JP6621138B2 - 汚染土壌の除染装置及び除染方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性物質、重金属類、農薬、油、揮発性有機化合物、津波による塩害等の土壌汚染物質で汚染された土壌の汚染物質を吸着回収、又は分解して、土壌を除染する装置及び方法に関する。

従来、特許文献１に記載の除染装置は、表面に太陽電池フィルムを一体的に備え、裏面の導電層に放射性物質吸着剤を付着させた陰極のシート状電極部材と、このシート状電極部材の裏面に互いに間隔を置き導電層と電気的に絶縁して植設された複数の陽極杭と、放射性汚染土壌を湿潤化する給水装置とを具備し、陽極杭を地面に差し込んで、放射性汚染土壌の除染対象領域を覆うようにシート状電極部材を敷設するものである。太陽電池フィルムの発電により、シート状電極部材と陽極杭との間に電圧が印されると、シート状電極部材が陰極となって陽極杭の周辺の汚染土壌に電界を発生し、動電現象を発現させ、電気分解により土壌表層部に含まれる放射性物質のイオン化を促進すると共に、電気泳動や電気浸透流によりイオン化された放射性物質をシート状電極部材の導電層に誘引する結果、シート状電極部材に放射性物質を吸着し、シート状電極部材を撤去すると放射性物質が回収できる。

特開2014-228360号公報

上記従来の除染装置においては、福島第一原発事故に対して緊急性を有する対策として検討され、当該事故由来の放射性物質が地表から５ｃｍ程度の比較的浅い土壌表層部に浸透していることに着目して、比較的短尺の陽極杭を差し込み、地面近傍の放射性汚染土壌を除染するものである。従ってこの除染装置は放射性汚染物質の浸透深度の浅い放射性物質を回収するのに有効であるが、汚染範囲が地面から深層部に及ぶ土壌汚染に対して効果的な除染が困難である。
そこで本発明は、効率的に汚染物質を回収する除染対象範囲を深層部に拡大し、これに当たり、比較的簡易な構成で、簡単で短時間に設置でき、設置作業後は作業者が除染対象現場に滞在することのない汚染土壌の除染装置及び除染方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、汚染土壌Ｄから汚染物質を回収し、または分解する汚染土壌の除染装置１において、除染対象領域の土壌表面に敷設される導電性の電極シート２と、電極シート２を貫通して除染対象領域の土壌に互いに間隔を置いて複数差し込まれる電極杭３と、汚染土壌Ｄ中に浸透して導電現象を促進する浸透液と、土壌中に浸透して、浸透液の下方への拡散を止める止水剤とを具備させる。電極シート２は、汚染物質吸着剤又は汚染物質分解剤を含む。電極杭３の下端部には、電極シート２との間に電圧が印加される電極部１１を備える。止水剤は、電極杭３の電極部１１付近の土壌に浸透することにより浸透液の下方への拡散を止める。電極シート２と電極杭３との間に電圧を印加して、汚染土壌Ｄ中に生じる動電現象の電気分解、電気泳動又は電気浸透流により汚染物質を電極シート２誘引し、吸着させて回収し又は電極シートで分解する。

本発明においては、地表面に敷設する電極シートと土壌に差し込む電極杭の先端部との間で電圧を印加して、動電現象により汚染物質を誘引し吸着し又は分解するので、電極杭の差込深さまでの土壌深層部に除染対象範囲を拡大することができ、汚染物質を効率的に回収でき、それに当たって、設置，回収作業が簡単で短時間に完了することができ、除染現場に長時間とどまる必要がなく汚染物質との接触リスクを低減できるという効果を有する。

本発明の第１実施例に係る除染装置の概略的構成図である。 電極杭の断面図である。 難透水層を形成する工程の除染装置の説明図である。 導電層を形成する工程の除染装置の説明図である。 電圧を印加する工程の除染装置の説明図である。

本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。
図１において、汚染土壌の除染装置１は、直流の電源４にそれぞれ接続される電極シート２及び電極杭３と、電極杭３にポンプ７を介して接続される止水剤タンク５及び浸透液タンク６と、除染対象範囲を仕切る矢板８と、ポンプ９ａが接続される残水タンク９とを備えている。

電極シート２は、除染対象範囲の地面を覆うように展開され、電源４の一方の電極に接続される。この電極シート２は、天然植物繊維、合成繊維等の織物又は不織布によりシート状に展開可能な袋状ケーシングに、粉粒状の導電材及び有害物質吸着剤又は有害物質分解剤を混合し収容して構成される。また、電極シート２は、天然植物繊維、合成繊維等の繊維性のシート材に、粉粒状の導電材及び有害物質吸着剤又は有害物質分解剤を混合し含浸、付着などにより保持させてもよい。導電材は、例えば活性炭、くん炭、鉄粉等のいずれか又はこれらを二種以上混合した粉粒体である。有害物質吸着剤は、例えばゼオライト、層状粘土鉱物、活性炭、くん炭、フェロシアン化鉄化合物、イオン交換樹脂又はキレート剤のいずれか又はこれらを二種以上混合した粉粒体である。有害物質分解剤は、酸、アルカリ、酸化剤又は還元剤であり、例えば、硝酸、しゅう酸、水酸化ナトリウム、二酸化チタン、次亜塩素酸、鉄粉、チオ硫酸ナトリウムのいずれか又はこれらを二種以上混合した粉粒体である。

電極杭３は、電極シート２を貫通して、地面に差し込まれるものである。電極杭３は、図２に示すように、鋼管部１０と、鋼管部１０の下端部に接続される電極部１１と、鋼管部１０の上端部に接続される筒蓋部１２と、鋼管部１０の側面の絶縁被覆部１３とで構成される。鋼管部１０は導電性の長尺円筒管で、下端部に内外に連通する外側へ突出した軸線周りに等間隔の複数の吐出口１０ａを備える。電極部１１は導電性鋼材からなり、鋼管部１０の下端部に螺合する接続筒部１１ｂと、土中へ貫入しやすい円錐形の尖端部１１ａとを備える。筒蓋部１２は、下端が開口して鋼管部１０の上端部周りに螺合する導電性の鋼管材からなる。筒蓋部１２の閉鎖蓋には、電源４につながるコードが接続されるボルト端子１２ｂがねじ込まれる。筒蓋部１２の側面上部には、止水剤タンク５及び浸透液タンク６に接続されるホースが接続される注入口１２ｃが突出し、中空内部に連通している。絶縁被覆部１３は、電極部１１を除いて電極シート２及び土壌との絶縁を確保するため、鋼管部１０を被覆する絶縁スリーブや熱収縮チューブ等で構成される。絶縁被覆部１３の下端部には吐出口１０ａを開口させる噴射孔１３ａを備える。絶縁被覆部１３の上部には、鋼管部１０と絶縁するための基部周りのゴムブッシュ１３ｂを介して側方へ水平に張り出して電極シート２を押え込む押え片１２ａが延出する。押え片１２ａには電源４の他方の電極につながるコードが接続されるボルト端子１２ｄがねじ込まれる。

電源４は、電極シート２と電極杭３の間に直流電圧を印加するもので、各電極は、電極杭３と電極シート２との間の電気浸透流が下方から上方へ向かう極性に選定される。印加電圧は連続的でも、間欠的でもよい。

止水剤タンク５及び浸透液タンク６と電極杭３との接続は、ポンプ７の切替バルブで切り替える。止水剤タンク５の止水剤は、汚染物質が浸透液と共に除染対象範囲よりさらに地下に浸透、拡散することを防止するために、浸透液の浸透を止める難透水層１４を形成する。各電極杭３の注入口１２ｃから注入された止水剤は、吐出口１０ａの噴射孔１３ａから汚染土壌に噴出し、汚染土壌の深層部に水平方向に浸透拡散して難透水層１４を形成する。この難透水層１４の上部に浸透液を注入保持させ、土壌の水分を他の部位より多く保持することで導電率を高めた導電層１５を形成し、電極シート２と導電層１５とが疑似的な平行電極板となって、相互間に鉛直方向の電界を発生し、動電現象による汚染物質の移動を促進する。止水剤は、ベントナイト、でんぷん糊、膠、ポリ酢酸ビニル又はポリイオン等のいずれか又はこれらを２種類以上の混合したものである。なお、ポリイオンとは、カチオン化セルロース、カルボキシメチルセルロース（CMC）、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリアクリル酸ナトリウム塩等を包含するものであり、土壌中で微生物による生分解が可能である。CMCやポリアクリル酸ナトリウム塩は高吸水性を有し、除染対象範囲の汚染土壌Ｄの最下部直下に形成する導電層１５の水分保持に好適である。

浸透液タンク６の浸透液は、土壌中の汚染物質の溶出及び電気浸透流を促進するもので、水、希薄な酸、アルカリ、塩、キレート、界面活性剤等を用いる。浸透液は、浸透液タンク６からポンプ７を介して各電極杭３の注入口１２ｃに注入され、吐出口１０ａの噴射孔１３ａから汚染土壌Ｄに噴出される。浸透液は、土壌中に浸透，拡散して汚染物質の動電現象による移動を促進する。動電現象をより促進するために浸透液は、必要に応じて塩類の添加、pH調整等により汚染物質の粒子のゼータ電位を制御する。施工期間中、浸透液を汚染土壌Ｄに連続的に、又は間欠的に供給する。

この除染装置１においては、図１に示すように、除染対象範囲の土壌表面に電極シート２を敷き詰め、電極杭３を電極シート２に貫通させ地面にほぼ鉛直下方に差し込み、押え片１２ａで電極シート２を押え込むまで埋め込む。電極杭３の差し込むに当たり前もって電動ハンマーなどで土壌に挿入穴を穿設してもよい。図３に示すように、電極杭３の注入口１２ｃにホースを接続して、ポンプ７を介して止水剤タンク５から止水剤を注入し、鋼管部１０を通して吐出口１０ａから噴射し、汚染土壌Ｄの最深層下部の直下に難透水層１４を形成する。次に、図４に示すように、ポンプ７のバルブを切り替えて浸透液タンク６から電極杭３の注入口１２ｃに浸透液を注入し、鋼管部１０を通して吐出口１０ａの噴射孔１３ａから噴射し、浸透液を汚染土壌Ｄに浸透拡散させる。汚染土壌Ｄが適切な湿潤状態になると、難透水層１４の上部に導電層１５が形成される。電気浸透流により移動した浸透液により電極シート２が過度に水浸しとなった場合に、ポンプ９ａで浸透液の過剰分を残水タンク９に回収して、吸着剤、分解剤、pH調整剤又は凝集剤を添加し適正に無害化処理する。この処理水を浸透液の調整用に再度用いてもよい。次いで、図５に示すように、電極シート２と電極杭３に電源４を接続して、汚染土壌Ｄに直流電圧を印加する。電圧の印加は必要に応じて除染期間中連続的に又は間欠的に行う。電極シート２と電極杭３との間に電圧が印加されると、電極シート２と導電層１５との間で汚染土壌Ｄに形成された電界により、電気分解、電気浸透、電気泳動等の動電現象が生じて、汚染物質が電極シート２に向かって移動する。電極シート２付近に誘引された汚染物質は、電極シート２に含まれる吸着剤により吸着集積され、または分解剤により分解される。必要に応じて、当該除染対象範囲の土壌を採取し、分析等して除染効果確認する。除染作業に使用した電極シート２は汚染物質に応じて産業廃棄物あるいは放射性廃棄物として適正に処理する。
なお、汚染土壌Ｄの除染対象範囲は、予め矢板８で仕切り取り囲むことにより、浸透液の浸透に伴う汚染物質の水平方向の漏洩を防止してもよい。

電極シート２は、先の実施形態において予め形成して除染現場に搬入するもののほか、除染現場において、上記導電材及び有害物質吸着剤又は有害物質分解剤を混合した粉粒体を除染対象範囲の土壌表面に薄層状に散布し、これにでんぷん糊、合成糊、膠、高分子イオン複合体等を追加散布し、乾燥することでバインダとして、粉粒体の薄層を土壌表層に定着させて形成してもよい。

１ 除染装置
２ 電極シート
３ 電極杭
４ 電源
５ 止水剤タンク
６ 浸透液タンク
７ ポンプ
８ 矢板
９ 残水タンク
９ａ ポンプ
１０ 鋼管部
１０ａ 吐出口
１１ 電極部
１１ａ 尖端部
１１ｂ 接続筒部
１２ 筒蓋部
１２ａ 押え片
１２ｂ ボルト端子
１２ｃ 注入口
１２ｄ ボルト端子
１３ 絶縁被覆部
１３ａ 噴射孔
１３ｂ ゴムブッシュ
１４ 難透水層
１５ 導電層
Ｄ 汚染土壌

Claims (9)

1. 汚染土壌中の汚染物質を回収し又は分解する汚染土壌の除染装置において、
   汚染物質吸着剤又は汚染物質分解剤を含み、除染対象領域の土壌表面に敷設される導電性の電極シートと、
   この電極シートを絶縁しつつ貫通して除染対象領域の土壌に互いに間隔を置いて複数差し込まれ、前記電極シートとの間に接続される電源によって直流電圧が印加される電極杭と、
   土壌中に浸透して動電現象を促進する浸透液と、
   前記電極杭の電極部付近の土壌中に浸透して、前記浸透液の下方への拡散を止める止水剤とを具備し、
   前記電極杭は、上端部に前記浸透液及び止水剤を導入するための注入口と、
   下端部に前記注入口に連通して前記浸透液及び前記止水剤を土壌中に吐出する吐出口と、
   下端部に土壌中に露出する電極部と、
   上端部に前記電極部に電気的に導通して前記電源の一方の電極に接続される接続端子と、
   上端部に前記電極シートを土壌表面に固定すると共に、直流電源の他方の電極に接続される接続端子を有する押え片と、
   前記電極部を除いて前記電極シート及び土壌と電気的に絶縁する絶縁被覆部とを具備し、
   前記電極シートと電極杭との間に直流電圧が印加されて、土壌中に生じる動電現象の電気浸透流により汚染物質を電極シートに吸着して回収し又は電極シートで分解することを特徴とする汚染土壌の除染装置。
2. 前記電極シートは、粉粒状の導電材及び前記汚染物質吸着剤又は汚染物質分解剤を保持した繊維製シート材からなることを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌の除染装置。
3. 前記電極シートは、粉粒状の導電材及び前記汚染物質吸着剤又は汚染物質分解剤を混合して収容したシート状袋体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚染土壌の除染装置。
4. 前記電極シートは、土壌表面に散布される粉粒状の導電材及び前記汚染物質吸着剤又は汚染物質分解剤と、これらの上に散布され乾燥してこれらを定着させるバインダ材とを具備することを特徴とする請求項２又は３に記載の汚染土壌の除染装置。
5. 前記電極シートの汚染物質吸着剤は、ゼオライト、層状粘土鉱物、活性炭、くん炭、フェロシアン化鉄化合物、イオン交換樹脂又はキレート剤を1種類以上含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の汚染土壌の除染装置。
6. 前記電極シートの汚染物質分解剤は、酸、アルカリ、酸化剤又は還元剤であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の汚染土壌の除染装置。
7. 前記電極杭の上部には、前記電極シートを土壌表面に押し付けるべく側部に突出した押え片を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の汚染土壌の除染装置。
8. 前記除染対象領域の境界部に埋め込まれ、前記浸透液の拡散を防止する矢板を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の汚染土壌の除染装置。
9. 請求項１から８に記載の除染装置を用いる除染方法であって、
   土壌中に前記止水剤を注入して浸透させ、難透水層を形成する工程と、
   土壌中に前記浸透液を注入して浸透させ、前記難透水層の上方に拡散する工程と、
   土壌表面に敷設した前記電極シートとこれを貫通して差し込んだ前記電極杭との間に電圧を印加して、電気分解、電気泳動、電気浸透等の動電現象により、汚染物質を溶出し、電極シートへ誘引し、前記電極シートに含まれる汚染物質吸着剤により汚染物質を吸着し又は汚染物質分解剤により汚染物質を分解する工程と、を含むことを特徴とする汚染土壌の除染方法。

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