JP2010207659A

JP2010207659A - 焼石膏を含有した重金属等不溶化固化材

Info

Publication number: JP2010207659A
Application number: JP2009053659A
Authority: JP
Inventors: Masahito Yamaguchi; 雅人山口; Shinichi Miura; 真一三浦
Original assignee: Yoshino Gypsum Co Ltd; Sophia Co Ltd
Current assignee: Yoshino Gypsum Co Ltd; Sophia Co Ltd
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: JP5315096B2

Abstract

【課題】排水処理で生じる大量の汚泥や建設残土などの泥土の処理において、泥土中に含有される健康に影響を与える重金属等を効率的に不溶化して固定し、これらが溶出しないようにすると同時に処理物の固化を行うことができ、しかも、処理物が中性となる高性能の重金属等不溶化固化材の提供。
【解決手段】（Ａ）焼石膏に、（Ｂ）酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種のアルミニウム化合物並びに（Ｃ）カルシウム又はマグネシウム成分を含む中和剤が添加混合されてなることを特徴とする重金属等不溶化固化材。
【選択図】なし

Description

本発明は、焼石膏を含有した重金属等不溶化固化材に関し、さらに詳しくは、排水処理で生じる汚泥或いは建設残土などの泥土に添加混合して使用されて、泥土中に含まれる重金属等を不溶化すると同時に、固化して泥土に強度を与える重金属等不溶化固化材に関する。

排水処理で生じる大量の汚泥や建設残土などの含水泥土（以下、単に「泥土」という）を処理する際に、それらに含有されている重金属等の溶出を抑制する目的で、種々の重金属等の不溶化材が使用されており、その効果が確認されている。なお、ここでいう「重金属等」とは、平成１５年施行の土壌汚染対策法の第２条で規定される特定有害物質である重金属等（第２種特定有害物質）を言い、具体的には次のものである。
・カドミニウム及びその化合物
・六価クロム化合物
・シアン化合物
・水銀及びその化合物（アルキル水銀を含む）
・セレン及びその化合物
・鉛及びその化合物
・砒素及びその化合物
・ふっ素及びその化合物
・ほう素及びその化合物
しかしながら、従来の不溶化処理後の処理物は、その後に行われる運搬や埋立て時におけるハンドリングが難しい状態のものであり、別途、固化処理（強度付与）することが必要であった。一方、泥土の固化処理には、一般にセメント系や石灰系の固化材が用いられているが、固化材の使用に起因して処理後の泥土がアルカリ性を呈するという問題がある。すなわち、これらの処理物は、その後、埋め立てなどに使用されるため、環境への配慮から処理後の泥土が中性となる固化材の開発が望まれる。

ここで、土壌改質を中性で行う一つの方法として、石膏系の固化材を利用することが行われている。さらに、建材のリサイクルを推進するために、石膏系の固化材の原料として、建築廃材である廃石膏ボードから分離・回収されるリサイクル石膏、或いは石膏故型（ふるがた）に由来するリサイクル石膏等（以後「廃石膏」と略す）を利用することも検討されている。しかし、廃石膏には、それ自体に、或いは、廃石膏に混入する他の解体建材に由来したふっ素や鉛などの重金属等が含有されており、場合によっては、石膏系の固化材を使用することで、その溶出量が環境基準値を超えるおそれもある。もちろん、処理対象である泥土中の重金属等に対して、より効率よく溶出を抑制でき、その溶出量を低減することは最大の技術課題であるので、上記のような事態の発生は避けなければならず、より効果の高い重金属等の不溶化材の開発が望まれている。

排水中の重金属イオンを除去する技術として、Ａl₂Ｏ₃成分を含む化合物又は混合物と、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムと、排水中の重金属含有イオンとを接触させることでハイドロカルマイトを析出させ、その結晶中に重金属含有イオンを捕集し、これを固液分離することについての提案がある（特許文献１参照）。

特開２００１−２５２６７５号公報

しかしながら、本発明が処理対象としている泥土から水分を分離することは不可能であり、排水を対象とした上記の従来技術をそのまま適用することはできない。前述したように、泥土の処理にあたっては、実際に処理する現場で、重金属等の不溶化のみならず、処理物の固化を行って処理後における泥土の強度を高める必要がある。また、従来の技術では、処理物がアルカリ性を呈し、その改質作業も煩雑であるという問題があった。さらに、本発明者らの検討によれば、特に泥土中の重金属等の不溶化においては、前述した技術にあるハイドロカルマイトの析出による重金属等の捕集だけでは反応が充分でなく、この点でも改良の余地があった。

したがって、本発明の目的は、上記した課題を一挙に解決した高性能の重金属等不溶化固化材を提供することである。すなわち、その組成物を利用することで、泥土の処理において、泥土中に含有される健康に影響を与える重金属等を効率的に不溶化して固定し、これらが溶出しないようにすると同時に処理物を固化して強度を与えることができ、しかも、処理物が環境に配慮した中性のものとできる実用価値の高い製品を提供することにある。

上記目的は、以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、（Ａ）焼石膏に、（Ｂ）酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種のアルミニウム化合物並びに（Ｃ）カルシウム又はマグネシウム成分を含む中和剤が添加混合されてなることを特徴とする焼石膏を含有した重金属等不溶化固化材である。

また、本発明の好ましい形態としては、（Ａ）焼石膏１００質量部に対して、（Ｂ）酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種のアルミニウム化合物が０．８〜２０質量部の範囲で添加され、さらに、（Ｃ）カルシウム又はマグネシウム成分を含む中和剤が０．０８〜１５質量部の範囲で添加混合されてなる前記の重金属等不溶化固化材が挙げられる。

また、本発明の別の好ましい形態としては、前記（Ｂ）のアルミニウム化合物がアルミニウム硫酸塩水和物［Ａl₂(ＳＯ₄)₃・ｎＨ₂Ｏ］であり、かつ、前記（Ｃ）のカルシウム成分を含む中和剤が水酸化カルシウム［Ｃａ(ＯＨ)₂］であり、該（Ｃ）の中和剤が、上記（Ｂ）のアルミニウム化合物の０．１〜０．７５倍の質量の範囲で添加混合されている前記の重金属等不溶化固化材が挙げられる。

さらに、本発明の好ましい形態としては、前記焼石膏の一部又は全部が、廃石膏を焼成したものである前記の重金属等不溶化固化材が挙げられる。

さらに、本発明の他の実施形態は、排水処理で生じる汚泥或いは建設残土などの泥土に、前記いずれかの重金属等不溶化固化材を添加混合して固化することを特徴とする泥土の固化方法である。

本発明によれば、優れた重金属等不溶化固化材を使用することで、泥土の処理において、それらが含有するふっ素や重金属類の溶出を効率よく抑制することができる。また、同時に、これら重金属等の不溶化処理後の処理物の状態を、運搬や埋立て時のハンドリングが容易な固化された強度を有するものとできる。さらに、固化された処理物は、これを埋め立てなどに利用した場合において環境への影響が配慮された中性のものとなる。また、本発明の好ましい形態によれば、その原料に廃石膏を焼成したものが利用できるため、建築廃材のリサイクルの問題にも寄与でき、前述の優れた性能と併せて、さらなる環境配慮型の製品の提供が可能になる。

以下、好ましい実施の形態を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決すべく、従来、排水処理で生じる大量の汚泥や建設残土などの泥土の処理において、泥土に含まれる重金属等の溶出を充分に防止できなかった理由や、固化性能が安定しなかった理由について詳細な検討を行った。

本発明者らの検討の結果、上記したような泥土中の重金属等の不溶化処理に用いられている従来の不溶化材は、重金属等との反応性が充分でなく、完全に不溶化するためには、その使用量が多大になる等の問題があり、また、処理後の処理物に充分な強度を与えることができるものではないことを確認した。また、先に述べたように、従来の不溶化材や固化材は、それ自体がアルカリ性を呈するものが多く、このことが、環境配慮の点で、処理物を利用し難くしている大きな原因であることもわかった。

本発明者らは、上記した知見に基づき、さらに詳細な検討を行った結果、まず、重金属等の不溶化材に固化性能を付与するため、焼石膏を利用することが有効であることを見出した。そして、焼石膏に添加する不溶化材として機能するものとして、焼石膏に対して、酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種のアルミニウム化合物、さらにカルシウム又はマグネシウム成分を含む中和剤を添加混合させれば、重金属等の溶出を効率よく低減でき、かつ、泥土に対して良好な固化性能を示し、さらに処理物が中性となる重金属等不溶化固化材の提供が可能となることを見出して本発明に至った。また、焼石膏１００質量部に対して、アルミニウム化合物を０．８〜２０質量部の範囲で添加し、さらに、これにカルシウム成分又はマグネシウム成分を含む中和剤を０．０８〜１５質量部添加混合させた形態とすることが好ましいことがわかった。さらには、焼石膏１００質量部に対して、アルミニウム硫酸塩水和物［Ａl₂(ＳＯ₄)₃・ｎＨ₂Ｏ］を０．８〜２０質量部の範囲で添加し、さらに、該アルミニウム硫酸塩水和物の０．１〜０．７５倍の質量の範囲で水酸化カルシウム［Ｃａ(ＯＨ)₂］を添加混合させた形態とすることがより好ましいことを見出した。

上記した構成からなる本発明の重金属等不溶化固化材は、（Ａ）の焼石膏と（Ｂ）の不溶化材とが均一な状態に混合されたものとなるため、これを使用した場合に、処理作業の効率を格段に向上させることができる。さらに、その中和剤（Ｃ）として、焼石膏と同様にカルシウム成分を含むものを使用すれば、同様に均一な状態に混合される。

以下、本発明の重金属等不溶化固化材を構成する各資材について説明する。
（焼石膏）
焼石膏は、硫酸カルシウムの１／２水和物［ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ］であり、本発明の重金属等不溶化固化材に固化性能を付与する重要な成分である。すなわち、半水石膏は、泥土中の水と化学反応し、容易に二水石膏に変化するため、これで処理した泥土は固化して強度を有するものとなる。焼石膏としては、β型半水石膏、α型半水石膏、III型無水石膏、又はそれらの混合物などが挙げられ、いずれも用いることができる。焼石膏の原料石膏としては、天然物、副生石膏或いは廃石膏のいずれでもよいが、経済性を考慮すると廃石膏を用いることがより好ましい。

（アルミニウム化合物）
本発明の重金属等不溶化固化材を構成するアルミニウム化合物は、処理対象とする泥土中に含有されている、重金属等を鉱物化して固定し、その溶出が抑制されるようにするための不溶化成分である。具体的には、泥土中に含有されている、例えば、ひ素、セレン、カドミウム、水銀、鉛及びクロム等の重金属や、ふっ素やほう素などの無機物を不溶化し、処理物中に安定に固定する機能を有する。

本発明で使用するアルミニウム化合物は、酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる。これらの中でも特に、アルミニウム硫酸塩水和物［Ａl₂(ＳＯ₄)₃・ｎＨ₂Ｏ（ｎ＝６，１０，１６，１８，２７）］は、反応性に富み、カルシウム塩の存在下でハイドロカルマイト、マグネシウム塩の存在下でハイドロタルサイト等の層状複水酸化物様鉱物化して、泥土中の重金属等をその構造中に取り込み、重金属等の溶出を抑制する機能をもつ。また同時に、モノサルフェート様鉱物化とエトリンガイト様鉱物化して重金属等を構造中に取り込み、その溶出を抑制することも可能になる。

本発明の重金属等不溶化固化材は、焼石膏１００質量部に対して、上記に挙げたようなアルミニウム化合物を０．８〜２０質量部の範囲で添加してなるものであることが好ましい。すなわち、焼石膏１００質量部に対して、アルミニウム化合物の添加量が０．８質量部よりも少ないものは、重金属等を不溶化する効果が充分に得られないおそれがあり、一方、２０質量部よりも多く混合させたものは、材料コストが高くなって経済的でなくなる。好ましくは、焼石膏１００質量部に対して、アルミニウム化合物を３〜２０質量部の範囲で添加するとよい。より好ましくは、焼石膏１００質量部に対して、アルミニウム化合物を８〜１５質量部の範囲で添加するとよい。

（カルシウム成分又はマグネシウム成分を含む中和剤）
本発明の重金属等不溶化固化材を構成するカルシウム又はマグネシウム成分を含む中和剤としては、特に水酸化カルシウムが好適である。その他、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び水酸化マグネシウムなども使用できる。かかる成分は、前記したような焼石膏とアルミニウム化合物との混合物のｐＨを中性域に調整するための成分である。本発明に好適な水酸化カルシウム［Ｃａ(ＯＨ)₂］は、酸化カルシウムを加水して得られる。酸化カルシウムの原料となる炭酸カルシウムは、重質炭酸カルシウムでも軽質炭酸カルシウムでもよく、その種類等は問わない。中和剤の添加量は、処理後の汚泥が、中性になる範囲であればよく、具体的には、本発明の重金属等不溶化固化材のｐＨが５.８〜８.６になる範囲であればよい。中和剤として、例えば、水酸化カルシウムを用いる場合には、前記したアルミニウム化合物の０．１〜０．７５倍の質量となる範囲で添加混合させることが好ましい。

上記した構成を有する本発明の重金属等不溶化固化材は、特に、泥土に添加混合して固化処理する場合に利用することが好ましく、先述したような本発明の顕著な効果を得ることができる。これは、このような泥土の固化方法によれば、（Ａ）の焼石膏中及び（Ｃ）の中和剤中のカルシウム成分等と、（Ｂ）のアルミニウム化合物中の成分が反応して、層状複水酸化物様鉱物化して、泥土中の重金属等を構造中に取り込む作用を有するためと考えられる。加えて、（Ａ）の焼石膏中及び（Ｃ）の中和剤中のカルシウム成分等と、（Ｂ）のアルミニウム化合物中の成分が反応して、層状複水酸化物様鉱物化し、さらにモノサルフェート様鉱物化とエトリンガイト様鉱物化して、上記泥土中の重金属等を構造中に取り込む作用を有するためと考えられる。

本発明の泥土の固化方法の好ましい形態について説明する。本発明の泥土の固化方法は、本発明の重金属等不溶化固化材を泥土に添加混合して固化処理することを特徴とするが、その場合の固化材の添加混合は、下記のような基準で行うことが好ましい。このようにすれば、本発明の効果を十分に得ることができ、しかも経済的な処理が可能になる。すなわち、泥土への本発明の重金属等不溶化固化材の添加量は、泥土の含水率や、要求される処理土の固化強度にも拠るが、下記のようにすることが好ましい。すなわち、泥土に本発明の固化材を万遍なく添加混合して固化して一日養生したときのコーン指数が、１００ｋＮ／ｍ²以上、好ましくは１５０ｋＮ／ｍ²以上、より好ましくは２００ｋＮ／ｍ²となるように、その添加量を調整することで、より安定した処理が行えるようになる。処理物は、その後に埋立て等に利用されることを考えると、上記に加えて、固化した泥土のｐＨが５．６〜８．６の範囲になるように、本発明の重金属等不溶化固化材の量を調整して添加混合することが好ましい。このようにすれば、処理物を利用して埋立てられた土壌においてより確実に環境基準が守られるようになる。

上記の各値の測定は、以下に示す各試験方法に準拠し、下記に述べる方法で実施した。
（１）コーン指数試験：「締固めた土のコーン指数試験ＪＩＳＡ１２２８」に準拠した。
まず、９．５ｍｍのふるいを通過させた土の試料を、ＪＩＳＡ１２１０に準じて内径１０ｃｍのモールドに入れ、質量２．５kgのランマーで１層当たり２５回ずつ３層突固める。次に、供試体上端面の中央にコーンペネトロメーターを鉛直に立て、１ｃｍ／秒の速度で貫入させ、コーンの先端が供試体端面から、５ｃｍ、７．５ｃｍ及び１０ｃｍ貫入したときの荷重計の読みから、それぞれの貫入抵抗力を求める。コーン指数ｑ_c（ｋＮ／ｍ²）は、平均貫入抵抗力Ｑ_c（Ｎ）をコーン先端の底面積Ａ（ｃｍ²）から、次の式によって算出する。
ｑ_c＝Ｑ_c×１０／Ａ
（２）ｐＨ試験：「土懸濁液のｐＨ試験方法ＪＧＳ０２１１」に準拠した。
試料をビーカーに入れ、試料の乾燥質量に対する水（試料中の水を含む）の質量比が５になるように水を加える。試料を撹拌棒で懸濁させ、３０分以上、３時間以内静置したものを測定用の試料液とする。ビーカー内の試料液を撹拌した後、ガラス電極ｐＨ計で測定する。
（３）含水比試験：「土の含水比試験方法ＪＩＳＡ１２０３」に準拠した。含水比ｗ（％）は、次の式によって算出する。
ｗ＝（ｍ_a−ｍ_b）×１００／（ｍ_b−ｍ_c）
ｍ_a：試料と容器の質量（ｇ）
ｍ_b：炉乾燥試料と容器の質量（ｇ）
ｍ_c：容器の質量（ｇ）

次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、以下の記載で「部」とあるのは、特に断りのない限り質量基準である。
［実施例及び比較例］
焼石膏と、アルミニウム化合物と、中和剤として水酸化カルシウムを用いて、表１に示した配合の実施例及び比較例の重金属等不溶化固化材を作製した。焼石膏には、廃石膏を粉砕して焼成して得られたものを使用した。アルミニウム化合物としては、アルミニウム硫酸塩水和物［Ａl₂(ＳＯ₄)₃・１６Ｈ₂Ｏ］を用いた。

＜評価＞
含水比率４０％に調整した模擬汚染泥土に対して、表１に示した配合からなる実施例及び比較例の重金属等不溶化固化材を用いて、泥土の重金属等を不溶化処理する作業を行った。具体的には、処理対象の泥土１ｍ³のそれぞれに対して、各重金属等不溶化固化材を１００ｋｇ添加後、十分に混練して不溶化処理を行った。処理後、１日養生した後、泥土からのひ素とふっ素の溶出量と、その固化強度（コーン指数）及びｐＨを、それぞれ前述の方法にしたがって測定した。得られた結果を表２に示した。

さらに、実施例２と比較例１の重金属等不溶化固化材をそれぞれに用いて処理した泥土について、鉛、クロム及びセレンの溶出量を測定した。得られた結果を表３に示した。

表２、３に示した通り、処理物のｐＨは、いずれも環境への影響のない中性と判断される範囲であり、また、処理物はいずれも固化されており、ハンドリングに耐え得る十分な強度を有するものであることを確認した。さらに、実施例の重金属等不溶化固化材を用いた場合は、上記した効果に加えて、ひ素及びふっ素その他の金属類の溶出量は、比較例と比べてその溶出が抑制できており、また、その多くで環境基準を満足して良好な状態に維持できていることを確認した。

本発明の活用例としては、泥土に含まれる重金属等の確実な不溶化と、固化による泥土への強度付与を同時に行え、しかも処理物が中性のものとなる泥土の処理に好適な重金属等不溶化固化材が挙げられる。本発明の活用例としては、廃石膏の有効利用を可能とする重金属等不溶化固化材が挙げられる。

Claims

（Ａ）焼石膏に、（Ｂ）酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種のアルミニウム化合物並びに（Ｃ）カルシウム又はマグネシウム成分を含む中和剤が添加混合されてなることを特徴とする焼石膏を含有した重金属等不溶化固化材。
（Ａ）焼石膏１００質量部に対して、（Ｂ）酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種のアルミニウム化合物が０．８〜２０質量部の範囲で添加され、さらに、（Ｃ）カルシウム又はマグネシウム成分を含む中和剤が０．０８〜１５質量部添加混合されてなる請求項１に記載の重金属等不溶化固化材。
前記（Ｂ）のアルミニウム化合物がアルミニウム硫酸塩水和物[Ａl₂(ＳＯ₄)₃・ｎＨ₂Ｏ]であり、かつ、前記（Ｃ）のカルシウム成分を含む中和剤が水酸化カルシウム[Ｃａ(ＯＨ)₂]であり、該（Ｃ）の中和剤が、上記（Ｂ）のアルミニウム化合物の０．１〜０．７５倍の質量の範囲で添加混合されている請求項１又は２に記載の重金属等不溶化固化材。
前記焼石膏の一部又は全部が、廃石膏を焼成したものである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の重金属等不溶化固化材。
排水処理で生じる汚泥或いは建設残土などの泥土に請求項１乃至４のいずれか１項に記載の重金属等不溶化固化材を添加混合して固化することを特徴とする泥土の固化方法。