【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形物中に含有される汚染物質の抽出方法、濃縮方法、無害化方法およびそれらの装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオキシン類、ポリ塩化ビフェニル類等に代表されるハロゲン化多環芳香族化合物は、その高い毒性および安定性等から、極めて低濃度で人の健康に障害を与える環境汚染物質であると考えられている。またこれらハロゲン化多環芳香族化合物は置換されるハロゲン原子の数が多いほど疎水性が強くなり、その結果土壌等との吸着が強くなる特性を有する。
【０００３】
従来、これらハロゲン化多環芳香族化合物を分解除去するには、汚染物質を含有する土壌、底質等の固形物（以下、土壌等と称する）を、
溶融炉等により溶融する溶融処理工程、（特許文献１参照）
ＵＶ照射処理するＵＶ処理工程、（特許文献２参照）
オゾンガスを通気処理するオゾン処理工程、（特許文献３参照）
微生物により処理する微生物処理工程、（特許文献４参照）
薬品処理する化学処理工程、（特許文献５参照）
等により、前記汚染物質そのものを直接分解無害化することが行われている。
【０００４】
しかし、特に汚染物質を低濃度（１ｐｐｍ以下）で含有する汚染土壌等をそのままこれらの処理工程に供すると、その処理は、汚染土壌に含まれる汚染物質以外の土壌等そのものの容積がほとんどを占めるため、処理対象が大容量になり、処理労力も甚大になるとともに、加熱に要するエネルギーや薬品も大量に使用することになり、処理効率が低く多大なコストのかかるものとなっていた。
【０００５】
そこで、このような土壌等の固形試料から汚染物質を抽出して処理されるべき試料を減容化することが提案されている。たとえば、有機溶媒を用いたり（特許文献６参照）、熱水を用いたり（特許文献７参照）、特殊な機能水を用いたりして（特許文献８参照）抽出効率を高めることが考えられているが、有機溶媒を用いると抽出に用いた有機溶媒の後処理に多大な労力が必要になったり、熱水や機能水を用いる場合には抽出液の製造に多大なエネルギーを要したり、特殊な設備が必要になる。また、これらの処理を行う場合に、処理対象の土壌等が大量の水分を含有するものである場合には特に適用困難であるという実情がある。
また、汚染土壌にアルカリ剤、酸化剤などを作用させ、汚染物質を土壌から分離した状態、或いは土壌から分離しやすい状態とする方法（特許文献９参照）が提案されているが、これは石油系の高濃度汚染を対象としており、汚染物質含有量が１％以上の汚染土壌を想定した抽出方法である。この方法では、極めて低濃度で環境汚染問題を引き起こすハロゲン化多環芳香族化合物を対象とした場合、汚染物質含有量が低濃度であるがゆえ、固体／液体間の吸着平衡定数が大きく、汚染物質はより固体側に強く吸着されており、このような汚染物質を水系溶液中へ抽出することはできない。
このように、低濃度（１ｐｐｍ以下）で環境汚染問題を引き起こすような汚染物質を容易に水系へ抽出処理する技術が求められている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０８−３０９３３０号公報
【特許文献２】
特開平０５−１５４２１７号公報
【特許文献３】
特開２０００−３２５９３５号公報
【特許文献４】
特開平０８−２９４３８７号公報
【特許文献５】
特開平１０−０３４１２４号公報
【特許文献６】
特開２００１−３３４２５１号公報
【特許文献７】
特開２０００−２４６２３１号公報
【特許文献８】
特開平１１−１９７４９５号公報
【特許文献９】
特開平１０−２１１４８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記欠点に鑑み、処理される土壌等に低濃度で含有される汚染物質を水系溶液中に取り出し、固形物を含む試料では適用できない無害化処理技術を効率的に作用させるとともに、処理されるべき試料を容易に減容化することによってトータルの無害化処理効率を向上させられる技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究の結果、土壌等に含まれるハロゲン化多環芳香族などの低濃度汚染物質は、その大部分が固相に吸着した状態で含有されており、固相としては、礫、砂、シルト、クレイなどの無機物よりは、土中に含まれる有機物の表面に吸着されている場合が多いことを見いだした。この有機物についてさらに詳細に検討したところ、通常土壌等に存在する腐植物質が大半を占めていることがわかった。そのため、本発明者らはこの汚染物質が吸着した有機物（腐植物質）をある程度分解、または破壊することにより低分子化してやれば、水系溶液中へ汚染物質を吸着した形態で分散、可溶化させることができるという点に想到し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
従って、この目的を達成するための本発明の汚染物質の抽出方法の特徴構成は、
固形物を水系溶液と懸濁させた懸濁液において、固形物中に低濃度で含有される汚染物質を、固形物中の有機物に吸着された形態で水系溶液中に移行させた後、固形物を固液分離することにより水系溶液中に汚染物質を抽出することにある。
ここで、前記懸濁液を微生物処理することにより、前記固形物中の有機物を生物的に分解し、汚染物質を有機物の分解物に吸着された形態で水系溶液中に移行させることが好ましい。
【００１０】
つまり、土壌等に含まれる有機物を微生物処理により分解したり、超音波処理により破壊したりして細分化した後、その土壌等から水溶性成分を水系溶液で抽出する。
上述のように主に腐植物質を分解可能な微生物を前記汚染物質を含む土壌等に作用させる微生物処理により、腐植物質は分解される。この際、腐植物質が分解されると、比較的低分子量のフミン酸およびフルボ酸になるが、これらの物質（以下腐植酸と称する）は、もとの腐植物質と比べて低分子化さており、さらに比較的多くのカルボキシル基やフェノール水酸基等の親水基を有するため、比較的水溶性が高く、汚染物質はその腐植酸の疎水部分に付着した状態のまま水系へ移動することになり、結果的に前記汚染物質を有機物に吸着された形態で水系溶液中に分散、可溶化することになるのである（図３参照）。
【００１１】
腐植物質を分解させる微生物として、嫌気微生物と好気微生物の両者を交互に作用させ、分解に働く微生物と、それにともなう分解機構を多様化させることにより、土壌等中の腐植物質をより効率的に低分子化することができる。つまり、脱酸素反応等の嫌気微生物による還元反応と、２酸素添加反応、加水分解反応等の好気微生物による酸化反応を組み合わせることにより、元来嫌気微生物単独または好気微生物単独では分解できない腐植物質の難分解部位を分解することができるようになる。
【００１２】
また、前記分解微生物として、嫌気分解微生物および好気分解微生物を交互に少なくとも１回以上繰り返し作用させることにより、さらに土壌等中の腐植物質をより効率的に低分子化することができる。
【００１３】
また、前記懸濁液を超音波処理することにより前記固形物の団粒構造を破壊し、汚染物質を破壊された有機物に吸着された形態で水系溶液中に移行させることもできる。
つまり、前記汚染物質を含む土壌等を超音波処理することにより、土壌等の有機物と無機物が形成するマトリックス（以下団粒構造と称する）を物理的に破壊することが可能であり、この方法によると微生物処理による腐植物質の細分化をさらに促進させることができる。
【００１４】
また、前記懸濁液をＰＨ１０以上のアルカリ性に調整することが好ましく、
前記懸濁液をＰＨ１０以上のアルカリ性に調整し、かつ錯イオン形成化合物を添加することが好ましく、
前記懸濁液中に界面活性剤を含有させることが好ましい。
つまり、アルカリ剤や錯イオン形成剤等を作用させることにより、土壌等の団粒構造中で架橋の役割を果たしている金属イオンを除くことができ、この方法によっても腐植物質を低分子化させ同様の効果を得ることができる。アルカリ剤や錯イオン形成剤の添加と微生物処理、超音波処理等との併用は、さらに低分子化の効果を促進させることができる。
【００１５】
尚、前記腐植酸は、比較的水溶性が高いとはいえ、分子量が大きい場合には溶解度が低下し、細分化しても十分な溶解が得られない場合がある。このような場合、前記水系溶液中にあらかじめ界面活性剤を添加することによって、腐植酸をより容易に水溶化することができるようになるので好ましい。また、有機物を分解して界面活性作用をもつ物質を生産可能な微生物を作用させることによっても同様の効果が期待できる。
【００１６】
このため、前記腐植物質を腐植酸とし、水溶性成分を抽出すれば、前記土壌等中に含まれる汚染物質が水系溶液中に移行して除去されるため、固形物は効率よく浄化されることになる。また、このようにして抽出された腐植酸および汚染物質は、水系溶液中に分散、可溶化した状態になっているので、凝集と固液分離を組み合わせた通常の水処理工程によって、水系溶液中の腐植酸および汚染物質を濃縮し、回収および減容化することができる。減容化することにより、溶融処理や化学的処理の効率を大幅に向上させ無害化することができる。また、固形物が夾雑すると処理効果が極端に低下すると予想されるＵＶ照射や微生物処理なども、汚染物質を水系に抽出することにより、前記汚染物質の分解無害化も容易に行いやすくなる。
【００１７】
尚、前記固形物が、汚染土壌またはおよび汚染底質であることが好ましく、
前記汚染物質がハロゲン化多環芳香族化合物よりなり、固形物中の汚染物質含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
また、前記懸濁液から水系溶液中へ汚染物質を抽出する際に、水系溶液中の有機炭素濃度を指標として行うことが好ましい。
つまり、水系抽出液中の汚染物質濃度は、有機物濃度と相関関係があるため、ＴＯＣ分析などにより水系抽出液中の有機炭素量を測定することにより、汚染物質の抽出度合いを推定することができる。このため水系抽出液中の有機炭素濃度を測定する有機炭素測定装置を設けることにより、水系抽出液中の汚染物質濃度を推定し、処理対象の汚染土壌を繰り返し抽出処理することができる。
【００１９】
尚、汚染物質を抽出した水系溶液を、紫外線照射処理またはオゾン処理または微生物分解処理、またはそれらの組み合わせによる処理を行うことにより、汚染物質を効率よく無害化することができる。
また、汚染物質を抽出した水系溶液を、無機凝集剤またはおよび高分子凝集剤と反応させることにより、汚染物質が吸着した有機物とともに汚染物質を凝集させた後、固液分離することにより、汚染物質を凝集汚泥として効率よく分離することができる。
【００２０】
さらに、このような汚染物質の抽出方法を行う装置を構成するには、
固形物を水系溶液と懸濁させた懸濁液において、固形物中に低濃度で含有される汚染物質を、固形物中の有機物に吸着された形態で水系溶液中に移行させるための抽出反応槽と、固形物を分離するための固液分離部よりなる汚染物質の抽出装置を構成することができ、
上述の構成に加えて、前記懸濁液を微生物処理することにより、前記固形物中の有機物を生物的に分解し、汚染物質を有機物の分解物に吸着された形態で水系溶液中に移行させる抽出反応槽を設けてある汚染物質の抽出装置を構成でき、
前記抽出反応槽が、嫌気条件および好気条件を交互に少なくとも１回以上繰り返すものとすることができる。
【００２１】
さらに、上述の構成に加えて、前記懸濁液を超音波処理することにより前記固形物の団粒構造を破壊し、汚染物質を破壊された有機物に吸着された形態で水系溶液中に移行させる抽出反応槽を設けることもでき、
前記抽出反応槽内をＰＨ１０以上のアルカリ性に調整するための調整部を設けてあってもよく、
前記抽出反応槽内をＰＨ１０以上のアルカリ性に調整するための調整部と、前記抽出反応槽内に錯イオン形成化合物を添加するための添加部を設けてあってもよく、
前記抽出反応槽内に界面活性剤を添加するための添加部を設けてあってもよい。
【００２２】
さらに、前記固形物が、汚染土壌または汚染底質であってもよく、
前記汚染物質が、ハロゲン化多環芳香族化合物よりなり、固形物中の汚染物質含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
また、前記固液分離部において固液分離された固形物を前記抽出反応槽に返送する返送部を設けてあり、前記固液分離部において固形物を分離した水系溶液中の有機物濃度を指標として、前記返送部における返送量を調整する構成としてあっても良い。
【００２４】
また、前記固液分離部において固形物を分離した水系溶液中の汚染物質を無害化するための無害化反応槽を設けてあり、無害化反応槽内で紫外線照射処理またはオゾン処理または微生物分解処理、またはそれらの組み合わせによる処理を行うことにより汚染物質を無害化する構成としてあっても良い。
また、前記固液分離部において固形物を分離した水系溶液中の汚染物質を、汚染物質が吸着した有機物とともに凝集させる凝集反応槽と、凝集反応槽に無機凝集剤および高分子凝集剤を添加する薬剤添加部と、凝集汚泥を分離するための凝集分離部を有する構成としてあってもよい。
【００２５】
このような装置を用いた場合、浄化対象の土壌等を抽出反応槽内に投入し、水系溶液に懸濁させた状態にすることにより、前記微生物処理またはおよび超音波処理による腐植物質の分解処理を行うことができる。この分解処理を行った水系溶液には、腐植物質が水系へ分散、可溶化されることによって汚染物質が除去された土壌粒子と、汚染物質の付着した腐植酸が溶解されている水系溶液とが混合されている状態になる。そのため、分解処理後、前記反応槽中の反応液を固液分離すると、前記水系溶液に汚染物質を溶解させた汚染物質溶液が得られるとともに、前記汚染物質の除去された土壌粒子が得られる。そのため、前記土壌は容易に浄化されるとともに、前記汚染物質溶液は水系溶液であるから、減容化、無害化等の後処理にも容易に適用される。
【００２６】
尚、上述の装置において、固液分離された固形成分を前記反応槽に返送する返送部を設けてあれば、土壌中から汚染物質を一度の処理で可溶化することが困難な場合であっても、前記固形成分として土壌を前記反応槽中に返送して再度処理することができることから、より一層土壌の浄化度を高めることができるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第一の実施の形態）
本発明の汚染物質の抽出装置は、図１に示すように、土壌１中の腐植物質を分解するための抽出反応槽３を設け、前記土壌１と水系溶液２を混合させた懸濁液を抽出反応槽３内で反応させるとともに、前記抽出反応槽３内の反応液を固液分離して汚染物質を含む水系溶液４を得る固液分離部５を設けてある。
【００２８】
前記土壌１としては、汚染物質を含有してなる土壌、底質土、汚泥等である。この時、抽出反応槽３内の反応液の含水率が９０〜９５％となるように、土壌１と水系溶液２の混合比を調整するが、この含水率は土壌１の組成により適宣設定されるべきものであり、これに限定されるものではない。
【００２９】
前記水系溶液２としては、通常の水に腐植物質を分解可能な微生物群、およびその微生物群の栄養源となる基質を溶解してある混合溶液を用いることができる。また必要に応じて、アルカリ剤、錯イオン形成化合物、界面活性剤などを溶解して用いることができる。
前記微生物群には、主にリグニンやリグニン由来化合物に対する分解能を示すものが好適に用いられる。例えば、ファネロキエート（Phanerochaete）属等の担子菌（白色不朽菌）類、ペニシリウム（Penicillium）属、フザリウム（Fusarium）属等の糸状菌類、シュードモナス（Pseudomonas）属、スフィンゴモナス（sphingomonas）属、バチルス（Bacillus）属、ロドコッカス（Rhodococcus）属、アシネトバクター（Acinetobactor）属等の細菌類等が好適に用いられるが、これに限定されるわけではなく、腐植物質を分解可能な微生物であれば用いることができる。
【００３０】
抽出反応槽３内で腐植物質を分解・低分子化した分解物を水系溶液中により効率的に溶解させるため、界面活性剤をあらかじめ水系溶液２中へ含有させておいてもよい。また、界面活性作用をもつ物質を生産する微生物として、アシネトバクター（Acinetobactor）属、シュードモナス（Pseudomonas）属等の細菌を前記水系溶液に含有させておくこともできる。
また、前記水系溶液２には、ピロリン酸、クエン酸、ＥＤＴＡ、テルペン、カテキン等の錯イオン形成化合物や、シクロデキストリン等の吸着剤を含有させておき、水中に分散した汚染物質を含む有機物をより効率的に水系溶液中へ分散させられるようにすることができる。
【００３１】
前記抽出反応槽３は、前記土壌１および水系溶液２を撹拌混合しつつ微生物処理する混合装置３１と微生物に酸素を供給するための散気装置３６を内装してある容器３２を設けるとともに、その容器３２に土壌１を投入する投入部３３、水系溶液２を投入する注水部３４、微生物処理された混合物を前記固液分離部５に移送する移送部３５を設けて構成してある。混合装置３１と散気装置３６は、抽出反応槽３内の反応液の性状に応じて、散気装置３６単独で混合装置の機能まで補うこともできる。また、抽出反応槽３内に超音波発生装置３７を設けることにより、土壌１の団粒構造を破壊させる手段も有効に用いられる。
【００３２】
さらに散気装置３１を間欠的に運転することにより、前記抽出反応槽内を嫌気条件、好気条件に適宣制御することにより、土壌１中の腐植物質の分解を加速化させることができる。
【００３３】
前記固液分離部５は、前記反応槽から搬送される混合物を固液分離するための分離装置５１を設けるとともに返送部６を設けて、固液分離された固形成分７を返送ライン８にて前記抽出反応槽３に返送可能にし、かつ、汚染物質を含有する水系抽出液４を後続の水処理設備等に搬送可能に構成してある。固液分離装置５１は、混合物の性状により遠心分離機、ドラムスクリーン、重力沈殿池などが適宣用いられるが、これに限定されるものではなく、従来の水処理分野における固液分離技術を用いることができる。
【００３４】
前記移送部３５で抽出反応槽３から固液分離部５に前記混合物を移送するには、スネークポンプ、ロータリーポンプ等のスラリー状の混合物を搬送容易なポンプ３５ａを、前記返送部６で固形成分を返送するには、ベルトコンベアー、フライトコンベアー、スクリューコンベアー等の固形状の混合物を搬送可能なコンベアー６ａを用いることが好ましい。
【００３５】
これにより、前記抽出反応槽３では、土壌１中の腐植物質を分解可能な微生物により土壌中の腐植物質を低分子有機物に分解するとともに、土壌１中の汚染物質を分解により親水性の増した低分子有機物に吸着した状態で、水溶性成分として水系溶液中に分散、可溶化させることにより抽出し、前記固液分離部５において汚染物質を含有する水系抽出液を得ることができるとともに、浄化された土壌を回収することができる。
【００３６】
水系抽出液中の汚染物質濃度は、有機物濃度と相関関係があるため、ＴＯＣ分析などにより水系抽出液中の有機炭素量を測定することにより、汚染物質の抽出度合いを推定することができる。このため水系抽出液４中の有機炭素濃度を測定する有機炭素測定装置９を設けることにより、水系抽出液中の汚染物質濃度を推定し、返送ライン８の返送量を返送部６で制御することにより、抽出反応槽３における汚染物質の抽出をより効率的に行うことができる。
【００３７】
水系溶液中へ抽出された汚染物質は、紫外線照射処理するＵＶ処理工程に供したり、オゾンガスを通気処理するオゾン処理工程に供したり、微生物により処理する微生物処理工程に供したり、薬品処理する化学処理工程に供することにより、汚染物質を分解無害化させることができる。一般にこれらの処理工程は固形物分を含んだ懸濁液の状態では処理効率が低く、水系溶液中に汚染物質を抽出することにより、初めて効率的に汚染物質を分解、無害化することができる。
【００３８】
また、あらかじめ、ボールミル等により土壌を粉砕微粉化するなどの処理を行い、前記抽出処理を容易にすることもできる。
【００３９】
（第ニの実施の形態）
本発明の汚染物質の濃縮装置は、図２に示すように、第一の実施の形態で示した抽出装置により水系溶液４中へ抽出された汚染物質を、凝集反応槽１１へ導き、無機凝集剤タンク１２にてあらかじめ調整してある塩化第二鉄、硫酸アルミニウム等の無機凝集剤を添加し、凝集反応槽１１内に設けた攪拌装置１０で攪拌、混合することにより、水系溶液中に含まれる有機物質を凝集させる。凝集反応液は凝集分離装置１３に導かれ、処理水吸引ポンプ１５により膜モジュール１４を介して濾過される。一方、凝集汚泥は凝集分離装置内で濃縮された後、凝集汚泥引き抜きポンプにより引き抜かれる。ここで用いられる固液分離技術は、重力沈殿法、膜濾過法、遠心分離法等の従来の水処理分野における固液分離技術を適用することができる。
【００４０】
この結果、汚染物質を有機物とともに凝集させ固形分として分離、回収し、減容化することができる。重力沈殿法による固液分離の場合は、無機凝集剤とともに高分子凝集剤を添加、混合することにより、固液分離効率を上げることができる。
【００４１】
減容化された凝集汚泥は、遠心脱水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス型脱水機など従来の水処理分野における脱水技術により、さらに減容化した後、溶融炉等による溶融処理工程、焼却炉等による焼却工程、ジオメルト法等によるガラス固化工程に供することにより汚染物質を効率的に分解無害化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】汚染物質の可溶化装置の概略図
【図２】汚染物質濃縮装置の要部概略図
【図３】汚染物質可溶化の模式図
【符号の説明】
１ 土壌
３ 反応槽
４ 汚染物質溶液
５ 固液分離部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for extracting, concentrating, detoxifying a contaminant contained in a solid material, and a device therefor.
[0002]
[Prior art]
Halogenated polycyclic aromatic compounds represented by dioxins, polychlorinated biphenyls, etc. are considered to be environmental pollutants that cause human health problems at extremely low concentrations due to their high toxicity and stability. I have. Further, these halogenated polycyclic aromatic compounds have a property that the hydrophobicity becomes stronger as the number of substituted halogen atoms increases, and as a result, the adsorption to soil or the like becomes stronger.
[0003]
Conventionally, in order to decompose and remove these halogenated polycyclic aromatic compounds, soil containing pollutants, solid matter such as sediment (hereinafter referred to as soil, etc.)
A melting step of melting by a melting furnace or the like (see Patent Document 1)
UV treatment step for UV irradiation treatment (see Patent Document 2)
Ozone treatment step of aeration treatment with ozone gas (see Patent Document 3)
A microorganism treatment step of treating with a microorganism (see Patent Document 4)
Chemical treatment step for chemical treatment (see Patent Document 5)
Thus, the pollutants themselves are directly decomposed and made harmless.
[0004]
However, if contaminated soil or the like containing a low concentration of contaminants (1 ppm or less) is subjected to these treatment steps as it is, the volume of the soil, etc. other than the contaminants contained in the contaminated soil occupies most of the treatment. For this reason, the processing target becomes large in capacity, the processing labor becomes enormous, and the energy and chemicals required for heating are used in large quantities, resulting in low processing efficiency and high cost.
[0005]
Therefore, it has been proposed to extract contaminants from a solid sample such as soil to reduce the volume of a sample to be treated. For example, the extraction efficiency may be improved by using an organic solvent (see Patent Document 6), using hot water (see Patent Document 7), or using special functional water (see Patent Document 8). However, if an organic solvent is used, a great deal of labor is required for the post-treatment of the organic solvent used for the extraction, or if hot water or functional water is used, a large amount of energy is required for the production of the extract, Special equipment is required. In addition, when performing these treatments, there is a fact that it is difficult to apply particularly when the soil or the like to be treated contains a large amount of water.
In addition, a method has been proposed in which an alkali agent, an oxidizing agent, or the like is applied to contaminated soil to make the contaminants separated from the soil or easily separated from the soil (see Patent Document 9). This extraction method is intended for high-concentration contamination of the system and assumes contaminated soil with a pollutant content of 1% or more. In this method, when the target is a halogenated polycyclic aromatic compound which causes an environmental pollution problem at an extremely low concentration, the adsorption equilibrium constant between solid / liquid is large due to the low concentration of the contaminant. The substance is more strongly adsorbed on the solid side and such contaminants cannot be extracted into aqueous solutions.
Thus, there is a need for a technique for easily extracting contaminants that cause environmental pollution problems at a low concentration (1 ppm or less) into an aqueous system.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 08-309330 A [Patent Document 2]
JP 05-154217 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-325935 [Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-294487 [Patent Document 5]
JP-A-10-034124 [Patent Document 6]
JP 2001-334251 A [Patent Document 7]
JP 2000-246231 A [Patent Document 8]
JP-A-11-197495 [Patent Document 9]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-211486
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a detoxification treatment technique that removes a contaminant contained in a low concentration in a soil or the like to be treated into an aqueous solution in view of the above-described drawbacks and cannot be applied to a sample containing solid matter. It is an object of the present invention to provide a technique capable of improving the total detoxification efficiency by reducing the volume of a sample to be processed while easily acting.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies and found that low-concentration contaminants such as halogenated polycyclic aromatics contained in soil and the like are mostly contained in a state of being adsorbed on a solid phase. They found that they were more often adsorbed on the surface of organic matter contained in soil than inorganic matter such as gravel, sand, silt, and clay. A more detailed examination of this organic matter revealed that most of the humic substances normally present in soil and the like were present. Therefore, if the present inventors decompose or decompose the organic matter (humic substances) to which this contaminant is adsorbed to some extent to reduce the molecular weight, the contaminant can be dispersed and solubilized in an aqueous solution in the form of adsorbed contaminant. The present invention has been completed, and the present invention has been completed.
[0009]
Therefore, the feature configuration of the method for extracting contaminants of the present invention to achieve this object is as follows:
In a suspension in which a solid is suspended in an aqueous solution, a contaminant contained at a low concentration in the solid is transferred to the aqueous solution in a form in which the contaminant is adsorbed by organic matter in the solid, An object of the present invention is to extract contaminants into an aqueous solution by subjecting a substance to solid-liquid separation.
Here, it is preferable that the suspension is treated with microorganisms to biologically decompose the organic matter in the solid matter, and to transfer the pollutant into the aqueous solution in a form in which the contaminant is adsorbed by the decomposed matter of the organic matter.
[0010]
That is, the organic matter contained in the soil or the like is decomposed by microbial treatment or destroyed by ultrasonic treatment, and then the water-soluble component is extracted from the soil or the like with an aqueous solution.
As described above, humic substances are decomposed mainly by microbial treatment in which microorganisms capable of decomposing humic substances act on soil or the like containing the contaminants. At this time, when humic substances are decomposed, humic acid and fulvic acid having relatively low molecular weight are obtained. These substances (hereinafter referred to as humic acids) are reduced in molecular weight compared to the original humic substances. Since it has relatively many carboxyl groups and hydrophilic groups such as phenolic hydroxyl groups, it has relatively high water solubility, and contaminants move to the aqueous system while being attached to the hydrophobic part of the humic acid. Specifically, the contaminants are dispersed and solubilized in an aqueous solution in a form in which the contaminants are adsorbed by organic substances (see FIG. 3).
[0011]
As microorganisms that decompose humic substances, both anaerobic microorganisms and aerobic microorganisms act alternately, and by diversifying the microorganisms that work for decomposition and the accompanying decomposition mechanism, humic substances in soil and the like can be more efficiently used. Can be reduced in molecular weight. In other words, by combining a reduction reaction by an anaerobic microorganism such as a deoxygenation reaction and an oxidation reaction by an aerobic microorganism such as a dioxygenation reaction and a hydrolysis reaction, humic substances that cannot be decomposed by anaerobic microorganisms alone or aerobic microorganisms alone can be originally used. Can be decomposed.
[0012]
Further, as the degrading microorganism, an anaerobic degrading microorganism and an aerobic degrading microorganism are alternately and repeatedly acted on at least one or more times, whereby the humic substances in soil and the like can be more efficiently reduced in molecular weight.
[0013]
In addition, the suspension may be subjected to ultrasonic treatment to destroy the aggregate structure of the solid, and transfer the contaminant to the aqueous solution in a form in which the contaminant is absorbed by the destroyed organic substance.
That is, by subjecting soil or the like containing the contaminant to ultrasonic treatment, it is possible to physically destroy a matrix (hereinafter, referred to as an aggregate structure) formed by organic and inorganic substances such as soil. And humic substances by microbial treatment can be further promoted.
[0014]
Preferably, the suspension is adjusted to an alkaline pH of 10 or more,
Preferably, the suspension is adjusted to an alkaline pH of 10 or more, and a complex ion-forming compound is added,
It is preferable to add a surfactant to the suspension.
In other words, by acting an alkali agent, a complex ion forming agent, and the like, it is possible to remove metal ions that play a role of cross-linking in the aggregate structure of soil or the like. The effect of can be obtained. The combined use of an alkali agent or a complex ion-forming agent with microbial treatment, ultrasonic treatment, or the like can further promote the effect of reducing the molecular weight.
[0015]
Although the humic acid has relatively high water solubility, when the humic acid has a large molecular weight, its solubility is reduced, and sufficient dissolution may not be obtained even if it is subdivided. In such a case, it is preferable to add a surfactant to the aqueous solution in advance, since the humic acid can be more easily solubilized in water. Similar effects can also be expected by causing microorganisms capable of producing a substance having a surfactant activity by decomposing organic substances.
[0016]
Therefore, if the humic substances are converted to humic acids and water-soluble components are extracted, contaminants contained in the soil and the like are transferred to and removed from the aqueous solution, so that solids can be efficiently purified. become. Further, the humic acid and contaminants thus extracted are dispersed and solubilized in the aqueous solution. Humic acids and contaminants can be concentrated, recovered and reduced in volume. By reducing the volume, the efficiency of the melting treatment and the chemical treatment can be greatly improved and the harmlessness can be achieved. In addition, in the case of UV irradiation or microbial treatment, which is expected to significantly reduce the treatment effect when solid matter is contaminated, it is easy to decompose and detoxify the contaminant by extracting the contaminant into an aqueous system.
[0017]
Preferably, the solid is contaminated soil or contaminated sediment,
It is preferable that the contaminant comprises a halogenated polycyclic aromatic compound, and the contaminant content in the solid is 1 ppm or less.
[0018]
In addition, when extracting the contaminants from the suspension into the aqueous solution, it is preferable to perform the extraction using the organic carbon concentration in the aqueous solution as an index.
That is, since the concentration of the contaminant in the aqueous extract has a correlation with the concentration of the organic matter, the degree of extraction of the contaminant can be estimated by measuring the amount of organic carbon in the aqueous extract by TOC analysis or the like. . Therefore, by providing an organic carbon measuring device for measuring the concentration of organic carbon in the aqueous extract, it is possible to estimate the concentration of contaminants in the aqueous extract, and to repeatedly extract contaminated soil to be treated.
[0019]
The contaminants can be efficiently detoxified by subjecting the aqueous solution from which the contaminants have been extracted to ultraviolet irradiation treatment, ozone treatment, microbial decomposition treatment, or a combination thereof.
In addition, by reacting the aqueous solution from which the contaminants have been extracted with an inorganic coagulant or a polymer coagulant, the contaminants are coagulated together with the organic matter on which the contaminants are adsorbed, and then separated by solid-liquid separation. Can be efficiently separated as coagulated sludge.
[0020]
Furthermore, in order to configure an apparatus for performing such a pollutant extraction method,
Extraction reaction for transferring contaminants contained at low concentrations in solids in a suspension in which solids are suspended in an aqueous solution, in a form adsorbed by organic substances in the solids, into the aqueous solution. A contaminant extraction device comprising a tank and a solid-liquid separation unit for separating solids can be configured,
In addition to the above-described configuration, the suspension is treated with microorganisms to biologically decompose the organic matter in the solid matter, and transfer the contaminant to the aqueous solution in a form in which the contaminant is absorbed by the organic matter decomposed matter. It is possible to configure a contaminant extraction device provided with an extraction reaction tank,
The extraction reaction tank may alternately repeat the anaerobic condition and the aerobic condition at least once or more.
[0021]
Further, in addition to the above-described configuration, the suspension is subjected to ultrasonic treatment to destroy the aggregate structure of the solid, and the contaminant is transferred to the aqueous solution in a form in which the contaminant is absorbed by the destroyed organic matter. An extraction reaction tank can be provided,
An adjusting unit for adjusting the inside of the extraction reaction tank to an alkaline pH of 10 or more may be provided,
An adjusting unit for adjusting the inside of the extraction reaction tank to an alkaline pH of 10 or more, and an addition unit for adding a complex ion-forming compound in the extraction reaction tank may be provided.
An addition unit for adding a surfactant may be provided in the extraction reaction tank.
[0022]
Further, the solid may be contaminated soil or contaminated sediment,
It is preferable that the contaminant is composed of a halogenated polycyclic aromatic compound, and the contaminant content in the solid is 1 ppm or less.
[0023]
Further, there is provided a return section for returning the solids that have been solid-liquid separated in the solid-liquid separation section to the extraction reaction tank, and the organic matter concentration in the aqueous solution from which the solids are separated in the solid-liquid separation section is used as an index. The configuration may be such that the return amount in the return section is adjusted.
[0024]
Further, a detoxification reaction tank for detoxifying contaminants in the aqueous solution from which solids are separated in the solid-liquid separation section is provided, and ultraviolet irradiation treatment, ozone treatment, or microbial decomposition treatment is performed in the detoxification reaction tank. Alternatively, a configuration may be adopted in which contaminants are rendered harmless by performing a process using a combination thereof.
Further, an agglutination reaction tank for aggregating the contaminants in the aqueous solution from which the solids are separated in the solid-liquid separation section together with the organic matter to which the contaminants are adsorbed, and adding an inorganic coagulant and a polymer coagulant to the agglutination reaction tank It may be configured to have a chemical addition section and a coagulation separation section for separating coagulated sludge.
[0025]
When such an apparatus is used, the soil or the like to be purified is put into an extraction reaction tank and suspended in an aqueous solution, whereby the humic substances are decomposed by the microorganism treatment or ultrasonic treatment. It can be performed. The decomposed aqueous solution contains soil particles from which contaminants have been removed by dispersing and solubilizing humic substances in an aqueous system, and an aqueous solution in which humic acids with contaminants are dissolved. Become mixed. Therefore, after the decomposition treatment, when the reaction solution in the reaction tank is solid-liquid separated, a contaminant solution in which the contaminant is dissolved in the aqueous solution is obtained, and soil particles from which the contaminant is removed are obtained. Therefore, the soil is easily purified, and the contaminant solution is an aqueous solution, so that it is easily applied to post-treatments such as volume reduction and detoxification.
[0026]
Incidentally, in the above-described apparatus, if a return section for returning the solid component separated into solid and liquid to the reaction tank is provided, it may be difficult to solubilize contaminants from soil in a single treatment. Also, since the soil can be returned to the reaction tank as the solid component and treated again, the degree of purification of the soil can be further increased.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the pollutant extraction device of the present invention is provided with an extraction reaction tank 3 for decomposing humic substances in the soil 1, and a suspension obtained by mixing the soil 1 and the aqueous solution 2 with each other. A reaction is performed in the extraction reaction tank 3 and a solid-liquid separation section 5 is provided to obtain an aqueous solution 4 containing contaminants by solid-liquid separation of the reaction solution in the extraction reaction tank 3.
[0028]
The soil 1 is soil containing pollutants, sedimentary soil, sludge, and the like. At this time, the mixing ratio of the soil 1 and the aqueous solution 2 is adjusted so that the water content of the reaction solution in the extraction reaction tank 3 is 90 to 95%, and this water content is appropriately set according to the composition of the soil 1. And should not be limited to this.
[0029]
As the aqueous solution 2, a mixed solution in which microorganisms capable of decomposing humic substances in a normal water and a substrate serving as a nutrient source of the microorganisms can be used. If necessary, an alkali agent, a complex ion-forming compound, a surfactant and the like can be dissolved and used.
As the microorganism group, those exhibiting a resolution of mainly lignin and compounds derived from lignin are preferably used. For example, basidiomycetes (white immortal fungi) such as genus Phanerochaete, filamentous fungi such as genus Penicillium, Fusarium, genus Pseudomonas, genus sphingomonas, and Bacillus (Bacillus) Bacteria such as the genus, Rhodococcus genus, and Acinetobactor genus are preferably used, but are not limited thereto, and any microorganism that can degrade humic substances can be used.
[0030]
In order to more efficiently dissolve the decomposed product obtained by decomposing and reducing the humic substances in the extraction reaction tank 3 into the aqueous solution, a surfactant may be contained in the aqueous solution 2 in advance. Bacteria such as Acinetobactor and Pseudomonas may be contained in the aqueous solution as microorganisms that produce substances having a surfactant activity.
The aqueous solution 2 contains a complex ion-forming compound such as pyrophosphoric acid, citric acid, EDTA, terpene, or catechin, or an adsorbent such as cyclodextrin, and contains organic substances containing contaminants dispersed in water. It can be made to be more efficiently dispersed in an aqueous solution.
[0031]
The extraction reaction tank 3 is provided with a mixing device 31 for treating microorganisms while stirring and mixing the soil 1 and the aqueous solution 2 and a container 32 having a diffuser 36 for supplying oxygen to microorganisms. The container 32 is provided with a charging section 33 for charging the soil 1, a water injection section 34 for charging the aqueous solution 2, and a transfer section 35 for transferring the mixture treated with microorganisms to the solid-liquid separation section 5. The mixing device 31 and the air diffuser 36 can supplement the function of the mixing device by the air diffuser 36 alone depending on the properties of the reaction solution in the extraction reaction tank 3. Further, by providing the ultrasonic generator 37 in the extraction reaction tank 3, a means for breaking the aggregate structure of the soil 1 is also effectively used.
[0032]
Furthermore, by operating the air diffuser 31 intermittently, the decomposition reaction of humic substances in the soil 1 can be accelerated by appropriately controlling the inside of the extraction reaction tank under anaerobic conditions and aerobic conditions.
[0033]
The solid-liquid separation unit 5 is provided with a separation device 51 for solid-liquid separation of the mixture conveyed from the reaction tank and a return unit 6, and a solid component 7 subjected to solid-liquid separation is returned through a return line 8. It is configured such that it can be returned to the extraction reaction tank 3 and that the aqueous extract 4 containing pollutants can be transported to a subsequent water treatment facility or the like. As the solid-liquid separator 51, a centrifuge, a drum screen, a gravity sedimentation basin, or the like is appropriately used depending on the properties of the mixture. However, the solid-liquid separator 51 is not limited thereto, and uses a conventional solid-liquid separation technology in the field of water treatment. be able to.
[0034]
In order to transfer the mixture from the extraction reaction tank 3 to the solid-liquid separation unit 5 in the transfer unit 35, a pump 35a such as a snake pump or a rotary pump, which can easily transport a slurry-like mixture, is used. In order to return the solid mixture, it is preferable to use a conveyor 6a capable of transporting a solid mixture such as a belt conveyor, a flight conveyor, and a screw conveyor.
[0035]
Thus, in the extraction reaction tank 3, the humic substances in the soil 1 are decomposed into low-molecular-weight organic substances by microorganisms capable of decomposing the humic substances in the soil 1, and the contaminants in the soil 1 are increased in hydrophilicity by decomposition. In the state of being adsorbed by the low-molecular-weight organic substance, it is extracted as a water-soluble component by dispersing and solubilizing the same in an aqueous solution, whereby an aqueous extract containing contaminants can be obtained in the solid-liquid separation section 5 and purified. The collected soil can be recovered.
[0036]
Since the concentration of contaminants in the aqueous extract has a correlation with the concentration of organic substances, the degree of extraction of the contaminants can be estimated by measuring the amount of organic carbon in the aqueous extract by TOC analysis or the like. Therefore, by providing an organic carbon measuring device 9 for measuring the concentration of organic carbon in the aqueous extract 4, the concentration of contaminants in the aqueous extract is estimated, and the return amount of the return line 8 is controlled by the return unit 6. Thereby, the extraction of contaminants in the extraction reaction tank 3 can be performed more efficiently.
[0037]
The contaminants extracted into the aqueous solution are subjected to a UV treatment process for ultraviolet irradiation treatment, an ozone treatment process for aeration treatment of ozone gas, a microorganism treatment process for treatment with microorganisms, and a chemical treatment for chemical treatment. By performing the process, the pollutant can be decomposed and made harmless. In general, these treatment steps have low treatment efficiency in the state of a suspension containing solid matter, and can only efficiently decompose and detoxify contaminants for the first time by extracting them in an aqueous solution. .
[0038]
Further, a process such as pulverizing and pulverizing the soil with a ball mill or the like may be performed in advance to facilitate the extraction process.
[0039]
(Second embodiment)
As shown in FIG. 2, the contaminant concentrating device of the present invention guides the contaminant extracted into the aqueous solution 4 by the extraction device shown in the first embodiment to the coagulation reaction tank 11 and performs inorganic coagulation. An inorganic coagulant such as ferric chloride, aluminum sulfate, etc., which has been adjusted in advance in the agent tank 12, is added to the aqueous solution by stirring and mixing with a stirrer 10 provided in the coagulation reaction tank 11. Organic substances to be aggregated. The agglutination reaction liquid is guided to the aggregator / separator 13 and filtered through the membrane module 14 by the treated water suction pump 15. On the other hand, the coagulated sludge is concentrated in the coagulation / separation device, and then extracted by the coagulation sludge extraction pump. As the solid-liquid separation technology used here, a solid-liquid separation technology in a conventional water treatment field such as a gravity sedimentation method, a membrane filtration method, and a centrifugal separation method can be applied.
[0040]
As a result, the contaminants can be coagulated together with the organic matter, separated as a solid, collected, and reduced in volume. In the case of solid-liquid separation by gravity sedimentation, the solid-liquid separation efficiency can be increased by adding and mixing a polymer coagulant together with an inorganic coagulant.
[0041]
The reduced volume of the flocculated sludge is further reduced by the dewatering technology in the conventional water treatment field such as a centrifugal dewatering machine, belt press dewatering machine, and filter press dewatering machine. The contaminants can be efficiently decomposed and made harmless by subjecting them to an incineration process using an incinerator or the like and a vitrification process using the geomelt method or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a contaminant solubilizing device. FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a contaminant concentrating device. FIG. 3 is a schematic diagram of contaminant solubilization.
1 Soil 3 Reaction tank 4 Pollutant solution 5 Solid-liquid separation unit