(57)【要約】【課題】埋立処分される汚染土壌を減量することが可能な土壌浄化方法を提供すること。【解決手段】重金属を含有する汚染土壌を第１の粗粒分画と粒径の小さい第１の細粒分画とに分級し、第１の細粒分画を除去することで重金属を含有する汚染土壌を浄化する土壌浄化方法。分級された第１の細粒分画を加圧水によって解砕させる解砕工程と、解砕された第１の細粒分画を、第２の粗粒分画と粒径の小さい第２の細粒分画とに分ける分級工程とを含み、第２の細粒分画を除去する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属を含有する汚染土壌を第１の粗粒分画と、該第１の粗粒分画よりも粒径の小さい第１の細粒分画とに分級し、前記第１の細粒分画を除去することで前記重金属を含有する汚染土壌を浄化する土壌浄化方法において、
分級された前記第１の細粒分画を加圧水によって解砕させる解砕工程と、
解砕された前記第１の細粒分画を、第２の粗粒分画と、該第２の粗粒分画よりも粒径の小さい第２の細粒分画とに分ける分級工程とを含み、
前記第２の細粒分画を除去することを特徴とする土壌浄化方法。
【請求項２】
前記解砕工程は、前記第１の細粒分画をスラリーとし、管内を流れる前記加圧水によって発生する負圧を利用して前記スラリーを前記加圧水と混合させ、被衝突体に衝突させることを特徴とする請求項１に記載の土壌浄化方法。
【請求項３】
前記加圧水は、１５０〜２５０ＭＰａの圧力に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌浄化方法。
【請求項４】
前記重金属が鉛，カドミウム，ヒ素，クロム，セレン，水銀の少なくとも一つを含み、前記第１の細粒分画は粒径７５μｍ以下の土壌を８０重量％以上含み、前記第２の細粒分画は粒径１０μｍ以下の土壌を８０重量％以上含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の土壌浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属で汚染された汚染土壌を粒径に応じて分級し、重金属を含有する分画を除去することによって汚染土壌を浄化する土壌浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、重金属を含有する汚染土壌においては、重金属は７５μｍ以下の微細粒径の土粒子に吸着された濃縮状態で存在することが知られている（特許文献１参照。）。このため、従来の土壌浄化方法は、重金属が微細粒径の土粒子に吸着される上述の性質を利用し、篩やサイクロン等を用いて汚染土壌を分級することで、汚染が濃縮された細かい粒径の土壌を除去し、汚染が環境基準以下である粗い粒径の土壌を埋め戻すことで汚染土壌を浄化していた。
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０３９１４号公報（第２頁，段落番号００１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、分級によって汚染土壌から除去される汚染が濃縮された細かい粒径の土壌は、シルトや粘土質の粒子が凝集した粒径が約７５μｍ以下の凝集体が主体で、浄化処理が困難なことから最終処分場で埋め立てをしているのが現状である。このため、汚染土壌の浄化においては、埋め立てに伴う汚染が濃縮された土壌の処理費用が嵩むという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、埋立処分される汚染土壌を減量することが可能な土壌浄化方法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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る土壌浄化方法は、重金属を含有する汚染土壌を第１の粗粒分画と、該第１の粗粒分画よりも粒径の小さい第１の細粒分画とに分級し、前記第１の細粒分画を除去することで前記重金属を含有する汚染土壌を浄化する土壌浄化方法において、分級された前記第１の細粒分画を加圧水によって解砕させる解砕工程と、解砕された前記第１の細粒分画を、第２の粗粒分画と、該第２の粗粒分画よりも粒径の小さい第２の細粒分画とに分ける分級工程とを含み、前記第２の細粒分画を除去することを特徴とする。
【０００７】
請求項１の土壌浄化方法によれば、第１の細粒分画を分級した第２の細粒分画を除去することによって、埋立処分される汚染土壌を減量するようにしている。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る土壌浄化方法は、上記請求項１において、前記解砕工程は、前記第１の細粒分画をスラリーとし、管内を流れる前記加圧水によって発生する負圧を利用して前記スラリーを前記加圧水と混合させ、被衝突体に衝突させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の土壌浄化方法によれば、第１の細粒分画のスラリーを加圧水と混合させ、被衝突体に衝突させることにより、第１の細粒分画を加圧水によって解砕するようにしている。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る土壌浄化方法は、上記請求項１又は２において、前記加圧水は、１５０〜２５０ＭＰａの圧力に設定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の土壌浄化方法によれば、加圧水の圧力を１５０〜２５０ＭＰａとすることにより、第１の細粒分画を粉砕することなく適度に解砕されるようにしている。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る土壌浄化方法は、上記請求項１〜３のいずれかにおいて、前記重金属が鉛，カドミウム，ヒ素，クロム，セレン，水銀の少なくとも一つを含み、前記第１の細粒分画は粒径７５μｍ以下の土壌を８０重量％以上含み、前記第２の細粒分画は粒径１０μｍ以下の土壌を８０重量％以上含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の土壌浄化方法によれば、第２の細粒分画の８０重量％以上を粒径１０μｍ以下とすることで、前記重金属を第２の細粒分画側に吸着させて濃縮させるようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる土壌浄化方法は、埋立処分される汚染土壌を減量することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る土壌浄化方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明にかかる土壌浄化方法の実施の形態を示す模式図である。本発明の土壌浄化方法は、重金属を含有する汚染土壌を分級して得られる第１の粗粒分画と第１の細粒分画のうち、第１の粗粒分画よりも粒径の小さい粒径が７５μｍ以下の土壌を８０重量％以上含む第１の細粒分画を解砕する解砕工程と、解砕された第１の細粒分画を第２の粗粒分画と該第２の粗粒分画よりも粒径の小さい粒径が１０μｍ以下の土壌を８０重量％以上含む第２の細粒分画とに分ける分級工程とを含み、前記第２の細粒分画を除去することに特徴を有している。
【００１７】
ここで、重金属を含有する汚染土壌を、第１の粗粒分画と粒径が７５μｍ以下の土壌を８０重量％以上含む第１の細粒分画とに分級する手段としては、網篩やグリズリー等の乾式篩分装置、振動篩等の湿式篩分装置或いはサイクロン等の遠心分離装置等、公知の手段や公知の手段を適宜組み合わせて用いることができる。
【００１８】
このとき、本発明の土壌浄化方法は、図１に示すように、先ず、粒径が７５μｍ以下の土壌を８０重量％以上含む第１の細粒分画をサイクロン２によって粒径１０μｍを基準として分級する。そして、この分級によって得られる粒径が１０μｍ以上の土壌を主体とする粗粒分画（図中、プラスの記号で表示）を解砕処理し、粒径が１０μｍ以下の土壌を８０重量％以上含む細粒分画（図中、マイナスの記号で表示）を第２の細粒分画とする。
【００１９】
解砕処理においては、分級によって得られる粗粒分画を濃度１５〜５０重量％のスラリーとし、図２に示すように、高圧ポンプ１０によってノズル１２内に１５０〜２５０ＭＰａの加圧水Ｗを圧送する。すると、ノズル１２内にはこの加圧水Ｗによって負圧が発生し、この負圧によって分岐管１２ａからスラリーが吸引されて加圧水と混合される。この加圧スラリーＳを鉄板等の被衝突体１４に衝突させることで、前記スラリーに含まれる粗粒分画が解砕される。
【００２０】
ここで、粗粒分画のスラリー濃度は、１５重量％よりも小さいと解砕の効率が低下し、５０重量％を超えると負圧による吸引の効果が適度に発揮することができなくなる。粗粒分画のスラリー濃度は、より好ましくは１７〜４０重量％、更に好ましくは２５〜３５重量％である。また、加圧水は、圧力が１５０ＭＰａよりも小さいと、衝突によって作用する衝撃力が小さく前記粗粒分画の解砕が不十分となる。一方、圧力が２５０ＭＰａを超えると、衝突によって作用する応力が大きくなり過ぎ、後述する土壌塊Ａsを構成する個々の土壌粒子Ｐsが、より小さな粒子に破壊される粉砕となる。このため、重金属の微粒子Ｐmが、破壊された土壌粒子中に分散される結果、汚染土壌を減量できなくなるので好ましくない。
【００２１】
このとき、加圧スラリー中の粗粒分画には、図３に示すように、重金属の微粒子Ｐmが付着した土壌粒子Ｐsが、重金属の微粒子Ｐmを取り込んだ状態で凝集した土壌塊Ａsが多数存在している。そして、加圧スラリーを被衝突体１４に衝突させると、土壌塊Ａsが個々の粒子Ｐs，Ｐmに分離、即ち、解砕される。この解砕により、重金属の微粒子Ｐmの多くは、粒径が１０μｍ未満の第２の細粒分画へ吸着される。
【００２２】
このようにして解砕された個々の土壌粒子Ｐsや重金属の微粒子Ｐmは、図１に示すように、サイクロン３によって再度分級され、粒径が１０μｍ以上の土壌を主体とする粗粒分画（図中、プラスの記号で表示）は、重金属が酸抽出された後、フィルタープレス７によって濾過される。濾過によって生じる残渣は、重金属による汚染が酸で洗浄され、重金属の含有濃度が環境庁による土壌汚染における指針値未満となるので、元の位置に埋め戻される。また、濾過によって生じる濾液は、含有する重金属を不溶化処理して除去した後、酸を中和して工業用水として再利用される。そして、不溶化処理された重金属は、重金属を含む汚泥として濾液から除去され、この汚泥を溶融してスラグ化する無害化処理が施される。
【００２３】
ここで、本発明の土壌浄化方法においては、解砕した第１の細粒分画を第２の細粒分画と第２の粗粒分画とに分ければよいので、サイクロン２による分級は必須ではない。
【００２４】
一方、粒径が１０μｍ以下の土壌を８０重量％以上含む細粒分画（図中、マイナスの記号で表示）は、前記第２の細粒分画と共にフィルタープレス８によって濾過される。濾過によって生じる重金属の微粒子Ｐmを含む土壌残渣は、汚染濃縮土として埋め立て処分され、濾液は、循環水として再利用される。このとき、汚染濃縮土として埋め立て処分される土壌残渣は、前記第１の粗粒分画よりも少ないので、埋立処分される汚染土壌を減らすことができる。
【実施例】
【００２５】
鉛で汚染され、粒径７５μｍで篩い分けられた汚染土壌の篩下成分である、第１の細粒分画を試料として用い、本発明方法を実施した。
【００２６】
先ず、解砕前の前記第１の細粒分画を目開き１０μｍのふるいによって粒径が１０〜７５μｍの粗粒分画と、粒径が１０μｍ未満の細粒分画とに分級し、各分画について分画重量比（％）と、鉛の含有量（ｍｇ／ｋｇ），分布量（ｍｇ）及び分布率（％）とを調べた。その結果を表１に示す。ここで、鉛の含有量（ｍｇ／ｋｇ）は、各分画の重量（ｋｇ）に占める鉛の重さ（ｍｇ）をいい、例えば、表１においては、粗粒分画（粒径１０〜７５μｍ）における含有量は５８８６ｍｇ／ｋｇであり、細粒分画（粒径１０μｍ未満）における含有量は７０００ｍｇ／ｋｇであった。また、鉛の分布量（ｍｇ）は、各分画全体に存在する総重量をいい、本実施例では第１の細粒分画を１ｋｇ用いていることから、例えば、表１における粗粒分画の分布量は０．６４（ｋｇ）×５，８８６（＝含有量）＝３，７６７（ｍｇ）（小数点以下四捨五入）となる。一方、分布率（％）は、分布量の百分率である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
次に、前記第１の細粒分画を濃度が３４重量％のスラリーとなるように別途調整し、図２に示す分岐管１２ａから２００ＭＰａの加圧水による負圧を利用してこのスラリーを吸引することによって加圧水と混合し、ノズル１２から２０ｍｍの距離にある被衝突体１４に衝突させて解砕した。
【００２９】
次いで、解砕した前記スラリーを、目開きが１０μｍのふるいを用いて粒径が１０〜７５μｍの細粒分画と、粒径が１０μｍ未満の粗粒分画とに分級し、同様にして、各分画について分画重量比（％）と、鉛の含有量（ｍｇ／ｋｇ），分布量（ｍｇ）及び分布率（％）とを調べたところ表２に示す結果が得られた。そして、解砕後における図１に示す第２の細粒分画に含まれ、汚染濃縮土として埋め立て処分される土壌残渣は、試料として用いた前記第１の細粒分画の６３％に減少していた。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
（比較例１）
比較のため、他の解砕方法として知られ、ボールやビーズ等のメディアと土壌との接触や摺り合わせによって解砕を行うメディア型解砕による土壌浄化方法を実施した。即ち、実施例と同じ第１の細粒分画からなる試料を用いた濃度３０重量％のスラリーに対し、直径５ｍｍのステンレス製ビーズを体積比１：２で混入させ、３０分間攪拌・混合した。このスラリーを、実施例と同様に、目開きが１０μｍのふるいを用いて分級し、各分画について分画重量比（％）と、鉛の含有量（ｍｇ／ｋｇ），分布量（ｍｇ）及び分布率（％）とを調べた。その結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
（比較例２）
同様に、他の解砕方法として知られ、高速回転による剪断力や試料に含まれる土壌粒子相互の擦り合わせによって解砕を行うミキサー型解砕による土壌浄化方法を実施した。即ち、実施例と同じ第１の細粒分画からなる試料を用いた濃度５０重量％のスラリーを、高速ミキサーを用いて３０００ｒｐｍで３０分間攪拌した。このスラリーを、実施例と同様に、目開きが１０μｍのふるいを用いて分級し、細粒分画（粒径１０μｍ未満）と粗粒分画（粒径１０〜７５μｍ）の分画重量比（％）、各分画について分画重量比（％）と、鉛の含有量（ｍｇ／ｋｇ），分布量（ｍｇ）及び分布率（％）とを調べた。その結果を表４に示す。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
表１〜表４に示す結果から、実施例においては、試料を解砕処理することにより、粒径が細かくなって（分画重量比参照）、埋め立て処分される細粒分画（粒径１０μｍ未満）側に鉛が濃縮され、鉛の分布率（％）が２倍に増加していることが分かった。これに対し、比較例１（表３）においては、表１の分画重量比との対比から明らかなように、粒径が細かくなって細粒分画（粒径１０μｍ未満）の量が著しく増加していたが、埋め立て処分される細粒分画（粒径１０μｍ未満）における鉛の分布率（％）は実施例よりも少なく、土壌塊の解砕よりも粉砕が行われているものと思われる。一方、比較例２（表４）においては、表１の分画重量比との対比から明らかなように、実施例に比べて粒径の変化量が少なく、細粒分画（粒径１０μｍ未満）側への鉛の濃縮も比較例１よりも少なく、埋立処分される汚染土壌の減量効果が一番悪かった。
【００３６】
ここで、スラリーに含まれる粗粒分画を解砕するのに上記実施の形態においては、分岐管１２ａをノズル１２に対して傾斜配置すると共に、加圧スラリーＳの噴出方向に対して被衝突体１４を垂直に配置した。このとき、分岐管１２ａは、ノズル１２に対して傾斜配置され、加圧水Ｗによってノズル１２から噴出する加圧スラリーＳが被衝突体１４に衝突すればよい。従って、図４に示すように、分岐管１２ａとノズル１２とがなす傾斜角θは０°＜θ＜１８０°の範囲にあればよい。また、ノズル１２は、図５−１及び図５−２に示すように、噴出した加圧スラリーＳが円を描いて被衝突体１４に衝突する回転型のノズルであってもよい。
【００３７】
一方、被衝突体１４は、衝突する加圧スラリーＳに対する抗力を有する素材であれば、例えば、鉄，炭素鋼，ステンレス鋼等の金属、アルミナ，ジルコニア，炭化珪素，窒化珪素，サイアロン，ダイアモンド等のセラミックス或いは金属表面に前記セラミックスをコーティングしたもの等を使用することができる。そして、被衝突体１４は、加圧スラリーＳが衝突することによって前記スラリーに含まれる粗粒分画に対して適度な衝撃力を付与できれば、図４に示すように、傾斜角βがノズル１２から噴出する加圧スラリーＳに対して０°＜β＜１８０°の範囲で傾斜していてもよい。また、被衝突体は、同様の理由から、図６に示す被衝突体１６のように、加圧スラリーＳが衝突する部分が球面や湾曲面に成形されていてもよい。
【００３８】
更に、被衝突体１４は、表面を平滑に形成したものや、高さや深さが０〜１０ｍｍの突起や凹部を設けたものでも良い。例えば、被衝突体１４は、突起としては、図７−１に示すように、多面体からなる突起１４ａを多数設けたものや、図７−２に示すように、半球状の突起１４ｂを多数設けたものでもよい。また、被衝突体１４は、凹部としては、図７−３に示すように、多面体からなる凹部１４ｃを多数設けたものや、図７−４に示すように、半球状の凹部１４ｄを多数設けたものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる土壌浄化方法は、重金属で汚染された汚染土壌の浄化に有用であり、特に、埋立処分される汚染土壌の減量に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる土壌浄化方法の実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１の土壌浄化方法における汚染土壌の解砕を示す模式図である。
【図３】汚染土壌の解砕を説明する模式図である。
【図４】本発明にかかる土壌浄化方法で用いるノズルと被衝突体における分岐管とノズルとのなす傾斜角並びに加圧スラリーと被衝突体とのなす傾斜角を説明する図である。
【図５−１】本発明にかかる土壌浄化方法で用いるノズルの他の例を示す模式図である。
【図５−２】図５−１のノズルから噴出した加圧スラリーが被衝突体に衝突する様子を示す被衝突体の正面図である。
【図６】本発明にかかる土壌浄化方法で用いる被衝突体の他の例を示す模式図である。
【図７−１】本発明にかかる土壌浄化方法で用いる被衝突体における表面形状の第１の変形例を示す図である。
【図７−２】本発明にかかる土壌浄化方法で用いる被衝突体における表面形状の第２の変形例を示す図である。
【図７−３】本発明にかかる土壌浄化方法で用いる被衝突体における表面形状の第３の変形例を示す図である。
【図７−４】本発明にかかる土壌浄化方法で用いる被衝突体における表面形状の第４の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
２    サイクロン
３    ふるい
７，８    フィルタプレス
１０      高圧ポンプ
１２      ノズル
１２ａ    分岐管
１４      被衝突体
１６      被衝突体
Ａs       土壌塊
Ｐm       重金属の微粒子
Ｐs       土壌粒子
Ｓ        加圧スラリー
Ｗ        加圧水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
2005103489.tif 000016
【図７−４】
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