JP4990865B2 - 土壌用固化不溶化剤および土壌処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、重金属、シアン、リン、窒素、ヒ素、ホウ素である有害物質によって汚染された土壌の土壌用固化不溶化剤および土壌処理方法に関するものである。

〔発明の背景〕
近年、工業の発展に併ない工場等から排出されるシアン、リン、窒素またはヒ素等の汚染物質による土壌汚染も顕著になってきている。

〔従来の技術〕
従来は、重金属類汚染土壌に対しては、該土壌を搬出して新しい非汚染土壌と交換する方法、重金属類汚染土壌を高温処理して溶融し重金属類を封鎖する方法、重金属類汚染土壌をセメントおよびセメント系固化剤で固化不溶化して重金属類を封じ込める方法等が採られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０００−５３９６１号公報

しかし重金属以外の汚染物質例えばシアン、リン、窒素、ヒ素、ホウ素等に関しては、今まで有効な処理方法が提供されていなかった。

本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、ＭｇＯ含有材を含み、重金属と、シアン、リン、窒素、ヒ素およびホウ素から選ばれる少なくとも一つの元素と、を含む有害物質を不溶化する土壌用固化不溶化剤を提供するものである。また、酸性アルミニウム塩、酸性鉄塩および酸性リン酸塩類から選ばれる少なくとも一つの第１固化不溶化助剤、ならびに、カルシウム塩、マグネシウム塩、高炉スラグ、二酸化ケイ素およびパーライトから選ばれる少なくとも一つの第２固化不溶化助剤の少なくとも一方を含むことが好ましい。更に、活性炭、ゼオライトおよびケイ藻土から選ばれる少なくとも一つの第３固化不溶化助剤を含むことが好ましい。更に本発明は、ＭｇＯ含有材を含む土壌用固化不溶化剤を、重金属と、シアン、リン、窒素、ヒ素およびホウ素から選ばれる少なくとも一つの元素と、を含む有害物質を含有する汚染土壌に添加して、汚染土壌を固化不溶化し、有害物質が封鎖された固化土を得る、土壌処理方法を提供するものである。また、土壌用固化不溶化剤は、酸性アルミニウム塩、酸性鉄塩および酸性リン酸塩類から選ばれる少なくとも一つの第１固化不溶化助剤、ならびに、カルシウム塩、マグネシウム塩、高炉スラグ、二酸化ケイ素およびパーライトから選ばれる少なくとも一つの第２固化不溶化助剤の少なくとも一方を含むことが好ましい。更に、固化不溶化を機械的脱水固化によりおこなうことが好ましい。

〔作用〕
ＭｇＯは低アルカリ性でありかつシアン、リン、窒素、ヒ素、ホウ素等の土壌に含まれている汚染物質の溶出に対する不溶化力に優れている。ＭｇＯに助剤を添加すると、固化土は更に低アルカリ性になったり固化速度が早くなったり、あるいは固化物の強度が向上したりする。また有機高分子凝集剤の添加により固化土の強度が向上する。

〔効果〕
本発明においては、シアン、リン、窒素、ヒ素、ホウ素である有害物質によって汚染された土壌を植物成長に差支えないｐＨ範囲でＭｇＯによって固化不溶化し、有害物質を再溶出することなく固化土内に封鎖することが出来る。

本発明を以下に詳細に説明する。
〔ＭｇＯ〕
本発明に使用されるＭｇＯには、低温焼成品と高温焼成品とがあるが、反応性の点からみて低温焼成品（軽焼ドロマイト）の使用が望ましい。また本発明では軽焼ドロマイトやドロマイトプラスターのようなＭｇＯを含むものも使用出来る。軽焼ドロマイトはドロマイト（炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムの複塩で理論値として炭酸カルシウム５４．２７％、炭酸マグネシウム４５．７３％の割合で含有）を７００〜１０００℃で焼成し炭酸マグネシウムをＭｇＯとし、一部の炭酸カルシウムを酸化カルシウムとしたものである。ドロマイトプラスターは軽焼ドロマイトを水と反応消化させた水酸化ドロマイトを微粉砕し整粒したものであり、粉末化に問題のある軽焼ドロマイトよりも望ましいＭｇＯ含有材である。
上記ＭｇＯおよび／またはＭｇＯ含有材は、処理対象土壌に対しＭｇＯとして１〜３０（質量／容量）％添加することが好ましい。

〔固化不溶化助剤〕
ＭｇＯおよび／またはＭｇＯ含有材を土壌と混合して水中に投入した場合、固化発現に長時間を要したり、強度が空気中より低下することがある。そこで水中でも空気中と同様の固化を可能するために固化不溶化助剤を添加することが好ましい。また１５０％以上の高含水比で泥水状態の汚染土壌の場合にはフィルタープレス等を使用して機械脱水を行なうことが望ましいが、この場合機械脱水を容易ならしめるために固化不溶化助剤を添加することが好ましい。

上記固化不溶化助剤（以下第１助剤とする）としては、例えば硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の酸性アルミニウム塩、硫酸第一鉄、塩化第二鉄等の酸性鉄塩、リン酸あるいは第一リン酸ソーダ、重過リン酸カルシウム、過リン酸カルシウム等の酸性リン酸塩類等があり、上記第１助剤は二種以上混合使用されてもよい。

ＭｇＯおよび／またはＭｇＯ含有材のみ、あるいはＭｇＯおよび／またはＭｇＯ含有材と上記固化不溶化助剤のみでは、土壌の種類によって不溶化のために必要な固化強度が効率良く得られなかったり、あるいは固化強度発現までに長時間を要する場合がある。この場合には更なる固化不溶化助剤として固化を促進させるような薬剤（以下第２助剤とする）を使用することが好ましい。

上記第２助剤としては、例えば炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウム等のカルシウム塩、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム等のマグネシウム塩や高炉スラグ、二酸化ケイ素、パーライト等があり、上記第２助剤は二種以上混合使用されてもよい。上記硫酸カルシウムとしては無水または半水石膏が例示され、特に半水石膏の使用が望ましく、上記二酸化ケイ素としては含水非結晶型二酸化ケイ素、無水二酸化ケイ素、シリカヒューム等がある。高炉スラグはＭｇＯに比べて高アルカリであるが、価格がＭｇＯに比べて安価であり、長期安定性にも寄与するので、ＭｇＯ１００質量部に対して１０〜３００質量部程度添加することが好ましい。しかし３００質量部を越える添加量では十分な固化強度が得られない場合がある。

更に固化不溶化助剤としては、有害物質を吸着するような薬剤例えば活性炭、ゼオライト、ケイ藻土等を使用してもよい（以下第３助剤と云う）。このうちゼオライトは特に重金属類に対する吸着効果に優れており、一般にＭｇＯ１００質量部に対して１０〜３００質量部好ましくは１０〜１００質量部添加することが好ましい。

上記第１、第２、第３助剤の種類の選択および添加量は対象土壌の性状、例えば有害物質の種類、土質、含水比、粒度等によって適当に設定されるべきである。例えば前記機械的脱水を行なう場合には固化不溶化助剤として第１助剤であるポリ塩化アルミニウムおよび／または塩化第二鉄を選択すること好ましく、この場合には上記固化不溶化助剤はＭｇＯ１００質量部に対して１０〜３００質量部好ましくは５０〜１５０質量部の範囲の添加量である。

また５０％以下の低含水比の汚染土壌から５０〜１５０％の中含水比の汚染土壌に対しては、第１助剤である硫酸アルミニウムが有効であり、特に前記固化を促進させるような固化不溶化助剤である第２助剤と併用するとより効果的である。

更に前記固化を促進させる固化不溶化助剤である第２助剤は、ＭｇＯ１００質量部に対して１０〜３００質量部、好ましくは１０〜１００質量部添加する。これに満たない添加量では該第２助剤の固化促進効果が充分発揮されず、これを越える添加量ではコスト高になり、場合によってはＭｇＯの固化不溶化効果を損なうおそれがある。

上記固化促進のために添加する第２助剤の場合、含水比が５０〜１５０％前後の汚染土壌に対して硫酸カルシウム、二酸化ケイ素、パーライトが有用であり、これらを添加することによって、固化強度が増大し、ＭｇＯの不溶化効果が助長される。またこれら第２助剤は、前記第１助剤である硫酸アルミニウムと併用した場合に相乗効果が得られることも少なくない。この場合第２助剤と硫酸アルミニウムとの混合比は、対象土壌の性状にもよるが、一般的には第１助剤としての硫酸アルミニウム１００質量部に対して上記第２助剤を１００〜２００質量部混合する。

〔有害物質〕
本発明において、汚染土壌に含まれる有害物質には、窒素、リン、ホウ素、ヒ素、シアンがある。

〔土壌処理〕
上記第１、第２、第３助剤は単独で使用しても、あるいは第１助剤と第２助剤、第１助剤と第３助剤、第２助剤と第３助剤を組合わせて使用しても、あるいは３つすべてを組合わせて使用してもよい。いずれを選ぶかは、前記したように対象土壌の性状、有害物質の種類、土質、含水比、粒度等を考慮する。
一般的に云って上記助剤はＭｇＯ１００質量部に対して１０〜３００質量部の範囲で添加される。
このようにして配合された本発明の固化不溶化助剤は対象土壌が高含水であり、フィルタープレス等の機械的脱水固化を行う場合は汚染土壌１ｍ³当たりＭｇＯとして１０〜２００kg添加される。また一般土壌の場合は対象土壌１ｍ³当たりＭｇＯとして３０〜３００kg添加される。

〔有機高分子凝集剤〕
処理対象土壌の含水比が例えば１００％以上の場合には、土壌中のフリー水分を吸収して処理対象土壌の固化強度の向上や土壌用固化不溶化剤の添加量を減らすために、有機高分子凝集剤が使用される。上記有機高分子凝集剤としては、例えばポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、アクリル酸ソーダ−アクリルアミド共重合体、ポリエチレンオキサイド等がある。

〔実施例１〕
現場から採取した砂質土（含水比＝２１．５％、礫・砂分＝７３％、シルト・粘土分＝２７％、密度＝１．７６g/cm³）の重金属類およびヒ素の溶出試験を下記の通り行った。上記重金属類およびヒ素によって汚染された砂質土１ｍ³に下記組成の固化剤Ａを１５（質量／容量）％添加攪拌混合して固化せしめた。上記固化処理から２８日後の固化体の環境庁告示第４６号による溶出試験結果を表１に示す。
固化剤Ａの組成 実施例
軽焼酸化マグネシウム １００質量部
硫酸第一鉄 ５０質量部
過リン酸石灰 ５０質量部

表１の結果から、ＭｇＯを含有する固化剤Ａを用いた実施例では、鉛、ヒ素、６価クロム共に土壌環境基準以下に不溶化出来た。
上記実施例の固化体の２８日後の一軸圧縮強度は２，０５０KN/m²、ｐＨは１０．３であった。

〔実施例２〕
シアンを含むスラッジ（含水比＝３９８％、比重＝１．１２９）の性状は、表２に示す通りであった。この試料１ｍ³に下記組成の固化剤Ｂを４（質量／容量）％添加し、フィルタープレス脱水・固化し、７日後に実施した環境庁告示第４６号による溶出試験結果を表２に示す。
固化剤Ｂの組成 実施例２ 比較例
軽焼酸化マグネシウム １００質量部
ＰＡＣ ５０質量部
塩化第二鉄 ５０質量部
高炉セメントＢ種 １００質量部

ＭｇＯを含有する固化剤Ｂを用いることによって、脱水ケーキのシアン溶出濃度を土壌環境基準以下に出来るが（表２）、従来技術であるセメント系固化剤としての高炉セメントＢ種を使用した場合には、脱水ケーキのシアン溶出濃度を土壌環境基準以下に出来ず、更に濾水にセメント中に含まれていたと思われる六価クロムが土壌環境基準を越えて溶出した（表３）。

〔実施例３〕
現場から採取したシルト（含水比＝６９．６％、砂分＝３５％、シルト・粘土分＝６５％、密度＝１．５８g/cm³）の重金属類およびヒ素の溶出試験結果は表５のようであった。上記重金属類およびヒ素によって汚染された汚染土１ｍ³に下記組成の固化剤を１５（質量／容量）％添加攪拌混合して固化せしめた。上記固化処理から２８日後の固化体の環境庁告示第４６号による溶出試験結果を表４に示す。
固化剤Ｃの組成
軽焼酸化マグネシウム １００質量部
硫酸カルシウム（半水石膏） ２０質量部
二酸化ケイ素（ホワイトカーボン） １０質量部

上記固化体の２８日後の一軸圧縮強度は２，５００KN/m²、ｐＨは９．３であった。

〔実施例４〕
現場から採取した有機質底泥（含水比＝１８３％、湿潤密度＝１．２８３g/cm³、強熱減量＝１７．４％）の全リンおよび全窒素の含有量は表６に示す通りであった。上記有機質底泥１ｍ³に対して下記組成の固化剤Ｅを４（質量／容量）％添加し、フィルタープレスで脱水・固化し、７日後に実施した環境庁告示第４６号による溶出試験結果を表５に示す。
固化剤Ｅの組成
軽焼酸化マグネシウム １００質量部
ＰＡＣ ５０質量部
塩化第２鉄 ５０質量部

濾水および脱水ケーキからの全リンおよび全窒素の溶出量は、排水基準を大きく下回った。

Claims (6)

1. ＭｇＯ含有材と、過リン酸カルシウムと、硫酸第一鉄とを含み、
   重金属と、シアン、リン、窒素、ヒ素およびホウ素から選ばれる少なくとも一つの元素と、を含む有害物質を不溶化する土壌用固化不溶化剤。
2. ＭｇＯ含有材と、硫酸カルシウムと、二酸化ケイ素と、を含み、
   重金属と、シアン、リン、窒素、ヒ素およびホウ素から選ばれる少なくとも一つの元素と、を含む有害物質を不溶化する土壌用固化不溶化剤。
3. 活性炭、ゼオライトおよびケイ藻土から選ばれる少なくとも一つを含む、請求項１又は２記載の土壌用固化不溶化剤。
4. ＭｇＯ含有材と、過リン酸カルシウムと、硫酸第一鉄とを含む土壌用固化不溶化剤を、重金属と、シアン、リン、窒素、ヒ素およびホウ素から選ばれる少なくとも一つの元素と、を含む有害物質を含有する汚染土壌に添加して、前記汚染土壌を固化不溶化し、前記有害物質が封鎖された固化土を得る、土壌処理方法。
5. ＭｇＯ含有材と、硫酸カルシウムと、二酸化ケイ素と、を含む土壌用固化不溶化剤を、重金属と、シアン、リン、窒素、ヒ素およびホウ素から選ばれる少なくとも一つの元素と、を含む有害物質を含有する汚染土壌に添加して、前記汚染土壌を固化不溶化し、前記有害物質が封鎖された固化土を得る、土壌処理方法。
6. 前記固化不溶化を機械的脱水固化によりおこなう、請求項４又は５記載の土壌処理方法。