JP3703368B2

JP3703368B2 - Purification method for contaminated soil, slurry, etc.

Info

Publication number: JP3703368B2
Application number: JP2000159281A
Authority: JP
Inventors: 智彦佐々木; 安雄堀井; 浩一中河
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: JP2001334292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染土壌、スラリー等の浄化方法に関し、一般廃棄物や産業廃棄物等の最終処分場における浸出水、汚染土壌、スラリー等に含まれた有害疎水性有機物を脱着する技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土壌やスラリー中に含まれる疎水性有害有機物、例えばダイオキシン類、ＰＣＢ類、芳香族炭化水素類などは、固相粒子に非常に強く吸着されており、一般的に処理が非常に困難である。bioremediation等の微生物によって有機物を消化する生物学的処理方式では、水相に含まれる有機物しか処理できない場合が多い。また、揮発性の高い物質に関しては、熱脱着により固相からの分離も可能であるが、沸点の高い物質には対応できず、焼却等非常に処理コストの高い方式で対応せざるを得なかった。
【０００３】
例えば、固形物中のダイオキシン類を、１２００度以上の高温度条件下において溶融する溶融処理法や、３７０度以上、２２ＭＰａ以上の高温度、高圧力条件下において処理する超臨界処理法がある。あるいは、処理対象物に水素供与体、アルカリ、溶媒を添加した後に、窒素雰囲気下で、３５０度程度に加熱処理するアルカリ触媒分解法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、疎水性有機物に汚染された土壌は、汚染物質が固相に強く吸着しているために浄化が困難であり、bioremediationなどの処理を行なっても土壌中の汚染物濃度が変化しなくなるなど限界があった。さらに、浄化を行なうためには上述した土壌の焼却等の処理コストが高い方式しかなく、現実的でなかった。
【０００５】
本発明は上記した課題を解決するものであり、疎水性有機物を、常温、常圧の下で少ないエネルギーによって固相から脱着することができる汚染土壌、スラリー等の浄化方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の汚染土壌、スラリー等の浄化方法は、反応槽に貯留した固液混相の処理対象物に界面活性剤を添加し、槽内に配置した超音波発信体から処理対象物へ固相に振動抽出作用を及ぼす超音波を照射し、振動抽出作用によって疎水性有機物を固相から液相に移行させて脱着し、界面活性剤と疎水性有機物との結合によって固相に対する疎水性有機物の再吸着を防止する状態で、槽内に浸漬したろ過装置により処理対象物を固液分離して、疎水性有機物をろ液とともに槽外へ取り出し、疎水性有機物を脱着した固相を含むスラリーを処理スラリーとして槽外へ取り出すものである。
【０００７】
上記した構成により、処理対象物中にはダイオキシン類等の疎水性有機物が土壌等の固相の表面に吸着し、あるいは内部に取り込まれた状態にある。処理対象物の固相に作用する超音波は、その振動エネルギーによって疎水性有機物を固相から液相に移行させる振動抽出作用を及ぼす。
【０００８】
このとき、抽出した疎水性有機物は再び固相に再吸着し易いが、界面活性剤が疎水性有機物と結合することによって、固相に対する疎水性有機物の再吸着を防止し、疎水性有機物を液相に留める。
【０００９】
ろ過装置はろ過作用により、処理対象物中のＳＳ分等の固相を捕捉して処理スラリーとして槽内に残留させ、疎水性有機物をろ液とともに透過させる。ろ液とともに槽外へ取り出した疎水性有機物は、オゾンの存在下で紫外線照射等を行なって分解処理する。
【００１０】
振動抽出作用を及ぼす超音波は、処理対象物の物性、例えば疎水性有機物の種類や組成、汚泥や土壌の性状によって異なり、あるいは反応槽の形状によって異なるので、経験則として予め求める。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、反応槽１に貯留する処理対象物２は、産業廃棄物等の最終処分場における埋立地浸出水、汚染土壌、スラリー等であり、ダイオキシン類や農薬等の疎水性有機物を含んでいる。
【００１２】
反応槽１には、固液混相の処理対象物２を供給する供給系３と、界面活性剤を投入する薬剤供給系４と、処理スラリーを取り出す排出系５とを接続している。反応槽１の内部には、処理対象物２を攪拌する攪拌機６と、処理対象物２をろ過する浸漬型膜分離装置７と、浸漬型膜分離装置７の下方に配置する散気装置８とを配置しており、浸漬型膜分離装置７に接続してろ液抽出系９を設け、散気装置８に接続してブロア１０を設けている。ろ液抽出系９は抽出した疎水性有機物を分解するための光化学分解処理工程へ接続している。
【００１３】
反応槽１の槽底部に設置した超音波発信体１１（ホーン）は、導波管１２を通して超音波発振器１３に接続しており、超音波発振器１３は処理対象物２の固相に振動抽出作用を及ぼす超音波振動を発振するものである。超音波発信体１１は電圧を受けて発振するセラミック等の振動子を使用することもできる。
【００１４】
超音波発信体１１から発信する超音波、つまり振動抽出作用を及ぼす超音波の周波数は、処理対象物２の物性、例えば疎水性有機物の種類や組成、汚泥や土壌の性状によって異なり、あるいは反応槽１の形状によって異なるので、経験則として予め求める。
【００１５】
以下、上記した構成における作用を説明する。供給系３から反応槽１へ処理対象物２を供給し、所定量の処理対象物２を反応槽１に貯留する。薬剤供給系４から所定量の界面活性剤、例えばＬＡＳ（アルキルベンゼンスルフォン酸ナトリウム）を、ＣＭＣ濃度以上に保たれるように添加する。処理対象物２および界面活性剤を攪拌機６で攪拌しながら、超音波発振器１３で発振する超音波を導波管１２を通して超音波発信体１１から処理対象物２へ照射する。
【００１６】
処理対象物２に含まれたダイオキシン類等の疎水性有機物は、固相の土壌粒子表層に吸着し、あるいは途上粒子微細間隙内孔に付着し、あるいは土壌粒子中に含まれる有機物と複雑に絡みあって存在する。
【００１７】
このとき、土壌粒子表層に吸着した疎水性有機物は液相と接していれば平衡状態を保つように土壌から脱着し、液相の疎水性有機物濃度を減じることにより、平衡を保つように土壌から疎水性有機物が脱着し、土壌中の汚染物濃度が低下して処理対象物の浄化が進行する。しかし、途上粒子微細間隙内孔に付着し、あるいは土壌粒子中に含まれる有機物と複雑に絡みあって存在する疎水性有機物は、液相に接するだけでは、その低い溶解度のために脱着することが困難である。
【００１８】
超音波発信体１１から照射した超音波は処理対象物２の固相に作用し、その振動エネルギーによって疎水性有機物を固相から液相に移行させる振動抽出作用を及ぼし、途上粒子微細間隙内孔に付着し、あるいは土壌粒子中に含まれる有機物と複雑に絡みあって存在する疎水性有機物を脱着する。
【００１９】
このとき、通常においては抽出した疎水性有機物が再び固相に再吸着されるが、抽出した疎水性有機物が界面活性剤と結合することによって、固相に対する疎水性有機物の再吸着を防止して疎水性有機物を液相に留める。
【００２０】
この状態で、浸漬型膜分離装置７によって処理対象物２をろ過する。浸漬型膜分離装置７の駆動はろ液抽出系９から吸引圧を負荷して吸引ろ過しても良く、槽内の水頭を利用して重力ろ過しても良い。このとき、ブロア１０により供給する空気を散気装置８から散気し、散気した空気のエアリフト作用により生起する上向流を浸漬型膜分離装置７の膜面に掃流として作用させ、膜面にケーキ層が付着することを防止する。
【００２１】
浸漬型膜分離装置７によるろ過によって、処理対象物２のＳＳ分等の固相は処理スラリーとして槽内に残留し、疎水性有機物がろ液とともにろ液抽出系９を通して槽外へ流れ出る。疎水性有機物を脱着して浄化した土壌等の固相を含む処理スラリーは排出系５を通して槽外へ取り出す。ろ液とともに槽外へ取り出した疎水性有機物は、ろ液抽出系９を通して光化学分解処理工程へ導き、オゾンの存在下で紫外線照射を行なって分解する。
【００２２】
以下に、上述した構成の実証試験について説明する。図２は水相と土壌の２相モデルの概念図である。土壌に吸着している汚染物には比較的に弱い力で土壌に吸着して早く水相へ移行するものと、強力に吸着して殆ど水中へ移行しないものとがある。弱い吸着物の割合をＦで示し、強い吸着物の割合を１−Ｆで示しており、Ｆが大きい程に土壌浄化は容易となる。
【００２３】
【数１】

この２相モデル方程式は、土壌中の初期汚染物量Ｓ₀がｘ時間後にどの程度（Ｓｘ）になるかを示したモデル式である。図３は上記のモデル方程式のグラフ図であり、弱い吸着物の割合Ｆが大きい程に汚染物がたくさん落ちるので最終的な（Ｓｘ）は小さくなり、早い脱着の定数ｋ１が大きい程に汚染物が早く落ちるのでカーブの傾きは急になる。
【００２４】
図４は、ある汚染土壌を水中で反転攪拌して汚物を洗い流した２相モデルの結果を示すものであり、ナフタリンは６８％、フェナントレンは４６％、ピレンは４２％が早く水中へ移行している。
【００２５】
図５は、同じ汚染土壌を界面活性剤の存在下で超音波処理した後に反転攪拌した２相モデルの結果を示すものであり、ナフタリンは９３％、フェナントレンは９４％、ピレンは９０％が早く水中へ移行しており、浄化効率が確実に上がっていることを示している。
【００２６】
図６は、図５に示した処理を行なった後の弱い吸着物の割合Ｆを示しており、他の物質に関しても、界面活性剤の存在下で超音波処理することが有効であることが伺える。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、処理対象物に界面活性剤を添加して超音波を照射することにより処理対象物から疎水性有機物を脱着し、界面活性剤と疎水性有機物との結合により固相に対する疎水性有機物の再吸着を防止した状態で、ろ過装置によりろ過することで、処理対象物から疎水性有機物を分離して浄化することができる。したがって、ダイオキシン類、農薬等の疎水性有機物を、常温、常圧の下で少ないエネルギーによって固相から脱着し、汚染土壌、スラリー等の浄化を行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における浄化装置の模式図である。
【図２】水相と土壌の２相モデルの概念図である。
【図３】モデル方程式のグラフ図である。
【図４】ある汚染土壌を水中で反転攪拌した２相モデルの結果を示すグラフ図である。
【図５】同汚染土壌を界面活性剤の存在下で反転攪拌するとともに超音波処理した２相モデルの結果を示すグラフ図である。
【図６】図５に示した処理を行なった後の弱い吸着物の割合Ｆを示すグラフ図である。
【符号の説明】
１反応槽
２処理対象物
３供給系
４薬剤供給系
５排出系
６攪拌機
７浸漬型膜分離装置
８散気装置
９ろ液抽出系
１０ブロア
１１超音波発信体
１２導波管
１３超音波発振器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a purification method for contaminated soil, slurry, etc., and relates to a technique for desorbing harmful hydrophobic organic substances contained in leachate, contaminated soil, slurry, etc. at final disposal sites such as general waste and industrial waste. It is.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, hydrophobic harmful organic substances contained in soil and slurry, such as dioxins, PCBs, and aromatic hydrocarbons, are adsorbed very strongly to solid phase particles and are generally very difficult to treat. is there. In biological treatment methods such as bioremediation that digest organic matter with microorganisms, only organic matter contained in the aqueous phase can often be treated. In addition, highly volatile substances can be separated from the solid phase by thermal desorption, but they cannot handle substances with a high boiling point, and must be handled by a method with very high processing costs such as incineration. It was.
[0003]
For example, there are a melt processing method in which dioxins in a solid are melted under a high temperature condition of 1200 ° C. or higher, and a supercritical processing method in which a dioxin is processed under a high temperature of 370 ° C. or higher and 22 MPa or higher under high pressure conditions. Alternatively, there is an alkali catalyst decomposition method in which a hydrogen donor, an alkali, and a solvent are added to the object to be treated, and then heat treatment is performed at about 350 ° C. in a nitrogen atmosphere.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, soil contaminated with hydrophobic organic matter is difficult to purify because the contaminants are strongly adsorbed on the solid phase, and the concentration of contaminants in the soil does not change even after treatment such as bioremediation. There was a limit. Furthermore, in order to purify, there is only a method with a high processing cost such as incineration of the soil described above, which is not realistic.
[0005]
The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a purification method for contaminated soil, slurry, etc. that can desorb a hydrophobic organic substance from a solid phase with a small amount of energy at normal temperature and normal pressure. And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the method for purifying contaminated soil, slurry, etc. of the present invention adds a surfactant to a solid-liquid mixed phase treatment object stored in a reaction tank, and is disposed in the tank. Is irradiated with ultrasonic waves that exert a vibration extraction action on the solid phase from the liquid to the object to be treated, and the hydrophobic organic substance is transferred from the solid phase to the liquid phase by the vibration extraction action to desorb, and by binding the surfactant and the hydrophobic organic substance In a state that prevents re-adsorption of hydrophobic organic matter to the solid phase, the object to be treated is solid-liquid separated by a filtration device immersed in the tank, and the hydrophobic organic substance is taken out of the tank together with the filtrate to desorb the hydrophobic organic substance. The slurry containing the solid phase is taken out of the tank as a treated slurry.
[0007]
With the above-described configuration, a hydrophobic organic substance such as dioxins is adsorbed on the surface of a solid phase such as soil or taken into the processing object. The ultrasonic wave acting on the solid phase of the object to be treated exerts a vibration extraction action for transferring the hydrophobic organic substance from the solid phase to the liquid phase by the vibration energy.
[0008]
At this time, the extracted hydrophobic organic substance is easily re-adsorbed to the solid phase, but the surfactant binds to the hydrophobic organic substance, thereby preventing the re-adsorption of the hydrophobic organic substance to the solid phase and Keep in phase.
[0009]
The filtration device captures the solid phase such as the SS component in the object to be treated and leaves it in the tank as a treatment slurry, and allows the hydrophobic organic matter to permeate with the filtrate. The hydrophobic organic matter taken out of the tank together with the filtrate is decomposed by irradiating with ultraviolet rays or the like in the presence of ozone.
[0010]
The ultrasonic wave that exerts the vibration extraction action varies depending on the physical properties of the object to be treated, for example, the type and composition of the hydrophobic organic substance, the sludge and soil properties, or varies depending on the shape of the reaction tank.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the processing object 2 stored in the reaction tank 1 is landfill leachate, contaminated soil, slurry, etc. at the final disposal site for industrial waste, etc., and contains hydrophobic organic substances such as dioxins and agricultural chemicals. Yes.
[0012]
Connected to the reaction tank 1 are a supply system 3 for supplying a solid-liquid mixed phase processing object 2, a chemical supply system 4 for supplying a surfactant, and a discharge system 5 for extracting a processing slurry. Inside the reaction tank 1, a stirrer 6 for stirring the processing object 2, a submerged membrane separator 7 for filtering the processing target 2, and an air diffuser 8 disposed below the submerged membrane separator 7, The filtrate extraction system 9 is connected to the submerged membrane separator 7, and the blower 10 is connected to the air diffuser 8. The filtrate extraction system 9 is connected to a photochemical decomposition treatment step for decomposing the extracted hydrophobic organic matter.
[0013]
An ultrasonic transmitter 11 (horn) installed at the bottom of the reaction tank 1 is connected to an ultrasonic oscillator 13 through a waveguide 12, and the ultrasonic oscillator 13 performs a vibration extraction action on the solid phase of the processing object 2. It oscillates the ultrasonic vibration which exerts. The ultrasonic transmitter 11 can also use a vibrator such as ceramic that oscillates upon receiving a voltage.
[0014]
The frequency of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter 11, that is, the frequency of the ultrasonic wave that exerts the vibration extraction action differs depending on the physical properties of the treatment object 2, for example, the type and composition of the hydrophobic organic substance, the sludge and soil properties, or the reaction tank Since it differs depending on the shape of 1, it is obtained in advance as an empirical rule.
[0015]
Hereinafter, the operation of the above-described configuration will be described. The processing object 2 is supplied from the supply system 3 to the reaction tank 1, and a predetermined amount of the processing object 2 is stored in the reaction tank 1. A predetermined amount of a surfactant such as LAS (sodium alkylbenzene sulfonate) is added from the drug supply system 4 so as to be maintained at a CMC concentration or higher. While stirring the processing object 2 and the surfactant with the stirrer 6, the ultrasonic wave oscillated by the ultrasonic oscillator 13 is irradiated from the ultrasonic transmitter 11 to the processing object 2 through the waveguide 12.
[0016]
Hydrophobic organic substances such as dioxins contained in the treatment object 2 are adsorbed on the surface layer of the soil particles in the solid phase, attached to the pores in the fine particles, or complicatedly entangled with the organic substances contained in the soil particles. It exists.
[0017]
At this time, if the hydrophobic organic matter adsorbed on the surface layer of the soil particles is in contact with the liquid phase, it is desorbed from the soil so as to maintain an equilibrium state, and the concentration of the hydrophobic organic matter in the liquid phase is reduced to decrease the concentration of the hydrophobic organic matter from the soil. Hydrophobic organic substances are desorbed, the concentration of contaminants in the soil is lowered, and purification of the treatment object proceeds. However, hydrophobic organic substances that are attached to the inner pores of fine particles in the middle of the process or that are intricately entangled with organic substances contained in the soil particles can be desorbed due to their low solubility only by contacting the liquid phase. Have difficulty.
[0018]
The ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic transmitter 11 acts on the solid phase of the object 2 to be processed, and the vibration energy causes a vibration extraction action to transfer the hydrophobic organic substance from the solid phase to the liquid phase. Hydrophobic organic matter that adheres to organic matter contained in soil particles or intricately entangles with organic matter contained in soil particles.
[0019]
At this time, the extracted hydrophobic organic substance is normally re-adsorbed to the solid phase, but the extracted hydrophobic organic substance binds to the surfactant to prevent re-adsorption of the hydrophobic organic substance to the solid phase. Hydrophobic organics remain in the liquid phase.
[0020]
In this state, the treatment object 2 is filtered by the submerged membrane separator 7. The submerged membrane separation device 7 may be driven by applying suction pressure from the filtrate extraction system 9 and performing suction filtration, or by gravity filtration using a water head in the tank. At this time, the air supplied by the blower 10 is diffused from the diffuser 8, and the upward flow generated by the air lift action of the diffused air is caused to act as a sweep on the membrane surface of the submerged membrane separator 7. Prevent the cake layer from sticking to the surface.
[0021]
By filtration with the submerged membrane separation device 7, the solid phase such as the SS content of the processing object 2 remains in the tank as a processing slurry, and the hydrophobic organic matter flows out of the tank through the filtrate extraction system 9 together with the filtrate. The treated slurry containing a solid phase such as soil which has been desorbed and purified by hydrophobic organic matter is taken out of the tank through the discharge system 5. The hydrophobic organic substance taken out of the tank together with the filtrate is guided to the photochemical decomposition treatment step through the filtrate extraction system 9, and decomposed by irradiation with ultraviolet rays in the presence of ozone.
[0022]
Below, the verification test of the structure mentioned above is demonstrated. FIG. 2 is a conceptual diagram of a two-phase model of an aqueous phase and soil. Contaminants adsorbed on the soil include those that adsorb to the soil with a relatively weak force and quickly migrate to the water phase, and those that adsorb strongly and hardly migrate to the water. The ratio of weak adsorbate is indicated by F, and the ratio of strong adsorbate is indicated by 1-F, and soil purification becomes easier as F becomes larger.
[0023]
[Expression 1]

This two-phase model equation is a model formula showing how much (Sx) the amount of initial contaminant S ₀ in the soil becomes after x hours. FIG. 3 is a graph of the above model equation. The larger the ratio F of weakly adsorbed material, the more contaminants fall, so the final (Sx) becomes smaller, and the faster desorption constant k1 becomes larger, the more contaminants. Falls quickly, so the slope of the curve becomes steep.
[0024]
Fig. 4 shows the results of a two-phase model in which a contaminated soil is inverted and stirred in water to wash away the filth. Naphthalene is 68%, phenanthrene is 46%, and pyrene is 42%. Yes.
[0025]
FIG. 5 shows the results of a two-phase model in which the same contaminated soil was sonicated in the presence of a surfactant and then inverted and stirred, with 93% naphthalene, 94% phenanthrene, and 90% faster for pyrene. It has moved to the water, indicating that the purification efficiency has definitely increased.
[0026]
FIG. 6 shows the ratio F of weakly adsorbed material after the treatment shown in FIG. 5 is performed, and it is effective to ultrasonically treat other substances in the presence of a surfactant. I can ask.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a hydrophobic organic substance is desorbed from a processing target by adding a surfactant to the processing target and irradiating with ultrasonic waves, and the binding between the surfactant and the hydrophobic organic substance is performed. Thus, the hydrophobic organic substance can be separated and purified from the object to be treated by filtering with a filtration device in a state where resorption of the hydrophobic organic substance to the solid phase is prevented. Accordingly, hydrophobic organic substances such as dioxins and agricultural chemicals can be desorbed from the solid phase with a small amount of energy at normal temperature and normal pressure to purify contaminated soil and slurry.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a purification device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a two-phase model of an aqueous phase and soil.
FIG. 3 is a graph of a model equation.
FIG. 4 is a graph showing the results of a two-phase model in which a certain contaminated soil is inverted and stirred in water.
FIG. 5 is a graph showing the results of a two-phase model in which the contaminated soil was inverted and stirred in the presence of a surfactant and sonicated.
6 is a graph showing the ratio F of weakly adsorbed material after the processing shown in FIG. 5 is performed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction tank 2 Process target 3 Supply system 4 Chemical supply system 5 Discharge system 6 Stirrer 7 Immersion type membrane separator 8 Diffuser 9 Filtrate extraction system 10 Blower 11 Ultrasonic transmitter 12 Waveguide 13 Ultrasonic oscillator

Claims

Surfactant is added to the solid-liquid mixed phase processing object stored in the reaction tank, and the ultrasonic wave is applied to the processing object from the ultrasonic transmitter placed in the tank, and the vibration extraction action is applied to the solid phase. The hydrophobic organic substance is transferred from the solid phase to the liquid phase by the action to be desorbed, and the filter is immersed in the tank in a state in which resorption of the hydrophobic organic substance to the solid phase is prevented by the combination of the surfactant and the hydrophobic organic substance. Contaminated soil characterized in that the object to be treated is solid-liquid separated by an apparatus, the hydrophobic organic matter is taken out of the tank together with the filtrate, and the slurry containing the solid phase from which the hydrophobic organic substance has been desorbed is taken out of the tank as the treating slurry. Purification method of slurry and the like.