JP6587080B1

JP6587080B1 - 土壌浄化システム

Info

Publication number: JP6587080B1
Application number: JP2018216011A
Authority: JP
Inventors: 公信山▲崎▼; 長谷川　浩; 浩長谷川
Original assignee: 公信山▲崎▼
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: JP2020069462A

Abstract

【課題】土壌を礫と砂と細粒分とに湿式分級する一方、細粒分に吸着されている有害金属等を除去することができる簡素で低コストの土壌浄化システムを提供する。【解決手段】土壌浄化システムは、有害金属汚染土壌を破砕し礫と砂と細粒分とに分級する土壌分級部と、土壌分級部から排出されたスラッジから鉄系細粒分を除去して有害金属等を低減する前処理部と、前処理部から排出されたスラッジから有害金属等を除去する後処理部とを有する。前処理部は、磁性球２０とスラッジの混合物を可動容器１００の揺動により攪拌し、スラッジ中の鉄系細粒分を磁性球２０に吸着させる鉄系細粒分吸着装置１８と、吸着装置１８から排出された磁性球２０とスラッジとを分離するスクリーン装置１９と、スクリーン装置１９から排出された磁性球２０から鉄系細粒分を除去する遠心分離機２２と、磁性球２０を吸着装置１８に返送する磁性球返送装置２３とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、礫と砂と細粒分とを含み有害金属及び／又はその化合物で汚染された土壌を浄化する土壌浄化システムに関するものである。

近年、例えばクロム、鉛、カドミウム、セレン、水銀などの有害金属及び／又はその化合物（以下、これらを「有害金属等」と総称する。）を原料又は材料として用いる生産施設の敷地又はその近隣地における土壌汚染、あるいは有害金属等を含む産業廃棄物の不法投棄等による土壌汚染が多発している。そして、有害金属等で汚染された土壌（以下「有害金属汚染土壌」という。）を、現に存在する位置（以下「原位置」という。）で、例えば有害金属等の不溶化、封じ込め又は電気修復などにより効果的に浄化することはかなり困難である。このため、有害金属汚染土壌は、一般に、掘削により原位置から除去され、外部の土壌浄化施設で浄化される。

このような原位置外の土壌浄化施設で有害金属汚染土壌を浄化する手法としては、従来、有害金属汚染土壌を洗浄水等で洗浄して有害金属等を除去する洗浄法が広く用いられている。そして、有害金属汚染土壌を洗浄水で洗浄した場合、土壌から水中に一旦離脱した有害金属等の大部分は、比較的粒径が小さい細粒分の表面に吸着され又は付着し、細粒分の表面に集約されるということが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

したがって、有害金属汚染土壌を洗浄水で洗浄しつつ礫と砂と細粒分とに分級した上で、細粒分に対して有害金属等を除去するための化学的な処理を施すことにより、ほとんど有害金属等を含まない礫と砂と細粒分とを得ることができる。かくして、本願出願人は、すでに、有害金属汚染土壌を洗浄水で洗浄しつつ、礫と砂と細粒分とに分級した上で、細粒分に対してキレート剤と水とを含むキレート洗浄液で洗浄処理を施すことにより、細粒分から有害金属等を除去するようにした土壌浄化施設（汚染土壌浄化装置）を種々提案している（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許第５７２３０５４号公報特許第５７２３０５５号公報特許第４７５５１５９号公報特許第６００７１４４号公報

環境省水・大気環境局土壌環境課「汚染土壌処理業の許可審査等に関する技術的留意事項」第２１頁、平成２５年８月発行桂鉄雄「鉄粉法による排水処理」浮選、ｖｏｌ．２３（１９７６）、Ｎｏ３、Ｐ１９０−１９８（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｊｓｔａｇｅ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｒｔｉｃｌｅ／ｒｐｓｊ１９５４／２３／３／２３＿３＿１９０／＿ｐｄｆ）

ところで、汚染土壌処理業者によるこの種の土壌浄化施設では、通常、大量の汚染土壌を浄化するので（例えば、１日あたり２０００トン）、大量の細粒分が生成される（例えば、乾燥基準で１日あたり５００〜６００トン）。したがって、このように大量の細粒分を、例えばキレート洗浄液で洗浄する場合、比較的高価なキレート剤を大量に必要とするので、汚染土壌の処理コストが高くなるといった問題がある。このような土壌浄化施設におけるキレート剤の必要量ないしは使用量は、細粒分の有害金属等の含有量が多ければ多いほど多くなる。なお、細粒分をキレート剤以外の化学薬品で洗浄して有害金属等を除去する場合にも同様の問題が生じる。また、活性炭等を用いて物理化学的により有害金属等を除去する場合にも同様の問題が生じる。

本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたものであって、礫と砂と細粒分とを含みかつ有害金属等で汚染された土壌を洗浄水で洗浄しつつ礫と砂と細粒分とに分級することができ、かつ分離された細粒分に吸着され又は付着している有害金属等を除去することができる、簡素で処理コストの低い土壌浄化システムを提供することを解決すべき課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係る、礫と砂と細粒分とを含み有害金属等（有害金属及び／又はその化合物）ないしはこれらのイオンで汚染された土壌を浄化する土壌浄化システムは、土壌分級部と、前処理部と、後処理部とを備えている。土壌分級部は、土壌を、洗浄水で洗浄しつつ礫と砂とを破砕した上で、礫と砂と細粒分とに分級する。前処理部は、土壌分級部で分離された細粒分と洗浄水とを含むスラッジから、磁力で吸着可能な程度に鉄及び／又は鉄酸化物（以下「鉄等」と総称する。）を含む鉄系細粒分を磁力で吸着して除去することにより、スラッジの有害金属等の含有率を低下させる。後処理部は、前処理部から排出されたスラッジに化学的処理又は物理化学的処理（例えば、吸着処理）を施して、スラッジ中の細粒分の表面に吸着され又は付着している有害金属等を除去する。

前処理部は、鉄系細粒分吸着装置と、スクリーン装置と、遠心分離機と、磁性球返送装置とを有する鉄分除去装置を備えている。鉄系細粒分吸着装置は、中空球状体の中空部に複数の永久磁石が同一磁性の磁極（Ｎ極又はＳ極）が球状体半径方向外向きとなるように装着されてなる複数（多数）の磁性球と、土壌分級部の構成要素であるシックナから排出されたスラッジとを、揺動又は振動が可能な可動容器に受け入れ、磁性球とスラッジの混合物を可動容器の揺動又は振動により攪拌して、スラッジ中の鉄系細粒分を磁力で磁性球に吸着させる。スクリーン装置は、鉄系細粒分吸着装置から排出された磁性球とスラッジの混合物を受け入れて、磁性球とスラッジとに分離（スクリーニング）する。遠心分離機は、スクリーン装置から排出された、鉄系細粒分を吸着している磁性球を間欠的に回分式（バッチ式）で受け入れて、遠心力により磁性球から鉄系細粒分を離脱させる。磁性球返送装置は、遠心分離機から排出された、鉄系細粒分をほとんど吸着していない磁性球を鉄系細粒分吸着装置に返送する。

本発明に係る土壌浄化システムにおいて、磁性球返送装置は、直立型ベルトコンベアと、磁性球搬送手段と、磁性球供給手段とを備えているのが好ましい。ここで、直立型ベルトコンベアは、遠心分離機の下端部より低い位置に配置された駆動ローラと、駆動ローラの上方において鉄系細粒分吸着装置の上端部より高い位置に配置された従動ローラと、駆動ローラと従動ローラとに巻き掛けられた強磁性金属からなる無端金属ベルトと、無端金属ベルトの外側表面に装着され無端金属ベルトの上方への走行時に、無端金属ベルトに吸着されている磁性球の下降を係止する磁性球係止部材とを有するものであるのが好ましい。この場合、磁性球搬送手段は、遠心分離機から排出された磁性球を、直立型ベルトコンベアの下端部ないしはその近傍に搬送して無端金属ベルトに磁力で吸着させる。また、磁性球供給手段は、直立型ベルトコンベアの上端部ないしはその近傍で無端金属ベルトから磁性球を離脱させて鉄系細粒分吸着装置に供給する（移動させる）。

本発明に係る土壌浄化システムにおいて、後処理部は、細粒分洗浄装置と、濾過装置と、逆浸透膜分離装置と、キレート剤再生装置と、透過水移送手段とを有するものであるのが好ましい。この場合、細粒分洗浄装置は、鉄分除去装置から排出されたスラッジと、キレート剤及び水を含むキレート洗浄液とを混合して細粒分スラリーを生成し、該細粒分スラリーを予め設定された滞留時間を確保するように流動させることにより、細粒分に付着している有害金属等をキレート剤に捕捉させる。濾過装置は、細粒分洗浄装置から排出された細粒分スラリーを濾過して、濾液と濾過ケークとを生成する。逆浸透膜分離装置は、濾過装置から排出された濾液を、逆浸透膜により、キレート剤が濃縮された濃縮水とキレート剤を含まない透過水とに分離する。キレート剤再生装置は、逆浸透膜分離装置から排出された濃縮水を受け入れ、キレート剤よりも錯生成力が高く濃縮水と接触したときに該濃縮水中の有害金属等を吸着する固相吸着材により、濃縮水中のキレート剤から有害金属等を除去して該濃縮液をキレート洗浄液として細粒分洗浄装置に供給する。透過水移送手段は、逆浸透膜分離装置から排出された透過水をシックナに移送（返送）する。

一般に、洗浄水を用いる汚染土壌の洗浄・分級の過程では、有害金属等は礫及び砂にはほとんど吸着（付着）されず、細粒分に集約して吸着（付着）される（例えば、非特許文献１参照）。そして、細粒分は、磁力で吸着可能な程度に鉄等を含む比較的少量の鉄系細粒分と、鉄系細粒分以外の磁力では吸着できない比較的多量の細粒分（以下「非鉄系細粒分」という。）とを含む。一方、鉄等は有害金属等を吸着する性質を有するので（例えば、非特許文献２参照）、表面に露出している鉄等を含む鉄系細粒分の有害金属等の吸着量（付着量）は、非鉄系細粒分の有害金属等の吸着量（付着量）よりかなり多くなる。

そして、本発明に係る土壌浄化システムによれば、湿式破砕機で礫及び／又は砂が破砕されて細粒分が生成されるが、これらの細粒分のうち礫中又は砂中に偏在又は点在していた鉄等の微小塊を多く含む細粒分は鉄系細粒分であり、これらの鉄系細粒分の表面に露出している鉄等は湿式破砕機から鉄分除去装置に至る一連の流通過程で比較的多量の有害金属等を吸着する。したがって、鉄分除去装置には、破砕以前に存在した鉄系細粒分と、破砕によって生成された鉄系細粒分とが導入され、これらの鉄系細粒分はいずれもはかなり多量（非鉄系細粒分と比べて）の有害金属等を吸着している。

かくして、前処理部としての鉄分除去装置では、可動容器内の磁性球とスラッジとが混在する混合物が、可動容器の揺動又は振動により攪拌され、スラッジ中の鉄系細粒分が磁力で磁性球に吸着される。このように、有害金属等の吸着量が多いスラッジ中の鉄系細粒分が磁性球により吸着されてスラッジから除去されるので、スラッジの有害金属等の含有率ないしは保有率を低下させることができる。したがって、鉄分除去装置から排出されたスラッジに化学的処理又は物理化学的処理を施す後処理部に対する有害金属等の負荷を軽減することができる。これにより、化学薬品や吸着剤等の処理剤の必要量ないしは使用量を低減することができ、土壌の処理コストを低減することができる。湿式破砕機及び鉄分除去装置は、物理的な処理を施す機械的な構造のものであり、格別の化学薬品ないしは処理剤を使用しないので、その運転コストは非常に低い。

なお、各磁性球においては、中空球状体の中空部に複数の永久磁石が同一磁性の磁極（例えばＮ極）が球状体半径方向外向きとなるように装着されているので、磁性球同士は互いに反発しあう。このため、鉄系細粒分吸着装置内、スクリーン装置上あるいはその他の磁性球移動経路においては、磁性球同士が互いに吸着しあって塊状（ブドウの房状）となることはなく、各磁性球は互いに反発し合いながら、適度に離間して円滑に移動することができる。

本発明に係る土壌浄化システムの概略構成を示すブロック図である。土壌浄化システムを構成する鉄分除去装置（前処理部）の模式的な立面図である。（ａ）は鉄分除去装置を構成する鉄系細粒分吸着装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す鉄系細粒分吸着装置の側面断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示す鉄系細粒分吸着装置のＢ−Ｂ線断面図（横断面図）である。（ａ）は開口部が上方を向いた状態にある可動容器の横断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す状態から反時計回り方向に所定の角度だけ回動した状態にある可動容器の横断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す状態から時計回り方向に所定の角度だけ回動した状態にある可動容器の横断面図であり、（ｄ）は（ａ）に示す状態から１８０°回動した状態（反転状態）にある可動容器の横断面図である。磁性球の模式的な断面図である。遠心分離機の模式的な一部断面立面図である。（ａ）は磁性球搬送コンベア及び直立型ベルトコンベアの一部の模式的な側面図であり、（ｂ）は直立型ベルトコンベアの一部の模式的な側面図であり、（ｃ）は直立型ベルトコンベアの一部の模式的な正面図である。（ａ）は細粒分洗浄装置（後処理部の一部）の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す細粒分洗浄装置のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は細粒分洗浄装置の１つのスラリー通路の立面断面図である。キレート剤再生装置（後処理部の一部）の模式的な立面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る土壌浄化システムＳにおいては、有害金属等（有害金属及び／又はその化合物）ないしはこれらのイオンで汚染された地盤の掘削等により採取された土壌（汚染土壌）が、投入ホッパ１に受け入れられる。なお、有害金属としては、例えばクロム、鉛、カドミウム、セレン、水銀、金属砒素などが挙げられる。そして、投入ホッパ１内の土壌は連続的又は間欠的に混合器２に投入され、混合器２に連続的に供給される洗浄水と混合される。ここで、土壌は、礫（例えば、粒径２〜７５ｍｍ）と、砂（例えば、粒径０．０７５〜２ｍｍ）と、細粒分（例えば、粒径０．０７５ｍｍ以下）とを含み、場合によっては石（例えば、粒径７５ｍｍ以上）も含むものである。

混合器２で生成された土壌と洗浄水とを含む混合物（以下「土壌・水混合物」という。）は、湿式破砕機であるミルブレーカ３に移送される。ミルブレーカ３としては、例えばロッドミルを用いることができる。ロッドミルは、詳しくは図示していないが、ドラムの中に複数のロッド（例えば、１０本の７５ｍｍφ×２ｍのスチールロッド）が配置された破砕装置であり、ドラムの回転によってロッドが互いに平行に転動して線接触し、その衝撃力、剪断力、摩擦力等により礫及び砂を（場合によっては石も）破砕して細粒分等の小径の土壌粒子を生成することができるものである。ミルブレーカ３として、ロッドミルのほかにボールミルなども用いることができる。なお、礫及び砂は、その一部が細粒分になるのであって、すべてが細粒分になる訳ではない。

かくして、ミルブレーカ３は、混合器２から排出された土壌・水混合物中の礫及び砂を（場合によっては石も）破砕して細粒分等の小径の土壌粒子を生成する。これにより、礫及び砂に吸着され（付着し）又は含まれていた有害金属等が水中に離脱する。このとき、基本的には（後記の鉄等による吸着はさておき）、水中に離脱した有害金属等は、礫及び砂にはほとんど吸着されず、ないしは付着せず、細粒分に集約して吸着され、ないしは付着する（例えば、非特許文献１参照）。

さらに、礫及び砂の内部に偏在又は点在していた鉄等（鉄及び／又は酸化鉄）の微小塊が表面に露出する多数の鉄系細粒分が生成される。一方、一般に鉄等は有害金属等を吸着する性質がある。このため、洗浄水中に存在する有害金属等ないしはこれらのイオンの一部が鉄系細粒分の鉄等の露出面に吸着され、ないしは付着する。その結果、鉄系細粒分の有害金属等の吸着量（付着量）は、非鉄系細粒分の有害金属等の吸着量（付着量）よりかなり多くなる。つまり、ミルブレーカ３から排出される細粒分は、有害金属等の吸着量（付着量）が多い鉄系細粒分と、有害金属等の吸着量（付着量）が少ない非鉄系細粒分とで構成される。なお、破砕以前から存在する鉄系細粒分も、非鉄系細粒分に比べてかなり多くの有害金属等を吸着しているのはもちろんである。

このように有害金属等を吸着している鉄系細粒分は、後で説明するように、鉄分除去装置１２によって除去される。一方、鉄等（鉄及び／又は酸化鉄）が有害金属等を吸着する性質を有することは一般に知られており、この性質を利用して、有害金属等を含むスラッジに鉄粉ないしは酸化鉄の粉末を添加することにより、スラッジから有害金属等を除去するようした「鉄粉法」が種々提案されている（例えば、特許文献３〜４、非特許文献２参照）。しかしながら、本発明のように、礫及び砂を破砕することにより、表面にフレッシュな（まだ有害金属等を吸着していない）鉄等の微小塊が露出した鉄系細粒分を生成し、これらの露出した鉄等の微小塊（鉄系細粒分）に有害金属等を吸着させるようにした有害金属等の処理手法は、本願の出願人ないし発明者以外の者によっては未だ提案されていない。

ミルブレーカ３から排出された土壌・水混合物はトロンメル４に導入される。トロンメル４は、詳しくは図示していないが、水を貯留することができる受槽と、水平面に対して傾斜して配置された略円筒形のドラムスクリーンとを有する篩分装置であって、ドラムスクリーンは、モータによりその中心軸（円筒の中心軸）まわりに回転することができるようになっている。また、ドラムスクリーン内に、洗浄水をスプレー状で噴射することができるようになっている。

トロンメル４の回転しているドラムスクリーンの内部を土壌・水混合物が流れる際に、ドラムスクリーンの網目より細かい土壌粒子は、洗浄水とともにドラムスクリーンの網目を通り抜け、ドラムスクリーン外に出て受槽内に入る。他方、ドラムスクリーンの網目より粗い土壌粒子は、ドラムスクリーンの網目を通り抜けることができないので、ドラムスクリーンの下側の開口端を経由して、ドラムスクリーン外に排出される。

トロンメル４では、ドラムスクリーンの網目の分級径（目開き）は、粒径が２ｍｍ未満の土壌粒子、すなわち砂及び細粒分がドラムスクリーンの網目を通り抜けるように設定されている。したがって、このトロンメル４では、粒径が２ｍｍ以上の土壌粒子である礫が（場合によっては石も）土壌・水混合物から分離される。前記のとおり、水中に離脱した有害金属等は礫及び砂にはほとんど吸着されず、ないしは付着しないので、トロンメル４で分離された礫はほぼ清浄なものであり、例えばコンクリート用の骨材等として用いることができる。なお、トロンメル４のドラムスクリーンの網目の寸法（目開き）は前記のものに限定されるわけではなく、得ようとする土壌粒子の粒径に応じて、任意に設定することができるのはもちろんである。

トロンメル４の受槽内に収容された粒径が２ｍｍ未満の土壌粒子、すなわち砂及び細粒分と、洗浄水とを含む土壌・水混合物はサイクロン５（液体サイクロン）に導入される。サイクロン５は、詳しくは図示していないが、下方に向かって狭まる略円錐状のシリンダ内に土壌・水混合物をポンプで圧送して旋回流を生じさせ、これによって生じる遠心力を利用して、土壌・水混合物を、比較的粒径が小さい細粒分（例えば、粒径０．０７５ｍｍ未満）と水の混合物と、比較的粒径が大きい砂（例えば、粒径０．０７５ｍｍ以上）と水の混合物とに分離する。

そして、細粒分と水の混合物（以下「細粒分含有水」という。）はサイクロン５の上端部から排出され、比較的粒径が大きい砂と水の混合物はサイクロン５の下端部から排出される。ここで、サイクロン５の下端部から排出された砂は、前記のとおり有害金属等をほとんど含んでいないので、水切りないしは乾燥処理を施して再生砂として利用される。他方、細粒分含有水はＰＨ調整槽６に移送される。

ＰＨ調整槽６では、細粒分含有水のｐＨ（水素指数）が、酸液（例えば、硫酸、塩酸）及びアルカリ液（例えば、水酸化ナトリウム水溶液）を用いて、ほぼ中性となるように調整される。なお、図示していないが、ＰＨ調整槽６では、細粒分含有水のｐＨは、ｐＨメータ等を備えたｐＨ自動制御装置により自動的に調整される。

ＰＨ調整槽６でｐＨが調整された細粒分含有水は凝集槽７に導入される。凝集槽７では、細粒分含有水にポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）水溶液と、高分子凝集剤と、ｐＨ調整剤（酸性液又はアルカリ性液）とが添加される。これにより、凝集槽７内に非水溶性の金属水酸化物と細粒分とが混在する多数のフロックが生成される。

凝集槽７内の細粒分含有水（フロックを含む）はシックナ８（重力沈降槽）に導入される。シックナ８は、詳しくは図示していないが、細粒分含有水がほぼ静止している状態で非水溶性のフロックないしは細粒分を重力により沈降させ、下部に位置するスラッジ層（例えば、固形分の比率が５〜１０％）と、上部に位置しほとんどフロックないしは細粒分を含まない上澄水（洗浄水）とを形成する。なお、上澄水の表面に浮上油が浮遊している場合、この浮上油は、少量の上澄水をシックナ８の上部から溢流させることにより除去される。

シックナ８内の上澄水は、洗浄水槽１０に導入され、一時的に貯留される。洗浄水槽１０が満杯になったときには予備水槽１１が使用される。洗浄水層１０ないしは予備水槽１１に貯留されている洗浄水は、循環水として混合器２及びトロンメル４に供給される。洗浄水槽１０に貯留されている洗浄水が、蒸発等により減少したときには、適宜に水道水が補給される。他方、シックナ８の下部に沈殿ないしは滞留しているスラッジは、中間タンク９に移送され、一時的に貯留される。なお、投入ホッパ１から中間タンク９に至る一連の装置１〜９は、土壌浄化システムＳの土壌分級部の構成要素である。

中間タンク９内のスラッジは、前処理部としての鉄分除去装置１２に移送される。鉄分除去装置１２は、スラッジから鉄系細粒分を磁力で吸着して除去することにより、スラッジの有害金属等の含有率を低下させる。鉄分除去装置１２から排出された鉄系細粒分は、例えば製鉄業者等に供給され、製鉄原料として利用される。鉄分除去装置１２から排出されたスラッジは、細粒分洗浄装置１３と、濾過装置１４と、清澄濾過器１５と、逆浸透膜分離装置１６と、キレート剤再生装置１７とによって処理され、有害金属等をほとんど含まないほぼ清浄な細粒分と、キレート洗浄液とが生成される。なお、これらの装置１３〜１７は、土壌浄化システムＳの後処理部の構成要素であるが、その具体的な構成及び機能は、後で詳しく説明する。

以下、図２〜図７を参照しつつ前処理部としての鉄分除去装置１２の具体的な構成及び機能を説明する。
図２に示すように、鉄分除去装置１２は、その主たる構成要素として、複数（多数）の磁性球２０とシックナ８（図１参照）から排出されたスラッジとを接触させる鉄系細粒分吸着装置１８と、鉄系細粒分吸着装置１８から排出された磁性球２０とスラッジの混合物（混成物）を磁性球２０とスラッジとに分離するスクリーン装置１９と、スクリーン装置１９から受け入れた磁性球２０から鉄系細粒分を除去する遠心分離機２２と、遠心分離機２２から排出された磁性球２０を鉄系細粒分吸着装置１８に返送する磁性球返送装置２３とを備えている。

さらに、鉄分除去装置１２は、それぞれ、鉄系細粒分吸着装置１８、遠心分離機２２又は磁性球返送装置２３に供給される磁性球２０を一時的に貯留する第１〜第３磁性球貯留容器２４〜２６と、スクリーン装置１９から流下したスラッジを一時的に貯留するスラッジ貯留槽２７とを備えている。なお、磁性球２０は、後で説明するように、中空球状体２９の中空部に複数の永久磁石３０が同一磁性の磁極（Ｎ極又はＳ極）が球状体半径方向外向きとなるように装着されてなるものである（図５参照）。

鉄系細粒分吸着装置１８は、複数（多数）の磁性球２０とシックナ８（図１参照）から排出されたスラッジとを、揺動（スイング）することができる可動容器１００に受け入れ、磁性球２０とスラッジの混合物を可動容器１００の揺動により攪拌して、スラッジ中の鉄系細粒分を磁力で磁性球２０に吸着させる。なお、鉄系細粒分吸着装置１８の具体的な構成及び機能は、後で図３及び図４を参照しつつ説明する。

スクリーン装置１９は、鉄系細粒分吸着装置１８から排出された磁性球２０とスラッジの混合物を受け入れて、磁性球２０とスラッジとに分離（スクリーニング）する。詳しくは図示していないが、スクリーン装置１９は、可動容器１００の下側で、第２磁性球貯留容器２５に向かって下降しつつ傾斜して延びる網目状ないしは格子状のスクリーンを有する。このスクリーンの目の開き（開口寸法）は、磁性球２０が通り抜けることができない寸法となっている。

鉄系細粒分吸着装置１８からスクリーン上に磁性球２０とスラッジとが混在する混合物が落下ないしは流下したときには、磁性球２０は傾斜しているスクリーン上を転動して第２磁性球貯留容器２５内に落下する。他方、スラッジは、スクリーンの網目ないしは開き目を通り抜けて下方に流下し、スラッジ貯留槽２７に収容される。なお、鉄分除去装置１２には、スラッジ貯留槽２７内のスラッジを細粒分洗浄装置１３（図１参照）に輸送するためのスラッジポンプ３４が設けられている。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、鉄系細粒分吸着装置１８の可動容器１００は、基本的にはその長手方向（可動容器中心軸が伸びる方向）の両端がそれぞれ端板１０１、１０２で閉止されたおおむね円筒形（ドラム状）のものであるが、その上部が切り欠かれて開放され（例えば、中心角で９０〜１２０°）、容器状となっている。そして、可動容器１００には、円筒中心軸が伸びる方向に伸び両端板１０１、１０２を貫通して円筒容器外部に突出する回動シャフト１０３が固定されている。なお、回動シャフト１０３は複数のフランジ１０４により、両端板１０１、１０２に堅固に固定されている。

回動シャフト１０３の両端近傍部は、それぞれ、ベアリング１０５、１０６を介して基礎部１０７、１０８によって回動可能に支持されている。そして、回動シャフト１０３の一方の端部は、一方の基礎部１０７の上に配置された減速機付モータ１０９の出力シャフトに同軸状に連結されている。減速機付モータ１０９は、その出力シャフト（ひいては回動シャフト１０３及び可動容器１００）を、回動シャフト中心軸まわりに３６０°以下の範囲内で任意の回転角で回動させることができるようになっている。

図４（ａ）〜（ｄ）は、鉄系細粒分吸着装置１８によりスラッジ中の鉄系細粒分を磁性球２０に磁力で吸着させるときの可動容器１００の操作手法の一例を示している。この操作では、まず図４（ａ）に示すように、可動容器１００の開口部が上向きとなっている状態で、多数の磁性球２０と適量のスラッジとを矢印Ｐ１で示す方向に供給する。なお、可動容器１００内に収容する磁性球２０とスラッジの混合物の深さは、回動容器１００の揺動時の越流を防止するために、回動シャフト１０３の位置以下とするのが好ましい。

次に、図４（ｂ）に示すように可動容器１００を回動シャフト中心軸まわりに反時計回り方向（矢印Ｐ２で示す方向）に所定の角度（例えば、３０〜４５°）だけ回動させた後、すみやかに図４（ｃ）に示すように可動容器１００を回動シャフト中心軸まわりに時計回り方向（矢印Ｐ３で示す方向）に所定の角度（例えば、３０〜４５°）だけ回動させるといった揺動操作ないしは回動操作を所定の回数（例えば、２０〜１００回）だけ繰り返す。なお、このような可動容器１００の揺動操作ないしは回動操作は、減速機付モータ１０９の出力シャフトひいては回動シャフト１０３の回動角を自動制御することにより行う。その際、スラッジ中の有害金属等を吸着し又は有害金属等が付着している鉄系細粒分は磁性球２０の外周面に磁力で吸着される。これにより、スラッジの有害金属等の含有率が低減される。

この後、図４（ｄ）に示すように、減速機付モータ１０９により、可動容器１００を開口部が下方を向くように回動させ、磁性球２０とスラッジの混合物を矢印Ｐ４で示す方向に排出し、スクリーン装置１９（図２参照）の上に落下ないしは流下させる。このような図４（ａ）〜（ｄ）に示す一連の操作が繰り返される。

図５に示すように、磁性球２０は、概略的には、中空球状体２９の中空部に複数の永久磁石３０が、それぞれのＮ極が球状体半径方向外向きとなるように装着されたものである。なお、磁性球２０は、各永久磁石３０がそれぞれのＳ極が球状体半径方向外向きとなるように装着されたものであってもよい。具体的には、各永久磁石３０は、中空球状の磁石保持部材３１に形成された磁石保持穴３２に嵌入されている。そして、永久磁石３０を伴った磁石保持部材３１が中空球状体２９の中空部に嵌入されている。換言すれば、該磁石保持部材３１の周面に中空球状体２９が外嵌され、ないしは該磁石保持部材３１の周面が中空球状体２９によって被覆されている。

磁石保持部材３１に形成された磁石保持穴３２は、磁性球中心方向に向かって横断面積が狭まるテーパ状の穴であり、永久磁石３０は磁石保持穴３２と嵌合ないしは整合する形状（相補形）に形成されている。このため、磁石保持部材３１の外側から永久磁石３０を磁石保持穴３２に嵌入ないしは挿入することにより、磁石保持部材３１に永久磁石３０を容易に装着することができる。磁石保持部材３１に装着された状態において径方向外側に位置する方の永久磁石３０の端面の形状は、磁石保持部材３１の外周面と整合する曲面（球面の一部）であるのが好ましい。このようにすれば、永久磁石３０と磁石保持部材３１の集合体の外周面は球形となり、該集合体と中空球状体２９とを密接させることができる。

磁性球２０の直径（すなわち、中空球状体２９の外直径）は、磁性球２０の搬送ないしは輸送を容易にするために、例えば３〜５ｃｍとするのが実用的である。また、磁性球２０の見かけ密度（ないしは嵩密度）、すなわち磁性球２０の質量をその体積で除算した値は、磁性球２０をスラッジ中で浮上させることなく可及的に軽量化を図るために、１．１〜１．３ｇ／ｃｍ^３の範囲内とするのが実用的である。なお、磁性球２０の見かけ密度は、永久磁石２０の大きさ及びその装着数、磁石保持部材３１ないしはその中空部の体積等を適切に設定することにより調節ないしは増減するができるので、磁性球２０の見かけ密度を１．１〜１．３ｇ／ｃｍ^３に調整するのは容易である。

中空球状体２９の材料は、スラッジに対する耐腐食性と適度な機械的強度があれば、とくには限定されないが、ステンレススチール又はアルミニウム（ないしはその合金）を用いるのが実用的である。中空球状体２９の厚さは、例えば０．２〜０．５ｍｍ程度とするのが好ましい。なお、中空球状体２９を、互いに螺合させることができる１対の中空の半球体で構成すれば、磁性球２０の製作が容易である。この場合、永久磁石３０を装着した磁石保持部材３１を一方の半球体に嵌入した上で、この半球体に他方の半球体を螺合させれば磁性球２０を容易に組み立てることができ、螺合を解除すれば磁性球２０を解体することができる。

磁石保持部材３１は、例えば熱可塑性樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等）の射出成型により製作することができる。永久磁石２０としては、磁石保持穴３２に対応するテーパ形状を有し、大径側の端面がＮ極であり、小径側の端面がＳ極であるネオジム磁石を用いることができる。なお、大径側の端面がＳ極であり、小径側の端面がＮ極であるネオジム磁石を用いてもよい。

再び図２に示すように、鉄系細粒分吸着装置１８の上方には第１磁性球貯留容器２４が配置され、第１磁性球貯留容器２４の下端部（底部）には、その開度を自在に調節することができる開閉扉２４ａが付設されている。開閉扉の２４ａの開度を調節することにより、第１磁性球貯留容器２４内に貯留されている磁性球２０を、所望の通過量（流量）で下方に排出して鉄系細粒分吸着装置１８の可動容器１００に供給することができる。

スクリーン装置１９の下向きに傾斜するスクリーンの先端部（下端部）の下方には第２磁性球貯留容器２５が配置され、スクリーン装置１９のスクリーン上を転動した磁性球２０は、スクリーンの先端部から重力で落下して第２磁性球貯留容器２５に収容されるようになっている。なお、磁性球同士は磁力（斥力）で反発しあうので、磁性球２０が移動時に塊状ないしはブドウの房状となって集合することはなく、円滑かつ迅速に移動することができる（磁性球２０が、ある装置ないしは容器内で移動し、又は他の装置ないしは容器に移動する場合も同様である。）。

第２磁性球貯留容器２５の下方には遠心分離機２２が配置されている。遠心分離機２２は、鉄系細粒分吸着装置１８から排出されスクリーン装置１９を経由して第２磁性球貯留容器２５内に一時的に貯留された磁性球２０を間欠的に回分式（バッチ式）で受け入れて、遠心力により磁性球２０から鉄系細粒分を離脱させる。第２磁性球貯留容器２５の下端部（底部）には、その内部に貯留している磁性球２０を随時に落下させて遠心分離機２２に供給するための開閉扉２５ａが付設されている。

図６に示すように、遠心分離機２２は、略円筒状の容器であるハウジング３５と、ハウジング３５内において該ハウジング３５と同軸状に配置され、ハウジング３５に固定されたベアリング装置３６によってハウジング中心軸まわりに回転自在に支持された回転筒３７とを備えている。回転筒３７の上端部と下端部とには、それぞれ、随時に開閉することができる上側開閉扉３７ａと下側開閉扉３７ｂとが付設されている。回転筒３７の円周部（側部）は、磁性球２０が通り抜けることができない目開きの多数の開口部を備えた円筒状の網状部材ないしは格子状部材で形成されている。回転筒３７は、歯車機構３８を介してモータ３９によって回転駆動される。なお、歯車機構３８に代えてベルト・プーリ機構を用いてもよい。また、ハウジング３５内には、高速回転する回転筒３７から遠心力により水平方向に飛来する鉄系細粒分の粒子を受け止めて落下させる中空円錐台状のバッフル４０（傘状の邪魔板）が配置されている。

図２から明らかなとおり、遠心分離機２２の下方には第３磁性球貯留容器２６が配置され、回転筒３７の停止時において下側開閉扉３７ｂ（図６参照）が開かれたときには、回転筒３７内の磁性球２０が重力で落下して第３磁性球貯留容器２６に収容される。第３磁性球貯留容器２６の下端部には、開度を自在に調節することができる開閉扉２６ａが付設されている。開閉扉の２６ａの開度を調節することにより、第３磁性球貯留容器２６内の磁性球２０を、所望の通過量（流量）で連続的に下方に排出する（落下させる）ことができる。

第３磁性球貯留容器２６の下側には、第３磁性球貯留容器２６から連続的に排出された磁性球２０をベルト４１ａ（無端ベルト）の上に受け取り、ベルト４１ａで水平方向に輸送して直立型ベルトコンベア４２に供給する水平型ベルトコンベア４１が設けられている。水平型ベルトコンベア４１は、その一方の端部（磁性球輸送方向に関して上流端）が第３磁性球貯留容器２６の下端部近傍に位置し、他方の端部（磁性球輸送方向に関して下流端）が直立型ベルトコンベア４２の下端部近傍に位置するように配置されている。なお、水平型ベルトコンベア４１及び直立型ベルトコンベア４２は磁性球返送装置２３の構成要素である。

ベルト４１ａは可撓性を有する非磁性体材料（例えば、ゴム）で形成されている。そして、ベルト４１ａの両側にはそれぞれ、ベルト側部に近接して配置され、ベルト上の磁性球２０がベルト側部から脱落するのを防止するための側板（図示せず）が設けられている。なお、側板を設けず、ベルト４１ａの両側部に、適度な高さ（例えば、１〜２ｃｍ）を有し、ベルト伸長方向に伸びる堤状ないしは土手状の突起部を一体形成してもよい。

直立型ベルトコンベア４２は、水平型ベルトコンベア４１のやや上方に配置された２つの駆動ローラ４３ａ、４３ｂと、駆動ローラ４３ａ、４３ｂの直上で第１磁性球貯留容器２４の上端部よりやや高い位置に配置された２つの従動ローラ４４ａ、４４ｂと、駆動ローラ４３ａ、４３ｂと従動ローラ４４ａ、４４ｂとに巻き掛けられた強磁性体材料（例えば、スチール、ステンレススチール等）からなる輪状（無端）の金属ベルト４５と、複数のアイドルローラ４６とを備えている。ここで、駆動ローラ４３ａ、４３ｂは、モータ（図示せず）によって反時計回り方向に回転駆動される。これに伴って、金属ベルト４５は、駆動ローラ４３ａ、４３ｂと従動ローラ４４ａ、４４ｂの間を、反時計回り方向に周回走行する。ここで、駆動ローラ４３ａ内には、ベルト４１ａ上の磁性球２０の金属ベルト４５への移動・吸着を助勢するために、複数の永久磁石４９（図７参照）が、Ｓ極がローラ半径方向外向きとなるように装着されている。なお、磁性球２０において永久磁石３０がＳ極が球状体半径方向外向きとなるように装着されたものである場合は、永久磁石４９はＮ極がローラ半径方向外向きとなるように装着される。アイドルローラ４６は、輪状の金属ベルト４５の内側の表面（裏面）に当接し、金属ベルト４５が所定の走行軌道上を走行するように金属ベルト４５の位置ないしは走行経路を規制する。

金属ベルト４５が強磁性体材料で形成されているので、磁性球２０は金属ベルト４５に磁力で付着することができる。磁性球２０の永久磁石３０（図５参照）の磁気特性ないしは磁気強度は、金属ベルト４５が水平方向に伸びている状態において、磁性球２０が金属ベルト４５の下方に適度な間隔（例えば、５〜１５ｍｍ）をあけて配置されたときに、磁性球２０が重力に抗して上向きに移動して金属ベルト下面に磁力で付着することができるように設定されている。

また、水平型ベルトコンベア４１は、ベルト４１ａに載っている磁性球２０の頂上部と、直立型ベルトコンベア４２の下端部における金属ベルト下面との間に、磁性球２０が金属ベルト下面に磁力で付着することができる前記の適度な間隔が生じるように配設されている。したがって、水平型ベルトコンベア４１によって直立型ベルトコンベア４２の下側に輸送された磁性球２０は、順次に金属ベルト下面に磁力で付着する。

図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、直立型ベルトコンベア４２の金属ベルト４５の外側の表面には、金属ベルト４５の伸びる方向（走行方向）に、磁性球２０の直径よりやや長い間隔をあけて、ベルト幅方向に直線状に伸びる角柱状ないしは角棒状の複数（多数）の磁性球係止部材４７が取り付けられている。磁性球係止部材４７の材料は、金属ベルト４５への取り付け及び取り外しが容易であり（例えば、ねじ止め）、かつ磁性球２０との衝突に対する耐久性を有するものであればとくには限定されず、例えば合成樹脂やアルミニウム合金などを用いることができる。

磁性球係止部材４７は、金属ベルト４５が上下方向に伸びて上向きに走行ないしは移動しているときに、金属ベルト４５の表面に磁力で付着している磁性球２０が重力で下向きに移動ないしは転動するのを係止する。磁性球係止部材４７の金属ベルト表面からの高さないしは突出長は、磁性球２０の直径の１／８〜１／４とするのが実用的である。また、金属ベルト４５の伸長方向（走行方向）に隣り合う磁性球係止部材４７の間隔は、磁性球２０の直径の１．２〜１．５倍とするのが実用的である。

かくして、水平型ベルトコンベア４１によって輸送され、直立型ベルトコンベア４２の下端部ないしはその近傍で金属ベルト４５に磁力で付着した磁性球２０は、反時計回り方向に周回走行する金属ベルト４５によって、下方に移動ないしは転動することなく直立型ベルトコンベア４２の上端部に搬送される。

図２から明らかなとおり、直立型ベルトコンベア４２の上端部近傍には、金属ベルト４５に磁力で付着している磁性球２０を金属ベルト４５から離脱させ、第１磁性球貯留容器２４に案内するガイド部材４８が設けられている。ガイド部材４８の直立型ベルトコンベア側の端部は従動ローラ４４ａの近傍に位置する一方、第１磁性球貯留容器側の端部は第１磁性球貯留容器２４の上端部近傍に位置している。そして、ガイド部材４８は、直立型ベルトコンベア側から第１磁性球貯留容器側に向かって下向きに傾斜している。なお、ガイド部材４８は非磁性材料で形成される。

図２中における位置関係において反時計回り方向に周回走行する金属ベルト４５に付着して移動している磁性球２０は、従動ローラ４４ａの近傍でガイド部材４８の端部と衝突ないしは接触する。その結果、磁性球２０はガイド部材４８によって、金属ベルト４５から離脱させられ、ガイド部材４８の上面を転動して第１磁性球貯留容器２４内に落下する。つまり、第３磁性球貯留容器２６から下方に連続的に排出された磁性球２０は、磁性球返送装置２３（水平型ベルトコンベア４１、直立型ベルトコンベア４２、ガイド部材４８）によって第１磁性球貯留容器２４に連続的に返送される。

このように、磁性球２０は、順に、第１磁性球貯留容器２４と、鉄系細粒分吸着装置１８と、スクリーン装置１９と、第２磁性球貯留容器２５と、遠心分離機２２と、第３磁性球貯留容器２６と、磁性球返送装置２３（水平型ベルトコンベア４１、直立型ベルトコンベア４２、ガイド部材４８）とを循環して移動する。図２中の７つの破線の矢印は、このような磁性球２０の移動方向を示している。磁性球２０は、第１磁性球貯留容器２４から第３磁性球貯留容器２６までは間欠的ないしは回分的に移動し、第３磁性球貯留容器２６から第１磁性球貯留容器２４までは連続的に移動する。

以下、鉄分除去装置１２の運転手法の一例を説明する。鉄系細粒分吸着装置１８の可動容器１００へは、第１磁性球貯留容器２４から実質的に鉄系細粒分を吸着していない多数の磁性球２０が間欠的ないしは回分的に供給される一方、中間タンク９（図１参照）から実質的に細粒分（鉄系細粒分及び非鉄系細粒分）と水とからなるスラッジが間欠的ないしは回分的に供給される。そして、鉄系細粒分吸着装置１８の可動容器１００内では、磁性球２０とスラッジとが混合されてなる混合物が、可動容器１００の揺動ないしは回動により攪拌される。その際、スラッジ中の鉄系細粒分が磁性球２０の外周面に磁力で吸着される。

鉄系細粒分は、礫及び砂を湿式破砕機であるミルブレーカ３（図１参照）で破砕することにより生成されたもの、又は礫及び砂の破砕以前から存在するものであり、いずれもその表面に鉄等の微小塊が露出し、露出している鉄等の微小塊には有害金属等が吸着されている。一般に、礫中及び砂中には、鉄等の小塊が偏在又は点在しており、このような小塊の割合は２〜７質量％程度である。このため、礫及び砂の破砕により生成された細粒分の少なくとも一部は、表面にフレッシュな（すなわち有害金属等が吸着されていない）鉄等が露出する鉄系細粒分となる。

鉄は強磁性体（軟磁性体）であり、磁石に吸着される。また、土壌中に存在する鉄酸化物は、実質的に四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）と、γ型三酸化二鉄（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）と、α型三酸化二鉄（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）とからなり、四酸化三鉄及びγ型三酸化二鉄は強磁性体（軟磁性体）であり、磁石に吸着される。なお、α型三酸化二鉄は磁化せず磁石には吸着されない。このため、表面に鉄等の微小塊が露出している鉄系細粒分は、鉄、四酸化三鉄又はγ型三酸化二鉄の強磁性（軟磁性）により磁性球２０内の永久磁石３０（図５参照）に引き付けられ、磁性球２０（中空球状体２９）の外周面に磁力で吸着される。

礫及び砂をミルブレーカ３（図１参照）で破砕することにより生成された鉄系細粒分の表面に露出している鉄等の微小塊は、礫中又は砂中に偏在又は点在していた有害金属等を吸着していないフレッシュな鉄等の小塊から生じたものであり、破砕後に表面に露出してその周囲の洗浄水から有害金属等ないしはこれらのイオンを吸着する。かくして、ミルブレーカ３（図１参照）から排出され鉄系細粒分吸着装置１８に導入された細粒分は、有害金属等の吸着量が比較的（ないしはかなり）多い鉄系細粒分と、有害金属等の吸着量が比較的（ないしはかなり）少ない非鉄系細粒分とで構成される。

そして、前記のとおり、鉄系細粒分吸着装置１８ではスラッジから鉄系細粒分が除去されるので、鉄系細粒分吸着装置１８から排出されたスラッジに含まれる細粒分は、有害金属等の吸着量が比較的（ないしはかなり）少ない非鉄系細粒分が大半となる。したがって、土壌浄化システムＳに導入された汚染土壌に含まれていた有害金属等の一部ないしはかなりの部分は、鉄系細粒分吸着装置１８内で除去される。

鉄系細粒分吸着装置１８の可動容器１００から下方に排出された磁性球２０とスラッジの混合物はスクリーン装置１９に導入され、鉄系細粒分を吸着している磁性球２０と、鉄系細粒分が除去されたスラッジとに分離される。そして、磁性球２０は第２磁性球貯留容器２５に収容され、スラッジはスラッジ貯留槽２７に収容される。

後で詳しく説明するように、鉄系細粒分吸着装置１８から排出されスクリーン装置１９で分離されたスラッジ（細粒分）に対して、細粒分洗浄装置１３（図１参照）でキレート剤によるキレート洗浄処理が行われ、かつキレート剤再生装置１７（図１参照）で固相吸着材によりキレート剤の再生処理が行われるが、前記のとおり鉄系細粒分吸着装置１８でスラッジ中の有害金属等が低減されるので、細粒分（スラッジ）のキレート洗浄処理及びキレート剤の再生処理に対する有害金属等の負荷が軽減される。このため、土壌浄化システムＳにおけるキレート剤及び固相吸着材の必要量ないしは使用量を低減することができ、土壌の処理コストを低減することができる。つまり、鉄系細粒分吸着装置１８（鉄分除去装置１２）は、細粒分洗浄装置１３ないしはキレート剤再生装置１７への有害金属等の負荷を軽減する前処理装置ないしは予備処理装置として機能する。

第２磁性球貯留容器２５内の鉄系細粒分を吸着している磁性球２０は、適宜に遠心分離機２２の回転筒３７に供給される。具体的には、上側開閉扉３７ａが開かれる一方、下側開閉扉３７ｂが閉じられた状態で、開閉扉２５ａが開かれ、第２磁性球貯留容器２５から回転筒３７内に、１回処理分の磁性球２０が供給される。例えば、回転筒３７内の空間部の１／３〜１／２を占める量の磁性球２０が供給される。

この後、上側開閉扉３７ａが閉じられ、モータ３９が起動され、回転筒３７が高速で（例えば、回転筒３７の半径が１ｍの場合、１００〜５００ｒ．ｐ．ｍ．）回転させられる。その結果、磁性球２０の外周面に吸着され又は付着している鉄系細粒分は強い遠心力（例えば、１０〜１００Ｇ）により磁性球２０から離脱し、回転筒３７の周壁の多数の網目ないしは孔を通り抜けて外部に飛び出す。ここで、回転筒３７の回転速度は、回転筒３７の半径、磁性球２０の磁力、鉄系細粒分の磁気特性等に応じて、鉄系細粒分の大部分が磁性球２０から脱離するように好ましく設定される。

磁性球２０から離脱して回転筒３７の外部に飛び出した鉄系細粒分は、バッフル４０に衝突した後、落下してハウジング３５の底部に蓄積される。ハウジング３５内の鉄系細粒分は、適宜に人手で外部に排出される。なお、除去された鉄系細粒分は、例えば製鉄原料として用いることができる。そして、所定時間（例えば、２〜５分）経過後、モータ３９ひいては回転筒３７の回転が停止される。この後、下側開閉扉３７ｂが開かれ、回転筒３７内の鉄系細粒分がほほ除去された磁性球２０が第３磁性球貯留容器２６内に重力で落下する。

第３磁性球貯留容器２６内の磁性球２０は、水平型ベルトコンベア４１のベルト４１ａの上に連続的に供給され、ベルト４１ａによって直立型ベルトコンベア４２の下端部近傍に輸送される。この後、ベルト４１ａの上の磁性球２０は、直立型ベルトコンベア４２によってその上端部に輸送され、ガイド部材４８によって第１磁性球貯留容器２４に導入される。なお、第３磁性球貯留容器２６から水平型ベルトコンベア４１への磁性球２０の供給量（供給速度）は、開閉扉の２６ａの開度を変えることにより、水平型ベルトコンベア４１ないしは直立型ベルトコンベア４２の最大輸送量以下となるように調整される。

再び図１に示すように、鉄分除去装置１２（図２中のスラッジ貯留槽２７）から排出されたスラッジは、細粒分洗浄装置１３に導入される。細粒分洗浄装置１３は、鉄分除去装置１２から排出された非鉄系細粒分と洗浄水とを含むスラッジと、後で説明するキレート剤再生装置１７から供給されるキレート剤と水とを含むキレート洗浄液とを受け入れ、これらを混合・攪拌して細粒分スラリーを生成し、予め設定された滞留時間（例えば、０．５〜２時間）を確保するようにおおむねプラグフロー（栓流）で連続的に流動させることにより、細粒分に付着（吸着）している有害金属等ないしはこれらのイオンをキレート剤に捕捉させる。これにより、細粒分スラリー中の細粒分の表面に吸着（付着）されている有害金属等が除去される。細粒分洗浄装置１３に供給するスラッジの流量とキレート洗浄液の流量の比は、例えば１：１に設定される。

キレート洗浄液に用いられるキレート剤としては、例えば、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、あるいはＨＩＤＳ（３−ヒドロキシ−２，２’−イミノジコハク酸）、ＩＤＳ（２，２’−イミノジコハク酸）、ＭＧＤＡ（メチルグリシン二酢酸）、ＥＤＤＳ（エチレンジアミンジ酢酸）又はＧＬＤＡ（Ｌ−グルタミン酸ジ酢酸）のナトリウム塩などが挙げられる。これらのキレート剤は、いずれも細粒分スラリーないしは細粒分に含まれている有害金属等を有効に捕捉する（キレートする）ことができものである。なお、細粒分に含まれる有害金属等の種類に応じて、その処理に適したキレート剤が選択され、又は複数種のキレート剤が用いられるのはもちろんである。

以下、図８（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、細粒分洗浄装置１３の具体的な構成及び機能を説明する。細粒分洗浄装置１３は、４つの平板状の仕切り壁５１〜５４で仕切ることにより形成された互いに平行に伸びる５つの細長い直方体状ないしは角柱状のスラリー通路５５〜５９を備えた貯槽５０を有している。貯槽５０は、例えば地上に設置した鉄製の直方体状の角型タンクであってもよく、またコンクリート製の直方体状のピットであってもよい。また、仕切り壁５１〜５４は、例えば複数の鉄板又はプラスチック板をスラリー通路の伸びる方向に連結することにより形成したものであってもよい。

スラリー通路５５〜５９において隣り合う２つのスラリー通路はスラリー通路長手方向（図８（ａ）、（ｂ）における位置関係では左右方向）の一端の連通部（図８（ａ）中に４つの曲線状の矢印で示された部位）で互いに連通している。すなわち、これらの連通部には仕切り壁５１〜５４が存在せず、隣り合うスラリー通路同士が連通している。

各スラリー通路５５〜５９の底部には、それぞれ、細粒分スラリー中に空気を放出して細粒分スラリーを攪拌する空気放出管６１〜６５が配設されている。各空気放出管６１〜６５はスラリー通路長手方向に伸び、周壁の底部（下側）においてスラリー通路長手方向に並ぶ複数の空気放出孔が形成された多孔管であり、その中空部は、詳しくは図示していないが、圧縮空気を供給するコンプレッサないしは送風機に接続されている。空気放出管６１〜６５に加圧された空気が供給されたときには、この空気が空気放出孔から気泡となって細粒分スラリー中に放出されて浮上し、この気泡によって細粒分スラリーが攪拌される。

図８（ｃ）は、細粒分スラリーの流れ方向（図８（ａ）中に曲線状の矢印及び直線状の矢印で示す方向）にみて最も上流側のスラリー通路５５の断面を示している。図８（ｃ）から明らかなとおり、空気放出管６１は、スラリー通路５５の一方の側面の近傍においてスラリー通路底部近傍に配置されている。このため、空気放出管６１から放出された気泡はこの側面の近傍で上昇する。その結果、スラリー通路５５内には、スラリー通路長手方向と垂直な平面内において矢印Ｐで示す方向に流れる循環流が形成され、細粒分スラリーが攪拌される。貯槽５０及び各スラリー通路５５〜５９の形状、寸法、容量等、並びに空気放出管６１〜６５への加圧空気の供給量等は、細粒分洗浄装置１３において予め設定される細粒分スラリーの、含水率、流量、滞留時間、流速、流れの乱流度（例えば、レイノルズ数）等に対応して好ましく設定される。

図１から明らかなとおり、細粒分洗浄装置１３から排出された細粒分スラリーは濾過装置１４に移送される。濾過装置１４は、細粒分スラリーを濾過し、含水率が３０〜４０パーセントの濾過ケークと濾液とを生成する。なお、濾過装置１４としては、フィルタプレスや真空濾過機などを用いることができる。濾過装置１４から排出された濾過ケーク（細粒分）は有害金属等をほとんど含まないので、例えば農業用の培土として利用され、あるいは埋立て等により処分される。

濾過装置１４から排出された濾液すなわちキレート洗浄液は、清澄濾過器１５（例えば、砂濾過器）で懸濁物質ないしは浮遊物質（ＳＳ）が除去された後、逆浸透膜分離装置１６に移送される。詳しくは図示していないが、逆浸透膜分離装置１６は、清澄濾過器１５から排出されたキレート洗浄液を受け入れ、高圧ポンプで加圧した上で、逆浸透膜により、キレート剤が濃縮された濃縮水と、キレート剤を含まない透過水とに分離する。そして、濃縮水はキレート剤再生装置１７に供給され、キレート剤を含まない透過水は透過水移送手段（例えば、ポンプ及び管路）によりシックナ８に返送される。

逆浸透膜分離装置１６の逆浸透膜としては、例えばポリエステル不織布（厚さ１００〜１２０μｍ）の表面に、ポリスルホン支持層と架橋芳香族ポリアミド緻密層とが積層されてなる三層構造のものなどを用いることができる。なお、架橋芳香族ポリアミド緻密層は、孔径がおおむね０．５〜１．５ｎｍである多数の細孔を有し、水は透過させるがキレート剤は透過させない非常に薄い（例えば、０．２〜０．２５μｍ）半透膜である。また、ポリスルホン支持層は、非常に薄い架橋芳香族ポリアミド緻密層を支持ないしは保護してその破損を防止するための比較的厚い（例えば、４０〜５０μｍ）多孔質膜である。

逆浸透膜分離装置１６はスパイラル型のものであり、スパイラル状に巻かれた逆浸透膜が円筒状の容器内に収容されてなる逆浸透膜エレメントを複数有している。各逆浸透膜エレメントは、例えば全長を１〜２ｍ程度とし、外径を０．２〜０．４ｍ程度とするのが実用的である。例えば、全長が約１ｍであり、外径が約０．２ｍである市販のこの種の逆浸透膜エレメント（例えば、岐阜県中津川市の株式会社オーセンテック製）における逆浸透膜の有効膜面積は約４０ｍ^２である。この逆浸透膜エレメントの場合、キレート剤濃度が１質量％程度のキレート洗浄液を１ＭＰａ程度の圧力で供給するときの、キレート洗浄液の処理量は約１．５ｍ^３／ｈｒと推定される。したがって、例えば毎時６０ｍ^３のキレート洗浄液を処理する場合は、この逆浸透膜エレメントを４０本並列に接続すればよい。

逆浸透膜分離装置１６は連続式であり、キレート洗浄液の供給量及び供給圧力（操作圧力）、濃縮水及び透過水の排出量、濃縮水のキレート剤濃縮比等の運転条件は、細粒分洗浄装置１３に供給すべきキレート洗浄液の量及びキレート剤濃度に応じて適切に設定される。例えば、細粒分洗浄装置１３に供給するスラッジの流量とキレート洗浄液の流量の比を１：１に設定し、細粒分洗浄装置１３における細粒分スラリーのキレート剤濃度を１質量％に設定した場合、逆浸透膜分離装置１６はキレート洗浄液の供給量の５０％程度の透過水（キレート剤濃度０）と５０％程度の濃縮水（キレート剤濃度２質量％程度）とが生成されるように設定される。したがって、細粒分洗浄装置１３では、キレート剤を含まないスラッジとキレート剤濃度が２質量％程度のキレート洗浄液とが１：１で混合され、細粒分洗浄装置１３におけるキレート剤濃度は１質量％程度に維持される。

逆浸透膜分離装置１６から排出された濃縮水すなわちキレート洗浄液は、キレート剤再生装置１７に導入されて再生される。キレート剤再生装置１７は、キレート剤よりも錯生成力が高くキレート洗浄液と接触したときにキレート洗浄液中の有害金属等を吸着又は抽出する固相吸着材又は該固相吸着材が固定された小片ないしは粒状物を有し、キレート洗浄液中のキレート剤から有害金属等を除去し、キレート洗浄液を再生する。

固相吸着材は、担体に環状分子を担持させ、環状分子にキレート配位子を修飾した配位結合及び水素結合による多点相互作用を有するとともに有害金属等のイオンを選択的に取り込むものである。これにより、キレート剤に捕捉されている有害金属等はキレート剤から離脱させられ、固相吸着材に吸着又は抽出される。これにより、キレート洗浄液（キレート剤）から有害金属等が除去・回収され、キレート洗浄液（キレート剤）は再び有害金属等を捕捉することができる状態となる。

キレート剤より錯生成力が高い固相吸着材は、例えばゲル等の固体状のものであり、一般に、金属を捕捉しているキレート剤を含む水溶液と接触したときに、キレート剤と配位結合している金属イオンをキレート剤から離脱させて該固相吸着材に移動させることができる程度の共有結合以外の強い結合力を有しているものである。このような固相吸着材は、例えばキレート剤としてＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）を用いる場合、濃度が１０ｍＭ／ｌであるＥＤＴＡ水溶液から、ほぼ１００％の金属イオンを回収することができる強い結合力を有するものである。

このような固相吸着材としては、例えばシリカゲルや樹脂等の担体に環状分子を密に担持させ、この環状分子にキレート配位子を修飾させたものなどが挙げられる。このような固相吸着材を用いる場合、隣り合う環状分子及びキレート配位子により、配位結合、水素結合などの複数の様々な結合や相互作用が生じて多点相互作用が生じ、金属イオンに対してキレート剤よりも強い化学結合が生じるとともに環状分子の性状により金属イオンを選択的に取り込むことができる。

以下、図９を参照しつつ、キレート剤再生装置１７の具体的な構成及び機能を説明する。キレート剤再生装置１７には、その内部に固相吸着材粒子、又は固相吸着材が固定された充填物（パッキング）が充填された充填塔７０が設けられている。また、キレート剤再生装置１７には、再生すべきキレート洗浄液（濃縮水）を貯留する中間貯槽７１と、再生されたキレート洗浄液を貯留する洗浄液貯槽７２と、酸液を貯留する酸液貯槽７３と、水を貯留する水貯槽７４とが設けられている。

中間貯槽７１には、逆浸透膜分離装置１６（図１参照）から排出された濃縮水すなわちキレート洗浄液が一時的に貯留される。そして、キレート洗浄液を再生するときに、中間貯槽７１に貯留されたキレート洗浄液を充填塔７０に移送する一方、充填塔７０で再生されたキレート洗浄液を洗浄液貯槽７２に移送するためのポンプ７６及び一連の管路７７〜８０が設けられている。また、洗浄液貯槽７２に貯留されたキレート洗浄液を細粒分洗浄装置１３（図１参照）に供給するためのポンプ８１及び管路８２が設けられている。

さらに、キレート剤再生装置１７には、固相吸着材を再生する際に、酸液貯槽７３に貯留された酸液を充填塔７０に移送する一方、充填塔７０から排出された酸液を酸液貯槽７３に戻すためのポンプ８３及び複数の管路８４、８５が設けられている。また、キレート剤再生装置１７には、酸液で再生された固相吸着材を水洗する際に、水貯槽７４に貯留された水を充填塔７０に移送する一方、充填塔７０から排出された水を水貯槽７４に戻すためのポンプ８６及び複数の管路８７、８８が設けられている。

充填塔７０にキレート洗浄液、酸液又は水を移送するための管路７７、７８、８４、８７には、それぞれ、対応する管路を開閉するバルブ９１、９２、９３、９４が介設されている。他方、充填塔７０からキレート洗浄液、酸液又は水を排出するための管路７９、８０、８５、８８には、それぞれ、対応する管路を開閉するバルブ９５、９６、９７、９８が介設されている。これらのバルブ９１〜９８の開閉状態を切り換えることにより、充填塔７０に対して、キレート洗浄液、酸液又は水のいずれかを給排することができる。なお、これらのバルブ９１〜９８の開閉は、図示していないコントローラによって自動的に制御される。

以下、キレート剤再生装置１７の運転手法の一例を説明する。キレート洗浄液（キレート剤）を再生する際には、管路７７〜８０に介設されたバルブ９１、９２、９５、９６が開かれる一方、他のバルブ９３、９４、９７、９８が閉じられ、ポンプ７６が運転される。これにより、中間貯槽７１内のキレート洗浄液が、充填塔７０内を流通して洗浄液貯槽７２に移送される。

充填塔７０内では、有害金属等を捕捉しているキレート剤を含むキレート洗浄液が固相吸着材（固相吸着材粒子）と接触させられる。その結果、キレート剤に捕捉されている有害金属等がキレート剤から離脱させられ、固相吸着材に吸着ないしは抽出される。これにより、キレート洗浄液から有害金属等が除去・回収され、キレート剤は再び有害金属等を捕捉することができる状態となり、キレート洗浄液が再生される。

キレート洗浄液の再生に伴って、固相吸着材における有害金属等の吸着量は経時的に増加してゆくが、固相吸着材の吸着能力には上限がある。このため、固相吸着材における有害金属等の吸着量が飽和状態ないしはその近傍に達したときには、固相吸着材は再生される。すなわち、キレート洗浄液が排除された状態で充填塔７０内に酸液を流し、固相吸着材に吸着された有害金属等を酸液により除去して固相吸着材を再生する。かくして、有害金属等が酸液によって回収される一方、固相吸着材は再生されて再び有害金属等ないしはこれらのイオンを吸着又は抽出することが可能な状態となる

充填塔７０内の固相吸着材を酸液で再生する際には、管路８４、７８、７９、８５に介設されたバルブ９３、９２、９５、９７が開かれる一方、他のバルブ９１、９４、９６、９８が閉じられ、ポンプ８３が運転される。これにより、酸液貯槽７３内の酸液が、充填塔７０内を流通して酸液貯槽７３に還流する。固相吸着材の有害金属吸着量が飽和状態ないしはその近傍に達したか否かは、充填塔７０から排出されたキレート洗浄液中の有害金属等の含有量を検出することにより判定することができる。

酸液による固相吸着材の再生が終了した後に固相吸着材を水洗する際には、管路８７、７８、７９、８８に介設されたバルブ９４、９２、９５、９８が開かれる一方、他のバルブ９１、９３、９６、９７が閉じられ、ポンプ８６が運転される。これにより、水貯槽７４内の水が、充填塔７０内を流通して水貯槽７４に還流する。水は、水貯槽７４と充填塔７０との間を循環して流れる。その際、充填塔７０内の固相吸着材は水と接触し、固相吸着材に付着している酸液が洗浄される。この後、キレート洗浄液の再生が再開される。

このように再生されたキレート洗浄液は、洗浄液貯槽７２に一時的に貯留された後、細粒分洗浄装置１３（図１参照）に供給される。つまり、キレート洗浄液は、細粒分の浄化とキレート剤の再生とを繰り返しつつ循環する。なお、キレート剤の目減り分は適宜に補充される。

以上、本発明に係る土壌浄化システムＳによれば、清浄で再利用可能な礫、砂及び細粒分を得ることができる。また、鉄分除去装置１２から排出されるスラッジの有害金属等の含有率を低下させることができるので、細粒分洗浄装置１３に対する有害金属等の負荷と、キレート剤再生装置１７に対する有害金属等の負荷とを軽減することができ、キレート剤及び固相吸着材の必要量ないしは使用量を低減することができ、土壌の処理コストを低減することができる。

Ｓ土壌浄化システム、１投入ホッパ、２混合器、３ミルブレーカ（湿式破砕機）、４トロンメル、５サイクロン、６ＰＨ調整槽、７凝集槽、８シックナ、９中間タンク、１０洗浄水槽、１１予備水槽、１２鉄分除去装置、１３細粒分洗浄装置、１４濾過装置、１５清澄濾過器、１６逆浸透膜分離装置、１７キレート剤再生装置、１８鉄系細粒分吸着装置、１９スクリーン装置、２０磁性球、２１本体部、２１ａ傾斜板、２２遠心分離機、２３磁性球返送装置、２４第１磁性球貯留容器、２４ａ開閉扉、２５第２磁性球貯留容器、２５ａ開閉扉、２６第３磁性球貯留容器、２６ａ開閉扉、２７スラッジ貯留槽、２９中空球状体、３０永久磁石、３１磁石保持部材、３２磁石保持穴、３４スラッジポンプ、３５ハウジング、３６ベアリング装置、３７回転筒、３７ａ上側開閉扉、３７ｂ下側開閉扉、３８歯車機構、３９モータ、４０バッフル、４１水平型コンベア、４１ａベルト、４２直立型コンベア、４３ａ駆動ローラ、４３ｂ駆動ローラ、４４ａ従動ローラ、４４ｂ従動ローラ、４５金属ベルト、４６アイドルローラ、４７磁性球係止部材、４８ガイド部材、５０貯槽、５１〜５４仕切り壁、５５〜５９スラリー通路、６１〜６５空気放出管、７０充填塔、７１中間貯槽、７２洗浄液貯槽、７３酸液貯槽、７４水貯槽、７６ポンプ、７７〜８０管路、８１ポンプ、８２管路、８３ポンプ、８４管路、８５管路、８６ポンプ、８７管路、８８管路、９１〜９８バルブ、１００可動容器、１０１端板、１０２端板、１０３回動シャフト、１０４フランジ、１０５ベアリング、１０６ベアリング、１０７基礎部、１０８基礎部、１０９減速機付モータ。

Claims

礫と砂と細粒分とを含み有害金属又はその化合物で汚染された土壌を浄化する土壌浄化システムであって、
該土壌浄化システムは、
土壌を、洗浄水で洗浄しつつ礫と砂とを破砕した上で、礫と砂と細粒分とに分級する土壌分級部と、
前記土壌分級部で分離された細粒分と洗浄水とを含むスラッジから、磁力で吸着可能な程度に鉄又は鉄酸化物を含む鉄系細粒分を磁力で吸着して除去することにより、スラッジの有害金属又はその化合物の含有率を低下させる前処理部と、
前記前処理部から排出されたスラッジに化学的処理又は物理化学的処理を施して、スラッジ中の細粒分の表面に吸着され又は付着している有害金属又はその化合物を除去する後処理部とを備えていて、
前記前処理部は、
中空球状体の中空部に複数の永久磁石が同一磁性の磁極が球状体半径方向外向きとなるように装着されてなる複数の磁性球と、前記土壌分級部の構成要素であるシックナから排出されたスラッジとを、揺動又は振動が可能な可動容器に受け入れ、磁性球とスラッジの混合物を前記可動容器の揺動又は振動により攪拌して、スラッジ中の鉄系細粒分を磁力で磁性球に吸着させる鉄系細粒分吸着装置と、
前記鉄系細粒分吸着装置から排出された磁性球とスラッジの混合物を受け入れて、磁性球とスラッジとに分離するスクリーン装置と、
前記スクリーン装置から排出された鉄系細粒分を吸着している磁性球を間欠的に回分式で受け入れて、遠心力により磁性球から鉄系細粒分を離脱させる遠心分離機と、
前記遠心分離機から排出された磁性球を前記鉄系細粒分吸着装置に返送する磁性球返送装置とを有する鉄分除去装置を備えていることを特徴とする土壌浄化システム。
前記磁性球返送装置は、
前記遠心分離機の下端部より低い位置に配置された駆動ローラと、前記駆動ローラの上方において前記鉄系細粒分吸着装置の上端部より高い位置に配置された従動ローラと、前記駆動ローラと前記従動ローラとに巻き掛けられた強磁性金属からなる無端金属ベルトと、前記無端金属ベルトの外側表面に装着され前記無端金属ベルトの上方への走行時に、前記無端金属ベルトに吸着されている磁性球の下降を係止する磁性球係止部材とを有する直立型ベルトコンベアと、
前記遠心分離機から排出された磁性球を、前記直立型ベルトコンベアの下端部に搬送して前記無端金属ベルトに磁力で吸着させる磁性球搬送手段と、
前記直立型ベルトコンベアの上端部で前記無端金属ベルトから磁性球を離脱させて前記鉄系細粒分吸着装置に供給する磁性球供給手段とを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の土壌浄化システム。
前記後処理部は、
前記鉄分除去装置から排出されたスラッジと、キレート剤及び水を含むキレート洗浄液とを混合して細粒分スラリーを生成し、該細粒分スラリーを予め設定された滞留時間を確保するように流動させることにより、細粒分に付着している有害金属又はその化合物をキレート剤に捕捉させる細粒分洗浄装置と、
前記細粒分洗浄装置から排出された細粒分スラリーを濾過して、濾液と濾過ケークとを生成する濾過装置と、
前記濾過装置から排出された濾液を、逆浸透膜により、キレート剤が濃縮された濃縮水とキレート剤を含まない透過水とに分離する逆浸透膜分離装置と、
前記逆浸透膜分離装置から排出された濃縮水を受け入れ、キレート剤よりも錯生成力が高く濃縮水と接触したときに該濃縮水中の有害金属又はその化合物を吸着する固相吸着材により、濃縮水中のキレート剤から有害金属又はその化合物を除去して該濃縮液をキレート洗浄液として前記細粒分洗浄装置に供給するキレート剤再生装置と、
前記逆浸透膜分離装置から排出された透過水を前記シックナに移送する透過水移送手段とを備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の土壌浄化システム。