(57)【要約】【課題】ホウ素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を加熱処理装置１０に投入して９００℃以上に加熱する。これによって、ホウ素は酸化ホウ素となって土壌内に存在し、これが土壌内に含まれる酸化ケイ素や酸化アルミニウムまたは酸化ナトリウムと反応してホウ素化合物として安定化する。そして、安定化したホウ素を乾燥状態で７４μｍ以下の粒子に分級して土壌とともに抽出する。【選択図】図１
2006334502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素を含む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することによってホウ素をガラス化させることを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
前記高温熱処理が、約９００℃以上の温度で行われ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】
前記汚染土壌は、乾燥状態の前記汚染土壌のうち細かい粒子分を分級す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】
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とともに熱風を発生する熱風発生装置を有する熱処理装置と、前記熱風発生装置からの熱風の気流に乗って、投入された汚染土壌の細粒分を受け容れて分級する分級装置、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、特にホウ素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、ホウ素が含まれる土壌を処理する技術が確立されてなく、水洗浄を行った場合には洗浄後の汚泥にホウ素が残り最終処分場で埋め立てされるかあるいはコンクリートで固化されていた。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、汚染物質としてのホウ素に関しては何等記載がなく、ホウ素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、ホウ素は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。
【０００５】
一方、汚染土壌の基準として、水に溶け出す量を示す溶出基準と汚染物質の全量を示す含有量基準が定められている。ホウ素が抽出できないことは含有量基準を満足することができないことから、汚染土壌の浄化に限界が生じることとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、特にホウ素を除去するためにホウ素を安定化させた状態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。
【０００７】
そのために、請求項１記載の発明では、ホウ素を含む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することによってホウ素をガラス化させることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の発明では、前記高温熱処理が、約９００℃以上の温度で行われることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の発明では、前記汚染土壌は、乾燥状態の前記汚染土壌のうち細かい粒子分を分級することを特徴としている。
【００１０】
請求項４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とともに熱風を発生する熱風発生装置を有する熱処理装置と、前記熱風発生装置からの熱風の気流に乗って、投入された汚染土壌の細粒分を受け容れて分級する分級装置、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】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、ホウ素をガラス化して安定化させる温度で高温加熱する。汚染土壌を高温加熱することによってホウ素は酸化ホウ素となって土壌内に存在し、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。従って、安定化したホウ珪酸ガラスを抽出することによって、容易に汚染土壌を浄化することができ、残りの土壌を浄化土壌として再使用すすることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、ホウ素は９００℃以上に加熱することによって無害なガラスとして変化できるので、汚染土壌を加熱処理装置に投入して９００℃以上の高温で加熱すれば、請求項１の発明の効果を達成することが可能となる。なお、高温加熱が１，２００℃以上になると多くの土壌は溶融状態となりホウ素が土壌と一体化して細粒分が抽出されない状態となる虞れを生じることから、加熱温度の上限は１，２００℃程度が望ましい。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２の発明でガラス化されたホウ素は、乾燥状態で分級される。ホウ素は細かい粒子に多く存在していることから、この分級では、汚染土壌のうち細かい粒子を主体とした粘土質又はシルト分を分級することになる。これによって、ホウ素を抽出することができる。ホウ素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、ガラス化されたホウ素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る。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、熱処理装置に投入された汚染土壌の一部は、熱風の気流によって分級装置で細粒分に分級されることから、汚染土壌に含まれる汚染物質のうち、ホウ素を含む濃縮汚染土壌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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
六価クロムは、１，０００℃を超えると無害な結晶となるが、土壌の溶融温度は１，２００℃以上に加熱すると土壌が溶融スラグとなって六価クロムと一体化されることとなる。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、少量のクロムは六価クロムに変化してしまう。そのために高温加熱後に急冷作用を行う。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。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。
【００１８】
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７４μｍ以下の細かい粒子を主体とした粘土質又はシルト分に分級する。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。加熱温度の上限は、多くの土壌が溶融される温度、１，２００℃以下に設定することが望ましい。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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を交互に開閉して汚染土壌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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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１Ａを排出する濃縮汚染土壌排出口１５７が設けられている。
【００３０】
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、濃縮汚染土壌排出口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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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に含まれているホウ素は、９００〜１，２００℃で加熱することによってホウ珪酸ガラスとして安定化するため、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。そして、ホウ素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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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のうち、ホウ素を含む濃縮汚染土壌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】
【００４２】
【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】
【００４３】
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】
2006334502.tif 000003
【図２】
2006334502.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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