JP2016113600A - 酸性水の中和処理残渣用固化材、酸性水の中和処理残渣の固化処理物及び酸性水の中和処理残渣の固化処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸性水の中和処理残渣用固化材であって、前記中和処理残渣用固化材は、MgO含有量が70質量%以上である酸性水の中和処理残渣用固化材である。また、中和処理残渣1m3に対して、中和処理残渣用固化材300kg以下を添加し混合して得られる中和処理残渣の固化処理物である。また、酸性水に中和剤を投入する中和処理工程と、生成した中和処理残渣1m3に対して、中和処理残渣用固化材300kg以下を添加し混合する酸性水の中和処理残渣の固化処理方法である。
【選択図】 図1
Description
本実施形態に係る酸性水の中和処理残渣用固化材はMgO含有量が70質量%以上である。MgO含有量は、好ましくは75〜98質量%、より好ましくは80〜95質量%、更に好ましくは85〜93質量%である。70質量%未満であると、十分な固化強度が得られない傾向にある。
また、水は、中和処理対象とする酸性水を用いると、別途、水を用意する必要がなく資源の有効利用に繋がる。
<酸性水の中和処理残渣の固化処理物>
本実施形態に係る酸性水の中和処理残渣の固化処理物は、上述した中和処理残渣1m3に対して、中和処理残渣用固化材300kg以下を添加し混合して得られる。300kgを超えると、固化処理物の容積が大きく、埋め立て処分場の延命化に貢献できない。
<酸性水の中和処理残渣の固化処理方法>
本実施形態に係る酸性水の中和処理残渣の固化処理方法は、酸性水に中和剤を投入する中和処理工程と、生成した中和処理残渣1m3に対して、中和処理残渣用固化材300kg以下を添加し混合する固化処理工程とを含む。300kgを超えると、固化処理物の容積が大きく、埋め立て処分場の延命化に貢献できない。
固化処理工程で中和処理残渣用固化材を混合する装置としては、バックホウ、スタビライザ、自走式土質改良機、クラムシェルが使用出来る。
[酸性水]
酸性水は、酸性の鉱泉水が流れ込んでいる河川から採取した。表1は、酸性水のpH、酸濃度(mEq/L)、硫酸イオン濃度(SO4 2−(mg/L))、アルミニウムイオン濃度(Al3+(mg/L))、鉄イオン濃度(Fe3+(mg/L))、カルシウムイオン濃度(Ca2+(mg/L))、及びマグネシウムイオン濃度(Mg2+(mg/L))を示す。
中和剤は、JIS Z8801の試験用ふるいを用いて、石灰100質量%に対してふるいの呼び寸法75μmのふるいを通過した石灰(炭酸カルシウム)を80質量%以上含む石灰(炭酸カルシウム)を酸性水で懸濁させた石灰乳液を用いた。
酸性水を中和処理する方法は、上記中和剤を酸性水の流れている河川に直接投入し、河川流量と酸性水のpHに基づき中和剤の調整を自動的に行う方法を取った。
酸性水の中和処理残渣は、酸性水の中和処理生成物を浚渫およびフィルタープレスにより脱水処理したものを採取したものを使用した。酸性水の中和処理残渣の物理的特性および力学的特性を表2に、化学成分を表3に、陽イオン交換容量および交換性カルシウムを表4に、X線回折スペクトルを図1に示す。化学成分は、JIS M 8853:1998「セラミックス用アルミノけい酸塩質原料の化学分析方法」によって測定した。陽イオン交換容量および交換性カルシウムは、肥料分析方法(農林水産省農業環境技術研究所)5.31.1酢酸アンモニウム法に準拠して測定した。X線回折スペクトルは、粉末X線回折装置(RINT−2500 リガク社製)を用いて測定した。
[固化材]
中和処理残渣の固化処理用固化材として、酸化マグネシウムを主成分とする固化材Aと、酸化カルシウムを主成分とする固化材Bを用いた。固化材Aと固化材Bの化学成分を表5に示す。化学成分は、JIS M 8853:1998「セラミックス用アルミノけい酸塩質原料の化学分析方法」によって測定した。なお、強熱減量は1025℃でしたものである。
酸性水の中和処理残渣の固化処理方法は、中和処理残渣1m3当りの外割質量(kg/m3)として固化材を50kg/m3、100kg/m3、200kg/m3添加し、ホバート型ミキサーを低速設定として90秒間練り混ぜた後、容器やパドルに付着した処理物をスパチュラを用いて掻き落とし、さらに低速設定として90秒間練り混ぜた。
一軸圧縮試験用の供試体は、固化処理した酸性水の中和処理残渣を、突き棒による締固めとタッピングの組合せによって、モールド(直径5cm、高さ10cm)に充填して成型した。成型した一軸圧縮試験用の供試体は、ポリエチレン製のフィルムにより密封を施して、湿気箱(温度20℃、湿度90%)にて7日間の養生を行った。養生した供試体の一軸圧縮強度は、JGS0511「土の一軸圧縮試験」に準拠して測定した。
一軸圧縮試験用に養生した供試体を木槌により粗砕して24時間風乾(温度20℃、湿度60%)して風乾土を調製した。風乾土30gと蒸留水300mlを、500mlのポリプロピレン製の容器に混合して6時間の往復振とう(振り幅4〜5cm、回転数300rpm)の後に、メンブレンフィルター(孔径45μm)で固液分離してろ液を得た。ろ液のpHをガラス電極式pHメータ(東亜ディーケーケー社製)を用いて測定し、測定結果をpHとした。
固化材Aを使用した実施例1〜3、固化材Bを使用した比較例1、2、および固化材を使用していない参考例1を表6に、固化材A及び固化材Bの添加量と一軸圧縮強度の関係を図2に、固化材Aによる固化処理前後のX線回折スペクトルを図3に、固化材Bによる固化処理前後のX線回折スペクトルを図4に示す。表6および図2に示すように、一軸圧縮強度200kN/m2以上を得るための添加量は、固化材Aでは25kg/m3以上であり、固化材Bでは225kg/m3以上と推察された。中和処理残渣に固化材Aを用いることで、比較的少ない添加量で固化でき、かつ建設発生土として十分利用可能な一軸圧縮強度が得られることがわかった。
固化材Aを50kg/m3添加及び200kg/m3添加によって固化処理された中和処理残渣は、図4中のCuKα=11〜12°付近に出現するピークに見られるように、ハイドロタルサイトの生成が特徴的であった。加えて、ハイドロタルサイトのピークは添加量に伴って増加する傾向にあった。
一軸圧縮試験用に養生した供試体の一部から試料を採取し、アセトンを用いて水和反応を停止した後、走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−3000H)を用いて中和処理残渣の微細組織を観察した。固化材Aで固化処理した中和処理残渣のSEM写真を図5に、固化材Bで固化処理した中和処理残渣のSEM写真を図6に示す。
図5に示すように、固化材Aで処理した中和処理残渣では、蜂の巣状の水和物が多く生成しており、硬化体組織が緻密化していることが確認された。一方、固化材Bで処理した中和処理残渣では、固化材Aの場合と異なって、蜂の巣状の水和物は確認されず、その組織は比較的粗くなっていることが確認された。
さらに、固化材Aでは、同じ一軸圧縮強度を得るための添加量が固化材Bの1/8以下に抑えることができるので、固化処理した中和処理残渣の発生量と容積の増加を抑制可能であると考えられる。すなわち、固化材Aを使用することで、固化材Bよりも埋め立て処分場の延命化に貢献できる。
固化材AのpHは、例えば、100kg/m3添加で比較すると、固化材Bよりも低いことがわかる。また、水酸化マグネシウムの飽和水溶液のpH10よりも低く、酸化マグネシウムによる固化処理した中和処理残渣を強アルカリにしなくても、一軸圧縮強度200kN/m2以上が得られることがわかった。
Claims (10)
- 酸性水の中和処理残渣用固化材であって、
前記中和処理残渣用固化材は、MgO含有量が70質量%以上であることを特徴とする酸性水の中和処理残渣用固化材。 - 前記酸性水は、鉱山廃水及び/又は河川水である、請求項1記載の酸性水の中和処理残渣用固化材。
- 前記酸性水はpHが4以下である、請求項1又は2記載の酸性水の中和処理残渣用固化材。
- 前記酸性水は、酸濃度が0.1mEq/L以上及び硫酸イオン濃度が200〜5000mg/Lである、請求項1〜3の何れか1項記載の酸性水の中和処理残渣用固化材。
- 前記酸性水は、アルミニウムイオン濃度が5〜500mg/L、鉄イオン濃度が0.1〜1500mg/L、カルシウムイオン濃度が10〜300mg/L及びマグネシウムイオン濃度が1〜50mg/Lである、請求項1〜4の何れか1項記載の酸性水の中和処理残渣用固化材。
- 前記中和処理は、75μm以下の粒子を70質量%以上含む炭酸カルシウムを水に溶解させた中和剤を用いる、請求項1〜5の何れか1項記載の酸性水の中和処理残渣用固化材。
- 前記中和処理残渣は、炭酸カルシウム、石英及び長石を含み、化学成分として、1025℃での強熱減量が20〜50質量%、SiO2含有量が5〜40質量%、CaO含有量が5〜30質量%及びAl2O3含有量が5〜40質量%であり、陽イオン交換容量が20〜100mEq/100g及び交換性カルシウムが1000〜20000mg/100gである、請求項1〜6の何れか1項記載の酸性水の中和処理残渣用固化材。
- 前記中和処理残渣1m3に対して、請求項1〜7の何れか1項記載の中和処理残渣用固化材300kg以下を添加し混合して得られることを特徴とする酸性水の中和処理残渣の固化処理物。
- 前記酸性水の中和処理残渣の固化処理物は、ハイドロタルサイトを含む、請求項8記載の酸性水の中和処理残渣の固化処理物。
- 酸性水に中和剤を投入する中和処理工程と、
生成した中和処理残渣1m3に対して、請求項1〜7の何れか1項記載の中和処理残渣用固化材300kg以下を添加し混合する固化処理工程とを含むことを特徴とする酸性水の中和処理残渣の固化処理方法。
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