(57)【要約】【課題】新たな有害物質低減材及びそれを用いた水質や土壌の処理方法を提供する。【解決手段】カルシウムフェライトと潜在水硬性物質を含有してなる有害物質低減材。当該有害物質低減材を用いることを特徴とする水質や土壌の処理方法。潜在水硬性物質の好適な例には、高炉水砕スラグがある。除去される有害物質の例には、６価クロム、セレン、ヒ素等の重金属がある。【効果】有害物質を迅速に低減でき、酸の侵食を受けた後も有害物質を低減できる等の効果を奏することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムフェライトと潜在水硬性物質を含有してなることを特徴とする有害物質低減材。
【請求項２】
カルシウムフェライトのＣａＯ／Ｆｅ２Ｏ３モル比が１．０以上であることを特徴とする請求項１に記載の有害物質低減材。
【請求項３】
潜在水硬性物質が高炉水砕スラグであることを特徴とする請求項１又は２に記載の有害物質低減材。
【請求項４】
高炉水砕スラグ粉末の粉末度がブレーン比表面積５００ｃｍ２／ｇ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有害物質低減材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の有害物質低減材を用いることを特徴とする水質や土壌の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、水質や土壌中、廃棄物処理等に利用される有害物質低減材及びそれを用いた水質や土壌の処理方法に関するものである。
なお、本明細書における部や％は特に限定しない限り質量基準で示す。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−７６６１９号公報
【特許文献２】特開２００２−２３９３４７号公報
【特許文献３】特開２００１−２３８９８０号公報
【特許文献４】特開平１０−１２８３１３号公報
【特許文献５】特開２００１−２５２６７５号公報
【特許文献６】特開平７−１０８２８０号公報
【特許文献７】特開平９−８５２２４号公報
【特許文献８】特開平１０−３４１２４号公報
【特許文献９】特開平８−１８２９８４号公報
【特許文献１０】特開２００１−７０９２６号公報
【特許文献１１】特開２０００−８６３２２号公報
【特許文献１２】特願２００２−２９８２００号明細書
【０００３】
環境問題が顕在化している。特に、水質や土壌中の有害物質、例えば、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、フッ素、ホウ素、ダイオキシン類、トリクロロエチレンやテトラク口口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捕集する材料としては、活性炭を用いる方法（例えば、特開平５−７６６１９号公報、特開２００２−２３９３４７号公報等）、ゼオライト類を用いる方法（例えば、特開２００１−２３８９８０号公報等）、ハイドロタルサイト類やハイドロカルマイトを用いる方法（例えば、特開平１０−１２８３１３号公報、特開２００１−２５２６７５号公報等）、還元性鉄粉により還元や分解して処理する方法（例えば、特開平７−１０８２８０号公報等）、硫酸第一鉄を用いる方法（例えば、特開平９−８５２２４号公報、特開平１０−３４１２４号公報等）、アパタイト類を用いる方法（例えば、特開平８−１８２９８４号公報等）、カルシウムスルホアルミネート水和物やカルシウムアルミネート水和物の加熱脱水物を用いる方法（特開２００１−７０９２６号公報等）などがあった。しかしながら、活性炭を用いる方法は、有害物質を単に吸着するものであり、固定化力の観点から充分なものではなかった。また、ゼオライト類を用いる方法は、吸着とともにイオン交換反応も呈し、カドミウムや鉛等を捕集することができるものであるが、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、フッ素、ホウ素等の捕集能力はほとんど期待できないという課題があった。ハイドロタルサイト類やハイドロカルマイトを用いる方法は、それ自体が非常に高価な材料であり、経済性に乏しいばかりでなく、やはり、捕集できる有害物質が限定されるという課題があった。また、これらはアルミニウム塩であるため、アルツハイマーとアルミニウム摂取との関連が指摘されていることより、上水分野などへの利用について、その安全性が十分確認されていないという問題もあった。還元性鉄粉を用いる方法は即効性がなく、効果を得るまでに長い時間を要するという課題があった。硫酸第一鉄を用いる方法は、即効性はあるが、これが持つ硫酸イオンを系内に加えることになり、二次的な弊害が生じること、安定性がないこと、効果の持続性がないなどの課題があった。アパタイトを用いる方法は、ゼオライトと同様に、カドミウムや鉛等を捕集することができるものであるが、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、ホウ素等の捕集能力はほとんど期待できないという課題があった。カルシウムスルホアルミネート水和物やカルシウムアルミネート水和物の加熱脱水物を用いる方法は、比表面積が高い上に水との反応性が非常に富んでいるため、水質に用いる際にはその水和反応熱が急激に発生するという問題や、カルシウムスルホアルミネート水和物を用いる際には、系内へ硫酸成分が加えられるため、二次的な弊害を生じるという問題等を有していた。また、ハイドロタルサイトやハイドロカルマイトと同様に、これらはアルミニウム塩であるため、アルツハイマーとアルミニウム摂取との関連が指摘されていることより、上水分野などへの利用について、その安全性が十分確認されていないという問題もあった。
【０００４】
更に高炉水砕スラグを６価クロム低減材として用いる方法は既に提案されている（特開２０００−８６３２２号公報）。しかしながら、高炉水砕スラグは、長期的な効果は期待できるものの、即効性がなく、肝心の有害物質の低減量が他の方法に比べ劣るという課題があった。
本発明者らは既にカルシウムフェライトを含有してなる有害重金属低減材（特願２００２−２９８２００号）、を提案している。しかし、この方法は、有害物質を無害化するものではなく、単に不溶化するものであり、例えば、酸の侵食を受けて水和生成物が崩壊してしまうと、有害物質が再溶出してしまうなどの問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記した各課題を解決した、新たな有害物質低減材及びそれを用いた水質や土壌の処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明を概説すれば、本発明の第１の発明は、有害物質低減材であって、カルシウムフェライトと潜在水硬性物質を含有してなることを特徴とする。
また、本発明の第２の発明は、水質や土壌の処理方法に関する発明であって、前記した第１の発明の有害物質低減材を用いることを特徴とする。
【０００７】
本発明者らは、前記課題をかんがみて種々検討した結果、カルシウムフェライトと高炉水砕スラグ等との混合物を用いることにより、有害物質を迅速に低減でき、酸の侵食を受けた後も有害物質を低減できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
【０００９】
本発明で使用するカルシウムフェライトとは、ＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ３系化合物を総称するものであり、特に限定されるものではない。その具体例としては、例えば、ＣａＯをＣ、Ｆｅ２Ｏ３をＦとして表すとＣＦやＣ２Ｆなどが挙げられる。
カルシウムフェライトを得る方法としては、例えば、ＣａＯ源を含む原料とＦｅ２Ｏ３源を含む原料を混合して、キルンや電気炉等で熱処理する方法が挙げられる。
本発明ではＣａＯとＦｅ２Ｏ３のほかに、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆ、Ｃｌ、Ｐ２Ｏ６、ＴｉＯ２などの不純物が存在する場合がある。これら不純物の合計が３０％以下の範囲では特に問題とはならない。
本発明のカルシウムフェライトは結晶質、非晶質のいずれであっても良い。
【００１０】
本発明で使用するカルシウムフェライトの粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積で２０００〜９０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４０００〜６０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。２０００ｃｍ２／ｇ未満では有害物質の固定性能が低下する場合があり、９０００ｃｍ２／ｇを超えても更なる効果の増進が期待できない。
【００１１】
本発明におけるカルシウムフェライトの混合率は潜在水硬性物質とカルシウムフェライトの合計１００部中、５〜９０部が好ましく、２０〜７０部がより好ましい。５部未満又は９０部を超えると有害重金属低減効果が充分に得られない場合がある。
【００１２】
本発明で使用する潜在水硬性物質とは、水あるいは酸及び酸性塩を含んだ水溶液と混合することのみでは硬化しないものであり、例えば更にアルカリ物質等の刺激剤の添加で硬化するものである。用いる潜在水硬性物質の具体的な例としては、高炉水砕スラグ、転炉スラグ、フライアッシュ、及びシリカヒューム等があり、これらのいずれも使用可能であるが、品質の安定性などから高炉水砕スラグが好ましい。
【００１３】
本発明で使用する潜在水硬性物質の粒度は特に限定されるものではないが、高炉水砕スラグの場合、その粒度が２０００〜９０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４０００〜６０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。２０００ｃｍ２／ｇ未満では酸侵食を受けた時の有害物質の低減性能が充分でない場合や効果が緩慢になる場合があり、９０００ｃｍ２／ｇを超えても重なる効果の増進が期待できない。
【００１４】
本発明の有害物質低減材には、本発明の目的を損ねない範囲で、従来固定化材に使用されている成分、具体的にはポルトランドセメント、高炉セメント、早強セメント、ジェットセメント等のセメント類、徐冷スラグなどのスラグ類、二水セッコウ、半水セッコウ及び無水セッコウなどのセッコウ類、カオリン、マイカ、ベントナイトなどの粘土化合物類、ゼオライトやアパタイトなどの金属イオン交換体類、キレート化合物等を併用することも可能である。
【００１５】
本発明の効果を損なわない範囲で還元剤を併用することは、重金属の固定効果を高める観点から好ましい。還元剤としては、硫酸鉄（ＩＩ）等の２価の鉄塩や、硫酸チタン（ＩＩＩ）等のチタン塩などの硫酸塩、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸カルシウム等の亜硫酸塩、亜硫酸水素ナトリウムや亜硫酸水素カリウムなどの亜硫酸水素塩、硫化ナトリウム、硫化カリウム、硫化カルシウム、及び硫化アンモニウム等の硫化物、チオ硫酸ナトリウムやチオ硫酸カリウムなどのチオ硫酸塩、二酸化硫黄や硫黄、並びに泥炭や亜炭などがあり、これらのうち少量使用で重金属の固定化率が高い硫酸鉄（ＩＩ）、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウムの使用が好ましい。
【００１６】
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、クロム、セレン、ヒ素、カドミウム、鉛、水銀等の重金属、全シアン、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素、フッ素、ホウ素、リン、更に、有機系物質としては、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類、ＰＣＢ、ジクロロメタン、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、有機リンなどが挙げられる。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、アミン系化合物、各種の環境ホルモンや内分泌かく乱物質などが挙げられる。
本発明では、特にクロム、セレン、ヒ素の固定化に優れている。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００１８】
実施例１
表１に示すようにカルシウムフェライトと高炉水砕スラグとを配合して有害物質低減材を調製した。Ｃｒ標準溶液を用いて６価クロム濃度を５０ｍｇ／ｌに調製した溶液中に１ｇの有害物質低減材を入れて振とうした。所定時間になったら吸引ろ過によって固液分離した後、液相中のＣｒ濃度を分析した。なお、２８日間反応させたサンプルに、１Ｎ塩酸５０ｃｃを加えて有害物質の再溶出挙動も確認した。結果を表１に併記した。カルシウムフェライトと高炉水砕スラグの粉末度は共に６０００ｃｍ２／ｇとした。
【００１９】
＜使用材料＞
カルシウムフェライトＡ：Ｃ２Ｆ（ＣａＯ：Ｃ、Ｆｅ２Ｏ３：Ｆと以下略記する）組成の結晶質
カルシウムフェライトＢ：ＣＦ組成の結晶質
６価クロム：関東化学社製、Ｃｒ標準溶液１０００ｍｇ／ｌ
【００２０】
＜測定方法＞
６価クロム濃度：環境庁告示第４６号法に準じて測定
【００２１】
【表１】
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【００２２】
実施例２
表２に示すようにカルシウムフェライトＡ５０部と高炉水砕スラグ５０部からなる有害物質低減材を使用し、表２に示すようにカルシウムフェライトＡと高炉水砕スラグの粉末度を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に示した。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
実施例３
ブレーン比表面積６０００ｃｍ２／ｇのカルシウムフェライトＡ５０部と高炉水砕スラグ５０部からなる有害物質低減材を使用し、有害物質の種類を表３に示すように変化させて有害物質の低減試験を行ったこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に示す。
＜使用材料〉
セレン：関東化学社製、Ｓｅ標準溶液、１０００ｍｇ／ｌ
ヒ素：関東化学社製Ａｓ標準溶液、１０００ｍｇ／ｌ
【００２５】
【表３】
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【００２６】
実施例４
有害物質低減材の種類を表４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３に示す。
カルシウムフェライトＡ５０部と水砕スラグ５０部からなる有害物質低減材を使用し、クロム、セレン、ヒ素を含み、環境庁告示第４６号法に基づく溶出試験の結果、前記重金属の溶出量が環境基準値を上回る土壌について、土壌の処理効果を確認した。土壌１ｍ３に対して、有害物質低減材を１５０ｋｇ添加し、よく混合して処理した。処理後の土壌を用いて再度、環境庁告示第４６号法に基づく溶出試験を行った。結果を表３に示す。なお、比較のために、普通ポルトランドセメントを用いて同様に行った場合の結果も併記した。
＜使用材料〉
土壌：重金属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。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
【発明の効果】
本発明に従って、潜在水硬性物質とカルシウムフェライトを組合せることにより、有害物質を迅速に低減でき、酸の侵食を受けた後も有害物質を低減できる等の効果を奏することができる。