JP2017075204A - 有害物質の処理材及び処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】廃水、汚泥、又は土壌中のフッ素等の有害化合物を不溶化して、浄化又は埋め立て資材等への利用を可能とする有害物質の処理材、及びこの処理剤を使用した有害物質の処理方法を提供する。【解決手段】セメント、硫酸アルミニウム及びショ糖を含む混合物からなり、セメントの含量が５０〜９５ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムの含量が１〜１０ｗｔ％であり、及びショ糖の含量が０．５〜５ｗｔ％であるホウ素、フッ素又はヒ素を含む有害物質の処理材【選択図】なし
Description
本発明は工場、鉱山、廃棄物処理設備、土木工事現場等で発生する有害物質含有廃水、汚泥、焼却灰又は汚染土壌を安全に処理して排出するため、又は埋め立て等に使用するために、ヒ素化合物、フッ素化合物、ホウ素化合物等の有害化合物を安定化させ、これを不溶化処理するための材料と、この材料を使用する有害化合物の処理方法に関するものである。
化学工場、鉱山、製錬所、製鉄所、焼却処分場等では、製品の製造工程、製錬工程、表面処理工程、鍍金工程、焼却工程等から、種々の有害物質を含む廃棄物が発生し、そのうち高濃度の成分を含むものについてはリサイクル工程により回収され、資源として原料に戻されているが、含有濃度の低いものやそもそも不純物として含有されていたものについては、廃棄物として処理されている。
廃水中に含まれる有害物質については、一般に廃水処理工程で、アルカリ薬剤、酸化剤等の添加により水中にフロックとして析出させ、凝集材を添加した後シックナー等を使用して濃縮沈殿し、更にフィルタープレス等によって脱水して、汚泥として埋め立て等で廃棄処分されている。
汚泥や焼却灰を埋め立て等で廃棄処分する場合は、周囲の汚染を防ぐため、有害物質が固定化されて安定化して溶け出さないことが必要であると同時に、処分時の施工性を維持するために、ある程度の施工強度を有することも必要である。また、土木工事現場で発生する余剰土壌についても、それを廃棄又は再利用するためには、有害物質の不溶化が望まれることが多い。
有害物質含有廃水、有害物質含有廃棄物や有害物質汚染土壌を廃棄処分する場合は、含有される有害物質を沈殿分離したり、有害物質が溶出しないように安定化処理する必要がある。有害物質を不溶化するためには、キレート化剤が有効であることが知られているが、これは酸性〜中性領域で使用されるため、処分時の施工性を維持するために安価なセメント等の固化材を混合すると不溶化性能が低下する問題を生じる。そのためにキレート化剤の添加量を増やすことは、処理コストがかさむ問題がある。
特許文献1は、鉄、マンガン又はアルミニウムの水溶性酸性金属塩と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水難溶性塩基性化合物と、水を含む材料を粉体混合して得られる有害物質処理薬剤を開示する。ここで、水溶性酸性金属塩は硫酸アルミニウムであることができ、有害物質としては、砒素、鉛、カドミウム、６価クロム、セレン、水銀、フッ素、ホウ素、ニッケル、銅、亜鉛、アンチモン又はバリウムのイオンであることができるとしている。そして、水難溶性塩基性化合物は、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸塩ガラス、製鉄スラグ、セメント等であることができるとしているが、セメントを使用した例は教えない。特許文献1の技術は、水存在下での粉体混合の際に、特別な化学反応を生じさせる必要があり、その調整が難しい。
特許文献2は、非晶質カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、酸化カルシウム及び多糖類を含む建設工事廃液処理材に関し、建設工事で発生するセメントや泥を含む廃水を処理することを目的とする。硫酸アルミニウム及び多糖類は、汚濁物の沈殿を生起させ、清澄化を促進するとしている。非晶質カルシウムアルミネートの例としては、ある種のクリンカーを例示し、多糖類の例としては、ヘミセルロースとアルギン酸類を例示するだけである。また、ホウ素等の有害化合物の除去は教えない。
本発明は、廃水、汚泥、焼却灰又は土壌中のヒ素化合物、フッ素化合物、ホウ素化合物等の有害化合物を不溶化するための処理材を提供すること、及びこの処理材を使用した有害物質の処理方法を提供することを目的とする。
本発明は、セメント、硫酸アルミニウム及びショ糖を含む混合物からなり、セメント、硫酸アルミニウム及びショ糖の含量の合計を１００ｗｔ％としたとき、セメントの含量が５０〜９８ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムの含量が１〜１０ｗｔ％であり、及びショ糖の含量が０．５〜５ｗｔ％であることを特徴とするホウ素、フッ素及びヒ素から選ばれる少なくとも１種の有害化合物を含む有害物質の処理材である。
そして、この有害物質の処理材中の、セメントの含量が５０〜９５ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムの含量が１〜１０ｗｔ％であり、及びショ糖の含量が０．５〜５ｗｔ％であることがよい。
そして、この有害物質の処理材中の、セメントの含量が５０〜９５ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムの含量が１〜１０ｗｔ％であり、及びショ糖の含量が０．５〜５ｗｔ％であることがよい。
また、本発明は、上記の有害物質の処理材を、ホウ素、フッ素及びヒ素から選ばれる少なくとも１種の有害化合物を含有する廃水若しくは汚泥、又は汚染土壌に添加、混合してこの有害化合物の吸着、沈殿又は固化を行うことを特徴とする有害物質の処理方法である。
更に、本発明は、有害化合物を含有する廃水若しくは汚泥、又は汚染土壌に、前記有害物質の処理材と共に、ｐＨ調整剤を添加・混合することを特徴とする上記の不溶化方法である。
本発明の有害物質の処理材及びこれを使用する処理方法によれば、簡易な手段で廃水、汚泥、焼却灰及び土壌中の有害物質を不溶化処理することができる。また、この不溶化処理した廃棄物は、雨水等に濡れても有害化合物を再溶出しないか、大きく低下させるので、安全に埋め立て等で廃棄処分することができる。
本発明の有害物質の処理材で処理される有害化合物を含有する有害物質としては、主として化学工場、鉱山、製錬所、製鉄所、鍍金工場、焼却処分場、土木工事現場等の製品の製造工程、製錬工程、表面処理工程、鍍金工程、焼却工程、処分工程等で排出される廃水、汚泥、焼却灰又は汚染土壌等である。
本発明の処理材での処理に適した有害物質は、ホウ素化合物、フッ素化合物及びヒ素化合物から選ばれる少なくとも１種の有害化合物を含むものであり、特に、ホウ素化合物を含む有害物質に対して優れた効果を示す。したがって、上記有害物質としては、ホウ素化合物を含むものが適する。しかし、フッ素化合物又はヒ素化合物に対しても有効であるので、ホウ素化合物を含まない有害物質に対しても使用することができる。
本発明の処理材は、セメント、硫酸アルミニウム及びショ糖を必須の成分として含む混合物である。
処理材の原料として使用するセメントには、特に制限はないが、ポルトランドセメントや高炉セメント等の一般的なセメントであれば、入手が容易である。セメントは塩基性材料であるため、処理される有害物質を塩基性とし、有害化合物を固定化する作用を有すると考えられる。そして、セメントは水酸化カルシウム等の塩基性材料に比べて、取扱いや保存が容易であるという利点がある。
また、硫酸アルミニウムには、制限はないが、無水物（Al2(SO4)3)又は水和物（Al2(SO4)3・16H2O)が適する。硫酸アルミニウムは、凝集作用を有し、不溶化又は固定化された有害物質を凝集又は凝固させて、これらの溶出を防止する作用を有すると考えられる。なお、硫酸アルミニウムの他に塩化アルミニウム等も使用可能であり、一部を塩化アルミニウム等としてもよい。しかし、硫酸根はセメント中のカルシウムと結合して不溶化が可能であるが、塩素分はそれが困難なので、塩素分等の他の有害化合物の溶出に制限がある場合は、少量であることがよい。
また、ショ糖には、制限はないが、食品用の砂糖や工業用の粗糖等が適する。ショ糖は水溶性であり、セメントの固化を防止する作用を有すると考えられる。したがって、適量のショ糖を配合した処理材で、有害物質を処理したとき、有害物質が処理材と一緒に強固に固まることを防止して、処理設備の閉塞又は処理物の固化を防ぎ、処理物の取り出し、加工や、運搬を容易にする。また、セメントの固化が生じるとエトリンガイトが生成して、この際にアルミニウムが消費されてしまうことになるが、ショ糖はこれも防止する。
これらの含有量は、セメントと硫酸アルミニウムとショ糖の合計量を１００ｗｔ％としたとき、セメントが５０〜９８ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムが１〜１０ｗｔ％であり、及びショ糖の含量が０．５〜５ｗｔ％である。好ましくは、セメントが９０〜９５ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムが２〜８ｗｔ％であり、及びショ糖が１〜４ｗｔ％である。
別の観点からは、処理材中のセメント含量が５０〜９５ｗｔ％であり、硫酸アルミニウム含量が１〜１０ｗｔ％であり、及びショ糖含量が０．５〜５ｗｔ％であることがよい。好ましくは、セメントが７０〜９５ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムが２〜８ｗｔ％であり、及びショ糖が１〜４ｗｔ％である必要により、ｐＨ調整剤や増量材、比重調整剤等の添加剤を配合してもよい。ここで、増量材のような不活性成分は上記配合量の計算には含めない。
ショ糖の含量が少ないと、処理材と混合された被処理物において、セメントの固化作用が進行して、強固に固化する恐れがあり、多いとＣＯＤ等の汚染物濃度が増加する。
本発明の有害物質の処理材は、上記原料成分を所定割合に混合して、処理材とする。混合方法には制限はなく、粉末度は平均粒径（Md50）として、1〜1000μmの範囲が好ましい。処理すべき有害物質が土壌等の固体である場合は、作業性の点から比較的大きめの粒径であることがよく、廃水や汚泥等である場合は、溶解性や分散性から比較的小さめの粒径であることがよい。
本発明の処理材で、廃水、汚泥、焼却灰又は土壌等の被処理材（廃棄物等という。）に対する配合量は、廃棄物等に対し、０．１〜５０重量％、好ましくは１〜２０重量％である。なお、廃棄物等が多量の水分を含む廃水や汚泥である場合は、比較的少量の使用でよい。また、廃棄物等が水分を含まない場合は、処理材中のショ糖及び硫酸アルミニウムが溶解するに十分な量の水を添加することがよい。
廃棄物等と処理材との混合は、廃水、汚泥のような液体の場合は撹拌混合が一般的であり、焼却灰又は土壌等のような固体の場合は全体が均一になるような混合装置を使用し、数分間以上混合又は混練することでよい。
このようにして得られる不溶化処理後の廃棄物等は、本発明の処理材に含有されているセメント、硫酸アルミニウムによる上記のような化学反応や凝集作用が生じ、更にショ糖によるセメント固化防止作用が生じて、水不溶性の反応物質を形成し、その時に廃棄物等に含まれる有害物質イオンを吸着・共沈して、不溶化を達成するものと考えられる。すなわち、セメントによる塩基性化で生じる水酸化金属による吸着作用と、硫酸アルミニウム、セメントを廃棄物中で混合した時に生じる化学反応による有害物質イオンの吸着・共沈作用による２段階で安定化される。更に、ショ糖はセメントによる強固な固化を防止するので、この不溶化処理廃棄物の取り出しや、野積み、埋め立て等が容易となる。そして、不溶化処理廃棄物からの有害物質が再溶出を防止するか、大幅に減少する。
実施例１
市販のポルトランドセメント（太平洋セメント社日高工場製）、硫酸アルミニウム（無水物）、ショ糖を表１に示す配合比（wt％）で混合して、処理材１〜3を作成した。
市販のポルトランドセメント（太平洋セメント社日高工場製）、硫酸アルミニウム（無水物）、ショ糖を表１に示す配合比（wt％）で混合して、処理材１〜3を作成した。
比較例１
市販のポルトランドセメント（太平洋セメント社日高工場製）、市販の酸化マグネシウム（軽焼マグネシア）、又は硫酸アルミニウム（無水物）を単独で、又は混合して使用して、処理材4〜６とした。
市販のポルトランドセメント（太平洋セメント社日高工場製）、市販の酸化マグネシウム（軽焼マグネシア）、又は硫酸アルミニウム（無水物）を単独で、又は混合して使用して、処理材4〜６とした。
実施例２
ホウ素含有廃水として、ホウ素含有岩石の浸出水（ホウ素濃度１０８mg/L）を使用した（廃水Ａ）。この廃水１０００ｍL中に、処理材１、２又は３を６０g添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。２４時間後、溶液を５Ａのろ紙でろ過し、ろ液中のホウ素濃度を公定法により測定した。結果を表２に示す。
ホウ素含有廃水として、ホウ素含有岩石の浸出水（ホウ素濃度１０８mg/L）を使用した（廃水Ａ）。この廃水１０００ｍL中に、処理材１、２又は３を６０g添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。２４時間後、溶液を５Ａのろ紙でろ過し、ろ液中のホウ素濃度を公定法により測定した。結果を表２に示す。
比較例２
実施例２で使用した廃水Ａを使用し、この廃水１０００ｍL中に、処理材４、５又は６を６０g添加し、実施例２と同様にしてろ液中のホウ素濃度を測定した。結果を表２に示す。
実施例２で使用した廃水Ａを使用し、この廃水１０００ｍL中に、処理材４、５又は６を６０g添加し、実施例２と同様にしてろ液中のホウ素濃度を測定した。結果を表２に示す。
実施例３
ホウ素含有廃水として、ホウ素含有岩石の浸出水（ホウ素濃度５４mg/L）を使用した（廃水Ｂ）。この廃水１０００ｍL中に、処理材１、２又は３を、６０gを添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。２４時間後、溶液を５Ａのろ紙でろ過し、ろ液中のホウ素濃度を測定した。結果を表３に示す。
ホウ素含有廃水として、ホウ素含有岩石の浸出水（ホウ素濃度５４mg/L）を使用した（廃水Ｂ）。この廃水１０００ｍL中に、処理材１、２又は３を、６０gを添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。２４時間後、溶液を５Ａのろ紙でろ過し、ろ液中のホウ素濃度を測定した。結果を表３に示す。
実施例４
フッ素含有廃水として、フッ素含有岩石の浸出水（フッ素濃度２１２mg/L）を使用した（廃水Ｃ）。この廃水１０００ｍL中に、処理材１、２又は３を１００g添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。２４時間後、溶液を５Ａのろ紙でろ過し、ろ液中のフッ素濃度を公定法により測定した。結果を表４に示す。
フッ素含有廃水として、フッ素含有岩石の浸出水（フッ素濃度２１２mg/L）を使用した（廃水Ｃ）。この廃水１０００ｍL中に、処理材１、２又は３を１００g添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。２４時間後、溶液を５Ａのろ紙でろ過し、ろ液中のフッ素濃度を公定法により測定した。結果を表４に示す。
比較例３
実施例４で使用したと同じ、廃水Ｃを使用し、この廃水１０００ｍL中に、処理材５又は６を１００g添加し、実施例４と同様にしてろ液中のフッ素濃度を測定した。結果を表４に示す。
実施例４で使用したと同じ、廃水Ｃを使用し、この廃水１０００ｍL中に、処理材５又は６を１００g添加し、実施例４と同様にしてろ液中のフッ素濃度を測定した。結果を表４に示す。
実施例５
ヒ素含有廃水として、試薬の亜砒酸の水溶液（ヒ素濃度７．５mg/L）を使用した（廃水Ｄ）。この廃水１０００ｍL中に、処理材１、２又は３を１００g添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。２４時間後、溶液を５Ａのろ紙でろ過し、ろ液中のヒ素濃度を公定法により測定した。結果を表５に示す。
ヒ素含有廃水として、試薬の亜砒酸の水溶液（ヒ素濃度７．５mg/L）を使用した（廃水Ｄ）。この廃水１０００ｍL中に、処理材１、２又は３を１００g添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。２４時間後、溶液を５Ａのろ紙でろ過し、ろ液中のヒ素濃度を公定法により測定した。結果を表５に示す。
実施例６及び比較例４
実施例２及び比較例２において、廃水Ａ１０００ｍL中に、処理材１、２、３、４、５又は６を６０g添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。
これを３日間静置し、沈殿物の性状を調査した。結果を表６に示す。
沈殿物の固化状態の評価は次のとおり。
Ａ；固化（非常に硬い）
Ｂ；固化（やや硬い）
Ｃ；固結（もろく、指で粉砕可能）
Ｄ；やや固結（非常にもろく、指で粉砕可能）
実施例２及び比較例２において、廃水Ａ１０００ｍL中に、処理材１、２、３、４、５又は６を６０g添加し、２５℃で１５分間攪拌し静置した。
これを３日間静置し、沈殿物の性状を調査した。結果を表６に示す。
沈殿物の固化状態の評価は次のとおり。
Ａ；固化（非常に硬い）
Ｂ；固化（やや硬い）
Ｃ；固結（もろく、指で粉砕可能）
Ｄ；やや固結（非常にもろく、指で粉砕可能）
Claims (4)
- セメント、硫酸アルミニウム及びショ糖を含む混合物からなり、セメント、硫酸アルミニウム及びショ糖の含量の合計を１００ｗｔ％としたとき、セメントの含量が５０〜９８ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムの含量が１〜１０ｗｔ％であり、及びショ糖の含量が０．５〜５ｗｔ％であることを特徴とするホウ素、フッ素及びヒ素から選ばれる少なくとも１種の有害化合物を含む有害物質の処理材。
- 処理材中のセメントの含量が５０〜９５ｗｔ％であり、硫酸アルミニウムの含量が１〜１０ｗｔ％であり、及びショ糖の含量が０．５〜５ｗｔ％である請求項1に記載の有害物質の処理材。
- 請求項1又は２に記載の有害物質の処理材を、ホウ素、フッ素及びヒ素から選ばれる少なくとも１種の有害化合物を含有する廃水若しくは汚泥、又は汚染土壌に添加、混合してこの有害化合物の吸着、沈殿又は固化を行うことを特徴とする有害物質の処理方法。
- 有害化合物を含有する廃水若しくは汚泥、又は汚染土壌に、前記有害物質の処理材と共に、ｐＨ調整剤を添加・混合することを特徴とする請求項３に記載の有害物質の処理方法。
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