JP2010099584A - 汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染土壌に含有されている有害元素環境への溶出を抑制する工法を提供する。
【解決手段】鉄粉、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム粉、ならびに酸化カルシウム粉を必須成分とする混合粉から成る有害元素の溶出抑制材が含まれている有害元素捕捉ベッド２を地表１ａに敷設し、有害元素捕捉ベット２の上に有害元素を含有する汚染土壌の盛土３を造成し、盛土３の表面を覆って無害土壌の覆土４を形成する汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。
【選択図】図１

Description

本発明は汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法に関し、更に詳しくは、トンネル工事やビル建設などの工事現場で発生する現地発生土が有害元素で汚染されている場合、その発生土から溶出する有害元素の環境への溶出量を土壌汚染対策法（平成１５年２月１５日施行）で規定されている溶出量基準以下に抑制するための工法に関する。

例えばトンネル工事の発生土（ズリ）は、農道や一般道路の建設用として使用される場合が多い。しかしながら、これら発生土には、例えばＡｓやＰｂなどの自然由来の有害元素が含有されている場合があり、そしてこれら発生土をそのまま環境に放置しておくと、含有されているこれら有害元素が雨水などによって環境に溶出して周辺環境を汚染して生態系、ひいては人体に悪影響を及ぼすことがある。

そのために、これらの汚染土壌に対しては、含有されている有害元素の環境への溶出を防ぐための処置が採られている。
例えばズリを用いて道路建設をする場合、盛土するズリを厚い遮水シートで包み込んで雨水に触れない状態にして道路建設予定地の地表に敷設し、ついで敷設された盛土の少なくとも側面を覆って無害土壌を転圧して成る覆土を形成し、そして全体の頂部に例えばコンクリートで道路面を形成するという盛土工法が実施されている。

また、別の工法としては、ズリに含有されている有害元素を不溶化する不溶化剤と当該ズリを混合・攪拌して有害元素の不溶化処理を行い、その処理後のズリで盛土を形成し、更に無害土壌で覆土を順次形成したのち道路面を形成するという不溶化処理工法も実施されている。
しかしながら、上記した工法では建設コストが高くなる。例えば前者の工法の場合、大量の盛土を高価な遮水シートで厳重に包み込んで敷設しなければならないため、それに要する素材費や作業コストは高額になる。また後者の工法の場合、盛土する大量のズリの有害元素を完全に不溶出化するためには、大量の不溶出化剤をズリと効率的に混合・攪拌することが必要となり、それに要する設備コストや作業コストの上昇はまぬがれないからである。

従来の汚染土壌の盛土工法における上記したような問題を解決するために、最近、次のような工法が提案されている（特許文献１を参照）。
この工法は、地面の上に汚染物質に対して吸着能を有する吸着層を敷設し、この吸着層の上に汚染土壌を直接盛土し、その表面を覆土で覆うという工法である。
この工法で造成された施設によれば、汚染土壌に含有されている汚染物質が雨水などに溶出したとしても、それは必ず汚染土壌の下部に位置する吸着層を透過するので、その過程で吸着層によって汚染物質は吸着除去され、この施設から流出する浸出水中の汚染物質の溶出量は低減する。

この工法によれば、汚染土壌を遮水シートで包み込む作業は不要となり、また汚染土壌の汚染物質に対する不溶出化処理も不要となるので、従来の工法に比べてその建設コストを大幅に低減できるとされている。
特開２００８−２１２７７１号公報

上記した特許文献１の工法の場合、汚染土壌の下層に形成される吸着層は、あくまでも、汚染土壌から溶出した汚染物質を吸着するものである。その吸着現象は基本的には可逆反応であって、環境の変化によっては、一旦吸着した汚染物質が吸着層から脱着してその溶出濃度が高まることもあり得る。
また、特許文献１の吸着層の場合、吸着可能な汚染物質としてはＡｓが例示されているのみであるが、他の汚染物質、例えば環境庁告示第４６号に提示されているＢ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｆなどの有害元素に対しても特許文献１に開示されている吸着層が吸着機能を発揮し得るのか否かという点は不明である。

本発明は、特許文献１の発明における上記した問題に鑑みて、汚染土壌中の汚染物質（有害元素）を吸着するのではなく、化学反応によって、不溶出化・固定化して当該有害元素を捕捉する手段を形成し、かつ環境庁告示第４６号が提示するＡｓ、Ｂ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｆの有害元素に対して有効な、汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法の提供を目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明においては、鉄粉、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム、ならびに酸化カルシウム粉を必須成分とする混合粉から成る有害元素の溶出抑制材が含まれている有害元素捕捉ベッドを地表に敷設し、前記有害元素捕捉ベッドの上に前記有害元素を含有する汚染土壌の盛土を造成し、前記盛土の表面を覆って無害土壌を形成することを特徴とする汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法（以下、第１工法という）が提供される。

また、本発明では、鉄粉、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム、ならびに酸化カルシウム粉を必須成分とする混合粉から成る有害元素の溶出抑制材と、土壌と、糊剤と、水とを混合してスラリー客土を調製し、前記スラリー客土を、地表、法面、または汚染土壌の盛土側面に吹付けて、前記地表、前記法面、または前記盛土側面からの有害元素の溶出を抑制することを特徴とする、汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法（以下、第２工法という）が提供される。

また、本発明では、鉄粉、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム、ならびに酸化カルシウム粉を必須成分とする混合粉から成る有害元素の溶出抑制材を、汚染区画内で、前記汚染区画内の汚染土壌と混合して、前記汚染土壌の有害元素の溶出を抑制することを特徴とする、汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法（以下、第３工法という）が提供されている。

第１工法では、汚染土壌の下に配置される捕捉ベッドに含まれている溶出抑制材が汚染土壌から溶出してくる有害元素を不溶出化するので、従来のように、汚染土壌の全体を遮水シートで包み込んだり、不溶化剤で不溶化するための作業や設備が不要となる。
また、第２工法では、覆土を従来に比べて極めて薄くすることができ、また工事現場の汚染土壌であっても使用することができるので、要するコストは低減する。

また、第３工法では、汚染区画の土壌を別の場所に運搬することなくそれを無害化することが可能となるので、環境汚染の拡散を防止することができる。

発明の第１〜第３工法は、いずれも後述する溶出抑制材を使用するところに１つの特徴がある。
最初に、汚染土壌の盛土工法である第１工法を図１に基づいて説明する。
この工法では、まず工事現場の地表１ａに後述する有害元素捕捉ベット゛２を形成する。そして、この捕捉ベッドの上に汚染土壌の盛土３を断面台形状に形成し、更に盛土３の両側面を無害土壌から成る覆土４で覆う。そして頂部に例えば道路面５を形成する。なお、道路面５を形成することなく、この頂部を上記した覆土４で覆ってもよい。

このように、この工法では、汚染土壌は従来工法のように遮水シートで包み込まれることなく、直接、捕捉ベッド２と覆土４に接触している。
このようにして造成された道路において、盛土（汚染土壌）３に含有されている有害元素がそこに浸透してきた雨水に溶出した場合、その雨水が盛土３を下方に移動して捕捉ベッドに達すると、有害元素は捕捉ベッド２に含まれている溶出抑制材と化合反応を起こして不溶出化する。その結果、地表１ａを経て地中に移動する雨水中の有害元素の溶出量は捕捉ベッド２を透過する前の状態に比べて低減する。

ここで、溶出抑制材は、鉄（Ｆｅ）粉、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粉または／および水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）粉、ならびに酸化カルシウム（ＣａＯ）粉を必須成分とし、これらの混合粉である。そして、この混合粉は、Ａｓ、Ｂ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｆなどの有害元素を次のようなメカニズムで不溶出化して溶出抑制効果を発揮するものと考えられる。

まず、捕捉ベッド２が敷設されている環境は、水分と大気（酸素）を含んでいる。そして水分が存在するため、溶出抑制材のＣａＯの一部は解離してＣａ²⁺を生成し、同時に共存する水も解離して環境中にはＯＨ^-が存在して全体としてアルカリ性になっているものと考えられる。
このような環境において、上記した有害元素は、Ｃｄ²⁺，ＣｒＯ₄ ^2-，ＳｅＯ₄ ^2-、ＡｓＯ₄ ^3-，Ｆ^-のイオン形態で溶出するものと考えられる。またＢは、ＢＯ₃ ^3-の形態で溶出していると考えられる。

この環境において、溶出抑制剤の鉄粉の一部は環境に溶出してＦｅ^２＋となり、ついで酸素によって酸化されてＦｅ^３＋になる。そして環境中のＯＨ⁻と反応してＦｅ（ＯＨ）_３の水和酸化物となって不溶出化し、沈殿する。
酸化アルミニウムと水酸化アルミニウムは、その一部が解離してＡｌ³⁺を生成する。そしてこのＡｌ³⁺は、環境中のＯＨ^-と反応してＡｌ(ＯＨ)₃の水和酸化物になって不溶出化し、凝集作用を発揮しながら沈殿する。

一方、鉄粉は、ＣｒＯ₄ ^2-のイオン状態で環境中に溶出しているＣｒを還元してＣｒ³⁺にする。そしてこのＣｒ³⁺は環境中のＯＨ^-と反応してＣｒ(ＯＨ)₃の水和酸化物になって不溶出化し、Ｆｅ(ＯＨ)₃と共沈する。
酸化カルシウムは、その一部が解離してＣａ^２＋を生成しているのであるが、このＣａ²⁺はホウ酸イオン（ＢＯ₃ ^3-）として環境中に溶出しているＢと反応して、不溶出化した無電荷の錯体Ｃａ₃(ＢＯ₃)₂を生成する。この錯体は、前記したＦｅ(ＯＨ)₃やＡｌ(ＯＨ)₃に吸着されて共沈する。

また、Ｃａ²⁺は、Ｆ^-として存在するＦと反応して不溶出化したＣａＦ₂を生成する。このＣａＦ₂は、上記した各種の水和酸化物に吸着される。
一方、炭酸カルシウムは、環境全体のアルカリ性を促進し、Ｃｄ²⁺のイオン形態で溶出しているＣｄとＯＨ^-の反応を進めることにより、不溶出化したＣｄ(ＯＨ)₂の水酸化物を生成する。このＣｄ(ＯＨ)₂は各種の水和酸化物と吸着・共沈する。

なお、Ａｓ，Ｐｂ，Ｓｅなども、やはり水酸化物に転化し、Ｆｅ(ＯＨ)₃、Ａｌ(ＯＨ)₃に吸着された状態で共沈する。
このように、本発明で用いる溶出抑制材は、汚染土壌３から溶出した有害元素との間で上記した化学反応を起こすことによって、これら有害元素をいずれも不溶出化した状態で水和酸化物、無電荷の錯体、フッ化物の形態で捕捉ベッド２で捕捉される。

この溶出抑制材が上記した作用効果を発揮するためには、鉄粉１００質量部に対して、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム粉２０〜２００質量部、酸化カルシウム粉５０〜５００質量部の割合で混合されていることが好ましい。
酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム粉が鉄粉１００質量部に対し２０質量部より少ない場合には、上記した溶出抑制機構において、Ａｌ(ＯＨ)₃の水和酸化物の生成量が不足して、有害元素が充分に吸着・共沈しなくなるという問題が生じ、また２００質量部より多くすると、これらの解離で生成したＡｌ（ＯＨ）_３が他の有害元素の不溶化物に対する凝集効果を発揮するよりも、鉄粉を包み込んでその前記した作用効果を封殺してしまうからである。

なお、酸化アルミニウム粉と水酸化アルミニウム粉はそれぞれ単独で用いてもよいが、両者を混合して用いる方が有害元素に対する溶出抑制効果を高めることができるので好適である。
また酸化カルシウム粉が鉄粉１００質量部に対し５０質量部より少ない場合は、ＢＯ₃ ^3-やＦ^-の固定を充分に行うことができず、例えばＢの溶出量を確実に環境基準値以下にすることが困難となる。逆に５００質量部より多い場合は、環境のアルカリ性が強くなって溶存するイオンの総量が多くなり、不溶出化しない有害元素が増量するという不都合が生じてくる。

また、これらの粉末の粒子径は微細である方が比表面積が大きくなって活性になるので、上記した化学反応を推進するために、その粒子径は0.1〜1500μｍ程度であることが好ましい。
捕捉ベッド２の形成に際しては、鉄粉、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム粉、酸化カルシウム粉の３種類の粉末だけの混合粉を用いて形成してもよいが、この混合粉（溶出抑制材）を基材と混合して、当該基材に混合粉を担持または付着させた状態にして用いると、捕捉ベッドの敷設作業を円滑に進めることができるとともに、形成された捕捉ベッド透水性を確保できるので好適である。

その場合の基材としては、例えば石炭灰を主体とする粒状クリンカー、粒状のゼオライト、粒状火山灰土など透水性があり、多孔質な鉱物、またはロックウールなどを用いることができる。
この捕捉ベッド２は、地表１の上に上記した溶出抑制材またはそれと基材との混合物を層状に敷設して形成してもよく、また、地表に溶出抑制材やその基材との混合物を敷設したのち、例えばロータリースタビライのような表層混合機械でその直下の土壌と混合・攪拌したのち、その混合土壌を転圧して形成してもよい。

そして、捕捉ベッド２における溶出抑制材の含有量や捕捉ベッド２の厚みは、当該捕捉ベッド２の上に盛土される汚染土壌３に含有されている各有害元素の総量を不溶出化するために必要な量を目安にして決められる。
一方、その第１工法では、覆土４は、従来工法と同様にして形成されていてもよいが、次に説明する第２工法を適用して形成すると、覆土の厚みを従来に比べて大幅に薄くすることができ、また現地発生土（汚染土壌）であってもそれを無害土壌に転化して使用できるという点で有用である。

そこで次に第２工法について説明する。
第２工法は吹付け工法である。この工法では、上記した溶出抑制材、土壌、糊剤、水でスラリー客土を調製し、それを公知の吹付け法を適用して、地表、法面、前記した盛土の側面に吹付ける。必要に応じては、種子、養成剤、肥料などをスラリー客土に配合してもよい。

この第２工法では、上記した溶出抑制材を使用しているので、土壌として従来のような無害土壌に限らず現地発生の汚染土壌をそのまま使用することができる。汚染土壌に含有されている有害元素は、スラリー客土に共存している溶出抑制材の作用効果で不溶出化するため、形成された客土は全体として無害化するからである。
糊剤としては、吹付け工法で従来から使用されている例えばクリコート（商品名、栗田工業社製）のような高分子系のものやアルファグリーン（商品名、アルファグリーン社製）のような無機系のものをあげることができ、また両者を併用することもできる。とくに糊剤として、フライアッシュのような灰成分100質量部に対し、硫酸アルミニウム1〜20質量％、硫酸カルシウム1〜20質量％、シリカ粉末1〜20質量％、セメント成分10〜80質量％から成る添加剤10〜50質量部を混合した特許第２９３５４０８号の緑化・土壌安定化剤を用いると、形成された客土を保水性・通気性を備えた植生基盤にすることができるので好適である。

この第２工法を、第１工法における覆土の形成時に適用することが好ましい。まず、汚染土壌を用いて同じ汚染土壌の盛土からの有害元素溶出を抑制できるからである。また、従来工法の覆土は、盛土の側面から有害元素が溶出してくることを抑制するために、その厚みを50ｃｍ程度に厚くし、そして転圧して造成されていたのであるが、この第２工法では厚み5〜15ｃｍ程度と薄くし、しかも転圧作業を行わなくても、その覆土は盛土側面からの有害元素の溶出を抑制する機能を有しているからである。更に、形成された覆土は植生基盤としても機能させることができるので、環境にも優しい景観を提供することができる。

次に第３工法について説明する。
この工法は、汚染土壌の運搬・移動が新たな環境汚染を招くような場合に実施する工法である。
例えば工場跡地などでは、ある一定の区画のみが有害元素で集中的に汚染されている場合が多い。そのような跡地に新たな施設を建築する場合には、その汚染区画の土壌を無害化することが必要になる。

第３工法は、このような場合に適用して有効な方法である。この第３工法では、例えば、図2で示したように、無害化することを目的とする汚染区画６にバックホウのような掘削混合装置を７を配置し、汚染区画６溶出抑制材８を散布しながらその散布箇所の汚染土壌を掘削しながら両者を混合する。このとき汚染土壌と様子津抑制材をできるだけ均一に混合することが重要であるが、そのためには適量の水を同時に散布して掘削・混合作業を進めることが好ましい。そして、必要に応じては混合した土壌を更に転圧して整地すればよい。

この工法によれば、汚染土壌を掘削し、それを別の場所に運搬し、そこで無害化したのち埋戻すという作業は不要となり、従って運搬過程で起こりうる環境への汚染の拡散という問題は防止される。
また、第３工法によれば、用いる溶出抑制材の作用効果で、汚染区画６内の有害物質は不溶出化するので、工法終了時にあっても、その処理区画からの流出水における有害元素の溶出量は環境基準値を満たしている。

なお、このときの溶出抑制材の使用量は、汚染区画の土地容積、有害元素の種類と汚染濃度を予め把握し、それらの把握値から計算して決定する。

（実施例１）
鉄粉１ｇ、酸化アルミニウム粉１ｇ、酸化カルシウム粉１ｇを均一に混合して３ｇの混合粉を調製した。
一方、Ａｓ（III）濃度が100ｐｐｍの試料液10ｍｌを調製した。
この試料液に上記混合粉0.1ｇと無害土壌5ｇを投入し、温度25℃で、毎分200回
振とうする振とう試験を２４時間行った。

全体はスラリー状になった。ついでスラリーを濾過し、得られた濾液のＡｓ濃度をＪＩＳ Ｋ0102のＩＣＰ発光分析法で定量した。
Ａｓ濃度は7ｐｐｍとなっていて、上記した試料材におけるＡｓ除去率は93％であった。
このことから、有害元素（Ａｓ）が土壌と共存している状態にあっても、実施例の混合物は有害元素を捕捉してその溶出を抑制できることが判明した。
（実施例２）
次のような実験を行った。

実施例１の混合物0.5ｇを、下端部に排出口を有するメスシリンダの中に自然堆積の状態で充填し、その上に無害土壌100ｇを同じく自然堆積させた。
一方、ＡｓＯ_４ ^３−濃度0.2ｐｐｍ、Ｐｂ^２＋濃度0.2ｐｐｍ、Ｃｒ^６＋濃度0.2ｐｐｍの試料溶液100ｍｌを調製した。
一旦、前記メスシリンダに少量の蒸留水を注入して充填柱を湿潤させたのち、ここに上記試料溶液の全量を6時間かけて滴下し、その過程で充填柱からの透過水はメスシリンダの排出口から取り出してそれを貯留した。

得られた貯留溶液におけるＡｓ濃度、Ｐｂ濃度、Ｃｒ濃度をＩＣＰ発光分析法で定量した。
Ａｓ濃度は＜0.001ｐｐｍ、Ｐｂ濃度は0.0043ｐｐｍ、Ｃｒ濃度は＜0.002ｐｐｍで、それぞれの除去率はほぼ100％、98％、99％であった。
この実験から、この溶出抑制材の上方に汚染土壌を配置することにより、そこから溶出する有害元素はこの溶出抑制材で捕捉できることが判明した。

本発明の工法によれば、従来の盛土工法に比べて低廉な建設コストで汚染土壌から環境へ溶出する有害元素の溶出量を抑制することができる。

本発明の第１工法で建設された道路の一部概略図である。 本発明の第３工法を説明するための概略図である。

符号の説明

１ａ 地表
２ 有害元素捕捉ベッド
３ 盛土（汚染土壌）
４ 覆土（無害土壌）
５ 道路面
６ 汚染区画
７ 撹拌・混合装置

Claims (8)

1. 鉄粉、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム粉、ならびに酸化カルシウム粉を必須成分とする混合粉から成る有害元素の溶出抑制材が含まれている有害元素捕捉ベッドを地表に敷設し、前記有害元素捕捉ベットの上に前記有害元素を含有する汚染土壌の盛土を造成し、前記盛土の表面を覆って無害土壌の覆土を形成することを特徴とする汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。
2. 前記有害元素捕捉ベッドが、基材と前記溶出抑制材の混合物を前記地表に層状に敷設したのち転圧して形成される請求項１の、汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。
3. 前記基材が、粒状クリンカー、粒状ゼオライト、粒状火山灰土の群から選ばれる少なくとも１種、またはロックウールである請求項１または２の汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。
4. 前記有害元素捕捉ベッドが、前記溶出抑制材を前記地表に散布したのち前記地表の土壌と前記溶出抑制材を混合・攪拌し、更にその混合土壌を転圧して形成される請求項１〜３のいずれかの、汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。
5. 前記覆土が、吹付け工法で形成される請求項１〜４のいずれかの、汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。
6. 鉄粉、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム、ならびに酸化カルシウム粉を必須成分とする混合粉から成る有害元素の溶出抑制材と、土壌と、糊剤と、水とを混合してスラリー客土を調製し、前記スラリー客土を、地表、法面、または汚染土壌の盛土側面に吹付けて、前記地表、前記法面、または前記盛土側面からの有害元素の溶出を抑制することを特徴とする、汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。
7. 前記スラリー客土の土壌が現地発生土である請求項６の汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。
8. 鉄粉、酸化アルミニウム粉または／および水酸化アルミニウム、ならびに酸化カルシウム粉を必須成分とする混合粉から成る有害元素の溶出抑制材を、汚染区画内で、前記汚染区画内の汚染土壌と混合して、前記汚染土壌の有害元素の溶出を抑制することを特徴とする、汚染土壌からの有害元素の溶出抑制工法。

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