JP2017047363A - 汚染土壌の無害化処理方法 - Google Patents
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
【課題】前記乾式磁選を行うときの汚染土壌の団粒を小さくすることができ、更に、処理後土壌の重量が多くなることがなく、水分を含んだときの体積膨張率が低くなるために前記浄化土壌の埋戻し場所が制限されることがない汚染土壌の無害化処理方法の提供。
【解決手段】砒素、鉛、六価クロム、カドミウム、セレン、水銀、シアン、フッ素及びほう素から選択される少なくとも１種の汚染物質を含む汚染土壌に対して鉄粉を添加する鉄粉添加工程と、磁選前の汚染土壌に吸水性ポリマーを添加する吸水性ポリマー添加工程と、前記吸水性ポリマーが添加された汚染土壌から鉄粉を乾式磁選により回収除去する乾式磁選工程と、前記乾式磁選工程で得られた非磁着物に無機化合物を添加する無機化合物添加工程とを含む汚染土壌の無害化処理方法である。
【選択図】図１
【解決手段】砒素、鉛、六価クロム、カドミウム、セレン、水銀、シアン、フッ素及びほう素から選択される少なくとも１種の汚染物質を含む汚染土壌に対して鉄粉を添加する鉄粉添加工程と、磁選前の汚染土壌に吸水性ポリマーを添加する吸水性ポリマー添加工程と、前記吸水性ポリマーが添加された汚染土壌から鉄粉を乾式磁選により回収除去する乾式磁選工程と、前記乾式磁選工程で得られた非磁着物に無機化合物を添加する無機化合物添加工程とを含む汚染土壌の無害化処理方法である。
【選択図】図１
Description
本発明は、汚染土壌の無害化処理方法に関する。
近年、景気浮揚等に伴いトンネル工事や再開発工事の着手が多くなってきている。これに伴って発生する残土の捨て場の確保が問題となっている。前記残土中には砒素をはじめとする自然由来の汚染物質による汚染土壌も含まれ、その対応方法が課題となっている。前記汚染土壌の特徴として、汚染物質の含有量が土壌汚染対策法に規定されている含有量基準に比較して、比較的微量である一方、溶出量基準を数倍〜数１０倍程度超過するという傾向がある。
そこで、本出願人は、汚染土壌に対して鉄粉を添加する鉄粉添加工程と、磁選前の汚染土壌の水分含有量を３６質量％以下に調整する水分含有量調整工程と、水分含有量が３６質量％以下である汚染土壌から鉄粉を乾式磁選により回収除去する乾式磁選工程とを含む汚染土壌の無害化処理方法を提案している（特許文献１参照）。この提案によれば、乾式処理により汚染土壌を浄化土壌として簡便かつ有効に利用することができる。
しかしながら、この提案では、前記水分含有量調整工程において、土質に応じて適宜選定して、中性固化材などの吸湿材（吸水剤）を混合して前記汚染土壌の水分含有量を調整しており、特にシルト分及び粘土分が多い前記汚染土壌には、前記中性固化材を、前記汚染土壌に対して１０質量％以上３０質量％以下と、多量に添加をしなければ、乾式磁選を行うことができなかった。このため、処理後土壌の重量が多くなり、供給設備の過大化、利用場所までの運搬費の増加が問題となっていた。また、前記中性固化材を添加した後の汚染土壌は、土の塊（団粒）が大きくなる傾向があり、前記団粒が大きいままの状態で前記乾式磁選すると、汚染物質の除去効果が低下するという問題があり、前記乾式磁選をより効果的に行うために、前記団粒をより小さい状態にする方法が求められていた。
更に、汚染土壌の無害化処理方法によって得られた浄化土壌については、安全性だけでなく、埋戻しの場所が制限されないように、浄化土壌に必要とされる性状（例えば、体積膨張率が低いことなど）としてから埋戻しをすることが求められていた。
したがって、前記乾式磁選を行うときの汚染土壌の団粒を小さくすることができ、更に、処理後土壌の重量が多くなることがなく、水分を含んだときの体積膨張率が低くなるために前記浄化土壌の埋戻し場所が制限されることがない汚染土壌の無害化処理方法の提供が望まれている。
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、前記乾式磁選を行うときの汚染土壌の団粒を小さくすることができ、更に、処理後土壌の重量が多くなることがなく、水分を含んだときの体積膨張率が低くなるために前記浄化土壌の埋戻し場所が制限されることがない汚染土壌の無害化処理方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 砒素、鉛、六価クロム、カドミウム、セレン、水銀、シアン、フッ素及びほう素から選択される少なくとも１種の汚染物質を含む汚染土壌に対して鉄粉を添加する鉄粉添加工程と、
磁選前の汚染土壌に吸水性ポリマーを添加する吸水性ポリマー添加工程と、
前記吸水性ポリマーが添加された汚染土壌から鉄粉を乾式磁選により回収除去する乾式磁選工程と、
前記乾式磁選工程で得られた非磁着物に無機化合物を添加する無機化合物添加工程とを含むことを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法である。
＜２＞ 前記汚染土壌に対して０．１質量％以上１．０質量％以下の前記吸水性ポリマーを添加する前記＜１＞に記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜３＞ 前記無機化合物の添加量が、前記非磁着物１００質量部に対して、０．５質量部以上１０質量部以下である前記＜１＞又は＜２＞に記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜４＞ 前記無機化合物が、半水石膏、無水石膏、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸鉄、塩化鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、及び焼却灰の少なくともいずれかである前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜５＞ 前記汚染土壌に対して前記吸水性ポリマーが０．１質量％以上添加されたときに、前記無機化合物が添加される前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜６＞ 前記吸水性ポリマーを添加した前記乾式磁選前の前記汚染土壌を、予め９．５ｍｍの篩で篩分けして得られた９．５ｍｍ以下の区分の質量基準の累積５０％粒子径Ｄ５０が、４ｍｍ以下である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜７＞ 鉄粉添加前の汚染土壌の水分含有量が、６０質量％以下である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜８＞ 無機化合物が添加された非磁着物の体積膨張率が、１３０％以下である前記＜１＞から＜７＞に記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜１＞ 砒素、鉛、六価クロム、カドミウム、セレン、水銀、シアン、フッ素及びほう素から選択される少なくとも１種の汚染物質を含む汚染土壌に対して鉄粉を添加する鉄粉添加工程と、
磁選前の汚染土壌に吸水性ポリマーを添加する吸水性ポリマー添加工程と、
前記吸水性ポリマーが添加された汚染土壌から鉄粉を乾式磁選により回収除去する乾式磁選工程と、
前記乾式磁選工程で得られた非磁着物に無機化合物を添加する無機化合物添加工程とを含むことを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法である。
＜２＞ 前記汚染土壌に対して０．１質量％以上１．０質量％以下の前記吸水性ポリマーを添加する前記＜１＞に記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜３＞ 前記無機化合物の添加量が、前記非磁着物１００質量部に対して、０．５質量部以上１０質量部以下である前記＜１＞又は＜２＞に記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜４＞ 前記無機化合物が、半水石膏、無水石膏、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸鉄、塩化鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、及び焼却灰の少なくともいずれかである前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜５＞ 前記汚染土壌に対して前記吸水性ポリマーが０．１質量％以上添加されたときに、前記無機化合物が添加される前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜６＞ 前記吸水性ポリマーを添加した前記乾式磁選前の前記汚染土壌を、予め９．５ｍｍの篩で篩分けして得られた９．５ｍｍ以下の区分の質量基準の累積５０％粒子径Ｄ５０が、４ｍｍ以下である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜７＞ 鉄粉添加前の汚染土壌の水分含有量が、６０質量％以下である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
＜８＞ 無機化合物が添加された非磁着物の体積膨張率が、１３０％以下である前記＜１＞から＜７＞に記載の汚染土壌の無害化処理方法である。
本発明によると、従来における問題を解決することができ、前記乾式磁選を行うときの汚染土壌の団粒を小さくすることができ、更に、処理後土壌の重量が多くなることがなく、水分を含んだときの体積膨張率が低くなるために前記浄化土壌の埋戻し場所が制限されることがない汚染土壌の無害化処理方法を提供することができる。
（汚染土壌の無害化処理方法）
本発明の汚染土壌の無害化処理方法は、鉄粉添加工程と、吸水性ポリマー添加工程と、乾式磁選工程と、無機化合物添加工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
なお、汚染土壌の無害化とは、汚染土壌に含まれる汚染物質を、土壌汚染対策法施行規則（平成１４年環境省令第２９号）第５条第３項第４号の規定に基づき、環境大臣が定める土壌溶出量調査に係る基準（環境省告示第１８号）を下回る数値にすることである。
本発明の汚染土壌の無害化処理方法は、鉄粉添加工程と、吸水性ポリマー添加工程と、乾式磁選工程と、無機化合物添加工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
なお、汚染土壌の無害化とは、汚染土壌に含まれる汚染物質を、土壌汚染対策法施行規則（平成１４年環境省令第２９号）第５条第３項第４号の規定に基づき、環境大臣が定める土壌溶出量調査に係る基準（環境省告示第１８号）を下回る数値にすることである。
＜鉄粉添加工程＞
前記鉄粉添加工程は、砒素、鉛、六価クロム、カドミウム、セレン、水銀、シアン、フッ素及びほう素から選択される少なくとも１種の汚染物質を含む汚染土壌に対して鉄粉を添加する工程である。
前記鉄粉添加工程は、砒素、鉛、六価クロム、カドミウム、セレン、水銀、シアン、フッ素及びほう素から選択される少なくとも１種の汚染物質を含む汚染土壌に対して鉄粉を添加する工程である。
前記汚染土壌とは、例えば、道路工事、トンネル建設工事、再開発工事等の各種建設工事に伴って発生する残土であり、自然由来の前記汚染物質を含有する土壌を意味する。
前記汚染物質としては、例えば、砒素（Ａｓ）、鉛（Ｐｂ）、六価クロム（Ｃｒ（ＶＩ））、カドミウム（Ｃｄ）、セレン（Ｓｅ）、水銀（Ｈｇ）、シアン（ＣＮ）、フッ素（Ｆ）、ほう素（Ｂ）などが挙げられる。これらの汚染物質は、土壌の汚染に係る環境基準の対象物質のうち、自然由来で岩石や土壌に存在する物質である。
前記汚染物質としては、例えば、砒素（Ａｓ）、鉛（Ｐｂ）、六価クロム（Ｃｒ（ＶＩ））、カドミウム（Ｃｄ）、セレン（Ｓｅ）、水銀（Ｈｇ）、シアン（ＣＮ）、フッ素（Ｆ）、ほう素（Ｂ）などが挙げられる。これらの汚染物質は、土壌の汚染に係る環境基準の対象物質のうち、自然由来で岩石や土壌に存在する物質である。
鉄粉添加前の汚染土壌の水分含有量は、６０質量％以下が好ましく、０質量％以上４５質量％以下がより好ましく、１０質量％以上３５質量％以下が更に好ましい。前記汚染土壌の水分含有量が６０質量％以下の範囲であれば、後述する吸水性ポリマー添加工程での吸水性ポリマーの添加量を少なくできる点で、有利である。更に、工事現場等から処理施設にトラックなどの運搬手段により運搬できるため、有利である。
前記鉄粉の添加量は、前記汚染土壌に対して、０．０５質量％以上１０質量％以下が好ましく、０．０５質量％以上１質量％以下がより好ましい。前記鉄粉の添加量が０．０５質量％以上１０質量％以下であると、乾式磁選により効率よく汚染物質を回収除去することができる。
前記鉄粉の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、還元鉄粉、ダライコ鉄粉（屑鉄を原料とする）、アトマイズ鉄粉などが挙げられる。これらの中でも、還元鉄粉が好ましい。
前記鉄粉の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、還元鉄粉、ダライコ鉄粉（屑鉄を原料とする）、アトマイズ鉄粉などが挙げられる。これらの中でも、還元鉄粉が好ましい。
前記鉄粉の汚染土壌への添加に併せて酸を添加することが好ましい。前記酸は、前記汚染物質の移動を促進するために添加される。
前記酸としては、塩酸及び硫酸のいずれかが好ましい。
前記酸の添加量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記汚染土壌に対して、０質量％以上１質量％以下が好ましい。
前記酸処理後の汚染土壌のｐＨは、４．０〜９．０が好ましく、６．０〜８．０がより好ましい。前記ｐＨが上記範囲であると、汚染物質が溶出性に変化することがなく、安全である。また、処理後土壌を浄化土として利用する場合にも、通常の土壌は中性域にあるため、前記ｐＨ範囲であることが好ましい。
また、前記酸の使用にあたっては、後に吸水性ポリマー添加工程を行うため、水での希釈は行わないことが好ましい。前記吸水性ポリマー添加工程における前記吸水性ポリマーの添加量を多くする必要が生じるためである。
前記酸としては、塩酸及び硫酸のいずれかが好ましい。
前記酸の添加量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記汚染土壌に対して、０質量％以上１質量％以下が好ましい。
前記酸処理後の汚染土壌のｐＨは、４．０〜９．０が好ましく、６．０〜８．０がより好ましい。前記ｐＨが上記範囲であると、汚染物質が溶出性に変化することがなく、安全である。また、処理後土壌を浄化土として利用する場合にも、通常の土壌は中性域にあるため、前記ｐＨ範囲であることが好ましい。
また、前記酸の使用にあたっては、後に吸水性ポリマー添加工程を行うため、水での希釈は行わないことが好ましい。前記吸水性ポリマー添加工程における前記吸水性ポリマーの添加量を多くする必要が生じるためである。
前記鉄粉添加前の水分含有量の掘削した汚染土壌に対して、前記鉄粉及び前記酸の少なくともいずれかを混合機に投入してよく混練する。この場合、前記汚染土壌中に粗大な礫等が入っている場合は、前記混練に支障をきたすため、事前に篩分け及び破砕するなどの前処理を行うことが好ましい。
前記混練方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、団粒の細分効果を勘案すると、打撃式混合機よりも、せん断式混合機が好ましい。前記せん断式混合機としては、例えば、二軸式パドル混合機などが挙げられる。
＜吸水性ポリマー添加工程＞
前記吸水性ポリマー添加工程は、磁選前の前記汚染土壌に、吸水性ポリマーを添加する工程である。前記吸水性ポリマーが添加された磁選前の前記汚染土壌について、予め９．５ｍｍの篩で篩分けして得られた９．５ｍｍ以下の区分における質量基準の累積５０％粒子径Ｄ５０が４ｍｍ以下であることが好ましい。前記Ｄ５０が４ｍｍを超えると、汚染物質の除去効果が低下することがある。
前記吸水性ポリマー添加工程は、磁選前の前記汚染土壌に、吸水性ポリマーを添加する工程である。前記吸水性ポリマーが添加された磁選前の前記汚染土壌について、予め９．５ｍｍの篩で篩分けして得られた９．５ｍｍ以下の区分における質量基準の累積５０％粒子径Ｄ５０が４ｍｍ以下であることが好ましい。前記Ｄ５０が４ｍｍを超えると、汚染物質の除去効果が低下することがある。
ここで、前記質量基準の累積５０％粒子径Ｄ５０とは、以下で求めることができる。
予め目開き９．５ｍｍの標準篩で篩分けした９．５ｍｍ以下の土壌１００ｇに添加剤（例えば、前記鉄粉、前記吸水性ポリマーなど）を所定量添加し、混合する。次に、前記混合した前記土壌を、前記土壌の団粒を保持させたままで、標準篩を用いて質量基準での粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を求める。
予め目開き９．５ｍｍの標準篩で篩分けした９．５ｍｍ以下の土壌１００ｇに添加剤（例えば、前記鉄粉、前記吸水性ポリマーなど）を所定量添加し、混合する。次に、前記混合した前記土壌を、前記土壌の団粒を保持させたままで、標準篩を用いて質量基準での粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を求める。
前記吸水性ポリマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリアクリル酸塩（例えば、ポリアクリル酸ナトリウム）、ポリスルホン酸塩、無水マレイン酸塩、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリアスパラギン酸塩、ポリグルタミン酸塩、ポリアルギン酸塩、デンプン系、セルロースの吸水性ポリマー、又はこれらの誘導体などが挙げられる。これらの中でも、工業的に生産性が優位である、ポリアクリル酸塩が好ましく、ポリアクリル酸ナトリウムがより好ましい。
前記吸水性ポリマーの平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記平均粒径は、小さいほうが好ましい。吸水性ポリマーの水分吸収過程で比表面積が大きい点、及び土壌に満遍なく混合しやすい点などが挙げられるためである。
前記吸水性ポリマーの添加量としては、特に制限はなく、前記汚染土壌の水分含有量に応じて適宜選択することができ、例えば、前記汚染土壌に対して０．１質量％以上１．０質量％以下が好ましい。前記添加量が０．１質量％未満であると、前記吸水性ポリマーを添加した効果が得られないことがあり、１．０質量％を超えると、効果が飽和することがある。
また、前記吸水性ポリマーの添加量は、前記汚染土壌の水分含有量に応じて決定してもよい。
なお、前記吸水性ポリマー添加工程は、前記乾式磁選工程前であれば、前記汚染土壌にいつ添加してもよく、例えば、前記鉄粉添加工程と同時に行ってもよい。
また、前記吸水性ポリマーを添加することにより、磁選前の前記汚染土壌の前記Ｄ５０が小さくなり、前記乾式磁選工程において、磁着物の回収率が向上する点で有利である。
前記吸水性ポリマーの平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記平均粒径は、小さいほうが好ましい。吸水性ポリマーの水分吸収過程で比表面積が大きい点、及び土壌に満遍なく混合しやすい点などが挙げられるためである。
前記吸水性ポリマーの添加量としては、特に制限はなく、前記汚染土壌の水分含有量に応じて適宜選択することができ、例えば、前記汚染土壌に対して０．１質量％以上１．０質量％以下が好ましい。前記添加量が０．１質量％未満であると、前記吸水性ポリマーを添加した効果が得られないことがあり、１．０質量％を超えると、効果が飽和することがある。
また、前記吸水性ポリマーの添加量は、前記汚染土壌の水分含有量に応じて決定してもよい。
なお、前記吸水性ポリマー添加工程は、前記乾式磁選工程前であれば、前記汚染土壌にいつ添加してもよく、例えば、前記鉄粉添加工程と同時に行ってもよい。
また、前記吸水性ポリマーを添加することにより、磁選前の前記汚染土壌の前記Ｄ５０が小さくなり、前記乾式磁選工程において、磁着物の回収率が向上する点で有利である。
なお、前記磁選前の前記汚染土壌の水分含有量は、３６質量％以下が好ましく、２２質量％以下がより好ましく、１４質量％以下が特に好ましい。前記磁選前の前記汚染土壌の水分含有量が、３６質量％以下であると、団粒が概ね土壌粒子単体となり、磁性分離しやすくなり、乾式磁選を効率よく行うことができる。
前記汚染土壌の水分含有量は、例えば、汚染土壌の質量（湿潤土壌質量ｗ１）を測定の後、乾燥炉などを用いて汚染土壌を乾燥させた上で、あらためて土壌質量（乾燥土壌質量ｗ２）を測定し、次式により算出することができる。
水分含有量（％）＝［１−（乾燥土壌質量ｗ２／湿潤土壌質量ｗ１）］×１００
前記汚染土壌の水分含有量は、例えば、汚染土壌の質量（湿潤土壌質量ｗ１）を測定の後、乾燥炉などを用いて汚染土壌を乾燥させた上で、あらためて土壌質量（乾燥土壌質量ｗ２）を測定し、次式により算出することができる。
水分含有量（％）＝［１−（乾燥土壌質量ｗ２／湿潤土壌質量ｗ１）］×１００
＜乾式磁選工程＞
前記乾式磁選工程は、前記吸水性ポリマーが添加された前記汚染土壌から前記鉄粉を乾式磁選により回収除去する工程である。
前記乾式磁選工程は、前記吸水性ポリマーが添加された前記汚染土壌から前記鉄粉を乾式磁選により回収除去する工程である。
なお、本発明では、前記磁選前の前記汚染土壌に前記吸水性ポリマーを添加しているため、前記汚染土壌の前記水分含有量が比較的多くても、前記乾式磁選を可能としている。
前記乾式磁選としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記吸水性ポリマーが添加された磁選前の汚染土壌を磁力選別機に投入し、磁石により磁着物と非磁着物とに分離する。前記磁力選別機の磁力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１，５００Ｇ以上１２，０００Ｇ以下が好ましく、１，５００Ｇ以上７，０００Ｇ以下がより好ましい。
前記磁石としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記乾式磁選工程は、汚染物質を吸着した鉄粉を分離除去することにより、非磁着物の有害物溶出量を低減することが目的であり、１，５００Ｇ以上７，０００Ｇ以下の磁力で十分に分離回収できる。これよりも高い磁力であると、予め汚染土壌中に存在した弱磁性の土壌粒子も回収されてしまい、磁着物の量が多くなってしまう。前記磁着物は別途汚染濃縮土壌として処分が必要なため、不必要にこれを多く回収することは経済的ではない。
前記磁石としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記乾式磁選工程は、汚染物質を吸着した鉄粉を分離除去することにより、非磁着物の有害物溶出量を低減することが目的であり、１，５００Ｇ以上７，０００Ｇ以下の磁力で十分に分離回収できる。これよりも高い磁力であると、予め汚染土壌中に存在した弱磁性の土壌粒子も回収されてしまい、磁着物の量が多くなってしまう。前記磁着物は別途汚染濃縮土壌として処分が必要なため、不必要にこれを多く回収することは経済的ではない。
＜無機化合物添加工程＞
前記無機化合物添加工程は、前記乾式磁選工程で得られた非磁着物に前記無機化合物を添加する工程である。
前記無機化合物の添加量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記非磁着物１００質量部に対して、０．５質量部以上１０質量部以下が好ましく、１．０質量部以上５．０質量部以下がより好ましい。
前記無機化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半水石膏、無水石膏、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸鉄、塩化鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、焼却灰などが挙げられる。前記焼却灰としては、中性であり、例えば、下水汚泥の焼却灰などが挙げられる。これらの中でも、体積膨張率を低減させる観点から、前記半水石膏、前記無水石膏、前記焼却灰が好ましい。
前記無機化合物は、前記汚染土壌に対して前記吸水性ポリマーの吸水能力が飽和するよりも多く添加されたときに、前記無機化合物が添加されることが好ましく、効果の点から、前記汚染土壌に対して前記吸水性ポリマーが０．１質量％以上添加されたときに、前記無機化合物が添加させることがより好ましい。
前記無機化合物添加工程は、前記乾式磁選工程で得られた非磁着物に前記無機化合物を添加する工程である。
前記無機化合物の添加量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記非磁着物１００質量部に対して、０．５質量部以上１０質量部以下が好ましく、１．０質量部以上５．０質量部以下がより好ましい。
前記無機化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半水石膏、無水石膏、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸鉄、塩化鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、焼却灰などが挙げられる。前記焼却灰としては、中性であり、例えば、下水汚泥の焼却灰などが挙げられる。これらの中でも、体積膨張率を低減させる観点から、前記半水石膏、前記無水石膏、前記焼却灰が好ましい。
前記無機化合物は、前記汚染土壌に対して前記吸水性ポリマーの吸水能力が飽和するよりも多く添加されたときに、前記無機化合物が添加されることが好ましく、効果の点から、前記汚染土壌に対して前記吸水性ポリマーが０．１質量％以上添加されたときに、前記無機化合物が添加させることがより好ましい。
従来、前記吸水性ポリマーを含む、前記汚染土壌及び前記非磁着物を処理して、浄化土壌を得たときに、前記吸水性ポリマーを含むことにより、前記土壌を埋戻しに利用した後に、雨水や地下水などが前記浄化土壌に浸透することで、前記吸水性ポリマーに吸水され、前記浄化土壌全体が膨張するとともにゲル状となってしまうという問題があった。そのため、埋戻しをする場所が限られてしまうという問題があった。しかし、前記吸水性ポリマーを含む、前記汚染土壌及び前記非磁着物に対して、前記無機化合物を混合させることにより、埋戻しをするときの浄化土壌に前記吸水性ポリマーが含まれていた場合でも、前記雨水や前記地下水などが前記浄化土壌に浸透しても、浸透圧の原理により、前記吸水性ポリマーに不要な水分が吸水されず、前記浄化土壌が、前記膨張及びゲル状化をすることを防ぐことができる程度に体積膨張率を小さくすることができる。そのため、前記浄化土壌の埋戻し場所の制限がなくなるという有利な効果がある。なお、処理後の土壌は溶出量が低減された状態であるが、依然、難溶性の低濃度な重金属を含有した状態である。これが長期的な時間の経過に伴い溶出してくるおそれがあると判断される場合は、硫酸鉄、塩化鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、又は硫酸マグネシウムなどを混合して土壌中に各水酸化物を生成させ、これら重金属の吸着体となすことも可能である。また、土壌が酸性雨等に曝され、ｐＨが酸性化することによりこれら重金属が溶出するといったおそれがある場合には、酸緩衝能を有する炭酸カルシウム、焼却灰などを添加することが最適である。場合によっては、これらを複数組み合わせて混合することによっても有利な効果を奏すると考えられる。
なお、前記体積膨張率としては、１３０％以下が好ましく、１００％に可能な限り近いことが好ましい。１３０％以下であれば、上述したように、前記浄化土壌の前記膨張及び前記ゲル状化を防止することができる。
前記体積膨張率の測定としては、例えば、前記浄化土壌（非磁着物）について、２００ｍＬのビーカーに前記浄化土壌を転圧しながら５０ｍＬ充填し、その体積容量（Ｖ１）を量りとる。次に、水を５０ｍＬ注入し、２４時間静置させ、その体積容量（Ｖ２）を量り、以下の式から土壌の体積膨張率を求めることができる。
体積膨張率（％）＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００
なお、前記体積膨張率としては、１３０％以下が好ましく、１００％に可能な限り近いことが好ましい。１３０％以下であれば、上述したように、前記浄化土壌の前記膨張及び前記ゲル状化を防止することができる。
前記体積膨張率の測定としては、例えば、前記浄化土壌（非磁着物）について、２００ｍＬのビーカーに前記浄化土壌を転圧しながら５０ｍＬ充填し、その体積容量（Ｖ１）を量りとる。次に、水を５０ｍＬ注入し、２４時間静置させ、その体積容量（Ｖ２）を量り、以下の式から土壌の体積膨張率を求めることができる。
体積膨張率（％）＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００
＜その他の工程＞
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、運搬工程などが挙げられ、運搬手段により実施することができる。
前記運搬工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記磁選後の前記磁着物を処理施設に運搬する工程、前記磁選後の前記非磁着物を埋戻し場所などに運搬する工程などが挙げられる。
前記運搬手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トラックなどの自動車による運搬などが挙げられる。
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、運搬工程などが挙げられ、運搬手段により実施することができる。
前記運搬工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記磁選後の前記磁着物を処理施設に運搬する工程、前記磁選後の前記非磁着物を埋戻し場所などに運搬する工程などが挙げられる。
前記運搬手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トラックなどの自動車による運搬などが挙げられる。
ここで、図１は、本発明の汚染土壌の無害化処理方法のフロー図である。
まず、掘削した汚染土壌に鉄粉及び必要に応じて酸を混合機に投入してよく混合する。このとき、汚染土壌中に粗大な礫等が入っている場合は、混合に支障をきたすため、事前に篩分け及び破砕するなどの前処理を行うことが好ましい。
次に、鉄粉を所定量汚染土壌に添加する（鉄粉添加工程）。鉄粉及び必要に応じて酸を添加混合した汚染土壌を０分間以上、好ましくは１０分間程度養生した後、前記吸水性ポリマーを添加する（吸水性ポリマー添加工程）。
次に、１，５００Ｇ以上７，０００Ｇ以下の磁力で乾式磁選により、汚染物質を吸着した鉄粉を回収除去する（乾式磁選工程）。
次に、無機化合物を、前記乾式磁選後の非磁着物に添加する（無機化合物添加工程）。
まず、掘削した汚染土壌に鉄粉及び必要に応じて酸を混合機に投入してよく混合する。このとき、汚染土壌中に粗大な礫等が入っている場合は、混合に支障をきたすため、事前に篩分け及び破砕するなどの前処理を行うことが好ましい。
次に、鉄粉を所定量汚染土壌に添加する（鉄粉添加工程）。鉄粉及び必要に応じて酸を添加混合した汚染土壌を０分間以上、好ましくは１０分間程度養生した後、前記吸水性ポリマーを添加する（吸水性ポリマー添加工程）。
次に、１，５００Ｇ以上７，０００Ｇ以下の磁力で乾式磁選により、汚染物質を吸着した鉄粉を回収除去する（乾式磁選工程）。
次に、無機化合物を、前記乾式磁選後の非磁着物に添加する（無機化合物添加工程）。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。また、本実施例は、砒素（Ａｓ）を含有している汚染土壌の実験データであるが、その他の物質による汚染土壌に関しても同様に測定することができる。
（磁着物回収量とＤ５０の関係）
予め目開き９．５ｍｍ以下に篩分けした、水分含有量が２３．４質量％の土壌Ａ（シルト混じり砂）１００ｇに鉄粉を１質量％添加し、１０質量％硫酸０．１ｍＬ混合した後、吸水剤として、吸水性ポリマーの代わりに半水石膏（ジプサンダーＣ、石原産業株式会社）を、表１に示す所定量を添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後の非磁着物について、有姿（土壌団粒を保持させたまま）で標準篩を用いて粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を求めた。前記Ｄ５０と磁着物回収率の関係を表１及び図２に示す。
また、予め目開き９．５ｍｍ以下に篩分けした、水分含有量が２１．５質量％の土壌Ｂ（粘土混じり砂）１００ｇに鉄粉を１質量％添加し、１０質量％硫酸０．１ｍＬ混合した後、吸水性ポリマー（ポリアクリル酸ナトリウム、高吸水性樹脂ＣＰ−１、ケミカルテクノス株式会社製）を、表２に示す所定量を添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後の非磁着物について、有姿（土壌団粒を保持させたまま）で標準篩を用いて粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を求めた。前記Ｄ５０と磁着物回収率の関係を、同様に表２及び図２に示す。
予め目開き９．５ｍｍ以下に篩分けした、水分含有量が２３．４質量％の土壌Ａ（シルト混じり砂）１００ｇに鉄粉を１質量％添加し、１０質量％硫酸０．１ｍＬ混合した後、吸水剤として、吸水性ポリマーの代わりに半水石膏（ジプサンダーＣ、石原産業株式会社）を、表１に示す所定量を添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後の非磁着物について、有姿（土壌団粒を保持させたまま）で標準篩を用いて粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を求めた。前記Ｄ５０と磁着物回収率の関係を表１及び図２に示す。
また、予め目開き９．５ｍｍ以下に篩分けした、水分含有量が２１．５質量％の土壌Ｂ（粘土混じり砂）１００ｇに鉄粉を１質量％添加し、１０質量％硫酸０．１ｍＬ混合した後、吸水性ポリマー（ポリアクリル酸ナトリウム、高吸水性樹脂ＣＰ−１、ケミカルテクノス株式会社製）を、表２に示す所定量を添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後の非磁着物について、有姿（土壌団粒を保持させたまま）で標準篩を用いて粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を求めた。前記Ｄ５０と磁着物回収率の関係を、同様に表２及び図２に示す。
図２、表１及び表２に示すように、磁着物の回収率は前記Ｄ５０が小さくなるほど増加する傾向が示され、効率的に磁着物が回収できることが示された。なお、添加した鉄粉量よりも磁着物回収率が多いのは、土壌中にも磁性鉱物が存在するためである。
（実施例１）
−乾式磁選前の汚染土壌の粒子径Ｄ５０の測定−
予め目開き９．５ｍｍ以下に篩分けした、水分含有量が２３．４質量％の土壌１００ｇに、鉄粉を１質量％添加し、吸水性ポリマー（ポリアクリル酸ナトリウム、高吸水性樹脂ＣＰ−１、ケミカルテクノス株式会社製）を、表３に示す所定量添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後、非磁着物について、有姿（土壌の団粒を保持させたまま）で標準篩を用いて、粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を求めた。結果を表３に示す。
−乾式磁選前の汚染土壌の粒子径Ｄ５０の測定−
予め目開き９．５ｍｍ以下に篩分けした、水分含有量が２３．４質量％の土壌１００ｇに、鉄粉を１質量％添加し、吸水性ポリマー（ポリアクリル酸ナトリウム、高吸水性樹脂ＣＰ−１、ケミカルテクノス株式会社製）を、表３に示す所定量添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後、非磁着物について、有姿（土壌の団粒を保持させたまま）で標準篩を用いて、粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を求めた。結果を表３に示す。
−体積膨張率の測定−
前記Ｄ５０の測定で用いた非磁着物について、半水石膏(ジプサンダー、石原産業株式会社製)を表１に示す所定量添加し、混合した。その後、以下のとおり吸水による体積膨張率を測定した。
２００ｍＬのビーカーに前記非磁着物を転圧しながら５０ｍＬ充填し、その体積容量（Ｖ１）を量りとった。次に、水を５０ｍＬ注入し、２４時間静置させ、その体積容量（Ｖ２）を量り、以下の式から土壌の体積膨張率を求めた。結果を表３に示す。
体積膨張率（％）＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００
前記Ｄ５０の測定で用いた非磁着物について、半水石膏(ジプサンダー、石原産業株式会社製)を表１に示す所定量添加し、混合した。その後、以下のとおり吸水による体積膨張率を測定した。
２００ｍＬのビーカーに前記非磁着物を転圧しながら５０ｍＬ充填し、その体積容量（Ｖ１）を量りとった。次に、水を５０ｍＬ注入し、２４時間静置させ、その体積容量（Ｖ２）を量り、以下の式から土壌の体積膨張率を求めた。結果を表３に示す。
体積膨張率（％）＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００
−実施例１の汚染土壌の無害化処理方法−
砒素汚染土壌１００ｇに、鉄粉１．０ｇ、１０質量％硫酸０．１ｍＬをそれぞれ混合した後、表３のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２に示す吸水性ポリマーと、半水石膏を混合した。
次に、１，５００Ｇの磁石で磁選し、磁着物と非磁着物とに分離した。各産物について、Ａｓ含有量、非磁着物についてＡｓの溶出量の分析を実施した。
砒素汚染土壌１００ｇに、鉄粉１．０ｇ、１０質量％硫酸０．１ｍＬをそれぞれ混合した後、表３のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２に示す吸水性ポリマーと、半水石膏を混合した。
次に、１，５００Ｇの磁石で磁選し、磁着物と非磁着物とに分離した。各産物について、Ａｓ含有量、非磁着物についてＡｓの溶出量の分析を実施した。
得られた非磁着物及び磁着物は、底質調査方法に基づく含有量分析及び環境省告示第１８号に基づく溶出量分析を行った。
なお、下記表４〜１５、及び表１７〜２１中の「処理前土壌のＡｓ含有量」及び「磁着物中のＡｓ収支」は、下記式から求めたものである。
・処理前土壌のＡｓ含有量（ｍｇ／ｋｇ）＝（処理後土壌のＡｓ含有量×処理後土壌の乾燥質量分布＋磁着物のＡｓ含有量×磁着物の乾燥質量分布）／（処理後土壌の乾燥質量分布＋磁着物の乾燥質量分布）
・磁着物中のＡｓ収支（％）＝（磁着物のＡｓ含有量×磁着物の乾燥質量分布）／（処理前土壌のＡｓ含有量×処理前土壌の乾燥質量分布）×１００
実施例１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の結果を表４〜１５に示した。
＜Ｎｏ．１＞
＜Ｎｏ．２＞
＜Ｎｏ．３＞
＜Ｎｏ．４＞
＜Ｎｏ．５＞
＜Ｎｏ．６＞
＜Ｎｏ．７＞
＜Ｎｏ．８＞
＜Ｎｏ．９＞
＜Ｎｏ．１０＞
＜Ｎｏ．１１＞
＜Ｎｏ．１２＞
（比較例１）
−乾式磁選前の汚染土壌の粒子径Ｄ５０の測定−
実施例１のときに用いた土壌１００ｇに、鉄粉を１質量％添加し、実施例１と同様の吸水性ポリマーを、表１６に示す所定量添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後、非磁着物について、有姿（土壌の団粒を保持させたまま）で標準篩を用いて、粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を測定し、実施例１と同様にして、前記Ｄ５０を求めた。結果を表１６に示す。
−乾式磁選前の汚染土壌の粒子径Ｄ５０の測定−
実施例１のときに用いた土壌１００ｇに、鉄粉を１質量％添加し、実施例１と同様の吸水性ポリマーを、表１６に示す所定量添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後、非磁着物について、有姿（土壌の団粒を保持させたまま）で標準篩を用いて、粒度分布を測定し、質量基準の累積５０％の粒子径（Ｄ５０）を測定し、実施例１と同様にして、前記Ｄ５０を求めた。結果を表１６に示す。
−体積膨張率の測定−
実施例１と同じ土壌１００ｇに、鉄粉を１質量％添加し、１０質量％硫酸０．１ｍＬ混合した後、吸水性ポリマーを、表１６に示す所定量添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後の非磁着物について、実施例１と同様にして、体積膨張率を求めた。結果を表１６と図３に示す。
実施例１と同じ土壌１００ｇに、鉄粉を１質量％添加し、１０質量％硫酸０．１ｍＬ混合した後、吸水性ポリマーを、表１６に示す所定量添加し、混合した。その後、１，５００Ｇの磁石で磁着物を回収した後の非磁着物について、実施例１と同様にして、体積膨張率を求めた。結果を表１６と図３に示す。
−比較例１の汚染土壌の無害化処理方法−
半水石膏を添加せず、表１６のＮｏ．１３〜Ｎｏ．１７に示す吸水性ポリマーを混合したこと以外は、実施例と同様にして、各産物について、Ａｓ含有量、非磁着物についてＡｓの溶出量の分析を実施した。
半水石膏を添加せず、表１６のＮｏ．１３〜Ｎｏ．１７に示す吸水性ポリマーを混合したこと以外は、実施例と同様にして、各産物について、Ａｓ含有量、非磁着物についてＡｓの溶出量の分析を実施した。
比較例１のＮｏ．１３〜Ｎｏ．１７の結果を表１７〜２１に示した。
＜Ｎｏ．１３＞
＜Ｎｏ．１４＞
＜Ｎｏ．１５＞
＜Ｎｏ．１６＞
＜Ｎｏ．１７＞
実施例１では表３に示すとおり、吸水性ポリマーの添加量の増加に伴い、体積膨張率も増加する傾向であるが、半水石膏の添加量を増やすことにより、体積膨張率を下げることができた。これに対し、比較例１では、表１６及び図３に示すとおり、半水石膏を添加しなかったため、吸水性ポリマーの添加量の増加に伴い、体積膨張率も増加してしまった。
また、表４〜表１５、及び表１７〜表２１に示すとおり、実施例１及び比較例１の処理後土壌（非磁着物）は、同程度に汚染物質（Ａｓ）が低下していた。汚染物質の除去効果を示す磁着物へのＡｓ分布率は試験した範囲では吸水性ポリマーの添加量が多くなるに従い、若干増加した。一方、Ａｓ溶出量の変化はいずれも処理後土壌で定量下限未満となり、半水石膏添加後も同様に定量下限未満を保つ結果であった。
（実施例２）
実施例２において、半水石膏を表２２に示す無機化合物にした以外は、実施例１と同様にして、体積膨張率を求めた。また、処理後土壌について溶出量分析を実施した。結果を表２２に示す。
実施例２において、半水石膏を表２２に示す無機化合物にした以外は、実施例１と同様にして、体積膨張率を求めた。また、処理後土壌について溶出量分析を実施した。結果を表２２に示す。
（参照：「下水汚泥焼却灰を原料とした熔成リン酸質肥料製造における各種成分比と溶融条件の影響」廃棄物資源循環学会論文誌 岩井良博 Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．３，２００９）
実施例２では表２２に示すとおり、無機化合物の種類に応じて体積膨張率が変化しているが、概ね膨張は抑制されており、良好な結果となった。これに対し、比較例１では、表１６に示すとおり、無機化合物を添加しなかったため、吸水性ポリマーの添加量の増加に伴い、体積膨張率も増加してしまった。
また、表２２に示すとおり、処理後土壌（非磁着物）の砒素溶出量は、実施例２及び比較例１の結果と同程度に低下しており、種々の無機化合物を添加してもその値にほとんど影響しないことが分かった。なお、土壌ｐＨについては、無水石膏及び下水汚泥焼却灰については添加量が増加するにつれ若干上昇傾向、その他はいずれも低下傾向であり、汚染物質によっては大幅なｐＨ変化によって安定であった形態の重金属の溶出を促すことも考えられる。これらの添加量については土壌ｐＨが中性域を保つように、適宜決定することが肝要である。
Claims (8)
- 砒素、鉛、六価クロム、カドミウム、セレン、水銀、シアン、フッ素及びほう素から選択される少なくとも１種の汚染物質を含む汚染土壌に対して鉄粉を添加する鉄粉添加工程と、
磁選前の汚染土壌に吸水性ポリマーを添加する吸水性ポリマー添加工程と、
前記吸水性ポリマーが添加された汚染土壌から鉄粉を乾式磁選により回収除去する乾式磁選工程と、
前記乾式磁選工程で得られた非磁着物に無機化合物を添加する無機化合物添加工程とを含むことを特徴とする汚染土壌の無害化処理方法。 - 前記汚染土壌に対して０．１質量％以上１．０質量％以下の前記吸水性ポリマーを添加する請求項１に記載の汚染土壌の無害化処理方法。
- 前記無機化合物の添加量が、前記非磁着物１００質量部に対して、０．５質量部以上１０質量部以下である請求項１又は２に記載の汚染土壌の無害化処理方法。
- 前記無機化合物が、半水石膏、無水石膏、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸鉄、塩化鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、及び焼却灰の少なくともいずれかである請求項１から３のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法。
- 前記汚染土壌に対して前記吸水性ポリマーが０．１質量％以上添加されたときに、前記無機化合物が添加される請求項１から４のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法。
- 前記吸水性ポリマーを添加した前記乾式磁選前の前記汚染土壌を、予め９．５ｍｍの篩で篩分けして得られた９．５ｍｍ以下の区分の質量基準の累積５０％粒子径Ｄ５０が、４ｍｍ以下である請求項１から５のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法。
- 鉄粉添加前の汚染土壌の水分含有量が、６０質量％以下である請求項１から６のいずれかに記載の汚染土壌の無害化処理方法。
- 無機化合物が添加された非磁着物の体積膨張率が、１３０％以下である請求項１から７に記載の汚染土壌の無害化処理方法。
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