JP2008055301A - 砒素含有汚泥の不溶化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砒素含有汚泥からの砒素の溶出量を管理型処分場に処分できる溶出値以下に低減し、処理作業も容易で安全性が高く、また処理装置のコンパクト化と処理装置の耐久性を高めることができるし、運搬時に汚染土壌の飛散による環境への負荷も与えない砒素含有汚泥の不溶化処理方法を提供する。
【解決手段】塩化第二鉄粉末と無機鉱物粉末であるフライアッシュを、例えば４０対６０の割合で混合して粉末状不溶化材を生成する。この粉末状不溶化材を砒素含有脱水汚泥に混合して不溶化汚泥を生成する。この不溶化汚泥にセメント系固化材を混合して不溶化汚泥固化体を形成して養生する。養生した不溶化汚泥固化体からの砒素溶出度を評価し、基準値以下であれば埋立て等の投棄処分を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、浄水或いは下水を水処理して脱水した後の汚泥に砒素が含まれている場合に、脱水汚泥から砒素の溶出量を低減するための砒素含有汚泥の不溶化処理方法に関する。

一般に、砒素に汚染した土壌に含まれている砒素を不溶化する処理には、塩化第二鉄を用いることが推奨されている。このときに用いる塩化第二鉄の性状については具体的に記述したものは示されていないが、溶液を指していると考えられる。その理由は、市販されている塩化第二鉄の殆どが溶液であることによる。従って、従来技術において、土壌を汚染する砒素を不溶化するために用いる塩化第二鉄は、溶液に限定されていると考えられる。このことから、本件出願人は、先に出願した砒素含有の脱水汚泥処理の発明についても、塩化第二鉄溶液を用いることを構成要素にしている（特許文献１）。
特開２００５−１０３４２９号公報

ところで、砒素の不溶化処理に塩化第二鉄溶液を用いる場合、以下の問題点がある。第１に、塩化第二鉄溶液は水で希釈して使用することから、狭い施工現場でも混合機械等の設置をしなければならず、しかもレイアウトの変更も困難であり、また水の確保、ポンプ、電源、タンク及び配管等の諸設備が必要なことである。第２に、塩化第二鉄溶液は腐食性が強いため、その飛沫が触れると処理装置が腐蝕し易いことや、耐久性が損なわれることになるし、作業上の安全性に欠けることである。第３に、塩化第二鉄溶液は作業員の粘膜を刺激して炎症を起し易いことから、処理作業上慎重な取り扱いが求められることである。第４に、汚泥の含水率は５０〜８０％と高く、砒素の不溶化のために塩化第二鉄溶液を加えると更に含水率が高くなるため、処理汚泥を機械により移動、運搬等を行う際に飛散等によって環境に負荷を与える恐れがあることである。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、砒素含有汚泥からの砒素の溶出量を管理型処分場に処分できる溶出値以下に低減することができるので汚泥の処分が容易であるし、処理作業が容易であると共に安全性が高く、また処理装置をコンパクトにできるし、腐食がないので処理機械の耐久性を高めると共に、運搬時に汚染土壌の飛散による環境への負荷を与えることのない砒素含有汚泥の不溶化処理方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための請求項１に係る本発明を構成する手段は、砒素を含有する脱水汚泥の処理方法であって、塩化第二鉄粉末と無機質粉末とを混合して粉末状不溶化材を生成し、該粉末状不溶化材を前記脱水汚泥に混合することにより、前記脱水汚泥に含有されている砒素を不溶化して溶出量を低減するようにしたことにある。

また、請求項２に係る本発明を構成する手段は、砒素を含有する脱水汚泥の処理方法であって、塩化第二鉄粉末と無機質粉末とを混合して粉末状不溶化材を生成し、該粉末状不溶化材を前記脱水汚泥に混合し、更にセメント系固化材を混合することにより、前記脱水汚泥に含有されている砒素を不溶化して溶出量を低減するようにしたことにある。

そして、前記塩化第二鉄粉末は、無水塩化第二鉄粉末であるとよい。

また、前記無機質粉末は、ケイ素又はアルミニュウムを主成分とするものにするとよい。

更に、前記無機質粉末は、粒径１００μ以下の粉体が全量の６０％以上であるとよい。

また、前記無機質粉末は、フライアッシュ、クリンカアッシュ又は粘土鉱物のいずれか１種又はこれらの２種以上の混合粉末であるとよい。

また、前記粘土鉱物は、含水ケイ酸塩であるとよい。

本発明は上述の如く構成したから、下記の諸効果を奏する。
（１）砒素含有汚泥中の砒素を不溶化し、その溶出量を管理型処分場に処分できる溶出値以下に低減できるから、汚泥の処分が容易である。
（２）塩化第二鉄粉末は、無機質粉末を混合することによって吸湿性を低下させたから、砒素含有汚泥の不溶化方法の実施において取扱い性に優れている。
（３）塩化第二鉄粉末と無機質粉末とを混合した粉末状不溶化材を脱水汚泥に混合し、更にセメント系固化材を混合することにより、酸性の汚泥を中性ないしアルカリ化することで砒素の不溶化を図って溶出量を低減することができる。
（４）塩化第二鉄粉末と無機質粉末を混合した不溶化材は粉末状であるから、塩化第二鉄を希釈するための希釈用水タンク、塩化第二鉄溶液との混合用タンク等のタンク類及び配管類は不要であり、不溶化処理装置をコンパクトに構成できる。従って、タンク類を設置するためのスペースが不用で狭い施工現場でも設置することが可能であるし、設備配置のレイアウトの変更も容易にできる。
（５）従来技術のような塩化第二鉄溶液の飛散がないから、不溶化処理装置は腐食することなく耐久性を維持できるし、処理作業の安全性を高めることができる。
（６）粉末状不溶化材を用いることによって汚泥の含水率は変化しないから、投棄場における処理物からの水分の漏出がなく、環境への負荷を低減できるし、運搬・堆積が可能になるまでの養生期間も短縮できる。
（７）無機質粉末は、粒径１００μ以下の微細な粉体が全量の６０％以上にすることにより、塩化第二鉄粉末は全体的に被覆されるので酸化抑制されるし、流動性が向上して砒素含有汚泥中に広く分散することができる。
（８）砒素含有脱水汚泥はセメント系固化材を混合して固化するから、長期間強度性を保持するし、ｐＨの変化等に対する化学的抵抗性が増大するので安定性に優れている。
（９）無機質粉末のフライアッシュ、クリンカアッシュは、火力発電所の電気集塵器で捕集される微粉末で、産業廃棄物であるものと、有価物として販売しているものとがあるが、いずれも砒素の不溶化処理に再利用することにより経済面、資源の有効利用、環境保全等において有効である。
（１０）無機質粉末に粒径の小さい粘土鉱物を用いることにより、塩化第二鉄粉末の表面をより密に被覆して、吸湿を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しつつ詳述する。本実施の形態に係る不溶化処理方法は、塩化第二鉄粉末と無機質粉末を混合して粉末状不溶化材を生成する不溶化材生成工程、採取後脱水した砒素含有脱水汚泥に該粉末状不溶化材を混合して不溶化汚泥を生成する不溶化汚泥生成工程、不溶化汚泥を養生する養生工程、不溶化度が基準の溶出値以下であるか否かを評価する評価工程からなっており、溶出値以下の不溶化汚泥は埋立て等による処分を行い、基準値以上の不溶化汚泥は再度不溶化汚泥生成工程に送って再処理を行う。これら各工程の詳細を以下に説明する。

先ず、例えば油圧ショベル等の作業機を用いて採取した砒素含有汚泥は、脱水機によって脱水する。この脱水処理した砒素含有脱水汚泥の水分含有率は、５０〜８０％程度である。

他方、塩化第二鉄粉末（ＦｅＣｌ_３）と無機質粉末であるフライアッシュを混合機により混合し、粉末状不溶化材を生成する（不溶化材生成工程）。無機質であるフライアッシュは塩化第二鉄粉末とは化学的に反応しないので、両者を均一に混合することができるので好適である。塩化第二鉄粉末にフライアッシュを混合することにより、図２に示すようにフライアッシュが塩化第二鉄粉末の全表面を覆った状態になり、塩化第二鉄粉末が大気中の酸素に接触するのを可及的に抑制し、実用に利用できる状態にまで塩化第二鉄粉末の吸湿性を低下させることができる。

塩化第二鉄粉末の全表面を無機質粉末のフライアッシュで覆う理由は、水処理の分野において塩化第二鉄が凝集沈殿剤として使用されていることから類推すると、塩化第二鉄粉末が接触したフライアッシュの表面のゼータ電位を下げ、ファンデルワールス力を高めることにより、塩化第二鉄粉末がフライアッシュで覆われ、言わば凝集体のようなものが形成される結果であると考えられる。なお、粉末状不溶化材は、空気と接触しないようにプラスチック製の容器等に入れて密封して保管しておくのが望ましい。

上述の如くフライアッシュ等の無機質粉末は塩化第二鉄粉末の表面を覆った状態になるが、無機質粉末の粒径が大きいと、塩化第二鉄粉末は表面上に多数の空隙が形成されて空気と接触し易くなり、塩化第二鉄粉末の吸湿を防ぐことができなくなる。そこで、本実施の形態では、フライアッシュの粉末度は、網ふるい方法において、４５μｍふるいの残分が４０％程度のものを目安とし、無機質粉末は粒径１００μｍ以下の粉体を重量で６０％以上含むようにすることにより、無機質粉末が塩化第二鉄粉末を空隙なく被覆するようにしてある。

また、粉末状不溶化剤を構成する塩化第二鉄粉末とフライアッシュの混合割合は、重量比で８０対２０〜４０対６０の範囲が好適である。図３は単位塩化第二鉄粉末量による経時吸水率の推移を示す。塩化第二鉄粉末に対するフライアッシュの混合割合を多くするのに伴って、不溶化剤の吸湿率が高くなることが知見された。そこで、フライアッシュの配合割合は、塩化第二鉄粉末４０に対して６０までが適量であると考えられる。

即ち、塩化第二鉄粉末に対してフライアッシュの割合が少な過ぎると、フライアッシュによる塩化第二鉄粉末の被覆が不十分なために塩化第二鉄粉末が吸湿してしまう。他方、塩化第二鉄粉末に対してフライアッシュが多過ぎると、被覆は十分であるが、フライアッシュの添加量が過剰なために汚泥量の増大を招くことになる。図４は、粉末状不溶化材の添加量、混合比率による不溶化効果を示す。このように、粉末状不溶化材において、塩化第二鉄粉末と無機鉱物粉末の配合割合は適切に調整することが重要とされる。

上述の如くして生成した粉末状不溶化材は砒素含有脱水汚泥に混合し、混合機によって攪拌することにより不溶化材混合汚泥を生成する（不溶化汚泥生成工程）。粉末状不溶化材を汚泥に投入して攪拌をすると、フライアッシュは分散して塩化第二鉄粉末の汚泥中における分散性、均一性を高める役割を果たす。

他方、塩化第二鉄粉末については、汚泥に含まれる水に速やかに溶解して、三価の鉄イオンと一価の塩素イオンに解離する。これにより汚泥は酸性を呈す。一般に、汚泥中の砒素は、三価と五価が共存していると考えられる。砒素の不溶化においては、三価の存在は好ましくなく、この汚泥に、砒素の溶出量よりも過剰に三価の鉄イオンを添加することにより、三価の砒素を五価に酸化する。こうすることにより、汚泥中に存在する砒素はその殆どを五価にすることができる。

なお、三価の鉄イオンは砒素を酸化することにより二価の鉄イオンに還元されるが、空気中の酸素により酸化されてもとの三価の鉄イオンに戻る。よって、汚泥中に存在するのは、砒素については五価のイオン、鉄イオンについては三価になる。無機物については、もともと反応性が乏しいので、鉄イオン（三価）や砒素イオン（五価）とは何らの化学反応も起こすことはない。また、塩化第二鉄粉末と無機質粉末との攪拌時は、水に溶けた塩化第二鉄を汚泥中に均一に分散する役割を果たす。生成した不溶化材混合汚泥の水分含有率は、当然のことであるが砒素含有汚泥の水分含有率と変わらないから、不溶化の処理工程も予測した処理で行うことができる。

次に、上述の如くして生成した不溶化材混合汚泥にセメントその他のセメント系固化材を混合して固化させることにより、不溶化汚泥固化体を生成する（不溶化汚泥固化工程）。このセメント系固化材を混合する目的は、セメントその他のセメント系固化材は生石灰などのアルカリ成分を含んでおり、セメントを加えることによって酸性の汚泥が中性ないしはアルカリ性に変化するが、酸性中において三価のイオンとして存在していた鉄イオンは、中性ないしはアルカリ性の条件下では水酸化鉄になり、これが集積するとコロイドを形成して沈殿する際に、五価の砒素が共沈(不溶化)することにある。鉄イオンがアルカリ性の条件下で水酸化鉄のコロイド状になる場合、下記の反応が見られるが、この反応下で砒素が共沈（不溶化）する。
（化１）

Ｆｅ^３＋ ＋ ３ＯＨ⁻ → Ｆｅ（ＯＨ）_３↓

その後、時間の経過とともにセメント系固化材が硬化して不溶化汚泥固化体が形成されるが、共沈した砒素はその固化するセメントに取り込まれて安定化する。このように、不溶化汚泥を固化することにより、長期間強度性を保持し、セメント硬化物に封入された砒素が水と接触する事態を阻止すると共に、水のｐＨが変化してもその影響を受けにくいといった化学的抵抗性が増大することから、安定性に優れている。

なお、浄水汚泥の場合は、汚泥自体のｐＨが中性付近にあるため、水酸化鉄を沈殿させるセメントその他セメント系固化材の添加が不可欠である。しかし、下水汚泥のように、汚泥のｐＨがアルカリ性である場合は、セメントその他セメント系固化材の添加が不要の場合もある。

このようにして得られた不溶化汚泥固化体を３０日間程度養生した後（養生工程）、不溶化汚泥固化体中の砒素の不溶化の程度、即ち砒素の溶出量を分析して評価する（評価工程）。不溶化汚泥固化体について評価した砒素の溶出量が管理型処分場に処分できる産業廃棄物の処理及び清掃に関する法律に定める溶出値ＩＩ（０．３ｍｇ／Ｌ）以下、或いは土壌汚染対策法に定める溶出値Ｉ（０．０１ｍｇ／Ｌ）以下であれば、不溶化汚泥固化体は埋め立て処分場にトラック等で搬送して埋め立て処分する。この運搬処理の場合、不溶化汚泥固化体は酸性度が低いから、処理場への搬送に特殊な運搬車両は必要としない。また、同様の理由により、既存の設備を用いて不溶化処理を行うことも可能であるし、袋詰やフレコンに収納した保管も可能であるから、保管専用の倉庫といった特殊な保管場所を必要としない。

他方、不溶化汚泥固化体について評価した砒素の溶出値が前記溶出値ＩＩを超えている場合は、不溶化汚泥固化体は粉砕処理を行った後、前述した不溶化汚泥生成工程に戻り、砒素含有脱水汚泥の処理と同様に粉末状不溶化材を混合して再度不溶化処理を行う。

なお、本実施の形態では、無機質粉末としてフライアッシュを用いたが、クリンカアッシュ、ケイ素あるいはアルミニウムを主成分とする無機質粉末、含水ケイ酸塩である粘土鉱物を用いることもできる。また、フライアッシュのようなケイ素あるいはアルミニウムが主成分である無機質粉末を選択する理由は、（イ）塩化第二鉄と化学的な反応を起こさないこと、（ロ）塩化第二鉄を被覆して空気と触れるのを防止し、塩化第二鉄粉末の吸湿性を低下させること、（ハ）汚泥と混合攪拌した際に分散性がよいこと、の３点にある。（イ）は（ロ）を確保するため、及び有害な不純物を流出させないためにも材料として必須の要件である。（ロ）は粉末が球状に近いほど密に重なりやすい。これらの条件を満足する望ましい配合割合として、先に塩化第二鉄粉末４０対フライアッシュ６０と説明したが、処理対象である汚泥の砒素濃度を考慮して塩化第二鉄粉末の配合割合を８０〜７０とした不溶化粉末の使用も想定しておくとよい。

ただし、粉末状不溶化材は、水に触れたときには無機質粉末が分散するものがよい。塩化第二鉄粉末は汚泥中の水と接触して水溶液になり、砒素と反応しやすくなるためである（実際には、セメントを加えて汚泥中の水を中性ないしアルカリ性にしたときに水酸化鉄が生成、次いで水酸化鉄のコロイドが形成され沈殿するときに砒素が共沈する。）。（ハ）は、塩化第二鉄粉末が水に溶けた後、汚泥全般に一様に分散させるためである。

なお、無機鉱物粉末としてクリンカアッシュを用いた場合は、塩化第二鉄粉末と化学反応を起こさない点で優れている。また、無機鉱物粉末に粘土鉱物を用いた場合は、塩化第二鉄と化学反応を起こさない点と、塩化第二鉄を被覆して空気との接触を妨げる点で優れている。

また、粘土鉱物として含水ケイ酸塩を選択する理由は、粘土鉱物の化学的な主成分は含水ケイ塩酸といわれているが、鉱物には多種多様な成分があり、塩化第二鉄と化学的な反応を起こさない鉱物でなければならないことから、粘土鉱物の中から具体的に明記したことにある。

本発明の実施の形態に係る砒素汚泥の不溶化処理方法の工程を示すフローチャートである。 （ａ）は粉末状不溶化材の概念図、（ｂ）は粉末状不溶化材が攪拌により分解する状態の説明図である。 単位塩化第二鉄粉末量による経時吸水率の推移を示す線図である。 粉末状不溶化材の添加量、混合比率による不溶化効果を示す線図である。

符号の説明

１ 塩化第二鉄粉末
２ フライアッシュ

Claims (7)

1. 砒素を含有する脱水汚泥の処理方法であって、塩化第二鉄粉末と無機質粉末とを混合して粉末状不溶化材を生成し、該粉末状不溶化材を前記脱水汚泥に混合することにより、該脱水汚泥に含有されている砒素を不溶化して溶出量を低減するようにした砒素含有汚泥の不溶化処理方法。
2. 砒素を含有する脱水汚泥の処理方法であって、塩化第二鉄粉末と無機質粉末とを混合して粉末状不溶化材を生成し、該粉末状不溶化材を前記脱水汚泥に混合し、更にセメント系固化材を混合することにより、該脱水汚泥に含有されている砒素を不溶化して溶出量を低減するようにした砒素含有汚泥の不溶化処理方法。
3. 前記塩化第二鉄粉末は、無水塩化第二鉄粉末であることを特徴とする請求項１又は２記載の砒素含有汚泥の不溶化処理方法。
4. 前記無機質粉末は、ケイ素又はアルミニュウムを主成分とすることを特徴とする請求項１又は２記載の砒素含有汚泥の不溶化処理方法。
5. 前記無機質粉末は、粒径１００μ以下の粉体が全量の６０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の砒素含有汚泥の不溶化処理方法。
6. 前記無機質粉末は、フライアッシュ、クリンカアッシュ又は粘土鉱物のいずれか１種又はこれらの２種以上の混合粉末であることを特徴とする請求項１又は２記載の砒素含有汚泥の不溶化処理方法。
7. 前記粘土鉱物は、含水ケイ酸塩であることを特徴とする請求項６記載の砒素含有汚泥の不溶化処理方法。

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