汚染土砂処理システム
【課題】現場で発生する二酸化炭素を汚染土砂の浄化処理促進に有効利用することができる汚染土砂処理システムを提供する。
【解決手段】揮発性物質又は油類を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、土砂受入部２２と、消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部２３と、土砂受入部２２からの土砂と添加材供給部２３からの添加材を混合処理する混合部２４と、混合部２４からの土砂を排出する排出部２５と、エンジン２７を内蔵する動力装置２６と、土砂受入部２２、添加材供給部２３、混合部２４、排出部２５及び動力装置２６を支持する走行体１と、動力装置２６からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める濃縮器３０と、添加材を添加した土砂と濃縮器３０で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスとを反応させる反応容器５１と、濃縮器３０から反応容器５１に排気ガスを供給する排気ガス供給管路３とを備える。
【解決手段】揮発性物質又は油類を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、土砂受入部２２と、消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部２３と、土砂受入部２２からの土砂と添加材供給部２３からの添加材を混合処理する混合部２４と、混合部２４からの土砂を排出する排出部２５と、エンジン２７を内蔵する動力装置２６と、土砂受入部２２、添加材供給部２３、混合部２４、排出部２５及び動力装置２６を支持する走行体１と、動力装置２６からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める濃縮器３０と、添加材を添加した土砂と濃縮器３０で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスとを反応させる反応容器５１と、濃縮器３０から反応容器５１に排気ガスを供給する排気ガス供給管路３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
有害物質を含有する汚染土砂を浄化する場合、汚染土砂を加熱することによって汚染物質の蒸気圧の上昇、粘性の低下、土砂中の微生物の活性化の作用が得られる。汚染土砂に熱を加える方法の一つとして、汚染土砂に生石灰（ＣａＯ）を加え、土砂に含まれる水分又は添加した水分と生石灰との反応熱を汚染物質に与えて汚染物質を揮発させる工法（ホットソイル工法）が知られている（特許文献１等参照）。また、添加した、又は生石灰の水和反応後に生成される消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２））と二酸化炭素を反応させ、炭酸化反応に伴う熱をさらに加えることで、処理の促進を図る方法もある（特許文献２等参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５８９００２号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、汚染土砂の浄化処理を施工する多くの現場では、汚染土砂に添加材を混合するのに土質改良機やこれに土砂を供給する重機等が稼動する。これらの現場で稼動する機械には化石燃料を燃焼するエンジンが搭載され、エンジンの排気ガスには二酸化炭素が含まれる。このエンジン排気ガスに含まれる二酸化炭素を消石灰の炭酸化反応に有効利用することができれば、更なる処理効率の向上とともに処理現場からの二酸化炭素排出量の削減の効果も期待できる。
【０００５】
しかしながら、エンジン排気ガスに含まれる二酸化炭素は１−１５％程度であり、排気ガスをそのまま汚染土砂に供給しても、消石灰の炭酸化に伴う反応熱は排気ガスの大部分を占める二酸化炭素以外の気体成分（窒素等）にも伝導してしまい、目的の汚染土砂に有効に熱が伝わらない問題がある。
【０００６】
本発明はこのことに鑑みなされたもので、現場で発生する二酸化炭素を汚染土砂の浄化処理促進に有効利用することができる汚染土砂処理システム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】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部と、消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部と、前記土砂受入部からの土砂と前記添加材供給部からの添加材とを混合処理する混合部と、前記混合部からの土砂を排出する排出部と、エンジンを内蔵する動力装置と、前記土砂受入部、前記添加材供給部、前記混合部、前記排出部及び前記動力装置を支持する走行体と、前記動力装置からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める濃縮手段と、添加材を添加した土砂と前記濃縮手段で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスとを反応させる反応容器と、前記濃縮手段で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスを前記反応容器に供給する排気ガス供給管路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記濃縮手段は、前記排気ガスを高濃度二酸化炭素含有気体及び低濃度二酸化炭素含有気体に分離する高分子中空子膜を有し、該高分子中空子膜によって低濃度二酸化炭素含有気体と分離することで排気ガスの二酸化炭素濃度を上げることを特徴とする。
【０００９】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記高分子中空子膜の上流に排気ガスを土砂と熱交換する熱交換器を備え、該熱交換器によって処理対象の土砂を加熱する一方で前記高分子中空子膜に供給される排気ガスを冷却することを特徴とする。
【００１０】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記濃縮手段は、排気ガス中の二酸化炭素を吸収する溶液を貯留した吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収塔からの溶液を加熱する再生塔とを有し、吸収塔を通過した低濃度二酸化炭素含有気体と、再生塔で加熱されて溶液から脱離された高濃度二酸化炭素含有気体とに排気ガスを分離することを特徴とする。
【００１１】
（５）上記（２）−（４）のいずれかにおいて、好ましくは、前記反応容器からの排気を通す第１排気管路と、前記濃縮手段から前記低濃度二酸化炭素含有気体を通す第２排気管路と、前記第１及び第２排気管路が接続し、前記反応容器からの排気と前記低濃度二酸化炭素含有気体とが合流する合流器と、この合流器で混合されたガスを大気放出する排気塔とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
（６）上記目的を達成するために、また本発明は、揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部と、消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部と、前記土砂受入部からの土砂と前記添加材供給部からの添加材とを混合処理する混合部と、前記混合部からの土砂を排出する排出部と、エンジンを内蔵する動力装置と、前記土砂受入部、前記添加材供給部、前記混合部、前記排出部及び前記動力装置を支持する走行体と、前記動力装置からの排気ガスを流通する排気管路と、この排気管路からの排気ガスの二酸化炭素を溶解させる液体を貯留するタンクと、このタンクからの二酸化炭素溶解液を土砂に供給する溶液供給管路とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
（７）上記（１）−（６）のいずれかにおいて、好ましくは、混合前の土砂もしくは添加材、又は添加材と混合中もしくは混合後の土砂を、前記動力装置の排熱及び排気ガスの少なくとも一方で加熱する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
（８）上記（１）−（７）のいずれかにおいて、好ましくは、処理対象の土砂を前記土砂受入部に投入する投入重機と、この投入重機の動力装置からの排気ガスを前記濃縮手段に供給する管路とをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、現場で発生する二酸化炭素を汚染土砂の浄化処理促進に有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
本発明の汚染土砂処理システムは、揮発性物質（揮発性有機化合物等）又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理するものであって、本実施の形態では、添加材として消石灰を主成分とする粉末又は消石灰である添加材を自走式土質改良機によって汚染土砂に混合し、この自走式土質改良機のエンジン排気に含まれる二酸化炭素を濃縮して、添加材と混合した汚染土砂に供給する。添加材には生石灰が含まれていても良い。
【００１８】
また、土砂と混合して二酸化炭素と反応させる消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）は、粒径ができるだけ小さく比表面積が大きなものを用いることが望ましい。消石灰粒子（塊）は、外側から順に二酸化炭素と反応し炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）へと変化する。生成した炭酸カルシウムは難水溶性であることから、消石灰粒子（塊）の外表面が早期に炭酸カルシウムで被覆されることによって粒子の中心部に未反応の消石灰が取り残されてしまう。このように反応に供されない消石灰をできるだけ少なくし、消石灰の利用効率を上げて効率的に土砂を加熱するためにも、土砂に添加する消石灰の粒径はできるだけ小さいことが望ましい。
【００１９】
全体構成
図１は本発明の第１の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【００２０】
図１に示す汚染土砂処理システムは、汚染土砂に添加材を混合する自走式土質改良機２０と、自走式土質改良機２０の排気ガスの二酸化炭素濃度を高める濃縮器３０と、自走式土質改良機２０で添加材と混合された土砂を二酸化炭素と反応させる反応装置５０と、処理対象の土砂を自走式土質改良機２０に投入する油圧ショベル等の投入重機（図示せず）とを備えている。濃縮器３０や反応装置５０は、自走式土質改良機２０とは別構成としているが、自走式土質改良機２０に搭載しても良い。
【００２１】
このシステムの土砂及び排気ガスの流れを概説すると、自走式土質改良機２０のエンジン２７（後の図２参照）から排出された排気ガスは、排気管路１を介して濃縮器３０に導かれる。その際、排気管路１の途中に設けた分流器２を介して自走式土質改良機２０の排気ガスの一部は大気放出される。分流器２による分流量は調節可能で、排気ガスの大気放出量を調節可能（大気放出側の遮断も可能）とすることが望ましい。自走式土質改良機２０の排気ガスに加えて投入重機のエンジンからの排気ガスを濃縮器３０に導く場合、投入重機の排気筒を分流器２に別途ホース等で接続し、分流器２を介して投入重機側の排気ガスを排気管路１に合流させる構成とすることができる。
【００２２】
濃縮器３０では後述するように排気ガスが高濃度二酸化炭素含有気体と低濃度二酸化炭素含有気体とに分離され、前者は排気ガス供給管路３を介して反応装置５０に、後者は排気管路４を介して合流器５にそれぞれ導かれる。この合流器５には、排気管路４の他、反応装置５０からの排気管路８が接続している。排気ガス供給管路３の途中には合流器６が設けられており、必要な場合にはこの合流器６に二酸化炭素のボンベ７を接続して排気ガス供給管路３に二酸化炭素を追加供給することができる。二酸化炭素を追加供給する場合、ボンベ７の代わりにドライアイスを貯蔵した容器を設け、容器内で昇華した二酸化炭素を合流器６に供給する構成とすることもできる。
【００２３】
一方、自走式土質改良機２０で添加材と混合されて排出された土砂は、反応装置５０に供給され、排気ガス供給管路３から導かれた高濃度二酸化炭素含有気体（二酸化炭素濃度が高められた排気ガス）と反応後に排出される。反応装置５０の排気は排気管路８を介して合流器５に導かれる。排気管路８には、上流側からブロワ９及び吸着槽１０が設けられており、ブロワ９によって反応装置５０内の雰囲気を引きて排気管路８の流れを生じさせ、活性炭を有する吸着槽１０を通すことで排気管路８を流れる排気中の有害物質を吸着、除去された後、合流器５に送り込む。
【００２４】
そして、排気管路８を流通する反応容器５１からの排気は、排気管路４を流通する濃縮器３０からの低濃度二酸化炭素含有気体と合流器５で合流した後、排気筒１１を介して大気に放出される。高濃度二酸化炭素含有気体及び低濃度二酸化炭素含有気体は排気ガス由来で酸素量が少ないので、そのまま大気に放出するとシステム周辺の作業者の酸欠の要因にもなり得るが、このように高濃度二酸化炭素含有気体を最終的に低濃度二酸化炭素含有気体と十分に混合して大気に放出する構成を採ることによって酸欠の発生の可能性は軽減される。
【００２５】
続いてシステムを構成する主だった機器の概略構成を順次説明していく。
【００２６】
自走式土質改良機２０
自走式土質改良機２０は、走行体２１と、処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部２２と、土砂に添加材を供給する添加材供給部２３と、土砂受入部２２からの土砂と添加材供給部２３からの添加材とを混合処理する混合部２４と、混合部２４からの土砂を排出する排出部２５と、エンジン２７（図２参照）を内蔵する動力装置２６とを備えている。
【００２７】
走行体２１は、詳細には図示していないが、トラックフレームと、このトラックフレームの一方側（例えば図１中の左側）に設けた従動輪と、トラックフレームの他方側（例えば図１中の右側）に設けた駆動輪と、従動輪及び駆動輪に掛け回した履帯と、トラックフレーム上に設けた本体フレームとを備えている。上記の土砂受入部２２、添加材供給部２３、混合部２４、排出部２５及び動力装置２６は走行体２１の本体フレームによって支持されている。
【００２８】
土砂受入部２２は、本体フレームの長手方向一方側（例えば図１中の左側）に設けた土砂ホッパと、土砂ホッパの下方から混合部２４の土砂の入口まで延在する搬送コンベヤとを備えている。土砂ホッパの上部に土砂から異物を除去する篩装置を設ける場合もある。
【００２９】
添加材供給部２３は、混合部２４の上方に配置された添加材ホッパと、添加材ホッパの下部に設けたフィーダとを備えている。添加材ホッパに貯留された添加材がフィーダによって所定量ずつ排出され、土砂受入部２２の搬送コンベヤ上の土砂又は混合部２４内の土砂に供給される。フィーダには、いわゆるロータリフィーダ（ロータリバルブ）やスクリューフィーダ等が用いられる。ロータリフィーダは、回転軸に複数の隔壁を設けたロータを回転させて隔壁間の各部屋に導入された添加材を落下させるもので、スクリューフィーダは、オーガを回転させて添加材の出口に搬送し排出するものである。スクリューフィーダは、大量の添加材を供給するときに、指令値に対する実際の添加材供給量の誤差がロータリフィーダに比べて少なくなるメリットがある。
【００３０】
混合部２４は、回転軸に複数のパドルと取り付けたパドルミキサを有するいわゆるミキシング方式の混合装置で、本体フレームの長手方向の中央部上に設けられている。土砂の入口から導入された土砂と添加材とをパドルミキサで混合しつつパドルミキサの軸方向に移送し、出口から排出する。この混合部は、高速回転するカッタや打撃子で落下中の土砂を添加材とともに解砕し混合するいわゆる解砕方式の混合装置を用いることもできる。
【００３１】
排出部２５は、混合部２４の出口から排出された土砂を搬送し機外に排出するコンベアで、混合部２４の出口の下から先端に向かって上り傾斜を持つように配設されている。本実施の形態では排出部２５から排出される土砂は反応装置５０に供給される。
【００３２】
動力装置２６は、動力源であるエンジン２７（図２、図３参照）の他、エンジン２７によって駆動されるポンプや、ポンプから吐出される圧油を機体各部の油圧アクチュエータに切換え供給するコントロールバルブユニット等を内蔵している。
【００３３】
反応装置５０
反応装置５０は、自走式土質改良機２０で添加材を添加した土砂と濃縮器３０で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスとを反応させる反応容器５１と、排気ガスと反応した土砂を反応容器５１外へ排出する排出コンベヤ５２とを備えている。反応容器５１内の下部には土砂を撹拌する撹拌手段５３が設けられている。この撹拌手段５３には各種の撹拌装置を用いることができるが、本実施の形態では自走式土質改良機２０の混合部２４で用いたのと同様のパドルミキサを用いるものとする。パドルミキサの場合、反応容器５１内の土砂の下層と上層の天地換えの作用を伴うため、反応容器５１内の二酸化炭素との接触効率が良い。
【００３４】
反応容器５１は、自走式土質改良機２０の排出部２５、排気ガス供給管路３及び排気管路８の各接続部、並びに土砂の出口を除いて所望の気密性が確保された箱型又は筒型の容器である。排気ガス供給管路３の接続部は、反応容器５１のなるべく下方が好ましく、反応容器５１内に堆積する土砂の表層よりも低位置が良い。この場合、排気ガス供給管路３を反応容器５１の適当な位置に直接接続して反応容器５１に排気ガスを送り込む構成とすることもできるし、撹拌手段５３の回転軸を外周面に複数の噴気孔を穿設した中空パイプを使用することで、撹拌手段５３の回転軸に排気ガス供給管路３を接続し撹拌手段５３を介して反応容器５１に排気ガスを送り込む構成とすることもできる。前者は反応容器５１の側壁に排気ガスの噴き出し穴が設けられるため噴き出し穴が土砂で閉塞し難く、後者は撹拌中の土砂の流れの中に効率的に排気ガスを供給できるのがメリットである。撹拌手段５１の回転軸に噴気孔を設ける場合、回転軸内への土砂の浸入を防止するフィルタを噴気孔に設けることもできる。また、本実施の形態では、このように撹拌手段５３や排出コンベヤ５２を備えた反応容器５１を例示しているが、例えば流動層反応器で代替することもできる。
【００３５】
排出コンベヤ５２は、反応容器５１の下部に設けられ、反応容器５１に堆積する土砂を順次又は一定時間置きに排出する。この排出コンベヤ５２の反応容器５１との取り合い構造については、反応容器５１の下部を開放し反応容器５１内の土砂を排出コンベヤ５２で受ける構成の他、反応容器５１と排出コンベヤ５２を別構成にして撹拌手段５３から排出された土砂を排出コンベヤ５２で受けて搬送する構成が可能である。また、排出コンベヤ５２にはベルトコンベヤやスクリュコンベヤを用いることができるが、反応容器５１内の土砂を排出コンベヤ５２で受ける構成とした場合、ベルトコンベヤに比べてスクリュコンベヤの方が反応容器５１の気密性を向上させる上有利であり、スクリュによる撹拌効果が十分な場合には撹拌手段５３を省略することもできる。反応容器５１内の土砂をスクリュコンベヤで搬送する構成の場合、スクリュコンベヤの回転軸に排気ガス供給管路３を接続し、スクリュコンベヤの回転軸経由で反応容器５１内に排気ガスを供給する構成とすることもできる。
【００３６】
濃縮器３０
図２は濃縮器３０の一構成例の概略構成図である。
【００３７】
本構成例は、膜分離方式を用いて動力装置２６からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める例である。この図では排気ガス供給管路３中の合流器６及びブロワ９は図示省略してある。
【００３８】
図２に示した濃縮器３０は、自走式土質改良機２０からの排気ガス中の塵埃を除去するパーティクルフィルタ３１と、排気ガスを圧縮するコンプレッサ３２と、圧縮後の排気ガス中の塵埃を更に除去するパーティクルフィルタ３３と、排気ガスを乾燥させ排気ガス中の水分を除去するドライヤ３４と、排気ガスを高濃度二酸化炭素含有気体及び低濃度二酸化炭素含有気体に分離する高分子中空子膜３５とを、排気ガスの流れ方向の上流側からこの順で備えている。
【００３９】
高分子中空子膜３５で分離された高濃度二酸化炭素含有気体は、二酸化炭素（ＣＯ２）と酸素（Ｏ２）が主成分で、排気ガス供給管路３に送られる。高濃度二酸化炭素含有気体の二酸化炭素濃度は後段の消石灰の炭酸化処理の効率を考慮すれば高い程良いが、例えば５０％程度でも十分な効果が期待できる。一方の低濃度二酸化炭素含有気体は窒素（Ｎ２）が主成分で、排気管路４に送られる。また、後段のパーティクルフィルタ３３は、前段のパーティクルフィルタ３１と同じものでも良いが、パーティクルフィルタ３１で除去しきれなかった塵埃を除去するため、本実施の形態ではパーティクルフィルタ３１よりも目の小さなものを用いている。
【００４０】
また、図２のように分離膜方式の濃縮器３０を用いる場合、自走式土質改良機２０の処理系内の土砂又は自走式土質改良機２０に投入される前の土砂と接触するように熱交換器３６を設け、この熱交換器３６を経由して自走式土質改良機２０から濃縮器３０への排気管路１を配管することが好ましい。自走式処理系内の土砂には、土砂受入部２２のホッパ内の土砂、土砂受入部２２の搬送コンベヤ上の土砂、混合部２４内の土砂、及び排出部２５上の土砂が含まれるが、添加材との反応前の低温の土砂が好ましく、その意味では土砂受入部２２のホッパ内又は搬送コンベヤ上の土砂が良い。
【００４１】
このように高分子中空子膜３５の上流に排気ガスを土砂と熱交換する熱交換器３６を備えることで、処理対象の土砂を加熱（予熱）して汚染物質の浄化効率を高める一方で、高分子中空子膜３５に供給される排気ガスを冷却し高分子中空子膜３５を熱から保護することができる。
【００４２】
図２において、自走式土質改良機２０のエンジン２７の排気ガスは熱交換器３６で土砂によって冷却された後、分流器２を介して全部又は一部が濃縮器３０に導入される。濃縮器３０に導入された排気ガスは、パーティクルフィルタ３１で塵埃を除去されコンプレッサ３２で圧縮されて高圧化された後、パーティクルフィルタ３３で再度塵埃を除去されてドライヤ３４で水分除去される。これらの工程を経た排気ガスは、高分子中空子膜３５に高圧で送り込まれ、高分子中空子膜３５の分子篩い効果によって高濃度二酸化炭素含有気体と低濃度二酸化炭素含有気体に分けられる。
【００４３】
つまり、図２の濃縮器３０は、高分子中空子膜３５によって排気ガスを低濃度二酸化炭素含有気体と分離することで、排気ガスの二酸化炭素濃度を上げる仕組みである。
【００４４】
図３は濃縮器３０の他の構成例の概略構成図である。
【００４５】
本構成例は、酸化炭素吸収剤を用いて動力装置２６からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める例である。この図では排気ガス供給管路３中の合流器６及びブロワ９は図示省略してある。
【００４６】
図３に示した濃縮器３０は、自走式土質改良機２０のエンジン２７からの排気ガスを冷却する熱交換器３７と、排気ガス中の二酸化炭素を吸収する溶液（例えばアミン水溶液）を貯留した吸収塔３８と、二酸化炭素を吸収した吸収塔３８からの二酸化炭素高含有溶液を加熱する再生塔３９と、再生塔３９を加熱するヒータ４０と、吸収塔３８からの二酸化炭素高含有溶液と再生塔３９からの二酸化炭素低含有溶液を熱交換する熱交換器４１とを備えている。
【００４７】
図３において、自走式土質改良機２０のエンジン２７からの排気は、ブロワ４２によって排気管路１を流通し、分流器２を介して全部又は一部が濃縮器３０に送られる。濃縮器３０に供給された排気ガスは、熱交換器３７を流通し再生塔３９のヒータ４０と熱交換して熱を下げた後、吸収塔３８に送られてアミン水溶液に二酸化炭素が吸収される。吸収塔３８を通過した排気ガスは低濃度二酸化炭素含有気体として排気管路４に送り込まれ、吸収塔３８で二酸化炭素を吸収した二酸化炭素高含有溶液は、熱交換器４１を通って予熱されて再生塔３９に流入する。再生塔３９に流入した二酸化炭素高含有溶液はヒータ４０によって所望の温度（例えば１１０−１３０℃程度）に加熱され、これによって溶液から二酸化炭素を始めとする気体が脱離する。脱離した二酸化炭素を多く含むガスは、高濃度二酸化炭素含有気体として排気ガス供給管路３に送り込まれ、再生塔３９で二酸化炭素が脱離された二酸化炭素低含有溶液は、熱交換器４１で吸収塔３８からの二酸化炭素高含有溶液に熱を与えて吸収塔３８に戻る。
【００４８】
つまり、図３の濃縮器３０は、吸収塔３８を通過した低濃度二酸化炭素含有気体と、再生塔３９で加熱されて二酸化炭素高含有溶液から脱離された高濃度二酸化炭素含有気体とに排気ガスを分離する仕組みである。図３では図示省略しているが、図３の濃縮器３０からの高濃度二酸化炭素含有気体は排気ガス供給管路３に、低濃度二酸化炭素含有気体は排気管路４にそれぞれ送り込まれ、図２の濃縮器３０と同様に流通し最終的に合流して大気放出される。
【００４９】
動作説明
投入重機によって自動式土質改良機２０の土砂受入部２２のホッパに処理対象の土砂を投入すると、土砂は搬送コンベヤによって混合部２４に供給される。その際、土砂には添加材供給装置２３から添加材が供給され、混合部２４には土砂とともに添加材が供給される。混合部２４で添加材と十分に混合された土砂は、排出部２５によって搬送され反応装置５０の反応容器５１に供給される。
【００５０】
一方、自走式土質改良機２０と投入重機のうち、少なくとも自走式土質改良機２０のエンジン２７の排気ガスの全部又は一部は、排気管路１を介して濃縮器３０に導入され、高濃度二酸化炭素含有気体と低濃度二酸化炭素含有気体に分離する。高濃度二酸化炭素含有気体は、二酸化炭素供給管路３を流通し、必要な場合にはボンベ７からの二酸化炭素と合流した上で反応装置５０の反応容器５１に供給される。
【００５１】
反応容器５１では、自走式土質改良機２０で添加材と混合された土砂は撹拌手段５３でさらに撹拌され、濃縮器３０で二酸化炭素濃度が高められた排気ガスと接触して排出コンベヤ５２によって反応装置５０の外部に排出される。排出された土砂は、所定の場所に集積されて養生される。
【００５２】
反応容器５１からの排気は、吸着槽１０で有害物質を除去された上で合流器５に導かれ、そこで排気管路４経由で導かれる濃縮器３０からの低濃度二酸化炭素含有気体と十分に混合されて大気に放出される。
【００５３】
上記のように、本実施の形態では、浄化対象の汚染物質を含有した土砂が添加材と十分に混合された後、二酸化炭素の濃度の高められた排気ガスと反応する。
【００５４】
このとき、排気ガス中の二酸化炭素と添加材の消石灰が接触することによって下記の（式１）で表される反応が起こり、反応熱によって土砂の温度が上昇し土砂中の揮発性の汚染物質が土砂から脱離される。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋６８．６３ｋｊ／ｍｏｌ・・・（式１）
反応容器５１に導入された二酸化炭素は、（式１）で生成された水に溶解されることもある。
【００５５】
作用効果
自走式土質改良機２０や投入重機のエンジン排気ガスの二酸化炭素濃度は１〜１５％程度であり、排気ガスの大部分は窒素等の二酸化炭素以外の気体が占めている。そのため、エンジン排気ガスをそのまま消石灰と反応させても、消石灰と二酸化炭素との反応自体は進行するが、反応熱の多くが二酸化炭素以外の気体に伝導し、汚染物質に伝わることなく反応容器外に排出されてしまう恐れがある。
【００５６】
そこで、本実施の形態では、反応容器５１に供給する前に排気ガスの二酸化炭素濃度を上げ、排気ガス中の二酸化炭素以外の成分を減少させておくことで、土砂中の汚染物質に伝導する反応熱の割合を上昇させることができる。このように現場で稼動する機械のエンジン排気ガスに含まれる二酸化炭素を消石灰と反応させ、その反応熱を効率的に汚染土砂に伝導させることで、土砂中の汚染物質の蒸気圧の上昇、粘性の低下、土砂中の微生物活性の効果を得て、土砂から汚染物質を脱離、減少させることができる。
【００５７】
また、エンジン排気ガスに含まれていた二酸化炭素が消石灰と反応することによって固定化されて土砂中に留まるため、大気への二酸化炭素放出量を減少させることができる。したがって、上記のように現場で発生する二酸化炭素を汚染土砂の浄化処理促進に有効利用することができるのみならず、地球温暖化対策としても高い効果が期待できる。
【００５８】
また、自走式土砂改良機２０等からの排気ガスの持つ熱で、処理対象の土砂を予熱することで汚染物質の揮発処理を促進することができる。自走式の土質改良機の場合、固定プラント型の土質改良機と比較して、自力走行を可能とするために土砂の受入部、添加材の供給部、混合処理部、混合後の土砂の排出部、及び自己の動力源等を走行体上に搭載しなければならず、各機器は走行体上に密に配置され狭い空間内に土砂及び添加材の流れが生じる。そのため、自走式の土質改良機に本発明を適用することにより、排気ガス等を通す配管経路は短くて良く、排気ガス等の熱を効率的に汚染土砂の浄化処理に役立てることができる。
【００５９】
さらには、自走式土質改良機２０や投入重機は適宜稼動場所を移すため、その排気ガスの熱を有効に利用したり、排気ガスに含まれる二酸化炭素を利用・固定化したりすることはできていなかった。それに対し、本実施の形態では、汚染物質に添加材を混合し炭酸化する作業に適用し、汚染土砂の汚染物質の揮発促進のための熱源として排気ガスを利用することで、移動排出源から排出される熱の利用、二酸化炭素の利用・固定化を同時に行うことができる。また、炭酸化に必要な二酸化炭素の発生源を別途設ける必要がなく、必要な二酸化炭素をシステム内で製造することができるので、システムのコンパクト化の効果も得られる。
【００６０】
また、図２に示したように排気ガスの二酸化炭素濃度を高めるために高分子中空子膜を利用する場合、排気ガスを高温のまま高分子中空子膜に導入すると高分子中空子膜への熱的影響が懸念される。そのため、高分子中空子膜に導く前に排気ガス等をある程度冷却する必要があるが、高分子中空子膜に導く前の排気ガス等を土砂等と熱交換することによって処理対象土砂の加熱と排気ガス等の冷却を兼ねることができ、排気ガス等の持つ熱を捨てることなく有効に利用することができる。
【００６１】
また、反応容器５１からの排気には、汚染物質の他に高濃度の二酸化炭素が含まれる可能性がある。汚染物質は吸着槽１０で吸着除去されるが、吸着槽１０を通過した排気をそのまま大気に放出する場合、システム周辺の酸素濃度が低下することもあり得る。そこで、窒素等が大部分を占める濃縮器３０からの低濃度二酸化炭素含有気体と十分に混合した上で反応後の排気を大気に放出することで、この点に対処することができる。
【００６２】
さらに、消石灰と二酸化炭素の反応は、次の（式２）で表される生石灰の水和反応と同程度の発熱量が得られる。
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋６５．１５ｋｊ／ｍｏｌ・・・（式２）
（式２）の反応熱を汚染土砂の加熱に用いる場合、（式２）の反応を完結させるために生石灰の投入量に対して十分な水が土砂中に存在しないときには、土砂に水を別途供給する必要がある。その結果、（式２）の反応は進行するが、水和反応熱が多量の供給水に伝導してしまい、効率的に土砂が加熱されないことがあった。
【００６３】
それに対し、上記の（式１）の反応では土砂に加水する必要がないので、反応後の土砂の含水量を抑えることができ、水に奪われる反応熱も少なく抑えることができる。上記の（式１）の反応促進のために極少量の水分が必要な場合もあるが、それは土砂に元々含まれる水分で足りる程度であり、土砂に加水する必要はない。
【００６４】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【００６５】
本実施の形態は、土砂に混合する添加材として生石灰の粉末又は生石灰を主成分とする粉末を用い、生石灰の水和反応によって生じる消石灰を二酸化炭素との反応に利用する例である。添加材には消石灰が含まれていても良い。本実施の形態でも添加材の粒径は小さいほど良い。
【００６６】
本実施の形態では、生石灰の添加量に対して土砂中の水分量が少ない場合、加水手段２８を適宜設けて水和反応を完結させるために必要な量の水分を添加材又は土砂に加える。加水手段２８は、例えば貯水タンクの水を重力又はポンプ等を利用して搬送し散水する構成とすることができる。散水する箇所は土砂受入部２２の土砂ホッパ、混合部２４の土砂の入口、場合によっては添加材供給装置２３の添加材ホッパ等が挙げられるが、本実施の形態では加水手段２８を用いて混合部２４の入口から土砂に散水する場合を図示している。その他の構成は第１の実施の形態の汚染土砂処理システムと同様であり、土砂、添加材及び排気ガスの流れも第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
本実施の形態の場合、生石灰を土砂と混合することで、土砂中の水分又は加水手段２８によって加えた水分と生石灰との水和反応が起こり、上記の（式２）に示したように水和反応熱とともに消石灰が逐次生成される。したがって、添加材と混合した土砂に排気ガスを供給すると、水和反応で生じた消石灰と二酸化炭素とが反応し、上記の（式１）に示したように炭酸カルシウムとともに反応熱が生じる。
【００６８】
本実施の形態でも、土砂に供給する排気ガスの二酸化炭素濃度を高めておくことによって、二酸化炭素と消石灰の反応熱を効率的に土砂に伝導させることができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、生石灰の水和反応熱のみによって汚染土砂を加熱する従来方式の浄化処理に比べ、本実施の形態では二酸化炭素を供給することによって上記の（式１）のように水和反応熱と同等の反応熱をさらに得ることができるので、トータルで同じ発熱量を得るのに必要な生石灰の添加量を削減することができる。また、本実施の形態では生石灰の水和反応熱のみの場合と生成する消石灰の量は同じだが、消石灰から炭酸カルシウムが生成するため、処理後の土砂のｐＨが高くならないという利点もある。
【００６９】
＜第３の実施の形態＞
図５は本発明の第３の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。既述した実施の形態と同様の部分には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【００７０】
本実施の形態は、水等の液体に二酸化炭素を溶解させ、二酸化炭素が濃縮された溶解液を土砂に混合する例である。
【００７１】
自走式土質改良機２０と、自走式土質改良機２０の動力装置２６内のエンジン２７からの排気ガスを流通する排気管路６０と、この排気管路６０からの排気ガスの二酸化炭素を溶解させる液体（水等）を貯留するタンク６１と、このタンク６１からの二酸化炭素溶解液を土砂に供給する溶液供給管路６２とを備えている。
【００７２】
溶液供給管路６２は、例えばタンク６１の二酸化炭素溶解液を重力搬送し散水する構成とすれば足りるが、必要であればポンプ等でタンク６１からの二酸化炭素溶解液を搬送する構成としても良い。二酸化炭素溶解液を散布する箇所は土砂受入部２２の土砂ホッパ、混合部２４の土砂の入口、場合によっては添加材供給装置２３の添加材ホッパ等が挙げられるが、本実施の形態では混合部２４の入口から土砂に二酸化炭素溶解液を散布する場合を図示している。また、本実施の形態では、二酸化炭素の濃縮工程で低濃度二酸化炭素含有気体が生じないので、タンク６１からの排気管路８の合流器５は省略している。その他の構成は第１又は第２の実施の形態の汚染土砂処理システムと同様である。
【００７３】
本実施の形態では、土砂に消石灰又は生石灰の少なくともいずれかを含む添加材を汚染土砂に混合する一方で、エンジン２７からの排気ガスをタンク６１に送り込み、タンク６１内の液体に排気ガスの二酸化炭素を溶解させ、二酸化炭素溶解液を土砂に散布する。土砂は添加材及び二酸化炭素溶解液と混合部２４で十分に混合され、添加材中の消石灰または生石灰の水和反応により生じた消石灰と二酸化炭素溶解液中の二酸化炭素とが反応し、上記の（式１）の反応熱によって土砂の汚染物質が除去される。添加材に生石灰が含まれていれば、タンク６１の液体に水を用いることで、この水を生石灰の水和反応に利用することもできる。
【００７４】
本実施の形態によっても、液体に二酸化炭素を溶解させ、二酸化炭素が濃縮された溶液を土砂に供給することで、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、図２や図３の濃縮器３０を用いる場合に比べてシステムを簡略化することができる。
【００７５】
＜第４の実施の形態＞
図６は本発明の第４の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。既述した実施の形態と同様の部分には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【００７６】
本実施の形態は、エンジン２７の排気ガスを二酸化炭素濃縮前に汚染土砂の加熱源として利用する例である。エンジン２７の排熱によって暖められた動力装置２６内の雰囲気を排気ガスとともに加熱源として利用することもできる。また、エンジン２７の排熱を送る管路を排気ガスの管路と別系統とし、排気ガスはエンジン２７からそのまま濃縮器３０に送り込み、排熱のみを土砂の加熱に用いることもできる。
【００７７】
本実施の形態では、土砂受入部２２（例えばホッパ内部やホッパ外壁面、又は搬送コンベヤのコンベヤベルトの内側）に設けた熱交換器７１と、動力装置２６から延びて熱交換器７１を通る排気管路１ａと、排出部２５（例えばコンベヤベルトの内側）に設けた熱交換器７２と、動力装置２６から延びて熱交換器７２を通る排気管路１ａと、排気管路１ａ，１ｂが合流する合流器７３と、合流器７３から分流器２を経て濃縮器３０に接続する排気管路１ｃとを備え、第１又は第２の実施の形態の排気管路１を省略した構成である。熱交換器７１，７２の設置場所は適宜変更可能であり、例えば混合部２４のケーシングの中又は外壁面、或いは混合部２４のパドルミキサの内部に排気管を通しても良い。その他の構成は第１又は第２の実施の形態と同様であり、エンジン２７の排気ガスを液体に溶解させて二酸化炭素を濃縮し消石灰と反応させることで、既述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
本実施の形態では、エンジン２７の排熱及び排気ガスの少なくとも一方を、混合前の土砂もしくは添加材、又は添加材と混合中もしくは混合後の土砂と熱交換し、それら土砂又は添加材を加熱し、汚染物質の浄化処理をさらに促進する。このようにエンジン２７から出た直後の高温の熱を土砂又は添加材に伝導することにより、高効率で土砂又は添加材を加熱することができる。本実施の形態の熱交換器７１，７２は図２の熱交換器３６に相当するが、図３の濃縮器３０を用いた場合にも本実施の形態は適用可能である。
【００７９】
また、構成をより簡略化する場合、排気管路１ａ，１ｂを配管する代わりに、濃縮器３０に供給する排気ガス等から一部を分流して汚染土砂又は添加材に直接吹き付ける構成としても良い。また、排気ガス等を添加材ホッパ内の添加材や混合部２４内の土砂等、容器内にある状態の土砂又は添加材に直接吹き付けた後、濃縮器３０に導く構成とすることもできる。土砂に排気ガス等を吹き付けた後で濃縮器３０に導く場合、土砂から脱離した汚染物質が排気ガス等とともに濃縮器３０に送り込まれる可能性がある。この場合、汚染物質の濃度が高いと濃縮器３０に影響を及ぼす可能性があるため、排気ガス等に混入した汚染物質を何らかの方法（例えば活性炭吸着）によって除去する必要がある。
【００８０】
＜第５の実施の形態＞
図７は本発明の第５の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。既述した実施の形態と同様の部分には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態は、第４の実施の形態の概念を第３の実施の形態に組み合わせたもので、エンジン２７の排気ガス等をタンク６１に供給する前に土砂又は添加材の加熱源として利用する例である。
【００８２】
排気ガス等で加熱する土砂又は添加材は第４の実施の形態と同様、混合前の土砂もしくは添加材、又は添加材と混合中もしくは混合後の土砂のいずれでも良いが、本実施の形態では添加材と混合した後の土砂を排気ガス等で加熱する場合を例示している。すなわち、本実施の形態では、排出部２５（例えばコンベヤベルトの内側）に熱交換器７５を設け、熱交換器７５を経由してタンク６１に排気管路６０を接続している。その他の構成は第３の実施の形態と同様であり、エンジン２７の排気ガスを液体に溶解させて二酸化炭素を濃縮し消石灰と反応させることで、既述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、本実施の形態のように、二酸化炭素をタンク６１の液体に溶解させて消石灰と反応させる機構では、タンク６１に供給する前に排気ガス等を土砂又は添加材と熱交換することで、排気ガス等の熱を高効率で土砂又は添加材に与えることができることに加え、排気ガス等の温度を下げることで液体に溶解させられる二酸化炭素量を増やすことができる。消石灰と二酸化炭素の反応では液体が少ない方が液体に奪われる反応熱が小さくなり、また液体の二酸化炭素濃度が高いほど反応効率が上がるので、液体の二酸化炭素溶解量が増加すれば、それだけ二酸化炭素溶解液を消石灰と混合して土砂を加熱するにあたって有利に作用する。
【００８４】
なお、液体の二酸化炭素溶解度は低温の方が高いことから、二酸化炭素溶解液を土砂に供給する時点では土砂の温度が高いと液体の二酸化炭素溶解量が減少してしまいかねない。したがって、添加材に生石灰が含まれる場合には、混合前の土砂又は添加材を避けて、本実施の形態のように添加材と混合中又は混合後の土砂を排気ガス等で加熱することで、排気ガス等で加熱することによる液体中の二酸化炭素溶解量の低下を抑制することができ、効果的に反応効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る汚染土砂処理システムに備えられた濃縮器の一構成例の概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る汚染土砂処理システムに備えられた濃縮器の他の構成例の概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【符号の説明】
【００８６】
１，１ａ−ｃ 排気管路
３ 排気ガス供給管路
４ 排気管路
５ 合流器
８ 排気管路
１１ 排気塔
２０ 自走式土質改良機
２１ 走行体
２２ 土砂受入部
２３ 添加材供給部
２４ 混合部
２５ 排出部
２６ 動力装置
３０ 濃縮器
３５ 高分子中空子膜
３６ 熱交換器
３８ 吸収塔
３９ 再生塔
５０ 反応装置
５１ 反応容器
６０ 排気管路
６１ タンク
６２ 溶液供給管路
７１，７２，７５ 熱交換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
有害物質を含有する汚染土砂を浄化する場合、汚染土砂を加熱することによって汚染物質の蒸気圧の上昇、粘性の低下、土砂中の微生物の活性化の作用が得られる。汚染土砂に熱を加える方法の一つとして、汚染土砂に生石灰（ＣａＯ）を加え、土砂に含まれる水分又は添加した水分と生石灰との反応熱を汚染物質に与えて汚染物質を揮発させる工法（ホットソイル工法）が知られている（特許文献１等参照）。また、添加した、又は生石灰の水和反応後に生成される消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２））と二酸化炭素を反応させ、炭酸化反応に伴う熱をさらに加えることで、処理の促進を図る方法もある（特許文献２等参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５８９００２号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、汚染土砂の浄化処理を施工する多くの現場では、汚染土砂に添加材を混合するのに土質改良機やこれに土砂を供給する重機等が稼動する。これらの現場で稼動する機械には化石燃料を燃焼するエンジンが搭載され、エンジンの排気ガスには二酸化炭素が含まれる。このエンジン排気ガスに含まれる二酸化炭素を消石灰の炭酸化反応に有効利用することができれば、更なる処理効率の向上とともに処理現場からの二酸化炭素排出量の削減の効果も期待できる。
【０００５】
しかしながら、エンジン排気ガスに含まれる二酸化炭素は１−１５％程度であり、排気ガスをそのまま汚染土砂に供給しても、消石灰の炭酸化に伴う反応熱は排気ガスの大部分を占める二酸化炭素以外の気体成分（窒素等）にも伝導してしまい、目的の汚染土砂に有効に熱が伝わらない問題がある。
【０００６】
本発明はこのことに鑑みなされたもので、現場で発生する二酸化炭素を汚染土砂の浄化処理促進に有効利用することができる汚染土砂処理システム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】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部と、消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部と、前記土砂受入部からの土砂と前記添加材供給部からの添加材とを混合処理する混合部と、前記混合部からの土砂を排出する排出部と、エンジンを内蔵する動力装置と、前記土砂受入部、前記添加材供給部、前記混合部、前記排出部及び前記動力装置を支持する走行体と、前記動力装置からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める濃縮手段と、添加材を添加した土砂と前記濃縮手段で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスとを反応させる反応容器と、前記濃縮手段で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスを前記反応容器に供給する排気ガス供給管路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記濃縮手段は、前記排気ガスを高濃度二酸化炭素含有気体及び低濃度二酸化炭素含有気体に分離する高分子中空子膜を有し、該高分子中空子膜によって低濃度二酸化炭素含有気体と分離することで排気ガスの二酸化炭素濃度を上げることを特徴とする。
【０００９】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記高分子中空子膜の上流に排気ガスを土砂と熱交換する熱交換器を備え、該熱交換器によって処理対象の土砂を加熱する一方で前記高分子中空子膜に供給される排気ガスを冷却することを特徴とする。
【００１０】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記濃縮手段は、排気ガス中の二酸化炭素を吸収する溶液を貯留した吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収塔からの溶液を加熱する再生塔とを有し、吸収塔を通過した低濃度二酸化炭素含有気体と、再生塔で加熱されて溶液から脱離された高濃度二酸化炭素含有気体とに排気ガスを分離することを特徴とする。
【００１１】
（５）上記（２）−（４）のいずれかにおいて、好ましくは、前記反応容器からの排気を通す第１排気管路と、前記濃縮手段から前記低濃度二酸化炭素含有気体を通す第２排気管路と、前記第１及び第２排気管路が接続し、前記反応容器からの排気と前記低濃度二酸化炭素含有気体とが合流する合流器と、この合流器で混合されたガスを大気放出する排気塔とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
（６）上記目的を達成するために、また本発明は、揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部と、消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部と、前記土砂受入部からの土砂と前記添加材供給部からの添加材とを混合処理する混合部と、前記混合部からの土砂を排出する排出部と、エンジンを内蔵する動力装置と、前記土砂受入部、前記添加材供給部、前記混合部、前記排出部及び前記動力装置を支持する走行体と、前記動力装置からの排気ガスを流通する排気管路と、この排気管路からの排気ガスの二酸化炭素を溶解させる液体を貯留するタンクと、このタンクからの二酸化炭素溶解液を土砂に供給する溶液供給管路とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
（７）上記（１）−（６）のいずれかにおいて、好ましくは、混合前の土砂もしくは添加材、又は添加材と混合中もしくは混合後の土砂を、前記動力装置の排熱及び排気ガスの少なくとも一方で加熱する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
（８）上記（１）−（７）のいずれかにおいて、好ましくは、処理対象の土砂を前記土砂受入部に投入する投入重機と、この投入重機の動力装置からの排気ガスを前記濃縮手段に供給する管路とをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、現場で発生する二酸化炭素を汚染土砂の浄化処理促進に有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
本発明の汚染土砂処理システムは、揮発性物質（揮発性有機化合物等）又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理するものであって、本実施の形態では、添加材として消石灰を主成分とする粉末又は消石灰である添加材を自走式土質改良機によって汚染土砂に混合し、この自走式土質改良機のエンジン排気に含まれる二酸化炭素を濃縮して、添加材と混合した汚染土砂に供給する。添加材には生石灰が含まれていても良い。
【００１８】
また、土砂と混合して二酸化炭素と反応させる消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）は、粒径ができるだけ小さく比表面積が大きなものを用いることが望ましい。消石灰粒子（塊）は、外側から順に二酸化炭素と反応し炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）へと変化する。生成した炭酸カルシウムは難水溶性であることから、消石灰粒子（塊）の外表面が早期に炭酸カルシウムで被覆されることによって粒子の中心部に未反応の消石灰が取り残されてしまう。このように反応に供されない消石灰をできるだけ少なくし、消石灰の利用効率を上げて効率的に土砂を加熱するためにも、土砂に添加する消石灰の粒径はできるだけ小さいことが望ましい。
【００１９】
全体構成
図１は本発明の第１の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【００２０】
図１に示す汚染土砂処理システムは、汚染土砂に添加材を混合する自走式土質改良機２０と、自走式土質改良機２０の排気ガスの二酸化炭素濃度を高める濃縮器３０と、自走式土質改良機２０で添加材と混合された土砂を二酸化炭素と反応させる反応装置５０と、処理対象の土砂を自走式土質改良機２０に投入する油圧ショベル等の投入重機（図示せず）とを備えている。濃縮器３０や反応装置５０は、自走式土質改良機２０とは別構成としているが、自走式土質改良機２０に搭載しても良い。
【００２１】
このシステムの土砂及び排気ガスの流れを概説すると、自走式土質改良機２０のエンジン２７（後の図２参照）から排出された排気ガスは、排気管路１を介して濃縮器３０に導かれる。その際、排気管路１の途中に設けた分流器２を介して自走式土質改良機２０の排気ガスの一部は大気放出される。分流器２による分流量は調節可能で、排気ガスの大気放出量を調節可能（大気放出側の遮断も可能）とすることが望ましい。自走式土質改良機２０の排気ガスに加えて投入重機のエンジンからの排気ガスを濃縮器３０に導く場合、投入重機の排気筒を分流器２に別途ホース等で接続し、分流器２を介して投入重機側の排気ガスを排気管路１に合流させる構成とすることができる。
【００２２】
濃縮器３０では後述するように排気ガスが高濃度二酸化炭素含有気体と低濃度二酸化炭素含有気体とに分離され、前者は排気ガス供給管路３を介して反応装置５０に、後者は排気管路４を介して合流器５にそれぞれ導かれる。この合流器５には、排気管路４の他、反応装置５０からの排気管路８が接続している。排気ガス供給管路３の途中には合流器６が設けられており、必要な場合にはこの合流器６に二酸化炭素のボンベ７を接続して排気ガス供給管路３に二酸化炭素を追加供給することができる。二酸化炭素を追加供給する場合、ボンベ７の代わりにドライアイスを貯蔵した容器を設け、容器内で昇華した二酸化炭素を合流器６に供給する構成とすることもできる。
【００２３】
一方、自走式土質改良機２０で添加材と混合されて排出された土砂は、反応装置５０に供給され、排気ガス供給管路３から導かれた高濃度二酸化炭素含有気体（二酸化炭素濃度が高められた排気ガス）と反応後に排出される。反応装置５０の排気は排気管路８を介して合流器５に導かれる。排気管路８には、上流側からブロワ９及び吸着槽１０が設けられており、ブロワ９によって反応装置５０内の雰囲気を引きて排気管路８の流れを生じさせ、活性炭を有する吸着槽１０を通すことで排気管路８を流れる排気中の有害物質を吸着、除去された後、合流器５に送り込む。
【００２４】
そして、排気管路８を流通する反応容器５１からの排気は、排気管路４を流通する濃縮器３０からの低濃度二酸化炭素含有気体と合流器５で合流した後、排気筒１１を介して大気に放出される。高濃度二酸化炭素含有気体及び低濃度二酸化炭素含有気体は排気ガス由来で酸素量が少ないので、そのまま大気に放出するとシステム周辺の作業者の酸欠の要因にもなり得るが、このように高濃度二酸化炭素含有気体を最終的に低濃度二酸化炭素含有気体と十分に混合して大気に放出する構成を採ることによって酸欠の発生の可能性は軽減される。
【００２５】
続いてシステムを構成する主だった機器の概略構成を順次説明していく。
【００２６】
自走式土質改良機２０
自走式土質改良機２０は、走行体２１と、処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部２２と、土砂に添加材を供給する添加材供給部２３と、土砂受入部２２からの土砂と添加材供給部２３からの添加材とを混合処理する混合部２４と、混合部２４からの土砂を排出する排出部２５と、エンジン２７（図２参照）を内蔵する動力装置２６とを備えている。
【００２７】
走行体２１は、詳細には図示していないが、トラックフレームと、このトラックフレームの一方側（例えば図１中の左側）に設けた従動輪と、トラックフレームの他方側（例えば図１中の右側）に設けた駆動輪と、従動輪及び駆動輪に掛け回した履帯と、トラックフレーム上に設けた本体フレームとを備えている。上記の土砂受入部２２、添加材供給部２３、混合部２４、排出部２５及び動力装置２６は走行体２１の本体フレームによって支持されている。
【００２８】
土砂受入部２２は、本体フレームの長手方向一方側（例えば図１中の左側）に設けた土砂ホッパと、土砂ホッパの下方から混合部２４の土砂の入口まで延在する搬送コンベヤとを備えている。土砂ホッパの上部に土砂から異物を除去する篩装置を設ける場合もある。
【００２９】
添加材供給部２３は、混合部２４の上方に配置された添加材ホッパと、添加材ホッパの下部に設けたフィーダとを備えている。添加材ホッパに貯留された添加材がフィーダによって所定量ずつ排出され、土砂受入部２２の搬送コンベヤ上の土砂又は混合部２４内の土砂に供給される。フィーダには、いわゆるロータリフィーダ（ロータリバルブ）やスクリューフィーダ等が用いられる。ロータリフィーダは、回転軸に複数の隔壁を設けたロータを回転させて隔壁間の各部屋に導入された添加材を落下させるもので、スクリューフィーダは、オーガを回転させて添加材の出口に搬送し排出するものである。スクリューフィーダは、大量の添加材を供給するときに、指令値に対する実際の添加材供給量の誤差がロータリフィーダに比べて少なくなるメリットがある。
【００３０】
混合部２４は、回転軸に複数のパドルと取り付けたパドルミキサを有するいわゆるミキシング方式の混合装置で、本体フレームの長手方向の中央部上に設けられている。土砂の入口から導入された土砂と添加材とをパドルミキサで混合しつつパドルミキサの軸方向に移送し、出口から排出する。この混合部は、高速回転するカッタや打撃子で落下中の土砂を添加材とともに解砕し混合するいわゆる解砕方式の混合装置を用いることもできる。
【００３１】
排出部２５は、混合部２４の出口から排出された土砂を搬送し機外に排出するコンベアで、混合部２４の出口の下から先端に向かって上り傾斜を持つように配設されている。本実施の形態では排出部２５から排出される土砂は反応装置５０に供給される。
【００３２】
動力装置２６は、動力源であるエンジン２７（図２、図３参照）の他、エンジン２７によって駆動されるポンプや、ポンプから吐出される圧油を機体各部の油圧アクチュエータに切換え供給するコントロールバルブユニット等を内蔵している。
【００３３】
反応装置５０
反応装置５０は、自走式土質改良機２０で添加材を添加した土砂と濃縮器３０で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスとを反応させる反応容器５１と、排気ガスと反応した土砂を反応容器５１外へ排出する排出コンベヤ５２とを備えている。反応容器５１内の下部には土砂を撹拌する撹拌手段５３が設けられている。この撹拌手段５３には各種の撹拌装置を用いることができるが、本実施の形態では自走式土質改良機２０の混合部２４で用いたのと同様のパドルミキサを用いるものとする。パドルミキサの場合、反応容器５１内の土砂の下層と上層の天地換えの作用を伴うため、反応容器５１内の二酸化炭素との接触効率が良い。
【００３４】
反応容器５１は、自走式土質改良機２０の排出部２５、排気ガス供給管路３及び排気管路８の各接続部、並びに土砂の出口を除いて所望の気密性が確保された箱型又は筒型の容器である。排気ガス供給管路３の接続部は、反応容器５１のなるべく下方が好ましく、反応容器５１内に堆積する土砂の表層よりも低位置が良い。この場合、排気ガス供給管路３を反応容器５１の適当な位置に直接接続して反応容器５１に排気ガスを送り込む構成とすることもできるし、撹拌手段５３の回転軸を外周面に複数の噴気孔を穿設した中空パイプを使用することで、撹拌手段５３の回転軸に排気ガス供給管路３を接続し撹拌手段５３を介して反応容器５１に排気ガスを送り込む構成とすることもできる。前者は反応容器５１の側壁に排気ガスの噴き出し穴が設けられるため噴き出し穴が土砂で閉塞し難く、後者は撹拌中の土砂の流れの中に効率的に排気ガスを供給できるのがメリットである。撹拌手段５１の回転軸に噴気孔を設ける場合、回転軸内への土砂の浸入を防止するフィルタを噴気孔に設けることもできる。また、本実施の形態では、このように撹拌手段５３や排出コンベヤ５２を備えた反応容器５１を例示しているが、例えば流動層反応器で代替することもできる。
【００３５】
排出コンベヤ５２は、反応容器５１の下部に設けられ、反応容器５１に堆積する土砂を順次又は一定時間置きに排出する。この排出コンベヤ５２の反応容器５１との取り合い構造については、反応容器５１の下部を開放し反応容器５１内の土砂を排出コンベヤ５２で受ける構成の他、反応容器５１と排出コンベヤ５２を別構成にして撹拌手段５３から排出された土砂を排出コンベヤ５２で受けて搬送する構成が可能である。また、排出コンベヤ５２にはベルトコンベヤやスクリュコンベヤを用いることができるが、反応容器５１内の土砂を排出コンベヤ５２で受ける構成とした場合、ベルトコンベヤに比べてスクリュコンベヤの方が反応容器５１の気密性を向上させる上有利であり、スクリュによる撹拌効果が十分な場合には撹拌手段５３を省略することもできる。反応容器５１内の土砂をスクリュコンベヤで搬送する構成の場合、スクリュコンベヤの回転軸に排気ガス供給管路３を接続し、スクリュコンベヤの回転軸経由で反応容器５１内に排気ガスを供給する構成とすることもできる。
【００３６】
濃縮器３０
図２は濃縮器３０の一構成例の概略構成図である。
【００３７】
本構成例は、膜分離方式を用いて動力装置２６からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める例である。この図では排気ガス供給管路３中の合流器６及びブロワ９は図示省略してある。
【００３８】
図２に示した濃縮器３０は、自走式土質改良機２０からの排気ガス中の塵埃を除去するパーティクルフィルタ３１と、排気ガスを圧縮するコンプレッサ３２と、圧縮後の排気ガス中の塵埃を更に除去するパーティクルフィルタ３３と、排気ガスを乾燥させ排気ガス中の水分を除去するドライヤ３４と、排気ガスを高濃度二酸化炭素含有気体及び低濃度二酸化炭素含有気体に分離する高分子中空子膜３５とを、排気ガスの流れ方向の上流側からこの順で備えている。
【００３９】
高分子中空子膜３５で分離された高濃度二酸化炭素含有気体は、二酸化炭素（ＣＯ２）と酸素（Ｏ２）が主成分で、排気ガス供給管路３に送られる。高濃度二酸化炭素含有気体の二酸化炭素濃度は後段の消石灰の炭酸化処理の効率を考慮すれば高い程良いが、例えば５０％程度でも十分な効果が期待できる。一方の低濃度二酸化炭素含有気体は窒素（Ｎ２）が主成分で、排気管路４に送られる。また、後段のパーティクルフィルタ３３は、前段のパーティクルフィルタ３１と同じものでも良いが、パーティクルフィルタ３１で除去しきれなかった塵埃を除去するため、本実施の形態ではパーティクルフィルタ３１よりも目の小さなものを用いている。
【００４０】
また、図２のように分離膜方式の濃縮器３０を用いる場合、自走式土質改良機２０の処理系内の土砂又は自走式土質改良機２０に投入される前の土砂と接触するように熱交換器３６を設け、この熱交換器３６を経由して自走式土質改良機２０から濃縮器３０への排気管路１を配管することが好ましい。自走式処理系内の土砂には、土砂受入部２２のホッパ内の土砂、土砂受入部２２の搬送コンベヤ上の土砂、混合部２４内の土砂、及び排出部２５上の土砂が含まれるが、添加材との反応前の低温の土砂が好ましく、その意味では土砂受入部２２のホッパ内又は搬送コンベヤ上の土砂が良い。
【００４１】
このように高分子中空子膜３５の上流に排気ガスを土砂と熱交換する熱交換器３６を備えることで、処理対象の土砂を加熱（予熱）して汚染物質の浄化効率を高める一方で、高分子中空子膜３５に供給される排気ガスを冷却し高分子中空子膜３５を熱から保護することができる。
【００４２】
図２において、自走式土質改良機２０のエンジン２７の排気ガスは熱交換器３６で土砂によって冷却された後、分流器２を介して全部又は一部が濃縮器３０に導入される。濃縮器３０に導入された排気ガスは、パーティクルフィルタ３１で塵埃を除去されコンプレッサ３２で圧縮されて高圧化された後、パーティクルフィルタ３３で再度塵埃を除去されてドライヤ３４で水分除去される。これらの工程を経た排気ガスは、高分子中空子膜３５に高圧で送り込まれ、高分子中空子膜３５の分子篩い効果によって高濃度二酸化炭素含有気体と低濃度二酸化炭素含有気体に分けられる。
【００４３】
つまり、図２の濃縮器３０は、高分子中空子膜３５によって排気ガスを低濃度二酸化炭素含有気体と分離することで、排気ガスの二酸化炭素濃度を上げる仕組みである。
【００４４】
図３は濃縮器３０の他の構成例の概略構成図である。
【００４５】
本構成例は、酸化炭素吸収剤を用いて動力装置２６からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める例である。この図では排気ガス供給管路３中の合流器６及びブロワ９は図示省略してある。
【００４６】
図３に示した濃縮器３０は、自走式土質改良機２０のエンジン２７からの排気ガスを冷却する熱交換器３７と、排気ガス中の二酸化炭素を吸収する溶液（例えばアミン水溶液）を貯留した吸収塔３８と、二酸化炭素を吸収した吸収塔３８からの二酸化炭素高含有溶液を加熱する再生塔３９と、再生塔３９を加熱するヒータ４０と、吸収塔３８からの二酸化炭素高含有溶液と再生塔３９からの二酸化炭素低含有溶液を熱交換する熱交換器４１とを備えている。
【００４７】
図３において、自走式土質改良機２０のエンジン２７からの排気は、ブロワ４２によって排気管路１を流通し、分流器２を介して全部又は一部が濃縮器３０に送られる。濃縮器３０に供給された排気ガスは、熱交換器３７を流通し再生塔３９のヒータ４０と熱交換して熱を下げた後、吸収塔３８に送られてアミン水溶液に二酸化炭素が吸収される。吸収塔３８を通過した排気ガスは低濃度二酸化炭素含有気体として排気管路４に送り込まれ、吸収塔３８で二酸化炭素を吸収した二酸化炭素高含有溶液は、熱交換器４１を通って予熱されて再生塔３９に流入する。再生塔３９に流入した二酸化炭素高含有溶液はヒータ４０によって所望の温度（例えば１１０−１３０℃程度）に加熱され、これによって溶液から二酸化炭素を始めとする気体が脱離する。脱離した二酸化炭素を多く含むガスは、高濃度二酸化炭素含有気体として排気ガス供給管路３に送り込まれ、再生塔３９で二酸化炭素が脱離された二酸化炭素低含有溶液は、熱交換器４１で吸収塔３８からの二酸化炭素高含有溶液に熱を与えて吸収塔３８に戻る。
【００４８】
つまり、図３の濃縮器３０は、吸収塔３８を通過した低濃度二酸化炭素含有気体と、再生塔３９で加熱されて二酸化炭素高含有溶液から脱離された高濃度二酸化炭素含有気体とに排気ガスを分離する仕組みである。図３では図示省略しているが、図３の濃縮器３０からの高濃度二酸化炭素含有気体は排気ガス供給管路３に、低濃度二酸化炭素含有気体は排気管路４にそれぞれ送り込まれ、図２の濃縮器３０と同様に流通し最終的に合流して大気放出される。
【００４９】
動作説明
投入重機によって自動式土質改良機２０の土砂受入部２２のホッパに処理対象の土砂を投入すると、土砂は搬送コンベヤによって混合部２４に供給される。その際、土砂には添加材供給装置２３から添加材が供給され、混合部２４には土砂とともに添加材が供給される。混合部２４で添加材と十分に混合された土砂は、排出部２５によって搬送され反応装置５０の反応容器５１に供給される。
【００５０】
一方、自走式土質改良機２０と投入重機のうち、少なくとも自走式土質改良機２０のエンジン２７の排気ガスの全部又は一部は、排気管路１を介して濃縮器３０に導入され、高濃度二酸化炭素含有気体と低濃度二酸化炭素含有気体に分離する。高濃度二酸化炭素含有気体は、二酸化炭素供給管路３を流通し、必要な場合にはボンベ７からの二酸化炭素と合流した上で反応装置５０の反応容器５１に供給される。
【００５１】
反応容器５１では、自走式土質改良機２０で添加材と混合された土砂は撹拌手段５３でさらに撹拌され、濃縮器３０で二酸化炭素濃度が高められた排気ガスと接触して排出コンベヤ５２によって反応装置５０の外部に排出される。排出された土砂は、所定の場所に集積されて養生される。
【００５２】
反応容器５１からの排気は、吸着槽１０で有害物質を除去された上で合流器５に導かれ、そこで排気管路４経由で導かれる濃縮器３０からの低濃度二酸化炭素含有気体と十分に混合されて大気に放出される。
【００５３】
上記のように、本実施の形態では、浄化対象の汚染物質を含有した土砂が添加材と十分に混合された後、二酸化炭素の濃度の高められた排気ガスと反応する。
【００５４】
このとき、排気ガス中の二酸化炭素と添加材の消石灰が接触することによって下記の（式１）で表される反応が起こり、反応熱によって土砂の温度が上昇し土砂中の揮発性の汚染物質が土砂から脱離される。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋６８．６３ｋｊ／ｍｏｌ・・・（式１）
反応容器５１に導入された二酸化炭素は、（式１）で生成された水に溶解されることもある。
【００５５】
作用効果
自走式土質改良機２０や投入重機のエンジン排気ガスの二酸化炭素濃度は１〜１５％程度であり、排気ガスの大部分は窒素等の二酸化炭素以外の気体が占めている。そのため、エンジン排気ガスをそのまま消石灰と反応させても、消石灰と二酸化炭素との反応自体は進行するが、反応熱の多くが二酸化炭素以外の気体に伝導し、汚染物質に伝わることなく反応容器外に排出されてしまう恐れがある。
【００５６】
そこで、本実施の形態では、反応容器５１に供給する前に排気ガスの二酸化炭素濃度を上げ、排気ガス中の二酸化炭素以外の成分を減少させておくことで、土砂中の汚染物質に伝導する反応熱の割合を上昇させることができる。このように現場で稼動する機械のエンジン排気ガスに含まれる二酸化炭素を消石灰と反応させ、その反応熱を効率的に汚染土砂に伝導させることで、土砂中の汚染物質の蒸気圧の上昇、粘性の低下、土砂中の微生物活性の効果を得て、土砂から汚染物質を脱離、減少させることができる。
【００５７】
また、エンジン排気ガスに含まれていた二酸化炭素が消石灰と反応することによって固定化されて土砂中に留まるため、大気への二酸化炭素放出量を減少させることができる。したがって、上記のように現場で発生する二酸化炭素を汚染土砂の浄化処理促進に有効利用することができるのみならず、地球温暖化対策としても高い効果が期待できる。
【００５８】
また、自走式土砂改良機２０等からの排気ガスの持つ熱で、処理対象の土砂を予熱することで汚染物質の揮発処理を促進することができる。自走式の土質改良機の場合、固定プラント型の土質改良機と比較して、自力走行を可能とするために土砂の受入部、添加材の供給部、混合処理部、混合後の土砂の排出部、及び自己の動力源等を走行体上に搭載しなければならず、各機器は走行体上に密に配置され狭い空間内に土砂及び添加材の流れが生じる。そのため、自走式の土質改良機に本発明を適用することにより、排気ガス等を通す配管経路は短くて良く、排気ガス等の熱を効率的に汚染土砂の浄化処理に役立てることができる。
【００５９】
さらには、自走式土質改良機２０や投入重機は適宜稼動場所を移すため、その排気ガスの熱を有効に利用したり、排気ガスに含まれる二酸化炭素を利用・固定化したりすることはできていなかった。それに対し、本実施の形態では、汚染物質に添加材を混合し炭酸化する作業に適用し、汚染土砂の汚染物質の揮発促進のための熱源として排気ガスを利用することで、移動排出源から排出される熱の利用、二酸化炭素の利用・固定化を同時に行うことができる。また、炭酸化に必要な二酸化炭素の発生源を別途設ける必要がなく、必要な二酸化炭素をシステム内で製造することができるので、システムのコンパクト化の効果も得られる。
【００６０】
また、図２に示したように排気ガスの二酸化炭素濃度を高めるために高分子中空子膜を利用する場合、排気ガスを高温のまま高分子中空子膜に導入すると高分子中空子膜への熱的影響が懸念される。そのため、高分子中空子膜に導く前に排気ガス等をある程度冷却する必要があるが、高分子中空子膜に導く前の排気ガス等を土砂等と熱交換することによって処理対象土砂の加熱と排気ガス等の冷却を兼ねることができ、排気ガス等の持つ熱を捨てることなく有効に利用することができる。
【００６１】
また、反応容器５１からの排気には、汚染物質の他に高濃度の二酸化炭素が含まれる可能性がある。汚染物質は吸着槽１０で吸着除去されるが、吸着槽１０を通過した排気をそのまま大気に放出する場合、システム周辺の酸素濃度が低下することもあり得る。そこで、窒素等が大部分を占める濃縮器３０からの低濃度二酸化炭素含有気体と十分に混合した上で反応後の排気を大気に放出することで、この点に対処することができる。
【００６２】
さらに、消石灰と二酸化炭素の反応は、次の（式２）で表される生石灰の水和反応と同程度の発熱量が得られる。
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋６５．１５ｋｊ／ｍｏｌ・・・（式２）
（式２）の反応熱を汚染土砂の加熱に用いる場合、（式２）の反応を完結させるために生石灰の投入量に対して十分な水が土砂中に存在しないときには、土砂に水を別途供給する必要がある。その結果、（式２）の反応は進行するが、水和反応熱が多量の供給水に伝導してしまい、効率的に土砂が加熱されないことがあった。
【００６３】
それに対し、上記の（式１）の反応では土砂に加水する必要がないので、反応後の土砂の含水量を抑えることができ、水に奪われる反応熱も少なく抑えることができる。上記の（式１）の反応促進のために極少量の水分が必要な場合もあるが、それは土砂に元々含まれる水分で足りる程度であり、土砂に加水する必要はない。
【００６４】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【００６５】
本実施の形態は、土砂に混合する添加材として生石灰の粉末又は生石灰を主成分とする粉末を用い、生石灰の水和反応によって生じる消石灰を二酸化炭素との反応に利用する例である。添加材には消石灰が含まれていても良い。本実施の形態でも添加材の粒径は小さいほど良い。
【００６６】
本実施の形態では、生石灰の添加量に対して土砂中の水分量が少ない場合、加水手段２８を適宜設けて水和反応を完結させるために必要な量の水分を添加材又は土砂に加える。加水手段２８は、例えば貯水タンクの水を重力又はポンプ等を利用して搬送し散水する構成とすることができる。散水する箇所は土砂受入部２２の土砂ホッパ、混合部２４の土砂の入口、場合によっては添加材供給装置２３の添加材ホッパ等が挙げられるが、本実施の形態では加水手段２８を用いて混合部２４の入口から土砂に散水する場合を図示している。その他の構成は第１の実施の形態の汚染土砂処理システムと同様であり、土砂、添加材及び排気ガスの流れも第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
本実施の形態の場合、生石灰を土砂と混合することで、土砂中の水分又は加水手段２８によって加えた水分と生石灰との水和反応が起こり、上記の（式２）に示したように水和反応熱とともに消石灰が逐次生成される。したがって、添加材と混合した土砂に排気ガスを供給すると、水和反応で生じた消石灰と二酸化炭素とが反応し、上記の（式１）に示したように炭酸カルシウムとともに反応熱が生じる。
【００６８】
本実施の形態でも、土砂に供給する排気ガスの二酸化炭素濃度を高めておくことによって、二酸化炭素と消石灰の反応熱を効率的に土砂に伝導させることができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、生石灰の水和反応熱のみによって汚染土砂を加熱する従来方式の浄化処理に比べ、本実施の形態では二酸化炭素を供給することによって上記の（式１）のように水和反応熱と同等の反応熱をさらに得ることができるので、トータルで同じ発熱量を得るのに必要な生石灰の添加量を削減することができる。また、本実施の形態では生石灰の水和反応熱のみの場合と生成する消石灰の量は同じだが、消石灰から炭酸カルシウムが生成するため、処理後の土砂のｐＨが高くならないという利点もある。
【００６９】
＜第３の実施の形態＞
図５は本発明の第３の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。既述した実施の形態と同様の部分には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【００７０】
本実施の形態は、水等の液体に二酸化炭素を溶解させ、二酸化炭素が濃縮された溶解液を土砂に混合する例である。
【００７１】
自走式土質改良機２０と、自走式土質改良機２０の動力装置２６内のエンジン２７からの排気ガスを流通する排気管路６０と、この排気管路６０からの排気ガスの二酸化炭素を溶解させる液体（水等）を貯留するタンク６１と、このタンク６１からの二酸化炭素溶解液を土砂に供給する溶液供給管路６２とを備えている。
【００７２】
溶液供給管路６２は、例えばタンク６１の二酸化炭素溶解液を重力搬送し散水する構成とすれば足りるが、必要であればポンプ等でタンク６１からの二酸化炭素溶解液を搬送する構成としても良い。二酸化炭素溶解液を散布する箇所は土砂受入部２２の土砂ホッパ、混合部２４の土砂の入口、場合によっては添加材供給装置２３の添加材ホッパ等が挙げられるが、本実施の形態では混合部２４の入口から土砂に二酸化炭素溶解液を散布する場合を図示している。また、本実施の形態では、二酸化炭素の濃縮工程で低濃度二酸化炭素含有気体が生じないので、タンク６１からの排気管路８の合流器５は省略している。その他の構成は第１又は第２の実施の形態の汚染土砂処理システムと同様である。
【００７３】
本実施の形態では、土砂に消石灰又は生石灰の少なくともいずれかを含む添加材を汚染土砂に混合する一方で、エンジン２７からの排気ガスをタンク６１に送り込み、タンク６１内の液体に排気ガスの二酸化炭素を溶解させ、二酸化炭素溶解液を土砂に散布する。土砂は添加材及び二酸化炭素溶解液と混合部２４で十分に混合され、添加材中の消石灰または生石灰の水和反応により生じた消石灰と二酸化炭素溶解液中の二酸化炭素とが反応し、上記の（式１）の反応熱によって土砂の汚染物質が除去される。添加材に生石灰が含まれていれば、タンク６１の液体に水を用いることで、この水を生石灰の水和反応に利用することもできる。
【００７４】
本実施の形態によっても、液体に二酸化炭素を溶解させ、二酸化炭素が濃縮された溶液を土砂に供給することで、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、図２や図３の濃縮器３０を用いる場合に比べてシステムを簡略化することができる。
【００７５】
＜第４の実施の形態＞
図６は本発明の第４の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。既述した実施の形態と同様の部分には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【００７６】
本実施の形態は、エンジン２７の排気ガスを二酸化炭素濃縮前に汚染土砂の加熱源として利用する例である。エンジン２７の排熱によって暖められた動力装置２６内の雰囲気を排気ガスとともに加熱源として利用することもできる。また、エンジン２７の排熱を送る管路を排気ガスの管路と別系統とし、排気ガスはエンジン２７からそのまま濃縮器３０に送り込み、排熱のみを土砂の加熱に用いることもできる。
【００７７】
本実施の形態では、土砂受入部２２（例えばホッパ内部やホッパ外壁面、又は搬送コンベヤのコンベヤベルトの内側）に設けた熱交換器７１と、動力装置２６から延びて熱交換器７１を通る排気管路１ａと、排出部２５（例えばコンベヤベルトの内側）に設けた熱交換器７２と、動力装置２６から延びて熱交換器７２を通る排気管路１ａと、排気管路１ａ，１ｂが合流する合流器７３と、合流器７３から分流器２を経て濃縮器３０に接続する排気管路１ｃとを備え、第１又は第２の実施の形態の排気管路１を省略した構成である。熱交換器７１，７２の設置場所は適宜変更可能であり、例えば混合部２４のケーシングの中又は外壁面、或いは混合部２４のパドルミキサの内部に排気管を通しても良い。その他の構成は第１又は第２の実施の形態と同様であり、エンジン２７の排気ガスを液体に溶解させて二酸化炭素を濃縮し消石灰と反応させることで、既述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
本実施の形態では、エンジン２７の排熱及び排気ガスの少なくとも一方を、混合前の土砂もしくは添加材、又は添加材と混合中もしくは混合後の土砂と熱交換し、それら土砂又は添加材を加熱し、汚染物質の浄化処理をさらに促進する。このようにエンジン２７から出た直後の高温の熱を土砂又は添加材に伝導することにより、高効率で土砂又は添加材を加熱することができる。本実施の形態の熱交換器７１，７２は図２の熱交換器３６に相当するが、図３の濃縮器３０を用いた場合にも本実施の形態は適用可能である。
【００７９】
また、構成をより簡略化する場合、排気管路１ａ，１ｂを配管する代わりに、濃縮器３０に供給する排気ガス等から一部を分流して汚染土砂又は添加材に直接吹き付ける構成としても良い。また、排気ガス等を添加材ホッパ内の添加材や混合部２４内の土砂等、容器内にある状態の土砂又は添加材に直接吹き付けた後、濃縮器３０に導く構成とすることもできる。土砂に排気ガス等を吹き付けた後で濃縮器３０に導く場合、土砂から脱離した汚染物質が排気ガス等とともに濃縮器３０に送り込まれる可能性がある。この場合、汚染物質の濃度が高いと濃縮器３０に影響を及ぼす可能性があるため、排気ガス等に混入した汚染物質を何らかの方法（例えば活性炭吸着）によって除去する必要がある。
【００８０】
＜第５の実施の形態＞
図７は本発明の第５の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。既述した実施の形態と同様の部分には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態は、第４の実施の形態の概念を第３の実施の形態に組み合わせたもので、エンジン２７の排気ガス等をタンク６１に供給する前に土砂又は添加材の加熱源として利用する例である。
【００８２】
排気ガス等で加熱する土砂又は添加材は第４の実施の形態と同様、混合前の土砂もしくは添加材、又は添加材と混合中もしくは混合後の土砂のいずれでも良いが、本実施の形態では添加材と混合した後の土砂を排気ガス等で加熱する場合を例示している。すなわち、本実施の形態では、排出部２５（例えばコンベヤベルトの内側）に熱交換器７５を設け、熱交換器７５を経由してタンク６１に排気管路６０を接続している。その他の構成は第３の実施の形態と同様であり、エンジン２７の排気ガスを液体に溶解させて二酸化炭素を濃縮し消石灰と反応させることで、既述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、本実施の形態のように、二酸化炭素をタンク６１の液体に溶解させて消石灰と反応させる機構では、タンク６１に供給する前に排気ガス等を土砂又は添加材と熱交換することで、排気ガス等の熱を高効率で土砂又は添加材に与えることができることに加え、排気ガス等の温度を下げることで液体に溶解させられる二酸化炭素量を増やすことができる。消石灰と二酸化炭素の反応では液体が少ない方が液体に奪われる反応熱が小さくなり、また液体の二酸化炭素濃度が高いほど反応効率が上がるので、液体の二酸化炭素溶解量が増加すれば、それだけ二酸化炭素溶解液を消石灰と混合して土砂を加熱するにあたって有利に作用する。
【００８４】
なお、液体の二酸化炭素溶解度は低温の方が高いことから、二酸化炭素溶解液を土砂に供給する時点では土砂の温度が高いと液体の二酸化炭素溶解量が減少してしまいかねない。したがって、添加材に生石灰が含まれる場合には、混合前の土砂又は添加材を避けて、本実施の形態のように添加材と混合中又は混合後の土砂を排気ガス等で加熱することで、排気ガス等で加熱することによる液体中の二酸化炭素溶解量の低下を抑制することができ、効果的に反応効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る汚染土砂処理システムに備えられた濃縮器の一構成例の概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る汚染土砂処理システムに備えられた濃縮器の他の構成例の概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る汚染土砂処理システムの要部構成を表す概念図である。
【符号の説明】
【００８６】
１，１ａ−ｃ 排気管路
３ 排気ガス供給管路
４ 排気管路
５ 合流器
８ 排気管路
１１ 排気塔
２０ 自走式土質改良機
２１ 走行体
２２ 土砂受入部
２３ 添加材供給部
２４ 混合部
２５ 排出部
２６ 動力装置
３０ 濃縮器
３５ 高分子中空子膜
３６ 熱交換器
３８ 吸収塔
３９ 再生塔
５０ 反応装置
５１ 反応容器
６０ 排気管路
６１ タンク
６２ 溶液供給管路
７１，７２，７５ 熱交換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、
処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部と、
消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部と、
前記土砂受入部からの土砂と前記添加材供給部からの添加材とを混合処理する混合部と、
前記混合部からの土砂を排出する排出部と、
エンジンを内蔵する動力装置と、
前記土砂受入部、前記添加材供給部、前記混合部、前記排出部及び前記動力装置を支持する走行体と、
前記動力装置からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める濃縮手段と、
添加材を添加した土砂と前記濃縮手段で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスとを反応させる反応容器と、
前記濃縮手段で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスを前記反応容器に供給する排気ガス供給管路と
を備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項２】
請求項１の汚染土砂処理システムにおいて、前記濃縮手段は、前記排気ガスを高濃度二酸化炭素含有気体及び低濃度二酸化炭素含有気体に分離する高分子中空子膜を有し、該高分子中空子膜によって低濃度二酸化炭素含有気体と分離することで排気ガスの二酸化炭素濃度を上げることを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項３】
請求項２の汚染土砂処理システムにおいて、前記高分子中空子膜の上流に排気ガスを土砂と熱交換する熱交換器を備え、該熱交換器によって処理対象の土砂を加熱する一方で前記高分子中空子膜に供給される排気ガスを冷却することを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項４】
請求項１の汚染土砂処理システムにおいて、
前記濃縮手段は、排気ガス中の二酸化炭素を吸収する溶液を貯留した吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収塔からの溶液を加熱する再生塔とを有し、吸収塔を通過した低濃度二酸化炭素含有気体と、再生塔で加熱されて溶液から脱離された高濃度二酸化炭素含有気体とに排気ガスを分離することを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項５】
請求項２−４のいずれかの汚染土砂処理システムにおいて、
前記反応容器からの排気を通す第１排気管路と、
前記濃縮手段から前記低濃度二酸化炭素含有気体を通す第２排気管路と、
前記第１及び第２排気管路が接続し、前記反応容器からの排気と前記低濃度二酸化炭素含有気体とが合流する合流器と、
この合流器で混合されたガスを大気放出する排気塔と
を備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項６】
揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、
処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部と、
消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部と、
前記土砂受入部からの土砂と前記添加材供給部からの添加材とを混合処理する混合部と、
前記混合部からの土砂を排出する排出部と、
エンジンを内蔵する動力装置と、
前記土砂受入部、前記添加材供給部、前記混合部、前記排出部及び前記動力装置を支持する走行体と、
前記動力装置からの排気ガスを流通する排気管路と、
この排気管路からの排気ガスの二酸化炭素を溶解させる液体を貯留するタンクと、
このタンクからの二酸化炭素溶解液を土砂に供給する溶液供給管路と
を備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項７】
請求項１−６のいずれかの汚染土砂処理システムにおいて、混合前の土砂もしくは添加材、又は添加材と混合中もしくは混合後の土砂を、前記動力装置の排熱及び排気ガスの少なくとも一方で加熱する手段をさらに備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項８】
請求項１−７のいずれかの汚染土砂処理システムにおいて、
処理対象の土砂を前記土砂受入部に投入する投入重機と、
この投入重機の動力装置からの排気ガスを前記濃縮手段に供給する管路と
をさらに備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項１】
揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、
処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部と、
消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部と、
前記土砂受入部からの土砂と前記添加材供給部からの添加材とを混合処理する混合部と、
前記混合部からの土砂を排出する排出部と、
エンジンを内蔵する動力装置と、
前記土砂受入部、前記添加材供給部、前記混合部、前記排出部及び前記動力装置を支持する走行体と、
前記動力装置からの排気ガスの二酸化炭素濃度を高める濃縮手段と、
添加材を添加した土砂と前記濃縮手段で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスとを反応させる反応容器と、
前記濃縮手段で二酸化炭素濃度を高めた排気ガスを前記反応容器に供給する排気ガス供給管路と
を備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項２】
請求項１の汚染土砂処理システムにおいて、前記濃縮手段は、前記排気ガスを高濃度二酸化炭素含有気体及び低濃度二酸化炭素含有気体に分離する高分子中空子膜を有し、該高分子中空子膜によって低濃度二酸化炭素含有気体と分離することで排気ガスの二酸化炭素濃度を上げることを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項３】
請求項２の汚染土砂処理システムにおいて、前記高分子中空子膜の上流に排気ガスを土砂と熱交換する熱交換器を備え、該熱交換器によって処理対象の土砂を加熱する一方で前記高分子中空子膜に供給される排気ガスを冷却することを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項４】
請求項１の汚染土砂処理システムにおいて、
前記濃縮手段は、排気ガス中の二酸化炭素を吸収する溶液を貯留した吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収塔からの溶液を加熱する再生塔とを有し、吸収塔を通過した低濃度二酸化炭素含有気体と、再生塔で加熱されて溶液から脱離された高濃度二酸化炭素含有気体とに排気ガスを分離することを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項５】
請求項２−４のいずれかの汚染土砂処理システムにおいて、
前記反応容器からの排気を通す第１排気管路と、
前記濃縮手段から前記低濃度二酸化炭素含有気体を通す第２排気管路と、
前記第１及び第２排気管路が接続し、前記反応容器からの排気と前記低濃度二酸化炭素含有気体とが合流する合流器と、
この合流器で混合されたガスを大気放出する排気塔と
を備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項６】
揮発性物質又は油類の少なくとも一方を汚染物質として含有する土砂を浄化処理する汚染土砂処理システムにおいて、
処理対象の土砂を受け入れる土砂受入部と、
消石灰又は生石灰の少なくとも一方を含む添加材を供給する添加材供給部と、
前記土砂受入部からの土砂と前記添加材供給部からの添加材とを混合処理する混合部と、
前記混合部からの土砂を排出する排出部と、
エンジンを内蔵する動力装置と、
前記土砂受入部、前記添加材供給部、前記混合部、前記排出部及び前記動力装置を支持する走行体と、
前記動力装置からの排気ガスを流通する排気管路と、
この排気管路からの排気ガスの二酸化炭素を溶解させる液体を貯留するタンクと、
このタンクからの二酸化炭素溶解液を土砂に供給する溶液供給管路と
を備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項７】
請求項１−６のいずれかの汚染土砂処理システムにおいて、混合前の土砂もしくは添加材、又は添加材と混合中もしくは混合後の土砂を、前記動力装置の排熱及び排気ガスの少なくとも一方で加熱する手段をさらに備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【請求項８】
請求項１−７のいずれかの汚染土砂処理システムにおいて、
処理対象の土砂を前記土砂受入部に投入する投入重機と、
この投入重機の動力装置からの排気ガスを前記濃縮手段に供給する管路と
をさらに備えたことを特徴とする汚染土砂処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１５５２１４（Ｐ２０１０−１５５２１４Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３４９４６（Ｐ２００８−３３４９４６）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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