の洗浄処理工程(s2)の過程で、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉100の転用回数が警告回数を超えた場合、もしくは泥水槽2に貯留した汚染泥水100が尽きた場合に、鉄粉含有分離物102は廃棄汚泥水槽8に供給される。
<鉄粉含有分離物102の廃棄処理工程:s3>
上記の汚染泥水の洗浄処理工程(s2)を経て、廃棄汚泥水槽8に供給された鉄粉含有分離物102を廃棄処理するための工程である。
廃棄汚泥水槽8に貯留された鉄粉含有分離物102は、廃棄汚泥水槽8にて適宜加水されて鉄粉分離装置9にて分離処理するのに好適な比重となるように調整された上で、鉄粉分離装置9に供給され、鉄粉10及び分離しきれなかった土砂を含む最終鉄粉含有分離物104と洗浄泥水103とに分離される。そして、最終鉄粉含有分離物104は廃棄鉄粉処理ピット91に投下された後、減容および脱水を経てケーキとなり、重金属を含む産業廃棄物として搬出される。
<洗浄泥水103の脱水処理工程:s4>
上記の汚染泥水の洗浄処理工程(s2)もしくは鉄粉含有分離物102の廃棄処理工程(s3)を経て、洗浄泥水槽6に供給された洗浄泥水103を脱水する工程である。
洗浄泥水槽6に貯留された洗浄泥水103は、図示しないスラリー槽に供給されて減容および脱水を経てケーキとなり、健全な産業廃棄物もしくは浄化済土壌として搬出される。
なお、本実施の形態では、鉄粉10が3つの重金属除去装置3各々にて汚染泥水100の洗浄を行いながら一巡した後、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉10の転用回数、および泥水槽2に貯留した汚染泥水100の貯留量を確認しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、重金属除去装置3各々で汚染泥水100の洗浄処理が終了するごとに、上記の確認を行うようにしてもよい。
ところで、上記の汚染泥水の洗浄処理工程(s2)では、鉄粉タンク7に収納されている鉄粉10もしくは第3の工程で遠心分離機5にて比重分離される鉄粉含有分離物102を、空の状態の重金属吸着水槽4に投下した後、汚染泥水100を供給して、汚染泥水100と鉄粉10もしくは鉄粉含有分離物102を混在させ、これを第1の工程とした。しかし、第1の工程は、必ずしもこの方法に限定されるものではなく、重金属吸着水槽4に対して、鉄粉タンク7に収納されている鉄粉10もしくは遠心分離機5にて分離される鉄粉含有分離物102の投下と、汚染泥水100の供給を同時に行い、汚染泥水100と鉄粉10もしくは鉄粉含有分離物102を混在させて第1の工程としてもよい。
つまり、鉄粉含有分離物102の投下に着目すると、最左に位置する重金属除去装置3における第3の工程と、中央に位置する重金属除去装置3における第1の工程を同時に行う。同様に、中央に位置する重金属除去装置3における第3の工程と最右に位置する重金属除去装置3における第1の工程、及び最右に位置する重金属除去装置3における第3の工程と最左に位置する重金属除去装置3における第1の工程を、それぞれ同時に行う。こうすると、上流側に位置する重金属除去装置3の第3の工程と、下流側に位置する重金属除去装置3の第1の工程が同時に行われることとなり、汚染泥水の洗浄処理工程(s2)の作業時間を短縮することができ、作業の効率化を図ることが可能となる。
そこで、重金属汚染土壌の洗浄方法における他の実施の形態として、上述する空の状態の下流側に位置する重金属除去装置3の重金属吸着槽4に対して、汚染泥水100の供給と、上流側に位置する重金属除去装置3の第3の工程で分離する鉄粉含有分離物102の投下を同時に行い、汚染泥水100と鉄粉含有分離物102を混在させ、これを第1の工程とする方法を示す。
また、この実施の形態では、図4(a)で示した鉄粉10の流れに図4(b)で示す鉄粉10の流れを追加して、図5で示すように鉄粉10の流れを2系統として、3つの重金属除去装置3をより効率よく稼働させる例を示す。
以下に、図5〜図8を参照しつつ、具体的に汚染土壌の洗浄工法における他の実施の形態を説明する。
なお、前処理工程s1、鉄粉含有物102の廃棄処理工程s3および洗浄泥水103の脱水処理工程s4は、先に示した実施の形態と同一であることから省略し、2系統の鉄粉10の流れを備えた汚染泥水100の洗浄処理工程s2に着目し、第1バッチ〜第9バッチの処理時間単位で詳述する。
第1バッチから第3バッチは3つの重金属除去装置3すべてを稼働させるための準備段階である。
<第1バッチ:図6(a)>
最左に位置する重金属除去装置3にて、鉄粉タンク7に収納されている鉄粉10(1系統目の鉄粉10)を添加すると同時に、重金属吸着水槽4に泥水槽2から汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉10を混在させる(第1の工程)。
この時、中央に位置する重金属除去装置3及び最右に位置する重金属除去装置3は未稼働である。
<第2バッチ:図6(b)>
最左に位置する重金属除去装置3では、重金属吸着水槽4に貯留した汚染泥水100と鉄粉10とを撹拌装置41にて撹拌混合し、鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させながら、鉄粉添加泥水101を作製する(第2の工程)。
中央に位置する重金属除去装置3は未稼働である。
最右に位置する重金属除去装置3では、鉄粉タンク7に収納されている鉄粉10(2系統目の鉄粉10)を添加すると同時に、重金属吸着水槽4に泥水槽2から汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉10混在させる(第1の工程)。
<第3バッチ:図6(c)>
最左に位置する重金属除去装置3では、遠心分離機5にて鉄粉添加泥水101から鉄粉含有分離物102を分離し(第3の工程)、中央に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に投下する。これにより、最左に位置する重金属除去装置3は空の状態となる。
中央に位置する重金属除去装置3では、重金属吸着水槽4に最左に位置する重金属除去装置3における第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下されると同時に、泥水槽2から汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉含有分離物102を混在させる(第1の工程)。
最右に位置する重金属除去装置3では、重金属吸着水槽4に貯留した汚染泥水100と鉄粉10とを撹拌装置41にて撹拌混合し、鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させながら、鉄粉添加泥水101を作製する(第2の工程)。
このように、第3バッチにて3つの重金属除去装置3すべてが稼働を開始することとなる。
次に示す第4バッチから第6バッチは、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉100の転用回数が警告回数を超えておらず、かつ泥水槽2に貯留した汚染泥水100が残存している場合に、汚染泥水100の洗浄を繰り返す段階である。
<第4バッチ:図7(a)>
最左に位置する重金属除去装置3では、空の状態の重金属吸着水槽4に最右に位置する重金属除去装置3における第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下されると同時に、泥水槽2から汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉含有分離物102を混在させる(第1の工程)。
中央に位置する重金属除去装置3では、重金属吸着水槽4に貯留した汚染泥水100と鉄粉含有分離物102とを撹拌装置41にて撹拌混合し、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させながら、鉄粉添加泥水101を作製する(第2の工程)。
最右に位置する重金属除去装置3では、第3の工程を実施し、遠心分離機5にて分離した鉄粉含有分離物102を、最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に投下する。これにより、最右に位置する重金属除去装置3は空の状態となる。
<第5バッチ:図7(b)>
最左に位置する重金属除去装置3では、第2の工程を実施する。
中央に位置する重金属除去装置3では、第3の工程を実施し、遠心分離機5にて分離した鉄粉含有分離物102を、最右に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に投下する。これにより、中央に位置する重金属除去装置3は空の状態となる。
最右に位置する重金属除去装置3では、空の状態の重金属吸着水槽4に中央に位置する重金属除去装置3における第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下されると同時に、泥水槽2から汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉含有分離物102を混在させる(第1の工程)。
<第6バッチ:図7(c)>
最左に位置する重金属除去装置3では、第3の工程を実施し、遠心分離機5にて分離した鉄粉含有分離物102を、中央に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に投下する。これにより、最左に位置する重金属除去装置3は空の状態となる。
中央に位置する重金属除去装置3では、空の状態の重金属吸着水槽4に最左に位置する重金属除去装置3における第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下されると同時に、泥水槽2から汚染泥水100を供給し、汚染泥水100と鉄粉含有分離物102を混在させる(第1の工程)。
最右に位置する重金属除去装置3では、第2の工程を実施する。
以下、第7バッチから第9バッチは、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉10の転用回数が上限に達した場合、もしくは処理する汚染泥水100が尽きた場合に、鉄粉含有分離物102を、重金属除去装置3から廃棄汚泥水槽8に供給する廃棄準備段階である。
<第7バッチ:図8(a)>
最左に位置する重金属除去装置3では、第3の工程が終了後、空の状態の重金属吸着水槽4に、最右に位置する重金属除去装置3における第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下される(第1の工程)。
中央に位置する重金属除去装置3では、第2の工程を実施する。
最右に位置する重金属除去装置3では、第3の工程を実施し、遠心分離機5にて分離した鉄粉含有分離物102を、最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に投下する。これにより、最右に位置する重金属除去装置3は空の状態となる。
<第8バッチ:図8(b)>
最左に位置する重金属除去装置3では、重金属吸着水槽4に貯留した鉄粉含有分離物102(1系統目の鉄粉10を含む)を第4の排泥管43を介して廃棄汚泥水槽8に排出する。このとき、鉄粉含有分離物102がポンプ圧送できない場合には、適宜加水して溶液化し粘性を調整する。
中央に位置する重金属除去装置3では、第3の工程を実施し、遠心分離機5にて分離した鉄粉含有分離物102を、最右に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に投下する。これにより、中央に位置する重金属除去装置3は空の状態となる。
最右に位置する重金属除去装置3では、空の状態の重金属吸着水槽4に中央に位置する重金属除去装置3における第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下される。投下された鉄粉含有分離物102がポンプ圧送できない程度の粘性を有している場合には、適宜加水して溶液化し粘性を調整しておく。
<第9バッチ:図8(c)>
最右に位置する重金属除去装置3では、遠心分離機5を介して鉄粉含有分離物102を最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4に供給する。これにより、最右に位置する重金属除去装置3は空の状態となる。
最後に、最左に位置する重金属除去装置3では、重金属吸着水槽4に貯留した鉄粉含有分離物102(2系統目の鉄粉10を含む)を廃棄汚泥水槽8に排出する。
なお、本実施の形態では最左に位置する重金属除去装置3の重金属吸着水槽4にのみ、第4の排泥管43を介して廃棄汚泥水槽8と連結したため、第9バッチの処理を必要としたが、すべての重金属除去装置3の重金属吸着水槽4を廃棄汚泥水槽8と連結してもよく、この場合には、第9バッチの処理は不要である。
このように、上流側に位置する前記重金属除去装置3に対して下流側に位置する重金属除去装置3にて実施する工程が1工程先行した工程となるよう、3つ以上の重金属除去装置3にて実施する作業工程を一つずつずらす。こうすることで、同一バッチで第1の工程を実施している下流に位置する重金属除去装置3の重金属吸着槽4に、第3の工程を実施している上流に位置する重金属除去装置3から比重分離された鉄粉含有分離物102を投下させることができ、鉄粉10を繰り返し使用しつつ効率よく循環させて作業時間を短縮することが可能となる。
そして、汚染土壌洗浄設備1内で鉄粉10の流れを2系統設け、各々の系統でこの作業を連続させると、3つの重金属除去装置3すべてを同時に稼働させることができ、より効率よく鉄粉10を使用した汚染泥水10の浄化を行うことが可能となる。また、汚染土壌洗浄設備1内で鉄粉10の流れを2系統設けても、図6〜図8をみてもわかるとおり、2系統の鉄粉10どうしが混ざり合うことはない。
なお、本実施の形態では、重金属除去装置3が3つの場合を事例としたが、4つの場合には、図9で示すように、汚染泥水100と鉄粉含有分離物102とを撹拌混合し、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させる時間を長く確保する方法が採用できる。
つまり、図9において最左に位置する重金属除去装置3に着目すると、図9(a)では、重金属吸着水槽4に泥水槽2から汚染泥水100が供給されると同時に、最右に位置する重金属除去装置3の第3の工程で分離された鉄粉含有分離物102が投下される、第1の工程が実施されている。
次に、図9(b)では、重金属吸着水槽4に貯留した汚染泥水100と鉄粉含有分離物102とを撹拌装置41にて撹拌混合し、鉄粉含有分離物102に含まれる鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させ、鉄粉添加泥水101を作製する、第2の工程が実施されている。また、図9(c)でも引き続き、第2の工程が実施されている。
そして、図9(d)において、鉄粉添加泥水101を遠心分離機5に供給し、鉄粉含有分離物102と洗浄泥水103とに分離する、第3の工程が実施されている。なお、この場合には、図9を見るとわかるように、4つ存在する重金属吸着水槽4のうち3つに鉄粉10が添加されていることから、鉄粉10の流れは3系統存在している。
このように、第2の工程を2バッチ連続で実施すると、全体の作業効率を低下させることなく、鉄粉10に汚染泥水100中の重金属を吸着させる時間を長く確保することができる。したがって、洗浄しようとする汚染泥水10に含まれる重金属の種類や汚染泥水10の性状に応じて、重金属除去装置3の数を増減し、第2の工程の連続回数を調整すれば、より確実に鉄粉10に重金属の微粒子を吸着・固定することが可能となる。
ところで、汚染土壌洗浄設備1は、管理者が施工現場の管理事務所等に設置される端末装置90にて遠隔操作が可能な構成を有している。
図1に示すように、端末装置90は、情報処理装置91、入力装置92および出力装置93を少なくとも備えるいわゆるパソコンであり、情報処理装置91は演算処理装置及び記憶装置等のハードウェアと、該ハードウェア上で動作するソフトウェアとで構成されている。また、泥水槽2、3つの重金属除去装置3、洗浄泥水槽6、鉄粉タンク7、廃棄汚泥水槽8、鉄粉分離装置9各々と通信接続されている。
そして、端末装置90の情報処理装置91には、汚染土壌洗浄設備1にて上述した汚染土壌の洗浄工法を実施するための4つの工程(s1〜s4)を実行するための操作を支援するプログラムが格納されている。同時に、汚染土壌洗浄設備1を制御する自動制御部911、鉄粉タンク7より供給される鉄粉10を管理する鉄粉管理部912、汚染泥水の洗浄処理工程(s2)におけるバッチ処理時間を報知する時間報知部913、および泥水槽2内の汚染泥水100を監視する泥水監視部914を備えている。
自動制御部911は、少なくとも、第1から第4の排泥管22、42、51、43各々に備えられている電磁バルブの開閉を制御するバルブ制御機能、電磁バルブの開閉に伴うポンプの作動を制御するポンプ制御機能、及び重金属吸着水槽4に備えられている撹拌装置42の作動を制御する撹拌制御機能を有している。そして、上述した4つの工程(s1〜s4)に応じて、電磁バルブの開閉、ポンプの作動、および撹拌装置42の作動を制御する。なお、本実施の形態では、第1から第4の排泥管22、42、51、43各々に電磁バルブを備えたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、電動バルブやエアバルブなど、自動バルブであればいずれを採用してもよい。
鉄粉管理部912は、汚染泥水の洗浄処理工程(s2)において、例えば3つの重金属除去装置3各々にて第2の工程を実施する回数を鉄粉10の転用回数としてカウントする、転用回数カウント機能を備えている。また、あらかじめ設定した鉄粉10の転用に係る警告回数が格納されており、鉄粉10の転用回数が警告回数に達した時点で転用回数警告信号を出力装置93に出力する。
時間報知部913は、汚染泥水の洗浄処理工程(s2)における第1〜第9バッチの1バッチ分に必要な処理時間が格納されている。そして、第1バッチの処理開始から処理時間が経過するごとに、出力装置に処理時間が経過したことを知らせる時間報知信号を出力する。なお、1バッチ分の処理時間は、いずれの基準にて設定してもよいが、1バッチの間に3つの重金属除去装置3各々で実施される第1〜第3の工程のうち、第2の工程が最も時間を要することから、第2の工程を実施するのに必要な時間を、1バッチ分の処理時間として設定するとよい。
泥水監視部914は、汚染泥水100の比重を検知する比重検知機能と、泥水槽2内における汚染泥水100の液位を検知する液位検知機能を有している。そして、あらかじめ設定した汚染泥水100に係る比重の上限値を格納しておき、比重が上限値を超えた場合に出力装置93に比重警告信号を出力する。また、泥水槽2における汚染泥水100の下限液位を設定して格納しておき、泥水槽2における液位が下限液位に到達した場合に、出力装置93に液位警告信号を出力する。
これにより、自動制御部911は、入力装置92より汚染土壌洗浄設備1の運転開始信号を検知すると、前処理工程s1を実行して、泥水監視部914にて汚染泥水100の比重管理、および汚染泥水100の液位管理を開始し、比重警告信号および液位警告信号が出力されなければ、汚染泥水の洗浄処理工程s2に移行する。
すると、自動制御部911は、汚染泥水の洗浄処理工程s2における第1バッチの処理(図6(a))を開始するとともに、鉄粉管理部912による鉄粉10の転用回数管理、および時間報知部913による処理時間管理を開始する。
具体的には、バルブ制御機能およびポンプ制御機能にて、泥水槽2と最左に位置する重金属吸着水槽4を連結する第1の排泥管22の、電磁バルブを開にするとともにポンプを作動する。また、鉄粉タンク7より鉄粉を最左に位置する重金属吸着水槽4に投下する。この後、時間報知部913より出力装置93に時間報知信号が出力されるとこれを検知し、バルブ制御機能およびポンプ制御機能にて、電磁バルブを閉にするとともにポンプの作動を停止し、第1バッチの処理を終了して第2バッチの処理を開始する。
第2バッチの処理(図6(b))では、自動制御部911は、バルブ制御機能およびポンプ制御機能にて、泥水槽2と最右に位置する重金属吸着水槽4を連結する第1の排泥管22の、電磁バルブを開にするとともにポンプを作動する。また、鉄粉タンク7より鉄粉10を最右に位置する重金属吸着水槽4に投下する。さらに、撹拌制御機能にて、最左に位置する重金属除去装置3における重金属吸着水槽4の撹拌装置41を作動させる。この後、時間報知部913より出力装置93に時間報知信号が出力されるとこれを検知し、バルブ制御機能およびポンプ制御機能にて、電磁バルブを閉にするとともにポンプの作動を停止し、また、撹拌制御機能にて、撹拌装置41の作動を停止する。そして、第2バッチの処理を終了して第3バッチの処理を開始する。
第3バッチの処理(図6(c))では、自動制御部911は、バルブ制御機能およびポンプ制御機能にて、泥水槽2と中央に位置する重金属吸着水槽4を連結する第1の排泥管22の、電磁バルブを開にするとともにポンプを作動する。また、最左に位置する重金属吸着水槽4と遠心分離機5を連結する第2の排泥管42の、電磁バルブを開にするとともにポンプを作動する。さらに、この遠心分離機5と洗浄泥水槽8を連結する第3の排泥管51の、電磁バルブを開にするとともにポンプを作動する。また、撹拌制御機能にて、最右に位置する重金属吸着水槽4の撹拌装置41を作動させる。
このように、時間報知部913より出力される時間管理信号を検知するごとに、第6バッチ(図8(c))まで処理を進め、それ以降は、第4バッチから第6バッチの処理(図8(a)〜図8(c))を繰り返す。
そして、自動制御部911が、上記処理の途中で鉄粉10の転用回数警告信号もしくは泥水槽2の液位警告信号を検知すると、汚染泥水の洗浄処理工程s2の処理を終了させるべく、第4バッチから第6バッチの処理の繰り返しを終了し、第7バッチから第9バッチの処理に応じた処理を進める。この後、鉄粉10を最終鉄粉含有分離物104として廃棄するための鉄粉含有分離物の廃棄処理工程s3を開始する。
このように、汚染土壌洗浄設備1は、端末装置90にて自動制御を行うことが可能となるが、少なくとも自動制御部911にて実施される制御は、入力装置92を介して、管理者が手動で実施することが可能であることは言うまでもない。
本発明の汚染土壌の洗浄工法によれば、鉄粉10は重金属除去装置3各々で洗浄泥水100に含まれる重金属を吸着しながら、休眠することなく常に3つ以上の重金属除去装置3を順に循環する。これにより、作業効率が向上し、作業時間を大幅に短縮することが可能となる。
本発明の汚染土壌洗浄設備1および汚染土壌洗浄設備1を用いた汚染土壌の浄化方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
1 汚染土壌洗浄設備
2 泥水槽
21 比重検出器
22 第1の排泥管
3 重金属除去装置
4 重金属吸着槽
41 撹拌装置
42 第2の排泥管
43 第4の排泥管
5 遠心分離機
51 第3の排泥管
6 洗浄泥水槽
7 鉄粉タンク
8 廃棄汚泥水槽
9 鉄粉分離装置
10 鉄粉
100 汚染泥水
101 鉄粉添加泥水
102 鉄粉含有分離物
103 洗浄泥水
104 最終鉄粉含有分離物
50 泥水処理施設
501 固液分離装置
502 調整槽
503 余剰泥水槽
60 シールド掘削機
61 圧力室
90 端末装置
91 情報処理装置
92 入力装置
93 出力装置
911 自動制御部
912 鉄粉管理部
913 時間報知部
914 泥水監視部

Claims (5)

  1. 重金属に汚染された粘性土を含む汚染泥水を貯留し、該汚染泥水の比重を管理調整する泥水槽と、該泥水槽より供給される前記汚染泥水を鉄粉にて洗浄し、前記重金属が除去された洗浄泥水を作製する3つ以上の重金属除去装置と、該重金属除去装置各々より排出される前記洗浄泥水を貯留する洗浄泥水槽とを備える汚染土壌洗浄設備であって、
    3つ以上の前記重金属除去装置は各々が、
    前記汚染泥水と前記鉄粉とを撹拌混合して該鉄粉に前記汚染泥水中の重金属を吸着させながら、鉄粉添加泥水を作製する重金属吸着槽と、
    該重金属吸着槽で作製した前記鉄粉添加泥水を前記洗浄泥水と前記重金属を吸着した鉄粉が含有された鉄粉含有分離物とに比重分離する遠心分離機と、
    を有するとともに
    3つ以上の前記重金属除去装置は互いに、
    前記鉄粉含有分離物に含有された状態の前記鉄粉が、前記重金属除去装置各々を経由して循環する循環路を形成するよう、配置され、
    前記循環路において、前記重金属除去装置各々の遠心分離機にて比重分離した前記鉄粉含有分離物が、下流側に隣り合う前記重金属除去装置の前記重金属吸着槽に直接投下されることを特徴とする汚染土壌洗浄設備。
  2. 請求項1に記載の汚染土壌洗浄設備において、
    3つ以上の前記重金属除去装置のうち、少なくとも1つの重金属除去装置に備えた前記重金属吸着槽が、鉄粉含有分離物を廃棄するための廃棄汚泥水槽に連結されることを特徴とする汚染土壌洗浄設備。
  3. 請求項1または2に記載の汚染土壌洗浄設備において、
    前記泥水槽から前記重金属吸着槽各々に汚染泥水を供給するための排泥管および前記重金属吸着槽から前記遠心分離機に前記鉄粉添加泥水を供給するための排泥管にそれぞれ自動バルブ及びポンプが、また、前記遠心分離機から前記洗浄泥水槽に前記洗浄泥水を供給するための排泥管に自動バルブが設けられるとともに、
    該自動バルブの開閉、およびこれに伴う前記ポンプの作動を制御する端末装置が備えられることを特徴とする汚染土壌洗浄設備。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載の汚染土壌洗浄設備を用いた汚染土壌の洗浄工法であって、
    前記鉄粉含有分離物に含有された状態の前記鉄粉の前記循環路を形成するように配置された3つ以上の前記重金属除去装置各々において、
    前記重金属吸着槽にて、前記泥水と前記鉄粉もしくは前記鉄粉含有分離物を混在させる第1の工程、前記泥水と前記鉄粉もしくは前記鉄粉含有分離物を混合撹拌して、前記鉄粉もしくは前記鉄粉含有分離物に含まれる鉄粉に汚染泥水中の重金属を吸着させながら、前記鉄粉添加泥水を作製する第2の工程、および前記鉄粉添加泥水を前記重金属吸着槽から前記遠心分離機に供給し、前記洗浄泥水と前記鉄粉含有分離物とに比重分離する第3の工程を繰り返し実行させるとともに、
    第3の工程を実施している前記重金属除去装置から、前記循環路の下流側に隣り合う第1の工程を実施している前記重金属除去装置の重金属吸着槽に、比重分離された鉄粉含有分離物を投下させるよう、前記重金属除去装置各々で同時刻に実施する作業工程をずらすことを特徴とする汚染土壌の洗浄工法。
  5. 請求項4に記載の汚染土壌の洗浄工法において、
    前記第2の工程を複数回連続して行った後、第3の工程に移行することを特徴とする汚染土壌の洗浄工法。
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