JPWO2004078374A1

JPWO2004078374A1 - 土壌改良剤

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Publication number: JPWO2004078374A1
Application number: JP2005503030A
Authority: JP
Inventors: 藤田　浩示; 浩示藤田
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2006-06-08
Also published as: WO2004078374A1; CN1780701A; US7666814B2; EP1611968A1; US20060213324A1; KR20050108370A

Abstract

できるだけ少量の有害物質吸着剤を有効に使用して、たとえ地下水の多い土壌であっても、有害物質を効果的に吸着して土壌を浄化改良することのできる土壌改良剤である。有害物質吸着剤と吸水性物質を混合して粒状に成形してなる土壌改良剤である。

Description

本発明は、例えば、工場の立地地域において、化学薬品などの有害物質により汚染された土壌を浄化して改良する土壌改良剤に関する。

汚染土壌を浄化する方法としては、汚染土壌を掘削して新しい土壌に入れ替える方法をはじめとして、従来から種々の方法が提案され、実施もされているが、全体的に大掛かりで土壌の改良に多額の費用を要するものが多い。
その点、土壌改良剤を使用する方法は、比較的簡便で費用的にも安価であり、土壌改良剤を土壌に混入して有害物質を吸着させることにより、有害物質の含有値を規制値以下に軽減することができる。
従来、このような方法において使用される土壌改良剤は、そのほとんどが主剤である有害物質吸着剤（セリウムやランタンなどの水和化合物）のみで生成されていた（特開２００１−２００２３６号公報参照）。
このように、従来の土壌改良剤では、そのほとんどが主剤である有害物質吸着剤のみで生成されていたので、比較的高価な有害物質吸着剤を多量に使用する割には土壌の改良効果に乏しいという欠点があった。
特に、地下水の多い土壌では、重金属などの有害物質が溶出して流出するために上述した欠点が顕著であり、この点に改良の余地があった。
本発明は、このような問題点に着目したもので、その目的は、できるだけ少量の有害物質吸着剤を有効に使用して、たとえ地下水の多い土壌であっても、有害物質を効果的に吸着して土壌を浄化改良することのできる土壌改良剤を提供することにある。

本発明の第１の特徴構成は、有害物質吸着剤と吸水性物質を混合して粒状に成形してなる土壌改良剤にある。
本発明の第１の特徴構成によれば、土壌改良剤が有害物質吸着剤と吸水性物質を混合して成形してあるので、吸水性物質が水分を吸収し、有害物質吸着剤がその吸収した水分中の有害物質を吸着することになり、したがって、たとえ地下水の多い土壌であっても、地下水中に溶出した有害物質を確実に吸着して土壌を浄化することができる。
そして、その土壌改良剤が粒状であるため、例えば、微粉末の場合にように、土壌に混入した際に塊や団子状になることも少なく、土壌全体にわたって均一に混入することができ、後の実験結果からも明らかなように、少量の有害物質吸着剤を有効に使用して、たとえ地下水の多い土壌であっても、有害物質を効果的に吸着して浄化改良することができる。
本発明の第２の特徴構成は、前記吸水性物質が、珪藻土を含むところにある。
本発明の第２の特徴構成によれば、土壌改良剤に混合される吸水性物質が、珪藻土を含むので、比較的安価で吸水性に優れた珪藻土の使用により土壌改良剤のコストダウンを図ることができ、しかも、珪藻土は吸水性に加えて適度な透水性も備えているため、土壌全体にわたる有害物質吸着剤により比較的満遍なく有害物質を吸着することができ、少量の有害物質吸着剤をより一層有効に使用して土壌を浄化改良することができる。
本発明の第３の特徴構成は、前記有害物質吸着剤が、希土類化合物を含むところにある。
本発明の第３の特徴構成によれば、有害物質吸着剤が、希土類化合物を含んでいるので、例えば、有害物質として砒素、フッ素、クロム、カドミウム、鉛などを対象とする場合、従来から多用されているアルミナなどに比較して４〜６倍程度の吸着性能を有し、したがって、より少量の有害物質吸着剤により一層効果的な土壌の浄化改良が可能となる。
本発明の第４の特徴構成は、前記希土類化合物が、水酸化セリウムまたは酸化セリウム水和物であるところにある。
本発明の第４の特徴構成によれば、希土類化合物が、水酸化セリウムまたは酸化セリウム水和物であるから、上述したような有害物質のなかでも特に砒素、鉛などの吸着性能に優れ、また、セリウムは希土類のなかでも比較的安価に入手可能であるため、コスト面においても有利となる。
本発明の第５の特徴構成は、前記有害物質吸着剤が水酸化セリウムを含み、その水酸化セリウムを含む有害物質吸着剤と珪藻土を含む吸水性物質を混合して粒状にした後、１１００℃以下の温度で乾燥成形してなる土壌改良剤にある。
本発明の第５の特徴構成によれば、有害物質吸着剤が水酸化セリウムを含み、その水酸化セリウムを含む有害物質吸着剤と珪藻土を含む吸水性物質を混合して粒状にした後、１１００℃以下の温度で乾燥成形してあるので、後の実験結果から明らかなように、特に砒素や鉛などの有害物質に対して優れた吸着性能を有する土壌改良剤を安価に提供することができる。
本発明の第６の特徴構成は、前記有害物質吸着剤として、酸化セリウムを含む使用済みの廃ガラス研磨剤を使用するところにある。
本発明の第６の特徴構成によれば、有害物質吸着剤として、酸化セリウムを含む使用済みの廃ガラス研磨剤を使用するので、ガラスの研磨処理によって発生する廃剤を有効に再利用して、特に砒素や鉛などの吸着性能に優れた土壌改良剤を安価に提供することができる。
本発明の第７の特徴構成は、前記廃ガラス研磨剤中の酸化セリウムを水酸化セリウムに改質して前記有害物質吸着剤として使用するところにある。
本発明の第７の特徴構成によれば、廃ガラス研磨剤中の酸化セリウムを水酸化セリウムに改質して有害物質吸着剤として使用するので、後の実験結果から明らかなように、廃ガラス研磨剤を改質することなく使用する場合に比較して、砒素などの吸着率が大幅に向上し、より一層吸着性能に優れた土壌改良剤を安価に提供することができる。

図１は、効果確認のための実験結果を示す図表である。
図２は、乾燥（焼成）温度と砒素除去率の実験結果を示す図表である。

本発明による土壌改良剤は、有害物質吸着剤として希土類化合物、具体的には、セリウム（Ｃｅ）をはじめとして、サマリウム（Ｓｍ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）から選ばれた１種類あるいは２種類以上の希土類の化合物が使用される。
このような希土類化合物は、土壌中に含まれる有害物質としての砒素（Ａｓ）、フッ素（Ｆ）、クロム（Ｃｒ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）などに対して高い吸着性能を有する。
これら希土類化合物は、希土類の酸化物の水和物または水酸化物の形態で、例えば、酸化セリウム水和物（ＣｅＯ_２・１．６Ｈ_２Ｏ）、酸化サマリウム水和物（Ｓｍ_２Ｏ_３・４．１Ｈ_２Ｏ）、酸化ネオジム水和物（Ｎｄ_２Ｏ_３・４．７Ｈ_２Ｏ）、酸化ガドリニウム水和物（Ｇｄ_２Ｏ_３・５．０Ｈ_２Ｏ）、酸化ランタン水和物（Ｌａ_２Ｏ_３・３．０Ｈ_２Ｏ）、酸化イットリウム水和物（Ｙ_２Ｏ_３・２．１Ｈ_２Ｏ）、水酸化セリウム（Ｃｅ（ＯＨ）_３またはＣｅ（ＯＨ）_４）の形態で、かつ、細かい粉粒体の形態で使用され、土壌改良剤は、その希土類化合物からなる有害物質吸着剤を主剤とし、それに吸水性物質を混合して生成される。
さらに、ガラスを研磨するガラス用の研磨剤には、酸化セリウムが含まれていて、ガラスを研磨した後においても酸化セリウムが含まれているため、使用済みの廃ガラス研磨剤を有害物質吸着剤として再使用することができる。
使用済みの廃ガラス研磨剤には、ガラス粉末なども含まれているが、吸水性物質と混合して粒状に造粒する際、そのガラス粉末などがバインダとして作用するために粒状への成形がきわめて良好となる利点がある。
また、廃ガラス研磨剤を有害物質吸着剤として使用する際、後述する実験結果から明らかなように、廃ガラス研磨剤中の酸化セリウムを水酸化セリウムに改質し、その改質した後の廃ガラス研磨剤を有害物質吸着剤として使用する方が有効であり、いずれにせよ、土壌改良剤は、廃ガラス研磨剤からなる有害物質吸着剤を主材とし、それに吸水性物質を混合して生成される。
吸水性物質としては、酸化珪素（ＳｉＯ_２）を主成分とする珪藻土をはじめとして、活性炭、シラスバルーン、泥炭、軽石などが使用可能であり、粉粒体の形態で使用され、これら吸水性物質中、吸水性と透水性に優れ、かつ、比較的安価な珪藻土が特に好ましい。
そして、この粉粒状の吸水性物質と有害物質吸着剤としての希土類化合物または廃ガラス研磨剤が、ロータリーミキサーなどにより十分に混合され、造粒器によって直径２ｍｍ程度の粒状に造粒された後、乾燥成形されて土壌改良剤が生成される。
本発明による土壌改良剤につき、効果確認のために種々の実験を行ったので、つぎに、その一部について言及する。
例えば、２５ｍＬの水に２．５ｍｇの砒素を混入した水溶液を準備し、その水溶液中に本発明による各種の土壌改良剤を入れて３０分間揺動した後、水溶液中の砒素残留量を測定し、その砒素残留量と混入した砒素の量から、各土壌改良剤による砒素の吸着率を算出した。
比較のために同じ条件で、水酸化セリウム単体による吸着率と酸化セリウム単体による吸着率も算出し、さらに、珪藻土単体による吸着率も算出した。
その結果が図１に示す図表である。
図１の図表において、実験例１は、２ｇの水酸化セリウムを単体で使用した場合、実験例２は、２ｇの酸化セリウムを単体で使用した場合、実験例３は、５ｇの珪藻土（７５０℃で焼成）を単体で使用した場合の砒素の吸着率をそれぞれ示している。
実験例１〜３の結果から、水酸化セリウムと酸化セリウムでは、水酸化セリウムの方がはるかに優れた吸着効果を有し、酸化セリウム単体ではあまり吸着効果がなく、また、珪藻土単体でもあまり吸着効果のないことが解る。
また、実験例４〜６は、９０重量％の珪藻土と１０重量％の廃ガラス研磨剤を混合して生成した５ｇの土壌改良剤を使用したもので、１０重量％の廃ガラス研磨剤中には、３重量％の酸化セリウムと７重量％の他物（ガラス粉末など）が含まれている。
そして、実験例４は、造粒後の土壌改良剤を７５０℃で焼成した場合、実験例５は、１０００℃で焼成した場合、実験例６は、８０℃で乾燥した場合の砒素の吸着率をそれぞれ示している。
実験例４〜６の結果から、７５０℃で焼成した場合と８０℃で乾燥した場合には、酸化セリウム単体の場合よりもはるかに高い吸着率を示している。ただし、８０℃で乾燥した場合には、土壌改良剤自体が多少脆いという欠点がある。
また、１０００℃で焼成した場合には、ほとんど吸着効果を望めないことが解る。この点に関しては、他の実験によって焼成温度９００℃前後で吸着率が著しく変わることが確認されており、したがって、焼成する場合には、９００℃未満の温度にする必要がある。
さらに、実験例７は、５０重量％の珪藻土と５０重量％の廃ガラス研磨剤を混合して生成した５ｇの土壌改良剤を使用したものである。
ただし、実験例７で使用した廃ガラス研磨剤は、実験例４〜６で使用した廃ガラス研磨剤とは異なり、研磨剤中に含まれる酸化セリウムを水酸化セリウムに改質処理し、その改質処理した後のものを使用しており、そのため、改質処理後の５０重量％の廃ガラス研磨剤中には、８重量％の水酸化セリウムと４２重量％の他物（ガラス粉末など）が含まれている。
そして、造粒後に８０℃で乾燥したもので、水酸化セリウムの量がはるかに少ないにもかかわらず、実験例１に示した水酸化セリウム単体の場合とほぼ同程度のきわめて高い吸着率を示している。
また、実験例８は、５０重量％の珪藻土と５０重量％の水酸化セリウムを混合して生成し、造粒後に７００℃で焼成した５ｇの土壌改良剤を使用したもので、この実験例においても、きわめて高い吸着率を示している。
その他、土壌改良剤の乾燥（焼成）温度と砒素除去率の関係を実験により確認したので、その実験結果を図２に示す。
図２において、黒丸はビーカーテスト、白丸はフィルターテストの結果である。
ビーカーテストは、５０重量％の珪藻土と５０重量％の水酸化セリウムを混合して生成し、造粒後における乾燥（焼成）温度を変えた土壌改良剤を準備し、１Ｌの水に１００ｍｇの砒素を混入した水溶液からポリ広口ビンに２５ｍＬを分取し、その分取した水溶液に各土壌改良剤５ｇを入れて３０分間揺動した後、ろ紙でろ過し５倍に薄めて測定した。
フィルターテストは、ビーカーテストと同じ土壌改良剤を使用し、各土壌改良剤１ｍ^２に対して砒素濃度０．１ｍｇ／Ｌの水を１０００トン／日で通過させた際の砒素除去率であり、通常の使用環境にきわめて近い環境での実験結果と言える。
この図２の実験結果から、ビーカーテストとフィルターテストのいずれにおいても、焼成温度が１１００℃を越えると、砒素除去率が急激に低下することが解る。
したがって、有害物質吸着剤として水酸化セリウムを使用し、吸水性物質として珪藻土を使用する場合には、１１００℃以下の温度で乾燥（焼成）成形する必要がある。
〔別実施形態〕
先の実施形態では、有害物質吸着剤として希土類化合物を使用した例を示したが、例えば、含水酸化ジルコニウム、含水酸化チタン、含水酸化鉄、酸化マンガン、アルミナなど、改良すべき土壌に応じて希土類化合物以外の物質を有害物質吸着剤として使用することもできる。
また、有害物質吸着剤と吸水性物質の混合比については、改良すべき土壌の特性に応じて、適宜変更して使用することになる。

化学薬品などの各種の有害物質により汚染された土壌を浄化し、浄化後の土壌を種々の用途に再使用することができる。

Claims

有害物質吸着剤と吸水性物質を混合して粒状に成形してなる土壌改良剤。
前記吸水性物質が、珪藻土を含む請求の範囲第１項記載の土壌改良剤。
前記有害物質吸着剤が、希土類化合物を含む請求の範囲第１項または第２項記載の土壌改良剤。
前記希土類化合物が、水酸化セリウムまたは酸化セリウム水和物である請求の範囲第３項記載の土壌改良剤。
前記有害物質吸着剤が水酸化セリウムを含み、その水酸化セリウムを含む有害物質吸着剤と珪藻土を含む吸水性物質を混合して粒状にした後、１１００℃以下の温度で乾燥成形してなる請求の範囲第２項記載の土壌改良剤。
前記有害物質吸着剤として、酸化セリウムを含む使用済みの廃ガラス研磨剤を使用する請求の範囲第１項または第２項記載の土壌改良剤。
前記廃ガラス研磨剤中の酸化セリウムを水酸化セリウムに改質して前記有害物質吸着剤として使用する請求の範囲第６項記載の土壌改良剤。