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污染土壤的无害化处理方法以及敷贴器的制作方法

来源：花匠小妙招时间：2025-10-24 21:16

专利名称：污染土壤的无害化处理方法以及敷贴器的制作方法
技术领域：
本发明涉及从沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤中分解污染源物质或者通过气化将其去除的修复技术，尤其涉及当场去除的方法以及敷贴器。
背景技术：
在再次开发城市煤气工厂空场和汽油加油站空场等场合，由于与这些工厂相关的苯和汽油等，在被污染原样状态下、则无法进行新办事业用途的土地再次开发。而且，在电镀工厂的空场，电镀工序使用的氰化合物所造成的污染等存在同样的问题。作为从这样的产业废液等所污染的土壤中分解、去除污染物质的方法，例如特开平4-501738号公报曾经记载以下的土壤处理方法，即将挖出的污染土壤经预干燥后以800～1000℃的温度进行加热，使有害物质转变成气相，采用旋风分离器从含有该有害物质的废气中去除粉尘，使这样去除粉尘的废气进行二次燃烧。
另外，在特开平8-33882号公报中曾经记载对含有挥发性有机物质的土壤供给输送空气，同时对该土壤以间接加热方式进行加热，使加热温度超过其挥发物质的沸点，加热温度在上述沸点+50℃以内较为理想。
还有，在特开平2000-263031号公报曾经提出以下的加热方法，即采掘污染物质并进行筛分、将油污染的土壤经回转式加热炉于250℃或以上的温度加热5分钟的方法、以及对氰化合物在300℃或以上的温度加热5分钟或以上的方法。另外，鹿岛建设(株)曾经报道净化煤油和轻油等的污染土壤的“滚筒土壤(Drum soil)工法”(建设产业新闻，平成13年6月19日发行)，该滚筒土壤工法提出将污染土壤放入干燥滚筒中并进行200℃左右的低温加热和干燥，使土壤中的油分挥发而净化的方法。
另外，报道指出，进行以往的低温操作的垃圾焚烧设备所排放的焚烧灰中存在二恶英类的污染，成为很大的社会问题。对于被这样的二恶英类污染的土壤，如日经建设6月22日号(2001年6月22日发行，日经BP社，48页～52页)所记载的“土壤熔炼工法”(ジオメルト工法)中曾经报道的那样，先挖掘二恶英污染的土壤并装入聚乙烯袋中，将其放入绝热炉内、通过电弧加热到1600℃或以上的高温使二恶英类无害化。
但是，上述的现有技术，首先挖掘污染的土壤是不可缺少的。在该采掘时存在污染土壤等扩散问题。而且，使用热风和通电加热而进行土壤的熔融处理等，作为热能的损失较大。本发明在短时间内使污染土壤无害化并根据需要提供为当场(在场)一举无害化的实用上可能的方法以及敷贴器。

发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的，其要旨如下(1)一种污染土壤的无害化处理方法，其特征在于向被沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤覆盖敷贴器(applicator)并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
(2)一种污染土壤的无害化处理方法，其特征在于向被沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤铺设绝热材料后，覆盖敷贴器并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
(3)一种污染土壤的无害化处理方法，其特征在于向被沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤撒布微波吸收特性良好的原料后，覆盖敷贴器并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
(4)一种污染土壤的无害化处理方法，其特征在于向被沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤撒布微波吸收特性良好的原料，且在其上面铺设绝热材料后，覆盖敷贴器并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
(5)根据上述(1)～(4)中任何一项所述的污染土壤的无害化方法，其特征在于不挖掘土壤而当场照射微波。
(6)根据上述(1)～(5)中任何一项所述的污染土壤的无害化方法，其特征在于土壤覆盖有与具有微波波导管的敷贴器的周围外接、且不具有微波波导管的1个、2个或以上的第2敷贴器。
(7)根据上述(1)～(6)中任何一项所述的污染土壤的无害化方法，其特征在于将敷贴器的边缘埋设在污染土壤的地下80cm或以上深度。
(8)一种敷贴器，其用于被化学物质污染的土壤的无害化处理，其特征在于其一个方向具有开口区、在开口区的反向侧具有微波波导管以及与废气处理装置连通的管子，内表面由铁等构成，外表面具有绝热结构。
(9)根据上述(8)所述的敷贴器，还具有与上述敷贴器的周围外接的1个、2个或以上的第2敷贴器，其特征在于该第2敷贴器在一个方向具有开口区、具有与上述废气处理装置连通的管子且不具有微波波导管，内表面由铁、钛或铝构成，外表面具有绝热结构。

图1是表示本发明的使用敷贴器的处理方法的概要的剖面图。
图2是表示根据本发明的处理方法的油污染土壤的分析结果的图。
图3是表示本发明的另一处理方法的概要的图。
具体实施例方式
有关上述(1)的发明，所谓沸点为500℃或以下的化学物质是指，例如油类、挥发性有机物质以及二恶英类而言。所谓油类是指苯(沸点为80℃)、汽油(沸点为200℃或以下)等物质而言。作为挥发性有机物质的例子是四氯乙烯(沸点为121.2℃)等。
作为二恶英类(沸点为500℃)，总称为聚氯二苯并二恶英类(PCDD)，特别是包括聚氯二苯并呋喃(PCDF)等芳香族系氯化合物，尤其是包括2，3，7，8-四氯化二苯并二恶英(TCDD)等有毒物质。
有关本发明的微波照射场，对于吸收微波的被污染的土壤，如图1所示的那样，将一个方向具有开口区的敷贴器1(例如直径112cm的圆形敷贴器)设置于地表或埋设于地下，从敷贴器1的上部通过波导管2直接照射微波3或者通过微波吸收特性良好的原料粉末(例如炼钢炉渣粉尘)4对污染土壤5照射微波3，借助于该微波3对污染土壤5和污染物质以及土壤中含有的水分直接加热，由于微波产生的非热效应(microwave effect)，以格外快的速度完成污染物质的挥发是可能的。
在此，所谓微波的非热效应，如株式会社NTS发行(1994年3月30日)的“微波加热技术集成”733页第3行所记述的那样，业已知道直到现在进行加热的场合使用微波时其反应和杀菌等比通常的加热快并且能充分地进行。另外，认识到本来陶瓷的烧结开始温度无论使用什么热源都认为是一定的，但是用微波进行加热时观察到烧结开始温度降低等现象，统称这些现象为微波的非热效应。
首先，实施有关该非热效应的实验。往微波炉那样的封闭的敷贴器内放入含有2重量％(20000ppm)苯的土成形体，在该成形体内放入光纤维式热电偶，照射2.45GHz频率的微波，将土成形体的温度加热到70℃后测定苯的残存量为50ppm(50mg/kg)，知道尽管保持在低于苯的沸点以下的70℃但苯几乎完全气化。
在上述特开平8-33882号公报中，将加热温度确定在沸点+50℃以内，但通过采用本发明的微波，即使加热到沸点以下的温度仍能发生充分的作用。这是本实验微波的非热效应。其原因被认为是，苯的单独的微波吸收能力以及伴随土壤残存的水分的蒸发的气体迁移效应等。另外，在此的油类分析方法是通过四氯化碳萃取-红外线光谱分析法进行的。
现就本发明详细说明如下。
预先挖掘上述的污染土壤，向集中了一个地方以上的土壤覆盖敷贴器也可以，不挖掘土壤而是在污染土壤存在的部位覆盖敷贴器也可以。敷贴器只是放置于土壤上，就能够防止沸点为500℃或以下的化学物质向敷贴器外部放散，因此能够得到本发明的效果。
但是，为了充分地防止地下内部存在的化学物质由于微波的加热而被从敷贴器中放散到大气中，将敷贴器埋设在地下较为理想。敷贴器的特征在于其内表面是铁、优选为不锈钢和钛(包括其合金)6(参考图1)等不容易氧化的金属或铝(包括其合金)，并且优选与土接触面的反向侧设置绝热材料7(参考图1)，优选将敷贴器用机械方法砸进地下、并使敷贴器的边缘埋设在地下1cm或以上的位置，进一步优选为埋设在10cm或以上、更优选为埋设在20cm或以上的位置。该敷贴器的边缘(敷贴器的端部)，优选作成锐角或设置成熟知的螺旋叶片状以便容易埋设在地下。在埋设深度较浅而不足1cm时，由于微波作用，敷贴器外表面的土壤被微波加热，存在被加热的污染物质从敷贴器的外表面放散到大气中的可能性。
保持这一状态照射微波也可以，事先撒布厚度为15mm以内的微波吸收特性良好的原料后照射微波也可以。并且，优选事先铺设陶瓷纤维等熟知的绝热材料后照射微波时热效率提高。而且，进一步优选事先撒布微波吸收特性良好的原料，在其上面铺设绝热材料后照射微波时热效率进一步提高。通过此时照射的微波作用，地下的土和污染物质以及土含有的水本身在地下被微波加热，从污染物质沸点较低者开始依次转变为气相，土壤被净化。
这里，作为微波吸收特性良好的原料，可以使用氧化铁以及含有大量氧化铁的炼铁粉尘和炼铁铁渣，此外褐色氧化铝等属于强电介质材料，因此容易吸收微波，故比较适宜。此外，具有半导体特性的SiC、导体材料ZrB2等具有电介质特性，同时由于集肤效应与金属粉末等一样在粉体表面产生大电流，由此提高微波的升温特性，因此优选。对污染土壤撒布这样的微波吸收特性良好的原料的厚度优选为15mm或以下。在撒布厚度超过15mm时，反之由于这一撒布导致微波吸收显著，即对土壤的微波加热减小、土壤被该撒布原料的传热主体升温，因此对土壤的微波照射不再有效，从被加热到高温的撒布原料放散到大气中的热量也增大，造成较大的能量损失。此外，环境被加热，也造成能量损失，敷贴器容易遭到损伤。
作为这些原料的粒径，优选为1μm～2mm。在不足1μm时原料价格升高；并且，在超过2mm时原料也同样价格升高。
关于微波的频率，有0.915GHz、微波炉等采用的2.45GHz、还有速调管等的6GHz、振动陀螺仪的28GHz等各种各样的频带，使用任何频带都可以。在污染物质渗透到地下较深的场合，从微波对土壤的渗透深度的观点，优选为2.45GHz或以下。另一方面，例如仅仅是表层受到二恶英飞灰沉降堆积那样的污染的土壤，只是将表面升高温度很重要，因此优选为6GHz或以上的频率。微波的优选照射条件如下。即对污染土壤的面积，优选为5～100kW/m2的照射。在不足5kW/m2的照射时反应所花费的时间过长；在超过100kW/m2的照射时则局部出现1000℃或以上的高温，敷贴器容易遭到损伤，而且花费大量的设备费。
此外，土壤覆盖有与具有微波波导管的敷贴器的周围外接、且不具有微波波导管的1个、2个或以上的第2敷贴器时，覆盖具有微波波导管的敷贴器的部分的土壤温度的最高温度可达1000℃左右，能够使沸点为500℃或以下的化学物质充分地分解或气化，通过在其敷贴器的周围覆盖不具有微波波导管的第2敷贴器，不会向第2敷贴器的周围放散化学物质，能够安全且容易地实现污染土壤的无害化。
(实施例1)进行城市煤气工厂空场的去除油污染试验。首先，实施该土地的不同深度的油污染测定。图2表示其测定结果。土壤中油类的分析方法是通过四氯化碳萃取-红外线光谱分析法进行的。正如从该结果所知道的那样，被油污染的土地从表层50cm或以下几乎没被污染。当场用图1所示的敷贴器覆盖土壤，使敷贴器边缘与地表一致，对该土壤以5kW/m2的照射条件照射0.915GHz的微波8小时。敷贴器由板厚3mm的不锈钢制作，其外表面包覆厚度25mm的陶瓷纤维绝热外层，陶瓷纤维绝热外层的厚度为大约75mm。其结果确认，能够实现从表面到80cm的深度的油类含量在50mg/kg或以下的污染土壤物质的去除。
(实施例2)对于没有受化学物质特别污染的土壤，撒布5cm3的含有四氯乙烯的金属洗涤剂，然后将与实施例1同样的敷贴器立即当场埋设在土壤中，使敷贴器的边缘深入地下100mm，以10kW/m2的照射条件照射0.915GHz的微波6小时的结果，从土壤表面到80cm深度没有检测出四氯乙烯。并且，用GC-EDC(气相色谱电子俘获法)进行四氯乙烯的分析。
(实施例3)对于没有受化学物质特别污染的土壤，撒布粒径为200μm或以下、厚度为10mm的SiC原料，将与实施例1同样的敷贴器当场埋设在土壤中，使敷贴器的边缘深入地下40mm，以30kW/m2的照射条件照射2.45GHz的微波6小时。从土壤表面到20cm深度升温到950℃。
(实施例4)对于没有受化学物质特别污染的土壤，将与实施例1同样表述的敷贴器当场埋设在土壤中，使敷贴器的边缘深入地下80mm，以30kW/m2的照射条件照射28GHz的微波6小时。从土壤表面到10cm深度升温到1200℃。
(实施例5)
进行实施例1所示的城市煤气工厂空场的去除油污试验，其概要示于图3。首先，在土壤5上撒布厚度10mm的炼铁粉尘4，在其上面覆盖厚度50mm的陶瓷纤维7。然后，将图3所示的敷贴器1埋设在土壤5中，使敷贴器边缘与地下10～15cm深度一致。敷贴器1的每个尺寸为0.6m×0.8m×高0.3m，由板厚3mm的不锈钢制作，为了绝热与实施例1一样用陶瓷纤维7包覆，按照与具有波导管2的每个敷贴器1的周围外接的方式覆盖总计8个第2敷贴器1。敷贴器1由板厚为3mm的不锈钢制作，其外表面包覆厚度为25mm的绝热陶瓷纤维外层7，这样陶瓷纤维的厚度为大约75mm。
以30kW/敷贴器的照射条件照射2.45GHz的微波8小时。其结果可以确认，能够实现从表面到80cm的深度的油类含量在50mg/kg或以下的污染土壤物质的去除。
此外，在图3中，电加热器9、水处理系统10以及气体过滤器11是根据需要而设置的设备，毫无疑问，它们并不是本发明所必须的构成部分。
权利要求
1.一种污染土壤的无害化处理方法，其特征在于向被沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤覆盖敷贴器并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
2.一种污染土壤的无害化处理方法，其特征在于向被沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤铺设绝热材料后，覆盖敷贴器并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
3.一种污染土壤的无害化处理方法，其特征在于向被沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤撒布微波吸收特性良好的原料后，覆盖敷贴器并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
4.一种污染土壤的无害化处理方法，其特征在于向被沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤撒布微波吸收特性良好的原料、且在其上面铺设绝热材料后，覆盖敷贴器并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
5.根据权利要求1～4中任何一项所述的污染土壤的无害化方法，其特征在于不挖掘土壤而当场照射微波。
6.根据权利要求1～5中任何一项所述的污染土壤的无害化方法，其特征在于土壤覆盖有与具有微波波导管的敷贴器的周围外接、且不具有微波波导管的1个、2个或以上的第2敷贴器。
7.根据权利要求1～6中任何一项所述的污染土壤的无害化方法，其特征在于将敷贴器的边缘埋设在污染土壤的地下1cm或以上深度。
8.一种敷贴器，其用于被化学物质污染的土壤的无害化处理，其特征在于其一个方向具有开口区、在开口区的反向侧具有微波波导管以及与废气处理装置连通的管子，内表面由铁、钛或铝构成，外表面具有绝热结构。
9.根据权利要求8所述的敷贴器，还具有与所述敷贴器的周围外接的1个、2个或以上的第2敷贴器，该第2敷贴器在一个方向具有开口区、具有与所述废气处理装置连通的管子、且不具有微波波导管，内表面由铁、钛或铝构成，外表面具有绝热结构。
全文摘要
为了在短时间内使污染土壤无害化，本发明根据需要提供为了当场一举无害化的实用上可能的处理方法以及敷贴器，其特征在于，用敷贴器覆盖沸点为500℃或以下的化学物质所污染的土壤并照射微波，从污染土壤中去除化学物质。
文档编号B09C1/00GK1638884SQ03805339
公开日2005年7月13日申请日期2003年3月6日优先权日2002年3月6日
发明者平初雄, 堤直人, 斋藤吉俊, 木下雅敬, 妙中真治, 柴田清, 松尾充高, 岛哲男申请人:新日本制铁株式会社