(57)【要約】【課題】六価クロムを含む汚染土壌を抽出できる汚染土壌の浄化方法を提供すること。【解決手段】汚染土壌１を熱処理装置１０に投入して１，０００℃以上に加熱し、その後、冷却装置１２によって数秒で５００℃以下に急冷する。これによって六価クロムは結晶化され安定する。安定化された六価クロムを７４μｍ以下の粒子とともに抽出する。【選択図】図１
2006334501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
六価クロムを含む汚染土壌を浄化する方法であって、
前記汚染土壌を高温熱処理することによって六価クロムを結晶させることを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
前記汚染土壌を高温熱処理した後、急冷することを特徴とする請求項１記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項３】
前記高温熱処理が、約１，０００℃以上の温度で行われることを特徴とする請求項１又は２記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項４】
前記汚染土壌は、高温熱処理及び急冷後、細かい粒子分を分級することによって抽出することを特徴とする請求項１，２又は３のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項５】
汚染土壌を浄化する汚染土壌の浄化方法であって、
前記汚染土壌を高温熱処理した後、細かい粒子分を分級することによって汚染土壌が抽出されることを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項６】
汚染土壌を浄化する汚染土壌の浄化装置であって、
前記汚染土壌を高温熱処理する熱処理装置と、高温加熱された汚染土壌を急冷する冷却装置と、冷却された汚染土壌を細粒分に分級する分級装置と、を備えて構成されることを特徴とする汚染土壌の浄化装置。                                                                               
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は重金属、特に六価クロムを含む汚染土壌を浄化する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機化合物や重金属等の汚染物質を含んだ汚染土壌が顕在化していることから、これらの汚染土壌を除去することが法制化され、各種の対策がなされていた。一般的に汚染土壌の無害化処理手段としては、焼却処理手段・高温熱分解処理手段・化学分解処理手段・微生物分解処理手段等が挙げられているが、特に焼却処理手段が具体的な装置として提供されていた。
【０００３】
この装置は焼却装置や産業廃棄物処理装置を設けることによって大掛かりな設備を必要とし莫大な手間と設備費用を必要としていた。そのため、従来、この課題を解決するために、特許文献１に示すような「汚染土壌前処理方法及び装置」が提案されていた。これによると、汚染土壌を飛散させやすい状態にして除去している。つまり、有害物質の大部分が粒子径の小さい土壌に含まれていることから、メッシュサイズの異なる複数のふるいを塔本体内に配置するとともに、塔本体内に約８０℃の熱風を送風する熱風送給装置を配置して、篩い分けられた土壌を乾燥させて加振機で塔本体を加振させて分級可能に構成していた。これによって、粒子径の小さい土壌を捕集して有害物質の散逸を防止できることとなっていた。
【特許文献１】特開２００１−２１９１５５公報（３〜１１頁、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、汚染土壌を除去する際、六価クロム等の重金属に対しては、高温加熱処理を行っても土壌環境基準値を越えるために、還元剤（コークス等炭素系材料）を混合添加しなければ、六価クロム等の重金属の溶出を基準値以下にすることができなかった。しかし、還元剤を混合添加することは、六価クロムの溶出を基準以下にすることができてもクロムの含有量そのものは変わらないことから、経年変化により再び溶出の値が基準値を超えてしまう虞れがあった。そのため六価クロムを新たに抽出できる方法を考慮することが必要とされていた。従来の特許文献に示されている浄化方法による装置では、六価クロムに関しては何等記載がなく、六価クロムを除去するための課題の解決を有しているものではない。また、この特許文献における従来技術では高温熱処理装置が示されていて、土壌を１，６００℃に加熱する記載がある。しかし１，６００℃に上昇することによって、土壌が溶融して溶融スラグとなり、六価クロムが土壌と一体化された状態となる。そのため、細粒分として分級することができず抽出することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、特に六価クロムを除去するために還元剤を使用することなく簡単な方法で抽出できる汚染土壌の浄化方法と装置を提供することを目的とする。
【０００６】
そのために、請求項１記載の発明では、六価クロムを含む汚染土壌を浄化する方法であって、
前記汚染土壌を高温熱処理することによって六価クロムを結晶させることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記汚染土壌を高温熱処理した後、急冷することを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の発明では、前記高温熱処理が、約１，０００℃以上の温度で行われることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の発明では、前記汚染土壌は、高温熱処理及び急冷後、細かい粒子分を分級することによって抽出することを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載の発明では、汚染土壌を浄化する汚染土壌の浄化方法であって、
前記汚染土壌を高温熱処理した後、細かい粒子分を分級することによって汚染土壌が抽出されることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６記載の発明では、汚染土壌を浄化する汚染土壌の浄化装置であって、
前記汚染土壌を高温熱処理する熱処理装置と、高温加熱された汚染土壌を急冷する冷却装置と、冷却された汚染土壌を細粒分に分級する分級装置と、を備えて構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、汚染土壌を酸化雰囲気内で高温加熱することによって六価クロムは土壌に含まれる二酸化珪素及びカルシウムに反応させて無害なクロム鉱物、ウバロバイト（ＵＶＡＲＯＶＩＴＥ、Ｃａ3Ｃｒ2（Ｓｉ０4）3）に結晶化される。結晶化された六価クロムは安定化されることから、これによって、土壌中の有害な六価クロムを無害なクロムに変化させて浄化することができる。
【００１３】
しかし、ゆっくり冷却するとクロム化合物の一部が六価クロムに変化することから、請求項２の発明では、高温熱処理後に急冷作用を行っている。急冷することによって、クロムが六価クロムに変化する反応を抑制することができ、安定した状態を保持することができる。これによって、六価クロムも無害なクロムに変化させて浄化することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、六価クロムは１，０００℃以上に加熱することによって無害な結晶となることから、汚染土壌を１，０００℃以上の高温加熱に加熱すれば、請求項１の発明の効果を達成することが可能となる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１，２又は３の発明で結晶化された六価クロムは、乾燥状態で分級される。汚染物質は細かい粒子に多く含まれていることから、この分級では、汚染土壌のうち粘土分及びシルト分としての細かい粒子分を分級することになる。これによって、六価クロムを抽出することができる。六価クロムを除去された土壌は浄化土壌であるから製品となって再び使用される。従って、この発明では、結晶化された六価クロムを分級することから容易に汚染土壌から除去することができ、しかも、還元剤を使用することなく大掛かりな装置を必要としない。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、汚染土壌は、高温熱処理することによって安定化される。安定化された汚染土壌は加熱によって乾燥されると、乾燥状態を保持したまま、分級にかけられる。汚染物質は細かい粒子に多く含まれていることから、この分級では、汚染土壌のうち粘土分及びシルト分としての細かい粒子分を分級することになる。分級された汚染土壌は除去され、残された土壌は製品となって再び使用されることとなる。従って、汚染物質を安定化した状態で分級することから容易に汚染土壌から除去することができ、しかも大掛かりな装置を必要としない。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、汚染土壌は、熱処理装置で高温に加熱された後、冷却装置で急冷される。この熱処理装置で加熱される温度は六価クロムが溶融されることなく結晶化される１，０００〜１，２００℃が望ましく、また、冷却装置では数秒以内で５００℃前後以下に冷却されることが望ましい。そして、加熱されて乾燥された状態で細粒分に分級される。細粒分の汚染物質は、濃縮汚染土壌として抽出され、残りの土壌は浄化土壌として再使用される。
【００１８】
従って、この浄化装置では、六価クロムを含んだ汚染土壌を抽出できることから、六価クロムによる汚染を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施形態の汚染土壌の浄化方法は、ホウ素や六価クロムを含んだ汚染土壌を浄化する浄化装置において、汚染土壌を熱処理装置に投入して高温加熱することによってホウ素がガラス化して安定化され、また、六価クロムは高温熱処理後に急冷されることによって結晶化して安定化されるものである。
【００２０】
汚染土壌には、六価クロムやホウ素以外に含まれている汚染物質としては、ダイオキシンやシアン又は揮発性有機化合物（例えば、トリクロロエチレン等）さらには農薬類（例えば、チウラム・シマジン等）また、水銀やセレン、鉛・カドミウム・砒素・フッ素等がある。
【００２１】
六価クロムは、１，０００℃を超えると無害な結晶となるが、例えば土壌の溶融温度１，２００℃以上に加熱すると溶融状態となる。また、これをゆっくり冷却すると結晶はそのまま安定化するものの、少量のクロムは再び六価クロムに変化してしまう。そのために急冷することによってクロム化合物が六価クロムに変化することを抑制できるためクロム化合物のままで安定化することになる。そのために、高温加熱後に急冷することになる。実施形態においては、高温加熱の温度は、１,０００〜１，２００℃（望ましくは、１，１００℃）に設定し、急冷の条件は数秒以内で１，０００〜１，２００℃（又は１，１００℃）から約５００℃以下となるように設定する。
【００２２】
次に、安定化した六価クロムを乾燥した状態で、汚染土壌を粘土質又はシルト分としての細かい粒子に分級する。汚染物質が細かい粒子に多く含まれることが明らかとなっているため、結晶化されて安定化された六価クロムやホウ素を含む汚染土壌は、細かい粒子（７４μｍ程度以下）分を主体として分級することによって抽出することができる。
【００２３】
抽出されたクロムを含む細かい粒子は廃棄処理され、残された土壌は製品として再使用する。
【００２４】
また、ホウ素は、９００℃以上に加熱することによって、酸化ホウ素となり、この酸化ホウ素が、酸化珪素や酸化アルミニウムあるいは酸化ナトリウム等と反応してホウ珪酸ガラスとなって安定化することから、汚染土壌を熱処理装置に投入して９００℃以上に加熱する。そして六価クロムと同様、乾燥した状態で、汚染土壌を粘土質又はシルト分としての細かい粒子に分級する。汚染土壌が細かい粒子に多く含まれることが明らかとなっているため、結晶化されて安定化された六価クロムやホウ素を含む汚染土壌は、細かい粒子（７４μｍ程度以下）分を主体として分級することによって抽出することができる。
【００２５】
次に、本発明の汚染土壌の浄化方法を実施するための浄化装置の一形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１のフローシートに示すように、汚染土壌１の浄化方法を行なう浄化装置Ｍは、汚染土壌１から大粒の石（例えば、２００ｍｍ以上の石）を除去するグリズリ３と、中粒の石（例えば、１００〜２００ｍｍの石）を除去するトロンメル５と、熱処理装置１０と、熱処理装置１０に大粒の石と中粒の石とが除去された汚染土壌１を投入する投入装置７と、熱処理された汚染土壌１を冷却する冷却装置１２と、冷却された汚染土壌１を濃縮汚染土壌１Ａと浄化土壌１Ｂとに分級する分級装置１５とを備えて構成されている。
【００２７】
なお、汚染土壌１に含まれている六価クロムやホウ素以外の汚染物質として、ダイオキシンやシアン又は揮発性有機化合物（例えば、トリクロロエチレン等）さらには農薬類（例えば、チウラム・シマジン等）は高温加熱によって熱分解され、また、水銀やセレン、鉛・カドミウム・砒素・フッ素等は高温加熱によって熱によって揮散される。
【００２８】
グリズリ３は、鉄製の棒材を格子状に形成した篩であって、前述のように、２００ｍｍ以上の大きな石を除去できるように構成されている。また、トロンメル５は、円筒形の本体部を斜めに配置した篩であって、本体部を回転させることによって、内部に投入された汚染土壌１のうち、１００〜２００ｍｍの石を落下させて除去できるように構成されている。
【００２９】
実施形態の投入装置７は、図２に示すように、トロンメル５からコンベア等で搬送されてホッパ状に形成された図示しない定量送り出し装置から送り出された汚染土壌１を、投入プッシャー７３で熱処理装置１０の焼成炉内に送り込むように構成されている。つまり、投入装置７は、搬送された汚染土壌１が供給される供給口７１１と焼成炉の投入口１０１に定量の汚染土壌１を焼成炉内に投入する送り込み口７１２とを有して筒状に形成される本体部７１と、２個のシャッター７２１・７２１を交互に開閉して土壌１を落下させる二重シャッター機構７２と、定量の汚染土壌１を焼成炉内に送り込む投入プッシャー７３とを有して構成されている。
【００３０】
実施形態の熱処理装置１０は、焼成炉としてロータリーキルン炉が使用され、燃料２１を供給することによって投入された汚染土壌１を高温加熱する。この熱処理装置１０では、投入口１０１から投入された汚染土壌１を１，０００〜１，２００℃（望ましくは１，１００℃）に加熱する。この際、熱処理装置１０内で発生した排気ガスは、排ガス処理装置２３に送られ、煙突２７から外部に排気される。
【００３１】
一方、冷却装置１２の一例は、図３に示すように、筒状本体部１２１の入り口１２２に急冷用冷却水１２３を噴霧することによって筒状本体部１２１自体を冷却可能に構成されている。これによって、加熱された汚染土壌１が冷却装置１２の入り口で５００℃以下に冷却されて筒状本体部１２１を加熱することを防止する。その後、冷却装置１２内では、１，０００〜１，２００℃から５００℃以下に急冷された汚染土壌１が間接的に水を掛けられて常温まで冷却される。
【００３２】
なお、この冷却装置は、上記の形態に限定するものではなく、他に一般的に使用されているもの、例えば、水槽等に入れることによって構成される冷却装置を含む。
【００３３】
分級装置１５の一例は、図４に示すように、上部に入り口１５５を有して中空状に形成された有低状の円筒本体部１５１と、入り口１５５の直下に配置されるとともに７４μｍ以下の細かい粒子を主体とした粘土質又はシルト分を篩い分ける網部材１５２と、網部材１５２の直下に配置された土壌受け板１５３と、円筒本体部１５１自体を加振する加振装置１５４を備えて構成されている。円筒本体部１５１における網部材１５２の上方の一箇所には浄化土壌１Ｂを排出する浄化土壌排出口１５６が設けられ、円筒本体部１５１における土壌受け板１５３の上方には濃縮汚染土壌１を排出する濃縮汚染土壌排出口１５７が設けられている。
【００３４】
浄化土壌排出口１５６から排出された浄化土壌１Ｂは、図示しない製品置き場に搬送され、汚染土壌排出口１５７から落下する濃縮汚染土壌１Ａは、図示しない収納箱に収納されて廃棄処理される。
【００３５】
従って、上記のように構成された浄化装置Ｍでは、グリズリ３やトロンメル５によって大きな石が取り除かれた汚染土壌１は、コンベアに搬送されて定量に計量された後、投入装置７を経て熱処理装置１０に投入されると１，０００〜１，２００℃に加熱される。汚染土壌１が１，０００℃以上に加熱されることによって、汚染土壌１のうち、六価クロムは結晶化されて安定化し、ホウ素は９００℃ですでにガラス化されて安定化されている。
【００３６】
そして、加熱された汚染土壌１を５００℃以下に数秒以内で急冷することによって、クロムが六価クロムに変化することを抑制できることから有害な六価クロムは無害なクロムとして安定化することとなる。
【００３７】
六価クロムが安定化すると、汚染土壌１は、分級装置１５によって７４μｍ以下の細かい粒子を主体とした粘土質やシルト分の土壌とそれ以上の土壌に篩い分けられ、細かい粒子の土壌は六価クロムやホウ素を含む濃縮汚染土壌１Ａとして廃棄処理され、細かい粒子分を除いた浄化土壌１Ｂは、製品として再使用されることとなる。
【００３８】
上記のように、実施形態の浄化装置Ｍによれば、汚染土壌１に含まれている六価クロムを、１，０００℃以上に加熱した後、数秒以内で５００℃以下まで急冷することによって、六価クロムが結晶化されて安定化されることから、乾燥した状態で細粒分に分級することによって容易に抽出することができる。
【００３９】
そして、六価クロムを除いた製品を浄化土壌１Ｂとして再使用することができる。
【００４０】
また、六価クロムやホウ素以外の重金属は、熱処理装置１０で高温加熱した後、細粒分を分級することによって抽出することができ、重金属を除いた製品を浄化土壌１Ｂとして再使用することができる。
【００４１】
なお、本発明の汚染土壌の浄化方法を実施するための浄化装置Ｍを構成する各装置は、上記の形態に限定するものではなく、他の一般的に使用されているもの、例えば、分級装置では機械式のほかに重力、風力、遠心力、慣性力等を使用したものでもよい。また、分級装置は乾式でも湿式でもよい。
【００４２】
例えば、図５に示すように、別の形態の浄化装置Ｍ１において、投入装置７から汚染土壌１が投入された熱処理装置３０には、一方で上述の冷却装置１２を介して分級装置１５によって濃縮汚染土壌１Ａと浄化土壌１Ｂとに篩い分けられ、他方では、汚染土壌１は、さらに、サイクロン集塵機３７、バグフィルタ集塵機３９によって濃縮汚染土壌１Ａとして篩い分けられる。
【００４３】
つまり、図６において、熱処理装置（キルン炉）３０には、投入口３０１付近に連接して二次燃焼炉３５が配置され、二次燃焼炉３５と反対側に熱風発生炉３３が配置されて熱風を熱処理装置３０内に送風している。そして二次燃焼炉３５の先には管路を介して遠心力で細粒分の汚染土壌１を分級可能なサイクロン集塵機３７、バグフィルタ集塵機３９が直列的に配置されている。バグフィルタ集塵機３９の先には、排ガスファン４１を介して煙突２７が連接されている。
【００４４】
この熱処理装置３０内における気流は、通常より高く４〜７ｍ／ｓｅｃに設定されている。そのため、熱処理装置３０に熱風を送風することによって、熱処理装置３０に投入された汚染土壌１の一部は、熱処理装置３０において回転によって巻き上げられた細粒分が気流に乗って二次燃焼炉３５に送られて加熱され、さらに二次燃焼炉３５の気流に乗ってサイクロン集塵機３７及びバグフィルタ集塵機３９に送られる。そして、サイクロン集塵機３７、バグフィルタ集塵機３９では、細粒分が分級されてそれぞれ濃縮汚染土壌１Ａとして抽出される。
【００４５】
一方、熱処理装置３０では、残りの汚染土壌１は、７４μｍ以下の細粒分を確実に分級するために、前述の形態のように、冷却装置１２で冷却されて、分級装置１５で分級されることとなる。
【００４６】
上述のように、浄化装置Ｍ１によれば、熱処理装置３０に投入された汚染土壌１は、一部が熱風の気流によってサイクロン集塵機３７、バグフィルタ集塵機３９で細粒分が分級され、残りの汚染土壌１は冷却後、細粒分として分級されることから、汚染土壌１に含まれる汚染物質を濃縮汚染土壌１Ａとして抽出することができ、浄化精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一形態の汚染土壌の浄化方法を示すフローシートである。
【図２】図１における投入装置の一形態を示す簡略断面図である。
【図３】図１における冷却装置の一形態を示す簡略断面図である。
【図４】図１における分級装置の一形態を示す断面図である。
【図５】別の形態の浄化装置を示すフローシートである。
【図６】図５における浄化装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｍ、浄化装置
１、汚染土壌
１０、熱処理装置
１２、冷却装置
１５、分級装置
Ｍ１、浄化装置
３０、熱処理装置
３３、熱風発生炉
３５、二次燃焼炉
３７、サイクロン集塵機
３９、バグフィルタ集塵機
【図１】
2006334501.tif 000003
【図２】
2006334501.tif 000004
【図３】
2006334501.tif 000005
【図４】
2006334501.tif 000006
【図５】
2006334501.tif 000007
【図６】
2006334501.tif 000008