JP4235688B2 - 汚染土の浄化工法 - Google Patents
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Description
本発明は汚染土の浄化工法に関し、詳しくは、土壌中に含まれる有害重金属類を洗浄した後、更に不溶化を図り、汚染土の安定化、無害化を図る汚染土の浄化工法に関する。
土壌汚染対策法では、カドミウム、鉛、６価クロム、砒素、総水銀、銅、セレンのような重金属（比重が４を超える金属類の総称）を、シアン、フッ素、ほう素などと共に第２種特定有害物質として規定し、規制の対象としている。
同法では重金属等について、直接摂取による人体への危険度と地下水等の摂取による人体への危険度の観点から、二つの基準を導入し、前者を土壌含有量基準、後者を土壌溶出量基準と定義している。
従来の土壌汚染対策を見ると、１）封じ込め工法、２）不溶化・固定化工法、３）浄化工法などがある。
封じ込め工法には遮水工や遮断工があり、いずれも汚染土を遮水壁や遮断壁で封じ込める工法であり、土地の再利用が極めて困難であり、近隣住民の理解が得られない難点がある。
不溶化・固定化工法には、化学的不溶化工法、セメント固化工法、地化学的固形化工法がある。化学的不溶化工法は、塩化第二鉄等の薬剤を利用して化学的に無害化する工法で、再溶出の可能性があり長期安定化に問題がある。セメント固化工法は再溶出の可能性があり長期安定化に問題がある。地化学的固形化工法は新結晶鉱物中に特定有害物質を固定化する工法で、地化学的に安定しており、長期安定性に優れる。しかし、不溶化・固定化工法では汚染土の濃度が含有量基準を超える場合は不適である。
従来の浄化工法には、揚水抽出工法、電気分解工法、加熱処理工法、洗浄工法がある。揚水抽出工法はボーリング孔を利用して水を強制循環して汚染物質を抽出除去する方法であり、電気分解工法は電流により電気分解させ、金属イオンを回収する工法であり、加熱処理工法は、加熱して揮発あるいは燃焼させ、回収又は空中放散する方法であり、洗浄工法は汚染土・地層を掘削後に洗浄分級あるいは原位置にて高圧洗浄し、細粒堆積物と共に重金属を除去し含有量と溶出量を減少させる工法であり、いずれの工法でも、有害物質が減少する効果があるが、重金属含有量の除去率はせいぜい３０〜７０％で、数１０％以上残留する問題がある。
上記のように汚染土対策には、各工法に一長一短があり、中でも含有量基準と溶出量基準に対して効果的とされる工法として、洗浄工法があるが、以下の問題がある。
洗浄工法による重金属の除去率は、粒度組成に大きく支配され、細粒分が少ないと低下する。細粒分が増加すると重金属の除去率は高くなるが、場外搬出する廃棄物量が増えて工事費が上昇するため非効率的となる問題がある。
重金属と土粒子は吸着やイオン交換・膠結・化合など、物理化学的に比較的強固に結合している。このため洗浄工法では、下記のような問題がある。
（１）洗浄効果は対象土の粒度分布に大きく支配され、含有量の減量率は30〜60％程度である。
（２）シルト・粘土など細粒分が30％を超える汚染土は適用が難しい。
（３）残留した重金属が溶出し、溶出量基準を超えることがある。
（４）シルト・粘土および有機質を除去するため、土壌特性を失い再利用できない。
また、減量率を上げるため、薬品（酸）や洗浄液で抽出除去をおこなっても、残留する薬品（酸）等の影響で溶出量がむしろ増加する。
本発明の課題は、洗浄工法のような浄化工法の問題を解消し、土壌中の汚染物質の含有量を基準以下に抑え、かつ溶出量を基準以下に抑えることができる汚染土の浄化工法を提供することにある。
本発明の他の課題は以下の記載によって明らかとなる。
上記課題は、以下の発明によって解決される。
（請求項１）重金属の汚染土を水で洗浄して洗浄と分級の処理を行い、７４μｍ以下の土を含む洗浄濁水と、５ｍｍ以上の礫と７５μｍ〜５ｍｍの砂とからなる洗浄処理土に分離する洗浄工程と、前記洗浄処理土１００重量部に対して、火山性ローム又はまさ土からなる粘性土５〜３０重量部、陽イオン交換体１〜１５重量部、及びドロマイト１〜１０重量部を混合して、重金属の溶出成分を固定化する処理を行う土壌安定化工程を有し、前記洗浄工程において分離された洗浄濁水は、その後、水処理工程で、処理水と、重金属を含む固形物に分離されることを特徴とする汚染土の浄化工法。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明において、汚染土とは、環境上有害な物質を含む土壌であり、望ましくは土壌汚染対策法における第２種特定有害物質を含む土壌であり、例えばカドミウム、鉛、６価クロム、砒素、総水銀、銅、セレンのような重金属や、フッ素、ほう素などを含む土壌である。
重金属は、金属陽イオン、酸化物（複合酸化物を含む）あるいは亜酸化物として存在していてもよい。環境上有害な物質という場合、本発明では、直接摂取による人体への危険度と地下水等の摂取による人体への危険度をもつ物質を意味する。
次に、本発明の浄化工法の一例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の浄化工法の一例を示すフロー図である。
１は洗浄工程であり、重金属の汚染土を洗浄して洗浄濁水と洗浄処理土に分離する工程である。
洗浄工程１は、洗浄と分級の処理を含む。重金属の汚染土を洗浄する際には、水による洗浄を行う。洗浄水を散布する際には、汚染土を回転しながら散布し、汚染土と洗浄水が十分接触するようにすることが好ましい。洗浄工程１における分級では、礫、砂、汚泥等に粒径毎に分級することが好ましい。
２は洗浄濁水を処理する水処理工程であり、水処理工程２では前記洗浄工程１で分級された汚泥を受け入れて、沈降分離、酸化反応、凝集沈殿などの処理を施すことが好ましい。最初の沈降分離では、上澄み水と沈降土に分離される。凝集沈殿では清澄な処理水と沈降汚泥に分離される。前記の沈降土と沈降汚泥は、例えばフィルタープレスなどによって脱水され、脱水ケーキや固化汚泥となる。
３は前記の洗浄処理土を安定化、固定化する土壌安定化工程である。本発明では、洗浄工程で汚染土が洗浄され、洗浄処理土中の重金属は減少されており、前述の汚染物質の含有量基準は満足されると予想される。本発明では、含有量基準のあいまいさを問題としている。即ち、含有量基準が満足されても、その基準含有量が土壌中で溶出すると、溶出量基準を満足できない場合があり、特に地下水汚染等の問題は相変わらず深刻な問題となって残っている。本発明では、このような含有量基準の抱える深刻な地下水汚染等の問題を解消するために、土壌安定化工程を設ける。
洗浄処理土の安定化方法は、洗浄処理土に、粘性土、陽イオン交換体及びカルシウム化合物を混合して土壌を安定化することが好ましく、より好ましい態様としては、洗浄処理土に、粘性土、陽イオン交換体、カルシウム化合物及びマグネシウム化合物を混合して土壌を安定化する態様、洗浄処理土に、粘性土、陽イオン交換体、カルシウム化合物、マグネシウム化合物及び二価又は三価の鉄塩及び又はアルミニウム塩を混合して土壌を安定化する態様が挙げられる。
本発明に用いられる陽イオン交換体は、汚染土中に陽イオンとして存在する重金属類を短時間に交換吸着する陽イオン交換材として機能するものであり、好ましくはゼオライト類である。
ゼオライト類としては、天然ゼオライト、人工ゼオライトのいずれを用いることもでき、両者を併用することもできる。
天然ゼオライトとしては、斜プチロル沸石、モルデン沸石があり、いずれか単独で又は双方を併用することもできる。
本発明に用いられるゼオライト類は、陽イオン交換容量が１００ｍｅｑ／１００ｇ以上の陽イオン交換容量が高いものが用いられ、陽イオン交換容量は高いほどよいが、性能限界及びコスト等の関係から上限は２２０ｍｅｑ／１００ｇ以下である。陽イオン交換容量が１００ｍｅｑ／１００ｇより低いと、添加するボリュームの増加を来すため好ましくない。より好ましくは１５０ｍｅｑ／１００ｇ以上である。本発明における陽イオン交換容量の測定法は、ショーレンベルガー法及びその迅速法による。
本発明においてゼオライト類は、粉末状、粒子状のいずれを用いることもできる。粒子状及び又は粉末状の場合、平均粒径５mm以下のものが好ましい。また本発明では、粉末状及び粒子状の天然及び／又は人工ゼオライト類を適宜混合して用いることもできる。
ゼオライト類は、安定化工法に用いる添加剤の強度維持を図る観点から、水により飽和させることも好ましい。
本発明に用いられるカルシウム化合物は、上記ゼオライト類によって吸着保持されない汚染土中の陰イオンの吸着材として機能すると共に、上記ゼオライト類の陽イオン交換機能・吸着機能を強化・維持するためのｐＨ調整（アルカリ性に調整）の機能も果たす。陰イオンとしては、砒素（砒酸イオン、亜砒酸イオン）やその他の陰イオン（例えばクロム酸イオン）等を吸着する機能を有する。
このようなカルシウム化合物としては、例えばＣａ（ＯＨ）2（消石灰）、ＣａＯ（生石灰）、ＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）、ＣａＣｌ2（塩化カルシウム）等が挙げられる。これらはいずれか単独で用いても良いし、２種以上を適宜混合して用いても良い。
本発明に用いられるマグネシウム化合物はゼオライト及び粘性土に吸着保持されにくい汚染土中に存在する陰イオンを形成する汚染物質の吸着を補助する機能を果たす。従って、マグネシウム塩を含有させることにより、汚染土中の汚染物質の不溶化防止及び無害化をより一層図り得るものとなる。
このマグネシウム化合物としては、Ｍｇ（ＯＨ）2（水酸化マグネシウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＭｇＣＯ3（炭酸マグネシウム）、ＭｇＣｌ2（塩化マグネシウム）等が挙げられる。これらはいずれか単独で用いても良いし、２種以上を適宜混合して用いても良い。
また本発明ではカルシウムとマグネシウムの両方を含む化合物を用いることもできる。かかる化合物としては、例えばドロマイトなどが挙げられる。
また本発明では二価又は三価の鉄塩及び又はアルミニウム塩を含有させることも好ましい。二価の鉄塩としてはＦｅ２＋イオン等を生成する鉄塩であれば特に限定されず、例えばＦｅＣｌ２、ＦｅＳＯ４等が挙げられる。二価の鉄塩を添加すると例えば六価クロムは還元されて有害性の低い酸化クロムとなり、新しく形成されるＣａ、Ｍｇの含水アルミノ珪酸塩鉱物相に各々陽イオン、陰イオンとして吸着固定される効果がある。三価の鉄塩としては、Ｆｅ３＋イオン等を生成する鉄塩であれば特に限定されない。またアルミニウム塩もアルミニウムイオン等を生じる化合物であれば特に限定されない。
本発明に用いる粘性土は、重金属類や有害元素との化学反応性が良好で、更にそれらを吸着保持し、長期間の時間経過後に新しく形成された結晶相（人工鉱物）中に終極的には微量成分などとして固定することが出来るもので、地表における地表環境に対しての安全性を有する風化生成の粘土類である。汚染土中に含まれる重金属類や有害元素を長期間に亘って自然環境に順応する状態を保って存在させることができるからである。
この粘性土は、上記の特性を有していることはもちろん、安価で比較的容易に入手可能であることも重要である。
このような粘性土としては、火山性放出物の風化作用による生成物としての火山性ローム（例えば関東ローム）、花崗岩風化物であるまさ土等を用いることができる。
かかる粘性土は、そこに含まれる珪酸及び鉄、アルミナ等の含水性低結晶物質、及び低結晶性の粘土鉱物がより高度に結晶化するに伴って、前述のゼオライト類やカルシウム化合物等によって吸着された汚染土中の重金属類や有害元素を微量成分として取り込むように機能する。
最終的には最も安定的な珪酸塩鉱物相の中に微量成分として地化学的に安定化され、水による溶出等を起こさないように長期的に安定した人工地層を形成する。
粘性土を使用するに際してその性質の改変を行う必要がある場合には、粘性の付加や透水性の調整のためにベントナイト等粘土鉱物類を混入したり、逆に粘性低下のために砂類を混入することもできる。
本発明において、洗浄処理土の安定化に際し、添加される材料の添加量は、粘性土とゼオライト類とカルシウム化合物を添加する場合、上記洗浄処理土１００重量部に対して、粘性土５〜３０重量部、ゼオライト類１〜１５重量部、カルシウム化合物１〜１０重量部の範囲であることが好ましい。
またマグネシウム化合物を添加する場合、上記洗浄処理土１００重量部に対して、マグネシウム化合物１〜５重量部の範囲であることが好ましい。
更に二価又は三価の鉄塩及び又はアルミニウム塩を添加する場合、上記洗浄処理土１００重量部に対して、二価の鉄塩等は０．１〜３重量部の範囲で添加することが好ましい。
本発明に用いられる安定化素材は、天然鉱物資源等を主とするため、化学薬品等の人工的な物質による新たな環境負荷を発生させることがない。しかも、吸着反応・イオン交換反応・新鉱物相形成を基本とするため、この条件に適合するイオンならば汚染土中の単に有害重金属類のみならず、砒素や他の元素についても適用可能であり著しい汎用性がある。
本発明において、洗浄処理土を安定化処理するには、例えば洗浄処理土を所定の場所に敷き詰め、その上に上記の安定化剤であるゼオライト類とカルシウム化合物などを散布し、各種の方法でそれらを混合し、更に粘性土を混合する。安定化処理した処理済土は掘り起こした場所に埋め戻される。
図２には汚染土の浄化工法を実施する具体的な方法及び装置が示されている。
最初に汚染土２００ｍ３と水４００ｍ３をトロンメル型回転式洗浄機１０（（株）気工社製「トロンメル」）に投入する。
次いで、重力沈降式分離・土砂脱水篩１１（（株）気工社製「ハイメッシュセパレータ」）に送る。この土砂脱水篩１１で、礫（５ｍｍ以上）、砂（７５μｍ〜５ｍｍ）、洗浄濁水であるオーバー汚泥（７４μｍ以下で土３０ｍ３と水３６０ｍ３）に分離する。
礫（５ｍｍ以上）１７０ｍ３は洗浄処理土として安定化処理工程１２に送られる。安定化処理では安定化剤を２５．５ｍ３添加し、混合し、処理済土（１９５．５ｍ３）を得る。
前記のオーバー汚泥（土３０ｍ３と水３６０ｍ３）は、沈砂池１３で固液分離され、酸化反応槽１４に送られ、アステック社製「ＴＲＰ」とポリ鉄が添加され処理される。次いで凝集沈殿槽１５でＰＡＣと高分子凝集剤が添加され、凝集処理される。沈降汚泥はスラリー槽１６を経由してフィルタープレス１７に送られ脱水処理される。凝集沈殿処理水は再度洗浄水（３６０ｍ３）として利用される。脱水ケーキと前述沈砂池１３の沈殿土砂は廃棄処分される。
次に、本発明の浄化工法の実施例を示す。
図２に示す工法に従い、汚染土、洗浄処理土、安定処理土の各々について、ｐＨ、鉛含有量、鉛溶出量、砒素含有量、砒素溶出量を公定法分析（５点混合法）で分析した。
その結果を表１に示した。
各試料は約３ヶ月間にわたる実験の過程で、備考に示す回数のサンプリングを行い、分析し、それらの平均値で示した。
１：洗浄工程
２：水処理工程
３：土壌安定化工程
１０：トロンメル型回転式洗浄機
１１：重力沈降式分離・土砂脱水篩
１２：安定化処理工程
１３：沈砂池
１４：酸化反応槽
１５：凝集沈殿槽
１６：スラリー槽
１７：フィルタープレス
２：水処理工程
３：土壌安定化工程
１０：トロンメル型回転式洗浄機
１１：重力沈降式分離・土砂脱水篩
１２：安定化処理工程
１３：沈砂池
１４：酸化反応槽
１５：凝集沈殿槽
１６：スラリー槽
１７：フィルタープレス
Claims (1)
- 重金属の汚染土を水で洗浄して洗浄と分級の処理を行い、７４μｍ以下の土を含む洗浄濁水と、５ｍｍ以上の礫と７５μｍ〜５ｍｍの砂とからなる洗浄処理土に分離する洗浄工程と、前記洗浄処理土１００重量部に対して、火山性ローム又はまさ土からなる粘性土５〜３０重量部、陽イオン交換体１〜１５重量部、及びドロマイト１〜１０重量部を混合して、重金属の溶出成分を固定化する処理を行う土壌安定化工程を有し、前記洗浄工程において分離された洗浄濁水は、その後、水処理工程で、処理水と、重金属を含む固形物に分離されることを特徴とする汚染土の浄化工法。
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