JP3671346B2

JP3671346B2 - Cleaning method for contaminated soil

Info

Publication number: JP3671346B2
Application number: JP2000279929A
Authority: JP
Inventors: 進誠熊本; 祐一谷本
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP2002086128A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛、水銀、六価クロム、砒素、シアン等の重金属の無機有害化合物に汚染された土壌の洗浄方法に関し、特に、汚染土壌を洗浄する洗浄液の交換を少なくしながら、所定の土壌環境基準値を達成することで、廉価な洗浄コストで実施可能な汚染土壌の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、市街地の再開発等に伴う工場跡地等における地盤調査において、重金属等の無機有害化合物に汚染されている汚染土壌が露呈する事態が各地で起こっており、汚染土壌の処理が社会的な問題点になっている。
【０００３】
従来から行われている汚染土壌の処理は、コンクリートや不透水性材料による封じ込め処理、非汚染土による覆土や化学物質を添加しての安定化処理とセメント等による固化処理であったが、これらの処理は有害重金属の本質的な除去でないことから、土壌を洗浄することによって汚染成分を土壌から物理的、化学的に遊離、溶出させることで抽出分離する処理方法が提案され、汚染成分を高濃度に含有する粒子はこれを除去処分すると共に、清浄化された土壌については汚染現場の埋め戻しに再利用することで廃棄物になって搬出される汚染物の減溶化も同時に図ろうとする提案が行われている。
【０００４】
汚染土壌の洗浄法としては、分級による高濃度汚染粒子の分離除去処理、非汚染粒子の表面から汚染物質を摩耗研磨するアトリション処理法、比重選別、浮遊選鉱や、重金属等で汚染された土壌を洗浄水中で攪拌分離させる回転形洗浄機を用いるような機械的な方法がある。
【０００５】
これらの機械的な分離方法は、洗浄水溶解性成分や比較的大きな土壌粒子の表面に付着する重金属成分のように、土壌粒子からの除去が比較的容易な汚染成分については、分散剤や可溶化剤等を併用することも加えて洗浄効果を発揮している。
【０００６】
しかし、上記の機械的な方法では、数μｍ以下のコロイド状の微細な粒子等に含まれる重金属成分が、ＶａｎｄｅｒＷａａｌｓ力、静電吸着及び化学吸着等の物理化学的な相互作用によって土壌表面に強力に付着している場合には効率的に除去することが困難である。
【０００７】
一方、酸もしくはアルカリ溶液を用いて重金属等の汚染成分を溶脱する処理方法が有効な洗浄法として注目されている。
【０００８】
溶脱処理方法は、有害重金属を塩酸や硝酸などの強酸、あるいは水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウムなどのアルカリを用いて除去することで汚染土壌を洗浄するものであるが、土壌構造の損傷や土壌養分の溶解を伴うことで処理後の土壌は再利用が困難になる問題や有害重金属を含有している処理廃液の処分問題がある。
【０００９】
さらに、土壌からの有害重金属の溶出が少ないことから、洗浄液の交換を４〜５回程度にしないと現行の厳しい土壌環境基準値の達成が困難であり、その対策として酸の使用量と処理時間とが厖大になることから、洗浄液と処理施設のコスト増大が発生し、洗浄後においても洗浄液の処理費用が直接的に影響する等、解決すべき多くの問題点を抱えていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題点に鑑みてその解決を図るために提案するものであり、汚染土壌の洗浄において土壌からの有害重金属の溶出を増大させることで土壌環境基準値を達成するために必要とする洗浄液の交換回数を少なくして、洗浄液や処理施設のコスト低減を図ると共に、洗浄液廃棄の処理費用を改善する汚染土壌の洗浄方法を提供している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載されている発明である汚染土壌の洗浄方法は、重金属等に汚染された土壌を、界面活性剤と酸とから成る洗浄液でスラリー化し、該汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加して、土壌から重金属微細粒子を分離させることを特徴としており、汚染土壌粒子の移動をスラリー化で拘束しながら土壌粒子からの微細粒子の分離を促進している。
【００１２】
請求項２に記載されている発明である汚染土壌の洗浄方法は、請求項１に記載の汚染土壌の洗浄方法において、界面活性剤を生分解性を有する界面活性剤で構成することを特徴としており、上記機能に加えて、界面活性剤が土壌に残留することを無くしている。
【００１３】
請求項３に記載されている発明である汚染土壌の洗浄方法は、請求項１又は２に記載の汚染土壌の洗浄方法において、界面活性剤を配糖体構造を有するもので構成することを特徴としており、上記機能に加えて、生態系に対する高い安全性を確保している。
【００１４】
請求項４に記載されている発明である汚染土壌の洗浄方法は、請求項１又は２に記載の汚染土壌の洗浄方法において、界面活性剤をアミノ酸系界面活性剤から構成することを特徴としており、上記機能に加えて、微生物産生由来であることから生態系に対する高い安全性を確保している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
現状における土壌環境基準では、土壌からの重金属等の溶出量基準値を定めており、例えば、砒素については溶出量基準値：０．０１ｍｇ／Ｌとなっている。
【００１６】
本発明による汚染土壌の洗浄方法は、重金属等に汚染された土壌を、界面活性剤と酸とから成る洗浄液でスラリー化して、その汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加することで、土壌から重金属微細粒子を分離させることを特徴にしている。
以下に、本発明による汚染土壌の洗浄方法についての実施形態を説明する。
【００１７】
本発明による、界面活性剤と酸とから成る洗浄液で汚染土壌を洗浄する洗浄方法では、洗浄に用いる酸洗浄液として、硫酸、塩酸等の鉱酸を始めとして、クエン酸、酒石酸、シュウ酸等の有機酸も有効であり、その濃度は０．１規定程度である。
【００１８】
又、界面活性剤としては、ノニオン系の中性界面活性剤、両極性の界面活性剤を始めとして、生分解性を重視した配糖体構造を有する界面活性剤や微生物産生由来のアミノ酸系界面活性剤等も有効であり、その濃度はおおよそ１００ｐｐｍ以下である。
【００１９】
実験の対象である汚染土壌としては、分級を行って一定の粒径に構成した砒素を含有している汚染土壌であり、当初における砒素の含有量値は、４２（ｍｇ／ｋｇ）であった。
【００２０】
本発明による効能を確認するための基礎値として、この汚染土壌を、酸もしくはアルカリのみの洗浄液で洗浄した場合の溶出量値（ｍｇ／Ｌ）と含有量値（ｍｇ／ｋｇ）を確認したが、その結果は、４〜５回程度の洗浄液の交換によっても下表のように、０．２３ｍｇ／Ｌ以下の溶出量値と平均値３５ｍｇ／ｋｇの含有量値であった。
【００２１】
【表１】

【００２２】
以下に、上記と同様の対象土壌に対して本発明による洗浄方法を適用した試験結果を提示しながら、その作用効果を検証する。
【００２３】
尚、以降の各表に示す実験の結果は、本発明の洗浄方法を適用して洗浄した後の各量値であるが、その量値は、上記した基礎値における洗浄結果のように４〜５回の洗浄液の交換をした後のものでなく、洗浄液を交換しない１回だけの洗浄を実施した後の量値である。
【００２４】
本発明による洗浄方法は、この表現形式においても明らかなように、極めて顕著な改善効果を示しているものであり、この実態は、以下の参考例および実施例において具体的に確認されている。
【００２５】
参考例１
最初に検証する汚染土壌の洗浄方法は、界面活性剤と酸から成る洗浄液で汚染土壌を洗浄する方法である。
【００２６】
実験は、３０分間のかき混ぜによって洗浄した後の溶出量値（ｍｇ／Ｌ）と含有量値（ｍｇ／ｋｇ）とで確認しており、下表において各界面活性剤と酸毎にそれぞれの量値を表示している。
【００２７】
【表２】

【００２８】
実験結果では、従来４〜５回程度の洗浄液の交換によって確保していた溶出量値を１回の洗浄によって達成しており、除去率の向上を提示している。洗浄後の含有量値においても、同様に界面活性剤によって差はあるが約６〜９％の洗浄効果の向上を知ることができる。
【００２９】
従来の認識では、界面活性剤は酸に強くないことと、土壌粒子等に付着もしくは吸着している粒子等を引き離すような作用は本来的に備えていないと言うのが常識であることから、汚染土壌を酸もしくはアルカリから成る洗浄液で洗浄してきた状況下では、界面活性剤と酸とで洗浄液を構成するという発想は皆無であった。
【００３０】
しかしながら、上記実験の結果が示すように、一部の界面活性剤は構造的な変化に起因すると推測される濁り等を生じながらも、界面活性剤は、酸性領域での固液界面におけるある種の変化に伴って、土壌粒子等に付着もしくは吸着している粒子等を引き離す作用を発揮しており、汚染土壌の洗浄において今後共大いに貢献するものである。
【００３１】
以上のように、界面活性剤を微量に含ませた酸から成る洗浄液で汚染土壌を洗浄する本発明の洗浄方法では、高い洗浄効果を確保することで洗浄回数を１回に短縮しながら、洗浄した後の含有量値を３０ｍｇ／ｋｇに近い量値に低減させており、汚染土壌の洗浄において設備、処理等のコスト面において大いに貢献している。
【００３２】
又、界面活性剤として配糖体構造を有する界面活性剤を採用する場合には、界面活性剤が生分解性を有することから、上記効能に加えて、洗浄後の土壌に界面活性剤が残留していたとしても生態系に対する高い安全性を確保している。同様に生分解性を有するアミノ酸系界面活性剤を採用すると、微生物産生であり生態系に対する高い安全性を確保することができるものであるから、洗浄後の土壌を埋め戻して再利用する場合にも自然界に対して問題を発生させることがない。
【００３３】
次に、本発明による、汚染土壌をスラリー化してその汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加する洗浄方法について述べる。
【００３４】
超音波洗浄は、一般に精密機械の機械要素部品やガラス表面の洗浄に用いられているが、土壌粒子のような体積、重量が小さい除去対象物に関しては、適用することが困難であった。
【００３５】
しかし、本発明者は、土壌の体積、重量が小さいという超音波洗浄を適用する上での課題を、汚染土壌を液体中に分散させてスラリー状に構成することで解決している。
【００３６】
即ち、本発明では、汚染土壌をスラリー状にし、さらに汚染土壌スラリーを滞留させずに移動させることで、土壌を洗浄液の中に分散させながら土壌粒子に付着している重金属等を露出させるようにして外界からの影響を受け易い状態を形成している。
【００３７】
本発明では、以上のような土壌の分散が行われている移動過程において超音波波動を印加するものであり、これによって、土壌表面に付着している重金属等が、超音波波動による物理的な分散力を強く受けて土壌表面から離脱・分散する状態を増強して、汚染土壌への洗浄機能の適用を可能にしている。
【００３８】
汚染土壌スラリーは、以上のような状態の下に超音波の影響下に導入されることから、土壌粒子の表面に微細粒子として付着している重金属ばかりでなく、比較的大きな土壌粒子の表面隙間に付着したり、微細な粘土分に吸着している重金属成分に対しても、超音波波動による物理的な分散力を受けて分離することになり、微細な粘土成分と共に洗浄液中に分離されることになる。
【００３９】
従って、土壌粒子とこれの表面から剥離した微細な重金属粒子は、汚染土壌の縣濁液を醸成することになるが、この縣濁液は篩等に導かれて土壌からなる固相と水相とに分離され、水相中の重金属粒子はこれを除去することで汚染土壌の洗浄を完了する。
【００４０】
又、分離した微細粒子が再付着するのを回避するには、前記汚染土壌の縣濁液を配管内に導入して移動させるようにして、超音波発振子をこの配管内に配置すると共に、デカンタ等に類似する連続式遠心分離機能を超音波波動の影響下にある部位に装備して、微細粒子の分離状態を維持するように超音波の印加を図りながら、重金属粒子の除去を行うことができる。
【００４１】
図１は、以上の機能を完備した本発明に用いる汚染土壌洗浄装置を示している。
【００４２】
汚染土壌洗浄装置１は、投入口２から供給される汚染土壌を洗浄する回転式の円筒型洗浄機３から構成されている。円筒型洗浄機３は、洗浄液を入れてある貯槽に浸っており、貯槽の周面に配備された超音波発振子４によって洗浄中の汚染土壌に超音波波動が印加されるように構成されている。
【００４３】
円筒型洗浄機３で洗浄された土壌は、取り出し口５から排出されるが、円筒型洗浄機３中の汚染土壌は、オーバーフロードレン６によって供給量を調整されている洗浄液７に、連続的に漬けられ洗浄されながら取り出し口側に移動させられており、移動する過程の全域において超音波振動子４によって超音波波動を印加されている。
【００４４】
土壌粒子から分離された重金属等の微細粒子は、洗浄液７中に縣濁し、オーバーフローして分離タンク８に集められてタンクドレン９から外部に配置された篩桶に排出されることになる。
【００４５】
本実施の形態における円筒型洗浄機３は、内部に供給される汚染土壌を移送させる螺旋機構を配置しており、インバータ付駆動モータからスプロケットとチェーンを介して伝達される動力によって回転することで、汚染土壌を移送させると同時に分離された微細粒子を洗浄液と共に分離タンク８側に落下させている。
【００４６】
又、本実施の形態での超音波の強さは、１Ｗ／ｃｍ²で、２８ｋＨｚの水中音波にすると１５００Ｇの加速度が得られるものであり、キャビテーション現象を発揮するパルス音波ではさらに大きな桁違いの巨大加速度を洗浄液に与えることが出来るものである。
【００４７】
以上、本発明に用いる汚染土壌洗浄装置を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明に用いる汚染土壌洗浄装置は、基本的に、汚染土壌の洗浄によって形成された縣濁液を移動させるように構成すると共に、超音波振動子を周辺に配置することで超音波波動の影響下で微細粒子の分離状態を維持するように超音波を印加するものであるから、上記実施の形態に何ら限定されるものでない。
【００４８】
参考例２
次に検証する汚染土壌の洗浄方法は、汚染土壌をスラリー化してその汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加することで重金属等の微細粒子を分離させる汚染土壌を洗浄する方法であり、特に、汚染土壌を酸もしくはアルカリから成る洗浄液でスラリー化してから、同様の処理を適用する洗浄方法である。
【００４９】
実験は、最初に汚染土壌をスラリー化した後に、スターラーによる攪拌を３０分間行う洗浄方式を実施して比較の基礎になる量値を確認している。
【００５０】
次いで、上記の洗浄方式に追加して、超音波波動を７分間印加することで超音波を印加した状態下の量値を確認すると共に、スラリー化を洗浄液で実施し、この酸もしくはアルカリから成る汚染土壌スラリーに対して同様の超音波を印加した状態における溶出量値（ｍｇ／Ｌ）と含有量値（ｍｇ／ｋｇ）とでその効能を確認している。
【００５１】
汚染土壌を、洗浄剤を使用せずにスラリー化した上でこれを移動させながら超音波波動を印加する方法の効果は、スターラーによる攪拌を３０分間行う洗浄方式の場合の溶出量値が、４〜５回に亘って洗浄液を交換した後で、０．２３ｍｇ／Ｌであったのに対して、超音波波動を７分間印加する洗浄方式の場合には、１回の洗浄後であっても、０．１７ｍｇ／Ｌの溶出量値になっており、約２６％の除去率の向上が確認され、洗浄後の含有量値においても３１ｍｇ／ｋｇに向上している。
【００５２】
これらの結果を見ても、本発明による汚染土壌をスラリー化した上でこれを移動させながら超音波波動を印加する汚染土壌の洗浄方法は、除去率の向上が顕著であると共に、これに伴う洗浄回数の減少によって大幅なコスト低減を達成している。
【００５３】
又、酸もしくはアルカリから成る汚染土壌スラリーに対して、同様の超音波波動を印加した状態における溶出量値（ｍｇ／Ｌ）と含有量値（ｍｇ／ｋｇ）の各量値は、下表に示すとおりである。
【００５４】
【表３】

【００５５】
実験結果によると、洗浄後の溶出量値は０．１Ｎ塩酸を洗浄液として作成した場合には、普通水によって汚染土壌スラリーを構成した場合と同様に、０．１７ｍｇ／Ｌであるが、他の酸洗浄液での洗浄後の溶出量値（ｍｇ／Ｌ）は、全ての場合において大幅な量値の改善状況が示されている。
【００５６】
特に、洗浄後の含有量値（ｍｇ／ｋｇ）については、超音波波動を７分間印加した洗浄方式の場合と比較しても約１０〜１９％の向上が認められ、従来の洗浄方法に比較して洗浄効率や処理コスト面において大幅な向上を確認することができる。
【００５７】
以上のように、本発明による汚染土壌をスラリー化してその汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加する洗浄方法では、汚染土壌をスラリー化することで汚染土壌に対しても超音波波動を印加し易い状況を構成することによって、土壌粒子の表面に付着している微細な粒子の場合や比較的大きな土壌粒子の表面間隙に付着している場合、さらには、微細な粘土分に吸着している重金属成分についても微細な粘土成分と共に水相中に分離させることが出来るようにしたものであり、汚染土壌の洗浄において設備、処理等のコスト面において大いに貢献している。
【００５８】
さらに、本発明による、汚染土壌を界面活性剤と、酸もしくはアルカリとから成る洗浄液でスラリー化し、その汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加する洗浄方法について説明する。
【００５９】
本発明において汚染土壌を処理するために用いる洗浄液は、上記実施の形態と同様に、酸もしくはアルカリと、界面活性剤とから構成されており、酸としては、硫酸、塩酸等の鉱酸を始めとして、クエン酸、酒石酸、シュウ酸等の有機酸が有効であり、その濃度は０．０１〜１．０規定程度である。
【００６０】
又、界面活性剤としては、同様に、アニオン系もしくはカチオン系の界面活性剤を始めとして、配糖体構造を有する界面活性剤及び微生物産生由来のアミノ酸系界面活性剤等も有効であり、その濃度はおおよそ１００ｐｐｍ以下である。
【００６１】
そして、汚染土壌スラリーが移動する過程において印加する超音波は、界面活性剤を微量に含ませた酸から成る洗浄液で剥離を促進されている重金属成分を、その影響下に導入することで重金属等を土壌の表面から剥離する状態を形成している。
【００６２】
実施例１
さらに検証する汚染土壌の洗浄方法は、汚染土壌を界面活性剤と酸から成る洗浄液でスラリー化して、その汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加することで重金属等の微細粒子を分離させる汚染土壌を洗浄する方法である。
【００６３】
実験は、３０分間のかき混ぜと７分間の超音波印加による処理を実施した後に、その溶出量値（ｍｇ／Ｌ）と含有量値（ｍｇ／ｋｇ）とを測定することで確認しており、洗浄液の交換が無い１回洗浄での結果は、以下の通りである。
【００６４】
【表４】

【００６５】
以上の実験結果が示すように、汚染土壌を最も効率良く洗浄する方法は、本実施例１で検証した、汚染土壌を界面活性剤と酸とから成る洗浄液でスラリー化して、その汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加することで重金属等の微細粒子を分離させる汚染土壌を洗浄する方法であることが確認された。
【００６６】
即ち、汚染土壌管理の目安とされる規制値である溶出量値（ｍｇ／Ｌ）と含有量値（ｍｇ／ｋｇ）について使用する酸を、０．１Ｎ硫酸にして比較すると以下のようになる。
○ 従来から行われている酸洗浄液のみで洗浄する場合との比較
溶出量値（ｍｇ／Ｌ）：０．０１以下／０．１５（９３％以上向上）
含有量値（ｍｇ／ｋｇ）：１１／３２（６５％向上）
○ 汚染土壌をスラリー状にして、超音波波動を印加する場合との比較
溶出量値（ｍｇ／Ｌ）：０．０１以下／０．１７（９４％以上向上）
含有量値（ｍｇ／ｋｇ）：１１／３１（６４％向上）
○ 界面活性剤と酸とから成る洗浄液で洗浄する場合との比較
溶出量値（ｍｇ／Ｌ）：０．０１以下／０．１５（９３％以上向上）
含有量値（ｍｇ／ｋｇ）：１１／３０（６３％向上）
○ 酸洗浄液でスラリー状にして、超音波波動を印加する場合との比較
溶出量値（ｍｇ／Ｌ）：０．０１以下／０．１１（９０％以上向上）
含有量値（ｍｇ／ｋｇ）：１１／２６（５７％向上）
【００６７】
これらの改善効果は、上述の参考例および実施例において個々に確認されてきたところの超音波波動の印加及び界面活性剤と酸とから成る洗浄液で洗浄することが、個々の発揮している効能に対してこれを相対的に適用しても、その作用が相殺的に作用するものでなく、むしろ相乗的な効能として集成されるものであることを示している。
【００６８】
以上のように、本発明による、汚染土壌を界面活性剤と、酸もしくはアルカリとから成る洗浄液でスラリー化し、その汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加する洗浄方法は、格段に高い洗浄効果を確保することで、洗浄回数を１回に短縮しながら、０．０１ｍｇ／Ｌ以下という土壌環境基準の溶出量値を容易に達成している。
【００６９】
この場合においても、界面活性剤として配糖体構造を有する界面活性剤を採用する場合には、上記機能に加えて、土壌に残留しても生態系に対する高い安全性を確保しており、同様にアミノ酸系界面活性剤を採用すると、微生物産生由来として生態系に対する高い安全性を確保することができることが確認されている。
【００７０】
以上、本発明による汚染土壌の洗浄方法と汚染土壌洗浄装置とを、その実施の形態に基づいて詳細に説明すると共に、その作用効果については実施例１として洗浄効率の向上を確認してきたが、本発明による汚染土壌の洗浄方法は、上記実施例１に何等限定されるものでなく、重金属等に汚染された土壌を洗浄する方法において、汚染土壌を界面活性剤と酸とから成る洗浄液で洗浄することと、汚染土壌をスラリー化してその汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加することで重金属等の微細粒子を分離させること、さらに、この汚染土壌スラリーを界面活性剤と酸とから成る洗浄液で構成することを特徴にするという、発明の趣旨に反しない範囲において、各種の変更が可能であることは当然である。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明である汚染土壌の洗浄方法は、重金属に汚染された土壌を、界面活性剤と酸とから成る洗浄液でスラリー化し、この汚染土壌スラリーを移動させながら超音波波動を印加して、重金属等の微細粒子を分離させることを特徴としているので、汚染土壌粒子の移動をスラリー化した状態で土壌粒子からの微細粒子の分離を促進して除去率を向上させる効果を奏している。
【００７２】
請求項２に記載されている発明である汚染土壌の洗浄方法は、請求項１に記載の汚染土壌の洗浄方法において、界面活性剤を生分解性を有する界面活性剤で構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、界面活性剤が土壌に残留することを無くする効果を奏している。
【００７３】
請求項３に記載されている発明である汚染土壌の洗浄方法は、請求項１又は２に記載の汚染土壌の洗浄方法において、界面活性剤を配糖体構造を有するもので構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、生態系に対する高い安全性を確保する効果を奏している。
【００７４】
請求項４に記載されている発明である汚染土壌の洗浄方法は、請求項１又は２に記載の汚染土壌の洗浄方法において、界面活性剤をアミノ酸系界面活性剤から構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、微生物産生由来であることから生態系に対する高い安全性を確保する効果を奏している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる汚染土壌洗浄装置の正面図
【符号の説明】
１汚染土壌洗浄装置、
２投入口、
３円筒型洗浄機、
４超音波発振子、
５取り出し口、
６オーバーフロードレン、
７洗浄液、
８分離タンク、
９タンクドレン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for cleaning soil contaminated with inorganic harmful compounds of heavy metals such as lead, mercury, hexavalent chromium, arsenic, and cyan, and more particularly to a predetermined soil while reducing replacement of a cleaning solution for cleaning contaminated soil. The present invention relates to a method for cleaning contaminated soil that can be carried out at low cost by achieving environmental standard values.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in ground surveys at factory sites, etc. due to redevelopment of urban areas, there have been situations in which contaminated soil contaminated with inorganic harmful compounds such as heavy metals is exposed in various places, and the treatment of contaminated soil is a social problem It is a point.
[0003]
Conventionally, contaminated soil has been treated by containment with concrete and water-impermeable materials, covered with non-contaminated soil and stabilized by adding chemicals, and solidified with cement. Therefore, a treatment method that extracts and separates contaminated components by physically and chemically releasing and eluting them from the soil by washing the soil has been proposed. Proposal to simultaneously remove particles contained in the concentration and to reduce the contamination of the polluted soil by reusing the cleaned soil for backfilling at the contaminated site Has been done.
[0004]
Contaminated soil washing methods include separation and removal of high-concentration contaminated particles by classification, attrition treatment method that wears and polishes contaminants from the surface of non-contaminated particles, specific gravity sorting, flotation, soil contaminated with heavy metals, etc. There is a mechanical method using a rotary type washing machine that stirs and separates the water in the washing water.
[0005]
These mechanical separation methods can be applied to dispersants and other contaminants that are relatively easy to remove from soil particles, such as wash water soluble components and heavy metal components that adhere to the surface of relatively large soil particles. In addition to the combined use of a solubilizing agent, the cleaning effect is exhibited.
[0006]
However, in the above-described mechanical method, heavy metal components contained in colloidal fine particles of several μm or less, etc. are caused by physicochemical interactions such as Van der Waals force, electrostatic adsorption and chemical adsorption. If it adheres strongly to the surface, it is difficult to remove it efficiently.
[0007]
On the other hand, a treatment method in which a contaminating component such as heavy metal is leached using an acid or alkali solution has attracted attention as an effective cleaning method.
[0008]
The leaching treatment method is to wash contaminated soil by removing toxic heavy metals using strong acid such as hydrochloric acid and nitric acid, or alkali such as sodium hydroxide and sodium carbonate. There is a problem that the soil after treatment becomes difficult due to dissolution, and there is a problem of disposal of the treatment waste liquid containing toxic heavy metals.
[0009]
Furthermore, since there is little elution of toxic heavy metals from the soil, it is difficult to achieve the current strict soil environmental standard values unless the cleaning solution is replaced about 4 to 5 times. As a result, the cost of the cleaning solution and the processing facility increased, and there were many problems to be solved, such as the processing cost of the cleaning solution being directly affected even after cleaning.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is proposed in order to solve the above problems, and is necessary for achieving the soil environmental standard value by increasing the elution of harmful heavy metals from the soil in the washing of the contaminated soil. In addition to reducing the number of times the cleaning liquid is replaced, the cost of the cleaning liquid and the processing facility is reduced, and a method for cleaning contaminated soil that improves the processing cost of cleaning liquid disposal is provided.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the method for cleaning contaminated soil according to the first aspect of the present invention, the soil contaminated with heavy metal or the like is slurried with a cleaning liquid composed of a surfactant and an acid, and ultrasonic waves are transferred while moving the contaminated soil slurry. It is characterized by separating the heavy metal fine particles from the soil by applying a wave, and promoting the separation of the fine particles from the soil particles while restricting the movement of the contaminated soil particles by slurrying.
[0012]
The contaminated soil cleaning method according to claim 2 is characterized in that, in the contaminated soil cleaning method according to claim 1, the surfactant is composed of a biodegradable surfactant. In addition to the above functions, the surfactant does not remain in the soil.
[0013]
The method of cleaning contaminated soil is the invention described in claim 3 is the method of cleaning contaminated soil according to

claim

1 or 2, characterized in that the structure in having a glycoside structure of a surfactant In addition to the above functions, it ensures high safety for ecosystems.
[0014]
The method for cleaning contaminated soil according to claim 4 is characterized in that, in the method for cleaning contaminated soil according to claim 1 or 2 , the surfactant is composed of an amino acid surfactant. In addition to the above functions, it is derived from microbial production, ensuring high safety for ecosystems.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the current soil environment standard, a standard value for elution of heavy metals and the like from soil is determined. For example, the standard value for elution of arsenic is 0.01 mg / L.
[0016]
In the method for cleaning contaminated soil according to the present invention, soil contaminated with heavy metal or the like is slurried with a cleaning liquid composed of a surfactant and an acid, and ultrasonic waves are applied while moving the contaminated soil slurry. It is characterized by separating heavy metal fine particles from soil .
Below, embodiment about the washing | cleaning method of the contaminated soil by this invention is described.
[0017]
In the cleaning method for cleaning contaminated soil with a cleaning solution comprising a surfactant and an acid according to the present invention, the acid cleaning solution used for cleaning includes mineral acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid and the like. Organic acids are also effective, and the concentration is about 0.1 N.
[0018]
Surfactants include nonionic neutral surfactants, bipolar surfactants, surfactants with glycoside structures that emphasize biodegradability, and amino acid-based interfaces derived from microorganisms. An activator or the like is also effective, and its concentration is approximately 100 ppm or less.
[0019]
The contaminated soil that is the subject of the experiment is contaminated soil containing arsenic that has been classified to a certain particle size, and the initial arsenic content value was 42 (mg / kg) .
[0020]
As a basic value for confirming the efficacy according to the present invention, an elution amount value (mg / L) and a content value (mg / kg) when this contaminated soil was washed with a cleaning solution containing only acid or alkali were confirmed. As a result, the result was an elution amount value of 0.23 mg / L or less and an average content value of 35 mg / kg, as shown in the table below, even when the cleaning solution was exchanged about 4 to 5 times.
[0021]
[Table 1]

[0022]
Below, while showing the test result which applied the washing | cleaning method by this invention with respect to the same soil as the above, the effect is verified.
[0023]
In addition, although the result of the experiment shown in each following table | surface is each amount value after wash | cleaning applying the cleaning method of this invention, the amount value is 4-4 like the washing | cleaning result in the above-mentioned basic value. It is not the amount after the cleaning liquid is replaced five times, but the amount after the cleaning is performed once without replacing the cleaning liquid.
[0024]
The cleaning method according to the present invention shows an extremely remarkable improvement effect as is apparent from this expression format, and this fact is specifically confirmed in the following reference examples and examples.
[0025]
Reference example 1
The contaminated soil cleaning method to be verified first is a method of cleaning contaminated soil with a cleaning liquid composed of a surfactant and an acid.
[0026]
The experiment was confirmed by the elution amount value (mg / L) and the content value (mg / kg) after washing by stirring for 30 minutes, and the amount of each surfactant and acid in the table below. The value is displayed.
[0027]
[Table 2]

[0028]
In the experimental results, the elution amount value which has been ensured by the replacement of the cleaning solution about 4 to 5 times in the past has been achieved by one cleaning, and an improvement in the removal rate is presented. Even in the content value after washing, the improvement of the washing effect of about 6 to 9% can be known although there is a difference depending on the surfactant.
[0029]
In conventional recognition, it is common knowledge that surfactants are not resistant to acids and that they do not inherently have an action that separates particles adhering or adsorbing to soil particles, etc. Under the circumstances where the contaminated soil has been washed with a washing solution comprising an acid or an alkali, there has been no idea that the washing solution is composed of a surfactant and an acid .
[0030]
However, as the results of the above experiment show, some surfactants cause turbidity and the like that are presumed to be caused by structural changes, but the surfactants are a kind of solid-liquid interface in the acidic region. With this change, it exerts the action of separating particles adhering to or adsorbing to the soil particles, etc., and will greatly contribute to the cleaning of contaminated soil in the future.
[0031]
As described above, in the cleaning method of the present invention in which the contaminated soil is cleaned with a cleaning solution made of an acid containing a trace amount of a surfactant, the cleaning frequency is reduced to one by ensuring a high cleaning effect and cleaning. After that, the content value is reduced to a value close to 30 mg / kg, which greatly contributes to the cost of equipment, treatment, etc. in cleaning contaminated soil.
[0032]
In addition, when a surfactant having a glycoside structure is employed as the surfactant, the surfactant remains biodegradable, so that the surfactant remains in the soil after washing in addition to the above effects. Even if it does, it ensures high safety for the ecosystem. Similarly, when an amino acid-based surfactant having biodegradability is used, it can be produced by microorganisms and can ensure high safety for the ecosystem, so when soil is refilled and reused after washing. Does not cause problems for the natural world.
[0033]
Next, a cleaning method according to the present invention in which contaminated soil is slurried and ultrasonic waves are applied while moving the contaminated soil slurry will be described.
[0034]
Ultrasonic cleaning is generally used for cleaning machine element parts of precision machines and glass surfaces, but it has been difficult to apply to objects to be removed that have a small volume and weight, such as soil particles.
[0035]
However, the present inventor has solved the problem in applying ultrasonic cleaning that the volume and weight of the soil are small by dispersing the contaminated soil in a liquid to form a slurry.
[0036]
That is, in the present invention, the contaminated soil is made into a slurry, and further, the contaminated soil slurry is moved without being retained, so that the heavy metals attached to the soil particles are exposed while the soil is dispersed in the cleaning liquid. It forms a state that is easily affected by the outside world.
[0037]
In the present invention, ultrasonic waves are applied in the movement process in which the soil is dispersed as described above, whereby heavy metals and the like adhering to the soil surface are physically separated by the ultrasonic waves. It is able to apply a cleaning function to contaminated soil by strengthening the state of being separated and dispersed from the soil surface by receiving a strong dispersion force.
[0038]
Since the contaminated soil slurry is introduced under the influence of ultrasonic waves under the above conditions, not only heavy metals adhering to the surface of the soil particles as fine particles but also the surface gaps of relatively large soil particles. Even heavy metal components adhering to or adsorbed to fine clay components are separated by receiving the physical dispersion force of ultrasonic waves and separated into the cleaning liquid together with the fine clay components. It will be.
[0039]
Therefore, the soil particles and the fine heavy metal particles separated from the surface of the soil form a suspension of contaminated soil. The suspension is guided to a sieve or the like to form a solid phase and an aqueous phase composed of soil. is separated into bets, heavy metal particles in the aqueous phase completes the cleaning of the contaminated soil by removing it.
[0040]
Further, the separated fine particles to avoid the reattachment, and the suspension of the contaminated soil to move by introducing into the pipe, placing the ultrasonic oscillator in the pipe, Equipped with a continuous centrifugal separation function similar to a decanter, etc. at the site under the influence of ultrasonic waves to remove heavy metal particles while applying ultrasonic waves to maintain the separation state of fine particles Can do.
[0041]
FIG. 1 shows a contaminated soil cleaning apparatus used in the present invention having the above functions.
[0042]
The contaminated soil cleaning apparatus 1 is composed of a rotary cylindrical cleaner 3 that cleans contaminated soil supplied from an inlet 2. The cylindrical washer 3 is immersed in a storage tank containing a cleaning liquid, and is configured such that ultrasonic waves are applied to the contaminated soil being cleaned by the ultrasonic oscillator 4 provided on the peripheral surface of the storage tank. Yes.
[0043]
The soil washed by the cylindrical washer 3 is discharged from the take-out port 5, but the contaminated soil in the cylindrical washer 3 is continuously supplied to the washing liquid 7 whose supply amount is adjusted by the overflow drain 6. While being pickled and washed, it is moved to the take-out port side, and ultrasonic waves are applied by the ultrasonic transducer 4 throughout the moving process.
[0044]
Fine particles such as heavy metals separated from the soil particles are suspended in the cleaning liquid 7, overflowed, collected in the separation tank 8, and discharged from the tank drain 9 to the sieve disposed outside.
[0045]
The cylindrical washer 3 in the present embodiment is provided with a spiral mechanism for transferring the contaminated soil supplied to the inside, and is rotated by the power transmitted from the drive motor with an inverter via the sprocket and the chain. In addition, the contaminated soil is transferred, and at the same time, the separated fine particles are dropped together with the cleaning liquid to the separation tank 8 side.
[0046]
In addition, the intensity of the ultrasonic wave in this embodiment is 1 W / cm ² , and an acceleration of 1500 G can be obtained when converted into a 28 kHz underwater sound wave. The pulse sound wave that exhibits the cavitation phenomenon is much larger in magnitude. Giant acceleration can be given to the cleaning liquid.
[0047]
As mentioned above, although the contaminated soil washing | cleaning apparatus used for this invention has been demonstrated based on embodiment, the contaminated soil washing | cleaning apparatus used for this invention moves the suspension liquid formed by washing | cleaning of contaminated soil fundamentally. Since the ultrasonic wave is applied so as to maintain the separated state of the fine particles under the influence of the ultrasonic wave by arranging the ultrasonic vibrator in the periphery, there is nothing in the above embodiment. It is not limited.
[0048]
Reference example 2
The contaminated soil cleaning method to be verified next is a method of cleaning the contaminated soil by separating the fine particles such as heavy metals by applying ultrasonic waves while slurrying the contaminated soil and moving the contaminated soil slurry, In particular, this is a cleaning method in which the same treatment is applied after slurrying the contaminated soil with a cleaning solution comprising acid or alkali.
[0049]
In the experiment, after the contaminated soil is first slurried, a washing method in which stirring with a stirrer is performed for 30 minutes is performed to confirm the amount value as a basis for comparison.
[0050]
Next, in addition to the cleaning method described above, the ultrasonic wave is applied for 7 minutes to confirm the quantity value under the condition where the ultrasonic wave is applied, and the slurrying is performed with the cleaning liquid. The efficacy is confirmed by the elution amount value (mg / L) and the content value (mg / kg) in a state where the same ultrasonic wave is applied to the contaminated soil slurry.
[0051]
The effect of the method of applying ultrasonic waves while moving the contaminated soil into a slurry without using a cleaning agent is that the amount of elution in the case of a cleaning method in which stirring with a stirrer is performed for 30 minutes is 4 In the case of a cleaning method in which ultrasonic waves are applied for 7 minutes, after the cleaning liquid was changed over ˜5 times, it was 0.23 mg / L. The elution amount value was 0.17 mg / L, an improvement in removal rate of about 26% was confirmed, and the content value after washing was also improved to 31 mg / kg.
[0052]
In view of these results, the method for cleaning contaminated soil in which the ultrasonic wave is applied while moving the slurry after slurrying the contaminated soil according to the present invention is remarkably improved in the removal rate and accompanying this. Significant cost reduction has been achieved by reducing the number of cleanings.
[0053]
In addition, the amount of dissolution (mg / L) and content (mg / kg) when the same ultrasonic wave is applied to the contaminated soil slurry consisting of acid or alkali are shown in the table below. It is shown.
[0054]
[Table 3]

[0055]
According to the experimental results, the elution amount value after washing is 0.17 mg / L when 0.1N hydrochloric acid is used as the washing liquid, as in the case where the contaminated soil slurry is composed of ordinary water. The elution amount value (mg / L) after washing with the acid washing solution shows a significant improvement in the amount value in all cases.
[0056]
In particular, with regard to the content value (mg / kg) after washing, an improvement of about 10 to 19% is recognized even when compared with the washing method in which ultrasonic waves are applied for 7 minutes, which is compared with the conventional washing method. Thus, it is possible to confirm a significant improvement in cleaning efficiency and processing cost.
[0057]
As described above, in the cleaning method of applying the ultrasonic wave while slurrying the contaminated soil according to the present invention and moving the contaminated soil slurry, the ultrasonic wave is also applied to the contaminated soil by slurrying the contaminated soil. By constructing an easy-to-apply situation, if fine particles are attached to the surface of soil particles, or if they are attached to the surface gaps of relatively large soil particles, they are further adsorbed by fine clay. The heavy metal component can be separated into the water phase together with the fine clay component, and greatly contributes to the cost of equipment, treatment, etc. in cleaning the contaminated soil.
[0058]
Furthermore, a cleaning method according to the present invention, in which contaminated soil is slurried with a cleaning liquid composed of a surfactant and an acid or alkali, and ultrasonic waves are applied while moving the contaminated soil slurry, will be described.
[0059]
The cleaning liquid used for treating contaminated soil in the present invention is composed of an acid or alkali and a surfactant, as in the above embodiment, and the acid includes mineral acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid. As such, organic acids such as citric acid, tartaric acid and oxalic acid are effective, and the concentration is about 0.01 to 1.0 N.
[0060]
Similarly, surfactants having a glycoside structure and amino acid surfactants derived from microorganisms are also effective as surfactants, including anionic or cationic surfactants. The concentration is approximately 100 ppm or less.
[0061]
The ultrasonic wave applied in the process of moving the contaminated soil slurry introduces heavy metal components that are promoted to peel off by the cleaning solution made of acid containing a trace amount of surfactant under the influence of heavy metals, etc. In a state of peeling from the surface of the soil.
[0062]
Example 1
In the contaminated soil cleaning method to be further verified, the contaminated soil is slurried with a cleaning solution composed of a surfactant and an acid, and fine particles such as heavy metals are separated by applying ultrasonic waves while moving the contaminated soil slurry. This is a method for cleaning contaminated soil.
[0063]
The experiment was confirmed by measuring the elution amount value (mg / L) and the content value (mg / kg) after carrying out the treatment by stirring for 30 minutes and applying ultrasonic waves for 7 minutes, The result of one-time cleaning without replacement of the cleaning liquid is as follows.
[0064]
[Table 4]

[0065]
As shown in the above experimental results, the most efficient method for cleaning contaminated soil is to make the contaminated soil slurry into a slurry that has been verified in Example 1 with a cleaning solution composed of a surfactant and an acid. It was confirmed that this was a method of cleaning contaminated soil that separated fine particles such as heavy metals by applying ultrasonic waves while moving.
[0066]
That is, the acid used for the elution value (mg / L) and the content value (mg / kg), which are the regulation values used as a guideline for contaminated soil management, is compared with 0.1N sulfuric acid as follows. .
○ Comparison with conventional acid cleaning solution only Elution amount (mg / L): 0.01 or less / 0.15 (93% or more improvement)
Content value (mg / kg): 11/32 (65% improvement)
○ Comparison with the case where the contaminated soil is made into a slurry and ultrasonic waves are applied Elution amount (mg / L): 0.01 or less / 0.17 (94% or more improvement)
Content value (mg / kg): 11/31 (64% improvement)
○ Comparison with the case of cleaning with a cleaning solution comprising a surfactant and an acid Elution amount (mg / L): 0.01 or less / 0.15 (improvement by 93% or more)
Content value (mg / kg): 11/30 (63% improvement)
○ Comparison with the case where ultrasonic waves are applied in the form of a slurry with an acid cleaning solution Elution amount value (mg / L): 0.01 or less / 0.11 (improvement by 90% or more)
Content value (mg / kg): 11/26 (57% improvement)
[0067]
These improvement effects can be achieved by applying ultrasonic waves, which have been individually confirmed in the above-mentioned Reference Examples and Examples, and cleaning with a cleaning liquid composed of a surfactant and an acid. Even if this is applied relatively, it is shown that the action does not act counterbalance, but rather is assembled as a synergistic effect.
[0068]
As described above, according to the present invention, the cleaning method in which the contaminated soil is slurried with a cleaning liquid composed of a surfactant and an acid or an alkali, and ultrasonic waves are applied while moving the contaminated soil slurry is a much higher cleaning. By ensuring the effect, the soil environment standard elution amount value of 0.01 mg / L or less is easily achieved while reducing the number of washings to one.
[0069]
Even in this case, when a surfactant having a glycoside structure is employed as a surfactant, in addition to the above functions, high safety to the ecosystem is ensured even if it remains in the soil. It has been confirmed that, when an amino acid surfactant is used for the above, it is possible to ensure high safety to the ecosystem as a result of microbial production.
[0070]
Although the cleaning method of the contaminated soils according to the present invention and the contaminated soil washing apparatus, as well as described in detail based on the embodiments, the effects thereof have been confirmed to improve the cleaning efficiency as in Example 1 However, the method for cleaning contaminated soil according to the present invention is not limited to Example 1 described above. In the method for cleaning soil contaminated with heavy metals or the like, the contaminated soil is cleaned with a surfactant and an acid. And then separating the fine particles such as heavy metals by applying ultrasonic waves while moving the contaminated soil slurry, and further separating the contaminated soil slurry with a surfactant and an acid. It is a matter of course that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention, which is characterized by comprising a cleaning liquid comprising
[0071]
【The invention's effect】
In the method for cleaning contaminated soil according to the first aspect of the present invention, the soil contaminated with heavy metals is slurried with a cleaning liquid composed of a surfactant and an acid, and ultrasonic waves are applied while moving the contaminated soil slurry. Since it is characterized by separating fine particles such as heavy metals, it has the effect of improving the removal rate by promoting the separation of fine particles from soil particles in a slurry state of movement of contaminated soil particles Yes.
[0072]
The contaminated soil cleaning method according to claim 2 is characterized in that, in the contaminated soil cleaning method according to claim 1 , the surfactant is composed of a biodegradable surfactant. Therefore, in addition to the above effects, the surfactant has an effect of eliminating the residue in the soil.
[0073]
The method for cleaning contaminated soil according to claim 3 is characterized in that, in the method for cleaning contaminated soil according to claim 1 or 2 , the surfactant has a glycoside structure. Therefore, in addition to the above effects, it has the effect of ensuring high safety for ecosystems.
[0074]
The contaminated soil cleaning method according to claim 4 is characterized in that, in the contaminated soil cleaning method according to claim 1 or 2 , the surfactant is composed of an amino acid surfactant. Therefore, in addition to the above effects, since it is derived from microbial production, it has an effect of ensuring high safety for the ecosystem.
[Brief description of the drawings]
[FIG. 1] Front view of a contaminated soil cleaning apparatus used in the present invention.
1 Contaminated soil cleaning equipment,
2 input port,
3 Cylindrical washing machine,
4 Ultrasonic oscillator,
5 Outlet,
6 Overflow drain,
7 Cleaning solution,
8 Separation tank,
9 Tank drain

Claims

Slurry soil contaminated with heavy metals with a cleaning solution composed of a surfactant and an acid, and apply ultrasonic waves while moving the contaminated soil slurry to separate heavy metal fine particles from the soil. How to clean contaminated soil.

The method for cleaning contaminated soil according to claim 1, wherein the surfactant is composed of a biodegradable surfactant.

The method for cleaning contaminated soil according to claim 1 or 2, wherein the surfactant has a glycoside structure.

The method for cleaning contaminated soil according to claim 1 or 2, wherein the surfactant is composed of an amino acid surfactant.