JP2000282034A - 土壌の酸性化防止及び土壌ｐＨ安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】酸性土壌または酸性化する恐れのある土壌のｐ
Ｈを適正に調整し、長期にわたり適正範囲に維持し、そ
れにより重金属を安定化せしめ、かつ環境汚染の予防を
行う。さらには土壌の作物適性を改善、維持する。 【解決手段】処理されるべき土壌に対して最大粒径が３
０ｍｍとなるように整粒したアルカリ資材を施用して土
壌の酸性化を防止し、かつ土壌ｐＨを適正値に長期にわ
たり安定的に維持する方法であって、そのアルカリ資材
が高炉スラグ、転炉スラグ、石炭灰、石灰石、及び石灰
からなる群より選択される少なくとも１種であることを
特徴とする上記方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ資材を用
いて土壌の酸性化を防止し、土壌のｐＨを安定化するこ
とに関し、さらにはその酸性化防止、ｐＨ安定化作用に
より、土壌中に既に存在するか、外部から移入してくる
重金属を、安定化ないし固定化させることに関する。

【０００２】

【従来の技術】人間の種々の活動の基盤である土壌は、
多様な要因により酸性化し、不都合な影響を与えること
が多い。例えば土壌中に重金属が存在する場合に、その
土壌が酸性であると、重金属が少なくとも部分的に溶解
し、流出し、２次汚染を引き起こす恐れがある。このよ
うな場合に、土壌の酸性化の程度を制御することによ
り、そのような問題の発生を防止することができる。ま
た土壌の酸性化が殆どの栽培作物類にとって、好ましく
ないことも周知である。従って、土壌の酸性化を防止
し、あるいは酸性土壌を中性化ないしアルカリ性化し、
適切なｐＨ値を長期にわたり維持できるようにすること
は、望ましいことである。

【０００３】このような目的のために従来から種々の手
段が提案され、実施されてきている。以下に公知関連技
術を検討する。 （１）焼却灰等の廃棄物に対しては厚生省告示第１９４
条第１号により、セメント固化法、薬剤処理法、酸抽出
法及び溶融法があげられている。また、鉄鋼スラグを利
用した重金属の安定化方法も提案されている。しかし、
これらの方法は、焼却灰等の廃棄物自体の中に含まれる
重金属を安定化することが目的であるから、土壌に含ま
れる重金属の安定化に対しては応用し難い。また、土壌
改良剤として鉄スラグを使用することが提案されている
が、これは土壌の物理性の改善が主目的であり、重金属
の安定化という作用については認識されておらず、その
効果については不明である。

【０００４】（２）セメント固化法では、重金属を珪酸
カルシウムの表面に吸着させ、固溶化させることを原理
としているから、もしこの原理を土壌のために応用する
とすれば、土壌中にセメントを混合しなければならず、
それにより重金属は固定化されるが、それと同時に土壌
が硬化してしまい、一旦硬化した土壌を解砕して元の状
態に回復するのは困難であり、実用できない。

【０００５】（３）薬剤処理法では重金属補集剤、凝集
剤、抑制剤等を添加して、不溶性の重金属錯化合物を生
じさせることで重金属を安定化させるが、この際に含ま
れるキレ−ト剤は殆どの金属イオンを安定化させるた
め、土壌生物に必要なイオンまで固定してしまい、土壌
生態系に重大な影響を及ぼす。またこれらの薬剤類によ
る土壌汚染が起こり、実際には応用できない。

【０００６】（４）酸抽出法は重金属を酸の作用で水溶
液に溶かして抽出する技術であり、狭い面積の土壌に適
用できても、広範囲の土壌に対してかかる抽出作業を行
うことは、実際上不可能である。また溶融法も広範囲の
土壌総てを溶融固化処理することは困難である。

【０００７】（５）さらには、スラグを利用した重金属
の安定化法について幾つか提案されているが、いずれも
土壌に対しては応用し難いものである。例えば、特開昭
５６−５１２４０号では、溶出重金属類のための処理材
及びその処理方法が提案されているが、重金属を溶出
し、それをスラグにより吸着処理する方法であるため、
広範囲の多量の土壌に対して実施するには抽出する設
備、土壌の運搬を要し、また土壌を移動させることによ
り現法下ではその土壌自体が廃棄物となり実施困難であ
る。また特開昭５７−６００７４号では、重金属を含む
廃棄物の無害化処理法が提案されているが、溶融スラグ
中に多量の土壌を混入することは上記同様の理由により
困難である。さらに、特開平９−１７４０１９号では、
一般廃棄物焼却灰の処理法が提案されているが、これは
セメントによる安定化技術であり、これを土壌の処理に
応用することは上記（２）で述べたのと同様に困難であ
る。

【０００８】（６）土壌の改良のためには、種々の土壌
改良材が提案されいるが、それらのものは、主として土
壌の物理性の改善を目的として使用され、土壌中の重金
属の安定化を意図したものではない。例えば、特開昭５
３−１７１５７号では、高炉水砕スラグを主材とする芝
生用土壌改良材が開示されているが、これは芝生の目土
として表土の物理性改善が目的であり、土壌ｐＨのコン
トロ‐ルに関しては意図されておらず、またそれに関す
る効果も不明である。特開昭６０−５０８８号には、ク
ロム鉱石を主原料として、これに炭材及びフラックスを
加えクロム分と鉄分とを還元溶融分離させ、（ＣａＯ＋
１．３９ＭｇＯ）／（ＳｉＯ₂+１．１８Ａｌ₂Ｏ₃）＝
０．７〜１．２，Ａｌ２Ｏ３＝１７〜２２パ−セントの
成分条件を満足させるように製造されるスラグの土壌改
良材が開示されているが、還元、溶融分離する製造法の
ため、製造コストが高いこと、土壌ｐＨの調整効果が不
明なこと及びＡｌ２Ｏ３分が高いため高濃度のアルミイ
オンの溶出による作物の根腐れ、加えて土壌の酸性化を
促進する可能性の問題がある。また、特開平１−１６８
７９１号には、鉄鋼スラグに酸性化材を配合してなる芝
草用土壌改良材が開示されているが、酸性化材を配合し
てしまうので鉄鋼スラグのアルカリ特性が消滅され中和
されてしまうので、日本等に多く見られる酸性質土壌の
ｐＨ調整のためには適さない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】日本の土壌の多くは、
火山灰の風化により形成されたことや、日本における温
暖多雨の気象条件下にあることから、通常弱酸性を呈す
る。さらに、いくつかの機構により土壌の酸性化が促進
される。酸性雨による土壌の酸性化、土壌の風化による
土壌の酸性化、化学肥料を使用し連作の結果イオンバラ
ンスが崩れることで生じる土壌の酸性化、また土壌微生
物によるイオウ化合物の酸化により硫酸があ生成される
ことにより起こる土壌の酸性化（図２参照）等があり、
年年その面積が増加する傾向がある。

【００１０】土壌が酸性を呈するようになると、土壌中
に本来存在する例えばマンガン、亜鉛、砒素、カドミウ
ム、ニッケル、鉛等の重金属が溶出し、環境汚染や作物
の生育阻害を引き起こす傾向が見られるようになる。ま
た、廃棄物処分場、重金属を精錬または使用する工場等
からの排水に含まれる重金属による土壌の環境汚染が問
題となってきている。

【００１１】一旦広範囲の土壌が汚染されてしまうと重
金属の浄化、除去は、困難である。現在、焼却灰等の廃
棄物の重金属を処理する方法は、種々提案されている
が、前述したように、広範囲に汚染された土壌の処理に
対しては応用できない。

【００１２】このように重金属で汚染された土壌に対し
ては、ｐＨを重金属に対して適正に調整し、その適正ｐ
Ｈを長期間維持することにより、重金属を水酸化塩とし
て不溶化し安定化させる方法が望ましい。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、弊害の少
ない土壌の酸性化防止方法及び／または土壌の適切なｐ
Ｈ調整方法、ひてはそれによる重金属の安定化方法につ
いて鋭意検討、研究を進めてきた。

【００１４】かくして、本発明は、種々の要因で酸性化
する恐れのある土壌の酸性化を防止し、または、酸性化
した土壌あるいは弱酸性土壌のｐＨを適正に調整し、長
期にわたり維持することからなる方法を提供する。この
方法において、土壌が本来または天然に重金属を含む
か、または外部から移入した重金属を含む場合には、重
金属は不溶化され、土壌からの流出・２次汚染発生が有
効に防止される。また、重金属の影響で作物の栽培に適
さない土壌を作物栽培可能に回復させることができる。
さらに詳しくは、当該土壌に対して、粒度調整したアル
カリ資材（高炉スラグ、転炉スラグ、石炭灰、石灰石及
び石灰）の有効量を施用することからなる上記方法に関
する。

【００１５】本発明の一具体例において、酸性化する恐
れのある土壌、または酸性化した土壌に対して最大粒径
が３０ｍｍとなるように整粒したアルカリ資材を施用し
て土壌の酸性化を防止し、かつ土壌ｐＨを長期にわたり
安定化させる方法であって、そのアルカリ資材が高炉ス
ラグ、転炉スラグ、石炭灰、石灰石、及び石灰からなる
群より選択される少なくとも１種であることを特徴とす
る上記方法が提供される。

【００１６】本発明の別の一具体例においては、最大粒
径が３０ｍｍとなるように整粒した高炉スラグ、転炉ス
ラグ、石炭灰、石灰石、石灰の内の少なくとも１種の、
カルシュウムを主成分とし除放するアルカリ資材を施用
して土壌の酸性化を防止し、さらには土壌のｐＨ６〜１
３の範囲内の目的値に調整し、かつ土壌ｐＨを長期にわ
たり安定化させることで、天然に重金属を高濃度で含有
する土壌、あるいは廃棄物処分場、重金属を精錬または
使用する工場等からの排水で汚染されて重金属を高濃度
で含有する土壌の重金属を安定化する方法が提供され
る。

【００１７】本発明において、土壌の酸性化防止及び／
または土壌の適切なｐＨ調整による重金属の安定化は、
３０ｍｍ以下に粒度調整したアルカリ資材の有効量を施
用することで土壌ｐＨに応じて徐々にかつ長期的に溶出
する鉄、カルシウム、マグネシウムといったイオンの効
果により重金属の不溶化がそくしんされる。重金属の不
溶化（安定化）に必要とされるｐＨ値は、重金属の種類
により異なり、本発明の目的のためには、ｐＨ６以上の
適当な範囲に調整する必要がある。またｐＨ１３以上に
調整するためには多量のアルカリ資材が必要であり実用
に適さない。

【００１８】本発明におけるｐＨ値に関して、重金属の
種類によっては安定化のために、土壌ｐＨを８以上に調
整する必要がある。８以上のｐＨは、環境汚染につなが
る可能性があるが、施用した直近の土壌でｐＨは上昇す
るが、土壌の干渉能の効果により中和され、従って殆ど
の場合に、数十ｃｍ離れた場所では、ほぼ中性に回復す
るので環境汚染の弊害は本発明では、実質的に起こらな
い。

【００１９】本発明におけるアルカリ資材の最大粒径は
３０ｍｍであり、この理由は最大粒径が３０ｍｍを超え
ると、重機、その他の機材、用具によるアルカリ資材の
土壌への混合に支障をきたすからである。またアルカリ
資材を粉砕した形で使用するならば、石灰施用の場合の
ように、アルカリ成分のカルシウム、鉄、マグネシウム
等の急激かつ過剰な溶出のために、ｐＨが急激に上昇
し、植物、土壌微生物に重大な悪影響を及ぼす恐れがあ
る。またこのような場合には、アルカリ成分の溶出の持
続性が劣るため、長期にわたる効果を期待できない。そ
れぞれのアルカリ成分は、相異なる溶出挙動を示し、ま
たそれぞれの重金属に対して異なる安定化作用を呈する
ので、２種以上のアルカリ資材（異なるアルカリ成分組
成）を必要に応じて適切に組み合わせることによって、
個々の土壌にとって最も有効な作用を得ることができ
る。このような組み合わせは、アルカリ資材の組成特性
及び土壌の特性等を勘案考慮することにより、当業者に
よって容易に設定できることである。特に転炉スラグ
は、鉄、カルシュウム、マグネシウムイオンと共に、リ
ン酸を含むため重金属の不溶化効果が増強される利点が
ある。

【００２０】重金属イオンは、ｐＨに依存して（殊にア
ルカリ側ｐＨにおいて）水酸化イオンと結合して不溶性
の塩を形成する。本発明では、土壌ｐＨをアルカリ資材
を用いて調整し、適正な範囲にｐＨ値を長期間維持する
ことにより、重金属を安定化（固定化）することを基本
としている。

【００２１】表１に、主な重金属について、それらの重
金属と水酸化イオンの溶解度積、両性水酸化物の錯イオ
ンと水素イオンの平衡定数、及び溶解濃度が１０−５ｍ
ｏｌ／ｌ以下となるｐＨ範囲に関するデ−タを示す。重
金属と水酸化イオンの溶解度積の式により、ｐＨの上昇
（＝水酸化イオン濃度の増加）に伴う重金属の溶解濃度
の低下が説明される。重金属によっては余りアルカリ性
が高くなると再溶解するものもあり、この現象は両性水
酸化物の錯イオンと水素イオンの平衡定数によって説明
される。

【００２２】

【表１】

【００２３】参考のため、表２に種々のアルカリ資材の
化学成分分析結果を示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】実施例 試験試料として、奄美大島の酸性土壌（ｐＨ５．１）を
採用した。この試料土壌に対して、種々のアルカリ資材
を表３に示す比率（重量基準ｗ／ｗパ−セント）で混合
して、それぞれの混合試料のｐＨを測定した。この操作
は、乾燥した土壌に所定量のアルカリ資材を混合し、例
えば、（８）においては、乾燥土壌７０パ−セントに対
して高炉水砕スラグを２０パ−セント及び転炉スラグを
１０パ−セント混合し、この混合物のｐＨを溶出試験に
より測定した。試験（１）〜（１３）の結果を表３に示
す。試験（２）〜（６）で示されるように、転炉スラグ
の混合比率が増加すると、土壌ｐＨが上昇した。同様に
土壌ｐＨは、各アルカリ資材の混合比率に比例して上昇
し、かくして混合比率を増減させることにより、土壌ｐ
Ｈを約６〜１３の間で自由に制御できる。

【００２６】

【表３】

【００２７】次に、重金属の安定化に対するｐＨ値の影
響効果を明らかにする。前記酸性土壌（ｐＨ５．１）に
対し転炉スラグを０、５、１０、１５、２０及び３０パ
−セント添加し、土壌ｐＨを表３のように調整した。こ
のように処理した各土壌１．０ｇに対して０．００５ｍ
ｏｌ／ｌのＺｎＳＯ４，０．００５ｍｏｌ／ｌのＭｎＳ
Ｏ４を含む水溶液を添加し４時間振とう後、静置し、上
澄み液の亜鉛及びマンガンの濃度を測定した。これら一
連の実験結果を表４及び図１にまとめて示す。

【００２８】

【表４】

【００２９】上澄み液中の亜鉛濃度は、ｐＨ７．８で低
下し始め、ｐＨ８．９で最小値を示した。この濃度減少
は、亜鉛イオンの溶解度積[Ｚｎ][ＯＨ]₂＝１．２×１
０−１７によって説明される。上記の最小値に次いで、
ｐＨの上昇に伴い亜鉛濃度は、再び増加した。これは亜
鉛が両性水酸化物の錯イオンを形成し再溶解したためで
ある。その溶解度積は[ＨＺｎＯ₂][Ｈ]＝１０−１７で
あり、この式によって上澄み液中の亜鉛の濃度が説明さ
れる。マンガンの上澄み液中の濃度は、ｐＨ７．８付近
から低下し始め、ｐＨ１０．４以上で低く安定してい
る。これは、亜鉛と同様にマンガンイオンの溶解度積
[ＨＺｎＯ₂]＝１．９×１０−１３によって説明され
る。マンガンは、亜鉛に比べ両性水酸化物の錯イオンの
溶解度積が高ｐＨに安定であることから、この高ｐＨ範
囲では、再溶解は認められなかった。これらの結果よ
り、前記のスラグ等のアルカリ資材を用いて土壌（殊
に、酸性化する恐れのある土壌、酸性化した土壌）のｐ
Ｈを有効にかつ実用的に調整できること、またそのｐＨ
調整の実施によって、土壌中に存在する重金属を長期間
にわたり安定化し、それらの溶出を防止して２次汚染の
発生を無くするようにできることが、明らかである。種
々のｐＨ特性の土壌区域での繰り返しの野外実験の結果
でも、上記と同じ傾向が認められ、これらの数多くの野
外実験結果から、本発明のアルカリ資材により達成され
る土壌ｐＨ調整効果は、数年間、例えば約２〜５年、あ
るいは更に長期にわたり維持されることが確認され、乃
至推測された。本発明の効果を例示列挙すれば下記の通
りである。 （１）土壌ｐＨに応じてアルカリ資材から溶出するＣａ
により土壌酸性化防止及び／または土壌ｐＨの調整、適
正範囲内のｐＨ維持を長期的に達成することができる。 （２）上記の諸作用によって、土壌中に既に存在する
か、または外部から移入する重金属の安定化がなされ、
重金属がその場に留められるので、環境に対する悪影響
が阻止される。 （３）アルカリ資材の種類、配合比率により特定の種類
の金属に適当なｐＨ調整を容易に行うことができる。こ
の際には、重金属と水酸化イオンの溶解度積、両性水酸
化物の錯イオン（もしも形成するならば）と水素イオン
の平衡定数、溶解度とｐＨ値との関係等の諸デ−タを考
慮することにより、あるいは必要により簡単な予備試験
を行うことにより、一層容易に適正処方を設定できる。 （４）本発明を農耕地に適用しても、使用アルカリ資材
の粒径が３０ｍｍ以下に整えられているため、農耕作業
には実質的に妨げとなることはない。 （５）本発明によれば、廃棄物処理場の近くで環境汚染
問題を生ずる恐れのある重金属の溶出、２次汚染を有効
に予防または防止することができる。 （６）本発明によれば、比較的多量のスラグ等を消費す
るので、スラグ等の有効利用が図られ、促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 種々のｐＨ値におけるＺｎ及びＭｎの溶出濃
度のグラフ

【図２】 土壌の微生物学的な要因による酸性化の過程
の一例を示す概念線図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ０９Ｋ 101:00 109:00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸性化する恐れのある土壌、または酸性化
   した土壌に対して最大粒径３０ｍｍとなるように整粒し
   たアルカリ資材を施用して土壌の酸性化を防止し、かつ
   土壌ｐＨを長期にわたり安定化させる方法であって、そ
   のアルカリ資材が高炉スラグ、転炉スラグ、石炭灰、石
   灰石及び石灰からなる群より選択される少なくとも１種
   であることを特徴とする上記方法。
2. 【請求項２】 該土壌中に重金属が存在しているか、移
   入する場合に、該酸性化防止、ｐＨ安定化作用により重
   金属が土壌中に安定化される請求項１の方法。