(57)【要約】【課題】腐植質を含む泥水を処理する場合において、凝集剤の使用量を低減することができ、且つ、腐植質を取り除いた後の排水の性状が穏やかなものとなり得る処理方法を提供する。【解決手段】腐植質を含む泥水にカルシウムイオンを供給するとともに前記泥水のｐＨを９．５〜１２．８に調整する。供給したカルシウムイオンは、腐植質成分に多く存在する官能基（特にカルボキシル基）に当該ｐＨ域において結合して、当該官能基が他の化学種と反応することを抑制する働きをする。その結果、後に固液分離手段を講じる場面において、用いる凝集剤の使用量が少なく済む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐植質を含む泥水にカルシウムイオンを供給するとともに前記泥水のｐＨを９．５〜１２．８に調整する、泥水の処理方法。
【請求項２】
前記カルシウムイオンの供給源として水酸化カルシウムを用いる、請求項１記載の泥水の処理方法。
【請求項３】
ｐＨが調整された前記泥水を、固液分離手段で固液分離する、請求項１又は２記載の泥水の処理方法。
【請求項４】
前記固液分離手段がマイクロバブル浮選である、請求項３記載の泥水の処理方法。
【請求項５】
前記固液分離手段が凝集沈殿法である、請求項３記載の泥水の処理方法。
【請求項６】
腐植質を含む泥水にカルシウムイオンを供給するとともに前記泥水のｐＨを９．５〜１２．８に調整する、泥水の解砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、泥水の処理方法、及び、泥水の解砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
濁水を処理する方法としては、従来、凝集剤を添加して粒子を凝集させ、粒子の沈降速度を高める凝集沈殿法が知られている（例えば特許文献１）。この方法は、濁度の低い処理水を得るのに有効な方法である。ただし、濁水に腐植質が多く含まれている場合、腐植質成分に多数存在する官能基によって凝集剤が消費され、凝集剤としての本来の機能を果たしにくくなる。その結果、凝集剤の必要量が増大し費用も嵩むことになる。
【０００３】
処理方法の代替案として、腐植質が強アルカリで溶解することに着目して水酸化カリウム等の強アルカリを大量に添加する方法がある。特に、肉眼では判別できない程度の大きさの腐植質を処理する場合は当該腐植質を物理的に分離することが困難であるので、腐植質を溶解させるこの方法は、小さな腐植質を取り除くのに効果的である。同時に、割高な凝集剤の使用を避けることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−５７７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、濁水を強アルカリにする上記のような方法は、処理後に強アルカリ且つ有機成分濃度が高い処理水が生じる。この処理水はこのままの状態では放流することができず、後工程において排水のための別の処理が必要になる。
【０００６】
本発明は、濁水の中でも特に腐植質を含む泥水を処理する場合において、凝集剤の使用量を低減することができ、且つ、腐植質を取り除いた後の排水の性状が穏やかなものとなり得る処理方法を提供することを目的とする、併せて、泥水の解砕方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、腐植質を含む泥水にカルシウムイオンを供給するとともに泥水のｐＨを９．５〜１２．８に調整する、泥水の処理方法を提供する。供給したカルシウムイオンは、腐植質成分に多く存在する官能基（特にカルボキシル基）に当該ｐＨ域において結合して、当該官能基が他の化学種と反応することを抑制する働きをする。その結果、後に固液分離手段を講じる場面において、用いる凝集剤の使用量が少なく済む。また、上記ｐＨは排水の性状としては穏やかである。
【０００８】
カルシウムイオンの供給源としては、水酸化カルシウムを用いることが好ましい。水酸化カルシウムは、水への溶解度や飽和溶液のｐＨ等に鑑み、カルシウムイオンの供給源として好ましい。
【０００９】
また、本発明は、ｐＨが調整された上記の泥水を、固液分離手段で固液分離する処理方法を提供する。固液分離手段としては、マイクロバブル浮選であってもよく、凝集沈殿法であってもよい。供給したカルシウムイオンによって腐植質成分に多く存在する官能基（特にカルボキシル基）の電荷が中和されているので、当該官能基によって凝集剤が消費されることが抑制されている。このため、凝集剤の使用量が少なく済む。
【００１０】
また、本発明は、腐植質を含む泥水にカルシウムイオンを供給するとともに泥水のｐＨを９．５〜１２．８に調整する、泥水の解砕方法を提供する。土壌は通常、無機物である土粒子と有機物である腐植質とが絡み合って団粒を形成している。ここで、本発明によれば、カルシウムイオンの供給によって腐植質成分に多く存在する官能基（特にカルボキシル基）の電荷が中和されることから、腐植質が土粒子同士を結合する力が低下し、土粒子同士が分離（すなわち解砕）しやすくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、腐植質を含む泥水を処理する場合において、凝集剤の使用量を低減することができ、且つ、腐植質を取り除いた後の排水の性状が穏やかなものとなり得る泥水の処理方法を提供することができる。また、併せて泥水の解砕方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】全有機炭素量に対するカルシウムイオン等の添加効果を示すグラフである。
【図２】濁度に対するカルシウムイオンの添加効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態の泥水の処理方法は、腐植質を含む土壌から腐植質を取り除くために用いることができる。このとき、腐植質を取り除く前段階においてカルシウムイオンを供給することによって、その後の固液分離で使用する凝集剤の使用量を低減することができる。
【００１４】
土壌（例えば、地面の表層５ｃｍ〜１０ｃｍを剥がして回収した土壌）には、腐植質が多く含まれており、様々な理由から腐植質を取り除く要求がある。ここで腐植質とは、植物や動物由来の有機物が分解して生じた物質であり、大きさとしては数μｍ〜数ｃｍのものまで様々である。本実施形態の処理方法では、はじめに、土壌を水に投入して泥水とする（泥水化工程）。
【００１５】
次に、泥水を篩にかけ、粒径の大きな（例えば７５μｍ以上）砂、礫、腐植質等を取り除く（濾過工程）。なお、泥水化工程と濾過工程の順序を逆にしてもよい。
【００１６】
次に、篩を通過した泥水（粘土やシルト等の細粒分を含む。）に対してカルシウムイオンを添加するとともに、ｐＨを調整する（ｐＨ調整工程）。カルシウムイオンの供給源としては、カルシウム塩が好ましく、特に水への溶解度や飽和溶液のｐＨ等の観点から、水酸化カルシウムが好ましい。この添加によって泥水のｐＨがアルカリ性側に傾く。また、ｐＨの調整のために、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のｐＨ調整剤を併用してもよい。
【００１７】
カルシウムイオンの供給源の添加量やｐＨ調整剤の添加量としては、土壌の元々の性状や泥水を作る際の水の使用量によって左右されるが、泥水のｐＨが９．５〜１２．８になる量を用いる。調整するｐＨは、１０．０〜１２．０であってもよく、１０．５〜１１．５であってもよい。ｐＨが９．５未満では腐植質成分の官能基（特にカルボキシル基）が電気的に中性である場合が多く、カルシウムイオンを添加した効果が現れにくい。また、ｐＨが１２．８を超えると、カルシウムイオンがイオンとして存在するのでなく塩形態（例えば水酸化カルシウム）で存在し、その添加効果が得られにくい。また、アルカリの程度が高すぎると、腐植質が溶解して後の固液分離工程で腐植質を分離することが困難になる。
【００１８】
カルシウムイオンの供給源の添加量は、土壌１ｇに対して、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）の量として５．０×１０−５〜５．０×１０−３ｍｏｌとすることが好ましく、１．０×１０−４〜１．０×１０−３ｍｏｌとすることがより好ましく、３．０×１０−４〜８．０×１０−４ｍｏｌとすることが更に好ましい。
【００１９】
こうしてｐＨを調製した泥水を、次に、固液分離手段によって固液分離する（固液分離工程）。固液分離手段としては、マイクロバブル浮選や凝集沈殿法を用いることができる。マイクロバブル浮選とは、μｍ程度の大きさの泡（マイクロバブル）を利用して懸濁液中の所定の微粒子を分離する方法である。マイクロバブルが所定の微粒子に付着して水面に浮上するので、これを回収することで腐植質、細粒分、並びに、腐植質等の有機物とシルト・粘土粒子からなる微細な団粒粒子（以下「腐植質その他の粒子」と呼ぶ。）の分離が達成される。マイクロバブル浮選では、通常、捕収剤（本明細書では凝集剤の一種とみなす。）を用いる。捕収剤としては界面活性剤（カチオン系、アニオン系、非イオン系のいずれでもよい。）が好ましく、本実施形態では腐植質その他の粒子を分離対象とすることからアンモニウム塩が好ましく、特に塩化ドデシルアンモニウム（ＤＡＣ）や塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム（ＨＴＡＣ）が好ましい。
【００２０】
他方、凝集沈殿法は、凝集剤を添加して凝集物を生成して沈降速度を高める方法であり、粒子の表面電荷の中和、又は、表面の疎水性化がその原理となっている。凝集剤としては、表面電荷の中和を目的とする場合は特に多価金属イオンの塩が好ましく、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アンモニウム、塩化鉄、硫酸鉄等が好ましい。表面の疎水性化を目的とする場合は、界面活性剤を用いることができる。
【００２１】
上記固液分離を行う際は、凝集剤の機能発現に適するように、泥水のｐＨを再調整してもよい。固液分離をすることで、腐植質その他の粒子を泥水から選択的に分離することができる。すなわち、排水中の全有機炭素量（ＴＯＣ）及びその濁度を低減することができる。
【００２２】
以上に説明した泥水の処理方法によれば、供給したカルシウムイオンが腐植質成分に多く存在する官能基（特にカルボキシル基）に結合して、当該官能基が他の化学種と反応することを抑制する働きをする。その結果、固液分離工程において、用いる凝集剤が当該官能基によって消費されることが抑制されることから、凝集剤の使用量が少なく済むことになる。また、カルシウム塩の添加に伴うｐＨの調整では、腐植質を完全に溶解させるほどには泥水のｐＨを高くしないので、固液分離後の排水の性状が穏やかであり、放流しやすい。また、カルシウムイオンの存在下では、９．５〜１２．８のｐＨでは腐植質の溶解が抑制されるので（実施例参照）、固液分離後は腐植質は固形分のほうに多く存在する。従って、固液分離後の排水の全有機炭素量が高くなることを抑制することができる。
【００２３】
従来は、カルシウムイオンの存在は長期的にはスケールの発生源になるとの考えから、泥水処理においてカルシウム塩を積極的に添加することは避ける傾向があったが、本実施形態の処理方法は、腐植質の処理に都合が良い。すなわち、一般にｐＨが１０を超えると腐植質が溶解（分解）し始め泥水の全有機炭素量が増加し始めるが、カルシウムイオンが存在すると、ｐＨが１２程度までは腐植質の溶解が抑制されることが本発明者らの実験で分かった（実施例参照）。このことは、カルシウムイオンがｐＨ１２程度まではイオンとして存在し、ｐＨ１２．８以上では水酸化物として沈殿する特性によるものと考えられる。
【００２４】
また、本実施形態の処理方法では、カルシウムイオンの添加によって泥水のｐＨを９．５〜１２．８に調整することから、無機物である土粒子と有機物である腐植質とが絡み合って団粒を形成している土壌のうち、腐植質成分の電荷が中和される。これによって腐植質が土粒子同士を結合する力が低下し、土粒子同士が分離（すなわち解砕）しやすくなる。ここで土粒子は、粘土であってもよい。解砕を促進するためには、泥水に対して物理的な衝撃を加えることが好ましい。
【００２５】
団粒をより細かな土粒子に解砕した場合、その後に土粒子同士を分離する必要が生じた場合に物理的性状に基づいた分離を行うことができるようになるので好ましい。例えば、解砕前は磁気を帯びていた団粒が、解砕によって磁気を帯びている土粒子と磁気を帯びていない土粒子とに分離したとすれば、その後に磁気分離装置を用いて、それらの土粒子同士を分離することができる。
【００２６】
本実施形態は、処理すべき土壌の減容化にも資する。例えば、放射性セシウムを含有する土壌を収集して中間貯蔵施設に留め置く場合、施設の収容能力の都合から、貯蔵する土壌の容積をできるだけ小さくしておくことが望ましい。そこで、腐植質の含有量が明らかに多い土壌に対して本実施形態の処理方法を適用することで、放射性セシウムが比較的多く付着している細粒分から腐植質を分離することができ、中間貯蔵施設で貯蔵すべき土壌の容積を小さくすることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２８】
＜全有機炭素量に対するカルシウムイオンの添加効果＞
鹿沼産の黒ボク土を湿式振動篩を用いて篩い分け、２０μｍ篩下産物を得た。水を加えて泥水とし、４つのサンプルに分割した。このうち３つのサンプルに対してそれぞれ、水酸化カルシウム（ＩＩ）、水酸化マグネシウム（ＩＩ）、水酸化アルミニウム（ＩＩＩ）をそれぞれ陽イオンの濃度として７．５×１０−４ｍｏｌとなるように添加した。４つのサンプルに対して、０．０１〜１Ｎの塩酸または水酸化ナトリウム水溶液を使用してｐＨを種々調整した。各サンプルについて、ｐＨ約２〜１３における泥水の全有機炭素量（ＴＯＣ）を測定した。結果を図１に示す。
【００２９】
図１から分かるとおり、マグネシウムイオン又はアルミニウムイオンを添加した場合は、各ｐＨにおいて無添加の場合とほぼ同様のＴＯＣを示した。このことから、マグネシウムイオンやアルミニウムイオンを添加した場合では、金属陽イオンは腐植質成分のカルボキシル基が解離しているｐＨ領域（アルカリ性領域）においては、当該カルボキシル基と塩を形成して腐植質を不溶化するのでなく、例えば水酸化物等として沈殿することが推測される。他方、カルシウムイオンを添加した場合は、ｐＨ１２．８付近まではＴＯＣの上昇が抑制された。従って、カルシウムイオンを添加した場合では、アルカリ性領域においてカルボキシル基と塩を形成し、腐植質を不溶化することが推測される。
【００３０】
＜濁度に対するカルシウムイオンの添加効果＞
農地の土壌を湿式振動篩を用いて篩い分け、２０μｍ篩下産物を得た。原水液固比が８０、１１０、１４０、１５０、１７０となる泥水サンプルが得られるよう、水を加えて泥水とした。原水液固比が８０である泥水サンプルの一部に対して、ｐＨが１０程度となるように水酸化カルシウム（ＩＩ）を添加した。
【００３１】
各泥水サンプルに対して、カチオン系界面活性剤としての「アセタミン２４」（花王社製）を２００ｐｐｍ、起泡剤（非イオン系界面活性剤）としての「エマルミンＨＬ−１００」（三洋化成工業社製）を２ｐｐｍ、起泡剤としての２−プロパノール（低級アルコール）を２００ｐｐｍ添加した。各泥水サンプルに対してマイクロバブルを固液分離槽の底部から発生させて土粒子とマイクロバブルが接触する状態を作ることで浮上分離を行った。その後、各泥水サンプルの濁度をポータブル濁度センサー（共立理化学研究所製）を用いて測定した。得られた原水液固比と濁度との関係を図２に示す。
【００３２】
図２から分かるとおり、原水液固比が８０の泥水サンプルでは、同量の捕収剤を使用した場合でも、カルシウムイオンを添加しなかった泥水サンプルでは濁度が少なくとも４４以上であったのに対し、カルシウムイオンを添加した泥水サンプルでは濁度が２０以下であった。このことから、所定の濁度を達成するに際し、泥水にカルシウムイオンを添加することで、その後のマイクロバブル浮選における捕収剤の使用量を低減することができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、腐植質を含む土壌の処理に利用することができる。
【図１】
2020081946.tif 000002
【図２】
2020081946.tif 000003