土壌の浄化装置
【課題】土壌を効率よく浄化することができる浄化装置を提供する。
【解決手段】浄化装置１０は、陰極電極槽１２Ａと、陽極電極槽１２Ｂと、電圧印加装置１４と、を含んで構成されている。陰極電極槽１２Ａは、弱酸性溶液２０Ａを収容した第１容器１６Ａ及び第１容器１６Ａの内部に配置され弱酸性溶液２０Ａに浸漬された陰極電極１８Ａを含んで構成されている。陽極電極槽１２Ｂは、電解質溶液２０Ｂを収容した第２容器１６Ｂ及び第２容器１６Ｂの内部に配置され電解質溶液２０Ｂに浸漬された陽極電極１８Ｂを含んで構成されている。そして、第１容器１６Ａ及び後述する第２容器１６Ｂは、全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下の多孔質セラミックから構成されている。
【解決手段】浄化装置１０は、陰極電極槽１２Ａと、陽極電極槽１２Ｂと、電圧印加装置１４と、を含んで構成されている。陰極電極槽１２Ａは、弱酸性溶液２０Ａを収容した第１容器１６Ａ及び第１容器１６Ａの内部に配置され弱酸性溶液２０Ａに浸漬された陰極電極１８Ａを含んで構成されている。陽極電極槽１２Ｂは、電解質溶液２０Ｂを収容した第２容器１６Ｂ及び第２容器１６Ｂの内部に配置され電解質溶液２０Ｂに浸漬された陽極電極１８Ｂを含んで構成されている。そして、第１容器１６Ａ及び後述する第２容器１６Ｂは、全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下の多孔質セラミックから構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌の浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カドミウム、銅、ヒ素等の重金属や有機化合物等の汚染物質により汚染された土壌がそのまま放置されていると、土壌内に含有されている汚染物質が地下水や生物連鎖等によって拡散するおそれがある。特に、水田におけるカドミウム等の重金属による汚染は深刻であり、その対策が求められている。
【０００３】
このような汚染物質で汚染された土壌を浄化する方法としては、浄化対象の土壌を掘削し、そこに電解質溶液を満たして一対の電極を挿入し、この電極間に電圧を印加することで、汚染物質を回収する方法が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。
【０００４】
特許文献１には、土壌中に挿入する電極の周囲に通水性を有する電極槽を設け、電極槽内のｐＨを測定し、該電解槽内のｐＨが一定範囲内に維持されるように、電極槽内のｐＨに応じて中和剤を供給する浄化装置が提案されている。
また、特許文献２には、通水性を有する濾紙や織布で構成された電解槽内に電極を配置し、この電解槽内に電圧を印加して土壌中の汚染物質を水に溶出させて、この汚染物質の溶出された水溶液の汚染物質を吸着剤に吸着させて除去した後に、電解槽容器内に戻す装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献３には、陰極電極の周囲に通水性を有する電解槽を設け、この電解槽内にｐＨ高緩衝能材料を充填し、陽極電極との間に電圧を印加することで、土壌を浄化する装置が提案されている。
また、特許文献４には、重金属で汚染された土壌中に錯化剤を混入して該重金属を錯化し、この錯化した重金属を含む土壌中に、吸着剤で覆われた一対の電極を配置して電極間に電圧を印加することで、錯化された重金属を吸着材に吸着させる装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６０４５８号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１４９号公報
【特許文献３】特開２０００−８４３６６号公報
【特許文献４】特開２０００−２１８２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、浄化対象の土壌中に吸着剤や通水性を有する容器で覆われた一対の電極を挿入し、これらの電極に電圧を印加しても、土壌中に含まれる粘土等の、除去対象外の成分によって、除去対象の汚染物質の電極への移動が阻害され、土壌の浄化が十分に行われない場合があった。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、土壌を効率よく浄化することができる浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は鋭意検討した結果、第１容器及び第２容器として、本発明における特有の多孔質セラミックを用いることで、土壌が効率よく浄化されることを見いだし、本発明を完成させた。
即ち、前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
＜１＞ 内部に弱酸性溶液を収容した第１容器、及び該第１容器内に配置され前記弱酸性溶液中に浸漬された陰極電極、を備えた陰極電解槽と、
内部に電解質溶液を収容した第２容器、及び該第２容器内に配置され前記電解質溶液内に浸漬された陽極電極、を備えた陽極電極槽と、
前記陰極電極及び前記陽極電極の電極間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
前記第１容器及び前記第２容器が、全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下の多孔質セラミックからなる、土壌の浄化装置。
＜２＞ 前記弱酸性溶液が酢酸である前記＜１＞に記載の土壌の浄化装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、本発明における第１容器及び第２容器を用いない場合に比べて、土壌を効率よく浄化することができる浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る浄化装置を概略的に示す模式図である。
【図２】本実施の形態における浄化装置を適用した実験装置を概略的に示す模式図である。
【図３】実施例における、電圧印加日数に対する、乾燥土壌におけるカドミウム含有量を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の土壌の浄化装置の一の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１には、本実施の形態の土壌の浄化装置１０（以下、単に「浄化装置」と称する）の一の実施態様を示す模式図を示した。
なお、本実施の形態の浄化装置１０において浄化する対象の汚染土壌３０は、カドミウムを汚染物質として含む汚染土壌である場合を説明するが、これに限られない。
例えば、本実施の形態の浄化装置１０において浄化する対象の汚染土壌３０は、汚染物質として、カドミウムの他に、銅、鉛、クロム等の他の重金属や、ヒ素、セレンなどの汚染物質を含んだ土壌であってもよい。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態の浄化装置１０は、陰極電極槽１２Ａと、陽極電極槽１２Ｂと、電圧印加装置１４と、を含んで構成されている。
【００１４】
陰極電極槽１２Ａは、円筒状の第１容器１６Ａ、及び第１容器１６Ａの内部に配置された長尺状の陰極電極１８Ａを含んで構成されている。第１容器１６Ａ及び後述する第２容器１６Ｂは、少なくとも一部が互いに連通した複数の気孔を有する多孔質セラミックで構成されている（詳細後述）。
【００１５】
本実施の形態においては、この円筒状の第１容器１６Ａの底部は、底部材２４Ａによって閉塞状態とされており、この第１容器１６Ａの内部には、弱酸性溶液２０Ａが収容されている。また、この円筒状の第１容器１６Ａにおける、底部材２４Ａに対向する開口側には、蓋部材２２Ａが設けられている。
【００１６】
なお、本実施の形態において、「弱酸性」とは、ｐＨ４以下であることを示している。この陰極電極槽１２Ａ（第１容器１６Ａ）内に収容される弱酸性溶液２０Ａとしては、酢酸、シュウ酸、塩酸、硫酸等が挙げられるが、これらの中でも、汚染土壌３０中に含まれるアニオン成分の浄化効率を向上させる観点から、酢酸を用いることが好ましい。
【００１７】
一方、陽極電極槽１２Ｂは、円筒状の第２容器１６Ｂ、及び第２容器１６Ｂの内部に配置された長尺状の陽極電極１８Ｂを含んで構成されている。この円筒状の第２容器１６Ｂの底部は、蓋部材２２Ｂによって閉塞状態とされており、この第２容器１６Ｂの内部には、電解質溶液２０Ｂが収容されている。また、この円筒状の第２容器１６Ｂにおける、底部材２４Ｂに対向する開口側には、蓋部材２２Ｂが設けられている。
【００１８】
第２容器１６Ｂ内に収容されている電解質溶液２０Ｂとしては、公知の電解質溶液が挙げられ、具体的には、硫酸溶液、シュウ酸溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等が挙げられる。これらの中でも、陽極電極槽１２Ｂ（第２容器１６Ｂ）内に収容される電解質溶液としては、詳細を後述する汚染土壌３０の浄化において、汚染土壌３０中に含まれるカチオン成分の浄化効率を向上させる観点から、アルカリ性溶液を用いることが好ましい。
【００１９】
なお、本実施の形態では、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂは、円筒状である場合を説明するが、内部に電極（陰極電極１８Ａまたは陽極電極１８Ｂ）が配置され且つ内部に液体（弱酸性溶液２０Ａまたは電解質溶液２０Ｂ）が収容される中空状の構成であればよく、円筒状に限られない。また、本実施の形態では、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂは、円筒状とされ、長尺方向両端部の開口を、蓋部材（蓋部材２２Ａ、蓋部材２２Ｂ）と底部材（底部材２４Ａ、底部材２４Ｂ）によって封鎖されている場合を説明したが、蓋部材（蓋部材２２Ａ、蓋部材２２Ｂ）が設けられておらず、長尺方向一端側（汚染土壌３０への挿入方向とは反対側）が開口した構成であってもよい。また、第２容器１６Ｂと底部材２４Ｂ、及び第１容器１６Ａと底部材２４Ａ、の各々が一体的に構成されていてもよい。
【００２０】
電圧印加装置１４は、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに電気的に接続されており、陰極電極１８Ａ側が陰極、陽極電極１８Ｂ側が陽極となるように、直流電圧を印加する。このため、陰極電極１８Ａは、電圧印加装置１４から電圧を印加されることで、陰極の電極として機能する。一方、陽極電極１８Ｂは、電圧印加装置１４から電圧を印加されることで、陽極の電極として機能する。
【００２１】
なお、これらの陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂは、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの各々内に収容されており、且つ電圧印加装置１４からの電圧印加が可能な構成であればよいが、より効率よく汚染土壌３０を浄化する観点から、陰極電極１８Ａは、陰極電極槽１２Ａの蓋部材２２Ａ側から底部材２４Ｂに到達する位置にまで延伸した長さであることが好ましい。同様に、陽極電極１８Ｂについても、陽極電極槽１２Ｂの蓋部材２２Ｂ側から底部材２４Ａに到達する位置にまで延伸した長さであることが好ましい。
【００２２】
これらの陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂは、電極として用いうる材料であれば如何なる材料で構成してもよいが、特に、白金等のイオン化傾向の低い貴金属を用いることが好ましい。
【００２３】
本実施の形態の浄化装置１０によって汚染土壌３０の浄化を行うときには、まず、水等の電解質溶液を加えた汚染土壌３０中に、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂを差し込み、これらの陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂが対向するように間隔を空けて配置する。なお、この陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの、汚染土壌３０への挿入深さは、浄化する対象の汚染土壌３０の用途に応じて適宜調整すればよい。例えば、本実施の形態の浄化装置１０によって浄化する対象の汚染土壌３０が、水田等の作物を栽培するための土壌である場合には、少なくとも栽培対象の作物の根の深さを超える深さにまで挿入することが好ましい。また、浄化装置１０によって浄化する対象の汚染土壌３０が、水田等の作物を栽培するための土壌である場合には、栽培対象の作物の根の深さを大幅に超える（例えば、根の深さの２倍以上）深さにまで陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂを挿入する必要はないと考えられるため、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの小型化が図れると考えられる。
これらの陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの汚染土壌３０への挿入深さとしては、具体的には、１２ｃｍ以上１５ｃｍ以下の深さが挙げられる。
【００２４】
また、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの、汚染土壌３０への挿入方向における長さ（本実施の形態では、円筒状の第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの周方向に交差する方向の長さ）は、この汚染土壌３０への挿入深さ以上の長さとなるように、予め調整されていればよい。具体的には、上述の水田などの作物を栽培するための土壌を浄化対象の汚染土壌３０とし、この汚染土壌３０への挿入対象の深さを１５ｃｍ以下とした浄化装置１０とする場合には、汚染土壌３０への挿入方向における長さが１５ｃｍを超える長さとなるように、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの長さを調整すればよい。
【００２５】
汚染土壌３０の浄化を行うときには、この浄化対象の汚染土壌３０中に差し込まれた陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂ内の陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに、陰極電極１８Ａが陰極となり且つ陽極電極１８Ｂが陽極となるように、電圧印加装置１４から直流電圧を印加する。なお、この電圧印加装置１４から陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに印加される直流電圧の電圧値は、電圧の印加によって陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの間の汚染土壌３０中で電気分解が生じ、これらの電極間（陰極電極１８Ａと陽極電極１８Ｂとの電極間）で電気浸透流が発生し、且つ汚染土壌３０中に含まれるイオン化された汚染成分が該電極間を電気泳動しうる電圧値であればよく、汚染土壌３０中に差し込んだ陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂにおける該電極間の距離や陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂの直径等に応じて適宜調整すればよい。
【００２６】
浄化対象の汚染土壌３０中に差し込まれた陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂにおける、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに、電圧印加装置１４から直流電圧が印加されると、陽極電極槽１２Ｂ側では、水の電気分解によって水素イオン（Ｈ＋）が生成され、陽極電極槽１２Ｂ周辺の汚染土壌３０は酸性へ変性していく。一方、陰極電極槽１２Ａ側では、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成されて、陰極電極槽１２Ａ周辺の汚染土壌３０はアルカリ性へ変性していく。そして、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの槽間の汚染土壌３０内に含まれている汚染成分であるカチオン成分（陽イオン化した重金属成分）は、陰極電極槽１２Ａ側へ電気泳動し、アニオン成分（陰イオン化した重金属成分）は、陽極電極槽１２Ｂ側へ電気泳動する。例えば、汚染土壌３０内のＣｄ２＋、Ｃｕ２＋、Ｐｂ２＋等のカチオン成分は、陰極電極槽１２Ａ側へ電気泳動し、汚染土壌３０内においてアニオン成分として存在するＣｒＯ４２−、Ｃｒ２Ｏ７２−、ＡｓＯ４３−、ＳｅＯ３２−等は、陽極電極槽１２Ｂ側へ電気泳動する。
【００２７】
陰極電極槽１２Ａに到達したカチオン成分は、陰極電極槽１２Ａの第１容器１６Ａの気孔を通過して、第１容器１６Ａ内に到る。なお、第１容器１６Ａ内に到ったカチオン成分は、水酸化物イオンと反応して第１容器１６Ａの底部に沈殿する。
ここで、陰極電極槽１２Ａ周辺の汚染土壌３０は、電圧印加装置１４からの上記直流電圧の印加によってアルカリ性へ変性していくことから、第１容器１６Ａ内に上述のように弱酸性溶液２０Ａが収容されていることで、汚染土壌３０中に含まれるカチオン成分の浄化が促進されると考えられる。
【００２８】
一方、陽極電極槽１２Ｂに到達したアニオン成分は、陽極電極槽１２Ｂの第２容器１６Ｂの気孔を通過して、第２容器１６Ｂ内に到る。なお、第２容器１６Ｂ内に到ったアニオン成分は、水素イオンと反応して第２容器１６Ｂの底部に沈殿する。
【００２９】
上記のように、電圧印加装置１４から陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに直流電圧が印加されることで、汚染土壌３０内の汚染成分が第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内に収容されることとなる。
【００３０】
ここで、汚染土壌３０中には、粘土成分等の除去対象外の成分が含まれることから、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂへの上記の電圧印加によって、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの容器内部にまで、この粘土成分等の除去対象外の成分が入りこむ場合があり、汚染土壌３０の浄化が阻害される場合があった。
【００３１】
そこで、本実施の形態の浄化装置１０では、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの各々に用いられる第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂとして、多孔質セラミックに含まれる全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下である特有の多孔質セラミック（以下、本実施の形態の第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂに用いられる多孔質セラミックを「特有の多孔質セラミック」と称する）を用いている。
【００３２】
本実施の形態では、全気孔に対する直径２μ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下とされた特有の多孔質セラミックを、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂとして用いることで、汚染土壌３０中に含まれる粘土成分等の除去対象外の成分が多孔質セラミックの気孔を通過して第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内へと到ることが抑制され、且つ汚染土壌３０中に含まれる除去対象の汚染成分が選択的に第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内へ到ると考えられる。
このため、上記特有の多孔質セラミックで第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂを構成することによって、本実施の形態の浄化装置１０では、汚染土壌３０を効率良く浄化することができると考えられる。
【００３３】
なお、上記特有の多孔質セラミックに含まれる全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合は、４０％以上であることが必須であるが、より粘土等の除去対象外の粘土等の成分が第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内に侵入することを抑制する観点から、該割合は、４５％以上であることが好ましい。
【００３４】
なお、この特有の多孔質セラミックに含まれる「全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合」とは、多孔質セラミックに含まれる全気孔の容積（体積）に対する、直径２μｍの気孔の容積の占める割合を示している。
この特有の多孔質セラミックに含まれる全気孔における、直径２μｍ以下の気孔の割合は、細孔分布測定装置によって測定される。
詳細には、この、「全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合」は、Ｗａｓｈｂｕｒｎによって提案された水銀圧入法（「表面」第１３巻第１０号第５８８頁に記載の浦野紘平著による「多孔質材料の細孔分布測定法の理論、装置及び問題点（その１）」）によって測定される。測定装置としては、具体的には、（株）島津製作所の細孔分布測定装置（商品名：オートポアＩＶ９５００）が用いられる。なお、直径２μｍ以外の気孔の割合についても、同様の方法で測定される。
【００３５】
また、この特有の多孔質セラミックにおける、直径２μｍを超える気孔の割合に対する、直径２μｍ以下の気孔の割合の比は、特有の多孔質セラミックの透水係数が上記範囲を満たす比率であればよい。直径２μｍを超える気孔の割合に対する、直径２μｍ以下の気孔の割合（直径２μｍ以下の気孔の割合／直径２μｍを超える気孔の割合）は、具体的には、１／２以下であることが好ましい。
【００３６】
第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂを構成する多孔質セラミックの透水係数は、上述のように、１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下であることが必須であるが、除去対象の汚染物質を、より選択的に第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの内側へ到達させる観点から、１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−５ｃｍ／ｓｅｃ以下の範囲が好ましく、１０−４ｃｍ／ｓｅｃが特に好ましい。
【００３７】
なお、多孔質セラミックの「透水係数」は、下記試験によって測定される。
具体的には、この多孔質セラミックの透水係数ｋは、ＪＩＳ＿Ａ＿１２１８（土の透水試験方法）により測定することで得られる。透水係数ｋの単位はｃｍ／ｓｅｃである。ここで、ＪＩＳ＿Ａ＿１２１８の土の透水試験方法は、定水位透水試験と変水位透水試験の２種類であるが、本実施の形態では変水位透水試験を用いた。
【００３８】
なお、定水位透水試験とは、一定の断面と長さをもつ供試体（本実施の形態では、特有の多孔質セラミック）の中を、一定の水位差の下で一定時間内に浸透する水量を測定する試験である。具体的には、越流水槽の内側に透水円筒を配置し、透水円筒の中に供試体（特有の多孔質セラミック）を配置すると共に該供試体の上下を金網、フィルター、及び有孔板で挟み、越流水槽内の水位と透水円筒内の水位との差が一定（ただし、越流水槽内の水位＜透水円筒内の水位）となるように透水円筒内に注水し、時間を計測しながら越流水槽から溢れた水量をメスシリンダーで測定する試験である。
【００３９】
また、変水位透水試験とは、一定の断面と長さをもつ供試体（本実施の形態では、特有の多孔質セラミック）の中を、ある水位差を初期状態として浸透するときの水位の降下量と、その経過時間を測定する試験である。具体的には、越流水槽の内側に透水円筒を配置し、透水円筒の中に供試体（特有の多孔質セラミック）を配置すると共に該供試体の上下を金網、フィルター、及び有孔板で挟み、透水円筒の上部に真っ直ぐにスタンドパイプを配置して、スタンドパイプから透水円筒内に水を供給したときの時刻ｔ１での越流水槽内の水位とスタンドパイプ中の水位との差ｈ１を測定し、さらに水を供給したままで、時刻ｔ２での越流水槽内の水位とスタンドパイプ中の水位との差ｈ２を測定する試験である。
【００４０】
本実施の形態の第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂを構成する、上記条件を満たす特有の多孔質セラミックとしては、金属酸化物系セラミック及び非酸化物系セラミックの粉体を用いて作られるものが挙げられる。金属酸化物系セラミックとしては、アルミナ、コージライト、ムライト、ジルコニア、シリカ、マグネシア等や、これらの混合物が挙げられる。非酸化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
【００４１】
本実施の形態の第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂを構成する、上記条件を満たす特有の多孔質セラミックの組成としては、具体的には、ＳiＯ2及びＡｌ２Ｏ３を含んだ構成が挙げられる。
【００４２】
本実施の形態で用いられる上記特有の多孔質セラミックの製造方法としては、例えば、本実施の形態で用いられる特有の多孔質セラミックの構成材料として挙げた上記材料を、泥水状として、これを澱粉等の気孔剤に含浸させ、高温（１５００℃程度）で焼結させることで製造する方法が挙げられる。
【００４３】
なお、この特有の多孔質セラミックの全気孔に対する直径２μｍの気孔の割合や、上記透水率は、多孔質セラミックを構成する上記材料粒子の径や製造時に添加する気孔剤の添加量等を調整することで、調整される。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態の浄化装置１０では、全気孔に対する直径２μ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下とされた特有の多孔質セラミックを、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂとして用いるので、浄化対象の汚染土壌３０を効率良く浄化することができると考えられる。
【００４５】
なお、以上で説明した本実施の形態の浄化装置１０は、通電性を有する浄化対象物であれば、土壌に限られず浄化することができ、例えば、汚染された液体についても浄化することができることはいうまでもない。
【００４６】
また、本実施の形態の浄化装置１０は、特定の場所の汚染土壌３０に限られず、様々な場所の汚染土壌の浄化に適用される。なお、浄化装置１０における陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの形状や大きさは、浄化対象物の状態や、浄化対象領域の広さ等に応じて、適宜調整すればよい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４８】
〔実施例１〕
図２には、上記に説明した浄化装置１０を用いて、汚染土壌３０の浄化を実施するための実験装置５０の模式図を示した。
【００４９】
―実験槽の調整―
まず、容積約２４Ｌ（長さ３８０ｍｍ、幅２６０ｍｍ、高さ２３５ｍｍ）のプラスチック製の容器４０を用意した（図２参照）。そして、この容器４０内に、浄化対象の汚染土壌３０を深さ（容器４０の底面からの高さ）１２ｃｍとなるまで満たし、さらに、４Ｌの水（水道水、図２中、符号３２参照）を加えることで、水位（底面からの高さ）を１５ｃｍとし、実験槽４２とした。なお、後述する浄化装置１０による浄化処理の期間中、この水位が保たれるように、適宜水を加えて水位を調整した。
【００５０】
―第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの調整―
次に、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂとして、下記の特有の多孔質セラミックからなる容器を用意した。
【００５１】
（特有の多孔質セラミックからなる第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ）
・形状：円筒状（外径３０ｍｍ，内径２７ｍｍ，長さ１８０ｍｍ）
・組成：ＳｉＯ２ ２３質量％，Ａｌ２Ｏ３ ７６質量％
・気孔分布：
全気孔に対する直径１μｍ未満の気孔の割合 ３３％
全気孔に対する直径１μｍ以上直径２μｍ未満の気孔の割合 １２％
全気孔に対する直径２μｍ以上直径５μｍ未満の気孔の割合 １６％
全気孔に対する直径５μ以上直径１０μｍ未満の気孔の割合 １６％
全気孔に対する直径１０μｍ以上直径２０μｍ未満の気孔の割合 １７％
全気孔に対する直径２０μｍを超える気孔の割合 ６％
・透水係数：１０−４ｃｍ／ｓｅｃｃｍ／ｓｅｃ
なお、上記気孔分布は、（株）島津製作所の細孔分布測定装置（商品名：オートポアＩＶ９５００）によって測定した。
・耐圧 ：１００ｋＰａ
【００５２】
なお、上記気孔分布、透水係数、及び気孔率は、前述の方法により測定した。
【００５３】
―陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの作製―
次に、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂとして、直径１０ｍｍ、長さ２７０ｍｍの銅電極を１本ずつ（合計２本）用意した。
そして、この銅電極を、上記に調整した、特有の多孔質セラミックからなる第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの各々内に、１本ずつ設置した。そして、これらの容器（第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ）の各々の底部に底部材２４Ａ及び底部材２４Ｂを設け、これらの容器の底部を封止した。
【００５４】
そして、これらの銅電極（陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂ）の設置された容器（第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ）内に、０．１４ｍｏｌ／Ｌの酢酸溶液を満たした後に、これらの容器の開口の各々を、蓋部材２２Ａ及び蓋部材２２Ｂで塞いだ。なお、後述する浄化装置１０による浄化処理の期間中、この酢酸溶液における酢酸の濃度及び酢酸溶液の量が保たれるように、適宜酢酸を添加した。
【００５５】
なお、この酢酸の添加は、図２に示すプラスチックチューブ４４Ａ及びプラスチックチューブ４４Ｂを用いて行った。詳細には、陰極電極槽１２Ａの第１容器１６Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの第２容器１６Ｂの各々に設けた蓋部材２２Ａ及び蓋部材２２Ｂに、孔（図示省略）を空けて、該孔を介してプラスチックチューブ（図２中、プラスチックチューブ４４Ａ及びプラスチックチューブ４４Ｂ参照）を挿入し、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内の液体を採取したり、これらの容器内に酢酸を添加するために用いた。
【００５６】
これによって、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂに相当する２つの電極槽を作製した。
【００５７】
―除去対象外の成分が多孔質セラミックの気孔を通過かするか否かの評価−
上記に調整した、特有の多孔質セラミックからなり、底部材２４Ａ及び底部材２４Ｂによって容器の底部を封止された第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの各々を、蒸留水中に１２ｃｍの深さまで浸漬させて、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの内側を−４０ｋＰａ〜−６０ｋＰａに減圧し、容器内に溜まった液体を採取した。そして採取した液体について、６６５ｎｍの波長の光に対する吸光度を測定したところ０．００００であった。
【００５８】
次に、上記に調整した、特有の多孔質セラミックからなり、底部材２４Ａ及び底部材２４Ｂによって容器の底部を封止された第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの各々を、上記で調整した実験槽４２の汚染土壌３０に、汚染土壌３０の表面から１２ｃｍの深さまで挿入し、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの内側を−４０ｋＰａ〜−６０ｋＰａに減圧し、容器内に溜まった液体を採取した。そして採取した液体について、６６５ｎｍの波長の光に対する吸光度を測定したところ、０．００２２であった。
この結果から、本実施例で作製した、特有の多孔質セラミックからなる第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂでは、粘土等の除去対象外の成分は、本実施例で作製した第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ（多孔質セラミック）の気孔を通過せず、重金属イオン等の除去対象の汚染成分は、該第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ（多孔質セラミック）の気孔を通過したといえる。
【００５９】
―実験装置５０（浄化装置１０）の作製―
上記に作製した陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂを、上記に用意した実験槽４２の容器４０内に充填された汚染土壌３０内に、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂの電極間距離（陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂの向かい合う面間の最小距離）が３０ｃｍとなるように、容器４０の底面に突き当たるまで挿入した。このため、これらの陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの汚染土壌３０への挿入深さは、１２ｃｍであった。
【００６０】
そして、この陰極電極槽１２Ａにおける陰極電極１８Ａと、陽極電極槽１２Ｂにおける陽極電極１８Ｂと、を、電圧印加装置１４としての直流電源（株式会社 ジーエス・湯浅バッテリー社製：商品名 ＰＸＬ １２０５０）に電気的に接続することで、浄化装置１０の適用された実験装置５０とした。
【００６１】
＜評価＞
−汚染土壌の浄化の評価―
本実施例で作製した実験装置５０における、浄化装置１０の直流電源（電圧印加装置１４）から陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂへ、１２Ｖの直流電圧を印加したときの汚染土壌３０中のカドミウム含有量の推移を測定した。
【００６２】
詳細には、まず、実験槽４２の汚染土壌３０内に挿入した陰極電極槽１２Ａと陽極電極槽１２Ｂとの間の領域を、陰極電極槽１２Ａ側から陽極電極槽１２Ｂに向かって３つの領域（同じ面積）に区切った。そして、この３つの領域を、陽極電極槽１２Ｂ側から陰極電極槽１２Ａ側に向かって順に、領域Ａｒ３、領域Ａｒ２、及び領域Ａｒ１とした（図２参照）。
【００６３】
――汚染土壌中におけるカドミウム含有量の測定――
陰極電極１８Ａを陰極とし、陽極電極１８Ｂを陽極として、電圧印加装置１４から直流１２Ｖ（電位勾配２Ｖ／ｃｍ）の定電圧を６日間継続して印加し、該電圧の印加日数に対する、上記領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の各々におけるカドミウムの含有量を測定した。測定結果を図３に示した。
【００６４】
なお、上記領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の各々におけるカドミウムの含有量は、下記方法で測定した。
具体的には、上記定電圧の印加開始前、及び電圧印加から２日毎（４８時間毎）に、実験槽４２内の汚染土壌３０における、各領域Ａｒ３、領域Ａｒ２、及び領域Ａｒ１内の各々から土壌を１０ｇ採取した。そして、各領域（領域Ａｒ３、領域Ａｒ２、及び領域Ａｒ１）から採取した１０ｇの土壌を、１０５℃のオーブンで２日間かけて乾燥させて、乾燥後の重量を測定した。そして、この乾燥した各領域の土壌の各々に、０．１４Ｍの塩酸溶液２０ｍｌを加えて、土壌団粒分析器（大起理化工業社製 ＤＩＫ−２０１２）を用いて１時間攪拌し、領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の各々の土壌の混合溶液を得た。
【００６５】
次に、これらの土壌の混合溶液を、濾紙（ワットマン社製：Ｎｏ．５Ｃ）を用いてろ過し、ろ過液中におけるカドミウム含有量を、日立製作所社製、Ｚ−５０１０形偏光ゼーマン原子吸光光度計を用いて定量した。
そして、上記領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の各々における、乾燥した土壌１ｋｇあたりのカドミウムの含有量（ｍｇ）を求め、結果を図３に示した。
【００６６】
図３に示されるように、領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、及び領域Ａｒ３の何れにおいても、電圧印加時間の増加に伴い、乾燥した土壌１ｋｇあたりのカドミウムの含有量の減少が見られた。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 浄化装置、１２Ａ 陽極電極槽、１２Ｂ 陽極電極槽、１４ 電圧印加装置、１６Ａ 第１容器、１６Ｂ 第２容器、１８Ａ 陰極電極、１８Ｂ 陽極電極、２０Ａ 弱酸性溶液、２０Ｂ 電解質溶液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌の浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カドミウム、銅、ヒ素等の重金属や有機化合物等の汚染物質により汚染された土壌がそのまま放置されていると、土壌内に含有されている汚染物質が地下水や生物連鎖等によって拡散するおそれがある。特に、水田におけるカドミウム等の重金属による汚染は深刻であり、その対策が求められている。
【０００３】
このような汚染物質で汚染された土壌を浄化する方法としては、浄化対象の土壌を掘削し、そこに電解質溶液を満たして一対の電極を挿入し、この電極間に電圧を印加することで、汚染物質を回収する方法が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。
【０００４】
特許文献１には、土壌中に挿入する電極の周囲に通水性を有する電極槽を設け、電極槽内のｐＨを測定し、該電解槽内のｐＨが一定範囲内に維持されるように、電極槽内のｐＨに応じて中和剤を供給する浄化装置が提案されている。
また、特許文献２には、通水性を有する濾紙や織布で構成された電解槽内に電極を配置し、この電解槽内に電圧を印加して土壌中の汚染物質を水に溶出させて、この汚染物質の溶出された水溶液の汚染物質を吸着剤に吸着させて除去した後に、電解槽容器内に戻す装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献３には、陰極電極の周囲に通水性を有する電解槽を設け、この電解槽内にｐＨ高緩衝能材料を充填し、陽極電極との間に電圧を印加することで、土壌を浄化する装置が提案されている。
また、特許文献４には、重金属で汚染された土壌中に錯化剤を混入して該重金属を錯化し、この錯化した重金属を含む土壌中に、吸着剤で覆われた一対の電極を配置して電極間に電圧を印加することで、錯化された重金属を吸着材に吸着させる装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６０４５８号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１４９号公報
【特許文献３】特開２０００−８４３６６号公報
【特許文献４】特開２０００−２１８２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、浄化対象の土壌中に吸着剤や通水性を有する容器で覆われた一対の電極を挿入し、これらの電極に電圧を印加しても、土壌中に含まれる粘土等の、除去対象外の成分によって、除去対象の汚染物質の電極への移動が阻害され、土壌の浄化が十分に行われない場合があった。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、土壌を効率よく浄化することができる浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は鋭意検討した結果、第１容器及び第２容器として、本発明における特有の多孔質セラミックを用いることで、土壌が効率よく浄化されることを見いだし、本発明を完成させた。
即ち、前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
＜１＞ 内部に弱酸性溶液を収容した第１容器、及び該第１容器内に配置され前記弱酸性溶液中に浸漬された陰極電極、を備えた陰極電解槽と、
内部に電解質溶液を収容した第２容器、及び該第２容器内に配置され前記電解質溶液内に浸漬された陽極電極、を備えた陽極電極槽と、
前記陰極電極及び前記陽極電極の電極間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
前記第１容器及び前記第２容器が、全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下の多孔質セラミックからなる、土壌の浄化装置。
＜２＞ 前記弱酸性溶液が酢酸である前記＜１＞に記載の土壌の浄化装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、本発明における第１容器及び第２容器を用いない場合に比べて、土壌を効率よく浄化することができる浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る浄化装置を概略的に示す模式図である。
【図２】本実施の形態における浄化装置を適用した実験装置を概略的に示す模式図である。
【図３】実施例における、電圧印加日数に対する、乾燥土壌におけるカドミウム含有量を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の土壌の浄化装置の一の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１には、本実施の形態の土壌の浄化装置１０（以下、単に「浄化装置」と称する）の一の実施態様を示す模式図を示した。
なお、本実施の形態の浄化装置１０において浄化する対象の汚染土壌３０は、カドミウムを汚染物質として含む汚染土壌である場合を説明するが、これに限られない。
例えば、本実施の形態の浄化装置１０において浄化する対象の汚染土壌３０は、汚染物質として、カドミウムの他に、銅、鉛、クロム等の他の重金属や、ヒ素、セレンなどの汚染物質を含んだ土壌であってもよい。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態の浄化装置１０は、陰極電極槽１２Ａと、陽極電極槽１２Ｂと、電圧印加装置１４と、を含んで構成されている。
【００１４】
陰極電極槽１２Ａは、円筒状の第１容器１６Ａ、及び第１容器１６Ａの内部に配置された長尺状の陰極電極１８Ａを含んで構成されている。第１容器１６Ａ及び後述する第２容器１６Ｂは、少なくとも一部が互いに連通した複数の気孔を有する多孔質セラミックで構成されている（詳細後述）。
【００１５】
本実施の形態においては、この円筒状の第１容器１６Ａの底部は、底部材２４Ａによって閉塞状態とされており、この第１容器１６Ａの内部には、弱酸性溶液２０Ａが収容されている。また、この円筒状の第１容器１６Ａにおける、底部材２４Ａに対向する開口側には、蓋部材２２Ａが設けられている。
【００１６】
なお、本実施の形態において、「弱酸性」とは、ｐＨ４以下であることを示している。この陰極電極槽１２Ａ（第１容器１６Ａ）内に収容される弱酸性溶液２０Ａとしては、酢酸、シュウ酸、塩酸、硫酸等が挙げられるが、これらの中でも、汚染土壌３０中に含まれるアニオン成分の浄化効率を向上させる観点から、酢酸を用いることが好ましい。
【００１７】
一方、陽極電極槽１２Ｂは、円筒状の第２容器１６Ｂ、及び第２容器１６Ｂの内部に配置された長尺状の陽極電極１８Ｂを含んで構成されている。この円筒状の第２容器１６Ｂの底部は、蓋部材２２Ｂによって閉塞状態とされており、この第２容器１６Ｂの内部には、電解質溶液２０Ｂが収容されている。また、この円筒状の第２容器１６Ｂにおける、底部材２４Ｂに対向する開口側には、蓋部材２２Ｂが設けられている。
【００１８】
第２容器１６Ｂ内に収容されている電解質溶液２０Ｂとしては、公知の電解質溶液が挙げられ、具体的には、硫酸溶液、シュウ酸溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等が挙げられる。これらの中でも、陽極電極槽１２Ｂ（第２容器１６Ｂ）内に収容される電解質溶液としては、詳細を後述する汚染土壌３０の浄化において、汚染土壌３０中に含まれるカチオン成分の浄化効率を向上させる観点から、アルカリ性溶液を用いることが好ましい。
【００１９】
なお、本実施の形態では、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂは、円筒状である場合を説明するが、内部に電極（陰極電極１８Ａまたは陽極電極１８Ｂ）が配置され且つ内部に液体（弱酸性溶液２０Ａまたは電解質溶液２０Ｂ）が収容される中空状の構成であればよく、円筒状に限られない。また、本実施の形態では、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂは、円筒状とされ、長尺方向両端部の開口を、蓋部材（蓋部材２２Ａ、蓋部材２２Ｂ）と底部材（底部材２４Ａ、底部材２４Ｂ）によって封鎖されている場合を説明したが、蓋部材（蓋部材２２Ａ、蓋部材２２Ｂ）が設けられておらず、長尺方向一端側（汚染土壌３０への挿入方向とは反対側）が開口した構成であってもよい。また、第２容器１６Ｂと底部材２４Ｂ、及び第１容器１６Ａと底部材２４Ａ、の各々が一体的に構成されていてもよい。
【００２０】
電圧印加装置１４は、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに電気的に接続されており、陰極電極１８Ａ側が陰極、陽極電極１８Ｂ側が陽極となるように、直流電圧を印加する。このため、陰極電極１８Ａは、電圧印加装置１４から電圧を印加されることで、陰極の電極として機能する。一方、陽極電極１８Ｂは、電圧印加装置１４から電圧を印加されることで、陽極の電極として機能する。
【００２１】
なお、これらの陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂは、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの各々内に収容されており、且つ電圧印加装置１４からの電圧印加が可能な構成であればよいが、より効率よく汚染土壌３０を浄化する観点から、陰極電極１８Ａは、陰極電極槽１２Ａの蓋部材２２Ａ側から底部材２４Ｂに到達する位置にまで延伸した長さであることが好ましい。同様に、陽極電極１８Ｂについても、陽極電極槽１２Ｂの蓋部材２２Ｂ側から底部材２４Ａに到達する位置にまで延伸した長さであることが好ましい。
【００２２】
これらの陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂは、電極として用いうる材料であれば如何なる材料で構成してもよいが、特に、白金等のイオン化傾向の低い貴金属を用いることが好ましい。
【００２３】
本実施の形態の浄化装置１０によって汚染土壌３０の浄化を行うときには、まず、水等の電解質溶液を加えた汚染土壌３０中に、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂを差し込み、これらの陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂが対向するように間隔を空けて配置する。なお、この陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの、汚染土壌３０への挿入深さは、浄化する対象の汚染土壌３０の用途に応じて適宜調整すればよい。例えば、本実施の形態の浄化装置１０によって浄化する対象の汚染土壌３０が、水田等の作物を栽培するための土壌である場合には、少なくとも栽培対象の作物の根の深さを超える深さにまで挿入することが好ましい。また、浄化装置１０によって浄化する対象の汚染土壌３０が、水田等の作物を栽培するための土壌である場合には、栽培対象の作物の根の深さを大幅に超える（例えば、根の深さの２倍以上）深さにまで陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂを挿入する必要はないと考えられるため、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの小型化が図れると考えられる。
これらの陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの汚染土壌３０への挿入深さとしては、具体的には、１２ｃｍ以上１５ｃｍ以下の深さが挙げられる。
【００２４】
また、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの、汚染土壌３０への挿入方向における長さ（本実施の形態では、円筒状の第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの周方向に交差する方向の長さ）は、この汚染土壌３０への挿入深さ以上の長さとなるように、予め調整されていればよい。具体的には、上述の水田などの作物を栽培するための土壌を浄化対象の汚染土壌３０とし、この汚染土壌３０への挿入対象の深さを１５ｃｍ以下とした浄化装置１０とする場合には、汚染土壌３０への挿入方向における長さが１５ｃｍを超える長さとなるように、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの長さを調整すればよい。
【００２５】
汚染土壌３０の浄化を行うときには、この浄化対象の汚染土壌３０中に差し込まれた陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂ内の陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに、陰極電極１８Ａが陰極となり且つ陽極電極１８Ｂが陽極となるように、電圧印加装置１４から直流電圧を印加する。なお、この電圧印加装置１４から陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに印加される直流電圧の電圧値は、電圧の印加によって陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの間の汚染土壌３０中で電気分解が生じ、これらの電極間（陰極電極１８Ａと陽極電極１８Ｂとの電極間）で電気浸透流が発生し、且つ汚染土壌３０中に含まれるイオン化された汚染成分が該電極間を電気泳動しうる電圧値であればよく、汚染土壌３０中に差し込んだ陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂにおける該電極間の距離や陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂの直径等に応じて適宜調整すればよい。
【００２６】
浄化対象の汚染土壌３０中に差し込まれた陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂにおける、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに、電圧印加装置１４から直流電圧が印加されると、陽極電極槽１２Ｂ側では、水の電気分解によって水素イオン（Ｈ＋）が生成され、陽極電極槽１２Ｂ周辺の汚染土壌３０は酸性へ変性していく。一方、陰極電極槽１２Ａ側では、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成されて、陰極電極槽１２Ａ周辺の汚染土壌３０はアルカリ性へ変性していく。そして、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの槽間の汚染土壌３０内に含まれている汚染成分であるカチオン成分（陽イオン化した重金属成分）は、陰極電極槽１２Ａ側へ電気泳動し、アニオン成分（陰イオン化した重金属成分）は、陽極電極槽１２Ｂ側へ電気泳動する。例えば、汚染土壌３０内のＣｄ２＋、Ｃｕ２＋、Ｐｂ２＋等のカチオン成分は、陰極電極槽１２Ａ側へ電気泳動し、汚染土壌３０内においてアニオン成分として存在するＣｒＯ４２−、Ｃｒ２Ｏ７２−、ＡｓＯ４３−、ＳｅＯ３２−等は、陽極電極槽１２Ｂ側へ電気泳動する。
【００２７】
陰極電極槽１２Ａに到達したカチオン成分は、陰極電極槽１２Ａの第１容器１６Ａの気孔を通過して、第１容器１６Ａ内に到る。なお、第１容器１６Ａ内に到ったカチオン成分は、水酸化物イオンと反応して第１容器１６Ａの底部に沈殿する。
ここで、陰極電極槽１２Ａ周辺の汚染土壌３０は、電圧印加装置１４からの上記直流電圧の印加によってアルカリ性へ変性していくことから、第１容器１６Ａ内に上述のように弱酸性溶液２０Ａが収容されていることで、汚染土壌３０中に含まれるカチオン成分の浄化が促進されると考えられる。
【００２８】
一方、陽極電極槽１２Ｂに到達したアニオン成分は、陽極電極槽１２Ｂの第２容器１６Ｂの気孔を通過して、第２容器１６Ｂ内に到る。なお、第２容器１６Ｂ内に到ったアニオン成分は、水素イオンと反応して第２容器１６Ｂの底部に沈殿する。
【００２９】
上記のように、電圧印加装置１４から陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂに直流電圧が印加されることで、汚染土壌３０内の汚染成分が第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内に収容されることとなる。
【００３０】
ここで、汚染土壌３０中には、粘土成分等の除去対象外の成分が含まれることから、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂへの上記の電圧印加によって、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの容器内部にまで、この粘土成分等の除去対象外の成分が入りこむ場合があり、汚染土壌３０の浄化が阻害される場合があった。
【００３１】
そこで、本実施の形態の浄化装置１０では、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの各々に用いられる第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂとして、多孔質セラミックに含まれる全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下である特有の多孔質セラミック（以下、本実施の形態の第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂに用いられる多孔質セラミックを「特有の多孔質セラミック」と称する）を用いている。
【００３２】
本実施の形態では、全気孔に対する直径２μ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下とされた特有の多孔質セラミックを、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂとして用いることで、汚染土壌３０中に含まれる粘土成分等の除去対象外の成分が多孔質セラミックの気孔を通過して第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内へと到ることが抑制され、且つ汚染土壌３０中に含まれる除去対象の汚染成分が選択的に第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内へ到ると考えられる。
このため、上記特有の多孔質セラミックで第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂを構成することによって、本実施の形態の浄化装置１０では、汚染土壌３０を効率良く浄化することができると考えられる。
【００３３】
なお、上記特有の多孔質セラミックに含まれる全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合は、４０％以上であることが必須であるが、より粘土等の除去対象外の粘土等の成分が第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内に侵入することを抑制する観点から、該割合は、４５％以上であることが好ましい。
【００３４】
なお、この特有の多孔質セラミックに含まれる「全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合」とは、多孔質セラミックに含まれる全気孔の容積（体積）に対する、直径２μｍの気孔の容積の占める割合を示している。
この特有の多孔質セラミックに含まれる全気孔における、直径２μｍ以下の気孔の割合は、細孔分布測定装置によって測定される。
詳細には、この、「全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合」は、Ｗａｓｈｂｕｒｎによって提案された水銀圧入法（「表面」第１３巻第１０号第５８８頁に記載の浦野紘平著による「多孔質材料の細孔分布測定法の理論、装置及び問題点（その１）」）によって測定される。測定装置としては、具体的には、（株）島津製作所の細孔分布測定装置（商品名：オートポアＩＶ９５００）が用いられる。なお、直径２μｍ以外の気孔の割合についても、同様の方法で測定される。
【００３５】
また、この特有の多孔質セラミックにおける、直径２μｍを超える気孔の割合に対する、直径２μｍ以下の気孔の割合の比は、特有の多孔質セラミックの透水係数が上記範囲を満たす比率であればよい。直径２μｍを超える気孔の割合に対する、直径２μｍ以下の気孔の割合（直径２μｍ以下の気孔の割合／直径２μｍを超える気孔の割合）は、具体的には、１／２以下であることが好ましい。
【００３６】
第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂを構成する多孔質セラミックの透水係数は、上述のように、１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下であることが必須であるが、除去対象の汚染物質を、より選択的に第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの内側へ到達させる観点から、１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−５ｃｍ／ｓｅｃ以下の範囲が好ましく、１０−４ｃｍ／ｓｅｃが特に好ましい。
【００３７】
なお、多孔質セラミックの「透水係数」は、下記試験によって測定される。
具体的には、この多孔質セラミックの透水係数ｋは、ＪＩＳ＿Ａ＿１２１８（土の透水試験方法）により測定することで得られる。透水係数ｋの単位はｃｍ／ｓｅｃである。ここで、ＪＩＳ＿Ａ＿１２１８の土の透水試験方法は、定水位透水試験と変水位透水試験の２種類であるが、本実施の形態では変水位透水試験を用いた。
【００３８】
なお、定水位透水試験とは、一定の断面と長さをもつ供試体（本実施の形態では、特有の多孔質セラミック）の中を、一定の水位差の下で一定時間内に浸透する水量を測定する試験である。具体的には、越流水槽の内側に透水円筒を配置し、透水円筒の中に供試体（特有の多孔質セラミック）を配置すると共に該供試体の上下を金網、フィルター、及び有孔板で挟み、越流水槽内の水位と透水円筒内の水位との差が一定（ただし、越流水槽内の水位＜透水円筒内の水位）となるように透水円筒内に注水し、時間を計測しながら越流水槽から溢れた水量をメスシリンダーで測定する試験である。
【００３９】
また、変水位透水試験とは、一定の断面と長さをもつ供試体（本実施の形態では、特有の多孔質セラミック）の中を、ある水位差を初期状態として浸透するときの水位の降下量と、その経過時間を測定する試験である。具体的には、越流水槽の内側に透水円筒を配置し、透水円筒の中に供試体（特有の多孔質セラミック）を配置すると共に該供試体の上下を金網、フィルター、及び有孔板で挟み、透水円筒の上部に真っ直ぐにスタンドパイプを配置して、スタンドパイプから透水円筒内に水を供給したときの時刻ｔ１での越流水槽内の水位とスタンドパイプ中の水位との差ｈ１を測定し、さらに水を供給したままで、時刻ｔ２での越流水槽内の水位とスタンドパイプ中の水位との差ｈ２を測定する試験である。
【００４０】
本実施の形態の第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂを構成する、上記条件を満たす特有の多孔質セラミックとしては、金属酸化物系セラミック及び非酸化物系セラミックの粉体を用いて作られるものが挙げられる。金属酸化物系セラミックとしては、アルミナ、コージライト、ムライト、ジルコニア、シリカ、マグネシア等や、これらの混合物が挙げられる。非酸化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
【００４１】
本実施の形態の第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂを構成する、上記条件を満たす特有の多孔質セラミックの組成としては、具体的には、ＳiＯ2及びＡｌ２Ｏ３を含んだ構成が挙げられる。
【００４２】
本実施の形態で用いられる上記特有の多孔質セラミックの製造方法としては、例えば、本実施の形態で用いられる特有の多孔質セラミックの構成材料として挙げた上記材料を、泥水状として、これを澱粉等の気孔剤に含浸させ、高温（１５００℃程度）で焼結させることで製造する方法が挙げられる。
【００４３】
なお、この特有の多孔質セラミックの全気孔に対する直径２μｍの気孔の割合や、上記透水率は、多孔質セラミックを構成する上記材料粒子の径や製造時に添加する気孔剤の添加量等を調整することで、調整される。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態の浄化装置１０では、全気孔に対する直径２μ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下とされた特有の多孔質セラミックを、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂとして用いるので、浄化対象の汚染土壌３０を効率良く浄化することができると考えられる。
【００４５】
なお、以上で説明した本実施の形態の浄化装置１０は、通電性を有する浄化対象物であれば、土壌に限られず浄化することができ、例えば、汚染された液体についても浄化することができることはいうまでもない。
【００４６】
また、本実施の形態の浄化装置１０は、特定の場所の汚染土壌３０に限られず、様々な場所の汚染土壌の浄化に適用される。なお、浄化装置１０における陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの形状や大きさは、浄化対象物の状態や、浄化対象領域の広さ等に応じて、適宜調整すればよい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４８】
〔実施例１〕
図２には、上記に説明した浄化装置１０を用いて、汚染土壌３０の浄化を実施するための実験装置５０の模式図を示した。
【００４９】
―実験槽の調整―
まず、容積約２４Ｌ（長さ３８０ｍｍ、幅２６０ｍｍ、高さ２３５ｍｍ）のプラスチック製の容器４０を用意した（図２参照）。そして、この容器４０内に、浄化対象の汚染土壌３０を深さ（容器４０の底面からの高さ）１２ｃｍとなるまで満たし、さらに、４Ｌの水（水道水、図２中、符号３２参照）を加えることで、水位（底面からの高さ）を１５ｃｍとし、実験槽４２とした。なお、後述する浄化装置１０による浄化処理の期間中、この水位が保たれるように、適宜水を加えて水位を調整した。
【００５０】
―第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの調整―
次に、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂとして、下記の特有の多孔質セラミックからなる容器を用意した。
【００５１】
（特有の多孔質セラミックからなる第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ）
・形状：円筒状（外径３０ｍｍ，内径２７ｍｍ，長さ１８０ｍｍ）
・組成：ＳｉＯ２ ２３質量％，Ａｌ２Ｏ３ ７６質量％
・気孔分布：
全気孔に対する直径１μｍ未満の気孔の割合 ３３％
全気孔に対する直径１μｍ以上直径２μｍ未満の気孔の割合 １２％
全気孔に対する直径２μｍ以上直径５μｍ未満の気孔の割合 １６％
全気孔に対する直径５μ以上直径１０μｍ未満の気孔の割合 １６％
全気孔に対する直径１０μｍ以上直径２０μｍ未満の気孔の割合 １７％
全気孔に対する直径２０μｍを超える気孔の割合 ６％
・透水係数：１０−４ｃｍ／ｓｅｃｃｍ／ｓｅｃ
なお、上記気孔分布は、（株）島津製作所の細孔分布測定装置（商品名：オートポアＩＶ９５００）によって測定した。
・耐圧 ：１００ｋＰａ
【００５２】
なお、上記気孔分布、透水係数、及び気孔率は、前述の方法により測定した。
【００５３】
―陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの作製―
次に、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂとして、直径１０ｍｍ、長さ２７０ｍｍの銅電極を１本ずつ（合計２本）用意した。
そして、この銅電極を、上記に調整した、特有の多孔質セラミックからなる第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの各々内に、１本ずつ設置した。そして、これらの容器（第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ）の各々の底部に底部材２４Ａ及び底部材２４Ｂを設け、これらの容器の底部を封止した。
【００５４】
そして、これらの銅電極（陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂ）の設置された容器（第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ）内に、０．１４ｍｏｌ／Ｌの酢酸溶液を満たした後に、これらの容器の開口の各々を、蓋部材２２Ａ及び蓋部材２２Ｂで塞いだ。なお、後述する浄化装置１０による浄化処理の期間中、この酢酸溶液における酢酸の濃度及び酢酸溶液の量が保たれるように、適宜酢酸を添加した。
【００５５】
なお、この酢酸の添加は、図２に示すプラスチックチューブ４４Ａ及びプラスチックチューブ４４Ｂを用いて行った。詳細には、陰極電極槽１２Ａの第１容器１６Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの第２容器１６Ｂの各々に設けた蓋部材２２Ａ及び蓋部材２２Ｂに、孔（図示省略）を空けて、該孔を介してプラスチックチューブ（図２中、プラスチックチューブ４４Ａ及びプラスチックチューブ４４Ｂ参照）を挿入し、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ内の液体を採取したり、これらの容器内に酢酸を添加するために用いた。
【００５６】
これによって、陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂに相当する２つの電極槽を作製した。
【００５７】
―除去対象外の成分が多孔質セラミックの気孔を通過かするか否かの評価−
上記に調整した、特有の多孔質セラミックからなり、底部材２４Ａ及び底部材２４Ｂによって容器の底部を封止された第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの各々を、蒸留水中に１２ｃｍの深さまで浸漬させて、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの内側を−４０ｋＰａ〜−６０ｋＰａに減圧し、容器内に溜まった液体を採取した。そして採取した液体について、６６５ｎｍの波長の光に対する吸光度を測定したところ０．００００であった。
【００５８】
次に、上記に調整した、特有の多孔質セラミックからなり、底部材２４Ａ及び底部材２４Ｂによって容器の底部を封止された第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの各々を、上記で調整した実験槽４２の汚染土壌３０に、汚染土壌３０の表面から１２ｃｍの深さまで挿入し、第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂの内側を−４０ｋＰａ〜−６０ｋＰａに減圧し、容器内に溜まった液体を採取した。そして採取した液体について、６６５ｎｍの波長の光に対する吸光度を測定したところ、０．００２２であった。
この結果から、本実施例で作製した、特有の多孔質セラミックからなる第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂでは、粘土等の除去対象外の成分は、本実施例で作製した第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ（多孔質セラミック）の気孔を通過せず、重金属イオン等の除去対象の汚染成分は、該第１容器１６Ａ及び第２容器１６Ｂ（多孔質セラミック）の気孔を通過したといえる。
【００５９】
―実験装置５０（浄化装置１０）の作製―
上記に作製した陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂを、上記に用意した実験槽４２の容器４０内に充填された汚染土壌３０内に、陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂの電極間距離（陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂの向かい合う面間の最小距離）が３０ｃｍとなるように、容器４０の底面に突き当たるまで挿入した。このため、これらの陰極電極槽１２Ａ及び陽極電極槽１２Ｂの汚染土壌３０への挿入深さは、１２ｃｍであった。
【００６０】
そして、この陰極電極槽１２Ａにおける陰極電極１８Ａと、陽極電極槽１２Ｂにおける陽極電極１８Ｂと、を、電圧印加装置１４としての直流電源（株式会社 ジーエス・湯浅バッテリー社製：商品名 ＰＸＬ １２０５０）に電気的に接続することで、浄化装置１０の適用された実験装置５０とした。
【００６１】
＜評価＞
−汚染土壌の浄化の評価―
本実施例で作製した実験装置５０における、浄化装置１０の直流電源（電圧印加装置１４）から陰極電極１８Ａ及び陽極電極１８Ｂへ、１２Ｖの直流電圧を印加したときの汚染土壌３０中のカドミウム含有量の推移を測定した。
【００６２】
詳細には、まず、実験槽４２の汚染土壌３０内に挿入した陰極電極槽１２Ａと陽極電極槽１２Ｂとの間の領域を、陰極電極槽１２Ａ側から陽極電極槽１２Ｂに向かって３つの領域（同じ面積）に区切った。そして、この３つの領域を、陽極電極槽１２Ｂ側から陰極電極槽１２Ａ側に向かって順に、領域Ａｒ３、領域Ａｒ２、及び領域Ａｒ１とした（図２参照）。
【００６３】
――汚染土壌中におけるカドミウム含有量の測定――
陰極電極１８Ａを陰極とし、陽極電極１８Ｂを陽極として、電圧印加装置１４から直流１２Ｖ（電位勾配２Ｖ／ｃｍ）の定電圧を６日間継続して印加し、該電圧の印加日数に対する、上記領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の各々におけるカドミウムの含有量を測定した。測定結果を図３に示した。
【００６４】
なお、上記領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の各々におけるカドミウムの含有量は、下記方法で測定した。
具体的には、上記定電圧の印加開始前、及び電圧印加から２日毎（４８時間毎）に、実験槽４２内の汚染土壌３０における、各領域Ａｒ３、領域Ａｒ２、及び領域Ａｒ１内の各々から土壌を１０ｇ採取した。そして、各領域（領域Ａｒ３、領域Ａｒ２、及び領域Ａｒ１）から採取した１０ｇの土壌を、１０５℃のオーブンで２日間かけて乾燥させて、乾燥後の重量を測定した。そして、この乾燥した各領域の土壌の各々に、０．１４Ｍの塩酸溶液２０ｍｌを加えて、土壌団粒分析器（大起理化工業社製 ＤＩＫ−２０１２）を用いて１時間攪拌し、領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の各々の土壌の混合溶液を得た。
【００６５】
次に、これらの土壌の混合溶液を、濾紙（ワットマン社製：Ｎｏ．５Ｃ）を用いてろ過し、ろ過液中におけるカドミウム含有量を、日立製作所社製、Ｚ−５０１０形偏光ゼーマン原子吸光光度計を用いて定量した。
そして、上記領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の各々における、乾燥した土壌１ｋｇあたりのカドミウムの含有量（ｍｇ）を求め、結果を図３に示した。
【００６６】
図３に示されるように、領域Ａｒ１、領域Ａｒ２、及び領域Ａｒ３の何れにおいても、電圧印加時間の増加に伴い、乾燥した土壌１ｋｇあたりのカドミウムの含有量の減少が見られた。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 浄化装置、１２Ａ 陽極電極槽、１２Ｂ 陽極電極槽、１４ 電圧印加装置、１６Ａ 第１容器、１６Ｂ 第２容器、１８Ａ 陰極電極、１８Ｂ 陽極電極、２０Ａ 弱酸性溶液、２０Ｂ 電解質溶液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に弱酸性溶液を収容した第１容器、及び該第１容器内に配置され前記弱酸性溶液中に浸漬された陰極電極、を備えた陰極電解槽と、
内部に電解質溶液を収容した第２容器、及び該第２容器内に配置され前記電解質溶液内に浸漬された陽極電極、を備えた陽極電極槽と、
前記陰極電極及び前記陽極電極の電極間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
前記第１容器及び前記第２容器が、全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下の多孔質セラミックからなる、土壌の浄化装置。
【請求項２】
前記弱酸性溶液が酢酸である請求項１に記載の土壌の浄化装置。
【請求項１】
内部に弱酸性溶液を収容した第１容器、及び該第１容器内に配置され前記弱酸性溶液中に浸漬された陰極電極、を備えた陰極電解槽と、
内部に電解質溶液を収容した第２容器、及び該第２容器内に配置され前記電解質溶液内に浸漬された陽極電極、を備えた陽極電極槽と、
前記陰極電極及び前記陽極電極の電極間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
前記第１容器及び前記第２容器が、全気孔に対する直径２μｍ以下の気孔の割合が４０％以上であり、且つ透水係数が１０−４ｃｍ／ｓｅｃ以上１０−７ｃｍ／ｓｅｃ以下の多孔質セラミックからなる、土壌の浄化装置。
【請求項２】
前記弱酸性溶液が酢酸である請求項１に記載の土壌の浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−３５１６１（Ｐ２０１２−３５１６１Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５５２５（Ｐ２０１０−１７５５２５）
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（５０４１３２８８１）国立大学法人東京農工大学 (595)
【出願人】（３９４００８８４６）大起理化工業株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（５０４１３２８８１）国立大学法人東京農工大学 (595)
【出願人】（３９４００８８４６）大起理化工業株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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