JP2005334763A

JP2005334763A - 有害金属を含む土壌の不溶化処理方法

Info

Publication number: JP2005334763A
Application number: JP2004156591A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Kawamata; 睦川又; Yasushi Fujiwara; 靖藤原; Ryoji Okawara; 良次大川原; Chie Yaneshita; 千恵屋祢下; Hisatoshi Ikeda; 久俊池田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】土壌中のマンガン等の有害金属を効率的かつ経済的に不溶化する処理方法を提供する。
【解決手段】本発明は、有害金属含有土壌にアルカリ性物質を添加して該土壌のｐＨをアルカリ性に調整した後に、酸性物質を添加して該土壌のｐＨを低下させることを含む、有害金属含有土壌の処理方法に関する。本発明はまた、有害金属を含有する浄水場発生汚泥にアルカリ性物質を添加して該汚泥のｐＨをアルカリ性に調整した後に、酸性物質を添加して該汚泥のｐＨを低下させることを含む、有害金属を含有する浄水場発生汚泥から植物育苗培養土を製造する方法に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は有害金属を含む土壌の不溶化処理方法に関する。

従来、一般に重金属等の有害金属により汚染された土壌の処理方法として以下のような方法が提案されている。
（１）熱処理
この方法は揮発性の重金属類を熱により回収するものである。この方法では、六価クロム、水銀、カドミウム、鉛等の揮散が避けられないため集塵機等の付帯設備の設置を要する。また、粉塵ダスト廃棄物が発生するという問題がある。また、工費・工期がかかり経済的負担が大きいという問題もある。

（２）分級処理
高濃度の重金属汚染土壌に対して細粒分をふるい分けする分級処理により、汚染土壌を健全土と汚染土に分別できる。この処理によれば、重金属汚染土を適切な粒子の大きさに分級することができる。すなわちこの処理によれば、重金属汚染土を、重金属を多く含有する細粒土と重金属をほとんど含有しない粗粒土とに分けることができるため、最終処分を行う必要がある汚染土の量を低減することができる。しかしながら、この方法による重金属の除去率はあまり高いとは言えず、適用可能な土質はシルトや粘土の少ない砂質土に限定される。

（３）洗浄処理
洗浄処理は、適切な薬剤と抽出条件を選択すれば効果的な手法である。しかし、抽出・洗浄・ろ過の作業と廃水の不溶化処理作業が必要なため手間の多い手法である。従って、少量の対象物を確実に処理するような場合には適していることもあるが、処理量が大きい場合には必ずしも適当な方法とは言えない。

（４）電気処理
電気処理を行う場合、処理現場において様々な共存物質の影響を受けて複雑な電気浸透現象、電気泳動現象、電気分解現象が同時に起こる。従って、電気処理を行うにあたっては事前に十分な調査試験が必要である。また、電気処理に伴う設備費や電力費が大きく経済的な負担が大きい。

（５）生物処理
生物処理とは一般的には微生物の力によって分解・無害化する技術であり、現位置に生息する微生物を増殖させて微生物分解を促進させる方法（バイオスティムレーション）と、外部から微生物を持ち込む方法（バイオオーギュメンテーション）がある。洗浄コストが低く、エネルギー消費の少ない方法であるが、高濃度汚染土を処理するには長期間を要するため適当でない。重金属汚染土を生物的に処理する方法として、重金属を植物に取り込ませるファイトレメディエーションが挙げられるが実用化例は少ない。重金属を蓄積した植物体の後処理が問題である。

（６）固化・不溶化処理
セメント添加前に水銀、鉛、カドミウム、銅、亜鉛、砒素を硫化処理した場合、セメントが強いアルカリ性であるために両性金属である鉛、亜鉛、三価クロム等が水酸化錯イオンとして再溶解し、三価クロムは酸化作用を受けて六価クロムに戻り再溶出して固形化物の強度低下を招く原因になる。また水銀及び砒素はチオ錯イオン等として溶出しやすいため本質的な解決にはなっていなない。

（７）封じ込め
封じ込めとは、遮水壁で汚染土壌を封じ込め、更にセメント水和物中に取り込む方法である。セメント固化法による物理的な封じ込め効果の場合、遮水壁により汚染の拡大はない。しかしながら、不溶化が不完全な状態にある有害物質は長期的に見ると溶出してしまう問題がある。

以上のように、重金属等の有害金属を含む土壌の不溶化処理方法は従来から種々の方法がある。しかしながら適当な方法は未だ提供されていない。

本発明は上記従来技術の欠点を解消することを目的とする。
すなわち本発明は、有害金属汚染土壌を効率的、経済的に不溶化する方法を提供する。本発明はまた有害金属汚染土壌から植物育苗培養土を製造する方法を提供する。

本発明は、以下の発明を包含する。
（１）有害金属含有土壌にアルカリ性物質を添加して該土壌のｐＨをアルカリ性に調整した後に、酸性物質を添加して該土壌のｐＨを低下させることを含む、有害金属含有土壌の処理方法。
（２）有害金属を含有する浄水場発生汚泥にアルカリ性物質を添加して該汚泥のｐＨをアルカリ性に調整した後に、酸性物質を添加して該汚泥のｐＨを低下させることを含む、有害金属を含有する浄水場発生汚泥から植物育苗培養土を製造する方法。

本発明により、有害金属汚染土壌を効率的、経済的に不溶化する方法が提供される。本発明により有害金属汚染土壌から植物育苗培養土を製造する方法が提供される。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は、有害金属含有土壌にアルカリ性物質を添加して該土壌のｐＨをアルカリ性に調整した後に、酸性物質を添加して該土壌のｐＨを低下させることを含む、有害金属含有土壌の処理方法に関する。「有害金属」とは、生物の生育に有害な全ての金属を含む概念であり、有害金属としては典型的には、マンガン、六価クロム、鉛、水銀、カドミウム、亜鉛、銅等の重金属や、アルミニウムなどが挙げられる。

本発明において処理対象となる有害金属含有土壌は典型的にはマンガン、アルミニウム、六価クロム、鉛、水銀、カドミウム、亜鉛、銅等の有害金属を少なくとも１種、可溶性の形態で含有する土壌である。本発明の方法は、マンガンを含有する土壌の処理に特に適したものであるが、それ以外の有害金属を含有する土壌の処理にも適する。本発明の方法によれば、土壌中の有害金属を不溶化することが可能である。上記の有害金属含有土壌として例えば浄水場で発生する汚泥（浄水場発生汚泥）が挙げられる。

本発明の方法により処理された土壌中では、植物の生育を阻害する可能性のあるアルミニウムやマンガンが不溶化されており、これらの金属が植物により吸収されにくいため、かかる土壌は植物育苗培養土としての使用に適する。

本発明において処理対象となる有害金属含有土壌の処理前のｐＨは特に限定されず、強酸性〜強アルカリ性の何れの領域の値であってもよい。従って、処理前に酸性（例えばｐＨ４）である土壌にアルカリ性物質を添加してアルカリ性（例えばｐＨ１１）に調整した後に、酸性物質を添加して土壌のｐＨを低下させる方法だけでなく、処理前にアルカリ性（例えばｐＨ１０）である土壌にアルカリ性物質を添加してより高いｐＨ（例えばｐＨ１１）に調整した後に、酸性物質を添加して土壌のｐＨを低下させる方法もまた本発明の方法に包含される。なお、本明細書において土壌のｐＨの測定は、土壌試料に中性のイオン交換水を土壌試料の数倍量添加して懸濁液を調整し、該懸濁液を構成する水のｐＨ値をｐＨメーターにより測定することにより行った。

本発明の処理を行うにあたり、処理すべき有害金属含有土壌を事前に分級処理することが好ましい。例えば可溶性有害金属が土壌に含浸している場合、分級処理を行って必要な粒度以下に粉砕してから本発明の処理を行うと効率的である。

本発明に使用し得るアルカリ性物質としては、例えばカルシウムを含有する水溶性化合物が挙げられ、典型的には水酸化カルシウム（消石灰）、酸化カルシウム（生石灰）、炭酸カルシウム、炭酸水素カルシウムが挙げられる。また、水酸化ナトリウムなど他のアルカリ性物質も使用することができる。これらのアルカリ性物質は適宜組み合わされて使用されてもよい。

本発明の処理方法においてアルカリ性物質の添加量は、処理土壌のｐＨをアルカリ性にすることができる量であれば特に限定されないが、典型的には処理土壌に対する重量比で０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜２重量％である。処理土壌にアルカリ性物質を添加し混合することにより土壌のｐＨをアルカリ性、好ましくはｐＨ７〜１２、より好ましくはｐＨ８〜１０に調整する。アルカリ性物質は任意の形態、例えば粉末又は水溶液の形態で適用することができる。土壌にアルカリ性物質を添加した後十分に攪拌又は混合することが好ましい。また、土壌にアルカリ性物質を添加混合して所定のｐＨに調整した後、乾燥させてもよい。

続いて酸性物質を添加して土壌のｐＨを低下させ、最終的な土壌のｐＨを好ましくは酸性〜弱アルカリ性、特に中性付近、例えば５〜９、さらに好ましくは５〜８、最も好ましくは５〜７の範囲に再調整する。酸性物質としては無機酸（塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、クロム酸、炭酸等）又は有機酸（蟻酸、酢酸、クエン酸等の有機カルボン酸等）が使用できる。これらの酸性物質は適宜組み合わされて使用されてもよい。再調整時の酸性物質の添加量は、処理土壌を所望のｐＨにすることができる量であれば特に限定されない。

本発明は、有害金属含有土壌を一旦アルカリ性に調整することにより有害金属が不溶化されれば、その後に酸性物質を添加してｐＨ値を低下させても有害金属の不溶化状態は良好に維持されるという驚くべき知見に基づいて完成されたものである。

本発明の処理方法によれば、有害金属含有土壌を出発原料として、所望のｐＨ値を有する有害金属不溶化土壌を調製することができる。すなわち本発明の処理方法によれば、調製される有害金属不溶化土壌の再利用用途に応じて最終ｐＨを自在に選択することが可能である。例えば最終ｐＨを中性にすれば、得られる有害金属不溶化土壌は中性土壌での生育に適した植物の培養土として利用することができる。

以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれにより制限を受けるものではない。

以下の実験１〜６にはマンガン含有土壌（マンガン含有量４５００ｍｇ／ｋｇ、含水率３０〜４０％、ｐＨ７）を用いた。

実験１
実験１（対照実験）として、マンガン含有土壌のｐＨを直接５，６，７，８又は９に調整した場合の土壌中の乾土あたりのマンガン溶出量を測定した。

マンガン含有土壌８０ｇに希硫酸（１ＮＨ_２ＳＯ_４）を重量比で５％添加して土壌ｐＨを５に、重量比で３％添加して土壌ｐＨを６にそれぞれ調整した。また、マンガン含有土壌８０ｇに水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）を重量比で０．０２％添加して土壌ｐＨを８に、重量比で０．５％添加して土壌ｐＨを９にそれぞれ調整した。またｐＨ７については、マンガン含有土壌がｐＨ７であることから、試薬無添加のものを実験に使用した。

上記の通り土壌のｐＨを調整した後、室温で１日間乾燥させてから再度ｐＨを確認し、必要に応じて適宜再調整して、更に１日間乾燥させた。こうして得られた土壌試料中の乾土あたりのマンガン溶出量を測定した。マンガン溶出量の測定は、一定量の土壌試料に１０倍量のイオン交換水を加えて一時間振とうした後、０．４５μｍのフィルターを通してろ液を得て、このろ液中のマンガン量をフレーム原子吸光法（ＪＩＳＫ０１０２．５６．２）により測定することにより行った。

実験２〜６
実験２〜６として、マンガン含有土壌に水酸化カルシウムを添加してｐＨを一旦８，９，１０，１１又は１２に調整した後、各々に希硫酸を添加して５，６，７，８又は９に調整した場合の土壌中の乾土あたりのマンガン溶出量を測定した。（ただし、水酸化カルシウムを添加して一旦ｐＨ８に調整した場合には希硫酸添加後の最終ｐＨは５、６又は７であり、水酸化カルシウムを添加して一旦ｐＨ９に調整した場合には希硫酸添加後の最終ｐＨは５、６、７又は８である。）

マンガン含有土壌８０ｇに水酸化カルシウムを重量比で０．０２％，０．５％，０．８％，２％又は５％添加してｐＨをそれぞれ８，９，１０，１１又は１２に調整し、室温で１日間乾燥させた。続いて各土壌試料に希硫酸（１ＮＨ_２ＳＯ_４）を適量添加してｐＨを５，６，７，８又は９に調整した。得られた土壌試料を室温で１日間乾燥させてから再度ｐＨを確認し、必要に応じて適宜再調整して、更に１日間乾燥させた。こうして得られた土壌試料中の乾土あたりのマンガン溶出量を測定した。乾土あたりのマンガン溶出量の測定方法は実験１と同様である。

実験１〜６の結果（乾土１Ｋｇ当たりのマンガン溶出量ｍｇ）を表１に示す。
また実験１及び４の結果を図１に比較して示す。

表１又は図１から、アルカリ性物質を加えてマンガン含有土壌のｐＨを一旦８，９，１０，１１又は１２に調整した後に、ｐＨを５，６，７，８又は９に再調整した場合、マンガン含有土壌のｐＨを直接５，６，７，８又は９に調整した場合と比べて、マンガン溶出量が有意に低下していることがわかる。例えば、一旦ｐＨ１０に調整した後に必要なｐＨ（５，６，７，８又は９）に戻したほうが、最初からそのｐＨに調整した場合に比べてマンガン溶出量が１／２〜１／５量に減少している（すなわち不溶化している）ことがわかる。
また最終的な土壌のｐＨが高いほどマンガン溶出量が少ないことがわかる。

実験１及び４の結果を示す図である。

Claims

有害金属含有土壌にアルカリ性物質を添加して該土壌のｐＨをアルカリ性に調整した後に、酸性物質を添加して該土壌のｐＨを低下させることを含む、有害金属含有土壌の処理方法。
有害金属を含有する浄水場発生汚泥にアルカリ性物質を添加して該汚泥のｐＨをアルカリ性に調整した後に、酸性物質を添加して該汚泥のｐＨを低下させることを含む、有害金属を含有する浄水場発生汚泥から植物育苗培養土を製造する方法。