JP6936003B2

JP6936003B2 - 土壌改質方法

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Publication number: JP6936003B2
Application number: JP2016245028A
Authority: JP
Inventors: 喜彦森; 松山　祐介; 祐介松山
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: JP2018100313A

Description

本発明は、土壌用改質材に関する。

建設汚泥や軟弱土壌等の高含水土壌について、運搬等を行う際の取り扱いを容易にする目的で、固化材を用いて土壌の固化処理を行う場合がある。
土壌に用いられる固化材として、例えば、特許文献１には、（Ａ）合成水溶性高分子と天然水溶性高分子との混合物が０．２〜１０重量部、（Ｂ）無機物粉末および／または有機物粉末が０．２〜２０重量部、および（Ｃ）無機系固化剤が１０〜２００重量部、からなる残土固化処理剤が記載されている。
また、特許文献２には、多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、マグネシウム含有物質を含むことを特徴とする土壌用改質材が記載されている。
さらに、特許文献３には、重金属等の溶出抑制効果等に優れた処理材として、金属硫酸塩および金属塩化物から選ばれる、少なくとも１種以上の水溶性塩類（Ａ）１００質量部に対し、下記（Ｂ１）〜（Ｂ３）の条件をすべて満たすマグネシア類（Ｂ）を、５〜５０質量部含むことを特徴とする、重金属等処理材が記載されている。
（Ｂ１）炭酸マグネシウムおよび／または水酸化マグネシウムを主成分とする固形物を、６５０〜１０００℃で焼成して、酸化マグネシウムを含む焼成物を得た後、該焼成物を部分的に水和させて生成した水酸化マグネシウムを一部に含むマグネシア類
（Ｂ２）１０００℃における強熱減量率が、１．５〜１２．０質量％であるマグネシア類
（Ｂ３）カルシウムの含有率が、ＣａＯ換算で３．０質量％以下であるマグネシア類

特開平８−３３３５７１号公報特開２０１５−１８３０４３号公報特許第５７５７６１３号公報

土壌に用いられるセメント系固化材や石灰系固化材は、高い強度発現性を有しているが、固化材を使用した後の土壌のｐＨが強アルカリ性になりやすく、排水基準値（ｐＨ５．８〜８．６）を満たさなかったり、植生に悪影響を及ぼすことが懸念される。
また、中性固化材は、強度発現性が低いため、十分な強度を得るためには、添加量を増やす必要がある。
そこで、本発明の目的は、添加量を過度に増やさなくても、土壌の強度（例えば、コーン指数）を十分に向上させ、かつ、フッ素や重金属等の有害物質等を不溶化させることができ、さらには、土壌のｐＨを、例えば、排水基準値である５．８〜８．６の範囲内に収めるなど、中性に近づけることができる土壌用改質材を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、（Ａ）金属硫酸塩と金属塩化物のいずれか一方または両方からなる金属塩１００質量部、（Ｂ）マグネシウム成分とカルシウム成分のいずれか一方または両方を主成分として含む固化不溶化材２〜５５質量、および、（Ｃ）増粘用材料０．０１〜１８０質量部、を含む土壌用改質材によれば上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］（Ａ）金属硫酸塩と金属塩化物のいずれか一方または両方からなる金属塩１００質量部、（Ｂ）マグネシウム成分とカルシウム成分のいずれか一方または両方を主成分として含む固化不溶化材２〜５５質量部、および、（Ｃ）増粘用材料０．０１〜１８０質量部、を含むことを特徴とする土壌用改質材。
［２］上記（Ｂ）固化不溶化材が、（Ｂ１）下記（１）〜（３）の条件をすべて満たすマグネシウム含有物、（Ｂ２）下記（４）の条件を満たすカルシウム含有物、および、（Ｂ３）下記（５）の条件を満たすマグネシウムおよびカルシウム含有物、の中から選ばれる１種以上である前記［１］に記載の土壌用改質材。
（１）炭酸マグネシウムと水酸化マグネシウムのいずれか一方または両方を主成分とする固形物を、６５０〜１０００℃で焼成して得られる酸化マグネシウムを含むマグネシウム含有物、または、該マグネシウム含有物を部分的に水和させて生成した水酸化マグネシウムを一部に含むマグネシウム含有物
（２）１０００℃における強熱減量率が、１．５〜２０質量％であるマグネシウム含有物
（３）カルシウムの含有率が、酸化物換算で３．０質量％以下であるマグネシウム含有物
（４）酸化カルシウムと水酸化カルシウムの各含有率の合計が、酸化物換算で７０質量％以上であるカルシウム含有物
（５）マグネシウムの含有率が、酸化物換算で５〜３５質量％であり、カルシウムの含有率が、酸化物換算で２０〜５０質量％であり、マグネシウムとカルシウムの各含有率の合計が、酸化物換算で５０質量％以上である、マグネシウムおよびカルシウム含有物

［３］上記（Ｃ）増粘用材料が、（Ｃ１）天然材料に由来する増粘多糖類、（Ｃ２）セルロース系増粘剤、（Ｃ３）ポリアクリル系増粘剤、および、（Ｃ４）ポリエチレン系増粘剤の中から選ばれる１種以上である前記［１］又は［２］に記載の土壌用改質材。
［４］上記土壌用改質材が、半水石膏、炭酸カルシウム含有物、珪石粉末、および砕石微粉末の中から選ばれる少なくとも１種以上からなる助材を含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の土壌用改質材。
［５］土壌を含む処理対象物と、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の土壌用改質材を混合して、固化した混合物を得る土壌改質方法であって、上記固化した混合物の溶出検液のｐＨが、５．８〜８．６であることを特徴とする土壌改質方法。

本発明の土壌用改質材によれば、添加量を過度に増やさなくても、土壌の強度（例えば、コーン指数）を十分に向上させ、かつ、フッ素や重金属等の有害物質等を不溶化させることができ、さらには、土壌のｐＨを、例えば、排水基準値である５．８〜８．６の範囲内に収めるなど、中性に近づけることができる。

本発明の土壌用改質材は、（Ａ）金属硫酸塩と金属塩化物のいずれか一方または両方からなる金属塩１００質量部、（Ｂ）マグネシウム成分とカルシウム成分のいずれか一方または両方を主成分として含む固化不溶化材２〜５５質量部、および、（Ｃ）増粘用材料０．０１〜１５０質量部、を含むものである。
以下、本発明を詳細に説明する。

［（Ａ）成分］
本発明で用いられる（Ａ）成分は、金属硫酸塩と金属塩化物のいずれか一方または両方からなる金属塩である。
（Ａ）成分は、土壌に含まれる六価クロム、ヒ素、鉛、セレン等の重金属や、フッ素等の有害物質を不溶化するための成分である。
金属硫酸塩としては、例えば、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の硫酸鉄塩や、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムカリウム、硫酸アルミニウムナトリウム等の硫酸アルミニウム塩等が挙げられる。なお、後述の半水石膏（助材の一例）は、ここでの金属硫酸塩の例に含まれないものとする。
金属塩化物の例としては、塩化第一鉄、塩化第二鉄等の塩化鉄塩や、ポリ塩化アルミニウム等の塩化アルミニウム塩等が挙げられる。

［（Ｂ）成分］
本発明で用いられる（Ｂ）成分は、マグネシウム成分とカルシウム成分のいずれか一方または両方を主成分として含む固化不溶化材である。
ここで、「固化不溶化」とは、処理対象物である土壌を固化したり、土壌に含まれる六価クロム、ヒ素、鉛、セレン等の重金属や、フッ素等の有害物質を不溶化することをいう。
マグネシウム成分を主成分として含む固化不溶化材（マグネシウム成分が固化不溶化作用を有するもの）としては、例えば、酸化マグネシウム含有物、水酸化マグネシウム含有物等が挙げられる。酸化マグネシウム含有物の例としては、軽焼マグネシアや、軽焼マグネシアの部分水和物等が挙げられる。
カルシウム成分を主成分として含む固化不溶化材（カルシウム成分が固化不溶化作用を有するもの）としては、例えば、酸化カルシウム含有物、水酸化カルシウム含有物等が挙げられる。酸化カルシウム含有物の例としては、生石灰等が挙げられる。水酸化カルシウム含有物の例としては、消石灰等が挙げられる。
マグネシウム成分およびカルシウム成分を主成分として含む固化不溶化材（マグネシウム成分およびカルシウム成分が、各々、固化不溶化作用を有するもの）の例としては、軽焼ドロマイトや、軽焼ドロマイトの部分水和物等が挙げられる。
ここで、「主成分」とは、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは８５質量％以上、特に好ましくは９０質量％以上の割合で当該成分が固化不溶化材中に含まれていることをいう。

本発明で用いる固化不溶化材の好ましい一例として、（Ｂ１）下記（１）〜（３）の条件をすべて満たすマグネシウム含有物、（Ｂ２）下記（４）の条件を満たすカルシウム含有物、および、（Ｂ３）下記（５）の条件を満たすマグネシウムおよびカルシウム含有物、の中から選ばれる１種以上が挙げられる。
（１）炭酸マグネシウムと水酸化マグネシウムのいずれか一方または両方を主成分とする固形物を、６５０〜１０００℃で焼成して得られる酸化マグネシウムを含むマグネシウム含有物、または、該マグネシウム含有物を部分的に水和させて生成した水酸化マグネシウムを一部に含むマグネシウム含有物
（２）１０００℃における強熱減量率が、１．５〜２０質量％であるマグネシウム含有物
（３）カルシウムの含有率が、酸化物換算で３．０質量％以下であるマグネシウム含有物
（４）酸化カルシウムと水酸化カルシウムの各含有率の合計が、酸化物換算で７０質量％以上であるカルシウム含有物
（５）マグネシウムの含有率が、酸化物換算で５〜３５質量％であり、カルシウムの含有率が、酸化物換算で２０〜５０質量％であり、マグネシウムとカルシウムの各含有率の合計が、酸化物換算で５０質量％以上である、マグネシウムおよびカルシウム含有物
この固化不溶化材（好ましい一例）の詳細は、特許第５７５７６１３号公報（上述の特許文献３）に記載されているとおりである。

（Ａ）成分（金属塩）１００質量部に対する、（Ｂ）成分（固化不溶化材）の量は、２〜５５質量部、好ましくは３〜４５質量部、より好ましくは４〜４０質量部である。該量が２質量部未満であると、固化した混合物のコーン指数が小さくなる。該量が５５質量部を超えると、固化した混合物の溶出検液のｐＨが、排出基準値である５．８〜８．６を満たさない場合がある。

［（Ｃ）成分］
本発明で用いられる増粘用材料としては、例えば、（Ｃ１）天然材料に由来する増粘多糖類、（Ｃ２）セルロース系増粘剤、（Ｃ３）ポリアクリル系増粘剤、および（Ｃ４）ポリエチレン系増粘剤の中から選ばれる１種以上が挙げられる。
中でも、固化した混合物のコーン指数をより大きくする観点から、上記（Ｃ１）成分、（Ｃ２）成分、および、（Ｃ３）成分の中から選ばれる１種以上が好ましい。
天然材料に由来する増粘多糖類（（Ｃ１）成分）としては、例えば、グアガム、キサンタンガム、デュータンガム、ウェランガム、カラギナン、ローカストビーンガム、タラガム、ペクチン、ジェランガム、アルギン酸ナトリウム及びこれらの誘導体（例えば、カチオン化グアガム）等が挙げられる。中でも、固化した混合物のコーン指数をより大きくする観点から、グアガムが好ましい。
セルロース系増粘剤（（Ｃ２）成分）としては、例えば、セルロース、メチルセルロース及びこれらの誘導体（例えば、カルボキシメチルセルロース）等が挙げられる。中でも、固化した混合物のコーン指数をより大きくする観点から、メチルセルロースが好ましい。
ポリアクリル系増粘剤（（Ｃ３）成分）としては、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸のアルカリ金属塩（例えば、ポリアクリル酸ナトリウム）等が挙げられる。中でも、固化した混合物のコーン指数をより大きくする観点から、ポリアクリルアミドが好ましい。
ポリエチレン系増粘剤（（Ｃ４）成分）としては、例えば、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール等が挙げられる。

（Ａ）成分（金属塩）１００質量部に対する、（Ｃ）成分（増粘用材料）の量は、０．０１〜１８０質量部、好ましくは０．０５〜１７０質量部、より好ましくは０．１〜１６０質量部、特に好ましくは０．５〜１５０質量部である。該量が０．０１質量部未満であると、固化した混合物のコーン指数が小さくなる。該量が１８０質量部を超えると、固化した混合物からのフッ素の溶出量が大きくなり、該溶出量が環境基準を満たさない場合がある。また、必要以上に固化の程度が大きくなる一方で、増粘用材料の量が過大となることから、増粘用材料のコストが増え、処理コストが過度に大きくなる。

本発明の土壌用改質材は、上述の（Ａ）〜（Ｃ）成分の他に、土壌の固化または土壌中の重金属等の不溶化の性能をより高める等を目的として、各種の助材を含むことができる。
助材の例としては、半水石膏、炭酸カルシウム含有物、珪石粉末、砕石微粉末等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの助材の例の詳細は、特許第５７５７６１３号公報（上述の特許文献３）に記載されているとおりである。
助材の量は、助材の種類やその目的によっても異なるが、通常、上述の金属塩１００質量部当たり、好ましくは８００質量部以下、より好ましくは７００質量部、特に好ましくは６００質量部以下である。

本発明の土壌用改質材と、土壌を含む処理対象物を混合することで、固化した混合物を得ることができる。
土壌を含む処理対象物としては、例えば、建設汚泥、軟弱土壌、掘削土等が挙げられる。
上記処理対象物１ｍ^３当たりの土壌用改質材の添加量は、好ましくは２０〜３００ｋｇ、より好ましくは３０〜２５０ｋｇ、さらに好ましくは４０〜１７０ｋｇ、特に好ましくは５０〜２２０ｋｇである。該添加量が２０ｋｇ以上であると、固化した混合物のコーン指数をより大きくすることができる。該添加量が３００ｋｇ以下であると、処理コストの過度な増大を避けることができる。
土壌用改質材と、土壌を含む処理対象物の混合方法は、特に限定されるものではなく、該処理対象物に上述した（Ａ）〜（Ｃ）成分を同時に添加し混合してもよく、あるいは、別々に添加し混合してもよい。また、予め調製した土壌用改質材を処理対象物に添加し混合してもよい。

固化した混合物のコーン指数は、「ＪＩＳＡ１２２８：２００９（締固めた土のコーン指数試験方法）」に準拠して、土壌を含む処理対象物と土壌用改質材の混合の終了時から２４時間経過後の時点における値として、好ましくは３００ｋＮ／ｍ^２以上、より好ましくは３５０ｋＮ／ｍ^２以上、さらに好ましくは４００ｋＮ／ｍ^２以上、特に好ましくは４５０ｋＮ／ｍ^２以上である。
なお、コーン指数が３００ｋＮ／ｍ^２以上である固化した混合物は、十分な強度を有することから、盛土用材料や埋立用材料として好適に使用できる。また、この場合、処理済みの泥土の運搬が容易となる。

固化した混合物の溶出検液のｐＨは、好ましくは、排出基準値である５．８〜８．６である。該ｐＨが上記数値範囲内であれば、例えば、ｐＨが９を超える高アルカリ性によって、周囲の環境に悪影響を与えるなどのおそれがなく、固化した混合物の用途が制限されることがない。
なお、上記溶出検液のｐＨは、「ＪＧＳ０２１１−２００９（土懸濁液のｐＨ試験方法）」に準拠して、測定することができる。

固化した混合物からのフッ素の土壌溶出量は、好ましくは、土壌汚染対策法（平成１５年）におけるフッ素の土壌溶出量基準値である０．８ｍｇ／リットル以下を満たすものである。該土壌溶出量が０．８ｍｇ／リットル以下であれば、盛土用材料や埋立用材料として好適に使用できる。
ここで、フッ素の土壌溶出量は、環境省告示第４６号に準拠してフッ素の溶出試験を行うことで、測定することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）土壌；粘性土、湿潤密度：１．７１ｇ／ｃｍ^３、自然含水比（自然状態における土の含水量）：５２．３％、ｐＨ（「ＪＧＳ０２１１−２００９（土懸濁液のｐＨ試験方法）」に準拠して得た値）：８．１
（２）成分Ａ１（硫酸第一鉄）；富士チタン工業社製、硫酸第一鉄１水塩
（３）成分Ａ２（硫酸アルミニウム）；大明化学工業社製、粉末硫酸アルミニウム
（４）成分Ａ３（ポリ塩化アルミニウム）；ラサ工業社製
（５）成分Ｂ１（酸化マグネシウム）；太平洋セメント社製
（６）成分Ｂ２（生石灰）；山陽太平洋ライム社製、商品名「生石灰０〜５ｍｍ」を粉砕したもの
（７）成分Ｂ３（消石灰）；奥多摩工業社製、１号
（８）メチルセルロースＡ；ＣＰＫｅｌｃｏ社製、商品名「ＣＥＫＯＬ１００００」
（９）メチルセルロースＢ；ＣＰＫｅｌｃｏ社製、商品名「ＦＩＮＮＦＩＸ４０００Ｇ」
（１０）メチルセルロースＣ；松本油脂製薬社製、商品名「マーポローズ９０ＭＰ−３００００」
（１１）メチルセルロースＤ；松本油脂製薬社製、商品名「マーポローズＭＥ−３５０ＴＳ」
（１２）グアガム；三晶社製、商品名「スーパーゲル２００」
（１３）カチオン化グアガム；三晶社製、商品名「ＭＥＹＰＲＯ−ＢＯＮＤ」
（１４）キサンタンガム；三晶社製、商品名「ＫＥＬＺＥＮ」
（１５）ウェランガム；三晶社製、商品名「ＢＧ３８１０」
（１６）アルギン酸ナトリウム；キミカ社製
（１７）ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール；三洋化成工業社製、商品名「ニューポールＰＥ−６８」
（１８）ポリアクリルアミド・アクリル酸ナトリウム共重合物；三洋化成工業社製
（１９）ポリアクリル酸ナトリウム；東亜合成社製、商品名「ＡＨ−１０５Ｘ」
（２０）半水石膏；チヨダウーテ社製
（２１）炭酸カルシウム；秩父太平洋セメント社製
（２２）ベントナイト；クニミネ工業社製、商品名「クニゲルＶ１」を粉砕したもの
（２３）活性白土；東新化成社製、商品名「ニッカナイトＳ−２００」
なお、上記成分Ｂ１〜Ｂ３は、マグネシウム成分やカルシウム成分を９０質量％以上含むものである。

［実施例１〜２６］
表１〜２に示す種類及び量の（Ａ）〜（Ｄ）成分からなる土壌用改質材を、表１〜２に示す添加量で、上記土壌に添加した後、１２リットルのホバート社製のミキサーを用いて５分間混合した。なお、（Ａ）〜（Ｄ）成分は、各成分を同時に土壌に添加した。
土壌用改質材を土壌に添加し混合してなる混合物（以下、単に「混合物」という。）のコーン指数、ｐＨ、及びフッ素の溶出量を以下の測定方法によって測定した。結果を表１〜２に示す。

［コーン指数の測定］
混合物について、「ＪＩＳＡ１２２８：２００９（締固めた土のコーン指数試験方法）」に準拠して供試体を作製し、材齢１日におけるコーン指数を測定した。
［ｐＨの測定］
コーン指数を測定した後（材齢１日後）の混合物を用いて、「ＪＧＳ０２１１−２００９（土懸濁液のｐＨ試験方法）」に準拠して、土壌の溶出検液のｐＨを測定した。
［フッ素の溶出量の測定］
混合物（混合直後）について、２０℃の条件下で、３日間封緘養生を行った後、該土壌について、環境省告示第４６号に準拠してフッ素の溶出試験を行い、フッ素の溶出量を測定した。
結果を表１〜２に示す。

［比較例１］
上記土壌のコーン指数、ｐＨ、及びフッ素の溶出量を、実施例１と同様にして測定した。［比較例２］
（Ｃ）成分を添加しない以外は、実施例１と同様にして混合物を得た。該混合物のコーン指数、ｐＨ、及びフッ素の溶出量を、実施例１と同様にして測定した。
［比較例３］
（Ｂ）成分を添加しない以外は、実施例１と同様にして混合物を得た。該混合物のコーン指数、ｐＨ、及びフッ素の溶出量を、実施例１と同様にして測定した。
［比較例４〜５］
実施例１と同様にして混合物を得た。該混合物のコーン指数、ｐＨ、及びフッ素の溶出量を、実施例１と同様にして測定した。
［比較例６］
（Ｃ）成分を添加しない以外は、実施例１と同様にして混合物を得た。該混合物のコーン指数、ｐＨ、及びフッ素の溶出量を、実施例１と同様にして測定した。
結果を表１〜２に示す。

表１〜２から、本発明の土壌用改質材を含む混合物（実施例１〜２６）は、コーン指数が大きく（３５２〜９５１ｋＮ／ｍ^２）、また、フッ素の溶出量が、土壌溶出量基準値である０．８ｍｇ／リットル以下（０．１〜０．６ｍｇ／リットル）であり、さらには、混合物の溶出検液のｐＨ（５．８〜８．５）が、排水基準値である５．８〜８．６の範囲内であることがわかる。
一方、比較例１の土壌（土壌用改質材を使用していないもの）は、コーン指数が小さく（２８ｋＮ／ｍ^２）、また、フッ素の溶出量が、土壌溶出量基準値を満たさない（１．５ｍｇ／リットル）ことがわかる。
比較例２、６の混合物（（Ｃ）成分を含まないもの）は、コーン指数が小さい（１９６〜３３１ｋＮ／ｍ^２）ことがわかる。
比較例３の混合物（（Ｂ）成分を含まないもの）は、混合物の溶出検液のｐＨ（５．０）が、排水基準値である５．８〜８．６の範囲外であることがわかる。
比較例４の混合物（（Ｂ）成分の配合量が６０質量部であるもの）は、混合物の溶出検液のｐＨ（８．８）が、排水基準値である５．８〜８．６の範囲外であることがわかる。
比較例５の混合物（（Ｃ）成分の配合量が２００質量部であるもの）は、フッ素の溶出量（１．１ｍｇ／リットル）が、土壌溶出量基準値である「０．８ｍｇ／リットル以下」を満たしていないことがわかる。

Claims

（Ａ）金属硫酸塩と金属塩化物のいずれか一方または両方からなる金属塩１００質量部、（Ｂ）酸化マグネシウム、生石灰または消石灰からなる固化不溶化材５〜５０質量部、
（Ｃ）増粘用材料１０〜１００質量部、および、
（Ｄ）助材５００〜６００質量部を含み、
上記（Ｃ）増粘用材料が、グアガム、メチルセルロース、およびポリアクリルアミド・アクリル酸ナトリウム共重合物の中から選ばれる１種以上であり、
上記（Ｄ）助材が、半水石膏、炭酸カルシウム、ベントナイト、および活性白土の中から選ばれる１種以上である土壌用改質材と、
土壌を含む処理対象物を、上記処理対象物１ｍ ^３当たりの上記土壌用改質材の添加量が１００〜２５０ｋｇとなるように混合して、固化した混合物を得る土壌改質方法であって、
「ＪＧＳ０２１１−２００９（土懸濁液のｐＨ試験方法）」に準拠して測定される、上記固化した混合物の溶出検液のｐＨが、５．８〜８．６であり、かつ、「ＪＩＳＡ１２２８：２００９（締固めた土のコーン指数試験方法）」に準拠して測定される、上記固化した混合物のコーン指数が、上記処理対象物と上記土壌用改質材の混合の終了時から２４時間経過後の時点における値として、４５０ｋＮ／ｍ ^２以上であることを特徴とする土壌改質方法。