JP2017170420A - 汚染物浄化用吸着材 - Google Patents

Abstract

【課題】重金属と揮発性有機塩素化合物を汎用的に処理できる汚染物浄化用吸着材を提供する。
【解決手段】高炉スラグ微粉末と消石灰とを含む吸着材を用いる汚染物浄化用吸着材。汚染物浄化用吸着材全体に対する高炉スラグ微粉末と消石灰の割合は、高炉スラグ微粉末５０〜９０質量％、より好ましくは６０〜９０質量％、消石灰５〜５０質量％、より好ましくは５〜４０質量％であり、かつ高炉スラグ微粉末と消石灰の合計量が全体の９０質量％以上となるようにすることで、重金属および揮発性有機塩素化合物に対する高い吸着効果が得られる汚染物浄化用吸着材。
【選択図】なし

Description

本発明は、高炉スラグ微粉末を用いた汚染物浄化用吸着材に関するものである。

重金属または揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）などの特定有害物質に汚染された汚染物は浄化する必要があり、例えば土壌に対しては土壌汚染対策法が制定され、改正土壌汚染対策法は平成２２年４月１日より施行されている。

対象となる特定有害物質としては、六価クロム、水銀、砒素、鉛、カドミウム、シアン化合物、セレン、フッ素、ホウ素、重金属等の他、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエタン等の揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）、特定の農薬、ＰＣＢ等がある。

このような汚染土壌を処理する方法の一つに薬剤を混合することにより、特定有害物質が水に溶出することを抑制する不溶化処理がある。この不溶化処理には、従来、セメント、高炉スラグ微粉末などが用いられている。
セメントや高炉スラグ微粉末を用いた重金属不溶化に関しては、例えば以下の技術がある。

特許文献１には、六価クロム、砒素、セレン、カドミウム、総水銀および鉛の少なくとも１種または複数の重金属で汚染された土壌の重金属の溶出を抑制する抑制剤であって、高炉スラグ微分末、石こうおよびカルシウムを含有するアルカリ材料からなる重金属汚染土壌の重金属溶出抑制剤が開示されている。

特許文献２には、六価クロムの溶出を抑制し得る地盤改良材として、高炉スラグ微粉末：５０〜８０質量％、石膏：５〜２５質量％、ポルトランドセメントまたは／および石灰：１０〜３０質量％を含有する地盤改良材が開示されている。

特許文献３には、重金属で汚染された土壌等からの重金属の溶出、特に六価クロムまたは水銀の溶出を抑制するセメント系処理材として、高炉スラグを３０〜７０質量％および石膏をＳＯ_３基準で２〜８質量％含み、残余がポルトランドセメントである重金属汚染土壌用セメント系処理材が開示されている。

また、揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）に汚染された土壌の処理方法として、生石灰を用いる方法がある。

生石灰を用いる方法以外では、特許文献４に揮発性有機塩素化合物と反応させてフリーデル氏塩を生成する添加剤を加える土壌浄化方法が開示されている。

また、特許文献５に揮発性有機塩素化合物を含む汚染土壌の浄化方法として、高炉スラグを有機塩素化合物の還元分解反応を促進させるための触媒として用いる方法が開示されている。

特開２００２−３２０９５４号公報 特開２００９−０７９１６１号公報 特開２００７−２２２６９４号公報 特開平１０−２９６２２８号公報 特開２００５−３４９２６６号公報

従来のセメントや高炉スラグ微粉末を用いた土壌浄化方法では、土壌の種類により六価クロムなどが固定できない場合がある。石膏を含有するときにエトリンガイトが生成されるため、十分な不溶化が困難となる。
また、揮発性有機塩素化合物は揮発性が高く水和物が生成される前に揮発され固定化できない可能性がある。

そのため、汚染土壌の処理において、重金属と揮発性有機塩素化合物を汎用的に処理できることが求められている。

本発明は上述のような背景において、重金属と揮発性有機塩素化合物を汎用的に処理できる汚染土壌浄化用吸着材を提供することを目的として開発されたものである。

本発明の汚染物浄化用吸着材は、高炉スラグ微粉末と消石灰とを含むことを特徴とする。

本発明でいう汚染物には、汚染土壌の他、例えばコンクリート殻、がれき類、焼却灰などの燃え殻、汚泥、煤塵、鉱さいなど産業廃棄物、都市ごみ焼却主灰およびその飛灰など重金属と揮発性有機塩素化合物の溶出する可能性があるものが含まれる。

高炉スラグ微粉末を用いた土壌浄化技術は、例えば前述の特許文献１〜３等にも見られるが、本発明は高炉スラグ微粉末を消石灰と混合して用いることで、高炉スラグ微粉末のみの場合より、より効果的に重金属等の溶出が抑制され、かつＶＯＣの溶出も抑制されることを試験結果から見出したものである。

高炉スラグ微粉末と石こうの組み合わせでは、水和物にエトリンガイトなどのＡＦｔ相の水和物が生成するため、重金属等の固定化がしづらい。石こうを含有せずに高炉スラグ微粉末と消石灰を組み合わせることにより、重金属等が固定しやすいＡＦｍの水和物が生成されるため、より効果的に重金属等の溶出が抑制されると推測される。

ＶＯＣの溶出を抑制するメカニズムの詳細は不明だが、比表面積の大きい水和物に吸着等で溶出が抑制されると推測される。

また、本発明の汚染物浄化用吸着材を産業廃棄物または一般廃棄物に用いることで、土壌と同様の効果が期待できる。特に、産業廃棄物の中にも有害な特性を持ち、管理に注意を要する特定有害産業廃棄物に対して使用するとより効果を発揮できる。

特定有害産業廃棄物に規定されている有害物質は、六価クロム、水銀、砒素、鉛、カドミウム、セレン及びこれらの化合物である重金属等の他、ベンゼン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエタン等の揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）、特定の農薬、ダイオキシン等がある。

本発明の汚染物浄化用吸着材全体に対する高炉スラグ微粉末と消石灰の割合は、高炉スラグ微粉末５０〜９０質量％、より好ましくは６０〜９０質量％、消石灰５〜５０質量％、より好ましくは５〜４０質量％であり、かつ高炉スラグ微粉末と消石灰の合計量が全体の９０質量％以上となるようにすることで、高い吸着効果が得られる。

また、高炉スラグ微粉末については、特に限定されないが、ＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を用いた場合に、重金属等についてもＶＯＣについても溶出抑制効果が大きい。

高炉スラグ微粉末と混合する消石灰については、特に限定されないが、例えば、１５０μｍふるい残分が１．０％以下の粒度の細かい消石灰を用いることで重金属等についても、ＶＯＣについても溶出抑制効果が大きい。
このような消石灰としてはＪＩＳ特号相当の消石灰や、さらに超特選消石灰と呼ばれる微粉タイプの高品位な消石灰がある。

本発明の汚染物浄化用吸着材としては、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ^２／ｇ以上、かつＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末のみの汚染物浄化用吸着材、または汚染物浄化用吸着材を５０質量％以上含む汚染物浄化用吸着材でもよい。

ブレーン比表面積が８０００ｃｍ^２／ｇ以上、かつＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末としては、例えばＪＩＳにおける高炉スラグ微粉末8000のうち、ＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上のものが相当する。

高炉スラグ微粉末と消石灰を混合したものに比べ、重金属等およびＶＯＣの溶出抑制効果が劣るものの、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ^２／ｇ以上、かつＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を用いたものは、従来の高炉スラグ微粉末と石こうやセメントを混合したものに比べ、十分高い溶出抑制効果が得られる。

本発明によれば、高炉スラグ微粉末と消石灰を含む汚染物浄化用吸着材とすることで、従来の高炉スラグ微粉末に石こうやセメントを加えた吸着材に比べ、六価クロム等の重金属について高い溶出抑制効果が得られ、さらにＶＯＣについても溶出抑制効果が得られる。

また、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ^２／ｇ以上、かつＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を用いる場合は、高炉スラグ微粉末のみの汚染物浄化用吸着材、または汚染物浄化用吸着材を５０質量％以上含む汚染物浄化用吸着材とすれば、従来の高炉スラグ微粉末と石こうやセメントを混合したものに比べ、十分高い溶出抑制効果が得られる。

以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。

(1) 試験１
試験１では、ブレーン比表面積とＢＥＴ比表面積の異なる４種類の高炉スラグ微粉末を用い、さらに消石灰を加えた場合、比較例として無水石こう、セメントを加えた場合について、土壌浄化の効果を測定した。

〔使用材料〕
試験１における使用材料は、以下のとおりである。
高炉スラグＡ：ブレーン比表面積４５００ｃｍ^２／ｇ、ＢＥＴ比表面積０．７８ｍ^２／ｇ
高炉スラグＢ：ブレーン比表面積８５００ｃｍ^２／ｇ、ＢＥＴ比表面積２．５５ｍ^２／ｇ
高炉スラグＣ：ブレーン比表面積１２２００ｃｍ^２／ｇ、ＢＥＴ比表面積１．５８ｍ^２／ｇ
高炉スラグＤ：ブレーン比表面積１１０００ｃｍ^２／ｇ、ＢＥＴ比表面積３．７７ｍ^２／ｇ
消石灰：奥多摩工業株式会社製商品名タマエースＵ（ＪＩＳ特号相当）
普通ポルトランドセメント
無水石こう

〔試験水準〕
表１にＮｏ．１〜Ｎｏ．１０の試験体における試験材料の質量％を示す。

〔試験項目および結果〕
表１の試験体（混合物）と汚染物質の水溶液（六価クロム：８７．５ｍｇ／ｌ）を１：１０（質量比）で混合して、混合後２４時間で環境省告示４６号に定められる方法にて検液を作成して、環境省告示１８号に定められる方法にて測定した。
測定結果を表２に示す。

高炉スラグ微粉末と消石灰との組み合わせであるＮｏ．５〜Ｎｏ．８では、高炉スラグ微粉末のみであるＮｏ．１〜Ｎｏ．４と比較して、六価クロムの溶出量が１／５０以下となっており、溶出がほとんどなく吸着固定効果が大きい。

高炉スラグ微粉末（高炉スラグＤ）に無水石こう、セメントを混合したＮｏ．９、Ｎｏ．１０は、Ｎｏ．４、Ｎｏ．８との比較では、高炉スラグ微粉末のみであるＮｏ．４より六価クロムの溶出量が１／２程度と小さくなっているが、Ｎｏ．８と比較すると六価クロムの固定効果が落ち溶出量が大きくなっている。

ＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上である高炉スラグ微粉末（高炉スラグＢ、高炉スラグＤ）を用いたＮｏ．２とＮｏ．４は、ＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ未満である高炉スラグ微粉末（高炉スラグＡ、高炉スラグＣ）を用いたＮｏ．１とＮｏ．３と比較すると、六価クロムの溶出量が小さくなっている。

さらに、ＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上である高炉スラグ微粉末（高炉スラグＢ、高炉スラグＤ）に消石灰を組み合わせたＮｏ．６とＮｏ．８は、ＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ未満である高炉スラグ微粉末（高炉スラグＡ、高炉スラグＣ）と消石灰を組み合わせたＮｏ．５とＮｏ．７と比較して、六価クロムの溶出量が小さくなっている。

特に、Ｎｏ．８では、六価クロムの溶出量が定量下限である０．０２ｍｇ／ｌ未満であった。したがって、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ^２／ｇ以上、かつＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を用いることにより、より六価クロムの溶出量が抑制される。

(2) 試験２
〔試験水準〕
表３にＮｏ．１１〜Ｎｏ．１３の試験体における試験材料の質量％を示す。

〔試験項目および結果〕
表３の試験体（混合物）と汚染物質の水溶液（六価クロム：８７．５ｍｇ／ｌ)を１：１０（質量比）で混合して、混合後２４時間で環境省告示４６号に定められる方法にて検液を作成して、環境省告示１８号に定められる方法にて測定した。
測定結果を表４に示す。

高炉スラグ微粉末と消石灰との組み合わせた割合を変更したＮｏ．１１〜Ｎｏ．１３では、消石灰が５０％以下において、六価クロムの溶出量が抑制されていた。

(3) 試験３
〔試験項目および結果〕
試験１の表１のＮｏ．８の試験材料を用いて、鉛、ヒ素、フッ素およびＶＯＣの溶出の評価を行った。試験体（混合物）と汚染物質の水溶液（鉛：５２．５ｍｇ／ｌ、ヒ素およびフッ素：３５ｍｇ／ｌ）を１：１０（質量比）で混合して、混合後２４時間で環境省告示４６号に定められる方法にて検液を作成して、環境省告示１８号に定められる方法にて測定した。

ＶＯＣに関しては、試験体（混合物）と汚染物質の水溶液を１：１００（質量比）で４時間混合して、環境省告示４６号に定められる方法にて検液を作成して、環境省告示１８号に定められる方法、またはＪＩＳ Ｋ ０１２５「用水・排水中の揮発性有機化合物試験方法」に準拠した方法にて測定した。ＶＯＣの水溶液の濃度は、各化合物で０．２ｍｇ／ｌずつであり、合計で２．６ｍｇ／ｌであった。

溶液は、四塩化炭素、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、トランス−１，２−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、シス−１，３−ジクロロプロペン、トランス−１，３−ジクロロプロペン、ベンゼンの混合溶液を用いた。全有機物の吸着性能は、粉体の単位重量に対する除去量（ｍｇ／ｇ）で評価した。
測定結果を表５に示す。

ＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上である高炉スラグ微粉末に消石灰を組み合わせたＮｏ．８は、六価クロムと同様に他の重金属の溶出を抑制することができた。また、ＶＯＣの除去が可能であることが示された。

Claims (6)

1. 高炉スラグ微粉末と消石灰とを含むことを特徴とする汚染物浄化用吸着材。
2. 請求項１記載の汚染物浄化用吸着材において、高炉スラグ微粉末５０〜９０質量％と消石灰５〜５０質量％とを含み、かつ前記高炉スラグ微粉末と消石灰の合計量が全体の９０質量％以上であることを特徴とする汚染物浄化用吸着材。
3. 請求項１または２記載の汚染物浄化用吸着材において、前記高炉スラグ微粉末のＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上であることを特徴とする汚染物浄化用吸着材。
4. 請求項１、２または３記載の汚染物浄化用吸着材において、前記消石灰は１５０μｍふるい残分が１．０％以下の消石灰であることを特徴とする汚染物浄化用吸着材。
5. ブレーン比表面積が８０００ｃｍ^２／ｇ以上、かつＢＥＴ比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を５０〜１００質量％含むことを特徴とする汚染物浄化用吸着材。
6. 請求項５記載の汚染物浄化用吸着材において、高炉スラグ微粉末を５０〜９０質量％含み、消石灰５〜５０質量％含むことを特徴とする汚染物浄化用吸着材。