(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の土壌および汚泥の固化・固定処理剤における種々の問題を解決するためのもろもろの機能を兼ね備えた新規の泥土改良固化安定剤の提供。【解決手段】珪藻土２に土壌菌３を配合した主体成分４に石炭灰５、２０〜５０重量部およびセメント６、２０〜５０重量部を均一に配合した主要成分１００重量部に対して、硫酸アルミニウム２〜５重量部、けい酸アルミニウム２〜５重量部、チオ硫酸ナトリウム５〜３０重量部、硫酸鉄２〜５重量部、硫酸カルシウム２〜５重量部のうちの、少なくとも３種以上を均一に配合した泥土改良固化安定剤。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪藻土に土壌菌を配合した主体成分に石炭灰２０〜５０重量部とセメント２０〜５０重量部を均一に配合された主要成分１００重量部に対して、硫酸アルミニウム２〜５重量部、けい酸アルミニウム２〜５重量部、チオ硫酸ナトリウム５〜３０重量部、硫酸鉄２〜５重量部、硫酸カルシウム２〜５重量部が均一に配合されていることを特徴とする泥土改良固化安定剤。
【請求項２】
珪藻土に土壌菌を配合した主体成分に石炭灰２０〜５０重量部とセメント２０〜５０重量部を均一に配合された主要成分１００重量部に対して、硫酸アルミニウム２〜５重量部、けい酸アルミニウム２〜５重量部、チオ硫酸ナトリウム５〜３０重量部、硫酸鉄２〜５重量部、硫酸カルシウム２〜５重量部のうちの、少なくとも３種以上が均一に配合されていることを特徴とする泥土改良固化安定剤。
【請求項３】
珪藻土は淡水成珪藻土あるいは海水成珪藻土のいずれか一方あるいは両方が使用されていることを特徴とする請求項１、２いずれかに記載の泥土改良固化安定剤。
【請求項４】
土壌菌は枯草菌類、バチルス（ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂａｃｔｅｒｉａ）と、シュウドモナス菌類（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）と、これらの変成類のいずれかであることを特徴とする請求項１、２、３いずれかに記載の泥土改良固化安定剤。
【請求項５】
硫酸アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、チオ硫酸ナトリウム、硫酸鉄、硫酸カルシウムの総重量が主要成分の２０〜３０重量部の配分比であることを特徴とする請求項２記載の泥土改良固化安定剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軟弱地盤の土壌または流出しやすい土壌の土質の改良、あるいはヘドロ状の汚泥、乾燥しにくい汚泥、油泥などの泥質改良の他、重金属類を含む金属類および化学物質などによる汚染土壌、またはダイオキシン類と重金属類を含む消却灰の無害化処理、さらには自然土壌に近似した土壌にまで改質・改良する高度の機能を備えた泥土改良固化安定剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
土壌および軟弱地盤またはヘドロ状の汚泥などの固化・安定剤としては、一般に土壌改良剤あるいは固化剤が利用されている。
【０００３】
前記の土壌改良剤または固化剤は、セメントを主剤としたセメント系のものと石灰を主剤とした石灰系の二つに大別され、処理対象物によって選択され用いられている。概ね、処理対象物の組成が無機系成分で構成されている場合には、セメント系の固化安定剤が選ばれ、有機系の成分で構成されている場合には石灰系の固化安定剤が選ばれている。
【０００４】
しかしながら、セメント系の固化安定剤の機能性は水和物生成による硬化反応である。
その水和物とは、カルシウムとシリカによる水和物ＣＳＨ：［Ｃ２Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）・Ｃ３Ｓ（３ＣａＯ・ＳｉＯ２］、モノサルフェート水和物ｅｔｏｒｉｎｇａｉｔｅ［Ｃ３Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）・Ｃ４Ａ・Ｆ（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＦｅＯ）・ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ・３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ］、ボゾランｂｏｚｏｒａｎ（ｏ−Ｈ４ＳｉＯ４・ｍ−Ｈ２ＳｉＯ３）などが挙げられる。ただし、当該の処理対象物には有機質成分が多少なり含有しているので、この有機質成分により水和物の生成が疎外されることがある。セメント系の固化安定剤の場合、粒度調整、圧縮強度、圧密調整などが非常に困難であるので、往々にして崩壊、流出などを起こしているのも有機質成分の存在による水和物生成阻害に起因としている。
【０００５】
石灰系の固化・固定剤の主たる反応機構も水和硬化反応であるが、セメント系の固化固定機能のような複雑な反応ではなく、単なる水分の吸収による自己硬化とカルシウム化合物の生成による固定化反応と考えられる。したがって、当該の処理対象物の粒度調整、圧縮強度、圧密調整の機能はなく、強度的な改質、改良は不可能であるので、崩壊あるいは流出は免れない。
【０００６】
さらに、セメント系と石灰系の固化安定剤で処理された当該の処理対象物に共通した問題点がある。それは、処理対象物に必要とされる添加量と処理後のＰＨ値である。具体的には処理に必要とされる添加量は、いずれの場合でも処理対象物に対して１０〜２０ｗｔ％と固化安定剤としては比較的に多量であることの他に、処理後の土壌のＰＨ値が１０以上となり、新たにアルカリ流出の問題提起になっていることである。
【０００７】
前記のセメント系と石灰系の固定剤の他、フライアッシュを有効成分として配合された固化固定剤も開発されているが、フライアッシュの発生源によって性能が異なるので経験的な調整が必要となる。
【０００８】
また、前記のセメント系、石灰系およびフライアッシュを配合したそれぞれの固化固定安定剤で共通して言えることは、主とする目的が固化固定による粒度調整と圧縮強度、圧密強度であり、現在要求されている土壌汚染対策に必要とする機能性は皆無と言える。また、一部の固化固定剤には重金属類の固定にキレート剤を起用しているものがあるが、キレート反応による処理では長期間の安定性は望めない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の土壌および汚泥の固化・固定処理剤における種々の問題を解決するためのもろもろの機能を兼ね備えた新規の泥土改良固化安定剤の提供を目的とする。具体的には
（１）土壌菌類を包含した珪藻土と石炭灰とセメントの配合により、水分調整と正常な水和硬化反応を可能にしたこと、
（２）団粒化と粒度調整および固化・固定による圧密と圧縮強度の調整は、セメントの弱点を硫酸アルミニウムとけい酸アルミニウムと硫酸カルシウムの配合で補足してそれぞれの反応を強化したこと、
（３）重金属類などの固定と不溶出化の主役には、チオ硫酸ナトリウムと硫酸鉄および土壌菌などによる積極的な固化・固定安定化機能を応用し、さらに、土質改良の基礎となる前記の（１）、（２）の水和物による複合結晶構造の中に包含させることにより固化・固定安定化の強化を図った。
（４）処理対象物の中性化と自然土壌との親和性については、前記の（１）、（２）、（３）のすべての反応の相乗効果により解決する。
【００１０】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は珪藻土に土壌菌を配合した主体成分に石炭灰２０〜５０重量部とセメント２０〜５０重量部を均一に配合された主要成分１００重量部に対して、硫酸アルミニウム２〜５重量部、けい酸アルミニウム２〜５重量部、チオ硫酸ナトリウム５〜３０重量部、硫酸鉄２〜５重量部、硫酸カルシウム２〜５重量部が均一に配合されて泥土改良固化安定剤を構成している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１および図２に示す本発明の第１の実施の形態において、１は本発明の泥土改良固化安定剤で、この泥土改良固化安定剤１は珪藻土２に土壌菌３を配合した主体成分４に、石炭飛灰や石炭灰５を２０〜５０重量部と、セメント６を２０〜５０重量部を均一に配合された主要成分７を１００重量部に対して、総重量が主要成分７の２０〜３０重量部の配分比となるように硫酸アルミニウム８を２〜５重量部、けい酸アルミニウム９を２〜５重量部、チオ硫酸ナトリウム１０を５〜３０重量部、硫酸鉄１１を２〜５重量部、硫酸カルシウム１２を２〜５重量部を均一配合されて構成されている。
【００１４】
前記珪藻土２は淡水成珪藻土または海水成珪藻土の１種あるいは２種の混合のいずれかが選ばれる。珪藻土は濾材として、また、水分および油脂類の吸着などに優れた機能を持つ他、含有されている多種多様の鉱物性微量元素（ミネラル成分）により、当該排水中の溶存酸素や解離イオンと相乗効果を奏して還元、酸化、分解などの反応による泥質の改質、固化・固定反応が促進される。即ち、珪藻土に含有する鉱物性微量元素による触媒能は本発明の泥土改良固化安定剤１の重要な要素となっている。
【００１５】
前記土壌菌３は枯草菌類、バチルス（ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂａｃｔｅｒｉａ）と、シウドモナス菌類（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）と、これらの変成類のいずれかで、その配合の目的は重金属類を含む金属類の固定と油泥の分解のほか、自然土壌との親和性の改善にある。
なお、土壌菌２の前記機能性については周知されているが、当該の固化安定剤には使用されていない。
【００１６】
前記石炭飛灰や石炭灰５とセメント６は、これまでも土壌改良剤として一般的に使用されているが、石炭飛灰や石炭灰５とセメント６のいずれからも重金属類（鉛等）の溶出という不都合な問題が提起されてる。
本発明においては、これらの問題点の解消と固化・固定の安定化を強化するための必要成分を選択し配合している。
【００１７】
前記硫酸アルミニウム８は具体的には硫酸バンドが使用され、当該の処理対象物中の水分に溶解し、重縮合水酸化アルミニウム（コロイド状の水酸化アルミニウムとイオン化した水酸化アルミニウム）に転化する。
この重縮合水酸化アルミニウムには泥土粒子間の電位を低下させ崩壊し細分化する機能と、有機金属類の無機化または金属イオンの吸着・固定および酸化触媒能があり、当該処理対象物の団粒化と粒度調整および固化・固定化を促進する。
【００１８】
前記けい酸アルミニウム９は具体的には長石または雲母が使用され、当該処理対象物には溶解することなく、団粒化と粒度調整および固化・固定の核となり反応を助長する。
【００１９】
前記チオ硫酸ナトリウム１０は重金属類と積極的に反応して水に不溶性のチオ硫酸ナトリウムを形成する。このため、当該処理対象物中の重金属類の数値に応じて、その配合比を調整して使用される。
【００２０】
前記硫酸鉄１１は具体的には硫酸第一鉄が使用され、当該処理対象物内で加水分解して、硫酸と酸化鉄に解離し、中和反応と凝集反応によって団粒化と粒度調整および固化・固定反応を助長する。
【００２１】
前記硫酸カルシウム１２は当該処理対象物内の水分調整と遊離酸の中和剤としての機能と固化・固定反応を助長する。
【００２２】
上記構成の泥土改良固化安定剤１は、土壌菌３を含浸させた珪藻土２を主体成分４とし、これに石炭飛灰や石炭灰５とセメント６を配合した主要成分７と、硫酸アルミニウム８、けい酸アルミニウム９、チオ硫酸ナトリウム１０、硫酸鉄１１、硫酸カルシウム１２の硫酸金属塩が必須成分として配合され構成している。主要成分７中の珪藻土２は汚濁物質の吸着および吸着機能の他、石炭灰５とセメント６の自己硬化機能を助長する機能を兼ね備えているが、必須成分として選択した硫酸金属塩のそれぞれの機能性を付加することにより、主要成分の機能性をより一層高揚させることができる。
本発明の泥土改良固化安定剤１の特徴は、主要成分の反応機構と必須成分の反応機構との組み合わせにより、相乗効果を奏していることである。これにより従来の土壌改良剤の問題点を解消している。
【００２３】
また、上記構成の泥土改良固化安定剤１の添加量は、当該処理対象物の処理目的によって決定されるが、通常、土壌改良剤として使用する場合には、土壌の含水比にもよるが、概ね３〜８％の範囲内で処理される。
【００２４】
【発明の異なる実施の形態】
次に、図３および図４に示す本発明の異なる実施の形態につき説明する。なお、この本発明の異なる実施の形態の説明に当って、前記本発明の第１の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
図３および図４に示す本発明の第２の実施の形態において、前記本発明の第１の実施の形態と主に異なる点は、主要成分７の１００重量部に対して硫酸アルミニウム８を２〜５重量部、けい酸アルミニウム９を２〜５重量部、チオ硫酸ナトリウム１０を５〜３０重量部、硫酸鉄１１を２〜５重量部、硫酸カルシウム１２を２〜５重量部のうちの少なくとも３種以上を均一に配合した点で、このように構成した泥土改良固化安定剤１Ａにしてもよい。
【００２６】
【実験例】
１．代表的な泥土改良固化安定剤の調整
通常の土壌改良剤としての本発明の代表的な泥土改良固化安定剤を次のような配合で調整した。
主要成分の主体となる珪藻土は、淡水成珪藻土と海水成珪藻土（いずれも焼成品Ｒａｄｉｏｌｉ−ｔｅ＃８００）とを混合（混合比５０：５０）したものを選び、これに土壌菌１重量％を含浸した。
さらに、珪藻土１００重量％に対して石炭灰３０重量％とセメント３０重量％を均一に配合した。必須成分は主要成分１００重量％に対して、硫酸アルミニウム３重量％、けい酸アルミニウム３重量％、チオ硫酸ナトリウム１０重量％、硫酸第一鉄３重量％、硫酸カルシウム３重量％をそれぞれ均一に混合し調整した。
その組成比を図５に示す。
２．前記の配合比で調整した本発明の泥土改良固化安定剤の性能試験を、有機質粘土系、シルト質系、粘質土系、粘土質砂系、粘土質礎系、火山灰質砂系、火山灰質礎系、火山質粘性土系の各土壌を原土とし、それぞれの原土に対して３〜１０重量％の範囲で添加して土壌改良試験を実施した。
その結果を図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２に示した。
また、従来の土壌改良剤との比較対象項目として、土粒子の密度と自然含水比、塑性指数と一軸圧縮強度、変成係数、三軸圧縮強度などの関係を図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８に示した。
前記図５ないし図１８に示すように、セメント系または石灰系の土壌改良剤のような不安定さは全くなく、本発明の泥土改良固化安定剤に設計された機能性の全てが証明されていることが認知される。
３．土壌改良剤に関しては安全性の項目がある。従来の土壌改良剤はセメント、石灰を主成分としているため、改良土は強アルカリ性を呈し、生物に対する安全性が極めて低い。
本発明の泥土改良固化安定剤は、処理対象原土が酸性またはアルカリ性であっても、容易に中性化し長期安定が期待できる。水素イオン濃度ＰＨに関する試験結果を図１９に示す。
４．本発明の泥土改良固化安定剤による泥炭の土質改良試験結果を、図２０に示す。
５．本発明の泥土改良固化安定剤による金属類（重金属を含む）の固定化と不溶出化については、請求項２の範囲内でその配合を替えて、調整して試験を実施した。調整後の組成比を図２１に示す。試験の対象汚泥は、鉱山排水を石灰で処理した沈殿汚泥と、溜池のヘドロ、火力発電所の石炭灰（焼却灰と飛灰）を選択し、その結果を図２２、図２３に示す。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
【００２８】
（１）珪藻土に土壌菌を配合した主体成分に石炭灰２０〜５０重量部とセメント２０〜５０重量部を均一に配合された主要成分１００重量部に対して、硫酸アルミニウム２〜５重量部、けい酸アルミニウム２〜５重量部、チオ硫酸ナトリウム５〜３０重量部、硫酸鉄２〜５重量部、硫酸カルシウム２〜５重量部が均一に配合されているので、土壌菌を配合した珪藻土と石炭灰とセメントを配合した主要成分により、水分調整と、正常な水和硬化反応をさせることができる。
【００２９】
（２）前記（１）によって、団粒化と粒度調整および固化・固定による圧密と圧縮強度の調整はセメントの弱点を硫酸アルミニウムとけい酸アルミニウムと硫酸カルシウムの配合で補足して、それぞれの反応を強化することができる。
【００３０】
（３）前記（１）によって、重金属類等の固定と不溶出化の主役にはチオ硫酸ナトリウムと硫酸鉄および土壌菌等による積極的な固化・固定安定化機能を応用し、さらに土質改良の基礎となる前記（１）、（２）の水和物による複合結晶構造の中に包含させることにより、固化・固定安定化の強化を図ることができる。
【００３１】
（４）前記（１）によって、処理対象物の中性化と自然土壌との親和性については前記（１）〜（３）のすべての反応の相乗効果で解決することができる。
【００３２】
（５）請求項２、３、４、５も前記（１）〜（４）と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の主要成分の説明図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の泥土改良固化安定剤の説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の主要成分の説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の泥土改良固化安定剤の説明図。
【図５】本発明の代表的な泥土改良固化安定剤の配合比を示す図。
【図６】有機質粘土の土壌改良試験結果を示す図。
【図７】有機質粘土の土壌改良試験結果を示す図。
【図８】有機質粘土の土壌改良試験結果を示す図。
【図９】有機質粘土の土壌改良試験結果を示す図。
【図１０】泥土改良固定安定剤によるシルト質の土壌改良試験結果を示す図。
【図１１】泥土改良固定安定剤による粘質土の土壌改良試験結果を示す図。
【図１２】泥土改良固定安定剤による粘土質砂の土壌改良試験結果を示す図。
【図１３】泥土改良固定安定剤の添加量と土粒子の密度との関係図。
【図１４】泥土改良固定安定剤の添加量と、自然含水比との関係図。
【図１５】泥土改良固定安定剤の添加量と、塑性指数との関係図。
【図１６】泥土改良固定安定剤の添加量と一軸圧縮強度との関係図。
【図１７】泥土改良固定安定剤の添加量と、変形係数との関係図。
【図１８】泥土改良固定安定剤の添加量と粘着力と内部摩擦角との関係図。
【図１９】泥土改良固定安定剤による施工後の水素イオン濃度ＰＨ値の推移を示す図。
【図２０】泥土改良固定安定剤による泥炭の土質改良試験結果を示す図。
【図２１】泥土改良固定安定剤（重金属類の固定用）の配合比を示す図。
【図２２】泥土改良固定安定剤（重金属類の固定用）による鉱山排水石灰沈殿物の固定・溶出試験結果を示す図。
【図２３】泥土改良固定安定剤（重金属類の固定用）による鉱山排水の  池のヘドロの固定・溶出試験結果を示す図。
【図２４】泥土改良固定安定剤（重金属類の固定用）による火力発電の石炭灰（焼却灰と飛灰）の固定・溶出試験結果を示す図。
【符号の説明】
１、１Ａ：泥土改良固化安定剤、
２：珪藻土、            ３：土壌菌、
４：主体成分、          ５：石炭飛灰や石炭灰、
６：セメント、          ７：主要成分、
８：硫酸アルミニウム、  ９：けい酸アルミニウム、
１０：チオ硫酸ナトリウム、
１１：硫酸鉄、          １２：硫酸カルシウム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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