JP7263812B2

JP7263812B2 - 改質土壌の分級方法

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Publication number: JP7263812B2
Application number: JP2019021336A
Authority: JP
Inventors: 尚哉高田; 啓三山崎; 俊彦三浦; 一貴井出
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2039-02-08
Also published as: JP2020127915A

Description

本発明は、改質土壌の分級方法に関する。

放射性物質を含む汚染土壌の処理において、中間貯蔵施設では、受け入れた除去土壌から粒径２０ｍｍ以上の異物を分級除去する。異物を除去した土壌は、埋立貯蔵施設に埋め立て保管した後、３０年以内に掘り起こして無害化や減容処理される。粒径２０ｍｍ以上の異物を除去する工程では、篩を用いて分別処理をしているが、粘性土等、粘性が高い土壌は篩分け処理が困難であるため、予め粘性が低くなるように改質する必要がある。

そのため、アニオン系吸水樹脂や凝集系高分子も土質改質剤として用いられている（特許文献１及び２）。

特開２０１８－１３８６４３号公報特開２０１８－０３９９７６号公報

環境省は、除去土壌に洗浄水を加えて洗浄した後に、粒径７５μｍ程度を分岐点として、放射能濃度の低い粗粒分と高い細粒分に分級し、粗粒分を浄化土として再利用する分級洗浄処理を計画している。
しかしながら、土質改良材として、アニオン系吸水樹脂や凝集系高分子を用いた場合、粗粒分の脱水性が低下し、脱水時間が長くなることや含水率が高くなるという問題が生じる可能性があった。

本願発明者らは鋭意研究の結果、洗浄水に、吸水樹脂の吸水作用を阻害する、又は吸水した吸水樹脂の水を排水させる能力を持つ、カチオンやカチオン系高分子凝集剤を洗浄水に添加すると、粗粒分の含水率を下げることを新たに見出した。

従って、本願発明は以下の［１］～［６］である。
［１］土壌にアニオン系吸水樹脂を含む土質改良材を添加した改質土壌の分級方法であって、カチオン又はカチオン系凝集剤を含む洗浄水を前記改質土壌に添加し、混合撹拌した後に分級することを特徴とする改質土壌の分級方法。
［２］篩分けにより分級する、［１］に記載の方法。
［３］篩分け後、さらに前記洗浄水で篩上に残留している改質土壌を洗浄することを含む、［２］に記載の方法。
［４］前記アニオン系吸水樹脂がポリアクリル酸塩、イソブチレン／マレイン酸共重合体塩、でんぷん／アクリル酸共重合体塩、ビニルアルコール／アクリル酸共重合体塩、ポリカルボキシメチルセルロース、アクリル酸／アクリルアミド共重合体塩、酢酸ビニル／アクリル酸共重合体塩、ポリアクリロニトリルケン化物、でんぷん／アクリロニトリルグラフト重合体ケン化物、多糖類／アクリル酸共重合体塩、ポリアルギン酸エステル、ポリスルホン酸塩、及び酢酸ビニル／アクリル酸エステル共重合体ケン化物からなる群から選択される、［１］～［３］のいずれか一項に記載の方法。
［５］前記カチオン又はカチオン系凝集剤が、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋，Ｃｓ^＋、Ａｇ^＋，Ｍｇ^２＋，Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｃｄ^２＋、Ｎａ^＋、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硫酸第一鉄、消石灰、アクリルアミド／ジメチルアミノエチル（メタ）クリレート共重合体塩、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）、ポリアミン及びジシアンイアミドからなる群から選択される、［１］～［４］のいずれか一項に記載の方法。
［６］前記洗浄水中の前記カチオン又はカチオン系凝集剤の濃度が、０．５重量％以下である、［１］～［５］のいずれか一項に記載の改質土壌の分級方法。

本発明により、アニオン系吸水樹脂や凝集系高分子より改質された土壌の吸水性を抑えることが可能になり、粗粒分の減容化が可能になり、未改質の土壌と同程度の分級洗浄効果を得ることができる。

加えて、アニオン系吸水樹脂や凝集系高分子が細粒分を凝集させて大きな粒子になることにより、分級にあたり、細粒分が浄化土（すなわち粗粒分）に混入することがあった。一方、本発明の一態様によれば、かかる混入を抑え、細粒分の回収率も上げることも可能になった。したがって、汚染土壌の分級において、浄化土に放射濃度の高い細粒分が混入するのを抑えることも可能になる。

実施例で用いられる模擬土の組成。Ａ：改質剤及び洗浄水の篩上の湿土質量に対する影響。番号は表１に記載のサンプル番号を示す。Ｂ：改質後土壌を用いた場合の篩上に残った試料の質量と洗浄水の種類と濃度の関係。改質後土壌を用いた場合の篩上に残った試料。洗浄水として、水のみ（Ｈ_２Ｏ）、１％ＣａＣｌ_２、１％ＰＡＣ、１％ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ、０．１％ＣａＣｌ_２、０．１％ＰＡＣ及び０．１％ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣを各々用いた。番号は表１に記載のサンプル番号を示す。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を用いて詳細に説明するが、必ずしもこれに限定するわけではない。なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。

＜土壌にアニオン系吸水樹脂を含む土質改良材を添加した改質土壌の分級方法＞「アニオン系吸水樹脂」
アニオン系吸水樹脂は、多量の水を吸収してゲル化し、その水を保持する機能を有するアニオン性の高分子であり、土壌中の水分を吸収して団粒化に寄与する。アニオン系吸水樹脂として公知のポリマーを用いることができる。例えば、ポリアクリル酸（塩）、イソブチレン／マレイン酸共重合体（塩）、でんぷん／アクリル酸共重合体（塩）、ビニルアルコール／アクリル酸共重合体（塩）、ポリカルボキシメチルセルロース、アクリル酸／アクリルアミド共重合体（塩）、酢酸ビニル／アクリル酸共重合体（塩）、ポリアクリロニトリルケン化物、でんぷん／アクリロニトリルグラフト重合体ケン化物、多糖類／アクリル酸共重合体（塩）、ポリアルギン酸エステル、ポリスルホン酸（塩）、及び酢酸ビニル／アクリル酸エステル共重合体ケン化物等の重合体及び／又はその誘導体からなるポリマーが挙げられる。
本実施形態に係る土質改良材におけるアニオン系吸水樹脂の割合は特に限定されるものでは無いが、１５～５０質量％であることが好ましい。

「吸水性粘土」
土質改良剤は、上記アニオン系吸水樹脂以外に、吸水性粘土を含んでいてもよい。吸水性粘土は、土壌中に含まれる水を吸収する多孔質の物質である。粘土粒子が保持できる水分量の割合である。液性限界が５０～３５０％の範囲にあるものが好ましい。
本実施形態に係る吸水性粘土は、たとえば、Ｈ型モンモリロナイトを含む酸性白土（液性限界１００～２５０％）、ケイ素系の鉱物である珪藻土（液性限界８０～１００％）、非晶質のアロフェンを含む粘土（丸中白土等。液性限界５０～１００％）、Ｎａ型及びＣａ型モンモリトナイトを含むベントナイト（中膨潤Ｎａ・Ｃａ型ベントナイト。液性限界１００～３５０％）である。なお、酸性白土は、モンモリロナイトを主成分としつつ、酸性を示す粘土である。また、吸水性粘土としては、酸性白土を酸処理してＨ型モンモリロナイトの量を増加させ、活性を高くした活性白土（酸性白土の一種。液性限界５０～１５０％）を用いることも可能である。
本発明の一実施形態における土質改良材における吸水性粘土の割合は、アニオン系吸水樹脂、及び吸水性粘土の合計質量を１００質量％とした場合に、５０～９２．５質量％の範囲内である。また、吸水性粘土の割合は、５０～８５質量％であることがより好ましい。

「その他の添加物」
本発明の一実施形態に係る土質改良材は、その性能に影響を与えない範囲で各種の添加剤等を添加することができる。たとえば、土質改良材にゼオライトを添加することにより、除染土壌中の放射性物質や鉛等の重金属を吸着することができる。或いは、土質改良材に、増量材または土質改良強度の補強材として、若干量の炭酸カルシウム粉末、半水石膏、二水石膏、無水石膏、液性限界が５０％以下の粘土等を添加してもよい。

「改質土壌」
改質土壌は、土壌と土質改質材を混合撹拌することにより作製される。特に限定しないが、土壌と対して土質改質材が２～３重量％程度含まれていることが好ましい。
本実施形態に係る土質改良材を用いる対象土壌は、除染土壌に限られない。たとえば、河川や湖沼の底泥（泥土）、又はシールド工事や打ち杭工事等の際に発生する建設泥土等を挙げることができる。

「カチオン又はカチオン系凝集剤」
洗浄水に添加するカチオンとしては、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋，Ｃｓ^＋、Ａｇ^＋，Ｍｇ^２＋，Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｃｄ^２＋、Ｎａ^＋、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、などがあげられる。特に限定しないが、Ｃａ^２＋やＡｌ^３＋などの多価イオンが好ましい。これらのカチオンは、塩酸塩、硫酸塩などの水溶性の塩の形で添加されてもよい（たとえば、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硫酸第一鉄、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２））。
洗浄水に添加するカチオン系凝集剤としては、カチオンを有するジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートの単独重合体あるいはアクリルアミドとの共重合体（例えば、アクリルアミド／ジメチルアミノエチル（メタ）クリレート４級塩共重合体）ポリアクリル酸エステル系のカチオン性高分子凝集剤、ポリメタクリル酸エステル系のカチオン性高分子凝集剤、ジアリルジメチルアンモニウムクロライドやポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）のような第４級アンモニウムカチオンを含む塩、ポリアミンのようなポリアミン系有機凝集剤、ジシアンイアミドのようなジシアンイアミド系有機凝集剤等が挙げられる。
特に限定しないが、カチオン又はカチオン系凝集剤は洗浄水中、重量比で０．０５％以上～２０％以下含まれていてよく、好ましくは０．１％以上、０．５％以上、１％以上、５％以上又は１０％以上含まれていてもよい。

改質土壌と洗浄水の割合は特に限定しないが、２００ｇ改質土壌に対して５００ｍＬ～２Ｌの洗浄水を用いることが好ましく、２００ｇ改質土壌に対して１Ｌの洗浄水を用いることがより好ましい。

「その他の添加物」
本発明の一実施形態に係る洗浄水は、その性能に影響を与えない範囲で各種の添加剤等を添加することができる。たとえば界面活性剤を添加してもよい。

「分級」
分級の方法としては、篩により行うのが一般的であるが、当該技術分野で行われる湿式分級（例えば重力場分級、遠心力場分級）などの方法を用いて行ってもよい。
篩を用いた分級の場合、篩のメッシュが７５μｍ程度のものを用いるのが好ましい。

本願発明の一実施態様として、以下のようにして行われてもよい。
放射性物質を含む汚染土壌と土質改良材を混合撹拌した改質土壌を、粒径２０ｍｍ以上の異物を篩にて除去し、一定期間保管した後、洗浄水を添加撹拌し、篩により分級処理を行う。粒径の大きな粗粒土には放射性物質が含まれていないため、浄化土として再利用される。一方、篩を通った放射性物質を含む泥水は加圧ろ過機（フィルタープレス）を用いて脱水処理を行い、減容化を行う。本願発明は、細粒分の脱水効果も向上するため、細粒分の減容化にも寄与する。

以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。

１．模擬土の作製
平均粒径０．０７５ｍｍ未満の粘土分４に対して平均粒径０．０７５ｍｍ～２ｍｍの砂分６を加え、粒径０．０７５ｍｍ未満の割合が４７．８２％；０．０７５ｍｍ～２ｍｍの割合が５２．１８％の模擬土（含水率１９．７％）を作製した（図１）。

２．分級試験方法
１）上記模擬土２００ｇ（Ａ）、又は上記模擬土に２重量％のアニオン系吸水樹脂を含む土質改良材（アクアパールＤＳＣ３０（三洋化成工業株式会社）１５質量％；酸性白土（株式会社ホージュン）８５質量％））を混合した改質後土壌２００ｇ（Ｂ）に、以下の各カチオン又はカチオン系凝集剤を含む洗浄水５００ｍｌを添加し、容器内において手で撹拌した。
塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）
ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）（大明化学工業）
ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ（ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＴＣ－７４００；大明化学工業）
塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）
硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）
硫酸バンド（硫酸アルミニウム）
ポリアミン（ＴＣ－８５００；大明化学工業）
２）撹拌した試料を０．０７５ｍｍ篩上に移し、篩の通過時間を測定した。その後、同じ洗浄水５００ｍｌを使用して手で軽く粉砕しながら洗浄を行った。
３）篩上に残った試料および篩を通過した泥水を回収した。
４）篩上試料（粒径７５μｍ以上）を４０度で乾燥し、質量の測定を行った。

３．結果
結果を表１並びに図２及び３に示す。土質改良材を加えると、篩上画分（すなわち粗粒画分）の湿土質量が増加する。そして洗浄水として水のみを用いた場合（サンプルＮｏ．２）に比べて、各又はカチオン系凝集剤を含む洗浄水を用いた場合、ふるい通過時間が短くなり、分級効率が向上した。また、水を含んだ湿土質量の質量（図２）及び体積（図３）が減少しており、本願発明に係る洗浄水を用いた場合、粗粒画分（すなわち粒径の大きい画分）の脱水化が容易になる。
洗浄水中のカチオン又はカチオン系凝集剤の濃度が高くなるにつれて効果が上がるが、０．５重量％以下の濃度で、特に顕著であった。
また、洗浄水として水のみを用いた場合、吸水樹脂の影響で細粒分が篩上の画分に混入していたため、篩下の画分である粘土の回収率が低下していたが、洗浄水の種類によって回収率上昇の効果も確認できるものもあった。

Claims

土壌にアニオン系吸水樹脂を含む土質改良材を添加した改質土壌の分級方法であって、カチオン又はカチオン系凝集剤を含む洗浄水を前記改質土壌に添加し、混合撹拌した後に分級することを特徴とし、前記洗浄水中の前記カチオン又はカチオン系凝集剤の濃度が、０．５重量％以下である、改質土壌の分級方法。
前記カチオン又はカチオン系凝集剤が、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｃｓ⁺、Ａｇ⁺、Ｍｇ²⁺、Ｃａ²⁺、Ｓｒ²⁺、Ｂａ²⁺、Ｆｅ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｄ²⁺、Ｎａ⁺、Ａｌ³⁺、Ｆｅ³⁺、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硫酸第一鉄、消石灰、アクリルアミド／ジメチルアミノエチル（メタ）クリレート共重合体塩、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）、ポリアミン及びジシアンイアミドからなる群から選択される、請求項１に記載の改質土壌の分級方法。
篩分けにより分級する、請求項１に記載の改質土壌の分級方法。
篩分け後、さらに前記洗浄水で篩上に残留している改質土壌を洗浄することを含む、請求項３に記載の改質土壌の分級方法。
前記アニオン系吸水樹脂がポリアクリル酸塩、イソブチレン／マレイン酸共重合体塩、でんぷん／アクリル酸共重合体塩、ビニルアルコール／アクリル酸共重合体塩、ポリカルボキシメチルセルロース、アクリル酸／アクリルアミド共重合体塩、酢酸ビニル／アクリル酸共重合体塩、ポリアクリロニトリルケン化物、でんぷん／アクリロニトリルグラフト重合体ケン化物、多糖類／アクリル酸共重合体塩、ポリアルギン酸エステル、ポリスルホン酸塩、及び酢酸ビニル／アクリル酸エステル共重合体ケン化物からなる群から選択される、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の改質土壌の分級方法。