JP4809815B2 - 固体状被汚染物の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
そこで、重金属類で汚染された焼却灰からの重金属類の除去方法として、汚染焼却灰を酸抽出した後に固液分離し、得られた抽出液に対して、陰極電位を段階的に低下させて電解を行うことにより、複数種の金属を段階的に析出させて重金属類を回収する方法が提案されている(特許文献1)。この方法は、酸を用いて重金属類を溶出させ、次いで溶出した重金属類を電極電位差によって移動及び/又は析出させる反応を利用するものである。しかし、この方法では、酸抽出時に還元電位が印加されていないため、(Pb)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、スズ(Sn)、クロム(Cr)、砒素(As)、ウラン(U)、プルトニウム(Pu)などの難溶性の付着形態をとる重金属類を含む画分を効率的に抽出できず、焼却飛灰中重金属類含有濃度を十分に低下させることができない。
本発明により浄化することができる固体状の被汚染物としては、土壌、汚泥、堆積物、廃棄物、焼却灰、ヘドロなどの重金属類を含む固体状の被汚染物を好ましく挙げることができる。これらの固体状被汚染物は、通常現場で行われている予め湿式もしくは乾式の分級洗浄装置などによって、粒子径の大きな砂礫や異物などを取り除かれていることが好ましい。この時取り除かれる粒子径の大きな物質は、重金属による汚染濃度が環境基準値以下である非汚染物であることが知られており、本発明の分級装置によって得られる汚染物である粗粒画分とは異なる。本発明の処理方法により処理される前記固体状被汚染物は、通常の分級洗浄による土壌洗浄工程を経た後の平均粒子径D50が250μm以下(JIS A1204「土の粒度試験」による定義では「細粒砂」)の粒子状物質を含む固体状被汚染物であることが特に好ましい。
本発明の細粒画分分級工程は、粒子状物質を含む固体状被汚染物を、平均粒子径D50が15μm以下、好ましくは10μm以下の細粒画分と、当該細粒画分よりも平均粒子径が大きい粗粒画分とに分級する工程である。本発明の細粒画分分級工程で分級する固体状被汚染物は、好ましくは平均粒子径D50が250μm以下の粒子状物質を含み、平均粒子径D50が15μm以下の細粒画分と、平均粒子径D50が15μm超過〜250μm以下の粗粒画分とに分級されることが特に好ましい。
細粒画分電解処理工程は、細粒画分分級工程により得られた細粒画分を、隔膜によってアノード区域とカソード区域とが区画されている電解槽のカソード区域に添加して、電解処理して、細粒画分から重金属類を溶出させる工程である。
<混合工程>
混合工程は、細粒画分電解処理工程による電解処理後の細粒画分スラリーを細粒画分分級工程により分級された粗粒画分と混合する工程である。
また、細粒画分スラリーと粗粒画分とを混合した混合した後、この混合スラリーを電解槽のカソード区域に供給して、電解処理を行ってもよい。電解液としては、細粒画分電解処理工程において説明した電解液を好ましく用いることができる。このとき、混合スラリー濃度が5〜30%の範囲、特に10〜20%の範囲となるように調製することが好ましい。混合スラリーを電解処理する場合の電解条件は、温度範囲:5〜60℃、特に10〜40℃、電流印加範囲:0.1A/L〜3A/L、特に0.3A/L〜2A/Lとするのが好ましい。
<前処理工程・一次電解工程>
本発明においては、細粒画分分級工程の前に、固体状被汚染物と電解液とを混合しスラリー化させる前処理工程を行ってもよい。前処理工程を行うことにより、重金属類の溶出を予め進行させ、電解槽内での処理時間を低減することができる。前処理工程での固体状被汚染物と電解液との配合割合は、特に制限されないが、前記固体状被汚染物100質量部に対して電解液233〜1900質量部(又はスラリー濃度5〜30%)とするのが好ましい。
また、本発明の処理方法においては、電解処理済み固体状被汚染物スラリーから電解液を分離する後処理工程を行うことができる。固液分離によって得られた固形分は処理物とし、電解液はスラリー調製槽などに戻して再利用することができる。固液分離を行う手段としては、一般に知られているヘドロや汚染土壌スラリー、泥水などを固液分離する方法を用いれば良く、例えば沈殿池、シックナ−、デカンター、フィルタープレス、ロータリーフィルターが好ましく用いられる。また、固液分離を行う際にPAC(ポリ塩化アルミニウム)、ポリマー、塩化第二鉄などの凝集剤を添加することも好ましい。これらの薬剤の添加条件は一般に知られている条件を用いれば良く、処理する被汚染物の性状や電解反応に与える影響を考慮して適宜調整することが望ましい。
ここで、図2は、本発明の処理装置の1実施形態における全体構成を模式的に示す概略図である。また、図3は、図2に示す電解反応槽の詳細を示す模式図である。
粗粒画分電解槽50は、固液分離装置60に配管52を通じて連結されており、固液分離装置60で分離された固体物は処理物として回収され、液体はリサイクルされ電解液貯留槽11に移送されるようになされている(点線で示す)。あるいは、固液分離装置60で分離された液体は、電解反応槽20に戻されてもよい(図示せず)。
分級装置30としては、特に図示しないが、サイクロン分離機、シックナー分離機、上向流分離機、スパイラル分離機等を用いることができる。
<前処理工程>
本実施形態においては、まず、スラリー調製槽10において、固体状被汚染物と電解液と水や酸・アルカリとを混合しスラリー化させて、スラリーを得る。スラリー調製槽10では、スラリー濃度10%〜20%に調製すると共に、易溶性の重金属類の溶出促進が図られる。
次いで、得られたスラリーを配管17及び21を介して電解反応槽20に移送して、前処理工程でスラリー化させたスラリーについて固体状被汚染物を分級することなく、全量電解処理する。
電解処理されたスラリーを配管22を介して分級装置に移送し、スラリー中の固体状被汚染物を平均粒子径D50が15μm以下の細粒画分と、細粒画分よりも平均粒子径が大きい粗粒画分とに分級する。得られた細粒画分は細粒画分電解槽40のカソード区域45aに移送され、粗粒画分は粗粒画分電解槽50のカソード区域に移送される。
移送された細粒画分を細粒画分電解槽40において電解処理する。
<混合工程、混合スラリー電解処理工程>
電解処理された細粒画分は、配管31を介して粗粒画分電解槽50に移送される。粗粒画分電解槽50には、細粒画分分級工程により分級された粗粒画分が導入されており、細粒画分電解処理工程による電解処理後の細粒画分スラリーを粗粒画分と混合する。本実施形態においては、混合工程で混合された細粒画分と粗粒画分との混合スラリーを電解処理して固体状被汚染物から重金属類を溶出させる。
電解処理された混合スラリーは、配管52を介して固液分離装置60に送られ、電解処理済み混合スラリーから電解液が分離され、固形分は処理物とし、電解液はスラリー調製槽10又は電解反応槽20などに戻されて再利用される。
本発明の処理装置を一段構成として説明してきたが、分級装置、細粒画分電解槽及び粗粒画分電解槽を基本単位として多段構成としてもよい。多段処理の場合には、段数や粗粒電解槽/粗粒槽の選択、分級装置の配置位置、固液分離装置の配置位置など様々な組み合わせが考えられ、本発明は以下の例に限定されるものではない。被汚染物の性状や目標とする処理速度、処理濃度などの条件に応じて、適当なプロセス構成を採用することが好ましい。
以下の各試験例において、使用した細粒画分電解槽は基本的に図3に示す構成を有する。具体的には、2000mL形透明塩化ビニール製反応槽である槽本体41に、酸化ルテニウム被覆チタン製アノード電極44、ステンレス製金網状カソード電極45及び参照電極を位置づけた。アノード電極44の周囲には、陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を隔膜46として設置して、アノード区域44aとカソード区域45aを区画した。参照電極はカソード区域45aに位置づけた。アノード電極44とカソード電極45との間には定電流電源装置43を接続させた。槽本体41底部にはテフロン(登録商標)製撹拌羽根47を位置づけ、電解処理後のスラリーを移送するための移送ポンプ49を槽本体41外部に取り付けた。細粒画分をカソード区域に導入するための配管をカソード区域に設けた。なお、処理対象物である重金属の種類に応じて、電極、隔膜などの素材を変更した場合には以下の各試験例において注記する。
本試験例は、土壌粒径による鉛の電解処理性能の相違を検証したものである。
液体サイクロン30を用いて、難水溶性の鉛汚染土壌(鉛含有濃度540mg/kg乾土;採取場所:A機械工場)を平均粒径D50が15μm以下の細粒画分と、平均粒径D50が15μmを超える粗粒画分とに分級した(被験系1)。
本試験例は、分級した細粒画分について電解処理を行い、次いで、電解処理後の細粒画分スラリーを粗粒画分と混合して再度電解処理を行った場合の鉛の処理性能を検証する。
D50(篩い通過重量百分率で50%の粒子)250μmおよび75μmの分級性能を持つ液体サイクロンを用い、鉛汚染土壌(鉛含有濃度486mg/kg乾土;採取場所:B塗料工場)から、それぞれ250μm以下および75μm以下の粒径分布を持つ土壌スラリーAおよびB(スラリー濃度200g土/Lおよび160g土/L)を得た。
本試験例は、試験例2と同様の処理をクロムについて行い、その処理性能を検証する。
D50(篩い通過重量百分率で50%の粒子)として75μmの分級性能を持つ液体サイクロンを用い、三価クロムを主としたクロム汚染土壌(全クロム含有濃度450mg/kg;採取場所:C機械工場)を75μm以下の粒径分布を持つ土壌スラリーC(スラリー濃度160g/L)を得た。
本試験例は、処理対象がヘドロ、すなわちスラリーである場合について、本発明の方法(スラリー調製工程は不要である)による鉛の電解処理性能を検証する。
各種の分級性能を持つ液体サイクロンを用い、鉛汚染ヘドロ堆積物(鉛含有濃度850mg/kg;採取場所:D機械工場内側溝)をそれぞれD50(篩い通過重量百分率で50%の粒子)として250μm以下(対照系6)、75μm以下(対照系7)、15μm以下(被検系8)、10μm以下(被検系9)の粒径分布を持つ試料に分級した。カソード区域に、サンプルスラリー850mLと、1:1塩酸50mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で500rpmの速度で撹拌した。アノード区域には、水道水800mLと、47%硫酸80mLと、を添加した。電流量が1Aになるように定電流電源を調節し、カソード電極電位が−0.7V以下となってから60分間運転した。この間、15分おきに細粒画分電解槽内のスラリーを少量サンプリングし、遠心分離を行い、堆積物中の鉛濃度を原子吸光法により測定した。
2000mL容プレキシグラス製反応槽、陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)、ニッケル−銅合金(大同インコアロイ製モネル400)金網の耐腐食性カソード、酸化ルテニウム被覆チタン製のアノードとして、図3に示す細粒画分電解槽を作製する。
20 一次電解槽(前処理)
30 分級機
40 細粒画分電解槽
50 粗粒画分電解槽(混合手段)
60 固液分離器(後処理)
Claims (9)
- 固体状被汚染物を平均粒子径D50が15μm以下の細粒画分と、粗粒画分とに分級する細粒画分分級工程と、
当該細粒画分を、隔膜によってアノード区域とカソード区域とが区画されている電解槽のカソード区域に添加して、電解処理する細粒画分電解処理工程と、
電解処理後の細粒画分スラリーを当該粗粒画分と混合する混合工程と
を含み、固体状被汚染物から重金属類を溶出させる、固体状被汚染物の処理方法。 - さらに、前記混合工程で混合された細粒画分と粗粒画分との混合スラリーを電解処理する混合スラリー電解処理工程を含む、請求項1に記載の固体状被汚染物の処理方法。
- 前記混合スラリー電解処理工程は、隔膜によってアノード区域とカソード区域とが区画されている電解槽のカソード区域に前記混合スラリーを添加することによって行われる、請求項2に記載の固体状被汚染物の処理方法。
- 前記固体状被汚染物は、平均粒子径D50が250μm以下の粒子状物質を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の固体状被汚染物の処理方法。
- 前記固体状被汚染物は、分級洗浄により得た平均粒子径D50が250μm以下の粒子状物質である、請求項1〜4のいずれかに記載の固体状被汚染物の処理方法。
- 平均粒子径D50として15μmの分級性能を有する分級装置と、
当該分級装置によって分級された平均粒子径D50が15μm以下の細粒画分を導入して電解処理するための細粒画分電解槽であって、隔膜によってアノード区域とカソード区域とが区画されていて、カソード区域に分級された細粒画分を導入する細粒画分導入手段を有する細粒画分電解槽と、
当該細粒画分電解槽において電解処理された細粒画分スラリーと、当該分級装置によって分級された粗粒画分とを混合する混合手段と、
を具備し、固体状被汚染物から重金属類を溶出させる、固体状被汚染物の処理装置。 - 前記混合手段が、隔膜によってアノード区域とカソード区域とが区画されていて、カソード区域に前記細粒画分スラリーと前記粗粒画分とを導入して電解処理する粗粒画分電解槽である、請求項6に記載の固体状被汚染物の処理装置。
- 前記混合手段の下流に固液分離装置をさらに具備する、請求項6又は7に記載の固体状被汚染物の処理装置。
- 前記分級装置の上流にスラリー調製槽をさらに具備する、請求項6〜8のいずれかに記載の固体状被汚染物の処理装置。
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