特許 6391012 砒素汚染土壌の洗浄方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6391012

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】砒素汚染土壌の洗浄方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/00 20060101AFI20180910BHJP

   B04B 1/20 20060101ALI20180910BHJP

   B04B 13/00 20060101ALI20180910BHJP

   B03B 5/28 20060101ALI20180910BHJP

   B03B 13/00 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/00 JZAB

   B04B1/20

   B04B13/00

   B03B5/28 A

   B03B5/28 B

   B03B13/00

【請求項の数】4

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-24531(P2015-24531)

(22)【出願日】2015年2月10日

(65)【公開番号】特開2015-171708(P2015-171708A)

(43)【公開日】2015年10月1日

【審査請求日】2017年12月6日

(31)【優先権主張番号】特願2014-29377(P2014-29377)

(32)【優先日】2014年2月19日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(72)【発明者】

【氏名】山本 千絵

(72)【発明者】

【氏名】毛利 光男

(72)【発明者】

【氏名】設樂 和彦

(72)【発明者】

【氏名】石鍋 誠一

(72)【発明者】

【氏名】江口 崇

(72)【発明者】

【氏名】八巻 淳

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１１６３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２６０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８３２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７５８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１９９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８１３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１０８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３４５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０３−５０２４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４９２３１２５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９８４８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００−１１／２０

Ｂ０９Ｃ １／００− １／１０

Ｂ０３Ｂ ５／２８

Ｂ０４Ｂ １／２０

Ｂ０４Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄して浄化土とする砒素汚染土壌の洗浄方法であって、
少なくとも、スラリー状とされた前記汚染土壌、又は、前記汚染土壌の一部にアルカリ系処理剤を添加し、前記汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素をアルカリ抽出して溶存態として前記スラリー内の液分中に抽出するアルカリ抽出工程と、
前記アルカリ抽出工程を経たスラリー状の前記汚染土壌、又は、前記汚染土壌の一部を、所定の分級点でデカンタ分級することにより、前記分級点以下で且つ上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と、前記分級点超の固形分とに固液分離するデカンタ分級工程と、を備えることを特徴とする砒素汚染土壌の洗浄方法。

【請求項2】

自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄して浄化土とする砒素汚染土壌の洗浄方法であって、
スラリー状とされた前記汚染土壌、又は、前記汚染土壌の一部にアルカリ系処理剤を添加し、前記汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素をアルカリ抽出して溶存態として前記スラリー内の液分中に抽出するアルカリ抽出工程と、
次いで、前記汚染土壌を、粗粒子分と、該粗粒子分以外の、溶存態としての砒素を含むスラリー分とに分級する湿式分級工程と、
次いで、前記湿式分級工程で得られた前記スラリー分をサイクロンで分級することにより、前記スラリー分を、平均粒径が７５μｍ未満であって溶存態としての砒素を含むスラリー状の細粒子分と、平均粒径が７５μｍ以上の粗粒子分とに分級するサイクロン分級工程と、
次いで、前記サイクロン分級工程において分級された粗粒子分を脱水し、該脱水後の粗粒子分を、前記湿式分級工程で分級された粗粒子分と混合させる脱水工程と、
次いで、前記脱水工程で混合された前記粗粒子分に中和剤を添加してｐＨ値を中性領域とすることで浄化土を得るｐＨ調整工程と、を備え、
さらに、前記サイクロン分級工程で得られた溶存態としての砒素を含むスラリー状の前記細粒子分、又は、前記細粒子分の一部を、所定の分級点でデカンタ分級することにより、前記分級点以下で且つ上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と、前記分級点超の固形分とに固液分離し、前記固形分を前記ｐＨ調整工程に搬送するデカンタ分級工程と、
前記デカンタ分級工程において分級された、上澄液を含むスラリー状とされた前記微細粒子分に凝集薬剤を添加することで砒素と共に前記微細粒子分を凝集沈殿処理した後、その凝集スラッジをフィルタープレスすることで脱水ケーキ状に形成することにより、砒素を含む濃縮汚染土を得る凝集工程と、を備えることを特徴とする砒素汚染土壌の洗浄方法。

【請求項3】

前記デカンタ分級工程は、デカンタに備えられるシェルの回動に伴う遠心力Ｇ、前記シェル内へのスラリー状とされた前記汚染土壌、又は、前記汚染土壌の一部の供給量Ｓ、及び、前記遠心力Ｇによって前記シェルの内壁に圧接された前記汚染土壌の液深Ｄを、それぞれ所定の範囲内で調整することにより、分級点を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の砒素汚染土壌の洗浄方法。

【請求項4】

前記デカンタ分級工程は、前記遠心力Ｇを５００〜１５００（Ｇ）、前記供給量Ｓを０．６〜３００（ｍ^３／ｈ）の範囲で調整し、且つ、前記液深Ｄを分級処理中において一定に保持することを特徴とする請求項３に記載の砒素汚染土壌の洗浄方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚染土壌の洗浄処理技術に関し、特に、シールド工事等において発生する、自然由来の低濃度砒素汚染土壌を対象とした洗浄方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自然由来の重金属による土壌汚染は、鉱床地帯を通る山岳トンネルの掘削工事等において従来から問題とされていたが、最近では、日本国内においても、特に首都圏等の市街地において、海成堆積物から溶出する重金属、特に砒素による土壌汚染の問題が顕在化している。このような自然由来の砒素による汚染濃度は、詳細を後述するが、低濃度ではあるものの、溶出量が０.０１〜０.０３ｍｇ／Ｌ程度と環境基準値（０.０１ｍｇ／Ｌ）及び土壌汚染対策法の溶出量基準値（０.０１ｍｇ／Ｌ）（以下、溶出量基準値等ということがある）を超過している点が問題であり、浄化処理が必要となる。

【0003】

一方、日本国内のシールド工事等で発生する土壌は、土丹（固結シルト）、粘土といった細粒子分を主体とする自然由来の砒素による汚染土壌が多い。一般に、泥水式地下シールド工事においては、泥水がシールドマシンの切羽から地上処理施設へと送られ、洗浄処理等が行われる。ここで、砒素を含む土壌はそれが自然由来の砒素であっても汚染土壌として扱わなければならないことから、自然由来の砒素を含む地盤においてシールド工事を行った場合には、以下のような問題が生じることとなる。
（ａ）自然由来の砒素を含む地盤においてシールド工事を行った場合、工事で発生した土壌の砒素濃度（溶出量）が環境基準及び溶出量基準（土壌汚染対策法）を超過すると建設発生土や産業廃棄物としては処分できず、汚染土壌として処分しなければならない。その結果、処分コストが著しく上昇する。
（ｂ）処分場の許容量が逼迫しているため、大量に発生した汚染土壌を処分することがそもそも困難である。

【0004】

自然由来の重金属による汚染土壌は、日本国内においては、特に、首都圏湾岸部や大阪湾岸部等で広範に存在している。つまり、当該地域で大型公共工事や建築根切り工事を行った際に汚染土壌が大量に発生する。
今後、さらに、リニア新幹線や外環道の建設工事といった大規模なシールド工事が実施されるが、それらの工事においても自然由来の重金属による汚染土壌が大量に発生することが確実視されている。

【0005】

自然由来の砒素による汚染土壌の特徴としては、含有量値が１〜５ｍｇ／ｋｇ程度と、土壌汚染対策法の含有量基準値（１５０ｍｇ／ｋｇ）を大きく下回り、また、溶出量値が土壌汚染対策法の溶出量基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）の概ね１〜３倍程度で存在するといったように、低濃度汚染であるということが挙げられる。

【0006】

上述したように、自然由来の重金属を含む汚染土壌は汚染土壌として処分する必要があり、建設発生土として再利用することができない。そのため、大規模なシールド工事等を行う場合、上記（ａ）、（ｂ）に示す問題が発生するのを回避するためには、可能な限り汚染土壌の減量化を図ることが求められる。

【0007】

従来、人為的な汚染土壌中の環境汚染物質（重金属類、鉱物油、シアン等）は、砂分や礫分などの粗粒子分よりも、土壌有機物（腐植質）や粘土・シルトなどの細粒子分に多く吸着・保持されていることが知られている。このため、汚染土壌の浄化に際しては、粗粒子分と細粒子分とを分離し、細粒子分を除去することが効率的な処理を行う上で有利である。
一方で、自然由来の重金属による汚染の場合は、人為的な汚染とは異なり、汚染物質が細粒子分に偏在しておらず、土粒子径による溶出量の違いはないものと考えられていた。従って、自然由来の重金属による汚染土壌の対策としては、掘削除去、不溶化、遮水壁による封じ込め等が主要なものであった。

【0008】

本発明者等は、細粒子分を主体とする複数サイトの自然由来砒素汚染土壌を用いて実験を実施したところ、自然由来の重金属による汚染土壌の多くで、汚染物質が微細粒子分に偏在することを知見した。すなわち、汚染土壌を洗浄・分級し、適切な分級点で分級された微細粒子のみを汚染土壌として処理・処分するようにすれば、処分土量を大幅に削減することが可能であることを明らかにした。

【0009】

従来、汚染土壌を分級・洗浄する方法としては、例えば、特許文献１に開示された方法が挙げられる。この特許文献１においては、まず、汚染土壌をスラリーとして、汚染物質を吸着している細粒子分をハイドロサイクロンにより分離する。次に、その細粒子分を含む懸濁液に凝集剤を添加・攪拌して凝集沈澱処理し、凝集スラッジを脱水して濃縮汚染土（脱水ケーキ）として処分する方法が開示されている。

【0010】

上述のハイドロサイクロンは非常に処理能力の高い装置であるものの、分級点が２０〜３０μｍよりも小さいハイドロサイクロンでは、サイズが小さいために処理能力が低いというデメリットがある。このようなハイドロサイクロンを用いて大量の土壌スラリーを処理するためには、非常に多くのサイクロンとポンプが必要となり現実的ではない。土壌洗浄の分野においては、効率性や経済性の観点から、通常は分級点が６０〜１２５μｍのハイドロサイクロンが一般に用いられる。

【0011】

このため、泥水シールド工法で発生した自然由来の砒素を含む汚染土壌を、仮に、特許文献１に記載の従来の方法で洗浄処理しても、二次処理土を効果的に減量しながら洗浄処理を行うことは困難であり、これに伴い、再利用可能な一次処理土の割合を高めることも困難である。

【0012】

ここで、本発明者等は、スラリー中の５〜１０μｍ以上の土粒子のみを選択的に凝集させてフロックを形成させることで、ハイドロサイクロンを通常の分級点のままで用いた場合には高い処理能力で分級を行うことが難しかった５〜１０μｍ未満の微細粒子分を効率的に分離できる方法を提案している（特許文献２を参照）。

【0013】

しかしながら、特許文献２に記載の方法を採用した場合、フロックを形成するための高分子凝集剤を大量に必要とするため、洗浄に係る処理コストが高くなるという問題がある。また、特許文献２に記載の方法で排出される洗浄土にはフロックが含まれることから再利用が困難となり、産業廃棄物として処分せざるを得ず、建設発生土として処分する場合と比較すると、処分コストが高くなるという問題がある。また、特許文献２に記載の方法のように、アルカリによる砒素の抽出法と、高分子凝集剤による不完全な凝集沈殿法とをこの順で組み合わせた方法では、分級点の設定によっては溶出量基準値等を超過する土粒子の一部を洗浄土側に振り分けてしまう可能性もあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２００６−１１６３９７号公報

【特許文献2】特開２０１２−０８１３８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、泥水シールド工法等において発生する自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄処理するにあたり、汚染土壌として処分する必要がある、溶出量基準値等を超過する処理土を効果的に減量しながら、再利用可能な浄化土の割合を高めることが可能な汚染土壌の洗浄方法、及び、砒素汚染土壌の洗浄方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明における第一の発明は、自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄して浄化土とする砒素汚染土壌の洗浄方法であって、少なくとも、スラリー状とされた前記汚染土壌、又は、前記汚染土壌の一部にアルカリ系処理剤を添加し、前記汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素をアルカリ抽出して溶存態として前記スラリー内の液分中に抽出するアルカリ抽出工程と、前記アルカリ抽出工程を経たスラリー状の汚染土壌または汚染土壌の一部を、所定の分級点でデカンタ分級することにより、前記分級点以下で且つ上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と、前記分級点超の固形分とに固液分離するデカンタ分級工程と、を備えることを特徴とする。

【0021】

また、本発明における第二の発明は、自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄して浄化土とする砒素汚染土壌の洗浄方法であって、スラリー状とされた前記汚染土壌、又は、前記汚染土壌の一部にアルカリ系処理剤を添加し、前記汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素をアルカリ抽出して溶存態として前記スラリー内の液分中に抽出するアルカリ抽出工程と、次いで、前記汚染土壌を、粗粒子分と、該粗粒子分以外の、溶存態としての砒素を含むスラリー分とに分級する湿式分級工程と、次いで、前記湿式分級工程で得られた前記スラリー分をサイクロンで分級することにより、前記スラリー分を、平均粒径が７５μｍ未満であって溶存態としての砒素を含むスラリー状の細粒子分と、平均粒径が７５μｍ以上の粗粒子分とに分級するサイクロン分級工程と、次いで、前記サイクロン分級工程において分級された粗粒子分を脱水し、該脱水後の粗粒子分を、前記湿式分級工程で分級された粗粒子分と混合させる脱水工程と、次いで、前記脱水工程で混合された前記粗粒子分に中和剤を添加してｐＨ値を中性領域とすることで浄化土を得るｐＨ調整工程と、を備え、さらに、前記サイクロン分級工程で得られた溶存態としての砒素を含むスラリー状の前記細粒子分、又は、前記細粒子分の一部を、所定の分級点でデカンタ分級することにより、前記分級点以下で且つ上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と、前記分級点超の固形分とに固液分離し、前記固形分を前記ｐＨ調整工程に搬送するデカンタ分級工程と、前記デカンタ分級工程において分級された、上澄液を含むスラリー状とされた前記微細粒子分に凝集薬剤を添加することで砒素と共に前記微細粒子分を凝集沈殿処理した後、その凝集スラッジをフィルタープレスすることで脱水ケーキ状に形成することにより、砒素を含む濃縮汚染土を得る凝集工程と、を備えることを特徴とする。

【0022】

また、本発明における第三の発明は、上記第一又は第二の発明に記載の砒素汚染土壌の洗浄方法において、前記デカンタ分級工程が、デカンタに備えられるシェルの回動に伴う遠心力Ｇ、前記シェル内へのスラリー状とされた前記汚染土壌、又は、前記汚染土壌の一部の供給量Ｓ、及び、前記遠心力Ｇによって前記シェルの内壁に圧接された前記汚染土壌の液深Ｄを、それぞれ所定の範囲内で調整することにより、分級点を制御することを特徴とする。

【0023】

また、本発明における第四の発明は、上記第三の発明に記載の砒素汚染土壌の洗浄方法において、前記デカンタ分級工程が、前記遠心力Ｇを５００〜１５００（Ｇ）、前記供給量Ｓを０．６〜３００（ｍ３／ｈ）の範囲、より好ましくは５０〜１００（ｍ３／ｈ）の範囲で調整し、且つ、前記液深Ｄを分級処理中において一定に保持することを特徴とする。
なお、本発明において説明するデカンタとは、従来から、固液分離や脱水を行うために用いられている、強力な遠心分離装置である。これは、装置本体の高速回転によって発生する遠心力により、装置内に投入された処理対象物を粒子（固形分）と液体とに分離する装置である。本発明者等が、本装置に、スラリー状とされた汚染土壌、又は、汚染土壌の一部を投入し、投入量（滞留時間）や回転数（遠心力）等を変化させて運転したところ、固液分離のみならず、適切な投入量や回転数を設定することで、任意の分級点での分級が可能であることが明らかとなった。さらに、分級点を、一般に用いられているハイドロサイクロンの分級点である６０〜１２５μｍよりも小さく設定できることも確認された。

【発明の効果】

【0024】

上述した第一の発明の汚染土壌の洗浄方法によれば、デカンタ分級工程において、スラリー状の細粒子分の余剰分を、デカンタを用いて分級することで、スラリー状の細粒子分を、上澄液を含むスラリー状とされた溶出量基準値等を超過する微細粒子分と、溶出量基準値等に適合する固形分とに分離することにより、砒素等の汚染物質を微細粒子側に分離しながら、固形分を浄化土とすることで、再利用可能な建設発生土の割合を高めることができるとともに、砒素等を含む微細粒子分からなる汚染土壌を減量することが可能となる。

【0025】

また、上述した第二の発明の汚染土壌の洗浄方法によれば、第一の発明に記載したデカンタ分級工程において、シェルの回動に伴う遠心力Ｇ、汚染土壌の供給量Ｓ、及び、シェルの内壁に圧接された汚染土壌の液深Ｄを、それぞれ所定の範囲内で調整することにより、分級点を制御する方法を採用している。これにより、デカンタにおける分級点を適正に制御することができるので、砒素等の汚染物質を確実に微細粒子側に分離し、且つ、溶出量基準値等を超過する処理土を効果的に減量しながら、再利用可能な建設発生土（浄化土）の割合を高め、減容化率を向上させることができる。さらに、上記のデカンタ分級工程に係わる設備は、泥水式シールド工法の地上処理設備に組み込むことが可能なので、設置のための広い用地を別途用意する必要がなく、且つ、シールドの掘進速度に合わせた浄化処理が可能となる。

【0026】

また、上述した第三の発明の汚染土壌の洗浄方法によれば、第二の発明に記載したデカンタ分級工程におけるシェルの遠心力Ｇを５００〜１５００（Ｇ）、供給量Ｓを０．６〜３００（ｍ^３／ｈ）の範囲、より好ましくは５０〜１００（ｍ^３／ｈ）の範囲で調整し、且つ、液深Ｄを一定に保持することで、デカンタにおける分級点をより正確に制御することができ、砒素等の汚染物質をより確実に微細粒子側に分離することが可能となる。これにより、上述したような、溶出量基準値等を超過する処理土を効果的に減量しながら、再利用可能な浄化土の割合を高め、減容化率を向上させる効果がより顕著に得られる。

【0027】

また、第四の発明の砒素汚染土壌の洗浄方法によれば、まず、アルカリ抽出工程において、スラリー状の汚染土壌、又は、汚染土壌の一部にアルカリ系処理剤を添加することで、土粒子に吸着された砒素を溶存態としてスラリー中に抽出することにより、その後の分級工程における分級により、浄化土となる土粒子から効果的に砒素を除去することが可能となる。
さらに、デカンタ分級工程において、スラリー状の汚染土壌、又は、汚染土壌の一部を、デカンタを用いて分級することで、スラリー状の汚染土壌、又は、汚染土壌を、上澄液を含むスラリー状とされた溶出量基準値等を超過する微細粒子分と、溶出量基準値等に適合する固形分とに分離することにより、砒素を確実に微細粒子側に分離しながら、固形分を浄化土とすることで、再利用可能な浄化土の割合を高めることができるとともに、溶出量基準値等を超過する微細粒子分からなる濃縮汚染土を効果的に減量することが可能となる。

【0028】

また、第五の発明の砒素汚染土壌の洗浄方法によれば、アルカリ抽出工程と、湿式分級工程と、サイクロン分級工程と、脱水工程と、ｐＨ調整工程とをこの順で備え、さらに、デカンタ分級工程と、凝集工程とを備える方法を採用する。これにより、まず、アルカリ抽出工程において土粒子に吸着された砒素を溶存態としてスラリー中に抽出することで、その後の分級によって浄化土となる土粒子から効果的に砒素を除去することが可能となる。また、デカンタ分級工程において、溶存態としての砒素を含むスラリー状の細粒子分、又は、前記細粒子分の一部を所定の分級点でデカンタ分級し、上澄液を含むスラリー状とされた溶出量基準値等を超過する微細粒子分と、溶出量基準値等に適合する固形分とに分離することにより、砒素を確実に微細粒子側に分離しながら、固形分を浄化土とすることで、再利用可能な浄化土の割合を高めることができるとともに、溶出量基準値等を超過する微細粒子分からなる濃縮汚染土を効果的に減量することが可能となる。

【0029】

また、上述した第六の発明の汚染土壌の洗浄方法によれば、第四又は第五の発明に記載したデカンタ分級工程において、シェルの回動に伴う遠心力Ｇ、汚染土壌の供給量Ｓ、及び、シェルの内壁に圧接された汚染土壌の液深Ｄを、それぞれ所定の範囲内で調整することにより、分級点を制御する方法を採用している。これにより、デカンタにおける分級点を適正に制御することができるので、砒素を確実に微細粒子側に分離し、且つ、溶出量基準値等を超過する処理土を効果的に減量しながら、再利用可能な建設発生土（浄化土）の割合を高め、減容化率を向上させることができる。さらに、上記同様、デカンタ分級工程に係わる設備は、泥水式シールド工法の地上処理設備に組み込むことが可能なので、設置のための広い用地を別途用意する必要がなく、且つ、シールドの掘進速度に合わせた浄化処理が可能となる。

【0030】

また、上述した第七の発明の汚染土壌の洗浄方法によれば、第六の発明に記載したデカンタ分級工程におけるシェルの遠心力Ｇを５００〜１５００（Ｇ）、供給量Ｓを０．６〜３００（ｍ^３／ｈ）の範囲、より好ましくは５０〜１００（ｍ^３／ｈ）の範囲で調整し、且つ、液深Ｄを一定に保持することで、デカンタにおける分級点をより正確に制御することができ、砒素をより確実に微細粒子側に分離することが可能となる。これにより、上述したような、溶出量基準値等を超過する処理土を効果的に減量しながら、再利用可能な浄化土の割合を高め、減容化率を向上させる効果がより顕著に得られる。

【0031】

従って、例えば、泥水シールド工法において発生する自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄処理するにあたり、汚染土壌として処分する必要がある溶出量基準値等を超過する濃縮汚染土を効果的に減量しながら、再利用可能な浄化土の割合を高めることが可能な洗浄方法を低コストで実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の実施形態である砒素汚染土壌の洗浄方法を模式的に説明する図であり、各工程を示すフロー図である。

【図2】本発明の実施形態である砒素汚染土壌の洗浄方法を模式的に説明する図であり、砒素汚染土壌における、土粒子の粒径と、砒素溶出量との関係を示す説明図である。

【図3】本発明の実施形態である砒素汚染土壌の洗浄方法を模式的に説明する図であり、砒素汚染土壌における、土粒子の粒径と、砒素溶出量と、所定の分級点と、アルカリ抽出工程との各関係を示す説明図である。

【図4】本発明の実施形態である砒素汚染土壌の洗浄方法を模式的に説明する図であり、デカンタ分級工程で用いられるデカンタの概略構造を示す破断図である。

【図5】本発明の実施形態である砒素汚染土壌の洗浄方法を模式的に説明する図であり、デカンタ分級工程で用いられるデカンタの動作並びに作用について説明する概略図で、（ａ）、（ｂ）はデカンタの破断図、（ｃ）はデカンタに備えられるシェルの内壁に圧接された汚染土壌の分離状態を示す図である。

【図6】本発明の実施形態である砒素汚染土壌の洗浄方法を模式的に説明する図であり、洗浄処理を行う各工程における土丹（固結シルト）の泥水に含まれる土壌の粒度構成を示した概念図である。

【図7】本発明の実施形態である砒素汚染土壌の洗浄方法を模式的に説明する図であり、土丹の累積粒度分布の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明の実施形態である汚染土壌の洗浄方法、及び、砒素汚染土壌の洗浄方法の一例を挙げ、その構成について図１〜図７を参照しながら詳述する。なお、本実施形態においては、自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄して浄化土とする方法を例に挙げて説明する。

【0034】

［土粒子の平均粒径と砒素全含有量及び溶出量との関係］
従来、自然由来の重金属によって汚染された土壌は、人為的に汚染された土壌とは異なり、汚染物質が細粒子分に偏在しておらず、土粒子径による溶出量（土壌汚染対策法）の違いはないものと考えられていた。しかしながら、本発明者等が以前に細粒子分を主体とした複数サイトの自然由来砒素汚染土壌を用いて実験を行った結果、図２中に示すように、自然由来の砒素による汚染土壌においては、土壌を構成する土粒子の粒径が小さいもの程、砒素の溶出量（土壌汚染対策法）がより高くなることを明らかにしている。即ち、粗粒子分よりも細粒子分、特に微細粒子分を分別・処理することで、効率的な浄化処理が可能であることがわかる。

【0035】

さらに、図２に示すように、平均粒径が概ね１５μｍ超の土粒子は元々の汚染濃度（溶出量）が溶出量基準値等を僅かに超えている場合があるので、そのような場合には、詳細を後述するアルカリ抽出工程を行うことで、溶出量基準値等に適合させることができる。

【0036】

一方、平均粒径が概ね１５μｍ程度か、それよりも小さな土粒子は、元々の汚染濃度（溶出量）が基準値（上記の０．０１ｍｇ／Ｌ）の３〜５倍程度であることから、アルカリ抽出工程を行った場合でも、溶出量基準値等に適合させることができないか、あるいは、砒素の再溶出が生じる懸念がある。そこで、本発明は、詳細を後述するデカンタ分級工程において、平均粒径が概ね１５μｍ程度あるいはそれよりも小さな土粒子（微細粒子分）を分離・除去して濃縮汚染土とし、砒素の全含有量が低い、平均粒径が概ね１５μｍ超（７５μｍ以下）の土粒子（固形分）は、浄化土に含める方法を採用している。

【0037】

なお、図２中における１５μｍの分級点は、砒素の吸着し易い土粒子の平均粒径は概ね１５μｍ以下であることから、説明の都合上、分級点の一例として記載したものである。実際の対象土壌においては、分級点は１５μｍに限定されるものではない。即ち、デカンタ分級工程における分級点は、対象土壌によって、０μｍ超５０μｍ以下、より好ましくは６μｍ以上２０μｍ以下の範囲で適宜設定すればよい。具体的には、デカンタに投入するスラリー状の汚染土壌または汚染土壌の一部の投入量（滞留時間）や回転数（遠心力）等を変化させて、適切な分級点となる投入量や回転数を決定すればよい。デカンタ分級工程における分級点を上記範囲で設定すれば、砒素を含む微細粒子分のスラリーを確実に濃縮汚染土として分離でき、残余の処理土は溶出量基準値等の環境基準に適合した状態となる。

【0038】

［アルカリ抽出工程と所定の分級点との関係］
図３に示すように、スラリー状の汚染土壌に、まず、アルカリ抽出工程において、土粒子表面に吸着している砒素を強制的に脱着し、砒素を溶存態としてスラリー中に抽出することで、土壌の溶出量が全体的に低減し、所定の分級点をより小さな値とすることが可能となる。従って、アルカリ抽出工程により、上記の所定の分級点をより小さな値とすることで、濃縮汚染土を減量する効果をさらに高めることが可能となることがわかる。

【0039】

［砒素汚染土壌の洗浄方法］
本発明に係る砒素汚染土壌の洗浄方法は、上記のような砒素汚染土壌の特性、及び、それに基づく知見によってなされたものである。
即ち、本実施形態で説明する砒素汚染土壌の洗浄方法は、自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄して浄化土とする砒素汚染土壌の洗浄方法であり、少なくとも、スラリー状とされた汚染土壌、又は、汚染土壌の一部にアルカリ系処理剤を添加し、汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素をアルカリ抽出して溶存態としてスラリー内の液分中に抽出するアルカリ抽出工程と、このアルカリ抽出工程を経たスラリー状の汚染土壌または汚染土壌の一部を、所定の分級点でデカンタ分級することにより、分級点以下で且つ上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と、分級点超の固形分とに固液分離するデカンタ分級工程とを備え、概略構成される。

【0040】

また、本実施形態で説明する例では、上記のアルカリ抽出工程及びデカンタ分級工程を備えた砒素汚染土壌の洗浄方法において、図１のフロー図に示すような、以下の（Ａ）〜（Ｇ）の各工程を備える方法を採用する。
（Ａ）泥水式シールド工法によって生じたスラリー状の汚染土壌にアルカリ系処理剤を添加し、汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素をアルカリ抽出して溶存態としてスラリー内の液分中に抽出するアルカリ抽出工程。
（Ｂ）アルカリ抽出工程に次いで設けられ、汚染土壌を、粗粒子分と、該粗粒子分以外の、溶存態としての砒素を含むスラリー分とに分級する湿式分級工程。
（Ｃ）湿式分級工程で得られたスラリー分をサイクロンで分級することにより、スラリー分を、平均粒径が７５μｍ未満であって溶存態としての砒素を含むスラリー状の細粒子分と、平均粒径が７５μｍ以上の粗粒子分とに分級し、スラリー状の細粒子分の一部を、泥水式シールド工法におけるシールド掘削用泥水として返送するサイクロン分級工程。
（Ｄ）サイクロン分級工程において分級された粗粒子分を脱水し、該脱水後の粗粒子分を、前記湿式分級工程で分級された粗粒子分と混合させる脱水工程。
（Ｅ）脱水工程で混合して得られた粗粒子分に中和剤を添加してｐＨ値を中性領域とすることで浄化土を得るｐＨ調整工程。
（Ｆ）サイクロン分級工程で得られた溶存態としての砒素を含むスラリー状の細粒子分のうち、シールド掘削用泥水として返送されない余剰分を、所定の分級点に設定してデカンタ分級することにより、スラリー状の細粒子分を、上記分級点以下で且つ上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と、上記分級点超の固形分とに固液分離し、この固形分をｐＨ調整工程に搬送するデカンタ分級工程。
（Ｇ）デカンタ分級工程において分級された、上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分に凝集薬剤を添加することで、砒素と共に微細粒子分を凝集沈殿処理した後、その凝集スラッジをフィルタープレスすることで脱水ケーキ状に形成することにより、溶存態としての砒素を含む濃縮汚染土を得る凝集工程。
以下、上記の（Ａ）〜（Ｇ）の各工程について順次詳述する。

【0041】

（Ａ）アルカリ抽出工程
本発明の洗浄方法に備えられるアルカリ抽出工程は、本実施形態で説明する洗浄方法において砒素汚染土壌を処理する最初の工程である。即ち、アルカリ抽出工程では、まず、泥水式シールド工法によって生じたスラリー状の汚染土壌にアルカリ系処理剤を添加し、汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素をアルカリ抽出して溶存態としてスラリー内の液分中に抽出する。

【0042】

具体的には、アルカリ抽出工程においては、泥水式シールド工法によって生じた泥水（スラリー状の汚染土壌）に、水酸化ナトリウム及びその他の薬剤を添加することにより、自然界には存在しないアルカリ性領域、例えばｐＨ＝８〜１３の土壌に改質する。この際、汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素等の重金属を強制脱着させ、抽出液（泥水）中に砒素を溶出させ、溶存態としての砒素を抽出する。

【0043】

なお、本発明においては、上記のアルカリ抽出工程を設けず、泥水式シールド工法等によって生じたスラリー状の汚染土壌を、まず、後述の湿式分級工程において分級処理する方法とすることも可能である。このように、アルカリ抽出工程を設けない構成を採用した場合、土壌中における砒素の溶出量が高めとなるが、詳細を後述するように、後述のデカンタ分級工程における分級点を大きめに設定することで、砒素の溶出量が高めの細かな土粒子を濃縮汚染土側に分離することが可能となる。

【0044】

（Ｂ）湿式分級工程
次に、湿式分級工程は、図１のフロー図に示すように、上記のアルカリ抽出工程に次いで設けられる工程であり、スラリー中に砒素が溶存態として抽出された汚染土壌を、粒径の大きな粗粒子分と、この粗粒子分以外の、溶存態としての砒素を含むスラリー分とに分級する。

【0045】

本実施形態の湿式分級工程では、従来から汚染土壌の処理に用いられている湿式篩等を何ら制限無く用いることができ、自然由来の砒素の溶出量が低く、溶出量基準値等に適合した、粒径の大きな礫や砂等からなる粗粒子分を分離する。
そして、本実施形態では、これら粗粒子分を、後述の脱水工程で分離された粗粒子分等と混合したうえで、ｐＨ調整工程においてｐＨを中性領域に調整して浄化土として分離し、埋め立て土等に再利用することが可能な建設発生土として処理することができる。

【0046】

（Ｃ）サイクロン分級工程
次に、サイクロン分級工程では、上記の湿式分級工程で得られたスラリー分をサイクロンで分級することにより、このスラリー分を、平均粒径が７５μｍ未満であって溶存態としての砒素を含むスラリー状の細粒子分と、平均粒径が７５μｍ以上の粗粒子分とに分級する。そして、本実施形態に係る技術を泥水式シールド工法に採用した場合には、図１のフロー図中に示すように、分級されたスラリー状の細粒子分の少なくとも一部を、シールド掘削用泥水として返送する。

【0047】

本実施形態のサイクロン分級工程では、従来から汚染土壌の処理に用いられているハイドロサイクロン設備を何ら制限無く用いることができ、上記のように分級点を７５μｍに設定することで、スラリー分を、砒素を含むスラリー状の細粒子分（図１中におけるサイクロン分級工程の「オーバーフロー」参照）と、砒素の含有量・溶出量が低い粗粒子分（図１中におけるサイクロン分級工程の「アンダーフロー」参照）とに分離する。

【0048】

そして、上述の如く、オーバーフローとしてサイクロンから排出され、土粒子の間隙に残留する砒素等の重金属が抽出されたアルカリ水、及び、砒素含有量・溶出量の高い微細粒子（例えば、１５μｍ以下）を含む平均粒径：７５μｍ以下の土粒子から構成された泥水（スラリー状の細粒子分）は、その一部をシールド掘削用泥水として返送することで循環利用される。一方、シールド掘削用泥水として返送されない余剰分の泥水については、詳細を後述するデカンタ分級工程に搬送される。さらに、アンダーフローとしてサイクロンから排出され、砒素の含有量・溶出量が低く、環境基準に適合した状態の粗粒子分は、後工程である脱水工程に搬送される。

【0049】

（Ｄ）脱水工程
次に、脱水工程では、上記のサイクロン分級工程で分離された粗粒子分を脱水し、この脱水後の粗粒子分を、湿式分級工程で分級された粗粒子分と混合させる。
本実施形態の脱水工程では、従来から汚染土壌の処理に用いられる脱水篩等を何ら制限無く用いることができる。

【0050】

（Ｅ）ｐＨ調整工程
次に、本発明の洗浄方法に備えられるｐＨ調整工程では、上記の脱水工程で混合して得られた粗粒子分に中和剤を添加してｐＨ値を中性領域とすることで浄化土を得る。

【0051】

具体的には、本実施形態で説明するｐＨ調整工程においては、酸等の中和剤と、アルカリ抽出工程や脱水工程で分離された粗粒子分とを混合し、ｐＨ値を自然な状態である中性領域、例えば、６．５〜８．５程度に中和し、埋め戻し土等として再利用可能な浄化土とする。さらに、本実施形態のｐＨ調整工程では、後述のデカンタ分級工程において分離される固形分を上記の粗粒子分と混合したうえで中和処理することでも浄化土を得ることができる。

【0052】

（Ｆ）デカンタ分級工程
次に、本発明の洗浄方法に備えられるデカンタ分級工程では、図１のフロー図に示すように、サイクロン分級工程で得られた溶存態としての砒素を含むスラリー状の細粒子分のうち、シールド掘削用泥水として返送されない余剰分を、所定の分級点に設定してデカンタ分級することにより、スラリー状の細粒子分を、分級点以下で且つ上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と、分級点超の固形分とに固液分離し、固形分をｐＨ調整工程に搬送する。

【0053】

具体的には、本実施形態で説明するデカンタ分級工程においては、土壌の土粒子の間隙に残る砒素等の重金属が抽出されたスラリー中のアルカリ水、及び、溶出量基準値等を超過する微細粒子分（例えば、平均粒径が１５μｍ以下）を、デカンタ設備を用いて分級・分離する。一方、溶出量基準値等に適合する固形分（例えば、平均粒径が１５μｍ超）は、ｐＨ調整工程に搬送する。
また、本実施形態で用いるデカンタ設備としては、従来から各種の固液分離処理に用いられているデカンタを、何ら制限無く用いることができる。

【0054】

本実施形態では、デカンタを用いてスラリー状の細粒子分の分級・分離を行うことにより、分級点を、従来のようなサイクロンのみを用いた分級点（６３〜７５μｍ程度）よりも小さくでき、具体的には、分級点を０μｍ超１５μｍ以下程度にまで低く設定することが可能となる。そして、本発明の洗浄方法においては、デカンタ分級工程における分級点を０μｍ超５０μｍ以下、より好ましくは６〜２０μｍの範囲に設定することで、溶出量基準値等を超過する微細粒子分のみを、濃縮汚染土として分離する。本発明では、このようなデカンタ分級工程を備えることにより、濃縮汚染土の発生量が、サイクロンのみで細粒子分を分級した従来の方法に比べて１／４〜１／１０程度と、大幅に減量することが可能となる。

【0055】

なお、微細粒子分を分離した後の固形分（例えば、粒径が１５〜７５μｍ程度の土粒子）は、デカンタ分級工程において含水率が２０〜３０％程度に脱水されるとともに、前段工程であるアルカリ抽出工程において溶出した砒素が除去され、溶出量基準値等に適合する状態となるため、浄化土として取り扱うことができる。

【0056】

ここで、上述したように、上記のアルカリ抽出工程を設けない構成を採用した場合には、土壌からの砒素の抽出が行われておらず、図３に示すように、デカンタ分級工程における所定の分級点が大きめな値となる。一方、デカンタ分級工程における所定の分級点が大きめとなる場合であっても、従来のようなサイクロン分級のみで砒素を濃縮汚染土側に分離する方法に比べれば、分級点を小さくすることが可能である。従って、アルカリ抽出工程を設けない構成を採用した場合であっても、濃縮汚染土の発生量を減量することが可能となる。

【0057】

以下、本実施形態のデカンタ分級工程で用いられるデカンタの構成、並びに、土丹（固結シルト）の泥水に含まれる土壌の粒度構成と、デカンタ分級工程における分級点との関係について説明する。なお、以下の説明においては、上述したその他の各工程の条件についても説明することがあり、また、粒度分布を示す単位（％）は、特に断りの無い限り体積％である。

【0058】

図４は、本実施形態のデカンタ分級工程において用いられるデカンタの一例を示す破断概略図である。図４に示す例のデカンタ１は、略筒状のシェル２の内部に、先端３ａ側の近傍が、先端３ａに向かうに従って縮径するように構成されたスクリュー３が設置されている。また、シェル２の先端２ａ近傍、即ち、スクリュー３の先端３ａ側が、先端２ａに向かうに従って縮径するように構成されている。

【0059】

シェル２は、例えば、図示略のモーター等の動力により、高遠心力を発揮できる程度の回転数で、軸方向で回動するように構成されている。

【0060】

また、スクリュー３は、回転軸３１の周囲に螺旋状のプロペラ３２が備えられており、例えば、図示略のモーター等の動力が後端３ｂ側に伝達されることで回転可能に構成される。また、図示例のスクリュー３は、先端３ａ側が上述のような縮径形状とされている一方、後端３ｂ側は同径で延設された構成とされている。

【0061】

また、デカンタ１には、汚染土壌Ｆを内部に導入するための導入管４が備えられている。導入管４は、一端側に備えられる入口４１が、シェル２の開口２１から露出するように設けられており、他端側に備えられる出口４２が後述の拡散管５の内部に収容される。図示例においては、出口４２を含む導入管４の大部分が、拡散管５の内部に収容されている。

【0062】

また、図示例のデカンタ１は、スクリュー３の回転軸３１の内部に拡散管５が収容された構成とされている。この拡散管５は、スクリュー３と共に回転するように設けられ、有底筒状に形成された拡散部５１と、この拡散部５１よりも小径で管状に形成された小径部５２とから構成されている。
拡散部５１は、内部に導入される汚染土壌Ｆを、スクリュー３の回転に伴って撹拌しながらシェル２側に向けて排出するように構成されおり、側面に、汚染土壌Ｆを排出するための複数の孔部５１Ａが形成されている。
小径部５２の内部には、上述した出口４２を含む導入管４の大部分が収容されている。また、拡散管５の小径部５２と導入管４との間は、互いに回転自在とされている。

【0063】

また、デカンタ１は、シェル２の先端２ａに設けられた開口２１側に備えられる導入管４の入口４１から、処理対象となるスラリー状の汚染土壌Ｆ、即ち、サイクロン分級におけるオーバーフロー分の泥水が導入される。そして、先端２ａの開口２１からは、デカンタ分級によって分離された固形回収分ＵＦが排出されるとともに、後端２ｂ側に設けられた開口２２からは、分離泥水ＯＦが排出される。ここで、開口２２側には、分離泥水ＯＦのシェル２内における液深を確保するための堰部２３が、シェル２の内壁２Ａに環状堰として設けられている。

【0064】

上述のような構成のデカンタ１を用いて汚染土壌Ｆをデカンタ分級し、固液分離する際は、まず、シェル２を遠心回動させるとともに、スクリュー３を、螺旋状のプロペラ３２が開口２１側に向けて進む方向で回転させながら、開口２１側に備えられた導入管４の入口４１から汚染土壌Ｆを導入する。この際、内部に導入されたスラリー状の汚染土壌Ｆは、まず、拡散管５に備えられる拡散部５１の回転に伴って撹拌されながら、孔部５１Ａからシェル２の内壁２Ａに向けて排出される。そして、汚染土壌Ｆは、シェル２の遠心回動により、シェル２の内面２Ａに押しつけられるように固形回収分ＵＦが分離され、その表面に分離泥水ＯＦが分離された状態となる。

【0065】

そして、シェル２の内面２Ａに密接した状態の固形回収分ＵＦは、スクリュー３の回転に伴い、順次、開口２１側から外部に排出される。この際、固形回収分ＵＦは、シェル２の先端２ａ側の縮径形状、及びシェル２とスクリュー３との回転差により、脱水作用を付与されながら外部に排出されるまた、シェル２内の分離泥水ＯＦは、開口２２側から外部に流出する。即ち、サイクロン分級工程においてオーバーフロー分として排出されるスラリー状の汚染土壌Ｆは、デカンタ１に導入された後、固形回収分ＵＦと分離泥水ＯＦとに分離される。

【0066】

そして、デカンタ１によるデカンタ分級で固液分離された固形回収分ＵＦは、図１中に示すｐＨ調整工程（Ｅ）に導入され、ｐＨ調整が施された後、一時処理土（浄化土）として埋め戻し等の再利用に供される。また、デカンタ１によって固液分離された分離泥水ＯＦは、詳細を後述する凝集沈殿工程（Ｇ）に導入され、凝集沈殿やフィルタープレス処理等が施されることで、二次処理土（濃縮汚染土）として、産業廃棄物として処理される。

【0067】

図６は、土丹の泥水に含まれる土壌の粒度構成、並びに、洗浄処理の各工程における土壌の粒度構成を示した概念図である。図６に示すように、泥水式シールド工法で発生する砒素汚染泥水（汚染土壌）は、一般的に、７５μｍ以上の粗粒分が２５％程度を占め、７５μｍ未満の細粒子分が、１５μｍ以下の微細粒子分（１０％）も含めて７５％程度を占めている。この汚染土壌に対し、まず、「アルカリ抽出工程（Ａ）」において薬剤を添加することで、汚染土壌をアルカリ性領域の土壌に改質するとともに、汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素等の重金属を抽出液（泥水）中に溶出させて、溶存態としての砒素を抽出する。その後、上述した「サイクロン分級工程（Ｃ）」における分級により、２５％程度を占める粗粒分（７５μｍ以上）を浄化土側に分離し、「（Ｄ）脱水工程」〜「（Ｅ）ｐＨ調整工程」に搬送する。また、「サイクロン分級工程（Ｃ）」では、７５％程度を占める細粒子分（７５μｍ未満）を含むスラリー状の泥水を、オーバーフロー分として、デカンタ分級工程（Ｆ）に搬送する。この細粒子分には、１５μｍ以下の微細粒子分も含まれる。そして、「（Ｆ）デカンタ分級工程」において、「サイクロン分級工程（Ｃ）」のオーバーフロー分として導入された泥水を、デカンタ分級によって固液分離する。これにより、細粒子分を含むスラリー状の泥水を、当初の泥水（汚染土壌Ｆ）に対して６５％程度を占める細粒子分（１５μｍ超７５μｍ未満）からなる固形回収分（固形分）ＵＦと、上澄み液を含み、且つ、当初の泥水に対して１０％程度を占める微細粒子分（１５μｍ以下）からなる分離泥水ＯＦとに固液分離する。

【0068】

ここで、図１中に示すように、デカンタ分級を用いた微細粒子分の分離処理においては、サイクロン分級においてオーバーフロー分として排出される、７５μｍ未満の細粒子分を含む泥水を対象とし、このオーバーフロー分の泥水を、１５μｍ超７５μｍ未満の細粒子分を含む固形回収分と、１５μｍ以下の微細粒子分を含む分離泥水とに分級する。この際、図６中に示す粒度構成を有すると考えられる土丹のデカンタ分級を想定した場合、細粒子分（１５μｍ超７５μｍ未満）：微細粒子分（１５μｍ以下）＝６５：１０＝８７：１３の分離比となり、概ね９割近い減容化を達成することが可能になると考えられる。

【0069】

一方、泥水式地下シールド工事において掘進する地盤の粒度構成等によっては、細粒子分、特に１５μｍ以下の微細粒子分の割合が高い土壌も存在することが明らかとなっている。このような土壌から発生する泥水を、例えば、分級点を１５μｍのままとしてデカンタ分級した場合、図７のグラフに示すように、汚染土となる微細粒子分の割合が大きくなりすぎることから、土壌の洗浄処理における減容化の効果が著しく低下するという問題がある。

【0070】

このため、本実施形態においては、デカンタ分級工程において、分級点を最適値に制御し、特に１５μｍ以下の微細粒子分の割合が高い土壌から発生する泥水を洗浄処理するケース等において、適宜分級点を変更できる構成を採用することが好ましい。具体的には、図５（ａ）、（ｂ）の模式図中に示した、デカンタ１に備えられるシェル２の回動に伴う遠心力Ｇ、シェル２内への汚染土壌Ｆの供給量Ｓ、及び、遠心力Ｇによってシェル２の内壁２Ａに圧接された汚染土壌Ｆの液深Ｄを、それぞれ所定の範囲内で調整することで分級点を制御する方法が挙げられる。

【0071】

以下、図５（ａ）〜（ｂ）を参照して、デカンタ１における分級点を制御しながら汚染土壌Ｆのデカンタ分級、固液分離を行う場合の作用について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、供給量Ｓでシェル２内に導入された汚染土壌Ｆは、シェル２の回動（図５（ｂ）中の矢印Ｒ方向）に伴う遠心力Ｇで内壁２Ａに押しつけられるように圧接される。この際、図５（ｃ）の拡大図にも詳細に示すように、粒径の大きな細粒子分からなる固形回収分ＵＦが、遠心力Ｇが作用する向きで内壁２Ａ側に沈降する一方、その表面には微細粒子分を含むスラリー状の分離泥水ＯＦが滞留する。即ち、汚染土壌Ｆが、固形回収分ＵＦと分離泥水ＯＦとに固液分離された状態となる。本実施形態では、上記のシェル２の遠心力Ｇ、汚染土壌Ｆの供給量Ｓ及び汚染土壌Ｆの液深Ｄの各条件を総合的に調整することで、図５（ｃ）中に示すような、シェル２の内壁２Ａ上に沈降する細粒子分からなる固形回収分ＵＦと、その表面に滞留する微細粒子分を含む分離泥水ＯＦとの間の分級点を、所望の分級径で制御・設定することが可能となる。

【0072】

シェル２の遠心力Ｇは、５００〜１５００（Ｇ）の範囲で設定することが好ましい。遠心力Ｇがこの範囲であれば、分級点の制御、即ち、分級径の調整を最適な範囲で精度良く行うことが可能となる。上記の遠心力Ｇが小さすぎると、分級径が大きくなりすぎ、溶出量基準値等を満足する浄化土となり得る細粒子分の一部が分離泥水ＯＦに含まれてしまい、減容化率が低下する可能性がある。また、遠心力Ｇが大きすぎると、分級径が小さくなりすぎ、砒素等の汚染物質を含む微細粒子分の一部が固形回収分ＵＦに含まれてしまう可能性がある。

【0073】

サイクロン分級工程におけるオーバーフロー分からなる汚染土壌Ｆの、シェル２内への供給量Ｓは、０．６〜３００（ｍ^３／ｈ）の範囲で設定することが好ましい。汚染土壌Ｆの供給量Ｓがこの範囲であれば、分級径の調整を最適な範囲で精度良く行うことが可能となる。上記の供給量Ｓが少なすぎると、分級径が小さくなりすぎて、砒素等の汚染物質を含む微細粒子分の一部が固形回収分ＵＦに含まれてしまう可能性がある。また、供給量Ｓが多すぎると、分級径が大きくなりすぎて、溶出量基準値等を満足する浄化土となり得る細粒子分の一部が分離泥水ＯＦに含まれてしまい、減容化率が低下する可能性がある。また、上記の汚染土壌Ｆのシェル２内への供給量Ｓは、実際の現場における処理効率等も考慮した場合、５０〜１００（ｍ^３／ｈ）の範囲とすることがより好ましい。

【0074】

汚染土壌Ｆの液深、即ち、固形回収分ＵＦと分離泥水ＯＦとを合わせた液深Ｄは、デカンタ１全体の容量等を勘案しながら決定することができるが、デカンタ１を用いた分級処理中において、液深Ｄを一定に保持することが好ましい。ここで、シェル２の内壁２Ａに設けられた堰部２３から分離泥水ＯＦが溢れ出る際の液深Ｄは、堰部２３の高さＨよりも大きくなるので、この点を勘案しながら堰部２３の高さＨを決定することが好ましい。

【0075】

なお、液深Ｄを深くし過ぎると、固形回収分ＵＦの固形分率（土壌スラリー中に含まれる土壌の割合）が低下し、固形回収分ＵＦが含水率の高い粘性土となってしまう。このため、液深Ｄは、固形回収分ＵＦが高粘性のべとついたものとならないよう、固形回収分の固形分率が所定以上で維持されるような深さに設定することがより好ましい。

【0076】

次に、上述したデカンタ分級における分級点の制御について、本発明者等が実施した実証実験について説明する。
まず、図４に示すような構造を有する小型のデカンタ１を準備するとともに、被洗浄物として、土丹を含む土壌を２種類（Ｃｌａｙ−Ａ、及び、Ｃｌａｙ−Ｂ）準備した。
そして、以下の条件の範囲内で分級条件を変化させ、上記の土壌の分級を行い、５０％分級点における分級径Ｄ_５０を調べた。
（１）遠心力Ｇ：５００〜１５００（Ｇ）
（２）供給量Ｓ：０．６〜３．０（ｍ^３／ｈ）
（３）液深Ｄ：一定（但し、固形回収分ＵＦの粘性を考慮し、固形回収分ＵＦの固形分率が７０％程度となるように調整）

【0077】

上記の各条件による実証実験の結果、以下のようなことが明らかとなった。
まず、遠心力Ｇが大きくなるほど、５０％分級点における分級径Ｄ_５０が小さくなることがわかった。これは、遠心力Ｇが大きくなると、微細粒子までもが、デカンタ１に備えられるシェル２の内壁２Ａ側に固形回収分として分離されるためと考えられる。
また、被洗浄物である土壌（汚染土壌Ｆ）の供給量が大きくなるほど、５０％分級点における分級径Ｄ_５０が大きくなることがわかった。これは、汚染土壌Ｆの供給量Ｓが大きくなると、シェル２内における汚染物質Ｆ（固液分離後の固形回収分ＵＦ及び分離泥水ＯＦを含む）の滞留時間が短くなることから、細粒子分が沈降しきれず、分離泥水ＯＦ側に移行する土壌粒子が多くなるためと考えられる。

【0078】

上記実証実験の結果により、液深Ｄを一定に保持したうえで、シェル２の回動に伴う遠心力Ｇと、シェル２内への汚染土壌Ｆの供給量Ｓを、総合的に適宜調整することにより、５０％分級点における分級径Ｄ_５０を任意に制御できることが明らかとなった。

【0079】

即ち、上記の方法でデカンタ分級工程における分級点を制御することにより、仮に、汚染土壌に含まれる土丹が、１５μｍ以下の微細粒子分の割合が高い粒度構成である場合においても、汚染土壌として処分する必要がある溶出量基準値等を超過する濃縮汚染土を効果的に減量しながら、再利用可能な浄化土の割合を高めることが可能となる。

【0080】

（Ｇ）凝集工程
次に、凝集工程においては、デカンタ分級工程において分級された、上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分に凝集薬剤を添加することで、砒素と共に微細粒子分を凝集沈殿処理した後、その凝集スラッジを脱水処理した後にフィルタープレスすることで脱水ケーキ状に形成することにより、砒素を含む濃縮汚染土を得る。

【0081】

具体的には、凝集工程においては、まず、凝集沈殿法による沈殿処理を行う。本実施形態の凝集工程では、上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分に、ポリ塩化アルミニウムや硫酸バンド、鉄系薬剤等の無機凝集剤と、高分子凝集剤を添加することにより、微細粒子分を凝集沈殿処理する。

【0082】

次いで、凝集沈殿によって得られた凝集スラッジを、従来公知のフィルタープレス装置を用いてフィルタープレスを行うことにより、脱水ケーキ状に形成する。
これにより、砒素を含む濃縮汚染土を得る。この濃縮汚染土は、埋め戻し土等への再利用はできないため汚染土壌として処理するが、本発明の洗浄方法では、濃縮汚染土を顕著に減量できることから、環境への負荷を軽減できるとともに処理費用を低減することが可能となる。

【0083】

（アルカリ抽出工程及びデカンタ分級による複合的作用）
本発明の砒素汚染土壌の洗浄方法においては、上述したようなアルカリ抽出工程を前段工程として備え、さらに、濃縮汚染土の処理工程としてデカンタ分級工程を備えている。このように、まず、アルカリ抽出工程において、汚染土壌の土粒子に吸着されている砒素等の重金属を強制脱着させてスラリー中に溶出させたうえで、湿式分級工程及びサイクロン分級工程において、砒素溶出量の低い粗粒子分を浄化土側に分離することで、循環使用可能な浄化土の比率を高めることが可能となり、減容化率が顕著に向上する。

【0084】

また、アルカリ抽出工程のみでは溶出量基準値等に適合させることができず、また、サイクロン分級工程においても分級することが不可能な、砒素溶出量の高い微細粒子分を含んだ細粒子分が存在する場合もある。このような、砒素溶出量の高い微細粒子分を含んだ細粒子分については、濃縮汚染土側に分離したうえで、デカンタ分級工程において、砒素等の重金属が抽出されたスラリー中のアルカリ水、及び、溶出量基準値等を超過する微細粒子分を、デカンタ設備（図４のデカンタ１を参照）を用いて分級・分離する。一方、デカンタ分級工程では、溶出量基準値等に適合する固形分については、ｐＨ調整工程に搬送、即ち、浄化土側に搬送する。これにより、溶出量基準値等を超過する、例えば平均粒径が１５μｍ以下の微細粒子分からなる濃縮汚染土を大幅に減量することが可能になるとともに、再利用可能な浄化土の割合を大幅に高めることが可能となる。

【0085】

即ち、本発明においては、アルカリ抽出では溶出量基準値等に適合出来ない微細粒子分については、デカンタ分級によって砒素を土粒子ごと分離・除去する一方、固形分については、アルカリ抽出によって砒素の一部が抽出されたものなので、土粒子が溶出量基準値等に適合する浄化土となる。

【0086】

さらに、本発明においては、上記のアルカリ抽出工程及びデカンタ分級工程に加え、最終的に浄化土を中和するｐＨ調整工程を備えているので、埋め戻し土等に再利用される浄化土をより自然な状態とすることが可能となる。

【0087】

上述のように、本発明が対象とする泥水シールド工法における泥水処理設備において、自然由来の重金属等を浄化するプロセスを組み込むことにより、溶出量基準値等に適合する浄化土の割合が高められることから、従来のように、多くの汚染土を濃縮汚染土として処分していた場合と比較して、処分費用を最大で７割程度、削減できる。

【0088】

また、本実施形態によれば、従来の方法においては汚染土壌として処分してきた細粒子分の少なくとも一部を、浄化土として再利用することができる。これに伴い、上述したように、汚染土壌である砒素を含む処理土の発生量を１／４〜１／１０程度に減量することができ、低コストで砒素汚染土壌を洗浄することが可能となる。

【0089】

また、本発明によれば、デカンタ分級工程における分級条件を上記のように適正化することで、従来の洗浄方法においては濃縮汚染土に含まれてしまうことから処分せざるを得なかった大量の細粒子分（例えば、平均粒径：１５μｍ超）が、再利用可能な浄化土として回収可能になる。これにより、濃縮汚染土の発生量を大幅に減量することができ、その処分に要するコストを大幅に削減することが可能となる。
図２に示すように、砒素の溶出量は、土粒子の平均粒径が小さいほど高いことから、本発明のように、微細粒子分を選択的に処理することで、従来の方法に比べてより効率的な処理が可能である。

【0090】

以上のことから、本発明の洗浄方法は、アルカリ抽出工程とデカンタ分級工程とを複合的に組み合わせたことで、自然由来の低濃度の砒素汚染土壌を効率的に処理可能な方法であり、極めて合理的で且つ有効な方法である。

【0091】

なお、本実施形態においては、被洗浄物である汚染土壌として、泥水シールド工法において発生する自然由来の砒素等による汚染土壌を例に挙げて説明しているが、本発明に係る洗浄方法が対象とする被洗浄物は、これに限定されるものではない。本発明に係る洗浄方法は、上記の他、例えば、泥土圧シールド工法において発生するスラリー化していない塊からなる泥土や、浚渫土、さらには、砒素以外の自然由来の重金属類（例えば、フッ素系化合物、シアン化化合物、鉛含有化合物等）等による汚染土壌の洗浄処理に適用した場合でも、その効果を発揮することができる。ここで、上記の泥土圧シールド工法において発生する泥土を、本発明に係る洗浄方法で洗浄処理する場合には、泥土に水を加えることで解泥し、スラリー化してから処理することが好ましい。

【0092】

［作用効果］
以上説明したように、本実施形態の汚染土壌の洗浄方法によれば、デカンタ分級工程において、スラリー状の細粒子分の余剰分を、デカンタを用いて分級することで、スラリー状の細粒子分を、上澄液を含むスラリー状とされた溶出量基準値等を超過する微細粒子分と、溶出量基準値等に適合する固形分とに分離する方法を採用している。これにより、汚染土壌に含まれる砒素等の汚染物質を微細粒子側に分離しながら、固形分を浄化土とすることで、再利用可能な建設発生土の割合を高めることができるとともに、砒素等を含む微細粒子分からなる汚染土壌を減量することが可能となる。

【0093】

また、本実施形態の砒素汚染土壌の洗浄方法によれば、スラリー状の汚染土壌にアルカリ系処理剤を添加することで、土粒子に吸着された砒素を溶存態としてスラリー内の液分中に抽出するアルカリ抽出工程と、サイクロン分級工程で得られたスラリー状の細粒子分の余剰分をデカンタ分級することで、スラリー状の細粒子分を、上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と、固形分とに分離するデカンタ分級工程とを備えている。
このように、まず、アルカリ抽出工程において砒素を溶存態としてスラリー内の液分中に抽出することで、後工程のサイクロン分級工程におけるスラリー状の細粒子分と粗粒子分とへの分級により、汚染土壌から効果的に砒素を除去できる。また、デカンタ分級工程において、サイクロン分級工程で得られたスラリー状の細粒子分の余剰分を、上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分と固形分とに分離することで、砒素を確実に上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分側に分離することができ、再利用可能な浄化土の割合が高められるとともに、砒素を含む微細粒子分からなる濃縮汚染土を効果的に減量できる。

【0094】

また、本実施形態では、上述のような、アルカリ抽出工程及びデカンタ分級工程の両方を備えた例を説明しているが、本発明の砒素汚染土壌の洗浄方法においては、これらのうち、アルカリ抽出工程を設けない方法とした場合においても、再利用可能な浄化土の割合を高めるとともに、砒素を含む微細粒子分からなる濃縮汚染土を減量できる効果が得られる。
この場合、アルカリ抽出工程及びデカンタ分級工程を備える場合に比べ、土壌中における砒素の溶出量が高めとなることから、デカンタ分級工程における分級点の設定値を大きめにする必要がある。しかしながら、本発明では、このような場合においても、従来のようなサイクロン分級のみで砒素を微細粒子分側に分離する方法に比べて分級点を小さくすることができ、濃縮汚染土の発生量を減量することが可能となる。

【0095】

さらに、本実施形態の汚染土壌の洗浄方法、及び、砒素汚染土壌の洗浄方法によれば、デカンタ分級工程において、シェルの回動に伴う遠心力Ｇ、汚染土壌の供給量Ｓ、及び、シェルの内壁に圧接された汚染土壌の液深Ｄを調整することによって分級点を制御する方法を採用することで、この分級点を正確に制御することができる。さらに、上記の遠心力Ｇを５００〜１５００（Ｇ）、供給量Ｓを０．６〜３００（ｍ^３／ｈ）の範囲、より好ましくは５０〜１００（ｍ^３／ｈ）の範囲で調整し、且つ、液深Ｄを一定に保持することで、デカンタにおける分級点をより正確に制御することができる。これにより、砒素等の汚染物質を確実に微細粒子側に分離し、且つ、溶出量基準値等を超過する処理土を効果的に減量しながら、再利用可能な建設発生土（浄化土）の割合を高め、減容化率を向上させる効果がより顕著に得られる。また、上記のデカンタ分級工程に係わる設備は、泥水式シールド工法の地上処理設備に組み込むことが可能なので、設置のための広い用地を別途用意する必要がなく、且つ、シールドの掘進速度に合わせた浄化処理が可能となる。

【0096】

従って、例えば、泥水シールド工法において発生する自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄処理するにあたり、汚染土壌として処分する必要がある溶出量基準値等を超過する濃縮汚染土を効果的に減量しながら、再利用可能な浄化土の割合を高めることが可能な洗浄方法を低コストで実現できる。

【産業上の利用可能性】

【0097】

本発明の汚染土壌の洗浄方法、及び、砒素汚染土壌の洗浄方法によれば、上記構成を採用することで、日本国内、特に首都圏における泥水シールド工法を用いた掘削工事等で発生する自然由来の砒素による汚染土壌を洗浄処理するにあたり、汚染土壌として処分する必要がある濃縮汚染土を効果的に減量しながら、再利用可能な浄化土の割合を高めることが可能となる。従って、本発明は、汚染土壌の発生量を大幅に減らすことによる循環型社会実現への貢献度が大きいものである。

【符号の説明】

【0098】

１…デカンタ、２…シェル、２Ａ…内壁、２ａ…先端、２ｂ…後端、２１，２２…開口、２３…堰部、３…スクリュー、３１…回転軸、３２…プロペラ、３ａ…先端、３ｂ…後端、Ｆ…汚染土壌（スラリー状の汚染土壌）、ＵＦ…固形回収分（固形分）、ＯＦ…分離泥水（分級点以下で且つ上澄液を含むスラリー状とされた微細粒子分）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】