JP2017148760A - Detoxification treatment system of heavy metal contaminated soil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重金属汚染土壌の無害化処理システムに関するものであり、例えば、泥水式シールド工法で発生する自然由来の砒素等の重金属を含む土壌を工事現場で無害化処理するために好適に適用される技術に関するものである。 The present invention relates to a detoxification treatment system for heavy metal-contaminated soil, and is suitably applied to detoxify soil containing heavy metals such as arsenic derived from nature generated by a muddy water shield construction method at a construction site. Technology.
自然由来の砒素等による重金属汚染が懸念される地盤にシールド工法でトンネルを構築する場合、環境基準を超える脱水ケーキが生じるおそれがある。このため、掘削土を泥水状とすることで砒素等の重金属の抽出・分離が容易に実施でき、掘削土が泥水状を呈するシールド工法において、掘削土から砒素等の重金属を抽出・分離する対策が考えられている。 When a tunnel is constructed with a shield method on the ground where heavy metal contamination by natural arsenic or the like is a concern, a dehydrated cake that exceeds environmental standards may occur. Therefore, extraction and separation of heavy metals such as arsenic can be easily carried out by making the excavated soil muddy, and measures to extract and separate heavy metals such as arsenic from the excavated soil in the shield method where the excavated soil exhibits a muddy water state. Is considered.
ここで、泥水式シールド工法において、廃棄泥水から重金属を抽出分離する方法として、次の二つの方法がある。第1の方法は、廃棄泥水に鉄粉を添加して溶解性重金属を吸着させた後、重金属が吸着した鉄粉を回収する方法である。第2の方法は、廃棄泥水に重金属の抽出を促進する薬剤を添加した後、廃棄泥水を脱水して重金属が溶解した水を回収する方法である。 Here, in the muddy water type shield method, there are the following two methods for extracting and separating heavy metals from waste muddy water. The first method is a method of recovering iron powder adsorbed with heavy metal after adding iron powder to waste mud and adsorbing soluble heavy metal. The second method is a method in which a chemical that promotes extraction of heavy metals is added to waste muddy water, and then the waste muddy water is dehydrated to recover water in which heavy metals are dissolved.
さらに、泥土圧式シールド工法において、鉄粉や不溶化材を切羽に供給することで、掘削を行いながら重金属を不溶化する方法も考えられている。 Furthermore, in the mud pressure shield method, a method of insolubilizing heavy metals while excavating by supplying iron powder or insolubilizing material to the face is also considered.
このように、従来、汚染土壌の処理方法や処理施設について、種々の技術が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。特許文献1に記載された技術は、工業排水や、電子材料となるニッケル化成品の中間原料である硫酸ニッケル水溶液など、各種の重金属含有水溶液から重金属を分離するための方法である。すなわち、特許文献1に記載された技術は、重金属含有水溶液に金属鉄粉を添加して撹拌混合するか、金属鉄粉を充填したカラム等に重金属含有水溶液を通液して、金属鉄粉の表面で重金属を反応させた後、固液分離により重金属が鉄の化合物として吸着された金属鉄粉を回収する技術である。ここで、金属鉄粉の粒径は1mm以下とし、10μm〜1mmに調整することが好ましいとしている。 Thus, conventionally, various techniques have been proposed for a method and a treatment facility for contaminated soil (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3). The technique described in Patent Document 1 is a method for separating heavy metals from various heavy metal-containing aqueous solutions such as industrial wastewater and aqueous nickel sulfate solutions that are intermediate raw materials for nickel chemical products that are electronic materials. That is, the technique described in Patent Document 1 adds the metal iron powder to the heavy metal-containing aqueous solution and mixes by stirring, or passes the heavy metal-containing aqueous solution through a column or the like filled with the metal iron powder, In this technique, after reacting heavy metal on the surface, metal iron powder in which heavy metal is adsorbed as an iron compound by solid-liquid separation is recovered. Here, the particle diameter of the metal iron powder is preferably 1 mm or less and is preferably adjusted to 10 μm to 1 mm.
特許文献2に記載された技術は、ふっ素、ほう素、砒素、クロム、鉛、セレン等の重金属類を含む汚染土壌を浄化するための浄化材に関する技術である。すなわち、特許文献2に記載された技術で使用する浄化材は、金属鉄粉表面に希土類元素の水酸化物または酸化物を付着させることで、同量の希土類元素の水酸化物または酸化物を単体で用いるよりも、希土類元素の水酸化物または酸化物の重金属吸着能を向上することができるとしている。 The technique described in Patent Document 2 is a technique related to a purification material for purifying contaminated soil containing heavy metals such as fluorine, boron, arsenic, chromium, lead, and selenium. That is, the purification material used in the technique described in Patent Document 2 attaches the same amount of rare earth element hydroxide or oxide to the surface of the metallic iron powder by attaching the rare earth element hydroxide or oxide. It is said that the heavy metal adsorption ability of rare earth element hydroxides or oxides can be improved as compared with the case of using them alone.
特許文献3に記載された技術は、密閉型シールドトンネル工事に伴って発生する重金属類汚染土壌を処理する場合、掘削排出される重金属類汚染土壌を現位置にて不溶化処理する技術であり、現位置の重金属類汚染土壌内に、密閉型シールドトンネルの掘削切羽前面から不溶化材を注入し、カッターフェース面で攪拌混合する。さらに、排送管内で再混合と不溶化処理反応を促進させることにより、不溶化の基準を確保することができるとしている。 The technique described in Patent Document 3 is a technique for insolubilizing heavy metal-contaminated soil excavated and discharged at a current position when processing heavy metal-contaminated soil generated in the construction of a sealed shield tunnel. The insolubilized material is injected into the heavy metal contaminated soil at the position from the front face of the excavation face of the sealed shield tunnel, and the mixture is stirred and mixed on the cutter face. Furthermore, it is said that the standard of insolubilization can be secured by promoting remixing and insolubilization treatment reaction in the exhaust pipe.
しかし、上述した第1の方法については、シールド排泥水の発生から脱水ケーキを生成するまでの全体システムについて総合的な検討が必要である。また、砒素等の重金属を吸着させた鉄粉を回収する設備については、設備規模に対して処理能力が小さい設備を用いて検討を進めている事例が多く、大口径シールドで生じる大量の廃棄泥水を処理するためには、鉄粉回収設備を非現実的なレベルで大量導入する必要がある等、種々の問題がある。 However, for the above-described first method, it is necessary to comprehensively examine the entire system from generation of shield wastewater to generation of a dewatered cake. In addition, there are many examples of equipment that collects iron powder that has adsorbed heavy metals such as arsenic using equipment that has a small processing capacity relative to the equipment scale, and a large amount of waste mud generated from large-diameter shields. There are various problems such as the need to introduce a large amount of iron powder recovery equipment at an unrealistic level.
また、上述した第2の方法については、添加した抽出材が脱水ケーキに残留するため、将来的な脱水ケーキの安全性が担保されないだけではなく、抽出材が高価であるため、処理コストが高価になる等、種々の問題がある。 Moreover, about the 2nd method mentioned above, since the added extraction material remains in a dewatering cake, not only the future safety | security of a dewatering cake is not ensured, but since an extraction material is expensive, processing cost is expensive. There are various problems such as.
さらに、泥土圧式シールド工法を採用した場合には、重金属汚染土壌を不溶化処理することになり、処理土には砒素等の重金属が含まれるため、永久に管理する必要がある。 Furthermore, when the mud pressure shield method is adopted, the heavy metal contaminated soil is insolubilized, and the treated soil contains heavy metals such as arsenic, and thus must be managed permanently.
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、例えば、シールド排泥水の発生から脱水ケーキを生成するまでの一連の工程全体において、砒素等の重金属を含む大量の処理対象泥水が発生した場合であっても、これを効率的かつ適切に処理することが可能な重金属汚染土壌の無害化処理システムを提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described circumstances. For example, a large amount of muddy water to be treated containing heavy metals such as arsenic was generated in the entire series of processes from generation of shield mud water to generation of a dewatered cake. Even if it is a case, it aims at providing the detoxification processing system of the heavy metal contaminated soil which can process this efficiently and appropriately.
本発明の重金属汚染土壌の無害化処理システムは、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の重金属汚染土壌の無害化処理システムは、重金属汚染土壌を無害化処理するための装置であって、無害化処理の各段階において使用する装置群を備えている。 The detoxification system for heavy metal-contaminated soil of the present invention has the following features in order to achieve the above-described object. That is, the heavy metal-contaminated soil detoxification treatment system of the present invention is a device for detoxifying heavy metal-contaminated soil, and includes a group of devices used at each stage of the detoxification treatment.
粘土解泥工程における装置群として、粘土解砕装置と、篩い分け装置とがある。また、重金属除去工程における装置群として、鉄粉添加装置と、比重分離装置と、ドラム型磁性分離装置とがある。また、無害化処理の後段階における装置群として、脱水処理装置がある。なお、各装置群には、さらに他の装置が付加される場合がある。 As a group of apparatuses in the clay demolition process, there are a clay crushing apparatus and a sieving apparatus. Moreover, as an apparatus group in a heavy metal removal process, there are an iron powder addition apparatus, a specific gravity separation apparatus, and a drum type magnetic separation apparatus. Moreover, there is a dehydration processing apparatus as a group of apparatuses at a later stage of the detoxification process. In addition, another device may be added to each device group.
粘土解砕装置は、重金属汚染土壌に含まれる粘土塊を解砕するための装置である。篩い分け装置は、重金属汚染土壌を篩い分けして、所定の粒径以下の細粒分を含む泥水を取り出すための装置である。 The clay crushing device is a device for crushing clay lumps contained in heavy metal contaminated soil. The sieving device is a device for sieving heavy metal-contaminated soil and taking out muddy water containing fine particles having a predetermined particle size or less.
鉄粉添加装置は、細粒分を含む泥水に鉄粉を添加して、当該鉄粉に重金属を吸着させるための装置である。比重分離装置は、鉄粉を含まない泥水と、重金属が吸着した鉄粉を含む泥水とに比重分離するための装置である。ドラム型磁性分離装置は、永久磁石を利用して、重金属が吸着した鉄粉を含む泥水から鉄粉を回収するための装置である。脱水処理装置は、鉄粉を分離後の泥水を脱水処理するための装置である。 The iron powder adding device is a device for adding iron powder to mud containing fine particles and adsorbing heavy metals on the iron powder. The specific gravity separation device is a device for performing specific gravity separation into muddy water not containing iron powder and muddy water containing iron powder adsorbed with heavy metals. The drum-type magnetic separation device is a device for recovering iron powder from muddy water containing iron powder adsorbed with heavy metals using a permanent magnet. The dehydration apparatus is an apparatus for dehydrating muddy water after separating iron powder.
上述した装置群において、添加する鉄粉の一部または全部は、表面から内部にわたる多数の微細孔を有するとともに、粒度が150μm以上300μm以下、見掛密度が1.3g/cm3以上1.5g/cm3以下、比表面積が0.12m2/g以上0.36m2/g以下であることを特徴とするものである。なお、比表面積は、JIS Z 8830:2013に準拠し、BET多点法/吸着側相対圧(P/P0=0.001〜0.30)で測定した値とする。 In the apparatus group described above, part or all of the iron powder to be added has a large number of fine holes extending from the surface to the inside, the particle size is 150 μm or more and 300 μm or less, and the apparent density is 1.3 g / cm 3 or more and 1.5 g. / cm 3, specific surface area is to equal to or less than 0.12 m 2 / g or more 0.36 m 2 / g. The specific surface area is a value measured by the BET multipoint method / adsorption side relative pressure (P / P 0 = 0.001 to 0.30) in accordance with JIS Z 8830: 2013.
また、上述した構成に加えて、ドラム型磁性分離装置で回収しきれなかった鉄粉を含む泥水から鉄粉をさらに回収するフィルター型電磁石分離装置を備えることが好ましい。 In addition to the above-described configuration, it is preferable to include a filter type electromagnet separation device that further collects iron powder from muddy water containing iron powder that could not be collected by the drum type magnetic separation device.
また、上述した構成に加えて、比重分離装置の前段に、重金属を吸着した鉄粉を含む泥水を均一に供給する泥水供給装置を配置することが好ましい。 Further, in addition to the above-described configuration, it is preferable to arrange a muddy water supply device that uniformly supplies muddy water containing iron powder that has adsorbed heavy metals, in the preceding stage of the specific gravity separator.
また、上述した構成に加えて、比重分離装置に供給する泥水の比重を測定する泥水比重測定装置と、測定した泥水の比重に応じて、比重分離装置に供給する泥水量を調整する供給泥水量調整装置とを備えることが好ましい。 In addition to the above-described configuration, a mud specific gravity measuring device that measures the specific gravity of the mud supplied to the specific gravity separator, and a supplied mud water amount that adjusts the amount of mud supplied to the specific gravity separator according to the measured specific gravity of the mud. It is preferable to provide an adjustment device.
また、上述した構成に加えて、ドラム型磁性分離装置で回収した鉄粉と、同時に回収される余剰水とを分離して、当該余剰水のみを排出する余剰水排出装置を備えることが好ましい。 Moreover, in addition to the structure mentioned above, it is preferable to provide the surplus water discharge apparatus which isolate | separates the iron powder collect | recovered with the drum-type magnetic separation apparatus, and the surplus water collect | recovered simultaneously, and discharges | emits only the surplus water.
本発明に係る重金属汚染土壌の無害化処理システムによれば、例えば、泥水式シールド工事で発生する自然由来の砒素等の重金属を含む土壌を工事現場で無害化処理する際に、シールド排泥水の発生から脱水ケーキを生成するまでの一連の工程全体において、砒素等の重金属を吸着させる鉄粉の性状を適切に管理することにより、砒素等の重金属を含む大量の廃棄泥水が発生した場合であっても、これを効率的かつ適切に処理することが可能となる。 According to the detoxification system for heavy metal contaminated soil according to the present invention, for example, when soil containing heavy metals such as arsenic derived from nature generated in muddy water shield construction is detoxified at the construction site, the shield mud water This is the case where a large amount of waste mud containing heavy metals such as arsenic is generated by appropriately managing the properties of iron powder that adsorbs heavy metals such as arsenic throughout the entire series of processes from generation to generation of dehydrated cake. However, this can be processed efficiently and appropriately.
以下、図面を参照して、本発明に係る重金属汚染土壌の無害化処理システムの実施形態を説明する。図1〜3は本発明の実施形態に係る重金属汚染土壌の無害化処理システムを説明するもので、図1は全体構成を示す説明図、図2は比重分離装置の構成の説明図(横断面(a)及び縦断面(b))、図3はドラム型磁性分離装置の構成を示す説明図である。 Hereinafter, an embodiment of a detoxification system for heavy metal contaminated soil according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 illustrate a detoxification processing system for heavy metal-contaminated soil according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of a specific gravity separator (cross section) (A) and longitudinal section (b)), FIG. 3 is an explanatory view showing the configuration of the drum-type magnetic separation device.
<全体構成>
本発明の実施形態に係る重金属汚染土壌の無害化処理システムは、例えば、泥水式シールド工事で発生する重金属汚染泥水を無害化処理するための装置であって、図1に示すように、処理工程の進行順に、粘土解砕装置10及び篩い分け装置20、pH調整装置30、鉄粉添加装置40、比重分離装置50、ドラム型磁性分離装置60、脱水処理装置80を備えている。なお、本発明に係る無害化処理システムは、泥水式シールド工事だけではなく、適切な前処理を行うことにより、泥土圧式シールド工事や通常の掘削工事で発生する残土に対しても適用することができる。
<Overall configuration>
A detoxification system for heavy metal contaminated soil according to an embodiment of the present invention is an apparatus for detoxifying heavy metal contaminated mud generated in, for example, a muddy water type shield construction, as shown in FIG. The clay crushing device 10 and the
また、本発明にかかる重金属汚染土壌の無害化処理システムにおいて、pH調整装置30及びフィルター型電磁石分離装置70は、必須の装置ではなく、鉄粉に対する重金属の吸着を促進するためpH調整が必要な場合や、処理後の鉄粉の分離精度を向上させる必要がある場合に配設すればよい。また、重金属とは、ふっ素、ほう素、砒素、クロム、鉛、セレン等のことをいう。
Moreover, in the detoxification treatment system for heavy metal-contaminated soil according to the present invention, the pH adjusting
<粘土解泥工程における装置群>
粘土解泥工程には、粘土解砕装置10、篩い分け装置20、余剰泥水槽120が配置されている。篩い分け装置20における篩下分は余剰泥水槽120に貯留され、シールド掘削に必要な量の泥水が送泥水槽100に送出されてシールドマシン110に供給される。また、余剰泥水槽120に貯留された余剰分の泥水は、pH調整装置30の廃棄泥水受槽33に送出されてpH調整が行われる。
<Group of equipment in clay demolition process>
A clay crushing device 10, a
<粘土解砕装置>
粘土解砕装置10は、重金属汚染土壌に含まれる粘土塊を解砕するための装置である。一般的なシールド工事では、シールドマシン110から排出された泥水を振動篩で2mmを超える砂と2mm以下の細粒分に篩い分けし、篩残留分を砂として残土処理することが多い。自然由来の重金属汚染地盤を掘削する場合には、掘削対象となる土質が土丹になる可能性が高く、その場合、篩残留分に土丹が固結した粘土塊が含まれる可能性が払拭できない。このため、本実施形態では、篩残留分を解砕するための粘土解砕装置10を備えている。粘土解砕装置10は、例えば、ローラーミル、鬼歯ローラ、ボールミル、高速溶解機(攪拌機)等を用いることができる。
<Clay crusher>
The clay crushing apparatus 10 is an apparatus for crushing clay lumps contained in heavy metal contaminated soil. In general shield construction, the muddy water discharged from the
<篩い分け装置>
篩い分け装置20は、重金属汚染土壌を篩い分けして、所定の粒径以下の細粒分を含む泥水を取り出すための装置である。所定の粒径とは、例えば、砂分を基準として2mmとする。すなわち、2mmを超える砂分は、重金属を含まないものとして分離し、0次処理土として処理する。一方、2mm以下の細粒分を含む泥水は、重金属を含有しているものとして、重金属を分離して無害化処理を行う。篩い分け装置20は、例えば、振動篩を用いることができる。
<Sieving device>
The sieving
本実施形態では、篩い分け装置20として2つの振動篩を備えている。第1の振動篩はシールドマシン110から排出された泥水中に含まれる礫分・粘土塊を篩い分けするための装置である。第1の振動篩で篩い分けした礫分・粘土塊は、泥土解砕装置10により粉砕処理して解泥槽90に送出し、余剰泥水槽120から送出される余剰泥水の一部と混合して泥水状とした後、第2の振動篩で篩い分けする。そして、第1の振動篩及び第2の振動篩で篩い分けした篩下分は、余剰泥水槽120に貯留される。また、第2の振動篩により篩い分けした残留分は、0次処理土として処理される。
In the present embodiment, two sieving sieves are provided as the sieving
<解泥槽>
解泥槽90は、第1の振動篩である篩い分け装置20により篩い分けられた篩下分と、余剰泥水槽120から送出される余剰泥水の一部を貯留するための貯留槽であり、撹拌モータ91により駆動される撹拌翼92により泥水を撹拌して均一化するようになっている。なお、撹拌翼92の形状等は、篩下分の性状に応じて適宜設定することができる。また、図示しないが、解泥槽90には、泥水を送出するためのポンプを備えている。解泥槽90に貯留された余剰泥水は、第2の振動篩である篩い分け装置20に供給される。
<Through tank>
The
<余剰泥水槽>
余剰泥水槽120は、第1の振動篩及び第2の振動篩により篩い分けした篩下分からなる余剰泥水を貯留して、解泥槽90、送泥水槽100、pH調整装置30(廃棄泥水受槽33)に供給するための貯留槽である。余剰泥水槽120においても、撹拌モータ121により駆動される撹拌翼122により泥水を撹拌して均一化するようになっている。また、図示しないが、余剰泥水槽120には、泥水を送出するためのポンプを備えている。
<Excess mud tank>
The surplus
<送泥水槽>
送泥水槽100は、余剰泥水槽120から受け入れた泥水を貯留して、再度、シールドマシン110に供給するための貯留槽である。送泥水槽100においても、撹拌モータ101により駆動される撹拌翼102により泥水を撹拌して均一化するようになっている。また、図示しないが、送泥水槽100には、泥水を送出するためのポンプ及び泥水比重調整のための加水装置を備えている。
<Muddy water tank>
The muddy water tank 100 is a storage tank for storing muddy water received from the excess
<重金属除去工程における装置群>
重金属除去工程には、pH調整装置30、鉄粉添加装置40、比重分離装置50、ドラム型磁性分離装置60、フィルター型電磁石分離装置70が配置されている。pH調整装置30でpH調整された余剰泥水は、鉄粉添加装置40で鉄粉が添加されて重金属が吸着され、比重分離装置50に送出される。本実施形態では、比重分離装置50の前段に、重金属を吸着した鉄粉を含む泥水を均一に供給する泥水供給装置(図示せず)が配置されている。さらに、比重分離装置50に供給する泥水は、泥水比重測定装置(図示せず)により比重が測定され、供給泥水量調整装置(図示せず)により、泥水の比重に応じて比重分離装置50に供給する泥水量が調整される。
<Device group in heavy metal removal process>
In the heavy metal removing step, a
比重分離装置50で分離された鉄粉を含まない泥水は、一旦、廃棄泥水槽130に貯留された後、脱水処理装置80に送出される。一方、比重分離装置50で分離された重金属を吸着した泥水は、ドラム型磁性分離装置60に送出される。廃棄泥水槽130には、撹拌モータ131により駆動される撹拌翼132を備えている。
The muddy water containing no iron powder separated by the specific
ドラム型磁性分離装置60で回収された鉄粉は、一旦、余剰水排出装置として機能する鉄粉受槽140に貯留された後、鉄粉添加装置40へ送出される。また、ドラム型磁性分離装置60で分離された非磁性物には、分離しきれない磁性物(重金属吸着分離用鉄粉)が含まれるため、撹拌装置150により撹拌した後、フィルター型電磁石分離装置70に送出されて磁性物(重金属含有物)が分離される。
The iron powder collected by the drum-type
すなわち、ドラム型磁性分離装置60及びフィルター型電磁石分離装置70では、余剰泥水を非磁性物と磁性物の二種類に分別する。そして、磁性物はドラム型磁性分離装置60及びフィルター型電磁石分離装置70により、重金属吸着用の鉄粉として分離回収される。この工程で、重金属は磁性物に含まれることになる。また、非磁性物は磁力により吸引されないことで分離される成分であり、基本的には鉄粉(磁性物)も重金属も含まれていない。ただし、ドラム型磁性分離装置60は、磁性物と非磁性物の分離精度がやや劣るが、磁性物の混入割合が多い泥水を大量処理することが可能である。一方、フィルター型電磁石分離装置70は、磁性物と非磁性物の分離精度が高いが、磁性物の混入割合が多いと頻繁に目詰まりを起こすため洗浄処理に要する時間が長くなり、処理量が減少するおそれがある。したがって、本実施形態では、ドラム型磁性分離装置60及びフィルター型電磁石分離装置70を併用して、廃棄泥水を非磁性物と磁性物に分別している。
That is, in the drum-type
フィルター型電磁石分離装置70により分離された非磁性物(重金属が除去された泥水)は、一旦、廃棄泥水槽130に貯留された後、脱水処理装置80に送出される。また、フィルター型電磁石分離装置70で磁性物(重金属含有物)側に分別された処理物は鉄粉受槽140に送出される
The non-magnetic material (muddy water from which heavy metals have been removed) separated by the filter-type
<pH調整装置>
pH調整装置30は、pH調整が必要な場合に設置する装置であり、篩い分け装置20を通過した細粒分を含む泥水のpHを調整する。このpH調整装置30は、廃棄泥水受槽33と、pH調整材及び抽出材を投入するための投入装置(図示せず)と、撹拌モータ31により駆動される撹拌翼32とを備えている。すなわち、余剰泥水中に含まれる重金属が砒素である場合には、当該砒素は水酸化鉄由来の重金属である可能性が高いため、pHをアルカリ性にすることで溶出が促進される。このため、余剰泥水をアルカリ性にした後、撹拌翼32により余剰泥水を撹拌してpHを調整する。重金属(砒素)の溶出時間は、例えば1時間程度確保することが好ましい。
<PH adjuster>
The
<鉄粉添加装置>
鉄粉添加装置40は、鉄粉を添加して当該鉄粉に重金属を吸着させるための装置であり、重金属吸着槽41と、鉄粉を投入するための投入装置(図示せず)と、撹拌モータ42により駆動される撹拌翼43とを備えている。なお、鉄粉添加装置40において、細粒分を含む泥水にpH調整剤を添加してpHを中和してもよい。例えば、鉄粉による砒素の吸着は、pHが中性付近でその効果が最大となるため、泥水の中和を行いながら鉄粉を添加することが好ましい。鉄粉の添加量は、例えば、乾土重量あたり3〜5%程度が適正である。
<Iron powder adding device>
The iron
また、使用する鉄粉は、その一部または全部は、表面から内部にわたる多数の微細孔を有するとともに、粒度が150μm以上300μm以下、見掛密度が1.3g/cm3以上1.5g/cm3以下、比表面積が0.12m2/g以上0.36m2/g以下であるものとする。ここで、粒度が150μm以上の鉄粉が90%であることが望ましい。また、見掛密度が1.3g/cm3以上2.0g/cm3以下とすることも可能である。なお、比表面積の値は、JIS Z 8830:2013に準拠し、BET多点法/吸着側相対圧(P/P0=0.001〜0.30)で測定したものである。このような鉄粉の性状について、その臨界的意義を説明する。 The iron powder to be used has a part or all of a large number of fine pores extending from the surface to the inside, a particle size of 150 μm to 300 μm, and an apparent density of 1.3 g / cm 3 to 1.5 g / cm. 3 or less and a specific surface area and not more than 0.12 m 2 / g or more 0.36 m 2 / g. Here, it is desirable that the iron powder having a particle size of 150 μm or more is 90%. Further, the apparent density can be 1.3 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less. In addition, the value of a specific surface area is based on JIS Z 8830: 2013, and is measured by the BET multipoint method / adsorption side relative pressure (P / P 0 = 0.001 to 0.30). The critical significance of the properties of such iron powder will be described.
<鉄粉が多孔質状であること>
表面から内部にわたる多数の微細孔を有する性状、すなわち、多孔質状(スポンジ状)の鉄粉とすることにより、鉄粉自身の表面積が大きくなり、重金属の吸着効率が向上する。
<Iron powder must be porous>
By using a porous (sponge-like) iron powder having a large number of fine pores extending from the surface to the inside, the surface area of the iron powder itself is increased and the adsorption efficiency of heavy metals is improved.
<鉄粉の粒度>
鉄粉の粒度が150μmを下回ると、比重分離を行う際に、泥水と鉄粉が確実に分離できないおそれがある。一方、鉄粉の粒度が300μmを上回ると、当該鉄粉に重金属を吸着させる過程で当該鉄粉の被処理泥水中での分散性が低下し、重金属類の吸着効率が低下する。
<Grain size of iron powder>
If the particle size of the iron powder is less than 150 μm, the muddy water and the iron powder may not be reliably separated when performing the specific gravity separation. On the other hand, when the particle size of the iron powder exceeds 300 μm, the dispersibility of the iron powder in the treated mud water decreases in the process of adsorbing the heavy metal to the iron powder, and the adsorption efficiency of heavy metals decreases.
<鉄粉の見掛密度>
鉄粉の見掛密度が1.3g/cm3を下回ると、微細孔の数が多くなり、鉄粉の強度が低下する。なお、強度的に問題がない場合には、鉄粉の見掛密度は1.0g/cm3まで許容することができる。一方、鉄粉の見掛密度が1.5g/cm3を上回ると、微細孔の数が少なくなり、重金属の吸着効率が低下する。
<Apparent density of iron powder>
When the apparent density of the iron powder is less than 1.3 g / cm 3 , the number of fine holes increases and the strength of the iron powder decreases. If there is no problem in strength, the apparent density of the iron powder can be allowed up to 1.0 g / cm 3 . On the other hand, when the apparent density of the iron powder exceeds 1.5 g / cm 3 , the number of micropores decreases and the heavy metal adsorption efficiency decreases.
<鉄粉の比表面積>
鉄粉の比表面積が0.12m2/g以上0.36m2/g以下の範囲を逸脱すると、重金属を効率的に吸着することができなくなり、除去可能な重金属の量が減少する。
<Specific surface area of iron powder>
If the specific surface area of the iron powder deviates from the 0.12 m 2 / g or more 0.36 m 2 / g or less in the range, it becomes impossible to adsorb heavy metals effectively, the amount of removable heavy metals is reduced.
<比重分離装置>
比重分離装置50は、図2に示すように、例えば、サイクロンを用いて、鉄粉を含まない泥水と、重金属が吸着した鉄粉を含む泥水とに比重分離するための装置である。本実施形態では、粒径が大きな鉄粉を利用しているため、重力沈降だけで泥水から鉄粉を容易に回収することが可能であることから、一次処理としてサイクロンを利用して、鉄粉を含まない泥水と、鉄粉が濃縮された泥水に比重分離するようになっている。これにより、鉄粉回収対象となる泥水量を、従来技術の2〜3割程度に減少させることが可能となる。
<Specific gravity separator>
As shown in FIG. 2, the specific
なお、図示しないが、比重分離装置(サイクロン)50により、重量が大きい(比重が高い)として分離された残留分をドラム型磁性分離装置60に供給する設備(例えば、定量フィーダー)は、定量的に被処理物を供給できる設備とするため、磁性物側に排出された泥水を定量フィーダーに供給するとともに、定量フィーダー上に断面L字状の突起物を複数個配置することが好ましい。このような構造とすることにより、泥水の供給出口で、被処理物である泥水を均一に広げて供給することができる。また、本実施形態では、泥水からの鉄粉分離効果が高いという点で、比重分離装置50としてサイクロンを用いる好ましいが、泥水の状態によっては、他の構成からなる比重分離装置50を用いてもよい。
Although not shown in the drawing, the equipment (for example, a quantitative feeder) for supplying the residual portion separated by the specific gravity separator (cyclone) 50 as having a large weight (high specific gravity) to the drum type
<泥水比重測定装置>
本実施形態では、図示しないが、比重分離装置50に供給する泥水の比重を測定する泥水比重測定装置と、測定した泥水の比重に応じて、比重分離装置50に供給する泥水量を調整する供給泥水量調整装置とを備えることが好ましい。比重分離装置50に供給する泥水比重は、施工条件により1.00〜1.50程度の範囲で変動が生じる。特に、比重分離装置50としてサイクロンを用いた場合に、サイクロン処理(比重分離処理)の工程において、比重1.25程度までの鉄粉を添加した泥水は、100G程度の遠心力を作用させることで篩上に残留する鉄粉はほぼ零となるが、泥水比重が1.25程度を超えると、篩上に残留する鉄粉量が増加してくる。
<Muddy water specific gravity measuring device>
In this embodiment, although not shown, a mud specific gravity measuring device that measures the specific gravity of the mud supplied to the
この場合、遠心力を200G(最適には180G)程度まで上げることで、残留鉄粉量をほぼ零にすることが可能となる。したがって、サイクロンに供給する泥水の比重を測定し、泥水比重に応じてサイクロンに泥水を供給するポンプの吐出量を調整することにより、篩上に鉄粉が残留しないよう運転管理することが可能となる。なお、サイクロンに作用させる遠心力が大きい程、サイクロン内部の摩耗が激しくなるため、メンテナンス性向上の観点から、作用させる遠心力は小さい方が好ましい。 In this case, it is possible to reduce the amount of residual iron powder to almost zero by increasing the centrifugal force to about 200 G (optimally 180 G). Therefore, by measuring the specific gravity of the mud supplied to the cyclone and adjusting the discharge rate of the pump that supplies the mud to the cyclone according to the specific gravity of the mud, it is possible to manage the operation so that iron powder does not remain on the sieve. Become. In addition, since the abrasion inside a cyclone becomes so severe that the centrifugal force made to act on a cyclone becomes large, the one where the centrifugal force made to act is smaller is preferable from a viewpoint of maintenance property improvement.
泥水比重測定装置としては、例えば、廃棄泥水受槽33の水位と廃棄泥水受槽33の下部に設置した圧力計の出力値に基づいて、比重分離装置50に供給する泥水の比重を推定する装置を用いればよい。供給泥水量調整装置としては、例えば、上述した方法で推定した比重分離装置50に供給する泥水の比重に応じて、インバータ等を用いて泥水供給ポンプに作用させる電流値を調整することにより、泥水の供給量、すなわち比重分離装置50において泥水に作用させる遠心力を調整する装置を用いればよい。
As the mud specific gravity measuring device, for example, a device that estimates the specific gravity of the mud supplied to the
<ドラム型磁性分離装置>
ドラム型磁性分離装置60は、永久磁石を利用して、重金属が吸着した鉄粉を含む泥水から鉄粉を回収するための装置である。すなわち、鉄粉が濃縮された比重分離物(サイクロン処理物)には、鉄粉の他にも砂等が含まれているため、さらにそこから鉄粉のみを回収する必要がある。このため、本実施形態では、永久磁石61を利用したドラム型磁性分離装置60により、鉄粉回収処理を行うようになっている。この際、ドラム磁選機の上部から鉄粉を含む泥水を供給する設備(例えば、流下樋66を含む装置(図3参照))を採用することにより、単位時間当たりの処理重量を大きくすることが可能となる。
<Drum type magnetic separator>
The drum-type
ドラム磁選機は、例えば、図3に示すように、回転ドラム62の内部に永久磁石61を取り付けることにより、回転ドラム62の表面を磁性体の吸着面とする。そして、回転ドラム62を回転させて、吸着面に磁性体を吸着させ、スクレーパー65により吸着した磁性体を掻き落とすようになっている。また、本実施形態では、回転ドラム62の下側に位置する永久磁石設置部と非設置部の境界部の鉛直下付近に邪魔板63を設置するとともに、非磁性体と磁性体との分離部に向かってエアーノズル64からエアーを吹き付けることにより、非磁性体と磁性体とを区別して落下させることができるようになっている。
For example, as shown in FIG. 3, the drum magnetic separator makes a surface of the rotating drum 62 a magnetic surface by attaching a
<撹拌装置>
さらに、鉄粉の周りに粘土粒子が付着して、見掛上の磁性が低下した鉄粉は、ドラム磁選機では回収できないことがある。したがって、図3に示すように、ドラム磁選機で分離された非磁性物を撹拌槽151に貯留し、ミキサー等からなる撹拌装置150で撹拌することにより、鉄粉に付着した粘土を引きはがすことが好ましい。撹拌装置150は、撹拌槽151と、撹拌モータ152により駆動される撹拌翼153とを備えている。
<Agitator>
Furthermore, the iron magnetic powder in which the apparent magnetic properties are reduced due to adhesion of clay particles around the iron powder may not be collected by the drum magnetic separator. Therefore, as shown in FIG. 3, the non-magnetic material separated by the drum magnetic separator is stored in the
<余剰水排出装置>
また、ドラム磁選機により磁性物側に分別されて排出される鉄粉濃縮物には、水分が多く含まれている場合がある。このため、図1及び図3に示すように、磁性物側に排出された鉄粉を貯留するための鉄粉受槽140内に越流堰141を設け、鉄粉を越流堰141の上流側に排出する。そして、鉄粉とともに磁性物側に排出された水分は、越流堰141を乗り越えて流下する構成とすることにより、磁性物側に排出された水分量が多くなった場合に、水分のみを排出することができる。上述したように、鉄粉受槽140及びこれに付帯する機器が余剰水排出装置として機能する。
<Excess water discharge device>
Further, the iron powder concentrate that is separated and discharged to the magnetic material side by the drum magnetic separator may contain a lot of moisture. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 3, the
<フィルター型電磁石分離装置>
フィルター型電磁石分離装置70は、ドラム型磁性分離装置60で回収しきれなかった鉄粉を含む泥水から鉄粉をさらに回収するための装置である。すなわち、フィルター型電磁石分離装置70により非磁性物(重金属が除去された粘土等)を分離して、ドラム型磁性分離装置60で回収しきれなかった微量の鉄粉をさらに回収する。本実施形態のフィルター型電磁石分離装置70は、図示しないが、鉄球等に磁界を作用させることで磁力を発生させて、鉄粉と非磁性物を分離し、鉄粉を回収する装置からなる。このように、フィルター型電磁石分離装置70により非磁性物を再度処理することにより、廃棄泥水中からほとんどすべての鉄粉を回収することができる。
<Filter type electromagnet separator>
The filter type
すなわち、磁性物として分離される処理物の主体は鉄粉であるため、重金属を含有している。ただし、鉄粉は、土壌から水に溶出する僅かな重金属を吸着するだけであり、重金属の含有量は極僅かである。一方、非磁性物として分離される処理物の主体は、砂・シルト・粘土・水であり、鉄粉の混入量は少なくなっているため、殆ど重金属を含有していない。また、非磁性物中の鉄粉含有量は、ドラム型磁性分離装置60と比較して、フィルター型電磁石分離装置70の方が少なくなっている。このように、本実施形態では、ドラム型磁性分離装置60で分離しきれなかった微量の鉄粉をフィルター型電磁石分離装置70で除去するようになっている。
That is, since the main body of the processed material separated as a magnetic material is iron powder, it contains heavy metals. However, iron powder only adsorbs a slight amount of heavy metal eluted from the soil into water, and the content of heavy metal is negligible. On the other hand, the main processed materials separated as non-magnetic materials are sand, silt, clay, and water, and the amount of iron powder mixed therein is small, so that hardly any heavy metals are contained. Further, the content of iron powder in the non-magnetic material is smaller in the filter type
<鉄粉の再利用>
本実施形態では、回収した鉄粉を再利用する。しかし、鉄粉の再利用の回数が増えてくると、重金属を吸着する能力が低下する。そこで、所定回数だけ再利用した鉄粉を酸、アルカリ、アスコルビン酸のいずれか、もしくはこれらを組合せて処理することにより、重金属吸着能力を復元することができる。
<Reuse of iron powder>
In this embodiment, the recovered iron powder is reused. However, as the number of reuses of iron powder increases, the ability to adsorb heavy metals decreases. Therefore, the heavy metal adsorption capacity can be restored by treating the iron powder reused a predetermined number of times with any one of acid, alkali, ascorbic acid, or a combination thereof.
<処理後段階における装置群(脱水処理装置)>
無害化処理の後段階には、脱水処理装置80が配置されている。脱水処理装置80は、廃棄泥水槽130に貯留された重金属が分離・除去された廃棄泥水を脱水処理することにより減容化する装置であり、例えばフィルタープレス等からなる。すなわち、鉄粉をすべて回収した泥水は、フィルタープレス等で脱水処理することにより、廃棄泥土量を減少させることができる。また、脱水処理装置80として、セメントを添加して脱水処理を行う真空加圧脱水機を利用することにより、自硬性のある脱水ケーキを生成して、将来的な重金属溶出のリスクをさらに低減することができる。また、脱水処理装置80から排出される濾水は、濁水処理装置(図示せず)により濁水処理して、得られた清水を再利用することができる。
<Device group in the post-treatment stage (dehydration processing device)>
A
<本発明の有利な効果>
以下、本発明に係る重金属汚染土壌の無害化処理システムが、従来考えられているシステムと比較して有利な効果を奏する点について説明する。鉄粉混合槽から磁気分離機に鉄粉混じりの排泥水をポンプアップし、浄化泥水を回収する装置構成では、700m3程度を超える廃棄泥水から鉄粉を回収することは困難である。なぜならば、鉄粉混合槽から磁気分離機に鉄粉混じりの排泥水をポンプアップし、浄化泥水を回収する方法では、700m3程度を超える廃棄泥水を2〜3時間以内に処理する必要があるため、230〜350m3/h程度の処理能力が必要となり、複数の設備(例えば、5〜8台)の処理装置が必要となる。
<Advantageous Effects of the Present Invention>
Hereinafter, the point that the detoxification processing system for heavy metal-contaminated soil according to the present invention has an advantageous effect as compared with a conventionally considered system will be described. It is difficult to recover iron powder from waste muddy water exceeding about 700 m 3 with an apparatus configuration that pumps up the waste mud mixed with iron powder from the iron powder mixing tank to the magnetic separator and collects purified muddy water. This is because in the method of pumping up the waste mud mixed with iron powder from the iron powder mixing tank to the magnetic separator and recovering the purified mud, it is necessary to treat the waste mud exceeding about 700 m 3 within 2 to 3 hours. Therefore, a processing capacity of about 230 to 350 m 3 / h is required, and a plurality of equipment (for example, 5 to 8) processing devices are required.
また、鉄粉を繰り返し利用すると重金属吸着能力が低下するが、鉄粉を鉄粉混合槽に常時戻す処理方法では、鉄粉を繰り返し利用する毎に重金属吸着能力が低下する。このため、使用限度を超えた鉄粉は回収して、フレッシュな鉄粉を鉄粉混合槽に添加する必要があり、大量の鉄粉を使用しなければならない。 Moreover, when iron powder is repeatedly used, the heavy metal adsorption capacity is reduced. However, in the processing method in which the iron powder is always returned to the iron powder mixing tank, the heavy metal adsorption capacity is reduced every time the iron powder is repeatedly used. For this reason, it is necessary to collect | recover the iron powder exceeding a use limit, and to add fresh iron powder to an iron powder mixing tank, and a lot of iron powder must be used.
この点、本発明に係る重金属汚染土壌の無害化処理システムでは、処理能力が高く、設備のコンパクト化を図ることができるだけではなく、鉄粉を再利用するシステムが確立されているため、鉄粉の使用量を大幅に減少させることができる。 In this regard, the heavy metal-contaminated soil detoxification treatment system according to the present invention has a high treatment capacity and can not only make equipment compact, but also establish a system for reusing iron powder. The amount of use can be greatly reduced.
また、ドラム型磁性分離装置において、被処理泥水を回転ドラムの下側から供給する方法では、砂分が多い泥水を処理対象とすると、回転ドラム下側の水路が土砂により閉塞して処理不良を起こすおそれがあるため、現場向きの処理設備とすることに懸念がある。 In the drum type magnetic separation device, in the method of supplying the muddy water to be treated from the lower side of the rotating drum, if the muddy water having a large amount of sand is to be treated, the water channel on the lower side of the rotating drum is clogged with earth and sand, resulting in a processing failure. Since there is a risk of causing it, there is a concern about making the treatment equipment suitable for the site.
この点、本発明に係る重金属汚染土壌の無害化処理システムでは、被処理泥水を回転ドラムの上側から供給しているため、上述したような不具合は生じない。 In this respect, in the detoxification processing system for heavy metal-contaminated soil according to the present invention, since the muddy water to be treated is supplied from the upper side of the rotating drum, the above-described problems do not occur.
また、鉄粉を遠心分離する装置としてスクリューデカンタ等の遠心分離装置のみを使用した場合に、回収した鉄粉には砂分も含まれ、砂分を含んだ鉄粉が再利用されることとなる。このため、重金属が混入した泥水に鉄粉を投入すると、鉄粉と共に添加された砂分は、再度、遠心分離装置により鉄粉と共に回収されてしまい、処理を繰り返すたびに鉄粉に含まれる砂分が多くなってしまい、鉄粉添加量の管理が出来なくなるおそれがある。 In addition, when only a centrifuge such as a screw decanter is used as a device for centrifuging iron powder, the collected iron powder contains sand, and the iron powder containing sand is reused. Become. For this reason, when iron powder is introduced into the muddy water mixed with heavy metal, the sand added together with the iron powder is collected again with the iron powder by the centrifugal separator, and the sand contained in the iron powder every time the process is repeated. There is a risk that the amount of iron will increase and the amount of iron powder added cannot be managed.
この点、本発明に係る重金属汚染土壌の無害化処理システムでは、鉄粉と砂分とを確実に分離することができるため、上述したような不都合は生じない。 In this respect, the heavy metal-contaminated soil detoxification system according to the present invention can reliably separate the iron powder and the sand, so that the above-described disadvantage does not occur.
10 粘土解砕装置
20 篩い分け装置
30 pH調整装置
31 撹拌モータ
32 撹拌翼
33 廃棄泥水受槽
40 鉄粉添加装置
41 重金属吸着槽
42 撹拌モータ
43 撹拌翼
50 比重分離装置
60 ドラム型磁性分離装置
61 永久磁石
62 回転ドラム
63 邪魔板
64 エアーノズル
65 スクレーパー
66 流下樋
70 フィルター型電磁石分離装置
80 脱水処理装置
90 解泥槽
91 撹拌モータ
92 撹拌翼
100 送泥水槽
101 撹拌モータ
102 撹拌翼
110 シールドマシン
120 余剰泥水槽
121 撹拌モータ
122 撹拌翼
130 廃棄泥水槽
131 撹拌モータ
132 撹拌翼
140 鉄粉受槽
141 越流堰
150 撹拌装置
151 撹拌槽
152 撹拌モータ
153 撹拌翼
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (5)
前記重金属汚染土壌に含まれる粘土塊を解砕する粘土解砕装置と、
前記重金属汚染土壌を篩い分けして、所定の粒径以下の細粒分を含む泥水を取り出す篩い分け装置と、
前記細粒分を含む泥水に鉄粉を添加して、当該鉄粉に重金属を吸着させる鉄粉添加装置と、
鉄粉を含まない泥水と、重金属が吸着した鉄粉を含む泥水とに比重分離する比重分離装置と、
永久磁石を利用して、前記重金属が吸着した鉄粉を含む泥水から鉄粉を回収するドラム型磁性分離装置と、
前記鉄粉を分離後の泥水を脱水処理する脱水処理装置と、
を備え、
前記鉄粉の一部または全部は、表面から内部にわたる多数の微細孔を有するとともに、粒度が150μm以上300μm以下、見掛密度が1.3g/cm3以上1.5g/cm3以下、比表面積が0.12m2/g以上0.36m2/g以下であることを特徴とする重金属汚染土壌の無害化処理システム。 An apparatus for detoxifying heavy metal contaminated soil,
A clay crushing device for crushing clay lumps contained in the heavy metal contaminated soil;
Sieving the heavy metal contaminated soil, and a sieving device for taking out muddy water containing fine particles having a predetermined particle size or less;
An iron powder adding device for adding iron powder to the muddy water containing the fine particles, and adsorbing heavy metals to the iron powder;
A specific gravity separation device that separates specific gravity into muddy water not containing iron powder and muddy water containing iron powder adsorbed with heavy metals;
A drum-type magnetic separation device that recovers iron powder from muddy water containing iron powder adsorbed by the heavy metal using a permanent magnet;
A dehydrating apparatus for dehydrating muddy water after separating the iron powder;
With
Part or all of the iron powder has a large number of fine pores extending from the surface to the inside, a particle size of 150 μm to 300 μm, an apparent density of 1.3 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 , and a specific surface area. Is a detoxification treatment system for heavy metal-contaminated soil, characterized in that it is 0.12 m 2 / g or more and 0.36 m 2 / g or less.
ことを特徴とする請求項1記載の重金属汚染土壌の無害化処理システム。 A filter-type electromagnet separator that further collects iron powder from muddy water containing iron powder that could not be recovered by the drum-type magnetic separator,
The detoxification treatment system for heavy metal-contaminated soil according to claim 1.
前記測定した泥水の比重に応じて、前記比重分離装置に供給する泥水量を調整する供給泥水量調整装置と、
を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の重金属汚染土壌の無害化処理システム。 A mud specific gravity measuring device for measuring the specific gravity of the mud supplied to the specific gravity separator;
According to the measured specific gravity of the muddy water, a supplied muddy water amount adjusting device that adjusts the amount of muddy water supplied to the specific gravity separation device;
The detoxification treatment system for heavy metal-contaminated soil according to any one of claims 1 to 3, wherein
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