JP4258623B2 - Iron composite particle powder for purification treatment of soil and groundwater contaminated with organic halogen compounds, its production method, purification agent containing the iron composite particle powder, its production method and purification treatment of soil and groundwater contaminated with organic halogen compounds Method - Google Patents

Iron composite particle powder for purification treatment of soil and groundwater contaminated with organic halogen compounds, its production method, purification agent containing the iron composite particle powder, its production method and purification treatment of soil and groundwater contaminated with organic halogen compounds Method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌又は地下水中に含まれるジクロロメタン、四塩化炭素、1、2−ジクロロエタン、1、1−ジクロロエチレン、シス−1、2−ジクロロエチレン、1、1、1−トリクロロエタン、1、1、2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、1、3−ジクロロプロペン等の脂肪族有機ハロゲン化合物又はダイオキシン類、PCB等の芳香族ハロゲン化合物又は前記有機ハロゲン化合物とカドミウム、鉛、六価クロム、砒素、セレン、シアン等の重金属からなる汚染物質を効率よく、持続的に、浄化処理を行えるとともに、環境に与える負荷を可及的に低減した浄化剤を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の脂肪族有機ハロゲン化合物は、半導体工場での洗浄用や金属加工金属の脱脂用として幅広く用いられている。
【0003】
また、都市ごみや産業廃棄物を焼却するごみ焼却炉から発生する排ガスや飛灰、主灰中には、微量ではあるが人体に対して極めて強い毒性を持つ芳香族有機ハロゲン化合物であるダイオキシン類が含まれている。ダイオキシン類は、ジベンゾ−p−ジオキシン、ジベンゾフラン等の水素が塩素で置換された化合物の総称である。排ガスや飛灰はごみ焼却炉周辺に滞留し周辺地域の土壌中にダイオキシン類が残存することとなる。
【0004】
更に、PCB(ポリ塩化ビフェニル)は化学的、熱的に安定であり、電気絶縁性にも優れており、トランス、コンデンサーの絶縁油、可塑剤、熱媒体として多用されていたが、有害であることから製造及び使用が禁止されている。しかしながら、過去において使用されていたPCBの有効な処理方法は確立されておらず、大部分が処理されずにそのまま保存されている。
【0005】
脂肪族有機ハロゲン化合物及び芳香族有機ハロゲン化合物は難分解性である上に発癌性物質又は強い毒性を有する物質であるため、土壌・地下水の有機ハロゲン化合物による汚染が深刻な環境問題になっている。
【0006】
即ち、前記有機ハロゲン化合物が排出された場合、有機ハロゲン化合物は難分解性であるため、排出された土壌中に蓄積され有機ハロゲン化合物で汚染された状態となり、また、地下水も有機ハロゲン化合物によって汚染されることとなる。更に、地下水は汚染土壌以外の周辺地域についても広がるため、広範な領域で有機ハロゲン化合物による汚染が問題となる。
【0007】
有機ハロゲン化合物によって汚染された土壌では土地の再利用・再開発を行うことができないため、有機ハロゲン化合物によって汚染された土壌・地下水の浄化処理方法として様々な技術手段の提案がなされているが、有機ハロゲン化合物は難分解性であり、しかも、多量の土壌・地下水が処理対象となるため、効率的、且つ、経済的な浄化技術は未だ十分に確立されていない。
【0008】
有機ハロゲン化合物によって汚染された土壌の浄化方法として、各種触媒を用いて浄化処理する方法、有機ハロゲン化合物の揮発性を利用して吸引除去する方法、土壌を掘削して加熱処理によって無害化する熱分解法、微生物を利用する方法等が知られている。また、有機ハロゲン化合物によって汚染された地下水の浄化方法として、汚染地下水を土壌外に抽出して無害化する方法、地下水を揚水することによって有機ハロゲン化合物を除去する方法等が知られている。
【0009】
有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化方法として提案されている技術手段のうち、有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水と鉄系粒子を用いた浄化剤とを混合接触させて無害化する技術手段については数多く提案され、殊に鉄鋼製造におけるミルスケール、粒鉄や海綿状鉄粉等の鉄系粒子を用いて、有機ハロゲン化合物を分解、除去することが知られている(特許文献1〜7)。
【0010】
ここで、鉄鋼製造の一般的な方法について述べる。
【0011】
鉄鋼製造は、鉄鉱石を還元して溶融銑鉄とし、これを酸化精錬して鋼にする間接製鉄法と、鉄鉱石が銑鉄を経由せずに鋼とする直接製鉄法がある。
【0012】
間接製鉄法では、製銑工程(鉄鉱石を還元して銑鉄にする)の原料は鉄鉱石、石灰石(CaCO)、コークスであり、鉄鉱石の内、主成分となる赤鉄鉱は主にFe、磁鉄鉱は主にFeであり、これらにSiO、Alを主成分とする脈石を含有している。これらの原料を高炉に投入し、加熱された熱風でコークスを燃焼させて高温のCOとN混合ガスを発生させ鉄鉱石を還元する。還元して生成した鉄は固体であるが高炉内を降下するにつれてCを吸収し、銑鉄となって溶融し更にC、Si、Mnなど吸収して最終組成となる。銑鉄の組成は通常Cが3.0〜4.5%であり、Siが0.2〜2.5%であり、Mnが0.02〜0.5%であり、Pが0.01〜0.5%であり、Sが0.01〜0.5%である。一方、鉱石中の脈石とコークス中の灰分は石灰石と化合し溶融スラグとなり比重差で分離される。その後、必要に応じて溶融銑鉄処理を行う。
【0013】
溶融銑鉄処理では脱硫、脱リン、脱ケイ処理を行う工程であり、脱硫用フラックスとしてCaO、CaF2、CaCl等、脱リン用フラックスとしてミルスケール、鉄鉱石等、脱ケイ剤には酸化鉄、マンガン鉱石等が使用される。
【0014】
未処理溶融銑鉄もしくは溶融銑鉄処理を終えた銑鉄は、純酸素を用いて製鋼炉において酸化精錬を行う(製鋼工程)。製鋼炉はほとんどの場合、複合転炉であり、原料は溶融銑鉄、スクラップ、フラックスとして石灰及び蛍石、また必要に応じてマンガン鉱石を投入する。純酸素を供給すると、SiO、FeO、CaO、CaF等が生成しスラグとなる。ついでCが酸化されCOとなって脱炭する。その後は必要に応じて二次精練を行い、ほとんどの場合連続鋳造法でスラブ、ブルーム、ビレット等に鋳造される。
【0015】
一方、直接還元法では、原料として鉄鉱石、還元剤、造滓剤を用い、燃料又は電熱を使用して粗鉄製造炉で銑鉄を経由せずに固体の粒鉄、海綿状の鉄とする。その後固体鉄は電気炉で溶融され以降の工程は間接還元法と同様である。
【0016】
前記何れの方法でも鉄鋼製造過程で生成する鉄化合物中には原材料や添加剤に由来する種々の不純物が数多く含まれ、特に、直接還元法による鉄鋼製造過程では顕著になる。有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水と鉄系粒子からなる浄化剤とを混合接触させて無害化する場合、殊に、鉄鋼製造におけるミルスケール、粒鉄や海綿状鉄粉等の鉄系粒子を、土壌・地下水中の有機ハロゲン化合物を浄化させる用途に使用する際には不純物の残存に注意を要する。
【0017】
【特許文献1】
特開平11−235577号公報
【特許文献2】
特開2000−5740号公報
【特許文献3】
特開2000−334063号公報
【特許文献4】
特開2001−198567号公報
【特許文献5】
特開2002−161263号公報
【特許文献6】
特開2002−210452号公報
【特許文献7】
特開2002−317202号公報
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
前出特許文献1には海綿状鉱石還元鉄粉を原料として還元精製、焼結、粉砕、篩い分けの操作により得られた0.1重量%以上の炭素を含有する鉄粉を土壌に添加・混合して土壌中の有機ハロゲン化合物を無害化する技術が開示されているが、原料が鉄鉱石に由来しており、殆どの普通鋼成分及び普通鋳鉄成分に含まれる不純物が多量に存在するものと推定され、有機ハロゲン化合物に対する高い浄化性能を有するとは言い難い。
【0019】
また、前出特許文献2には銅を含有した鉄粉を用いて土壌中の有機ハロゲン化合物を無害化する技術が開示されているが、上述の鉄粉と同様に海綿状鉱石還元鉄粉を原料として還元精製、焼結、粉砕、篩い分けの操作により得られた鉄粉を原料として使用しており、原料が鉄鉱石に由来している為、殆どの普通鋼成分及び普通鋳鉄成分に含まれる不純物等が多量に存在するものと推定され、有機ハロゲン化合物に対する高い浄化性能を有するとは言い難い。
【0020】
また、前出特許文献3にはダイオキシン類と製鉄所における熱間圧延鋼板の製造工程から生じるミルスケールを含む塩酸酸性水溶液とを100℃より低温で接触させてダイオキシン類を無害化する技術が開示されているが、ミルスケール自体にMn、Si、Cr、Al、P、Ca等の不純物が数100ppm〜数1000ppm含まれているものと推定され、有機ハロゲン化合物に対する高い浄化性能を有するとは言い難い。
【0021】
また、前出特許文献4には平均粒子径が10μm未満の球状鉄粒子を含有する水懸濁液を用いる技術が開示されているが、該球状鉄粒子を含有する水懸濁液は、C、Si、P等の不純物を含有する銑鉄に酸素を吹き込み酸化精錬する製鋼用酸素吹転炉から精錬中に発生する排ガスに含まれるダストを集塵し、ガスを除去して得られる水懸濁液であり、得られた球状鉄粒子にはC、Si、P等の不純物が酸化物として含有されるものと推定され、有機ハロゲン化合物に対する高い浄化性能を有するとは言い難い。
【0022】
また、前出特許文献5には、ニッケル、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる金属が表面に付着し、付着金属以外の表面が鉄酸化被膜で覆われている有機ハロゲン化合物分解用鉄粉が記載されているが、製鉄所における熱間圧延鋼板等の製造工程から生じるミルスケールをコークスで還元して得られた海綿鉄粉を水素気流中で仕上還元処理した鉄粉や、溶鋼を水アトマイズした鉄粉を用いており、ミルスケールや溶鋼に由来する不純物が通常多く含有されるものと推定され、有機ハロゲン化合物に対する高い浄化性能を有するとは言い難い。
【0023】
また、前出特許文献6には、Sを含有する鉄粉を有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理に用いることが記載されているが、粒子サイズが大きく、有機ハロゲン化合物を十分に低減できるとは言い難い。
【0024】
また、前出特許文献7には、マグネタイトを含有する鉄複合粒子粉末を有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理に用いることが記載されているが、Sを含有しておらず、有機ハロゲン化合物を十分に低減できるとは言い難い。
【0025】
そこで、本発明は、土壌・地下水中に含まれる有機ハロゲン化合物又は有機ハロゲン化合物とカドミウム、鉛、六価クロム、砒素、セレン、シアン等の重金属からなる汚染物質を効率よく持続的に、且つ経済的に処理できる浄化剤を用いた浄化方法を提供するとともに、不純物の溶出を低減し、環境に与える負荷を低減した浄化剤を得ることを技術的課題とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題は以下の通りの本発明により達成できる。
【0027】
即ち、本発明は、α−FeとFe とからなる鉄複合粒子粉末のカドミウムの溶出量が0.01mg/l以下、全シアンの溶出量が検出されず、鉛の溶出量が0.01mg/l以下、六価クロム溶出量が0.05mg/l以下、砒素の溶出量が0.01mg/l以下、総水銀の溶出量が0.0005mg/l以下、セレンの溶出量が0.01mg/l以下、フッ素の溶出量が0.8mg/l以下、ホウ素の溶出量が1mg/l以下であり、α−Fe含有量が30〜99重量%であり、飽和磁化値が60〜200Am /kgであり、BET比表面積が5〜60m /gであり、結晶子サイズD 110 が200〜500Åであり、平均粒子径が0.05〜0.50μmであることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末である(本発明1)。
【0028】
また、本発明は、α−Feとマグネタイトとからなる鉄複合粒子粉末のカドミウムの溶出量が0.01mg/l以下、全シアンの溶出量が検出されず、鉛の溶出量が0.01mg/l以下、六価クロム溶出量が0.05mg/l以下、砒素の溶出量が0.01mg/l以下、総水銀の溶出量が0.0005mg/l以下、セレンの溶出量が0.01mg/l以下、フッ素の溶出量が0.8mg/l以下、ホウ素の溶出量が1mg/l以下であり、該鉄複合粒子粉末のX線回折スペクトルにおいてα−Feの(110)面の回折強度D110とマグネタイトの(311)面の回折強度D311との強度比(D110/(D311+D110))が0.20〜0.98であり、飽和磁化値が60〜200Am /kgであり、BET比表面積が5〜60m /gであり、結晶子サイズD 110 が200〜500Åであり、平均粒子径が0.05〜0.50μmであることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末である(本発明2)。
【0030】
また、本発明は、本発明1又は2に記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末を有効成分として含有する水懸濁液からなる有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤である(本発明)。
【0031】
また、本発明は、第一鉄塩を含有する水溶液を精製した後、該水溶液に水酸化アルカリ水溶液又は炭酸アルカリ水溶液を添加して、第一鉄含有沈殿物を含む懸濁液を酸化することによって得られる平均長軸径が0.05〜0.50μmのゲータイト粒子粉末又は該ゲータイト粒子粉末を250〜350℃の温度範囲で加熱脱水したヘマタイト粒子粉末を350〜600℃の温度範囲で加熱還元して鉄粒子粉末とし、冷却後、該鉄粒子粉末を気相中で表面酸化被膜を形成することなく水中に取り出し、次いで、水中で当該鉄粒子粉末の粒子表面に表面酸化被膜を形成した後に乾燥することを特徴とする本発明1又は2に記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末の製造法である(本発明)。
【0032】
また、本発明は、第一鉄塩を含有する水溶液を精製した後、該水溶液に水酸化アルカリ水溶液又は炭酸アルカリ水溶液を添加して、第一鉄含有沈殿物を含む懸濁液を酸化することによって得られる平均長軸径が0.05〜0.50μmのゲータイト粒子粉末又は該ゲータイト粒子粉末を250〜350℃の温度範囲で加熱脱水したヘマタイト粒子粉末を350〜600℃の温度範囲で加熱還元して鉄粒子粉末とし、冷却後、該鉄粒子粉末を気相中で表面酸化被膜を形成することなく水中に取り出し、水中で当該鉄粒子粉末の粒子表面に表面酸化被膜を形成して鉄複合粒子粉末を含有する水懸濁液を得ることを特徴とする本発明の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤の製造法である(本発明)。
【0033】
また、本発明は、本発明1又は2に記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末と有機ハロゲン化合物で汚染された土壌又は有機ハロゲン化合物で汚染された地下水とを混合接触させることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法である(本発明)。
【0034】
また、本発明は、本発明の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤と有機ハロゲン化合物で汚染された土壌又は有機ハロゲン化合物で汚染された地下水とを混合接触させることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法である(本発明)。
【0035】
また、本発明は、本発明1又は2に記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水浄化処理用鉄複合粒子粉末と有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された土壌又は有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された地下水とを混合接触させることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法である(本発明
【0036】
また、本発明は、本発明の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤と有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された土壌又は有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された地下水とを混合接触させることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法である(本発明)。
【0037】
本発明の構成を詳しく説明すれば、次の通りである。
【0038】
まず、本発明1又は2に係る有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水浄化処理用鉄複合粒子粉末(以下、「鉄複合粒子粉末」という)について述べる。
【0039】
本発明に係る鉄複合粒子粉末は、カドミウムの溶出量が0.01mg/l以下、全シアンの溶出量が検出されない、鉛の溶出量が0.01mg/l以下、六価クロム溶出量が0.05mg/l以下、砒素の溶出量が0.01mg/l以下、総水銀の溶出量が0.0005mg/l以下、セレンの溶出量が0.01mg/l以下、フッ素の溶出量が0.8mg/l以下、ホウ素の溶出量が1mg/l以下である。前記各元素の溶出量が前記範囲を超える場合には、有機ハロゲン化合物に対する高い浄化性能を有するとは言い難く、また、鉄複合粒子粉末中に有害元素が多量に含まれることになり、有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水を浄化する際に前記有害元素にて土壌・地下水を汚染する恐れがある。
【0040】
本発明に係る鉄複合粒子粉末のα−Fe含有量は30〜99重量%である。α−Fe含有量が30重量%未満の場合には、有機ハロゲン化合物の浄化性能が十分ではなく本発明の目的とする効果が得られない。α−Fe含有量が99重量%を越える場合には、粒子サイズが極端に大きいか又はBET比表面積が極端に小さく空気中で安定な状態であり、触媒活性が著しく劣るものとなる。好ましくは35〜99重量%であり、より好ましくは40〜99重量%である。
【0041】
鉄複合粒子の構成相はα−Fe相とともに、Fe相を含有することが好ましい。Feを含有することによって触媒活性を長時間維持することが可能となる。α−FeとFeとの含有割合は該鉄複合粒子粉末のX線回折スペクトルにおいて、α−Feの(110)面の回折強度D110とFeの(311)面の回折強度D311との強度比(D110/(D311+D110))が0.20〜0.98であることが好ましく、より好ましくは0.30〜0.98である。また、Feは鉄複合粒子粉末の粒子表面に存在することが好ましい。
【0042】
本発明に係る鉄複合粒子粉末の平均粒子径は0.05〜0.50μmが好ましい。平均粒子径が0.05μm未満の場合にはα−Fe相が不安定であるため表面に厚い酸化被膜が形成され、α−Fe含有量を高くすることが困難となり、本発明の目的とする効果を得ることが困難となる。0.50μmを越える場合にはα−Fe含有量は高くできるが、BET比表面積が小さくなり、本発明の目的とする効果を得ることが困難となる。より好ましくは0.05〜0.30μmである。
【0043】
本発明に係る鉄複合粒子の結晶子サイズ(α−Feの(110)面)は200〜500Åが好ましい。200Å未満の場合にはBET比表面積は大きいがα−Fe相が不安定であるため表面に厚い酸化被膜が形成され、α−Fe含有量を高くすることが困難となり、本発明の目的とする効果を得ることが困難となる。500Åを越える場合には、α−Fe含有量は高くできるが、BET比表面積が小さくなり、本発明の目的とする効果を得ることが困難となる。より好ましくは200〜350Åである。
【0044】
本発明に係る鉄複合粒子粉末のBET比表面積値は5〜60m/gが好ましい。5m/g未満の場合には、接触面積が小さくなり触媒活性が発現しにくい。60m/gを越える場合には、α−Fe相が不安定であるため表面に厚い酸化被膜が形成され、α−Fe含有量を高くすることが困難となり、本発明の目的とする効果を得ることが困難となる。より好ましくは7〜55m/gである。
【0045】
本発明における鉄複合粒子粉末の飽和磁化値は60〜200Am/kg(60〜200emu/g)が好ましい。60Am/kg未満の場合には、α−Fe含有量が低く触媒活性が低下するため好ましくない。200Am/kgを越える場合にはα−Fe含有量が高いもののBET比表面積が低くなりやすく触媒活性が低下する。より好ましくは90〜190Am/kg(90〜190emu/g)であり、更により好ましくは95〜190Am/kg(95〜190emu/g)である。
【0046】
本発明に係る鉄複合粒子粉末には、微量のSを含有させることが好ましく、S含有量は500〜10000ppmが好ましく、より好ましくは1000〜5000ppmである。微量のSを含有させる方法は、ゲータイト粒子を洗浄する際に洗浄度を制御し残存させる方法、ヘマタイト粒子を邂逅し硫酸等を添加することにより残存させる方法、いずれの方法でもよい。
【0047】
なお、浄化処理用鉄複合粒子粉末は、造粒物の形態であってもよい。
【0048】
次に、本発明に係る有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤(以下、「浄化剤」という)について述べる。
【0049】
浄化剤は、本発明1又は2に係る浄化処理用鉄複合粒子粉末を有効成分として含有する水懸濁液であり、浄化処理用鉄複合粒子粉末の水懸濁液中の含有量は0.5〜50重量部の範囲内で適宜選択することができる。
【0050】
次に、本発明に係る鉄複合粒子粉末の製造法について述べる。
【0051】
ゲータイト粒子粉末は、常法に従って、例えば、第一鉄塩を含有する水溶液と、水酸化アルカリ、炭酸アルカリ又はアンモニアから選ばれる1種又は2種以上とを反応させて得られる鉄の水酸化物や炭酸鉄等の第一鉄含有沈殿物を含む懸濁液中に空気等の酸素含有ガスを通気することにより得ることができる。第一鉄塩を含有する水溶液は、重金属等の不純物を低減し、純度の高いものを使用する必要がある。
【0052】
第一鉄塩を含有する水溶液の不純物量を低減するためには、例えば、鋼板を硫酸で酸洗し、鋼板の表層に析出している不純物、防錆の油分等を溶解除去した後の不純物の少ない鋼板を溶解して得られた第一鉄塩水溶液を用いる方法がある。鉄以外の金属不純物の多い屑鉄やスクラップ鉄、鋼板に耐蝕性を向上させる為に行なわれるめっき処理、リン酸塩処理及びクロム酸処理等を行った鋼板、防錆の油分を塗布した鋼板等の酸洗液を用いた場合には、鉄複合粒子粉末中に不純物が残存し、浄化する土壌・地下水に溶出する恐れがあり好ましくない。また、酸化チタン製造工程等から副生する硫酸第一鉄溶液に水酸化アルカリ等のアルカリを添加し、pH調整によりチタン、その他の不純物を水酸化物として不溶化して沈殿除去、限外ろ過除去等を行い使用する方法がある。不純物の少ない鋼板を硫酸溶解して使用するのが好ましく、引き続きpH調整による不純物除去を行うのが更に好ましい。何れの方法も工業的に問題が無く、経済的にも有利である。
【0053】
ゲータイト粒子粉末の平均長軸径は0.05〜0.50μmであり、粒子形状は紡錘状又は針状が好ましく、軸比は4〜30が好ましく、より好ましくは5〜25であり、BET比表面積は20〜200m/gが好ましく、より好ましくは25〜180m/gである。
【0054】
また、鉄複合粒子におけるα−Fe含有量を高い割合で維持すると共に形状を破壊して粒状に結晶成長させるには、ゲータイト粒子粉末に対して焼結防止処理などの表面処理を行わないことが好ましい。
【0055】
ゲータイト粒子粉末は、常法に従って、造粒しておくことが好ましい。造粒することによって、固定層方式の還元炉を使用できる。
【0056】
得られたゲータイト粒子粉末は250〜350℃の温度範囲で加熱脱水したヘマタイト粒子粉末にすることが好ましい。
【0057】
ヘマタイト粒子粉末の平均長軸径は0.05〜0.50μmであり、粒子形状は紡錘状又は針状どちらでも良い。
【0058】
前記ゲータイト粒子粉末又は前記ヘマタイト粒子粉末を350〜600℃の温度範囲で加熱還元することによって鉄粒子(α−Fe)粉末とする。
【0059】
加熱還元温度が350℃未満である場合には、還元反応の進行が遅く、還元反応に長時間を要する。また、BET比表面積を大きくすることができるが、結晶成長を十分に行うことができず、α−Fe相が不安定となり粒子表面に酸化被膜が厚く形成されるためα−Fe含有量を高くすることができない。600℃を超える場合には、還元反応が急激に進行して粒子及び粒子相互間の焼結が過度に促進され粒子径が大きくなり、BET比表面積も小さくなるため好ましくない。
【0060】
なお、還元反応の昇温時の雰囲気は水素ガス、窒素ガス等が利用できるが、工業的には水素ガスが好ましい。
【0061】
加熱還元後の鉄粒子粉末は冷却した後、該鉄粒子粉末を気相中で表面酸化被膜を形成することなく水中に取り出し、水中で当該鉄粒子粉末の粒子表面に表面酸化被膜を形成し、次いで、乾燥する。
【0062】
冷却時の雰囲気は窒素又は水素のいずれでもよいが、最終的には窒素に切り替えることが好ましい。また、水中に取り出す時には100℃以下まで冷却されていることが好ましい。
【0063】
上記加熱還元処理によって、粒子全体はα−Fe相からなる鉄粒子となり、水中に取り出すことによって、α−Feの触媒活性により水を分解し、水素と酸素に分離し、その酸素によりα−Feが酸化され、粒子表面にFeからなる酸化被膜が形成されるものと推定している。
【0064】
次に、本発明に係る有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤の製造法は、本発明における加熱還元後の鉄粒子粉末を冷却後、水中に取り出し、そのまま鉄複合粒子粉末を含有する水懸濁液からなる浄化剤とするものである。
【0065】
本発明の浄化剤においては鉄複合粒子粉末の二次凝集体を粉砕して分散させておくことが好ましい。
【0066】
次に、本発明に係る有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法ついて述べる。
【0067】
有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理は、一般的に、含有される汚染物質を直接地下で分解する原位置分解法と掘削又は抽出した土壌・地下水中の汚染物質を分解する原位置抽出法とがあり、本発明においてはいずれの方法でも行うことができる。
【0068】
原位置分解法においては、浄化処理用鉄複合粒子粉末又は浄化剤を高圧の空気、窒素等のガスあるいは水を媒体にしてそのまま浸透もしくはボーリング孔から地下に導入する方法が取られる。特に本発明の浄化剤は水懸濁液であるのでそのまま使用するか必要に応じて希釈すれば良い。
【0069】
原位置抽出法においては、掘削した土壌と浄化処理用鉄複合粒子粉末又は浄化剤を、サンドミル、ヘンシェルミキサー、コンクリートミキサー、ナウターミキサー、一軸又は二軸式のニーダー型混合器等を用いて混合攪拌すれば良い。また、揚水した地下水においては浄化処理用鉄複合粒子粉末が充填されたカラム等に通水することができる。
【0070】
浄化処理用鉄複合粒子粉末あるいは浄化剤(固形分換算)の添加量は、土壌・地下水の有機ハロゲン化合物の汚染の程度に応じて適宜選択することができるが、汚染土壌を対象とする場合には、通常土壌100重量部に対して固形分換算で0.1〜30重量部が好ましく、より好ましくは0.2〜20重量部である。0.1重量部未満の場合には、本発明の目的とする効果が充分得られない。30重量部を超える場合には、浄化効果は向上するが経済的ではない。また、汚染地下水を対象とする場合には、地下水100重量部に対して固形分換算で0.1〜30重量部添加することが好ましく、より好ましくは0.2〜20重量部である。また、本発明に係る浄化剤を前記添加量になるように希釈して用いてもよい。
【0071】
本発明の浄化剤を用いた場合には、後述する評価法において、汚染土壌中の脂肪族有機ハロゲン化合物の残存率を8%以下、好ましくは0.1〜5.0%にすることができ、汚染地下水中の脂肪族有機ハロゲン化合物の残存率を8%以下、好ましくは0.1〜5.0%にすることができる。また、汚染土壌中の芳香族有機ハロゲン化合物の残存率を30%以下、好ましくは25%以下にすることができ、汚染地下水中の芳香族有機ハロゲン化合物の残存率を30%以下、好ましくは25%以下にすることができる。
【0072】
次に、本発明又は本発明に係る有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法ついて述べる。
【0073】
本発明においては、有機ハロゲン化合物と同時に、カドミウム、鉛、六価クロム、砒素、セレン、シアン等の重金属からなる汚染物質を不溶化することができる。
【0074】
浄化処理用鉄複合粒子粉末あるいは浄化剤(固形分換算)の添加量は、前記と同様である。
【0075】
【発明の実施の形態】
本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。
【0076】
鉄複合粒子粉末中に存在する鉄以外のカドミウム、鉛、六価クロム、砒素、総水銀、セレン、全シアン、フッ素及びホウ素の各溶出量は、平成3年 環境庁告示第46号 「土壌の汚染に係る環境基準について」に基づき、以下の方法で測定した。
【0077】
ゲータイト粒子粉末及びヘマタイト粒子粉末の平均長軸径及び軸比は透過型電子顕微鏡写真で測定した。鉄複合粒子粉末の平均粒子径及び軸比は走査型電子顕微鏡写真を用いて測定した。
【0078】
各粒子粉末のS含有量は、「カーボン・サルファーアナライザー:EMIA−2200」(HORIBA製)を使用して測定した。
【0079】
各粒子粉末の結晶相はX線回折装置によって10〜90°の範囲で測定して同定した。
【0080】
鉄複合粒子粉末のα−Fe含有量は、あらかじめ各種混合割合の鉄とマグネタイト(α−Feを水中に取り出し変態させた)とからなる混合粉末のX線回折を測定し、α−Feの(110)面の回折強度D110、マグネタイトの(311)面の回折強度D311と混合割合との関係式を作成して検量線として用いることによって算出した。検量線である関係式は下記の通りである。
【0081】
α−Fe含有量=−51.387X+151.88X
X:強度比率(D110/(D110+D311))
【0082】
鉄複合粒子粉末のα−Feの(110)面の結晶子サイズは、X線回折法で測定される結晶粒子の大きさを、各粒子の結晶面のそれぞれに垂直な方向における結晶粒子の厚さを表したものであり、各結晶面についての回折ピーク曲線から、下記シェラーの式を用いて計算した値で示したものである。
【0083】
結晶子サイズ=Kλ/βcosθ
但し、β=装置に起因する機械幅を補正した真の回折ピークの半値幅(ラジアン単位)。
K=シェラー定数(=0.9)。
λ=X線の波長(Cu Kα線 0.1542nm)。
θ=回折角(各結晶面の回折ピークに対応)。
【0084】
各粒子粉末の比表面積は、「モノソーブMS−11」(カンタクロム(株)製)を使用し、BET法により測定した値で示した。
【0085】
鉄複合粒子粉末の飽和磁化値は、「振動試料磁力計VSM−3S−15」(東英工業(株)製)を使用し、外部磁場795.8kA/m(10kOe)で測定した。
【0086】
<土壌用検量線の作製:脂肪族有機ハロゲン化合物の定量>
有機ハロゲン化合物の濃度は下記手順に従ってあらかじめ検量線を作成し、得られた検量線に基づいて濃度を算出した。
トリクロロエチレン(TCE:CHCl):分子量131.39
試薬特級(99.5%)、密度(20℃)1.461〜1.469g/ml
【0087】
トリクロロエチレンを0.05μl、0.1μl及び1.0μlの3水準とし、褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)にイオン交換水30mlを添加し、砂質土壌20g(目開き2mmの篩い下)を封印し、次いで、トリクロロエチレンを各水準量注入し、直ちにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。バイアル瓶のヘッドスペースのガスをシリンジで50μl分取し、「GC−MS−QP5050」(島津製製作所製)を用いてトリクロロエチレンを測定する。トリクロロエチレンは全く分解されないものとして、添加量とピーク面積との関係を求める。このときのカラムはキャピラリーカラム(DB−1:J&W Scientific社製、液相:ジメチルポリシロキサン)とし、キャリアガスにはHeガス(143l/min)を使用し、40℃、2分間保持した後、10℃/minの速度で250℃まで昇温してガスを分析する。
【0088】
<脂肪族有機ハロゲン化合物測定用試料調整>
あらかじめ湿った砂質土壌20g(目開き2mm篩い下)にトリクロロエチレン1.0μlを添加し、トリクロロエチレンで汚染された土壌を作製した。褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に浄化処理用鉄複合粒子粉末1gとイオン交換水30mlを注入し、次いで、前記汚染土壌を注入し、直ちにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で3時間振とうする。
【0089】
<脂肪族有機ハロゲン化合物の評価方法>
トリクロロエチレン残存量は、前記バイアル瓶のヘッドスペースのガスをシリンジで50μl分取し、前記「GC−MS−QP5050」(島津製作所社製)を用いて測定する。
【0090】
<地下水用検量線の作製:脂肪族有機ハロゲン化合物の定量>
砂質土壌を添加しない以外は前記<土壌用検量線の作製:脂肪族有機ハロゲン化合物の定量>と同様にして地下水用検量線を作成した。
【0091】
<試料調整>
褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に浄化処理用鉄複合粒子粉末1gとイオン交換水30mlを注入し、次いで、トリクロロエチレン1μlを注入し、直ぐにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で3時間振とうする。
【0092】
<評価方法>
トリクロロエチレン残存量は前記<脂肪族有機ハロゲン化合物の評価方法>と同様にして測定した。
【0093】
<土壌用検量線の作製:芳香族有機ハロゲン化合物の定量>
トリクロロベンゼン(TCB:CCl):分子量181.45
試薬特級(99.0%以上)、密度(20℃)1.46g/ml
【0094】
トリクロロベンゼンを0.05μl、0.1μl及び1.0μlの3水準とし、褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)にイオン交換水30mlを添加し、砂質土壌20g(目開き2mmの篩い下)を封印し、次いで、トリクロロベンゼンを各水準量注入し、直ちにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。次いで、バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で10時間振とうする。その後、n−ヘキサン10mlを添加し、超音波分散機で20分間分散し、遠心分離機で8000rpm、5分間分離し、上層ヘキサン層からシリンジで1.0μl分取し、「GC−MS−QP5050」(島津製作所製)を用いてトリクロロベンゼンを測定する。トリクロロベンゼンは全く分解されないものとして、添加量とピーク面積との関係を求める。このときのカラムはキャピラリーカラム(DB−1:J&W Scientific社製、液相:ジメチルポリシロキサン)とし、キャリアガスにはHeガス(143l/min)を使用し、40℃、2分間保持した後、10℃/minの速度で250℃まで昇温してガスを分析する。
【0095】
<芳香族有機ハロゲン化合物測定用試料調整>
あらかじめ湿った砂質土壌20g(目開き2mm篩い下)にトリクロロベンゼン1.0μlを添加し、トリクロロベンゼンで汚染された土壌を作製した。褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に浄化処理用鉄複合粒子粉末1gとイオン交換水30mlを注入し、次いで、前記汚染土壌を注入し、直ちにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で10時間振とうする。その後、n−ヘキサン10mlを添加し、超音波分散機で20分間分散し、遠心分離機で8000rpm、5分間分離する。
【0096】
<芳香族有機ハロゲン化合物の評価方法>
トリクロロベンゼン残存量は、前記遠心分離した上層のn−ヘキサン層からシリンジで1.0μl分取し、前記「GC−MS−QP5050」(島津製作所社製)を用いて測定する。
【0097】
<地下水用検量線の作製:芳香族有機ハロゲン化合物の定量>
砂質土壌を添加しない以外は前記<土壌用検量線の作製:芳香族有機ハロゲン化合物の定量>と同様にして地下水用検量線を作成した。
【0098】
<試料調整>
褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に浄化処理用鉄複合粒子粉末1gとイオン交換水30mlを注入し、次いで、トリクロロベンゼン1μlを注入し、直ぐにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で10時間振とうする。その後、n−ヘキサン10mlを添加し、超音波分散機で20分間分散し、遠心分離機で8000rpm5分間分離する。
【0099】
<評価方法>
トリクロロベンゼン残存量は前記<芳香族有機ハロゲン化合物の評価方法>と同様にして測定した。
【0100】
<第一鉄塩水溶液の製造>
熱延鋼板の表面スケールを酸で洗い流し除去した酸洗鋼板(防錆の油類を塗布していない物)をシャー切断により切断加工する際に発生する鋼片(チョッパー、シュレッダー、トリマー等)を硫酸により溶解し、硫酸第一鉄水溶液を得る。
【0101】
次いで、前記硫酸第一鉄水溶液にNaOH水溶液を添加し、pHを5.0に保持し、鋼板中に含まれている重金属不純物を水酸化物として析出させる。次いで、前記水酸化物を含んだ硫酸第一鉄水溶液を限外濾過装置により濾過し、重金属不純物の水酸化物を分別除去し、純度の高い硫酸第一鉄水溶液を得た。
【0102】
<浄化剤の製造>
毎秒3.4cmの割合でNガスを流すことによって非酸化性雰囲気に保持された反応容器中に、1.16mol/lのNaCO水溶液704lを添加した後、Fe2+1.35mol/lを含む前記硫酸第一鉄水溶液296lを添加、混合(NaCO量は、Feに対し2.0倍当量に相当する。)し、温度47℃においてFeCOを生成させた。
【0103】
ここに得たFeCOを含む水溶液中に、引き続き、Nガスを毎秒3.4cmの割合で吹き込みながら、温度47℃で70分間保持した後、当該FeCOを含む水溶液中に、温度47℃において毎秒2.8cmの空気を5.0時間通気してゲータイト粒子を生成させた。なお、空気通気中におけるpHは8.5〜9.5であった。
【0104】
ここに得たゲータイト粒子を含有する懸濁液をフィルタープレスで水洗した。その際、洗浄度を制御し、微量のSを残存させた。得られたプレスケーキを圧縮成型機を用いて孔径4mmの成型板で押し出し成型して120℃で乾燥してゲータイト粒子粉末の造粒物とした。
【0105】
ここに得た造粒物を構成する含有するゲータイト粒子粉末は、平均長軸径0.30μm、軸比(長軸径/短軸径)12.5の紡錘状を呈した粒子からなり、粒度が均斉で樹枝状粒子が混在しないものであった。BET比表面積は85m/g、S含有量は900ppmであった。
【0106】
前記造粒物を330℃で加熱しヘマタイト粒子とし乾式粉砕する。その後水に邂逅し70%硫酸を4ml/kgの割合で添加し攪拌する。その後、脱水しプレスケーキとし、圧縮成型機を用いて孔径3mmの成型板で押し出し成型して120℃で乾燥してヘマタイト粒子粉末の造粒物とした。
【0107】
ここに得た造粒物を構成するヘマタイト粒子粉末は、平均長軸径0.25μm、軸比(長軸径/短軸径)10.5の紡錘形を呈した粒子からなり、粒度が均斉で樹枝状粒子が混在しないものであった。S含有量は2100ppmであった。
【0108】
前記ヘマタイト粒子粉末の造粒物100gを固定層還元装置に導入し、Hガスを通気させながら、450℃で180分間、完全にα−Feとなるまで還元した。次に、Nガスに切替え室温まで冷却させた後、イオン交換水160mlを直接還元炉に導入し、そのまま30重量%の鉄粒子粉末を含有する水懸濁液として取り出した(浄化剤とする)。
【0109】
次いで、濾過し、40℃で3時間、大気中で乾燥し、浄化処理用鉄複合粒子粉末を得た(浄化処理用鉄複合粒子粉末とする)。
【0110】
得られた浄化剤中に含有する鉄複合粒子は、走査型電子顕微鏡(30000倍)で観察した結果、一次粒子の粒子形状は米粒状であって平均長軸径が0.13μmであった。
【0111】
ここに得た鉄複合粒子は、α−Feを主体としており、飽和磁化値156Am/kg(156emu/g)、BET比表面積25m/g、結晶子サイズ297Å、S含有量は2900ppmであった。X線回折の結果、α−FeとFeとが存在することが確認された。また、検量線から求めたα−Fe含有量は97.9wt%であり、そのD110(α−Fe)とD311(Fe)の強度比D110/(D110+D311)は0.95であった。
【0112】
<浄化処理用鉄複合粒子粉末の溶出試験結果>
前記評価法によれば、前記鉄複合粒子粉末の溶出試験結果は、カドミウムの溶出量が0.001mg/l未満、全シアンの溶出量が検出されない、鉛の溶出量が0.001mg/l未満、六価クロム溶出量が0.01mg/l未満、砒素の溶出量が0.001mg/l未満、総水銀の溶出量が0.0005mg/l未満、セレンの溶出量が0.001mg/l未満、フッ素の溶出量が0.5mg/l未満、ホウ素の溶出量が0.1mg/l未満であり、いずれも測定装置の検出限界を下回る値であり、全て前記環境基準の基準値を下回るものであった。
【0113】
<脂肪族有機ハロゲン化合物の浄化処理結果>
前記評価方法によれば、前記鉄複合粒子粉末を用いた場合の土壌中のトリクロロエチレンの残存率は3.8%であり、地下水中のトリクロロエチレンの残存率は5.0%であった。
【0114】
<芳香族有機ハロゲン化合物の浄化処理結果>
前記評価方法によれば、前記鉄複合粒子粉末を用いた場合の、土壌中のトリクロロベンゼンの残存率は18.7%であり、地下水中のトリクロロベンゼンの残存率19.5%であった。
【0115】
<浄化剤による脂肪族有機ハロゲン化合物で汚染された土壌の浄化処理>
あらかじめ湿った砂質土壌20g(目開き2mm篩い下)にトリクロロエチレン1.0μlを添加し、トリクロロエチレンで汚染された土壌を作製した。褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に、鉄複合粒子粉末として1gとなる量の浄化剤と該浄化剤中の水含有量とあわせて30.0mlとなる量のイオン交換水とを注入し、次いで、前記汚染土壌を注入し、直ちにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で3時間振とうする。
【0116】
前記<脂肪族有機ハロゲン化合物の評価方法>によれば、前記浄化剤を用いた場合のトリクロロエチレンの残存率は3.7%であった。
【0117】
<浄化剤による脂肪族有機ハロゲン化合物で汚染された地下水の浄化処理>
前記褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に鉄複合粒子粉末として1gとなる量の浄化剤と該浄化剤中の水含有量とあわせて30.0mlとなる量のイオン交換水とを注入し、次いで、トリクロロエチレン1μlを注入し、直ぐにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で3時間振とうする。
【0118】
前記<脂肪族有機ハロゲン化合物の評価方法>によれば、前記浄化剤を用いた場合のトリクロロエチレンの残存率は4.8%であった。
【0119】
<浄化剤による芳香族有機ハロゲン化合物で汚染された土壌の浄化処理>
あらかじめ湿った砂質土壌20g(目開き2mm篩い下)にトリクロロベンゼン1.0μlを添加し、トリクロロベンゼンで汚染された土壌を作製した。褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に鉄複合粒子粉末として1gとなる量の浄化剤と浄化剤中の水含有量とあわせて30.0mlとなる量のイオン交換水とを注入し、次いで、前記汚染土壌を注入し、直ちにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で10時間振とうする。その後、n−ヘキサン10mlを添加し、超音波分散機で20分間分散し、遠心分離機で8000rpm、5分間分離する。
【0120】
トリクロロベンゼン残存量は、前記遠心分離した上層のn−ヘキサン層からシリンジで1.0μl分取し、前記「GC−MS−QP5050」(島津製作所社製)を用いて測定した。前記浄化剤を用いた場合のトリクロロベンゼンの残存率は17.9%であった。
【0121】
<浄化剤による芳香族有機ハロゲン化合物で汚染された地下水の浄化処理>
褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に鉄複合粒子粉末として1gとなる量の浄化剤と該浄化剤中の水含有量とあわせて30.0mlとなる量のイオン交換水とを注入し、次いで、トリクロロベンゼン1μlを注入し、直ぐにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付ける。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で10時間振とうする。その後、n−ヘキサン10mlを添加し、超音波分散機で20分間分散し、遠心分離機で8000rpm5分間分離する。
【0122】
前記<芳香族有機ハロゲン化合物の評価方法>によれば、トリクロロベンゼンの残存率は18.9%であった。
【0123】
【作用】
本発明において重要な点は、本発明に係る浄化処理用鉄複合粒子粉末あるいは浄化剤を用いることによって、有害重金属、その他の元素にて土壌・地下水を汚染することなく、土壌・地下水の有機ハロゲン化合物を効率よく、持続的に、しかも、経済的に分解処理できるという点である。
【0124】
本発明者は、土壌・地下水中の有機ハロゲン化合物を効果的に分解できる理由は未だ明らかではないが、下記のように推定している。
【0125】
即ち、本発明に係る鉄複合粒子粉末は、α−Feを含有し、鉄複合粒子の純度を上げたこと及び触媒毒となる有害な重金属、その他の元素を除去して鉄複合粒子の反応性を高めたことによって、鉄複合粒子が本来有する有機ハロゲン化合物に対する分解活性を十分に発揮できたことによるものと推定している。
【0126】
また、本発明においては、カドミウム、全シアン、鉛、六価クロム、砒素、総水銀、セレン、フッ素及びホウ素の有害な重金属、その他の元素の溶出量を低減したことによって、土壌又は地下水の浄化処理後に環境中に放出しても環境汚染するものではなく、環境に与える影響を極力低減できるものである。
【0127】
また、有機ハロゲン化合物と同時にカドミウム、鉛、六価クロム、砒素、セレン、シアン等の重金属からなる有害物質が存在する場合には、鉄複合粒子の一部が溶解するとともに溶解したFeと重金属とがフェライト化することによって、土壌又は地下水中の重金属を不溶化することができる。
【0128】
【実施例】
次に、本発明の実施例を挙げる。
【0129】
ゲータイト粒子
ゲータイト粒子として表1に示すゲータイト粒子を用意した。
【0130】
ゲータイト粒子2
前記発明の実施の形態と同様にして精製した硫酸第一鉄水溶液の濃度を調整し、Fe2+1.50mol/lを含む硫酸第一鉄水溶液12.8lと0.44NのNaOH水溶液30.2l(硫酸第一鉄水溶液中のFe2+に対し0.35当量に相当する。)とを混合し、pH6.7、温度38℃においてFe(OH)を含む硫酸第一鉄水溶液の生成を行った。次いで、Fe(OH)を含む硫酸第一鉄水溶液に温度40℃において毎分130lの空気を3.0時間通気してゲータイト核粒子を生成させた。
【0131】
前記ゲータイト核粒子を含む硫酸第一鉄水溶液(ゲータイト核粒子の存在量は生成ゲータイト粒子に対し35mol%に該当する。)に、5.4NのNaCO水溶液7.0l(残存硫酸第一鉄水溶液中のFe2+に対し1.5当量に該当する。)を加え、pH9.4、温度42℃において毎分130lの空気を4時間通気してゲータイト粒子粉末を生成させた。ここに得たゲータイト粒子を含有する懸濁液をフィルタープレスで水洗し、得られたプレスケーキを圧縮成型機を用いて孔径4mmの成型板で押し出し成型して120℃で乾燥してゲータイト粒子粉末の造粒物とした。
【0132】
ここに得た造粒物を構成する含有するゲータイト粒子粉末は、平均長軸径0.33μm、軸比(長軸径/短軸径)25.0の針状を呈した粒子からなり、粒度が均斉で樹枝状粒子比較的混在しないものであった。BET比表面積は70m/g、S含有量は1700ppmであった。
【0133】
【表1】

Figure 0004258623
【0134】
鉄複合粒子粉末又は浄化剤:実施例1〜5;
ゲータイト粒子の種類、加熱脱水、加熱還元の温度、分散の方法等を種々変化させた以外は前記発明の実施の形態と同様にして浄化剤を得た。
【0135】
このときの製造条件を表2に、得られた鉄複合粒子粉末又は浄化剤の諸特性を表3に示す。また、得られた鉄複合粒子粉末又は浄化剤の溶出試験結果を表4に示す。
【0136】
【表2】
Figure 0004258623
【0137】
【表3】
Figure 0004258623
【0138】
【表4】
Figure 0004258623
【0139】
<汚染土壌・汚染地下水の浄化処理>
実施例6〜10;
鉄複合粒子粉末又は浄化剤の種類を種々変化させた以外は、前記発明の実施の形態と同様にして汚染土壌又は汚染地下水の処理を行った。
【0140】
このときの処理条件及び測定結果を表5に示す。
【0141】
【表5】
Figure 0004258623
【0142】
<有機ハロゲン化合物及び重金属等の有害物質で汚染された土壌の鉄複合粒子による浄化処理>
あらかじめ湿った砂質土壌20g(目開き2mm篩い下)にトリクロロベンゼン1.0μlを添加し、トリクロロベンゼンで汚染された土壌を作製した。褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に実施の形態の浄化処理用鉄複合粒子1gとイオン交換水27mlを注入し、次いで、前記汚染土壌を注入し、さらにカドミウム、鉛、砒素、セレン及びシアンを各10ppmとなるように1000ppm標準液(関東化学(株)製)より各0.3ml注入し、六価クロムを50ppmとなるように1000ppm標準液(関東化学(株)製)より1.5ml注入し、全量で100ppmになるように合計3.0ml注入した。直ぐにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付けた。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で3時間振とうした後、前記バイアル瓶のヘッドスペースのガスをシリンジで50μl分取し、前記方法を用いてトリクロロエチレン残存量を測定した。その後更に13時間振とう(合計16時間)した後、0.45μmメンブランフィルターを使用して固液分離した。
【0143】
次いで、測定に必要な量の固形分(50g)及び濾液(300ml)が得られるまで、同様の処理を行った。濾液はそのまま環境庁告示第10号「地下水の水質汚濁に係る環境基準について」に基づき、固形分については40℃で3時間、大気中で乾燥し試料を得て、環境庁告示第46号「土壌の汚染に係る環境基準について」に基づき分析した。その結果、溶液中のカドミウム0.001mg/l未満、鉛0.005mg/l未満、六価クロム0.04mg/l未満、砒素0.001mg/l未満、セレン0.002mg/l未満、シアンは未検出であり、固体からの溶出量はカドミウム0.001mg/l未満、鉛0.005mg/l未満、六価クロム0.04mg/l未満、砒素0.001mg/l未満、セレン0.002mg/l未満、シアンは未検出であった。
【0144】
<有機ハロゲン化合物の浄化処理結果>
前記評価方法によれば、前記鉄複合粒子を用いた場合の土壌中のトリクロロベンゼンの残存率は19.2%であった。
【0145】
<有機ハロゲン化合物、重金属等の有害物質で汚染された地下水の鉄複合粒子による浄化処理>
褐色バイアル瓶50ml(実容積68ml)に、実施の形態の浄化処理用鉄複合粒子1gと27.0mlのイオン交換水、トリクロロベンゼン1.0μlを注入し、さらにカドミウム、鉛、砒素、セレン及びシアンを各10ppmとなるように1000ppm標準液(関東化学(株)製)より各0.3ml注入し、六価クロムを50ppmとなるように1000ppm標準液(関東化学(株)製)より1.5ml注入し、全量で100ppmになるように合計3.0ml注入した。直ぐにフッ素樹脂ライナー付きゴム栓で蓋をし、その上からアルミシールで強固に締め付けた。前記バイアル瓶をペイントコンディショナー(レッドデビル社製)で3時間振とうした後、トリクロロベンゼン残存量を前記バイアル瓶のヘッドスペースのガスをシリンジで50μl分取し、前記方法を用いて測定した。その後、更に13時間振とう(合計16時間)した後、0.45μmメンブランフィルターを使用して固液分離した。
【0146】
次いで、測定に必要な量の固形分及び濾液が得られるまで、同様の処理を行った。濾液はそのまま環境庁告示第10号「地下水の水質汚濁に係る環境基準について」に基づき、固形分については40℃で3時間、大気中で乾燥し試料を得て、環境庁告示第46号「土壌の汚染に係る環境基準について」に基づき分析した。その結果、溶液中のカドミウム0.001mg/l未満、鉛0.005mg/l未満、六価クロム0.04mg/l未満、砒素0.001mg/l未満、セレン0.002mg/l未満、シアンは未検出であり、固体からの溶出量はカドミウム0.001mg/l未満、鉛0.005mg/l未満、六価クロム0.04mg/l未満、砒素0.001mg/l未満、セレン0.002mg/l未満、シアンは未検出であった。
【0147】
<有機ハロゲン化合物の浄化処理結果>
前記評価方法によれば、前記鉄複合粒子を用いた場合の地下水中のトリクロロベンゼンの残存率は19.9%であった。
【0148】
【発明の効果】
本発明に係る鉄複合粒子粉末又は浄化剤は、有機ハロゲン化合物を効率よく分解できるので、有機ハロゲン化合物によって汚染された土壌・地下水の浄化剤として好適である。また、浄化剤に有害な重金属、その他の元素が含まれないので、上記土壌・地下水を浄化する際に有害な重金属、その他の元素にて土壌・地下水を汚染するものではなく環境に与える影響を低減することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to dichloromethane, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, 1,1-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, 1,1,1-trichloroethane, 1,1,2, contained in soil or groundwater. -Aliphatic organic halogen compounds such as trichloroethane, trichloroethylene, tetrachloroethylene, 1,3-dichloropropene or dioxins, aromatic halogen compounds such as PCB, or the above organic halogen compounds and cadmium, lead, hexavalent chromium, arsenic, selenium, cyanide The present invention provides a purifying agent that can efficiently and continuously purify pollutants made of heavy metals such as and reduce the load on the environment as much as possible.
[0002]
[Prior art]
Aliphatic organic halogen compounds such as trichlorethylene and tetrachloroethylene are widely used for cleaning in semiconductor factories and for degreasing metalworking metals.
[0003]
Dioxins, which are aromatic organic halogen compounds that are extremely toxic to the human body, even in trace amounts, are contained in exhaust gas, fly ash, and main ash generated from incinerators that incinerate municipal waste and industrial waste. It is included. Dioxins are a general term for compounds in which hydrogen is substituted with chlorine, such as dibenzo-p-dioxin and dibenzofuran. Exhaust gas and fly ash stay around the waste incinerator and dioxins remain in the surrounding soil.
[0004]
In addition, PCB (polychlorinated biphenyl) is chemically and thermally stable, has excellent electrical insulation properties, and has been frequently used as an insulating oil, plasticizer, and heat medium for transformers and capacitors, but is harmful. Therefore, production and use are prohibited. However, an effective processing method for PCBs used in the past has not been established, and most of them are stored without being processed.
[0005]
Since aliphatic organohalogen compounds and aromatic organohalogen compounds are difficult to decompose and are carcinogenic or highly toxic, contamination by soil and groundwater organohalogen compounds has become a serious environmental problem. .
[0006]
That is, when the organic halogen compound is discharged, the organic halogen compound is hardly decomposable, so it accumulates in the discharged soil and becomes contaminated with the organic halogen compound, and the groundwater is also contaminated with the organic halogen compound. Will be. Furthermore, since groundwater spreads also in surrounding areas other than contaminated soil, the contamination by organic halogen compounds becomes a problem in a wide area.
[0007]
Since soil cannot be reused or redeveloped in soil contaminated with organohalogen compounds, various technical means have been proposed as purification methods for soil and groundwater contaminated with organohalogen compounds. Since organic halogen compounds are hardly decomposable, and a large amount of soil and groundwater are to be treated, an efficient and economical purification technology has not yet been sufficiently established.
[0008]
As a purification method for soil contaminated with organohalogen compounds, a purification method using various catalysts, a suction removal method using the volatility of organohalogen compounds, and heat that is detoxified by excavating the soil and heat treatment Degradation methods, methods using microorganisms, and the like are known. Further, as a method for purifying groundwater contaminated with organic halogen compounds, a method for extracting contaminated groundwater from the soil to render it harmless, a method for removing organic halogen compounds by pumping groundwater, and the like are known.
[0009]
Of the technical means proposed as a purification method for soil and groundwater contaminated with organohalogen compounds, soil and groundwater contaminated with organohalogen compounds and decontamination using iron-based particles are mixed and made harmless. Many technical means have been proposed. In particular, it is known to decompose and remove organic halogen compounds using iron-based particles such as mill scale, granular iron and spongy iron powder in steel production (Patent Documents). 1-7).
[0010]
Here, a general method for manufacturing steel will be described.
[0011]
Steel production includes an indirect iron manufacturing method in which iron ore is reduced to molten pig iron, which is oxidized and refined into steel, and a direct iron manufacturing method in which iron ore is converted into steel without going through pig iron.
[0012]
In the indirect iron making method, the raw materials for the iron making process (reducing iron ore to pig iron) are iron ore and limestone (CaCO3), Coke, and hematite, the main component of iron ore, is mainly Fe2O3Magnetite is mainly Fe3O4These are SiO2, Al2O3It contains gangue with the main component. These raw materials are put into a blast furnace, and coke is burned with heated hot air to produce high-temperature CO and N2Generate mixed gas and reduce iron ore. The iron produced by the reduction is solid, but as it descends in the blast furnace, it absorbs C, melts as pig iron and further absorbs C, Si, Mn, etc., and has a final composition. The composition of pig iron is usually 3.0 to 4.5% for C, 0.2 to 2.5% for Si, 0.02 to 0.5% for Mn, and 0.01 to P for P 0.5% and S is 0.01 to 0.5%. On the other hand, the gangue in the ore and the ash in the coke combine with limestone to form molten slag, which is separated by specific gravity difference. Then, the molten pig iron processing is performed as needed.
[0013]
In the molten pig iron treatment, desulfurization, dephosphorization, and desiliconization are performed. CaO, CaF2, CaCl are used as desulfurization fluxes.2For example, mill scale, iron ore, etc. are used as a dephosphorization flux, and iron oxide, manganese ore, etc. are used as a desilicater.
[0014]
The untreated molten pig iron or the pig iron after the molten pig iron treatment is subjected to oxidative refining in a steel making furnace using pure oxygen (steel making process). Most of the steelmaking furnaces are compound converters, and the raw materials are molten pig iron, scrap, lime and fluorite as flux, and manganese ore as required. When pure oxygen is supplied, SiO2, FeO, CaO, CaF2Etc. are generated and become slag. Subsequently, C is oxidized to CO and decarburized. After that, secondary scouring is performed as necessary, and in most cases, the slab, bloom, billet and the like are cast by a continuous casting method.
[0015]
On the other hand, in the direct reduction method, iron ore, a reducing agent, and a fossilizing agent are used as raw materials, and solid or granular iron and spongy iron are used without passing through pig iron in a crude iron production furnace using fuel or electric heat. . Thereafter, the solid iron is melted in an electric furnace, and the subsequent steps are the same as in the indirect reduction method.
[0016]
In any of the above methods, the iron compound produced in the steel production process contains a large number of various impurities derived from the raw materials and additives, and is particularly noticeable in the steel production process by the direct reduction method. When detoxifying soil / groundwater contaminated with organohalogen compounds with a cleaning agent composed of iron-based particles, especially iron-based particles such as mill scale, granular iron and spongy iron powder in steel production Should be used for the purpose of purifying organic halogen compounds in soil and groundwater.
[0017]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-235577
[Patent Document 2]
JP 2000-5740 A
[Patent Document 3]
JP 2000-334063 A
[Patent Document 4]
JP 2001-198567 A
[Patent Document 5]
JP 2002-161263 A
[Patent Document 6]
JP 2002-210452 A
[Patent Document 7]
JP 2002-317202 A
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned Patent Document 1, iron powder containing 0.1% by weight or more of carbon obtained by reduction refining, sintering, pulverization, and sieving using spongy ore reduced iron powder as a raw material is added to the soil. The technology to detoxify organic halogen compounds in soil by mixing is disclosed, but the raw material is derived from iron ore, and there is a large amount of impurities contained in most ordinary steel components and ordinary cast iron components It is difficult to say that it has high purification performance for organic halogen compounds.
[0019]
Moreover, although the above-mentioned patent document 2 discloses a technique for detoxifying organic halogen compounds in soil using copper-containing iron powder, spongy ore reduced iron powder is used in the same manner as the above-mentioned iron powder. Iron powder obtained by reduction, refining, sintering, crushing, and sieving operations is used as a raw material. Since the raw material is derived from iron ore, it is included in most ordinary steel components and ordinary cast iron components. It is estimated that there are a large amount of impurities and the like, and it is difficult to say that they have a high purification performance for organic halogen compounds.
[0020]
Patent Document 3 discloses a technique for detoxifying dioxins by bringing dioxins into contact with an acidic aqueous hydrochloric acid solution containing mill scale generated from a hot-rolled steel sheet manufacturing process at a steel mill at a temperature lower than 100 ° C. However, it is estimated that impurities such as Mn, Si, Cr, Al, P, and Ca are contained in the mill scale itself from several hundred ppm to several thousand ppm, and it is said that the mill scale has a high purification performance for organic halogen compounds. hard.
[0021]
Further, the above-mentioned Patent Document 4 discloses a technique using an aqueous suspension containing spherical iron particles having an average particle diameter of less than 10 μm. The aqueous suspension containing spherical iron particles is C Water suspension obtained by collecting and removing the gas contained in the exhaust gas generated during refining from an oxygen blow furnace for steelmaking that blows oxygen into pig iron containing impurities such as Si, P, etc. The resulting spherical iron particles are presumed to contain impurities such as C, Si, and P as oxides, and it is difficult to say that they have high purification performance for organic halogen compounds.
[0022]
In addition, the aforementioned Patent Document 5 describes an iron powder for decomposing an organic halogen compound in which a metal selected from nickel, copper, cobalt and molybdenum adheres to the surface and the surface other than the adhered metal is covered with an iron oxide film. However, iron powder obtained by finishing reduction treatment of sponge iron powder obtained by reducing the mill scale resulting from the manufacturing process of hot rolled steel sheets at steelworks with coke in a hydrogen stream or water atomized molten steel. Since iron powder is used, it is estimated that impurities derived from mill scale and molten steel are usually contained, and it is difficult to say that it has high purification performance for organic halogen compounds.
[0023]
Further, in the above-mentioned Patent Document 6, it is described that iron powder containing S is used for purification treatment of soil / groundwater contaminated with an organic halogen compound, but the particle size is large and the organic halogen compound is sufficient. It is hard to say that it can be reduced.
[0024]
In addition, in the aforementioned Patent Document 7, it is described that the iron composite particle powder containing magnetite is used for purification treatment of soil / groundwater contaminated with an organic halogen compound, but does not contain S, It is difficult to say that organic halogen compounds can be sufficiently reduced.
[0025]
Accordingly, the present invention provides an organic halogen compound or an organic halogen compound contained in soil / groundwater and a pollutant composed of heavy metals such as cadmium, lead, hexavalent chromium, arsenic, selenium, and cyanide in an efficient and sustainable manner. It is a technical problem to provide a purification method using a purification agent that can be processed in an effective manner, and to obtain a purification agent that reduces the elution of impurities and reduces the load on the environment.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The technical problem can be achieved by the present invention as follows.
[0027]
That is, the present inventionα-Fe and Fe 3 O 4 Consisting ofThe cadmium elution amount of the iron composite particle powder is 0.01 mg / l or less, the elution amount of all cyan is not detected, the elution amount of lead is 0.01 mg / l or less, and the hexavalent chromium elution amount is 0.05 mg / l. The arsenic elution amount is 0.01 mg / l or less, the total mercury elution amount is 0.0005 mg / l or less, the selenium elution amount is 0.01 mg / l or less, and the fluorine elution amount is 0.8 mg / l or less. The elution amount of boron is 1 mg / l or less, and the α-Fe content is 30 to 99% by weight.The saturation magnetization value is 60 to 200 Am 2 / Kg with a BET specific surface area of 5 to 60 m 2 / G, crystallite size D 110 Is 200 to 500 mm, and the average particle size is 0.05 to 0.50 μmAn iron composite particle powder for purification treatment of soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound (Invention 1).
[0028]
In the present invention, the cadmium elution amount of the iron composite particle powder composed of α-Fe and magnetite is 0.01 mg / l or less, the elution amount of all cyan is not detected, and the elution amount of lead is 0.01 mg / l. 1 or less, hexavalent chromium elution amount 0.05 mg / l or less, arsenic elution amount 0.01 mg / l or less, total mercury elution amount 0.0005 mg / l or less, selenium elution amount 0.01 mg / l 1 or less, fluorine elution amount is 0.8 mg / l or less, boron elution amount is 1 mg / l or less, and diffraction intensity D of (110) plane of α-Fe in the X-ray diffraction spectrum of the iron composite particle powder110And magnetite (311) plane diffraction intensity D311Intensity ratio (D110/ (D311+ D110)) Is 0.20 to 0.98The saturation magnetization value is 60 to 200 Am 2 / Kg with a BET specific surface area of 5 to 60 m 2 / G, crystallite size D 110 Is 200 to 500 mm, and the average particle size is 0.05 to 0.50 μmAn iron composite particle powder for purification treatment of soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound (Invention 2).
[0030]
The present invention also includes the present invention 1.Or 2A soil or groundwater purification agent contaminated with an organic halogen compound comprising an aqueous suspension containing, as an active ingredient, iron composite particle powder for purification treatment of soil and groundwater contaminated with other organic halogen compounds (the present invention)3).
[0031]
In the present invention, after purifying an aqueous solution containing a ferrous salt, an aqueous alkali hydroxide solution or an aqueous alkali carbonate solution is added to the aqueous solution to oxidize the suspension containing the ferrous iron-containing precipitate. The goethite particle powder having an average major axis diameter of 0.05 to 0.50 μm obtained by the above or the hematite particle powder obtained by heating and dehydrating the goethite particle powder in a temperature range of 250 to 350 ° C. is heated and reduced in a temperature range of 350 to 600 ° C. And after cooling, the iron particle powder is taken out in water without forming a surface oxide film in the gas phase, and then the surface oxide film is formed on the particle surface of the iron particle powder in water. The present invention 1 is characterized by drying.Or 2Is a method for producing iron composite particle powder for purification treatment of soil and groundwater contaminated with other organic halogen compounds (the present invention).4).
[0032]
In the present invention, after purifying an aqueous solution containing a ferrous salt, an aqueous alkali hydroxide solution or an aqueous alkali carbonate solution is added to the aqueous solution to oxidize the suspension containing the ferrous iron-containing precipitate. The goethite particle powder having an average major axis diameter of 0.05 to 0.50 μm obtained by the above or the hematite particle powder obtained by heating and dehydrating the goethite particle powder in a temperature range of 250 to 350 ° C. is heated and reduced in a temperature range of 350 to 600 ° C. After cooling, the iron particle powder is taken out in water without forming a surface oxide film in the gas phase, and an iron composite is formed by forming a surface oxide film on the particle surface of the iron particle powder in water. The present invention is characterized in that an aqueous suspension containing particle powder is obtained.3This is a method for producing a purification agent for soil and groundwater contaminated with other organic halogen compounds (the present invention).5).
[0033]
The present invention also includes the present invention 1.Or 2Organic halogen compounds characterized by mixing and contacting iron composite particle powder for purification treatment of soil and groundwater contaminated with other organic halogen compounds and soil contaminated with organic halogen compounds or groundwater contaminated with organic halogen compounds Is a method for purifying soil and groundwater contaminated with water (this invention6).
[0034]
The present invention also provides3Soil contaminated with organic halogenated compounds and soil contaminated with organic halogenated compounds mixed with soil contaminated with organic halogenated compounds or groundwater contaminated with organic halogenated compounds -It is a method for purifying groundwater (the present invention7).
[0035]
The present invention also includes the present invention 1.Or 2Soil / groundwater purification iron composite particles contaminated with organic halogen compounds and soil contaminated with organic halogen compounds and heavy metal contaminants or groundwater contaminated with organic halogen compounds and heavy metal contaminants A method for purifying soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound, characterized by mixing contact (the present invention)8)
[0036]
The present invention also provides3Mixing contact between soil and groundwater purification agents contaminated with organic halogen compounds and soil contaminated with organic halogen compounds and heavy metal contaminants or groundwater contaminated with organic halogen compounds and heavy metal contaminants A method for purifying soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound (this invention)9).
[0037]
The configuration of the present invention will be described in detail as follows.
[0038]
First, the present invention 1Or 2An iron composite particle powder for soil / groundwater purification treatment (hereinafter referred to as “iron composite particle powder”) contaminated with organic halogen compounds is described.
[0039]
In the iron composite particle powder according to the present invention, the cadmium elution amount is 0.01 mg / l or less, the elution amount of all cyan is not detected, the lead elution amount is 0.01 mg / l or less, and the hexavalent chromium elution amount is 0. .05 mg / l or less, arsenic elution amount is 0.01 mg / l or less, total mercury elution amount is 0.0005 mg / l or less, selenium elution amount is 0.01 mg / l or less, and fluorine elution amount is 0.00. 8 mg / l or less, and boron elution amount is 1 mg / l or less. When the elution amount of each element exceeds the above range, it is difficult to say that the organic halogen compound has a high purification performance, and the iron composite particle powder contains a large amount of harmful elements. When purifying soil / groundwater contaminated with a compound, there is a risk of contaminating the soil / groundwater with the harmful elements.
[0040]
The α-Fe content of the iron composite particle powder according to the present invention is 30 to 99% by weight. When the α-Fe content is less than 30% by weight, the purification performance of the organic halogen compound is not sufficient, and the intended effect of the present invention cannot be obtained. When the α-Fe content exceeds 99% by weight, the particle size is extremely large or the BET specific surface area is extremely small and stable in the air, and the catalytic activity is remarkably deteriorated. Preferably it is 35-99 weight%, More preferably, it is 40-99 weight%.
[0041]
The constituent phases of the iron composite particles are Fe-phase and Fe-phase.3O4Preferably it contains a phase. Fe3O4It becomes possible to maintain catalyst activity for a long time by containing. α-Fe and Fe3O4Is the diffraction intensity D of the (110) plane of α-Fe in the X-ray diffraction spectrum of the iron composite particle powder.110And Fe3O4Diffraction intensity D of (311) plane of311Intensity ratio (D110/ (D311+ D110)) Is preferably 0.20 to 0.98, more preferably 0.30 to 0.98. Fe3O4Is preferably present on the particle surface of the iron composite particle powder.
[0042]
The average particle diameter of the iron composite particle powder according to the present invention is preferably 0.05 to 0.50 μm. When the average particle diameter is less than 0.05 μm, the α-Fe phase is unstable, so that a thick oxide film is formed on the surface, making it difficult to increase the α-Fe content. It becomes difficult to obtain an effect. If it exceeds 0.50 μm, the α-Fe content can be increased, but the BET specific surface area becomes small, making it difficult to obtain the intended effect of the present invention. More preferably, it is 0.05-0.30 micrometer.
[0043]
The crystallite size (α-Fe (110) plane) of the iron composite particles according to the present invention is preferably 200 to 500 mm. If it is less than 200%, the BET specific surface area is large but the α-Fe phase is unstable, so that a thick oxide film is formed on the surface, making it difficult to increase the α-Fe content. It becomes difficult to obtain an effect. When it exceeds 500%, the α-Fe content can be increased, but the BET specific surface area becomes small, and it becomes difficult to obtain the intended effect of the present invention. More preferably, it is 200-350cm.
[0044]
The BET specific surface area value of the iron composite particle powder according to the present invention is 5 to 60 m.2/ G is preferred. 5m2When it is less than / g, the contact area becomes small and the catalytic activity is hardly exhibited. 60m2When the amount exceeds / g, since the α-Fe phase is unstable, a thick oxide film is formed on the surface, making it difficult to increase the α-Fe content, and obtaining the intended effect of the present invention. It becomes difficult. More preferably 7-55m2/ G.
[0045]
The saturation magnetization value of the iron composite particle powder in the present invention is 60 to 200 Am.2/ Kg (60 to 200 emu / g) is preferable. 60 Am2If it is less than / kg, the α-Fe content is low and the catalytic activity is lowered, which is not preferable. 200 Am2When the amount exceeds / kg, although the α-Fe content is high, the BET specific surface area tends to be low and the catalytic activity is lowered. More preferably 90-190Am2/ Kg (90-190 emu / g), even more preferably 95-190 Am2/ Kg (95-190 emu / g).
[0046]
The iron composite particle powder according to the present invention preferably contains a trace amount of S, and the S content is preferably 500 to 10,000 ppm, more preferably 1000 to 5000 ppm. The method of containing a trace amount of S may be any of the method of controlling the degree of cleaning when the goethite particles are washed and the method of leaving the hematite particles by stirring and adding sulfuric acid or the like.
[0047]
The iron composite particle powder for purification treatment may be in the form of a granulated product.
[0048]
Next, the present invention3The soil and groundwater purification agents (hereinafter referred to as “purification agents”) contaminated with organic halogen compounds are described.
[0049]
The purifier is the present invention 1.Or 2Is an aqueous suspension containing the iron composite particle powder for purification treatment as an active ingredient, and the content of the iron composite particle powder for purification treatment in the aqueous suspension is in the range of 0.5 to 50 parts by weight. It can be selected appropriately.
[0050]
Next, a method for producing the iron composite particle powder according to the present invention will be described.
[0051]
The goethite particle powder is obtained by reacting, for example, an aqueous solution containing a ferrous salt with one or more selected from alkali hydroxide, alkali carbonate or ammonia according to a conventional method. It can be obtained by ventilating an oxygen-containing gas such as air through a suspension containing a ferrous iron-containing precipitate such as iron carbonate. The aqueous solution containing ferrous salt needs to reduce impurities such as heavy metals and have high purity.
[0052]
In order to reduce the amount of impurities in the aqueous solution containing the ferrous salt, for example, the steel sheet is pickled with sulfuric acid, and impurities that have precipitated on the surface layer of the steel sheet and dissolved and removed rust preventive oil are removed. There is a method using an aqueous ferrous salt solution obtained by dissolving a steel sheet with a small amount of iron. Non-iron scrap metal and scrap iron, steel plates that have been subjected to plating treatment, phosphate treatment and chromic acid treatment to improve corrosion resistance, steel plates to which antirust oil has been applied, etc. When the pickling solution is used, impurities remain in the iron composite particle powder and may be eluted into the soil or groundwater to be purified, which is not preferable. Also, alkali such as alkali hydroxide is added to the ferrous sulfate solution by-produced from the titanium oxide production process, etc., and titanium and other impurities are insolubilized as hydroxide by pH adjustment to remove precipitates and ultrafiltration There is a method to use it. It is preferable to use a steel plate with few impurities dissolved in sulfuric acid, and it is further preferable to remove impurities by pH adjustment. Either method has no industrial problems and is economically advantageous.
[0053]
The average major axis diameter of the goethite particle powder is 0.05 to 0.50 μm, the particle shape is preferably spindle or needle shape, the axial ratio is preferably 4 to 30, more preferably 5 to 25, and the BET ratio. Surface area is 20-200m2/ G is preferable, more preferably 25 to 180 m.2/ G.
[0054]
Also, in order to maintain the α-Fe content in the iron composite particles at a high rate and destroy the shape and grow the crystals in a granular form, the goethite particle powder may not be subjected to surface treatment such as sintering prevention treatment. preferable.
[0055]
The goethite particle powder is preferably granulated according to a conventional method. By granulating, a fixed bed type reduction furnace can be used.
[0056]
The obtained goethite particle powder is preferably a hematite particle powder that has been heat-dehydrated in a temperature range of 250 to 350 ° C.
[0057]
The average major axis diameter of the hematite particle powder is 0.05 to 0.50 μm, and the particle shape may be either a spindle shape or a needle shape.
[0058]
The goethite particle powder or the hematite particle powder is heated and reduced in a temperature range of 350 to 600 ° C. to obtain iron particle (α-Fe) powder.
[0059]
When the heating reduction temperature is less than 350 ° C., the reduction reaction proceeds slowly and takes a long time for the reduction reaction. Further, although the BET specific surface area can be increased, the crystal growth cannot be sufficiently performed, the α-Fe phase becomes unstable, and a thick oxide film is formed on the particle surface, so that the α-Fe content is increased. Can not do it. When the temperature exceeds 600 ° C., the reduction reaction proceeds rapidly, the sintering between the particles and the particles is excessively promoted, the particle diameter is increased, and the BET specific surface area is also decreased.
[0060]
In addition, although hydrogen gas, nitrogen gas, etc. can utilize the atmosphere at the time of temperature increase of a reductive reaction, hydrogen gas is preferable industrially.
[0061]
After cooling the iron particle powder after heat reduction, the iron particle powder is taken out in water without forming a surface oxide film in the gas phase, and a surface oxide film is formed on the surface of the iron particle powder in water, Then it is dried.
[0062]
The atmosphere during cooling may be either nitrogen or hydrogen, but is preferably switched to nitrogen finally. Moreover, when taking out in water, it is preferable to be cooled to 100 degrees C or less.
[0063]
By the heat reduction treatment, the entire particles become iron particles composed of an α-Fe phase, and when taken out into water, the water is decomposed by the catalytic activity of α-Fe and separated into hydrogen and oxygen. Is oxidized and Fe on the particle surface3O4It is estimated that an oxide film consisting of
[0064]
Next, the present invention5The method for producing a purification agent for soil and groundwater contaminated with organic halogen compounds according to the present invention4The iron particle powder after the heat reduction in is cooled and then taken out into water and used as a purification agent consisting of an aqueous suspension containing the iron composite particle powder as it is.
[0065]
In the cleaning agent of the present invention, it is preferable to pulverize and disperse the secondary aggregates of the iron composite particle powder.
[0066]
Next, the present invention6This section describes the purification method for soil and groundwater contaminated with organic halogen compounds.
[0067]
In general, purification of soil and groundwater contaminated with organic halogen compounds is generally performed by in-situ decomposition methods that decompose the contained pollutants directly in the ground, and raw materials that decompose excavated or extracted soil and groundwater. There is a position extraction method, and any method can be used in the present invention.
[0068]
The in-situ decomposition method employs a method in which the iron composite particle powder for purification treatment or the purification agent is permeated or introduced into the basement through a borehole as it is, using high-pressure air, a gas such as nitrogen, or water as a medium. In particular, since the purification agent of the present invention is an aqueous suspension, it can be used as it is or diluted as necessary.
[0069]
In the in-situ extraction method, the excavated soil and the iron composite particle powder or cleaning agent for purification treatment are mixed using a sand mill, Henschel mixer, concrete mixer, Nauta mixer, uniaxial or biaxial kneader mixer, etc. What is necessary is just to stir. Further, the pumped ground water can be passed through a column or the like filled with the iron composite particle powder for purification treatment.
[0070]
The amount of iron composite particle powder for purification treatment or the amount of purification agent (solid content conversion) can be selected as appropriate according to the degree of contamination of organic halogen compounds in the soil and groundwater. Is preferably 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 0.2 to 20 parts by weight in terms of solid content with respect to 100 parts by weight of soil. When the amount is less than 0.1 parts by weight, the intended effect of the present invention cannot be obtained sufficiently. If it exceeds 30 parts by weight, the purification effect is improved, but it is not economical. When contaminated groundwater is targeted, it is preferably added in an amount of 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 0.2 to 20 parts by weight in terms of solid content with respect to 100 parts by weight of groundwater. Moreover, you may dilute and use the purification | cleaning agent which concerns on this invention so that it may become the said addition amount.
[0071]
When the purification agent of the present invention is used, in the evaluation method described later, the residual ratio of the aliphatic organic halogen compound in the contaminated soil can be 8% or less, preferably 0.1 to 5.0%. The residual rate of the aliphatic organic halogen compound in the contaminated groundwater can be 8% or less, preferably 0.1 to 5.0%. Further, the residual rate of aromatic organic halogen compounds in the contaminated soil can be 30% or less, preferably 25% or less, and the residual rate of aromatic organic halogen compounds in the contaminated groundwater is 30% or less, preferably 25 % Or less.
[0072]
Next, the present invention8Or the present invention9A method for purifying soil and groundwater contaminated with pollutants composed of organic halogen compounds and heavy metals is described.
[0073]
In the present invention, contaminants made of heavy metals such as cadmium, lead, hexavalent chromium, arsenic, selenium, and cyan can be insolubilized simultaneously with the organic halogen compound.
[0074]
The amount of the iron composite particle powder for purification treatment or the amount of the purification agent (in terms of solid content) is the same as described above.
[0075]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A typical embodiment of the present invention is as follows.
[0076]
Each elution amount of cadmium, lead, hexavalent chromium, arsenic, total mercury, selenium, total cyanide, fluorine and boron other than iron present in the iron composite particle powder is 1992 Environment Agency Notification No. 46 “Soil Based on “Environmental Standards Concerning Contamination”, the measurement was performed by the following method.
[0077]
The average major axis diameter and axial ratio of the goethite particle powder and the hematite particle powder were measured with a transmission electron micrograph. The average particle diameter and axial ratio of the iron composite particle powder were measured using a scanning electron micrograph.
[0078]
The S content of each particle powder was measured using “Carbon Sulfur Analyzer: EMIA-2200” (manufactured by HORIBA).
[0079]
The crystal phase of each particle powder was identified by measuring in the range of 10 to 90 ° with an X-ray diffraction apparatus.
[0080]
The α-Fe content of the iron composite particle powder was measured in advance by measuring the X-ray diffraction of a mixed powder composed of iron and magnetite in various mixing ratios (α-Fe was taken out into water and transformed). 110) Diffraction intensity D of the surface110Diffraction intensity D of (311) plane of magnetite311It was calculated by creating a relational expression between the mixing ratio and the mixing ratio and using it as a calibration curve. The relational expression which is a calibration curve is as follows.
[0081]
α-Fe content = −51.387X2+ 151.88X
X: Strength ratio (D110/ (D110+ D311))
[0082]
The crystallite size of the (110) plane of α-Fe of the iron composite particle powder is the crystal grain size measured by the X-ray diffraction method, and the thickness of the crystal grain in the direction perpendicular to the crystal plane of each grain. This is a value calculated from the diffraction peak curve for each crystal plane using the following Scherrer equation.
[0083]
Crystallite size = Kλ / βcosθ
Where β = half-value width (in radians) of the true diffraction peak corrected for machine width due to the device.
K = Scherrer constant (= 0.9).
λ = wavelength of X-ray (Cu Kα ray 0.1542 nm).
θ = Diffraction angle (corresponding to the diffraction peak of each crystal plane).
[0084]
The specific surface area of each particle powder was represented by a value measured by BET method using “Monosorb MS-11” (manufactured by Kantachrome Co., Ltd.).
[0085]
The saturation magnetization value of the iron composite particle powder was measured using an “vibrating sample magnetometer VSM-3S-15” (manufactured by Toei Industry Co., Ltd.) with an external magnetic field of 795.8 kA / m (10 kOe).
[0086]
<Preparation of calibration curve for soil: Determination of aliphatic organic halogen compounds>
The concentration of the organic halogen compound was prepared in advance according to the following procedure, and the concentration was calculated based on the obtained calibration curve.
Trichlorethylene (TCE: C2HCl3): Molecular weight 131.39
Reagent grade (99.5%), density (20 ° C.) 1.461 to 1.469 g / ml
[0087]
Trichlorethylene was made into three levels of 0.05 μl, 0.1 μl and 1.0 μl, 30 ml of ion-exchanged water was added to 50 ml of brown vial (actual volume 68 ml), and 20 g of sandy soil (under 2 mm mesh sieve) was sealed. Next, each level of trichlorethylene is injected, immediately covered with a rubber stopper with a fluororesin liner, and firmly tightened with an aluminum seal from above. 50 μl of the gas in the headspace of the vial is taken with a syringe, and trichlorethylene is measured using “GC-MS-QP5050” (manufactured by Shimadzu Corporation). Assuming that trichlorethylene is not decomposed at all, the relationship between the amount added and the peak area is determined. The column at this time is a capillary column (DB-1: manufactured by J & W Scientific, liquid phase: dimethylpolysiloxane), He gas (143 l / min) is used as a carrier gas, and the temperature is maintained at 40 ° C. for 2 minutes. The gas is analyzed by raising the temperature to 250 ° C at a rate of ° C / min.
[0088]
<Sample preparation for measuring aliphatic organic halogen compounds>
1.0 g of trichlorethylene was added to 20 g of pre-moist sandy soil (under 2 mm mesh sieve) to prepare soil contaminated with trichlorethylene. Pour 1 g of iron composite particle powder for purification treatment and 30 ml of ion-exchanged water into 50 ml of brown vial (actual volume: 68 ml), then pour the contaminated soil, and immediately cover with a rubber stopper with a fluororesin liner. Tighten firmly with aluminum seal. The vial is shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 3 hours.
[0089]
<Evaluation method of aliphatic organic halogen compound>
The residual amount of trichlorethylene is measured using the above-mentioned “GC-MS-QP5050” (manufactured by Shimadzu Corporation) by taking 50 μl of the headspace gas of the vial bottle with a syringe.
[0090]
<Preparation of calibration curve for groundwater: Determination of aliphatic organic halogen compounds>
A groundwater calibration curve was prepared in the same manner as in <Preparation of soil calibration curve: Determination of aliphatic organic halogen compound> except that sandy soil was not added.
[0091]
<Sample preparation>
Inject 50 g of a brown vial (actual volume: 68 ml) with 1 g of iron composite particle powder for purification treatment and 30 ml of ion-exchanged water, then inject 1 μl of trichlorethylene, and immediately cover with a rubber stopper with a fluororesin liner. Tighten firmly with an aluminum seal. The vial is shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 3 hours.
[0092]
<Evaluation method>
The residual amount of trichlorethylene was measured in the same manner as in the above <Evaluation method of aliphatic organic halogen compound>.
[0093]
<Preparation of soil calibration curve: Determination of aromatic organic halogen compounds>
Trichlorobenzene (TCB: C6H3Cl3): Molecular weight 181.45
Reagent grade (99.0% or more), density (20 ° C.) 1.46 g / ml
[0094]
Trichlorobenzene was made into three levels of 0.05 μl, 0.1 μl and 1.0 μl, 30 ml of ion-exchanged water was added to 50 ml of brown vial (actual volume 68 ml), and 20 g of sandy soil (under 2 mm mesh sieve) Seal, then inject each level of trichlorobenzene, immediately cover with a rubber stopper with a fluororesin liner, and tighten firmly with an aluminum seal from above. The vial is then shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 10 hours. Thereafter, 10 ml of n-hexane was added, dispersed with an ultrasonic disperser for 20 minutes, separated with a centrifugal separator at 8000 rpm for 5 minutes, and 1.0 μl was taken from the upper hexane layer with a syringe, and “GC-MS-QP5050” was collected. ”(Manufactured by Shimadzu Corporation) is used to measure trichlorobenzene. Assuming that trichlorobenzene is not decomposed at all, the relationship between the amount added and the peak area is determined. The column at this time is a capillary column (DB-1: manufactured by J & W Scientific, liquid phase: dimethylpolysiloxane), He gas (143 l / min) is used as a carrier gas, and the temperature is maintained at 40 ° C. for 2 minutes. The gas is analyzed by raising the temperature to 250 ° C at a rate of ° C / min.
[0095]
<Sample preparation for measuring aromatic organic halogen compounds>
1.0 g of trichlorobenzene was added to 20 g of wet sandy soil in advance (under 2 mm mesh sieve) to prepare soil contaminated with trichlorobenzene. Pour 1 g of iron composite particle powder for purification treatment and 30 ml of ion-exchanged water into 50 ml of brown vial (actual volume: 68 ml), then pour the contaminated soil, and immediately cover with a rubber stopper with a fluororesin liner. Tighten firmly with aluminum seal. The vial is shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 10 hours. Thereafter, 10 ml of n-hexane is added, dispersed for 20 minutes with an ultrasonic disperser, and separated with 8000 rpm for 5 minutes with a centrifuge.
[0096]
<Evaluation method of aromatic organic halogen compound>
The residual amount of trichlorobenzene is measured by using the above-mentioned “GC-MS-QP5050” (manufactured by Shimadzu Corporation) by separating 1.0 μl from the centrifuged n-hexane layer with a syringe.
[0097]
<Preparation of groundwater calibration curve: Determination of aromatic organic halogen compounds>
A groundwater calibration curve was prepared in the same manner as described above in <Preparation of soil calibration curve: Determination of aromatic organic halogen compound> except that sandy soil was not added.
[0098]
<Sample preparation>
Pour 1 g of iron composite particle powder for purification treatment and 30 ml of ion exchange water into 50 ml of brown vial (actual volume 68 ml), then inject 1 μl of trichlorobenzene, and immediately cover with a rubber stopper with a fluororesin liner. Tighten firmly with aluminum seal. The vial is shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 10 hours. Thereafter, 10 ml of n-hexane is added, dispersed for 20 minutes with an ultrasonic disperser, and separated with a centrifuge at 8000 rpm for 5 minutes.
[0099]
<Evaluation method>
The residual amount of trichlorobenzene was measured in the same manner as in the above <Method for evaluating aromatic organic halogen compound>.
[0100]
<Manufacture of ferrous salt aqueous solution>
Steel pieces (choppers, shredders, trimmers, etc.) generated when the pickled steel sheets (those not coated with rust-preventing oils) that have been removed by washing the surface scale of hot-rolled steel sheets with acid are cut by shear cutting. Dissolve with sulfuric acid to obtain a ferrous sulfate aqueous solution.
[0101]
Next, an aqueous NaOH solution is added to the ferrous sulfate aqueous solution, the pH is maintained at 5.0, and heavy metal impurities contained in the steel plate are precipitated as hydroxides. Subsequently, the ferrous sulfate aqueous solution containing the hydroxide was filtered with an ultrafiltration device to separate and remove the heavy metal impurity hydroxide to obtain a high purity ferrous sulfate aqueous solution.
[0102]
<Manufacture of purification agent>
N at a rate of 3.4 cm per second2In a reaction vessel maintained in a non-oxidizing atmosphere by flowing gas, 1.16 mol / l Na2CO3After adding 704 l of aqueous solution, Fe2+Add 296 l of the aqueous ferrous sulfate solution containing 1.35 mol / l and mix (Na2CO3The amount corresponds to 2.0 times equivalent to Fe. And FeCO at a temperature of 47 ° C.3Was generated.
[0103]
The obtained FeCO3In an aqueous solution containing2While maintaining gas at a temperature of 47 ° C. for 70 minutes while blowing gas at a rate of 3.4 cm per second, the FeCO3A goethite particle was produced by aeration of 2.8 cm of air at a temperature of 47 ° C. for 5.0 hours in an aqueous solution containing The pH during air ventilation was 8.5 to 9.5.
[0104]
The suspension containing the goethite particles obtained here was washed with a filter press. At that time, the degree of cleaning was controlled to leave a trace amount of S. The obtained press cake was extrusion molded with a molding plate having a pore diameter of 4 mm using a compression molding machine and dried at 120 ° C. to obtain a granulated product of goethite particles.
[0105]
The goethite particles contained in the granulated product obtained here consist of particles having a spindle shape with an average major axis diameter of 0.30 μm and an axial ratio (major axis diameter / minor axis diameter) of 12.5. However, the dendritic particles were not mixed. BET specific surface area is 85m2/ G, S content was 900 ppm.
[0106]
The granulated product is heated at 330 ° C. to form hematite particles and dry pulverized. Then, it is poured into water and 70% sulfuric acid is added at a rate of 4 ml / kg and stirred. Thereafter, it was dehydrated to form a press cake, extruded using a molding plate having a pore diameter of 3 mm using a compression molding machine, and dried at 120 ° C. to obtain a granulated product of hematite particles.
[0107]
The hematite particle powder constituting the granulated product obtained here consists of particles having a spindle shape with an average major axis diameter of 0.25 μm and an axial ratio (major axis diameter / minor axis diameter) of 10.5, and the particle size is uniform. Dendritic particles were not mixed. The S content was 2100 ppm.
[0108]
100 g of the granulated product of the hematite particle powder is introduced into a fixed bed reducing device, and H2While the gas was bubbled, the mixture was reduced at 450 ° C. for 180 minutes until it was completely α-Fe. Next, N2After switching to gas and allowing to cool to room temperature, 160 ml of ion-exchanged water was directly introduced into the reduction furnace and taken out as it was as a water suspension containing 30% by weight of iron particle powder (referred to as a purifier).
[0109]
Subsequently, it filtered, and it dried in air | atmosphere at 40 degreeC for 3 hours, and obtained the iron composite particle powder for a purification process (it is set as the iron composite particle powder for a purification process).
[0110]
As a result of observing with a scanning electron microscope (30000 times), the iron composite particles contained in the obtained purification agent had a primary particle shape of rice grains and an average major axis diameter of 0.13 μm.
[0111]
The obtained iron composite particles are mainly composed of α-Fe and have a saturation magnetization value of 156 Am.2/ Kg (156 emu / g), BET specific surface area 25 m2/ G, crystallite size of 297 kg, S content was 2900 ppm. As a result of X-ray diffraction, α-Fe and Fe3O4And were confirmed to exist. The α-Fe content obtained from the calibration curve is 97.9 wt%, and the D110(Α-Fe) and D311(Fe3O4) Strength ratio D110/ (D110+ D311) Was 0.95.
[0112]
<Results of dissolution test of iron composite particle powder for purification treatment>
According to the evaluation method, the result of the dissolution test of the iron composite particle powder is that the dissolution amount of cadmium is less than 0.001 mg / l, the dissolution amount of all cyan is not detected, and the dissolution amount of lead is less than 0.001 mg / l. The elution amount of hexavalent chromium is less than 0.01 mg / l, the elution amount of arsenic is less than 0.001 mg / l, the elution amount of total mercury is less than 0.0005 mg / l, and the elution amount of selenium is less than 0.001 mg / l. The elution amount of fluorine is less than 0.5 mg / l and the elution amount of boron is less than 0.1 mg / l, both of which are below the detection limit of the measuring device, and all are below the standard value of the environmental standard. Met.
[0113]
<Results of purification of aliphatic organic halogen compounds>
According to the evaluation method, when the iron composite particle powder was used, the residual rate of trichlorethylene in the soil was 3.8%, and the residual rate of trichlorethylene in the groundwater was 5.0%.
[0114]
<Results of purification treatment of aromatic organic halogen compounds>
According to the evaluation method, when the iron composite particle powder was used, the residual rate of trichlorobenzene in the soil was 18.7%, and the residual rate of trichlorobenzene in the groundwater was 19.5%.
[0115]
<Purification treatment of soil contaminated with aliphatic organohalogen compounds with a purification agent>
1.0 g of trichlorethylene was added to 20 g of pre-moist sandy soil (under 2 mm mesh sieve) to prepare soil contaminated with trichlorethylene. Into a 50 ml brown vial (actual volume 68 ml), an amount of 1 g of the cleaning agent as iron composite particle powder and an amount of ion-exchanged water of 30.0 ml together with the water content in the cleaning agent are injected, Next, the contaminated soil is poured, immediately covered with a rubber stopper with a fluororesin liner, and firmly tightened with an aluminum seal from above. The vial is shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 3 hours.
[0116]
According to the above <Evaluation Method for Aliphatic Organic Halogen Compound>, the residual ratio of trichlorethylene when the purifier was used was 3.7%.
[0117]
<Purification of groundwater contaminated with aliphatic organohalogen compounds with a purifier>
50 ml of the brown vial (actual volume: 68 ml) was injected with an amount of 1 g of the cleaning agent as iron composite particle powder and an amount of ion-exchanged water of 30.0 ml together with the water content in the cleaning agent, Next, 1 μl of trichlorethylene is injected, immediately covered with a rubber stopper with a fluororesin liner, and firmly tightened with an aluminum seal from above. The vial is shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 3 hours.
[0118]
According to the above <Evaluation Method for Aliphatic Organic Halogen Compound>, the residual ratio of trichlorethylene when using the cleaning agent was 4.8%.
[0119]
<Purification treatment of soil contaminated with aromatic organic halogen compounds using a purifier>
1.0 g of trichlorobenzene was added to 20 g of wet sandy soil in advance (under 2 mm mesh sieve) to prepare soil contaminated with trichlorobenzene. 50 ml of brown vials (actual volume 68 ml) were injected with an amount of 1 g of the detergent as iron composite particle powder and an amount of ion-exchanged water of 30.0 ml in combination with the water content in the detergent, The contaminated soil is poured, immediately covered with a rubber stopper with a fluororesin liner, and firmly tightened with an aluminum seal from above. The vial is shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 10 hours. Thereafter, 10 ml of n-hexane is added, dispersed for 20 minutes with an ultrasonic disperser, and separated with 8000 rpm for 5 minutes with a centrifuge.
[0120]
The residual amount of trichlorobenzene was measured using the above-mentioned “GC-MS-QP5050” (manufactured by Shimadzu Corporation) by separating 1.0 μl from the centrifuged n-hexane layer with a syringe. When the cleaning agent was used, the residual ratio of trichlorobenzene was 17.9%.
[0121]
<Purification treatment of groundwater contaminated with aromatic organic halogen compounds with a purifier>
Into 50 ml of brown vial (actual volume 68 ml), an amount of cleaning agent of 1 g as iron composite particle powder and an amount of ion-exchanged water of 30.0 ml in combination with the water content in the cleaning agent are injected, and then Inject 1 μl of trichlorobenzene, immediately cover with a rubber stopper with a fluororesin liner, and tighten firmly with an aluminum seal from above. The vial is shaken with a paint conditioner (Red Devil) for 10 hours. Thereafter, 10 ml of n-hexane is added, dispersed for 20 minutes with an ultrasonic disperser, and separated with a centrifuge at 8000 rpm for 5 minutes.
[0122]
According to the above <Method for evaluating aromatic organic halogen compound>, the residual ratio of trichlorobenzene was 18.9%.
[0123]
[Action]
The important point in the present invention is that by using the iron composite particle powder for purification treatment or the purification agent according to the present invention, the organic halogen of the soil / groundwater can be used without contaminating the soil / groundwater with harmful heavy metals and other elements. The compound can be decomposed efficiently, continuously and economically.
[0124]
The present inventor has not yet clarified the reason why organic halogen compounds in soil and groundwater can be effectively decomposed, but has estimated as follows.
[0125]
That is, the iron composite particle powder according to the present invention contains α-Fe, has increased the purity of the iron composite particles, and removed the harmful heavy metals and other elements which are catalyst poisons, thereby reducing the reactivity of the iron composite particles. It is presumed that this was due to the fact that the iron composite particles were able to sufficiently exhibit the decomposition activity with respect to the organic halogen compounds originally possessed.
[0126]
Further, in the present invention, the amount of harmful heavy metals such as cadmium, total cyanide, lead, hexavalent chromium, arsenic, total mercury, selenium, fluorine and boron, and other elements are reduced, thereby purifying soil or groundwater. Even if it is released into the environment after treatment, it does not pollute the environment, and the influence on the environment can be reduced as much as possible.
[0127]
In addition, when there are harmful substances composed of heavy metals such as cadmium, lead, hexavalent chromium, arsenic, selenium, and cyan together with organic halogen compounds, part of the iron composite particles dissolves and dissolved Fe and heavy metals By ferritizing, heavy metals in soil or groundwater can be insolubilized.
[0128]
【Example】
Next, examples of the present invention will be given.
[0129]
Goethite particles
The goethite particles shown in Table 1 were prepared as goethite particles.
[0130]
Goethite particles 2
Adjusting the concentration of the ferrous sulfate aqueous solution purified in the same manner as in the embodiment of the invention, Fe2+1.28 l of ferrous sulfate aqueous solution containing 1.50 mol / l and 30.2 l of 0.44N NaOH aqueous solution (Fe in ferrous sulfate aqueous solution)2+Is equivalent to 0.35 equivalents. And mixed with Fe (OH) at a pH of 6.7 and a temperature of 38 ° C.2An aqueous ferrous sulfate solution containing Next, Fe (OH)2Into the aqueous ferrous sulfate solution containing 130 g of air, 130 l / min of air was passed at a temperature of 40 ° C. for 3.0 hours to generate goethite core particles.
[0131]
5.4N Na was added to the ferrous sulfate aqueous solution containing the goethite core particles (the amount of the goethite core particles was 35 mol% with respect to the generated goethite particles).2CO37.0 l of aqueous solution (Fe in residual ferrous sulfate aqueous solution2+This corresponds to 1.5 equivalents. ) And 130 l / min of air at a pH of 9.4 and a temperature of 42 ° C. for 4 hours to produce goethite particles. The suspension containing the obtained goethite particles was washed with a filter press, and the obtained press cake was extruded with a molding plate having a pore diameter of 4 mm using a compression molding machine and dried at 120 ° C. to obtain a goethite particle powder. It was set as the granulated material.
[0132]
The goethite particles contained in the granulated product obtained here consist of needle-shaped particles having an average major axis diameter of 0.33 μm and an axial ratio (major axis diameter / minor axis diameter) of 25.0. However, it was homogeneous and dendritic particles were relatively unmixed. BET specific surface area is 70m2/ G, S content was 1700 ppm.
[0133]
[Table 1]
Figure 0004258623
[0134]
Iron composite particle powder or cleaning agent: Examples 1 to 5;
A purifier was obtained in the same manner as in the above embodiment except that the kind of goethite particles, the temperature of heat dehydration, the temperature of heat reduction, the method of dispersion, etc. were variously changed.
[0135]
The production conditions at this time are shown in Table 2, and the characteristics of the obtained iron composite particle powder or the purifier are shown in Table 3. In addition, Table 4 shows the dissolution test results of the obtained iron composite particle powder or the purification agent.
[0136]
[Table 2]
Figure 0004258623
[0137]
[Table 3]
Figure 0004258623
[0138]
[Table 4]
Figure 0004258623
[0139]
<Purification treatment of contaminated soil and contaminated groundwater>
Examples 6-10;
Contaminated soil or contaminated groundwater was treated in the same manner as in the above-described embodiment except that the type of the iron composite particle powder or the purifying agent was variously changed.
[0140]
Table 5 shows the processing conditions and measurement results at this time.
[0141]
[Table 5]
Figure 0004258623
[0142]
<Purification treatment with iron composite particles in soil contaminated with organic halogen compounds and heavy metals and other harmful substances>
1.0 g of trichlorobenzene was added to 20 g of wet sandy soil in advance (under 2 mm mesh sieve) to prepare soil contaminated with trichlorobenzene. Inject 50 g of a brown vial (actual volume 68 ml) 1 g of the iron composite particles for purification treatment of the embodiment and 27 ml of ion-exchanged water, then inject the contaminated soil, and add cadmium, lead, arsenic, selenium and cyanide. Inject 0.3 ml each from 1000 ppm standard solution (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) to 10 ppm each, and inject 1.5 ml from 1000 ppm standard solution (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) to 50 ppm hexavalent chromium. Then, a total of 3.0 ml was injected so that the total amount was 100 ppm. The lid was immediately covered with a rubber stopper with a fluororesin liner, and the top was firmly tightened with an aluminum seal. The vial was shaken with a paint conditioner (manufactured by Red Devil) for 3 hours, and then 50 μl of the headspace gas of the vial was taken with a syringe, and the residual amount of trichlorethylene was measured using the above method. Thereafter, the mixture was further shaken for 13 hours (16 hours in total) and then separated into solid and liquid using a 0.45 μm membrane filter.
[0143]
Then, the same treatment was performed until a solid content (50 g) and a filtrate (300 ml) required for the measurement were obtained. Based on the Environmental Agency Notification No. 10 “Environmental Standards Concerning Groundwater Water Pollution”, the filtrate was dried in the atmosphere at 40 ° C. for 3 hours to obtain a sample, and the Environmental Agency Notification No. 46 “ The analysis was based on the “environmental standards for soil contamination”. As a result, cadmium in the solution is less than 0.001 mg / l, lead is less than 0.005 mg / l, hexavalent chromium is less than 0.04 mg / l, arsenic is less than 0.001 mg / l, selenium is less than 0.002 mg / l, cyan is Undetected, elution amount from solid was less than 0.001 mg / l cadmium, less than 0.005 mg / l lead, less than 0.04 mg / l hexavalent chromium, less than 0.001 mg / l arsenic, 0.002 mg / selenium Less than l and cyan were not detected.
[0144]
<Results of organic halogen compound purification>
According to the evaluation method, the residual rate of trichlorobenzene in the soil when the iron composite particles were used was 19.2%.
[0145]
<Purification treatment with iron composite particles of groundwater contaminated with organic halogen compounds, heavy metals and other harmful substances>
Into 50 ml of brown vial (actual volume 68 ml), 1 g of the iron composite particles for purification treatment of the embodiment, 27.0 ml of ion-exchanged water, and 1.0 μl of trichlorobenzene are injected, and further cadmium, lead, arsenic, selenium and cyanide. 0.3 ml each from 1000 ppm standard solution (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) so that the concentration is 10 ppm, and 1.5 ml from 1000 ppm standard solution (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) so that hexavalent chromium is 50 ppm. A total of 3.0 ml was injected so that the total amount was 100 ppm. The lid was immediately covered with a rubber stopper with a fluororesin liner, and the top was firmly tightened with an aluminum seal. The vial was shaken with a paint conditioner (manufactured by Red Devil) for 3 hours, and then the residual amount of trichlorobenzene was measured by taking 50 μl of the gas in the headspace of the vial with a syringe and using the above method. Then, after further shaking for 13 hours (16 hours in total), solid-liquid separation was performed using a 0.45 μm membrane filter.
[0146]
Next, the same treatment was performed until a solid content and a filtrate required for measurement were obtained. Based on the Environmental Agency Notification No. 10 “Environmental Standards Concerning Groundwater Water Pollution”, the filtrate was dried in the atmosphere at 40 ° C. for 3 hours to obtain a sample, and the Environmental Agency Notification No. 46 “ The analysis was based on the “environmental standards for soil contamination”. As a result, cadmium in the solution is less than 0.001 mg / l, lead is less than 0.005 mg / l, hexavalent chromium is less than 0.04 mg / l, arsenic is less than 0.001 mg / l, selenium is less than 0.002 mg / l, cyan is Undetected, elution amount from solid was less than 0.001 mg / l cadmium, less than 0.005 mg / l lead, less than 0.04 mg / l hexavalent chromium, less than 0.001 mg / l arsenic, 0.002 mg / selenium Less than l and cyan were not detected.
[0147]
<Results of organic halogen compound purification>
According to the evaluation method, the residual rate of trichlorobenzene in the groundwater when the iron composite particles were used was 19.9%.
[0148]
【The invention's effect】
The iron composite particle powder or purification agent according to the present invention is suitable as a purification agent for soil and groundwater contaminated with organic halogen compounds because it can efficiently decompose organic halogen compounds. In addition, since the decontaminant does not contain harmful heavy metals and other elements, it does not pollute the soil and groundwater with the harmful heavy metals and other elements when purifying the soil and groundwater. Can be reduced.

Claims (9)

α−FeとFe とからなる鉄複合粒子粉末のカドミウムの溶出量が0.01mg/l以下、全シアンの溶出量が検出されず、鉛の溶出量が0.01mg/l以下、六価クロム溶出量が0.05mg/l以下、砒素の溶出量が0.01mg/l以下、総水銀の溶出量が0.0005mg/l以下、セレンの溶出量が0.01mg/l以下、フッ素の溶出量が0.8mg/l以下、ホウ素の溶出量が1mg/l以下であり、α−Fe含有量が30〜99重量%であり、飽和磁化値が60〜200Am /kgであり、BET比表面積が5〜60m /gであり、結晶子サイズD 110 が200〜500Åであり、平均粒子径が0.05〜0.50μmであることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末。The elution amount of cadmium in the iron composite particle powder composed of α-Fe and Fe 3 O 4 is 0.01 mg / l or less, the elution amount of all cyan is not detected, and the elution amount of lead is 0.01 mg / l or less, Hexavalent chromium elution amount 0.05 mg / l or less, arsenic elution amount 0.01 mg / l or less, total mercury elution amount 0.0005 mg / l or less, selenium elution amount 0.01 mg / l or less, elution of fluorine 0.8 mg / l or less, the elution amount of boron is less 1mg / l, α-Fe content of Ri 30 to 99 wt% der, saturation magnetization values at 60~200Am 2 / kg There, BET specific surface area of 5~60m 2 / g, a crystallite size D 110 is 200 to 500 Å, an organic halogen compound having an average particle size and wherein 0.05~0.50μm der Rukoto For purification of contaminated soil and groundwater Composite particles. α−Feとマグネタイトとからなる鉄複合粒子粉末のカドミウムの溶出量が0.01mg/l以下、全シアンの溶出量が検出されず、鉛の溶出量が0.01mg/l以下、六価クロム溶出量が0.05mg/l以下、砒素の溶出量が0.01mg/l以下、総水銀の溶出量が0.0005mg/l以下、セレンの溶出量が0.01mg/l以下、フッ素の溶出量が0.8mg/l以下、ホウ素の溶出量が1mg/l以下であり、該鉄複合粒子粉末のX線回折スペクトルにおいてα−Feの(110)面の回折強度D110とマグネタイトの(311)面の回折強度D311との強度比(D110/(D311+D110))が0.20〜0.98であり、飽和磁化値が60〜200Am /kgであり、BET比表面積が5〜60m /gであり、結晶子サイズD 110 が200〜500Åであり、平均粒子径が0.05〜0.50μmであることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末。The cadmium elution amount of the iron composite particle powder composed of α-Fe and magnetite is 0.01 mg / l or less, the elution amount of all cyan is not detected, the elution amount of lead is 0.01 mg / l or less, hexavalent chromium Elution amount 0.05 mg / l or less, Arsenic elution amount 0.01 mg / l or less, Total mercury elution amount 0.0005 mg / l or less, Selenium elution amount 0.01 mg / l or less, Fluorine elution amount 0.8 mg / l or less, the elution amount of boron is or less 1 mg / l, iron in X-ray diffraction spectrum in alpha-Fe composite particles (110) plane of the diffraction intensity D 110 and magnetite (311 ) plane intensity ratio of the diffraction intensity D 311 of (D 110 / (D 311 + D 110)) is Ri der 0.20 to 0.98, the saturation magnetization value is 60~200Am 2 / kg, BET specific surface area 5-60m 2 / G, and a crystallite size D 110 is 200 to 500 Å, an average particle size for purification treatment of soil or ground water contaminated with organohalogen compounds, wherein 0.05~0.50μm der Rukoto Iron composite particle powder. 請求項1又は2に記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末を有効成分として含有する水懸濁液からなる有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤。Purification of soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound comprising an aqueous suspension containing, as an active ingredient, iron composite particle powder for purification of soil and groundwater contaminated with the organic halogen compound according to claim 1 or 2. Agent. 第一鉄塩を含有する水溶液を精製した後、該水溶液に水酸化アルカリ水溶液又は炭酸アルカリ水溶液を添加して、第一鉄含有沈殿物を含む懸濁液を酸化することによって得られる平均長軸径が0.05〜0.50μmのゲータイト粒子粉末又は該ゲータイト粒子粉末を250〜350℃の温度範囲で加熱脱水したヘマタイト粒子粉末を350〜600℃の温度範囲で加熱還元して鉄粒子粉末とし、冷却後、該鉄粒子粉末を気相中で表面酸化被膜を形成することなく水中に取り出し、次いで、水中で当該鉄粒子粉末の粒子表面に表面酸化被膜を形成した後に乾燥することを特徴とする請求項1又は2に記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末の製造法。An average long axis obtained by purifying an aqueous solution containing a ferrous salt and then adding an aqueous alkali hydroxide solution or an aqueous alkali carbonate solution to the aqueous solution to oxidize the suspension containing the ferrous iron-containing precipitate. A goethite particle powder having a diameter of 0.05 to 0.50 μm or a hematite particle powder obtained by heating and dehydrating the goethite particle powder in a temperature range of 250 to 350 ° C. is heated and reduced in a temperature range of 350 to 600 ° C. to obtain an iron particle powder. The iron particle powder is taken out in water without forming a surface oxide film in the gas phase after cooling, and then dried after forming a surface oxide film on the particle surface of the iron particle powder in water. A method for producing iron composite particle powder for purification treatment of soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound according to claim 1 or 2 . 第一鉄塩を含有する水溶液を精製した後、該水溶液に水酸化アルカリ水溶液又は炭酸アルカリ水溶液を添加して、第一鉄含有沈殿物を含む懸濁液を酸化することによって得られる平均長軸径が0.05〜0.50μmのゲータイト粒子粉末又は該ゲータイト粒子粉末を250〜350℃の温度範囲で加熱脱水したヘマタイト粒子粉末を350〜600℃の温度範囲で加熱還元して鉄粒子粉末とし、冷却後、該鉄粒子粉末を気相中で表面酸化被膜を形成することなく水中に取り出し、水中で当該鉄粒子粉末の粒子表面に表面酸化被膜を形成して鉄複合粒子粉末を含有する水懸濁液を得ることを特徴とする請求項記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤の製造法。An average long axis obtained by purifying an aqueous solution containing a ferrous salt and then adding an aqueous alkali hydroxide solution or an aqueous alkali carbonate solution to the aqueous solution to oxidize the suspension containing the ferrous iron-containing precipitate. A goethite particle powder having a diameter of 0.05 to 0.50 μm or a hematite particle powder obtained by heating and dehydrating the goethite particle powder in a temperature range of 250 to 350 ° C. is heated and reduced in a temperature range of 350 to 600 ° C. to obtain an iron particle powder. After cooling, the iron particle powder is taken out in water without forming a surface oxide film in the gas phase, and a water containing iron composite particle powder is formed in the surface by forming a surface oxide film on the particle surface of the iron particle powder. The method for producing a purification agent for soil or groundwater contaminated with an organic halogen compound according to claim 3 , wherein a suspension is obtained. 請求項1又は2に記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理用鉄複合粒子粉末と有機ハロゲン化合物で汚染された土壌又は有機ハロゲン化合物で汚染された地下水とを混合接触させることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法。Claim 1 or 2 contacting mixing the ground water contaminated with soil or organic halogen compound contaminated with cleaning processing iron composite particles and an organic halogen compound contaminated soil or ground water with organic halogen compounds described in A method for purifying soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound. 請求項記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤と有機ハロゲン化合物で汚染された土壌又は有機ハロゲン化合物で汚染された地下水とを混合接触させることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法。An organic halogen compound characterized by mixing and contacting the soil / groundwater purification agent contaminated with the organic halogen compound according to claim 3 and soil contaminated with the organic halogen compound or groundwater contaminated with the organic halogen compound. Purification method for contaminated soil and groundwater. 請求項1又は2に記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水浄化処理用鉄複合粒子粉末と有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された土壌又は有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された地下水とを混合接触させることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法。Soil contaminated with soil or groundwater purification iron composite particle powder contaminated with organohalogen compound according to claim 1 or 2 , soil contaminated with organic halogen compound and heavy metal, or pollutant composed of organic halogen compound and heavy metal A method for purifying soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound, comprising mixing and contacting groundwater contaminated with 請求項記載の有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化剤と有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された土壌又は有機ハロゲン化合物及び重金属からなる汚染物質で汚染された地下水とを混合接触させることを特徴とする有機ハロゲン化合物で汚染された土壌・地下水の浄化処理方法。A soil or groundwater purification agent contaminated with an organic halogen compound according to claim 3 and soil contaminated with a contaminant composed of an organic halogen compound and heavy metal or a groundwater contaminated with a contaminant composed of an organic halogen compound and heavy metal. A method for purifying soil and groundwater contaminated with an organic halogen compound, characterized by mixing contact.
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