(57)【要約】【課題】処理効率が良く、低コストで土壌浄化が可能な土壌浄化装置を提供する。【解決手段】汚染土壌２を収容する土壌処理槽１と、土壌処理槽１中の汚染土壌２に強酸溶液１５を供給する強酸溶液供給手段１６と、汚染土壌２に強酸溶液１５を接触させて土壌に付着している汚染物質を溶出した強酸溶液を土壌処理槽１から回収する強酸溶液回収手段５と、強酸溶液回収手段５によって回収された揚水から汚染物質を除去処理する揚水処理装置６と、揚水処理装置６からの処理水をｐＨ値調整を行った後に強酸溶液１５として強酸溶液供給手段１６に送るための調整タンク７とを備えたことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染土壌から汚染物質を回収・除去する土壌浄化装置において、
前記汚染土壌を収容する土壌処理槽と、
その土壌処理槽中の汚染土壌に強酸溶液を供給する強酸溶液供給手段と、
汚染土壌に強酸溶液を接触させて、土壌に付着している汚染物質を溶出した強酸溶液を前記土壌処理槽から回収する強酸溶液回収手段と、
その強酸溶液回収手段によって回収された揚水から汚染物質を除去処理する揚水処理装置と、
その揚水処理装置からの処理水をｐＨ値調整を行った後に強酸溶液として前記強酸溶液供給手段に送るための調整タンクとを備えた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、前記強酸溶液が２種類以上の酸溶液を混合した混酸であることを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項３】
請求項１記載の土壌浄化装置において、前記土壌処理槽中の汚染土壌に通電して汚染物質の溶出を促進するための通電手段を設けたことを特徴とする土壌浄化装置。
【請求項４】
請求項１記載の土壌浄化装置において、前記汚染物質を溶出した強酸溶液を土壌から分離する分離手段が前記土壌処理槽中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５】
汚染土壌から汚染物質を回収・除去する土壌浄化方法において、
前記汚染土壌に強酸溶液を供給して、土壌に付着している汚染物質を強酸溶液に溶出させ、その汚染物質を含んだ強酸溶液を土壌から分離して回収するとともに、新たな強酸溶液を土壌に供給することにより、土壌内に強酸溶液の流れを形成することを特徴とする土壌浄化方法。
【請求項６】
請求項５記載の土壌浄化方法において、前記強酸溶液が２種類以上の酸溶液を混合した混酸であることを特徴とする土壌浄化方法。
【請求項７】
請求項５記載の土壌浄化方法において、前記汚染土壌中に強酸溶液を通液する第１の処理工程と、その第１の処理工程の後に前記汚染土壌中に強酸溶液を通液しながら汚染土壌中に通電する第２の処理工程とを含むことを特徴とする土壌浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸性化処理を適用した土壌浄化に係り、特に重金属類（水銀、カドミウム、ヒ素、六価クロム等）に汚染された土壌の浄化装置ならびに浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重金属汚染を除去する手法では、洗浄法、低温加熱脱着法、電気泳動法が有効であると考えられており、中でも洗浄法が一般的である。前記電気泳動法に関しては、酸性溶液を供給して重金属の水酸化物を溶解し、陰極側に設置した吸着剤等で吸着除去する方法（特許文献１）、陰極側からの揚水として重金属を取除く方法（特許文献２）、水によって汚染土壌を洗浄する方法(特許文献３)等の提案がある。
【特許文献１】特開平９−４７７４８号公報
【特許文献２】特開２０００―１４０８１９
【特許文献３】特開２００２−２５４０６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらの方法では、汚染土壌処理のため、処理プラントの構築が必要であり、そのために多大な構築費用がかかる。また前記洗浄法では、汚染土壌を水で洗浄するための洗浄機や、土壌の粒子を分級する分級機などの機械部があり、そのために強酸を使用できない。汚染物質は土壌の細粒分に濃縮されるため、土壌の細粒分は産業廃棄物として廃棄する必要がある。泥土など細粒分の多い土壌に対しては、廃棄する量が多くなり、適用できないなどの問題がある。
【０００４】
前記低温加熱脱着法では、加熱のためのプラント建設と加熱エネルギーのコストが大きく、適用できる重金属の種類も限られる。
【０００５】
前記電気泳動法では、通電設備が必要となり、電気のみで除去しようとするとそのコストが高くつく。また電気泳動で引き寄せられた水とともに汚染物質を回収するから、陰極側に引き寄せられて水を回収するための特殊な電極槽が必要となる。さらに、陰極側のアルカリ化を防ぐための酸溶液が必要となり、消費電力が増大し、処理コストが高くなるなどの欠点を有している。
【０００６】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、処理効率が良く、低コストで土壌浄化が可能な土壌浄化装置ならびに土壌浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、汚染土壌から例えば重金属類などの汚染物質を回収・除去する土壌浄化装置において、
前記汚染土壌を収容する土壌処理槽と、
その土壌処理槽中の汚染土壌に例えば塩酸などの強酸溶液を供給する例えば供給管や給水ポンプなどの強酸溶液供給手段と、
汚染土壌に強酸溶液を接触させて、土壌に付着している汚染物質を溶出した強酸溶液を前記土壌処理槽から回収する例えば揚水ポンプや揚水タンクなどの強酸溶液回収手段と、
その強酸溶液回収手段によって回収された揚水から汚染物質を除去処理する揚水処理装置と、
その揚水処理装置からの処理水をｐＨ値調整を行った後に強酸溶液として前記強酸溶液供給手段に送るための例えば給水タンクなどの調整タンクとを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記強酸溶液が２種類以上の酸溶液を混合した例えば塩酸とリン酸などの混酸であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記土壌処理槽中の汚染土壌に通電して汚染物質の溶出を促進するための例えば電極と電源の通電手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第４手段は前記第１の手段において、前記汚染物質を溶出した強酸溶液を土壌から分離する例えばフィルタなどの分離手段が前記土壌処理槽中に設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第５の手段は、汚染土壌から汚染物質を回収・除去する土壌浄化方法において、
前記汚染土壌に強酸溶液を供給して、土壌に付着している汚染物質を強酸溶液に溶出させ、その汚染物質を含んだ強酸溶液を土壌から分離して回収するとともに、新たな強酸溶液を土壌に供給することにより、土壌内に強酸溶液の流れを形成することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第６の手段は前記第５の手段において、前記強酸溶液が２種類以上の酸溶液を混合した混酸であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第７の手段は前記第５の手段において、前記汚染土壌中に強酸溶液を通液する第１の処理工程と、その第１の処理工程の後に前記汚染土壌中に強酸溶液を通液しながら汚染土壌中に通電する第２の処理工程とを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１の手段では、強酸溶液を用いることで、土壌に付着した汚染物質を、簡単な操作で効率良く除去することができる。また、強酸溶液は循環して用いることができるから、ランニングコストの低減が図れる。
【００１５】
本発明の第２の手段ならびに第６の手段では、複合汚染など汚染物質に対応した混酸を使用できるため、処理効率が向上する。
【００１６】
本発明の第３の手段ならびに第７の手段では、通電手段（通電処理）を併用している。前述のように重金属類を含有する汚染土壌に強酸溶液を接触させると、土壌に付着している重金属イオン（例えば鉛イオンなど）は土壌表面から遊離し、強酸溶液中に溶出する。この溶出した汚染物質を溶液とともに回収することができるが、この時、回収できるのは土壌の比較的表面にある重金属イオンのみで、土壌の細孔内にある重金属イオンは回収が難しい。そこで、土壌細孔内にある重金属イオンを土壌表面まで移動させる方法として、通電手段（通電処理）を併用している。
【００１７】
この時の通電の目的は、土壌細孔内から重金属イオンを土壌表面まで移動させることで、従来のような電気泳動、電気浸透流により陰極近傍に集まってきた浸透水を回収する必要がないため、電流の方向性は関係なく、直流電源でなくても構わない。
【００１８】
また、陰極近傍に集まってきた浸透水を回収するための電極槽も必要なく、土壌に直接電極を一定間隔で一定の電圧がかかるように挿入することで、効果が得られ、このため槽の構造及び電源設備が簡素になる。さらに処理の終盤から電気を使用するため、電気の消費電力を大幅に低減できる。
【００１９】
本発明の第４の手段では、汚染物質を溶出した強酸溶液を土壌から分離するための分離手段が土壌処理槽中に設けられているから、土壌処理槽からの強酸溶液の回収が容易で、回収系統に土壌粒子が混入することが阻止できるなどの特長を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図とともに説明する。図１と図２は本発明の実施形態に係る土壌浄化装置の概略構成図であリ、図１は強酸溶液のみによる浄化の状態を示す図、図２はその後に土壌処理槽に電極を挿入して通電を併用している状態を示す図である。
【００２１】
図中の１は土壌処理槽、２は処理土壌、３はフィルタ、４は揚水ポンプ、５は揚水タンク、６は揚水処理装置、７は給水タンク、８はｐＨ計、９は給水ポンプ、１０は通電用の電極、１１はその電極１０に接続された交流電源、１２は強酸溶液の供給量を調整するコントロールバルブ、１３はレベル計、１４は水の供給量を調整するコントロールバルブ、１５は強酸溶液（酸性水）、１６は耐酸性の供給管である。
【００２２】
前述の洗浄法などのように、土壌と洗浄液を混合するための洗浄機や分級機などの機械装置を必要とする方式では、強酸溶液は機械装置自体が溶け出すため使用できない。本発明では、汚染物質に対応した強酸溶液（例えばｐＨ値３以下、好ましくはｐＨ値１以下）で、土壌から汚染物質を有効に溶出して回収することができる。
【００２３】
この溶出、回収の方法は、まず図１に示すように浄化処理すべき土壌（処理土壌）２を土壌処理槽１の中に充填し、ｐＨ値３以下、好ましくはｐＨ値１以下の強酸溶液（酸性水）１５を土壌処理槽１の上から、処理土壌２全体に浸透するように散布、供給する。
【００２４】
土壌処理槽１は、汚染現場での土壌処理量、処理場所、要求納期、コストなどを考慮して、建築足場材と耐酸性の遮水シートにより簡単に構築可能で、その大きさも少量の土壌から多量の土壌まで、現場に合った対応ができる。
【００２５】
供給する強酸溶液１５は、処理土壌２に対して多く接触させれば、それだけ重金属類は溶出し易くなり浄化速度は向上するが、ポンプなどを利用して圧送すると処理土壌２内に強酸溶液１５がまとまって流れる道（水道）が形成されて偏流となり、処理土壌２と強酸溶液１５が接触しない場所が発生するので注意しなければならない。
【００２６】
さらに浄化効率の面からは、処理土壌１ｋｇに対し、０．１〜０．５リッター／日程度（本実施形態では０．５リッター／日）の速度で強酸溶液１５を供給して、処理土壌２と強酸溶液１５を接触させるのが効率的である。これ以上の速度で強酸溶液１５を供給しても、強酸溶液１５の量に対して浄化速度は上がらず、効率が悪くなることが実験で確認されている。
【００２７】
供給した強酸溶液１５は、処理土壌２内に形成されているの無数の三次元マトリック状の隙間を通り、処理土壌２と全体的に接触する。この強酸溶液１５の働きにより、処理土壌２に付着している重金属類は重金属イオンとして土壌表面から遊離し、強酸溶液１５中に溶出する。
【００２８】
この重金属イオンを含んだ強酸溶液１５はフィルタ３を通過して、土壌処理処理槽２の下側から回収する。このとき強酸溶液１５の通液は、土壌処理槽１の側面から反対側の側面へ通液するなど、どのような方向へ通液しても構わず、強酸溶液１５を通液した後、それを回収できればよい。
【００２９】
本実施形態では、重力を利用して強酸溶液１５を容易に回収できる上から下への通液方式を採用している。強酸溶液１５は、処理土壌２内に特定の水道、偏流が形成され、その特定場所のみ強酸溶液１５が通過することの無いよう、処理土壌２に均等に供給する必要がある。
【００３０】
そのため図１に示すように、土壌表面全体に強酸溶液１５が若干溜まっている状態（過飽和状態）まで供給し、その後に揚水ポンプ４で０．１〜０．５リッター／日／ｋｇ程度（本実施形態では０．５リッター／日／ｋｇ）の速度で揚水し、一方、給水ポンプ９からは、揚水とほぼ同じ量の強酸溶液１５を低速で供給する。これによって強酸溶液１５を過不足なく連続的に循環（供給、回収）することができる。
【００３１】
土壌処理槽１の底面には、処理土壌２と酸溶液１５を分離するため、及び土壌処理槽１の全体から強酸溶液１５を回収するため例えばポリエチレンなどからなる耐酸性のフィルタ３を敷設して、土壌処理槽１の底部に処理土壌２から分離した強酸溶液１５の液層を形成する。本実施形態ではフィルタ３を敷設したが、その代わりに、土壌処理槽１の底面から所定の高さの所に多孔質の分離板を設置して、分離板の下に液層を形成することも可能である。
【００３２】
揚水ポンプ４で揚水した酸溶液１５は、一旦、揚水タンク５に移し、その後揚水処理装置６で例えば凝集剤などにより汚染物質を凝集、沈殿させて回収するなどの方法により汚染物質を化学的に除去してから、給水タンク７に送る。送られた処理水は給水タンク７でｐＨ値が３以下、好ましくは１以下になるように調整され、再び給水ポンプ９により、供給管１６を通して土壌処理槽１に供給される。
【００３３】
給水タンク７では、ｐＨ計８により処理水のｐＨ値測定が行われ、レベル計１３により給水タンク７内の水位レベルを測定し、それらの測定値に基づいて、強酸ならびに水の供給量を調整するコントロールバブル１２,１４の開度を制御し、処理水（強酸溶液１５）のｐＨ値及び給水タンク７内の水位レベルを所定値に維持、調整する。土壌に対して酸性水を注入し、回収して、浄化する処理を連続的に行う。この処理を土壌の汚染濃度が約１/１０になるまで行う。
【００３４】
このような強酸溶液１５の通液だけでは、土壌細孔内の汚染物質は十分に回収・除去できないので、汚染物質の除去率が約５０〜６０％になったところで、図２に示すように処理土壌２中に例えば鉄板（ＳＳ鋼）などからなる電極１０を所定の間隔をおいて挿入し、交流電源１１により通電し、強酸溶液１５だけでは溶出しなかった土壌細孔内の汚染物質を回収する。
【００３５】
このとき印加する電流は、直流、パルス、交流などが適用可能で、土壌に一定電圧が印加されていればよく、電流の方向と揚水の関係性もない。本実施形態では、設備費の面から交流を用いる。通電している間にも前述と同様に、処理土壌２内での通液が連続して行われる。
【００３６】
通電を併用する浄化処理に切替えるタイミングは、汚染物質の除去率を化学分析などで監視しておき、除去率が約５０〜６０％に達した時点で通電を併用する浄化処理に切替えるか、あるいは最初の浄化処理を開始して所定の時間が経過すると、自動的に通電を併用する浄化処理に切替えるなどの方法がある。
【００３７】
酸溶液１５の溶出に当たっては、汚染物質の種類によって溶出率が異なるので、汚染物質によって使用する酸を選定する必要がある。鉛は、硫酸鉛を形成して沈殿するので、鉛汚染土壌に対して硫酸を使用するのは好ましくなく、他の酸を使用した方がよい。砒素汚染土壌に対しては塩酸での溶出率が低いから、他の酸を使用した方がよい。カドミウム汚染土壌に対しては塩酸を用いるのが良いことなどが諸種の実験で判明した。
【００３８】
また、近年、発生件数の増加が見られる複合汚染に対しては、数種類の酸を組合せ供給することで、互いの酸の特長を損なうことなく、土壌からの溶出・除去ができることが実験から判った。
【００３９】
実験に用いた土壌は、砒素、鉛、六価クロムに汚染された土壌で、塩酸、リン酸、亜リン酸、硫酸など単体で溶出した場合とそれぞれを組み合わせた場合で実験した。その結果、塩酸とリン酸または塩酸と亜リン酸を組み合わせた混酸を使用した場合が、全ての物質に対して高い溶出率が得られた。また、１価の酸化鉄を還元剤として、塩酸とリン酸の混酸あるいは塩酸と硫酸の混酸に添加することも有効であった。塩酸とリン酸の混酸としては、例えば塩酸１モルとリン酸１モルの混酸（ｐＨ値１）などが使用できる。
【００４０】
尚、強酸溶液の通液のみで、土壌環境基準を満足していれば、通電を併用する必要はなく、さらに処理コストを低減することができる。
【００４１】
田圃の浄化は、田圃の生産コストが高くないため、処理費用にかけられる費用はさらに、厳しいものとなる。そこで干拓地などの田圃には、通常、排水用の暗渠が一定間隔で埋め込まれており、この暗渠を利用して酸溶液を回収することができる。これにより掘削、埋め戻しの作業が低減でき、処理コストを大幅に低減できる。
【００４２】
図３は暗渠を設置した田圃の断面図、図４は本発明の実施形態に係る土壌浄化方法を田圃に適用した場合の処理系統図である。
【００４３】
図３において符号１７は田表層、１８はすき床、１９はすき床１８に埋め込んだ５０ｃｍ程度の幅を有する暗渠、２０はすき床１８の下に設けられた下層である。
【００４４】
図４は、排水用暗渠の整った田圃への適用例を示す処理系統図である。干拓地などの灌漑設備の整った田圃２３では、暗渠１９、用水路２１、排水路２２があり、田圃２３への水供給のコントロールが容易に行える構造になっている。この田圃２３の構成を利用し、汚染土を掘削することなく原位置で浄化する。
【００４５】
汚染された田圃２３ｂ，２３ｃの付近に揚水ポンプ４、揚水タンク５、揚水処理装置６、給水タンク７など浄化に必要な設備を設置する。浄化に先立ち他の田圃（図の例では浄化対象となっている田圃２３ｂの両側の田圃２３ａ，２３ｃ）への汚染の拡大を防ぐため、仕切り板２６で用水路２１と排水路２２を一部遮断して、専用の給水経路２４と排水路２５を形成する。
【００４６】
浄化対象となっている田圃２３ｂの暗渠１９内に陰極１０ａを入れ、その陰極１０ａと対向するように陽極１０ｂを田圃２３ｂに埋め込む。陰極１０ａと陽極１０ｂは、交流電源１１に接続される。次に用水路２１から給水タンク７に初期給水を行い、ｐＨ値を調整した強酸溶液１５を作る。この強酸溶液１５を給水経路２４を通して浄化対象となっている田圃２３ｂ全体にむらなく給水し、汚染物質を溶出させる。
【００４７】
汚染物質が溶け込んだ水は、田圃２３ｂに設置されている暗渠１９を通って排水経路２５に導かれ、その水は揚水ポンプ４により揚水タンク５に回収され、回収された汚染水は揚水処理装置６で浄化された後、給水タンク７に戻される。前記実施形態で説明したように、汚染物質の除去率が５０〜６０％に達した時点で交流電源１１により通電し、強酸溶液１５だけでは溶出しなかった土壌細孔内の汚染物質を回収する。通電している間も前述と同様に強酸溶液１５の通液が連続して行われ、田圃２３ｂの浄化が効率的にできる。
【００４８】
このようにして田圃２３ｂの浄化が終了すると、今度は未だ浄化が済んでいない例えば隣の田圃２３ｃにおいて、同様に暗渠１９，用水路２１，排水路２２を利用して田圃２３ｃの浄化が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る土壌浄化装置の概略構成図であリ、酸溶液のみによる浄化の状態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る土壌浄化装置の概略構成図であリ、酸溶液処理後に土壌浄化槽に電極を挿入して通電を併用ている状態を示す図である。
【図３】暗渠の概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る土壌浄化方法を田圃に適用した場合の処理系統図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：土壌処理槽、２：処理土壌、３：フィルタ、４：揚水ポンプ、５：揚水タンク、６：揚水処理装置、７：給水タンク、８：ｐＨ計、９：給水ポンプ、１０：電極、１０ａ：陰極、１０ｂ：陽極、１１：交流電源、１２：コントロールバルブ、１３：レベル計、１４：コントロールバルブ、１５：強酸溶液（酸性水）、１６：供給管、１７：田表層、１８：すき床、１９：暗渠、２０：下層、２１：用水路、２２：排水路、２３：田圃、２４：給水経路、２５：排水経路、２６：仕切り板。
【図１】
2005199130.tif 000003
【図２】
2005199130.tif 000004
【図３】
2005199130.tif 000005
【図４】
2005199130.tif 000006