JP4400732B2 - 土壌の有害物質溶出低減材及びそれを用いた土壌の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に、土木・建築分野において使用される土壌の有害物質溶出低減材及びそれを用いた土壌の処理方法に関する。

環境問題が顕在化している。特に、土壌中の有害物質、例えば、カドミウム、鉛、総水銀、六価クロム、セレン、ヒ素等の重金属、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素、全シアン、フッ素、ホウ素、さらには、ダイオキシン類、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレン等の揮発性有機化合物類などは、環境基本法に基づく環境基準が定められ、この基準値以下の水準を保つことが好ましいとされている。

従来、これらの有害物質を低減する材料としては、活性炭を用いる方法（例えば、特許文献１や特許文献２等）、ゼオライト類を用いる方法（例えば、特許文献３等）、ハイドロタルサイト類やハイドロカルマイト類を用いる方法（例えば、特許文献４や特許文献５等）、還元性鉄粉により還元や分解して処理する方法（例えば、特許文献６等）、硫酸第一鉄を用いる方法（例えば、特許文献７や特許文献８等）、アパタイト類を用いる方法（例えば、特許文献９等）などがあった。しかしながら、これらの有害物質低減材料は土壌を固化させる能力をもたないものであった。
特開平５−７６６１９号公報 特開２００２−２３９３４７号公報 特開２００１−２３８９８０号公報 特開平１０−１２８３１３号公報 特開２００１−２５２６７５号公報 特開平０７−１０８２８０号公報 特開平０９−８５２２４号公報 特開平１０−３４１２４号公報 特開平０８−１８２９８４号公報

一方、土壌中性固化材が数多く提案されている。その代表としては、セッコウ系のものやマグネシア系のものが知られている（特許文献１０〜１８等）。しかしながら、これらの土壌中性固化材は有害物質低減効果を有するものではなかった。
特開平１０−３１６９６７号公報 特開２０００−１０９８２９号公報 特開２０００−２３９６６０号公報 特開２００１−２００２５２号公報 特開２００２−２０６０９０号公報 特開２００２−２４１１５４号公報 特開２００２−２４９７７４号公報 特開２００３−１３０６３号公報 特開２００３−２０４７８号公報

また、炭酸カルシウムの一種であるバテライトは、インキ、合成樹脂、セラミック等の添加剤、充填材としては周知であり（例えば、特許文献１９等）、さらに、調湿建材として建物の床下等に敷いたり、きのこの人工培養基としたりすることも公知である（特許文献２０、特許文献２１）が、土壌の処理に用いることは知られていなかった。
特開平６−１６４１７号公報 特開２００２−３０７３５号公報 特開２００３−７０３５５号公報

本発明は、上記有害物質低減材料、土壌中性固化材の有する問題点を解決し、土壌の有害物質、特にカドミウムや鉛の溶出を効果的に低減可能な土壌の有害物質溶出低減材及びそれを用いた土壌の処理方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、バテライトが、効果的に土壌からのカドミウムや鉛の溶出を低減できることを知見し、本発明を完成するに至った。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）バテライトと、セッコウ系中性固化材、マグネシア系中性固化材からなる群から選ばれる１種又は２種の固化材を含有してなり、前記バテライトは、ＢＥＴ比表面積が１５ｍ ^２ ／ｇ以上であり、前記バテライトと前記固化材の合計１００質量部中、前記固化材が３０〜７０質量部であることを特徴とする土壌の有害物質溶出低減材である。
（２）前記（１）の土壌の有害物質溶出低減材を加え混合することを特徴とする土壌の処理方法である。
（３）前記土壌の有害物質溶出低減材の使用量が、土壌１ｍ^３に対して、１００〜１０００ｋｇであることを特徴とする前記（２）の土壌の処理方法である。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

本発明の土壌の有害物質溶出低減材は、土壌に混合することにより、有害物質、例えば、カドミウム、鉛、六価クロム、ヒ素、セレンなどの溶出を低減することができる。また、処理後の土壌のｐＨが中性領域となるため、環境への影響が少なく、土壌の用途が制限されない等の効果を奏する。

本発明のバテライトとは、炭酸カルシウムの一種である。一般式ＣａＣＯ₃で表される炭酸カルシウムには、カルサイト、アラゴナイト、バテライトの３つの多形が知られている。これらは全くことなる結晶構造をもち、密度も異なるなど、物理的性質は大きく相違している。本発明では、バテライトとともにカルサイトやアラゴナイトが不純物として共存する場合がある。これらの不純物の存在は本発明の効果を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならないが、カルサイトの混入は好ましくない。

また、バテライトにその他の不純物が含有されている場合があり、具体的には、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｓ、Ｐ₂Ｏ₅、およびＦｅ₂Ｏ₃等が挙げられる。これらの不純物は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。

バテライトの比表面積（バテライトに不純物が含有されている場合には、不純物を含めた比表面積）は、特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で５ｍ²／ｇ以上が好ましく、１０ｍ²／ｇ以上がより好ましい。５ｍ²／ｇ未満ではカドミウムや鉛の溶出低減効果が充分に得られない場合がある。

本発明では、バテライトとともに固化材を併用することができ、物理的に有害物質を封じ込める効果を得る観点からこれらの併用は好ましい。

本発明の固化材は、特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、セメント系固化材や、セッコウ系固化材及びマグネシア系固化材等の中性固化材などが挙げられる。本発明では、これらの１種または２種以上を目的に応じて併用できるが、処理後の土壌を中性領域に保つ観点からは、中性固化材の併用が好ましい。

本発明でいうセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、並びに、環境調和型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられる。

固化材を併用する際のバテライトと固化材との配合割合は特に限定されるものではないが、通常、バテライトと固化材とからなる土壌の有害物質溶出低減材１００部中、固化材１０〜９０部が好ましく、３０〜７０部がより好ましい。固化材が１０部未満では、固化力が充分でなく、固化材を併用するメリットが得られない場合がある。一方、固化材が９０部を越えると、有害物質溶出低減効果が充分に得られない場合がある。

土壌に対する本発明の有害物質溶出低減材の使用量は特に限定されるものではないが、通常、土壌１ｍ³に対して、１００〜１０００ｋｇが好ましく、１５０〜５００ｋｇがより好ましい。１００ｋｇ未満では本発明の効果が十分に得られない場合があり、１０００ｋｇを超えて使用しても更なる効果の増進が期待できないため不経済である。

本発明の土壌の有害物質溶出低減材と土壌とを混合する方法は特に限定されないが、通常、注入工法や強制攪拌工法等によって行うことができる。
また、原位置における本発明の土壌の処理方法は、ジェットグラウトを利用した地盤改良工法（例えば、特開平７−７６８２１号公報）やウォータージェットを用いた地下浄化壁の施工法（例えば、特開２００３−７４０４７号公報）等によって行うことができる。

本発明でいう有害物質とは、特に限定されるものではないが、例えば、環境基準が定められている、カドミウム、鉛、総水銀、六価クロム、セレン、ヒ素等の重金属、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素、全シアン、フッ素、ホウ素、さらには、有機物としては、ダイオキシン類、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレン等の揮発性有機化合物、ＰＣＢ、ジクロロエタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、ベンゼン、有機リン等を挙げることができる。また、環境基準が定められていないものとしては、例えば、銅、亜鉛、モリブデン、アミン化合物、各種の環境ホルモンや内分泌かく乱物質等が挙げられる。本発明の土壌の有害物質溶出低減材は殊にカドミウムや鉛の溶出低減効果に優れている。

本発明では、本発明の土壌の有害物質低減材の他に、高炉徐冷スラグ微粉末、酸化カルシウムや水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、ハイドロタルサイト類等のマグネシウム化合物、活性炭等の炭素物質、モンモリロナイトやカオリナイト等に代表される層状粘土化合物である、いわゆるベントナイト類、ゼオライト類、セピオライト、アパタイト、リン酸ジルコニウム等のリン酸塩、三酸化アンチモンや五酸化アンチモン等のアンチモン化合物、多硫化物、硫化物、チオ硫酸塩、亜硫酸塩等のイオウ化合物、チオ尿素、還元鉄粉、アマルガム、セルロース類、ポリビニルアルコール、キトサン等の水溶性高分子類、ジアルキルジカルバミン酸類、キノリン化合物類、ポリアミン類、糖類等の添加材料のうちの１種または２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用可能である。

上記の添加材料は本発明の土壌の有害物質溶出低減材と併用しても良いし、別々に使用しても何ら差し支えない。例えば、本発明の土壌の有害物質溶出低減材で一次処理を行った後、二次処理を上記添加材料で行うことも可能である。このような二重の有害物質低減の処理を施すことは、有害物質を多面的に、かつ、確実に低減する観点からはむしろ好ましいと考えられる。

表１に示すような様々な炭酸カルシウムや固化材を併用して、土壌の有害物質溶出低減材を調製した。この土壌の有害物質溶出低減材を用いて、カドミウムや鉛を含み、環境庁告示第４６号法に基づく溶出試験の結果、前記有害物質の溶出量が環境基準値を上回る酸性土壌について、土壌の処理効果を確認した。土壌１ｍ³に対して、有害物質溶出低減材を２５０ｋｇ添加し、強制攪拌工法にて混合した。処理後２８日後に土壌を用いて再度、環境庁告示第４６号法に基づく溶出試験を行った。また、土壌のｐＨも確認した。結果を表１に示す。なお、比較のために、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）や、従来の中性固化材であるセッコウ系中性固化材やマグネシア（ＭｇＯ）系中性固化材のみを用いて土壌処理を行った場合の結果も併記した。

＜使用材料＞
炭酸カルシウムＡ：バテライト、炭酸ナトリウム０．１ｍｏｌ／ｌを４５０ｃｃと、塩化 カルシウム０．３ｍｏｌ／ｌを５０ｃｃから合成。比重２．５４、Ｂ ＥＴ比表面積５ｍ²／ｇ。
炭酸カルシウムＢ：バテライト、炭酸ナトリウム０．５ｍｏｌ／ｌを４５０ｃｃと、塩化 カルシウム１．５ｍｏｌ／ｌを５０ｃｃから合成。比重２．５、ＢＥ Ｔ比表面積１０ｍ²／ｇ。
炭酸カルシウムＣ：バテライト、炭酸ナトリウム１ｍｏｌ／ｌを４５０ｃｃと、塩化カル シウム３ｍｏｌ／ｌの５０ｃｃから合成。比重２．５２、ＢＥＴ比表 面積１５ｍ²／ｇ。
炭酸カルシウムＤ：カルサイト、水酸化カルシウムを炭酸化させたもの。比重２．７１、 ＢＥＴ比表面積２ｍ²／ｇ。
土壌 ：有害物質で汚染された関東ローム土。
普通ポルトランドセメント：市販品の３種類を等量ずつ混合したものを使用。
セッコウ系中性固化材：市販品、半水セッコウを主成分とするもの。
マグネシア（ＭｇＯ）系中性固化材：市販品、酸化マグネシウムとリン酸マグネシウムと を主成分とするもの。
水 ：水道水
＜測定方法＞
有害物質の溶出量：環境庁告示第４６号法に準じて測定。
土壌のｐＨ：市販のｐＨ電極を土壌中に挿入して測定。

表１からみて、バテライト（実験Ｎｏ．１−２〜１−４）は、ＢＥＴ比表面積が５ｍ^２／ｇ以上の場合に、比表面積が大きくなるにしたがって有害物質（Ｃｄ、Ｐｂ）の溶出量が少なくなり、カルサイト（実験Ｎｏ．１−５）やセッコウ系（実験Ｎｏ．１−１０）、ＭｇＯ系（実験Ｎｏ．１−１１）の中性固化材と比較して、有害物質の溶出量が少ないことが分かる。また、普通ポルトランドセメントＯＰＣ（実験Ｎｏ．１−９）と比較した場合には、Ｃｄ、Ｐｂの溶出量は同程度であるが、バテライトによれば、土壌がｐＨ７．０〜８．０の中性領域となるため、環境への影響が少なく、土壌の用途が制限されない等の効果を奏するものである。
さらに、本発明のバテライトとＯＰＣ、セッコウ系、ＭｇＯ系の固化材とを組み合わせたもの（実験Ｎｏ．１−６〜１−８）は、特に、有害物質の溶出量が少ないことが分かる。

炭酸カルシウムＣ５０部とセッコウ系中性固化材５０部とからなる有害物質溶出低減材を使用し、有害物質溶出低減材の土壌１ｍ³に対する使用量を表２に示すように変化させたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表２に示す。

表２からみて、本発明の土壌の有害物質溶出低減材は、土壌１ｍ³に対して、１００〜１０００ｋｇ使用すると、優れた有害物質溶出低減の効果を奏するのが分かる。特に、１５０〜５００ｋｇ使用すると、優れた有害物質溶出低減の効果を奏すると共に、土壌がｐＨ７．０〜８．０の中性領域となるので好ましい。

Claims (3)

1. バテライトと、セッコウ系中性固化材、マグネシア系中性固化材からなる群から選ばれる１種又は２種の固化材を含有してなり、前記バテライトは、ＢＥＴ比表面積が１５ｍ ^２ ／ｇ以上であり、前記バテライトと前記固化材の合計１００質量部中、前記固化材が３０〜７０質量部であることを特徴とする土壌の有害物質溶出低減材。
2. 請求項１に記載の土壌の有害物質溶出低減材を加え混合することを特徴とする土壌の処理方法。
3. 前記土壌の有害物質溶出低減材の使用量が、土壌１ｍ^３に対して、１００〜１０００ｋｇであることを特徴とする請求項２に記載の土壌の処理方法。