JP2007105549A - 重金属汚染土壌用処理組成物及び処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 酸化マグネシウムと硫化物とを含む有害重金属類汚染土壌用の処理組成物であって、酸化マグネシウムと硫化物との総量に対して、酸化マグネシウムを95〜5質量%、硫化物を5〜95質量%含む処理組成物、及び有害重金属類汚染土壌に、酸化マグネシウム95〜5質量%と、硫化物5〜95質量%とを含む処理組成物を、30〜300kg/m3添加混合する汚染土壌の処理方法である。
【選択図】 なし
Description
使用した試料土、及び模擬汚染土調製用の重金属試薬、処理組成物成分及び普通セメントは下記のとおりである。
〔試料土〕
伊佐産粘性土(含水比47%)
千葉産関東ローム(含水比98%)
〔重金属試薬〕
砒酸水素二ナトリウム七水和物:広島和光(株)製 試薬1級
塩化水銀:広島和光(株)製 試薬1級
重クロム酸カリウム:広島和光(株)製 試薬1級
硝酸鉛:広島和光(株)製 試薬1級
硝酸カドミウム:広島和光(株)製 試薬1級
セレン酸ナトリウム:広島和光(株)製 試薬1級
〔処理組成物成分〕
酸化マグネシウム(MgO):宇部マテリアルズ(株)製 軽焼マグネシア(BET比表面積28.6m2/g)
硫化カルシウム(CaS):CERAC社製 純度99.99%
硫化ナトリウム9水和物(Na2S・9H2O):広島和光(株)製 試薬1級
多硫化カルシウム(CaSx):柳井化学工業(株)製 石灰硫黄合剤(CaSx 27.5%) x=2〜5
普通セメント(N):宇部三菱セメント(株)製ポルトランドセメント
模擬汚染土は、試料土として粘性土又は関東ロームを使用し、試料土から4.75mm以上の土粒子を分級/除去し、含水比が20%になるまで乾燥した。次いで、模擬汚染土の含水比が90%となるように水を計量し、その水に各重金属試薬を表1に示す添加量で添加・溶解し、試料土と重金属を含有する水とをソイルミキサーを用いて混合し、24時間密封保存した。模擬汚染土を環境庁告示第46号法(平成3年8月23日)に準拠し、重金属の溶出量を測定した。結果を表1に示すが、模擬汚染土からの各種重金属の溶出量は、何れも環境基準の300倍に相当するものである。
硫化物として硫化カルシウム(CaS)を使用する処理組成物は、表2に示すように、MgOとCaSの配合割合を変えて調製し、模擬汚染土単位体積当たり、30又は100kg/m3添加し混合した。
模擬汚染土への酸化マグネシウム及び硫化物の添加は、一括添加を基本とし、分割添加の場合はその旨を特記した。一括添加は、模擬汚染土に酸化マグネシウム及び硫化物を同時添加し、ソイルミキサーにより低速2分間混合して密封し、12時間保管した。分割添加は、まず模擬汚染土に酸化マグネシウム又は硫化物の一方を添加混合して密封し12時間保管し、次いで他方を添加混合した。この場合、混合操作はそれぞれソイルミキサーにより、低速2分間、掻き落とし、低速2分間とした。このようにして最終的に得られた処理土は、φ5×10cmのモールドに3層に分けて、各層毎に気泡を除去しながら充填して円柱供試体を作製し、20℃で材齢7日まで密封養生した。
7日間養生した円柱供試体をJIS A 1216「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して一軸圧縮強さを測定した。
一軸圧縮強さ試験の終了した円柱供試体を2mm以下に解砕して、環境庁告示第46号法(平成3年8月23日)に準拠して検液を作製した。その検液の重金属濃度をJIS K 0102「工場排水試験方法」に準拠して測定した。
一軸圧縮強さ試験の終了した円柱供試体を2mm以下に解砕して、環境庁告示第46号法(平成3年8月23日)に準拠して検液を作製した。その検液のpHをJIS K 0102「工場排水試験方法」に準拠して測定した。pH測定器はHORIBA製pH/ION METER F−23を使用した。
水銀模擬汚染土処理土の一軸圧縮強さ試験終了後の円柱供試体を解砕し、1〜3mmの粒群を供試試料とした。この試料をφ50×250mmのガラスカラムに、試料の高さが200mmとなるように充填した。溶媒には、酸性雨を想定しpH4の硝酸溶液を使用した。溶媒をカラムの下方から上方に向けて流速50mL/hで流し、液固比(硝酸溶液質量/処理土質量)が0〜0.1、0.1〜0.2、0.2〜0.5、0.5〜1.0、1.0〜2.0、2.0〜5.0、5.0〜10の区間における流出液を採取し、水銀の溶出濃度を環境庁告示第46号法(平成3年8月23日)に準じて測定した。
千葉産関東ローム試料土を使用し、これに、酸化マグネシウムと硫化ナトリウムとの合計を基準に、酸化マグネシウム95質量%、硫化ナトリウム5質量%の処理組成物を一括添加、もしくは分割添加し、ソイルミキサーにより低速で混合した。一括添加の場合は、処理組成物を添加、混合し、30秒、1分、2分、4分経過時のソイルミキサー容器(5L)に入っている処理土の直上の硫化水素ガス濃度をH2S検知管(ガステック社製)を用いて測定した。分割添加の場合は、第一段階の処理組成物を添加、混合したのち、同様にして硫化水素ガス濃度を測定し、12時間経過後、第二段階の処理組成物を添加し、同じく硫化水素ガス濃度を測定した。なお、硫化水素ガス発生試験は非汚染土を用いて行ったが、分割添加と一括添加の相違を調べるに当たっては、汚染土の代わりに非汚染土を用いても評価可能である。
汚染土1(水銀汚染土)を処理した処理組成物の配合No.と汚染土1の処理土からの水銀の溶出量及び処理土のpH値を表4に示す。
酸化マグネシウム単独の例Hg−1、及びセメント単独の例Hg−7では、処理組成物を添加しない例Hg−0と同様に、水銀溶出抑制効果は認められない。また、セメントと硫化カルシウムを混合した例Hg−8では、水銀溶出抑制効果は小さい。一方、例Hg−2〜例Hg−6のように酸化マグネシウムと硫化カルシウムとの混合物では、水銀溶出量は0.0005mg/L未満であり、溶出量基準をクリアできる。
汚染土2(六価クロム汚染土)を処理した処理組成物の配合No.と汚染土2の処理土からの六価クロムの溶出量及び処理土のpH値を表5に示す。
セメント単独の例Cr−7では六価クロム溶出抑制効果はなく、酸化マグネシウム単独の例Cr−1でも、六価クロム溶出抑制効果は小さい。一方、例Cr−2〜Cr−6及び例Cr−8のように、硫化カルシウムを含有する処理組成物を添加すると、六価クロム溶出量は0.01mg/L未満であり、溶出量基準をクリアできる。
汚染土3(セレン汚染土)を処理した処理組成物の配合No.と汚染土3の処理土からのセレンの溶出量及び処理土のpH値を表6に示す。
酸化マグネシウムと硫化カルシウムとの混合物である例Se−2〜Se−6は、酸化マグネシウム単独の例Se−1、酸化マグネシウムを含有しない例Se−7、8に比べ良好なセレン溶出抑制効果を示す。
汚染土4(砒素汚染土)を処理した処理組成物の配合No.と汚染土4の処理土からの砒素の溶出量及び処理土のpH値を表7に示す。
酸化マグネシウムを含有しない例As−7、8及び酸化マグネシウムを5質量%含有する例Se−6では、砒素溶出抑制効果は不十分であった。酸化マグネシウムを50質量%以上含有する酸化マグネシウムと硫化カルシウムとの混合物である例As−2〜As−5及び酸化マグネシウム単独の例As−1は、砒素溶出量は0.01mg/L以下であり、溶出量基準をクリアできる。
汚染土5(鉛汚染土)を処理した処理組成物の配合No.と汚染土5の処理土からの鉛の溶出量及び処理土のpH値を表8に示す。
酸化マグネシウムを含有しない例Pb−7、8及び酸化マグネシウムを5質量%含有する例Pb−6では鉛溶出抑制効果は不十分であった。酸化マグネシウムを50質量%以上含有する酸化マグネシウムと硫化カルシウムとの混合物である例Pb−2〜Pb−5及び酸化マグネシウム単独の例Pb−1では、鉛溶出量が0.01mg/L未満であり、溶出量基準をクリアできる。
汚染土6(カドミウム汚染土)を処理した処理組成物の配合No.と汚染土6処理土からのカドミウムの溶出量及び処理土のpH値を表9に示す。
酸化マグネシウム単独の例Cd−1、及び酸化マグネシウムを含有しない例Cd−7、8、ならびに酸化マグネシウムを50質量%以上含有する酸化マグネシウムと硫化カルシウムとの混合物である例Cd−2〜Cd−5では、カドミウム溶出量は0.01mg/L未満であり、溶出量基準をクリアできた。
汚染土7(水銀/砒素複合汚染土)を処理した処理組成物の配合No.と汚染土7の処理土からの砒素及び水銀の溶出量及び処理土のpH値を表10に示す。
酸化マグネシウムと硫化カルシウムとの混合物ではない例HA−1、HA−7、8では、砒素、水銀の溶出量基準を同時にクリアすることはできなかった。一方、酸化マグネシウムを50質量%以上含有する酸化マグネシウムと硫化カルシウムとの混合物である例HA−2〜HA−5では、水銀及び砒素溶出量はそれぞれ0.0005、0.01mg/L未満であり、両元素の溶出量基準をクリアできる。なお、この結果は、表4に示す水銀汚染土に対して効果が認められた処理組成物No.2〜6と、表7に示す砒素汚染土に対して効果が認められた処理組成物No.2〜5、1、7、8とが共通する、処理組成物No.2〜5が、水銀/砒素複合汚染土に対して効果的な処理組成物であることを示している。
汚染土1(水銀汚染土)を処理した処理組成物の配合No.と汚染土1の処理土の一軸圧縮強さを表11に示す。
本発明の処理組成物を使用した処理土(例A−2〜A−6)の一軸圧縮強さは、処理組成物中の酸化マグネシウムの質量比に依存するが、80〜490kN/m2の範囲にある。これは、ハンドリング性を考慮した建設発生土利用技術マニュアルに規定される第4種(コーン指数200kN/m2以上、一軸圧縮強さ換算で50kN/m2に相当)の固化特性を有しており、良好である。
汚染土4(砒素汚染土)に、先に酸化マグネシウムを添加し、次いで硫化カルシウムを添加する分割添加の場合の処理組成物の配合No.と汚染土4の処理土からの砒素の溶出量、pH値及び圧縮強さを表12に例B−5として示す。また、一括添加と分割添加を比較するため、酸化マグネシウムと硫化カルシウムの配合比が同一で一括添加した、表4中の例As−5の結果も併記した。
例B−5として示す分割添加の方が、例As−5として示す一括添加よりも砒素の溶出量が少なかった。pH値及び一軸圧縮強さには、特に影響はみられなかった。
水銀模擬汚染土1に対し、処理組成物の配合No.3の処理土を対象に長期安定性試験を行った場合の水銀溶出量を表13に示す。
処理組成物として酸化マグネシウムと硫化カルシウムとを併用した場合、長期安定性に優れている。
千葉産関東ローム試料土を使用し、これに、酸化マグネシウム95質量%、硫化ナトリウム5質量%の処理組成物の一括添加あるいは分割添加をした場合の硫化水素ガス発生量の測定結果を表14に示す。
例D−22に示すように、硫化ナトリウムを酸化マグネシウムに先立って添加すると、作業環境評価基準の4.8〜10倍の硫化水素ガスが発生する。例D−21の一括添加では、硫化水素ガス発生量を作業環境評価基準の5ppm以下とすることができ、例D−23の酸化マグネシウムを先に添加する方法では、悪臭防止法敷地境界線における規制基準(主として工業地域)の0.2ppm以下とすることができる。したがって、処理組成物を分割添加する場合は、固定剤としての酸化マグネシウムを先に添加することが必要である。なお、硫化水素ガス発生試験に使用した試料土は模擬汚染土ではないが、この試験結果は、表12に示す砒素汚染土4における結果、及び次の表15〜17に示す結果から、重金属類汚染土に対しても同様の効果を示すものと考えてよい。
水銀模擬汚染土1に対して、酸化マグネシウムと硫化物として硫化ナトリウムとを使用する処理組成物においては、先に酸化マグネシウムを、次いで硫化ナトリウムを添加する分割添加をした。処理組成物の種類(配合割合)と水銀模擬汚染土1の処理土からの水銀の溶出量、pH値及び一軸圧縮強さを表15に示す。
硫化物として硫化ナトリウムを使用し、酸化マグネシウムを併用する例E−2〜E−5の処理組成物においては、水銀汚染土に対して優れた溶出抑制性能を示し、かつ圧縮強さも良好である。
水銀模擬汚染土1に対して、酸化マグネシウムと硫化物として多硫化カルシウムとを使用する処理組成物においては、先に酸化マグネシウムを、次いで多硫化カルシウムを添加する分割添加をした。処理組成物の種類(配合割合)と水銀模擬汚染土1の処理土からの水銀の溶出量、pH値及び一軸圧縮強さを表16に示す。
硫化物として多硫化カルシウムを使用し、酸化マグネシウムを併用する例F−2〜F−5の処理組成物においては、水銀汚染土に対して優れた溶出抑制性能を示し、かつ圧縮強さも良好である。
関東ロームを用いて作製した六価クロム模擬汚染土8に、酸化マグネシウムと硫化物として多硫化カルシウムとを使用する例F−2〜F−5の処理組成物においては、先に酸化マグネシウムを、次いで多硫化カルシウムを添加する分割添加をした。処理組成物の種類(配合割合)と六価クロム模擬汚染土の処理土(関東ローム)からの六価クロムの溶出量、pH値及び一軸圧縮強さを表17に示す。
硫化物として多硫化カルシウムを使用し、酸化マグネシウムを併用する例G−2〜G−5の処理組成物においては、関東ロームで作製した六価クロム模擬汚染土に対して、優れた六価クロム溶出抑制性能を示し、本発明の処理組成物及び処理方法は、土の種類に関係なく有害重金属の不溶化効果を示す。また、圧縮強さも良好である。
Claims (8)
- 酸化マグネシウムと硫化物とを含む有害重金属類汚染土壌用の処理組成物であって、酸化マグネシウムと硫化物との総量に対して、酸化マグネシウムを95〜5質量%、硫化物を5〜95質量%含むことを特徴とする処理組成物。
- 酸化マグネシウムが95〜50質量%であり、硫化物が5〜50質量%である、請求項1記載の処理組成物。
- 硫化物が、硫化カルシウム、多硫化カルシウム、硫化ナトリウム、多硫化ナトリウム及び鉄鋼スラグから選択される1種以上である、請求項1又は2記載の処理組成物。
- 汚染土壌が、水銀、六価クロム及びセレンから選択される1種以上の有害重金属類で汚染されている、請求項1〜3のいずれか一項記載の処理組成物。
- 汚染土壌が、砒素、鉛及びカドミウムから選択される1種以上の有害重金属類で汚染されている、請求項2又は3記載の処理組成物。
- 1種又は2種以上の有害重金属類で汚染された汚染土壌に、酸化マグネシウムと硫化物とを含む有害重金属類汚染土壌用の処理組成物であって、酸化マグネシウムと硫化物との総量に対して、酸化マグネシウムを95〜5質量%、硫化物を5〜95質量%含む処理組成物を、30〜300kg/m3添加混合することを特徴とする汚染土壌の処理方法。
- 酸化マグネシウムが95〜50質量%であり、硫化物が5〜50質量%である、請求項6記載の汚染土壌の処理方法。
- 汚染土壌に、処理組成物中の酸化マグネシウムを添加混合し、次いで、処理組成物中の硫化物を添加混合する、請求項6又は7記載の汚染土壌の処理方法。
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