JP3630365B2

JP3630365B2 - 汚染土壌の不溶化における攪拌方法

Info

Publication number: JP3630365B2
Application number: JP2000157651A
Authority: JP
Inventors: 誠一上岡
Original assignee: ライト工業株式会社
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-05-29
Also published as: JP2001334135A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染土壌が含有する六価クロム等の重金属を不溶化するために、汚染土壌を掘削除去せず、原位置において汚染土壌に固化材を混入する際の攪拌方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
六価クロム、砒素、カドミウム、水銀、鉛、セレン等の重金属で汚染された土壌の処理には、汚染土壌を浄化処理する方法や、原位置でまたは掘削除去後に封じ込め処理する方法がある。
【０００３】
そして、封じ込め処理を行う場合、対象となる汚染土壌から溶出する重金属の溶出量値（以下、汚染土壌溶出量値ともいう。）が、「土壌・地下水汚染に係る調査・対策指針」に定める「溶出量値ＩＩ」を超過するようであれば遮断工を行う必要があるが、「溶出量値ＩＩ」以下であれば遮水工で足り、さらに、土壌環境基準値（平成３年８月２３日環境庁告示第４６号）以下であれば特段の工法を必要としないとされる。
【０００４】
この点、これらの処理方法をコストという観点からみると、浄化処理方法よりも封じ込め処理する方法の方が有利であり、又、封じ込め処理する方法のうちでも、遮水工の方が、さらには、当然、特段の施工をしない方が有利である。したがって、汚染土壌溶出量値をできるだけ下げて、遮水工、あるいは、特段の施工をしないで済むようにするための方法の発明が望まれている。
【０００５】
そこで、これを解決する方法として、一般に、掘削した汚染土壌に地上で固化材を混入し、または、汚染土壌に原位置で深層機械攪拌工法などによって固化材を混入し不溶化することが行なわれている。特に、特開平７−３１９５５号公報が開示するように、汚染土壌に水硬性セメントを混入する不溶化方法は好適なものとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法による場合、汚染土壌に対する水硬性セメント等の固化材の混入を原位置において行うと、混合の進行度合いを目視することができないため、混合が不均一となり、十分な不溶化ができない虞がある。かといって、混合の進行度合いを確認するために、汚染土壌を掘削し地上において混合するのでは、コストがかかるとの問題を生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、汚染土壌を掘削することなく原位置で不溶化する場合においても、汚染土壌とセメント系固化材との混合を確実なものとできる汚染土壌の不溶化における攪拌方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
汚染土壌が含有する重金属を不溶化するために、前記汚染土壌を掘削除去せず、原位置において前記汚染土壌にセメント系固化材を混入する際の攪拌方法であって、
攪拌翼を有する攪拌機で、前記固化材の混合度合いのばらつきを示す変動係数が、次記（１）〜（３）の手順によって算出した変動係数以下となるように行うことを特徴とする、汚染土壌の不溶化における攪拌方法。
（１）前記汚染土壌と同種の土壌に前記固化材を添加してなる試験土壌を用いて、前記固化材の混合度合いのばらつきを示す変動係数と試験用攪拌翼の羽根切り回数（回／ｍ）との対応関係を求める。
ここで、羽根切り回数（回／ｍ）とは、撹拌翼が固化材を添加した土壌の任意の１ｍ区間を下降および上昇する間の、羽根の回転数の総和を示すものであり、次式（Ａ）で算出される。
Ｎｐ＝（２・ｍ・ｎ・Ｅ）／Ｖ …（Ａ）
Ｎｐ：羽根切り回数（回／ｍ）
ｍ：羽根枚数（−）
ｎ：羽根の回転数（回／ｍｉｎ）
Ｅ：昇降回数（−）
Ｖ：貫入速度（ｍ／ｍｉｎ）
（２）重金属を含有する前記試験土壌を用いて、前記重金属の溶出量値が所定値以下となる前記試験用攪拌翼の羽根切り回数（回／ｍ）を求める。
（３）（１）に基づいて、（２）で求めた羽根切り回数と対応する変動係数を算出する。
【０００９】
＜請求項２記載の発明＞
汚染土壌が含有する重金属を不溶化するために、前記汚染土壌を掘削除去せず原位置において、水セメント比（Ｗ／Ｃ）８０〜１２０％のスラリー状としたスラグ含有量が３１〜８０％の高炉セメントを、固化材として前記汚染土壌１ｍ³あたりに１５０ｋｇ以上混入する際の攪拌方法であって、
攪拌翼を有する攪拌機で、前記固化材の混合度合いのばらつきを示す変動係数が４％以下となるように行うことを特徴とする、汚染土壌の不溶化における攪拌方法。
【００１０】
＜請求項３記載の発明＞
先端に放射方向に延出する攪拌翼を備えた内管と、放射方向に延出する攪拌翼を備えた外管との二重管構造となっており、前記内管と前記外管とが互いに逆方向に回転するものを前記攪拌機として使用した、請求項１または２記載の汚染土壌の不溶化における攪拌方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜概要＞
本発明に係る汚染土壌の不溶化における攪拌方法は、汚染土壌が含有する重金属を不溶化するために、汚染土壌を掘削除去せず、原位置において汚染土壌にセメント系固化材を混入する際の攪拌方法であり、この際行うべき攪拌を、固化材の混合度合いのばらつきを示す変動係数で把握するものである（以下、固化材の混合度合いを、単に混合度ともいう。）。
そして、この変動係数は、（１）不溶化の対象となる汚染土壌と同種の土壌に、不溶化の際に用いるセメント形固化材と同種のセメント系固化材を添加してなる試験土壌を用いて、固化材の混合度合いのばらつきを示す変動係数と試験用攪拌翼の羽根切り回数（回／ｍ）との対応関係を求め、（２）重金属を含有する前記試験土壌を用いて、前記重金属の溶出量値が所定値以下となる試験用攪拌翼の羽根切り回数（回／ｍ）を求め、（３）（１）に基づいて、（２）で求めた羽根切り回数と対応する変動係数を算出する、ことにより求めるものである。
そこで、以下では、上記（１）〜（３）の手順に従い、図面を使って、本発明の実施の形態を説明する。なお、セメント系固化材としては、不溶化の際に使用するものと同種のもの、ナトリウムベントナイト等の添加材を含む場合であれば、これをも含んだものを用いる必要があるが、本実施の形態では、スラグ含有量が３１〜７０％である高炉セメントＢ種を用いた場合を説明する。これは、スラグ含有量が７１〜８０％である高炉セメントＣ種より高炉セメントＢ種の方が、通常、入手しやすいことによる。また、汚染土壌溶出量値が土壌環境基準値以下となるようにする場合、すなわち、（２）の所定値が土壌環境基準値である場合を説明する。
【００１２】
＜（１）変動係数と羽根切り回数との対応関係＞
まず、試験用攪拌翼の羽根切り回数と変動係数との対応関係を調べるために用いる試験装置であるが、本実施の形態では、図１に示すような、試験土壌撹拌装置１を使用する。この装置１は、外径２９０ｍｍ、内径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのドーナツ状の生ゴム２を２０枚重ね合わせたものであり、中空部２ａに試験土壌Ｈを充填し、この試験土壌Ｈに撹拌翼３を挿入する構成となっている。本装置１で用いる生ゴム２は、撹拌中に試験土壌Ｈ中の水分が放出するのを防止するため、シリコングリースを塗布してある。又、撹拌翼３は、長さ１６０ｍｍ、幅１５ｍｍのステンレス製平板翼でできており、試験土壌底部Ｈａから５０ｍｍの位置にある。そして、この位置から上方１００ｍｍの範囲を、一定の速度で昇降するようになっている（図中においては、攪拌翼３が昇降する範囲を攪拌層Ｈｂとして示してある。）。この際、攪拌翼３を回転させる動力には、単相誘導電動機（図示せず。）を使用することができる。試験土壌Ｈの充填は、間隙率が３８％となるように、１回につき高さ５０ｍｍ分（生ゴム５枚分）とし、４回に分けて行う。試験土壌Ｈの高さが正確に２００ｍｍとなるように、攪拌装置１の上部には、上部板４をかぶせてある。
【００１３】
次に、本発明でいう混合度合いのばらつきを示す変動係数であるが、この値は、不溶化効果への影響を知るうえで、できるだけ定量的に表される必要がある。そこで、汚染土壌と高炉セメントＢ種とを混合した状態を明度値により定量化し、この明度値を基に算出する。
【００１４】
具体的には、まず、高炉セメントＢ種を、図２に示した、撹拌翼３から３０ｍｍ離れた場所５へ挿入する。挿入後、攪拌翼３により攪拌を行い、所定の撹拌を終えたら上部板４を取り外し試験土壌Ｈ上部の撹拌されていない層Ｈｃ（図１参照）を取り除く。これにより撹拌層Ｈｂが露出したら、深さ１０ｍｍ（生ゴム１枚）毎に８個の試料を、図３で示すａ〜ｈの位置で採取する。この方法により、合計８０個の試料を採取したら、全ての試料の明度値を測定する。この明度値は、ハロゲンランプを光源とした積分球式の測色色差計を用いて、ハロゲンランプの反射光を測定し、ＣＩＥ（国際照明委員会）算出法により求める。なお、高炉セメントＢ種の含有量を明度値によって測定することが可能なのか、という問題がありうるが、図４及び図５に示したとおり、高炉セメントＢ種は、粉状体であると、スラリー状であるとにかかわらず、含有量０〜３００ｋｇ／ｍ³においては２次式で回帰され、それぞれ相関係数０．９以上を示すことが確認されている。つまり、高炉セメントＢ種の含有量を明度値により測定することは、可能である。（図４及び図５におけるスラリー状の高炉セメントＢ種は、水セメント比（Ｗ／Ｃ）１００％としたものである。これは、通常の施工において水セメント比（Ｗ／Ｃ）が８０〜１２０％で用いられていることによる。以下においても、高炉セメントをスラリー状とする場合は、水セメント比（Ｗ／Ｃ）１００％とする。）。
【００１５】
以上のようにして、８０個の試料の明度値を求めたら、例えば、電子計算機などを用いて、変動係数を算出する。そして、このような試験を、撹拌翼３の羽根切り回数を変更しながら複数回行い、羽根切り回数と変動係数との対応関係を求める。
【００１６】
なお、ここでいう羽根切り回数とは、撹拌翼が固化材を添加した土壌の任意の１ｍ区間を下降および上昇する間の、羽根の回転数の総和を示すものであり、次式（Ａ）で算出されるものである。
Ｎｐ＝（２・ｍ・ｎ・Ｅ）／Ｖ …（Ａ）
Ｎｐ：羽根切り回数（回／ｍ）
ｍ：羽根枚数（−）
ｎ：羽根の回転数（回／ｍｉｎ）
Ｅ：昇降回数（−）
Ｖ：貫入速度（ｍ／ｍｉｎ）
【００１７】
＜（２）羽根切り回数の算出＞
以上のようにして、羽根切り回数と変動係数との対応関係を求めたら、次に、重金属の溶出量値が土壌環境基準値以下となる試験用攪拌翼３の羽根切り回数（回／ｍ）を求める。これは、前述した撹拌装置１の試験土壌Ｈに、重金属として六価クロムを含有させ、粉体状またはスラリー状の高炉セメントＢ種と撹拌混合することにより求める。
この際、試験土壌Ｈは、不溶化の対象となる汚染土壌と同種のものを用いるのが好ましい。本実施の形態では、１つの例として７号珪砂を用いる。７号珪砂を使用するのは、六価クロムが７号珪砂に吸着されにくいため、固化剤（高炉セメントＢ種）の不溶化効果を確認しやすいことによる。又、試験土壌Ｈは、含水比２３％に調整し、六価クロムの含有量が乾燥土壌１ｋｇにつき５０ｍｇとなるようする。さらに、高炉セメントＢ種は、不均一な撹拌による影響が顕著に現れるようにするため、粉体状の場合は土壌１ｍ³につき３００ｋｇ、スラリー状の場合は土壌１ｍ³につき１５０ｋｇとする。そして、このようにして生成する試験土壌Ｈを、攪拌翼３によって攪拌するわけであるが、この攪拌は、攪拌翼３の撹拌速度を７ｒｐｍと１８ｒｐｍの２種類とし、昇降回数の増減により混合度が異なるよう行う。このような操作により攪拌を行った後、試料を採取することになる。この試料の採取は、試験土壌Ｈの攪拌層Ｈｂを、図６に示すように、深さ１０ｍｍ（生ゴム１枚）毎に、２分の１ずつに分け、それぞれ材令７日、及び材令２８日における試料として、不攪乱状態で行う。採取した試料は、２０℃恒温室にて養生を行う。そして、養生後、環境庁告示第４６号に準拠して溶出試験を行い、六価クロムの溶出濃度を測定する。
このような試験は、撹拌翼３の羽根切り回数を変更しながら複数回行い、全ての試料において六価クロムの溶出量値が土壌環境基準値を下回るときの羽根切り回数を算出する。
【００１８】
＜（３）変動係数の算出＞
以上のようにして六価クロムの溶出量値が土壌環境基準値を下回るときの羽根切り回数を算出したら、この羽根切り回数と対応する変動係数を（１）で求めた羽根切り回数と変動係数との対応関係に基づいて算出する。そして、実際の施工においては、この変動係数が得られるだけの攪拌を行うことになる。
【００１９】
＜その他＞
この攪拌は、攪拌翼を有する攪拌機で行うわけであるが、この際使用する攪拌機としては、図１０に示す構造を有するものを使用するとよい。図１０に示す攪拌機は、互いに逆回転する内管１０７と外管１０８とからなり、内管１０７と外管１０８とをそれぞれ逆方向に回転させながら土壌内を汚染土壌Ｘに向けて推進する。内管１０７の先端には放射方向に延出する掘削刃兼用攪拌翼１０２を、外管１０８には放射方向に延出する攪拌翼１０３，１０３を備え、掘削刃兼用攪拌翼１０２は回転径の小さい掘削刃兼用攪拌翼１０４とその上段側に所定間隔離して配置された回転径の大きい掘削刃兼用攪拌翼１０５とからなる。この掘削刃兼用攪拌翼１０５は、左側翼１０５ａと右側翼１０５ｂとからなるトンボ状に形成されている。外管１０８に設けられた攪拌翼１０３も、掘削刃兼用攪拌翼１０５と同様に、左側翼１０３ａと右側翼１０３ｂの二翼から構成され、複数の攪拌翼１０３，１０３はそれぞれ上下方向に所定間隔離し、平面的に９０度ずらして複数段に配置してある。
攪拌機を内管と外管からなる二重管構造として構成し、それぞれの攪拌翼を互い逆方向に回転させることにより、共回り現象が抑えられるようになり、同一方向に回転させる場合と比べて、格段に汚染土壌と固化材とを効果的に混合できるようになる。
【００２０】
【実施例】
本発明においては、汚染土壌と高炉セメントＢ種とを混合した状態で高炉セメントＢ種の混合度合いのばらつきを示す変動係数を測定すれば足りる。ただ、本発明者らは、確認のため、高炉セメントＢ種の他、土粒子の攪拌による混合度の進行も調査した。この調査は、先に実施の形態で述べた手順と同様の方法で行った。ただ、土粒子については、そのままの状態では明度値を測定することができないため、混合過程が色調で追跡でき、加えられたエネルギーに応じて分散の度合いが異なる凝集性酸化鉄（トダカラー：１４０ＥＤ）をトレーサーとして使用した。このトレーサーは、平均粒径０．４７μｍの暗赤色酸化鉄でできており、土粒子に付着する性質を有する。したがって、土粒子の攪拌混合が進むと、撹拌部全体が均一な暗赤色へと収束してゆくことになる。そこで、この混合過程において変化する色調を明度値として捉え、この値で土粒子の混合度を表した。
【００２１】
図７は、土粒子、粉体状の高炉セメントＢ種、及びスラリー状の高炉セメントＢ種の明度値を、標準偏差として示したものである。粉体状の高炉セメントＢ種は土壌１ｍ³につき３００ｋｇ、スラリー状の高炉セメントＢ種は土壌１ｍ³につき１５０ｋｇ混入した場合である。この図７から明らかなとおり、いずれにおいても、羽根切り回数（Ｎｐ）１０００回／ｍを境に標準偏差が安定する。したがって、土粒子、粉体状の高炉セメントＢ種、及びスラリー状の高炉セメントＢ種は、いずれも、撹拌に伴う混合度の進行が類似した挙動を示すことが確認された。
【００２２】
もっとも、トレーサーと高炉セメントＢ種とでは、完全混合時の収束明度値が異なる。実際に、完全混合状態における明度値は、トレーサーで３２．０、粉状体の不溶化剤で５１．６、スラリー状の不溶化剤で５０．１となった。そこで、さらに、それぞれについて変動係数を求め、この変動係数と任意の羽根切り回数との関係式を導き出し、土粒子の混合度と高炉セメントＢ種の混合度との比較をした。この結果は、図８に示したようになり、スラリー状の高炉セメントＢ種、粉体状の高炉セメントＢ種、土粒子の順で撹拌による混合度が高いことがわかった。これは、土粒子に対して高炉セメントＢ種の粒径が小さいこと、粉体状よりスラリー状は移動媒体が多量に存在することによるものである。したがって、六価クロムの不溶化に高炉セメントを使用する場合、粉体状よりスラリー状で使用する方が好適であることがわかった。
【００２３】
以上のようにして、羽根切り回数と変動係数との対応関係を求めた後、次に、重金属の溶出量値が土壌環境基準値以下となる試験用攪拌翼３の羽根切り回数（回／ｍ）を求めた。この調査も先に実施の形態で述べた手順と同様の方法で行った。
表１及び表２は、その結果を示したものであり、羽根切り回数（Ｎｐ）と材令７日（σ７）及び材令２８日（σ７）における六価クロムの溶出濃度との対応関係を示している。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
この表１及び２から、攪拌層のいずれの試料を抽出しても土壌環境基準値を下回るには、高炉セメントＢ種を粉体状で使用した場合は、羽根切り回数（Ｎｐ）を２５００回／ｍ以上に、高炉セメントＢ種をスラリー状で使用した場合は、羽根切り回数（Ｎｐ）を２５０回／ｍ以上、より好ましくは５００回／ｍ以上にする必要があることがわかった。
ただ、通常施工時の羽根切り回数（Ｎｐ）としては、粉状体での２５００回／ｍが現実的でないので、スラリー状での２５０、５００回／ｍが好適といえる。
【００２７】
スラリー状の高炉セメントＢ種で不溶化するに必要な羽根切り回数（Ｎｐ）２５０、５００回／ｍにおける変動係数は、図８で示した羽根切り回数と変動係数との関係から逆算すると、０．０４、０．０２となる（図９参照）。したがって、六価クロムによる汚染土壌を、深層機械撹拌工法を使用し、スラリー状の高炉セメントＢ種で不溶化する場合、変動係数を４％以下、より好ましくは２％以下にする必要があることがわかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る汚染土壌の不溶化における攪拌方法によれば、汚染土壌を掘削せず原位置で不溶化する場合においても、汚染土壌とセメント系固化材との攪拌を確実なものとできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験攪拌装置の平面図（上段）、及び断面図（下段）である。
【図２】不溶化剤の添加位置を示した、試験攪拌装置の平面図である。
【図３】明度値を測定するための試料の採取位置を示した、試験攪拌装置の平面図である。
【図４】高炉セメント（粉体状）の含有量と明度値との関係を示したグラフである。
【図５】高炉セメント（スラリー状）の含有量と明度値との関係を示したグラフである。
【図６】溶出濃度を測定するための試料の採取位置を示した、試験攪拌装置の平面図である。
【図７】羽根切り回数と標準偏差との関係を示したグラフについて、土粒子と高炉セメントとを比較したものである。
【図８】羽根切り回数と変動係数との関係を示したグラフについて、土粒子と高炉セメントとを比較したものである。
【図９】羽根切り回数と変動係数との関係を示したグラフである。
【図１０】二重管構造の攪拌機である。
【符号の説明】
１…試験土壌撹拌装置、２…生ゴム、３…攪拌翼、４…上部板、５…固化剤挿入場所、１０２…掘削刃兼用攪拌翼、１０３…攪拌翼、１０４，１０５…掘削刃兼用攪拌翼、１０７…内管、１０８…外管、Ｈ…試験土壌、Ｈａ…試験土壌底部、Ｈｂ…撹拌層、Ｈｃ…非攪拌層、Ｘ…汚染土壌。

Claims

汚染土壌が含有する重金属を不溶化するために、前記汚染土壌を掘削除去せず、原位置において前記汚染土壌にセメント系固化材を混入する際の攪拌方法であって、
攪拌翼を有する攪拌機で、前記固化材の混合度合いのばらつきを示す変動係数が、次記（１）〜（３）の手順によって算出した変動係数以下となるように行うことを特徴とする、汚染土壌の不溶化における攪拌方法。
（１）前記汚染土壌と同種の土壌に前記固化材を添加してなる試験土壌を用いて、前記固化材の混合度合いのばらつきを示す変動係数と試験用攪拌翼の羽根切り回数（回／ｍ）との対応関係を求める。
ここで、羽根切り回数（回／ｍ）とは、撹拌翼が固化材を添加した土壌の任意の１ｍ区間を下降および上昇する間の、羽根の回転数の総和を示すものであり、次式（Ａ）で算出される。
Ｎｐ＝（２・ｍ・ｎ・Ｅ）／Ｖ …（Ａ）
Ｎｐ：羽根切り回数（回／ｍ）
ｍ：羽根枚数（−）
ｎ：羽根の回転数（回／ｍｉｎ）
Ｅ：昇降回数（−）
Ｖ：貫入速度（ｍ／ｍｉｎ）
（２）重金属を含有する前記試験土壌を用いて、前記重金属の溶出量値が所定値以下となる前記試験用攪拌翼の羽根切り回数（回／ｍ）を求める。
（３）（１）に基づいて、（２）で求めた羽根切り回数と対応する変動係数を算出する。
汚染土壌が含有する重金属を不溶化するために、前記汚染土壌を掘削除去せず原位置において、水セメント比（Ｗ／Ｃ）８０〜１２０％のスラリー状としたスラグ含有量が３１〜８０％の高炉セメントを、固化材として前記汚染土壌１ｍ³あたりに１５０ｋｇ以上混入する際の攪拌方法であって、
攪拌翼を有する攪拌機で、前記固化材の混合度合いのばらつきを示す変動係数が４％以下となるように行うことを特徴とする、汚染土壌の不溶化における攪拌方法。
先端に放射方向に延出する攪拌翼を備えた内管と、放射方向に延出する攪拌翼を備えた外管との二重管構造となっており、前記内管と前記外管とが互いに逆方向に回転するものを前記攪拌機として使用した、請求項１または２記載の汚染土壌の不溶化における攪拌方法。