(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機塩素系化合物又は重金属で汚染され水分を含有した土壌物質を昇温処理する土壌物質の無害化法において、抱水機能を有する化合物を土壌物質に配合し団粒化してから電気ヒータによって水の沸点以上で且つ該抱水機能を有する化合物に抱水された水が放出される温度未満に該昇温処理を行うことを特徴とする土壌物質の無害化法。
【請求項２】
有機塩素系化合物又は重金属で汚染され水分を含有した土壌物質を昇温処理する土壌物質の無害化法において、抱水機能を有する化合物を土壌物質に配合し団粒化してからバーナからの燃焼ガスによる与熱によって水の沸点以上で且つ該抱水機能を有する化合物に抱水された水が放出される温度未満に該昇温処理を行い、次いで該昇温処理後の排ガスを排ガス処理設備に導くことを特徴とする土壌物質の無害化法。
【請求項３】
前記重金属が水銀である請求項１または２に記載の無害化法。
【請求項４】
前記の抱水機能を有する化合物が塩化バリウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム、硫化カリウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、酸化カルシウムのいずれか一種である、請求項１〜３のいずれかに記載の無害化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，汚泥，汚染土壌，スラッジ状廃棄物またはこれに類する水分を含有した土壌物質を水の沸点以上の温度に昇温処理する土壌物質の改質法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚泥や土壌に水の沸点を超える温度での熱履歴を経験させることにより，水および揮発性物質の蒸発除去や分解，或いは重金属類等の不溶化等を図ることが行なわれている。この場合，各種の添加剤も必要に応じて配合されるが，外部からの熱の付与が欠かせない。
【０００３】
こような加熱を伴う土壌の熱処理は，通常はバーナー装備のロータリーキルンや電熱式の乾燥機等を用いて行なわれ，被処理物質の性質に応じて１００〜５００℃での適切な温度条件および雰囲気制御が採用されている。また発生するガスおよび水蒸気はガス処理設備で処理されるのが普通である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
キルンや電熱式乾燥機を用いて比較的多量に水分を含む土壌等を加熱処理する場合には，その水分蒸発のために多大の熱エネルギー（燃料・電気量）を消費することに加え，発生蒸気の処理量も多いのでガス処理設備の負担も大きくなる。このため，水の沸点以上の温度に昇温処理する熱処理法は汚染土壌等の無害化処理技術として注目されているものの，多大のエネルギーと設備を必要とする点で経済的な負担が大きかった。本発明の課題はこの負担を軽減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
汚泥，汚染土壌，スラッジ状廃棄物またはこれに類する水分を含有した土壌物質を水の沸点以上の温度に昇温処理するさいに，本発明は，抱水機能を有する化合物を土壌物質に配合してから該昇温処理を行うのであり，これにより前記の課題の解決を図ったものである。ここで，抱水機能を有する化合物とは常温常圧下で水に触れると水和化合物や水酸化物を生成する化合物を意味し，本発明では，このような抱水機能を有する化合物を，水和化合物や水酸化物を生成する前の非抱水状態で土壌物質に配合することにより，土壌物質中の水分を当該化合物に抱水させ，この抱水状態で昇温処理を行う点に特徴がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明が処理対象とするのは，有機塩素系化合物や重金属類で汚染された土壌はもとより，各種の工場プラントや処理施設から排出される廃棄物や汚泥であって環境に影響を与える物質を含有したスラッジ状・泥状等の水分含有形態の廃棄物およびこれに類するものである。本明細書では，このような有害物質を含有し且つ水分を含むものを総称して「土壌物質」と呼ぶ。
【０００７】
本発明は，このような土壌物質の改質（無害化）を目的として，水の沸点以上の温度に当該土壌物質を昇温処理する方法に係るものである。この昇温処理において，昇温手段，加熱温度，雰囲気，攪拌の有無や程度，添加剤の種類，ガス化処理等の諸条件の選択・選定は，土壌物質の形態や含有物質の種類と量等によって適切になされ得るが，土壌物質中に含まれる水分については，これが処理目的にとって有効に作用することは少なく，むしろハンドリングの点や，水を蒸発させるに要する熱を余分に必要とし且つ生成した水蒸気のためにガス処理を複雑にする点で，昇温処理にとってはマイナス効果を与えることが多い。
【０００８】
本発明は，抱水機能を有する化合物を前記のような土壌物質に配合してから前記のような昇温処理を行うものである。抱水機能を有する化合物としては，その抱水を該昇温処理時の土壌温度よりも高い温度で放出する化合物であるのが好ましい。常温常圧で水に触れると水和化合物や水酸化物を生成するような抱水機能を有する化合物を，水和化合物や水酸化物を生成する前の非抱水状態（先駆状態）で土壌物質に配合すると，土壌物質中の水分が該化合物に抱水される。すなわち，土壌物質中の水分は水和物や水酸化物の生成に消費され，遊離水の量がその分低減する。
【０００９】
この状態で土壌物質を昇温処理すると，該化合物無添加の状態に比べて，遊離水からの蒸発量が低減し，水和化合物や水酸化物の分解温度までは抱水化合物は未分解のまま保持されるので，該分解温度を上限としてそれより低い温度までの昇温処理においては水の蒸発量が低減する。遊離水の蒸発量が低減することは，遊離水の蒸発に要する潜熱相当分の熱供給を回避できることを意味するから，水の沸点以上で且つ抱水化合物の分解温度未満の温度域への昇温処理においては，遊離水が低減した分の水量についての蒸発用熱量の節約できる。そして，この水の蒸発潜熱量が該抱水化合物を昇温到達温度まで加熱するに要する顕熱よりも大きい場合には，その昇温エネルギーを軽減できる。通常の抱水機能を有する化合物はこの要件を満たす。
【００１０】
本発明で使用できる抱水機能を有する化合物としては，前記の要件を満たし，安価で且つ使い易く，そして残存しても有害とはならないものであれば特に限定されないが，土壌物質の昇温処理の目標温度が１００〜１２５℃の領域であれば塩化バリウムや硫酸カルシウムが適切である。また該目標温度が１００〜１５０℃の場合には酸化アルミニウム，硫化カリウム，亜硫酸ナトリウム，硫酸マグネシウム等が適切である。該目標温度が１００〜５００℃の場合には酸化カルシウムが適切である。
【００１１】
本発明に従うと，土壌物質中の水の蒸発が抑制されることによる熱経済に加えて，遊離水の低減による土壌物質のハンドリングの向上と，蒸発水の低減によるガス処理設備の負荷が低減するので，処理能率の高い土壌改質法が提供できる。すなわち，該化合物の配合によって，過剰に遊離水を含むスラリー状態のものから団粒状のものに土壌物質を変質させることができるので，昇温処理に供する場合の取扱いが容易となる。また，該化合物無添加の場合に比べて蒸発水分量が低減することは，その水蒸気分だけ昇温処理時のガス発生量が低減すること，ひいては，発生ガス中での有害物質濃度が相対的に高くなることを意味する。したがって，発生ガス中の有害物質を活性炭層等を通じて除去する場合に，その除去効率が向上すると共に，ガス設備の規模も縮小化することができる。
【００１２】
図１は，本発明に従う土壌の改質法を実施する設備の例を示したものである。図１において，１はロータリキルンであり，このキルン１内にバーナ２から燃焼ガスが導入され，供給ホッパー３から被処理土壌が供給される。該燃焼ガスによる与熱によりキルン１内で昇温処理された処理済土壌は排出シュート４に取り出される。排ガスは排ガス処理設備５に風道６を経て導かれる。この排ガスは図示しない排気装置によって強制排気が行なわれる。排ガス処理設備５は，フイルタ７ａおよび７ｂと，活性炭層８を具備し，ここを通過する間に排ガス中の有害成分が吸着除去される。
【００１３】
このような設備で土壌物質の改質を行うさいに，本発明においては，処理に供する土壌物質９に抱水機能を有する化合物10を例えば混合機11で配合し，スクリューフイーダ12を経て供給ホッパー３に導く。これにより，土壌物質９に含まれる水分が該化合物10に抱水されて遊離水が低減する結果，団粒化した状態で搬送されつつキルン１内に導入される。また，キルン１内の温度を，約１００℃以上で且つ該抱水状態が維持されるような温度となるように操業することにより，キルン１内では土壌物質９から発生する水蒸気の量が低減する。したがって，排ガス処理設備５に導かれる排ガスの絶対量が少なくなると共に該設備５内を通過する水蒸気量が少なくなるので，フイルター７および活性炭層８での除去効率が向上することに加え，バーナー２で消費する燃料について，該化合物10を加えない場合に比較して，同じ炉内温度に維持するにしても，軽減することができる。
【００１４】
【実施例】
水分を約２０％含有する水銀スラッジ（水銀含有の産業廃棄物：環境庁で定められた溶出試験値が０.０８７ｍｇ／Ｌのもの）を対象として，該スラッジから水銀を揮発除去する昇温処理を試験炉で行なった。試験炉は，横型電気ヒータ（円筒状の横置式シリコニット炉，炉長７００ｍｍ）内に，内径１２５ｍｍで長さ８００ｍｍの石英管を水平より３％の傾斜をもって軸回りに回転可能に挿入したものである。該石英管を２.５ｒｐｍで軸回りに回転させながら，石英管の一方の端（上端）に設けた電磁フイーダから被処理スラッジを所定の速度で供給し，他方の端（下端）から排出させる。また，該石英管の上端側から，管内で発生した排ガスを水銀吸収筒に吸引し，水銀の回収を行う。
【００１５】
処理の間，石英管の下端側出口付近の材料温度を温度センサーで検出し，その温度が５００℃となるように，電気ヒータへの供給電力を調節する。この電力の調節は，電源からヒータに通ずる回路に介装されたインバータ調節器に対し，該温度センサーの検出信号をコントローラを介して送信することにより行い，実際に供給された電力を電源回路に介装された電力計で計測する。
【００１６】
〔ケース１〕
前記の処理対象スラッジをそのまま電磁フイーダから５Ｋｇ／ｈｒの速度で石英管内に供給する。出口温度は前記のように５００℃に維持する。
【００１７】
〔ケース２〕
前記の処理対象スラッジ１００重量部に対し，酸化カルシウムを６２.２重量部の割合で混合し，得られた混合物を電磁フイーダから８.１１Ｋｇ／ｈｒの速度で石英管内に供給する。この場合も，出口温度は前記のように５００℃に維持する。なお，この混合物の供給速度８.１１Ｋｇ／ｈｒは，スラッジ量（水分を含むままの換算値）では５Ｋｇ／ｈｒに相当する。
【００１８】
ケース１およびケース２とも，運転状態が安定した時点で，時間当たりの電力量を測定した。また，各電力量から被処理スラッジ１Ｋｇ当たりの電力量を算出した。その結果を表１に示した。なお，ケース１および２とも，処理後スラッジの水銀溶出値は環境庁告示第４６号の基準値である０.０００５ｍｇ／Ｌ未満であり，水銀吸収筒ではほぼ同率で水銀が回収された。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１の結果から，ケース２ではケース１に比べて大幅な消費電力の低減が図れたことがわかる。すなわち，ケース１の電力使用量に対し，ケース２では時間当たりでは４４％，スラッジ単位当たりでは７２％の割合の電力使用量で同じ昇温処理ができた。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によると，有害物質と水分を含有する土壌物質の昇温処理時の昇温エネルギーを大幅に軽減できるという効果を奏する。また，昇温処理で発生する水蒸気量の低減により排ガス処理時の負担が軽減し且つ土壌物質のハンドリングが容易化するという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法を実施する設備の一例を示す機器配置図である。
【符号の説明】
１  ロータリーキルン
２  バーナー
５  排ガス処理設備
８  活性炭層
９  土壌物質
10  抱水機能を有する化合物
【図１】
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