図面 (/)

技術 重金属等汚染対策材及び前記汚染対策材を用いた重金属等汚染対策工法

出願人 住友大阪セメント株式会社
発明者 林慎太郎國西健史板谷裕輝下川吉信
出願日 2017年1月13日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2017-004589
公開日 2017年10月5日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-179341
状態 特許登録済
技術分野 他類に属さない組成物 固体廃棄物の処理
主要キーワード 水中浸漬試験 区分基準 アルミ成分 利用基準 対策材 ドロマイト鉱石 pH測定 不溶化能
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年10月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (0)

図面はありません

課題

本発明は、土壌中の重金属等を不溶化することができ、土壌を固化して強度を向上させ、再泥化を抑制するととともに、改良土のpHを中性領域に保持することができる、重金属等汚染対策材及び当該対策材を用いた重金属等汚染対策工法を提供する。

解決手段

本発明の重金属等汚染対策材は、半焼成ドロマイト硫酸第一鉄非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料を必須含有成分とし、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムを50質量%以上、半焼成ドロマイトを5〜30質量%、硫酸第一鉄を5〜45質量%の割合で含有するとともに、高分子材料を、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムと、半焼成ドロマイトと、硫酸第一鉄との合計質量に対して外割で0.1〜10質量%の割合で含有する、重金属等汚染対策材である。

概要

背景

従来より、土壌中における重金属不溶化材としては、塩化第二鉄硫酸第一鉄等の鉄粉系不溶化材、セメント系不溶化材、酸化マグネシウム(MgO)系不溶化材、生石灰石膏系、高炉スラグ系材料などによる土壌固化材が知られている。
塩化第二鉄や硫酸第一鉄等鉄粉系不溶化材は、不溶化できる重金属類砒素などに限られており、複合的な汚染について対応することが困難であるという問題がある。

セメント系固化材MgO系固化材または生石灰や高炉スラグ系材料による土壌固化材が提案されている。
しかし、これらのセメントや生石灰等の影響で、改質後の土壌のpHが10以上とアルカリ性が強くなってしまい、不溶化土壌のpHが長期的に高い状態が続くため、降雨等により強アルカリ性地下水周辺環境流れ出ること、植生への影響が考えられる。また重金属不溶化能力が低いため、中性領域では溶出していなかった重金属類が溶出する問題がある。

酸化マグネシウム(MgO)系の固化材としては、特開2003−225640号公報(特許文献1)に、土壌強度上用有機高分子凝集剤や複数の不溶化助剤を添加した固化不溶化材が提案されている。
このような材料は固化・不溶化特性には優れるものの、pHが未処理土壌と比べてアルカリ性になりやすく、セメント系固化材等と同様に周辺環境へ影響を及ぼす可能性があることから改良土適用範囲制約を受けるという問題がある。

土壌pHがアルカリ性になるのを防ぐため、特開2014−185300号公報(特許文献2)には、石膏や高炉スラグをベースとし、酸化マグネシウムや硫酸アルミニウムを添加してpHが中性になるよう調整した土壌固化材が提案されている。
しかし、pHは中性に保持されるが、改良土のコーン指数は200〜400程度と低いため、改良土の使用用途が制限されている。また、コーン指数を200〜400kN/m2まで向上させるには土壌1m3あたり100kg以上の固化材の添加が必要になり、改良土壌量の増加及びコストの面で適切ではなく、更に、重金属の不溶化性能については記載がされていない。
また、石膏系固化材水和生成物である二水石膏水溶性であるため、雨水等の水分に長期的に暴露する環境では再泥化するという問題がある。

従来は重金属汚染土壌に対して土壌の強度向上等の改質を行う場合、不溶化材と固化材とを個別に添加していたが、固化性能と不溶化性能を一つの材料で発現させる材料が期待されている現状があり、更に、周辺環境への影響を抑制するため改良土のpHが中性領域になる材料のニーズが高まっている。

pH中性型固化不溶化材としては、特許第5748015号公報(特許文献3)に、軽焼MgOと硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄を組み合わせたpH中性型固化不溶化材が提案されており、特許第5315096号公報(特許文献4)には、焼石膏半水石膏)とアルミニウム化合物カルシウム成分及び/またはマグネシウム成分を含むpH中性型固化不溶化材が提案されている。
しかし、これらの従来の固化不溶化材は、pH中性維持能力と不溶化性能に優れるものの、pH中性型固化材と同様に石膏がベースのため、添加量を増やしても改良土のコーン指数が約200kN/m2と低くなってしまうことや、処理土壌を固化して強度を向上させた土壌が外的な水分により長期的には再泥化するリスクがあるため改良土の適用範囲に制約を受けるという問題がある。

概要

本発明は、土壌中の重金属等を不溶化することができ、土壌を固化して強度を向上させ、再泥化を抑制するととともに、改良土のpHを中性領域に保持することができる、重金属等汚染対策材及び当該対策材を用いた重金属等汚染対策工法を提供する。 本発明の重金属等汚染対策材は、半焼成ドロマイト、硫酸第一鉄、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料を必須含有成分とし、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムを50質量%以上、半焼成ドロマイトを5〜30質量%、硫酸第一鉄を5〜45質量%の割合で含有するとともに、高分子材料を、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムと、半焼成ドロマイトと、硫酸第一鉄との合計質量に対して外割で0.1〜10質量%の割合で含有する、重金属等汚染対策材である。なし

目的

本発明の目的は、上記課題を解決し、土壌中の重金属等を不溶化することができ、処理土壌の強度を向上させて改質する固化性能と再泥化抑制機能を併せ持つとともに、改良土のpHを中性に保つ性能を保持することができる、重金属等汚染対策材を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

半焼成ドロマイト硫酸第一鉄非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料を必須含有成分とし、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムを50質量%以上、半焼成ドロマイトを5〜30質量%、硫酸第一鉄を5〜45質量%の割合で含有するとともに、高分子材料を、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムと、半焼成ドロマイトと、硫酸第一鉄との合計質量に対して外割で0.1〜10質量%の割合で含有することを特徴とする、重金属汚染対策材。

請求項2

請求項1記載の重金属等汚染対策材において、重金属等汚染対策材は、粉末形態であることを特徴とする、重金属等汚染対策材。

請求項3

請求項1又は2記載の重金属等汚染対策材において、半焼成ドロマイトは、粉末X線回折によるリートベルト法を用いて解析したドロマイト焼成物中の残留CaMg(CO3)2相の含量が、0.4≦x≦35.4(質量%)であることを特徴とする、重金属等汚染対策材。

請求項4

請求項1乃至3いずれかの項記載の重金属等汚染対策材において、非晶質ケイ酸カルシウムは高炉スラグ製鋼スラグからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、高分子材料は有機高分子凝集剤及び/又は増粘剤であり、前記有機高分子凝集剤はポリアクリルアミドポリアクリル酸エステルポリアミジンポリアクリル酸ソーダポリエチレンオキサイドアクリル酸ソーダアクリルアミド共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種で、前記増粘剤はセルロース系増粘剤、ポリアミド系増粘剤、ポリビニルアルコール系増粘剤からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、重金属等汚染対策材。

請求項5

請求項1乃至4いずれかの項記載の重金属等汚染対策材を土壌と混合して用いることを特徴とする、重金属等汚染対策工法

技術分野

0001

本発明は、重金属汚染対策材及び前記汚染対策材を用いた重金属等汚染対策工法に関し、特に、重金属等を不溶化するとともに、固化性能により処理土壌の強度を向上かつ処理土壌の再泥化を抑制し、土壌pHを中性に保持することができる土壌改質性能を有する重金属等汚染対策材及び前記汚染対策材を用いた重金属等汚染対策工法に関する。

背景技術

0002

従来より、土壌中における重金属等不溶化材としては、塩化第二鉄硫酸第一鉄等の鉄粉系不溶化材、セメント系不溶化材、酸化マグネシウム(MgO)系不溶化材、生石灰石膏系、高炉スラグ系材料などによる土壌固化材が知られている。
塩化第二鉄や硫酸第一鉄等鉄粉系不溶化材は、不溶化できる重金属類砒素などに限られており、複合的な汚染について対応することが困難であるという問題がある。

0003

セメント系固化材MgO系固化材または生石灰や高炉スラグ系材料による土壌固化材が提案されている。
しかし、これらのセメントや生石灰等の影響で、改質後の土壌のpHが10以上とアルカリ性が強くなってしまい、不溶化土壌のpHが長期的に高い状態が続くため、降雨等により強アルカリ性地下水周辺環境流れ出ること、植生への影響が考えられる。また重金属不溶化能力が低いため、中性領域では溶出していなかった重金属類が溶出する問題がある。

0004

酸化マグネシウム(MgO)系の固化材としては、特開2003−225640号公報(特許文献1)に、土壌強度上用有機高分子凝集剤や複数の不溶化助剤を添加した固化不溶化材が提案されている。
このような材料は固化・不溶化特性には優れるものの、pHが未処理土壌と比べてアルカリ性になりやすく、セメント系固化材等と同様に周辺環境へ影響を及ぼす可能性があることから改良土適用範囲制約を受けるという問題がある。

0005

土壌pHがアルカリ性になるのを防ぐため、特開2014−185300号公報(特許文献2)には、石膏や高炉スラグをベースとし、酸化マグネシウムや硫酸アルミニウムを添加してpHが中性になるよう調整した土壌固化材が提案されている。
しかし、pHは中性に保持されるが、改良土のコーン指数は200〜400程度と低いため、改良土の使用用途が制限されている。また、コーン指数を200〜400kN/m2まで向上させるには土壌1m3あたり100kg以上の固化材の添加が必要になり、改良土壌量の増加及びコストの面で適切ではなく、更に、重金属の不溶化性能については記載がされていない。
また、石膏系固化材水和生成物である二水石膏水溶性であるため、雨水等の水分に長期的に暴露する環境では再泥化するという問題がある。

0006

従来は重金属汚染土壌に対して土壌の強度向上等の改質を行う場合、不溶化材と固化材とを個別に添加していたが、固化性能と不溶化性能を一つの材料で発現させる材料が期待されている現状があり、更に、周辺環境への影響を抑制するため改良土のpHが中性領域になる材料のニーズが高まっている。

0007

pH中性型固化不溶化材としては、特許第5748015号公報(特許文献3)に、軽焼MgOと硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄を組み合わせたpH中性型固化不溶化材が提案されており、特許第5315096号公報(特許文献4)には、焼石膏半水石膏)とアルミニウム化合物カルシウム成分及び/またはマグネシウム成分を含むpH中性型固化不溶化材が提案されている。
しかし、これらの従来の固化不溶化材は、pH中性維持能力と不溶化性能に優れるものの、pH中性型固化材と同様に石膏がベースのため、添加量を増やしても改良土のコーン指数が約200kN/m2と低くなってしまうことや、処理土壌を固化して強度を向上させた土壌が外的な水分により長期的には再泥化するリスクがあるため改良土の適用範囲に制約を受けるという問題がある。

先行技術

0008

特開2003−225640号公報
特開2014−185300号公報
特許第5748015号公報
特許第5315096号公報

発明が解決しようとする課題

0009

本発明の目的は、上記課題を解決し、土壌中の重金属等を不溶化することができ、処理土壌の強度を向上させて改質する固化性能と再泥化抑制機能を併せ持つとともに、改良土のpHを中性に保つ性能を保持することができる、重金属等汚染対策材を提供することである。

0010

また、本発明の他の目的は、上記本発明の重金属等汚染対策材を重金属等に汚染された土壌に適用して重金属等を不溶化するとともに、処理土壌の固化による強度向上と再泥化抑制という土壌改質性能を発揮する、重金属等汚染対策材を用いた重金属等汚染対策工法を提供することである。

課題を解決するための手段

0011

本発明は、必須含有材料としての特定の材料を特定の配合割合で含むこと等により、上記課題が解決できることを見出し、本発明に到ったものである。

0012

(1)重金属等汚染対策材は、半焼成ドロマイト、硫酸第一鉄、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料を必須含有成分とし、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムを50質量%以上、半焼成ドロマイトを5〜30質量%、硫酸第一鉄を5〜45質量%の割合で含有するとともに、高分子材料を、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムと、半焼成ドロマイトと硫酸第一鉄との合計質量に対して外割で0.1〜10質量%の割合で含有することを特徴とする、重金属等汚染対策材である。

0013

(2)上記(1)の重金属等汚染対策材において、重金属等汚染対策材は粉末形態であることを特徴とする。

0014

(3) 上記(1)又は(2)の重金属等汚染対策材において、半焼成ドロマイトは、粉末X線回折によるリートベルト法を用いて解析したドロマイト焼成物中の残留CaMg(CO3)2相の含量が、0.4≦x≦35.4(質量%)であることを特徴とする。

0015

(4) 上記(1)乃至(3)いずれかの重金属等汚染対策材において、非晶質ケイ酸カルシウムは高炉スラグ、製鋼スラグからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、高分子材料は有機高分子凝集剤及び/又は増粘剤であり、前記有機高分子凝集剤はポリアクリルアミドポリアクリル酸エステルポリアミジンポリアクリル酸ソーダポリエチレンオキサイドアクリル酸ソーダアクリルアミド共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種で、前記増粘剤はセルロース系増粘剤、ポリアミド系増粘剤、ポリビニルアルコール系増粘剤からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする。

0016

(5)重金属等汚染対策工法は、上記(1)乃至(4)いずれかの重金属等汚染対策材を土壌と混合して用いることを特徴とする、重金属等汚染対策工法である。

発明の効果

0017

本発明の重金属等汚染対策材及び当該対策材を用いた重金属等汚染対策工法は、土壌中の重金属等を効果的に不溶化することができ、処理土壌の固化による強度向上と再泥化抑制という土壌の改質性能を有するとともに、本発明による重金属等汚染対策材を用いて処理した土壌のpHを中性に保持することができる。
従って、従来においては、不溶化処理した土壌がアルカリ性となってしまい、降雨等により強アルカリ性の地下水が周辺環境へ流れ出て植生への影響が懸念されていたが、本発明の重金属等汚染対策材によれば、改良土のpHが中性であるため、従来の不溶化材を適用できなかった現場においても対応が可能となり、重金属等に汚染された土壌処理の適用範囲を拡大することができる。
また、外部からの水分による再泥化を抑制することができるため、海岸での埋め立て処理も可能とすることができる。
特に自然由来汚染土壌に多く含まれる鉛、砒素、フッ素の溶出量が土壌溶出量基準をわずかに超過したレベルであれば、少ない添加量で不溶化と土壌改質性能を発現するという効果を発揮する。

0018

本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の重金属等汚染対策材は、半焼成ドロマイト、硫酸第一鉄、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料を必須含有成分とし、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムを50質量%以上、半焼成ドロマイトを5〜30質量%、硫酸第一鉄を5〜45質量%の割合で含有するとともに、高分子材料を、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムと、半焼成ドロマイトと硫酸第一鉄との合計質量に対して外割で0.1〜10質量%の割合で含有する、重金属等汚染対策材である。

0019

好ましくは、本発明の重金属等汚染対策材は、粉末形態である。粉末形態であることで、施工現場での取扱や施工性が容易となる。また、土壌と混合した際に土壌中の水分と速やかに反応することにより重金属等を吸着して不溶化等することができる。さらに、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムや高分子材料が吸水して反応することにより土壌を固化することができ、効率的に土壌を改質することが可能となる。

0020

ここで、重金属等としては、重金属やハロゲンを意味し、重金属としては、例えば、マンガンクロム、銅、カドミウム、水銀、セレン、鉛、砒素、カドミウム等の1種若しくは2種以上のものが例示でき、またハロゲンとしては塩素、フッ素等のダイオキシントリクロロエチレンテトラクロロメタン塩素化ジフェニル塩素化パラフィン等、さらに土壌汚染対策法に規定される第2種特定有害物質に含まれるホウ素を例示することができるが、これらの重金属やハロゲンに限定されるものではない。

0021

本発明は、重金属等汚染対策材中の必須含有材料として、半焼成ドロマイト、硫酸第一鉄、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料を含有し、各含有量を上記範囲内の量とすることで、重金属等を有効に不溶化することができるとともに、改良土の強度を向上させて(固化性能の向上)かつ再泥化を抑制することにより土壌を改質でき、改良土のpHを中性に保持する上記効果も同時に奏することが可能となる。

0022

本発明の重金属等汚染対策材に用いられる必須含有材料である半焼成ドロマイトとしては、市場入手し得る任意の半焼成ドロマイトを用いることができ、産地原料ドロマイト組成は問わない。
ドロマイトは、石灰石CaCO3とマグネサイトMgCO3のモル比が1:1となる複塩構造をとっており、CO32−基を挟んでCa2+イオンとMg2+イオンが交互に層を成しており、一般に、炭酸マグネシウムの割合が10〜45質量%のものをいう。ドロマイトは、国内に多量に存在しており、ドロマイトを使用した重金属等吸着材は、コストや環境負荷の点からも有利である。

0023

半焼成ドロマイトは、重金属等不溶化性能を発現することに大きく貢献しており、MgO系や軽焼ドロマイトと比較してpHが9〜10と弱アルカリ性であることから、本発明に好適に用いることができるものである。

0024

特に、半焼成ドロマイトとしては、粉末X線回折によるリートベルト法を用いて解析したドロマイト焼成物中の残留CaMg(CO3)2相の含量が、0.4≦x≦35.4(質量%)となる半焼成ドロマイトを好適に用いることができる。
これは、半焼成ドロマイト中に含まれるCaMg(CO3)2相を定量して、上記範囲内の残留量とすることで、原料となるドロマイト鉱石の産地による組成の相違や、焼成温度等の焼成条件の設定などに関係なく、ドロマイトが最大に優れた重金属等吸着性能を有することが可能となるからである。

0025

ドロマイトは焼成することで、CaMg(CO3)2→MgO+CaCO3+CO2であらわされる分解反応を示す。ドロマイトの焼成による上記熱分解により、細孔が形成されて重金属等不溶化能を発揮しているものと考えられる。
本発明においては、ドロマイトを焼成した半焼成ドロマイト中のドロマイト相(CaMg(CO3)2相)の残留量を粉末X線回折によるリートベルト法により解析して、残留CaMg(CO3)2相の含量が、0.4≦x≦35.4(質量%)、好ましくは1.8≦x≦17.4(質量%)となる半焼成ドロマイトであれば、該ドロマイトが優れた重金属等不溶化性能を得ることができるものである。
残留CaMg(CO3)2相の含量が、上記範囲内とすることで、重金属等を、より良好に不溶化することを実現することが可能となるものである。

0026

かかる好適な半焼成ドロマイトは、粉末X線回折によるリートベルト法を用いて解析したドロマイト焼成物中の残留CaMg(CO3)2相の含量が、0.4≦x≦35.4(質量%)となるように焼成することで製造することができる。
ドロマイトを焼成する温度は、特に限定されず、通常ドロマイトを焼成して半焼成ドロマイトを製造する温度、例えば650〜1000℃で焼成することができる。残留CaMg(CO3)2相の含量が、0.4≦x≦35.4(質量%)となるように焼成すれば焼成時間も制限されるものではない。

0027

半焼成ドロマイトの配合量としては、重金属等不溶化対策材中5〜30質量%、好ましくは5〜15質量%である。
5質量%未満では、鉛やフッ素等に対する不溶化能力が低下し、30質量%を超えると、得られる重金属等汚染対策材のpHが9以上とアルカリ性を示し、したがってpH緩衝能力によりpHが下がりにくくなることから、硫酸第一鉄が大量に必要になり、土壌強度向上能力を担保する、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムや高分子材料の必須材料配合比率が低下してしまい、改良土の固化性能が向上しにくくなってしまう。

0028

更に、本発明の重金属等汚染対策材には、硫酸第一鉄を必須材料として含む。
硫酸第一鉄を含有することにより、その高い還元作用によって、砒素や六価クロム等の重金属等に対して、より有効に不溶化することができるとともに、酸性であるため、他の必須含有材料の配合比率を調整することで、本発明の重金属等汚染対策材を用いて処理した土壌を中性に保持することを可能とする。
また、硫酸第一鉄は無機凝集剤としての効果があると推測され、土中の細粒分電気的に凝集させて土壌硬度を向上させる機能を有することも考えられる。

0029

硫酸第一鉄の配合量としては、重金属等不溶化対策材中5〜45質量%、好ましくは10〜30質量%である。
5%未満では還元性が低下し、砒素や六価クロム等に対する不溶化効果が低下し、45質量%を超えるとpHが酸性になりやすくなり、また製造コストが高くなってしまい経済的ではない。

0030

本発明の重金属等汚染対策材には、更に、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムを必須材料として含む。
非晶質ケイ酸カルシウムとしては、市場で入手し得る任意の非晶質ケイ酸カルシウムを用いることができ、例えば、高炉スラグ、製鋼スラグからなる群より選ばれる少なくとも1種を好ましく使用できる。より好適なのは高炉スラグであり、特に好適なものは高炉水砕スラグである。
例えば、高炉スラグ等は、pHが9〜10程度と弱アルカリ性であり、また潜在水硬性を有して長期的に強度発現するため、土壌の固化性能を改質して向上させる作用を有し、特に好適に用いることが可能である。
炭酸カルシウムは、カルシウムが溶出して土壌中のアルミ成分と反応してエトリンガイト様の水和物が析出することにより、土壌の粒子を強固に結合して団粒化を促進し、土壌固化性能を得ることができる。
非晶質ケイ酸塩カルシウムと炭酸カルシウムは単独使用及び併用することも可能であり、併用する場合には、任意の比率で使用設計が可能である。

0031

その配合量は、重金属等不溶化対策材中50質量%以上、好ましくは60質量%以上である。
添加量が50質量%より少なくなると、改良土の固化性能が低下し望ましくない。
また、使用するスラグの組成については特に制限されないが、石膏配合スラグ配合のものが水硬性を促進するため好適に使用できる。
また、スラグについては粉末形態であることが好適であり、ブレーン比表面積は8,000cm2/g以下、より好ましくは3,000〜5,000cm2/gであることが、土壌を固化改良する点から望ましい。更に、スラグ自体からの重金属溶出を抑制するため、スラグ自体に含まれる特定有害物質すべてに対して溶出量及び含有量環境基準値を下回る必要がある。

0032

本発明の重金属等汚染対策材には、更に、高分子材料を必須材料として含み、高分子材料の形態としては、土壌から吸水して反応する必要があるため粉末形態であることが望ましい。
本発明に用いる高分子材料の性状としては、冷水溶けやすいこと、水溶液のpHが中性領域であること、種々の土壌に対応することから有効pH領域が弱酸〜弱アルカリ性の範囲をカバーすること、水に溶けると増粘性を示すものを用いることが望ましい。

0033

高分子材料としては、土中の水分と反応して細粒分を凝集させて土壌が締まりやすくする作用を有する高分子凝集剤や、土中の水分と反応し増粘することにより粒子を結合させる増粘剤を好適に用いることができる。前記有機高分子凝集剤の種類としてはアニオン系高分子凝集剤ノニオン系高分子凝集剤カチオン系高分子凝集剤からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができ、特により好適なのは溶液pHが中性であり粘度が高いアニオン系高分子凝集剤である。前記有機高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸エステル、ポリアミジン、ポリアクリル酸ソーダ、ポリエチレンオキサイド、アクリル酸ソーダ−アクリルアミド共重合体、からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができ、特により好適なのは、ポリアクリルアミド系で、同一水量に溶解させたときに水溶液粘度が高いものである。

0034

また、前記増粘剤としては、セルロース誘導体ポリアミド誘導体ポリビニルアルコール誘導体グアーガムデンプンキサンタンガムプロピレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができ、特に、好適なものはセルロース誘導体であるヒドロキシエチルメチルセルロースHEMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、メチルセルロース(MC)である。

0035

また、上記高分子材料は、pHが中性であり、更に土壌中の微粒子を結合させ凝集粒子になることで、土壌を固化させることによる強度向上や再泥化の抑制に寄与することができる。
その配合量は、前記半焼成ドロマイトと、硫酸第一鉄と、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムとの合計量に対して、外割で0.1〜10質量%、好ましくは1〜5質量%である。
10質量%を超えると、コストが高くなり経済的でない。また、土中への有機物の大量添加は環境的にも好ましくない。

0036

本発明の重金属等汚染対策材は、上記半焼成ドロマイト、硫酸第一鉄、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料の必須含有材料を上記配合割合で配合することで、土壌に混合した際pHが中性(一律排水基準である5.8〜8.6)となるようにすることができるものである。
また、本発明の重金属等汚染対策材の不溶化性能に影響を与えない範囲で、上記必須含有材料以外にも、硫酸アルミニウムや消石灰などのpH調整用の任意の材料を添加しても良い。

0037

本発明の重金属等汚染対策材は、上記半焼成ドロマイト、硫酸第一鉄、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料を均一に混合することができれば、任意の方法を用いて混合して調製することができる。

0038

また、本発明の重金属等汚染対策工法は、重金属等汚染対策材と汚染土壌とを混合する工法であるが、その混合方法については、特に限定されず、例えば、土壌表層に重金属等汚染対策材を散布し、表面改質性能を有する重機による改良や、土壌との混合設備など従来の粉末不溶化材と同様の土壌混合設備を適用することができる。

0039

また、重金属等汚染対策材は、粉末の形態が望ましく用いられ、また、汚染土壌との混合装置としては、バックホウ深層混合処理機定置式ミキサーパワーブレンダ等を用いて混合することが過剰であり、処理土壌に対する重金属等対策処理材の配合量は、土壌の含水率や、要求される処理土固化強度等により変動し、任意に設計することができる。

0040

このように、重金属等汚染対策材を、重金属やフッ素等が溶出する汚染土壌と接触させることにより、汚染土壌から溶出する重金属等を不溶化するとともに、土壌の固化性能及び再泥化抑制機能を向上させて、処理土壌のpHを中性に保持することが可能となる。
例えば、土壌中の重金属等の溶出量は土壌汚染対策法に基づき測定した溶出量がすべて土壌溶出量基準以内となるとともに、環境告示46号(平成3年8月23日公布)に準拠した方法で調製した検液のpHは、環境庁の一律排水基準に規定される5.8〜8.6の範囲となり、更に、コーン指数は国土交通省の「発生土利用基準について」の土質区分基準の第3種改良土に規定される400kN/m2以上とすることができ、確実に環境基準満足するように設計することが可能である。

0041

本発明を次の実施例及び比較例により説明する。
模擬汚染土壌の調製)
模擬汚染土壌を以下のようにして調製した。
模擬汚染土壌を調製するに際して使用する原土として、下記表1の特性を有する原土を準備した。

0042

0043

次いで、砒素、鉛、フッ化物試薬をそれぞれ溶解させた水溶液をそれぞれ調製した。
具体的には、砒素を含有する水溶液としては、亜ヒ酸ナトリウム[NaAsO2](関東化学社製)の所定量を水に添加して溶解させた水溶液を、鉛を含有する水溶液としては、硝酸鉛[Pb(NO3)2](関東化学社製)の所定量を水に添加して溶解させた水溶液を、フッ化物を含有する水溶液としては、フッ化ナトリウム[NaF](関東化学社製)の所定量を水に添加して溶解させた水溶液を準備した。

0044

得られた砒素含有水溶液、鉛含有水溶液、フッ化物含有水溶液を、上記原土に対してそれぞれ所定量添加して、ソイルミキサーにて低速で十分に混合されるように撹拌混合した。ソイルミキサーの容器及びパドルに付着した土壌を掻き落としたのち、再度低速で十分に混合した。
次いで、20℃の室内で各土壌をポリエチレン袋密封して7日間養生し、それぞれ砒素模擬汚染土壌、鉛模擬汚染土壌、フッ素模擬汚染土壌の3種類の各模擬汚染土壌を、調製した。

0045

各模擬汚染土壌について、環境庁告示46号(平成3年8月23日公布)に準拠した方法で検液を作製し、検液中の重金属等濃度をJIS K 0102「工場排水試験方法」に準拠して測定した。測定した各模擬汚染土壌からの砒素、鉛、フッ素溶出量の結果を下記2に示す。

0046

0047

使用原材料)
重金属等汚染対策材を調製するにあたり、以下の材料を用いた。
・半焼成ドロマイト(粉末):木県生産
・硫酸第一鉄:堺化学社製一水和物粉末
・非晶質ケイ酸カルシウム:日鐵住金スラグ製品社製高炉スラグ微粉末商品名:エスメント 4000ブレーン石膏入り
・炭酸カルシウム:関東化学社製鹿1級粉末
・高分子材料:高分子凝集剤−ハイモ社製、増粘剤−本油脂製薬社製
・半水石膏:関東化学社製焼石膏粉末

0048

上記半焼成ドロマイト(粉):栃木県葛生産)の化学組成を、JIS M 8851:1983「ドロマイトの分析方法」に準拠して測定した。その結果を下記表3に示す。

0049

0050

(重金属等汚染対策材)
上記各使用原材料を、下記表4に示す配合割合で混合して、各重金属等汚染対策材を調製した。
なお、各原材料の混合順序は特に制限されないが、各原材料を同時に混合して、各重金属等汚染対策材を製造した。なお、表4中、高分子材料は、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムと、半焼成ドロマイトと、硫酸第一鉄との合計質量に対して外割で配合した配合量(質量%)を示す。

0051

0052

試験例)
試験例1:重金属等の不溶化試験
上記各模擬汚染土壌1m3に対して、表4に示す各重金属等汚染対策材50kgを添加し、ソイルミキサーにて低速で2.5分間練り混ぜた後、ソイルミキサーの容器とパドルに付着した土壌を掻き落とし、再度、低速で2.5分間練り混ぜて、各試験土壌を調製した。
試験土壌を調製した後、7日後(材齢7日)の各試験土壌について、環境庁告示46号(平成3年8月23日公布)に準拠した方法で検液を作製し、検液中の重金属等濃度を、JIS K 0102『工場排水試験方法』に準拠して、砒素、鉛、フッ素溶出量を測定した。
なお、比較例1として、各模擬汚染土壌に重金属等対策材を混合しない各模擬汚染土壌についても同様にして、砒素、鉛、フッ素溶出量を測定した。
その結果を表5に示す。

0053

また、環境庁告示46号(平成3年8月23日公布)に準拠した方法で調製した上記砒素模擬汚染土壌の検液のpHを、JIS Z8802:2011「pH測定方法」に準拠して測定した。
これらの結果を、下記表5に示す。

0054

試験例2:土壌の固化試験
上記砒素含有模擬汚染土壌1m3に対して、表4に示す各種重金属等汚染対策材50kgを添加し、ソイルミキサーにて低速で2.5分間練り混ぜた後、ソイルミキサーの容器とパドルに付着した土壌を掻き落とし、再度、低速で2.5分間練り混ぜて、試験土壌を調製した。
試験土壌を調製した後、各試験土壌をJISA1210:2009「突固めによる土の締固め試験方法」に規定される10cmモールドに3層に分けて充填し、20℃で材齢7日まで密封養生した後、JIS A 1228「突固めによる土の締固め試験方法」に準拠してコーン指数を測定した。
その結果を下記表5に示す。

0055

試験例3:土壌の再泥化試験
上記砒素含有模擬汚染土壌1m3に対して、表4に示す各種重金属等汚染対策材50kgを添加し、ソイルミキサーにて低速で2.5分間練り混ぜた後、ソイルミキサーの容器とパドルに付着した土壌を掻き落とし、再度、低速で2.5分間練り混ぜて、試験土壌を調製した。
試験土壌を調製した後、各試験土壌をJISA1210:2009「突固めによる土の締固め試験方法」に規定される10cmモールドに3層に分けて充填し、20℃で材齢7日まで密封養生した後脱型して供試体を得た。
常温水道水を貯めた水槽に供試体を入れ、供試体が完全に水中に浸漬する状態で24時間静置し、目視にて供試体の崩れ方から再泥化の有無を確認した(1回目浸漬)。
供試体の初期形状を維持した場合(再泥化しなかった)及び供試体の崩れが一部であった場合は、供試体を水中から取出して24時間30℃で乾燥させた。次いで、当該供試体を再度水中に完全に浸漬させた状態で24時間静置し、目視にて供試体の崩れ方から再泥化の有無を確認した(2回目浸漬)。
その結果を下記表5に示す。

0056

なお、砒素、鉛、フッ素の溶出量は土壌汚染対策法に基づく各土壌溶出量基準以下であるものを合格とした(砒素:0.01mg/L、鉛:0.01mg/L、フッ素:0.8mg/L)。
検液pHは、環境庁の一律排水基準にて規定される5.8〜8.6の範囲となるものを合格とした。
コーン指数は、国土交通省の「発生土利用基準について」の土質区分基準の第3種改良土に規定される400kN/m2以上であるものを合格とした。
再泥化試験は、供試体の初期形状を維持している場合を○、一部が崩れたり、ひび割れが入ったものを△、形状が消失し泥化したものを×として評価した。上記2回の水中浸漬試験を実施して、2回目の浸漬後であっても、初期形状を維持し、供試体に崩れやひび割れが目視で観察できなかったものを合格とした。

0057

0058

上記表5より、本発明の半焼成ドロマイト、硫酸第一鉄、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウム、及び高分子材料をすべて含む重金属等汚染対策材を用いた実施例においては、材齢7日の試験土壌中の砒素、鉛、フッ素の溶出量がすべて土壌溶出量基準以内となるとともに、検液pHが一律排水基準範囲内となり、かつコーン指数400kN/m2以上かつ供試体が再泥化しなかった。
なお、実施例においては、上記鉛含有試験土壌及びフッ素含有試験土壌についても同様の方法で測定したコーン指数の値は、コーン指数400kN/m2以上となった。

0059

比較例2及び3の高分子材料を含まない重金属等汚染対策材C1及びC2については、比較例1の模擬汚染土壌そのものと比べてコーン指数が高くなったものの、400kN/m2未満であり、1回目の水中浸漬により供試体が再泥化した。
これは、非晶質ケイ酸カルシウムと硫酸イオンの反応によるエトリンガイトの生成によりコーン指数が向上するものの、高分子材料が存在せず土壌中の細粒分の凝集効果がないためコーン指数の伸びが低くなったり、再泥化抑制効果が発現しなかったと考えられる。

0060

比較例4に示す非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムと高分子材料とを含まない重金属等汚染対策材C3については、土壌固化性能のある物質を含まないためコーン指数の伸びは、比較例1の模擬汚染土壌そのものと比べほとんどなく400kN/m2未満となった。また、1回目の水中浸漬により供試体が再泥化した。

0061

比較例5に示す半焼成ドロマイトを含まない重金属等汚染対策材C4については、pHが中性になるもののフッ素の溶出量が土壌溶出量基準を超過した。
半焼成ドロマイトに存在する微細孔への物理吸着がないこと及び半焼成ドロマイト成分とのフッ化物イオンの反応による難溶性化合物が形成されないためだと考えられる。

0062

比較例6に示す硫酸第一鉄を含まない重金属等汚染対策材C5については、pHが9.3とアルカリ性となった。
また、砒素及び鉛の溶出量が土壌溶出量基準を超過した。
砒素については硫酸第一鉄が含まれず難溶性砒酸鉄が析出しないためと考えられる。
鉛については硫酸塩が含まれず硫酸鉛等の難溶性化合物が生成されないためと考えられる。

0063

比較例7に示す重金属等対策材C6については、半焼成ドロマイト、硫酸第一鉄、非晶質ケイ酸カルシウム及び高分子材料をすべて含むが、非晶質ケイ酸カルシウムの量が20質量%と少ないため土壌固化性能が低く、コーン指数は400kN/m2未満となった。また、1回目の水中浸漬により供試体の一部が崩れ、乾燥後の2回目の水中浸漬により供試体が再泥化した。

0064

比較例8に示す重金属等対策材C7については、半水石膏が土壌中の水分と反応して二水石膏に変わり含水比が低下することから、コーン指数は400kN/m2以上となったが、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムを含まず、1回目の水中浸漬により二水石膏が溶解することにより供試体の一部が崩れ、乾燥後の2回目の水中浸漬により供試体が再泥化した。

実施例

0065

比較例9に示す重金属等対策材C8については半水石膏単体であり、非晶質ケイ酸カルシウム及び/又は炭酸カルシウムを含まないため、不溶化性能、固化性能、再泥化抑制効果が合格基準に届かなかった。

0066

本発明の重金属等汚染対策材及び当該対策材を用いた重金属等汚染対策工法は、重金属やハロゲンを効率よく不溶化できるとともに、改良土を中性に保持しながら、土壌を固化して強度を向上することができるとともに、再泥化抑制効果に優れるため、重金属やハロゲンが溶出する土壌改質に有効に利用することができる。例えば、トンネルダム等の掘削工事建設工事等によって大量に発生する重金属等が溶出する汚染土壌の処理に有効に適用することができ、更に、湖岸や海岸の埋め立て処理が可能となる。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ