JP2014033988A

JP2014033988A - フェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法

Info

Publication number: JP2014033988A
Application number: JP2012175855A
Authority: JP
Inventors: Toyohiko Fujita; 豊彦藤田; Keisuke Nakano; 圭輔中野; Yoichi Izumisawa; 洋一泉澤; Kota Miyabe; 皓太宮部; Tomoaki Hirowatari; 智晶廣渡; Nobuyasu Okuda; 信康奥田
Original assignee: Takenaka Doboku Co Ltd
Current assignee: Takenaka Doboku Co Ltd
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-24

Abstract

【課題】重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させて、サイト内における処理土壌の再利用率向上および最終処分量の低減化を図ることができる、フェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法を提供する。
【解決手段】重金属汚染土壌に水を加えてスラリー化する段階と、スラリー化した重金属汚染土壌へ、水酸化ナトリウム等の一群から選択した少なくとも一種を添加してアルカリ性にすることで、土壌中の重金属の溶出を促進する段階と、重金属の溶出を促進した土壌中へ硫酸第一鉄を加え、常温で攪拌して重金属を取り込んだ微細なフェライトを生成させる段階と、フェライト化処理土壌から重金属を取り込んだフェライトを含んだ細粒分のみを分離する分級分離により重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させる段階と、から成る。
【選択図】図１

Description

この発明は、サイト内で重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化する方法の技術分野に属し、更に詳しく云えば、重金属汚染土壌をフェライト化することで、重金属汚染土壌中の重金属を生成する微細なフェライト中に移行させ、その後、分級分離、又は分級分離及び磁気分離を施すことで重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させて、サイト内における処理土壌の再利用率向上および最終処分量の低減化を図ることができる、フェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法。

従来、重金属で汚染された土壌の対策工事は、全体の約８割が汚染土壌を掘削除去することにより行われている。しかし、重金属汚染土壌を掘削除去するには、その処理工事にコストが非常に多く掛かり、更に、最終処理処分場の埋立容量にも限界があること等の問題点が挙げられていた。そのため、前記の問題を解決するべく、２０１０年４月に土壌汚染対策法の一部を改正する法律が施行された。この法改正により、重金属汚染土壌を掘削除去により処分する対策が減り、サイト内において重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させ、処理土壌の再利用率向上および最終処分量の低減化を図る対策が増えると予想されている。
サイト内で重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させる実用化技術として、分級・洗浄工法がある。しかし、この分級・洗浄工法は、（１）細粒分立が３割以下の砂質土しか成立しない。（２）１００％指定基準以下に低減化できるとは限らない。（３）大きな水処理装置を必要とする、等々の問題がある。

また、サイト内で重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化できる方法として、フェライト化処理を用いる方法もある。
フェライトとは、３価の鉄酸化物（Ｆｅ_２Ｏ_３）と２価の金属酸化物（ＦｅＯ、Ｃ_ｏＯ、ＺｎＯ、ＢａＯなど）との複合酸化物で、２価の重金属イオンをスピネル結晶内に取り込む性質がある。また、フェライト生成物は強い磁性を示し、磁気分離によって容易に除去できる特徴がある。
しかし、通常のフェライト化処理は、重金属汚染土壌中に硫酸第一鉄を適当量加え、アルカリ性剤を添加後、６０〜７０度に加熱しながら空気酸化を行う酸化法であるため、非常に多くのコストが掛かり経済的に困難であり、手間も掛かり工期が長期化する問題がある。

ところで、下記特許文献１には、サイト内で重金属汚染土壌をフェライト化して同重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化する方法が開示されている。
下記特許文献１に開示された重金属含有固形物の処理方法および同方法に用いる鉄塩溶液の製造方法は、常温でフェライト化することで、重金属を不溶化する技術である。
具体的には、先ず、第一鉄塩溶液に酸化剤（塩素酸ナトリウムを鉄総量の５〜２５重量％）を、同溶液中に含まれる鉄総量の２０〜８０重量％の鉄が第一鉄から第二鉄へ変化するのに必要な量添加して鉄塩溶液を製造し、該鉄塩溶液を重金属を含む固形物に、鉄として少なくとも１重量％となるように添加し、ｐＨをアルカリ性に調整し、全体を混練して固形物の中の重金属をフェライト化する方法である。

特開平１０−９９８２１号公報

上記特許文献１に開示された重金属含有固形物の処理方法および同方法に用いる鉄塩溶液の製造方法は、固形物中の重金属をフェライト化するために、酸化剤を加えたり、特殊な鉄塩溶液を製造する必要があるため、フェライト生成の条件が狭いうえに、手間が掛かって工期が長引き、施工費用も多く掛かる。
また、重金属を不溶化する技術は、現在の法律において区域指定解除の要件を満たさないため、実施が制限される。

本発明の目的は、常温でサイト内における重金属汚染土壌を容易にフェライト化することができ、分級分離、又は分級分離と磁気分離を施すことで重金属汚染土壌の重金属含有量を効果的に低減化させることができ、前記サイト内における再利用率を向上させること、及び最終処分量を効果的に低減化させることができる、フェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法を提供することである。

上記した従来技術の課題を解決する手段として、請求項１に記載した発明に係るフェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法は、
サイト内で重金属汚染土壌をフェライト化して同重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させる方法であって、
前記重金属汚染土壌に水を加えてスラリー化する段階と、
前記スラリー化した重金属汚染土壌へ、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムのいずれか一種又は二種以上を添加してアルカリ性にすることで、土壌中の重金属の溶出を促進する段階と、
前記重金属の溶出を促進した土壌中へ硫酸第一鉄を加え、常温で攪拌して重金属を取り込んだ微細なフェライトを生成させる段階と、
前記フェライト化処理土壌から重金属を取り込んだフェライトを含んだ細粒分のみを分離する分級分離により重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させる段階と、
から成ることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したフェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法において、
分級分離を行って重金属汚染土壌中から重金属含有量を低減化させた後、更に磁気分離を行って重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させることを特徴とする。

請求項１及び２に記載した発明に係るフェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法は、重金属汚染土壌に水を加えてスラリー化した後、水酸化ナトリウム等の一群から選択した少なくとも一種を添加してアルカリ性にすることで土壌中の重金属の溶出を促進し、その後に硫酸第一鉄を加え、常温で攪拌することで、重金属を取り込んだ微細なフェライトを生成させる。そして、フェライト化処理土壌から重金属を取り込んだフェライトを含んだ細粒分のみを分離する分級分離により、又は分級分離と磁気分離により、重金属汚染土壌中の重金属を除去する構成であり、酸化剤を加えたり、特殊な鉄塩溶液を製造する必要がなく、また、重金属を不溶化させる技術でもないため、重金属汚染土壌中の重金属含有量を、既往の技術と比較して容易に且つ効果的に低減化させることができ、サイト内における処理土壌の再利用率向上および最終処分量の低減化を図ることができる。

本発明に係るフェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法の有効性を示すために行った実験の結果を示したグラフである。

本発明に係るフェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法は、重金属汚染土壌に水を加えてスラリー化する段階と、スラリー化した重金属汚染土壌へ、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムのいずれか一種又は二種以上を添加してアルカリ性にすることで、土壌中の重金属の溶出を促進する段階と、重金属の溶出を促進した土壌中へ硫酸第一鉄を加え、常温で攪拌して重金属を取り込んだ微細なフェライトを生成させる段階と、フェライト化処理土壌から重金属を取り込んだフェライトを含んだ細粒分のみを分離する分級分離により重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させる段階とで構成する。

以下に、本発明に係るサイト内で重金属汚染土壌をフェライト化して同重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化する方法の実施例を説明する。
先ず、サイト内の金属汚染土壌中へ水を加えてスラリー化する。そして、前記スラリー化した重金属汚染土壌へ、水酸化ナトリウムを添加してアルカリ性にすることで、土壌中の重金属の溶出を促進する。このときアルカリ性のｐＨ値を１１〜１２に調整する。
なお、前記水酸化ナトリウムに代えて、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムの一群の中からいずれか一種を選んで添加しｐＨ値を１１〜１２としたアルカリ性にすることで、土壌中の重金属の溶出を促進することもできる。
或いは、前記水酸化ナトリウム等の一群の中から二種以上を選択して、スラリー化した重金属汚染土壌へ添加することによっても同様の効果が期待できる。

次に、重金属の溶出を促進した土壌中へ硫酸第一鉄を加え、常温で攪拌して重金属を取り込んだフェライトを生成させる。
このとき生成されるフェライトは、その生成条件により多種多様性を示すが、基本反応は、
（１）６Ｆｅ^２＋＋１２ＯＨ⁻ → ６Ｆｅ（ＯＨ）_２
（２）６Ｆｅ（ＯＨ）_２＋Ｏ_２ → ２Ｆｅ_３Ｏ_４＋６Ｈ_２Ｏ
であり、酸化によってマグネタイトが生成される。
また、水溶液に第一鉄イオン及び鉄以外に２価の重金属イオン（例えば鉛イオンＰｂ^２＋）が共存する場合、２価の鉄イオンＦｅ^２＋と２価の金属イオンＰｂ^２＋の混合水溶液に必要以上のアルカリ性剤を添加すると、次式により混合水酸化物又はこれらの固溶液が生成する。
（３）２Ｆｅ^２＋＋Ｐｂ^２＋＋６０Ｈ⁻ → ＰｂＦｅ_２（ＯＨ）_６
次いで、この縣濁水溶液の特定の条件下で酸化すると、次式によってフェライトが生成する。
（４）ＰｂＦｅ_２（ＯＨ）_６＋Ｏ_２ → ＰｂＦｅ_２Ｏ_４
の反応によって一度水酸化物の沈殿が出る。
次いで、これが再び溶解酸化晶を出して、最終的に微細な黒色に近いスピネル化合物（フェライト）を生成する。

次に、フェライト化処理土壌から、重金属を取り込んだフェライトを含んだ細粒分のみを分離する分級分離により、重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させる。
なお、分級分離を行って重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させた後、更に磁気分離を行って重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させることにより、より効果的に重金属含有量の低減化を図ることができる。

ここで、本出願の発明者らが上記フェライト化処理を用いた重金属汚染土壌の重金属含有量低減方法の有効性を確認するために行った実験の結果を、図１に基づいて説明する。なお、以下に説明する実験方法では、重金属汚染土壌の一例として鉛汚染土壌の場合を検討するが、重金属汚染土壌は、鉛汚染土壌に限定されない。
（実験方法について）
（１）鉛含有量４３３ｍｇ／ｋｇの鉛汚染土壌５０ｇ（粒径２ｍｍ以下）に対し、水１００ｍｍ程度を加える。
（２）前記スラリー化した鉛汚染土壌へ水酸化ナトリウムを添加してアルカリ性にすることで、土壌中の鉛の溶出を促進させる。
（３）上記した鉛含有量４３３ｍｇ／ｋｇの鉛汚染土壌５０ｇに対し、硫酸第一鉄・七水和物を６ｇ加えて攪拌する。なお、攪拌時間は１０分程度とする。
（４）前記フェライト化処理土壌を分級分離し、又は分級分離の後磁気分離を行い鉛汚染土壌中の鉛含有量を低減化させる。

図１は、上記実験により鉛汚染土壌中の鉛含有量を示したグラフである。
縦軸は鉛全含有量を示し、横軸は左から（Ａ）処理前の鉛汚染土壌、（Ｂ）分級分離のみ行った後の鉛汚染土壌、（Ｃ）分級分離及び磁気分離を行った後の鉛汚染土壌をそれぞれ示している。
図１のグラフによれば、（Ａ）処理前の鉛全含有量が４３３ｍｇ／ｋｇであるのに対し、（Ｂ）では、２３２ｍｇ／ｋｇ（除去率４６％）、（Ｃ）では、１６９ｍｇ／ｋｇ（除去率６１％）という結果が得られた。
よって、本発明に係るフェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法により重金属汚染土壌の重金属含有量を効果的に低減化できることが確認できた。

したがって、本発明に係るフェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法は、重金属汚染土壌に水を加えてスラリー化した後、水酸化ナトリウム等の一群から選択した少なくとも一種を添加してアルカリ性にすることで土壌中の重金属の溶出を促進し、その後に硫酸第一鉄を加え、常温で攪拌することで、重金属を取り込んだ微細なフェライトを生成させる。そして、フェライト化処理土壌から重金属を取り込んだフェライトを含んだ細粒分のみを分離する分級分離により、又は分級分離と磁気分離により、重金属汚染土壌中の重金属を除去する構成なので、重金属汚染土壌中の重金属含有量を容易に且つ効果的に低減化させることができ、サイト内における処理土壌の再利用率向上および最終処分量の低減化を図ることができる。

以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の要旨、及び技術思想を逸脱しない範囲で、当業者が必要に応じて行う設計変更や応用、変形として種々な態様で実施できることを、ここに念のため申し添える。

Claims

サイト内で重金属汚染土壌をフェライト化して同重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させる方法であって、
前記重金属汚染土壌に水を加えてスラリー化する段階と、
前記スラリー化した重金属汚染土壌へ、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムのいずれか一種又は二種以上を添加してアルカリ性にすることで、土壌中の重金属の溶出を促進する段階と、
前記重金属の溶出を促進した土壌中へ硫酸第一鉄を加え、常温で攪拌して重金属を取り込んだ微細なフェライトを生成させる段階と、
前記フェライト化処理土壌から重金属を取り込んだフェライトを含んだ細粒分のみを分離する分級分離により重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させる段階と、
から成ることを特徴とする、フェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法。
分級分離を行って重金属汚染土壌中から重金属含有量を低減化させた後、更に磁気分離を行って重金属汚染土壌中の重金属含有量を低減化させることを特徴とする、請求項１に記載したフェライト化処理を用いた重金属汚染土壌中の重金属含有量低減化方法。