JP2014061513A - 廃棄物の覆土構造、及び廃棄物の覆土構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撥水性粒子の敷設による簡易な覆土工法により、廃棄物処理場等に利用するために、通気性と防水性を両立した、低コスト且つ安定した覆土の廃棄物処分場を提供する。
【解決手段】埋立て廃棄物の覆土構造であって、廃棄物の上に少なくとも、複数の撥水性粒子が密集もしくは分散した状態で構成されている撥水層と、前記排水層は複数の粒子が密集した状態で構成されている排水層と、をこの順に具備し、前記撥水性粒子の表面は撥水膜が形成されている、廃棄物の覆土構造を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物中に含まれる汚染物質への降雨等の浸透を抑制する覆土構造体及びその製造方法に関する。

廃棄物処分場は、廃棄物の上に形成された覆土構造体を含み、その上部に降った雨の浸透を制御する役割を果たしている。しかしながら、現状、廃棄物処分場から浸出した水による環境汚染が問題になっている。これは、雨水等の廃棄物処分場への浸透水が埋め立てた廃棄物を浸透する際に汚染され、廃棄物処分場周辺の土壌や地下水に流れ込み汚染してしまうものである。この浸透水を防止するため、遮水シートなどを敷設し廃棄物をキャッピングする対処方法等が検討されているが、土壌微生物の生育に必要な酸素などのガスの欠乏により生化学的な分解処理が進まず、処分場廃止までの期間が延びてしまい、また廃棄物中の化学反応や腐敗等により発生するガスが覆土内に閉じ込められることにより、覆土の盛り上がりなどが生じる問題がある。よって、環境汚染を防止するためには浸透水を抑制し、汚染物質と周辺土壌や地下水との接触を避けるとともに、酸素などのガスの通気性を確保する覆土の設計が重要である。

前述した防止策のひとつに、多層覆土を利用した廃棄物埋立て構造がある。廃棄物表面を覆う多層覆土は、埋立て廃棄物を覆土する保護層に勾配を付して、保護層の勾配に沿って空隙が大きなマットを敷設して、マットよりも空隙が小さく、大きな毛管力を備えた排水層を前記マット上に形成した構造としている。雨水等による浸透水は排水層に保水されながら、マットと排水層の境界面に沿って勾配にしたがって流下することになる。マットは空隙の大きい均一な薄層であるため、粗い石からなる粗粒層などよりも積層の厚みを薄くすることができ、覆土が減る分だけ廃棄物等の埋立量を増大させることができるとともに、覆土に使用する資材量や材料コストの低減と施工期間の短縮ができるようにしている。
また、さらなる防止策として、通水部を設けた通気性防水シートを用いた構造がある。廃棄物層の上に勾配をもたせて形成された粗粒土層と、この粗粒土層の上に敷設されて、点在する複数の小孔により形成される通水部を設けた通気性防水シートと、この通気性防水シートの上に形成される細粒土層とで構成されている。通気性防水シートに、点在する複数の小孔により形成される通水部を設けることで、キャピラリーバリア機能を備えたシートに通水機能が付与されることになり、防水性と通気性を確保し、覆土全面よりガスの移動を容易にしている。

特許第４６８４５８２号公報 特許第４７８０５５０号公報

しかしながら、従来技術では、通気性と防水性を両立することが困難であった。

埋立て廃棄物の覆土構造であって、廃棄物の上に少なくとも、複数の撥水性粒子が密集もしくは分散した状態で構成されている撥水層と、前記排水層は複数の粒子が密集した状態で構成されている排水層と、をこの順に具備し、前記撥水性粒子の表面は撥水膜が形成されている、廃棄物の覆土構造を提供する。

通気性と防水性を両立する覆土構造を提供する。

本実施形態の覆土構造を示した断面図である。 撥水性粒子の配合量と水の接触角の関係を示す図である。 覆土構造の端面部を示した断面図である。

本発明者らの見出した課題を詳細に説明する。

覆土として空隙の異なる層の二層積層とし、空隙が小さい層を上層としてその毛管力を用いてキャピラリーバリア効果で排水を試みた場合、空隙が小さい上層の保水能力によっては空隙の大きい下層への水浸透の可能性があるため、変動する降雨量から各層の空隙設計をすることは難しく、降雨量が増大した場合には廃棄物への浸透水の量が増加し、浸透水処理施設に負荷がかかる。さらに、毛管力を一定の値に維持するためには、上層を形成するために用いる砂等の粒子径および粒子間の空隙制御が必要であり、特別に選択された砂等を使用する必要性があることから、コスト上昇の要因になっている。また、通気性防水シート等の人工シートを覆土の構造として用いる場合は、材料コストの低減が困難である。

本発明の一態様である覆土構造によれば、従来の不都合を解消するものとして、廃棄物の上に少なくとも、複数の撥水性粒子が密集もしくは分散により構成された撥水層と、複数の親水性粒子が密集して成る排水層とを敷設する構造を有することで通気性と防水性を両立した、低コスト且つ安定した覆土の廃棄物処分場を提供する。また、本発明の一態様である覆土構造は現地発生土の使用が可能である。更に、必要に応じてこの撥水層に通水機能をさらに付与することで下部廃棄物層への雨水の浸透量を制御することもできる。

（実施形態１）
以下、本実施形態の覆土構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の覆土構造１００の断面図を示している。

本実施形態の覆土構造１００は、廃棄物層１０１、保護層１０２、撥水層１０３、礫層１０４、及び排水層１０５をこの順で備える。

＜廃棄物層１０１＞
廃棄物層１０１の例は、一般廃棄物、または産業廃棄物である。一般廃棄物は、焼却灰、又は不燃物を含む。

産業廃棄物は、一般的に、予め廃棄物を埋め立てるために重機などにより地表から土砂を掘削した凹形状の窪地に投棄される。掘削した窪地は廃棄物からの汚染水の溶出や、外部からの水侵入を防止するため、遮水層である軟質塩ビ遮水シート（図示せず）により壁面が覆われている。遮水シートの替りにコンクリートや粘土などを用いてもよい。

＜保護層１０２＞
保護層１０２は、廃棄物層１０１の上に形成されている。保護層１０２は、廃棄物層１０１の表層の凹凸を平滑化する。表面を平滑化することで、その上に形成する撥水層１０３の厚みばらつきを抑制し、薄く敷設することができる。これにより、撥水機能の安定維持と低コスト化が可能である。保護層１０２はガスを透過するものであれば、砂、ガス透過性の樹脂シートなど材料は問わないが、本実施の形態では、粘土を除去し、ガスの透過性を確保した現地の発生土である掘削土砂を使用している。

＜撥水層１０３＞
撥水層１０３は、保護層１０２の上に形成されている。

撥水層１０３は、複数の撥水性粒子が密集した構成もしくは複数の撥水性粒子が撥水層１０３内に特定の量以上分散された状態で含まれた構成である。各撥水性粒子の表面には、複数の他の粒子の表面が接して密集して成る。撥水性粒子は粒子に撥水膜がコーティングされた構成を有する。粒子とは、礫、砂、シルト、及び粘土を含む。礫とは、２ｍｍより大きく７５ｍｍ以下の粒子径を有する粒子である。砂とは、０．０７５ｍｍより大きく２ｍｍ以下の粒子径を有する粒子である。シルトとは、０．００５ｍｍより大きく０．０７５ｍｍ以下の粒子径を有する粒子である。粘土とは、０．００５ｍｍ以下の粒子径を有する粒子である。

後述する実施例において、現地の発生土である掘削土砂を粒径３ｍｍ以下サイズのみを選別するため、７メッシュの篩にかけたものを粒子として使用している。なお、粒子サイズは３ｍｍ以下サイズに限定されるものではなく、それより大きい粒径の砂を含んでもよい。しかしながら、大きい粒径の砂を多く含んだ場合は粒子間の空隙が大きくなるために、ガス透過性は良くなるが上面からの水が侵入し易くなる傾向になる。また、粒子に用いる材料としては現地の発生土ではなく、山砂、川砂など、市販されている砂を用いることでも構わない。

撥水膜は、粒子の表面を被覆している。撥水膜は化学式−（ＣＦ₂）ｎ−によって表されるフッ化炭素基もしくは、化学式−（ＣＨ₂）ｎ−によって表される炭化水素基を具備することが好ましい。ｎは自然数であり、２以上２０以下であることが好ましい。

また、撥水膜の材料の例は、クロロシラン系材料、アルコキシシラン系材料などである。クロロシラン系材料の例は、ペプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラハイドロデシルトリクロロシラン、又はノルマルオクタデシルジメチルクロロシランである。アルコキシシラン系材料の例は、ノルマルオクタデシルトリメトキシシラン、又はノナフルオロヘキシルトリエトキシシランである。

図２に、撥水性粒子の配合量と水の接触角の関係を示す。撥水性粒子の配合量は、撥水性粒子の配合量＝［撥水性粒子の重さ］／［撥水性粒子の重さ＋撥水処理していない粒子の重さ］で定義される。また、水の接触角θは、撥水性粒子の表面張力Ｆｈ、水の表面張力Ｆｌ、撥水性粒子と水の界面張力Ｆｈｌとすると、Ｆｈ＝Ｆｌ・ｃｏｓθ＋Ｆｈｌで定義される。

一般的に、水の接触角は９０度以上あれば、水が乗っている基体を少しでも傾斜させることによって、滑落方向である水の前進角が９０度を超えて大きくなるため、傾斜を伝って滑りやすくなることが知られている。図２の結果によれば、水の接触角が９０度以上となるように、撥水層１０３は、撥水性粒子が６５％以上の割合で配合することが好ましい。

また、撥水層１０３上に、水が貯まることを避け、側方に排水するために、撥水層１０３と礫層１０４の界面には傾斜勾配を設けている。廃棄物処分場のような広大な面積を敷設するためには、重機により地表から土砂を深く掘削する必要のない低勾配であることが必要である。水が傾斜を滑落する最低限必要な勾配を確認するため、水の接触角が９０度以上となる撥水性粒子の配合６５％に水を滴下し、傾斜勾配を変化させたところ、０．５％以上の勾配で水が傾斜を滑落した。

なお、勾配は大きいほど水の滑落速度を速める効果があるが、勾配を大きくすると安息角の影響により、撥水層１０３の層形状を保持できず、撥水性粒子自体が滑落するため、６０％以下の勾配に設定することが必要である。廃棄物処分場は長期に渡り天候・気温・振動などの外部からの影響を受けることから排水機能の安定性を保持するために、撥水層１０３の傾斜勾配は１％以上１０％以下にすることが好ましい。なお、撥水層１０３の厚みは遮水効果を十分に得るため、２０ｍｍ以上であることが好ましい。

なお、撥水層１０３は遮水層である軟質塩ビ遮水シートとの界面から水が廃棄物層１０１方向へ侵入し易い性質がある。軟質塩ビ遮水シートの表面は平坦かつ親水性を有するためである。廃棄物層１０１方向への水の侵入を防止するため、本実施の形態では、撥水層１０３の層中に遮水層の端部を含んだ構成としている。図３に本発明の廃棄物処分場の覆土の端面部の断面図を示している。遮水層３０４は廃棄物層３０１、保護層３０２を底面から覆うように形成され、遮水層３０４の端部は撥水層３０３の層内に配置している。撥水層３０３の上部に形成されている礫層３０５からの漏水が、撥水層３０３に設けられた傾斜勾配によって撥水層３０３上滑落し、その際、遮水層３０４と撥水層３０３の界面を通ることがないようにしている。

＜礫層１０４、排水層１０５＞
撥水層１０３の上には礫層１０４、排水層１０５がこの順に形成されている。礫層１０４は、撥水層１０３及び排水層１０５を構成する粒子よりも大きい粒径を有する粒子で構成されている。礫層１０４の材料の例は、砂利又は砂味である。

排水層１０５は、撥水性を有さない粒子で構成されている。撥水性を有さない粒子の例は、親水性粒子である。本明細書において、単に「粒子」と表現した場合、撥水性を有さない粒子、または撥水層１０３を形成する撥水粒子よりも低い撥水性を有する粒子をも意味する。

または、排水層１０５は、礫層１０４を構成する粒子よりも小さな粒径を有する粒子で構成されている。排水層１０５の表面に落ちた液体（たとえば、雨粒）は、排水層１０５中を浸透する。その後、液体は、キャピラリーブレーク効果によって、排水層１０５及び礫層１０４の界面を伝って、覆土構造の側方へ排水される。排水層１０５を構成する粒子の径が小さい場合は、毛管力により層内に水が連続した状態（水滴ではなく、水が連なった状態）となる。しかし、礫層１０４を大きな径を有する砂利で層を形成する場合、毛管力が働き難い状態となり、水が層内で連続した状態になりにくい。これは、排水層１０５中の連続した毛管力が、礫層１０４により断ち切られるためである。大きな径を有する砂利とは、たとえば、排水層１０５の粒子の径よりも大きい径を有する砂利である。

本実施の形態の廃棄物処分場の覆土の構造によれば、キャピラリーブレーク効果を用いて、覆土上部からの浸透水を、排水層１０５を通して側方に排水し、更に排水層１０５から礫層１０４への浸透水を撥水層１０３の表面で遮水し、側方へ排水することが可能である。

なお、本実施の形態では、廃棄物層１０１の上に順次、保護層１０２、撥水層１０３、礫層１０４、排水層１０５が深さ方向に層状に積層された構成について説明したが、本発明の構成はこれに限定するものでは無く、廃棄物層１０１の上に撥水層１０３、排水層１０５のみを形成した構成であっても良い。または、礫層１０４の上層部に撥水層１０３を形成した廃棄物の覆土構造、または礫層１０４の上層部と下層部両方に撥水層１０３を形成した廃棄物の覆土構造であっても、本実施形態の効果が得られる。これは、従来技術の雨水浸透性防止を、本実施形態で用いる撥水性粒子を層状で用いることにより向上させることを考えれば容易に理解し得る。

また、撥水層１０３上に傾斜を設けることで、貯水されることなく排水できる構造であることが必要条件であり、撥水層１０３以外の他層の傾斜を限定するものではない。さらに、廃棄物層１０１への透水を撥水層１０３で遮断する構造について記載したが、廃棄物の分解に一定量の水分を必要とする場合は、廃棄物層１０１から排水層１０５にかけて、表面が平滑かつ親水性の透水部材を必要な透水量に応じて配置することにより廃棄物の分解を促すことも可能である。この際、透水部材として、排水層１０５の表面から容易に杭打ちが可能となる金属を用いることが好ましい。

１ｍ×１ｍの面積で、撥水砂の勾配を０〜６０％、撥水砂の配合を０〜１００％で変化させた覆土構造を複数設けた。

各覆土構造の排水層上に対して１時間で１０ｍｍの水量を３０日間連続で降水し、廃棄物層の底部からの降水浸透水の有無を測定した。表１に降水浸透水の有無の測定結果を示す。このときの廃棄物層の上に順次形成した保護層、撥水層、礫層、排水層の各々の厚みは、平均１０ｃｍとしている。

なお、本実施例で保護層と排水層形成には平均粒子径０．１５ｍｍ、粒度分布０．０５ｍｍから２ｍｍ、空隙率（定義：土粒子間の空隙体積／土粒子の実体積）０．７の山から採取した砂を、また、礫層形成には平均粒子径１２ｍｍ、粒度分布２ｍｍから３０ｍｍ、空隙率（定義：前記同様）２．４の山から採取した岩石を粉砕、分級した礫を、特別な処理（選別、粒度調整、表面処理、水分調整など）を行わずそのまま使用した。

本実施例によれば、撥水層の勾配が０．５％以上６０％以下の範囲であり、且つ撥水層を構成する粒子のうち撥水性粒子の割合が６５％以上の場合、撥水層の勾配が６０％であり、かつ、撥水性粒子の割合が５０％以上かつ６５％以下の場合、または、撥水層の勾配が０．２％であり、かつ、撥水性粒子の割合が１００％の場合、水は浸透しなかった。

このような条件において、廃棄物から漏水することによる環境影響を低減できる。

また、全ての廃棄物処分場において、廃棄物層内でのガス発生による覆土盛り上がりは見られず、覆土におけるガス透過性に問題ないことが確認できた。

上述のように、撥水層が９０度以上の接触角を有するように、６５％以上の撥水性粒子の配合を有することが望ましい。

本発明によれば、撥水性粒子の敷設による簡易な覆土工法により、廃棄物処理場等に利用可能である。

１００ 覆土構造
１０１ 廃棄物層
１０２ 保護層
１０３ 撥水層
１０４ 礫層
１０５ 排水層
３０１ 廃棄物層
３０２ 保護層
３０３ 撥水層
３０４ 遮水層
３０５ 礫層

Claims (5)

1. 埋立て廃棄物の覆土構造であって、廃棄物の上に少なくとも、
   複数の撥水性粒子が密集もしくは分散した状態で構成されている撥水層と、
   複数の粒子が密集した状態で構成されている排水層と、
   をこの順に具備し、
   前記撥水性粒子の表面は撥水膜が形成されており、
   前記撥水層と前記排水層の界面は傾斜を有する、
   廃棄物の覆土構造。
2. 前記傾斜は、０．５％以上６０％以下の勾配であり、
   前記撥水層は、前記撥水性粒子が６５％以上含まれており、
   請求項１記載の廃棄物の覆土構造。
3. 前記傾斜は、６０％の勾配であり、かつ、前記撥水層は、前記撥水性粒子が５０％以上かつ６５％以下含まれており、
   または、
   前記傾斜は、０．２％の勾配であり、かつ、前記撥水層は、前記撥水性粒子が１００％含まれている、
   請求項１記載の廃棄物の覆土構造。
4. 前記撥水層の中に遮水層の端部を含む、
   請求項１記載の廃棄物の覆土構造。
5. 廃棄物の覆土構造の製造方法であって、
   廃棄物の上に少なくとも、表面が平滑且つ傾斜勾配をもったガス透過性を有する保護層を形成する工程と、
   複数の撥水性粒子が密集もしくは分散により構成され、前記撥水性粒子の表面は撥水膜が形成された撥水層を前記保護層の傾斜に沿って、所望の厚みに形成する工程とを含む、
   廃棄物の覆土構造の製造方法。

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