(57)【要約】【課題】ＰＳ灰やＥＰ灰をそのまま不溶化材の一原料として使用したものが存在しない。【解決手段】ＰＳ灰及び／又はＥＰ灰と、高炉スラグ微粉末と、水硬性若しくは気硬性固化材とを混合した不溶化材を汚染土壌に添加混合することで鉛や砒素を不溶化処理することによって、製紙業界や製鉄業界から排出される廃棄物副産物を不溶化材として有効活用することを可能にする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＳ灰及び／又はＥＰ灰と、高炉スラグ微粉末と、水硬性若しくは気硬性固化材とを混合したことを特徴とする汚染土壌の不溶化材。
【請求項２】
固化材を、セメント、酸化マグネシウム、貝殻粉末のどれか１種又は複合材としたことを特徴とする請求項１記載の汚染土壌の不溶化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛・砒素に汚染された土壌に添加、混合して、鉛、砒素の溶出量を減少させる様にした汚染土壌の不溶化材。
【背景技術】
【０００２】
従来、重金属類等で汚染された土壌の処理方法としては、汚染土壌に不溶化材を添加、混合して難溶化・固定化することで、汚染物質の溶出を抑制する「不溶化技術」があり、具体的には、掘削した汚染土壌に地上で不溶化材を添加・混合したり、あるいは汚染土壌に原位置で深層機械攪拌工法などによって不溶化材を混入・攪拌して、汚染物質を不溶化することが行なわれている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
そして、上記不溶化材としては、セメント（特許文献１）であったり、スラグ含有量が３１〜６０％の高炉セメント、水及び塩化第二鉄からなり、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が８０〜１２０％とされ、前記高炉セメントが、前記汚染土壌１ｍ3 あたり１００ｋｇ以上とされ、前記塩化第二鉄が前記汚染土壌１ｍ3 あたり０．７３ｋｇ以上とされているもの（特許文献２）であったり、７００〜１０００°Ｃで焼成され、粉末度７０００ｃｍ2 ／ｇ以上に調整されているもの（特許文献３）がある。
【０００４】
製紙工場から排出されるペーパースラッジの焼却灰（以降、ＰＳ灰と称する）にあっては、地盤材料としての使用が有望視されている廃棄物であり、実際に、セメント（高炉Ｂ種）及び水を混合してスラリー化し、このスラリーに洗浄粘土を添加することで、所望の流動性を確保して、廃棄物であるＰＳ灰と洗浄粘土との用途を拡大する効果を発揮する埋め戻し材料として使用する技術が見受けられる（例えば、特許文献４参照）。
又、酸性土壌を改良するための土壌改良材、建設工事の盛土や埋め戻し材として使用可能にすべく、ＰＳ灰を、酸化カルシウム類及び／又は水酸化カルシウム類、アルミナセメント、硫酸水溶液を加えて混合処理することにより、ＰＳ灰中に含まれるフッ素及びホウ素を、平成１５年環境庁告示１８号に基づく溶出試験方法で溶出させた場合のフッ素溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ以下、ホウ素溶出量が１．０ｍｇ／Ｌ以下となるように不溶化したり、或いは石炭、ＲＰＦ及び製紙スラッジなどを燃焼した際の排ガスを電気集塵器やバグフィルターなどで処理して得られる燃焼灰（以下、ＥＰ灰と称する）を、カルシウム化合物及び硫酸アルミニウム類、必要に応じてアルミナセメントを追加した上で、水を加えて混合処理することにより、ＥＰ灰中に含まれるフッ素を、平成１５年環境庁告示第１８号に基づく溶出試験方法で溶出させた場合のフッ素溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ以下となるように不溶化することによって、セメント固化や溶融といった複雑で手間のかかる方法や、効果が発現するまでに時間のかかる方法に替わる簡便でかつ安価な方法が見受けられる（例えば、特許文献５、６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３１９５５号公報
【特許文献２】特許第３５６０２８５号公報
【特許文献３】特許第４１０９０１７号公報
【特許文献４】特開２００３−４０６６６号公報
【特許文献５】特開２００６−１９８５０５号公報
【特許文献６】特開２００５−３１３１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１〜３は、ＰＳ灰又はＥＰ灰が使用されておらず、上記特許文献４には、ＰＳ灰及びセメント（高炉Ｂ種）が含まれる埋め戻し材が記載されているが、あくまでもポンプ圧送し易くするためにスラリー化されているものであり、上記特許文献５、６に記載されているのはＰＳ灰又はＥＰ灰を利用したものであるが、あくまでも土壌改良材や埋戻し材として使用した場合に、ＰＳ灰又はＥＰ灰に含有されたフッ素及びホウ素の土壌側への溶出を防止する様にしたものであり、よって特許文献４〜６のどれもが汚染土壌中の汚染物質を固化・不溶化するものではないなど、解決せねばならない課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記従来技術に基づく、ＰＳ灰やＥＰ灰をそのまま不溶化材の一原料として使用したものが存在しない課題に鑑み、ＰＳ灰及び／又はＥＰ灰と、高炉スラグ微粉末と、水硬性若しくは気硬性固化材とを混合した不溶化材を汚染土壌に添加混合することで鉛や砒素を不溶化処理することによって、製紙業界や製鉄業界から排出される廃棄物副産物を不溶化材として有効活用することを可能にして、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
要するに本発明は、ＰＳ灰及び／又はＥＰ灰と、高炉スラグ微粉末と、水硬性若しくは気硬性固化材とを混合したので、かかる不溶化材を鉛又は砒素に汚染された土壌に添加混合すれば、鉛又は砒素が不溶化されるため、処理後の鉛、砒素の溶出量を土壌環境基準以下に抑えることが出来、又汚染土壌の処理に当っては、掘削した汚染土壌に地上で不溶化材を混入したり、汚染土壌に原位置で深層機械攪拌工法など従来の地盤改良技術等を用いることが可能であるため、低コストで汚染土壌の不溶化処理を実施することが出来る。
又、高炉スラグ微粉末を用いているので、その特性であるＯＨ- などによる刺激作用によって水と反応し水和物を生成し、この水和生成物がスラグの粒間を埋める結合材となって凝結、固化が長期間にわたり進行し、この水和過程においてＯＨ- を消費するため、セメントの欠点である長期間にわたるｐＨ１２を超える強アルカリ性を水硬性の進展と共に改善することが出来る。
セメント等の固化材を用いているので、該固化材の量により処理後土壌の強度を、例えば構造物が構築出来る様に調整することを可能にすることが出来る。
尚、固化材をセメントとした場合高炉スラグ微粉末とセメントを同量の高炉セメントＢ種（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１では高炉スラグ微粉末の分量３０〜６０重量％と定められているが、通常、セメントとスラグの比率は概ね１：１）で代用しても良い。
よって、主要材料が製紙・製鉄工場からの廃棄物で、それらを有効活用した、コストパフォーマンスに優れた不溶化材を提供することが出来る等その実用的効果甚だ大である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の汚染土壌の不溶化材は、ＰＳ灰及び／又はＥＰ灰と、高炉スラグ微粉末と、水硬性若しくは気硬性固化材とを混合したもので、この不溶化材を汚染土壌に添加混合することにより、鉛又は砒素を不溶化処理することを特徴とするものである。
固化材は、セメント、酸化マグネシウム又は貝殻粉末のいずれか１種又は２種以上の複合材としている。
これらにより構成された不溶化材を、対象汚染土壌１m3に対して５０〜３００ｋｇ添加することが好ましく、その理由は、５０ｋｇ未満では不溶化材料が均一に混練し難く効果が得られ難く、一方３００ｋｇを越えると、不経済で、而も処理土壌の強度発現が大きくなって固化された汚染土壌の掘り起こし等に難がある場合もあるためである。
【００１０】
汚染土壌を不溶化するために用いる不溶化材として、どのようなものが好適であるか選定するため、種々の廃棄物副産物を選定して実験を行った。
実験のため選定した廃棄物副産物は、Ｉ：ガラス用製品珪砂の製造過程で廃棄される珪砂残渣粘土、II：貝殻粉末、III：廃石膏ボード、IV：下水汚泥焼却灰、Ｖ：ＥＰ灰、VI：ＰＳ灰、VII：高炉スラグ微粉末であり、その化学組成の一例を表１に示す。
【００１１】
【表１】
2011074331.tif 000002
【００１２】
上記Ｉ〜VIIの不溶化性能の把握を目的として実施した溶液試験の手順を以下に示す。
（１）試験液の作製
試薬を用いて、鉛、砒素、フッ素の濃度が各々１０ｍｇ／Ｌになる様に調整して試験液を作製する。
（２）試験液に不溶化材を添加
溶器に不溶化材と試験液を固液比１：１００で投入する。
（３）振とう攪拌
６時間（２００回／分）連続して振とうを行う。
（４）静置・遠心分離
試験液を所定時間静置した後、試験液を３０００回／分で２０分間遠心分離する。
（５）上澄液濾過・濾液濃度測定
分離された上澄み液を、孔径０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過して検液とし、この検液中の鉛又は砒素の濃度を測定する。
尚、試験操作は他の元素の影響を排除するために、元素ごと単独で実施し、試験結果を表２に示す。
【００１３】
【表２】
2011074331.tif 000003
【００１４】
表２より、選定した７種類の廃棄物はいずれも鉛に対して９０％以上の低減率と高い効果を示し、特に上記Ｖが、鉛及び砒素に対する低減率が９９％以上と特に大きく効果的であることが確認出来、又上記VIも鉛及び砒素に対する低減率が９０％以上となり、効果的であることが確認出来た。
以上の結果より、鉛や砒素の汚染に対してＥＰ灰、ＰＳ灰が効果的であることを見出したのである。
【００１５】
次に、本発明に係る不溶化材による汚染土壌中の鉛、砒素の不溶化処理実験を下記の工程で行うこととする。
（１）試料と不溶化材を混合攪拌
鉛、砒素の汚染土壌を５００ｇ量り取り、不溶化材を任意重量比で添加した後、汚染土壌と不溶化材をホバートミキサーにより５分間（２．５分で掻き落とし）練り混ぜる。
（２）養生
撹拌終了後、バットに入れ直射日光の当らない室内で７日間密閉養生を行う。
（３）風乾・篩分け
養生後の試料を風乾し、中小礫、木片等を除き、土塊、団粒を粗砕した後、非金属製の２mmの目のふるいを通過させてた後十分混合する。
（４）溶媒混合
試料（単位ｇ）と溶媒（純水に塩酸を加え、ｐＨが５．８以上６．３以下となる様にしたもの）（単位ｍｌ）とを重量体積比１０％の割合で混合する。
（５）振とう攪拌
調製した試料液を常温常圧で振とう機（予め振とう回数を毎分約２００回に、振とう幅を４ｃｍ以上５ｃｍ以下に調整したもの）を用いて、６時間連続して振とうする。
（６）静置
振とう後、試料液を１０分から３０分程度静置する。
（７）遠心分離
静置後、試料液を毎分約３、０００回転で２０分間遠心分離する。
（８）上澄液濾過・濾液濃度測定
分離した上澄み液を孔径０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過してろ液を取り、定量に必要な量を正確に計り取ってこれを検液と、この検液中の鉛又は砒素の濃度を測定する。
【実施例１】
【００１６】
ＥＰ灰、ＰＳ灰及び高炉スラグ微粉末と、固化材としてセメントを選定して作製した不溶化材Ａと、鉛、砒素で汚染された土壌（ａ）を用いて上記不溶化処理実験を実施した。
具体的には、不溶化材Ａは、ＥＰ灰：４０％、ＰＳ灰：４０％、高炉スラグ微粉末：１０％、セメント：１０％の割合で混合され、鉛汚染土壌（ａ）は鉛濃度０．０３８ｍｇ／Ｌ、ｐＨ８．２、砒素汚染土壌（ａ）は砒素濃度０．０４３ｍｇ／Ｌ、ｐＨ８．３であった。
汚染土壌（ａ）の汚染濃度、不溶化材添加率並びに試験結果を表３に示す。
【００１７】
【表３】
2011074331.tif 000004
【００１８】
結果より、不溶化材Ａは鉛及び砒素の汚染土壌（ａ）に対して環境基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）以下に汚染物質を不溶化出来ていることが確認出来た。
よって、鉛、砒素の汚染土壌に対しては、ＰＳ灰、ＥＰ灰、高炉スラグ微粉末及びセメントを混合した不溶化材を用いることにより、鉛、砒素を不溶化出来る効果があると判断された。
【実施例２】
【００１９】
上記実施例１と材料の組合せを変えて、ＰＳ灰及び高炉スラグ微粉と、固化材としてセメントと酸化マグネシウム、貝殻粉末を選定して作製した不溶化材Ｂ、Ｃ、Ｄと、鉛、又は砒素単体で汚染された土壌（ｂ）を用いて上記不溶化処理実験を実施した。
具体的には、不溶化材Ｂは、ＰＳ灰：５０％、高炉スラグ微粉末：２０％、セメント：２０％、酸化マグネシウム：２０％の割合で、不溶化材Ｃは、ＰＳ灰：５０％、高炉スラグ微粉末：１７．５％、セメント：１７．５％、酸化マグネシウム：１５％の割合で、不溶化材Ｄは、ＰＳ灰：５０％、高炉スラグ微粉末：１５％、セメント：１５％、酸化マグネシウム：１５％、貝殻粉末：５％の割合で夫々混合され、鉛汚染土壌（ｂ）は鉛濃度０．０２７ｍｇ／Ｌ、ｐＨ８．２、砒素汚染土壌（ａ）は砒素濃度０．０３３ｍｇ／Ｌ、ｐＨ８．３であった。
汚染土壌（ｂ）の汚染濃度、不溶化材添加率並びに試験結果を表４に示す。
【００２０】
【表４】
2011074331.tif 000005
【００２１】
結果より、不溶化材Ｂ及びＤを汚染土壌に対して重量比５％添加したものは鉛に対して環境基準値以下に汚染物質を不溶化出来ていることが確認出来、不溶化材Ｃ及びＤを汚染土壌に対して重量比で１０％添加したものは砒素に対して環境基準値以下に汚染物質を不溶化出来ていることが確認出来た。
尚、不溶化材Ｃ及びＤを汚染土壌に対して１０％添加したものは鉛に対しては環境基準値を上回っているが、これはｐＨ１１を上回ると溶出率が増加するためであり、対策としてはｐＨ調整材を適宜添加してｐＨを低下させればよい。
よって、鉛及び砒素の汚染土壌に対しては、ＰＳ灰及び高炉スラグ微粉末と、セメント、酸化マグネシウム又は貝殻粉末の複合材である固化材を混合して用いることにより汚染物質を不溶化出来る効果があると判断された。
【００２２】
以上、本発明の汚染土壌の不溶化方法について複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することが可能である。