JP3777380B2

JP3777380B2 - 複合重金属汚染土壌の処理方法

Info

Publication number: JP3777380B2
Application number: JP2004068670A
Authority: JP
Inventors: 岩男加藤; 宏明椎野; 光正古矢
Original assignee: Kabuki Construction Co Ltd
Current assignee: Kabuki Construction Co Ltd
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: JP2005254127A

Description

本発明は、汚染土壌の不溶化処理、特に重金属による複合汚染土壌の場内（現地）処理に当たり、汚染土壌に添加して撹拌・混合等の処理を行うことにより汚染源物質の不溶性塩を生成して、無害化を図る重金属汚染土壌の処理方法に関する。

汚染土壌の化学的処理方法としては、従来、場内（現地）処理を行う場合と場外（搬出）処理を行う場合とが知られている。
例えば、汚染部位が地下２．０〜５．０メートルの間に層状に位置し、浅層撹拌方式を採用して処理剤と水分調整固化材を用いることが、汚染源物質の混乱、拡散を抑制できると思われる場合は、場内処理が優位に行なわれる。

場外処理の場合は、被処理土壌の搬出先を特定し、その受入れ基準を満たしているものについては掘削後、被処理土壌を搬出することになるが、受入れ基準を超えている汚染物質については、場内で一旦処理した後に搬出しなければならない。
現状では、作業手続の複雑性を避けるとか経済的観点などから、場内処理を行う場合が少なくない。

汚染の化学的処理方法としては、通常、硫酸第一鉄などの還元剤を用いて水分に溶け出した溶解性重金属類を還元し、それらを硫化物若しくは水酸化物に変えて不溶化・沈殿させるものが知られている（その反応機構の説明は、図２を参照されたい）が、この方法は酸性条件でのみ存在する反応であるので、その後、土壌が酸性になり、そのまま放置すれば、やがて解離して再び、酸化型に戻ってしまう。

そこで、不溶化後の処理の安定化を図るため石灰水などで中和し、水酸化物として解離を抑制する必要がある。しかし、液体による酸性土壌の中和では均一性を得ることが、かなり難しい事で、実際には不可能に近い。
上記の中和処理を怠ったり不完全な状態が続くと、酸性雨や空気酸化により再解離が起こって、再処理が必要になる。

また、不溶化処理後の地盤に所定の力学的強度を与えるため、必要な量の固化材（一般的には、セメント系、カルシウム系）を添加すると、アルカリ条件が過度になって了う。
例えば、一軸圧縮強度を２Ｋｇ／ｃｍ^２以上を得ようとするならば、土壌の量に対して５％以上の固化材が必要となるが、セメントの組成から言っても石灰が４０％程度は含まれているので、当然の事ながら、混ぜた時点でｐＨ値は、強アルカリ性（ｐＨ１３以上）を呈する。

土壌汚染の状況は一般に、単一物質による汚染は稀であって、複数の汚染物質が関係する場合が多く見られる。
汚染土壌で、鉛、砒素のように、両性化合物が共存している場合、土壌が過度にアルカリ性（一般的にはｐＨ１０以上）になったときには、再び溶け出しまうことになるので、適度の調整は極めて煩雑、かつ、精密なコントロールが要求される。
還元などの不溶化処理を施してあっても、上記のように、次の固化工程で再溶出（金属類の遊離）の可能性がある。
つまり、還元処理のみでは、何れの方法によっても再解離の可能性を否定することができない。

また、これまでの処理は、各薬剤を対象物質ごと、それぞれの反応プロセス毎に段階的に反応させて処理を行わねばならなかった。
特開２００３−２９０７５９号公報

そこで本発明は、複合重金属汚染土壌の処理工程で発生する上述の問題点（不都合／弊害）を全て解決する化学的不溶化処理方法を提供する事を目的とする。

本発明方法は、汚染源中に、硫化物となし得るものと成し得ない重金属類とが共存する場合であっても、複数の薬剤中の何れかを親和性の強い物質と優先的に反応させて炭酸化合物を同時に形成させて不溶化を達成し、処理後に土壌がアルカリ条件になっても不溶化物の再溶出を防止または抑制する事ができる特徴を備え、その構成は、次ぎに述べる通りである。

（１）チオ硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム及びチオ尿素を配合した水溶液よりなる不溶化処理液と、セメント系固化材にチオ尿素などのキレート作用を持つ剤を配合した処理剤とを、一挙に汚染土壌に添加、混合して不溶化処理を施し、処理土壌の固化熟成過程でのアルカリ条件においても処理の安定化を維持する事を可能とした複合重金属汚染土壌の処理方法。

（ａ）処理土壌が、複合汚染の状況にあるとき、何れかの処理剤が適所で働くので有効である。
還元処理後、セメント固化処理により土壌がアルカリ性に傾いた場合、不溶化物が解離する可能性があるが、炭酸ナトリウムを添加しておけば、アルカリにより再解離した酸化型クロムを溶解度の低い炭酸クロムとして不溶化・沈殿させることができるので、再溶出（遊離）を防止または抑制する事ができる。

（ｂ）還元剤による無害化処理によって生成した不溶性の塩を再溶出することがないように安定させる。
還元処理に中性域で反応をするチオ硫酸ナトリウムを採用し、水酸化クロムなどを生成する。還元後の中和処理を必要としないので、工程の煩雑を解消する事ができる。
硫酸第一鉄などを不溶化処理剤として用いた従来法と比較して、処理後の中和処理を必要としない。
要するに、従来法に較べ、段階的処理工程を少なくして処理を達成する事ができる。

（ｃ）還元剤、不溶化物安定剤とも中性塩であるため、両者を配合しても相互の反応がなく障害が起こらない。
（ｄ）薬剤の配合率は、土壌の汚染状況により当量配合できる。
配合は、理論的添加量の１００倍程度の範囲で調整する。

還元剤と不溶化物安定剤とを同時に土壌に加えて混合し、重金属類汚染源を一挙に不溶化して、処理工程の短縮を図る。

図１は、本発明重金属複合汚染の中性域での不溶化処理方法の説明図を示す。
複合重金属汚染土壌の処理方法に使用する処理剤の成分は、具体的には次に述べる通り
である。
（１）処方
（ａ）不溶化処理剤
還元剤（チオ硫酸ナトリウム）
［効果］鉛硫化塩として沈殿
水銀硫化水銀として沈殿
砒素硫化砒素として沈殿
六価クロム水酸化クロムとして沈殿

炭酸ナトリウムと反応しない砒素については、チオ硫酸ナトリウムにより還元処理することができる。
チオ硫酸ナトリウムは適量配合することで、水銀、鉛、カドミウム等にも反応し不溶性物質を生成するので、より安定化を図ることができる。

炭酸塩（炭酸ナトリウム、重炭酸塩）
［効果］カドミウム炭酸カドミウムとして沈殿
鉛炭酸塩として沈殿
水銀炭酸水銀として沈殿
六価クロム炭酸クロムとして沈殿

（ｂ）不溶化物安定剤
マスキング剤（ＥＤＴＡ、チオ尿素など）
［効果］処理中に薬剤の過量条件で発生する錯塩などの解離したイオンをキレート化合物としてマスキングする事により、不溶化の状況を作る（沈殿物として除去できる）。

固化剤（石灰、石膏、還元性スラグ、重炭酸塩）特に、石膏を配合したところに特徴がある。
［効果］これは、固化剤の主成分である石灰によるアルカリ性条件で起る水酸化物の加水分解を抑制する。また、石膏（硫酸カルシウム）は、中性の不溶性の物質であり、固化剤に配合すると結晶水として水分を吸収し固化性能を向上させる。
炭酸塩を配合することで、固化強度が向上することが知られているが、ここでは、重炭酸塩を採用した。

これは、鉛などは、炭酸塩であれば一部水酸化鉛を製することになるが、重炭酸塩であれば直接炭酸塩を生じるので、より確実な不溶化処理が実現する。
また、重金属炭酸塩が水中においてｐＨなどの影響を受ける際、緩衝性を促進するのでアルカリ性の影響を抑制する効果がある。

（２）処理対象物質に対する薬剤の添加量
（ａ）不溶化に供する薬剤の理論的添加量
〔処理対象物質〕＋〔処理〕→〔不溶性物質〕
鉛１ｇ／ｍ^３の場合、炭酸ナトリウム０．５２ｇが対応する。
同様に共存物質について計算すると、下表の通りである。

┌────────┬──────────┬────────────┐
│ 処理対象物質 │炭酸ナトリウム（ｇ）│チオ硫酸ナトリウム（ｇ）│
├────────┼──────────┼────────────┤
│ 鉛 │ ０．５２ │ ３．６２ │
│ 亜鉛 │ １．６５ │ − │
│ 水銀 │ ０．５４ │ ５．００ │
│ 砒素 │ − │ ５．００ │
│ カドミウム │ ０．９６ │ − │
│ 六価クロム │ ９．１０ │ ７．２１ │
└────────┴──────────┴────────────┘
汚染物質の計測値に基づき、処理剤の理論対応量を計算したが、実操作においては、種々の要因で増量し、推定添加量を算出する。

（ｂ）還元剤の実工程における添加量
（α）炭酸ナトリウムは、理論計算値の１００倍を推定値とする。
即ち、理論量が微小で均一に混合する事が困難と考えられるので、割合を上げる。
炭酸ナトリウムは、水に溶けて炭酸イオンを発生し、これが鉛と反応するが、水温の上昇によ
り飽和溶解度が低下し、有効性が損なわれることが予想されるので、概ね、１００倍とする。

（β）チオ硫酸ナトリウムの推定値は、１２倍とする。
経験的に、１．２倍量で良いと思われるが、理論量が微小であり、均一に混合することが難し
いと思われるので、割合を上げる。
上記剤の過投入に際し、影響を受ける物質が含まれていないこと。
ただし、鉛については極端にｐＨ値が変動する位に入れた場合（過量添加）、再溶出すること
も考えられるが、炭酸ナトリウムを併用することで、ナトリウムにより発生する水酸基が水酸物
を生成することにより抑制できると考えられる。

（γ）なお、炭酸ナトリウムによる不溶化処理の結果、発生する炭酸ガス量については、炭酸ナ
トリウム１ｇにつき、０．５１リットルとなります。
処理中に発生する炭酸ガスは、セメント中のカルシウムで中和されると同時に、場内から除去
されるので、全量残るとは考えられない。

（３）汚染処理対処物の処理効果
（ａ）泥水分離後の上澄水は、全て公共下水道放流基準値を満足した。
測定方法：公定法
泥水分離の際に若干のアルカリ（固化剤など）を添加し、アルカリ性にすると、沈降性が向
上する（約３０〜６０分で完了する）。
硫化物の沈殿は、非常に細かいため上澄水は放流前に、高分子凝集剤などにより、凝集沈殿処
理を行うことが有利である。

（ｂ）固化処理土壌（改良土）の７日間養生後の溶出試験については、砒素、鉛、カドミウムにつ
いて、全て溶出試験による環境基準を満足した。

（４）結果
汚染土壌に含まれる砒素、鉛、カドミウム等の汚染物質の還元剤による不溶化処理に当たり、マスキング剤の適量を添加しておくことにより、過量の還元剤を添加しても溶出抑制効果を奏し、再溶出等のトラブルを防止することができた。
砒素、鉛の再溶出の要因となるアルカリ性条件において、砒素、鉛等の硫化物の再溶出
を抑制することができた。

実操作では、還元剤は１０倍程度、凝集助剤は２０倍前後の投与を計画すべきで、還元剤等の不溶化剤の添加量の適応範囲の上限は、約１００倍量までであることを一応確認した。

上記事例は専ら、場内処理を前提にして説明をしてきたが、この実施例処理剤は、場外処理の場合に施しても同様な効果を奏することは明らかである。
近来、都市又はその周辺に立地する工場跡地の再利用が盛んに行われているが、それらを宅地、公共用地などに転用するには、汚染された跡地土壌の無害化が必須条件となる。
本発明方法によれば、無害化に階段的処理工程の必要が無く、経済的な複合的汚染土壌の不溶化処理方法の普及が望まれる。

複合重金属汚染土壌処理における中性域での本発明不溶化処理法の反応機構説明図である。(実施例) 従来法の複合重金属汚染土壌処理に硫酸第一鉄を用いた場合の反応機構図を示す。

符号の説明

Ｐｂ鉛
Ａｓ砒素
Ｈｇ水銀
Ｃｒクロム

Claims

チオ硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム及びチオ尿素を配合した水溶液よりなる不溶化処理調整液と、セメント系固化材にチオ尿素などのキレート作用を顕す薬剤を配合した処理剤とを、一挙に汚染土壌に添加、混合して、金属イオンの不溶化処理を行い、処理土壌の固化熟成過程でのアルカリ条件においても処理の安定化を維持する事を可能とした複合重金属汚染土壌の処理方法。