(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染された土壌を浄化する土壌浄化装置であって、泥水状の前記土壌が貯められる貯留槽と、この貯留槽内に設けられ該貯留槽内の前記土壌を循環させる循環部と、この循環部で循環される前記土壌に超音波を照射する超音波照射部と、この超音波照射部と対向状態に設けられ前記超音波を反射する超音波反射部とから成り、前記貯留槽には前記超音波照射部により超音波が照射される前記土壌を区画する照射区画形成体が該貯留槽とは別体で設けられ、この照射区画形成体の一側には前記超音波照射部が、他側には前記超音波反射部が設けられ、前記循環部は、前記照射区画形成体と、この照射区画形成体内に前記土壌を圧送する圧送部とで構成されていることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の土壌浄化装置において、前記超音波照射部は、前記貯留槽内にして前記土壌に埋没するように設けられていることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記照射区画形成体の出口側には絞り部が設けられていることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記超音波反射部は空気層であることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記超音波照射部を構成する超音波発振器は出力が１０００Ｗ以上のものであることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記循環部が前記貯留槽に複数設けられていることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記超音波照射部と前記超音波反射部との対向間隔は、照射される超音波の波長の整数倍の間隔に設定されていることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記照射区画形成体は前記貯留槽内に水平方向に対して傾斜した状態で設けられていることを特徴とする土壌浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
掘削工事等により発生した掘削土が砒素等の重金属で汚染された土壌であった場合には、砒素等が所定の基準値以下となるように浄化する必要がある。
【０００３】
土壌を浄化する方法としては、例えば特許文献１に開示されるように、砒素等で汚染された土壌に、吸着材となる鉄粉及び土壌から砒素等を分離させる薬剤を添加して撹拌し、砒素等を吸着させた鉄粉を遠心分離や磁気分離により分離することで、土壌から砒素等を除去する方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、上記の浄化方法を行うためには複雑で高価な装置が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１１０２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、簡易な装置構成で確実に土壌から砒素を分離でき、土壌の浄化を低コストで実現できる実用的な土壌浄化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００８】
汚染された土壌１を浄化する土壌浄化装置であって、泥水状の前記土壌１が貯められる貯留槽２と、この貯留槽２内に設けられ該貯留槽２内の前記土壌１を循環させる循環部と、この循環部で循環される前記土壌１に超音波を照射する超音波照射部３と、この超音波照射部３と対向状態に設けられ前記超音波を反射する超音波反射部４とから成り、前記貯留槽２には前記超音波照射部３により超音波が照射される前記土壌１を区画する照射区画形成体５が該貯留槽２とは別体で設けられ、この照射区画形成体５の一側には前記超音波照射部３が、他側には前記超音波反射部４が設けられ、前記循環部は、前記照射区画形成体５と、この照射区画形成体５内に前記土壌１を圧送する圧送部とで構成されていることを特徴とする土壌浄化装置に係るものである。
【０００９】
また、請求項１記載の土壌浄化装置において、前記超音波照射部３は、前記貯留槽２内にして前記土壌１に埋没するように設けられていることを特徴とする土壌浄化装置に係るものである。
【００１０】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記照射区画形成体５の出口側には絞り部７が設けられていることを特徴とする土壌浄化装置に係るものである。
【００１１】
また、請求項１〜３いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記超音波反射部４は空気層であることを特徴とする土壌浄化装置に係るものである。
【００１２】
また、請求項１〜４いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記超音波照射部３を構成する超音波発振器は出力が１０００Ｗ以上のものであることを特徴とする土壌浄化装置に係るものである。
【００１３】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記循環部が前記貯留槽２に複数設けられていることを特徴とする土壌浄化装置に係るものである。
【００１４】
また、請求項１〜６いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記超音波照射部３と前記超音波反射部４との対向間隔は、照射される超音波の波長の整数倍の間隔に設定されていることを特徴とする土壌浄化装置に係るものである。
【００１５】
また、請求項１〜７いずれか１項に記載の土壌浄化装置において、前記照射区画形成体５は前記貯留槽２内に水平方向に対して傾斜した状態で設けられていることを特徴とする土壌浄化装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成したから、簡易な装置構成で確実に土壌から砒素を分離でき、土壌の浄化を低コストで実現できる実用的な土壌浄化装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施例の概略説明断面図である。
【図２】別例の概略説明平面図である。
【図３】実験結果を示すグラフである。
【図４】実験結果を示すグラフである。
【図５】実験結果を示すグラフである。
【図６】実験結果を示すグラフである。
【図７】実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１９】
砒素等の汚染物質（重金属等）を化学的に剥離させる薬剤が添加された土壌１を貯留槽２内で循環させ、超音波を照射する。
【００２０】
この際、超音波による土粒子の振動によるスクラビング（剥ぎ取り）効果及び超音波振動により生じるキャビテーション現象により、短時間で薬剤では剥離しきれなかった土粒子表面の砒素等を剥離できる。なお、高出力（１０００Ｗ以上）の超音波を照射することで、衝撃波により結晶構造や土粒子を破砕することができ、土粒子内に含有する砒素等の離脱を促進することができる。
【００２１】
また、超音波照射部３と対向状態に超音波反射部４を設けることで、入射波と超音波反射部４により反射された反射波との共振による増幅効果により、上述のスクラビング効果及びキャビテーション現象等を一層良好に発揮させることが可能となる。
【００２２】
更に、貯留槽２内に、超音波が照射される土壌１を区画する照射区画形成体５を設けたから、例えば土壌１に埋没状態となる位置に超音波照射部３を設けることで、超音波照射部３から生じる騒音の影響を軽減でき、簡単に防音効果を得ることが可能となる。
【００２３】
また、例えば、照射区画形成体５の出口側に絞り部を設けることで、照射区画形成体５内に土壌１を滞留させ易くなり、土壌１に一層満遍なく超音波を照射することが可能となる。
【００２４】
更に、循環部等を既存の廃土処理設備の貯留槽２に設けるだけで、汚染物質に汚染された土壌１を現場で良好に浄化することが可能となり、簡易且つ安価に導入できるものとなる。
【００２５】
また、超音波照射により砒素等の溶出を促進できることから、前記薬剤の添加量及び濃度を低減することも可能となる。
【実施例】
【００２６】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２７】
本実施例は、汚染された土壌１を浄化する土壌浄化装置であって、泥水状の前記土壌１が貯められる貯留槽２と、この貯留槽２内の前記土壌１を循環させる循環部と、この循環部で循環される前記土壌１に超音波を照射する超音波照射部３と、この超音波照射部３と対向状態に設けられ前記超音波を反射する超音波反射部４とから成り、前記循環部は、貯留槽２内に設けられ前記超音波照射部３により超音波が照射される前記土壌１を区画する筒状の照射区画形成体５と、この照射区画形成体５内に前記土壌１を圧送する圧送部（ポンプ６）とで構成され、前記照射区画形成体５を挟むように前記超音波照射部３と前記超音波反射部４とが設けられているものである。
【００２８】
本実施例は、図１に図示したように貯留槽２に、先端開口部を下向きとした状態で設けられる有底角筒状の照射区画形成体５と、照射区画形成体５の底部に設けた圧送用孔を通じて土壌１を圧送するポンプ６とから成る循環部を設け、この照射区画形成体５の前後面に夫々超音波照射部３と超音波反射部４とを設けた構成である。図中、符号11は流量調整弁である。
【００２９】
また、照射区画形成体５の先端出口側には絞り部７（先端側程先細る円錐状部分）が設けられている。絞り部７により出口で適宜な抵抗が付与され、土壌１は照射区画形成体５内に滞留し易くなって飽和状態となり、超音波処理が良好に行われる。絞り部７の先端出口（照射区画形成体５の出口）は円形に設定されている。なお、絞り部７の先端出口は矩形としてもよい。また、照射区画形成体５の絞り部７以外の部分（胴部）はその長さ方向にわたって同断面形状に設定されている。
【００３０】
また、照射区画形成体５は図１では垂直に設けているが、０〜９０°の範囲で水平方向に対して傾斜させた状態で設けても良い。また、傾斜角度を適宜変更する傾斜角度変更機構を設ける構成としても良い。傾斜角度を大きくすることで、出口の流速を小さくすることができる。
【００３１】
なお、照射区画形成体５は円筒状であってもよいが、超音波反射部４による超音波の反射・共振効果を良好に得るためには角筒状の方が好ましい（角筒状の場合には、後述する超音波照射部３の超音波振動子と超音波反射部４としての空気層との間隔をこれらの対向面全面に渡って所定の間隔とすることができるため。）。また、照射区画形成体５は有底でなく無底状であってもよい。
【００３２】
貯留槽２に貯留する土壌１は、前工程で予め砒素等の汚染物質（重金属等）を化学的に剥離させる薬剤（硝酸、塩酸、水酸化ナトリウム等）が混入せしめられて泥水状となって貯留槽２内に導入される。
【００３３】
超音波照射部３は超音波発振器により構成され、超音波発振器から発振される超音波が土壌１に照射される。超音波発振器は、照射区画形成体５の前面側に設けられた箱状の隔離壁８に囲まれて土壌１から隔離された状態で照射区画形成体５に設けられる。また、超音波照射部３（超音波発振器）は板状の超音波振動子を備えた構成とし、この超音波振動子の接触面全面を照射区画形成体５の前面に接触させた状態で固定している。また、超音波照射部３は、照射区画形成体５内の土壌１に超音波を照射する際、貯留槽２内の土壌１に埋没する位置に設けられている。
【００３４】
また、超音波反射部４は、照射区画形成体５の後面側に設けられた箱状の隔離壁９に囲まれた空間部を大気で満たして空気層を設けることで形成されている。この空気層から超音波振動子の接触面までの距離を適宜設定することで、良好に超音波の反射効果を得ることができる。また、本実施例においては、照射区画形成体５の左右側面にも空気層が設けられるように隔離壁９が左右側面にも設けられるように構成している。
【００３５】
具体的には、照射区画形成体５に設けられる超音波照射部３と対向する後面側の超音波反射部４との対向間隔（超音波振動子の接触面から空気層までの距離）は、ｎλ（超音波の波長の整数倍）と設定するのが好ましい。これにより反射波による共振効果を良好に得ることが可能となる。また、超音波照射部３と対向する後面側の超音波反射部４との対向間隔は２０ｃｍ〜６０ｃｍ程度とするのが好ましい（後述する実験例参照）。
【００３６】
なお、図２に図示した別例のように、循環部を貯留槽２に複数（図２では３つ）設ける構成としても良い。この場合、一層短時間で超音波照射による土壌浄化を行えることになる。また、ポンプ６は１つのままで容量を増やし、照射区画形成体５のみを複数設け、１つのポンプ６で複数の照射区画形成体５に土壌１を圧送する構成としても良い。
【００３７】
また、本実施例においては、超音波発振器は出力が１２００Ｗのものを採用している。超音波発振器の出力が１０００Ｗ以上になると、土壌から砒素を剥離する効果が極めて良好になることを確認しており、特に１２００Ｗ以上で顕著となる。
【００３８】
照射区画形成体５の左右側面には、貯留槽２の開口縁に係止する杆状の支持部10が突設され、この支持部10を開口縁上に係止することで、照射区画形成体５がその開口が貯留槽２の底面から所定距離離れた位置で支持される。
【００３９】
また、土壌１への超音波の照射時間が５分程度でも十分な砒素の剥離効果が得られることを確認している。そのため、超音波の土壌１への照射時間が１〜５分程度となるように、ポンプ流量、照射区画形成体５の傾斜角及び絞り部７の形状等を設定する。
【００４０】
貯留部２内を循環し超音波が照射された土壌１は、フィルタープレスで排土と排水に分離され、排土は砒素等の含有量を確認後、廃棄処理され、排水は活性炭、活性アルミナ、ゼオライト等の適宜な吸着材で砒素等が吸着処理された後、放流される。
【００４１】
本実施例は上述のように構成したから、砒素等の汚染物質（重金属等）を化学的に剥離させる薬剤が添加された土壌１（特に砒素に汚染された土壌）を貯留槽２内で循環させ、超音波を照射する際、超音波による土粒子の振動によるスクラビング（剥ぎ取り）効果及び超音波振動により生じるキャビテーション現象により、短時間で薬剤では剥離しきれなかった土粒子表面の砒素等を剥離できる。なお、高出力（１０００Ｗ以上）の超音波を照射することで、衝撃波により結晶構造や土粒子を破砕することができ、土粒子内に含有する砒素等の離脱を促進することができる。
【００４２】
また、超音波照射部３と対向状態に超音波反射部４を設けることで、入射波と超音波反射部４により反射された反射波との共振による増幅効果により、上述のスクラビング効果及びキャビテーション現象等を一層良好に発揮させることが可能となる。
【００４３】
更に、貯留槽２内に、超音波が照射される土壌１を区画する照射区画形成体５を設け、超音波照射時に土壌１に埋没状態となる位置に超音波照射部３を設けたから、超音波照射部３から生じる騒音の影響を軽減でき、簡単に防音効果を得ることが可能となる。
【００４４】
また、照射区画形成体５の出口側に絞り部を設けることで、照射区画形成体５内に土壌１を滞留させ易くなり、土壌１に一層満遍なく超音波を照射することが可能となる。
【００４５】
更に、循環部等を既存の廃土処理設備の貯留槽２に設けるだけで、汚染物質に汚染された土壌１を現場で良好に浄化することが可能となり、簡易且つ安価に導入できるものとなる。
【００４６】
また、超音波照射により砒素等の溶出を促進できることから、前記薬剤の添加量及び濃度を低減することも可能となる。
【００４７】
よって、本実施例は、簡易な装置構成で確実に土壌から砒素を分離でき、土壌の浄化を低コストで実現できる実用的なものとなる。
【００４８】
本実施例の効果を裏付ける実験例について図３〜７を用いて説明する。
【００４９】
図３は、酸・塩基による溶出促進効果を調べた結果である。
【００５０】
具体的には、試料（風乾）５ｇを精製水２５ｍｌで希釈したものに、硝酸（ＨＮＯ３)、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ)、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）を、それぞれ１ｍｏｌ／Ｌとなるよう添加した。そして、振とう後（２００ｒｐｍ、１ｈ、６ｈ、２４ｈ）に溶液を０．４５μｍメンブレンフィルターで濾過し、溶液中の砒素濃度を原子吸光法により測定した結果を示す。
【００５１】
図３より、強酸（ＨＮＯ３、ＨＣｌ）、強塩基（ＮａＯＨ)での溶出量が高く、振とう時間は６時間で概ね溶出は平衡に達すると思われる。従って、酸・塩基溶媒だけでは反応時間が長く、強酸・強塩基でなければ効果がない。
【００５２】
図４は、超音波洗浄装置による抽出効果を調べた結果である。
【００５３】
具体的には、試料（風乾）５ｇを精製水２５ｍｌで希釈し、図３で促進効果が大きかった水酸化ナトリウム及び硝酸を０．０１〜１ｍｏｌ／Ｌとなるよう添加した。超音波照射後、溶液を０．４５μｍメンブレンフィルターで濾過し、溶液中の砒素濃度を原子吸光法により測定した。
【００５４】
図４より、高出力（特に１２００Ｗ）の超音波を照射することにより溶出が促進されることが確認できた。
【００５５】
図５は、超音波照射時間の効果を調べた結果である。
【００５６】
図５より、照射時間が短くても十分な溶出促進効果があることが確認できた。
【００５７】
図６は、溶媒濃度の効果を調べた結果である。
【００５８】
図６より、超音波照射条件下においては、低濃度（０．０１ｍｏｌ／Ｌ）溶媒添加でも十分な砒素溶出促進効果が得られた（１／１００濃度でも３０〜５０％の効果）。
【００５９】
図７は、全長９０ｃｍの水槽の一端側に超音波発振器を設け、この超音波発振器（の振動子）から夫々２０ｃｍ、３０ｃｍ、６０ｃｍ離して反射板（金属板）を振動子と平行に設置し、超音波発振器と反射板の中間位置（超音波発振器の振動子から夫々１０ｃｍ、１５ｃｍ、３０ｃｍ離れた位置）で超音波強度を計測した結果である。なお、反射板を設けない場合は水槽の中間位置（超音波発振器の振動子から４５ｃｍ離れた位置）で計測した。
【００６０】
図７より、反射板を設けない場合に比し、２０ｃｍ〜６０ｃｍ程度離して反射板を設けた場合には、出力１２００Ｗ、２４０Ｗいずれの場合も、超音波強度を２倍〜３倍程度増幅できることが確認できた。
【００６１】
以上の結果より、超音波照射により、溶出時間の短縮及び溶媒適用条件の緩和が可能であることが確認できた。
【符号の説明】
【００６２】
１  土壌
２  貯留槽
３  超音波照射部
４  超音波反射部
５  照射区画形成体
７  絞り部
【図１】
0006384796.tif 000002
【図２】
0006384796.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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