JP3891044B2 - 汚染土壌中の重金属などの不溶化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重金属などで汚染された土壌中の重金属などを不溶化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、重金属などで汚染された土壌の処理方法としては、「土壌・地下水汚染に係る調査・対策指針および運用基準」（平成１１年１月）に
(1) 土壌にセメント等の固化剤を混合して固型化する方法
(2) 土壌に薬剤を混合して化学的に不溶化する方法
などがある。上記固型化方法では、汚染物質は物理化学的に土壌中に固定される。また、化学的不溶化方法では、例えば、カドミウム化合物が硫化ナトリウムとの反応で硫化カドミウムとして不溶化し、シアン化合物は硫酸第一鉄との反応で難溶性塩を生成し、砒酸化合物は、硫酸第二鉄との反応で砒酸鉄を生成して不溶化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
汚染土壌にセメント等を添加混合して固化させた場合、鉛（Ｐｂ）等の両性イオンが溶出し、重金属などを確実に不溶化することができない場合がある。
【０００４】
また、化学的に不溶化する方法においても、重金属などを確実に固定することは困難であり、例えば、硫化物として不溶化する方法において、処理後、土壌が酸化雰囲気になると重金属などが溶出するおそれがある。
【０００５】
即ち、重金属などの不溶化のためには、汚染土壌を適正なｐＨに調整する必要があるが、従来法においては、この適正ｐＨ及びその調整方法について検討されておらず、このために重金属などの溶出の問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、重金属などで汚染された土壌中の重金属などを効果的に不溶化してその溶出を確実に防止する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の汚染土壌中の重金属などの不溶化方法は、該汚染土壌にカルシウム系及び／又はマグネシウム系の塩基性物質（以下「Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質」と称す場合がある。）を添加混合する第一工程と、該第一工程の後、該土壌に酸性化合物を添加混合して該重金属などの不溶化に好適な範囲にｐＨ調整する第二工程とを有する汚染土壌中の重金属などの不溶化方法であって、該重金属などが鉛であり、該塩基性物質がセメントであり、該酸性化合物が硫酸第二鉄であり、該硫酸第二鉄の添加率が３〜８重量％（対乾燥土壌）であり、該調整ｐＨ値が８．５〜１０．５であることを特徴とする。
【０００８】
汚染土壌にＣａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合することにより、土壌中の重金属などは、添加されたＣａ／Ｍｇ系塩基性物質の種類に応じて、水酸化物、その他の形態として不溶化される。
【０００９】
しかし、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質の添加により土壌のｐＨが上昇することにより、Ｐｂ等の両性化合物が溶出してくる。
【００１０】
本発明では、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合した後に酸性化合物を添加することにより、重金属などの不溶化に好適なｐＨに調整して重金属などを確実に不溶化する。例えば、汚染土壌にＣａ／Ｍｇ系塩基性物質としてセメントを添加混合し、次いで、硫酸第二鉄を添加混合することにより所定のｐＨに調整し、鉄水酸化物との共沈、あるいは不溶性化合物の形成によって重金属などを不溶化する。
【００１１】
本発明において、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質と酸性化合物の添加順序は非常に重要であり、汚染土壌にＣａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合した後に酸性化合物を添加混合する必要がある。この理由について、Ｐｂ汚染土壌をＣａ／Ｍｇ系塩基性物質としてセメントを添加混合し、酸性化合物として硫酸第二鉄を添加混合する場合を例示して説明する。
【００１２】
Ｐｂ汚染土壌に、必要により水分を添加した後、セメント粉末を添加混合すると、土壌中の酸性物質はセメントから生成する消石灰、アルカリ性塩である炭酸カルシウムにより中和されるために、セメントが混合された後の土壌のｐＨは、一般に１０以上になる。このようにｐＨアルカリ性となるのは、添加したセメントのアルカリ性物質が土壌中の酸性物質よりも多いためである。この場合、Ｐｂ化合物は両性化合物であるために、ｐＨ１１以上のアルカリ性になると溶出してくる。元の土壌のｐＨが例えば７．０であった場合、セメントを添加してｐＨ１２．０にしたとすると、Ｐｂの溶出量はセメントを添加することによって大幅に増加する。
【００１３】
しかし、この後、酸性塩である例えば硫酸第二鉄を添加してＰｂの不溶化に適正なｐＨ８．５〜１０．５に調整すると、硫酸第二鉄は、セメント混合土壌中の消石灰、炭酸カルシウム及びケイ酸塩（主にＣａ塩）などのアルカリ性物質と反応して、水酸化第二鉄の沈殿を形成し、これが重金属の水酸化物などと共沈してＰｂを不溶化することができる。
【００１４】
この時、土壌中には弱アルカリ性物質（即ち、弱酸と強アルカリ（Ｃａ）との塩）であるケイ酸塩や炭酸塩が存在するために、酸性塩（強酸と弱アルカリ（Ｆｅ）との塩）である硫酸第二鉄を添加しても、土壌のｐＨは急激に低下することなく、徐々に低下する。つまり、ｐＨ緩衝性があるために、硫酸第二鉄の添加率の多少があったとしても、安定して目的とするｐＨ８．５〜１０．５に調整することが可能となる。
【００１５】
土壌にセメントや硫酸第二鉄などの薬剤を添加混合して、系全体を均一にすることは、実際上非常に困難なことであり、部分的にみれば、セメントや硫酸第二鉄の添加率の多少が生じる。従って、土壌に薬剤を添加して処理する場合、添加率を厳密に制御することが要求される方法は実用上好ましくないが、本発明の方法であれば、上記のｐＨ緩衝性により、セメントや硫酸第二鉄の添加率の多少や不均一混合があったとしても、目的とするｐＨ範囲内に容易に調整することが可能である。
【００１６】
これに対して、セメントと硫酸第二鉄の添加順序を逆にして、汚染土壌に最初に硫酸第二鉄を添加すると、土壌中のアルカリ性物質は、硫酸第二鉄により中和されて土壌は酸性になる。この酸性の程度は、硫酸第二鉄の添加率の多少にもよるが、一般にｐＨ４以下、場合によってはｐＨ３以下となる。また、土壌そのものに含まれる弱酸性基も硫酸第二鉄（強酸と弱アルカリとの塩）で中和されてＨ型になる。炭酸塩が含まれている場合には、炭酸塩が炭酸ガスとなって揮散する。
【００１７】
その後セメントを添加すると、Ｈ型となった土壌中の弱酸はセメント中のアルカリ性物質によって中和されるが、ｐＨ８．５〜１０．５に調整するべくセメントを添加すると、主にセメントから生成する消石灰のためにｐＨは１２以上となってしまい、所定のｐＨに調整することは極めて困難となる。
【００１８】
このように、セメントと硫酸第二鉄との添加順序を逆にすると、ｐＨ緩衝性が小さいために、ｐＨ調整が困難となる。
【００１９】
本発明の方法によれば、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質と酸性化合物との併用で、処理土壌のｐＨを安定させることができ、このため、処理後の土壌が酸性地下水、又はアルカリ性地下水に曝された場合であっても、一旦不溶化した重金属などを溶出させることなく、安定して不溶化効果を持続させることができる。
【００２０】
本発明において、酸性化合物とは、弱アルカリ性化合物（鉄（III））と強酸の塩のように、水に溶解したときに水溶液が酸性を示すようなものであり、硫酸第二鉄を用いる。即ち、硫酸第二鉄は、セメント中のカルシウムと反応して不溶性の硫酸カルシウムを生成するために、土壌の固化に有効である。また、酸性化合物の添加による土壌からの溶出物質（塩）の増加が少ない点においても硫酸第二鉄は好適である。
【００２１】
また、本発明において、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質としては、セメントを用いる。
【００２２】
本発明においては、汚染土壌中の重金属などの種類によっては、土壌にＣａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合する第一工程の前からその後酸性化合物を添加混合する第二工程の後までの間に、土壌に還元剤を添加混合する。即ち、例えば六価クロム（Ｃｒ(VI)）やＳｅは、塩基性物質及び酸性化合物のみでは不溶化させることができない。従って、例えば、Ｃｒ(VI)は還元剤によりＣｒ(III)に還元した後水酸化クロム（Ｃｒ（ＯＨ）３）として不溶化する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の汚染土壌中の重金属などの不溶化方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
本発明において不溶化処理する重金属などは鉛であるが、不溶化処理する汚染土壌中に含まれる重金属などとしては鉛の他に、カドミウム、全シアン、砒素、六価クロム、総水銀、セレン、ホウ素、フッ素、銅、亜鉛等が挙げられる。
【００２５】
本発明では、このような重金属などで汚染された土壌に、まず、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合する。このＣａ／Ｍｇ系塩基性物質としては、セメントを用いるが、カルシウム及び／又はマグネシウムの炭酸塩、酸化物及び水酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも１種、具体的には、消石灰、生石灰、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム等も挙げられ、これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。なお、セメントとしては、普通、早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメント、及び、フライアッシュ、高炉セメント等の混合セメントを使用することができる。
【００２６】
このようなＣａ／Ｍｇ系塩基性物質の添加率は、用いるＣａ／Ｍｇ系塩基性物質の種類、土壌の汚染状況（土壌中の重金属などの種類、含有量）や土質等によっても異なるが、一般に、乾燥土壌重量に対して０．５〜２０重量％程度とすることが好ましい。この添加率が０．５重量％未満では十分な不溶化効果を得ることができず、２０重量％を超えて添加すると、薬剤使用量が増え、不経済である。
【００２７】
汚染土壌にＣａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合する方法としては特に制限はないが、汚染土壌を掘削した後、タンクなどに投入し、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質の粉末又はスラリーを添加混合する。この場合、必要に応じて水分を添加しても良い。また、汚染土壌を掘削することなく、現場にて汚染土壌を混合しながらＣａ／Ｍｇ系塩基性物質の粉末又はスラリーを添加混合しても良い。
【００２８】
このようにして汚染土壌にＣａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合した後は、好ましくは０．５〜２４時間程度常温で放置して養生した後、酸性化合物を添加混合する。
【００２９】
この酸性化合物としては、硫酸第二鉄を用いるが鉄(III)の硫酸塩、塩酸塩等といった酸性塩を用いることもできる。これらの酸性化合物は、１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。これらの酸性化合物は通常水溶液として土壌に添加混合するが、粉末のまま添加することも可能である。
【００３０】
この酸性化合物としての硫酸第二鉄の添加率は、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質の添加率、土壌の汚染状況や土質等によっても異なるが、乾燥土壌重量に対して３〜８重量％とする。この添加率が３重量％未満であっても８重量％を超えても重金属などの不溶化に好適なｐＨに調整することが困難となる。
【００３１】
前述の如く、本発明は、汚染土壌にＣａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合した後酸性化合物を添加混合することにより、土壌中の重金属などの不溶化に好適なｐＨに調整するものであり、このような添加順序でＣａ／Ｍｇ系塩基性物質と酸性化合物とを添加することにより得られるｐＨ緩衝作用で薬剤の厳密な添加量制御や高度な均一混合作業を必要とすることなく、容易に不溶化処理を行うことができる。
【００３２】
なお、前述の如く、汚染土壌中にＣｒ(VI)やＳｅが含まれている場合、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質及び酸性化合物に加えて更に還元剤を添加する必要がある。この場合、還元剤としては鉄粉、鉄(II)塩、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、チオ硫酸塩等を用いることができ、これらに限定されるものではない。この還元剤の添加時期には特に制限はなく、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質の添加前、Ｃａ／Ｍｇ系塩基性物質の添加後酸性化合物の添加前、酸性化合物の添加後、或いはＣａ／Ｍｇ系塩基性物質又は酸性化合物の添加と同時のいずれであっても良い。還元剤の添加量は土壌中の被還元物質を還元できる程度の量であれば良い。
【００３３】
本発明において、汚染土壌中に全シアン（ＣＮ）が含まれている場合、ＣＮはフリーシアンイオン又はキレートとして存在するため、不溶化に際しては、鉄(II)イオン及び／又は鉄(III)イオンを添加し、不溶性錯塩を生成させて不溶化する。また、汚染土壌中に砒素が含まれている場合、亜砒酸の形態で存在すると不溶化が十分でないので、酸化剤を添加して砒酸にした後、砒酸鉄(III)として不溶化する。この場合の酸化剤としては、次亜塩素酸塩、過酸化水素水、過硫酸塩、過塩素酸塩、過マンガン酸塩等が使用できる。
【００３４】
本発明においては、汚染土壌にＣａ／Ｍｇ系塩基性物質を添加混合した後酸性化合物を添加混合することにより、ｐＨ８．５〜１０．５に調整する。なお、この不溶化に好適な調整ｐＨ値は、重金属などの種類によって異なり、例えば次の通りである。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３７】
実施例１，２、比較例３１
Ｐｂ汚染土壌（含水率１５重量％）５８．８ｇに、脱イオン水１４１ｍＬを添加混合した後、ポルトランドセメントを乾燥土壌重量に対して４．０重量％添加混合した。これを６時間放置した後、各々硫酸第二鉄を乾燥土壌重量に対して表２に示す量添加混合し、更に１時間放置した後、懸濁液のｐＨを測定した。また、この懸濁液を０．４５μｍの濾紙で濾過した液について、Ｐｂ及びその化合物の溶出濃度を、ＪＩＳ Ｋ０１０２により測定した。
【００３８】
上記測定結果を表２に示した。
【００３９】
比較例１
実施例１において、ポルトランドセメント及び硫酸第二鉄の添加及び放置を行わなかったこと以外は、同様にして処理を行い、同様にｐＨとＰｂ濃度を測定し、結果を表２に示した。
【００４０】
比較例２〜６
実施例１において、硫酸第二鉄の添加及び放置を行わず、ポルトランドセメントの添加量を表２に示す量としたこと以外は同様にして処理を行い、同様にｐＨとＰｂ濃度を測定し、結果を表２に示した。
【００４１】
【表２】

【００４２】
表２より、セメントを添加混合するとｐＨが上昇し、Ｐｂの溶出量が増加するが、適正量の硫酸第二鉄を添加すると、Ｐｂは定量下限値未満となり不溶化されていることが分かる。この時、Ｐｂの不溶化に好適なｐＨに調整するには、硫酸第二鉄の添加率はおおよそ３〜８重量％（対乾燥土壌）であり、この程度の添加率範囲であれば、実際の不溶化処理を容易に行える。
【００４３】
比較例７〜１０
実施例１において、ポルトランドセメントの添加及び放置を行わず、硫酸第二鉄の添加量を表３に示す量としたこと以外は同様にして処理を行い、同様にｐＨとＰｂ濃度を測定し、結果を表３に示した。
【００４４】
なお、表３には比較のため比較例１の結果も併記した。
【００４５】
比較例１１〜１５
実施例１で処理したものと同様のＰｂ汚染土壌（含水率１５重量％）５８．８ｇに、脱イオン水１４１ｍＬを添加混合した後、硫酸第二鉄を乾燥土壌重量に対して５重量％添加混合した。これを１時間放置した後、各々ポルトランドセメントを表３に示す量添加混合し、更に６時間放置し、その後実施例１と同様にしてｐＨとＰｂ濃度の測定を行い、結果を表３に示した。
【００４６】
【表３】

【００４７】
表３より明らかなように、硫酸第二鉄を添加するとｐＨが低下しＰｂの溶出量が増加する。この後に、セメントを添加するとＰｂの溶出量は減少し、好適なｐＨ範囲内にするとＰｂ濃度は定量下限値未満となるが、このｐＨに調整するにはポルトランドセメントの添加率は約４重量％（３．５〜４．５重量％）に維持されなければならず、このような狭い範囲に土壌全体の添加率を調整することは実際の処理においては極めて困難である。
【００４８】
実施例３〜５、比較例３２，３３
Ａｓ，Ｐｂ汚染土壌（含水率１３重量％）５７．５ｇに、脱イオン水１４３ｍＬを添加混合した後、ポルトランドセメントを乾燥土壌重量に対して６．０重量％添加混合した。これを６時間放置した後、各々硫酸第二鉄を乾燥土壌重量に対して表４に示す量添加混合し、更に１時間放置した後、懸濁液のｐＨを測定した。また、この懸濁液を０．４５μｍの濾紙で濾過した液について、Ａｓ，Ｐｂ及び各化合物の溶出濃度を、ＪＩＳ Ｋ０１０２により測定した。
【００４９】
上記測定結果を表４に示した。
【００５０】
比較例１６
実施例３において、ポルトランドセメント及び硫酸第二鉄の添加及び放置を行わなかったこと以外は、同様にして処理を行い、同様にｐＨとＡｓ，Ｐｂ濃度を測定し、結果を表４に示した。
【００５１】
比較例１７〜２１
実施例３において、硫酸第二鉄の添加及び放置を行わずポルトランドセメントの添加量を表４に示す量としたこと以外は同様にして処理を行い、同様にｐＨとＡｓ，Ｐｂ濃度を測定し、結果を表４に示した。
【００５２】
【表４】

【００５３】
表４より、Ａｓ，Ｐｂ汚染土壌についても、Ｐｂ汚染土壌と同様に、セメントを添加混合するとｐＨが上昇し、Ａｓ，Ｐｂの溶出量が増加するが、適正量の硫酸第二鉄を添加すると、Ａｓ，Ｐｂは定量下限値未満となり不溶化されていることが分かる。この時、Ａｓ，Ｐｂの不溶化に好適なｐＨに調整するには、硫酸第二鉄の添加率はおおよそ５〜８重量％（対乾燥土壌）であり、この程度の添加率範囲であれば、実際の不溶化処理が可能である。
【００５４】
比較例２２〜２５
実施例３において、ポルトランドセメントの添加及び放置を行わず、硫酸第二鉄の添加量を表５に示す量としたこと以外は同様にして処理を行い、同様にｐＨとＡｓ，Ｐｂ濃度を測定し、結果を表５に示した。
【００５５】
なお、表５には比較のため比較例１６の結果も併記した。
【００５６】
比較例２６〜３０
実施例３で処理したものと同様のＡｓ，Ｐｂ汚染土壌（含水率１３重量％）５７．５ｇに、脱イオン水１４３ｍＬを添加混合した後、硫酸第二鉄を乾燥土壌重量に対して５．０重量％添加混合した。これを１時間放置した後、各々ポルトランドセメントを乾燥土壌重量に対して表５に示す量添加混合し、更に６時間放置し、その後実施例３と同様にしてｐＨとＡｓ，Ｐｂ濃度の測定を行い、結果を表５に示した。
【００５７】
【表５】

【００５８】
表５より明らかなように、硫酸第二鉄を添加するとｐＨが低下し、Ａｓはいったん溶出量が減少し、ｐＨ３．０まで低下すると増加する。一方、ＰｂはｐＨが低下すると溶出量が増加する。次いで、セメントを添加してＡｓとＰｂを不溶化するに好適なｐＨにするとＡｓとＰｂ濃度は定量下限値未満となるが、このｐＨに調整するにはポルトランドセメントの添加率は約５重量％（４．５〜５．５重量％）に維持されなければならず、このような狭い範囲に土壌全体の添加率を調整することは実際の処理においては極めて困難である。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の汚染土壌中の重金属などの不溶化方法によれば、汚染土壌中の重金属などの不溶化に適正なｐＨに、容易にかつ安定して調整することが可能となり、土壌中の重金属などを効果的に不溶化してその溶出を確実に防止することができる。

Claims (2)

1. 重金属などで汚染された土壌中の重金属などを不溶化する方法において、
   該汚染土壌にカルシウム系及び／又はマグネシウム系の塩基性物質を添加混合する第一工程と、
   該第一工程の後、該土壌に酸性化合物を添加混合して該重金属などの不溶化に好適な範囲にｐＨ調整する第二工程と
   を有する汚染土壌中の重金属などの不溶化方法であって、
   該重金属などが鉛であり、該塩基性物質がセメントであり、該酸性化合物が硫酸第二鉄であり、該硫酸第二鉄の添加率が３〜８重量％（対乾燥土壌）であり、該調整ｐＨ値が８．５〜１０．５であることを特徴とする汚染土壌中の重金属などの不溶化方法。
2. 請求項１において、該第一工程により土壌のｐＨが１０以上になった後、該第二工程を行うことを特徴とする汚染土壌中の重金属などの不溶化方法。