专利名称：污染土的净化方法
技术领域：
本发明涉及一种污染土的净化方法，更详细地说，涉及将土壤中含有的有害重金属类洗涤后，进一步实现不溶化，并使污染土稳定化、无害化污染土的净化方法。
背景技术：
在日本的土壤污染对策法中，将镉、铅、6价铬、砷、总汞量、铜、硒这样的重金属(比重超过4的金属类的总称)，与氰、氟、硼等共同定义为第2类特定有害物质，属于限制的对象。
该法中关于重金属等，从通过直接摄取对人体的危险度和通过地下水等的摄取对人体的危险度的观点出发，引入两个标准，将前者定义为土壤含量，后者定义为土壤溶出量。
迄今为止处理土壤污染的对策有1)封闭法、2)不溶化和固定化方法、3)净化法等。
封闭法中有截水处理和阻断处理，任意一种都采用截水壁或阻断壁将污染土封闭的方法，土地再利用极其困难，存在难于得到附近居民理解的问题。
不溶化和固定化方法有化学不溶化法、胶合剂固定法、地球化学固结法。化学不溶化法是利用氯化亚铁等化学试剂进行化学无害化处理的方法，具有再溶出的可能，因而在长期稳定方面存在问题。胶合剂固定法也有再溶出的可能，在长期稳定方面存在问题。地球化学固结法是在新结晶矿物中固定特定有害物质的方法，经过地球化学稳定后，具有优异的长期稳定性。然而，在不溶化和固定化方法中，当地球化学固结法在污染土浓度的含量上超过标准时，就不适合了。
迄今为止的净化方法中，有扬水抽出法、电分解法、加热处理法、洗涤法。扬水抽出法是利用钻孔强行使水进行循环，抽出除去污染物质的方法；电分解法为通过电流使其电分解，回收金属离子的方法；加热处理法是进行加热使其挥发或燃烧，进行回收或在空气中发散的方法；洗涤法是将污染土和地层挖掘后进行分级洗涤，或就地进行高压洗涤，与微粒堆积物一起除去重金属，以降低含量和溶出量的方法，上述任一方法中，都具有减少有害物质的效果，但存在重金属含量的除去率最大为30-70％，具有数10％或以上物质残留的问题。
在上述污染土对策中，各方法均有优缺点，其中，作为一种对含量标准和溶出量标准有效的方法，洗涤法存在如下问题。
通过洗涤法的重金属除去率主要取决于粒度组成，微粒部分少时除去率降低。而当增加微粒部分时，虽然除去率变高，但需搬出场外的废弃物量增加，处理费用上升，从而引起非效率方面的问题。
重金属和土粒子通过吸附、离子交换、胶结和化合等，比较牢固地进行物理化学的结合，为此，洗涤法中存在下述的问题。
(1)洗涤效果主要取决于对象土的粒度分布，含量的降低率大约为30-60％。
(2)难以适用于泥砂、粘土等微粒部分超过30％的污染土。
(3)残余的重金属会发生溶出，并超出溶出量的标准。
(4)由于除去泥砂、粘土以及有机物质，土壤特性丧失而无法再利用。
此外，由于损耗率上升，即使用化学试剂(酸)和洗涤液进行抽出去除，也会因残留的化学试剂(酸)等的影响，反而使溶出量增加。
发明内容
本发明的课题是提供一种污染土的净化方法，其能解决洗涤法之类的净化方法所存在的问题，将土壤中的污染物质的含量抑制到标准以下，同时，将溶出量也抑制到标准以下。
本发明其它的课题通过下面的描述进行说明。
通过以下的发明解决上述课题。
(1)污染土的净化方法，其特征在于，包括将洗涤重金属污染土所产生的洗涤污水和洗涤处理土进行分离的洗涤步骤、和将所述洗涤处理土中的重金属的溶出成分进行固定化的土壤稳定化步骤。
(2)根据(1)所述的污染土的净化方法，其特征在于，从所述洗涤步骤中分离出洗涤污水，其后，通过水处理步骤，将处理水与含重金属的固体物质进行分离。
(3)根据(1)或(2)所述的污染土的净化方法，其特征在于，在所述的土壤稳定化步骤中，向所述洗涤处理土中，混入粘性土、阳离子交换剂和钙化合物，进行重金属的溶出成分的固定化处理。
(4)根据(1)或(2)所述的污染土的净化方法，其特征在于，在所述的土壤稳定化步骤中，向所述洗涤处理土中，混入粘性土、阳离子交换剂、钙化合物和镁化合物，进行重金属的溶出成分的固定化处理。
(5)根据(1)或(2)所述的污染土的净化方法，其特征在于，在所述的土壤稳定化步骤中，向所述洗涤处理土中，混入粘性土、阳离子交换剂、钙化合物、镁化合物、二价或三价铁盐和铝盐的至少一种，进行重金属的溶出成分的固定化处理。
图1表示本发明净化方法的一个实施例的流程图。
图2表示实施本污染土净化法的具体方法及其装置的一个实施例的示意图。
附图标记说明1洗涤步骤2水处理步骤3土壤稳定化步骤10转筒筛型转动式洗涤机
11重力沉淀式分离和砂土脱水筛12稳定化处理步骤13沉砂池14氧化反应槽15凝集沉淀槽16浆料槽17压滤机具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
本发明中，所谓污染土是指含有对环境有害的物质的土壤，最好是含有土壤对策法中第2种有害物质的土壤，例如含有镉、铅、6价铬、砷、总汞量、铜、硒这样的重金属和氰、氟、硼等土壤。
重金属可以以金属阳离子、氧化物(包括复合氧化物)或低价氧化物的形式存在。在本发明中，所谓对环境有害的物质是指通过直接摄取对人体有危险和通过地下水等摄取对人体有危害的物质。
下面，以附图为基础，对本发明净化方法的一个实施例进行说明。
图1表示本发明净化方法的一个实施例的流程图。
1是洗涤步骤，是将洗涤重金属污染土产生的洗涤污水和洗涤处理土进行分离的步骤。
洗涤步骤1包括洗涤和分级处理。在洗涤重金属污染土的过程中，优选通过洗涤水洗涤，在洗涤水分散的过程中，优选在转动污染土的同时进行分散，使污染土和洗涤水进行充分地接触。洗涤步骤1中分级，优选按砾石、沙、污泥等粒径进行分级。
2是处理洗涤污水的水处理步骤，在水处理步骤2中，由此加入上述洗涤过程1中被分级的污泥，优选进行沉降分离、氧化反应、凝集沉淀等处理。在最初的沉降分离中，分离上层澄清水和沉淀的土。在凝集沉淀中，分离澄清处理水和沉降的污泥。上述沉淀的土和沉降的污泥，例如通过压滤机进行脱水，形成脱水滤饼和固化的污泥。
3是稳定、固定化上述的洗涤处理土的土壤稳定化步骤。在本发明中，在洗涤步骤中洗涤污染土，使洗涤处理土中的重金属减少，预想满足上述污染物质的含量标准。在本发明中，含有量标准存在模糊性，即，即使满足含量标准，一旦该标准含量在土壤中溶出，会有不满足溶出量标准的情况，特别是地下水污染等问题是依然残存的严重问题。在本发明中，为了达到上述含有量标准，解决严重的地下水污染问题，设计了土壤稳定化步骤。
洗涤处理土的稳定化方法优选向洗涤处理土中混入粘性土、阳离子交换剂和钙化合物，使土壤稳定化；作为更优选的实施方式，可以列举向洗涤处理土里混入粘性土、阳离子交换剂、钙化合物和镁化合物，使土壤稳定化的方式；向洗涤处理土里混入粘性土、阳离子交换剂、钙化合物、镁化合物、二价或三价铁盐和/或铝盐，使土壤稳定化的方式。
本发明中使用的阳离子交换剂，是具有阳离子交换材料功能的物质，其在短时间内，能与在污染土中作为阳离子存在的重金属类进行交换吸附，优选为沸石类。
作为沸石类物质，可以使用天然沸石，人工沸石的任一种，或两者一起使用。
本发明中使用的沸石类物质是阳离子交换容量为100meq/100g或以上的高阳离子交换容量物质，阳离子交换容量高越高越好，但出于性能限制和价格等的关系，上限为220meq/100g或以下。若阳离子交换容量低于100meq/100g，由于增加了添加的体积，因而是不优选的。更优选为150meq/100g或以上。本发明中，阳离子交换容量的测定法为，シヨ一レンベルガ一法及其快速法。
在本发明中，沸石类物质可使用粉末状、粒子状中任一种。在粒子状和/或粉末状的情况下，优选平均粒径为5mm或以下。此外，在本发明中，可以将粉末状和粒子状的天然和/或人工沸石类进行适当地混合使用。
沸石类物质，从维持稳定法中所用添加剂的强度的观点出发，优选用水进行饱和。
在本发明中使用的钙化合物具有吸附材料的功能，能够吸附上述沸石类物质不能吸附、保持的污染土中的阴离子，并具有调节pH值(碱性调节)的功能，能够以强化和维持上述的沸石类阳离子交换功能和吸附功能。作为阴离子，具有吸附砷(砷酸离子，亚砷酸离子)以及其它阴离子(例如铬酸离子)等阴离子的功能。
作为上述钙化合物，可以列举Ca(OH)2(消石灰)、CaO(生石灰)、CaCO3(碳酸钙)、CaCl2(氯化钙)等。可以将上述物质单独使用，也可以将2种或以上适当地混合使用。
本发明中使用的镁化合物，具有吸收沸石以及粘土中难以被吸附保持的、污染土中存在的、形成阴离子的污染物质的辅助功能。因此，通过含有镁盐，可以防止污染土中的污染物质不溶，并进一步使其无害化。
作为这种镁化合物，可以列举Mg(OH)2(氢氧化镁)、MgO(氧化镁)、MgCO3(碳酸镁)、MgCl2(氯化镁)等。可以将上述物质单独使用，也可以将2种或以上适当地混合使用。
此外，在本发明中，可以使用同时含有钙和镁的化合物。作为相关的化合物，可以列举例如白云石等。
此外，在本发明中，优选含有二价或三价铁盐，或铝盐。作为二价铁盐，只要能生成Fe2+离子等铁盐，就没有特别的限定，例如FeCl2、FeSO4等。若添加二价铁盐，能够还原例如六价铬，形成有害性低的氧化铬，在新形成的Ca、Mg含水铝硅酸盐矿物相中，具有吸附、固定各种阳离子、阴离子的效果。作为三价铁盐，只要能生成Fe3+离子等铁盐，就没有特别的限定。此外，铝盐只要能生成铝离子的化合物，也就没有特别的限定。
本发明中使用的粘性土，优选由于其与重金属类和有害元素有良好的化学反应性，能将其进一步吸附、保持，经过长时间后，在新形成的结晶相中(人工矿物)最终以微量成分等的形式固定下来。这是由于经过长时间、在保持顺应自然环境的状态下，可以使污染土中含有的重金属类和有害元素存在。
该粘性土不仅具有所述的特性，便宜、较容易得到也很重要，地表中分布的粘土类，特别是考虑其稳定性(地表中，对地表环境的稳定性)，优选风化生成的粘土类。
作为这种粘性土，可使用作为通过火山喷射物的风化作用而形成的生成物的火山壤土(例如关东壤土)，花岗岩风化物的细砂质土等。
这些粘性土随着其中所含硅酸和铁、氧化铝等含水性低的结晶物质以及低结晶性的粘土矿物的更高度结晶化，具有将通过上述的沸石类和钙化合物等被吸附的污染土中的重金属类和有害元素作为微量成分吸收的功能。
最终，在最稳定的硅酸盐矿物相中，作为微量成分在地球化学性上被稳定化，且不会由于水而发生溶出等，从而形成长期、稳定的人工地层。
使用粘性土时，当需要改变其性质时，为了以增加粘性、调节透水性，可混入膨润土等粘土矿物类，相反，若要降低粘性，可混入砂类。
在本发明中，在洗涤处理土的稳定化过程中，在添加粘性土、沸石类与钙化合物的情况下，相对于100重量份的上述洗涤处理土，被添加材料的添加量，优选粘性土为5-30重量份、沸石类为1-15重量份、钙化合物为1-10重量份的范围。
此外，若添加镁化合物，相对于100重量份的上述洗涤处理土，镁化合物优选为1-5重量份的范围。
此外，当添加二价或三价铁盐和/或铝盐时，相对于100重量份的上述洗涤处理土，优选二价铁盐等为0.1-3重量份的范围。
由于本发明中使用的稳定材料主要为天然矿物资源，不会因化学试剂等人工物质而产生新的环境污染。此外，本发明的反应基本为吸附反应、离子交换反应、新矿物相形成，只要是符合该条件的离子，不仅适用于污染土中仅有有害重金属类，对于砷和其它的元素也可能适用，因此本发明具有显著的通用性。
本发明中，在对洗涤处理土进行稳定化处理的过程中，例如，洗涤处理土铺满在特定的地方，在上面撒上作为上述稳定剂的沸石类物质和钙化合物等，可采用各种方法将其混合，而进一步与粘土混合。稳定化处理完成的处理土重新填入到挖开的地方。
图2中所示的是实施污染土的净化方法的具体方法及其装置。
首先，将200m3污染土和400m3水投入到转筒筛型转动式洗涤机10中(气工株式会社制造的“转筒筛”)。
接下来，输送入重力沉淀式分离和砂土脱水筛11(气工株式会社制造的高筛孔分级机)中。在该砂土脱水筛11中，将砾石(5mm或以上)，砂石(75μm-5mm)与作为洗涤污水的多余污泥(74μm或以下的土30m3与水360m3)将170m3砾石(5mm或以上)作为洗涤处理土输送入稳定化处理步骤12中。在稳定化处理中添加25.5m3的稳定剂，混合、得到处理完成的土(195.5m3)。
将上述多余污泥(30m3土与360m3水)在沉砂池中进行固液分离，送入酸化反应槽14中，添加ASTEC公司制造的称作为“TRP”的聚铁进行处理。接着，在凝集沉淀槽15中添加称作为PAC的高分子絮凝剂，进行絮凝处理。沉降的污泥经由浆料槽16送入压滤机17中进行脱水处理。将凝集沉淀处理水(360m3)作为再次洗涤水进行利用。将脱水滤饼和上述沉砂池13中的沉淀土砂进行废弃处理。
实施例接下来所示的是本发明的净化方法。
按照图2中所示的方法，采用标准法(5点混合法)分别对污染土、洗涤处理土、稳定化处理土、洗涤污水、脱水滤饼的pH、铅含量、铅溶出量、砷含量、砷溶出量进行分析。
其结果列于表1。
各样品在约3个月的实验过程中，进行备注中所示次数的采样，分析，列出平均值。
表1
铅溶出量标准0.01mg/L或以下砷溶出量标准0.01mg/L或以下铅含有量标准150mg/Kg或以下砷含有量标准150mg/Kg或以下
权利要求
1.污染土的净化方法，其特征在于，包括将洗涤重金属污染土所产生的洗涤污水和洗涤处理土进行分离的洗涤步骤、和将所述洗涤处理土中的重金属的溶出成分进行固定化的土壤稳定化步骤。
2.根据权利要求1所述的污染土净化方法，其特征在于，从所述洗涤步骤中分离出洗涤污水，其后，通过水处理步骤，将处理水与含重金属的固体物质进行分离。
3.根据权利要求1或2所述的污染土净化方法，其特征在于，所述的土壤稳定化步骤中，向所述洗涤处理土中，混入粘性土、阳离子交换剂和钙化合物，进行重金属的溶出成分的固定化处理。
4.权利要求1或2所述的污染土净化方法，其特征在于，在所述的土壤稳定化步骤中，向所述洗涤处理土中，混入粘性土、阳离子交换剂、钙化合物和镁化合物，进行重金属的溶出成分的固定化处理。
5.权利要求1或2所述的污染土净化方法，其特征在于，在所述的土壤稳定化步骤中，向所述洗涤处理土中，混入粘性土、阳离子交换剂、钙化合物、镁化合物和二价或三价铁盐和铝盐的至少一种，进行重金属的溶出成分的固定化处理。
全文摘要
本发明提供一种污染土的净化方法，其能够解决洗涤方法这样的净化方法中存在的问题，使土壤中的污染物质的含量抑制到标准以下，且使溶出量抑制到标准以下。本发明的污染土的净化方法包括将洗涤重金属污染土所产生的洗涤污水与洗涤处理土分离的洗涤步骤、和将该洗涤处理土的重金属的溶出成分进行固定化的土壤稳定化步骤。优选在上述洗涤步骤中分离出洗涤污水，其后，通过水处理步骤，将处理水与含重金属的固体进行分离。
文档编号B09C1/04GK1660515SQ20041007660
公开日2005年8月31日 申请日期2004年7月26日 优先权日2004年2月27日
发明者森本辰雄, 和田信彦, 凑秀雄, 小泽阳子 申请人:阿斯特古股份有限公司, 和田信彦, 凑秀雄, 小泽阳子