JP5268867B2

JP5268867B2 - 浄化材

Info

Publication number: JP5268867B2
Application number: JP2009267787A
Authority: JP
Inventors: 貴洋塩川; 哲哉渡辺; 豊松田
Original assignee: JFE Mineral Co Ltd
Current assignee: JFE Mineral Co Ltd
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: JP2011110476A

Description

本発明は、汚染土壌や廃棄物等に含まれる重金属類を吸着して浄化する浄化材に関する。

ふっ素、ほう素、砒素、クロム、鉛、セレン等の重金属類を含む汚染土壌処理には重金属不溶化剤（浄化材）として、金属鉄粉、酸化鉄粉、酸化セリウム、酸化マグネシウム等が使用されている。このような浄化材を粉体の形で使用すると、飛散しやすく、施工性が悪いという問題がある。
そこで、このような問題の解決を図るものとして、例えば特許文献１に開示された浄化材料がある。
特許文献１に開示された浄化材料は、「土壌に混合し、汚染土壌若しくは廃棄物の下方若しくは側方若しくはその双方に５ｃｍ以上の厚みで設置する浄化材料であって、水との接触によって重金属類を吸着可能な鉄、水酸化鉄、酸化鉄若しくはその水和物、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム若しくはその水和物、炭酸フッ化セリウム、水酸化セリウム、酸化セリウム若しくはその水和物、若しくはこれらを一つ以上含む粉体材料を、平均直径1〜１０００μｍ未満の繊維状素材と、繊維状素材／粉体材料＝０．３３〜３の割合で混合して構成することを特徴とする」ものである。

特許第4187223号公報

一般的に浄化材は、対象とする汚染土壌の汚染物質に合わせてその種類が選択され、例えば砒素、鉛、クロム等が汚染物質の場合には金属鉄粉等が用いられ、ふっ素、ほう素、カドミウム、シアン等が汚染物質の場合には酸化マグネシウム等が用いられる。
しかしながら、金属鉄粉はふっ素、ほう素に対する浄化作用が弱く、酸化マグネシウムは砒素等に対する浄化作用が弱いため、汚染土壌が、例えばふっ素と砒素の両方で汚染されている複合的な汚染の場合には、金属鉄粉や酸化マグネシウムを単独で用いる従来の浄化材では十分な浄化効果を得ることは難しい。
なお、複合的な汚染とは、浄化対象となる土壌が単一の浄化材では浄化できない複数の汚染物質で汚染されていることをいう。

この点、特許文献１においては、「水酸化鉄、酸化鉄若しくはその水和物、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム若しくはその水和物、・・・、若しくはこれらを一つ以上含む粉体材料」と記載されており、鉄粉と酸化マグネシウムの両方を混合するものを含むような記載がある。
しかし、特許文献１における「発明を実施するための最良の形態」を参照すると分かるように、特許文献１でその浄化作用が検討されているのは、前記粉体材料をそれぞれ単独で用いた場合のみである。
このように、従来の浄化材においては、複合的な汚染に対して効果的なものは知られていない。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、広範囲な重金属類を不溶化、吸着することで複合的な汚染に対する浄化が可能で、かつ施工性に優れる浄化材を得ることを目的としている。

上記の課題を解決するために、発明者は、複合的な汚染の例としてふっ素と砒素の両方の物質で汚染されている汚染土壌に対する浄化材として、それぞれの汚染物質に対する浄化作用のある金属鉄粉と酸化マグネシウムを混合して用いることを考えた。
しかし、金属鉄粉と酸化マグネシウムでは比重が大きく異なるために粉体のままで混合しても均一に混合するのが困難である。そのため、粉体のまま施工しようとすると、２段階に分けて施工せねばならず、作業が煩雑になるという問題がある。

また、酸化マグネシウムは水和反応により表面に水酸化マグネシウムが形成される際に、重金属を不溶化、吸着し、汚染水のｐＨ値が１０〜１１に上昇する。他方、ｐＨ値が高いと金属鉄粉の表面の電価が負になるため、金属鉄粉が浄化対象とする砒素などの陰イオンに対する不溶化のメカニズムが働かず、浄化作用が発揮できなくなるという問題もある。
このように、複合的な汚染に対して金属鉄粉と酸化マグネシウムを混合して用いる場合には、それ特有の課題が存在する。
しかしながら、このような課題は、従来は全く検討されていなかったものであるが、発明者はこのような課題に着目して、これらの課題を解決するべく鋭意検討して、本発明を完成したものである。

まず、金属鉄粉と酸化マグネシウムの比重の違いについては、これらを造粒することで、両者に比重の違いがあっても、一度の施工で均一に施工できると考えた。
また、酸化マグネシウムによるｐＨ値上昇の問題については、ｐＨ調整剤を添加して、ｐＨ調整剤を含めて造粒することを考えた。ｐＨ調整剤を含めて造粒することで、金属鉄粉と酸化マグネシウムが均一に施工できることに加え、金属鉄粉の周辺環境を常に金属鉄粉の浄化作用が発揮できる最適なｐＨ値に維持できるのである。
本発明は係る課題の発見と、この発見した課題を解決するという上記の知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る浄化材は、金属鉄粉及び／又は酸化鉄粉と、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムと、ｐＨ調整剤とをバインダーで造粒してなる浄化材であって、前記ｐＨ調整剤は処理対象となる重金属類を含む汚染水のｐＨ値を５〜９．５に調整するものであって、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウム１００重量部に対して、１０〜１００重量部含むことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、酸化セリウム及び／又は水酸化セリウムを含んで造粒してなることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記ｐＨ調整剤は、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、塩化鉄、酸性白土、クエン酸のうちから選択される一種又は複数種のものであることを特徴とするものである。

本発明においては、金属鉄粉及び／又は酸化鉄粉と、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムと、ｐＨ調整剤とをバインダーで造粒してなる浄化材であって、前記ｐＨ調整剤は処理対象となる重金属類を含む汚染水のｐＨ値を５〜９．５に調整するものであって、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウム１００重量部に対して、１０〜１００重量部含むようにしたので、造粒することにより比重の異なる種類のものを一つの粒子の中にいれることができ、処理対象となる複合的な汚染土壌に対して一回の施工で均一散布が可能になる。しかも、ｐＨ調整剤を含めて造粒していることから、金属鉄粉の近傍のｐＨ値を常に金属鉄粉にとって最適な値にすることができ、浄化作用を効果的に行うことができる。

本発明の効果を確認する実施例の装置の説明図である。

本実施の形態の浄化材は、金属鉄粉及び／又は酸化鉄粉と、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムと、ＰＨ調整剤とをバインダーで造粒してなる浄化材であって、前記ｐＨ調整剤は処理対象となる汚染水のｐＨ値を４〜１０に調整することを特徴とするものである。
以下、詳細に説明する。

＜金属鉄粉＞
金属鉄粉は重金属不溶化金属鉄粉の他、微粒状の金属鉄粉、破砕削り合金鉄粉、粉末治金用鉄粉等を使用することができる。
微粒状の金属鉄粉としては、アトマイズ鉄粉、海綿鉄粉、還元鉄粉、電解鉄粉を使用することができる。
また、金属鉄粉粒径としては、平均粒径50〜200μｍが好ましい。
＜酸化鉄粉＞
酸化鉄は重金属不溶化酸化鉄、他、チタン精錬残渣酸化鉄、鉄鉱石、水酸化鉄等を使用することができる。平均粒径は5〜100μｍ程度が好ましい。

鉄、酸化鉄は、砒素、鉛、クロム、セレンに対する吸着効果が高い。

＜酸化マグネシウム粉＞
酸化マグネシウム粉は、ふっ素、ほう素、カドミウム、鉛、シアン、クロムに対する吸着、不溶化作用がある。酸化マグネシウム粉粒径としては平均粒径3〜100μｍ程度が望ましい。

＜ｐＨ調整剤＞
ｐＨ調整剤としては、硫酸アルミ、硫酸鉄、塩化鉄、酸性白土、クエン酸等を用いる。
ｐＨ調整剤は、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウム１００重量部に対して、１０〜１００重量部含むようにする。
前述したように、酸化マグネシウムは水和反応により表面に水酸化マグネシウムが形成される際に、重金属を不溶化、吸着し、汚染水のｐＨ値を１０〜１１に上昇させる。そのため、汚染水のｐＨ値を、鉄が浄化作用を発揮できるｐＨの領域であるｐＨ４〜１０より好ましくはｐＨ５〜９．５にするためには、前記の量のｐＨ調整剤を添加する必要がある。

＜バインダー＞
粉体の結合剤として用いるバインダーとしては、水性のものとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、でんぷん、ゼラチン、酢酸ビニルなどを用いる。

＜造粒＞
造粒は、造粒機を用いて粒状に加工する。
平均粉径は100〜1000ミクロンとする。

＜混合割合＞
金属鉄粉及び／又は酸化鉄粉と、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムとの混合割合は、浄化対象とする土壌汚染の汚染物質の割合等に合わせて変更し、最適化を行うようにする。
バインダーは、０〜２０質量％添加する。

上記のような浄化材の用い方としては、浄化材を処理対象とする汚染土壌に混合して用いてもよいし、あるいは浄化材を所定の厚みに敷き詰めてその上に汚染土壌を盛土するような用い方でもよいし、またあるいは、地盤を掘って、掘った地盤の底面と側面に浄化材を所定の厚みで設置して、浄化材で囲まれた空間に汚染土壌を入れるような用い方をしてもよい。

本発明の効果を確認する実験について、以下の実施例で説明する。

実験装置は、図１に示すように、タンクに貯留した模擬汚染水を、ポンプによって浄化材を充填したカラムに通水し、カラムを出た浄化水を採取してｐＨ測定と重金属元素濃度の定量分析を実施した。
＜実験装置仕様＞
実験に用いた装置の仕様は以下の通りである。
カラム：φ10mm×100mm
浄化材
・粒径：300μｍ
・組成：
(i)実施例
金属鉄粉 44%、マグネシウム 44％、硫酸アルミ 9％、バインダー 3％
（金属鉄粉 100質量部、マグネシウム 100質量部、硫酸アルミ 20質量部、
バインダー 7質量部）
(ii)比較例
金属鉄粉 48.5%、マグネシウム 48.5％、バインダー 3％
（金属鉄粉 100質量部、マグネシウム 100質量部、バインダー 6質量部）

＜実験操作＞
カラムに300μｍに造粒した浄化材を充填し、模擬汚染水を40ml/日でカラム下方から導入した。40ml/日という量は年間雨量が一日で透過する量に相当する。なお、年間雨量が一日で透過する量を、40ml/日が相当とすることの根拠は以下の通りである。平均降水量を1500ミリ、土壌への透水率を30％とすると、1500（年間降水量mm）÷10（年間降水量をcmに変換）×0.3（透水率）×0.785（カラム断面積cm2）＝35.33ｍｌ/年が計算された。よって40ｍｌ/日で問題ない。
カラム上からカラム内を通過した通過水を回収し、通過水のｐＨ測定と重金属元素濃度の定量分析を実施した。
模擬汚染水の当初（イニシャル）の各重金属元素とｐＨ値及び、カラム通過後の各重金属元素とｐＨ値を表１、２に示す。表１が実施例であり、表２が比較例である。

実施例では、表１に示すように、イニシャルでは各重金属元素の量が環境基準値を超えていたものが、カラム通過後には、いずれの重金属元素についても環境基準値を大きく下回っている。このことから、金属鉄粉とマグネシウムの両方の吸着作用が共に発揮されていることが確認された。
また、この浄化作用は、９０日経過後であっても同様に発揮されている。１日当りの通過水の量が一年の降水量相当であることから、９０日であれば９０年に相当し、本発明の浄化材が長期間効果を発揮することが確認された。
また、ｐＨ値についても、イニシャルではｐＨ１０であったものが、ｐＨ８．９〜ｐＨ９．１になっており、ｐＨ低下の効果が確認された。

他方、比較例では、表２に示すように、ふっ素、ほう素に関しては、カラム通過後に、実施例と同様に環境基準値を大きく下回っている。しかし、砒素、鉛については、カラム通過後であっても、イニシャルと殆ど変化が見られない。このことは、イニシャルではｐＨ１０であったｐＨ値が、カラム通過後にはｐＨ１０．８〜１０．９になっており、ｐＨ値の上昇があったことから、金属鉄粉の吸着効果が発揮できなかったためであると推察される。
換言すれば、ｐＨ調整剤である硫酸アルミを添加した実施例では、ｐＨ調整剤の効果により、金属鉄粉とマグネシウムの両方の吸着作用が共に発揮され、浄化材として優れたものであることが実証されたと言える。

なお、造粒に際して、酸化セリウム及び／又は水酸化セリウムを添加するようにしてもよい。酸化セリウム及び水酸化セリウムは、ふっ素、ほう素、砒素、鉛、クロム、セレン等に対して、吸着作用がある。

Claims

金属鉄粉及び／又は酸化鉄粉と、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムと、ｐＨ調整剤とをバインダーで造粒してなる浄化材であって、前記ｐＨ調整剤は処理対象となる重金属類を含む汚染水のｐＨ値を５〜９．５に調整するものであって、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウム１００重量部に対して、１０〜１００重量部含むことを特徴とする浄化材。
酸化セリウム及び／又は水酸化セリウムを含んで造粒してなることを特徴とする請求項１記載の浄化材。
前記ｐＨ調整剤は、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、塩化鉄、酸性白土、クエン酸のうちから選択される一種又は複数種のものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の浄化材。