トップ :: B 処理操作 運輸 :: B09 固体廃棄物の処理;汚染土壌の再生

【発明の名称】 鉛汚染土壌の不溶化処理方法
【発明者】 【氏名】加瀬 和夫

【氏名】橋本 久儀

【要約】 【課題】鉛汚染土壌を、硫化ナトリウムを用いることなく受入基準に適合するよう不溶化処理を行なうことができる鉛汚染土壌の不溶化処理方法の提供。

【解決手段】自走式土質改良機3において、本体3bに備えられるコンベア3b1上の鉛汚染土壌1に、サイロ4から供給される半水石膏を添加した後、キレート官能基を有する高分子材料から成るキレート剤を添加し、混合する。この場合、例えば鉛汚染土壌1に半水石膏を添加後、連続してキレート剤をノズル6aの噴射によって添加し、このように添加がなされた土壌を混合攪拌機3b2で混合する。キレート剤は、官能基にジチオカルバミン酸基、ピペラジン系、ジエチルアミン系のいずれかを有するものとする。また、半水石膏を、鉛汚染土壌1に対して1%以上添加するようにする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉛汚染土壌に半水石膏を添加した後、キレート官能基を有する高分子材料から成るキレート剤を添加し、混合することを特徴とする鉛汚染土壌の不溶化処理方法。
【請求項2】
上記請求項1記載の発明において、
上記半水石膏を主成分とする中性固化材を用い、上記鉛汚染土壌に上記半水石膏を主成分とする中性固化材を添加した後、連続して上記キレート剤を添加し、混合することを特徴とする鉛汚染土壌の不溶化処理方法。
【請求項3】
上記請求項2記載の発明において、
上記キレート剤は、官能基にジチオカルバミン酸基、ジエチルアミン系のいずれかを有するものであることを特徴とする鉛汚染土壌の不溶化処理方法。
【請求項4】
上記請求項1記載の発明において、
上記混合は、上記鉛汚染土壌に、上記半水石膏を添加した後、少なくとも数10分以内に上記キレート剤を添加した後に行なう混合であることを特徴とする鉛汚染土壌の不溶化処理方法。
【請求項5】
上記請求項1記載の発明において、
上記半水石膏を、上記鉛汚染土壌に対して1%以上添加することを特徴とする鉛汚染土壌の不溶化処理方法。
【請求項6】
上記請求項1〜5のいずれか1項記載の発明において、
上記添加及び上記混合は、上記鉛汚染土壌の発生した現場において、自走式土質改良機を用いて行なうことを特徴とする鉛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、病院跡地、化学工場跡地、射撃場等の鉛汚染土壌の不溶化処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の従来技術として非特許文献1に、鉛汚染土壌において、硫化ナトリウムにより硫化鉛を形成させる方法が記載されている。しかし、硫化ナトリウムは、過剰に添加すると鉛が再溶出しやすくなり、添加量が制限されている。また、土壌を酸性にした場合には、有毒な硫化水素ガスが発生する虞があるために、取り扱いには十分な注意が必要となる。さらに、硫化水素ガスには不快な臭気の問題もある。したがって、鉛汚染土壌の不溶化処理に硫化ナトリウムを用いることには制約を受けやすい。
【非特許文献1】「土壌・地下水汚染に係る調査・対策指針および運用基準」(環境庁水質保全局:平成11年1月)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところで一般に、鉛の溶出量が高く、最終処分場(特に、海防法)の受入基準を超過している鉛汚染土壌は、取り扱いが特別管理産業廃棄物(遮断型)になる。そのために、埋め立て処分場に処分することはできない。また、特別管理産業廃棄物(遮断型)に処分されるものであっても、安全性をより高める必要がある場合もある。さらに、鉛汚染土壌を現場から処理場まで運搬する際、運搬車への積み込みや移動に伴って鉛汚染の拡散が起こり得る。
【0004】
本発明は、前述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、鉛汚染土壌を、硫化ナトリウムを用いることなく受入基準に適合するよう不溶化処理を行なうことができる鉛汚染土壌の不溶化処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この目的を達成するために、本発明は、鉛汚染土壌に半水石膏を添加した後、キレート官能基を有する高分子材料から成るキレート剤を添加し、混合することを特徴としている。このように構成した本発明は、土粒子を被覆する半水石膏の硬化物の内側に、鉛イオンを捕捉するキレート剤を存在させることができ、これによって鉛の溶出を抑えることができる。したがって、鉛汚染土壌を硫化ナトリウムを用いることなく、受入基準に適合するよう不溶化処理を行なうことができる。
【0006】
また、本発明は上記発明において、上記半水石膏を主成分とする中性固化材を用い、上記鉛汚染土壌に上記半水石膏を主成分とする中性固化材を添加した後、連続して上記キレート剤を有する高分子材料を添加し、混合することを特徴としている。
【0007】
また、本発明は上記発明において、上記キレート剤は、官能基にジチオカルバミン酸基、ジエチルアミン系のいずれかを有するものであることを特徴としている。
【0008】
また、本発明は上記発明において、上記混合は、上記鉛汚染土壌に、上記半水石膏を添加した後、少なくとも数10分以内に上記キレート剤を添加した後に行なう混合であることを特徴としている。
【0009】
また、本発明は上記発明において、上記半水石膏を、上記鉛汚染土壌に対して1%以上添加することを特徴としている。
【0010】
また、本発明は上記発明において、上記添加及び上記混合は、上記鉛汚染土壌の発生した現場において、自走式土質改良機を用いて行なうことを特徴としている。
【発明の効果】
【0011】
本発明は、鉛汚染土壌に半水石膏を添加した後、キレート官能基を有する高分子材料から成るキレート剤を添加し、混合するようにしたことから、鉛汚染土壌を、硫化ナトリウムを用いることなく受入基準に適合するよう不溶化処理を行なうことができ、硫化ナトリウムを用いる場合に比べて、環境面で臭気の問題が低減され、取り扱い上の安全性を高めることができるとともに、遮断型の特別管理産業廃棄物でなく、埋め立て処分場に処分することができる。また、遮断型の特別管理産業廃棄物の処分場に処分する場合は、鉛汚染土壌をより安全なものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下,本発明に係る鉛汚染土壌の不溶化処理方法を実施するための最良の形態を説明する。
【0013】
[本発明の有効性の説明]
鉛汚染土壌の不溶化処理の反応メカニズムについては、未だ定説がない。本発明者らは、各種の鉛汚染土壌の不溶化処理を試みた結果、以下のことを確認した。
【0014】
A: 鉛汚染土壌に、半水石膏のみを添加、混合したものでは、鉛汚染土壌の不溶化に限界がある。
【0015】
B: 鉛汚染土壌に、キレート剤のみを添加、混合したものでは、鉛の溶出量は初期値の数十倍に増加した。
【0016】
C: 鉛汚染土壌に半水石膏を添加した後、連続してキレート剤を添加、混合したものでは、「A」の半水石膏のみを添加、混合したものよりも、大幅に鉛の溶出量を低減させることができた。
【0017】
本発明者らは、上述の結果を以下のように考えた。すなわち、まず、鉛汚染土壌中の鉛の存在形態には、大きく分けると、(a)鉛イオン、(b)鉛化合物、例えば炭酸鉛PbCO3、(c)土粒子等に吸着していた鉛イオン、(d)土粒子には吸着していない鉛イオン、すなわち鉛汚染土壌中の水に存在していた鉛イオン、の4種類が存在していると考えられる。
【0018】
なお、鉛汚染土壌の鉛溶出量を測定するときには、風乾して夾雑物を除いた50gの土壌に対して、塩酸でpH5.8〜6.3に調整した純水を500mL添加して、6時間振とうを行い、0.45μのメンブランフィルタを通過したろ液を作成する。これが公定法の検液であり、検液中に存在する鉛イオンを測定する。検液中の鉛イオンは、純水を加える前の鉛汚染土壌中の水に存在していた上述の鉛イオンがそのまま純水に移行したもの〔上述の(d)に相当〕、土粒子等に吸着していた鉛イオンが純水に移行したもの〔上述の(c)に相当〕、さらには、鉛化合物や鉛金属から溶け出したもの〔上述の(a)(b)に相当〕などがある。ただし、上述の(a)(b)は、ごく一部が溶解し、上述の(c)の離脱は一部で起こる。これらをまとめると、以下のようになる。
【0019】
〔鉛汚染土壌の状態〕 〔検液中の鉛イオン〕
(a)鉛金属 鉛金属から溶出した鉛イオン
(b)鉛化合物 鉛化合物から溶出した鉛イオン
(c)土粒子等に吸着していた鉛イオン 土粒子等から離脱した鉛イオン
(d)汚染土壌中の水に存在していた鉛イオン 純水に移行した鉛イオン
したがって、鉛汚染土壌を不溶化するについては、上述した(a)と(b)については、純水への溶出を防止することが必要であり、上述した(c)については、土粒子へ鉛イオンの吸着状態を維持させること、さらに上述した(d)については、不溶化して沈殿させるか、あるいは固定化(土粒子に比べて吸着力の高い物質に補足させる)、固体化(硬化する物質に封じ込める)することなどが必要と考えられる。
【0020】
半水石膏は水と反応して二水石膏になる。この反応は、次式のように表わされる。
2CaSO4・1/2H2O + 3H2O → 2CaSO4・2H2O
また、キレート官能基を有する高分子材料から成るキレート剤(ここでは、ジチオカルバミン酸基で表記する)による鉛イオンの捕捉は次のようなモデルで表わされる。
−NCS2Na + Pb2+ → −NCS2Pb + Na+
上述の(a)(b)(c)については、二水石膏の硬化物により、鉛金属、鉛化合物、及び土粒子の表面が被覆され、鉛の溶出(鉛イオンの発生)が防止されたものと考えられた。しかしながら、上述の(d)については、鉛イオンを二水石膏の硬化物に取り込むことはできなかった。そのために、上述の「A」に述べたように、鉛汚染土壌の不溶化には限界が生じたものと考えられる。
【0021】
鉛金属からの溶出(鉛イオンはアンダラインで示した)
Pb + 2H+Pb2+ + H2
Pb2+ + 2H2O → Pb(OH)2 + 2H+
Pb(OH)2HPbO2 + H+
鉛化合物からの鉛の溶出の例(鉛イオンはアンダラインで示した)
PbCO3 + 2H+Pb2+ + H2CO3
Pb2+ + 2H2O → Pb(OH)2 + 2H+
Pb(OH)2HPbO2 + H+
土粒子等に付着した鉛イオンの離脱
SiO2・・・Pb2+ → SiO2Pb2+
一方、キレート剤のみを添加したときについては、上述の(d)の鉛イオンを不溶化して固定化することができるはずである。しかし、上述した(a)(b)(c)からの鉛の溶出と、吸着した鉛イオンの離脱を防止できず、鉛イオンの発生量がキレート剤の鉛イオンの捕捉可能量を超過した。その結果、上述した「B」で述べたように、初期値の数十倍もの高い鉛溶出量を示した。
【0022】
鉛イオンがキレート剤に補足されるモデル
[反応式]


よって、鉛汚染土壌の不溶化処理を適切に行なうためには、上述の(a)(b)(c)については、鉛の溶出防止策が、また上述の(d)については、鉛イオンの不溶化が、ともに必要と考えられた。そこで、そのような組み合わせとして、鉛汚染土壌に半水石膏を添加した後、例えば連続してキレート剤を添加、混合する方法を行なった。その結果、上述の「C」を実現させることができた。
【0023】
なお、薬剤添加の順序は、半水石膏が先で、キレート剤は後がよい。キレート剤を先にして半水石膏を後にすると、上述した(a)(b)(c)からの鉛の溶出が防止できない。半水石膏を添加してから、キレート剤を添加するまでの時間の間隔は、数10分以内とすることが好ましい。その理由は、半水石膏の硬化が比較的早いためである。鉛イオンと結合したキレート剤は、半水石膏の硬化物の内側に存在することが望ましい。その理由は、周囲の環境変化の影響が受けにくくなり、安定に存在するからである。したがって、半水石膏の添加の後にキレート剤を添加することを基本にするものの、これらをほとんど時間差を生じさせることなく実施することが、より好ましい。鉛汚染土壌の土粒子と、上述の半水石膏及びキレート剤の反応メカニズムをさらに説明すると以下のようになる。
【0024】
鉛汚染土壌の土粒子に粉末状の半水石膏が振りかけられると、この半水石膏によって土粒子が被覆されるとともに、半水石膏は水を吸収して硬化しようとする。
2CaSO4・1/2H2O + 3H2O → 2CaSO4・2H2O
上述のように半水石膏が硬化する前、すなわち半水石膏の添加後、例えば10分以内に、溶液のキレート剤が添加されると、土粒子を被覆する半水石膏の被覆層内にキレート剤が浸透する。このようにキレート剤が浸透した状態で半水石膏が硬化することにより、土粒子に吸着した鉛イオン、鉛金属、鉛化合物、及びキレート剤に捕捉された鉛イオンのそれぞれが、半水石膏の被覆層内に閉じ込められる。このような反応メカニズムにより上述の「C」を実現させることができる。
【0025】
なお、半水石膏単体に代えて、半水石膏を主成分とする中性の固化材を用いるようにしてもよい。また、半水石膏の添加量は、鉛汚染土壌に対して1%以上が望ましく、数%以上であればさらに良い。このような添加量は経済性も考慮して選定すればよい。
【0026】
キレート剤は、上述したようにキレート官能基を有する高分子材料から成るものであって、官能基は例えば、ジオチオカルバミン酸基以外にも、ジエチルアミン系、イミノプロピオン酸基、イミノジ酢酸基など、鉛イオンと不溶性の錯体を形成するものであればよい。また、キレート形成基を保持する母材としては、鉛汚染土壌と混合した際に、分散性に優れるものであればよく、フェノール系、エポキシ系、スチレン系、セルロース系などの高分子が適用できるが、ジエチルジチオカルバミン酸塩のように比較的分子量の小さなキレート剤にも適用が可能であり、母材の分子量に限定されない。
【0027】
本発明は、上述のように、鉛汚染土壌に半水石膏を添加した後、キレート剤を添加し、混合するようにしたことから、土粒子を被覆する半水石膏の硬化物の内側に、鉛イオンを捕捉するキレート剤を存在させることができ、これによって鉛の溶出を抑えることができる。すなわち、鉛汚染土壌を、硫化ナトリウムを用いることなく受入基準に適合するよう不溶化処理を行なうことができ、硫化ナトリウムを用いる場合に比べて、環境面で臭気の問題が低減され、取り扱い上の安全性を高めることができるとともに、遮断型の特別管理産業廃棄物でなく、埋め立て処分場に処分することができる。また、遮断型の特別管理産業廃棄物の処分場に処分する場合は、鉛汚染土壌をより安全なものにすることができる。
【0028】
[実験例]
〔実験例1〕
3リットルの混合容器内に、汚染土壌1kgを入れ、この状態において6wt%の半水石膏を添加した後、連続してA社製の0.8wt%のキレート原液と4wt%の水によって作製されたキレート剤を入れて、20秒の攪拌時間内で混合処理を行なった。この処理済土壌を検査したところ、鉛溶出量が0.041mg/Lとなり、0.1mg/L以下の受入基準を満足する土壌に処理されていることを確認した。なお、受入基準「0.1mg/L以下」とは、100gの土壌に1リットルの水を加えたときに溶け出す鉛の量が、0.1mg以下であることを示している。
【0029】
[実験例2]
上記同様に、3リットルの混合容器内に、汚染土壌1kgを入れ、この状態において4wt%の半水石膏を添加した後、連続してA社製の1wt%のキレート原液と4wt%の水によって作製されたキレート剤を入れて、20秒の攪拌時間内で混合処理を行なった。この処理済土壌を検査したところ、鉛溶出量が0.036mg/Lとなり、0.1mg/L以下の受入基準を満足する土壌に処理されていることを確認した。
【0030】
[実験例3]
上記同様に、3リットルの混合容器内に、汚染土壌1kgを入れ、この状態において6wt%の半水石膏を添加した後、連続してB社製の0.8wt%のキレート原液と4wt%の水によって作製されたキレート剤を入れて、20秒の攪拌時間内で混合処理を行なった。この処理済土壌を検査したところ、鉛溶出量が0.005mg/Lとなり、0.1mg/L以下の受入基準を満足する土壌に処理されていることを確認した。
【0031】
[実験例4]
上記同様に、3リットルの混合容器内に、汚染土壌1kgを入れ、この状態において4wt%の半水石膏を添加した後、連続してB社製の1wt%のキレート原液と4wt%の水によって作製されたキレート剤を入れて、20秒の攪拌時間内で混合処理を行なった。この処理済土壌を検査したところ、鉛溶出量が0.005mg/Lとなり、0.1mg/L以下の受入基準を満足する土壌に処理されていることを確認した。
【0032】
[土壌採取現場での適用例]
図1は本発明に係る鉛汚染土壌の不溶化処理方法を土壌採取現場に適用した例を示す図、図2は図1に示す適用例に用いられる自走式土質改良機の要部構成を示す図である。
【0033】
図1には、同図1紙面の左から、処理前土壌1と、この処理前土壌1を掬う油圧ショベル2と、この油圧ショベル2で掬われた処理前土壌1を処理する自走式土質改良機3と、半水石膏が収容されるサイロ4と、処理済土壌5と、キレート剤を供給する定量供給ポンプ6とが示されている。
【0034】
また、同図1紙面の右から、キレート原液が収容されるキレート原液用タンク10と、水用タンク9と、キレート原液用タンク10から供給されるキレート原液と水用タンク9から供給される水とを混合する混合用タンク8と、この混合用タンク8で作製されたキレート剤が供給されるストック用タンク7とが示されている。ストック用タンク7に蓄えられるキレート剤が上述の定量供給ポンプ6によって自走式土質改良機3に供給されるようになっている。
【0035】
上述した自走式土質改良機3は、図1に示すように、走行体3aと、この走行体3a上に配置される本体3bと、油圧ショベル2で掬われた処理前土壌1が投入される土壌用ホッパ3cと、サイロ4から供給される半水石膏が投入される半水石膏用ホッパ3dと、処理済土壌5を自走式土質改良機3の外部に搬送するコンベア3eとを備えている。
【0036】
この自走式土質改良機3の本体3b内には、図2に示すように、土壌用ホッパ3cから投入された処理前土壌1を処理しながら搬送するコンベア3b1と、このコンベア3b1の上方に配置され、定量供給ポンプ6に接続されるノズル6aと、コンベア3b1で搬送されてきた土壌を混合攪拌し、処理済土壌5を上述のコンベア3eに供給する混合攪拌機3b2とが備えられている。
【0037】
上述した自走式土質改良機3等を用いて行なう土壌処理に際しては、処理前土壌1が油圧ショベル2によって掬われ、自走式土質改良機3の土壌用ホッパ3cに投入されるとともに、サイロ4内の半水石膏が半水石膏用ホッパ3dに投入される。土壌用ホッパ3cに投入された処理前土壌1は、図2の矢印3c1に示すようにコンベア3b1上に落下し、搬送される。同様に、半水石膏用ホッパ3dに投入された半水石膏は、図2の矢印3d1に示すように、コンベア3b1上の処理前土壌1上に添加される。さらに、半水石膏が添加されたコンベア3b1上の土壌に、連続的にノズル6aからの噴射によってキレート剤が添加される。
【0038】
なおこの間、図1に示す混合用タンク8で、キレート原液用タンク10と水用タンク9のそれぞれから供給されるキレート原液と水とが混合され、キレート剤が作製される。このキレート剤はストック用タンク7に供給され、蓄えられる。このようにストック用タンク7に蓄えられたキレート剤が定量供給ポンプ6の駆動によって、上述のように図2に示すノズル6aから噴射される。
【0039】
上述のようにしてキレート剤が添加されたコンベア3b1上の土壌は、図2に示す混合攪拌機3b2で混合され処理済土壌5となる。この処理済土壌5が図1に示すように、コンベア3eで自走式土質改良機3の外部の所定の場所に放土されるようになっている。
【0040】
なお、サイロ4から供給される半水石膏は、処理前土壌1に対して1wt%以上の量であり、また、キレート原液は例えば処理前土壌1に対して0.6〜1wt%の量となるように設定してある。
【0041】
このように自走式土質改良機3を用いて鉛汚染土壌を不溶化処理するものにあっては、処理前土壌1にサイロ4から供給される半水石膏を添加した後、連続してキレート剤をノズル6aからの噴射によって添加し、このように処理された土壌を混合攪拌機3b2によって混合するようにしたことから、上述した実験例におけるのと同様に処理済土壌5を受入基準を満足する土壌とすることができる。また、特に、土壌採取現場が比較的狭いところであっても不溶化処理を行なうことができ、さらに土壌採取現場から離れた中間処理場へ運搬する際に、運搬に伴う鉛汚染が拡散するリスクを低減させることができる。また、この自走式土質改良機3を移動させることにより、容易に鉛汚染土壌の現場へ処理設備全体を移動させることができ、鉛汚染土壌の不溶化処理作業の能率向上を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明に係る鉛汚染土壌の不溶化処理方法を土壌採取現場に適用した例を示す図である。
【図2】図1に示す適用例に用いられる自走式土質改良機の要部構成を示す図である。
【符号の説明】
【0043】
1 処理前土壌
2 油圧ショベル
3 自走式土質改良機
3a 走行体
3b 本体
3b1 コンベア
3b2 混合攪拌機
3c 土壌用ホッパ
3e コンベア
4 サイロ
5 処理済土壌
6 定量供給ポンプ
6a ノズル
7 ストック用タンク
8 混合用タンク
9 水用タンク
10 キレート原液用タンク
【出願人】 【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
【出願日】 平成18年12月27日(2006.12.27)
【代理人】 【識別番号】110000442
【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所


【公開番号】 特開2008−161773(P2008−161773A)
【公開日】 平成20年7月17日(2008.7.17)
【出願番号】 特願2006−352023(P2006−352023)