JP4825714B2 - 高含水率ｐｃｂ汚染物の加熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、含水率が45％以上である底質等のPCB汚染物の還元加熱による処理方法であって、PCB汚染物を還元加熱する前に、特定の含水率にまで予備乾燥する方法に関する。

有機塩素系農薬やPCB（ポリ塩化ビフェニール）等の有機塩素系化合物で汚染された土壌等は、以前は主に埋立て処分がなされていた。このため、埋立地周辺の土壌や地下水の二次汚染を防止するため、安全に無害化処理する技術の確立が急がれている。

PCB等の有機塩素系化合物で汚染された土壌等を無害化するための方法の一つとしては、汚染土壌等を加熱又は燃焼処理することにより有機ハロゲン化合物を分解し、土壌等を無害化する技術が知られている。

その様な技術の一つとして、有機塩素系化合物で汚染された土壌等に石炭、石油等の硫黄化合物含有体を添加後、熱分解炉において加熱処理し、発生したガスを再燃焼させる処理方法が、特許文献１に開示されている。

また、ダイオキシン類による汚染土壌を400〜600℃で加熱してダイオキシン類を蒸発させ、蒸発したダイオキシン類を分解炉で熱分解する処理方法が、特許文献２に開示されている。

また、乾燥処理機器、加熱処理機器、排気処理機器等の処理機器を連結した一連の汚染処理工程を形成し、ダイオキシン等で汚染された汚染土壌を浄化する汚染被処理物の処理システムが、特許文献３に開示されている。
特開平９−１９２６４１号公報 特開２０００−２７９９４２号公報 特開２００５−２３０５９１号公報

PCBに汚染された廃棄物のうち、乾燥土壌や瓦礫は水分含量が低いため、通常であればそのまま加熱炉にそのまま投入しても特に問題は生じない。ところが、廃棄物が川底の土壌（底質）のように水分含量が非常に高い場合もあり、その場合、そのまま加熱炉に投入すると、水の蒸発に伴い気化熱を大量に奪うため、汚染物の加熱効率が悪くなり、所定温度まで加熱することができなくなるという問題が発生する。

また、多量の水蒸気が発生するために、加熱処理装置から排出される排ガス量が増大する。さらに、加熱処理装置の耐久性にも影響する。さらにまた、後段の排ガス処理設備において冷却方式による排ガスの凝縮処理を行う場合、凝縮処理によって発生する凝縮水の量に応じて排水処理設備が大型化することから、排ガス中の水分量は少なくすることが好ましい。

一方、水分含量の高い底質等を還元加熱処理に先立って予備乾燥させると、予備乾燥時に被処理物からPCBが揮発し、乾燥装置から排出される排ガス中にPCBが混入してしまう。このため、乾燥装置からの排ガスを処理するための排ガス処理装置が必要となる。もちろん、加熱炉からの排ガスを処理するのと同じ排ガス処理装置で処理することも可能であるが、その場合には排ガス処理装置の処理すべき排ガス量が増加するために、装置が大型化し、しかも、複雑な制御も必要となってしまう。

本発明は、含水率の高い底質等のPCB汚染物を、効率よく還元加熱処理する処理方法の提供を目的とする。

本発明者は、含水率の高い底質等のPCB汚染物を還元加熱処理によって浄化する際、特定の温度で、特定の含水率になるように予備乾燥させることにより、予備乾燥時のPCBの揮散を防止しつつ、効率的に汚染物を処理することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

具体的に、本発明は、
含水率45％以上のPCB汚染物の加熱処理方法であって、
前記PCB汚染物を100℃以上120℃未満の温度で、含水率が15％以上30％以下の範囲となるように予備乾燥させた後、還元状態で間接加熱処理する加熱処理方法に関する（請求項１）。

PCB汚染物が底質や土壌等である場合、還元加熱炉で加熱処理する前に、乾燥器を用いて予備乾燥させることが好ましいが、100℃未満の温度では含水率を低下させるのに長時間要する。反対に、120℃以上の温度では、乾燥時間を短縮することが可能であるが、水蒸気と共にPCBも揮発してしまう。このため、予備乾燥温度は、100℃以上120℃未満の範囲に調整することが好ましい。

一方、還元加熱炉におけるエネルギーロスと水蒸気発生とを抑制するためには、被処理物であるPCB汚染物の含水率（被処理物中の水分含量の重量百分率）が低い方が好ましいことは自明である。しかし、非常に含水率の低い乾燥底質等を還元加熱炉に投入すると、炉内で底質が粉末化して飛散し、排ガス処理装置として設置される高温バグフィルター等がすぐ目詰まりするという問題が発生する。このため、従来技術の問題点であるエネルギーロス等を抑制しつつ、バグフィルターの目詰まりを防止するためには、含水率を15重量％以上30重量％以下に調整することが好ましい。

還元加熱炉として間接加熱方式を使用するのは、直接加熱方式だとPCB汚染物の含水率をどのように調整しても、加熱炉から粉塵等が排出されるのを防止することが困難なためである。

なお、本発明における「高含水率」とは、含水率が45重量％以上であることを意味する。

PCB汚染物は、底質、汚泥であることが好ましい（請求項２）。PCB汚染物のうち、底質は川底を浚渫して発生する土壌の一種であり、含水率が非常に高い。通常は、一次処理として脱水機にかけられ、脱水ケーキという固形状に形成されるが、この状態の含水率は、50重量％を超えている。また、汚泥は含水率が80重量％以上であることが多い。これらの汚染物は、本発明の被処理物として処理することが好ましい。

PCB汚染物の含水率を確認する方法としては、予備乾燥中のPCB汚染物の一部を抜き出し、その含水率を含水率計によって測定することが好ましい（請求項３）。含水率を正確に測定できるからである。

PCB汚染物の含水率を確認する方法としては、予備乾燥中のPCB汚染物の含水率を、乾燥機器内で重量法により測定することも好ましい（請求項４）。含水率計は、乾燥器内では使用できないが、重量法では乾燥器内で含水率を連続測定できる。

また、予備乾燥後の汚染物は造粒処理することが好ましい（請求項５）。造粒処理を行うことにより、加熱炉内の加熱処理時及び加熱処理後の処理物取扱時において、粉塵の発生を抑制することができる。

本発明のPCB汚染物の加熱処理方法によれば、含水率45％以上のPCB汚染物を、従来の処理設備をそのまま使用して、効率よく還元加熱処理することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらに限定されない。

１．脱水ケーキの作成
PCBを含む底質は、川底の土壌を浚渫することによって発生する。このとき、浚渫した直後の底質は、含水率が60重量％〜80重量％であり、そのままでは運搬等に不便である。このため、脱水機によって水分を分離して、含水率45重量％〜60重量％程度の脱水ケーキとして形成する。この脱水処理により、底質が固形状となり、運搬等が容易となる。脱水器としては、ベルトプレス脱水器、加圧脱水器、真空脱水器等が使用される。

なお、PCB汚染物が汚泥の場合には、沈澱池から抜き出した汚泥の含水率は90重量％以上であり、脱水機等によって80％以下の脱水ケーキとして形成される。以下、本実施の形態では、PCB汚染物が底質の場合について説明する

２．予備乾燥
次に、脱水ケーキを乾燥器に投入し、100℃以上120℃未満の温度で加熱乾燥（予備乾燥）する。乾燥器は、常圧で加熱乾燥できるものであれば、その種類は特に限定されない。このとき、加熱温度を100℃未満とすれば、脱水ケーキの乾燥に非常に長時間を要する場合がある。また、上述したように、120℃以上の高温で乾燥させると、水蒸気と共に脱水ケーキ中のPCBが乾燥器内で揮発してしまう。このため、予備乾燥時の温度は、100℃以上120℃未満の温度範囲に調整する。なお、PCBの飛散を抑制しつつ予備乾燥時間を短縮する観点からは、予備乾燥時の温度を105℃以上115℃以下とすることがより好ましい。

この予備乾燥においては、含水率を15重量％以上30重量％以下の範囲となるように調整することが重要である。上述したように、還元加熱炉におけるエネルギーロスと水蒸気発生とを抑制するためには、含水率はできるだけ低くすることが理想である。しかし、含水率が低いと加熱炉から排出される粉塵量が多くなり、排ガス処理装置である高温バグフィルターが目詰まりしやすくなってしまう。

ここで、予備乾燥によって含水率を5重量％、20重量％及び25重量％に調整した土壌ケーキ（重量約200kg）を、容量2m³の還元加熱炉内で、温度550℃で１時間加熱処理した場合における、排ガス処理装置内の高温バグフィルター（セラミック製、面積4.5m²）の差圧（バグ差圧）を、表１に示す。なお、含水率は、ここでは土壌をサンプリングし、赤外線水分計によって測定した。

一般的なバグフィルターは、0.5kPa〜1.5kPaで差圧管理されており、差圧が1.5kPaを超えると目詰まりしていると判断され、交換の目安となる。実施例１及び実施例２では、バグ差圧は小さな値であったが、比較例１では粉塵飛散量が多く、高温バグフィルターが目詰まりしていることが判明した。なお、含水率30重量％の場合にも、実施例２とほぼ同様の差圧となった。

３．加熱処理
予備乾燥が終了した脱水ケーキ（土壌ケーキ）は、間接加熱方式の還元加熱炉に投入し、低酸素雰囲気下（酸素濃度3容量％以下）、約400℃〜600℃の温度で、0.5時間〜2時間程度加熱処理する。この還元加熱処理によって、土壌中のPCBがダイオキシン類に変化することなく、酸化分解される。また、予備乾燥によって脱水ケーキの含水率が30重量％以下となっているため、還元加熱炉からの水蒸気発生も抑制され、水蒸気と共にPCB類が還元加熱炉から揮散することも抑制できる。

低酸素雰囲気下で加熱処理するにあたり、窒素ガスを加熱炉内に供給することが好ましいが、これに限定されず、アルゴン等、他の不活性ガスを利用してもよい。また、予備乾燥後の土壌ケーキ等について造粒処理を行っている場合は、還元加熱炉内で粉塵の飛散を抑制しうると共に、加熱処理後の処理物の取扱も容易である。

なお、還元加熱炉の排気経路には、高温バグフィルターの他、湿式スクラバー、活性炭吸着装置等の排気処理設備を設置することが好ましい。

ここで、PCBに汚染された底質（含水率51重量％、PCB濃度1300mg/kg）について、予備乾燥の条件を代えて土壌ケーキを作成した。予備乾燥は、容量2リットルの乾燥器内で、乾燥温度及び乾燥時間を変化させて行った。そして、予備乾燥前後の含水率、PCB濃度を測定した。さらに、それら測定結果から、底質中に含まれていたPCBの移行割合を算出した。その結果を、表２に示す。

まず、予備乾燥時の温度に着目すると、70℃の比較例２では、6時間加熱しても含水率は31重量％であった。また、80℃の比較例３でも、5時間加熱して含水率が23重量％であった。還元加熱炉を用いた加熱処理時間は、通常約2〜3時間とされることから、予備乾燥に加熱処理以上の時間がかかることは、連続した汚染物処理にとって好ましくない。このため、乾燥温度70℃及び80℃は、予備乾燥条件としては不適切と考えられた。

なお、予備乾燥条件を乾燥温度95℃、5時間加熱した場合、含水率は20重量％であった。

予備乾燥を105℃で行った実施例３では、2時間の加熱で含水率が16重量％まで低下した。含水率が30重量％以下であれば、還元加熱炉のバグフィルターの目詰まりを防止することができるため、予備乾燥の温度は100℃以上、好ましくは105℃以上とすることが好ましいと判明した。

一方、予備乾燥を120℃とした比較例５では、1.5時間の乾燥処理で含水率が15重量％にまで減少した。ところが、予備乾燥後の底質のPCB濃度に着目すると、PCB濃度は1280mg/kgになっており、予備乾燥前の汚染底質に含まれていたPCBの約2％が乾燥器から排出されることが確認された。

また、実施例３と同じ温度で3時間予備乾燥させた比較例４は、含水率は0重量％（測定限界以下）となった。しかし、この場合にも、予備乾燥後の底質のPCB濃度が1220mg/kgになっており、予備乾燥前の汚染底質に含まれていたPCBの約6％が乾燥器から排出されることが確認された。さらに、加熱処理においては、比較例１と同様、還元加熱炉のバグフィルターを目詰まりさせるという結果が得られた。

これに対して、実施例３では、予備乾燥の前後で底質中のPCB濃度の変化はほとんどなく、予備乾燥前の汚染底質に含まれていたPCBのほとんどが、予備乾燥後の土壌ケーキに残存していることが確認された。

このように、本発明のPCB汚染物の加熱処理方法では、処理対象である高含水率汚染物にPCBを残存させたまま、還元加熱炉におけるPCB分解が可能となる。しかも、還元加熱炉のバグフィルターの目詰まりも防止することができ、PCB分解時間も短縮することが可能である。

本発明のPCB汚染物の加熱処理方法は、廃棄物処理分野や環境浄化処理分野において有用である。

Claims (5)

1. 含水率45％以上のPCB汚染物の加熱処理方法であって、
   前記PCB汚染物を100℃以上120℃未満以下の温度で、含水率が15重量％以上30重量％以下の範囲となるように予備乾燥させた後、還元状態で間接加熱処理する加熱処理方法。
2. 前記PCB汚染物が底質、汚泥である請求項１に記載の加熱処理方法。
3. 予備乾燥中の前記PCB汚染物の一部を抜き出し、その含水率を含水率計によって測定する請求項１又は２に記載の加熱処理方法。
4. 予備乾燥中の前記PCB汚染物の含水率を、乾燥機器内で重量法により測定する請求項１又は２に記載の加熱処理方法。
5. 予備乾燥後のPCB汚染物を造粒処理する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱処理方法。