JP2000263031A

JP2000263031A - 汚染土壌の修復方法

Info

Publication number: JP2000263031A
Application number: JP11069457A
Authority: JP
Inventors: Mikiyuki Asano; 幹之浅野; Eiji Oshida; 栄二押田; Yasuo Okuyama; 泰男奥山; Naoki Furuno; 直樹古野; Hideki Yamada; 英樹山田
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】汚染物質の成分として、油類もしくはシアン
化合物又はこれらの両方を含む土壌から、当該成分を効
率よく低コストで除去して汚染土壌を修復する。【解決手段】油類を除去する場合は、２５０℃以上の
温度で５分以上の加熱処理をし、シアン化合物を除去す
る場合は、３００℃以上の温度で５分以上の加熱処理を
する。上記両方を含む場合は、３００℃以上の温度で５
分以上の加熱処理をする。上記加熱処理の前に前記汚染
土壌を篩分けし、粒径２０ｍｍ以下に分級したものを上
記条件で連続的に処理すれば一層望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、汚染された土壌
から汚染物質を分解あるいは気化することによりこれを
除去して修復する技術に関するものであり、特に、汚染
物質として油類もしくはシアン化合物又は油類及びシア
ン化合物の両方を含む土壌を修復する技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】産業廃液等により汚染された土壌から汚
染物質を分離除去又は分解除去する方法として、各種方
法が提案されている。例えば、特表平４―５０１３７８
号公報には、掘り出された汚染土壌を予備乾燥した後、
８００〜１０００℃の温度で加熱して有害物質を気相に
移行させ、当該有害物質を含んだ排ガスをサイクロンで
処理して粉塵を除去し、こうして粉塵が除去された排ガ
スを二次燃焼させるという土壌修復方法が記載されてい
る（以下、先行技術１という）。また、特開平８―３３
８８２号公報には次の方法が記載されている。即ち、揮
発性有機物質を含む土壌にキャリアー空気を供給しつつ
当該土壌を間接加熱方式で加熱する。その際、加熱温度
をその揮発性有機物質の沸点を超える温度で加熱し、当
該揮発性有機物質をキャリアー空気で汚染土壌から分離
する方法が記載されている（以下、先行技術２とい
う）。ここで、揮発性有機物質としてテトラクロロエチ
レンで汚染された土壌を例とし、間接加熱温度をテトラ
クロロエチレンの沸点である１２１．２℃よりも３０℃
以上高くすることが必要であり、上限温度は装置の運転
効率上、上記沸点＋５０℃以内が望ましいとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１に記載され
た方法によれば、汚染された土壌を８００〜１０００℃
という高温に加熱するので、重金属を除くほとんどの有
機物は酸化されてほぼ焼却状態となって土壌雰囲気の気
相に移行し、多くの炭化物は二酸化炭素と水とに分解さ
れる。即ち、この方法はほとんどの有機物に対して有効
な処理方法である。しかしながら、土壌を８００℃以上
に昇温するためには莫大なエネルギーが必要となり、そ
の結果、処理コストが非常に高くなる。また、通常、８
００〜１０００℃で処理するためのドラム回転式加熱炉
を建設する場合には、鉄鋼構造体のみからなる加熱炉で
は高温強度及び耐熱性が不足するために、鉄皮の内部を
耐火煉瓦等で内張りする必要がある。従って、設備費が
高くなる上に、大重量物を回転させるための動力費も高
くなるという問題がある。更に、このような高温での加
熱は、土壌の物理特性を変化させてしまう懸念があると
いわれている。

【０００４】一方、先行技術２によれば、土壌から除去
しようとする成分が揮発性有機物質の場合には効果を発
揮するが、油類等の難揮発性有機物質が含まれている場
合や、シアン化合物のような非揮発性化合物が含まれて
いる土壌を浄化しようとする場合には、先行技術２の方
法ではそれらの成分を十分に除去する効果は期待できな
い。

【０００５】この発明の目的は、汚染物質の成分とし
て、油類もしくはシアン化合物又はこれらの両方を含む
土壌から、当該成分を効率よく低コストで除去して当該
汚染土壌を修復する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した観点から、本発
明者等は、汚染された土壌の修復を図るための方法を鋭
意研究した。その結果、油類を含む土壌を適切な温度で
所定時間加熱すれば、油類はその土壌から除去されるこ
と、また、シアン化合物を含む土壌に対しては、適宜水
分を含む状態で適切な温度で所定時間加熱すれば、シア
ン化合物はその土壌から除去されること、そして、土壌
が実用上修復されることを知見した。更に、上記加熱工
程に先立ち、粒径を所定値以下に限定した汚染土壌を加
熱工程へ供給すれば、そのような汚染土壌を連続的に処
理して修復することが可能であることを知見した。この
発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その構
成は次の通りである。

【０００７】請求項１記載の汚染土壌の修復方法は、油
類で汚染された土壌を修復する方法において、当該土壌
を２５０℃以上の温度で５分以上、加熱処理する工程を
含んでいることに特徴を有するものである。

【０００８】請求項２記載の汚染土壌の修復方法は、シ
アン化合物、又は、シアン化合物及び油類で汚染された
土壌を修復する方法において、当該土壌が水分を含んだ
状態、又は、当該土壌に水又は水蒸気を供給しつつ、３
００℃以上の温度で５分以上、加熱処理する工程を含ん
でいることに特徴を有するものである。

【０００９】請求項３記載の汚染土壌の修復方法は、請
求項１又は請求項２記載の汚染土壌の修復方法に、更
に、上記加熱処理をする工程に先立って、当該汚染土壌
を篩分けする工程が付加されており、当該篩分け工程に
おいて粒径２０ｍｍ以下に分級された当該汚染土壌を上
記加熱処理工程に連続的に装入して、当該汚染土壌を連
続的に修復することに特徴を有するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を説
明する。

【００１１】図１に、この発明の実施に適した土壌修復
プラントの概略フロー図を示す。１は回転式加熱炉、２
は熱風発生器、３は土壌の篩分け装置、そして４は土壌
破砕装置である。土壌採掘場５から搬入された汚染土壌
６を、篩分け装置３で分級し、分級された所定粒径以下
の土壌をコンベアベルト等で搬送して土壌装入ホッパー
７に供給する。こうして分級された汚染土壌を土壌装入
ホッパー７から定量切出し装置８を用いて回転式加熱炉
１に連続的に装入する。なお、篩分け装置３で分級され
た篩上の土壌は、破砕装置４で処理され、篩分け装置３
で所定粒径以下になったものだけを上記回転式加熱炉に
装入する。回転式加熱炉１に装入された土壌は、当該土
壌が汚染された成分の種類に応じて、適切な温度で適切
な時間、炉内で加熱される。以下に述べる適切な加熱処
理を施された土壌を、回転式加熱炉１から排出装置９に
より連続的に排出して熱回収装置１０を経由して排出コ
ンベア１１で修復土壌１２をストックヤード１３に貯留
し、適宜搬出する。

【００１２】この発明で修復対象とする土壌は、油類及
びシアン化合物の内、少なくともいずれか一方を含むも
のである。そして、この発明の方法により、汚染土壌か
ら油類及びシアン化合物を除去する反応機構、及びその
反応機構の利用方法は次の通りである。

【００１３】［油類の除去］この発明において、対象と
する油類とは常温で液体である脂肪油と常温で固体であ
る脂肪との両方、いわゆる油脂全般をさす。そして、こ
のような油類成分は高温に加熱されると蒸発して、対象
土壌から除去される。即ち、油類は土壌から気散して除
去される。このようにして土壌から油類を除去するため
には、油類で汚染された土壌を２５０℃以上の温度で５
分間以上加熱すれば、油類の含有量は減少して油膜及び
有機臭はなくなり、実用上問題がなくなる。こうして、
土壌は修復される。但し、加熱温度が２５０℃未満であ
ると、あるいは加熱時間が５分未満であると、油類の種
類により土壌からの気散が不十分となり、土壌中に油膜
が認められたり、有機臭が感じられたりするに至る。

【００１４】［シアン化合物の除去］シアン化合物は高
温度において加水分解し、土壌に含まれているシアン化
合物も、所定温度以上で加水分解する。この性質を利用
して、土壌からシアン化合物を除去する。そのために、
シアン化合物で汚染された土壌を３００℃以上の温度で
５分間以上加熱すれば、土壌中のシアン化合物含有量は
低下し、シアン化合物の土壌からの溶出量は実際上なく
なり、その修復が可能となる。即ち、シアン化合物（Ｒ
−ＣＮ）は、下記（１）式：Ｒ−ＣＮ＋２Ｈ₂Ｏ → ＮＨ₃（ｇ）＋Ｒ−ＣＯＯＨ…………（１）但し、Ｒ：水素イオンを含む陽イオンあるいは有機物官
能基等に示す加水分解反応により、アンモニアガスとカルボン
酸とを生成し、加熱状態によってはカルボン酸は更に分
解して、二酸化炭素が発生する。但し、加熱温度が３０
０℃未満であると、あるいは加熱温度が５分未満である
と、シアン化合物の加水分解反応が不十分となり、土壌
中にシアン化合物が残留して、その溶出液中にシアン化
合物が検出されるに至る。

【００１５】また、シアン化合物の加水分解反応には、
（１）式から明らかなように、水の存在が必要である。
この水の供給については、土壌自身が保有している水分
や、燃焼ガスを当該土壌に直接接触させて加熱する、い
わゆる燃焼ガスによる直接加熱方式の場合には、当該燃
焼ガス中の水分が（１）式中のＨ₂Ｏとして関与するの
で、別途水を供給する必要はない。

【００１６】次に、採掘された土壌は、これを回転式加
熱炉１へ装入するに先立って篩分け装置で適切な粒径で
分級する。本発明者等は、粒径２０ｍｍ以下に分級され
た土壌を回転式加熱炉１で処理すると、汚染土壌の修復
効率がよいことを見出した。

【００１７】一般的に土壌の粒径が大きくなるほど、土
壌の粒子内部まで熱伝導されるのに時間が長くかかると
共に、土壌の比表面積が小さくなるので汚染成分の反応
速度が低下する。そのために、土壌中の油類の気化ある
いはシアン化合物の分解反応が所定時間内に十分進行せ
ず、土壌の修復ができない恐れがある。また、土壌は一
般的に幅広い粒度分布を有し、回転式加熱炉で処理をす
る場合、その粒径が大きいほど炉内での滞留時間が短く
なるという特性を有する。従って、炉の運転条件を粒径
の大きな土壌が十分に処理される条件で設定すると、粒
径の小さな土壌の炉内滞留時間が長くなりすぎて過剰に
加熱される。その結果、処理速度が低下すると共に加熱
コストが上昇して、効率的な土壌修復処理がなされなく
なる。

【００１８】そこで、本発明者等は、数種類の土壌につ
いて加熱処理試験を行なった結果、その粒径が２０ｍｍ
以下の土壌を装入した場合に、効率よく修復処理が行な
われることがわかった。従って、汚染土壌の加熱処理前
に行なう粒径分級では、対象土壌を２０ｍｍ以下に分級
するのが望ましい。また、処理対象土壌によっては、汚
染物質の濃縮分布が土壌粒径に依存していることが考え
られる。従って、予め、粒径に対する油類及びシアン化
合物の含有率分布を調べておけば、処理すべき土壌の対
象量を分級により減らすこともできる。

【００１９】本発明者等は、図１に示した土壌修復プラ
ントのフロー図において、前処理工程に搬入された、油
類及びシアン化合物を含む土壌を振動篩で分級し、２０
ｍｍ以下の篩下の土壌はそのまま回転式加熱炉に装入し
て加熱を行ない、一方、篩上の土壌は破砕装置で破砕し
た後、再度振動篩にかけ、２０ｍｍ以下の篩下の土壌を
回転式加熱炉に装入した。こうして、土壌の分級・破砕
と加熱処理とを繰り返し、２０ｍｍ以下の土壌を３００
℃で５分間以上の加熱処理を連続的に行ない、汚染土壌
から油類及びシアン化合物を効率よく除去する操業技術
を開発した。

【００２０】上記加熱処理において、加熱装置の熱源は
電気エネルギーあるいはガス燃料、その他特に限定する
必要はなく、加熱装置の方式はバッチ式及び連及び連続
式のいずれでもよく、固定式及び回転式等の可動式のい
ずれでもよく、炉内容積等寸法・形状を特に限定する必
要はなく、更に、土壌への熱エネルギー付与方式は直接
加熱式及び間接加熱式のいずれでもよい。即ち、上記種
々の加熱処理装置や方式等により、油類及びシアン化合
物の土壌からの除去反応機構は変わらず、また、いずれ
の手法によってもその効果が発揮される。但し、土壌の
処理量、処理期間、設備コスト及び運転コスト等によ
り、採用すべき手法を選定すべきである。

【００２１】

【実施例】次に、この発明を実施例により更に詳細に説
明する。

【００２２】表１に、本発明の範囲内の土壌修復試験で
ある実施例、及び、本発明の範囲外の土壌修復試験であ
る比較例に供した２種類の汚染土壌（供試土壌Ａ及び
Ｂ）の汚染成分含有率その他の性状を示す。供試土壌Ａ
は、油類及びシアン化合物を含むもの、供試土壌Ｂは、
油類を含むものである。土壌中油類の分析方法は、四塩
化炭素抽出−赤外線分光分析法により行ない、また油膜
及び有機臭の判定方法は下記の通りである。

【００２３】油膜の判定蒸留水１００ｍｌに土壌を１ｇ添加したときに、 ○：油膜が認められない。 △：太陽光の角度により油膜が認められる。 ×：明らかに油膜がある。

【００２４】有機臭の判定蒸留水１００ｍｌに土壌を１ｇ添加したときに、 ○：判定者５人中、５人とも臭気を感じられない。 △：判定者の内、１〜４人だけ臭気を感じる。 ×：判定者５人中、５人とも臭気を感じる。

【００２５】そしてシアン化合物の分析及び評価方法
は、ＪＩＳＫ０１０２３８．１．２及び３８．３
によった。なお、試験処理後の土壌中の油膜及びシアン
化合物についての分析方法及び評価方法も上記と同じで
ある。

【００２６】

【表１】

【００２７】上記供試土壌の加熱処理装置として、(1)
電気炉、(2)直接加熱式キルン、及び(3)間接加熱式キルン
の３種類を適宜使用した。供試土壌の粒径を、２〜５０
ｍｍの範囲内のいずれかの水準に整粒されたものを適宜
選定した。そして、加熱処理条件として、処理温度を１
５０〜４００℃の範囲内で、処理時間を３〜１０分の範
囲内で適宜変化させた。ここで、処理温度及び処理時間
はそれぞれ、供試土壌の実測温度であらわし、当該供試
土壌の温度が目標値に到達した時点から実質的に当該温
度に保持された後、当該供試土壌が炉から取り出される
までの所要時間であらわす。

【００２８】各加熱処理装置による試験要領は下記の通
りである。（１）電気炉試験図２に、電気炉加熱実験装置の概念図を示す。先ず、管
状電気炉１４でサンプル管１５を予備加熱し、これに供
試土壌１６を装入した。供試土壌の加熱中、その温度を
連続的に測定しつつ、蒸留水１７をサンプル管１５内に
土壌中含有シアン化合物１ｍｇ当たり１μｌ（ミクロン
リットル）／minの割合で供給し、所定の処理時間経過
した時点で供試土壌をサンプル管１５から取り出した。
なお、ヒーター２２による加熱は、供試土壌及び炉内温
度を熱電対１９で測定し、温度調節装置２１で制御し
た。

【００２９】（２）直接加熱式キルン図１に示した土壌修復プラントの概略フロー図におい
て、回転式加熱炉１として、直接加熱式キルンを用いて
試験した。試験工程は、篩分け工程と加熱処理工程に分
かれる。篩分け工程は、振動篩の上に供試土壌を載せ、
篩下に落ちた土壌を直接加熱式キルンへ移送して装入す
る。一方、篩上に残った土壌は破砕機により土壌粒径を
小さくして、再度振動篩の上に載せる。加熱処理工程で
は、直接加熱式キルンを用いる。その内径は９０ｃｍ、
長さは５ｍであり、土壌投入速度２００ｋｇ／ｈ、キル
ンの回転速度１０ｒｐｍで運転し、伝熱方法はプロパン
の燃焼ガスをキルン内に通した。

【００３０】（３）間接加熱式キルン試験に用いた間接加熱式キルンの諸元は、内径が１２ｃ
ｍ、長さが２ｍであり、運転条件として、土壌投入速度
４ｋｇ／ｈ、キルンの回転数２ｒｐｍで行なった。

【００３１】上記試験結果を、表２〜表６に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】

【００３７】油類単独による汚染土壌については、表２
の結果より、本発明の範囲内の条件である、処理温度が
２５０℃で、且つ処理時間が５分以上の条件で加熱処理
すれば、土壌の加熱方式が、直接加熱式及び間接加熱式
のいずれであっても、油膜及び有機臭共に認められなく
なる。更に、表３の結果より、土壌の粒径が小さくなる
と、土壌中の油類残留量が一層低減し、特に土壌粒径を
２０ｍｍ以下に分級すると、良好になることがわかる。
また、表２及び表３の結果より、上記結果は、加熱処理
が直接加熱方式でも間接加熱方式でも同じである。

【００３８】シアン化合物及び油類により複合汚染され
た土壌については、下記の通りである。表４の結果よ
り、処理温度が３００℃以上で且つ処理時間が５分以上
の場合に、土壌中シアン化合物の残留含有量が十分に低
くなり、シアン化合物の溶出量は検出限界である０．０
１０ｍｇ／ｌ以下に減る。しかも、この処理条件下にお
いては、シアン化合物と共存していた油類についても、
残留含有量が十分に減少して、油膜及び有機臭共に認め
られなくなった。そして、処理温度が高くなるほど、ま
た処理時間が長くなるほど、それらは良好な結果とな
る。また、表４及び表５の結果より、処理温度が３００
℃以上で且つ処理時間が５分以上の場合には、加熱処理
装置として電気加熱法、あるいは直接加熱キルン、間接
加熱キルンのいずれを用いても、土壌中シアン化合物の
残留含有量が十分に低くなり、シアン化合物の溶出量は
検出限界以下に減ることがわかる。更に、表６の結果よ
り、土壌粒径が小さくなるほど処理効果は良好となり、
特に土壌粒径を２０ｍｍ以下に分級すると、一層優れた
結果が得られることがわかった。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
従来よりも安価な設備で、しかも低ランニングコストで
土壌中の油類及びシアン化合物を除去することが可能
な、汚染土壌の修復方法を提供することができ、工業上
有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施に適した土壌修復プラントの概
略フロー図である。

【図２】この発明の実施を試験する電気炉加熱実験装置
の概念図である。

【符号の説明】

１回転式加熱炉２熱風発生器３篩分け装置４土壌破砕機５土壌採掘場６汚染土壌７土壌装入ホッパー８定量切出し装置９排出装置１０熱回収装置１１排出コンベア１２修復土壌１３ストックヤード１４電気炉１５サンプル管１６供試土壌１７蒸留水１８定量ポンプ１９熱電対２０温度記録計２１温度調節装置２２ヒーター２３送風機２４バグフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥山泰男東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者古野直樹東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者山田英樹東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 2E191 BA01 BB01 BD11 4D004 AA41 AB02 AB05 AC05 CA04 CA08 CA22 CA34 CB09 CB13 CB36 CB46 CC03 DA03 DA06 DA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油類で汚染された土壌を修復する方法に
おいて、前記土壌を２５０℃以上の温度で５分以上、加
熱処理する工程を含んでいることを特徴とする、汚染土
壌の修復方法。
【請求項２】シアン化合物、又は、シアン化合物及び
油類で汚染された土壌を修復する方法において、前記土
壌が水分を含んだ状態で、又は、前記土壌に水又は水蒸
気を供給しつつ、３００℃以上の温度で５分以上、加熱
処理する工程を含んでいることを特徴とする、汚染土壌
の修復方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の汚染土壌の
修復方法に、更に、前記加熱処理をする工程に先立っ
て、前記汚染土壌を篩分けする工程が付加されており、
当該篩分け工程において粒径２０ｍｍ以下に分級された
当該汚染土壌を前記加熱処理工程に連続的に装入して、
前記汚染土壌を連続的に修復することを特徴とする、汚
染土壌の修復方法。