JP2015178057A

JP2015178057A - 汚染土壌封じ込め工法

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Publication number: JP2015178057A
Application number: JP2014055784A
Authority: JP
Inventors: 川井　雅広; Masahiro Kawai; 雅広川井; 浩幸原田; Hiroyuki Harada; 省吾崎田; Shogo Sakida
Original assignee: Hiroshima Recycle Initiative NPO
Current assignee: Hiroshima Recycle Initiative NPO
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: JP6435107B2

Abstract

【課題】汚染土壌を構成する固体成分間の間隙や気泡を削減でき、埋戻した後に重金属の溶出を抑制する工法を提供供する。
【解決手段】掘削した汚染土を養生する第一養生工程、該養生した汚染土、粘土及びセメントを混合する混合工程、前記混合物に加水して混練する混練工程、前記混練物を真空吸引によって脱気しつつ押出成形してブロック体を成形する真空押出工程、前記ブロック体を養生する第二養生工程、及び、前記養生したブロック体を埋め戻す埋戻し工程を含む工程からなることを特徴とする汚染土壌封じ込め工法によって課題解決できた。
【選択図】図１

Description

本発明は、カドミウム、鉛、ヒ素などの重金属に汚染された土壌の改良技術に関し、汚染された土壌を堀削し、重金属を汚染土壌内に封じ込めた後に元の場所に埋戻して安全な土壌として使用ができる、重金属の溶出を抑制する汚染土壌封じ込め工法に関する。

重金属を汚染土壌内に封じ込む工法としては、特許文献１に、重金属で汚染された地盤の処理において、汚染地盤の周辺地盤中に該地盤の土壌とセメント系固化材を用いる高圧噴射撹拌工法や機械撹拌と高圧噴射撹拌の併用工法（以下深層混合処理工法）により遮水壁を造成するとともに、該遮水壁で囲まれた汚染地盤中の汚染物質である重金属の固型化及び不溶化処理と、原位置での封じ込めを深層混合処理工法で同時におこなうことを特徴とする重金属で汚染された土壌を原位置で封じ込める地盤改良工法が開示されている。

特許文献２には、平均粒子径１０ｍｍ以下の山砂１００重量部と、平均粒子径５ｍｍ以下の炭５〜１５重量部と、ポルトランドセメント６０〜６５重量部、パーライト４〜１０重量部およびノニオン系界面活性剤とを混合して成る組成混合物と、掘り起こした重金属、農薬、ＶＯＣのうち少なくともいずれか一つを含む土壌とを、１：０．８〜１．２の割合で混合撹拌し、該組成混合物と汚染物質を含んだ土壌と必要に応じて水とを撹拌混合したものを固化前の未だ混合によるモルタル状態にあるうちに掘り起こした現場又はその付近に埋戻し、該埋め戻された汚染土壌を該組成混合物で囲繞した状態で固化させることを特徴とする汚染土壌の改良方法が開示されている。

特開２００２−１８４１３号公報特許第５３０８０６８号公報

特許文献１に記載の発明は、汚染土壌を掘削し、その掘削した穴の周壁面や底面に遮水壁を造成し、前記汚染土壌を、高炉スラグを主体としたセメント系固化材と混合した後に埋め戻すという工法であることから、遮水壁を造成しなければならないという問題があり、工事費用の高コスト化になるという問題があった。

特許文献２に記載の発明は、ポルトランドセメントなどと混合させた汚染土壌をモルタル状態で埋め戻すことから、埋戻し工事中にモルタル状のコンクリートが固まる前に、降雨になったりすると重金属が流出してしまうという問題があった。

モルタル状のコンクリート等と混練した汚染土壌を固まるまでに一気に流し込むことから、流し込み時に汚染土壌内に空気も含まれているため、前記汚染土壌内に気泡が発生しやすい。また、混合材に多孔質の炭や独立気泡発泡体のパーライトを含有させていることから、土壌内の固体成分間に間隙が生じやすい。したがって、前記気泡や前記間隙に存する空気が気温上昇によって膨張して、これによって固められた汚染土壌に亀裂が生じるという問題があり、一方間隙等に水滴が付着すると温度低下によって氷状態になって膨張し、これによって固められた汚染土壌に亀裂が生じるという問題があった。固められた汚染土壌に亀裂が生じると汚染土壌内部に封じ込まれていた重金属が溶出するという問題があった。

そこで、本発明の課題は、汚染土壌を構成する固体成分間の間隙や気泡を削減でき、埋戻した後に重金属の溶出を抑制する工法を提供することである。

請求項１に記載の汚染土壌封じ込め工法１は、掘削した汚染土を養生する第一養生工程２、該養生した汚染土、粘土及びセメントを混合する混合工程３、前記混合物に加水して混練する混練工程４、前記混練物を真空吸引によって脱気しつつ押出成形してブロック体を成形する真空押出工程５、前記ブロック体を養生する第二養生工程６、及び、前記養生したブロック体を埋め戻す埋戻し工程７を含む工程からなることを特徴とする。

請求項２に記載の汚染土壌封じ込め工法１は、請求項１において、前記混練物の構成が、前記汚染土が５０〜７２重量％、前記セメントが３〜１０重量％、前記粘土が２５〜４０重量％であることを特徴とする。

本発明である汚染土壌封じ込み工法１は、重金属を粘土に吸着させ、該粘土をセメントで結合させて、真空により吸引で粘土やセメントの粒子間の間隙を最小限になるように狭くし、押圧で前記粒子間をきつく密着させることから、重金属が内部に封じ込められ、埋戻しても重金属が溶出困難な状態にするという効果を奏する。

また、土壌中は水分が存在するので水中養生に近い環境であることによって、埋戻したことによってさらにブロック体の強度が高まり、ブロック体内に封じ込めた重金属が溶出困難な状態を維持することができるという効果を奏する。

本発明である汚染土壌封じ込み工法のフロー図である。

本発明である汚染土壌封じ込み工法１は、図１のフローに示すように、掘削した汚染土を養生する第一養生工程２、該養生した汚染土、粘土及びセメントを混合する混合工程３、前記混合物に加水し混練する混練工程４、前記混練物を真空吸引によって脱気しつつ押出成形してブロック体を成形する真空押出工程５、前記ブロック体を養生する第二養生工程６、及び、前記養生したブロック体を埋め戻す埋戻し工程７を含む工程からなる。

汚染土は、カドミウム、鉛、ヒ素、フッ素、水銀、セレン及びそれぞれの化合物、あるいは六価クロム化合物などの重金属を含有した土をいい、土壌汚染対策法に基づく要措置区域や形質変更時要届出区域に指定されている土地で掘削された土をいう。

まず、前準備１０である。前準備１０段階においては、後工程において混練させ真空押出してもいいレベルの大きさに近づける。最初に、重金属で汚染された土壌をショベルカーなどで掘削する。掘削した汚染土中には大きな石などの塊が存在しているので、掘削した汚染土を回転フルイであるトロンメルや篩によって、破砕化が困難な大きさである石等の塊状のものを除くように篩分けする。例えば、破砕化が困難で粒子径を小さくするのが困難である大きさの下限を４０ｍｍと設定すると、４０ｍｍ用の網目を設けたトロンメルや篩で４０ｍｍ以上と４０ｍｍ未満のものに篩分けする。４０ｍｍ以上の塊は掘削してできた穴の底に栗石として敷設するのに使用する。

次に、第一養生工程２である。４０ｍｍ未満の篩分けした汚染土には水分が多く含有されているため、セメントや粘土との均一な混合ができにくい。そこで、４０ｍｍ未満の篩分けした汚染土を混練機で混練した後に、天日養生を約１日実施する。この天日養生により汚染土の水分を減じて、セメントなどと均一な混練を可能な状態にする。

次に、混合工程３である。まず、第一養生工程２を経て水分を減じた汚染土を、２０ｍｍ用の網目に取り換えた又は設けたトロンメルや篩で２０ｍｍ以上と２０ｍｍ未満のものに篩分けする。２０ｍｍ以上の塊は掘削してできた穴の底に栗石として敷設するのに使用する。掘削した汚染土をいきなり２０ｍｍ網目で篩にかけると、きちんと分離できないので、最初に４０ｍｍ網目を使用して篩にかけ、その後２０ｍｍ網目にかける。

そして、２０ｍｍ未満に分離された汚染土を、クラッシャーで粒径１０ｍｍ以下に破砕する。汚染土の粒径を１０ｍｍ以下にすることにより、粒径の大きさのバラツキ幅が小になり、これにより真空押出工程時にブロック体が硬くなりやすくなる。

１０ｍｍ未満に破砕され水分が減じられた汚染土、粘土及びセメントを、それぞれ貯留している機器から混水混練機にそれぞれ定められた割合の量を供給し混合する。

粘土は、粘土質を有するものであればよく、例えば、脱水ケーキ状の製砂汚泥、建設汚泥などがある。粘土は、粒子径が約５μｍであり表面積が広いし、かつ表面が負に帯電しているため、プラスイオンの重金属が粘土に吸着しやすいことから、重金属を封じ込むのに効果を有する。しかし、粘土は、吸着力は有するが固定化が難しく、例えば水を含むと溶解して流れ出やすいので汚染土が分割しやすい。一方、セメントに比較して安価であることや、重金属を溶出しないように封じ込むためには粘土をより多く使用した方がよく、一方粘土だけだと固定化が弱いので汚染土がバラバラになりやすく、水を含むと流れ出すという問題がある。

本発明は、重金属を粘土に吸着させ、個々の粒子ごとでは結合しにくい粘土をセメントが結合材となって結びつけて、重金属の溶出を抑制させる。また、粘土の中には脱水ケーキのように産業廃棄物であるものがあるが、本発明の使用によって廃棄せずに有効利用することができる。

次に、セメントは結合材であり、セメントには重金属は吸着しないが、粘土の粒子同士を結合させて固定化させる効果がある。後工程である混練工程において、粘土とセメントの粒子がうまくからみあって、粘土同士が連結状態で一層強化な粘土の集合体になるという効果がある。

セメントの含有量は、粘土の量とのバランスから設定され、セメント量が少な過ぎると粘土間の結合状態が弱くなり、セメント量が多すぎると粘土の量が少なくなって重金属の吸着量が減ずる。また、セメントの種類は、高炉セメントやポルトランドセメントなどがあるがいずれのセメントであってもよい。

そこで、粘土とセメントのバランスから、混合割合を、汚染土が５０〜７２重量％、セメントが３〜１０重量％、粘土が２５〜４０重量％とした。汚染土の割合は多い方が一度に処理量が増加するが、重金属の溶出阻止のためから５０〜７２重量％とした。５０重量％未満であれば、一度に処理できる量が少なすぎるし、７２重量％超では重金属吸着力が低下し重金属が溶出しやすい。また、セメントが３重量％未満になると粘土間の固定化が進まず溶出しやすくなり、セメントが１０重量％超になると重金属の吸着量が減じる。また、粘土が２４重量％未満になると重金属吸着力が低下し重金属が溶出しやすくなり、４９重量％超となると粘土の粒子間の結びつきが緩くなり重金属が溶出しやすくなる。

次に、混練工程４である。混水混練機を使用して、加水しながら混練をする。水分含有量が少なすぎると混練しても均一化が進まないので、混練状況を観察しながらうまく均一に混ざるように水分量を調整しながら加水をし、混練を実施する。

次に、真空押出工程５である。真空押出し機を使用し、混練物を真空吸引によって脱気しつつ押出成形してブロック体を成形する。真空押圧においては、やわらかい方が押出時の成形がうまくできやすい。そのために、混練工程における加水の状況が影響される。また、真空成形することによって、内部に気泡が生じにくいので天日養生などの養生でひび割れすることもない。前記真空押出機は、断面形状が、円形、四角形、多角形などの任意に設定した形状のものを連続して成形するので、適度な間隔を設けて切断する。

混練物を真空で吸引し押圧することにより、汚染土を主成分とした混練物はきつく押し付けられるため、該混練物の内部には気泡や間隙が存在し難くなる。これにより、気泡や間隙に存する空気の膨張や氷の膨張によりコンクリートに亀裂が発生しにくい。これにより、重金属が溶出し難い。

また、ブロック体の外周面から内部に向かってきつく押圧をかけるため、重金属が吸着した粘土、該粘土同士を結合させたセメントを含有するブロック体が硬くなり、それぞれの粘土やセメント同士の接触面の圧力が高まって重金属が溶出し難くなる。

次に、第二養生工程６である。前記ブロック体を天日養生により、約３〜６日の養生を実施する。

次に、埋戻し工程７である。前記養生したブロック体を掘削した場所に埋め戻す工程である。このときには、掘削した穴の底部上には、前準備段階で篩分けした４０ｍｍ超の石等の塊を置き、ベースコンクリートを約５ｃｍの厚さで流し込む。そして、ベースコンクリートの養生が完了したら、真空押出工程でできたブロック体を平面的に並べ、かつ積層させていく。そして掘削した穴の前記ブロック体との間隙に覆土をする。これにより、本発明の汚染土壌封じ込め工法が完了する。

以下に実施例を記載するが、本発明は実施例に限定されない。

模擬汚染土壌を用いた固化体の溶出特性の調査をタンクリーチング試験で行った。供試体は、環境庁告示４６号の溶出試験に基づき、直径２５ｍｍで長さ１０ｃｍの塊状のものとした。そして、供試体を、非金属製の容器に貯留させた固液比１：１０の溶媒水に供試体のすべてが水没するように入れ、容器を密封し２０℃の恒温室内に静置した。前記溶媒水は、純水を使用し、純水の初期のｐＨは５．８〜６．３であった。そして、水浸２８日後に溶媒水を採水して孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターにて濾過し分析した。表１に、原料とした、重金属を追加していない土壌、脱水ケーキなる粘土、及び、セメントそれぞれについて実施した環境庁告示４６号の溶出試験結果を示し、表２に重金属を混入させた供試体ごとの重金属の種類と量を示し、表３に重金属を混入させた供試体ごとのタンクリーチング試験結果を示し、表４に溶出のあったクロムについての経過日数ごとの溶出状況を示す。表２において供試体は重金属の種類及び量ごとに９本ずつ製作した。

表１から、セメントからクロムが溶出され、土壌や粘土の他の原料からは重金属は検出されなかったことが示されている。このことはセメントを多く使用すると、重金属であるクロムが溶出されやすいことが示されているので、セメントの使用量を減少させることが重要であることが示唆されている。また、これから使用する原料がセメントのクロムを除いて重金属で汚染されていないことを確認し、この後に重金属を添加して模擬汚染土壌をつくった。なお、クロムの土壌溶出基準は六価クロムを記載している。

表３から、カドミウム、鉛、ヒ素、フッ素については測定しても検出できなかったことが示され、クロムについては検出されたことを示している。しかし、クロムについてはセメント自体の環境庁告示４６号の溶出試験結果からクロムが溶出していたので、封じ込めた重金属が溶出したものでなくセメントから溶出したものと判断できる。したがって、重金属の封じ込めにはセメントを多く使用することは好ましくないことが示唆され、本発明の汚染土壌封じ込め工法を用いると重金属の溶出を抑制することが示唆されている。本発明においては、セメントは粘土同士を結合させるのに必要であるがセメントの量を３〜１０重量％に抑えてセメント自体による重金属の溶出を抑制させている。

表４は、クロムの経過日数ごとの検出量を示している。これらの量は土壌に混入させたクロムの量０．６ｍｇ／Ｌから溶出したものでなく、セメント自体に含有されていたクロムが溶出したものを判断できる。それは、セメントのみを環境庁告示４６号の溶出試験したときに０．１９２ｍｇ／Ｌが溶出していたこと、供試体からのクロムの溶出量はセメント単体のクロムの溶出量より少ないこと、供試体から他の重金属は溶出していないことから示唆されている。

本発明の汚染土壌封じ込め工法を用いた場合のブロック体の一軸圧縮強度を測定した。汚染土壌や粘土をロールクラッシャーにかけ粒径を１ｍｍ以下にして攪拌機で汚染土壌と粘土を２分間撹拌後、水と高炉セメントを加えて１分３０秒さらに撹拌し、真空混練成形機で、直径２．５ｃｍ長さ１０ｃｍの供試体を製作した。該供試体の構成は、汚染土壌５５重量％、粘土３６重量％、セメント９重量％で、初期含水率が約１３％であった。供試体を両端から圧力をかけて供試体が折損、破損又は座屈等の変形が始まった時の圧力を測定し、供試体を大気養生させた場合と水中養生させた場合とで比較し、その結果を表５に示す。埋戻し後の土壌中の環境は水中養生に近いと考えられる。

表５から、大気養生より水中養生の方が一軸圧縮強度が高く、かつ水中養生の方は養生開始１か月後より５か月経過後の方が一軸圧縮強度が増加したことを示している。これにより、土壌中は水中養生に近い環境になることから、本発明の汚染土壌封じ込め工法を用いた場合のブロック体の強度は高くなり、該ブロック体の粘土やセメントなどの粒子間は密着した状態が保持されて重金属が溶出しにくい状態が維持されていることを示唆している。

１汚染土壌封じ込め工法
２第一養生工程
３混合工程
４混練工程
５真空押出工程
６第二養生工程
７埋戻し工程
１０前準備

Claims

掘削した汚染土を養生する第一養生工程、該養生した汚染土、粘土及びセメントを混合する混合工程、前記混合物に加水して混練する混練工程、前記混練物を真空吸引によって脱気しつつ押出成形してブロック体を成形する真空押出工程、前記ブロック体を養生する第二養生工程、及び、前記養生したブロック体を埋め戻す埋戻し工程を含む工程からなることを特徴とする汚染土壌封じ込め工法。
前記混練物の構成が、前記汚染土が５０〜７２重量％、前記セメントが３〜１０重量％、前記粘土が２５〜４０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌封じ込め工法。