JP6004895B2

JP6004895B2 - 汚染土壌の処理方法

Info

Publication number: JP6004895B2
Application number: JP2012240267A
Authority: JP
Inventors: 松山　祐介; 祐介松山; 隆人野崎; 昌平柳谷; 彰徳杉山
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP2014088521A

Description

本発明は、土壌への浸透性に優れ汚染土壌からの土ぼこりの発生を抑制することができる固化材と、該固化材を用いた汚染土壌の処理方法に関する。

福島第一原子力発電所の事故以来、我が国において、放射性セシウム等の放射性物質による汚染土壌の除染が喫緊の課題になっている。該汚染土壌に関する最近の調査結果から、土壌中の放射性物質の約９０％は、地表から深さ３ｃｍまでの表層部分に滞留していることが判明している。
そこで、現在検討されている除染方法には、表土削り取り、水による土壌撹拌・除去、および反転耕等がある。これらの中でも、表土削り取り工法は、放射性物質を効率よく確実に除去できるため注目されている。該工法は、削り取りに用いる機械により、バックホウによる削り取り工法、ワイパー工法、ロータリーカッター工法、ターフストリッパー工法、スキマ―工法等がある。
しかし、前記工法はいずれも、(i)表土の削り取りに伴い放射性物質を含む土ぼこりが発生し易い。また、(ii)掘削土壌の運搬時や保管時にも土ぼこりが発生し、放射性物質が広範囲に拡散するおそれがある。さらに、(iii)表土の過剰な削り取りを抑制するための削り取り厚さの管理が難しいなどの問題がある。

また、工場や事業所の跡地等の土壌が、セレン、ヒ素、六価クロム、鉛、フッ素等の重金属類により汚染されているという事例が、近年、多数報告されている。土壌中の重金属類の濃度が環境基準値を超えると、その土地はそのままでは使用できない。該土地を使用するためには、汚染土壌を掘削して除去し、除去後の土地の上に、非汚染土壌で盛土することが必要となる。しかし、この汚染土壌の掘削、運搬および保管等においても、前記工法における(i)〜(iii)と同様の問題がある。

かかる状況から、汚染土壌を固化する固化材や固化方法が提案されている。
例えば、特許文献１には酸化マグネシウムを含む重金属溶出抑制固化材が提案され、特許文献２にはＭｇＯおよび／またはＭｇＯ含有材からなる有害物質汚染土壌用の固化不溶化剤が提案されている。また、特許文献３には酸化マグネシウムと石膏等の硫酸塩とを主成分とする土壌固化材が提案され、特許文献４には特定の酸化マグネシウムとマグネシウム等の硫酸塩と炭酸カルシウムとを特定の割合で含む土壌固化材が提案されている。
さらに、特許文献５では、特定の温度で焼成した粉末度が４０００ｃｍ^２／ｇ以上の酸化マグネシウムを汚染土壌等に添加・混合する、汚染土壌等の固化・不溶化方法が提案されている。

しかし、前記のいずれの固化材等も、特許文献１の段落００１２、同２の段落００２２、同３の段落００１５、同４の段落００３４、同４の段落００２２、および同５の段落０００８に記載のとおり、固化材を土壌中に均一に分散させるため固化材と土壌を混合しなければならず、混合時に土ぼこりが発生する。また、混合することにより、放射性物質が地中深くに拡散するという問題もある。

特開２００３−１１７５３２号公報特開２００３−２２５６４０号公報特開２００３−１９３０５０号公報特開２００７−１６１８３９号公報特開２００３−３３４５２６号公報

そこで、本発明は、汚染土壌を固化する際に土ぼこりの発生が少なく、かつ汚染土壌の削り取り厚さの管理が容易な固化材を用いた汚染土壌の処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的にかなう汚染土壌の処理方法を検討したところ、特定量の酸化マグネシウムを含み特定の粒度分布を有する固化材を用いた汚染土壌の処理方法は、前記目的を達成できることを見出し本発明を完成させた。

すなわち、本発明は以下の構成を有する汚染土壌の処理方法である。
［１］水／固化材比（質量比）が２．５〜４．５である下記固化材のスラリーを、汚染土壌１ｍ^２当たり酸化マグネシウム換算で１．５〜３．０ｋｇ添加して汚染土壌を固化し、固化した汚染土壌を除去することを特徴とする汚染土壌の処理方法。
固化材：酸化マグネシウムを５０質量％以上含み、粒度の累積分布において、累積体積が２０％となる粒径ｄ _２０が７μｍ以下、累積体積が５０％となる粒径ｄ _５０が２２μｍ以下、および累積体積が８０％となる粒径ｄ _８０が４０μｍ以下である
［２］さらに、前記固化材のｄ_５０／ｄ_２０が１．３〜６．０および／またはｄ_８０／ｄ_５０が１．３〜５．０である、前記［１］に記載の汚染土壌の処理方法。
［３］前記汚染土壌が放射性セシウムによって汚染された土壌である前記［１］または［２］に記載の汚染土壌の処理方法。

本発明の汚染土壌の処理方法は、汚染土壌からの土ぼこりの発生が少なく、かつ汚染土壌の削り取り厚さの管理が容易である。

前記のとおり、本発明で用いる固化材は特定量の酸化マグネシウムを必須成分として含み、かつ特定の粒度分布を有するものである。また、本発明の汚染土壌の処理方法は、特定の水／固化材比を有する前記固化材のスラリーを、汚染土壌に対し特定量添加して、汚染土壌を固化し、固化した汚染土壌を除去する方法である。
以下に、固化材（必須成分、任意成分、粒度分布、比表面積）と、汚染土壌の処理方法に分けて詳述する。
固化材は特定量の酸化マグネシウムを必須成分として含み、かつ特定の粒度分布を有するものである。また、本発明の汚染土壌の処理方法は、特定の水／固化材比を有する前記固化材のスラリーを、汚染土壌に対し特定量添加して、汚染土壌を固化し、固化した汚染土壌を除去する方法である。
以下に、固化材（必須成分、任意成分、粒度分布、比表面積）と、汚染土壌の処理方法に分けて詳述する。

１．固化材
（１）必須成分
本発明で用いる固化材は必須成分として酸化マグネシウムを５０質量％以上含むものである。
該酸化マグネシウムは、軽焼マグネシアおよび／または軽焼マグネシア部分水和物等である。これらの中で、軽焼マグネシアはマグネサイト、ドロマイト、ブルーサイト、または海水中のマグネシウム成分を消石灰等のアルカリで沈殿させて得た水酸化マグネシウム等を、６５０〜１３００℃で焼成して得られるものである。該値が６５０℃未満では、軽焼マグネシアが生成しにくく、該値が１３００℃を超えると固化強度が低下するおそれがある。前記焼成温度は、好ましくは７５０〜１０００℃、より好ましくは８００〜９５０℃である。また、前記焼成時間は原料の仕込み量や粒度等にもよるが、通常３０分〜５時間である。

また、軽焼マグネシア部分水和物は、前記軽焼マグネシアを粉砕した後、該粉砕物に水を添加して撹拌し混合するか、または該粉砕物を相対湿度８０％以上の雰囲気下に１週間以上保持することにより得られる。
前記軽焼マグネシア部分水和物は、主成分である酸化マグネシウムおよび水酸化マグネシウムの２種について規定すると、好ましくは酸化マグネシウムを６５〜９６．５質量％および水酸化マグネシウムを３．５〜３５質量％含有するものであり、より好ましくは酸化マグネシウムを７０〜９５質量％および水酸化マグネシウムを５〜３０質量％含有するものであり、さらに好ましくは酸化マグネシウムを７５〜９０質量％および水酸化マグネシウムを１０〜２５質量％含有するものである。該値が前記の好ましい範囲であれば、固化強度はより高い。なお、前記軽焼マグネシア部分水和物は、酸化マグネシウムおよび水酸化マグネシウムのほかに、固化を阻害しない範囲で、その他の成分を含んでもよい。

本発明で用いる固化材中の酸化マグネシウムの含有率は５０質量％以上である。該値が５０質量％以上であれば、固化強度が十分に高く土ぼこりの発生を抑制できる。該値は好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上、特に好ましくは９０質量％以上である。
また、農地保護の観点から、好ましくは、本発明で用いる固化材に含まれるＳＯ_３は７．０質量％以下、ＭｎＯ_２は１．０質量％以下、およびＮａ_２Ｏ_ｅｑは１．０質量％以下であり、より好ましくはＳＯ_３は５．０質量％以下、ＭｎＯ_２は０．３質量％以下、およびＮａ_２Ｏ_ｅｑは０．７質量％以下である。

（２）任意成分
また、本発明で用いる固化材は、任意成分として、高炉スラグ、炭酸マグネシウム、石膏、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、塩化カルシウム、重焼リン、および熔リン等から選ばれる１種以上の固化促進剤や、不溶性フェロシアン化物、モンモリロナイト含有物、ゼオライトおよびバイデライト含有物等から選ばれる１種以上のセシウム吸着材等を含んでもよい。
これらの任意成分の含有率は、好ましくは５０質量％未満、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは２０質量％以下、特に好ましくは１０質量％以下である。該成分が５０質量％以上では、かえって固化強度が低下する場合がある。

（３）粒度分布
本発明で用いる固化材の粒度分布は、該固化材の粒度の累積分布において、累積体積が２０％となる粒径ｄ_２０が７μｍ以下、累積体積が５０％となる粒径ｄ_５０が２２μｍ以下、および累積体積が８０％となる粒径ｄ_８０が４０μｍ以下である。粒度分布が該範囲にあれば、土壌への固化材の浸透性が高い。また、本発明で用いる固化材において土壌への浸透性をより高めるために、好ましくはｄ_５０／ｄ_２０が１．３〜６．０および／またはｄ_８０／ｄ_５０が１．３〜５．０である。
前記累積分布の曲線は、細かい粒子の側をゼロとした右上がりの曲線であり、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置等、例えば、日機装社製の９３２０−Ｘ１００（型番）と、溶媒に関東化学社製のエタノール（特級）を用いて測定することができる。
なお、固化材をスラリー（水を媒体とする懸濁液）にして用いる場合、水に溶解する成分はスラリー中では粉体として存在しないため、固化材の粒度分布は水に溶解する成分を除いて測定する。

また、前記粒度分布のより好適な範囲は以下のとおりである。すなわち、
ｄ_２０は、好ましくは６μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは４．５μｍ以下、特に好ましくは４μｍ以下である。
ｄ_５０は、好ましくは２１μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１９μｍ以下、特に好ましくは１８μｍ以下である。
ｄ_８０は、好ましくは３８μｍ以下、より好ましくは３５μｍ以下、さらに好ましくは３２μｍ以下、特に好ましくは３０μｍ以下である。
また、ｄ_５０／ｄ_２０は、より好ましくは１．５〜５．５、さらに好ましくは１．６〜５．０、さらに好ましくは１．８〜４．５、特に好ましくは２．０〜４．０である。
ｄ_８０／ｄ_５０は、より好ましくは１．５〜４．５、さらに好ましくは１．６〜４．０、特に好ましくは１．６〜３．５、最も好ましくは１．６〜３．０である。
固化材の粒度分布がこれらの範囲にあれば、固化材の浸透性はさらに高くなる。土壌への浸透性が高いという本発明の効果を奏するためには、前記粒度分布を有することが重要であり、前記特許文献４および５に記載の粒度等からでは、前記粒度分布を特定することができない。

（４）比表面積
本発明で用いる固化材のブレーン比表面積は、固化強度の発現性を高めるためには、好ましくは６０００ｃｍ^２／ｇ以上、より好ましくは８０００ｃｍ^２／ｇ以上、さらに好ましくは１００００ｃｍ^２／ｇ以上、特に好ましくは１２０００ｃｍ^２／ｇ以上である。
また、本発明で用いる固化材のＢＥＴ比表面積は、有害物質の固定効果の観点から、好ましくは６ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは８ｍ^２／ｇ以上、さらに好ましくは１０ｍ^２／ｇ以上、特に好ましくは１５ｍ^２／ｇ以上である。
ただし、固化材の製造コスト（粉砕コスト等）を考慮すると、前記ブレーン比表面積の上限は２００００ｃｍ^２／ｇ以下であり、前記ＢＥＴ比表面積の上限は５０ｍ^２／ｇ以下である。
なお、固化材をスラリーにして用いる場合は、固化材の比表面積は、前記粒度分布の測定と同様、水に溶解する成分を除いて測定する。

２．汚染土壌の処理方法
次に、汚染土壌の処理方法について説明する。
該処理方法は、水／固化材比（質量比）が２．５〜４．５である前記固化材のスラリーを、汚染土壌１ｍ^２当たり酸化マグネシウム換算で１．５〜３．０ｋｇ添加して汚染土壌を固化し、固化した汚染土壌を除去する方法である。
前記汚染土壌は、例えば、放射セシウム、放射性ヨウ素およびプルトニウム等の放射性物質、セレン、ヒ素、クロムおよび鉛等の重金属、並びに、フッ素等の各種有害物質により汚染された土壌が挙げられる。
また、前記スラリーの水／固化材比（質量比）が２．５未満ではスラリーの土壌に対する浸透性が十分でなく、４．５を超えると固化強度が低下する場合がある。該値は、好ましくは２．６〜４．４、より好ましくは２．７〜４．３、さらに好ましくは２．８〜４．２、特に好ましくは３．０〜４．０である。
また、前記スラリーの汚染土壌に対する添加量が、汚染土壌１ｍ^２当たり酸化マグネシウム換算で１．５ｋｇ未満では土壌への浸透量（浸透深さ）が十分でなく、また、固化強度が低く、３．０ｋｇを超えるとコストが高くなって経済的でない。該添加量は、放射性物質等の有害物質が存在する土壌の深さを事前に調査し、除く必要のある深さに応じて調整する。
また、本発明の固化方法の対象となる汚染土壌は、好ましくは乾燥密度が０．８〜１．２ｇ／ｃｍ^３、かつ含水比（水／土壌の質量比を百分率で示す。）が１００％以下である。乾燥密度や含水比が前記範囲にあれば、前記スラリーの浸透性は高くなる。また、前記土壌の種類は特に限定されず、例えば、砂質土、粘性土、ローム、有機質土等が挙げられる。

本発明の固化材のスラリーを汚染土壌に添加する手段は、土ぼこりが発生しにくいため散布が好ましい。また、該散布はシャワー、スプリンクラー、散水車等を用いて行うことができる。
固化材のスラリーを土壌へ散布等した後は、十分な固化強度を得るために一定期間養生することが好ましい。該養生期間は、前記固化促進剤の有無やその含有量にも依るが、好ましくは１日以上、より好ましくは３日以上、さらに好ましくは５日以上、特に好ましくは７日以上である。
本発明の固化材が土壌中に浸透する深さは３〜６ｃｍ程度であるから、固化した汚染土壌（表土）を除去する方法として該汚染土壌を削り取る方法が挙げられ、削り取りに用いる装置は、バックホウ、ワイパー、ロータリーカッター、ターフストリッパー、またはスキマー等が挙げられる。
酸化マグネシウムを５０質量％以上含む本発明の固化材は白色である。固化材の色調をハンターＬ、ａ、ｂ表色系で示すと、好ましくはＬ値が７０以上、ａ値が５以下、およびｂ値が２０以下であり、より好ましくはＬ値が８０以上、ａ値が３以下、およびｂ値が１５以下である。したがって、本発明の固化材が浸透して固化した表土はほぼ白色を呈しているため、削り取るべき層が容易に視認でき過剰な削り取りを防止することができる。したがって、除染対象が農地である場合、本発明の汚染土壌の固化方法を用いれば作土層を多く残して削り取ることができるため、除染等を行った後の土壌の作物生産性の低下を抑えることができる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．固化材の浸透深さと土ぼこりの発生状況
炭酸マグネシウムを８５０℃で２時間焼成して軽焼マグネシアを得た。該軽焼マグネシアは、表１に示す粒度分布を有し、酸化マグネシウムの含有率は９２質量％であり、Ｌ値は８５、ａ値は１．９、およびｂ値は１０．４であった。
次に、該軽焼マグネシアを用いて表１に示す水／固化材比のスラリーを調製した後、表１に示す量（酸化マグネシウム換算）のスラリーを、放射性セシウムが表面から深さ３ｃｍまでの範囲に存在する農地に散布した。
散布面にシートを被せて７日養生した後、農地を掘削して固化材の浸透深さ（土壌の縦断面の白色部分の深さ）を数点測定しその平均を求めた。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜６の浸透深さは３．１〜５．８ｃｍであり、実施例のすべてにおいて、放射性セシウムが存在する表土全体を固化することができた。特に、ｄ_２０が７μｍ以下、ｄ_５０が２２μｍ以下およびｄ_８０が４０μｍ以下、並びに、ｄ_５０／ｄ_２０が１．３〜６．０およびｄ_８０／ｄ_５０が１．３〜５．０の範囲内にある実施例１〜４の固化材の浸透深さは３．６ｃｍ以上であり、土壌への浸透性はさらに高い。
これに対し、比較例１〜５の浸透深さは２．５ｃｍ以下であり、該比較例では放射性セシウムが存在する層の一部しか固化することができなかった。
また、実施例１〜６において固化した表層をバックホウを用いて削り取ったところ、土ぼこりは発生しなかった。

Claims

水／固化材比（質量比）が２．５〜４．５である下記固化材のスラリーを、汚染土壌１ｍ^２当たり酸化マグネシウム換算で１．５〜３．０ｋｇ添加して汚染土壌を固化し、固化した汚染土壌を除去することを特徴とする汚染土壌の処理方法。
固化材：酸化マグネシウムを５０質量％以上含み、粒度の累積分布において、累積体積が２０％となる粒径ｄ _２０が７μｍ以下、累積体積が５０％となる粒径ｄ _５０が２２μｍ以下、および累積体積が８０％となる粒径ｄ _８０が４０μｍ以下である
さらに、前記固化材のｄ_５０／ｄ_２０が１．３〜６．０および／またはｄ_８０／ｄ_５０が１．３〜５．０である、請求項１に記載の汚染土壌の処理方法。
前記汚染土壌が放射性セシウムによって汚染された土壌である請求項１または２に記載の汚染土壌の処理方法。