(57)【要約】【課題】重金属の固定化が簡便で、かつ、作業環境や自然環境への負担が少ない重金属を含む土壌の重金属固定化剤や重金属の固定化方法を提供する。【解決手段】重金属を含む土壌の重金属固定化剤であって、平均粒径が１０μｍ〜１０ｍｍのＮａＭＳｉｘＯ２ｘ＋１・ｙＨ２Ｏ（但し、式中Ｍはナトリウムまたは水素、ｘは１．９から４までの数、ｙは０から２０までの数である）で表される結晶性層状珪酸ナトリウムからなる土壌の重金属固定化剤、および該重金属固定化剤と土壌とを水の存在下で混合する重金属の固定化方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属を含む土壌の重金属固定化剤であって、平均粒径が１０μｍ〜１０ｍｍのＮａＭＳｉｘＯ２ｘ＋１・ｙＨ２Ｏ（但し、式中Ｍはナトリウムまたは水素、ｘは１．９から４までの数、ｙは０から２０までの数である）で表される結晶性層状珪酸ナトリウムからなることを特徴とする土壌の重金属固定化剤。
【請求項２】
重金属含む土壌と平均粒径１０μｍ〜１０ｍｍのＮａＭＳｉｘＯ２ｘ＋１・ｙＨ２Ｏ（但し、式中Ｍはナトリウムまたは水素、ｘは１．９から４までの数、ｙは０から２０までの数である）で表される結晶性層状珪酸ナトリウムとを水の存在下で混合することを特徴とする土壌の重金属固定化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌に含まれるＰｂ、Ｃｄ、Ｚｎなどの重金属が溶出しないように固定化させる重金属固定化剤及び重金属の固定化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業跡地、鉱山跡地、産業廃棄物処理場、ごみ焼却灰の廃棄場所等では、土壌に有害重金属が含まれ、これらが溶出して、地下水、河川水を汚染することが問題になってきた。平成１４年土壌汚染対策法が成立し、土壌汚染調査で土壌の汚染が確認された場合には、土壌汚染指定区域に指定され、指定区域台帳に登録される。土壌汚染指定区域に指定された土地は都道府県知事等の命令により汚染拡散の防止措置を行われなければならない。
【０００３】
従来、重金属を含有する土壌の処理は、重金属を不溶化させる方法、化学的に溶解させ分離する方法、洗浄する方法等が提案されている。この内、広大な土地を処理するには、重金属を不溶化させる方法が最も現実的である。具体的には、セメントにより重金属を含む土壌を固化する方法、硫黄化合物を土壌に添加して重金属を不溶化する方法、キレート剤を土壌に添加することにより重金属を不溶化する方法などが挙げられる。
【０００４】
これら従来の方法において、セメントによる固化は、古くから有害物の固定化に用いられている方法である。しかしながら、この方法では、数種類の薬剤を現地で混合しなければならず、非常に煩雑であった。
【０００５】
また、硫黄化合物により重金属を不溶化する方法（例えば、特許文献１参照）では、酸性水と接触した場合や、空気や微生物により酸化された場合に重金属が再溶解する恐れがあった。
【０００６】
また、キレート剤で不溶化する方法では、ジチオカルバミン酸塩（例えば、特許文献２参照）等が提案されているが、微生物等によりキレート剤が分解し、捕捉した重金属を放出するおそれがあり、また、分解したガスは硫黄を含み、悪臭を伴う場合があった。
【０００７】
このように、従来法では、処理が煩雑であり、固定化したものが環境により分解するおそれがあり、改善の余地があった。
【０００８】
そこで、処理が簡便で、長期間放置したとしても固定化した重金属が溶出することがなく、しかも自然環境への負担が軽い、重金属を含む土壌の重金属固定化剤や重金属の固定化方法が求められていた。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−７９５３６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８６００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そのようなことから、処理は簡便で、かつ環境による分解がなく、自然環境への負担が軽い、重金属を含む土壌の重金属固定化剤や重金属の固定化方法を開発すべく、本発明者は鋭意研究開発に努めた。その結果、重金属を含む土壌に、特定の平均粒径の結晶性層状珪酸ナトリウムを重金属固定化剤として使用したところ、簡便に処理でき、処理後には重金属イオンの溶出が極端に低減することが判明し、その結果開発に成功したのが本発明である。
【００１１】
したがって、本発明は、重金属を含む土壌の重金属の溶出を抑制する重金属固定化剤および重金属の固定化方法を提供することを発明の解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を達成するために重金属を含む土壌の重金属の溶出を抑制する重金属固定化剤および重金属の固定化方法を提供するものである。
【００１３】
即ち、本発明は、重金属を含む土壌の重金属固定化剤であって、平均粒径が１０μｍ〜１０ｍｍのＮａＭＳｉｘＯ２ｘ＋１・ｙＨ２Ｏ（但し、式中Ｍはナトリウムまたは水素、ｘは１．９から４までの数、ｙは０から２０までの数である）で表される結晶性層状珪酸ナトリウムからなることを特徴とする土壌の重金属固定化剤である。
【００１４】
また、本発明は、重金属含む土壌と平均粒径１０μｍ〜１０ｍｍのＮａＭＳｉｘＯ２ｘ＋１・ｙＨ２Ｏ（但し、式中Ｍはナトリウムまたは水素、ｘは１．９から４までの数、ｙは０から２０までの数である）で表される結晶性層状珪酸ナトリウムとを水の存在下で混合することを特徴とする土壌の重金属固定化方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、特定の平均粒径の結晶性層状珪酸ナトリウムを、重金属を含む土壌の処理に用いることにより、土壌に含まれる重金属を高度に捕捉し、処理後に溶出する重金属濃度を格段に低減することができる。しかも、本発明の特定の平均粒径を有する結晶性層状珪酸ナトリウムにより処理された土壌は、均一に分散されやすいために、安定性を向上させることができる。
【００１６】
また、この結晶性層状珪酸ナトリウムは、クラーク数が高いＮａ、Ｓｉ、Ｏ、Ｈのみで構成されており、悪臭の発生はなく、自然界への負担もほとんど無い。また、完全に無機物であるために、それ自体が腐敗・分解することもなく、環境負荷の少ない重金属固定化剤である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１８】
本発明は、特定の平均粒径、構造を有する結晶性層状珪酸ナトリウムを、重金属を含む土壌の重金属固定化剤として使用するものである。
【００１９】
本発明において、重金属を含む土壌とは、原子番号１２以上の多価イオンとなり得る金属イオン又はアルカリ水溶液中で難溶性塩を形成する金属を含む土壌であり、具体例としては、マンガン、クロム、亜鉛、銅、カドミウム、鉛等を含む土壌である。
【００２０】
本発明において、前記重金属を含む土壌は、特に制限されるものではないが、平均粒径が１０μｍ〜１０ｍｍのものが好ましい。土壌の粒径を１０μｍ〜１０ｍｍとすることにより、後記に詳述する平均粒径１０μｍ〜１０ｍｍの結晶性層状珪酸ナトリウムと水の存在下で十分に混合することができ、混合後の重金属溶出量をより低減することができる。
【００２１】
本発明において、重金属を含む土壌の重金属固定化剤は、ＮａＭＳｉｘＯ２ｘ＋１・ｙＨ２Ｏ（但し、式中Ｍはナトリウムまたは水素、ｘは１．９から４までの数、ｙは０から２０までの数である）で表される結晶性層状珪酸ナトリウムからなるものである。中でも、上記式中、好ましくはｘが１．９から２．５までの数で、ｙは０から５までの数である。特に好ましくは、Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５・ｙＨ２Ｏ（式中ｙは０から１までの数）で表される化合物を、重金属を含む土壌の重金属固定化剤として使用することが好ましい。前記結晶性層状珪酸ナトリウムの中でも、特にδ−Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５とβ―Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５は他の結晶相に比べキレート能が高いので更に好適である。以下、ＮａＭＳｉｘＯ２ｘ＋１・ｙＨ２Ｏ（但し、式中Ｍはナトリウムまたは水素、ｘは１．９から４までの数、ｙは０から２０までの数である）で表される結晶性層状珪酸ナトリウムを、単に、結晶性層状珪酸ナトリウムと示す場合もある。
【００２２】
本発明において、前記結晶性層状珪酸ナトリウムは、珪素と酸素からなる層の間にナトリウムイオンが存在する構造を有する結晶である。前記結晶性層状珪酸ナトリウムが、土壌の重金属固化剤として顕著な効果を発揮するのは、珪素と酸素からなる層間に重金属を取り込み、各層が安定化することが原因ではないかと推定される。
【００２３】
本発明において、前記ＮａＭＳｉｘＯ２ｘ＋１・ｙＨ２Ｏ（但し、式中Ｍはナトリウムまたは水素、ｘは１．９から４までの数、ｙは０から２０までの数である）で表される結晶性層状珪酸ナトリウムの平均粒径は、１０μｍ〜１０ｍｍである。平均粒径が前記範囲を満足する結晶性層状珪酸ナトリウムを土壌の重金属固定化剤として、水の存在下で土壌と混合することにより、該土壌から重金属が溶出されるのを抑制することができる。前記結晶性層状珪酸ナトリウムの平均粒径が１０μｍ未満の場合には、嵩密度が低くなり取り扱いが難しくなり、分散性が低下するものと考えられ好ましくない。また、１０ｍｍを超える場合には、分散性が悪く重金属を回収する能力が発揮されにくくなるため、好ましくない。取扱、分散性を考慮すると、結晶性層状珪酸ナトリウムの平均粒径は、２０μｍ〜２ｍｍであることがより好ましい。
【００２４】
本発明において、結晶性層状珪酸ナトリウムの使用量は、土壌に含まれる重金属の量等のより適宜決定してやればよいが、通常、重金属を含む土壌１００質量部に対し、結晶性層状珪酸ナトリウム０．１質量部以上であることが好ましい。添加量が０．１質量部未満の場合は、重金属を抑制する効果を十分に発揮できない傾向にある。重金属を抑制する効果を十分に発揮させるためには、重金属を含む土壌１００質量部に対し、結晶性層状珪酸ナトリウムを１〜５０質量部の範囲で使用することが好ましい。結晶性層状珪酸ナトリウムの使用量が５０質量部を超える場合は、目的を達成することはできるが、それ以上の効果が発揮されなくなり、経済的ではない。
【００２５】
本発明において、重金属を含む土壌と特定の平均粒径を有する前記結晶性層状珪酸ナトリウムとは、水の存在下で混合することが重要である。本発明においては、水の存在下で、重金属を含む土壌と特定の平均粒径を有する前記結晶性層状珪酸ナトリウムを混合することにより、高い重金属抑制効果を発揮することができる。
【００２６】
本発明において、重金属を含む土壌と特定の平均粒径を有する前記結晶性層状珪酸ナトリウムとを混合する際に使用する水の量は、重金属を含む土壌（乾燥重量）と結晶性層状珪酸ナトリウムとの合計の質量和１００質量部に対し、水が１〜１００質量部であることが好ましい。平均粒径が１０μｍ〜１０ｍｍの結晶性層状珪酸ナトリウムであって、かつ、水の量が前記範囲を満足することにより、重金属を含む土壌から重金属の溶出をより抑制することが可能となる。水の量が１質量部未満である場合には、重金属を含む土壌と結晶性層状珪酸ナトリウムとの接触効率が低下するのが原因と考えられるが、重金属の抑制効果を顕著に発揮できない傾向にある。また、水の量が１００質量部を超える場合には、混合した後の土壌を脱水する必要が生じる場合があり、経済的でなくなる。重金属の抑制効果、経済性を考慮すると、水の量は、重金属を含む土壌（乾燥重量）と結晶性層状珪酸ナトリウムとの合計の質量和１００質量部に対して、より好ましくは、５〜５０質量部である。
【００２７】
本発明において、重金属を含む土壌と結晶性層状珪酸ナトリウムとを水の存在下で混合させる方法は、重金属を含む土壌に水を加え、結晶性層状珪酸ナトリウムを添加して混合する方法、重金属を含む土壌と結晶性層状珪酸ナトリウムを混合する際に水を添加する方法、結晶性層状珪酸ナトリウムに水を加え、懸濁させた後、更に重金属イオンを含む土壌を混合する方法、重金属を含む土壌および結晶性層状珪酸ナトリウムの両方に水を加え、混合する方法等を採用することができる。中でも、混合装置の付加、操作の簡便さを考慮すると、重金属を含む土壌に水を加える方法を採用するのではなく、結晶性層状珪酸ナトリウムに水を加え、懸濁させた後、更に重金属イオンを含む土壌を混合させる方法を採用することが好ましい。ただし、結晶性層状珪酸ナトリウムに予め水を加えて、重金属を含む土壌と混合する場合には、結晶性層状珪酸ナトリウムに水を加えた後、５時間以内に重金属を含む土壌と混合することが好ましい。結晶性層状珪酸ナトリウムに水を加え、５時間以上懸濁させた場合、条件によっては結晶性層状珪酸ナトリウムの結晶構造が壊れるおそれがある。
【００２８】
本発明において、重金属を含む土壌と結晶性層状珪酸ナトリウムとを水の存在下で混合する際の温度は、特に制限されるものではなく、ハンドリングの点から氷結しない温度から９０℃が好ましい。また、混合する時間も、特に制限されるものではないが、１分〜１日が好ましい。
【００２９】
また、本発明において、重金属を含む土壌と結晶性層状珪酸ナトリウムとを水の存在下で混合させる際に使用する装置は、一般的な混合装置を使用することができる。具体的には、リボンミキサー、コンクリートミキサー、パワーシャベル、バックホー等が挙げられる。本発明においては、前記装置を使用して、重金属を含む土壌と結晶性層状珪酸ナトリウムと水分とが均一に分布させることにより、重金属固定化剤の性能を十分発揮させることが出来るので重要となる。また、結晶性層状珪酸ナトリウムを水に懸濁させたスラリーを使用することにより、一般的な地盤注入装置で土壌中に注入し、土壌と混合することも可能となる。
【実施例】
【００３０】
以下において、本発明に関し発明を実施するための最良の形態を含む、本発明の実施の形態に関し詳述するが、本発明は、この実施の形態によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
【００３１】
以下に実施例及び比較例を示す。評価結果は表１にまとめた。なお、濃度測定は誘導結合型プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）を用いた。結晶性層状珪酸ナトリウムの平均粒径は分析篩法またはレーザー散乱法により測定した。
【００３２】
実施例１
ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ（モル比）が２になるように調製した珪酸ナトリウム水溶液を蒸発乾固させた後、７００℃で１時間焼成させた。得られた焼成物は、粉末Ｘ線回折装置により確認したところ、δ−Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５  ９５％、β―Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５  ５％の割合である結晶性層状珪酸ナトリウムであった。この結晶性層状珪酸ナトリウムを粉砕し、分級することにより平均粒径１００μｍの結晶性層状珪酸ナトリウム得た。以後、これを結晶性珪曹と略記し、実施例で使用した。表１記載の重金属で汚染された土壌１ｋｇ（表１の比較例１参照。Ｐｂ  ０．１９ｍｇ／Ｌ、Ｃｄ  ０．１９ｍｇ／Ｌ含有）と前記結晶性珪曹０．２ｋｇと水０．４ｋｇを混合し、室温で１０分間撹拌した。３０分間静置後、混合物を取り出し、環境庁告示４６号法に従って、溶出試験を行い、重金属容出量を測定した。
【００３３】
実施例２
実施例１で処理した土壌を３ヶ月間放置した。これを取り出し、環境庁告示４６号法に従って、溶出試験を行い、重金属容出量を測定した。
【００３４】
実施例３
実施例１で使用した平均粒径１００μｍの結晶性珪曹０．２ｋｇと水０．８ｋｇを混合し、室温で５分間撹拌した。これを実施例１で使用した重金属で汚染された土壌１ｋｇと混合し、室温で１０分間撹拌した。３０分間静置後、混合物を取り出し、環境庁告示４６号法に従って、溶出試験を行い、重金属容出量を測定した。
【００３５】
比較例１
実施例１で使用した重金属で汚染された土壌１ｋｇと水０．４ｋｇを混合し、室温で１０分間撹拌した。３０分間静置後、混合物を取り出し、環境庁告示４６号法に従って、溶出試験を行い、重金属容出量を測定した。
【００３６】
比較例２
実施例１において、粉砕、分級条件を変えて平均粒径５０ｍｍとした結晶性珪曹を使用した以外は、実施例１と同様の操作を行った。土壌と結晶性珪曹とが十分に混ざらなかった。
【００３７】
比較例３
実施例１において、粉砕、分級条件を変えて平均粒径５μｍとした結晶性珪曹を使用した以外は、実施例１と同様の操作を行った。粒子が軽く、土壌に十分混ぜ込むことができなかった。
【００３８】
【表１】
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