(57)【要約】【課題】砒素を含有する化学剤で汚染された土壌の無害化を実現できる処理方法およびその装置を提供する。【解決手段】水分を含んだままの汚染土壌ａ1を、二重ダンパ２４を介して外熱式のロータリキルン２に装入し、酸素含有ガスを供給することなく排風機３で排気のみを行いつつ間接加熱し、加熱後の処理済土壌ａ2を、二重ダンパ２７を介して系外に取り出す。これにより、蒸発した砒素成分の酸化による固相または液相の砒素酸化物の生成が防止され、有毒な砒素酸化物が処理中の土壌に再付着することが防止されるとともに、キルン２中で蒸発した水分で形成された気流によって化学剤蒸気が効率的にキルン２外に排出され、処理済土壌ａ2の無害化が実現できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砒素を含有する化学剤で汚染された化学剤汚染土壌を、気密状態の加熱炉内で酸素含有ガスを供給することなく排気のみを行いつつ加熱することにより、前記化学剤を蒸発除去することを特徴とする化学剤汚染土壌の無害化処理方法。
【請求項２】
前記化学剤汚染土壌を、水分を含んだまま前記加熱炉内に装入する請求項１に記載の化学剤汚染土壌の無害化処理方法。
【請求項３】
前記加熱炉から排気された加熱炉排ガスに酸素含有ガスを添加して前記蒸発除去された化学剤を酸化分解した後に、この酸化分解により生成した砒素酸化物を集塵器で除去する請求項１または２に記載の化学剤汚染土壌の無害化処理方法。
【請求項４】
砒素を含有する化学剤で汚染された化学剤汚染土壌を気密状態で酸素含有ガスを供給することなく加熱して前記化学剤を蒸発除去する加熱炉と、前記蒸発除去された化学剤を前記加熱炉から排気する排風機とを備えたことを特徴とする化学剤汚染土壌の無害化処理装置。
【請求項５】
前記加熱炉と前記排風機との間に、前記加熱炉から排出された加熱炉排ガスに酸素含有ガスを添加して前記蒸発除去された化学剤を酸化分解する酸化分解炉と、この酸化分解炉から排出された酸化分解炉排ガスを冷却するガス冷却器と、前記ガス冷却器から排出されたガス冷却器排ガス中から前記酸化分解により生成した砒素酸化物を除去する集塵器とを備えた請求項４に記載の化学剤汚染土壌の無害化処理装置。
【請求項６】
前記加熱炉が、外熱式のロータリキルンである請求項４または５に記載の化学剤汚染土壌の無害化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学兵器用の化学剤で汚染された土壌を加熱により無害化する処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、旧日本軍により地中に遺棄された化学兵器やガラス瓶入りの化学兵器用の化学剤が発見されている。このため、砲弾の腐食やガラス瓶の破損により漏れ出した化学剤によって周辺の土壌の汚染が懸念されている。このような化学剤で汚染された土壌（以下、「化学剤汚染土壌」または単に「汚染土壌」という。）は放置すると深刻な環境汚染を引き起こすおそれがあるため、早急に無害化する必要がある。
【０００３】
化学剤汚染土壌を無害化した事例としては、米国で汚染土壌に中和剤を散布して化学処理した例がある。
【０００４】
また、米国で、汚染土壌ではないが、化学剤で汚染された砲弾等の機材を加熱して無害化処理することが行われている（非特許文献１参照）。この方法は、加熱炉内で燃料を燃焼して５４０℃に維持した雰囲気中に化学剤汚染機材を少なくとも１５分間曝してその表面に付着した化学剤を蒸発させて除去し、この蒸発させた化学剤の蒸気は未だ毒性を有するので１０９０℃に維持したアフターバーナ内を通過させて酸化分解し無害化するものである。
【非特許文献１】グラハム・ピアソンら(Graham Pearson，et al),「クリティカル・エバリュエイション・オブ・プローブン・ケミカル・ウェポン・デストラクション・テクノロジーズ(Critical Evaluation of Proven Chemical Weapon Destruction Technologies)」,ピュア・アンド・アプライド・ケミストリ  (Pure and Applied Chemistry), IUPAC, 2002年, 第74巻, 第2号, p.187-316
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
米国では化学兵器に砒素を含有する化学剤を使用した例は少ないが、旧日本軍が製造した化学兵器には、ルイサイト（CH2ClCHAsCl2）、ジフェニルクロロアルシン（(C6H5)2AsCl)、ジフェニルシアノアルシン（(C6H5)2AsCN）といった有機砒素化合物が多く使用されている。ここで、有機砒素化合物のうちジフェニルクロロアルシンおよびジフェニルシアノアルシンは土壌中で地下水と接触すると、同じく有機砒素化合物であるジフェニルアルシン酸に分解される。このため、化学剤汚染土壌中において有機砒素化合物を含む化学剤はジフェニルアルシン酸などの分解生成物として多く存在している。このような砒素を含有する化学剤（化学剤の分解生成物を含む。以下同じ。）で汚染された土壌に対しては、上記従来の処理法では無害化を実現できなかった。すなわち、砒素を含有する化学剤で汚染された土壌を中和剤で化学処理しても、処理後も土壌中に砒素成分が残留するため根本的な解決とならない。また、砒素を含有する化学剤で汚染された土壌を加熱炉内で燃料燃焼により加熱処理すると、土壌から蒸発除去された砒素成分が燃料燃焼用空気中の酸素成分と結合して有害な固相または液相の砒素酸化物（粒子）が生成し、再度土壌に付着してしまう問題がある（機材の場合は、その表面に砒素酸化物が再付着しても比較的容易に除去できるが、土壌の場合は、砒素酸化物と土壌が渾然一体となるため除去が困難となる。）。
【０００６】
そこで、本発明は、砒素を含有する化学剤（化学剤の分解生成物を含む。）で汚染された土壌の無害化を実現できる処理方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、砒素を含有する化学剤で汚染された化学剤汚染土壌を、気密状態の加熱炉内で酸素含有ガスを供給することなく排気のみを行いつつ加熱することにより、前記化学剤を蒸発除去することを特徴とする化学剤汚染土壌の無害化処理方法である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記化学剤汚染土壌を、水分を含んだまま前記加熱炉内に装入する請求項１に記載の化学剤汚染土壌の無害化処理方法である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記加熱炉から排気された加熱炉排ガスに酸素含有ガスを添加して前記蒸発除去された化学剤を酸化分解した後に、この酸化分解により生成した砒素酸化物を集塵器で除去する請求項１または２に記載の化学剤汚染土壌の無害化処理方法である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、砒素を含有する化学剤で汚染された化学剤汚染土壌を気密状態で酸素含有ガスを供給することなく加熱して前記化学剤を蒸発除去する加熱炉と、前記蒸発除去された化学剤を前記加熱炉から排気する排風機とを備えたことを特徴とする化学剤汚染土壌の無害化処理装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記加熱炉と前記排風機との間に、前記加熱炉から排出された加熱炉排ガスに酸素含有ガスを添加して前記蒸発除去された化学剤を酸化分解する酸化分解炉と、この酸化分解炉から排出された酸化分解炉排ガスを冷却するガス冷却器と、前記ガス冷却器から排出されたガス冷却器排ガス中から前記酸化分解により生成した砒素酸化物を除去する集塵器とを備えた請求項４に記載の化学剤汚染土壌の無害化処理装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記加熱炉が、外熱式のロータリキルンである請求項４または５に記載の化学剤汚染土壌の無害化処理装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、砒素を含有する化学剤で汚染された土壌を、加熱炉内で気密状態で酸素含有ガスを供給することなく排気のみを行いつつ加熱することにより、砒素酸化物の生成を伴うことなく汚染土壌からの化学剤の蒸発除去が可能となるので、汚染土壌の無害化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る化学剤汚染土壌の無害化処理装置を示す概略説明図である。本例の無害化処理装置は、化学剤汚染土壌ａ1を一時的に保持する汚染土壌受入ホッパ１と、この汚染土壌受入ホッパ１から切り出された汚染土壌ａ1を加熱して化学剤を蒸発除去する加熱炉としてのロータリキルン（以下、単に「キルン」ともいう。）２と、前記蒸発除去された化学剤をロータリキルン２から排気する排風機３とを備えている。
【００１６】
また、ロータリキルン２と排風機３との間に、ロータリキルン２から排出された加熱炉排ガスであるキルン排ガスｂ1に酸素含有ガスである空気ｃを添加して前記蒸発除去された化学剤を酸化分解する酸化分解炉４と、この酸化分解炉４から排出された酸化分解炉排ガスｂ2を冷却するガス冷却器５と、この冷却器５から排出されたガス冷却器排ガスｂ3中から前記酸化分解により生成した砒素酸化物を除去する集塵器としてのろ過式集塵器６とを備えている。
【００１７】
ロータリキルン２は外熱式とする。すなわち、ロータリキルン２は、回転しない固定式の外筒２１と、汚染土壌ａ1を保持しつつ移送するための回転する内筒２２とからなる二重構造を有し、汚染土壌ａ1の装入部側から処理済土壌ａ2の排出部側に向かって下り勾配に傾斜している。そして、外筒２１と内筒２２との間の空間部には複数のバーナ２３が設けられ、内筒２２をその外周面側から加熱することにより、汚染土壌ａ1を間接的に加熱するようになっている。ロータリキルン２への汚染土壌ａ1の装入部には、二重ダンパ２４と汚染土壌供給機２５が設けられ、ロータリキルン２からの処理済土壌ａ2の排出部には処理済土壌冷却器２６と二重ダンパ２７が設けられ、加熱炉（ロータリキルン）２内の気密性を確保しつつ被処理物である土壌ａ1，ａ2のオンラインでの装入・排出を可能としている。
【００１８】
酸化分解炉４には、ロータリキルン排ガスｂ1中に酸素含有ガスとしての空気を燃料とともに添加するバーナ４１が設けられている。ガス冷却器５には、酸化分解炉排ガスｂ2中に水を直接噴霧する噴霧ノズル５１が設けられている。
【００１９】
次に、上記無害化処理装置を用いて化学剤汚染土壌を無害化処理する方法について図１を参照しつつ説明する。
【００２０】
被処理物である化学剤汚染土壌ａ1としては、ルイサイト（CH2ClCHAsCl2）、ジフェニルクロロアルシン（(C6H5)2AsCl)、ジフェニルシアノアルシン（(C6H5)2AsCN）等の有機砒素化合物を含む化学剤で汚染された土壌を対象とする。被処理物である汚染土壌ａ1中の岩石や塊状物は、汚染物質である化学剤の除去効率を高めるため、予め篩い分けて破砕機等により破砕または解砕しておくことが望ましい。このように事前処理した汚染土壌ａ1を汚染土壌受入ホッパ１に一時保持する。そして、この汚染土壌受入ホッパ１から汚染土壌ａ1を切り出し、二重ダンパ２４を介して汚染土壌供給機２５でロータリキルン２の内筒２１内に装入する。内筒２１の回転により内筒２１内に装入した汚染土壌ａ1を攪拌しつつキルン出口側に順次移送し、バーナ２３の燃焼熱で間接的に加熱して例えば５４０℃、好ましくは９００℃まで昇温し、少なくとも１５分その温度に保持する。これにより、汚染土壌ａ1に付着した化学剤が蒸発する。そして、この蒸発した化学剤は排風機３により吸引されてキルン２から排出される。この際、内筒２１内は二重ダンパ２３，２７で気密状態に維持され、かつ加熱も間接加熱を用いているので、内筒２１内に酸素が侵入することがなく、蒸発した化学剤中の砒素成分が酸化されることがない。このため、固相の砒素酸化物が生成することがなく、砒素成分は処理中の土壌に再付着することなくキルン排ガスｂ1とともにキルン２から排出される。汚染物質である化学剤が除去され無害化された処理済土壌ａ2は、処理済土壌冷却器２６で間接水冷により常温近くまで冷却された後、二重ダンパ２７を介して系外に排出される。
【００２１】
なお、汚染土壌ａ1は通常水分を含んでいるが、キルン２への装入に際してわざわざ乾燥させる必要はなく、むしろ、ホッパ１からの切り出しや汚染土壌供給機による切り出しが困難にならない範囲で、ある程度水分を含んだまま装入することが望ましい。すなわち、この水分はキルン２の内筒２１内で加熱されて蒸発し内筒２１内に水蒸気からなる気流を形成する。この結果、加熱により蒸発した化学剤が前記水蒸気からなる気流に乗ってキルン２外に排出されるので、より効率的に化学剤の除去が行える。汚染土壌ａ1の水分含有量が少ない場合には、ダスト飛散防止を兼ねて、汚染土壌受入ホッパ１への装入前に散水しておくことも好ましい。
【００２２】
キルン排ガスｂ1中の化学剤蒸気は未だ有害なため、キルン排ガスｂ1を酸化分解炉４に導入し、バーナ４１により酸素含有ガスとしての空気を燃料とともに添加して燃焼し、例えば１０９０℃の温度で化学剤蒸気を酸化分解する。これにより、砒素を含有しないマスタード（（CH2CH2Cl)2S）などの化学剤は無害化されるが、ルイサイト（CH2ClCHAsCl2）などの化学剤から生成した砒素酸化物（気相）は有毒である。したがって、砒素酸化物を含有する酸化分解炉排ガスｂ2をガス冷却器５に導入し、噴霧ノズル５１で水を噴霧して排ガス温度を低下させることにより、砒素酸化物を凝縮させ固相とする。そして、この固相の砒素酸化物を含有するガス冷却器排ガスｂ3を、ろ過式集塵器６を通過させて砒素酸化物を除去し、さらに排ガス洗浄塔で中和剤等を添加して排ガスを洗浄し無害化したのち大気に放出する。ろ過式集塵器６で回収された砒素酸化物にはキルン２内で飛散した土壌ａ1のダストが排ガスに随伴されて混入するが、その量はごく微量である。したがって、ろ過式集塵器６で回収された砒素酸化物と土壌ａ1の混合物は、もとの汚染土壌ａ1に比べれば大幅に減容化されているので、例えばセメント固化して遮断型の埋立地に隔離埋め立てすること等により簡易かつ安全に処分することができる。
【００２３】
（変形例）
上記実施形態では土壌の装入・排出はオンラインで行うとしたが、バッチで行っても良い。ただしこの場合、装入側および排出側とも二重ダンパが不要となり気密性の確保が容易となるものの、上記実施形態に比べて処理能力が低下することに留意すべきである。また、キルン排ガスに添加する酸素含有ガスとして空気を用いたが、酸素富化空気や純酸素を用いても良い。また、集塵器としてろ過式集塵器を用いたが、サイクロン、電気集塵器、またはこれらを組み合わせたものを用いても良い。
【実施例】
【００２４】
本発明の効果を確認するため、砒素を含有する化学剤汚染土壌を酸素含有ガスが遮断された雰囲気中で加熱して化学剤を除去する実験を実施した。砒素を含有する化学剤汚染土壌としては、ジフェニルクロロアルシンおよびジフェニルシアノアルシンの分解生成物であるジフェニルアルシン酸約１ｇを真砂土約１００ｇに混合して作製した模擬汚染土壌を用いた。この模擬汚染土壌約４ｇをボートに載せて小型電気加熱炉に装入し、窒素気流中で９００℃×１５分間加熱処理を行った。その結果、模擬汚染土壌中の砒素含有量は、加熱処理前には土壌１ｋｇ当たり約２０００ｍｇであったのが、加熱処理後には土壌１ｋｇ当たり約２４０ｍｇに低下しており、砒素除去率は約８８％と高い値が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る化学剤汚染土壌の無害化処理装置を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：汚染土壌受入ホッパ
２：加熱炉（ロータリキルン）
３：排風機
４：酸化分解炉
５：ガス冷却器
６：集塵器（ろ過式集塵器）
２１：外筒
２２：内筒
２３：バーナ
２４：二重ダンパ
２５：汚染土壌供給機
２６：処理済土壌冷却器
２７：二重ダンパ
４１：バーナ
５１：噴霧ノズル
ａ1：化学剤汚染土壌
ａ2: 処理済土壌
ｂ1：キルン排ガス
ｂ2：酸化分解炉排ガス
ｂ3：ガス冷却器排ガス
【図１】
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