JP2005021888A - 汚染固形物の浄化方法と浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
高度の処理効果・操業の容易性・高速処理・低コスト・汎用性などを満足させることのできる汚染固形物の浄化方法と浄化装置を提供する。
【解決手段】
汚染物質で汚染された固形物を浄化するための手段として円筒形の処理容器２１内で回転軸２９の周りに取り付けられた複数本の長い破砕部材３１を有するものを用いる。各破砕部材３１が回転している処理容器２１内に汚染固形物を投入する。汚染固形物を各破砕部材３１で打撃したり処理容器２１の内壁面に衝突させたり固形物相互を衝突させたりして固形物破砕を行う。固形物破砕と同期して処理容器２１内の気体と汚染物質とを各破砕部材３１により強制接触させて汚染物質を気化するとともに該気化汚染物質を破砕固形物から分離除去する。
【選択図】 図２

Description

本発明は汚染された固形物（汚染固形物）の汚染レベルを低減したりゼロにしたりするための浄化方法と浄化装置に関する。さらにいえば、土木・建築・農林・水産・廃棄物処理などの各分野で処理対象物の浄化手段に用いることのできる浄化方法と浄化装置に関する。

土壌汚染や地盤汚染など地質汚染については汚染物質・汚染場所・汚染形態が一様でなく、対処技術もそれぞれの汚染種に応じて多種多様のものが開発されている。汚染物質の代表例は重金属等や揮発性有機化合物である。このほか、油類・農薬・ダイオキシン・放射能なども深刻な地質汚染を惹き起こす汚染物質といえる。

土壌浄化や地盤浄化のために提供されている既成の方法は、下記の非特許文献１〜２を参照して以下に述べる物理化学的処理方式・熱処理方式・生物処理方式に大別できる。
〔物理化学的処理方式〕
［１］土壌ガス吸引法
汚染土壌中に吸引井戸を掘って、真空ポンプなどで不飽和帯の土壌ガスを吸引し、気化した汚染ガスを活性炭吸着やバイオ分解などを利用して処理する。
［２］二重吸引法
汚染が土壌だけでなく地下水にまで及んでいる場合、吸引井戸の内部に水中ポンプを設置し土壌ガスの吸引と帯水層の地下水の揚水処理を同時に行う。
［３］土壌洗浄法
掘削除去した汚染土壌を機械的に洗浄し対象物質を除去する。また、土壌を粒度で分級して汚染物質が吸着・凝縮している画分を分離し、汚染物質を洗浄液中に溶解させる。
［４］電気的分離法
地盤に電極を設置し、地盤の間を水で満たした状態で直流電圧を加える。この際に生じる電気分解・電気泳動・電気浸透のうちの電気泳動現象を利用し、地盤中の汚染物質イオン（重金属イオン）を電極側へ移動させて除去する。重金属イオンを含んだ土中水を揚水し、汚染物質を吸着回収する。
［５］不溶化固化法
封じ込めの前処理として汚染土壌にセメントや各種薬剤を添加・混合し、汚染対象物質を物理化学的に固形化または難溶性の物質に変化させ安定化させる。
［６］酸化還元法
酸化反応や還元反応を利用し、有機塩素化合物や一部の重金属を分解して無害化したり有害性を低下させたりする。
〔熱処理方式〕
［１］低温加熱法
掘削した汚染土壌を汚染物質の沸点以上に加熱して、汚染物質を熱脱着（揮発分離）する。熱脱着後の汚染物質は活性炭で吸着する。
［２］高温加熱法
低温加熱法よりも高温域で汚染物質を熱脱着する。
［３］焼却法
土壌を高温加熱法よりも高温で加熱し、有機化合物を熱分解したり低沸点重金属を揮発除去する。
［４］ガラス固化法
不溶化固化法の一種で、ダイオキシンのような汚染物質をガラス体に封じ込める。
［５］溶融法
ガラス固化法に似た方法である。汚染土壌を溶融するまで加熱してガラス状の固化体をつくり、揮発性や熱分解のない汚染物質をガラス状スラッグに封じ込める。
〔生物処理方式（バイオレメディエーション）〕
［１］バイオベンディング法
汚染された土壌を掘削しないで井戸（注入井・回収井）やトレンチを設置し、それを用いてバイオ製剤・栄養源・酸素などを地中に注入し浄化を行う。
［２］バイオパイル法
掘削した汚染土壌を積み上げ、その中にパイプを通してバイオ製剤・栄養源・水・酸素を供給し浄化する。
［３］バイオスラリー法
掘削した汚染土壌にバイオ製剤・栄養源・水などを添加、十分に混合してスラリ状に調整した後、スラリバイオリアクタに投入して微生物分解処理を行う。
［４］ランドファーミング法
汚染された土壌を掘削し、別の場所に移動して敷き広げ（高さ＜約１ｍ）、そこにバイオ製剤・栄養源・水などを添加し、重機を用いて酸素を取り込みながら撹拌して浄化を行う。
"建築技術者のための環境技術読本／第３章"社団法人建築業協会関西支部 ［平成１５年５月１５日インターネット検索］ ＜ＵＲＬ：http://www.bcs-kansaisibu.com/kankyou/hajime/index.html＞ "土壌汚染向け／バリエーション"株式会社バイオレンジャーズ ［平成１５年５月１５日インターネット検索］ ＜ＵＲＬ：http://www.bri.co.jp/dojou/main_doj.html＞

上述した地質汚染は、土・砂・石・岩などに着目した場合に固形物汚染の一形態といえる。ゆえに地質汚染対策も汚染固形物対策の一形態とみなすことができる。とはいえ、汚染されたものであれば種類や区分のいかんを問わず、これを適当な手段で浄化しなければならない。その際に要求されるのが高度の処理効果、操業の容易性、高速処理（短期完了性）、イニシャルコストやランニングコストの低コスト化などである。

しかし既述の各方法には一長一短がある。ちなみに工期などは、物理化学的処理方式や熱処理方式が短期完了で、生物処理方式が長期化の傾向を示す。逆に低コストの点では生物処理方式が他の方式を凌駕する。処理効果については各方式とも応分の成果が認められるが、それはコストに依存するところが大きい。たとえばランニングコストを削減したりすると効果もその分だけ減少したりする。したがって既存の各方法は重要課題をすべて満足させるものではない。それに多くの汚染対策に適用することのできる汎用性もみられない。概していえるのは、処理速度が上位ランクにある方法ほどイニシャルコストやランニングコストが高くなるということである。

現況は、各種の処理技術が提供されているにもかかわらず、放置されたままの汚染地が少なくない。放置の主因は処理範囲の広大化・処理期間の長期化・処理コストの巨額化などである。これらは当事者に大きな負担を強いる。それが汚染解消を停滞させる一因にもなっている。

本発明はこのような技術的課題に鑑み、高度の処理効果・操業の容易性・高速処理・低コスト・汎用性などを満足させることのできる汚染固形物の浄化方法と浄化装置を提供しようとするものである。

本発明の請求項１に記載された汚染固形物の浄化方法は所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項１に係る汚染固形物の浄化方法は、汚染物質で汚染された固形物を浄化するための手段として円筒形の処理容器内で回転軸の周りに取り付けられた複数本の長い破砕部材を有するものを用いること、および、各破砕部材が回転しているときの処理容器内に汚染固形物を投入すること、および、汚染固形物を各破砕部材で打撃したり処理容器の内壁面に衝突させたり固形物相互を衝突させたりして固形物破砕を行うこと、および、固形物破砕と同期して処理容器内の気体と汚染物質とを各破砕部材により強制接触させて汚染物質を気化するとともに該気化汚染物質を破砕固形物から分離除去することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載された汚染固形物の浄化方法は所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項２に係る汚染固形物の浄化方法は、汚染物質で汚染された固形物を浄化するための手段として円筒形の処理容器内で回転軸の周囲に取り付けられた複数本の長い破砕部材を有するものを用いること、および、各破砕部材が回転しているときの処理容器内に汚染固形物と添加物とを投入すること、および、汚染固形物を各破砕部材で打撃したり処理容器の内壁面に衝突させたり固形物相互を衝突させたりして固形物破砕を行うこと、および、固形物破砕と同期して破砕固形物と添加物とを各破砕部材により撹拌してこれらの混合物をつくり、その後、混合物の状態で浄化することを特徴とする。

本発明の請求項３に係る汚染固形物の浄化方法は、請求項１または２記載の方法において、処理容器の内部にあるガスを処理容器内部および／または処理容器外部で処理して当該ガス中の汚染成分を取り除くことを特徴とする。

本発明の請求項４に係る汚染固形物の浄化方法は、請求項１〜３いずれかに記載の方法において、各破砕部材を５０〜１０００ｋｍ／時の周速で回転させて該各破砕部材の打撃力を０．５〜１０トンに設定することを特徴とする。

本発明の請求項５に係る汚染固形物の浄化方法は、請求項１〜４いずれかに記載の方法において、破砕前の固形物表面積の合計値をＳ_１、破砕後の固形物表面積の合計値をＳ_２とした場合、Ｓ_２がＳ_１の１０〜１００００倍の範囲内にあることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載された汚染固形物の浄化装置は所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項６に係る汚染固形物の浄化装置は、入口と出口を有する縦型円筒状の処理容器と、処理容器内の中心領域に配置されて上下方向に沿う回転軸と、回転軸の周囲に複数段の放射状に取り付けられた複数本の長い破砕部材と、回転軸に連結された回転駆動系の機械とで構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項７に係る汚染固形物の浄化装置は、請求項６記載の装置において、装置前段および／または装置後段に重力式混合装置が配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項８に係る汚染固形物の浄化装置は、請求項６または７記載の装置において、処理容器内の温度を調整するため温度調整手段を備えていることを特徴とする。

〔用語の定義〕本発明が汚染固形物の浄化方法や浄化装置に関するものであることは、既述のとおりである。この場合における「固形物」「汚染」「汚染物質」「浄化」などは、下記［１］〜［３］のような意味合いの語である。さらに、本発明における処理容器内の「気体」は下記［４］のような意味合いの語である。
［１］本発明でいうところの固形物は、基本的には固体で、液体や気体はこれに該当しない。しかし液体や気体でも、ある温度域で固体の状態を呈している見かけ上の固形物は本発明において固形物の範囲に含める。表面や内部に水分や湿気が存在するといったように液体をともなった固形物も本発明において固形物の範囲に含める。同様に凹部・孔部・内部空間などに気体が存在する固形物すなわち気体をともなった固形物も固形物の範囲に含める。したがって本発明の固形物には固体単独のほか、液体および／または気体が共存しているものも含める。ちなみに液体および／または気体をともなう固形物の場合は、集合状態において自己形態（定まった集合形態）を保持する機能が実質的にないため流動性や崩壊性を示したり、または、わずかな力で簡単に塑性変形したりすることがある。固形物については、さらに、有機物であるとか無機物であるとか有機物と無機物との複合物であるとかを問わないし、軟質や硬質それに粘性の有無やその度合いについても問わない。固形物は通常、容量単位や重量単位の集合物で取り扱われることが多い。このような集合形態をとる固形物は粉状固形物の集合体であったり粒状固形物の集合体であったり塊状固形物の集合体であったりするほか、粉状・粒状・塊状のうちの二つ以上が混じり合った集合体であったりする。
［２］本発明で汚染は固形物に対するものである。この場合の汚染物質は自明のとおり固形物を汚染しているもので浄化処理ターゲットになる。汚染物質で汚染された固形物すなわち汚染固形物には、自然に汚染されたものもあるし人為的に汚染されたものもある。概していえば、生物・資源・環境などに対して好ましくない影響を与えるものが汚染物質である。したがって、ヒト・動物・鳥類・魚介類・有用植物・益虫・有用微生物など各種の生物に対して直接・間接に害を与えるものは典型的な汚染物質といえる。固形物汚染も大別して、単一の原因物質による「単純汚染」と複数の原因物質による「複合汚染」とがある。
［３］浄化は通常、汚れを取り除いてきれいにするという意味合いで用いられるものである。本発明でいうところの浄化はこのような一般的意味合いのほか、汚染物質の有害性低下・汚染物質の無害化・汚染物質の分離除去・汚染物質の封じ込め・浄化のための有用微生物の増殖・有用微生物のための活性化処理などを総称する語としても用いられる。このような浄化はたとえば気化・乾溜・焼却・固化・不溶化・酸化・還元・微生物処理などで汚染物質を処理することをも意味する。もちろん洗浄も浄化に含まれる。また、前処理・本処理・後処理のような複数の段階を経て浄化するときなどは、複数処理をまとめて浄化というほか、それぞれの処理単独も浄化に含める。この場合にそれぞれの処理が連続せずに独立していても構わない。
［４］気体は、狭義には液体の共存しないものをいうが、本発明において、処理容器内で汚染物質と接触させる気体には、気体単独のほか、液体の共存している気体も含める。液体の共存する気体の典型例は蒸気である。

〔作用〕本発明方法で汚染固形物の浄化に用いる手段は、円筒形の処理容器内で回転軸の周りに取り付けられた複数本の長い破砕部材を有する。破砕部材は一例として、剛部分とフレキシブル部分とを備えた長いもので、曲げや撓みの自由度が大きい。けれども一端側を中心にして高速回転させたときの破砕部材は遠心力で直線状態になる。高速回転するときの破砕部材は、質量や回転速度（周速）に比例して打撃破壊エネルギが大きくなるものである。本発明方法での破砕部材の打撃破壊エネルギは、周速５０〜１０００ｋｍ／時において打撃力０．５〜１０トンの範囲内に設定されたりする。したがって各破砕部材が高速回転しているときの処理容器内に投入された汚染固形物は、高速回転中の破砕部材で打撃されて砕ける。砕けた固形物は処理容器内壁面との衝突や固形物相互の衝突によってもさらに砕ける。破砕部材の打撃破壊エネルギや固形物の特性（成分・要素・組成・性質・状態）にもよるが、破砕後の固形物表面積の合計値Ｓ_２は、原則として破砕前の固形物表面積の合計値Ｓ_１をかなり上回る。それは１０×Ｓ_１≦Ｓ_２≦１００００×Ｓ_１までの範囲に及ぶものである。

既成の破砕装置で岩塊などを破砕するときに破砕用ロータを周速５０ｋｍ／時以上で高速回転させると、強大な破砕衝撃に耐えきれずロータ破壊の起きることが多い。これを回避するため周速１０ｋｍ／時以下のロータ低速回転にしたりすると、固形物に対する打撃破壊エネルギが小さくなりすぎて粘土塊のような高粘着性固形物や石礫のような硬固形物が十分に破砕できない。本発明方法での破砕部材は既述のとおり、周速を５０〜１０００ｋｍ／時、打撃力を０．５〜１０トンに設定して大きな打撃破壊エネルギを得る。したがって固形物の種類にかかわらずそれらを十分に破砕したり混合したりすることができる。この場合の破砕部材が剛部分とフレキシブル部分とを備えたものであると、岩塊のような硬い固形物との衝突でも当該破砕部材の破壊が起こりがたい。それは剛部分が固形物を強打かつ破壊する一方で、フレキシブル部分が過大な衝撃を吸収緩和するからである。

周速が５０〜１０００ｋｍ／時で打撃力が０．５〜１０トンの破砕部材で固形物を打撃破壊するときは、また、従来の低速回転かつ低打撃力ではみられない特有の現象があらわれる。それは下記［１］〜［５］のようなものである。
［１］破砕部材による固形物破砕の際、汚染物質が固形物表面に移行したり外部へ叩き出されたりして固形物から分離しやすくなる。加えて、固形物の単位重量あたりの表面積が増大するから揮発性汚染物の蒸発や気化も促進される。
［２］破砕部材の強大な打撃破壊エネルギを受けたときに破砕固形物が発熱して温度上昇する。このような温度上昇によっても揮発性汚染物の蒸発や気化が促進される。また、温度に依存した汚染物の離脱反応も促進される。
［３］高速回転中の各破砕部材によって強風が巻き起こり、その強風によっても揮発成分（蒸発成分）の揮発（蒸発）が促進される。
［４］温度上昇が強風に波及し、それによって高速の温風ないし熱風が生じるから、上記揮発（蒸発）がより活発になる。
［５］汚染処理用の添加物を加えたときにこれと破砕固形物とがよく撹拌されて均質な混合物ができあがる。有用微生物のための添加物を加えたときもそれが混合物中に均一に分布する。

本発明方法は上述したようなものである。したがって当該方法によるときは、気化・乾溜・焼却・固化・不溶化・酸化・還元・生物処理などのいずれか一つ以上で汚染物質を処理して汚染物質の有害性低下・汚染物質の無害化・汚染物質の分離除去・汚染物質の封じ込め・有用微生物のための処理などを行うときに上記［１］〜［５］のいずれか一つ以上の作用が生じ、それが高度の処理効果・高度の処理効率・経済性のある浄化につながる。

本発明方法において、処理容器の内部にあるガスは自明のとおり汚染されている。したがって本発明方法は当該ガス中の汚染成分を取り除いたりもする。こうしたときは、作業環境や周辺環境への汚染のおそれがなくなる。したがって作業上の安全性と汚染の拡散防止とが同時にはかれる。

本発明装置は上述した本発明方法を実施することのできる手段を備えている。したがって本発明装置によるときは、本発明方法を過不足なく適切に実施して所定の効果を得ることができる。

本発明に係る汚染固形物の浄化方法および浄化装置は、つぎのような効果を有する。
［１］高速回転で大きな打撃破壊エネルギを発生させるという破砕部材特有の現象を利用して汚染固形物を処理するので、汚染物質の除去効果が高い。
［２］重力落下する固形物または固形物と添加物を高速回転中の破砕部材で打ち叩くから処理速度が速く、処理能力も高い。
［３］破砕能力の高い破砕部材（高速回転体）を主体にして汚染固形物処理するので、固形物や添加物の種類をほとんど問わない。
［４］破砕部材の高速回転に依存した処理手段であるから、装置構成が簡潔になる。これを稼働させる場合も電動機を回転させるだけにとどまる。したがって設備コストやランニングコストを低く抑えることができる。
［５］必要な手段を一連に連結するだけで処理システム全体を自動化することができる。

本発明に係る汚染固形物の浄化方法・浄化装置の実施形態で図１〜図３に例示されたものは、供給系１１・搬入系１４・搬出系１５・浄化処理機構２１・温度調整手段５１・ガス処理手段６１などを主要な構成要素として備えている。これらは図１のとおり、供給系１１→搬入系１４→浄化処理機構２１→搬出系１５の順に装置結合されていてこの矢印の方向に固形物が進行するものである。

上記のうちで供給系１１は、計量式のホッパ１２とコンベア式の供給フィーダ１３とを主体にして構成された周知のものである。上記搬入系１４や上記搬出系１５も周知のベルトコンベアからなる。

図１に略示された浄化処理機構２１の詳細は図２と図３にも示されている。すなわち浄化処理機構２１は、処理容器２２・傾斜フィン２５・回転軸２９・破砕部材３１・電動機（モータ）３６・伝動系３７・その他の部品や部材を主体にして構成されている。

図２・図３に例示された処理容器２２は、胴体の上部のみが逆円錐形で他の胴体部分が円筒形をしている。処理容器２２は、上部側に入口２３を有するとともに容器底壁に出口２４を有する。処理容器２２の胴体内面には逆円錐形の筒状からなる傾斜フィン２５が上下等間隔で複数段取り付けられている。ただし、容器上部側の内面には傾斜フィン２５がない。回転軸２９を両端支持するためのものとして、処理容器２２内には上下一対の軸受２６・２７がある。これらの軸受２６・２７も周知品である。当該両軸受２６・２７のうちで、容器内上部の軸心位置にある上位の軸受２６は、容器胴壁の内面に取り付けられた放射型（例：三放射型）のステー２８を介して支持されており、容器底壁の軸心部にある下位の軸受２７はその底壁下面に取り付けられている。回転軸２９は上下方向に並んだ多数の取付部３０をその外周面に有するものである。破砕部材３１として例示したものは、多数のリングを鎖のごとく屈伸自在に長く連結してなる。破砕部材３１においては、各リング一つひとつが剛体部分になり、各リング相互の連結部が屈伸自在なフレキシブル部分になるというものである。このような破砕部材３１は、多数本のものが放射配列かつ上下多段の態様で回転軸２９の周囲に取り付けられる。具体的には、各破砕部材３１の基端部を回転軸２９の各取付部３０にあてがった後、これら取付部３０・破砕部材３１を閂状に貫通する複数本の取付棒３２で各破砕部材３１を回転軸２９の外周部に枢着するというものである。ちなみに図示例では、破砕部材３１の上下段数が図２のごとき七段、破砕部材３１の放射数が図３のごとき八放射になっている。各破砕部材３１のうちで、傾斜フィン２５と対応するものは他のものに比べて少し短い。回転軸２９の下部外周面には可撓性を有する複数本の掃き出し用ワイパ３３が放射配列で取り付けられている。多数本の破砕部材３１や複数本のワイパ３３を取り付けられた回転軸２９は、処理容器２２の軸心部において両軸受３６・３７により回転自在に支持されている。処理容器２２をケーシングとする浄化処理機構１１は、容器底壁に取り付けられた複数本の脚３４を介して据付面上に設置される。このほか処理容器２２の出口２４には傾斜したシュート３４が付設される。

上記における処理容器２２・傾斜フィン２５・ステー２８・回転軸２９・取付部３０・取付棒３２・ワイパ３３・破砕部材３１・脚３４・シュート３５などは主として金属製のものからなる。これらのうち脚３４やシュート３５などは金属製以外のものでもよいが、その他の部品・部材については高度の機械的強度や耐久性を確保するために鋼製のものが採用される。これに加え、耐熱性を有するものはより望ましい構成材料になる。さらにワイパ３３についていうと、これは硬くて丈夫で可撓性のあるもの、たとえば金属製ワイヤロープのようなもので構成される。

図１〜図３の浄化処理機構１１で回転軸２９には、回転駆動系の機械として高速回転式の電動機３６が連結される。具体的には、電動機３６と回転軸２９とにわたりベルト伝動式の伝動系３７設けられるが、図示例の伝動系３７は、電動機３６の出力軸端に取り付けられた原動プーリ３８と、回転軸２９の下端に取り付けられた従動プーリ３９と、これらにわたって掛け回されたベルト（例：Ｖベルト）４０で構成されている。電動機３６や伝動系３７も周知のものである。

図１の温度調整手段５１は、浄化処理機構１１の処理容器２２内を常温（１５℃〜２５℃）よりも高い温度または低い温度に設定するためのものである。したがって温度調整手段５１は、加熱装置または冷却装置のいずれからなるが、図１の場合の温度調整手段５１としては加熱装置が採用されている。温度調整手段５１たる加熱装置は任意のものでよいが、代表的一例としては、温風ないし熱風を処理容器２２内を送り込むことのできるブロワー方式のものが採用される。そのため温度調整手段５１には配管５２が設けられ、それが処理容器２２の胴体に接続される。具体的には複数本の配管５２が用いられたり分岐型の配管５２が用いられたりし、処理容器２２の胴体円周を等分する各位置に各配管５２の先端が接続されたりする。図１や図２の例では各配管５２の先端が処理容器２２の胴体下部に接続されている。こうした場合は処理容器２２内の底部側から生じる上昇気流と処理容器２２内を落下する破砕固形物とが対向する関係になり両者がよく接触するので望ましい。それに配管５２から吹き込まれて上昇するときの気流が長く処理容器２２内に滞在する点でも望ましい。図２のごとく配管５２の先端側に傾斜フィン２５が存在する場合は、配管先端への固形物衝突が傾斜フィン２５により免れて配管５２が防護されるので望ましい。このほか設計事項や仕様上の観点でいえば、配管５２の先端は、処理容器２２の胴体において下部・上下中間部・上部のうちのいずれにか一つ以上に接続されるものである。このような選択肢には、処理容器２２の入口２３に配管５２の先端を配置することも含まれる。加熱式の温度調整手段５１として、マイクロ波発生装置や各種のヒータ類が用いられてもよい。この種の温度調整手段５１は破砕部材３１の影響を受けない処理容器２２内の上部側に装備される。温度調整手段５１がブロワー方式の冷却装置や冷却用の熱交換器からなる場合も、上記加熱装置で述べたと実質的に同じかそれに準じた手段で浄化処理機構１１に付設される。

図１に略示されたガス処理手段６１は、処理容器２２内の気体とくに汚染成分を含んだ気体を浄化処理するためのものである。具体的一例でいうと、ガス処理手段６１はガス処理塔６２と吸引配管６３と吐出配管６４と吸引ポンプ（図示せず）とを備えたものからなり、両配管６３・６４がガス処理塔６２に接続されている。ちなみに図示例のガス処理手段６１はクローズドシステムにおいて処理容器２２内の気体を外部処理するという構成である。そのため供給系１１から搬出系１５にわたる一連の系は、図１・図２のように要所要所が遮蔽物（隔壁・遮蔽部材・その他）６５で覆われている。この構成において遮蔽物６５を貫通した吸引配管６３の先端部が処理容器２２の入口２３側に配置され、同じく遮蔽物６５を貫通した吐出配管６４の先端部が搬入系１４のコンベア上に配置されている。ガス処理塔６２の一例をいえば、汚染物質の吸着材（剤）などが充填されたものである。吸着材としては、たとえば活性炭とか天然または合成のゼオライトが用いられる。ガス処理塔６２の他の例はフィルタ構造を備えたものである。ガス処理塔６２が吸着材とフィルタ構造とを有することもある。

図１〜図３に例示された各手段については図１に略示されたドーム型の気密な建屋６６内にすべてが装備されている。したがって既述の遮蔽物６５と当該建屋６６とを総合した場合、図１〜図３に例示された装置は二重のクローズドシステムということができる。

図１〜図３に例示された手段で汚染固形物を浄化処理するときの具体的一例を以下に述べる。この場合の汚染固形物は汚染土壌である。その土壌を汚染している物質は有機塩素系化合物として知られる四塩化炭素・ジクロロエタン・ジクロロエチレン・トリクロロエタン・トリクロロエチレン・テトラクロロエチレン・ベンゼンなどの揮発性物質である。浄化のための設備や手段は、原則として汚染地盤の上に直接設備するという原位置浄化をとるが、それが困難な場合は汚染地域近くの処理場に当該設備や手段を設備しておき、汚染土壌域で掘削した汚染土壌（汚染固形物）を処理場まで運搬して処理する。

図１〜図３において、汚染固形物は自走式や非自走式など土木系の各種機械で掘削・運搬されて供給系１１へ投入される。供給系１１はホッパ１２で計量した汚染固形物を供給フィーダ１３にて搬入系１４へ送り込む。搬入系１４に乗った汚染固形物はこれで傾斜上昇して浄化処理機構２１の上部すなわち処理容器２２の入口２３に至り、ここから処理容器２２内に落下する。

このようにして汚染固形物が投入される浄化処理機構１１では、各部がつぎのような運転状態にある。運転状態の一つは、伝動系３７を介して電動機３６の回転を伝達された回転軸２９が高速回転していることである。自重で垂れ下がっていた各破砕部材３１は、この際の遠心力で水平浮揚して高速回転する。高速回転時の各破砕部材３１の打撃力は下限値が０．５トンで上限値が１０トンである。汚染固形物の種類にもよるが、０．５トンの打撃力があれば、破砕後の汚染固形物表面積を破砕前の１０倍ぐらいに仕上げることできる。破砕部材３１の打撃力は大きいほど望ましく、打撃力が１０トンの場合は、汚染固形物破砕後の当該表面積を破砕前の１００００倍にすることも可能である。けれども打撃力が１０トンを超えたりすると、設備コスト・安全性・各部の耐久性などに難点が出はじめる。したがって高速回転時の各破砕部材３１の打撃力としては、０．５〜１０トンの範囲がよい。その場合の破砕部材３１の重量は、一本あたり０．５〜１０ｋｇで、通常は一本１ｋｇ以上の破砕部材３１を用いたりする。かかる打撃力を得るため高速回転する各破砕部材３１は、先端部の周速で５０〜１０００ｋｍ／時にもなる。当該周速は通常、１００ｋｍ／時以上とする。運転状態の他の一つは、温度調整手段５１からの風が配管５２を通じて処理容器２２内に吹き込まれていることである。この際の温風ないし熱風は、常温を上回る温度域のもので、それは汚染物質に応じて、２６〜１３００℃の範囲内で設定される。ちなみに汚染物質が有機塩素系化合物（揮発性物質）であれば、温風ないし熱風は汚染物質の沸点に３０〜１００℃をプラスした１２０〜２００℃程度の温度に設定される。運転状態の別の一つはガス処理手段６１はガス処理塔６２が稼働していることで、これによるときは、処理容器２２→吸引配管６３→ガス処理塔６２→吐出配管６４→搬入系１４というような流動性が生じている。

上記の運転状態において入口２３より処理容器２２内に投入された汚染固形物は、これが処理容器２２内を落下して出口２４に至るまでの間に多数本かつ多段の各破砕部材３１により強打されて破砕される。処理容器２２内での破砕については、破砕前の固形物表面積の合計値をＳ_１、破砕後の固形物表面積の合計値をＳ_２とした場合に、Ｓ_２がＳ_１の１０〜１００００倍の範囲内にある。しかもこの破砕時、汚染物質は、固形物表面に移行したり外部へ叩き出されたりするので固形物から分離しやすくなる。各破砕部材３１の強大な打撃破壊エネルギを受けたときは、また、破砕固形物が自己発熱で温度上昇したり高速回転中の各破砕部材３１で強風が巻き起こったりするので、熱風渦流のようなものが処理容器２２内に生じる。したがって、汚染固形物が破砕固形物へと変形していく過程では、打撃による自己発熱と熱風渦流で揮発性汚染物質の揮発が促進される。加えて処理容器２２内には温度調整手段５１からの熱風も吹き込まれ、下降物（破砕固形物）が上昇熱気流に絡みつくような高温曝気状態になるので、汚染物質に対し熱が十分に供与されてこれの気化がさらに促進される。このようにして破砕されながら汚染物質を気化かつ除去された固形物は、処理容器２２の底部にある出口２４からシュート３５を通じて搬出系１５の上に落ち、搬出系１５を介して所定のところまで運ばれる。

上記において、処理容器２２の内壁面に取り付けられた各傾斜フィン２５は固形物を下方へ誘導する。また、回転軸２９の下部に取り付けられた各ワイパ３３は処理容器２２の底部に溜まる土破砕固形物を出口２４側へと掃き出す。

一方でガス処理手段６１は、上記の浄化処理と同期して処理容器２２内のガスをつぎのように処理する。すなわち吸引配管６３で吸引した処理容器２２内のガスをガス処理塔６２の内部に導入し、ここでガス中の汚染成分を吸着除去したりする。汚染成分を除去されたガスは、ガス処理塔６２から吐出配管６４を経て搬入系１４のコンベア側へ送り込まれる。

油類で汚染された汚染固形物（汚染土壌）も図１〜図４に例示された手段で上記のような浄化を実施することができる。この場合は処理容器２２内の温度が２００〜１０００℃程度になるように温度調整手段５１を活用する。ちなみに処理容器２２内の温度が２００〜６００℃のときは油類が揮発分離し、処理容器２２内の温度が８００〜１０００℃のときは油類が焼却される。さらに処理容器２２内の温度が５００〜１３００℃であれば、重金属で汚染された汚染固形物（汚染土壌）も上記と同様に浄化処理できる。具体的には、水銀などは５００℃程度で揮発除去でき、ＰＣＢのようなものは１３００℃で熱分解できる。また、上記のように破砕かつ熱処理した汚染固形物（汚染土壌）であれば、沸点の高い汚染物質（重金属）が土壌中で安定する。

上記のようにして浄化処理された固形物は、これを二回以上、浄化処理機構１１にかけて再処理してもよい。もちろん固形物が複数種の汚染物質で汚染されているときなどは、その汚染固形物について汚染物質種ごとに処理を実施し、汚染物質を一種類ずつ取り除いても構わない。処理対象物を二回以上浄化処理するときの一例では、単一の浄化処理機構１１において浄化処理容器２２の入口２３とを搬送手段（例：コンベア）で互いに連絡しておき、固形物を繰り返し処理容器２２内に投入する。処理対象物を二回以上浄化処理するときの他の一例では、搬送手段（例：コンベア）を介して複数の浄化処理機構１１を直列に連結しておき、固形物を各浄化処理機構１１の処理容器２２内に順次投入する。処理済み固形物と新たな汚染固形物および／または添加物とを混ぜ合わせてこれらを浄化処理機構１１にかけてもよい。さらに上記浄化処理後のものを、固形物（土壌）洗浄など、上記とは異なる浄化処理にかけてもよい。これらにおいても二回以上の浄化処理が上記の内容に準じて自由に行える。

上記の各種浄化処理において、温風ないし熱風に代わる蒸気が処理容器２２内に吹き込まれることがある。その場合は温度調整手段５１が蒸気発生装置に変更される。その際の蒸気温度は１２０〜８００℃程度である。

本発明に係る汚染固形物の浄化方法および浄化装置の実施形態として図４に例示されたものは、浄化の際に添加物を用いるケースである。

図４に例示された浄化処理手段は前例のものと基本的に同じであるが、前例のものと異なるところは添加物の供給手段７１があってガス処理手段６１がないことである。添加物の供給手段７１は、所要の添加物を収容するための容器７２と供給管７３・７４と吸引ポンプ（図示せず）とを備えたものからなる。この場合の容器７２は槽やタンクのようなものである。両供給管７３・７４はこれらの基端部が容器７２に接続されているほか、遮蔽物６５を貫通した供給管７３の先端部が搬入系１４のコンベア上に配置されてたり、遮蔽物６５を貫通した供給管７４の先端部が処理容器２２の入口２３側に配置されていたりする。両供給管７３・７４はいずれか一方が省略されてもよいし、逆に供給管が増設されて搬入系１４のコンベア上とか処理容器２２内の上部とかに配管されてもよい。

浄化の際の添加物については、洗浄剤・酸化剤・還元剤・中和剤・触媒・酸性薬液・塩基薬液・中性薬液・固化材（剤）・吸着材（剤）・安定剤・殺菌剤（除菌剤）・殺虫剤・栄養塩類・有用微生物・増量材・不活性ガスなど各種のものをあげることができる。洗浄剤としては水が安価で望ましいが、汚染物質に応じた洗浄効果のあるものも適宜用いられる。酸化剤としては空気・酸素・オゾンのほか、過酸化マンガンやクロム酸塩などの金属塩類・硝酸類・過酸類・酸素酸類・酸化物類などが汚染物質の種類に応じて適当に選択される。還元剤も、水素・水素化合物・低級酸化物や低級酸素酸の塩・イオウ化合物・電気的陽性の大きい金属やそれらのアマルガム・低級原子価状態にある金属の塩類・酸化過程の低い有機化合物などのうちから適当なものが選定される。上記における他の添加物はいずれも公知や周知であるから、それらのうちから適当なものが選定される。そのうちで殺菌剤や殺虫剤は人畜やターゲット以外の有用生物に対して毒性や有害性のないものが選ばれる。栄養塩類は有用微生物のエサになるものである。有用微生物は好気性菌や嫌気性菌などのバクテリアが代表例になる。固化材は破砕固形物を固化させるためのもので、増量材は破砕固形物を希釈して全体を増量するためのものである。添加物については、互いの効果が無効にならない範囲内で複数の添加物が併用されることもある。ここに掲げた添加物のうちで具体的なものを一部あげると、塩化第一鉄・塩化第二鉄・硫化ナトリウム・苛性ソーダ・ゼオライト・鉄粉・石灰・飛灰・セメント・高炉スラグ・キレート剤などである。汚染固形物に対する各添加物の割合は、既成の浄化処理で用いられる量的範囲内でよい。

図４の浄化処理においても、汚染固形物が供給系１１→搬入系１４→処理容器２２のように進行する点は前例と同じである。その際、供給手段７１は両供給管７３・７４のいずれか一方または両方を通じて所定の添加物を汚染固形物に加える。

こうして汚染固形物や添加物が投入される浄化処理機構１１は各部が前記とほぼ同様の運転状態にあるが、温度調整手段５１は浄化処理の種類に応じて使用・不使用が決定される。かかる運転状態において入口２３より処理容器２２内に投入された汚染固形物や添加物は、これらが処理容器２２内を落下して出口２４に至るまでの間に多数本かつ多段の各破砕部材３１により強打される。それによって汚染固形物は破砕され、添加物とも均質に撹拌混合される。こうして浄化処理される固形物も、処理容器２２の底部にある出口２４からシュート３５を通じて搬出系１５の上に落ち、搬出系１５を介して所定のところまで運ばれる。

図４の浄化処理において汚染物質を乾溜するときは、固形物破砕と同期して汚染物質の一部を無酸素状態で還元蒸発させて破砕固形物から分離除去する。この例で処理容器２２内を無酸素状態にするときは、処理容器２２の上部やその他に開閉式のシャッタを設けておき、吸引手段で処理容器２２内の酸素を取り除く。その一方で、処理容器２２内の上部にあるシャッタ上に汚染固形物を載せておき、処理容器２２内の酸素を取り除くと同時に上部シャッタを開いて汚染固形物を処理容器２２内に落下させる。あるいは、パージガス（不活性ガス）を送り込むことにより処理容器２２内を無酸素状態にし、この状態で処理容器２２内に汚染固形物を投入する

図４の浄化処理において汚染物質を固化するときは、主たる添加物として固化材（剤）を用いる。この場合は、固形物破砕と同期して破砕固形物と固化材（剤）とを各破砕部材により撹拌してこれらの混合物をつくり、その後、混合物を固化させて汚染物質を該混合物中に固定する。固化材については急結性のものがあるから、そのような固化材を用いた場合には処理中や処理直後に固まる破砕固形物も生じる。急結性でない固化材を用いた場合は、処理後の破砕固形物（土壌）をたとえば原位置に埋め戻し、これを締め固めることで硬化する。

図４の浄化処理で汚染物質の不溶化（溶出抑制も含む）をするときは、主な添加物として不溶化材（剤）を用いる。この場合は、固形物破砕と同期して破砕固形物と不溶化材とを各破砕部材により撹拌してこれらの混合物をつくり、その後、混合物を硬化させて汚染物質を該混合物中に封じ込める。

図４の浄化処理において汚染物質を酸化するときは、主たる添加物として酸化剤を用いる。この場合は、固形物破砕と同期して破砕固形物と酸化剤とを各破砕部材で撹拌するとともに汚染物質を酸化剤で酸化して該汚染物質を有害性低下状態から無害化状態までの範囲内に処理する。

図４の浄化処理において汚染物質を還元するときは、主たる添加物として還元剤を用いる。この場合は、固形物破砕と同期して破砕固形物と還元剤とを各破砕部材で撹拌するとともに汚染物質を還元剤で還元して該汚染物質を有害性低下状態から無害化状態までの範囲内に処理する。

図４の浄化処理において汚染物質を微生物処理する例はつぎの二通りである。一つは汚染固形物（汚染土壌）に定着している微生物のうちで有用なものを増殖させるため、その微生物のエサになる栄養塩類を主たる添加物として用いるものである。他の一つは、汚染物質に対する分解能のある有用微生物を主たる添加物として用いるものである。後者の具体例では有用微生物を培養させた培地（液状または固形）などを添加物とする。このような添加物を用いる場合も、固形物破砕と同期して固形物破砕と同期して破砕固形物と微生物とを各破砕部材により撹拌してこれらの混合物をつくり、その後、汚染物質を微生物で分解する。具体的には当該混合物を原位置に埋め戻して微生物処理するか、または、微生物処理槽などに入れて微生物処理する。

図４の浄化処理において汚染物質を洗浄除去するときは、主な添加物として洗浄剤（例：水）を用いる。この場合は固形物破砕と同期して破砕固形物と洗浄剤とを各破砕部材で撹拌するとともに、汚染物質を洗浄剤で洗い落として該汚染物質を破砕固形物から除去する。なお、処理容器２２のについては、底部を水切り構造にして固液分離できるようにする。固液分離後の廃液は排水処理手段で処理する。

本発明に係る汚染固形物の浄化方法および浄化装置の実施形態として図５に例示されたものは、浄化の際に汚染物質を焼却（熱分解）するというケースである。

図５に例示された浄化処理手段は前例のものと基本的に同じであるが、前例のものと異なるところは汚染物質の燃焼手段８１があって温度調整手段５１・ガス処理手段６１・添加物の供給手段７１がないことである。汚染物質の燃焼手段８１は周知の燃焼機械８２と吸引管８３・吐出管８４と空気導入管８５と吸引ポンプ（図示せず）とを備えたものからなる。これらのうちで吸引管８３は処理容器２２の入口２３側と燃焼機械８２とにわたり配管され、吐出管８４は燃焼機械８２と搬入系１４のコンベア上とにわたり配管されている。さらに空気導入管８５は外部の空気を取り込むべく燃焼機械８２に接続されている。

図５の浄化処理において汚染物質を除去するときは、前例と同様に各部を運転状態にするほか、燃焼手段８１も運転状態にする。それで汚染固形物を各破砕部材３１で打撃したり処理容器２２の内壁面に衝突させたり固形物相互を衝突させたりして固形物破砕を行うと同時に燃焼手段８１で汚染物質を焼却して有害性低下ないし無害化をはかる。具体的には、汚染物質を含んだ処理容器２２内のガスを吸引管８３で燃焼機械８２内に送り込み、ここで汚染物質を焼却する。燃焼機械８２からは吐出管８４を介して清浄な空気が搬入系１４側へ送り込む。

図５の処理に準じた浄化は図１〜図３のような手段でも実施できる。それは温度調整手段５１で処理容器２２内を高温に保持しておき、固形物破砕と同期して処理容器２２内の熱エネルギで汚染物質を熱分解したり揮発させたりして破砕固形物から分離除去するというものである。

これまでの実施形態は浄化処理機構２１が主要部をなすものである。この浄化処理機構２１に重力式混合機構を併用することも有効であるので、図６以下にそれらの実施形態を説明する。

図６に例示された重力式混合機構９１は周知のもので、処理容器９２とこれの内部に設けられた二種の撹拌部材９５・９６からなる。処理容器９２は上部に入口９３・下部に出口９４を有するもので、前記処理容器２２とほぼ同様であるが、胴体は四角形の筒状をなしている。一方の撹拌部材９５は、板状で他方の撹拌部材９６は格子状である。板状の撹拌部材９５は傾斜状態で向きを交互に変えて処理容器９２の内面に多段に取り付けられている。格子状の撹拌部材９６も、格子の方向を前後・左右のごとく交互に変えて処理容器９２内の水平空間に多段に張り付けられている。両撹拌部材９５・９６の相対関係についていうと、これらは処理容器９２の上下方向にわたり交互配置されている。重力式混合機構９１については、両撹拌部材９５・９６のうちのいずれか一方のみを備えているものでも構わない。

図６の重力式混合機構９１では、汚染固形物が入口９３から処理容器９２内に投入されて出口９４に至るまでの間、両撹拌部材９５・９６で汚染固形物が撹拌混合される。すなわち傾斜状撹拌部材９５の場合は、これに衝突するごとに汚染固形物が混ぜ返され、格子状撹拌部材９６の場合は、これを通過するごとに混ぜほぐされる。

図７は浄化処理機構２１を前段、重力式混合機構９１を後段に配してこれらを結合した例である。この例では浄化処理機構２１には特別の付帯設備がなく、重力式混合機構９１に添加物の供給手段７１が付設されている。したがって図７の実施形態における浄化処理では、前段の浄化処理機構２１において固形物破砕と常温の汚染物質気化が行われて気化汚染物質が破砕固形物から分離除去され、後段の重力式混合機構９１において添加物混合に依存した汚染物除去が行われる。複数の浄化処理機構２１を用いたり複数の重力式混合機構９１を用いたりするとき、浄化処理機構２１が直列に連結されたり、重力式混合機構９１が直列に連結されたりしていても構わない。

上述のごとく浄化処理機構２１と重力式混合機構９１とを併用して汚染固形物を浄化処理するとき、重力式混合機構９１が前段で、浄化処理機構２１が後段というレイアウトでも構わない。さらに、浄化処理機構２１が単数で重力式混合機構９１が複数という組み合わせ、浄化処理機構２１が複数で重力式混合機構９１が単数という組み合わせ、当該両機構２１・９１がいずれも複数という組み合わせがある。それらの場合において、温度調整手段５１・ガス処理手段６１・添加物の供給手段７１・汚染物質の燃焼手段８１などは、各機構２１・９１のすべてに装備してよいし、一部の機構のみに装備してもよい。当該両機構２１・９１を組み合わせた場合のレイアウト（平面からみた結合状態）は、直線・Ｌ型・Ｍ型・Ｗ型・コの字型など任意の形態が採用できる。

本発明の手段で浄化処理できる汚染固形物は代表例として汚染土壌であるが、他の汚染固形物についても上記に準じて浄化処理できる。こうして処理された固形物は、土木・建築・農林・水産・水処理・小動物の飼育と養殖・微生物の培養など、各種の分野で復旧や再利用に役立つものである。

本発明方法と本発明装置の第１実施形態を略示した正面図である。 図１の要部を拡大して示した縦断面図である。 図１の要部を拡大して示した横断面図である。 本発明方法と本発明装置の第２実施形態を略示した正面図である。 本発明方法と本発明装置の第３実施形態を略示した正面図である。 本発明で用いる重力式混合機構を略示した縦断面図である。 本発明方法と本発明装置の第４実施形態を略示した正面図である。

符号の説明

１１ 汚染固形物の供給系
１４ 汚染固形物の搬入系
１５ 汚染固形物の搬出系
２１ 浄化処理機構
２２ 処理容器
２３ 処理容器の入口
２４ 処理容器の出口
２９ 回転軸
３１ 破砕部材
３６ 電動機
３７ 伝動系
５１ 温度調整手段
６１ ガス処理手段
７１ 添加物の供給手段
８１ 汚染物質の燃焼手段
９1 重力式混合機構

Claims (8)

1. 汚染物質で汚染された固形物を浄化するための手段として円筒形の処理容器内で回転軸の周りに取り付けられた複数本の長い破砕部材を有するものを用いること、および、各破砕部材が回転しているときの処理容器内に汚染固形物を投入すること、および、汚染固形物を各破砕部材で打撃したり処理容器の内壁面に衝突させたり固形物相互を衝突させたりして固形物破砕を行うこと、および、固形物破砕と同期して処理容器内の気体と汚染物質とを各破砕部材により強制接触させて汚染物質を気化するとともに該気化汚染物質を破砕固形物から分離除去することを特徴とする汚染固形物の浄化方法。
2. 汚染物質で汚染された固形物を浄化するための手段として円筒形の処理容器内で回転軸の周囲に取り付けられた複数本の長い破砕部材を有するものを用いること、および、各破砕部材が回転しているときの処理容器内に汚染固形物と添加物とを投入すること、および、汚染固形物を各破砕部材で打撃したり処理容器の内壁面に衝突させたり固形物相互を衝突させたりして固形物破砕を行うこと、および、固形物破砕と同期して破砕固形物と添加物とを各破砕部材により撹拌してこれらの混合物をつくり、その後、混合物の状態で浄化することを特徴とする汚染固形物の浄化方法。
3. 処理容器の内部にあるガスを処理容器内部および／または処理容器外部で処理して当該ガス中の汚染成分を取り除く請求項１または２記載の汚染固形物の浄化方法。
4. 各破砕部材を５０〜１０００ｋｍ／時の周速で回転させて該各破砕部材の打撃力を０．５〜１０トンに設定する請求項１〜３いずれかに記載の汚染固形物の浄化方法。
5. 破砕前の固形物表面積の合計値をＳ_１、破砕後の固形物表面積の合計値をＳ_２とした場合、Ｓ_２がＳ_１の１０〜１００００倍の範囲内にある請求項１〜４いずれかに記載の汚染固形物の浄化方法。
6. 入口と出口を有する縦型円筒状の処理容器と、処理容器内の中心領域に配置されて上下方向に沿う回転軸と、回転軸の周囲に複数段の放射状に取り付けられた複数本の長い破砕部材と、回転軸に連結された回転駆動系の機械とで構成されていることを特徴とする汚染固形物の浄化装置。
7. 装置前段および／または装置後段に重力式混合装置が配置されている請求項６記載の汚染物質の除去装置。
8. 処理容器内の温度を調整するため温度調整手段を備えている請求項６たまは７記載の汚染固形物の浄化装置。

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