JP5079255B2 - 土壌改質改良剤 - Google Patents

Description

本発明は酸性土壌や、重金属、塩素系化学物質などで汚染された汚染土壌を改良する土壌改質改良剤に関する。

近年土壌品質の悪化が深刻である。例えば、極めて毒性の高いダイオキシンで汚染された土壌ですらその分解処理が困難なため、いまだ十分に処理できていないのが実情である。酸性雨による土壌の酸性化もまた問題である。農作物の生育に影響を与え、成長不良や立ち枯れを招いている。

こうした汚染土壌や酸性土壌を改良し無害化するために、様々な土壌改質改良剤が提案されている。優れた吸着・イオン交換機能のある人工ゼオライトもその一つである。例えば特許文献１には、塩害を招き易い従来のＮａ（ナトリウム）型の人工ゼオライトから土壌改良用のＣａ（カルシウム）型の人工ゼオライトを製造する方法が開示されている。

特開平６−１４４８２９号公報

人工ゼオライトを汚染土壌に散布すれば、汚染物質をよく取り込むことができるし、Ｃａ型であれば大量に散布しても塩害をおそれずに済む。しかし、人工ゼオライトは、強酸性や強アルカリ性ではその構造が破壊されてしまうため、偏ったＰＨの下では吸着した汚染物質が放出され易くなるなど、その機能を存分に発揮させることができない問題もあった。

そこで本発明の目的は、人工ゼオライトの機能を効率よく発揮させることができ、実施コストが小さくて済む実用的な土壌改質改良剤を提供することにある。本発明の目的は、汚染土壌や酸性土壌を改質改良できるだけでなく、肥沃にもできる土壌改質改良剤を提供することにある。

本発明は、人工ゼオライトと、フライアッシュと、消石灰とを含み、弱酸を含む水溶液を添加することによりＰＨを9.５〜１２に調整してある粉状又は固形状の土壌改質改良剤である。なお「フライアッシュ」とは、ボイラの燃焼ガスから集じん器で採取された石炭灰のことをいう。

具体的には、人工ゼオライトと、フライアッシュと、消石灰とを、酢と塩化カルシウムとを含む水溶液で混練してつくることができる。このとき、人工ゼオライトとフライアッシュとは、１：２〜４の重量比で含まれるようにしておく。人工ゼオライトには、ペーパースラッジ灰からつくられたＣａ型の人工ゼオライトを使用することができる。Ｋ（カリウム）型の人工ゼオライトを使用してもよい。なお「酢」とは、例えば食酢や竹酢、木酢などをいい、「ペーパースラッジ灰」とは、主として古紙再生過程で生じるスラッジの焼却灰のことをいう。

土壌改質改良剤が人工ゼオライトを含んでいると、土壌に含まれる汚染物質、例えばカドミウムなどの重金属やテトラクロルベンゼン（ＴＣＢ）、ダイオキシンなどの塩素系化合物を人工ゼオライトが取り込むため、汚染物質の拡散を防止できる。本発明では、フライアッシュと消石灰とを加えて混練し、弱酸を含む水溶液を添加してＰＨを9.５〜１２に調整することで、優れた汚染物質の除去効果が得られることを見出した。すなわち、本発明にかかる土壌改良改質剤を汚染土壌に散布すれば、土壌中に含まれる汚染物質が人工ゼオライトに取り込まれ、土壌を浄化することが可能となる。

次の表１に、フライアッシュ（石炭灰）とペーパースラッジ灰（製紙灰）、及びこれらからつくられたＮａ型及びＣａ型の人工ゼオライトに含まれる主な成分含量（重量％）を示す。

表１に示すように、フライアッシュはＮａが比較的少ないうえに、カリウムや鉄、マグネシウムなどの有用ミネラルに富む。したがって、フライアッシュを含ませることで塩害を気にせず上記ミネラルを土壌に供給して肥沃な土壌に改良することができる。ＳｉＯ2 （シリカ）及びＡｌ2 Ｏ3 アルミナ）を多量に含むため、保肥力に優れた土壌に改良することができる。しかも、フライアッシュは産業廃棄物であるため原材料コストがかからない。

消石灰（水酸化カルシウム）は強塩基である。したがって、強アルカリ性に弱い人工ゼオライトからすれば、本来含ませるべきではない。しかし、本発明ではあえて含ませてある。ただし、そのまま含ませると人工ゼオライトを破壊するおそれがあるため、弱酸の水溶液を添加してＰＨを9.５〜１２に調整する。より好ましくは１0.５〜１1.５に調整する。かかるＰＨであれば人工ゼオライトが破壊されず、その機能を効率よく発揮させることができるからである。しかも弱酸強塩基の組み合わせによる緩衝機能を付与できるので、ＰＨが安定化する。酸性土壌に対しても長期にわたって中和作用を持続させることができる。

酢と塩化カルシウムとを含む水溶液で混練すれば、さらに異種のＣａ塩を付加することができ、よりいっそうイオン交換を活発化させることができる。酢であれば入手が容易で、環境に害を与えることもない。

特に人工ゼオライトとフライアッシュとを１：２〜４の重量比で含ませることで、人工ゼオライトの機能を効果的に発揮させることができ、土壌の浄化と土壌の肥沃化とのバランスに優れた実用的な土壌改質改良剤を得ることができる。

人工ゼオライトに、ペーパースラッジ灰からつくったＣａ型のものを使用すれば、表１に示すようにとくに酸化カルシウムを多量に含むため、汚染物質の分解によりいっそう効果的である。Ｎａ含量も約４重量％と少ないため、それだけ塩害による農作物の生育阻害を心配しなくて済む。Ｋ型の人工ゼオライトを使用した場合、塩害を気にする必要がないことに加えて、土壌にＫ（カリウム）を供給することができ、土壌改良に有効である。

図１に本発明にかかる土壌改質改良剤の製造方法の一例を示す。使用する人工ゼオライト、フライアッシュ、消石灰は、いずれもその種類に限定されないため、一般に市販されている各成分の粉体原料の中から適宜選択できる。なお、人工ゼオライトには、石炭灰やペーパースラッジ灰などからつくられるＣａ（カルシウム）型やＫ（カリウム）型などのＮａ（ナトリウム）型以外のものを使用する。中でもＣａ型、とくにペーパースラッジ灰からつくられたものが好適であり、ここではこれを使用した。かかる各成分の粉体原料は、所定の割合で配合し、人工ゼオライトとフライアッシュとが、１：２〜４の重量比で含まれるようにする。人工ゼオライトの機能を効率よく発揮させることができるからである。具体的には、人工ゼオライト、フライアッシュ、消石灰のみを用いて、人工ゼオライト２０重量部、フライアッシュ６０重量部、消石灰２０重量部の配合比とした。

水溶液は、上水に酢と塩化カルシウムを加えてつくる。塩化カルシウムは上水に対して１０〜３０重量％添加すればよい。具体的には、上水に竹酢を５重量％溶解したものに塩化カルシウムを２０重量％添加した。竹酢に代えて木酢や食用酢を使用してもよい。酢以外の弱酸でもよいが、自然由来の酢が土壌を肥やすうえで好ましい。粉体原料に対する水溶液の添加量は、土壌改質改良剤としてのＰＨが最終的に9.５〜１２、とくには１0.５〜１1.５の範囲内になるよう調整してあればとくに限定されない。ここでは粉体原料１０重量部に対し、先の水溶液を１重量部の割合で添加した。

図１に示すように、最初は人工ゼオライトだけに水溶液を添加する。具体的には、人工ゼオライト２０重量部に対して、水溶液を１０重量部添加して混合する。こうすることで、人工ゼオライトにくまなく酸性の水溶液を行き渡らせることができ、その後に消石灰と混ぜ合わせても人工ゼオライトのＰＨを酸性側で安定化させることができるからである。しばらく放置した後、６０重量部のフライアッシュを添加して混合し、最後に２０重量部の消石灰を添加して各粉体が均一になるまでミキサーで攪拌混合して練り込む。

水溶液を添加し混練した後は、そのまま乾燥して粉状にするか、得られた混練物を成形し熱固定して固形状にする。例えば、混練物をダイで押し出してペレット状にしてもよいし、型で押し固めてブロック状にしてもよい。なお、固形状にする場合には、消石灰と、フライアッシュに多く含まれるＳｉＯ_２ （シリカ）との間で生じるポゾラン反応で固まるため、賦型剤は不要である。

上記方法によって得られた土壌改質改良剤の主な分析値を表２及び図２に示す。いずれも土壌改質改良剤１ｇを上水１００mlに加えた溶液（実施品）と、使用した上水とを対象として比較分析した結果を示したものである。

表２に示されるように、実施品のＰＨは１1.１で安定しており、多少の酸を加えてもＰＨが大きく変わることはなかった。電気抵抗が上水に対して小さくなっているのは、それだけ土壌改質改良剤から電解質が溶出していることを意味し、Ｃａでは約2.８mgの溶出が認められた。

〈カドミウム吸着試験〉 財団法人上越環境科学センターに依頼して試験を行った。試験条件を次に示す。カドミウム標準溶液（１００mg／Ｌ、ＪＣＳＳ）に純水を加えて１０００倍に希釈し、標準溶液を得た。得た標準溶液４００mlを５００mlビーカーに入れた後（水高さ約８cm）、本発明にかかる土壌改質改良剤の粉体１８ｇをビーカーに添加し、２０℃で静置した。７日間静置後、溶液部分を回収し、原子吸光分析によりカドミウム濃度を測定した。試験は２回繰り返し行った。その結果を次の表３に示す。

表３から明らかなように、試料溶液からはカドミウムは検出されず、本発明にかかる土壌改質改良剤によって標準溶液中のカドミウムを完全に除去することができた。

〈塩素系化学物質分解試験〉 本発明にかかる土壌改質改良剤を塩素系化学物質に作用させた場合の分解吸着反応について試験した。試験にはＤＣＢＡ（２，４ジクロル安息香酸）、ＴＣＢ（１，２，４，５テトラクロルベンゼン、ＤＣＢＰ（２，４’ジクロルベンゾフェノン）、および除草剤であるザイトロンアミンの４種の塩素系化学物質を用いた。試験は、各塩素系化学物質を含む溶液を作製し、本件発明にかかる土壌改質改良剤を作用させたものと、作用させなかったものとを同じ条件下で処理し、その後、薄層クロマトグラフィにより各塩素系化学物質の含量変化を比較した。その結果、いずれの塩素系化学物質においても減少が認められ、有害物質の浄化機能に優れる点が確認された。

これらの塩素系化学物質は、いずれもダイオキシンと近似の化学構造をしていることから、本発明にかかる土壌改質改良剤は、ダイオキシンで汚染された土壌の浄化に対しても有効と考えている。

以上説明したように、本願発明にかかる土壌改質改良剤は、安価でありながら、汚染物質の拡散予防機能を備えている。しかも、酸性土壌を中和し、長期にわたってＰＨを安定して持続することができるとともに、有効なミネラルを付与して保肥力のある肥沃な土壌に改良することができ、その有用性は極めて大である。

水溶液には、ビタミンＢ１、ビタミンＢ２、ナイアシン、パントテン酸、ビタミンＢ６、葉酸、ビタミン１２、ビオチン、ビタミンＣなどの水溶性ビタミンを水溶液に対して0.１〜0.５（ｗ／ｖｏｌ）％を添加してあってもよい。土壌に栄養素を付与できる。本発明にかかる土壌改質改良剤は、例えばブロック状に成形した土壌改質改良剤で堰を構築したり、土壌改質改良剤で成形したテトラブロックを設置したりすることで河川や湖沼などの汚染された水域の改良にも適用できる。

本発明にかかる土壌改質改良剤の製造方法の概略を示すフロー図

Claims (1)

1. ペーパースラッジ灰からつくられたＣａ型又はＫ型の人工ゼオライトと、フライアッシュと、消石灰とを、竹酢と塩化カルシウムとを含む水溶液で混練してつくる固形状の土壌改質改良剤であって、
   前記人工ゼオライトと前記フライアッシュとが、１：２〜４の重量比で含まれており、
   前記水溶液は、前記塩化カルシウムを１０〜３０重量％含み、
   前記竹酢は、前記水溶液に、前記土壌改質改良材としての最終的なＰＨが9.５〜１２の範囲内になるように調整されており、
   前記人工ゼオライト、前記フライアッシュ及び前記消石灰のうち、当該人工ゼオライトに対して前記水溶液を添加して混合した後に、前記フライアッシュ及び前記消石灰を混合し、これら練り込むことによって得られる混練物を成形して固形状にした土壌改質改良剤。

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