(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化カリウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル及び界面活性剤からなることを特徴とする土壌改良による植栽培土製造用混合剤。
【請求項２】
さらに、飛灰やフライアッシュなどのエトリンガイト形成助剤を混合したことを特徴とする請求項１記載の土壌改良による植栽培土製造用混合剤。
【請求項３】
さらに、セメントを混合したことを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌改良による植栽培土製造用混合剤。
【請求項４】
前記界面活性剤は、ノニオン系界面活性剤であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の土壌改良による植栽培土製造用混合剤。
【請求項５】
河川等の汚泥の土壌を改良するための土壌改良方法であって、塩化カリウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル及び界面活性剤及びセメントを、前記汚泥に混合することを特徴とする土壌改良方法。
【請求項６】
さらに、フライアッシュや飛灰などのエトリンガイト形成助剤を混合することを特徴とする請求項５に記載の土壌改良方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌改良による植栽培土製造用混合剤及び土壌改良方法に関する。具体的にいうと、含水率の高いヘドロや汚泥を一般の土、特に植物栽培用に適した土に改良するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上水道処理や下水道処理時に発生する沈殿汚泥、あるいは河川や湖沼の水底に堆積したヘドロや汚泥は、各種の有害物質を含み、しばしば悪臭を発生し、大きな社会問題となっている。
【０００３】
従来、これらのヘドロや汚泥を、無害化・安定化処理して廃棄したり、一般の土として再利用を図るため、脱水や乾燥あるいは焼却などを施すことにより改良処理を行っていた。
【０００４】
しかし、これらのヘドロ等は非常に含水比が高いので、脱水や乾燥を行っていたのでは、いずれも各施設の設備投資が高く、しかもエネルギー効率が悪いため、ランニングコストが高くなっていた。
【０００５】
また、セメントを用いて固化する場合には、含水比が高いため、十分な強度を得ることができず、一般用の土として再利用が困難であった。
【０００６】
さらには、これらの汚泥を改良して得られた土は、植物栽培用に適したものではなく、特に、水銀や六価クロム、鉛などの重金属を含んだ汚泥を改良した場合には、植物栽培用として用いることができなかった。
【０００７】
本発明は上記した従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、含水率の非常に高いヘドロや汚泥を、安価で無害化・安定化して、一般の土と同じように使用できるようにすることにあり、特に植物栽培用として利用することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の土壌改良による植栽培土製造用混合剤は、塩化カリウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル及び界面活性剤からなることを特徴としている。
【０００９】
この土壌改良による植栽培土製造用混合剤には、さらに、フライアッシュや飛灰などのエトリンガイト形成助剤を混合することとしてもよく、さらには、セメントを混合するのが好ましい。
【００１０】
また、前記界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤を使用するのが望ましい。
【００１１】
本発明の土壌改良方法は、河川等の汚泥の土壌を改良するための土壌改良方法であって、塩化カリウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル、界面活性剤及びセメントを、前記汚泥に混合することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の方法にあっては、さらに、フライアッシュや飛灰などのエトリンガイト形成助剤を混合することとしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の土壌改良による植栽培土製造用混合剤は、上下水道処理に発生する沈殿土砂や沈殿汚泥、あるいは河川等の汚泥に、セメントとともに混合して用いるものであり、塩化カリウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル及び界面活性剤を混合したものである。この土壌改良による植栽培土製造用混合剤中のカルシウムイオンは、ヘドロや汚泥中の二酸化ケイ素や酸化アルミニウムと反応して、セメントの働きを活発にさせ、いわゆるエトリンガイトの針状結晶を形成させ、時間の経過とともにその一部をモノサルフェート水和物に変化させる。
【００１４】
このとき、汚泥中の二酸化ケイ素や酸化アルミニウムの含有量が少ない場合には、上記エトリンガイトの形成を進めるために、フライアッシュやスラッジ、飛灰、砂などのエトリンガイト形成助剤を加えることにすればよい。
【００１５】
ここで、本発明にいうエトリンガイト形成助剤とは、上述したように、エトリンガイト形成助剤を加えることにより、汚泥中の二酸化ケイ素や酸化アルミニウムを増加させ、エトリンガイトの形成を増強させるものをいい、これらフライアッシュやスラッジ、飛灰、砂に限られるものではなく、二酸化ケイ素や酸化アルミニウムを多く含むものであればよい。
【００１６】
こうして形成されたエトリンガイトは、多量の水を結晶水として取り込み、含水比を低下させると共に、土粒子の移動を拘束する。また、凝固過程における液相から固相に変化するまでの間、土粒子間に存在する水の表面張力を界面活性剤で低下させることにより、比較的大きなマクロ孔と小さなミクロ孔とからなる気泡が網目状に連なった蟻の巣状で、水や空気を通過することができる連続した空隙を大量に有する気孔構造を持った固化体を形成することができる。
【００１７】
ここで、界面活性剤としては、アルキルアンモニウム塩に代表されるカチオン系界面活性剤や、アルキルベンゼンスルホン酸塩に代表されるアニオン系界面活性剤、あるいは、ポリオキシアルキルアリルエーテルやポリオキエチレンアルキルエーテルに代表されるノニオン系界面活性剤を用いることができる。この中で、カチオン系界面活性剤やアニオン系界面活性剤は、固化体から重金属等の溶出を少なくすることができる点で好ましい。また、ノニオン系界面活性剤を用いると、アニオン系界面活性剤やカチオン系界面活性剤を用いる場合に比べて、早く固化体とすることができるので、工期期間の短縮等を考えた場合には、特に、ノニオン系界面活性剤を用いるのが好都合である。また、これらの界面活性剤を１種若しくは２種以上、さらに、アニオン系界面活性剤やカチオン系界面活性剤、あるいはノニオン系界面活性剤を適宜混合して用いることとしてもよい。
【００１８】
具体的にいうと、本発明の土壌改良による植栽培土製造用混合剤は、塩化カリウム２５０〜３５０ｇ、塩化カルシウム１５０〜２５０ｇ、硫酸マグネシウム１５０〜２５０ｇ、亜硫酸ナトリウム２５０〜３５０ｇ、硫酸ニッケル２〜３ｇ及び界面活性剤１０〜２０ｇの配合比となるように混合したものであって、このような配合比で混合された土壌改良による植栽培土製造用混合剤を、ヘドロや汚泥、上下水道処理における沈殿池汚泥１ｍ３  （約１５００ｋｇ）に対し、フライアッシュ５０〜１００ｋｇ（沈殿池汚泥の重量の約３．３〜６．６％）、セメント５０〜１００ｋｇ（沈殿池汚泥の重量の約３．３〜６．６％）と共に、上記比率となるように混合するのが好ましい。
【００１９】
このような混合比となるように土壌改良による植栽培土製造用混合剤を混合することにより、エトリンガイトの針状結晶（図１参照）による空隙が４〜８０００オングストロームとなり、空気を連行させる。また、ＢＥＴ試験法による比表面積が１０〜４０ｍ２  ／ｇの大きさとなる気孔構造を有する固化体とすることができる。
【００２０】
ここで、汚泥１ｍ３  （約１５００ｋｇ）に対して、フライアッシュが１０ｋｇよりも少なくとも、また、２０ｋｇよりも多くても固化しない。セメントが１０ｋｇよりも少ないと固化せず、１５ｋｇより多いと、植物培養用土としてはアルカリ性が高くなりすぎる。塩化カリウムが２５０ｇよりも少ないと、セメントのカルシウムイオンの浸透能力が低下し、３５０ｇよりも多くなると、カルシウムイオンの浸透能力を向上させることができない。また、塩化カルシウムが１５０ｇよりも少なくなると、出来上がった固化体の気孔構造の強度を上げることができず、また、２５０ｇよりも多いと、破水現象により気孔構造を破壊する恐れがある。さらに、硫酸マグネシウムが１５０ｇよりも少ないと、固化体に収縮が認められるとともにクラッチが発生し、２５０ｇよりも多いと固化体が膨張する。亜硫酸ナトリウムが２５０ｇより少ないと、固化させる時間を短縮することができず、亜硫酸ナトリウムが３５０ｇよりも多いと、固化体の強度が低下する。また、硫酸ニッケルが２ｇより少ないと、各成分のイオン活動を活発にすることができず、これよりも多すぎると安価に提供することができなくなる。
【００２１】
さらに、界面活性剤が１５ｇより少なくなると、空気連行による空隙が小さくなり、２０ｇよりも多くなると固化体の強度が低下する。これにより、比較的大きなマクロ孔と小さなミクロ孔とからなる連続した空隙を大量に有する気孔構造を持った固化体を形成する。
【００２２】
つまり、本発明によれば、図１に示すように、比較的大きなマクロ孔と小さなミクロ孔とからなる連続した空隙（気泡）が網目状に連なった蜂の巣状の気孔構造が、固化体に形成され、水や空気を良好に流通させることができるとともに、保水性を良好にすることができる。また、気孔構造が形成されているため、必要に応じて肥料等を固化体に物理的に吸着させ、その流出を防止することができる。さらには、通気性がよいため、嫌気性バクテリアの増殖を抑えることができる。また、セメントやアルカリ金属、アルカリ土類金属を使用し、造粒のためフライアッシュを用いているために、固化体の塩基置換容量が極めて大きく、植物が栄養分を容易に吸収することができる。
【００２３】
【実施例】
次に本発明による効果を確認するため、種々の汚泥を利用して、土壌の改良を試みた。
（実施例１）
大阪豊野上水場の沈殿汚泥１ｍ３  （約１５００ｋｇ）に対し、フライアッシュ７５ｋｇ（沈殿汚泥の重量の５％相当）、セメント７５ｋｇ（沈殿汚泥の重量の５％相当）及び本発明の土壌改良による植栽培土製造用混合剤を、塩化カリウム３００ｇ、塩化カルシウム２００ｇ、硫酸マグネシウム２００ｇ、亜硫酸ナトリウム３００ｇ、硫酸ニッケル２ｇ、ノニオン系界面活性剤１５ｇとなるように加え、さらに水１００Ｌを加えて、オムニミキサーによって混合した。この後、円盤型造粒機（テクノエクセル社製、以下同じ）によって造粒し、実施例１の改良土を得た。
【００２４】
このようにして得られた改良土を用いて、レタス、春菊及び三つ葉を栽培した。また、比較例として一般の土壌を用いて同様に、これらの野菜類を栽培した。その結果を表１に示す。なお、肥料として、ハイポネックス（商品名）を常法にて用いた。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１から分かるように、本発明による改良土を用いても、充分に野菜等を栽培することができ、しかも、一般の土壌を用いた場合に比べて、約４０〜６０％も収穫量が増えた。
【００２７】
（実施例２）
次に下水処理場における沈殿池汚泥を用いて、改良を試みた。沈殿池汚泥１ｍ３  （約１５００ｋｇ）に対して、フライアッシュ７５ｋｇ、セメント７５ｋｇ及び本発明の土壌改良による植栽培土製造用混合剤を、塩化カリウム３００ｇ、塩化カルシウム２００ｇ、硫酸マグネシウム２００ｇ、亜硫酸ナトリウム３００ｇ、硫酸ニッケル２ｇ、ノニオン系界面活性剤１５ｇとなるように加え、さらに水２０Ｌを加えて、オムニミキサーによって混合した。この後、円盤型造粒機によって造粒し、実施例２の改良土を得た。
【００２８】
こうして得られた改良土を用いて、ズッキーニを栽培した。また、比較例２−１及び比較例２−２として一般の土壌及び砂を用いて、同様に栽培した。その結果を表２に示す。なお、肥料として、ハイポネックス（商品名）を常法にて用いた。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
このように、ズッキーニ果実１個当たりの重量は、一般土壌に比べて約３０％増加し、砂を用いた場合に比べて約３倍に増加した。
【００３１】
次に、実施例２の改良土を用いて、農薬についての吸着処理試験を行なった。
（農薬吸着試験）
農薬を吸着しないガラス容器に、農薬を含んだ水１Ｌを入れ、その中に実施例２の改良土１０ｇを投入し、２４時間撹拌した。その後、容器中の水をろ過した試料水について、ＧＣ−ＭＳによって試料水中の農薬を検出した。農薬には、商品名「シマジン（５０％水溶液）」（武田園芸資材製）及び商品名「エーザック（ＭＢＭＣ４０％、ＭＣＰヒドラジン３０％）」（エーザイ製）を用いた。その結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
このように、本発明による改良土では、農薬を効率よく吸着することができた。また、詳述はしないが、吸着後の改良土を用いて、農薬の溶出試験を行なったところ、いずれも農薬は溶出されなかった。
【００３４】
（実施例３）
さらに、河川の汚泥を用いて実験を試みた。大和川支流の西除川の汚泥１ｍ３  （約１５００ｋｇ）に対し、フライアッシュ７５ｋｇ、セメント７５ｋｇ及び本発明の土壌改良による植栽培土製造用混合剤を、塩化カリウム３００ｇ、塩化カルシウム２００ｇ、硫酸マグネシウム２００ｇ、亜硫酸ナトリウム３００ｇ、硫酸ニッケル２ｇ、ノニオン系界面活性剤１５ｇとなるように加え、さらに水１００Ｌを加えて、オムニミキサーによって混合した。この後、円盤型造粒機によって造粒し、実施例３の改良土を得た。
【００３５】
このようにして得られた改良土を用いて、かすみ草及びズッキーニを栽培した。また、比較例３として一般の土壌を用いて同様に、これら草花類を栽培し、定植してから採花（採集）までに要した栽培日数を観察した。その結果を表４に示す。なお、肥料として、ハイポネックス（商品名）を常法にて用いた。
【００３６】
【表４】
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【００３７】
このように、本発明によって得た改良土を用いることに比べて、かすみ草及びズッキーニ共に、栽培日数を１０〜４０日程度短縮することができた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の土壌改良による植栽培土製造用混合剤によれば、塩化カリウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル及び界面活性剤からなることを特徴としているので、土壌改良による植栽培土製造用混合剤を河川等の汚泥にセメントと混合することにより、速やかに固化体とすることができ、通常の土や砂と同じようにして用いることができる。また、固化体から重金属類の溶出も見られず、無公害化も容易に行なえる。
【００３９】
特に、固化体に比較的大きなマクロ孔と小さなミクロ孔からなる気孔構造を形成できるので、植物の成長に必要な微量元素を補足することができる。また、水や空気を良好に流通させることができ、保水性を良好にすることができるので、植物の栽培に適した土とすることができる。
【００４０】
このとき、飛灰やフライアッシュなどのエトリンガイト形成助剤を混合しておくと、二酸化ケイ素や酸化アルミニウムの含有量が少ない場合にも、容易に対応することができる。
【００４１】
さらに、予めセメントを混合しておくことにより、本発明の土壌改良による植栽培土製造用混合剤を直接混合するだけでよく、別途セメントやフライアッシュ等を用意しておく必要がない。
【００４２】
特に、界面活性剤としてノニオン系界面活性剤を用いれば、速やかに固化体とすることができるので、工期の短縮を図ることができる。
【００４３】
本発明の土壌改良方法によれば、河川等の汚泥の土壌を改良するための土壌改良方法であって、塩化カリウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル及び界面活性剤及びセメントを、前記汚泥に混合することを特徴としているので、水分の多いヘドロ状の汚泥や上下水処理場から排出される汚泥も、固化体として用いることができ、特に植物栽培用に適した土として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例の固化体中に見られるエトリンガイトの結晶を示す走査電子顕微鏡写真である。
【図１】
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