JP5723054B1 - 汚染土壌浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大量の有害金属汚染土壌、さらには有害金属等以外の有害物を含む有害金属汚染土壌を事業として浄化することを可能にする具体的な汚染土壌浄化装置を提供する。【解決手段】汚染土壌浄化装置Ｓのキレート剤洗浄装置２０は、混合分散装置２１と、細粒土洗浄装置２２と、濾過装置２３と、洗浄液再生装置２４と、洗浄液還流機構と、固相吸着材再生機構とを備えている。混合分散装置２１は、汚染土壌の水洗浄により生じたスラッジを濾過して生成された濾過ケークと、キレート剤を含有する洗浄液とを混合して細粒土スラリーを生成する。細粒土洗浄装置２２は、細粒土スラリーを、攪拌しつつプラグフローで流すことにより、細粒土に付着している有害金属等を細粒土から離脱させてキレート剤に捕捉させる。濾過装置２３は、細粒土洗浄装置２２から排出された細粒土スラリーを濾過する。【選択図】図２

Description

本発明は、有害金属及び／又はその化合物あるいはその他の汚染物質で汚染された大量の汚染土壌を浄化するための汚染土壌浄化装置に関するものである。

近年、例えばクロム、鉛、カドミウム、セレン、水銀などの有害金属及び／又はその化合物（以下、これらを「有害金属等」と総称する。）を原料又は材料として用いる生産施設の敷地又はその近隣地における土壌汚染、あるいは有害金属等を含む産業廃棄物の投棄等による土壌汚染が問題となっている。そして、有害金属等で汚染された土壌（以下「有害金属汚染土壌」という。）を、該有害金属汚染土壌が現に存在する位置（以下「原位置」という。）において、例えば有害金属等の不溶化、封じ込め又は電気修復などにより効果的に浄化することはかなり困難である。このため、有害金属汚染土壌は、一般に、掘削により原位置から除去され、外部の土壌浄化装置で浄化される。なお、有害金属汚染土壌が除去された跡地は、通常、土壌浄化装置で浄化された元の土壌又は別の清浄な土壌で埋め戻される。

原位置外の土壌浄化装置で有害金属汚染土壌を浄化する手法としては、従来、溶融処理（例えば、特許文献１参照）や土壌洗浄処理（例えば、特許文献２、３参照）などが知られている。ここで、溶融処理は、有害金属汚染土壌を溶融させた後で急冷することにより有害金属等を封じ込め、これを骨材などとして利用するようにした土壌浄化手法であるが、大量の熱エネルギーを消費するので、大量の有害金属汚染土壌を処理するのには適していないといった問題がある。

他方、土壌洗浄処理は、有害金属汚染土壌を洗浄して有害金属等を除去するようにした土壌浄化手法であり、ほとんど熱エネルギーを必要としないので、大量の有害金属汚染土壌を処理するのに適している。そこで、本願発明者は、すでに特許文献４において、土壌洗浄処理により有害金属汚染土壌を浄化する手法として、有害金属等で汚染された汚染物をキレート剤含有洗浄液で洗浄することにより汚染物から有害金属等を除去し、この洗浄により発生した洗浄廃液を、キレート剤よりも錯生成力の高い固相吸着材に接触させ、キレート剤含有洗浄液から有害金属等を除去して回収することにより、キレート剤含有洗浄液を再生するようにした有害金属汚染物の浄化方法を提案している（特許文献４の段落［０００６］参照。）。

特許文献４に記載された発明に係る有害金属汚染物の浄化方法によれば、有害金属等で汚染された汚染土壌を、キレート剤を含有する洗浄剤で洗浄した後の洗浄廃液から固相吸着材で有害金属等を除去するので、洗浄液ないしはキレート剤を繰り返し使用することができ、エネルギー消費が非常に少ない汚染土壌浄化システムを構築することができる。これにより、自然汚染土壌その他の汚染土壌の浄化が容易となり、また汚染廃棄物に対しては廃棄物の減量化と有効利用が期待される、といった顕著な効果を奏する（特許文献４の段落［００１０］参照。）。

特開２０００−２４６２３２号公報 特開２０００−３２５９３６号公報 特開２００７−０９８２９９号公報 特許第５１６４１６９号明細書

特許文献４に記載された発明は、前記のとおり、ほとんど熱エネルギーを消費することなく、キレート剤を含有する洗浄液を繰り返し使用しつつ有害金属汚染土壌を浄化することができる浄化システムを構築することを可能にするものである。しかしながら、特許文献４は、実験室規模の実施例は開示しているものの、大量の有害金属汚染土壌を事業として現実に浄化するための具体的な汚染土壌浄化装置を提案するには至っていない。そこで、本発明は、特許文献４に記載された発明に係る有害金属汚染物の浄化方法を利用して、大量の有害金属汚染土壌、さらには有害金属等以外の所定の汚染物質をも含む有害金属汚染土壌を事業として現実に浄化することを可能にする具体的な汚染土壌浄化装置を提供することを解決すべき課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係る、有害金属等（有害金属及び／又はその化合物）で汚染された、細粒土を含む汚染土壌を浄化する汚染土壌浄化装置は、混合分散装置と、細粒土洗浄装置と、濾過装置と、洗浄液再生装置と、洗浄液還流機構と、固相吸着材再生機構とを備えている。ここで、混合分散装置は、汚染土壌の水洗浄により生じた細粒土含有水を沈降分離することにより生成されたスラッジを濾過して生成された濾過ケークと、キレート剤を含有する洗浄液とを混合して、洗浄液中に細粒土又は細粒土の小片がほぼ均一に分散（懸濁）されてなる細粒土スラリーを生成する。細粒土洗浄装置は、混合分散装置により生成された細粒土スラリーを、攪拌しつつ予め設定された滞留時間を確保するようにプラグフローで流すことにより、細粒土に付着している有害金属等を細粒土から離脱させてキレート剤に捕捉させる。濾過装置は、細粒土洗浄装置から排出された細粒土スラリーを濾過する。

洗浄液再生装置は、キレート剤よりも錯生成力が高く濾過装置から排出された濾液と接触したときに濾液中の有害金属等を吸着する固相吸着材を有し、濾液中のキレート剤から有害金属等を除去して濾液を洗浄液として再生する。洗浄液還流機構は、洗浄液再生装置から排出された洗浄液を混合分散装置に還流させる。固相吸着材再生機構は、濾液又は洗浄液が排除された状態で洗浄液再生装置に酸液を流し、固相吸着材に吸着された有害金属等を酸液により除去して固相吸着材を再生する。ここで、固相吸着材は、担体に環状分子を担持させ、環状分子にキレート配位子を修飾した配位結合及び水素結合による多点相互作用を有するとともに有害金属等のイオンを選択的に取り込むものである。

本発明に係る汚染土壌浄化装置において、混合分散装置は、濾過ケークを解砕する解砕機と、解砕機により解砕された濾過ケークと洗浄液とを予混合する予混合槽と、予混合槽により生成された混合物を攪拌して細粒土又は細粒土の小片を洗浄液中にほぼ均一に分散（懸濁）させるラインミキサとを有するものであるのが好ましい。

本発明に係る汚染土壌浄化装置において、細粒土洗浄装置は、仕切り壁で仕切ることにより形成された互いに平行に伸びる複数の水路を備えた貯槽を有し、複数の水路において隣り合う水路同士は水路長手方向の一端で互いに連通し、複数の水路は各連通部で１８０°折り返す九十九折り状の流通経路を形成し、複数の水路の底部にそれぞれ、細粒土スラリー中に空気を放出して該細粒土スラリーを攪拌する、水路長手方向に伸び周面に複数の空気放出孔が形成された空気放出管が配設されているものであるのが好ましい。

本発明に係る汚染土壌浄化装置において、洗浄液再生装置は、内部に固相吸着材の粒子又は固相吸着材が固定された粒状物が収容される一方、濾過装置から排出された濾液が下側から上側に流通し、固相吸着材の粒子又は固相吸着材が固定された粒状物が濾液の上昇流によって流動化される液系流動層を有するものであるのが好ましい。また、洗浄液再生装置は、濾過装置から排出された濾液を濾過する清澄濾過器と、固相吸着材の粒子又は固相吸着材が固定された充填物が充填されてなる充填層が内部に形成され清澄濾過器から排出された濾液が記充填層を流通するように構成された充填塔とを有するものであってもよい。

本発明によれば、細粒土スラリー中の細粒土に付着している有害金属等が洗浄液に含まれるキレート剤により除去されるので、細粒土スラリーを濾過装置で濾過することにより生成されるケークは、有害金属等をほとんど含まず、例えば改良土として使用することができる。一方、汚染土壌に付着している有害金属等は、汚染土壌を水洗浄する際に細粒土の表面に集約され、細粒土以外の土壌成分（例えば、石、礫又は砂）は有害金属等をほとんど含まない。したがって、有害金属等で汚染された汚染土壌から、有害金属等をほとんど含まず再使用することができる石もしくは礫（骨材、粗骨材）、砂及び／又は細粒土を生成することができる。なお、キレート剤は、有害金属等以外の特定の汚染物質（例えば、ホウ素、フッ素等）も捕捉することができる（例えば、本町化学工業株式会社の「排水用９０００シリーズキレート剤」）。

また、細粒土洗浄装置で使用されるキレート剤を含む洗浄液は循環して使用されるが、循環の途中でキレート剤に捕捉されている有害金属等が固相吸着材により除去され、また適宜に固相吸着材に吸着されている有害金属等が酸液により除去される。このため、キレート剤をほとんど補充することなく、有害金属等で汚染された大量の土壌を連続的に浄化して、清浄な骨材ないしは粗骨材、砂、改良土等を生成することができる。

本発明に係る汚染土壌浄化装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示す汚染土壌浄化装置のキレート剤洗浄装置の構成を示すブロック図である。 図２に示すキレート剤洗浄装置の一部をなす混合分散装置の構成を示す模式図である。 （ａ）は図２に示すキレート剤洗浄装置の一部をなす細粒土洗浄装置の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す細粒土洗浄装置の模式的なＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す細粒土洗浄装置の模式的なＢ−Ｂ線断面図であり、（ｄ）は（ｃ）に示す細粒土洗浄装置の１つのスラリー通路を拡大して示した図である。 図２に示すキレート剤洗浄装置の一部をなす洗浄液再生装置及びその付属装置の構成を示す模式図である。 図２に示すキレート剤洗浄装置の一部をなす洗浄液再生装置及びその付属装置のもう１つの構成を示す模式図である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を具体的に説明する。
まず、図１を参照しつつ、本発明に係る汚染土壌浄化装置の全体構成を説明する。図１に示すように、本発明に係る汚染土壌浄化装置Ｓにおいては、有害金属等（有害金属及び／又はその化合物）で汚染され、場合によってはその他の汚染物質（例えば、フッ素、ホウ素、シアン等の第二種特定有害物質）で汚染された地盤の掘削等により採取された土壌（汚染土壌）が、投入ホッパ１に受け入れられる。そして、投入ホッパ１内の土壌はまず混合装置２に投入され、混合装置２内で循環水ないしは処理水と混合される。ここで、土壌は、細粒土（粒径が０．０７５ｍｍ以下のシルト又は粘土）を含むとともに、種々の粒径の土石ないしは土砂、例えば石（粒径が７５ｍｍ以上）、礫（粒径が２ないし７５ｍｍ）及び／又は砂（粒径が０．０７５ないし２ｍｍ）等を含むものである。

そして、投入ホッパ１内の土壌は有害金属等で汚染され、場合によってはさらにその他の汚染物質で汚染されている。ここで、有害金属等としては、例えばクロム、鉛、カドミウム、セレン、水銀、金属砒素及びこれらの化合物などが挙げられる。その他の汚染物質としては、例えば、フッ素又はその化合物、ホウ素又はその化合物、シアン化合物等の第二種特定有害物質などが挙げられる。

混合装置２で生成された土壌と循環水の混合物（以下「土壌・水混合物」という。）はミルブレーカ３に移送される。ミルブレーカ３としては、例えばロッドミルを用いることができる。ロッドミルは、詳しくは図示していないが、ドラムの中に複数のロッド（例えば、１０本の７５ｍｍφ×２ｍのスチールロッド）が配置された破砕装置であり、ドラムの回転によってロッドが互いに平行に転動して線接触し、その衝撃力、剪断力、摩擦力等により比較的粒径の大きい石、礫、砂等を破砕するとともに、これらに付着し又は含まれている有害金属等あるいはその他の汚染物質を剥離して水中に離脱させる。

水中に離脱した有害金属等あるいはその他の汚染物質の一部ないしは大部分は、比較的粒径が小さい細粒土の表面に付着する（環境省、水・大気環境局、土壌環境課「汚染土壌処理業の許可審査等に関する技術的留意事項」第２１頁、平成２５年８月発行、参照）。すなわち、土壌中の有害金属等あるいはその他の汚染物質の大部分は、細粒土の表面に集約される。なお、ロッドミルのほかにボールミルも用いることができる。

ミルブレーカ３から排出された土壌・水混合物はトロンメル４に導入される。トロンメル４は、詳しくは図示していないが、水を貯留することができる受槽と、水平面に対して傾斜して配置された略円筒形のドラムスクリーンとを有する篩分装置であって、ドラムスクリーンは、モータによりその中心軸（円筒の中心軸）まわりに回転することができるようになっている。また、ドラムスクリーン内に、水をスプレー状で噴射することができるようになっている。

トロンメル４の回転しているドラムスクリーンの内部を土壌・水混合物が流れる際に、ドラムスクリーンの網目より細かい土壌粒子は、循環水とともにドラムスクリーンの網目を通り抜け、ドラムスクリーン外に出て受槽内に入る。他方、ドラムスクリーンの網目より粗い土壌粒子は、ドラムスクリーンの網目を通り抜けることができないので、ドラムスクリーンの下側の開口端を経由して、ドラムスクリーン外に排出される。トロンメル４内では、土壌・水混合物中の土壌粒子同士が互いに擦れ合うので、土壌粒子の表面に残留・付着している有害金属等あるいはその他の汚染物質が剥離され、水中に離脱させられる。このように水中に離脱した有害金属等あるいはその他の汚染物質の一部ないしは大部分は、比較的粒径が小さい細粒土の表面に付着する。

この実施形態では、ドラムスクリーンの網目の分級径（目開き）は、粒径が２ｍｍ未満の土壌粒子がドラムスクリーンの網目を通り抜けるように設定されている。したがって、このトロンメル４では、粒径が２ｍｍ以上の土壌粒子（主として礫）が土壌・水混合物から分離される。前記のとおり、比較的粒径が大きい土壌粒子に付着している有害金属等あるいはその他の汚染物質が水中に剥離されるので、粒径が２ｍｍ以上の土壌粒子は、ほとんど汚染物質を含まない。このため、トロンメル４で分離された粒径が２ｍｍ以上の土壌粒子は、例えばコンクリート用の骨材ないしは粗骨材として用いることができ、あるいは販売することができる。

また、このような粒径が２ｍｍ以上の骨材ないしは粗骨材を、例えば篩分装置を用いて分級し、粒径が異なる複数種の骨材ないしは粗骨材を生産してもよい。例えば、粒径が５ｍｍ未満の比較的細かい骨材と、粒径が５ｍｍ以上の比較的粗い粗骨材に分級してもよい。なお、トロンメル４のドラムスクリーンの網目の寸法（目開き）は前記のものに限定されるわけではなく、得ようとする比較的粒径が大きい土壌粒子の粒径に応じて、任意に設定することができるのはもちろんである。

トロンメル４の受槽内に収容された粒径が２ｍｍ未満の土壌粒子と循環水とを含む土壌・水混合物はサイクロン５に導入される。サイクロン５は、詳しくは図示していないが、下方に向かって狭まる略円錐状のシリンダ内に土壌・水混合物をポンプで圧送して旋回流を生じさせ、これによって生じる遠心力を利用して、土壌・水混合物を、比較的粒径が小さい（例えば０．０７５ｍｍ未満）細粒土と水の混合物と、比較的粒径が大きい（例えば０．０７５ｍｍ以上）土壌粒子とに分離する。そして、細粒土と水の混合物（以下「細粒土含有水」という。）はサイクロン５の上端部から排出され、比較的粒径が大きい土壌粒子はサイクロン５の下端部から排出される。ここで、細粒土含有水はシールタンク６（中間貯槽）に一時的に貯留される。細粒土含有水に含まれる細粒土は、例えばその粒径が０．０７５ｍｍ未満のシルト又は粘土である。

他方、サイクロン５の下端部から排出された比較的粒径が大きい土壌粒子は分級機７に導入される。なお、この比較的粒径が大きい土壌粒子は、例えばその粒径が０．０７５〜２ｍｍの砂であり、ある程度の水を含んでいる。この実施形態では、分級機７としてサンドスクリーンを用いている。分級機７（サンドスクリーン）は、所定の圧力及び水量で循環水を流動させて、比較的粒径が大きい土壌粒子すなわち砂にすすぎ洗浄処理を施すとともに、残留している浮遊物ないしは異物を捕集する。分級機７で捕集された浮遊物ないしは異物は、可燃物であれば燃料として再利用される（サーマルリサイクル）。また、すすぎ洗浄処理が施された比較的粒径が大きい土壌粒子すなわち洗い砂は、汚染物質をほとんど含んでいないので、再生砂として使用され、あるいは販売される。分級機７（サンドスクリーン）から排出された洗浄水は、フィードタンク８（中間貯槽）に一時的に貯留される。

シールタンク６に一時的に貯留された細粒土含有水はｐＨ調整槽９に導入される。また、フィードタンク８に一時的に貯留された洗浄水もｐＨ調整槽９に導入され、細粒土含有水に加えられる。そして、ｐＨ調整槽９では、細粒土含有水（加えられた洗浄水を含む）のｐＨが、ｐＨ調整剤、例えば酸性液（例えば、硫酸、塩酸等）及びアルカリ性液（例えば、水酸化ナトリウム水溶液等）を用いて、ほぼ中性又は所定のｐＨ（例えば、ｐＨ７〜８）となるように調整される。なお、図示していないが、ｐＨ調整槽９では、細粒土含有水のｐＨは、ｐＨメータ等を備えたｐＨ自動制御装置により自動的に調整される。

ｐＨ調整槽９でｐＨが調整された細粒土含有水は原水槽１０に一時的に貯留される。原水槽１０では、細粒土含有水にポリ塩化アルミニウム液（ＰＡＣ）と、高分子凝集剤と、ｐＨ調整剤（酸性液又はアルカリ性液）とが添加される。これにより、原水槽１０内に非水溶性の金属水酸化物と細粒土とが混在する多数のフロックが生成される。その際、循環水中の有害金属等あるいはその他の汚染物質がフロックに吸着され又はフロックに付着する。その結果、循環水はほとんど有害金属等あるいはその他の汚染物質を含まなくなる。なお、ポリ塩化アルミニウム液及び高分子凝集剤を、原水槽１０ではなく、ｐＨ調整槽９で細粒土含有水に添加してもよい。また、ｐＨ調整槽９と原水槽１０の間に、細粒土含有水にポリ塩化アルミニウム液と高分子凝集剤とｐＨ調整剤とを添加する反応槽を設けてもよい。

原水槽１０内の細粒土含有水は、浮遊物回収装置１１により浮遊物が除去された後、シックナ１２に導入される。シックナ１２は、詳しくは図示していないが、細粒土含有水がほぼ静止している状態で非水溶性のフロックないしは細粒土を重力により沈降させ、下部に位置するスラッジ層（例えば、固形分の比率が５〜１０％）と、上部に位置しほとんどフロックないしは細粒土を含まない上澄水（循環水）とを形成する。なお、上澄水の表面に浮遊している浮上油は、少量の上澄水をシックナ１２の上部から溢流させることにより除去される。

シックナ１２内の上澄水は、処理水槽１３に導入されて貯留される。ここで、処理水槽１３が満杯になったときには予備水槽１４が使用される。処理水層１３ないしは予備水槽１４に貯留されている処理水は、活性炭吸着塔１５でさらに浄化された後、循環水として混合装置２、トロンメル４及び分級機７（サンドスクリーン）に供給される。なお、処理水槽１３に貯留されている処理水ないしは循環水が、蒸発等により減少したときには、適宜に処理水槽１３に水道水が補給される。

他方、シックナ１２の下部に堆積しているスラッジは、中間タンク１６に移送され、一時的に貯留される。そして、中間タンク１６内のスラッジは、適宜に又は連続的に、フィルタプレス１７に移送される。フィルタプレス１７は、詳しくは図示していないが、バッチ式又は半連続式の加圧式濾過器であって、中間タンク１６から受け入れたスラッジを加圧濾過し、濾過ケークと濾液とを生成する。フィルタプレス１７の濾過圧力は、例えば濾過ケークの含水率が３０〜４０％となるように好ましく設定される。ここで、フィルタプレス１７の濾液はシックナ１２に戻される。なお、フィルタプレス以外の濾過器、例えば真空濾過器（オリバー式濾過器）等を用いてもよい。フィルタプレス１７から排出された濾過ケークは、キレート剤洗浄装置２０に移送され、濾過ケークに含まれる有害金属等（場合によっては、その他の特定の汚染物質も）、すなわち主として濾過ケーク中の細粒土に付着している有害金属等が除去される。

以下、図２を参照しつつ、本発明に係る汚染土壌浄化装置Ｓのキレート剤洗浄装置２０の概括的な構成及び機能を説明する。図２に示すように、キレート剤洗浄装置２０においては、まず混合分散装置２１に、フィルタプレス１７から排出された濾過ケークと、洗浄液貯槽２５内のキレート剤を含む洗浄液とが供給される。前記のとおり、濾過ケークの固体成分である細粒土の表面には、元の汚染土壌に含まれていた有害金属等あるいはその他の汚染物質が集約されて付着している。そして、混合分散装置２１は、濾過ケークと洗浄液とを混合し、洗浄液中に細粒土ないしは細粒土の小片（例えば、粒径が数０．１〜０．５ｍｍ程度、あるいは０．１〜１ｍｍ程度の粒子）がほぼ均一に分散（懸濁）されてなる細粒土スラリーを生成する。

混合分散装置２１により生成された細粒土スラリーは細粒土洗浄装置２２に移送される。細粒土洗浄装置２２は、細粒土スラリーを、攪拌しつつ予め設定された滞留時間（例えば、０．５〜２時間）を確保できるようにプラグフローで流すことにより、細粒土に付着している有害金属等（場合によっては、その他の特定の汚染物質も）を細粒土から離脱させて洗浄液中のキレート剤に捕捉させる。これにより、細粒土スラリー中の細粒土の表面に付着している有害金属等はほとんど除去される。本明細書において、「プラグフロー」は、例えば川の水の流れのように、流体が細長い（部分的に湾曲又は屈曲している場合を含む）流路を全体的には上流側から下流側に向かって一方的に流れる流動状態を意味するものとする。なお、このようなプラグフローにおいて、局所的には、細粒土スラリーの攪拌等により、流れ方向に沿って細粒土スラリーが前後に乱れて移動する流れ、及び流れ方向と垂直な方向の乱れた流れが生じるのはもちろんである。

ここで、洗浄液に用いられるキレート剤としては、例えば、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、あるいは生分解性を有するＨＩＤＳ（３−ヒドロキシ−２，２’−イミノジコハク酸）、ＩＤＳ（２，２’−イミノジコハク酸）、ＭＧＤＡ（メチルグリシン二酢酸）、ＥＤＤＳ（エチレンジアミンジ酢酸）又はＧＬＤＡ（Ｌ−グルタミン酸ジ酢酸）のナトリウム塩などが挙げられる。これらのキレート剤は、いずれも細粒土スラリーないしは細粒土に含まれている有害金属等を有効に捕捉する（キレートする）ことができものである。なお、細粒土に含まれる有害金属等の種類に応じて、その処理に適したキレート剤が選択され、又は複数種のキレート剤が用いられる。

細粒土洗浄装置２２から排出された細粒土スラリーは濾過装置２３に移送される。濾過装置２３は、細粒土スラリーを濾過し、含水率が３０〜４０パーセントのケークと濾液とを生成する。なお、このような濾過装置２３としては、フィルタプレスや真空濾過機などを用いることができる。濾過装置２３から排出されたケークは、有害金属等あるいはその他の汚染物質をほとんど含まないので、必要に応じて乾燥処理を施し、改良土として使用し、又は販売することができる。

濾過装置２３から排出された濾液は、洗浄液再生装置２４に導入される。洗浄液再生装置２４は、キレート剤よりも錯生成力が高く濾過装置２３から排出された濾液と接触したときに濾液中の有害金属等を吸着又は抽出する固相吸着材又は該固相吸着材が固定された小片ないしは粒状物をその内部に有し、濾液中のキレート剤から有害金属等を除去し、濾液を洗浄液として再生する装置である。

洗浄液再生装置２４では、有害金属等を捕捉しているキレート剤を含む洗浄液が、キレート剤より錯生成力が高い固相吸着材と接触させられる。固相吸着材は、担体に環状分子を担持させ、環状分子にキレート配位子を修飾した配位結合及び水素結合による多点相互作用を有するとともに有害金属等のイオンを選択的に取り込むものである。これにより、キレート剤に捕捉されている有害金属等はキレート剤から離脱させられ、固相吸着材に吸着又は抽出される。これにより、洗浄液（キレート剤）から有害金属等が除去・回収される一方、洗浄液（キレート剤）は再び有害金属等を捕捉することができる状態となり、再生される。

このように再生された洗浄液は、洗浄液貯槽２５に一時的に貯留された後、洗浄液還流機構（後記のポンプ３４、管路３５等）により、混合分散装置２１に還流させられる。つまり、キレート剤を含有する洗浄液は、細粒土の浄化とキレート剤の再生とを繰り返しつつ、キレート剤洗浄装置２０内を循環する。このようにキレート剤を再生しつつ循環使用するので、基本的にはキレート剤を供給する必要はなく、少量の目減り分を適宜に補充するだけでよい。

キレート剤より錯生成力が高い固相吸着材は、例えばゲル等の固体状のものであり、一般に、金属を捕捉しているキレート剤を含む水溶液と接触したときに、キレート剤と配位結合している金属イオンをキレート剤から離脱させて該固相吸着材に移動させることができる程度の共有結合以外の強い結合力を有しているものである。このような固相吸着材は、例えばキレート剤としてＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）を用いる場合、濃度が１０ｍＭ／ｌであるＥＤＴＡ水溶液から、ほぼ１００％の金属イオンを回収することができる強い結合力を有するものである。

このような固相吸着材としては、例えばシリカゲルや樹脂等の担体に環状分子を密に担持させ、この環状分子にキレート配位子を修飾させたものなどが挙げられる。このような固相吸着材を用いる場合、隣り合う環状分子及びキレート配位子により、配位結合、水素結合などの複数の様々な結合や相互作用が生じて多点相互作用が生じ、金属イオンに対してキレート剤よりも強い化学結合が生じるとともに環状分子の性状により金属イオンを選択的に取り込むことができる。

このような洗浄液の再生に伴って、固相吸着材における有害金属等の吸着量は経時的に増加してゆくが、固相吸着材の吸着量には上限がある。このため、固相吸着材における有害金属等の吸着量が飽和状態ないしはその近傍に達したときには、固相吸着材は、固相吸着材再生機構（後記の酸液貯槽２６、ポンプ６８、管路６９、６５、６６、７０等）によって再生される。すなわち、固相吸着材再生機構は、濾液ないしは洗浄液が排除された状態で洗浄液再生装置２４に酸液を流し、固相吸着材に吸着された有害金属等を酸液により除去して固相吸着材を再生する。かくして、有害金属等が酸液によって回収される一方、固相吸着材は再生されて再び有害金属等を吸着することが可能な状態となる。なお、固相吸着材は、酸液によって再生された後、水洗浄機構（後記の洗浄水貯槽２７、ポンプ７１、管路７２、６５、６６、７３等）により水洗され、固相吸着材に付着している微量の酸液が除去される。

以下、キレート剤洗浄装置２０の具体的な構成及び機能を説明する。
まず、図３を参照しつつ、キレート剤洗浄装置２０の構成要素である混合分散装置２１の具体的な構成及び機能を説明する。図３に示すように、混合分散装置２１は、フィルタプレス１７から排出された濾過ケークを解砕する解砕機３１と、解砕機３１によって解砕された濾過ケークの小片と洗浄液とを予混合する予混合槽３２と、予混合槽３２によって生成された混合物を攪拌して細粒土ないしは細粒土の小片（例えば、粒径が数０．１〜０．５ｍｍ程度、あるいは０．１〜１ｍｍ程度の粒子）を洗浄液中に分散ないしは懸濁させるラインミキサ３３とを有している。

そして、混合分散装置２１においては、フィルタプレス１７から排出された濾過ケークが解砕機３１に供給され、濾過ケークは高速回転するブレード３１ａによって、例えば粒径が数ｍｍ（例えば、１〜５ｍｍ）の多数の濾過ケーク細片に解砕される。他方、解砕機３１へは、洗浄液貯槽２５内の洗浄液が、ポンプ３４により管路３５を介して供給される。詳しくは図示していないが、洗浄液は、ブレード３１ａにより解砕された直後の多数の濾過ケーク細片に対して噴射ないしは供給され、濾過ケーク細片同士が互いに付着し合うのを防止する。なお、このように濾過ケークを解砕する解砕機３１としては、例えば大平洋機工株式会社に係る「脱水ケーキ解砕機」あるいは株式会社氣工社に係る「脱水ケーキリサイクル装置」などを用いることができるが、このような市販の解砕機を用いる場合は、解砕された直後の多数の濾過ケーク細片に対して洗浄液を噴射ないしは供給する機構を付設する必要がある。

解砕機３１内の洗浄液及び濾過ケーク細片は予備混合槽３２に移送される。予混合槽３２内の洗浄液と濾過ケーク細片とは、モータによって回転駆動される攪拌機３６によって攪拌され予混合される。そして、予混合槽３２内の洗浄液と濾過ケーク細片の混合物は、ポンプ３７により管路３８を介してラインミキサ３３に移送される。ラインミキサ３３は、横置き型の略円筒形の攪拌室内に、モータによって非常に高速で回転駆動されるブレードが配置された流通式混合器であり、洗浄液と濾過ケーク細片とを非常に激しく攪拌し、洗浄液中に細粒土又は細粒土の小片（例えば、粒径が数０．１〜０．５ｍｍ程度、あるいは０．１〜１ｍｍ程度の粒子）がほぼ均一に分散（懸濁）されてなる細粒土スラリーを生成する。この細粒土スラリーは細粒土洗浄装置２２に移送される。このようなラインミキサ３３としては、例えば、佐竹化学機械工業株式会社に係る「サタケマルチラインミキサー」などを用いることができる。

以下、図４（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ細粒土洗浄装置２２の具体的な構成及び機能を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、細粒土洗浄装置２２は、４つの平板状の仕切り壁４１〜４４で仕切ることにより形成された互いに平行に伸びる５つの細長い直方体状ないしは角柱状の水路４５〜４９を備えた貯槽４０を有している。ここで、貯槽４０は、例えば地上に設置した鉄製の直方体状の角型タンクであってもよく、またコンクリート製の直方体状のピットであってもよい。また、仕切り壁４１〜４４は、例えば複数の鉄板又はプラスチック板を水路の伸びる方向に連結することにより形成したものであってもよい。

これらの水路４５〜４９において隣り合う２つの水路は水路長手方向（図４（ａ）、（ｂ）における位置関係では左右方向）の一端の連通部（図４（ａ）中に４つの曲線状の矢印で示された部位）で互いに連通している。すなわち、これらの連通部には仕切り壁４１〜４４が存在せず、隣り合う水路同士が連通している。かくして、５つの水路４５〜４９は各連通部で１８０°折り返す九十九折り状の流通経路を形成している。なお、仕切り壁４１〜４４及び水路４５〜４９の数は前記のものに限定されるわけではなく、予め設定される水路内の細粒土スラリーの流速及び滞留時間に応じて任意に設定することができるのはもちろんである。

各水路４５〜４９の底部には、それぞれ、細粒土スラリー中に空気を放出して該細粒土スラリーを攪拌する空気放出管５１〜５５が配設されている。各空気放出管５１〜５５は水路長手方向に伸び、周壁の底部（下側）において水路長手方向に並ぶ複数の空気放出孔が形成された多孔管であり、その中空部は、詳しくは図示していないが、圧縮空気を供給するコンプレッサないしは送風機に接続されている。空気放出管５１〜５５に加圧された空気が供給されたときには、この空気が空気放出孔から気泡となって細粒土スラリー中に放出されて浮上し、この気泡によって細粒土スラリーが攪拌される。なお、空気放出孔を空気放出管５１〜５５の周壁の底部（下側）に設けるのは、空気放出管５１〜５５内に細粒土が堆積するのを防止するためである。

図４（ｄ）は、細粒土スラリーの流れ方向（図４（ａ）中に曲線状の矢印及び直線状の矢印で示す方向）にみて最も上流側の水路４５の断面を示している。図４（ｄ）から明らかなとおり、空気放出管５１は、水路４５の一方の側面の近傍において水路底部近傍に配置されている。このため、空気放出管５１から放出された気泡はこの側面の近傍で上昇する。その結果、水路４５内には、水路長手方向と垂直な平面内において矢印Ｐで示す方向に流れる循環流が形成され、細粒土スラリーが有効に攪拌される。

貯槽４０及び各水路４５〜４９の形状、寸法、容量等、並びに空気放出管５１〜５５への加圧空気の供給量等は、細粒土洗浄装置２２において予め設定される細粒土スラリーの、含水率、流量、滞留時間、流速、流れの乱流度（例えば、レイノルズ数）等に対応して好ましく設定される。例えば、細粒土スラリーの含水率が９０ｗｔ％であり、流量が１４０ｍ^３／時であり、滞留時間が１２０分であり、流速が５０ｍ／時である場合は、図４に示すような５水路型の貯槽４０は、有効容量を２８０ｍ^３とし、長さを２０ｍとし、幅を１０ｍとし、有効深さを１．４ｍとすることになる。なお、流速をこれより大きくする必要がある場合は、貯槽４０の形状を変えることなく、必要な流速に応じて仕切り壁の数、ひいては水路の数を増やせばよい（個々の水路を狭くする。）。

以下、図５を参照しつつ洗浄液再生装置２４及びこれに関連する装置の具体的な構成及び機能を説明する。図５に示すように、洗浄液再生装置２４は、内部に固相吸着材の粒子又は固相吸着材が固定された小片もしくは粒状物（以下、これらを「固相吸着材粒子」と総称する。）が収容される一方、濾過装置２３から排出された濾液すなわち再生すべき洗浄液（以下、単に「洗浄液」という。）が下側から上側に向かって流通し、固相吸着材粒子が洗浄液の上昇流によって流動化される液系流動層６０を有している。この液系流動層６０には略円筒形の外套６０ａ（シェル）が設けられ、その内部において上部に上側多孔板６０ｂが配設される一方、下部に下側多孔板６０ｃが配設されている。なお、下側多孔板６０ｃの下側に洗浄液を整流する整流部材６０ｄが配設されている。

両多孔版６０ｂ、６０ｃは、これらを厚み方向に貫通する多数の貫通孔が形成された円板である。貫通孔の口径は、固相吸着材粒子が通り抜けるのを防止できる範囲の好ましい値に設定されている。なお、多孔板に代えて、網目部材（メッシュ）を用いてもよい。そして、両多孔板６０ｂ、６０ｃ間の中空部に固相吸着材粒子が収容されている。ここで、固相吸着材粒子の粒径は、液系流動層６０内を流れる洗浄液の流速に応じて、固相吸着材粒子が動的にサスペンドして流動層を形成することができる範囲の好ましい値に設定されている。

また、洗浄液再生装置２４には、液系流動層６０により再生すべき洗浄液を一時的に貯留する中間貯槽６２が設けられている。この中間貯槽６２には、濾過装置２３から排出され清澄濾過器６１（例えば砂濾過器）で濾過されて懸濁物質が除去された洗浄液が貯留される。そして、洗浄液（キレート剤）を再生するときに、中間貯槽６２に貯留された洗浄液を液系流動層６０に移送する一方、液系流動層６０で再生された洗浄液を洗浄液貯槽２５に移送するためのポンプ６３及び複数の管路６４〜６７が設けられている。なお、液系流動層６０は、懸濁物質によって目詰まりが生じる可能性はないので、清澄濾過器６１は省略してもよい。

さらに、洗浄液再生装置２４には、固相吸着材を再生する際に、酸液貯槽２６に貯留された酸液を液系流動層６０に移送する一方、液系流動層６０から排出された酸液を酸液貯槽２６に戻すためのポンプ６８及び複数の管路６９、７０が設けられている。また、洗浄液再生装置２４には、酸液で再生された固相吸着材を水洗する際に、洗浄水貯槽２７に貯留された洗浄水を液系流動層６０に移送する一方、液系流動層６０から排出された洗浄水を洗浄水貯槽２７に戻すためのポンプ７１及び複数の管路７２、７３が設けられている。

ここで、液系流動層６０に洗浄液、酸液又は洗浄水を移送するための管路６４、６５、６９、７２には、それぞれ、対応する管路を開閉するバルブ７４、７５、７６、７７が介設されている。他方、液系流動層６０から洗浄液、酸液又は洗浄水を排出するための管路６６、６７、７０、７３には、それぞれ、対応する管路を開閉するバルブ７８、７９、８０、８１が介設されている。これらのバルブ７４〜７７、７８〜８１の開閉状態を切り換えることにより、液系流動層６０に対して、洗浄液、酸液又は洗浄水のいずれかを給排することができる。なお、これらのバルブ７４〜７７、７８〜８１の開閉は、図示していないコントローラによって自動的に制御される。

以下、図５に示す洗浄液再生装置２４の運転手法の一例を説明する。なお、以下で説明する運転手法は単なる例示であって、本発明に係る洗浄液再生装置２４の運転手法が以下のものに限定されるものではないのはもちろんである。洗浄液（キレート剤）を再生する際には、管路６４〜６７に介設されたバルブ７４、７５、７８、７９が開かれる一方、その他のバルブ７６、７７、８０、８１が閉じられ、ポンプ６３が運転される。これにより、中間貯槽６２内の洗浄液が、液系流動層６０を流通して洗浄液貯槽２５に移送される。

かくして、液系流動層６０内では、有害金属等を捕捉しているキレート剤を含む洗浄液が、キレート剤より錯生成力が高い固相吸着材（固相吸着材粒子）と接触させられる。その結果、キレート剤に捕捉されている有害金属等がキレート剤から離脱させられ、固相吸着材に吸着される。これにより、洗浄液から有害金属等が除去・回収される一方、キレート剤は再び有害金属等を捕捉することができる状態となり、洗浄液が再生される。洗浄液貯槽２５に貯留された洗浄液は、ポンプ３４によって、管路３５を介して混合分散装置２１に供給される。

液系流動層６０内の固相吸着材の有害金属等の吸着量が飽和状態ないしはその近傍に達して固相吸着材を酸液で再生する際には、管路６９、６５、６６、７０に介設されたバルブ７６、７５、７８、８０が開かれる一方、その他のバルブ７４、７７、７９、８１が閉じられ、ポンプ６８が運転される。これにより、酸液貯槽２６内の酸液が、液系流動層６０を流通して酸液貯槽２６に還流する。固相吸着材の再生操作を開始する前には、液系流動層６０内の洗浄液は排除される。なお、複数の液系流動層６０を並列に配設すれば、一部の液系流動層６０への洗浄液の供給が停止されているときでも、洗浄液を連続的に再生することができる。固相吸着材の有害金属吸着量が飽和状態ないしはその近傍に達したか否かは、液系流動層６０から排出された洗浄液中の有害金属等の含有量を検出することにより判定することができる。

液系流動層６０内に酸液を流す時間は、液系流動層６０の寸法ないしは形状、固相吸着材粒子の寸法等に応じて好ましく設定される。酸液は、酸液貯槽２６と液系流動層６０とを循環して流れる。その際、液系流動層６０内の固相吸着材は酸液と接触し、固相吸着材に吸着されている有害金属等が酸液中に離脱させられる。すなわち、有害金属等が酸液によって回収される一方、固相吸着材は再生されて再び有害金属等を吸着することが可能な状態となる。

酸液による固相吸着材の再生が終了した後に固相吸着材を水洗する際には、管路７２、６５、６６、７３に介設されたバルブ７７、７５、７８、８１が開かれる一方、その他のバルブ７４、７５、７９、８０が閉じられ、ポンプ７１が運転される。これにより、洗浄水貯槽２７内の洗浄水が、液系流動層６０を流通して洗浄水貯槽２７に還流する。このような固相吸着材の水洗操作を開始する前には、液系流動層６０内の酸液は排除される。洗浄水は、洗浄水貯槽２７と液系流動層６０との間を循環して流れる。その際、液系流動層６０内の固相吸着材は水と接触し、固相吸着材に付着している酸液が洗浄される。この後、洗浄液の再生が再開される。

以下、図６を参照しつつ、もう１つの実施形態に係る洗浄液再生装置２４’及びこれに関連する装置の具体的な構成及び機能を説明する。ただし、図６に示す洗浄液再生装置２４’の構成は、図５に示す洗浄液再生装置２４の構成と大部分が共通であるので、説明の重複を避けるため、以下では主として図５に示す洗浄液再生装置２４との相違点を説明する。なお、図６に示す洗浄液再生装置２４’の構成要素において、図５に示す洗浄液再生装置２４の構成要素と共通ないしは対応する構成要素には、図５に示す洗浄液再生装置２４と同一の参照番号を付している。

図６に示す洗浄液再生装置２４’では、洗浄液を再生する手段として、液系流動層ではなく、その内部に固相吸着材粒子、又は固相吸着材が固定された充填物（パッキング）が充填された充填塔９０が設けられている。そして、管路６４〜６７、６９、７０、７２、７３及びバルブ７４〜７７、７８〜８１は、洗浄液、酸液又は洗浄水が充填塔９０内を上側から下側に向かって流れるように配設されている。その他の点については、図５に示す洗浄液再生装置２４と同様である。なお、充填塔９０は、懸濁物質によって目詰まりが生じる可能性が高いので、清澄濾過器６１（例えば、砂濾過器）は必須である。

本発明に係る汚染土壌浄化装置Ｓないしは洗浄液再生装置２４、２４’によれば、細粒土スラリー中の細粒土に付着している有害金属等、場合によってはその他の汚染物質が洗浄液に含まれるキレート剤により除去されるので、細粒土スラリーを濾過装置２３で濾過することにより生成されるケークは、有害金属等をほとんど含まず、例えば改良土として利用することができる。一方、汚染土壌に付着している有害金属等は、汚染土壌を水洗浄する際に細粒土の表面に集約され、細粒土以外の土壌成分、例えば石、礫又は砂は有害金属等をほとんど含まない。したがって、有害金属等で汚染された汚染土壌から、有害金属等をほとんど含まず再使用することができる石もしくは礫（骨材、粗骨材）、砂及び／又は細粒土を生成することができる。

また、細粒土洗浄装置２２で使用されるキレート剤を含む洗浄液は循環して使用されるが、循環の途中でキレート剤に捕捉されている有害金属等が固相吸着材により除去され、また適宜に固相吸着材に吸着されている有害金属等が酸液により除去される。このため、キレート剤をほとんど補充することなく、有害金属等で汚染された大量の土壌を連続的に浄化して、清浄な骨材ないしは粗骨材、砂、改良土等を生成することができる。

よって、本発明に係る汚染土壌浄化装置Ｓないしは洗浄液再生装置２４、２４’によれば、特許文献４に記載された発明に係る有害金属汚染物の浄化方法を利用して、大量の有害金属汚染土壌、さらには有害金属等以外の所定の汚染物質をも含む有害金属汚染土壌を事業として現実に浄化することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる汚染土壌浄化装置Ｓは、有害金属等で汚染された大量の土壌の浄化に有用であり、とくに有害金属等を原料又は材料等として用いる生産施設の敷地又はその近隣地における土壌汚染、あるいは有害金属等を含む産業廃棄物の投棄等による土壌汚染を解消するのに適している。

Ｓ 汚染土壌浄化装置、１ 投入ホッパ、２ 混合装置、３ ミルブレーカ、４ トロンメル、５ サイクロン、６ シールタンク、７ 分級機（サンドスクリーン）、８ フィードタンク、９ ｐＨ調整槽、１０ 原水槽、１１ 浮遊物回収装置、１２ シックナ、１３ 処理水槽、１４ 予備水槽、１５ 活性炭吸着塔、１６ 中間タンク、１７ フィルタプレス、２０ キレート剤洗浄装置、２１ 混合分散装置、２２ 細粒土洗浄装置、２３ 濾過装置、２４ 洗浄液再生装置、２４’ 洗浄液再生装置、２５ 洗浄液貯槽、２６ 酸液貯槽、２７ 洗浄水貯槽、３１ 解砕機、３１ａ ブレード、３２ 予混合槽、３３ ラインミキサ、３４ ポンプ、３５ 管路、３６ 攪拌機、３７ ポンプ、３８ 管路、４０ 貯槽、４１〜４４ 仕切り壁、４５〜４９ 水路、５１〜５５ 空気放出管、６０ 液系流動層、６１ 清澄濾過器、６２ 中間貯槽、６３ ポンプ、６４〜６７ 管路、６８ ポンプ、６９〜７０ 管路、７１ ポンプ、７２〜７３ 管路、７４〜７７ バルブ、７８〜８１ バルブ。

Claims (5)

1. 有害金属又はその化合物で汚染された、細粒土を含む汚染土壌を浄化する汚染土壌浄化装置であって、
   汚染土壌の水洗浄で生じた細粒土含有水を沈降分離することにより生成されたスラッジを濾過して生成された濾過ケークと、キレート剤を含有する洗浄液とを混合し、洗浄液中に細粒土が分散されてなる細粒土スラリーを生成する混合分散装置と、
   前記混合分散装置により生成された細粒土スラリーを、攪拌しつつ予め設定された滞留時間を確保するようにプラグフローで流すことにより、細粒土に付着している有害金属又はその化合物を該細粒土から離脱させてキレート剤に捕捉させる細粒土洗浄装置と、
   前記細粒土洗浄装置から排出された細粒土スラリーを濾過する濾過装置と、
   キレート剤よりも錯生成力が高く前記濾過装置から排出された濾液と接触したときに該濾液中の有害金属又はその化合物を吸着する固相吸着材を有し、濾液中のキレート剤から有害金属又はその化合物を除去して該濾液を洗浄液として再生する洗浄液再生装置と、
   前記洗浄液再生装置から排出された洗浄液を前記混合分散装置に還流させる洗浄液還流機構と、
   濾液又は洗浄液が排除された状態で前記洗浄液再生装置に酸液を流し、固相吸着材に吸着された有害金属又はその化合物を酸液により除去して該固相吸着材を再生する固相吸着材再生機構とを備えていて、
   前記固相吸着材は、担体に環状分子を担持させ、該環状分子にキレート配位子を修飾した配位結合及び水素結合による多点相互作用を有するとともに有害金属又はその化合物のイオンを選択的に取り込むものであることを特徴とする汚染土壌浄化装置。
2. 前記混合分散装置は、濾過ケークを解砕する解砕機と、前記解砕機により解砕された濾過ケークと洗浄液とを予混合する予混合槽と、前記予混合槽により生成された混合物を攪拌して細粒土を洗浄液中に分散させるラインミキサとを有することを特徴とする、請求項１に記載の汚染土壌浄化装置。
3. 前記細粒土洗浄装置は、仕切り壁で仕切ることにより形成された互いに平行に伸びる複数の水路を備えた貯槽を有し、
   前記複数の水路において隣り合う水路同士は水路長手方向の一端で互いに連通し、前記複数の水路は各連通部で１８０°折り返す九十九折り状の流通経路を形成し、
   前記複数の水路の底部にそれぞれ、細粒土スラリー中に空気を放出して該細粒土スラリーを攪拌する、水路長手方向に伸び周面に複数の空気放出孔が形成された空気放出管が配設されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の汚染土壌浄化装置。
4. 前記洗浄液再生装置は、内部に固相吸着材の粒子又は該固相吸着材が固定された粒状物が収容される一方、前記濾過装置から排出された濾液が下側から上側に流通し、固相吸着材の粒子又は該固相吸着材が固定された粒状物が濾液の上昇流によって流動化される液系流動層を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の汚染土壌浄化装置。
5. 前記洗浄液再生装置は、
   前記濾過装置から排出された濾液を濾過する清澄濾過器と、
   固相吸着材の粒子又は該固相吸着材が固定された充填物が充填されてなる充填層が内部に形成され、前記清澄濾過器から排出された濾液が前記充填層を流通するように構成された充填塔とを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の汚染土壌浄化装置。

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