(57)【要約】【課題】    重金属で汚染された土壌から重金属が水とともに流出するのを効果的に抑制することができる、汚染土壌の不溶化処理方法を提供する。【解決手段】    重金属によって汚染された土壌を掘削し、処理プラントにおける混合槽内に投入し、鉄塩の水溶液と粉状のアパタイトとを予め混合したものを添加して混合攪拌する。その後、粉状のセメントを添加してさらに攪拌する。混合攪拌が終了した土壌は、充分に水和反応を生じさせて原地盤に埋め戻す。また、汚染された地盤上にアパタイト、鉄塩を散布して混合攪拌し、さらにセメントを散布してバックホー等により現場で混合攪拌しても良い。土壌中の汚染物質である重金属は、アパタイト及び鉄塩によって不溶化され、さらにセメントの硬化体によって包囲されて地盤内の土壌から重金属が雨水等に溶出するのが抑制される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属で汚染された土壌に、アパタイト、鉄塩及びセメントを添加し、攪拌混合することを特徴とする重金属汚染土壌の不溶化処理方法。
【請求項２】
前記アパタイトは、含水率が１５〜２５重量％の汚染された土壌に対して、１重量％〜１０重量％、前記鉄塩は１重量％〜１０重量％、前記セメントは１重量％〜１５重量％を、添加することを特徴とする請求項１に記載の重金属汚染土壌の不溶化処理方法。
【請求項３】
鉄塩の水溶液にアパタイトを混合したものを、重金属で汚染された土壌に混合攪拌し、その後に粉状のセメント又はセメントと水との混合液を添加して攪拌することを特徴とする重金属汚染土壌の不溶化処理方法。
【請求項４】
土壌が重金属で汚染された領域の地盤に鉄塩の水溶液を散布して土壌を攪拌混合し、
その後に粉状又は／及び粒状のアパタイト又は水とアパタイトとの混合物を散布して土壌を攪拌混合し、
さらに、粉状のセメント又は水とセメントとの混合物を散布して土壌を攪拌混合することを特徴とする重金属汚染土壌の不溶化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属で汚染された土壌から重金属が水とともに流出するのを抑制する重金属汚染土壌の不溶化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
市街地再開発に伴う調査で、工場跡地等の重金属汚染が判明する事例が増加している。重金属で汚染された土壌は、住民の健康への影響等、環境上重大な問題であり、法においても厳しく規制されるようになっている。
【０００３】
重金属で汚染された土壌についての対策としては、従来より、重金属を含む汚染土壌を掘削して、散逸や流出がないように厳重に管理された処分場に廃棄したり、あるいはビニールシート、コンクリート壁体、鋼矢板又は粘土層等で汚染土壌を囲み、更にアスファルト舗装を施す等の手段によって、汚染土壌を周辺環境から遮断する方法が行われている。
【０００４】
しかし、上記のような方法では、ビニールシートやコンクリート壁体等が破損することがあり、降雨等によって処分地から重金属が溶出するおそれがある。また、汚染土壌を隔離するために広い用地と多くの費用が必要となる。このため、近年では、重金属で汚染された土壌から重金属が水とともに流出するのを抑制する不溶化処理が行なわれている（特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
特許文献１に記載の方法は、重金属で汚染された土壌に対してカルシウム化合物及びリン酸塩水溶液を散布することによって、カドミウム、鉛等の重金属が土壌から溶出するのを防止するものである。また、特許文献２に記載の方法は、鉛による汚染土壌と、鉄やアルミニウム等の多価金属イオン成分を含む錯化剤及び、リン酸、リン酸塩等の水溶性フォスフェートとを接触させることによって、鉛の溶出を低減するものである。
【特許文献１】特開平１０−５７９３７号公報
【特許文献２】特開２００１−５０９７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に記載された重金属の溶出試験の結果によれば、これらの方法では重金属を土壌に固定する効果が十分ではなく、周辺の環境保全が充分に行うことができない場合、法的な環境基準を充たすことが難しい場合も発生し得る。
【０００７】
本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、重金属で汚染された土壌から重金属が水とともに流出するのを効果的に抑制することができる、汚染土壌の不溶化処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、  重金属で汚染された土壌に、アパタイト、鉄塩及びセメントを添加し、攪拌混合することを特徴とする重金属汚染土壌の不溶化処理方法を提供する。
【０００９】
上記不溶化処理方法では、アパタイト、鉄塩及びセメントを汚染土壌に混合することによって、重金属が汚染土壌から雨水等に溶出するのをより効果的に抑制することができ、この土壌を原地盤等に埋め戻した後も長期にわたって重金属の溶出が少なく維持される。
【００１０】
上記アパタイト（Ｃa5(ＰＯ4)3（F、OＨ、Cl））は、汚染土壌に含まれる鉛（Ｐb）、カドミウム（Ｃd）、砒素（Ａs）、クロム（Ｃr）等の重金属類と接触することによって同形構造（Isomorphic  Structure）の鉱物を生成する。この生成物は、酸・アルカリに強くしかも固く安定した物質であり、水に溶出することが少ない。
【００１１】
また、上記鉄塩としては２価又は３価の鉄イオンを生成するものを用いることができ、２価鉄イオンを用いた場合には、例えば六価クロムは還元されて三価となる。これにより、不溶性の水酸化クロムとなって水への溶出が抑制される。
【００１２】
さらに、セメントとしてはポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等を用いることができる。セメントを汚染土壌に混合することによって、不溶化された重金属及び土壌粒子を覆うようにセメントが固化し、不溶化された重金属が再び水に溶出するのが抑制される。また、固化したセメントによって水分が保持され、重金属を含むおそれのある水分が他の領域に流出するのが抑制される。
【００１３】
請求項２に係る発明は、  請求項１に記載の重金属汚染土壌の不溶化処理方法において、  前記アパタイトは、含水率が１５〜２５重量％の汚染された土壌に対して、１重量％〜１０重量％、前記鉄塩は１重量％〜１０重量％、前記セメントは１重量％〜１５重量％を、添加するものとする。
【００１４】
アパタイト及び鉄塩はそれぞれ、土壌中に１重量％〜１０重量％を混合して攪拌することによって良好な効果を得ることができ、それぞれ１０重量％以上としても効果はほぼ同様である。特にアパタイトは材料のコストが高いため、適量を用いることによって経費を節減することができる。一方、それぞれ混合量が１重量％以下となると、充分な不溶化の効果が得られなくなる。また、セメントは、上記の添加量とすることによって処理後の土壌が適度な粒度となり、外部への搬送の際等にハンドリング性が良好となる。該セメントは、１重量％以下では土壌粒子を覆うように固化するのに不十分であり、不溶化された重金属が再び水に溶出してしまうおそれがある。一方、１５重量％以上添加すると、土壌粒子がセメントによって一体化されて塊状となり、混合攪拌したり搬送する際に作業性が悪くなってしまう。
【００１５】
請求項３に係る発明は、  鉄塩の水溶液にアパタイトを混合したものを、重金属で汚染された土壌に混合攪拌し、その後に粉状のセメント又はセメントと水との混合液を添加して攪拌することを特徴とする重金属汚染土壌の不溶化処理方法を提供する。
【００１６】
上記処理方法では、先ず鉄塩の水溶液にアパタイトを混合し、これを重金属で汚染された土壌に混合攪拌する。その後土壌に粉状のセメント又はセメントと水との混合液を添加して攪拌する。このような混合攪拌は、例えば混合槽内で行うことができる。このような混合攪拌により、鉄塩及びアパタイトを土壌にほぼ均一に分散させて重金属を効果的に不溶化させることができる。そして、重金属を土壌粒子とともにセメントによって包含し、再び水に溶出するのを抑制することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、  土壌が重金属で汚染された領域の地盤に鉄塩の水溶液を散布して土壌を攪拌混合し、  その後に粉状又は／及び粒状のアパタイト又は水とアパタイトとの混合物を散布して土壌を攪拌混合し、  さらに、粉状のセメント又は水とセメントとの混合物を散布して土壌を攪拌混合する重金属汚染土壌の不溶化処理方法を提供するものである。
【００１８】
上記処理方法は、鉄塩、粉状又は／及び粒状のアパタイト又は水とアパタイトとの混合物、粉状のセメント又は水とセメントとの混合物を順次に、土壌が重金属で汚染された領域の地盤に直接散布して攪拌するものであり、大きな設備を用いることなく、効率よく処理ができる。また、費用を少なく抑えることができ、広い範囲に低濃度で汚染されているときに効率よく処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本願発明によれば、重金属で汚染された土壌にアパタイト及び鉄塩を混合して攪拌することによって、重金属を水に不溶性の物質とし、さらにセメントを添加して、不溶化された重金属の付着した土壌粒子をセメントによって包含する。これにより、重金属が汚染土壌から雨水等に溶出するのをより効果的に抑制することができ、この土壌を原地盤等に埋め戻した後も長期にわたって重金属の溶出が少なく維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本願発明の一実施形態である重金属汚染土壌の不溶化処理方法について説明する。
この不溶化処理方法では、先ず、重金属によって汚染された土壌を掘削し、ピット等の作業場に搬送する。そして、処理プラントにおける混合槽内に汚染土壌を投入し、鉄塩の水溶液と粉状のアパタイトとを予め混合したものを添加して混合攪拌する。また、このとき混合が均一に行われるように適度の水を加え、土壌の含水量を調整するのが望ましい。その後、粉状のセメントを添加してさらに攪拌する。混合攪拌が終了した土壌は、そのまま原地盤に埋め戻して水和反応を生じさせることもできるが、混合攪拌が終了した土壌を仮置きヤードに搬送し、セメントの水和反応が充分に生じるまで仮置きするのが望ましい。仮置き期間は、セメントの種類等に基づいて適切に決定するものとし、例えば半日〜１日とする。そして、その後に原地盤に埋め戻す。
【００２１】
上記鉄塩は、２価又は３価の鉄イオンを生成するものを用いることができ、鉄イオンによって重金属が有害性の低い、不溶性の物質に還元される。鉄塩としては特に塩化物が好適であり、本実施例では、塩化第二鉄濃度が３７重量％の水溶液が用いられている。添加量は、塩化第二鉄が汚染された土壌に対して１重量％〜１０重量％となるように添加するのが望ましい。
【００２２】
上記アパタイトは、化学組成Ｃa5(ＰＯ4)3（F、OＨ、Cl）をもつリン酸塩鉱物群であり、天然の鉱物として採取されるものや工業用に精製されたものを、汚染された土壌に対して１重量％〜１０重量％添加するのが望ましい。そして、汚染土壌に含まれる鉛（Ｐb）、カドミウム（Ｃd）、砒素（Ａs）、クロム（Ｃr）等の重金属と結合して、酸・アルカリに強くしかも固く安定した物質を生成する。例えば、アパタイトの一種であるヒドロキシアパタイトは、式１に示すように、鉛（Ｐb）と結合して不溶性のヒドロキシパイロモルファイトを生成する。
Ca5(PO4)3OH＋5Pb  →  Pb5(PO4)3OH＋5Ca  …（式１）
【００２３】
上記セメントは、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等を用いることができ、汚染された土壌に対して１重量％〜１０重量％添加するのが望ましい。このセメントが土壌中の水分と反応して、鉄塩又はアパタイトによって不溶化された重金属を覆うように固化し、重金属が水とともに流出するのを抑制する。
なお、セメントは水と混合し、スラリー状としたものを土壌に添加して攪拌してもよい。スラリー状とすることによって、セメントを土壌に均一に分散するように混合しやすくなる。
【００２４】
上記のように土壌中の汚染物質である重金属は、アパタイト及び鉄塩によって不溶化され、さらにセメントの硬化体によって包囲されることより、地盤内の土壌から重金属が雨水等に溶出するのが抑制される。
【００２５】
次に、本願発明の他の実施形態である不溶化処理方法について説明する。
この不溶化処理方法では、重金属で汚染された地盤を掘削し、土壌をほぐすように攪拌する。そして、地盤上に、鉄塩の水溶液、粉状又は／及び粒状のアパタイト又は水とアパタイトとの混合物を散布し、パワーシャベル、バックホー等の重機械を用いて混合攪拌する。さらに、粉状のセメント又は水とセメントとの混合物を地盤上に散布して土壌と混合攪拌する。上記アパタイト又はセメントと混合する水の量は、均一な土壌の混合攪拌が容易となるように設定する。また、この水の量は、セメントの水和反応に必要な量を充分に確保できる量とする。
【００２６】
なお、上記不溶化処理方法で用いることができる鉄塩、アパタイトは先に説明した実施形態と同じものを用いることができる。
【００２７】
このような方法では、大規模なプラント等の施設が不要となり、広範囲の地盤における多量の汚染土壌を少ない費用で処理することができる。
【００２８】
次に、本願に係る発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
この実験は、上述した汚染土壌の不溶化処理を実験室で行ったものであり、他の処理方法による結果と対比する。
この実験で用いる土壌の試料１、試料２には、重金属として砒素（Ａs）、カドミウム（Ｃd）、鉛（Ｐb）、水銀（Ｈｇ）、セレン（Ｓｅ）が含まれており、含有量及び第二溶出量基準を表１に示す。
【表１】
2005131574.tif 000002
【００２９】
なお、第二溶出量基準とは、土壌汚染対策法（平成１４年５月２９日法律第５３号）施行規則第2４条第1項第1号において、この基準に適合しない汚染土壌は原地盤から取り除き、又は該汚染土壌から汚染物質を取り除くもの、と定められた、別表第４に掲げる数値をいう。また、溶出量の測定は、土壌汚染対策法施行規則第５条第３項第４号の土壌溶出量調査に係る測定方法によるものとする。
【００３０】
試料１について、実験１ａでは、水分１５重量％を含む試料１の土壌２００ｇに塩化第二鉄５重量％、アパタイト５重量％及びポルトランドセメント１０重量％を添加し、２０分間攪拌を行なった。その後、これをろ過し、ろ液について重金属の溶出量、すなわちろ液中にイオンの形態で存在する重金属の量を測定した。
【００３１】
土壌試料にイオン又は化合物の形態で存在する重金属の大部分は、塩化第二鉄又はアパタイトと反応して不溶性の物質となる。そして、この物質がセメントによって覆われて再び水分中に溶出しにくい状態となる。これにより、表２に示すように、全ての重金属の溶出量が表１に示す第二溶出量基準の値を下回るものとなった。
【表２】
2005131574.tif 000003
【００３２】
次に、上記実験１ａの結果と比較を行うために、実験１ａとは添加する材料の条件を変えて、同様の手順で比較実験を行なった。すなわち、実験１ｂでは、土壌の試料１にアパタイトのみを、実験１ｃでは、アパタイト及びセメントを、実験１ｄでは塩化第二鉄、消石灰及びセメントを、実験１ｅでは、塩化第二鉄及び消石灰を、実験１ｆでは、硫化ナトリウム及びセメントを、実験１ｇでは、硫化ナトリウム、硫酸第一鉄、コロイド状態の硫黄及びセメントを添加して、２０分間攪拌を行なった後にろ過した。また、添加物にセメントを含む場合には、水和反応が生じる時間として１２時間程度静置した後、水を加えてろ過した。これらのろ過液について重金属の溶出量を測定した比較実験では、いずれの場合にも表２に示すように、砒素、水銀又はセレンについて溶出量が多く、第二溶出量基準以下とすることが難しい状態となっている。
【００３３】
これに対し、本件発明の不溶化方法（実験１ａ）では、砒素、カドミウム、鉛、水銀及びセレンについていずれも溶出量が少なく抑えられており、特に、砒素及びセレンについては、顕著に溶出量が少なくなっている。つまり、アパタイトとセメントとを用いた実験１ｃや、塩化第二鉄と消石灰とセメントとを用いた実験１ｄより砒素及びセレンの溶出量が明らかに少なくなっており、アパタイトと鉄塩とセメントとの３種の添加剤を組み合わせて用いることによって顕著な効果が得られることが解る。
【００３４】
一方、土壌試料２については、塩化第二鉄、アパタイト及びポルトランドセメントのそれぞれの添加量を変えて、実験１ａと同様に実験２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを行なった。また、これらの実験結果と比較するために、他の添加剤を用いた実験を同様に行い、処理後における重金属の溶出量を測定した。
上記実験の結果及び比較実験で用いた添加剤は表３に示すとおりである。
【００３５】
これらの実験の結果に示されるように本件発明に係る不溶化処理を行った場合には、いずれも全ての重金属について溶出量が表１に示す第二溶出量基準の値を下回るものとなった。そして、特に砒素に対して溶出を抑制する効果が顕著であることが認められた。また、重金属の種類によってそれぞれの添加量を適切に設定することによって、特定の重金属についてより効果的に溶出量を低減できることがわかる。例えば、実験２ｂの実験条件では砒素及びセレンに対して、実験２ａ、２ｃでは鉛に対して、特に良好な結果を得ることができた。
【表３】
2005131574.tif 000004
【００３６】
一方、実験２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと比較するために添加剤を変えて行なった実験では、表３に示すように、本件発明の不溶化処理に比べて砒素、水銀又はセレンについて溶出量が多くなり、第二溶出基準を充足できない場合が生じている。
つまり、アパタイト、鉄塩及びポルトランドセメントを組み合わせて用いたときの効果に相当するほどの効果は得られておらず、上記３つの添加剤を併用したときに顕著に優れた効果が得られることが解る。