(57)【要約】汚染土壌を短時間で無害化し、必要に応じオンサイトで一挙に無害化するための、実用上可能な処理方法及びアプリケーターを提供するもので、沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌にアプリケーターを被せて、マイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。
2003074204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌にアプリケーターを被せて、マイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。
【請求項２】
沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌に断熱材を敷いた後アプリケーターを被せて、マイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。
【請求項３】
沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌に、マイクロ波吸収特性に優れた原料を散布したのち、アプリケーターを被せてマイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。
【請求項４】
沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌に、マイクロ波吸収特性に優れた原料を散布した上に断熱材を敷いた後、アプリケーターを被せてマイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。
【請求項５】
汚染土壌を掘削せずに、その場でマイクロ波を照射することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の汚染土壌の無害化方法。
【請求項６】
マイクロ波導波管を有するアプリケータの周囲に外接してマイクロ波導波管のない１又は２以上の第２のアプリケータを被せることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の汚染土壌の無害化方法。
【請求項７】
アプリケーターエッジを汚染土壌の地下１ｃｍ以上に埋設することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の汚染土壌の無害化処理方法。
【請求項８】
化学物質で汚染された土壌の無害化処理に用いるアプリケーターであって、一方向に開口部を有し、開口部と反対側にマイクロ波導波管及び排ガス処理手段に連通する管を有し、内面が鉄、チタン又はアルミニウムからなり、外面が断熱構造を有していることを特徴とするアプリケーター。
【請求項９】
さらに、前記アプリケーターの周囲に外接して、一方向に開口部を有し、前記排ガス処理手段に連通する管を有し、かつマイクロ波導波管を有さず、内面が鉄、チタン又はアルミニウムからなり、外面が断熱構造を有する１又は２以上の第２のアプリケーターを有することを特徴とする請求項８記載のアプリケーター。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌から汚染源となる物質を分解あるいは気化することによりこれを除去して修復する技術に関するものであり、好ましくはその場で除去する方法及びアプリケーターに関する。
背景技術
都市ガス工場跡地やガソリンスタンド跡地などを再開発するにあたっては、これら工場に関連するベンゼンやガソリンなどにより汚染されこのままでは、新規事業用途への土地再開発ができなくなっていた。また、メッキ工場跡地では、メッキの工程で使用されていたシアン化合物による汚染など同様の状況であった。このように産業廃液などにより汚染された土壌から汚染物質を分解除去する方法として、例えば特開平４−５０１７３８号公報では、掘り出された汚染土壌を予備乾燥した後、８００〜１０００℃の温度で加熱して有害物質を気相に移行させ、当該有害物質を含んだ排ガスをサイクロンで粉塵を除去し、こうして粉塵が除去された排ガスを二次燃焼させるという土壌処理方法が記載されている。
また、特開平８−３３８８２号公報では、揮発性有機物質を含む土壌にキャリアー空気を供給しつつ当該土壌を間接加熱方式で加熱し、加熱する温度をその揮発物質の沸点を超える温度にすることが記載され、上記沸点＋５０℃以内が望ましいと記載されている。
また、特開平２０００−２６３０３１号公報では、汚染物質を採掘し、篩い分けし、油汚染された土壌では回転式加熱炉にて２５０℃以上の温度で５分加熱する方法が、シアン化合物では３００℃以上の温度で５分以上加熱する方法が提案されている。また、鹿島建設（株）では灯油や軽油などの汚染土壌を浄化する「ドラムソイル工法」（建設産業新聞、平成１３年６月１９日発行）が報告されている。同工法は乾燥ドラムに汚染土壌を入れ、２００℃前後の低温で加熱・乾燥して土壌中の油分を揮発させて浄化する方法が提案されている。
また、従来の低温操業を行っていたゴミ焼却設備から排出された焼却灰では、ダイオキシン類に汚染されていることが報告され、大きな社会問題になっている。このようなダイオキシン類に汚染された土壌に対しては、日経コンストラクション６月２２日号（２００１年６月２２日発行、日経ＢＰ社、４８頁〜５２頁）に記載されている「ジオメルト工法」のように、ダイオキシン汚染土壌を一度発掘しビニール袋に入れ、断熱炉内に設置し、アーク加熱で１６００℃以上の高温にすることでダイオキシン類の無害化が報告されている。
発明の開示
しかし、上述した先行技術では、まず汚染土壌の採掘が不可欠である。この採掘時の汚染土壌など拡散の問題が挙げられる。また、熱風を使用していることや通電加熱による土壌の溶融処理を行っているなど熱エネルギーとしてのロスが大きい。本発明は汚染土壌を短時間で無害化し、必要に応じオンサイト（その場）で一挙に無害化するための、実用上可能な方法及びアプリケーターを提供することにある。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次のとおりである。
（１）沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌にアプリケーターを被せて、マイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。
（２）沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌に断熱材を敷いた後アプリケーターを被せて、マイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。
（３）沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌に、マイクロ波吸収特性に優れた原料を散布したのち、アプリケーターを被せてマイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする。汚染土壌の無害化処理方法。
（４）沸点５００℃以下の化学物質で汚染された土壌に、マイクロ波吸収特性に優れた原料を散布した上に断熱材を敷いた後、アプリケーターを被せてマイクロ波を照射し、汚染土壌から化学物質を除去することを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。
（５）汚染土壌を掘削せずに、その場でマイクロ波を照射することを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか１項に記載の汚染土壌の無害化方法。
（６）マイクロ波導波管を有するアプリケータの周囲に外接してマイクロ波導波管のない１又は２以上の第２のアプリケータを被せることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか１項に記載の汚染土壌の無害化方法。
（７）アプリケーターエッジを汚染土壌の地下８０ｃｍ以上に埋設することを特徴とする前記（１）〜（６）の何れか１項に記載の汚染土壌の無害化処理方法。
（８）化学物質で汚染された土壌の無害化処理に用いるアプリケーターであって、一方向に開口部を有し、開口部と反対側にマイクロ波導波管及び排ガス処理手段に連通する管を有し、内面が鉄などからなり、外面が断熱構造を有していることを特徴とするアプリケーター。
（９）さらに、前記アプリケーターの周囲に外接して、一方向に開口部を有し、前記排ガス処理手段に連通する管を有し、かつマイクロ波導波管を有さず、内面が鉄、チタン又はアルミニウムからなり、外面が断熱構造を有する１又は２以上の第２のアプリケーターを有することを特徴とする前記（８）記載のアプリケーター。
発明を実施するための最良の形態
前記（１）に係る発明において、沸点５００℃以下の化学物質とは、例えば油類、揮発性有機物質、ダイオキシン類を意味する。油類とは、ベンゼン（沸点８０℃）、ガソリン（沸点２００℃以下）などのものをいう。揮発性有機物質の例としては、テトラクロロエチレン（沸点１２１．２℃）などをいう。
ダイオキシン類（沸点５００℃）としては、総称ポリ塩化ジベンゾダイオキシン（ＰＣＤＤ）をいうが、特にポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）等の芳香族系塩素化合物、特に２，３，７，８−四塩化ジベンゾダイオキシン（ＴＣＤＤ）等の有毒物質も含む。
本発明に係るマイクロ波照射場では、マイクロ波を吸収する汚染された土壌に対して、図１に示すような、一方向に開口部を有するアプリケーター１（例えば、直径１１２ｃｍの円形アプリケーター）を地表に設置又は地中に埋設し、アプリケーター１の上部より導波管２を介してマイクロ波３を直接もしくはマイクロ波吸収特性に優れた原料粉末（例えば製鋼スラグタスト）４を介して、汚染土壌５にマイクロ波３を照射し、このマイクロ波３で汚染土壌５及び汚染物質更には土壌に含有している水を直接加熱することで、マイクロ波による非熱効果（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ）により、格段に速い速度で汚染物質の揮発を達成することが可能となる。
ここで、マイクロ波による非熱効果とは、「マイクロ波加熱技術集成」株式会社ＮＴＳ発行（１９９４年３月３０日）の７３３頁に３行目から記載されているように、従来、加熱を行う場合にマイクロ波によると、通常の加熱によるよりも反応や殺菌などが早く、かつ十分に行われていることが知られていた。また、本来セラミックの焼結開始温度はどうのような熱源を用いても一定と考えられているが、マイクロ波で行うと焼結開始温度が低下するなどの現象が認められ、これらを称してマイクロ波の非熱効果という。
まず、この非熱効果に関する実験を実施した。電子レンジのように閉じられたアプリケーター内部に、ベンゼンを２重量％（２００００ｐｐｍ）含有している土の成形体を入れ、この成形体内部に光ファイバー式熱電対を入れておき、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を照射し、土成形体の温度を７０℃まで加熱後、ベンゼンの残存量を測定した結果、５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／ｋｇ）とベンゼンの沸点以下の７０℃に保持したにもかかわらず、ベンゼンが殆ど気化していることがわかった。
前述の特開平８−３３８８２号公報では、加熱温度を沸点＋５０℃以内としていたが、本発明のマイクロ波を活用することで沸点以下の温度でも十分な作用が発生している。これが本実験マイクロ波の非熱効果である。この原因として、ベンゼン単独でのマイクロ波吸収能と、土に残存する水分の蒸発に伴うガスドリフト効果なども考えられる。なお、ここでの油類の分析方法は四塩化炭素抽出−赤外線分光分析法にて行った。
以下本発明について詳細に説明する。
上述の汚染土壌を予め掘削し、一カ所以上に集めた土壌にアプリケーターを被せても良いし、掘削せずに、汚染土壌の存在する箇所にその場でアプリケーターを被せても良い。アプリケーターは土壌の上に置くだけでも沸点５００℃以下の化学物質がアプリケーター外部に放散されることを防止するので本発明の効果を得ることができる。
しかし、地中内部に存在する化学物質がマイクロ波加熱によりアプリケーター外面から大気中に放散されるのを、充分に防ぐためにはアプリケーターを地中まで埋設することが好ましい。アプリケーターは内面が、鉄、好ましくはステンレス鋼、チタン（合金を含む）６（図１参照）など酸化しがたい金属又は、アルミニウム（合金を含む）であることを特徴とし、かつ土と接触している面の反対側に断熱材７（図１参照）が設置されていることが望ましく、アプリケーターを機械的に打ち込んでアプリケーターエッジを地下１ｃｍ以上に埋設することが好ましく、さらに１０ｃｍ以上、より好ましくは２０ｃｍ以上の位置に埋設することが望ましい。このアプリケーターエッジ（アプリケーター先端）は、地中に埋設しやすいように鋭角にしたり、公知の螺旋羽を設けることが好ましい。埋設深さが１ｃｍ未満と浅いとマイクロ波によりアプリケーター外面の土までマイクロ波により加熱され、加熱された汚染物質がアプリケーター外面から大気中に放散される可能性がある。
この状態のままでマイクロ波を照射してもよいし、事前にマイクロ波吸収特性に優れた原料を厚さ１５ｍｍ以内に散布した後マイクロ波を照射してもよい。また、事前にセラミックファイバー等の公知の断熱材を敷いた後マイクロ波を照射すると熱効率が向上するので好ましい。さらに、事前にマイクロ波吸収特性に優れた原料を散布した上に断熱材を敷いた後に、マイクロ波を照射すれば更に熱効率が高くなるので、より好ましい。この時照射されたマイクロ波により地中内部から土や汚染物質や土の含有する水自身もマイクロ波で加熱され、汚染物質の沸点の低いものから順に気相へ移行し、土壌が浄化される。
ここで、マイクロ波吸収特性に優れた原料としては、酸化鉄や、酸化鉄を多量に含有する製鉄ダストや製鉄スラグを使用することができ、他にはブラウンアルミナなどは、強誘電材料なので、マイクロ波を吸収しやすいので好適である。また半導体特性を有するＳｉＣ、導電体材料であるＺｒＢ２などは、誘電特性と同時に表皮効果により、金属粉末などと同様の粉体表面への大電流発生によりマイクロ波による昇温特性が向上するので好ましい。このようなマイクロ波吸収特性に優れた原料を汚染土壌に対して、厚み１５ｍｍ以下に散布することが好ましい。１５ｍｍ超散布すると、却ってこの散布によるマイクロ波吸収が著しくなり、つまり、土壌へのマイクロ波加熱が少なくなり、この撒布原料からの伝熱主体で土壌が昇温されるので、土壌へのマイクロ波照射には有効的でなく、その高温に加熱された散布原料からの大気中への熱放散も大きくエネルギーロスになる。また、雰囲気が高温となりすぎエネルギーロスとなり、アプリケーターが損傷しやすくなる。
これら原料の粒径としては１μｍ〜２ｍｍが望ましい。１μｍ未満では原料が高価となる。また、２ｍｍ超の原料も同様に高価となる。
マイクロ波の周波数については、０．９１５ＧＨｚでも、電子レンジなどで採用されている２．４５ＧＨｚ、更にはクライストロンなどで６ＧＨｚ、ジャイラトロンで２８ＧＨｚなど様々な周波数帯があるが、どの周波数帯を用いても良い。汚染物質が比較的地中深くまで浸透している場合は、土壌へのマイクロ波の浸透深さの観点から、２．４５ＧＨｚ以下が好ましい。一方、例えばダイオキシン飛灰が降り積もったような表層だけが汚染されている土壌に対しては、表面だけを高温に上げることが重要なので６ＧＨｚ以上の周波数が好ましい。マイクロ波の好ましい照射条件は以下のとおりである。汚染土壌の面積に対して５〜１００ｋｗ／ｍ２の照射が好ましい。５ｋｗ／ｍ２未満では反応に時間がかかりすぎる。１００ｋｗ／ｍ２超では、局部的に１０００℃以上の高温になりアプリケーターが損傷しやすくなる。また、膨大な設備費がかかる。
また、マイクロ波導波管を有するアプリケータの周囲に外接してマイクロ波導波管のない１又は２以上の第２のアプリケータを被せると、マイクロ波導波管を有するアプリケータを被せた部分の土壌の温度は最大温度１０００℃前後に達し、沸点５００℃以下の化学物質を充分に分解又は気化させることができ、そのアプリケータの周囲にマイクロ波導波管のない第２のアプリケータを被せることにより、第２のアプリケータの周囲に化学物質を放散させることなく、安全かつ容易に汚染土壌の無害化を達成することができる。
実施例
（実施例１）
都市ガス工場跡地からの油汚染除去の試験を行った。まず、この土地の深さ毎の油汚染測定を実施した。図２にその測定結果を示す。土壌中油類の分析方法は、四塩化炭素抽出−赤外線分光分析法にて行った。この結果からわかるように油汚染されている土地は表層から５０ｃｍ以下は殆ど汚染されていないことがわかった。この土壌に図１に示すアプリケータを、アプリケータエッジが地表に一致するように、その場で土壌に被せて、０．９１５ＧＨｚのマイクロ波を５ｋｗ／ｍ２の照射条件で８時間照射した。アプリケータは板厚３ｍｍのステンレス製とし、その外面を厚さ２５ｍｍのセラミックファイバーのブランケットで厚み約７５ｍｍとなるように断熱被覆した。その結果、表面から深さ８０ｃｍまで油類含有量が５０ｍｇ／ｋｇ以下と汚染土壌物質の除去が図れたことを確認した。
（実施例２）
特に化学物質にて汚染されていない土壌に、テトラクロロエチレンを含有している金属洗浄剤を５ｃｃ散布後、直ぐに実施例１と同一のアプリケータを、アプリケーターエッジが地下１００ｍｍとなるように、その場で土壌に埋設し、０．９１５ＧＨｚのマイクロ波を１０ｋｗ／ｍ２の照射条件で６時間照射した結果、土壌表面から深さ８０ｃｍまでテトラクロロエチレンを検出することはなかった。尚、テトラクロロエチレンの分析は、ＧＣ−ＥＤＣ（ガスクロマトグラフ−電子捕獲法）でおこなった。
（実施例３）
特に化学物質にて汚染されていない土壌に、粒径２００μｍ以下のＳｉＣ原料を１０ｍｍ厚さ散布し、実施例１と同一のアプリケータを、その場でアプリケーターエッジが地下４０ｍｍとなるように土壌に埋設し、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を３０ｋｗ／ｍ２の照射条件で６時間照射した。土壌表面から深さ２０ｃｍまで９５０℃まで昇温した。
（実施例４）
特に化学物質にて汚染されていない土壌に、実施例１と同一の示すアプリケータを、アプリケーターエッジが地下８０ｍｍとなるように、その場で土壌に埋設し、２８ＧＨｚのマイクロ波を３０ｋｗ／ｍ２の照射条件で６時間照射した。土壌表面から深さ１０ｃｍまで１２００℃まで昇温した。
（実施例５）
実施例１に示す都市ガス工場跡地からの油汚染除去の試験を行った。概要を図３に示す。初めに土壌５に製鉄ダスト４を厚さ１０ｍｍとなるように散布し、その上に厚さ５０ｍｍのセラミックファイバー７を被せた。その後に、図３に示すアプリケータ１を、アプリケータエッジが地下１０〜１５ｃｍに一致するように埋設した。アプリケータ１の１個の大きさは０．６ｍ×０．８ｍ×高さ０．３ｍで板厚３ｍｍのステンレス製とし、実施例１と同様にセラミックファイバー７で断熱被覆し、導波管２を有するアプリケータ１の１個の周囲に外接するように計８個の第２のアプリケータ１を被せた。アプリケータ１は板厚３ｍｍのステンレス製とし、その外面を厚さ２５ｍｍのセラミックファイバーのブランケット７で厚み約７５ｍｍとなるように断熱被覆した。
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を３０ｋｗ／アプリケータの照射条件で８時間照射した。その結果、表面から深さ８０ｃｍまで油類含有量が５０ｍｇ／ｋｇ以下と汚染土壌物質の除去が図れたことを確認した。
なお、図３において、電気ヒーター９、水処理系１０、ガスフィルター１１は必要に応じ設置すればよい設備であり、本発明に必須の構成要件ではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係るアプリケーターを用いた処理方法の概要を示す断面図である。
図２は、本発明に係る処理方法による油汚染土壌の分析結果を示す図である。
図３は、本発明に係る別の処理方法の概要を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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