JP2007209915A - 揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】揮発性有機化合物を含む汚染土壌を効率よく浄化することができる揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システムを提供すること。
【解決手段】浄化システム１は、超音波洗浄分解装置３と固液分離装置４とを備える。超音波洗浄分解装置３は、ＶＯＣを含む汚染土壌Ｅ１と洗浄水Ｗ１との混合物を入れる処理槽３１を有し、その混合物中に２０ｋＨｚの超音波１０を照射して汚染土壌Ｅ１を洗浄することにより、汚染土壌Ｅ１側から洗浄水Ｗ１側にＶＯＣを抽出する。固液分離装置４は、超音波洗浄分解装置から排出される洗浄水Ｗ１に含まれる土壌粒子と洗浄水Ｗ１とを分離し、分離した洗浄水Ｗ１を処理槽３１に戻す。超音波洗浄分解装置３は、固液分離装置４から処理槽３１に戻された洗浄水Ｗ１中に５００ｋＨｚの超音波１０を照射することにより、ＶＯＣを分解して無害化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波を利用して汚染土壌中の揮発性有機化合物を無害化する揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システムに関するものである。

従来、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）は、溶剤、接着剤、洗浄剤などに広く用いられてきた。しかし、これらＶＯＣは毒性が高いものが多いことに加え、大気中の光化学スモッグや浮遊粒子状物質の原因になることが知られている。

工場跡地の汚染土壌には、工場稼動時に排出されたＶＯＣが蓄積・濃縮されており、地下水や大気を経由して健康被害を起こすことが懸念されている。そのため、平成１５年２月に土壌汚染対策法、平成１６年６月には大気汚染防止法の改正法令が施行され、ＶＯＣの排出基準などが強化されている。従って、工場跡地などの汚染土壌を無害化してＶＯＣを含まない浄化土壌としてリサイクルすることが望まれている。

土壌中のＶＯＣ処理としては、大別して物理・化学的処理、熱処理、生物処理（バイオレメディエーション）などの浄化方法が知られている。物理・化学的処理は、紫外線や酸化剤などで分解する方法（酸化還元分解処理）、粒子による分級洗浄、高圧水や界面活性剤により分離する方法（土壌洗浄処理）、吸引井戸を設けて気体にして分離する方法（ガス吸引、曝気処理）などである。熱処理は、２００℃〜６００℃で揮発分離する方法（熱脱着処理）、８００℃〜１０００℃で焼却する方法（熱分解処理）、１２００℃以上の高温で溶融させる方法（溶融固化処理）などである。生物処理は、汚染現場または地上プラントにおいてバクテリアで分解する方法である。

また、上記のように汚染土壌を浄化する技術が特許文献１〜３に開示されている。具体的には、特許文献１において、ＶＯＣが混入した汚染土壌と水とを混合して得られた泥水を曝気処理し、土壌中からＶＯＣを揮発させる土壌の浄化方法が開示されている。特許文献２では、汚染土壌を加熱してＶＯＣを含む気体を抽出し、そのＶＯＣをオゾンで分解する浄化方法が開示されている。この方法では、紫外線の照射や過酸化水素の添加を併用することで酸化力が増し、ＶＯＣの分解効率が高められている。特許文献３では、汚染空気を吸引するための井戸を土壌に設けて、真空ポンプを用いて汚染空気を吸引し、その汚染空気に含まれているＶＯＣを活性炭からなる吸着装置で取り除くようにした浄化方法が提案されている。

さらに、近年では、超音波を利用して汚染土壌を洗浄する洗浄装置（例えば、特許文献４参照）や、水溶液に含まれるＶＯＣなどを超音波により無害化する処理装置（例えば、特許文献５参照）が提案されている。

特許文献４に記載の浄化装置では、汚染土壌に水を供給して超音波洗浄を行い、さらに、その洗浄されたスラリー状の土壌を流通させながら超音波洗浄を行うことで、汚染土壌を浄化している。

特許文献５に記載の処理装置では、ＶＯＣを含む水溶液に塩基性金属塩からなる触媒物質を添加して、比較的低い周波数（例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）の超音波を照射する。水溶液中に超音波を照射すると、キャビテーションと呼ばれる気泡が発生し、その圧縮、崩壊過程を経てホットスポットと呼ばれる数千度、数千気圧の反応場が局所的に形成される。そして、この極限反応場でＶＯＣが熱分解されると考えられている。
特開２００２−５９１５１号公報 特開２００４−３２１９１９号公報 特開２００５−８７８０９号公報 特開２００５−８１２４７号公報 特開２００５−１６９３８９号公報

ところで、特許文献１〜３に記載の浄化方法では、抽出したＶＯＣを外部に漏れないように浄化システムを構成することが困難であり、大気汚染などが懸念されている。さらに、抽出したＶＯＣを活性炭などに吸着させて処理する場合、その活性炭を廃棄するためにコストが嵩むといった問題も生じてしまう。また、熱処理による土壌の浄化方法を採用する場合では、設備が大型になり工場跡地などの現場で浄化処理をすることができないといった問題や、設備のランニングコストが高くなるといった問題が生じる。さらに、生物処理や吸引井戸を設けて気体にして分離する浄化方法では、処理時間が長くなるため実用的ではない。

また、特許文献４に記載の浄化装置では、比較的低い周波数（２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ）の超音波を照射しているので、汚染土壌を効率よく浄化することができる。しかし、洗浄水に含まれる有害物質は分解することができないため、その洗浄水の排水処理が別途必要になる。

例えば、特許文献４の浄化装置と特許文献５の処理装置とで土壌浄化システムを構成し、特許文献４の浄化装置で排出された洗浄水を特許文献５の処理装置で処理すれば、洗浄水に含まれる有害物質を分解することが可能と考えられる。しかし、特許文献５の処理装置では、触媒物質を添加して有機化合物の分解処理を行っているため処理コストが嵩む。さらに、このような土壌浄化システムでは、構成が複雑となり大規模なシステムとなるため、設備コストが増大するといった問題も生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で、揮発性有機化合物を含む汚染土壌の浄化処理を効率よく行うことができる揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、揮発性有機化合物を含む汚染土壌と洗浄水との混合物を入れる処理槽と、前記混合物中に超音波を照射するために前記処理槽に設けられた超音波振動子とを有し、前記超音波振動子から前記混合物中に１００ｋＨｚ未満の超音波を照射して汚染土壌を洗浄することにより、汚染土壌側から洗浄水側に揮発性有機化合物を抽出した後、前記超音波振動子からその洗浄水中に１００ｋＨｚ以上の超音波を照射することにより、揮発性有機化合物を分解して無害化する超音波洗浄分解装置を備えた揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システムをその要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、処理槽内において、揮発性有機化合物を含む汚染土壌と洗浄水との混合物中に比較的低い１００ｋＨｚ未満の超音波が照射されると、その超音波が混合物中の土壌粒子に作用し、その超音波の振動エネルギーによって汚染土壌が洗浄される。その際、汚染土壌に含まれる揮発性有機化合物が洗浄水側に抽出される。その後、比較的高い１００ｋＨｚ以上の超音波が洗浄水中に照射されると、その洗浄水中にキャビテーション（気泡）が発生して高温・高圧の反応場が形成される。ここで、揮発性有機化合物は、疎水性であるため、キャビテーション周辺（洗浄水と気泡との界面）に自発的に集まり、さらに揮発してキャビテーションの中に入り込む。その結果、高温・高圧の反応場の作用によって、揮発性有機化合物を熱分解して無害化することができる。従って、本発明の浄化システムでは、特殊な薬剤などの添加物を用いることなく、汚染土壌から抽出した揮発性有機化合物を無害化することができ、洗浄した土壌を再利用することができる。また、この浄化システムでは、汚染土壌の洗浄処理と揮発性有機化合物の分解処理とを１つの処理槽内で行うことができるため、システムの小型化が可能となる。また、それぞれの処理に適した周波数の超音波を照射することができるため、短時間で効率よく土壌浄化処理を行うことができ、浄化システムのランニングコストを抑えることができる。

なお、本発明における揮発性有機化合物としては、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトンなどを挙げることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記処理槽の底部に前記汚染土壌を排出するための排出口が設けられ、前記１００ｋＨｚ未満の超音波の照射により洗浄された汚染土壌を前記排出口から排出した後、前記処理槽内の洗浄水に１００ｋＨｚ以上の超音波を照射することをその要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、処理槽の底部に排出口が設けられるので、超音波の照射によって洗浄された土壌を効率よく排出することができる。そして、処理槽内に残された洗浄水に対して１００ｋＨｚ以上の超音波が照射される。この場合、洗浄水中には土壌粒子がほとんど残存しないため超音波が効率よく伝播する。その結果、揮発性有機化合物の分解に有効なキャビテーションをより多く発生させることができ、揮発性有機化合物を効率よく分解することができる。なお、この構成において、汚染土壌を洗浄した洗浄水を一旦蓄える貯水タンクを備えることが好ましい。この場合、その貯水タンクに洗浄水を蓄えた後に、処理槽に残った土壌粒子を排出口から確実に排出することができる。そして、貯水タンクの洗浄水を処理槽に戻して、１００ｋＨｚ以上の超音波を照射すれば、揮発性有機化合物を効率よく分解することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記１００ｋＨｚ未満の超音波を照射する超音波振動子が前記処理槽の下部外側に設けられ、前記１００ｋＨｚ以上の超音波を照射する超音波振動子が前記処理槽の上部外側に設けられていることをその要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、超音波振動子を処理槽の内面側ではなく外面側に設けているため、処理槽の内面側における凹凸が少なくなり、処理槽内の洗浄水中に超音波を均一に伝播させることができる。また、処理槽において土壌粒子は底部に沈むため、底部に溜まった土壌粒子に１００ｋＨｚ未満の超音波を確実に照射することができ、汚染土壌の洗浄効率を高めることができる。さらに、処理槽における上澄みの洗浄水に１００ｋＨｚ以上の超音波を確実に照射することができ、その洗浄水に含まれる揮発性有機化合物を効率よく分解することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記１００ｋＨｚ未満の超音波の照射により汚染土壌を洗浄した洗浄水が供給され、その洗浄水に含まれる土壌粒子と洗浄水とを分離して洗浄水を前記処理槽に戻す固液分離装置をさらに備えたことをその要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、処理槽において汚染土壌を洗浄した洗浄水が固液分離装置に供給され、その固液分離装置により、土壌粒子と洗浄水とが分離され、土壌粒子を取り除いた洗浄水が処理槽に戻される。このようにすれば、１００ｋＨｚ以上の超音波が洗浄水中を効率よく伝播するため、キャビテーションをより多く発生させることができ、揮発性有機化合物を効率よく分解することができる。また、処理槽に戻した洗浄水を再利用して新たな汚染土壌を洗浄することができるため、洗浄水中の揮発性有機化合物の濃度を高めることも可能である。このようにすると、超音波の照射による揮発性有機化合物の分解効率を向上できる。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記超音波洗浄分解装置を一対備え、一方の超音波洗浄分解装置において前記固液分離装置と前記処理槽との間で前記洗浄水を循環させながら前記１００ｋＨｚ未満の超音波を照射して汚染土壌の洗浄を行っているときに、他方の超音波洗浄分解装置において前記１００ｋＨｚ以上の超音波を照射して揮発性有機化合物の分解を行うようにしたことをその要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、汚染土壌の洗浄処理を行っているときにその処理と併行して揮発性有機化合物の分解処理を行うことができるため、システム全体の処理効率を高めることができる。

以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によると、簡単な構成で、揮発性有機化合物を含む汚染土壌の浄化処理を効率よく行うことができる。

［第１の実施の形態］

以下、本発明を揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システムに具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１はその汚染土壌の浄化システムを示す概略構成図である。

図１に示されるように、本実施の形態の浄化システム１は、ホッパー２、超音波洗浄分解装置３、固液分離装置４、及び制御装置７を備える。この浄化システム１は、工場跡地などの汚染現場において、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）などの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するとともに、その汚染土壌から抽出したＶＯＣを分解して無害化するためのシステムである。なお、この浄化システム１は、例えばトラックなどの車両に搭載可能な大きさを有する可搬式のシステムである。勿論、この浄化システム１は、特に搬送を目的としない固定式のシステムであってもよい。

具体的には、図示しない掘削機で掘削された汚染土壌Ｅ１がホッパー２に投入され、そのホッパー２で混合された後に超音波洗浄分解装置３に供給される。

超音波洗浄分解装置３は、汚染土壌Ｅ１と洗浄水Ｗ１との混合物（泥水）を入れる処理槽３１と、その処理槽３１内の汚染土壌Ｅ１と洗浄水Ｗ１とを撹拌する撹拌機３２と、処理槽３１内の洗浄水Ｗ１に超音波１０を照射する第１超音波振動子３３及び第２超音波振動子３４と、各超音波振動子３３，３４を駆動するための発振回路３５，３６とを備える。本実施の形態の処理槽３１は、その底部に対向する一対の傾斜面（テーパ面）３７を有する箱状をなし、底部の幅が徐々に狭くなるよう形成されている。そして、その処理槽３１において、底部の各傾斜面３７の外側に第１超音波振動子３３が設けられ、側面３８の外側に第２超音波振動子３４が設けられている。

処理槽３１は、１１０リットルの容量を有し、１回の洗浄処理において、例えば、１０ｋｇの汚染土壌Ｅ１と１００リットルの洗浄水Ｗ１が入れられる。そして、撹拌機３２によって撹拌されることによって、洗浄水Ｗ１中に土壌粒子が分散される。なお、この処理槽３１に供給される洗浄水Ｗ１としては、水道水などの安価な水が用いられる。勿論、水道水以外の水（例えば雨水、海水など）を用いることも許容される。

第１超音波振動子３３は、平板状の圧電セラミックスからなり、発振回路３５の発振信号に基づいて、低周波数（具体的には２０ｋＨｚ）の超音波１０を自身の厚さ方向に出力する。本実施の形態の超音波洗浄分解装置３では、第１超音波振動子３３が処理槽３１の底部の傾斜面３７に設けられており、第１超音波振動子３３から斜め上方に向けて超音波１０が照射される。このとき、その超音波１０が洗浄水Ｗ１中の土壌粒子に作用し、その超音波１０の振動エネルギーにより汚染土壌Ｅ１が超音波洗浄される。その際、汚染土壌Ｅ１側から洗浄水Ｗ１側にＶＯＣが抽出される。

第２超音波振動子３４は、平板状の圧電セラミックスからなり、発振回路３６の発振信号に基づいて、高周波数（具体的には５００ｋＨｚ）の超音波１０を自身の厚さ方向に出力する。本実施の形態の超音波洗浄分解装置３では、第２超音波振動子３４が処理槽３１の側面３８に設けられており、その第２超音波振動子３４から側方に向けて超音波１０が照射される。この超音波１０の照射により、洗浄水Ｗ１中にナノレベルからミクロンレベルのキャビテーションが発生し、高温・高圧の反応場が形成される。その結果、洗浄水Ｗ１中に含まれるＶＯＣが熱分解され無害化される。具体例を挙げると、例えば、ＶＯＣがトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンである場合には、塩素イオンと無害な炭化水素とが生成される。

また、処理槽３１における底部の下端には、洗浄された汚染土壌Ｅ２を排出するための排出口３９が設けられている。排出口３９は排出用配管４０を介して固液分離装置４に接続されており、この排出用配管４０の途中には開閉バルブ４１と排出用ポンプ４２とが設けられている。そして、開閉バルブ４１が開状態とされて排出用ポンプ４２が駆動されることにより、土壌粒子を含む洗浄水Ｗ１が排出口３９から排出され、排出用配管４０を圧送されて固液分離装置４に供給される。

固液分離装置４は、円筒状の分離槽４４と、その分離槽４４内の中央部に設けられた濾過体４５とを備える。超音波洗浄分解装置３から固液分離装置４に圧送された洗浄水Ｗ１が分離槽４４の濾過体４５を通過することにより、土壌粒子と洗浄水Ｗ１とが分離される。なお、固液分離装置４において分離された土壌Ｅ２は、図示しない乾燥機で水分が除去された後、排出口４６から装置外部に排出されてＶＯＣを含まない浄化土壌として再利用される。また、固液分離装置４は循環用配管４８を介して処理槽３１に接続されており、固液分離装置４において土壌粒子が取り除かれた洗浄水Ｗ１はその循環用配管４８を介して処理槽３１に戻されるように構成されている。

制御装置７は、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、入出力ポート（図示略）などからなる周知のマイクロコンピュータにより構成され、撹拌機３２、発振回路３５，３６、開閉バルブ４１、排出用ポンプ４２と電気的に接続されている。制御装置７を構成するＲＯＭ７２は制御プログラムを記憶しており、ＣＰＵ７１はＲＡＭ７３を利用してその制御プログラムを実行する。その結果、制御装置７は各種の制御信号を出力してシステム全体を統括的に制御する。

ここで、本実施の形態における浄化システム１の動作について説明する。

作業者は、制御装置７の操作部（図示略）を操作して浄化システム１を稼動させ、超音波洗浄分解装置３の処理槽３１に、所定量（例えば、１００リットル）の洗浄水Ｗ１を入れるとともに、ホッパー２から所定量（例えば、１０ｋｇ）の汚染土壌Ｅ１を入れる。その後、制御装置７は土壌浄化処理を開始する。

詳しくは、制御装置７は、撹拌機３２に制御信号を出力することによりその撹拌機３２を回転させる。これにより、汚染土壌Ｅ１と洗浄水Ｗ１との混合物が撹拌され、洗浄水Ｗ１中に土壌粒子が分散される。次いで、制御装置７は、発振回路３５に制御信号を出力してその発振回路３５から発振信号を出力させる。この発振信号に基づいて第１超音波振動子３３が振動することにより、２０ｋＨｚの超音波１０が処理槽３１の混合物（泥水）に所定時間（具体的には１５分）照射される。これにより、その超音波１０が混合物中の土壌粒子に作用し、その超音波１０の振動エネルギーにより汚染土壌Ｅ１が洗浄される。本実施の形態の処理槽３１では、底部の対向する２つの傾斜面３７に第１超音波振動子３３がそれぞれ設けられており、混合物中の土壌粒子に向けて異なる方向から超音波１０が照射されるため、超音波１０の重ね合わせによる相乗効果を得ることができ、汚染土壌Ｅ１が効率よく洗浄される。

また、この洗浄処理の際には、汚染土壌Ｅ１に含まれるＶＯＣが洗浄水Ｗ１側に抽出される。ここで、例えば、処理槽３１に入れた１０ｋｇの汚染土壌Ｅ１から洗浄水Ｗ１（１００Ｌ）に１５０ｍｇのトリクロロエチレン（ＴＣＥ）が抽出される。この場合、洗浄水Ｗ１のＴＣＥ濃度は、環境基準値（０．０３ｍｇ／Ｌ）の５０倍（１．５ｍｇ／Ｌ）になる。

その後、制御装置７は、制御信号を出力して開閉バルブ４１を開状態とし、さらに排出用ポンプ４２を駆動することにより、処理槽３１から固液分離装置４の分離槽４４に土壌粒子を含む洗浄水Ｗ１を圧送する。固液分離装置４は、その洗浄水Ｗ１に含まれる土壌粒子と洗浄水Ｗ１とを分離し、分離した土壌Ｅ２を乾燥させた後、排出口４６から装置外部に排出する。また、固液分離装置４で分離された洗浄水Ｗ１（１００リットル）は、循環用配管４８を介して再び処理槽３１に戻される。

そして、超音波洗浄分解装置３では、新たな汚染土壌Ｅ１がホッパー２から供給され、固液分離装置４から供給された洗浄水Ｗ１を再利用してその汚染土壌Ｅ１の洗浄処理が行われる。すなわち、撹拌機３２により汚染土壌Ｅ１と洗浄水Ｗ１とが撹拌されるとともに、第１超音波振動子３３から超音波が所定時間照射されて洗浄処理が行われる。さらに、洗浄処理の終了後、処理槽３１から分離槽４４に土壌粒子を含む洗浄水Ｗ１が圧送されて、土壌粒子と洗浄水Ｗ１とを分離する固液分離処理が行われる。

本実施の形態では、上記のような洗浄処理と固液分離処理とが２０回繰り返し実施されることで、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣ濃度が３０ｍｇ／Ｌに高められる。

そして、その高濃度のＶＯＣを含む洗浄水Ｗ１（１００Ｌ）が処理槽３１に戻された後、ＶＯＣの分解処理が開始される。すなわち、制御装置７は、撹拌機３２に制御信号を出力してその撹拌機３２を回転させて処理槽３１内の洗浄水Ｗ１を撹拌する。

そして、制御装置７は、発振回路３６に制御信号を出力してその発振回路３６から発振信号を出力させる。この発振信号に基づいて第２超音波振動子３４が振動することにより、５００ｋＨｚの超音波１０が所定時間（具体的には５時間）照射される。ここで、処理槽３１内の洗浄水Ｗ１は土壌粒子をほとんど含まないので、高周波の超音波１０がその洗浄水Ｗ１中を効率よく伝播する。従って、ナノレベルからミクロンレベルのキャビテーションがより多く発生し、洗浄水Ｗ１中の広い範囲で高温・高圧の反応場が形成される。ＶＯＣは、疎水性、揮発性であるため、キャビテーション周辺（洗浄水Ｗ１と気泡との界面）に自発的に集まり、さらに揮発してキャビテーションの中に入り込む。その結果、高温・高圧の反応場の作用によってＶＯＣが熱分解され無害化され、洗浄水Ｗ１のＶＯＣ濃度が環境基準値（０．０３ｍｇ／Ｌ）以下に低減される。
そして、ＶＯＣの分解処理後の洗浄水Ｗ１は、そのまま処理槽３１内に残され、次の洗浄処理に再利用される。勿論、この分解処理後の洗浄水Ｗ１を下水として排水するよう構成してもよい。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態の浄化システム１では、特殊な薬剤などの添加物を用いることなく、超音波１０の照射のみで汚染土壌Ｅ１から抽出したＶＯＣを無害化することができる。さらに、洗浄した汚染土壌Ｅ１を再利用することができることから、環境負荷を低減することができる。また、この浄化システム１では、土壌粒子の洗浄処理とＶＯＣの分解処理とでそれぞれの処理に適した周波数の超音波１０を照射することができるので、短時間で効率よく土壌浄化処理を行うことができる。

（２）本実施の形態の浄化システム１では、廃棄物を出さずに汚染土壌Ｅ１を完全に無害化することができる。また、土壌浄化処理中にＶＯＣが装置外部に漏れることがないクローズドシステムを構築することができ、ＶＯＣによる大気汚染の問題も生じることがない。

（３）本実施の形態の浄化システム１では、超音波１０を利用して土壌浄化処理を効率よく行うことができることから、超音波洗浄分解装置３を小型化して車両に搭載可能な可搬式システムを実現することができる。従って、浄化システム１を搭載した車両を工場跡地などに移動させることにより、汚染土壌Ｅ１の原位置処理を行うことが可能となる。

（４）本実施の形態の浄化システム１では、固液分離装置４により洗浄水Ｗ１と土壌粒子とを分離して、土壌粒子を取り除いた洗浄水Ｗ１を処理槽３１に戻すことができる。従って、洗浄水Ｗ１中には土壌粒子がほとんど残存しないため超音波１０が効率よく伝播してキャビテーションをより多く発生させることができ、ＶＯＣを確実に分解することができる。

（５）本実施の形態の浄化システム１では、固液分離装置４で分離された洗浄水Ｗ１を処理槽３１に戻して汚染土壌Ｅ１の洗浄に再利用することにより、洗浄水Ｗ１中のＶＯＣ濃度を高めることができる。これにより、超音波照射によるＶＯＣの分解効率を向上できる。

（６）本実施の形態の浄化システム１では、ＶＯＣを分解して無害化した洗浄水Ｗ１を再利用することができ、浄化システム１のランニングコストを低減することができる。特に、工場跡地などにおいて洗浄水Ｗ１を十分に確保できない場合でも、洗浄水Ｗ１を再利用することにより、汚染土壌Ｅ１の浄化処理を連続して行うことが可能となる。

（７）本実施の形態の超音波洗浄分解装置３では、超音波振動子３３，３４を処理槽３１の内面側ではなく外面側に設けているため、処理槽３１の内面側における凹凸が少なくなり、洗浄水Ｗ１中に超音波１０を均一に伝播させることができ、汚染土壌Ｅ１の洗浄処理やＶＯＣの分解処理を効率よく行うことができる。また、処理槽３１の内面側における凹凸が少なくなることから、土壌粒子を排出口３９から確実に排出することができる。

（８）本実施の形態の場合、処理槽３１内の洗浄水Ｗ１が撹拌機３２を用いて撹拌されるので、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣが均一化されてＶＯＣとキャビテーションとの反応頻度が高くなることに加え、ＶＯＣの反応に起因する有効なキャビテーションが増加する。よって、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣを効率よく短時間で分解することができる。
［第２の実施の形態］

次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図２に基づき説明する。

図２に示されるように、本実施の形態の浄化システム８１は、２つの超音波洗浄分解装置３と固液分離装置４と制御装置７とを備える。この浄化システム８１において、各超音波洗浄分解装置３の排出用配管４０が流路切替用バルブ（切替手段）８２を介して固液分離装置４に接続され、循環用配管４８が流路切替用バルブ（切替手段）８３を介して固液分離装置４に接続されている。各流路切替用バルブ８２，８３は、制御装置７に電気的に接続されており、その制御装置７から出力される制御信号に基づいて、洗浄処理中の超音波洗浄分解装置３側に洗浄水Ｗ１の流路を切替える。なお、この浄化システム８１において、各超音波洗浄分解装置３、固液分離装置４、及び制御装置７は、上記第１の実施の形態と同一構成であり、超音波洗浄分解装置３を一対備える点と排出用配管４０及び循環用配管４８に流路切替用バルブ８２，８３を設けた点が上記第１の実施の形態と相違する。

本実施の形態の浄化システム８１では、一方の超音波洗浄分解装置（例えば、図２の左側の装置）３において、固液分離装置４と処理槽３１との間で洗浄水Ｗ１を循環させながら、第１超音波振動子３３から２０ｋＨｚの超音波１０を照射することにより、汚染土壌Ｅ１の洗浄が行われる。このとき、他方の超音波洗浄分解装置（例えば、図２の右側の装置）３において、第２超音波振動子３４から５００ｋＨｚの超音波１０を照射することにより、洗浄水Ｗ１中のＶＯＣの分解が行われる。

そして、一方の超音波洗浄分解装置３において汚染土壌Ｅ１の洗浄処理が終了し、他方の超音波洗浄分解装置３でＶＯＣの分解処理が終了した時点で、各流路切替用バルブ８２，８３の流路が反対の装置側に切替えられる。そして、一方の超音波洗浄分解装置３において５００ｋＨｚの超音波１０を照射することによりＶＯＣの分解が行われ、他方の超音波洗浄分解装置３において固液分離装置４と処理槽３１との間で洗浄水Ｗ１を循環させながら２０ｋＨｚの超音波１０を照射することにより汚染土壌Ｅ１の洗浄が行われる。

このように構成すれば、一方の超音波洗浄分解装置３において汚染土壌Ｅ１の洗浄処理を行っているときに、他方の超音波洗浄分解装置３においてＶＯＣの分解処理を行うことができるため、システム全体の処理効率を向上させることができる。また、固液分離装置４を共通使用することができるため、超音波洗浄分解装置３毎に固液分離装置４を備えるシステムと比較して、設備コストを低減することができる。

さらに、本実施の形態の浄化システム８１では、一方の超音波洗浄分解装置３においてＶＯＣの分解処理を行っているときに、他方の超音波洗浄分解装置３と固液分離装置４とにおいて、洗浄処理と固液分離処理とを複数回繰り返し行うことも可能である。このようにすれば、洗浄水Ｗ１中のＶＯＣ濃度を高めることができ、ＶＯＣの分解効率を向上することができる。

なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記各実施の形態では、洗浄水Ｗ１と土壌粒子とを分離する固液分離装置４を備えるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、図３に示す浄化システム９１のように、固液分離装置４に代えて貯水タンク９２を備える構成としてもよい。詳しくは、浄化システム９１において、超音波洗浄分解装置３の処理槽３１に排水口９３が設けられ、その排水口９３が移送用配管９４を介して貯水タンク９２に接続されている。また、この移送用配管９４の途中には開閉バルブ９５が設けられている。さらに、貯水タンク９２には、洗浄水Ｗ１を処理槽３１に戻すための循環用配管９６が接続されており、循環用配管９６の途中には、洗浄水Ｗ１を圧送するためのポンプ９７が設けられている。

この浄化システム９１において、超音波洗浄分解装置３及び制御装置７は上記実施の形態と同一構成である。制御装置７は、撹拌機３２を駆動して汚染土壌Ｅ１と洗浄水Ｗ１とを撹拌するとともに、第１超音波振動子３３から２０ｋＨｚの超音波１０を照射することにより、汚染土壌Ｅ１を洗浄する。その後、制御装置７は、撹拌機３２を停止するとともに、第１超音波振動子３３による超音波１０の照射を停止して洗浄処理を終了する。すると、処理槽３１内において、土壌粒子がその底部に沈み、洗浄水Ｗ１は土壌粒子の上方に溜まる。ここで、制御装置７は、移送用配管９４の開閉バルブ９５を開状態とすることにより、処理槽３１内において上澄みとして溜まった洗浄水Ｗ１を一旦貯水タンク９２に貯める。次いで、制御装置７は、排出用配管４０の開閉バルブ４１を開状態とすることにより、処理槽３１内に残った土壌粒子を排出口３９から排出する。

その後、制御装置７は、開閉バルブ４１，９５を閉状態としてポンプ９７を駆動することにより、貯水タンク９２の洗浄水Ｗ１を再び処理槽３１に戻して、第２超音波振動子３４から５００ｋＨｚの超音波１０を照射する。このようにすれば、処理槽３１内の洗浄水Ｗ１には土壌粒子がほとんど存在しないため、その洗浄水Ｗ１中に超音波１０が効率よく伝播する。その結果、洗浄水Ｗ１中においてキャビテーションをより多く発生させることができ、ＶＯＣを確実に分解することができる。このように浄化システム９１を構成しても、上記実施の形態と同様に、特殊な薬剤などの添加物を用いることなく、汚染土壌Ｅ１から抽出したＶＯＣを無害化することができ、洗浄した汚染土壌Ｅ１を再利用することができる。また、この浄化システム９１でも、土壌粒子の洗浄処理とＶＯＣの分解処理とでそれぞれの処理に適した周波数の超音波１０を照射することができるので、効率よく土壌浄化処理を行うことができる。

・上記第１の実施の形態では、低周波数の超音波照射による洗浄処理及び固液分離処理を２０回繰り返し行った後に、高周波数の超音波照射によるＶＯＣの分解処理を行うように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、洗浄処理及び固液分離処理とＶＯＣの分解処理とを交互に行うように構成してもよい。
・上記第１の実施の形態では、低周波数の超音波照射による洗浄処理の後に、固液分離処理を行うようにしていたが、洗浄処理後にＶＯＣの分解処理を行うように構成してもよい。具体的には、洗浄処理の終了後において、時間経過とともに土壌粒子が処理槽３１の底部に沈み、洗浄水Ｗ１は土壌粒子の上方に溜まる。そのため、洗浄処理の終了後において所定時間経過したときに、処理槽３１内に上澄みとして溜まった洗浄水Ｗ１に向けて第２超音波振動子３４から５００ｋＨｚの超音波１０を照射して、洗浄水Ｗ１中のＶＯＣを分解する。その後、処理槽３１内の土壌粒子と洗浄水Ｗ１とを固液分離装置４に供給することにより土壌粒子と洗浄水Ｗ１とを分離する。このようにしても、汚染土壌Ｅ１を浄化して再利用することができる。
・上記各実施の形態では、汚染土壌Ｅ１を洗浄するために第１超音波振動子３３から２０ｋＨｚの超音波１０を照射するものであったが、この周波数に限定されるものではない。例えば、汚染土壌Ｅ１の粒子サイズに応じて、この超音波１０の周波数は適宜変更することができる。ただし、超音波１０の周波数は、高すぎると洗浄効率が低下するため、１００ｋＨｚ未満とするのが好ましい。また、上記実施の形態では、ＶＯＣを分解するために第２超音波振動子３４から５００ｋＨｚの超音波１０を照射するものであったが、この周波数に限定されるものではない。ＶＯＣを分解するための超音波１０は、周波数が１００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚであればよく、さらには２００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚが好ましく、特には４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚが好ましい。

・上記各実施の形態では、低周波用の第１超音波振動子３３と高周波用の第２超音波振動子３４とを用いるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、発振信号の周波数を切替える機能を持つ発振回路を用い、その発振回路の各発振信号に基づいて、共通の超音波振動子から低周波数及び高周波数の超音波を照射するよう構成してもよい。

・上記実施の形態において、処理槽３１は、その底部に２つの傾斜面３７を有していたが、その形状に限定されるものではなく、傾斜面３７のない直方体形状であってもよいし、円筒形状であってもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項２において、貯水タンクを備え、その貯水タンクに前記汚染土壌を洗浄した洗浄水を一旦蓄えた後、前記処理槽に残った土壌粒子を前記排出口から排出することを特徴とする揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム。

（２）請求項５において、前記各超音波洗浄分解装置と前記固液分離装置とを接続するための流路の途中に設けられ、前記各超音波洗浄分解装置のうちのいずれか１つと前記固液分離装置とを接続するようその流路を切替える切替手段を備えたことを特徴とする揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム。

（３）揮発性有機化合物を含む汚染土壌と洗浄水との混合物を入れる処理槽と、前記処理槽に設けられ、汚染土壌を洗浄して汚染土壌側から洗浄水側に揮発性有機化合物を抽出するべく、前記混合物中に１００ｋＨｚ未満の超音波を照射する第１超音波振動子と、前記処理槽に設けられ、前記洗浄水中の揮発性有機化合物を分解して無害化するべく、前記洗浄水中に１００ｋＨｚ以上の超音波を照射する第２超音波振動子とを備えたことを特徴とする超音波洗浄分解装置。

本発明を具体化した第１の実施の形態の浄化システムを示す概略構成図。 本発明を具体化した第２の実施の形態の浄化システムを示す概略構成図。 別の実施の形態の浄化システムを示す概略構成図。

符号の説明

１，８１，９１…揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム
３…超音波洗浄分解装置
４…固液分離装置
１０…超音波
３１…処理槽
３３，３４…超音波振動子
３９…排出口
Ｅ１…汚染土壌
Ｗ１…洗浄水

Claims (5)

1. 揮発性有機化合物を含む汚染土壌と洗浄水との混合物を入れる処理槽と、前記混合物中に超音波を照射するために前記処理槽に設けられた超音波振動子とを有し、前記超音波振動子から前記混合物中に１００ｋＨｚ未満の超音波を照射して汚染土壌を洗浄することにより、汚染土壌側から洗浄水側に揮発性有機化合物を抽出した後、前記超音波振動子からその洗浄水中に１００ｋＨｚ以上の超音波を照射することにより、揮発性有機化合物を分解して無害化する超音波洗浄分解装置を備えた揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム。
2. 前記処理槽の底部に前記汚染土壌を排出するための排出口が設けられ、前記１００ｋＨｚ未満の超音波の照射により洗浄された汚染土壌を前記排出口から排出した後、前記処理槽内の洗浄水に１００ｋＨｚ以上の超音波を照射することを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム。
3. 前記１００ｋＨｚ未満の超音波を照射する超音波振動子が前記処理槽の下部外側に設けられ、前記１００ｋＨｚ以上の超音波を照射する超音波振動子が前記処理槽の上部外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム。
4. 前記１００ｋＨｚ未満の超音波の照射により汚染土壌を洗浄した洗浄水が供給され、その洗浄水に含まれる土壌粒子と洗浄水とを分離して洗浄水を前記処理槽に戻す固液分離装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム。
5. 前記超音波洗浄分解装置を一対備え、一方の超音波洗浄分解装置において前記固液分離装置と前記処理槽との間で前記洗浄水を循環させながら前記１００ｋＨｚ未満の超音波を照射して汚染土壌の洗浄を行っているときに、他方の超音波洗浄分解装置において前記１００ｋＨｚ以上の超音波を照射して揮発性有機化合物の分解を行うようにしたことを特徴とする請求項４に記載の揮発性有機化合物汚染土壌の浄化システム。

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