(57)【要約】   【課題】    掘削現場又はその近くにに設置可能な小規模プラントであっても、重金属を溶出させることなく、汚染土に含まれるＶＯＣや油といった汚染物質を浄化する。  【解決手段】本発明に係る本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法を用いて汚染土壌を浄化するには、まず、汚染物質が混入している汚染土に生石灰を添加して一次処理土とする（ステップ１０１）。次に、一次処理土をロータリーキルン回転炉に投入し、次いで、一次処理土を気密状態にて加熱し二次処理土とする（ステップ１０２）。ここで、加熱工程においては、汚染物質が揮発しかつ酸化反応を制御可能な温度範囲で行う。次に、加熱処理が終わった二次処理土をロータリーキルン回転炉から排出し、生石灰等の固化材を必要に応じて添加した後、一般土として再利用する（ステップ１０３）。  【選択図】  図１
2005138065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物及び油の少なくともいずれかからなる汚染物質と重金属とが混入している汚染土に生石灰を添加して一次処理土とし、該一次処理土を前記汚染物質が揮発しかつ酸化反応を制御可能な温度範囲で気密状態にて加熱して二次処理土とし、該二次処理土を一般土として再利用することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として掘削土に含まれる油や揮発性有機化合物を浄化する汚染土壌の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場跡地等で基礎工事を行う場合、燃料油や機械油が掘削土に混じって搬出されることがある。かかる油汚染土をそのまま放置すると、該土に混入している油分が揮発して周囲に拡散し、周辺住民の生活に支障を来すとともに、雨水によって土粒子から遊離した場合には、地下水等に混入して水質を汚濁させる原因ともなる。そのため、かかる油汚染土については、例えば焼却によって油分を除去し環境への拡散を防止する必要がある。
【０００３】
また、工場跡地の土壌がトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどで代表される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）で汚染されていることがあり、かかる汚染物質の拡散防止についても十分な対策が必要となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１９９５２号公報
【特許文献２】特開２００１−２０５２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる汚染物質で汚染された汚染土については、従来さまざまな方法で浄化処理が行われており、その代表的なものとして加熱による揮発処理がある。
【０００６】
かかる処理方法においては、汚染土を加熱することによって該汚染土に含まれている油やトリクロロエチレンなどの汚染物質を揮発させ、これを活性炭等に吸着させることで汚染土を浄化する。
【０００７】
しかしながら、このような揮発処理を行うと、加熱前であれば環境基準以下にとどまっていた有害な重金属が、加熱後には環境基準を越えて溶出してしまう事態が発生することがわかった。
【０００８】
かかる事態は、当然ながら放置しておくことはできず、加熱後の処理土に対し重金属の不溶化処理を行う必要があるが、不溶化は浄化とはみなされずに産業廃棄物扱いとなるため、結局、元の汚染土を一般土として有効利用できないという別の問題を生じる。
【０００９】
一方、廃棄物を処分するための手段として知られている、例えばロータリーキルンと呼ばれる回転型の燃焼炉で汚染土を焼却処分すれば、かかる燃焼炉が、ダイオキシンの合成を防止すべく、８５０゜Ｃ以上、通常は１０００゜Ｃ程度で焼却されることが多いため、油やＶＯＣはもちろん、重金属の溶出も防止できるものの、焼却処分という処分方法自体が産業廃棄物として扱われることになるため、汚染土の浄化手段としては採用し難い。
【００１０】
加えて、仮に汚染土を焼却処分した処理土が産業廃棄物として扱われない、換言すれば浄化された土とみなされるとしても、上述した高温加熱を実現するには、当然ながらバーナーの仕様も高くなるとともに燃焼炉についても高い耐熱性が求められることとなり、汚染土壌の浄化プラントはおのずと大規模化を余儀なくされる。
【００１１】
また、実際の掘削現場で汚染土が発生した場合、該汚染土を焼却処分するには、上述した大規模プラントまで搬送しなければならず、搬送距離によっては、汚染物質の浄化処理効率がきわめて低くなるという問題も生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、掘削現場又はその近くにに設置可能な小規模プラントであっても、重金属を溶出させることなく、汚染土に含まれるＶＯＣや油といった汚染物質を浄化することが可能な汚染土壌の浄化方法を提供することを目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る汚染土壌の浄化方法は請求項１に記載したように、揮発性有機化合物及び油の少なくともいずれかからなる汚染物質と重金属とが混入している汚染土に生石灰を添加して一次処理土とし、該一次処理土を前記汚染物質が揮発しかつ酸化反応を制御可能な温度範囲で気密状態にて加熱して二次処理土とし、該二次処理土を一般土として再利用するものである。
【００１４】
本出願人は、揮発性有機化合物や油が汚染物質として混入している汚染土から該汚染物質を除去すべく、小規模プラントを使って加熱温度を２００゜Ｃ〜８００゜Ｃに設定し浄化処理を試みたが、揮発性有機化合物や油は揮発するものの、汚染土に重金属が含まれていた場合、加熱前には溶出しない状態であったはずの重金属が、加熱後には高い濃度で溶出する状態に変化してしまうことが本出願人の実験・調査で明らかになった。
【００１５】
理由としては、土壌中で鉄やアルミニウムなどの水和酸化物と吸着していたヒ素や鉛が、加熱処理により鉄やアルミニウムが酸化物となることで吸着力が弱まり、溶出量が増加した、加熱処理によりそれまで吸着していた有機物が揮発することで溶出量が増大したといったことが考えられる。
【００１６】
かかる状況では、加熱による揮発工程後、重金属を不溶化させる処理を行わねばならなくなるのみならず、たとえ不溶化したとしても、現行の土壌汚染対策法では不溶化は浄化とは認められず、不溶化処理された処理土を一般土壌として有効利用することもできなくなる。
【００１７】
そこで、本出願人は、重金属を溶出させることなく揮発性有機化合物や油を小規模プラントで除去するにはどうしたらよいかという点に着眼し、さまざまな実験を繰り返した結果、汚染土に予め生石灰を添加して１次処理土とし、次いで、汚染物質が揮発しかつ酸化反応を制御可能な温度範囲で１次処理土を気密状態にて加熱すれば、プラントを大規模にせずともかつ重金属を溶出させることなく、油やＶＯＣを除去することができるという産業上きわめて有益な知見を得るにいたったものである。
【００１８】
すなわち、本発明に係る汚染土壌の浄化方法を用いて汚染土壌を浄化するには、まず、汚染物質が混入している汚染土に生石灰を添加して一次処理土とする。
【００１９】
汚染物質は、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどで代表される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び油の少なくともいずれかからなり、かかる汚染物質以外に、ヒ素、水銀、鉛などの有害な重金属が汚染土に混入している。
【００２０】
汚染土には、工場跡地から掘削によって生じた掘削土が含まれる。
【００２１】
生石灰は、例えば汚染土とともにミキサー内に投入し、該ミキサー内で攪拌混合すればよい。
【００２２】
次に、一次処理土を気密状態にて加熱し、これを二次処理土とする。
【００２３】
ここで、加熱工程においては、汚染物質が揮発しかつ酸化反応を制御可能な温度範囲で行う。
【００２４】
次に、二次処理土を一般土として再利用する。なお、一次処理土内から揮発した汚染物質については、例えば焼却処理すればよい。かかる焼却処理においては、ダイオキシンの発生を抑えるため、例えば８５０゜Ｃ程度の温度で燃焼するのが望ましい。焼却するにあたっては、例えば公知の燃焼炉を転用することができる。
【００２５】
酸化反応を制御可能な温度範囲とは、酸化反応、すなわち燃焼が発生したとしても、その燃焼による昇温を制御できる温度範囲をいうものとし、具体的には例えば、上限温度を７００゜Ｃ以下、望ましくは６００゜Ｃ以下とし、下限温度を汚染物質に応じた揮発可能温度とする。かかる温度範囲には、燃焼が全く発生しない場合も当然に含まれる。
【００２６】
酸化反応を上述の温度範囲に制御する方法としては任意であるが、例えば、加熱時間の調整や断続の設定調整、加熱空気の流量調整、汚染土の土量調整等が考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る汚染土壌の浄化方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法の手順を示したフローチャートである。同図でわかるように、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法を用いて汚染土壌を浄化するには、まず、汚染物質が混入している汚染土に生石灰を添加して一次処理土とする（ステップ１０１）。
【００２９】
汚染物質は、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどで代表される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び油の少なくともいずれかからなり、かかる汚染物質以外に、ヒ素、水銀、鉛などの有害な重金属が汚染土に混入している。なお、本実施形態では、工場跡地から掘削によって生じた掘削土を汚染土とする。
【００３０】
生石灰は、汚染土とともにミキサー内に投入し、該ミキサー内で攪拌混合すればよい。
【００３１】
次に、一次処理土をロータリーキルン回転炉に投入し、次いで、一次処理土を気密状態にて加熱し二次処理土とする（ステップ１０２）。
【００３２】
ここで、加熱工程においては、汚染物質が揮発しかつ酸化反応を制御可能な温度範囲で行う。
【００３３】
酸化反応を制御可能な温度範囲とは、酸化反応、すなわち燃焼が発生したとしても、その燃焼による昇温を制御できる温度範囲をいうものとし、例えば上限温度を７００゜Ｃ以下、望ましくは６００゜Ｃ以下とし、下限温度を汚染物質に応じた揮発可能温度とする。かかる温度範囲には、燃焼が全く発生しない場合も当然に含まれる。
【００３４】
かかる温度範囲は、汚染物質に応じた揮発温度を考慮して適宜選択する。例えばそれぞれ種類によるが、ＶＯＣであれば２００゜Ｃ〜５００゜Ｃ、油であれば２００゜Ｃ〜６００゜Ｃ程度に設定すればよい。
【００３５】
また、酸化反応を上述の上限温度以下に制御するには例えば、加熱時間やその断続の設定、加熱空気の流量、汚染土の土量等を適宜調整すればよい。具体的には、汚染土の油含有量に応じて一次処理土の投入量を調整する、例えば油含有量が多ければ一次処理土の投入量を少なくすることが考えられる。
【００３６】
このように汚染土に生石灰を添加して一次処理土とし、該一次処理土をロータリーキルン回転炉に投入した後、上述したように一次処理土を加熱するようにすると、汚染物質である油やＶＯＣが揮発するとともに、一次処理土内の重金属の溶出が防止される。
【００３７】
これは、重金属が例えばヒ素である場合、最初に添加した生石灰は、ヒ素と化学反応を生じてヒ酸カルシウム等の難溶性物質を形成するためであると考えられる。また、重金属が鉛である場合、上述した難容性物質の形成に加えて、生石灰により一次処理土のｐＨが９程度に上昇し鉛の溶解度が下がるためであると考えられる。
【００３８】
次に、加熱処理が終わった二次処理土をロータリーキルン回転炉から排出し、生石灰、セメント等の固化材を必要に応じて添加した後、一般土として再利用する（ステップ１０３）。なお、かかる固化材は強度改善のためのものであり、ステップ１０１での生石灰とは目的も作用効果も全く異なるものであることは言うまでもない。
【００３９】
一次処理土内から揮発した汚染物質については例えば公知の手順で処理すればよい。例えばまず、ダイオキシンの発生を抑えるべく、８５０゜Ｃ以上、例えば１０００゜Ｃ程度の温度で燃焼させる。かかる燃焼工程は、例えば公知の燃焼炉を転用することができる。
【００４０】
次に、燃焼炉からの排ガスをダイオキシンの再合成を防止すべく、２００゜Ｃ程度に一気に冷却し、これを乾式サイクロンで分離してアンダー分を集塵して特別管理産業廃棄物として取り扱うとともに、オーバー分についてはバグフィルタを通してから大気に放出するようにすればよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法によれば、汚染土に生石灰を添加して一次処理土とし、該一次処理土をロータリーキルン回転炉に投入した後、汚染物質が揮発しかつ酸化反応を制御可能な温度範囲で一次処理土を加熱するようにしたので、汚染物質である油やＶＯＣを揮発させつつ、一次処理土内の重金属の溶出を抑制することが可能となり、重金属の不溶化処理が不要になるのみならず、浄化済みの二次処理土については、一般土と同様、盛土材、埋め戻し材、埋立材などの土木資材として有効利用することができる。
【００４２】
一方、一次処理土の加熱工程は、酸化反応を制御可能な温度範囲、言い換えれば低温に抑制された温度範囲での加熱となるため、小型のバーナーで足りるとともに、ロータリーキルン回転炉についても高い耐熱性は不要となり、かくしてプラント全体の規模を縮小させ、掘削現場で設置することも可能となる。
【００４３】
本実施形態では、ロータリーキルン回転炉を用いて汚染土を加熱するようにしたが、どのような手段で加熱するかは任意であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００４４】
生石灰添加後の加熱による汚染土の浄化作用を確認するため、以下のように浄化試験を行ったので、その概要及び試験結果を説明する。
【００４５】
汚染土については、油とヒ素及び鉛を含有する廃白土Ｈを試料土として用いた。
【００４６】
廃白土Ｈの性状は以下の通りであり、ヒ素及び鉛は試験前の状態ですでに環境基準を上回っている。
含水比：    61.5 %
油含有量：  90000 mg/kg-dry
重金属溶出量（環告４６号法、）：
ヒ素：0.065 (mg/L)
鉛  ：0.015 (mg/L)
土壌環境基準値は0.01 (mg/L)以下。
【００４７】
試験手順としては、試料土である廃白土Ｈに生石灰の粉体を添加した場合と添加しない場合についてそれぞれ粒径５ｍｍ以下まで土を粉砕しながらミキサーで攪拌混合した後、６時間以上室内にて静置し、次いで、小型キルン、電気マッフル炉及びパイロットプラントを用いてさまざまな温度でそれぞれ加熱し、最後に加熱処理された試料土の分析を行った。
【００４８】
ヒ素に関する試験結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2005138065.tif 000003
【００５０】
表１から以下のことがわかる。
【００５１】
（１）小型キルンの試験ケースNo.1,No.2及び電気マッフル炉の試験ケースNo.1.No.2から、設定温度２００゜Ｃ〜３００゜Ｃ以下では油臭が残っており、油を十分に揮発させることができない。
【００５２】
（２）油を十分に揮発させることができる他の試験ケースにおいて、生石灰を添加しない以下の試験ケースでは、すべてのケースにおいて、ヒ素の溶出量が環境基準を上回った。
小型キルン          No.3, 7-10
電気マッフル炉      No.3,4,7,10,13-15
パイロットプラント  No.1
【００５３】
一方、生石灰を添加した以下の試験ケースでは、ほぼすべてのケースにおいて、ヒ素の溶出量が環境基準を下回った。
小型キルン          No.5-6,12,13
電気マッフル炉      No.5,6,8,9,11,16
パイロットプラント  No.2
【００５４】
なお、小型キルンNo.4では0.016となっており、No.11では0.023となっているが、この理由は、生石灰の添加量が５％と少なかったためであろうと考えられる。
【００５５】
（３）考察
廃白土Ｈは当初から環境基準を上回る溶出量のヒ素を含んでいたが、加熱によってその溶出量は概ね当初の溶出量のままであり、しかも電気マッフル炉No.14,15の結果を見れば、加熱によって当初の溶出量を大幅に上回ることがわかる。
【００５６】
したがって、加熱のみでは、ヒ素の溶出量が低下せずあるいは増加するが、生石灰を予め添加すれば、ヒ素の溶出量を環境基準である0.01以下に抑制可能であることがわかる。
【実施例２】
【００５７】
実施例１と同様に浄化試験を行い、鉛に関する浄化作用を確認した。
【００５８】
小型キルンに対する試験結果を図２に、電気マッフル炉に対する試験結果を図３に示す。
【００５９】
図２(a)でわかるように、生石灰の添加量が５〜１０％の範囲では鉛の溶出量が抑制されて環境基準である0.01を下回り、添加量が１５％を上回ると、逆に溶出量が増大することがわかる。この現象は、図２(b)に示した鉛の溶出量とpHとの関係とも整合している。
【００６０】
したがって、鉛の場合、生石灰によるpHの適度な上昇が加熱後の溶出抑制に大きく寄与していると言える。
【００６１】
図３もほぼ同様な傾向を示しており、pHが９〜１１の範囲で鉛の溶出量が抑制され、環境基準である0.01を下回っていることがわかる。
【実施例３】
【００６２】
実施例１と同様、生石灰添加後の加熱による汚染土の浄化作用を確認するため、以下のように浄化試験を行ったので、その概要及び試験結果を説明する。
【００６３】
汚染土については、油とヒ素を含有する廃白土Ｅを試料土として用いた。
【００６４】
廃白土Ｅの性状は以下の通りであり、ヒ素は試験前の状態では環境基準0.01を下回っている。
含水比：    63.7 %
油含有量：  336000 mg/kg-dry
重金属溶出量（環告４６号法、）：
ヒ素：0.0052 (mg/L)
土壌環境基準値は0.01 (mg/L)以下。
【００６５】
試験手順は、実施例１と同様であるのでここではその説明を省略する。なお、本実施例ではパイロットプラントを加熱手段に用いた。
【００６６】
試験結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
2005138065.tif 000004
【００６８】
表２から以下のことがわかる。
【００６９】
試験No.2-0は、処理前における試験土の性状を示したものであり、ヒ素溶出量は0.0052 (mg/L)で土壌環境基準0.01 (mg/L)を下回っている。
【００７０】
しかしながら、この試料土をただ単に加熱すると、試験No.2-1でわかるように、ヒ素の溶出量が0.16と３０倍にも増大していることがわかる。
【００７１】
一方、試料土に予め生石灰を添加したケース（No.2-2〜2-7）では、後処理を行った場合はもちろんのこと、後処理を行わなくても（No.2-7）、ヒ素の溶出量は環境基準以下に抑制されている。
【００７２】
以上の試験結果から、当初は環境基準を下回っていたヒ素の溶出量は、加熱によって大幅に増大するが、生石灰を予め添加すれば、環境基準である0.01  以下に抑制可能であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施形態に係る汚染土壌の浄化方法の手順を示したフローチャート。
【図２】本実施形態に係る汚染粘性土の浄化方法の作用を示したグラフ。
【図３】本実施形態に係る汚染粘性土の浄化方法の作用を示したグラフ。
【図１】
2005138065.tif 000005
【図２】
2005138065.tif 000006
【図３】
2005138065.tif 000007