(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーン比表面積３，０００〜８，０００ｃｍ2／ｇの、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2、α−ＣａＯ・ＳｉＯ2、及びカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の炭酸固化する化合物を含む物質を含有してなる、有害物質低減効果を有する土壌処理材とともに、炭酸成分を加え混合して固化することを特徴とする土壌の処理方法。
【請求項２】
前記炭酸固化する化合物を含む物質が、フッ素含有量１％以下の製鋼スラグであることを特徴とする請求項１に記載の土壌の処理方法。
【請求項３】
前記土壌処理材が、土壌１ｍ3に対して、１００〜１，０００ｋｇであることを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用される有害物質低減効果を有する土壌処理材を用いた土壌の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題が顕在化している。特に、土壌中の有害物質、例えば、カドミウム、鉛、総水銀、六価クロム、セレン、ヒ素等の重金属、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素、全シアン、フッ素、ホウ素、さらには、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。
【０００３】
従来、これらの有害物質を低減する材料としては、活性炭を用いる方法（例えば、特許文献１や特許文献２等）、ゼオライト類を用いる方法（例えば、特許文献３等）、ハイドロタルサイト類やハイドロカルマイト類を用いる方法（例えば、特許文献４や特許文献５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、特許文献６等）、硫酸第一鉄を用いる方法（例えば、特許文献７や特許文献８等）、アパタイト類を用いる方法（例えば、特許文献９等）などがあった。しかしながら、これらの有害物質低減材料は土壌を固化させる能力をもたないものであった。
【特許文献１】特開平０５−７６６１９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０７−１０８２８０号公報
【特許文献７】特開平０９−８５２２４号公報
【特許文献８】特開平１０−３４１２４号公報
【特許文献９】特開平０８−１８２９８４号公報
【０００４】
一方、土壌中性固化材が数多く提案されている。その代表としては、セッコウ系のものやマグネシア系のものが知られている（特許文献１０〜１８等）。しかしながら、セッコウ系の土壌中性固化材は固化力が充分でなく、また、その強度発現性も緩やかであり、材齢２８日程度の長期的な時間を必要とするものであった。そして、マグネシア系の土壌中性固化材は比較的早期に強度を発現するが、非常に高価なものであり、ほとんど実用されていない。また、なによりこれらの土壌中性固化材は有害物質低減効果を有するものではなかった。
【特許文献１０】特開平１０−３１６９６７号公報
【特許文献１１】特開２０００−１０９８２９号公報
【特許文献１２】特開２０００−２３９６６０号公報
【特許文献１３】特開２００１−２００２５２号公報
【特許文献１４】特開２００２−２０６０９０号公報
【特許文献１５】特開２００２−２４１１５４号公報
【特許文献１６】特開２００２−２４９７７４号公報
【特許文献１７】特開２００３−１３０６３号公報
【特許文献１８】特開２００３−２０４７８号公報
【０００５】
また、「γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2、α−ＣａＯ・ＳｉＯ2、及びカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の非水硬性化合物を含有することを特徴とするセメント混和剤。」の発明が公知である（特許文献１９）。この発明には、セメント・コンクリートの中性化を抑制することは開示されているが、これらの非水硬性化合物を土壌固化材として使用するために、炭酸固化することは示されていない。
【特許文献１９】ＷＯ ０３/０１６２３４
【０００６】
さらに、ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ2／ｇ以上であるγ−Ｃ2Ｓ（γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2）を含む物質を含有する組成物を炭酸化硬化体とすることも公知である（特許文献２０）が、この炭酸化硬化体を土壌固化材として使用すること、この炭酸化硬化体により、有害物質を低減することは示されていない。
【特許文献２０】特開２００３−２１２６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の有害物質低減材料、土壌中性固化材の有する問題点を解決し、有害物質低減効果を有する土壌処理材を用いた土壌の処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2、α−ＣａＯ・ＳｉＯ2、及びカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の炭酸固化する化合物が、炭酸成分を併用することにより、土壌を適度に固化して改良することを知見した。そして、処理後の土壌のｐＨを中性領域に調整することができ、しかも、効果的に有害物質を低減できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）ブレーン比表面積３，０００〜８，０００ｃｍ2／ｇの、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2、α−ＣａＯ・ＳｉＯ2、及びカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の炭酸固化する化合物を含む物質を含有してなる、有害物質低減効果を有する土壌処理材とともに、炭酸成分を加え混合して固化することを特徴とする土壌の処理方法である。
（２）前記炭酸固化する化合物を含む物質が、フッ素含有量１％以下の製鋼スラグであることを特徴とする前記（１）の土壌の処理方法である。
（３）前記土壌処理材が、土壌１ｍ3に対して、１００〜１，０００ｋｇであることを特徴とする前記（１）又は（２）の土壌の処理方法である。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の土壌処理材は、土壌中で炭酸成分と接触又は混合させて固化させることにより、土壌中性固化材となり、土壌中の有害物質、例えば、カドミウム、鉛、六価クロム、ヒ素、セレンなどを低減することができる。また、処理後の土壌のｐ
Ｈ が中性領域となるため、環境への影響が少なく、土壌の用途が制限されない等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の土壌処理材は、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2、α型ワラストナイト（α−ＣａＯ・ＳｉＯ2）、メルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2、アケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2、モンチセライトＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ2等のカルシウムマグネシウムシリケートから選ばれる群の１種又は２種以上の炭酸固化する化合物を含む物質を用いることを特徴の一つとする。また、本発明では、これらの炭酸固化する化合物を含む物質（以下、「炭酸固化性物質」という。）として、製鋼スラグを用いることも可能である。
【００１２】
本発明でいう製鋼スラグとは、製鋼プロセスで生じるスラグの総称であり、具体的には電気炉還元期スラグ、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、及びステンレススラグを挙げることができる。
【００１３】
本発明で用いる炭酸固化性物質はいずれもγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2、α型ワラストナイト、及び／又はカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる１種又は２種以上の炭酸固化する化合物を含有しているものであればよく、特に限定されるものではない。炭酸固化性物質として製鋼スラグを用いる場合、前記製鋼スラグのいずれか１種を単独でも使用できるが、２種以上併用することも可能である。
【００１４】
炭酸固化性物質中のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2の含有量は特に限定されないが、炭酸固化性物質全体の３５％以上が好ましく、４５％以上がより好ましい。また、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2の含有量の上限値は特に限定されない。製鋼スラグの中では、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2含有量が多い電気炉還元期スラグ又はステンレススラグが好ましい。
【００１５】
炭酸固化性物質は、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2を含有し、かつ、炭酸固化する化合物を６０％以上含有することが好ましく、炭酸固化する化合物を７０％以上含有することがより好ましい。
【００１６】
炭酸固化性物質の各々の化学成分は特に限定されるものではないが、具体的には、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆ、及びＭｇＯ等を主要な化学成分とし、その他、ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｓ、Ｐ2Ｏ5、及びＦｅ2Ｏ3等が挙げられる。
【００１７】
また、炭酸固化性物質に含まれる化合物としては、本願発明の目的を阻害しない範囲であれば、少量の不純物を含んでいてもよい。炭酸固化性物質に含まれる不純物化合物としては、たとえばβ型やα型などのダイカルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ2、トライカルシウムシリケート３ＣａＯ・ＳｉＯ2やランキナイト３ＣａＯ・２ＳｉＯ2やβ型のワラストナイト（β−ＣａＯ・ＳｉＯ2）等のカルシウムシリケート、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2や３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3等のカルシウムアルミネート類、ゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2やアノーサイトＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2等のカルシウムアルミノシリケート類、アケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2とゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2の混晶であるメリライト、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムフェライト２ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3、カルシウムアルミノフェライト４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3、リューサイト（Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ）・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2、スピネルＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3、及びマグネタイトＦｅ3Ｏ4がある。
【００１８】
また、製鋼スラグには、フッ素含有量が多いものも存在する。フッ素は、特定化学物質の環境への排出量の把握及び管理の改善の促進に関する法律（ＰＲＴＲ法）の規制対象物質であり、フッ素を多く含むものは環境保全の観点からも好ましくない。
【００１９】
フッ素を含む製鋼スラグでは、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3はフッ素の固溶した１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2の形態で存在するほか、  γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2の一部はカスピディン（Ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ）（３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・ＣａＦ2）に変化する。また、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3や１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2と、フッ素源として遊離ＣａＦ2が共存するものもある。
１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2やカスピディン等のフッ素を含む化合物の存在は、土壌へのフッ素の連行を伴い、その結果、処理後の土壌からのフッ素の溶出量に影響を及ぼす。したがって、フッ素含有量の多い製鋼スラグの使用は好ましくない。具体的には、製鋼スラグ中のフッ素含有量は１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましい。
【００２０】
炭酸固化性物質のブレーン比表面積は、特に限定されるものではないが、通常、１，５００〜８，０００ｃｍ2／ｇ程度で用いることができ、２，０００〜６，０００ｃｍ2／ｇが好ましく、３，０００〜５，０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。１，５００ｃｍ2／ｇ未満では充分な固化力や有害物質の低減効果が得られない場合があり、８，０００ｃｍ2／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００２１】
土壌に対する本発明の土壌処理材（炭酸固化性物質）の使用量は特に限定されるものではないが、通常、土壌１ｍ3に対して、１００〜１，０００ｋｇが好ましく、１５０〜５００ｋｇがより好ましい。１００ｋｇ未満では本発明の効果が十分に得られない場合があり、１，０００ｋｇを超えて使用しても更なる効果の増進が期待できないため不経済である。
【００２２】
本発明の土壌処理材は、炭酸成分と土壌中で混合又は接触させることで反応させる。本発明で言う炭酸成分とは、ＣＯ2成分、ＣＯ32-やＨＣＯ3-等を供給可能な物質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、炭酸ガス、超臨界二酸化炭素、ドライアイス、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アルミニウム、炭酸鉄等の炭酸塩、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸アルミニウム、重炭酸鉄等の重炭酸塩、及び炭酸水等が挙げられる。
【００２３】
本発明の土壌処理材と炭酸成分と土壌とを混合する方法は特に限定されないが、土壌処理材、炭酸成分及び土壌を一度に混合して固化させる方法や、土壌処理材と土壌を予め混合してから炭酸成分と接触・混合させて固化させる方法や、土壌と土壌処理材とを混合する前に炭酸成分を土壌と接触又は混合させておき、その後に土壌処理材を加える方法等が挙げられる。有害物質低減効果の観点から、土壌と土壌処理材とを予め混合しておき、炭酸成分と接触又は混合する方法が好ましい。この際、土壌のｐＨが４〜１０程度に調整されることが好ましく、５〜９程度の中性領域がより好ましい。
【００２４】
炭酸成分の使用量は、炭酸成分の種類や添加形態によって異なるため、一義的に決定されるものではないが、通常、土壌処理材１００部に対して、１部以上が好ましく、５部以上がより好ましい。炭酸成分の使用量が1部未満では、充分な固化力や有害物質低減効果が得られない場合がある。
【００２５】
本発明では、土壌、土壌処理材、及び炭酸成分の混合方法は特に限定されるものではないが、通常、注入工法や強制攪拌工法等によって行うことができる。
また、原位置における本発明の土壌の処理方法は、ジェットグラウトを利用した地盤改良工法（例えば、特開平７−７６８２１号公報）やウォータージェットを用いた地下浄化壁の施工法（例えば、特開２００３−７４０４７号公報）等によって行うことができる。
【００２６】
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、カドミウム、鉛、総水銀、六価クロム、セレン、ヒ素等の重金属、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素、全シアン、フッ素、ホウ素、さらには、有機物としては、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、ＰＣＢ、ジクロロエタン、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、有機リン等を挙げることができる。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、アミン化合物、各種の環境ホルモンや内分泌かく乱物質等が挙げられる。
【００２７】
本発明では、本土壌処理材の他に、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、並びに、環境調和型セメント、いわゆるエコセメント、高炉徐冷スラグ微粉末、酸化カルシウムや水酸化カルシウム、酸化マグネシウムや水酸化マグネシウム、ハイドロタルサイト類等のマグネシウム化合物、活性炭等の炭素物質、モンモリロナイトやカオリナイト等に代表される層状粘土化合物である、いわゆるベントナイト類、ゼオライト類、セピオライト、アパタイト、リン酸ジルコニウム等のリン酸塩、三酸化アンチモンや五酸化アンチモン等のアンチモン化合物、多硫化物、硫化物、チオ硫酸塩、亜硫酸塩等のイオウ化合物、チオ尿素、還元鉄粉、アマルガム、セルロース類、ポリビニルアルコール、キトサン等の水溶性高分子類、ジアルキルジカルバミン酸類、キノリン化合物類、ポリアミン類、糖類等の添加材料のうちの１種又は２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用可能である。
【００２８】
上記の添加材料は本発明の土壌処理材と併用しても良いし、別々に使用しても何ら差し支えない。例えば、本発明の土壌処理材で一次処理を行った後、二次処理を上記添加材料で行うことも可能である。このような二重の有害物質低減の処理を施すことは、有害物質を多面的に、かつ、確実に低減する観点からはむしろ好ましいと考えられる。
【実施例１】
【００２９】
表１に示すような様々な炭酸固化性物質をブレーン比表面積４，０００ｃｍ2／ｇに粉砕し、有害物質低減効果を有する土壌処理材を調製した。この土壌処理材を用いて、カドミウム、鉛、六価クロム、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、前記有害物質の溶出量が環境基準値を上回る酸性土壌について、土壌の処理効果を確認した。土壌１ｍ3に対して、土壌処理材を２５０ｋｇ添加し、強制攪拌工法にて混合した。次いで、炭酸ガスを吹き込みながら、あるいはドライアイスを加えながら、再度攪拌処理した。処理後２８日後に土壌を用いて再度、環境庁告示第４６号法に基づく溶出試験を行った。また、土壌の強度やｐＨも確認した。結果を表１に示す。なお、比較のために、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）や、従来の中性固化材であるセッコウ系中性固化材やマグネシア（ＭｇＯ）系中性固化材を用いて土壌処理を行った場合の結果も併記した。
【００３０】
＜使用材料＞
炭酸固化性物質Ａ：γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2、２モルの炭酸カルシウムと１モルの二酸化                  ケイ素を配合して１，４５０℃で焼成して合成。比重３．０１、ブレ                  ーン比表面積４，０００ｃｍ2／ｇ。
炭酸固化性物質Ｂ：α型ワラストナイト、合成品。比重２．９３、ブレーン比表面積４，                  ０００ｃｍ2／ｇ。
炭酸固化性物質Ｃ：メルヴィナイト、合成品。比重３．３３、ブレーン比表面積４，００                  ０ｃｍ2／ｇ。
炭酸固化性物質Ｄ：電気炉還元期スラグ、酸化物換算ＣａＯ含有量５２％、酸化物換算
ＳｉＯ2含有量２７％、Ａｌ2Ｏ3含有量１１％、ＭｇＯ含有量０．５
％、フッ素含有量０．７％、Ｓ含有量０．５％。主な化合物相はγ−                  ２ＣａＯ・ＳｉＯ2含有量約４５％、α型ワラストナイト約２０％、                  および１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3固溶体約２５％、比重３．０６、ブ                    レーン比表面積４，０００ｃｍ2／ｇ。炭酸固化する化合物の含有量                  はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2含有量４５％とα型ワラストナイトの含有                  量２０％の和で約６５％。
炭酸固化性物質Ｅ：ステンレススラグ、ＣａＯ含有量５２％、ＳｉＯ2含有量２８％、Ｍ                  ｇＯ含有量１０％、Ａｌ2Ｏ3含有量７％、Ｎａ２Ｏ含有量０．５％、                  フッ素含有量０．５％。主な化合物相はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2含有                  量約３５％、メルヴィナイト約４４％、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3固溶                  体約１４％、及び遊離マグネシア約４％。比重３．１４、ブレーン比                  表面積４，０００ｃｍ2／ｇ。炭酸固化する化合物の含有量はγ−２                  ＣａＯ・ＳｉＯ2含有量３５％とメルヴィナイトの含有量４４％の和                  で約７９％。
炭酸固化性物質Ｆ：電気炉還元期スラグ、酸化物換算ＣａＯ含有量５３％、酸化物換算Ｓ                  ｉＯ2含有量３５％、Ａｌ2Ｏ3含有量４％、ＭｇＯ含有量６％、フッ                  素含有量１．０％、Ｓ含有量０．５％。主な化合物相はγ−２ＣａＯ                  ・ＳｉＯ2含有量約４０％、カスピディン１４％、メルヴィナイト４                  ０％、比重３．０４、ブレーン比表面積４，０００ｃｍ2／ｇ。炭酸                  固化する化合物の含有量はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2含有量４０％と、                  カスピディン含有量の１４％と、メルヴィナイト含有量４０％の和で                  約９５％。
炭酸成分イ        ：炭酸ガス。
炭酸成分ロ        ：ドライアイス。
土壌      ：有害物質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。
セッコウ系中性固化材：市販品、半水セッコウを主成分とするもの。
マグネシア（ＭｇＯ）系中性固化材：市販品、酸化マグネシウムとリン酸マグネシウムと                                  を主成分とするもの。
水        ：水道水
＜測定方法＞
有害物質の溶出量：環境庁告示第４６号法に準じて測定。
土壌のｐＨ：市販のｐＨ電極を土壌中に挿入して測定。
固化の有無：処理土を１０ｃｍφ×２０ｃｍの型枠に詰めて供試体を作製し、材齢２８日            に評価した。×は固化せず。△は脱型時に一部破損。○は脱型強度を発現。            ◎は１．５Ｎ／ｍｍ2以上であったことを示す。
【００３１】
【表１】
0004634060.tif 000002
【００３２】
表１からみて、本発明の土壌処理材（実験Ｎｏ．１−２〜１−７、１−９）は、炭酸成分と混合することにより固化し、ｐＨ７．０〜８．０の中性固化材となり、普通ポルトランドセメントＯＰＣ（実験Ｎｏ．１−１１）、セッコウ系（実験Ｎｏ．１−１２）、ＭｇＯ系（実験Ｎｏ．１−１３）の固化材と比較して、優れた有害物質低減効果を有することが分かる。
また、炭酸成分のみ（実験Ｎｏ．１−８）、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2のみ（実験Ｎｏ．１−１０）では固化せず、有害物質低減効果もないから、両者を併用して、中性固化材とすることが必要である。
【実施例２】
【００３３】
有害物質低減効果を有する土壌処理材として炭酸固化性物質Ａを使用し、炭酸固化性物質Ａの粉末度を表２に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
0004634060.tif 000003
【００３５】
表２からみて、本発明の土壌処理材は、２，０００ｃｍ2／ｇ以上のブレーン比表面積の場合に、優れた有害物質低減効果を有し、３，０００〜８，０００ｃｍ2／ｇのブレーン比表面積の場合に、特に優れた有害物質低減効果を有することが分かる。ブレーン比表面積が８，０００ｃｍ2／ｇを超えると有害物質低減効果は向上するが、作業性が悪くなる場合がある。