JP2010201385A

JP2010201385A - 重金属含有畑地土壌の浄化方法

Info

Publication number: JP2010201385A
Application number: JP2009051765A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kamiya; 隆神谷; Hiroyuki Takano; 博幸高野; Katsumi Aono; 克己青野; Taku Nakano; 卓中野
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】重金属含有畑地土壌を効率良く浄化する方法を提供する。
【解決手段】カドミウム、鉛、ヒ素等の重金属含有畑地土壌を、洗浄槽にて、薬剤水溶液又は水で洗浄し、重金属を抽出して浄化する方法であって、洗浄液中に高分子凝集剤を加えた後、土壌スラリーをベルトプレス脱水することを特徴とする重金属含有畑地土壌の浄化方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、重金属含有畑地土壌を、効率良く浄化する方法に関する。

食品中に含まれる重金属は、継続的に摂取した場合に人体に影響を及ぼすことが知られており、様々な食品における重金属含有が社会問題として取り上げられる機会が増えている。最近では、ＦＡＯ／ＷＨＯ合同食品規格委員会（Ｃｏｄｅｘ）において食品中のカドミウム含有量に関する国際基準の策定が進められている。農作物に関する基準はこれまでの国内基準よりもさらに厳しい値となっていることや、穀類や豆類等これまで基準値の無かった農作物についても新たに基準値が設けられていることから、これらを栽培する農用地のカドミウム汚染対策が、今後重要なものとなる。

重金属含有土壌を改善する方法としては、客土法やファイトレメディエーション、重金属吸収抑制資材の施用などが知られている。また、特に重金属含有水田土壌においては、種々の薬剤を用い、土壌から重金属を溶出させて除去することにより、原位置にて汚染土壌を浄化する方法が検討されている。例えば、薬剤として、カルシウム塩、有機酸、無機酸及びアミノカルボン酸から選ばれる１種以上の水溶液を用いて洗浄する方法（特許文献１）や、土壌ｐＨ（Ｈ₂Ｏ）以下において加水分解により水酸イオンを配位して金属水酸化物を生成する金属塩化合物を用いて洗浄する方法（特許文献２）などが提案されている。

しかしながら、畑地は水田に比べ、一般に土壌粒子が粗く、また、不透水性の耕盤を有さないことから、原位置で洗浄を行った場合、洗浄水の浸透や隣接する畑地への漏水が発生し、洗浄水中に溶出した重金属が拡散するおそれがある。このため、畑地洗浄においては、土壌を洗浄するための洗浄槽の設置が必要となってくるが、１洗浄工程当たりに処理できる土壌量は、洗浄槽の設置数や容積に大きく依存し、現場条件によってこれらが制限される場合には、洗浄工程回数が増加するため工期が長期化し、コストが大幅に増加してしまうという問題がある。

特開２００４−２８３７４３号公報特開２００５−１６９３８１号公報

従って、本発明の目的は、重金属含有畑地土壌を、効率良く浄化する方法を提供することにある。

本発明者らは、斯かる実情に鑑み、種々検討した結果、洗浄後の土壌スラリーに高分子凝集剤を添加して、ベルトプレス脱水すれば、洗浄水を効率良く脱水することができ、重金属含有畑地土壌を、効率良く浄化できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、重金属含有畑地土壌を、洗浄槽にて、薬剤水溶液又は水で洗浄し、重金属を抽出して浄化する方法であって、洗浄液中に高分子凝集剤を加えた後、土壌スラリーをベルトプレス脱水することを特徴とする重金属含有畑地土壌の浄化方法を提供するものである。

本発明によれば、重金属含有畑地土壌を、効率良く浄化することができる。特に、洗浄水を効率良く脱水することができ、排出される洗浄排水は清澄で、排水処理の負荷が少ないものである。

本発明で浄化対象となる重金属含有畑地土壌としては、カドミウム、鉛、ヒ素等の重金属元素の単体、化合物又はイオンを含有する畑地土壌が挙げられる。特に、カドミウム含有畑地土壌の浄化に好適である。
なお、本発明において、畑地土壌とは、水田地の土壌以外の農耕地土壌全般を言い、さらに詳細には、国際土壌学会法による土性の分類において、強粘土である砂質埴土（SC）、軽埴土（LiC）、シルト質埴土（SiC）、重埴土（HC）以外の土壌で、透水性の高い土壌を言う。

土壌は、まず、浄化を目的とする土壌厚、通常作土厚２０〜３０cm程度を、ロータリー等を装着したトラクターにより数回耕耘する。このとき、低速で数回耕耘を繰り返すのが、土塊をできるだけ解砕することができるので好ましい。
次に、ホイールローダーや、同様の機構を有するブルトーザー、油圧ショベル等を用い、解砕された土壌を掻き寄せる。掻き寄せた土壌は、ホイールローダー等でダンプカーに積み込み、洗浄施設付近に運搬する。土壌の運搬は、ホイールローダーのほか、ベルトコンベア等を用いて行うこともできる。

運搬された土壌は、分級機により、５mm程度に分級し、粒径５mm以下の土壌を洗浄するのが好ましい。５mmを超えるものは、更に異物等を取り除いた後、解砕し、再度分級して洗浄するのが好ましい。分級機としては、トロンメル式分級機、振動ふるい等を用いることができる。

このようにして分級された土壌は、油圧ショベル、ホイールローダー、ベルトコンベア等を用いて洗浄槽に投入し、薬剤水溶液、水で洗浄する。
洗浄槽としては、円筒形、直方形等、何れの形状でも良いが、底部に２０〜６０度の角度で傾斜があり、コーン構造であるのが好ましい。

本発明で用いる薬剤としては、重金属含有土壌の洗浄に用いられるものであれば特に制限されないが、例えばカルシウム塩、有機酸、無機酸、アミノカルボン酸が挙げられる。カルシウム塩としては、例えば塩化カルシウム、硝酸カルシウム、酢酸カルシウム、ヨウ化カルシウム等が挙げられ；有機酸としては、クエン酸、コハク酸、酢酸、酒石酸、乳酸、酪酸、リンゴ酸、イタコン酸、グルコン酸、プロピオン酸等が挙げられ；無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸等が挙げられる。

アミノカルボン酸としては、カドミウムとともに錯体を形成するものであり、例えばアラニン、グルタミン酸、グリシン、システイン等のアミノ酸や、エチレンジアミン４酢酸（ＥＤＴＡ）、エチレングリコールビス（２−アミノエチルエーテル）４酢酸（ＥＧＴＡ）、１，２−ジアミノシクロヘキサン４酢酸（ＤＣＴＡ）、ジエチレントリアミン５酢酸（ＤＴＰＡ）、２−ヒドロキシエチルジアミン３酢酸（ＨＥＤＴＡ）、ニトリロ３酢酸（ＮＴＡ）、グルタミン酸二酢酸４ソーダ、アスパラギン酸二酢酸４ソーダ（ＡＳＤＡ）、メチルグリシン二酢酸３ソーダ（ＭＧＤＡ）、Ｓ，Ｓ−エチレンジアミンコハク酸（ＥＤＤＳ４Ｈ）、Ｓ，Ｓ−エチレンジアミンジコハク酸３ソーダ（ＥＤＤＳ３Ｎａ）が挙げられる。これらのうち、特に生分解性キレート剤であるグルタミン酸二酢酸４ソーダ、アスパラギン酸二酢酸４ソーダ（ＡＳＤＡ）、メチルグリシン二酢酸３ソーダ（ＭＧＤＡ）、Ｓ，Ｓ−エチレンジアミンコハク酸（ＥＤＤＳ４Ｈ）、Ｓ，Ｓ−エチレンジアミンジコハク酸３ソーダ（ＥＤＤＳ３Ｎａ）が好ましい。

また、薬剤として、土壌ｐＨ（Ｈ₂Ｏ）以下において加水分解により水酸イオンを配位して金属水酸化物を生成する金属塩化合物を用いることもできる。浄化対象土壌のｐＨは、概ねｐＨ９以下であり、このｐＨ以下において、水酸イオンが金属塩に配位して、金属水酸化物を生成するものである。

かかる金属塩化合物としては、例えば塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄、ポリ硫酸鉄等の鉄塩；硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム塩；塩化マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン等のマンガン塩；塩化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト等のコバルト塩；塩化銅、硝酸銅、硫酸銅等の銅塩などが挙げられる。

これらの薬剤のうち、特に塩化カルシウム、塩化第二鉄、塩酸が好ましい。
また、薬剤は１種又は２種以上を組合わせて用いることができ、薬剤水溶液の濃度は、５ｍＭ〜１Ｍ、特に１０ｍＭ〜０．１Ｍであるのが、薬剤コストの低減、水洗回数の低減、洗浄廃液処理の負荷低減の点で好ましい。

洗浄に用いる薬剤水溶液又は水の量は、浄化対象土壌の１．３〜３質量倍、特に１．５〜２質量倍であるのが、重金属の抽出効率が高まるので好ましい。

本発明において、薬剤水溶液で洗浄するとは、土壌と水溶液を直接混合する以外に、土壌に薬剤と水を別々に加えて混合して洗浄する方法、水を含む土壌に薬剤を混合して洗浄する方法も含まれる。水溶液の濃度や使用量が、前記の範囲内になるように用いれば良い。

洗浄は、攪拌装置を用いて、土壌と薬剤が十分混合されるまで攪拌して行うのが好ましい。抽出時間は１時間以上確保するのが好ましく、この間攪拌を継続するか、あるいは十分混合させた後、静置し、１時間後に更に攪拌しても良い。攪拌は、油圧ショベルのアタッチメントにローター攪拌機を装着したスタビライザーを用いることができ、圧縮空気による攪拌、スラリーの圧縮循環による攪拌等により行うこともできる。
圧縮空気は、ルーツブロアー、コンプレッサー等により発生し、土壌と薬液スラリー容量あたり、同量〜５質量倍／時間の量を送気することができる。また、スラリーの圧縮循環による攪拌は、モノーポンプ、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプ、水中ポンプ等により、土壌と薬液スラリー容量あたり、０．５〜２質量倍／時間の量を循環することができる。これらの攪拌は、それぞれ単独で行っても良いが、それぞれ組み合わせて行うのが、高い攪拌効率が得られ好ましい。

攪拌終了後、土壌スラリーに高分子凝集剤を加え、フロックを生成・粗大化させた後、ベルトプレス脱水する。
高分子凝集剤としては、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤の何れでも使用することができる。具体的には、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリアクリルアミドマンニッヒ変性物、キトサン、ポリビニルアミジン、４級ポリアミン、ポリエチレンイミン、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロライド等のカチオン系有機高分子凝集剤が、土壌スラリーを効率良く分離することができるので、好ましい。特に、アクリル酸メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合化合物のマグネシウム塩とポリエチレンイミンとの複合体が好ましく、更に、EB-a（林化学工業社製）は、地力増進法政令指定土壌改良資材であり好ましい。

これらの高分子凝集剤は、乾燥土壌に対して、０．００１〜０．１質量％、特に０．０１〜０．０５質量％の割合で添加するのが、土壌スラリーを効率良く脱水できるとともに、浄化後の土壌への残留量が少ないので好ましい。
なお、高分子凝集剤は、例えば、予め１０００mg／Ｌの水溶液として準備し、土壌と洗浄薬剤との混合処理後に添加し、１〜５分間緩く撹拌するのが好ましい。

ベルトプレスによる脱水は、撹拌された土壌スラリーをモノーポンプ、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプ、水中ポンプ、または水頭差を利用して導入することにより、行うことができる。このとき、高分子凝集剤により凝集した土壌粒子がポンプによる送泥時に壊れないよう、ダイヤフラム式のポンプで導入するか、水頭差で導入するのが好ましい。ベルトプレスは特に制限されないが、重力脱水部で重力水を脱水し、２〜１０kgf/cm²の圧力の範囲内で、４段階程度で加圧脱水すれば、効率良く脱水され、脱水により排出される洗浄排水中への土壌粒子の混入は大幅に低減される。

脱水後の土壌には、溶出した重金属及び洗浄薬剤が残留するため、再度、洗浄槽に充填し、水で希釈洗浄して、脱水する。水による希釈洗浄は、洗浄後土壌の自由水中塩素濃度が７００mg／Ｌ以下まで繰り返すのが好ましく、概ね１回実施すれば良い。また、吸引脱水装置を装備したベルトプレスにあっては、脱水土壌に水を散布し吸引脱水することで、水による希釈洗浄に代えることもできる。

一方、脱水により排出された洗浄排水は、貯槽に貯められ、排水処理装置にて、アルカリ沈殿処理することにより、重金属を水酸化物として析出させ、固液分離機にて固液分離後、上澄み液を中和し、浮遊物をバックフィルターで取り除いた後、放水される。沈殿物はフィルタープレス等で脱水し、産業廃棄物等として適切に処分する。

浄化処理された土壌は、バックホウ、ホイールローダー等でダンプカーに積み込み、元の圃場に返却する。土壌の運搬は、ホイールローダーや、ベルトコンベア等を用いて行うことができる。

圃場に返却された土壌のｐＨは酸性であるため、アルカリ剤を用いて中和処理を行うのが好ましい。アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、消石灰、生石灰、炭酸カルシウム、苦土炭酸カルシウム等を用いることができ、特に炭酸カルシウムが好ましい。中和処理は、土壌のｐＨを５〜８、特にｐＨ５．５〜６．５程度に調整するのが、植物の生育が健全となり、ほとんどの重金属が不溶化するので好ましい。

また、浄化処理により、土壌は単粒化されているので、堆肥等の有機質資材を投入するとともに、微量元素を適宜補うのが好ましい。更に、洗浄処理により分級された土壌を均質化し、施用された資材の混合、整地のため、ロータリー等の作業機を装着したトラクター等により混合整地を行うのが好ましい。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

実施例１
カドミウム含有畑地土壌５０ｇを２００mLポリ瓶に秤量し、１５mM塩化第二鉄水溶液１２５mLを添加し、１時間振盪器で撹拌した後、表１に示す高分子凝集剤の１０００mg／Ｌ水溶液を１５mL（土壌の０．０３質量％）加え、更に手で１分間緩やかに撹拌した。
これを、ベルトプレス濾布を装着したブフナーロートに注ぎ、真空ポンプにより吸引脱水し、得られた排水中の固形分量を測定した。また、処理した土壌は風乾処理し、土壌の５倍量の０．１Ｍ塩酸でカドミウムを抽出した。抽出液はＩＣＰ発光分析装置でカドミウム濃度を測定し、カドミウム除去率を求めた。結果を表１に示す。

Claims

重金属含有畑地土壌を、洗浄槽にて、薬剤水溶液又は水で洗浄し、重金属を抽出して浄化する方法であって、洗浄液中に高分子凝集剤を加えた後、土壌スラリーをベルトプレス脱水することを特徴とする重金属含有畑地土壌の浄化方法。
薬剤水溶液が、塩化カルシウム、塩化第二鉄又は塩酸水溶液である請求項１記載の浄化方法。
高分子凝集剤が、カチオン系有機高分子凝集剤である請求項１又は２記載の浄化方法。
高分子凝集剤が、アクリル酸メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合化合物のマグネシウム塩とポリエチレンイミンとの複合体である請求項１又は２記載の浄化方法。
高分子凝集剤を、乾燥土壌に対して０．００１〜０．１質量％加える請求項１〜４のいずれか１項記載の浄化方法。