汚染土壌の浄化方法
【課題】環境に優しく安全であり、より細かい粒径まで洗浄できる、汚染土壌の浄化方法を提供する。
【解決手段】塩化カリウム溶液を電気分解して作成した酸性電解水で重金属に汚染された土壌を洗浄する汚染土壌の浄化方法。
【解決手段】塩化カリウム溶液を電気分解して作成した酸性電解水で重金属に汚染された土壌を洗浄する汚染土壌の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染土壌の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重金属類で汚染された土壌は、これまで、掘削して現場外へ搬出し、安定型又は管理型処分場に埋め立てるか、セメント工場で焼却処分されることがほとんどであった。これらの方法はコストが高く、汚染拡大の危険もある。このため、２０１０年に土壌汚染対策法が改正され、原位置浄化の需用がますます高まっている。
原位置浄化の方法のひとつとして、土壌の洗浄、溶脱によるものがある。汚染土壌を一定量ずつ掘削してドラム洗浄などで洗浄し、もとあったところに戻す方法である。このとき用いる洗浄液には、重金属類とイオン交換反応するような化合物を含有させる。従来用いられている化合物としては、塩酸がある（特許文献１）が、浄化後の土壌が強い酸性になってしまうために実用的ではない。また、塩化ナトリウムを用いる方法も提案されている（特許文献２）が、土壌が塩害をうけてしまうため、問題がある。
さらに、土壌を洗浄する場合、粒径が粗いものは洗浄しやすいが、細かくなるほど洗浄しにくくなる。そこで、ある程度洗浄したあと分級して、洗浄しきれなかった細かい土壌を埋め立てや焼却で処分するということが行われている。したがって、より細かい粒径の土壌まで浄化でき、廃棄物とする量を減らせる浄化方法が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７９５３０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明は、環境に優しく安全であり、より細かい粒径まで洗浄できる、汚染土壌の浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は以下の手段により達成された。
（１）塩化カリウム溶液を電気分解して作製した酸性電解水で重金属に汚染された土壌を洗浄する汚染土壌の浄化方法。
（２）前記酸性電解水のｐＨが２〜７である（１）項に記載の汚染土壌の浄化方法。
（３）洗浄後の土壌のｐＨを、塩化カリウム溶液を電気分解して作製したアルカリ性電解水を用いて調整することを特徴とする（１）または（２）項に記載の汚染土壌の浄化方法。
（４）前記重金属が鉛、クロム、カドミウム、亜鉛、銅から選ばれる少なくとも１種である（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の浄化方法では、塩化カリウムを用いるため、環境に優しい。カリウムは肥料としても用いられているため、土壌に残存しても塩害の心配がない。また、電気分解により生成される低ｐＨ酸性電解水を用いることにより重金属の溶脱が促され、かつ、より細かい粒径の土壌まで洗浄が可能である。さらに、洗浄後、アルカリ性電解水で土壌のｐＨを調整することもでき、環境に与える影響をより抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例で用いた汚染土壌の鉛含有量試験の結果を示すグラフである。
【図２】実施例での汚染土壌Ｓ−１からの鉛溶出量を示すグラフである。
【図３】実施例での汚染土壌Ｓ−２からの鉛溶出量を示すグラフである。
【図４】実施例での汚染土壌Ｓ−３からの鉛溶出量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の土壌の浄化方法は、塩化カリウム溶液を電気分解した酸性電解水を用いることを特徴とする。酸性電解水のｐＨは電解質の種類、電解質濃度、電気分解時間によって決まるが、浄化する土壌の汚染状態、重金属の種類などに応じて、適宜調整される。通常ｐＨ２〜７の間で調整するのが好ましい。酸性電解水が汚染土壌の溶出特性に寄与する理由は明らかではないが、イオン交換やｐＨ低下に伴う重金属化合物の溶解度の増加などによって溶出量が増すと推定される。また、酸性水溶液の粘性が低いため、細かい粒まで洗浄が可能となる。具体的には粒径０．００４〜２ｍｍの土壌の浄化に好適である。
塩化カリウムの濃度も適宜調整されるが、０．０１〜０．２ｗｔ％が好ましく、０．０５〜０．１ｗｔ％がより好ましい。上記下限値以上であることにより十分な溶出効果を得ることができ、上記上限値以下であることにより環境負荷が低い。
最適ｐＨは浄化対象土壌からの溶出量が最大となるように決定する。また、塩濃度は電気分解時間が所定のｐＨに達成できるように決定する。通常１５分以内である。
【０００９】
汚染土壌の重金属の種類は、水素イオンやカリウムイオンとのイオン交換ができ、あるいは、ｐＨの低下による化合物の溶解度が増加するものであればよく、例えば鉛、クロム、カドミウム、亜鉛、銅などがあげられる。
浄化方法は特に限定されないが、そのひとつとしてはドラム洗浄がある。掘削した汚染土壌をドラム洗浄機内で洗浄するものである。これに先立ち溶出試験を行い、適切な酸性電解水のｐＨや塩化カリウム濃度を決定する。浄化の時間や回数も汚染状態に応じて適宜決定されるが、１回のドラム洗浄は５〜４０分であることが好ましい。回数は１〜３回であるのが実際的である。
【００１０】
なお、酸性電解水を作るとき、アルカリ性電解水も生成する。酸性電解水で洗浄した土壌を、最後にこのアルカリ性電解水で洗浄処理すると、土壌のｐＨが調整されるので好ましい。
【実施例】
【００１１】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定して解釈されるものではない。
【００１２】
実施例１
下記の汚染土壌Ｓ−１〜Ｓ−３を用いて、鉛の溶出試験を行った。試験はイオン交換水と下記に示す塩化カリウムの酸性電解水を用いて行った。
（鉛汚染土壌）
土壌試料には模擬汚染土壌（Ｓ−１）と自然汚染土壌（Ｓ−２およびＳ−３）を使用した。模擬汚染土壌は、篩で粒径２ｍｍ以下に分級した非汚染土壌に硝酸鉛水溶液を添加して良く混合した後、攪拌しながら風乾させて作製した。鉛濃度は約４５０ｍｇ／ｋｇ（環境基準値の約３倍）になるように調整した。自然汚染土壌は実汚染土壌から採取した後、模擬汚染土壌と同様に分級および風乾を行った。
（酸性電解水）
塩化カリウム濃度が０．０１ｗｔ％と０．１ｗｔ％となるようにイオン交換水と混合して希薄溶液を作製し、電解水生成器（ＮＫＤ−７００、ポータブル強酸性水生成器、アルテック社製）で１０分間電気分解した。得られた酸性電解水のｐＨをｐＨメーター（Ｄ−５５、商品名、ＨＯＲＩＢＡ社製）で測定した。塩化カリウム０．０１ｗｔ％のときｐＨは３．５０、０．１ｗｔ％のときｐＨ２．３０であった。
（鉛含有量試験及び溶出試験）
汚染土壌からの鉛溶出特性を調べるために、昭４８年環告１３号および平３環告４６号試験を参考にして含有量及び溶出試験を行った。含有量試験では、土壌１ｇに対し１Ｎ塩酸３３ｍＬ（固液比約３：１００）を加えて室温で２時間振盪した。振盪後、３０００ｒｐｍで２０分間遠心分離を行い、上澄み液を孔径０．４５μｍのフィルターでろ過して、検液とした。検液中の鉛濃度をＩＣＰ発光分析装置（ＩＣＰＳ−７０００、高周波プラズマ発光分析装置、ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製）にて測定し、単位土壌当りの鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）に換算した。
溶出試験では、土壌３ｇに対し溶媒３０ｍＬ（固液比１：１０）を加えて室温で６時間振盪した。含有量試験と同様に遠心分離とろ過を行い、検液中の鉛濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。溶出試験の溶媒にはイオン交換水と上記酸性電解水を使用した。
各試験は同じ条件で３回行った。
【００１３】
含有量試験結果を図１に示す。いずれも土壌環境基準値（１５０ｍｇ／ｋｇ）を大きく超える値であった。
【００１４】
模擬汚染土壌Ｓ−１からの鉛溶出量を図２に、自然土壌Ｓ−２からの鉛溶出量を図３に、自然土壌Ｓ−３からの鉛溶出量を図４に示す。図中、「ＩＥＷ」はイオン交換水を示す。溶媒に酸性電解水を使用した試験では、塩化カリウム濃度が高い酸性電解水のほうが低い酸性電解水より鉛溶出量が多い。塩化カリウム濃度が高いほうが低ｐＨであるためと考えられる。自然土壌に対し塩化カリウム濃度が０．０１ｗｔ％の酸性電解水を使用したときの試験結果は、イオン交換水と同程度（Ｓ−２）かそれ以下（Ｓ−３）となった。溶媒の初期ｐＨが低いにもかかわらず鉛溶出量が増加しなかったのは、溶液ｐＨだけでなく鉛の形態や溶液中の共存元素に影響を受け、含まれる鉛化合物が多様であるために複雑な挙動を示したものと考えられる。したがって、処理対象土壌に対し、予め予備試験を行い、個々に塩化カリウム濃度やｐＨを設定する必要があることがわかる。
【００１５】
汚染土壌からの鉛溶出率（％）は表１の通りである。鉛溶出率は、鉛溶出量（ｍｇ／ｋｇに換算）を鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）で除した値に１００を乗じて求めた。模擬汚染土壌（Ｓ−１）からの鉛の溶出率は、イオン交換水を用いた試験では１５％、酸性電解水を用いた試験では３２％、７６％であり、特に塩化カリウム濃度の高い酸性電解水は汚染土壌からの鉛溶出に対して効果的であると認められる。塩化カリウム濃度の高い酸性電解水の自然土壌からの鉛溶出率は、Ｓ−２，Ｓ−３それぞれで１１％と３．９％であり、限定的ではある。繰り返し洗浄により更に濃度を低減させることが可能と考えられる。
【００１６】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染土壌の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重金属類で汚染された土壌は、これまで、掘削して現場外へ搬出し、安定型又は管理型処分場に埋め立てるか、セメント工場で焼却処分されることがほとんどであった。これらの方法はコストが高く、汚染拡大の危険もある。このため、２０１０年に土壌汚染対策法が改正され、原位置浄化の需用がますます高まっている。
原位置浄化の方法のひとつとして、土壌の洗浄、溶脱によるものがある。汚染土壌を一定量ずつ掘削してドラム洗浄などで洗浄し、もとあったところに戻す方法である。このとき用いる洗浄液には、重金属類とイオン交換反応するような化合物を含有させる。従来用いられている化合物としては、塩酸がある（特許文献１）が、浄化後の土壌が強い酸性になってしまうために実用的ではない。また、塩化ナトリウムを用いる方法も提案されている（特許文献２）が、土壌が塩害をうけてしまうため、問題がある。
さらに、土壌を洗浄する場合、粒径が粗いものは洗浄しやすいが、細かくなるほど洗浄しにくくなる。そこで、ある程度洗浄したあと分級して、洗浄しきれなかった細かい土壌を埋め立てや焼却で処分するということが行われている。したがって、より細かい粒径の土壌まで浄化でき、廃棄物とする量を減らせる浄化方法が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７９５３０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明は、環境に優しく安全であり、より細かい粒径まで洗浄できる、汚染土壌の浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は以下の手段により達成された。
（１）塩化カリウム溶液を電気分解して作製した酸性電解水で重金属に汚染された土壌を洗浄する汚染土壌の浄化方法。
（２）前記酸性電解水のｐＨが２〜７である（１）項に記載の汚染土壌の浄化方法。
（３）洗浄後の土壌のｐＨを、塩化カリウム溶液を電気分解して作製したアルカリ性電解水を用いて調整することを特徴とする（１）または（２）項に記載の汚染土壌の浄化方法。
（４）前記重金属が鉛、クロム、カドミウム、亜鉛、銅から選ばれる少なくとも１種である（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の浄化方法では、塩化カリウムを用いるため、環境に優しい。カリウムは肥料としても用いられているため、土壌に残存しても塩害の心配がない。また、電気分解により生成される低ｐＨ酸性電解水を用いることにより重金属の溶脱が促され、かつ、より細かい粒径の土壌まで洗浄が可能である。さらに、洗浄後、アルカリ性電解水で土壌のｐＨを調整することもでき、環境に与える影響をより抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例で用いた汚染土壌の鉛含有量試験の結果を示すグラフである。
【図２】実施例での汚染土壌Ｓ−１からの鉛溶出量を示すグラフである。
【図３】実施例での汚染土壌Ｓ−２からの鉛溶出量を示すグラフである。
【図４】実施例での汚染土壌Ｓ−３からの鉛溶出量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の土壌の浄化方法は、塩化カリウム溶液を電気分解した酸性電解水を用いることを特徴とする。酸性電解水のｐＨは電解質の種類、電解質濃度、電気分解時間によって決まるが、浄化する土壌の汚染状態、重金属の種類などに応じて、適宜調整される。通常ｐＨ２〜７の間で調整するのが好ましい。酸性電解水が汚染土壌の溶出特性に寄与する理由は明らかではないが、イオン交換やｐＨ低下に伴う重金属化合物の溶解度の増加などによって溶出量が増すと推定される。また、酸性水溶液の粘性が低いため、細かい粒まで洗浄が可能となる。具体的には粒径０．００４〜２ｍｍの土壌の浄化に好適である。
塩化カリウムの濃度も適宜調整されるが、０．０１〜０．２ｗｔ％が好ましく、０．０５〜０．１ｗｔ％がより好ましい。上記下限値以上であることにより十分な溶出効果を得ることができ、上記上限値以下であることにより環境負荷が低い。
最適ｐＨは浄化対象土壌からの溶出量が最大となるように決定する。また、塩濃度は電気分解時間が所定のｐＨに達成できるように決定する。通常１５分以内である。
【０００９】
汚染土壌の重金属の種類は、水素イオンやカリウムイオンとのイオン交換ができ、あるいは、ｐＨの低下による化合物の溶解度が増加するものであればよく、例えば鉛、クロム、カドミウム、亜鉛、銅などがあげられる。
浄化方法は特に限定されないが、そのひとつとしてはドラム洗浄がある。掘削した汚染土壌をドラム洗浄機内で洗浄するものである。これに先立ち溶出試験を行い、適切な酸性電解水のｐＨや塩化カリウム濃度を決定する。浄化の時間や回数も汚染状態に応じて適宜決定されるが、１回のドラム洗浄は５〜４０分であることが好ましい。回数は１〜３回であるのが実際的である。
【００１０】
なお、酸性電解水を作るとき、アルカリ性電解水も生成する。酸性電解水で洗浄した土壌を、最後にこのアルカリ性電解水で洗浄処理すると、土壌のｐＨが調整されるので好ましい。
【実施例】
【００１１】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定して解釈されるものではない。
【００１２】
実施例１
下記の汚染土壌Ｓ−１〜Ｓ−３を用いて、鉛の溶出試験を行った。試験はイオン交換水と下記に示す塩化カリウムの酸性電解水を用いて行った。
（鉛汚染土壌）
土壌試料には模擬汚染土壌（Ｓ−１）と自然汚染土壌（Ｓ−２およびＳ−３）を使用した。模擬汚染土壌は、篩で粒径２ｍｍ以下に分級した非汚染土壌に硝酸鉛水溶液を添加して良く混合した後、攪拌しながら風乾させて作製した。鉛濃度は約４５０ｍｇ／ｋｇ（環境基準値の約３倍）になるように調整した。自然汚染土壌は実汚染土壌から採取した後、模擬汚染土壌と同様に分級および風乾を行った。
（酸性電解水）
塩化カリウム濃度が０．０１ｗｔ％と０．１ｗｔ％となるようにイオン交換水と混合して希薄溶液を作製し、電解水生成器（ＮＫＤ−７００、ポータブル強酸性水生成器、アルテック社製）で１０分間電気分解した。得られた酸性電解水のｐＨをｐＨメーター（Ｄ−５５、商品名、ＨＯＲＩＢＡ社製）で測定した。塩化カリウム０．０１ｗｔ％のときｐＨは３．５０、０．１ｗｔ％のときｐＨ２．３０であった。
（鉛含有量試験及び溶出試験）
汚染土壌からの鉛溶出特性を調べるために、昭４８年環告１３号および平３環告４６号試験を参考にして含有量及び溶出試験を行った。含有量試験では、土壌１ｇに対し１Ｎ塩酸３３ｍＬ（固液比約３：１００）を加えて室温で２時間振盪した。振盪後、３０００ｒｐｍで２０分間遠心分離を行い、上澄み液を孔径０．４５μｍのフィルターでろ過して、検液とした。検液中の鉛濃度をＩＣＰ発光分析装置（ＩＣＰＳ−７０００、高周波プラズマ発光分析装置、ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製）にて測定し、単位土壌当りの鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）に換算した。
溶出試験では、土壌３ｇに対し溶媒３０ｍＬ（固液比１：１０）を加えて室温で６時間振盪した。含有量試験と同様に遠心分離とろ過を行い、検液中の鉛濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。溶出試験の溶媒にはイオン交換水と上記酸性電解水を使用した。
各試験は同じ条件で３回行った。
【００１３】
含有量試験結果を図１に示す。いずれも土壌環境基準値（１５０ｍｇ／ｋｇ）を大きく超える値であった。
【００１４】
模擬汚染土壌Ｓ−１からの鉛溶出量を図２に、自然土壌Ｓ−２からの鉛溶出量を図３に、自然土壌Ｓ−３からの鉛溶出量を図４に示す。図中、「ＩＥＷ」はイオン交換水を示す。溶媒に酸性電解水を使用した試験では、塩化カリウム濃度が高い酸性電解水のほうが低い酸性電解水より鉛溶出量が多い。塩化カリウム濃度が高いほうが低ｐＨであるためと考えられる。自然土壌に対し塩化カリウム濃度が０．０１ｗｔ％の酸性電解水を使用したときの試験結果は、イオン交換水と同程度（Ｓ−２）かそれ以下（Ｓ−３）となった。溶媒の初期ｐＨが低いにもかかわらず鉛溶出量が増加しなかったのは、溶液ｐＨだけでなく鉛の形態や溶液中の共存元素に影響を受け、含まれる鉛化合物が多様であるために複雑な挙動を示したものと考えられる。したがって、処理対象土壌に対し、予め予備試験を行い、個々に塩化カリウム濃度やｐＨを設定する必要があることがわかる。
【００１５】
汚染土壌からの鉛溶出率（％）は表１の通りである。鉛溶出率は、鉛溶出量（ｍｇ／ｋｇに換算）を鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）で除した値に１００を乗じて求めた。模擬汚染土壌（Ｓ−１）からの鉛の溶出率は、イオン交換水を用いた試験では１５％、酸性電解水を用いた試験では３２％、７６％であり、特に塩化カリウム濃度の高い酸性電解水は汚染土壌からの鉛溶出に対して効果的であると認められる。塩化カリウム濃度の高い酸性電解水の自然土壌からの鉛溶出率は、Ｓ−２，Ｓ−３それぞれで１１％と３．９％であり、限定的ではある。繰り返し洗浄により更に濃度を低減させることが可能と考えられる。
【００１６】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化カリウム溶液を電気分解して作製した酸性電解水で重金属に汚染された土壌を洗浄することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
前記酸性電解水のｐＨが２〜７である請求項１に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項３】
洗浄後の土壌のｐＨを、塩化カリウム溶液を電気分解して作製したアルカリ性電解水を用いて調整することを特徴とする請求項１または２に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項４】
前記重金属が鉛、クロム、カドミウム、亜鉛、銅から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項１】
塩化カリウム溶液を電気分解して作製した酸性電解水で重金属に汚染された土壌を洗浄することを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
前記酸性電解水のｐＨが２〜７である請求項１に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項３】
洗浄後の土壌のｐＨを、塩化カリウム溶液を電気分解して作製したアルカリ性電解水を用いて調整することを特徴とする請求項１または２に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項４】
前記重金属が鉛、クロム、カドミウム、亜鉛、銅から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０３２０６（Ｐ２０１３−１０３２０６Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０５２１（Ｐ２０１１−２５０５２１）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名：地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会事務局 刊行物名：第１７回 地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会要旨集・講演集（ＣＤ） 発行年月日：平成２３年６月６日
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名：地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会事務局 刊行物名：第１７回 地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会要旨集・講演集（ＣＤ） 発行年月日：平成２３年６月６日
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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