TW570845B - Method of treating contaminated soil into harmless state and applicator therefor - Google Patents

Description

570845 . 玖、發明說明 (發明說明應欽明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圓式簡單說明） 【發明所屬之技術領域】 發明領域 本發明係有關於一種藉由將業已受到沸點5〇(TC以下 5之化學物質污染之土壤中成為污染源之物質分解或氣化而 將其除去以修復之技術，且係有關於一種可就地除去之方 法及處理用具。 C先前技術;j · 背景技術 10 欲再開發城市燃氣工廠撤離之空地或加油站撤離之空 地等時，若對於該等工廠所殘留之苯或汽油所造成之污染 不予理會，則無法進行作為新事業之用之土地再開發。又， 電鑛工廠撤離之空地中，因電鑛製程中使用之氛化合物所 造成之污染等亦為同樣之情況。由如前述受產業廢液等污 5木之土壤中分解除去污染物質之方法，例如，日本專利公 開a報4-501738號中所揭示之土壤處理方法，係將挖出之 φ 土壌預先賴後，g 〜i_°c之溫度加熱而使有害物質 轉移成氣相，並將含有該有害物質之排氣以旋風器除去粉 塵，且使该業已除去粉塵之排氣二次燃燒。 20 又’日本專利公開公報8 33882號中所揭示之方法巾 ，係供給載送空氣至含有揮發性有機物質之土壤而以間接 =熱之方式加熱該土壤，且係令加熱溫度為超過該揮發物 、㈣點之溫度’且前料關於+ 50t以内為佳。 又，日本專利公開公報2〇〇〇 263〇31號令所揭示之方 7 570845 玖、發明說明 法係採掘、篩分污染物質，而將業已受到油污染之土壌利 用旋轉式加熱爐以250°C以上之溫度加熱5分鐘，而氰化 合物則係以300°C以上之溫度加熱5分鐘以上。又，曰本 鹿島建設（股份）有限公司則發表將業已受到煤油或輕油等 5 污染之污染土壤淨化之「筒式土壤淨化作業法」（日本建設 產業報，平成13年6月19號發行）。前述作業法係將土壌 放置入乾燥筒，並以200°C左右之低溫加熱、乾燥而使土 壤中之油份揮發以淨化之方法。 又，目前已有報導指出，由以往進行低溫操作之垃圾 10 焚燒設備所排出之焚燒灰會受戴奥辛類污染，而成為嚴重 之社會問題。對於如前述受戴奥辛類污染之土壤，如曰本 曰經建造業（Nikkei Construction%月22曰號（2001年6月 22日發行，日本日經BP公司，48〜52頁）所報導之「熔融 凝固法」中，係揭示將戴奥辛污染土壌一次挖掘並裝入塑 15 膠袋，且設置於隔熱爐内，利用電孤加熱成1600°C以上之 高溫來使戴奥辛類無害化。 發明之揭示 然而，前述先行技術中，首先，污染土壤之挖掘係必 要的，且會有例如於該挖掘時污染土壌等擴散之問題。又 20 ，藉使用熱風或通電加熱以進行土壤之熔融處理等會大量 耗損熱能。本發明係提供用以使污染土壌於短時間内無害 化，且依需要可當場（就地）一次地無害化之於實用上可行 之方法及處理用具。 【發明内容】 8 570845 玖、發明說明 本發明係為了解決前述問題而作成的，1要旨如下 ⑴-種"土狀無害化處財法，係㈣^到沸點 赋以下之化學物質污染之土壤上覆蓋處理用具，並 照射微波，而由污染土壞除去化學物質。 ⑺-種污染土壤之無害化處理方法，係於業已受到沸點 駕。C以下之化學物質污染之土壤上鋪上隔熱材料後覆 蓋處理用具，並照射微波，以由污染土壤除去化學物質 ⑶-種污染土壤之無害化處理方法，係於業已受到沸點 10 5mrc以下之化學物質污染之土壞，散布微波吸收特性 優良之原料後，覆蓋處理用具並照射微波，以由污染土 壤除去化學物質。 ⑷-種污染土壤之無害化處理方法，㈣業已受_點 500 C以下之化學物質污染之土壤上，散布微波吸收特 15 性優良之原料並鋪上隔熱材料後，覆蓋處則具且照射

微波，以由污染土壤除去化學物質。 (5)如前述第⑴〜⑷項中任_項之污染土壤之無害化處理方 法，係不挖掘污染土壤，而就地照射微波。 ⑹如前述第⑴~(5)項中任—項之污染土壤之無害化處理方 20 法，係使無微波m之1個或2個以上之第2處理用 具外接而覆蓋於具有微波導波管之前述處理用具周圍。 ⑺如前述第⑴〜⑹項中任一項之污染土壤之無 害化處理方 法’係將刖述處理用具刀緣埋設於污染土壞之地下lcm 以上。 9 570845 玖、發明說明 (8) 種處理用具，係使用於業已受到化學物質污染之土壤 之無害化處理之處理用具，係於單方向具有開口部， 並於前述開口部之相反侧具有連通微波導波管及排氣 處理裝置之管，且内面係由鐵、鈦、或紹構成，外面 5 則具有隔熱構造。 (9) 如前述第8項之處理用具，更具有j個或2個以上之第 2處理用具，刖述第2處理用具係外接於前述處理用具 周圍，於單方向具有開口冑，並具有連通前述排氣處 理裝置之官，且沒有微波導波管，並且内面係由鐵、 10 鈦、或鋁構成，外面則具有隔熱構造者。 圖式簡單說明 第1圖係顯示使用本發明之處理用具之處理方法之概 要之截面圖。 第2圖係顯示依據本發明之處理方法處理油污染土壤 15 之分析結果之圖。 第3圖係顯示本發明之另一處理方法之概要之圖。 【實施方式；| 實施發明之最佳形態 前述（1)之發明中，所謂沸點500°C以下之化學物質係 2〇諸如油類、揮發性有機物質、及戴奥辛類。而所謂油類則 係意指苯（沸點8(TC)、汽油（沸點2〇(rc以下）等。揮發性有 機物質之例，則係四氣乙烯（沸點121.2。〇等。 所謂戴奥辛類（沸點500°C)，係泛指多氣雙苯戴奥辛 (PCDD)，然而特別係指多氯多苯呋喃（pCDF)等芳香族系氣 10 570845 玖、發明說明 化合物，尤其亦包含2,3,7,8-四氯戴奥辛（TCDD)等有毒物 質。 本發明之微波照射場中，對於可吸收微波之業已污染 之土壤，係利用將第1圖所示之於單方向具有開口部之處 5 理用具1(例如，直徑112cm之圓形處理用具）設置於地表 或埋設於地中，並由處理用具1上部透過導波管2將微波 3直接照射於污染土壤5，或透過微波吸收特性優良之原料 粉末（例如製鋼熔渣灰）4，將微波3照射於污染土壌5，且 以該微波3直接加熱污染土壌5及污染物質，甚至於土壤 10 中含有之水，而可藉微波之非熱效應（microwave effect)， 以非常快之速度達成污染物質之揮發。 於此，所謂微波之非熱效應，係揭示於「微波加熱技 術匯編」NTS股份有限公司發行（1994年3月30日）之733 頁中第3行，即，以往，利用微波進行加熱時，加熱所引 15 起之反應及殺菌係較普通之加熱還快，且係充分地進行。 又，本來，不論利用何種熱源，陶瓷之燒結起始溫度皆為 固定，然而以微波進行時，可發現燒結起始溫度下降等現 象，而將這些稱作微波之非熱效應。 首先，實施與該非熱效應有關之實驗。於如微波爐等 20 密閉之處理用具内部，放入含有苯2重量％ (20000ppm)之 土之成形體，並於該成形體内部放入光纖式熱電偶，且照 射2.45GHz之頻率之微波，並將土成形體之溫度加熱至70 °C後，測量苯之殘存量，結果可知儘管仍保有 500ppm(50mg/kg)且係保持於苯之沸點以下之70°C，但苯 11 570845 玖、發明說明 大致上都氣化了。 前述之日本專利公開公報8-33882號中，係使加熱溫 度於沸點+50°C以内，然而，活用本發明之微波時即使以 沸點以下之溫度亦可發揮充分之作用。此係本實驗微波之 5 非熱效應。該原因亦將苯單獨之微波吸收能，與伴隨土中 殘存之水分蒸發之氣體飄失效應等考慮入内。此外，於此 之油類之分析方法係以四氣化碳萃取-紅外線光譜分析法進 行。 以下，針對本發明詳細地說明。 10 可事先挖掘前述污染土壌，並將處理用具覆蓋於聚集 於一處以上之土壤，且，亦可不挖掘，而將處理用具就地 覆蓋於污染土壤存在之處。即使僅將處理用具放置於土壤 上，亦可防止沸點500°c以下之化學物質朝處理用具外部 放散，因此，可得到本發明之效果。 15 然而，為了充分地防止存在於地中内部之化學物質因 微波加熱而由處理用具外面放散於大氣中，宜將處理用具 埋設至地中。處理用具之内面宜為鐵、尤宜為不鏽鋼、鈦（ 包含合金）6(參照第1圖）等不易氧化之金屬，或鋁（包含合 金），且，宜於與鐵接觸之面之相反側設置有隔熱材料6(參 20 照第1圖），且宜將處理用具機械性地打入而使處理用具刃 緣埋設於地下lcm以上，最好係10cm以上，且以埋設於 20cm以上之位置尤佳。該處理用具刃緣（處理用具前端）宜 形成為容易埋設於地中之銳角，且以設置公知之螺旋翼為 佳。埋設深度小於lcm時或更淺時，微波可能會使處理器 12 570845 玖、發明說明 外面之土因微波而加熱，而使經過加熱之污染物質由處理 器放散於大氣中。 可於前述狀態下照射微波，亦可預先散布微波吸收特 性優良之原料成厚度15 mm以内後照射微波。又，預先鋪 5 上陶瓷纖維等公知之隔熱材料後再照射微波時，可提升熱 效率，所以較佳。進而，預先散布微波特性優良之原料且 鋪上隔熱材料後，再照射微波時可更進一步提昇熱效率， 因此更佳。此時，藉照射之微波，由地中内部至土與污染 物夤及土所含有之水本身亦因微波而加熱，且自彿點低之 10 污染物質依序地轉移成氣相，土壤淨化。 於此，微波吸收特性優良之原料，可使用氧化鐵、或 大篁含有乳化鐵之製鐵粉塵或製鐵溶逢，其他的話，如氧 化紹砂等係鐵電材料，容易吸收微波，所以係合適的。又 ，具有半導體特性之SiC、導電體材料之ΖγΒ2等，係藉介 15電特性且藉表面效應，產生朝向與金屬粉末等同樣之粉體 表面之大電流，藉此使藉微波加熱之昇溫特性提昇，因此 較佳。前述之微波吸收特性優良之原料係以對污染土壤散 布厚度15mm以下為佳。散布超過15mm時，反而因該散 布造成微波吸收顯著，即，朝土壤作用之微波加熱減少， 20而以該撒布原料中之導熱主體使土壤昇溫，因此，朝土讓 照射之微波照射無效，且由受到微波加熱成高溫之散布原 料放散至大氣中之散熱量亦很大，會造成能量耗損。又， %境溫度過高，造成能量耗損，且會使處理用具容易損傷 13 570845 玖、發明說明 該等原料之粒徑係以1 /z m〜2mm為佳。小於1 # m時 原料係昂貴的。又，超過2mm時原料亦同樣為昂貴的。 有關微波之頻率，係有0.915GHz，微波爐等所採用之 2.45GHJZ，再者，調速管等之6GHz，高頻率波加熱裝置 5 之28GHz等各種頻率帶，然而，可使用其中任何一種。當 污染物質滲透至較深之地中時，由微波朝土壤滲透之滲透 深度之觀點來看，係以2.45GHz以下為佳。另外，對於如 僅有表層受到例如戴奥辛飛灰沉積而污染之土壤，僅需使 表面提昇成高溫，因此以6GHz以上之頻率為佳。微波之 10 較佳照射條件如下。相對於污染土壌之面積5~100kw/m2之 照射係較佳的。小於5kw/m2時，會花費過長反應時間。超 過100kw/m2時，局部地升高至1000°C以上之高溫，會使 處理容器容易損傷。又，會花費龐大之設備費用。 又，使無微波導波管之1或2個以上之第2處理用具 15 外接而覆蓋於具有微波導波管之處理用具周圍時，受到具 有微波導波管之處理用具覆蓋之部份之土壤的溫度係達到 最高溫度1000°C左右，可使沸點500°c以下之化學物質充 分地分解或氣化，藉使第2處理用具覆蓋於該處理用具周 圍，使化學物質不會放散至第2處理用具周圍，可安全且 20 容易地達成污染土壌之無害化。 實施例 (實施例1) 進行由城市燃氣工廠撤走之空地除去油污染之試驗。 首先，實施該土地各個深度之油污染測量，並於第2圖顯 14 570845 玖、發明說明 示其測量結果。土壤中油類之分析方法，係以四氯化碳萃 取-紅外線光譜分析法進行。由該結果可明白遭受油污染之 土地中，自表層起50cm以下幾乎無受到污染。於該土壌 使第1圖所示之處理用具就地覆蓋於土壤，並且使處理用 5 具刃緣與地表對齊，且使0.915GHz之微波以5kw/m2之照 射條件照射8小時。處理用具係板厚3mm之不鏽鋼製，且 其外面係由厚度25mm之陶瓷纖維之隔熱墊被覆成厚度約 75mm。由其結果可確認出由表面至深度80cm油類含有量 於50mg/kg以下時，可除去污染土壤物質。 10 (實施例2) 於無特別受到化學物質污染之土壤中，散布含有四氣 乙烯之金屬洗淨劑5cc後，立即將與實施例1同一之處理 用具就地埋設於土壤，並使處理用具刃緣於地下100mm， 且使0.915GHz之微波以10kw/m2之照射條件照射6小時 15 ，結果為由土壌表面至深度80cm沒有檢測出四氯乙烯。 此外，四氣乙烯之分析，係以GC-EDC(氣相層析儀-電子 捕獲法）進行。 (實施例3) 於無特別遭受化學物質污染之土壤中，將粒徑200#m 20 以下之Sic原料散布成l〇mm厚，並且以與實施例1同一 之處理用具就地埋設於土壤，且使處理用具刃緣於地下 40mm以下，並使2.45GHz之微波以30kw/m2之照射條件 照射6小時。由土壌表面至深度20cm係昇溫至950°C。 (實施例4) 15 570845 玖、發明說明 於無特別受到化學污染之土壌，將與實施例1同一之 處理用具就地埋設於土壌，並使處理用具刃緣於地下 80mm，且將28GHz之微波以30kw/m2之照射條件照射6 小時。由土壤表面至深度10cm係昇溫至1200°C。 5 (實施例5)

進行實施例1所示之自城市燃氣工廠撤離之空地去除 油污染之試驗。並將概要顯示於第3圖。首先於土壤5散 布製鐵粉塵4成厚度10mm，並於其上覆蓋厚度50mm之 陶瓷纖維7。之後，埋設第3圖所示之處理用具1，使處理 10 用具刃緣對齊地下10〜15cm。1個處理用具1之大小係 0.6mx0.8mx高0.3m且係板厚3mm之不鏽鋼製，且與實施 例1同樣地以陶瓷纖維7隔熱被覆，並使合計8個第2處 理用具覆蓋於1個具有導波管2之處理用具1周圍而外接 於其上。處理用具1係板厚3mm之不鏽鋼製，其外面係由 15 厚度25mm之陶瓷纖維之塾7隔熱被覆成厚度約75mm。

將2.45GHz之微波以30kw/m2之照射條件照射8小時 。其結果為可確認出由表面至深度80cm油類含有量為 50mg/kg以下時，可除去污染土壤物質。 此外，第3圖中，電加熱器9、水處理系10、及氣體 20 過濾器11係可依需要而設置之設備，並非本發明中必需之 構成要件。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示使用本發明之處理用具之處理方法之概 要之截面圖。 16 570845 玖、發明說明 第2圖係顯示依據本發明之處理方法處理油污染土壌 之分析結果之圖。 第3圖係顯示本發明之另一處理方法之概要之圖。 【圖式之主要<70件代表符號表】 1.. .處理用具 2.. .導波管 3…微波 4…原料粉末 5.. .污染土壌 6···欽(隔熱材料） 7···陶竞纖維(塾） 9.··電加熱器 10…水處理系 11…氣體過濾器

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Claims (1)

1. 570845 拾、申請專利範圍 1· 一種污染土壤之無害化處理方法，係於業已受到沸點 500°C以下之化學物質污染之土壤上覆蓋處理用具，並 照射微波，而由污染土壤除去化學物質。 2· —種污染土壤之無害化處理方法，係於業已受到沸點 5〇〇°c以下之化學物質污染之土壌上鋪上隔熱材料後覆 蓋處理用具，並照射微波，以由污染土壌除去化學物 3· —種污染土壞之無害化處理方法，係於業已受到沸點 500°C以下之化學物質污染之土壞，散布微波吸收特性 優良之原料後，覆蓋處理用具並照射微波，以由污染 土壤除去化學物質。 4· 一種污染土壞之無害化處理方法，係於業已受到沸點 500t以下之化學物質污染之土壤上，散布微波吸收特 性優良之原料並鋪上隔熱材料後，覆蓋處理用具且照 射微波，以由污染土壤除去化學物質。 5·如申請專利範圍第1〜4項中任一項之污染土壤之無害 化處理方法，係不挖掘污染土壤，而就地照射微波。 6·如申請專利範圍第1〜4項中任一項之污染土壤之無害 化處理方法’係使無微波導波管之1個或2個以上之 第2處理用具外接而覆蓋於具有微波導波管之前述處 理用具周圍。 7·如申請專利範圍第1〜4項中任一項之污染土壌之無害 化處理方法，係將前述處理用具刃緣埋設於污染土壤 之地下lcm以上。 18 57〇845 拾、申請專利範圍 8· —種處理用具，係使用於業已受到化學物質污染之土 壤之無害化處理之處理用具，係於單方向具有開口部 ，並於前㈣口部之相反側具有連通微波導波管及排 氣處理裝置之管，且内面係由鐵、鈦、或链構成，外 面則具有隔熱構造。 9.如申請專利範圍第8項之處理用具，更具有】個或2 個以上之第2處理用具，前述第2處理用具係外接於 前述處理用具周圍，於單方向具有開口部，並具有連 通前述排氣處理裝置之管，且沒有微波導波管，並且 内面係由鐵、欽、或奴搂士 一’構成’外面則具有隔熱構造者 19