JP4433812B2

JP4433812B2 - 土壌浄化方法及び土壌浄化剤

Info

Publication number: JP4433812B2
Application number: JP2004024559A
Authority: JP
Inventors: 俊彦三浦; 祐司佐藤; 博久保
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP2004306013A

Description

本発明は、重金属に汚染された粘性土からなる土壌等を浄化する土壌浄化方法、及びこのような土壌浄化方法に用いるための土壌浄化剤に関する。

近年、大量の汚染土壌が最終処分場に搬出される事例が急増している。汚染土壌を処分場に搬出することは高コストであるとともに、処分場の残余容量も急減しているために、汚染土壌を洗浄して埋め戻す方法が提案されてきた。
特に、重金属で汚染された土壌に対しては、掘削した土を水による湿式分級によって、粒径が７５μｍ以上の粗粒分と、粒径が７５μｍ以下の細粒分とに分ける分級洗浄処理が施されてきた。ここで、細粒分は処分場に搬出されるが、粗粒分は健全土として埋め戻される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２５４０６３号公報

しかしながら、上記分級洗浄は、例えば粘性土のように細粒分を２０％以上含む土には適用が困難であった。粘性土の場合、水のみでは洗浄効率が十分ではない上に、処分のためのコストが高いために、たとえ粗粒分を埋め戻しても採算が取れない恐れがあった。

一方、重金属が付着した粗粒分からなる汚染土を強酸性又は強塩基性の溶液にて洗浄する方法が検討されている。もし、この方法を粘性土の洗浄に用いるとすれば、土壌として水と共存している場合には溶出し得ない重金属までが溶出する恐れがある。土壌に対する強酸又は強塩基の作用は、例えば土壌汚染対策法施行規則（平成１４年環境省令第２９号）に基づき環境大臣が定める測定方法に従って採取土を処理する作用よりも強い場合がある。よって、強酸又は強塩基処理が施された粘性土は、例えば土壌汚染対策法（平成１４年法律第５３号）に基づく環境基準を満たさず埋め戻しもできない恐れがある。また、このような処理が施された粘性土は、環境基準に限らず、土壌の用途等に特化した基準も満たさなくなる恐れがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、重金属に汚染された粘性土からなる土壌等を、高効率且つ低コストで、例えば土壌汚染対策法に基づく環境基準等の所定の基準を満たすように浄化する方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、六価クロムに汚染された粘性土からなる土壌を水溶液で洗浄することにより当該土壌を浄化する土壌浄化方法であって、前記水溶液は、硫酸ナトリウムを溶解させた水溶液、又は、炭酸ナトリウムを溶解させ当該炭酸ナトリウムの加水分解により高くなった水素イオン指数を希硫酸にて低下させた弱塩基性を呈する水溶液の何れか一方であることを特徴とする。

さらに、本発明の土壌浄化剤は、六価クロムに汚染された粘性土からなる土壌を水溶液で浄化する際に用いられ、硫酸ナトリウムを溶解させた水溶液、又は、炭酸ナトリウムを溶解させ当該炭酸ナトリウムの加水分解により高くなった水素イオン指数を希硫酸にて低下させた弱塩基性を呈する水溶液の何れか一方であることを特徴とする。

本発明における土壌浄化方法及び土壌浄化剤によれば、六価クロムに汚染された粘性土からなる土壌を、高効率且つ低コストで、例えば、土壌汚染対策法に基づく環境基準等の所定の基準を満たすように浄化することができる。また、浄化土及び土壌浄化剤ともに再利用可能である。

以下、本発明における土壌浄化方法の一実施形態について、図１を参照しながら説明する。

本実施形態では、重金属に汚染された粘性土からなる土壌を掘削し、掘削した土を洗浄することにより土壌を浄化する土壌浄化方法であって、土を洗浄するための水溶液は、無機化合物の塩を溶解させた水溶液を用いる。

図１は、本発明の一実施形態における土壌浄化方法の工程を示すフローチャートであって、まず、六価クロム汚染された土壌をおよそ２０ｍ^３掘削し、後述する六価クロムの水に対する初期溶出量を測定するために、掘削した土の一部を採取する（Ｓ１００）。

次に、掘削した土に洗浄剤を添加し、例えばミキサ等で攪拌し泥水とする。ミキサ等による攪拌は例えばバッチ式で行い、泥水は例えばアンダータンクに溜める。本実施形態においては、この洗浄剤が、土壌を掘削した土を洗浄するための水溶液に相当する。

なお、本発明は、本実施形態に限られるものではなく、無機化合物の塩、汚染土壌、重金属等の性質及び量等によっては、別途、酸又はアルカリを加えることで、添加前の洗浄剤の水素イオン指数（ｐＨ）を調整してもよく、また、洗浄剤を添加した後の泥水の水素イオン指数（ｐＨ）を調整してもよい。ここで、水素イオン指数（ｐＨ）は、およそ３．０乃至１１．０であり、好ましくは、およそ４．０乃至７．０又はおよそ７．０乃至１０．０である。

このように、水素イオン指数（ｐＨ）を中性、弱酸性、又は弱塩基性となるように調整して汚染土壌を洗浄することにより、例えば、土壌として水と共存している場合には溶出し得ない重金属イオンの溶出を抑制することができる。また、このような中性、弱酸性、又は弱塩基性の水溶液にて洗浄された土は、特に中和等の処理をせずに土壌に埋め戻すことができる。

その後、アンダータンク内に溜めた泥水を、所定の液固比になるように上記洗浄剤を添加し、例えば水中ミキサで攪拌する（Ｓ１０２）。攪拌された泥水に、シリカフュームや高分子物質からなる適宜な凝集剤を添加して凝集させ、沈降濃縮した泥水（スラッジ）とする（Ｓ１０４）。これにより泥水の脱水速度が向上する。このときの上水から適宜な重金属除去装置によって六価クロムを含む重金属を除去し、当該上水をステップＳ１０２における洗浄剤として回収する。
さらに、スラッジにすすぎ水を加えて水中ミキサで攪拌する（Ｓ１０６）。すすぎ水と攪拌されて再び泥水となった液に、シリカフュームや高分子物質からなる適宜な凝集剤を添加して凝集させ再びスラッジとする（Ｓ１０８）。このときの上水から適宜な重金属除去装置によって六価クロムを含む重金属を除去し、当該上水をステップＳ１０６におけるすすぎ水として回収する。

次に、スラッジを例えばフィルタープレスして脱水し固液分離する。この固液分離水の一部を、後述する六価クロムの濃度測定のために採取する（Ｓ１１０）。このときの固液分離水から適宜な重金属除去装置によって六価クロムを含む重金属を除去し、当該固液分離水をステップＳ１０６におけるすすぎ水として回収する。

上記脱水により生じた脱水ケーキは、例えばプレコンパックにて密封保管する。この脱水ケーキの一部を、後述する六価クロムの水に対する溶出量測定のために採取する。もし、例えば当該六価クロムの溶出量の測定結果が後述する環境基準値（所定の値）よりも低ければ、この脱水ケーキを浄化土として埋め戻し材に有効利用する（Ｓ１１２）。ステップＳ１１２において採取した土から水への六価クロム溶出量が環境基準値よりも高い場合には、ステップＳ１０６に戻り土の再すすぎを行う。

なお、本実施形態においては、土壌を汚染する金属元素を六価クロムとしたが、これに限定されるものではない。例えば、カドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）、ヒ素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）等の金属元素に汚染された土壌を、洗浄剤によって洗浄してもよい。

以下、本発明の実施例を示す。

本実施例では、六価クロム（Ｃｒ^６＋）を１００乃至２００ｍｇ／ｋｇ含有する関東ロームの土壌であって、土壌における粒度分布は、およそ１５．２％が粒径７５μｍ乃至２ｍｍ（砂）、およそ５１．４％が粒径５μｍ乃至７５μｍ（シルト）、およそ３３．４％が粒径５μｍ以下（粘土）である土壌を浄化対象とした。

また、無機化合物の塩である硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）を溶解させた水溶液、又は無機化合物の塩である炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）を溶解させ当該炭酸ナトリウムの加水分解により高くなった水素イオン指数（ｐＨ）を希硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）にて低下させた水溶液を洗浄剤として用いた。

ここで、硫酸ナトリウムの濃度は、およそ０．０５ｍｏｌ／Ｌであり、洗浄剤のｐＨは、およそ６．０乃至７．０である（弱酸性）。尚、硫酸ナトリウムの濃度は、およそ０．０１乃至０．１ｍｏｌ／Ｌが好ましく、およそ０．０５乃至０．１ｍｏｌ／Ｌがより好ましい。さらに、炭酸ナトリウムの濃度は、およそ０．０１ｍｏｌ／Ｌであるが、硫酸の添加によって、洗浄剤のｐＨは、およそ８．０乃至９．０（弱塩基性）となっている。

また、ステップＳ１００及びＳ１１２で採取した土を用いて、土壌中の六価クロムが水に溶出する場合の六価クロム溶出量を測定し、ステップＳ１１０で採取した固液分離水中の六価クロムの濃度、即ち本実施例における洗浄剤の六価クロム除去力を測定した。

なお、六価クロム溶出量とは、土壌汚染対策法施行規則（平成１４年環境省令２９号）の規定に基づく土壌の汚染に係る環境基準で指定された検液作成法及び分析法（ジフェニルカルバジド吸光光度法）により測定された、当該検液中の六価クロムの濃度である。

表１に、本実施例における洗浄剤の六価クロム除去力と、上記検液作成法及び分析方法によって分析して得た六価クロム溶出量とを示す。

ここで、表１の「固液分離水」における六価クロムの濃度が、洗浄剤の六価クロム除去力に相当し、表１の「浄化土の溶出液」における六価クロムの濃度が、土壌から水への六価クロムの溶出量に相当する。また、表１においては、本実施例における土壌を、水で洗浄したときの六価クロムのデータも比較のために挙げている。

表１に示されるように、２つの塩（Ｎａ_２ＳＯ_４及びＮａ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２ＳＯ_４）がそれぞれ溶解した洗浄剤中の六価クロムの濃度である０．２０ｍｇ／Ｌ及び０．３５ｍｇ／Ｌは、水洗浄による当該水中の六価クロムの濃度０．１４ｍｇ／Ｌに比べて高い。
よって、本実施例における２つの塩の洗浄剤がそれぞれ有する六価クロム除去力は、水の有する六価クロム除去力に比べて大きいと言える。

また、表１に示されるように、上記検液作成法によって、２つの塩（Ｎａ_２ＳＯ_４及びＮａ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２ＳＯ_４）がそれぞれ溶解した洗浄剤によって洗浄した土から水に溶出した六価クロムの濃度は、０．０３ｍｇ／Ｌ及び０．０１ｍｇ／Ｌ未満である。

ここで、土壌汚染対策法（平成１４年法律第５３号）の規定に基づく土壌の六価クロム汚染に係る環境基準値は、０．０５ｍｇ／Ｌであるから、本実施例における洗浄剤を用いて洗浄した土は、当該環境基準を満足すると言える。

さらに、表１によれば、このような環境基準を満足するには、土壌の水洗浄だけでは不十分であるとも言える（水洗浄による六価クロム溶出量は０．０７ｍｇ／Ｌ）。

ところで、本実施例における２つの塩（Ｎａ_２ＳＯ_４及びＮａ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２ＳＯ_４）がそれぞれ溶解した洗浄剤が、水のみを洗浄剤とする場合に比べ、六価クロム除去力及び六価クロム溶出量の両方で優れている理由としては、ＳＯ_４ ^２−イオンと六価クロム汚染物質としての陰イオンＣｒＯ_４ ^２−との交換作用が起こり易いことが挙げられる。また、このような交換作用は、当該交換される陰イオン（ＳＯ_４ ^２−及びＣｒＯ_４ ^２−）どうしの原子構造の類似性によって誘起されると考えることもできる。

上記洗浄剤を用いて土壌を浄化すれば、六価クロムを高効率で除去し、しかも浄化された土壌から水への六価クロム溶出量を環境基準値よりも低くすることが容易となる。よって、関東ロームのような粘性土に対しても、低コスト且つ低負荷型の土壌浄化が可能となる。

また、本実施例においては、強酸又は強塩基性の洗浄剤を使用しないために、浄化後の土壌を、特に中和処理等を行なわずに再利用できる。さらに、洗浄剤に溶解している塩（Ｎａ_２ＳＯ_４及びＮａ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２ＳＯ_４）は、例えば還元性の鉄粉に対して活性ではないため、当該鉄粉によって六価クロムを還元処理し、洗浄剤を再利用できる。

次に、本実施例では、六価クロム（Ｃｒ^６＋）に汚染された粘性土からなる関東ロームの土壌（溶出量０．２ｍｇ/Ｌ、含有量１００ｍｇ/ｋｇ）を浄化対象とした。

この汚染土譲を、各洗浄剤を用いて７分間の攪拌洗浄を行った後、高分子凝集剤にて凝集させ、さらに加圧脱水にて固液分離してから、固体として得られた浄化土中の六価クロムが水に溶出する場合の溶出量を測定した。また、固液分離水中の六価クロムの濃度、即ち本実施の形態における洗浄剤の有する六価クロム除去力を測定した（環境省告示１３号）。

表２に、本実施例における洗浄剤の六価クロム除去力（「固液分離水」における六価クロムの濃度）と、上記検液作成法及び分析法（ジフェニルカルバジド吸光光度法）によって分析して得た六価クロム溶出量（「浄化土の溶出液」における六価クロムの濃度）とを示す。なお、水、アルカリ（ＮａＯＨ）で洗浄した場合のデータも比較のために挙げている。

表２に示されるように、水を洗浄剤として用いた場合には、固液分離水中の六価クロム濃度は、０．１０ｍｇ/Ｌと低い値を示し、六価クロム除去量は少ない。また、洗浄前の六価クロム溶出量（０．２ｍｇ/Ｌ）と比較しても、高い値を示していないため、十分な洗浄効果はみられなかった。

他方、アルカリを洗浄剤として用いた場合には、固液分離水中の六価クロム濃度は０．２０ｍｇ/Ｌと高い値を示し、六価クロムの除去は可能であったが、浄化土（処理土）の溶出液の六価クロム溶出量も０．１８ｍｇ/Ｌと高い値を示し、環境基準値（０．０５ｍｇ/Ｌ）を超えてしまうため、洗浄剤としては不適合であった。

これに対し、硫酸塩（Ｎａ_２ＳＯ_４）、炭酸塩（Ｎａ_２ＣＯ_３）を洗浄剤として用いた場合には、固液分離水中の六価クロム濃度は、ともに、０．２３ｍｇ/Ｌと高い値を示し、六価クロムの除去は可能であった。しかも、浄化土の溶出液（処理土）の六価クロム溶出量は、ともに、０．０４ｍｇ/Ｌと低い値を示し、いずれも環境基準値（０．０５ｍｇ/Ｌ）を超えなかった。

このことから、上記無機化合物の塩（無機塩）を洗浄剤として用いた場合には、土壌中に含まれる六価クロムのうち、主として溶出し易い状態にあるものが選択的に除去されるにすぎず、この際、溶出し難い状態にある六価クロムまで、あえて溶出し易い状態となって、溶出除去されるものではないことがわかる。

したがって、硫酸塩（Ｎａ_２ＳＯ_４）、炭酸塩（Ｎａ_２ＣＯ_３）は、洗浄剤として有効であるといえる。

本発明の一実施形態における土壌浄化方法の工程を示すフローチャートである。

Claims

六価クロムに汚染された粘性土からなる土壌を水溶液で洗浄することにより当該土壌を浄化する土壌浄化方法であって、
前記水溶液は、硫酸ナトリウムを溶解させた水溶液、又は、炭酸ナトリウムを溶解させ当該炭酸ナトリウムの加水分解により高くなった水素イオン指数を希硫酸にて低下させた弱塩基性を呈する水溶液の何れか一方であることを特徴とする土壌浄化方法。
六価クロムに汚染された粘性土からなる土壌を水溶液で浄化する際に用いられ、硫酸ナトリウムを溶解させた水溶液、又は、炭酸ナトリウムを溶解させ当該炭酸ナトリウムの加水分解により高くなった水素イオン指数を希硫酸にて低下させた弱塩基性を呈する水溶液の何れか一方であることを特徴とする土壌浄化剤。