WO2010134573A1 - 処理剤及びその製造方法、並びに、処理方法 - Google Patents

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WO2010134573A1
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water
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treatment
particles
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松岡隆晴
前田巖
小泉道宣
乙井健治
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ダイキン工業株式会社
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    • C11D2111/22Electronic devices, e.g. PCBs or semiconductors

Definitions

  • the present invention relates to a treatment agent, a production method thereof, and a treatment method.
  • Fluorine is the wastewater discharged from the electrolytic refining process of aluminum, the manufacturing process of phosphate fertilizer, the pickling process of stainless steel, etc., the cleaning process of electrical parts such as silicon, the sewage sewage sewage, the coal-fired flue gas desulfurization effluent
  • the drainage standard has already been set, and the removal process is carried out to clear the standard value.
  • fluorine treatment methods that have been put into practical use include a method in which a calcium salt is added to form poorly soluble calcium fluoride (CaF 2 ) and precipitated and separated, and an aluminum salt is added in an aluminum hydroxide (Al ( A method of coprecipitation with OH) 3 ) and separation, or a method of combining a coagulation precipitation method using a calcium salt and a coagulation precipitation method using an aluminum salt are common (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • the fluorine concentration in the waste water can be reduced to 0.8 mg / L or less only by adding phosphates and / or phosphoric acid compounds.
  • the treatment method of waste water containing fluorine generally performed using phosphates and / or phosphate compounds is a ratio in which phosphates and / or phosphate compounds and fluorine are determined from their chemical composition. It is characterized by the formation of a complex salt with a maximum of the stoichiometric amount of fluorine.
  • phosphates and / or phosphate compounds are used in a fine powder. There is a need to.
  • Examples of the treatment process for bringing the fine powdered phosphates and / or phosphate compound into contact with the wastewater containing fluorine include examples using a dispersion type contact tank (see, for example, Patent Documents 4 and 5). .)
  • a process of removing fluorine by circulating fluorine-containing wastewater in a packed bed in which the fine powdered phosphates and / or phosphate compounds are densely packed is generally used. Is.
  • JP 2005-324137 A Japanese Patent No. 3504248 JP 2004-358309 A JP 2004-122113 A JP 2006-305555 A JP 2007-216156 A JP 2008-297172 A
  • the method of dispersing fine powdered phosphates and / or phosphate compounds in the contact tank is performed while reacting phosphates and / or phosphate compounds with fluorine. Although they are characterized by suppressing their outflow, in order to fix fluorine to a stoichiometric ratio with respect to phosphates and / or phosphate compounds, phosphates and / or phosphate compounds are used as much as possible. It is necessary to use after pulverizing, and such a fine powder may reduce the processing speed.
  • a method of removing fluorine by flowing fluorine-containing wastewater through a packed bed in which fine powdered phosphates and / or phosphate compounds are densely packed is used to fill phosphates.
  • the finer the phosphoric acid compound and / or the lower the water permeability of the packed bed the greater the pressure loss, so the problem that the packed bed must be pressure resistant, and fine powder Therefore, there is a problem that it is suspended in water and is difficult to separate from water.
  • the phosphates and / or phosphate compounds to be packed are granulated and the particle size is increased to form a packed bed with increased water permeability, the phosphates and / or phosphate compounds are formed on the surface of the particles. Since it reacts with fluorine, there has been a problem that the amount of fluorine removed per unit weight of phosphates and / or phosphate compounds is reduced.
  • An object of the present invention is to solve the problems in the conventional methods as described above, and to provide a treatment agent and a treatment method that can easily and efficiently remove fluorine in waste water.
  • the present invention includes calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and particles (B), wherein the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is supported on the particles (B). It is a processing agent.
  • the present invention is also a method for producing the above-mentioned treatment agent, which comprises the step of mixing the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and the particles (B) using an inclined cylinder type gravity mixer. It is also a manufacturing method.
  • This invention is also a processing method including the process of making the said process agent and the process target water containing a fluorine contact, and removing the fluorine in this process target water.
  • the present invention is also a treatment method including a step of mixing the treatment agent with soil containing fluorine to insolubilize fluorine in the soil.
  • the present invention is described in detail below.
  • the present invention is a treatment agent containing calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and particles (B) (except for particles of calcium hydrogen phosphate dihydrate (A)).
  • the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) on the particles (B) and allowing the treatment agent water of the present invention to permeate the water to be treated containing fluorine, powder hydrogen phosphate in the long term Calcium dihydrate (A) does not substantially flow out, and is excellent in water permeability over a long period of time, and the fluorine concentration in the treated water can be 0.8 mg / L or less over a long period of time.
  • the term “supporting” refers to supporting the particles (B) as a carrier to carry the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A).
  • the treatment agent of the present invention is obtained by mixing powdered calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and particles (B), and the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is converted into particles (B Therefore, since the particle size is large, it is difficult to form lumps (aggregates) and has excellent water permeability. Moreover, by carrying
  • the treatment agent of the present invention contains calcium hydrogen phosphate dihydrate (A)
  • fluorine in water or the like can be removed by bringing water or the like into contact with the treatment agent.
  • fluorine in the fluorine-contaminated soil can be insolubilized as fluorapatite, and elution of fluorine from the soil can be suppressed.
  • Calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) exhibits a particularly excellent effect on insolubilizing fluorine in fluorine-contaminated soil as fluorine apatite.
  • calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) has an effect of insolubilizing fluorine in fluorine-contaminated soil, but is inferior to calcium hydrogen phosphate dihydrate (A).
  • Fluoroapatite itself is the main component of natural phosphate ore, and other organic substances or heavy metals may not be used, and according to the treatment agent of the present invention, without causing secondary environmental pollution,
  • the amount of fluorine eluted from fluorine-contaminated soil can be reduced to 0.8 mg / L or less of the soil environment standard with simple operations economically and reliably.
  • the treating agent is preferably 1 to 100 parts by mass of calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) with respect to 100 parts by mass of the particles (B).
  • the treating agent is preferably 1 to 100 parts by mass of calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) with respect to 100 parts by mass of the particles (B).
  • calcium hydrogenphosphate dihydrate (A) is efficiently carry
  • the amount of calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is 5 to 50 parts by mass, and further preferably 7 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the particles (B).
  • the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is preferably a powder, and more preferably has an average particle size of 30 to 70 ⁇ m.
  • the average particle diameter is in the above range, calcium hydrogen phosphate can be efficiently carried on the particles (B), and a treatment agent having excellent fluorine removability can be obtained.
  • the average particle diameter of the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is measured by a laser diffraction confusion method using Microtrack 9320HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
  • the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is one of the preferred forms in which the particle surface is activated.
  • action which insolubilizes the said fluorine increases more when the powdery particle
  • the particles recovered from the suspension by suspending the powdered particles of calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) in water and stirring or shaking the particles have a large number of tens of nanometers on the surface.
  • the structure is such that fine crystals are uniformly deposited.
  • the surface of such particles is activated, and for example, fluorine in fluorine-contaminated soil can be insolubilized more efficiently. Therefore, as the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) used in the treating agent of the present invention, the powder particles of calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) are suspended in water and the particle surface is treated. Activated ones are preferred.
  • the particle (B) is a particle capable of supporting the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A).
  • a treatment agent having excellent water permeability and fluorine removability can be obtained.
  • Examples of the particles (B) include filtration sand and filtration gravel generally used for water purification, but the present invention is not limited to these. It is also preferable to use sand as the particles (B).
  • the particle (B) is preferably substantially a particle having a particle diameter of 0.3 to 3.0 mm, more preferably consisting essentially of particles having a particle diameter of 0.3 to 3.0 mm. preferable.
  • the particles (B) 90% by mass or more of the particles (B) as a whole preferably have a particle size of 0.3 to 3.0 mm, and a more preferable ratio is 99% by mass or more. A more desirable ratio is 99.9% by mass or more. It is particularly preferable that the particles (B) do not contain particles having a particle diameter of less than 0.3 mm and do not contain particles having a particle diameter of more than 3.0 mm.
  • the particle diameter is in the above range, the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is efficiently supported, so that the treatment agent can be made more excellent in water permeability and fluorine-containing compound removability.
  • the particles (B) do not substantially contain particles having a particle diameter exceeding 2.8 mm.
  • the particle size of the above particle (B) was manually screened using a standard mesh sieve (JIS Z8801, nominal size: 0.3-3.0 mm, sieve size: ⁇ 200, depth 45 mm). Ask. In order not to include particles having a particle diameter exceeding 2.8 mm, a sieve having a nominal size of 2.8 mm is used.
  • the particles (B) preferably have a uniformity coefficient of 1.5 or less.
  • the uniformity coefficient is in the above range, the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is efficiently supported, and it is possible to provide a treatment agent that is more excellent in water permeability and excellent in removability of the fluorine-containing compound. it can.
  • the uniformity coefficient of the particles (B) is measured in accordance with JWWA A103-1: 2004.
  • the treatment agent of the present invention may optionally contain components other than calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and particles (B) as long as the object of the present invention is not impaired. It is preferable that the calcium hydrogen dihydrate (A) and the particles (B) occupy 99% by mass or more in total.
  • the treatment agent of the present invention is preferably a treatment agent for fluorine-containing water, and is also preferably a treatment agent for fluorine-containing soil.
  • This invention is a method of manufacturing the said processing agent, Comprising: This manufacturing method mixes the calcium hydrogenphosphate dihydrate (A) and particle
  • the tilting cylinder type gravitational mixer is a type in which a mixing vessel for mixing calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and particles (B) is attached to a tilting cylinder mechanism. What is called a formula mixer may be used.
  • the tilting cylinder mechanism is a mechanism for tilting the mixing container.
  • a frustoconical container is united, a mixing container having one end opened and the other end closed is attached to a tilting mechanism, and the mixing container What attached the blade
  • the mixing container is preferably rotatable.
  • the tilting cylinder mechanism When mixing the calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and the particles (B), usually, the tilting cylinder mechanism is actuated so that the opening of the drum faces upward, and the mixing container is rotated in a certain direction. Calcium oxyhydrogen dihydrate (A) and particles (B) are charged. The charged materials are mixed by repeating the operation of being lifted by the blades and dropped downward. Tilting cylinder type gravitational mixers are mixed by the behavior of the input materials. Therefore, mixing is performed while maintaining the state that calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) is supported on particles (B). can do. Therefore, an especially excellent effect is exhibited in the production of the treatment agent.
  • grains (B) are put in the mixing container of a tilting-cylinder-type gravity mixer, and water is added and mixed as needed. It is preferable.
  • This invention is also a processing method (henceforth a "fluorine removal processing method") including the process which makes the said processing agent and the process target water containing fluorine contact, and removes the fluorine in this process target water. .
  • the contact between the treatment target water and the treatment agent may be a batch contact in which the treatment agent is added to the treatment target water, or a continuous contact in which the treatment target water is circulated through a column filled with the treatment agent. There may be. Moreover, it may be processed a plurality of times by batch contact, may be processed a plurality of times by continuous contact, or may be processed by combining batch contact and continuous contact.
  • the packed column in the continuous contact may be a moving bed type, a fixed bed type, or a fluidized bed type.
  • the fluorine removal treatment method of the present invention may include a step of collecting treated water having a fluorine concentration of 0.8 mg / L or less. Since the said processing agent is excellent in water permeability and reaction efficiency, the fluorine contained in process target water can be removed efficiently and the fluorine concentration in water can be 0.8 mg / L or less. Moreover, since the said processing agent is carrying
  • the fluorine content of the water to be treated is not particularly limited, and even if the content is small or at most, excellent fluorine removal ability can be exhibited.
  • it can be 0.1 mg / L or more. preferable. From the viewpoint of further exerting the effects of the present invention, it is more preferable to exceed 0.8 mg / L.
  • the fluorine ion concentration in the fluorine-containing water can be measured by a method based on JIS K0102.
  • the treatment target water to be contacted with the treatment agent is not particularly limited as long as it is fluorine-containing water (fluorine-containing water), and examples thereof include factory waste water, hot spring water, and river water.
  • Factory wastewater includes fluorine-containing wastewater discharged from silicon wafer manufacturing plants, semiconductor manufacturing plants, etc., pickling wastewater discharged from metal plants, aluminum surface treatment wastewater, hydrofluoric acid manufacturing wastewater, fertilizer manufacturing wastewater, waste incineration wastewater, etc. Is mentioned.
  • the treatment target water preferably has a pH of 3 or more in that high removal efficiency of fluorine ions can be obtained. Accordingly, it is preferable that the treated water obtained by the fluorine removing treatment method of the present invention (hereinafter also simply referred to as “treated water”) has a pH of 3 or more.
  • the pH is more preferably 4 or more.
  • the pH may be adjusted to 3 or more with sodium hydroxide, calcium hydroxide or the like.
  • pHs of the said process target water and treated water are 11 or less.
  • pH exceeds 11 there exists a possibility that reaction of calcium hydrogenphosphate dihydrate (A) and a fluorine ion may become difficult to advance.
  • the pH of the fluorine-containing water or treated water exceeds 11, or when the pH exceeds 11 during each step, the pH may be adjusted to 11 or less with hydrochloric acid or the like.
  • the amount of fluorine removed per 1 g of calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) can be 1 mg-F / g or more, preferably 10 mg-F / g or more.
  • the fluorine removal treatment method of the present invention includes a step of adding calcium ions to water to be treated to produce calcium fluoride (CaF 2 ), and a treatment in which the fluoride ion concentration is reduced by removing the produced calcium fluoride.
  • a step of collecting the target water may be included. These steps are preferably performed before the step of bringing the treating agent into contact with the treatment target water containing fluorine and removing the fluorine in the treatment target water. Since these steps use a calcium compound that is relatively low in cost, the cost can be reduced particularly when the fluorine ion concentration of the water to be treated is high.
  • the calcium ions are preferably added as calcium compounds such as slaked lime (Ca (OH) 2 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), and calcium chloride (CaCl 2 ).
  • the treated water is one from which fluorine has been sufficiently removed, has a low fluorine concentration (for example, 0.8 mg / L or less), and satisfies environmental standards.
  • the present invention is also a treatment method (hereinafter also referred to as “fluorine insolubilization treatment method”) in which the treatment agent and soil containing fluorine are mixed to insolubilize fluorine in the soil.
  • fluorine insolubilization treatment method When mixing the soil containing the treatment agent and fluorine, calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) reacts with the soluble fluoride ion present in the soil, Ca 10 (PO 4) 6 F 2 Is formed and insolubilized.
  • calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) alone is mixed with soil containing fluorine, calcium hydrogen phosphate becomes lumps (aggregates) and cannot be sufficiently dispersed.
  • the treatment agent of the present invention is excellent in dispersibility and can be efficiently mixed with fluorine-containing soil.
  • the fluorine insolubilization treatment method includes, for example, a step of producing the treatment agent by mixing calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and particles (B), and adding the treatment agent to fluorine-containing soil. It is preferable to include a process and a process of mixing the added treatment agent and soil containing fluorine.
  • the method for producing the treatment agent by mixing calcium hydrogen phosphate dihydrate (A) and particles (B) is not particularly limited, and examples thereof include a method using the above-mentioned tilted barrel type gravity mixer. .
  • the fluorine elution amount of the soil containing fluorine is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 mg / L or more, and further 0.8 mg / L or more.
  • the soil is preferably soil or sludge, for example.
  • the soil is not particularly limited as long as it is generally referred to as soil.
  • soil For example, sand, sand loam, loam, dredged soil, dredged soil, etc. can be used.
  • the soil etc. which mixed and adjusted the crushed water rock, the pulverized pumice, volcanic ash soil, etc. suitably are mentioned.
  • the soil etc. which are used as soil for home gardening may be used.
  • sludge examples include solids formed by agglomeration of organic final products, which are generated in a process of a sewage treatment plant or a waste liquid process of a factory, and are also referred to as sludge.
  • activated sludge etc. which are the agglomeration of microorganisms produced when a water treatment is performed by microorganism groups, such as aerobic bacteria, are also mentioned.
  • the treatment agent of the present invention has the above-described configuration, it is possible to easily and economically obtain treated water from which fluorine has been sufficiently removed, and elution of fluorine from the treated soil.
  • the amount can be 0.8 mg / L or less of the soil environment standard.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a filtration device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a filtration device in Comparative Example 1.
  • Example 1 Inclined torso type gravity mixer (capacity 110L), sand for rapid filtration (manufactured by Tokemi, “Japan Waterworks Association Standard JWWA A103-1: 2004 standard product, effective diameter: 0.6 mm, uniformity coefficient: 1.5 or less, maximum Dia. 2.8 mm or less, minimum diameter 0.3 mm or more ”) and calcium hydrogen phosphate dihydrate powder (manufactured by Taihei Chemical Industrial Co., Ltd.,” average particle diameter: 54 ⁇ m “(hereinafter referred to as DCPD)) in total 100 masses 90 parts by mass of rapid filtration sand and 10 parts by mass of DCPD were added per part, and mixing was performed for 3 minutes.
  • DCPD average particle diameter
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the filtration device according to the first embodiment.
  • a glass column housing 1 ( ⁇ 10 cm) was filled with a mixture 2 of rapid filtration sand and DCPD obtained by the above mixing and glass wool 3 to obtain a filtration device 5.
  • water to be treated containing fluorine was injected at a flow rate of 50 ml / min from a pipe 6 connected to the upper part of the filtration device 5, and treated water was obtained from a pipe 7 connected to the lower part of the device.
  • the treatment target water 4 containing fluorine is treated by allowing the mixture 2 to permeate through the column housing 1.
  • the water permeability of the mixture 2 was evaluated by the change in the water level of the water surface 8.
  • Table 1 shows the flow rate, fluorine concentration and water level of the water to be treated, and the flow rate and fluorine concentration of the treated water.
  • the treatment target water containing fluorine and the fluorine concentration in the treatment water were measured by a method based on JIS K0102.
  • Example 2 General sand for mortar, concrete, etc. used for civil engineering and construction applications (effective diameter: 0.1 to 5 mm, maximum diameter over 3.0 mm, 5) 0 mm or less) and 100 parts by mass of DCPD, 90 parts by mass of sand and 10 parts by mass of DCPD were added and mixed for 3 minutes.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the obtained mixture was filled into a glass column housing, a filtration device was created, water to be treated containing fluorine was injected from the top of the filtration device, and water permeability was evaluated. The fluorine concentration was measured. The results are shown in Table 2.
  • Example 1 The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that DCPD was used alone instead of the mixture of rapid filtration sand and DCPD. As shown in FIG. 2, a glass column housing 1 ( ⁇ 10 cm) was filled with DCPD 9 and glass wool 3 to obtain a filtration device 5a. DCPD is the same as that in the first embodiment.
  • the target water containing fluorine was injected from the pipe 6 connected to the upper part of the apparatus at a flow rate of 50 ml / min, the water level 8 of the processing target water containing fluorine rose and reached the upper surface of the apparatus shortly after the injection. No treated water was obtained.
  • Table 3 shows the flow rate, fluorine concentration and water level of the water to be treated, and the flow rate and fluorine concentration of the treated water. In addition, since the treated water was not obtained, the fluorine concentration of the treated water was not measurable.
  • the tilting barrel type gravity mixer (capacity 110L) is composed of beads (effective diameter: 2 to 4 mm) and DCPD, which are commonly used for handicrafts and decoration, and 100 parts by mass of DCPD. Were added at a ratio of 90 parts by mass and 10 parts by mass of DCPD, and mixed for 3 minutes.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the obtained mixture was filled in a glass column housing, a filtration device was created, and water to be treated containing fluorine was injected from the top of the filtration device, and the beads began to float, The treated water at the top of the filtration device became cloudy. In the same manner as in Example 1, water permeability was evaluated and the fluorine concentration was measured. The results are shown in Table 4. These results indicate that DCPD is not fully supported on the beads.
  • the treatment agent of the present invention has the above-mentioned configuration, in the field where fluorine-containing water and fluorine-containing soil are generated, such as electroplating industry, semiconductor manufacturing industry, electron tube manufacturing industry, and glass industry. It can be suitably used.

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Abstract

簡便、かつ効率よく排水中のフッ素を除去することができる処理剤及び処理方法を提供する。リン酸水素カルシウム二水和物(A)と、前記リン酸水素カルシウム二水和物(A)を担持した粒子(B)と、を含むことを特徴とする処理剤である。また、上記処理剤とフッ素を含有する処理対象水とを接触させて、該処理対象水中のフッ素を除去する工程を含むことを特徴とする処理方法、及び、上記処理剤とフッ素を含有する土壌とを混合し、該土壌中のフッ素を不溶化する工程を含むことを特徴とする処理方法にも関する。

Description

処理剤及びその製造方法、並びに、処理方法
本発明は、処理剤及びその製造方法、並びに、処理方法に関する。
フッ素はアルミニウムの電解精錬工程、リン酸肥料の製造工程、ステンレス鋼等のピクリング工程、シリコン等の電気部品の洗浄工程から排出される排水や、ごみ焼却場洗煙排水、石炭火力排煙脱硫排水等に含有されているが、既に排水基準が設定されており、その基準値をクリアするように除去処理が実施されている。
現在、実用化されているフッ素の処理方法としては、カルシウム塩を添加して難溶性のフッ化カルシウム(CaF)を生成し沈殿分離する方法、アルミニウム塩を添加して水酸化アルミニウム(Al(OH))と共沈させ分離する方法、あるいはカルシウム塩による凝集沈殿方法とアルミニウム塩による凝集沈殿方法を組み合わせる方法が一般的である(例えば、非特許文献1参照。)。
一方、最近では、フッ素の排水基準や環境基準が厳しくなり、フッ素を含む排水を高度に処理する必要が生じてきたが、従来のカルシウム塩による凝集沈殿方法では、排水基準である8mg/L以下にすることは、非常に困難であった。
また、水酸化アルミニウムによる共沈方法では、凝集剤として硫酸バンド(Al(SO16HO)を添加する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、これらの従来技術では、添加する硫酸バンドと同量以上の共沈物からなる汚泥と処理水とを分離処理する必要があり、さらには、分離した汚泥をフッ素が溶出しないような処置をした上で地中へ埋め立てるなど、煩雑な処理プロセスが必要であった。
これらの従来技術を解決するため、排水基準をクリアできるフッ素処理剤として、最近では、難溶性リン酸塩を用いて、排水中のフッ素をフルオロアパタイトとして固定化して除去する方法が開示されている(例えば、特許文献2及び3参照。)。
また、特許文献2によれば、リン酸塩類および/又はリン酸化合物の添加のみで、排水中のフッ素濃度を0.8mg/L以下にできるとされている。
しかしながら、一般的にリン酸塩類および/又はリン酸化合物を用いて行う、フッ素を含む排水の処理方法は、リン酸塩類および/又はリン酸化合物とフッ素が、それらの化学組成から決定される比率で複合塩を形成することを特徴としており、最大で化学両論量のフッ素を除去することができるが、そのためには、実質的にリン酸塩類および/又はリン酸化合物を微細な粉末にして使用する必要がある。
微細な粉末状のリン酸塩類および/又はリン酸化合物と、フッ素を含む排水を接触させるための処理プロセスとしては、分散方式の接触槽を用いる例が挙げられる(例えば、特許文献4及び5参照。)。
また、より簡便な処理方法としては、上述の微細な粉末状のリン酸塩類および/又はリン酸化合物を密に充填した充填層に、フッ素を含む排水を流通させてフッ素を除去するプロセスが一般的である。
ところで、フッ素の溶出を抑制するための技術として、フッ素汚染土壌中のフッ素を不溶化する処理剤として、リン酸水素カルシウム二水和物の粉状粒子を水に懸濁処理して、その粒子表面を活性化したものが開示されている(例えば、特許文献6参照。)。また、含有フッ素の溶出を低減させる石膏の処理方法として、フッ素を含有する石膏を、該石膏中の硫酸カルシウム二水和物100質量部あたり1~5質量部の割合となる量のリン酸水素カルシウム二水和物の存在下に、水中で所要期間養生した後、回収する方法が開示されている(例えば、特許文献7参照。)。
特開2005-324137号公報 特許第3504248号公報 特開2004-358309号公報 特開2004-122113号公報 特開2006-305555号公報 特開2007-216156号公報 特開2008-297172号公報
朝田裕之、恵藤良弘、「フッ素とホウ素の処理技術」、環境技術、2000年、vol.29、No.4、p.283-289
しかしながら、特許文献4及び5のように、接触槽で微細な粉末状のリン酸塩類および/又はリン酸化合物を分散させる方法は、リン酸塩類および/又はリン酸化合物とフッ素を反応させながら、それらの流出を抑制することを特徴としているが、リン酸塩類および/又はリン酸化合物に対し、フッ素を化学両論量比まで固定化するためには、できるだけリン酸塩類および/又はリン酸化合物を微粉化して使用する必要があり、そのような微粉は処理速度を低下させる場合があった。
また、上述したように、微細な粉末状のリン酸塩類および/又はリン酸化合物を密に充填した充填層に、フッ素を含む排水を流通させてフッ素を除去する方法は、充填するリン酸塩類および/又はリン酸化合物が微粉状であればあるほど、充填層の透水性が低下するだけでなく、圧力損失が大きいために、充填層を耐圧仕様にしなければならないという課題や、微細な粉末であるため、水に懸濁した状態となり、水と分離しにくいという課題があった。
逆に、充填するリン酸塩類および/又はリン酸化合物を粒状にし、その粒度を大きくして透水性を上げた充填層とすると、リン酸塩類および/又はリン酸化合物は、その粒子の表面でフッ素と反応するので、リン酸塩類および/又はリン酸化合物の単位重量当りのフッ素除去量が低下する課題があった。
本発明は、上述のような従来の方法における課題を解決して、簡便、かつ効率よく排水中のフッ素を除去することができる処理剤及び処理方法を提供することを目的とする。
本発明は、リン酸水素カルシウム二水和物(A)と粒子(B)とを含み、リン酸水素カルシウム二水和物(A)が粒子(B)に担持されていることを特徴とする処理剤である。
本発明はまた、上記処理剤を製造する方法であって、リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を、傾胴型重力式ミキサーを用いて混合する工程を含む処理剤の製造方法でもある。
本発明は更に、上記処理剤とフッ素を含有する処理対象水とを接触させて、該処理対象水中のフッ素を除去する工程を含む処理方法でもある。
本発明はそして、上記処理剤とフッ素を含有する土壌とを混合し、該土壌中のフッ素を不溶化する工程を含む処理方法でもある。
以下に本発明を詳述する。
本発明は、リン酸水素カルシウム二水和物(A)と粒子(B)(但し、リン酸水素カルシウム二水和物(A)の粒子を除く)とを含む処理剤である。リン酸水素カルシウム二水和物(A)が粒子(B)に担持されていることによって、本発明の処理剤にフッ素を含む処理対象水を透水することで、長期にわたって粉末状のリン酸水素カルシウム二水和物(A)が実質的に流出せず、更に、長期にわたって透水性に優れ、かつ、長期にわたって処理水中のフッ素濃度を0.8mg/L以下にすることができる。ここで、担持とは、担体である粒子(B)がリン酸水素カルシウム二水和物(A)を担ぐように支持することをいう。
本発明の処理剤は、粉末状のリン酸水素カルシウム二水和物(A)と粒子(B)とを混合することにより得られ、リン酸水素カルシウム二水和物(A)が粒子(B)に担持されており、従って粒径が大きいのでダマ(凝集物)になりにくく、透水性に優れるものとなる。また、リン酸水素カルシウム二水和物(A)を粒子(B)に担持させることによって、飛散しにくい処理剤となり、取り扱い性に優れるものとなる。更に、リン酸水素カルシウム二水和物(A)自体の粒径は小さい状態(微粉状態)で保持されるため、フッ素除去量も充分なものとなる。
本発明の処理剤は、リン酸水素カルシウム二水和物(A)を含むため、該処理剤に水等を接触させることで、水等の中のフッ素を除去することができる。また、フッ素汚染土壌と混合すると、該フッ素汚染土壌中のフッ素をフッ素アパタイトとして不溶化することができ、土壌からのフッ素の溶出を抑制することができる。リン酸水素カルシウム二水和物(A)は、フッ素汚染土壌中のフッ素をフッ素アパタイトとして不溶化することに対して、特に優れた効果を発揮する。例えば、リン酸カルシウム(Ca(PO)にもフッ素汚染土壌中のフッ素を不溶化する作用効果は認められるが、リン酸水素カルシウム二水和物(A)と比較すると劣るものである。
フッ素アパタイト自体は天然のリン鉱石の主成分であり、他に有機物質や重金属類等を使用しないこともあって、かかる本発明の処理剤によると、二次的な環境汚染を引き起こすことなく、簡単な作業で、経済的に、且つ確実にフッ素汚染土壌からのフッ素の溶出量を土壌環境基準の0.8mg/L以下に低減することができる。
上記処理剤は、粒子(B)100質量部に対して、リン酸水素カルシウム二水和物(A)が1~100質量部であることが好ましい。上記範囲に設定することによって、リン酸水素カルシウム二水和物(A)が粒子(B)に効率よく担持され、より透水性、フッ素除去性に優れる処理剤となる。より好ましくは、粒子(B)100質量部に対して、リン酸水素カルシウム二水和物(A)5~50質量部であり、更に好ましくは、7~15質量部である。
上記リン酸水素カルシウム二水和物(A)は、粉末であることが好ましく、その平均粒子径が30~70μmであることがより好ましい。上記範囲の平均粒子径であることによって、効率的にリン酸水素カルシウムが粒子(B)に担持されるとともに、フッ素除去性に優れる処理剤とすることができる。
上記リン酸水素カルシウム二水和物(A)の平均粒子径は、日機装株式会社製のマイクロトラック9320HRAを用いて、レーザー回折錯乱法により測定したものである。
上記リン酸水素カルシウム二水和物(A)は、粒子表面を活性化したものであることも好ましい形態の一つである。上記フッ素を不溶化する作用は、リン酸水素カルシウム二水和物(A)の粉状粒子を水に懸濁処理してその粒子表面を活性化するとより増大する。
リン酸水素カルシウム二水和物(A)の粉状粒子を水に懸濁して撹拌又は振とうすることにより懸濁液から回収した粒子は、その表面に大きさが数十nm程度の多数の微細結晶を均一に析出した構造のものとなる。このような粒子はその表面が活性化されており、例えば、フッ素汚染土壌中のフッ素をより効率的に不溶化することができる。したがって、本発明の処理剤に用いるリン酸水素カルシウム二水和物(A)としては、リン酸水素カルシウム二水和物(A)の粉状粒子を水に懸濁処理してその粒子表面を活性化したものが好ましい。
上記粒子(B)は、リン酸水素カルシウム二水和物(A)を担持可能な粒子である。リン酸水素カルシウム二水和物(A)が粒子(B)に担持されることによって、透水性、フッ素除去性に優れる処理剤とすることができる。
上記粒子(B)としては、例えば、一般的に水の浄化に用いられる濾過砂、濾過砂利等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。粒子(B)として、砂を用いることも好ましい。
上記粒子(B)は、実質的に、粒子径が0.3~3.0mmの粒子であることが好ましく、実質的に粒子径が0.3~3.0mmの粒子のみからなることがより好ましい。粒子(B)としては、粒子(B)全体の90質量%以上の粒子が0.3~3.0mmの粒子径を有するものであることが好ましく、より好ましい比率は99質量%以上であり、更に好ましい比率は99.9質量%以上である。粒子(B)は、粒子径が0.3mm未満である粒子を含まず、粒子径が3.0mmを超える粒子を含まないことが特に好ましい。粒子径が上記範囲であることによって、リン酸水素カルシウム二水和物(A)が効率的に担持されるため、より透水性、含フッ素化合物の除去性に優れる処理剤とすることができる。粒子(B)は、実質的に、粒子径が2.8mmを超える粒子を含まないことが最も好ましい。
上記粒子(B)の粒子径は、標準網ふるい器(JIS Z8801、呼び寸法:0.3~3.0mm、ふるい器の大きさ:φ200、深さ45mm)を用いて手動でふるい分け試験を行い求める。粒子径が2.8mmを超える粒子を含まないようにする場合には、呼び寸法2.8mmのふるい器を用いる。
上記粒子(B)は、均等係数が1.5以下であることが好ましい。均等係数が上記範囲であることによって、効率的にリン酸水素カルシウム二水和物(A)が担持され、より透水性に優れ、かつ上記含フッ素化合物の除去性に優れる処理剤とすることができる。
上記粒子(B)の均等係数は、JWWA A103-1:2004に沿って測定する。
本発明の処理剤は、本発明の目的を損なわない範囲で、所望によりリン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)以外の成分を含むものであってもよいが、リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)が合計で99質量%以上を占めるものが好ましい。
本発明の処理剤は、フッ素含有水用の処理剤であることが好ましく、フッ素含有土壌用の処理剤であることも好ましい。
本発明は、上記処理剤を製造する方法であって、該製造方法は、リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を傾胴型重力式ミキサーを用いて混合する工程を含む処理剤の製造方法でもある。
傾胴型重力式ミキサーは、リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を混合するための混合容器が傾胴機構に取り付けられたものであり、一般的に傾胴型重力式ミキサーと称されるものであればよい。傾胴機構とは、上記混合容器を傾斜させるための機構である。
傾胴型重力式ミキサーの形態としては、例えば、截頭円錐形状の容器を合体させ、一端部を開口させると共に、他端部を閉塞させた混合容器を傾胴機構に取り付け、該混合容器の内周壁に混合するための羽根を取り付けたもの等が挙げられる。上記混合容器は、回転可能であることが好ましい。
上記リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を混合する場合、通常、傾胴機構を作動させてドラムの開口部を上方に向け、混合容器を一定方向に回転させながらリン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を投入する。投入された各材料は羽根により持ち上げられては下方に落とされるという動作が繰り返されて混合される。
傾胴型重力式ミキサーは、投入された材料の挙動によって混合が促進されるため、リン酸水素カルシウム二水和物(A)が粒子(B)に担持された状態を良好に保持しながら混合することができる。そのため、上記処理剤の製造に特に優れた効果を発揮する。
上記処理剤の製造方法としては、リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を傾胴型重力式ミキサーの混合容器中に入れ、必要に応じて水を添加し、混合することが好ましい。
本発明は、上記処理剤とフッ素を含有する処理対象水とを接触させて、該処理対象水中のフッ素を除去する工程を含む処理方法(以下、「フッ素除去処理方法」ともいう。)でもある。
上記処理対象水と処理剤との接触は、処理対象水に処理剤を添加する回分式の接触であってもよいし、処理剤を充填したカラムに処理対象水を流通させる連続式の接触であってもよい。また、回分式の接触で複数回処理してもよいし、連続式の接触で複数回処理してもよいし、回分式の接触と連続式の接触を組み合わせた処理をしてもよい。なお、連続式の接触における充填カラムは、移動層式、固定層式、又は、流動層式のいずれであってもよい。
本発明のフッ素除去処理方法は、フッ素濃度が0.8mg/L以下の処理水を回収する工程を含むものであってもよい。上記処理剤は透水性及び反応効率に優れるため、処理対象水に含有されているフッ素を効率よく除去し、水中のフッ素濃度を0.8mg/L以下にできる。また、上記処理剤は、リン酸水素カルシウム二水和物(A)が比較的粒径の大きい粒子(B)に担持されているため、処理対象水が懸濁することを抑制することができ、処理剤と処理水とを容易に分離することができる。
処理対象水のフッ素含有量は特に限定されず、含有量が少なくても、また、多くても優れたフッ素除去能を発揮することができるが、例えば、0.1mg/L以上であることが好ましい。本発明の効果をより発揮する観点からは、0.8mg/Lを超えるものであることがより好ましい。
本発明において、フッ素含有水中のフッ素イオン濃度は、JIS K0102に準拠した方法により測定することができる。
上記処理剤と接触させる処理対象水としては、フッ素を含有する水(フッ素含有水)であれば特に限定されないが、工場排水、温泉水、河川の水等が挙げられる。工場排水としては、シリコンウェハ製造工場、半導体製造工場等から排出されるフッ素含有排水、金属工場から排出される酸洗排水、アルミニウム表面処理排水、フッ酸製造排水、肥料製造排水、ごみ焼却排水等が挙げられる。
上記処理対象水は、フッ素イオンの高い除去効率が得られる点で、pHが3以上であることが好ましい。従って、本発明のフッ素除去処理方法によって得られる処理水(以下、単に「処理水」ともいう。)もpHが3以上であることが好ましい。上記pHはいずれも4以上であることがより好ましい。上記処理対象水又は処理水のpHが3未満である場合、若しくは、各工程中にpHが3未満となる場合、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等でpHを3以上に調整してもよい。
また、上記処理対象水及び処理水は、pHが11以下であることが好ましい。pHが11を超えると、リン酸水素カルシウム二水和物(A)とフッ素イオンとの反応が進行しにくくなるおそれがある。上記フッ素含有水又は処理水のpHが11を超える場合、若しくは、各工程中にpHが11を超える場合、塩酸等でpHを11以下に調整してもよい。
上記フッ素除去処理方法によれば、リン酸水素カルシウム二水和物(A)1gあたりのフッ素除去量を1mg-F/g以上、好ましくは10mg-F/g以上とすることができる。
本発明のフッ素除去処理方法は、処理対象水にカルシウムイオンを添加してフッ化カルシウム(CaF)を生成させる工程、及び、生成したフッ化カルシウムを除去してフッ素イオン濃度が低減された処理対象水を回収する工程を含むものであってもよい。これらの工程は、処理剤とフッ素を含有する処理対象水とを接触させて、該処理対象水中のフッ素を除去する工程の前に行うことが好ましい。これらの工程は、比較的低コストであるカルシウム化合物を使用するため、特に処理対象水のフッ素イオン濃度が高い場合にコストを削減できる。上記カルシウムイオンは、消石灰(Ca(OH))、炭酸カルシウム(CaCO)、塩化カルシウム(CaCl)等のカルシウム化合物として添加されることが好ましい。
上記処理水は、フッ素が充分に除去されたものとなり、フッ素濃度が低く(例えば、0.8mg/L以下)、環境基準を満たすものとなる。
本発明は更に、上記処理剤とフッ素を含有する土壌とを混合し、該土壌中のフッ素を不溶化する処理方法(以下、「フッ素不溶化処理方法」ともいう。)でもある。上記処理剤とフッ素を含有する土壌とを混合する場合、リン酸水素カルシウム二水和物(A)は土壌中に存在する可溶性のフッ素イオンと反応して、Ca10(POで表されるフルオロアパタイトを形成して不溶化する。
リン酸水素カルシウム二水和物(A)単独でフッ素を含有する土壌と混合する場合、リン酸水素カルシウムがダマ(凝集物)になり、充分に分散させることができない。しかしながら、本発明の処理剤は、リン酸水素カルシウムが粒子(B)に担持されているため、分散性に優れ、効率よくフッ素含有土壌と混合することができる。
上記フッ素不溶化処理方法は、例えば、リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を混合して上記処理剤を製造する工程と、上記処理剤をフッ素を含有する土壌に添加する工程と、添加された処理剤とフッ素を含有する土壌を混合する工程とを含むものであることが好ましい。
リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を混合して上記処理剤を製造する方法は特に限定されず、例えば、上述の傾胴型重力式ミキサーを用いる方法等が挙げられる。
上記フッ素を含有する土壌のフッ素溶出量は、特に限定されないが、例えば、0.1mg/L以上、さらには0.8mg/L以上であってもよい。
上記土壌としては、例えば、土又は汚泥であることが好ましい。
上記土としては、一般的に土と称されるものであれば、特に限定されず用いることができ、例えば、砂土、砂壌土、壌土、埴壌土、埴土等のいずれも使用することができる。さらに、水成岩粉砕物、軽石粉砕物及び火山灰土等を適宜混合して調整した土等も挙げられる。また、家庭園芸で用土として用いられる土等でもよい。
上記汚泥としては、例えば、下水処理場の処理過程や工場の廃液処理過程などで生じる、有機質の最終生成物が凝集して出来た固体を挙げることができ、これをスラッジともいう。また、好気性菌などの微生物群によって水処理を行ったときに生じる微生物の集塊である活性汚泥等も挙げられる。
本発明の処理剤は、上記構成よりなるものであるため、簡便に且つ経済的に、フッ素が充分に除去された処理水を得ることができるし、また、処理された土壌からのフッ素の溶出量を土壌環境基準の0.8mg/L以下にすることができる。
図1は、実施例1における濾過装置を示す模式図である。 図2は、比較例1における濾過装置を示す模式図である。
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
傾胴型重力式ミキサー(容量110L)に、急速濾過用砂(トーケミ製、「日本水道協会規格 JWWA A103-1:2004規格品、有効径:0.6mm、均等係数:1.5以下、最大径2.8mm以下、最小径0.3mm以上」)及びリン酸水素カルシウム二水和物の粉末(太平化学産業製、「平均粒径:54μm」(以下、DCPDという。))の合計100質量部当たり、急速濾過用砂を90質量部、DCPDを10質量部の割合で投入し、3分間混合を行った。
図1は、実施例1に係る濾過装置を示す模式図である。図1に示す通り、ガラス製カラム筐体1(φ10cm)に、上記混合により得られた急速濾過用砂とDCPDとの混合物2及びガラスウール3を充填して濾過装置5とした。
次に、フッ素を含む処理対象水を流速50ml/minにて、濾過装置5の上部に接続した管6から注入し、装置下部に接続した管7より処理水を得た。フッ素を含む処理対象水4は、図1中に示すように、カラム筐体1中で混合物2に透水させることで処理が行われる。本実施例において、混合物2の透水性は、水面8の水位の変化で評価した。表1に処理対象水の流量、フッ素濃度及び水位、ならびに、処理水の流量とフッ素濃度を示す。なお、フッ素を含む処理対象水及び処理水中のフッ素濃度は、JIS K0102に準拠した方法により測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
透水開始から120日経っても、処理水のフッ素濃度は環境基準値以下に維持された。また、120日後でも水位は変化しなかった。すなわち、透水性は変化しなかった。
(実施例2)
傾胴型重力式ミキサー(容量110L)に、土木・建築用途として使用されているモルタル・コンクリート等用の一般的な砂(有効径:0.1~5mm、最大径3.0mm超、5.0mm以下)及びDCPDの合計100質量部当たり、砂を90質量部、DCPDを10質量部の割合で投入し、3分間混合を行った。
実施例1と同様にして、得られた混合物をガラス製カラム筐体に充填し、濾過装置を作成し、フッ素を含む処理対象水を濾過装置の上部から注入して、透水性を評価し、フッ素濃度を測定した。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
実施例1及び実施例2の結果を対比すると、急速濾過用砂にDCPDを担持させたほうが一般的な砂にDCPDを担持させるよりも、透水性が優れる。これらの結果は、担体となる粒子(B)の粒子径が透水性の向上に重要であることを示す。また、急速濾過用砂が一般的な砂よりも多くの水分を含有することも注目される。しかし、本発明者らが行った実験では一般的な砂を純水に浸してからDCPDと混合すると一部のDCPDの凝集が観察された。
(比較例1)
急速濾過用砂とDCPDとの混合物の代わりに、DCPDを単独で用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で実験を行った。図2に示すように、ガラス製カラム筐体1(φ10cm)に、DCPD9及びガラスウール3を充填して濾過装置5aとした。DCPDは、実施例1と同一である。
次に、フッ素を含む対象水を、流速50ml/minにて装置上部に接続した管6から注入したところ、注入後まもなくフッ素を含む処理対象水の水面8が上昇して装置上面まで達したため、処理水は得られなかった。表3に処理対象水の流量、フッ素濃度及び水位、ならびに、処理水の流量とフッ素濃度を示す。なお、処理水は得られなかったため、処理水のフッ素濃度は測定不可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
(比較例2)
傾胴型重力式ミキサー(容量110L)に、手芸・装飾用途として一般的に使用されている材質がガラスおよび樹脂であるビーズ(有効径:2~4mm)及びDCPDの合計100質量部当たり、ビーズを90質量部、DCPDを10質量部の割合で投入し、3分間混合を行った。
実施例1と同様にして、得られた混合物をガラス製カラム筐体に充填し、濾過装置を作成し、フッ素を含む処理対象水を濾過装置の上部から注入したところ、ビーズが浮遊し始め、濾過装置上部の処理水が白濁した。実施例1と同様にして、透水性を評価し、フッ素濃度を測定した。結果を表4に示す。これらの結果は、DCPDがビーズに充分に担持されないことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
本発明の処理剤は、上記構成よりなるものであるため、電気めっき業、半導体製造業、電子管製造業、ガラス工業等のフッ素を含有する水や、フッ素を含有する土壌が生成される分野において好適に利用可能である。
1:ガラス製カラム筐体
2:急速濾過用砂とDCPDとの混合物
3:ガラスウール
4:フッ素を含む処理対象水
5、5a:濾過装置
6、7:管
8:水面
9:DCPD

Claims (8)

  1. リン酸水素カルシウム二水和物(A)と粒子(B)とを含み、リン酸水素カルシウム二水和物(A)が粒子(B)に担持されていることを特徴とする処理剤。
  2. 粒子(B)は、実質的に、粒子径が0.3~3.0mmの粒子である請求項1記載の処理剤。
  3. 粒子(B)は、均等係数が1.5以下である請求項1又は2記載の処理剤。
  4. リン酸水素カルシウム二水和物(A)は、平均粒子径が30~70μmである請求項1、2又は3記載の処理剤。
  5. 請求項1、2、3又は4記載の処理剤を製造する方法であって、
    リン酸水素カルシウム二水和物(A)及び粒子(B)を、傾胴型重力式ミキサーを用いて混合する工程を含む
    ことを特徴とする処理剤の製造方法。
  6. 請求項1、2、3又は4記載の処理剤とフッ素を含有する処理対象水とを接触させて、該処理対象水中のフッ素を除去する工程を含む
    ことを特徴とする処理方法。
  7. 請求項1、2、3又は4記載の処理剤とフッ素を含有する土壌とを混合し、該土壌中のフッ素を不溶化する工程を含む
    ことを特徴とする処理方法。
  8. 前記土壌は、土又は汚泥である請求項7記載の処理方法。
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