JP2015100738A - 吸着層用材料、吸着層および吸着層の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】要求に応じた透水係数の吸着層を作成することが可能な吸着層用材料と、この吸着層用材料により形成された吸着層と、吸着層の施工方法を提供する。
【解決手段】骨材と粉体１２との造粒物からなる吸着層用材料１０であって、造粒物は骨材中の石粒１１を粉体１２により被覆することにより形成されており、粉体１２は汚染物質を吸着する性能を備えている吸着層用材料１０と、放射性廃棄物の処分場において、吸着層用材料１０を締固めることにより形成されて、放射性廃棄物から浸出した汚染水から放射性物質を吸着除去する吸着層と、吸着層の施工方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸着層用材料、吸着層および吸着層の施工方法に関する。

廃棄物処分場において、廃棄物層の周囲に形成される吸着層には、廃棄物から浸出する水分が含有する汚染物質を吸着するために、適切な通水性能と吸着性能が要求される。

このような吸着層を形成する材料として、特許文献１には、強い物理的強度と優れた水分吸着特性を備えたゼオライトビーズ成形体が開示されている。
特許文献１のゼオライトビーズ成形体は、ゼオライト粉末およびカオリン性粘土に水に分散した無機系分散剤を加え、混練、捏和した後、成形、乾燥し、焼成活性化することにより製造する。

特開２００１−２６１３３０号公報

特許文献１に記載のゼオライトビーズは、変形性を有していないため、締固めることにより割れるおそれがある。このような材料を締固めたとしても、透水性の高い吸着層しか形成することができずに、所望の透水性能を備えた吸着層を形成することが困難となる場合があった。

このような観点から、本発明は、要求に応じた透水係数の吸着層を作成することが可能な吸着層用材料と、この吸着層用材料により形成された吸着層と、吸着層の施工方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の吸着層用材料は、骨材と粉体との造粒物からなるものであって、前記造粒物は前記骨材中の石粒を前記粉体で被覆することにより形成されており、前記粉体は汚染物質を吸着する性能を備えていることを特徴としている。

かかる吸着層用材料によれば、締固めの際に、粉体により形成された被覆部分が適度に変形する（潰れる）ので、造粒物間の空隙が適度に埋まり、要求に応じた透水係数の吸着層を作成することができる。
また、骨材（母材）同士のかみ合わせによりせん断力が発揮されるので、力学安定性が確保された吸着層を作成することができる。

粉体がゼオライトを含有していれば、放射性廃棄物の処分場等において、適度な通水性能とそれに応じた吸着性能とを備えた吸着層を形成することができる。
なお、汚染物質を吸着する性能を備えた粉体としては、ゼオライトの他に、例えば、活性炭、シリカゲル、活性アルミナまたは活性化ポーキサイトを含有した粉体を採用すればよい。

また、前記粉体が、ベントナイトおよびセメントの少なくとも一方を含む補助材をさらに含有していれば、骨材との接合性（形態保持性）が向上し、締固め後に固結することによって、締固め後の材料の様態が維持される（崩れることがない）ことにより、吸着層としての機能が維持される。そのため、造粒による品質のバラツキや偏りが少なく、かつ、材料分離が抑制され、なおかつ、吸着層施工後の均質性を確保することができる。

また、本発明の吸着層は、放射性廃棄物の処分場に形成されて、前記放射性廃棄物から浸出した汚染水から放射性物質を吸着除去する吸着層であって、前述した放射性物質の吸着効果を備える吸着層用材料を締固めることにより形成されていることを特徴としている。
なお、前記吸着層は、前記吸着層用材料の締固め密度の大きさにより任意の通水性能とそれに応じた吸着性能を有するものとするのが望ましい。

かかる吸着層によれば、適切な通水性能と適切な吸着性能とを確保することができる。また、骨材同士がかみ合うことで、力学安定性にも優れている。

さらに、本発明の吸着層の施工方法は、骨材と粉体を造粒機に投入して前記骨材中の石粒を前記粉体により被覆した造粒物からなる吸着層用材料を製造する製造工程と、前記吸着層用材料を撒き出すとともに締固める締固め工程と、を備えており、前記粉体が結合材を含有しており、前記締固め工程は、前記結合材の若材齢時に実施することを特徴としている。

かかる吸着層の施工方法によれば、若材齢時に締固めることで、粉体が適度に変形して、要求に応じた透水係数を確保することができるとともに、骨材同士のかみ合わせにより力学安定性に優れた吸着層を形成することができる。さらに、締固め工程後、結合材が硬化するため、安定性に優れた吸着層を形成することができる。

本発明の吸着層用材料、吸着層および吸着層の施工方法によれば、要求に応じた透水係数の吸着層を作成することができる。

本実施形態の廃棄物処分場の概要を示す断面図である。 本実施形態の吸着層用材料の概要を示す図であって、（ａ）は締固め前の断面図、（ｂ）および（ｃ）は締固め後の断面図である。 締固めの差による吸着層の透水係数を示すグラフである。 バッチ試験結果を示すグラフである。

本実施形態の埋立処分場１は、図１に示すように、地盤に掘削することにより形成された凹部（溝等）３に構築されている。埋立処分場１は、放射性廃棄物４の側面および底面を覆うように形成された吸着層２と、吸着層２の側面および底面を覆うように配設された遮水シート５とにより構成されている。なお、放射性廃棄物４の上面は覆土６により覆われている。

吸着層２は、吸着層用材料１０（図２参照）を締固めることにより形成されており、放射性廃棄物４から浸出した汚染水から放射性物質（セシウム等）を吸着除去する。

吸着層用材料１０は、図２の（ａ）に示すように、砕石（骨材）中の石粒を核１１（母材）としている。核１１は、粉体１２で被覆されている。本実施形態の吸着層用材料１０は、砕石と粉体１２との配合が、重量比で５：５〜９：１、このましくは５：５〜７：３の範囲内である。
なお、骨材（核１１）は砕石に限定されるものではない。また、砕石と粉体１２の配合も限定されない。

ここで、本明細書において、「造粒物」は砕石中の石粒（核１１）が粉体１２により被覆されたものであり、「吸着層用材料１０」は「造粒物」の集合体である。

本実施形態では、砕石として、最大粒径が５ｍｍ以下のいわゆる７号砕石を使用する。なお、砕石の最大粒径は限定されない。

粉体１２は、ゼオライト粉末と補助材との混合体である。
なお、粉体１２のゼオライト粉末と補助材との配合は、重量比で４５：５〜２５：５の範囲内である。なお、ゼオライト粉末と補助材との配合は限定されない。

補助材は、核１１と粉体１２との接着性を向上させ、締固め後の状態を維持させる目的で添加されるものであり、ベントナイトとセメント（結合材）とからなる。
なお、本実施形態では、補助材のベントナイトとセメントとの配合を３：２とするが、補助材の配合は限定されない。

本実施形態では、粉体１２に放射性物質を吸着する材料としてゼオライトを含有させるものとしたが、粉体１２は必ずしもゼオライトを含有している必要はない。例えば、ゼオライトに代えて、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、活性化ボーキサイトのうちの少なくとも１つを含有していてもよい。

また、本実施形態では、粉体１２に補助材としてベントナイトとセメントとを含有させるものとしたが、補助材は、ベントナイトとセメントのいずれか一方のみが含まれていてもよく、補助材のベントナイトとセメントとの配合は限定されない。また、補助材は、必要に応じて添加すればよく、省略してもよい。
また、セメントに代えて、石灰系結合材等を結合材として採用してもよい。

埋立処分場１を構築する場合には、まず、地盤を掘削して凹部３を形成する。次に、凹部３に遮水シート５を敷設した後、吸着層２を形成する（図１参照）。

本実施形態の吸着層２の施工方法は、吸着層用材料１０を製造する製造工程と、吸着層用材料１０を撒き出すとともに締固める締固め工程とを備えている。

製造工程では、砕石と水を加えた粉体１２とを造粒機に投入し、撹拌混合することにより造粒物を形成する。
なお、造粒物の製造方法は限定されない。

締固め工程では、遮水シート５上に吸着層用材料１０（造粒物）を撒き出した後、この吸着層用材料１０を締固め転圧する。吸着層用材料１０の締固め転圧は、造粒後３〜５日内の若材齢で変形しやすい時期に行う。

吸着層用材料１０を締固めると、図２の（ｂ）および（ｃ）に示すように、核１１にコーティングされた粉体１２が潰されて、吸着層用材料１０の空隙１３が適度に埋まり、吸着層２が作成される。
このとき、締固めエネルギーを調整することにより、所望の通水性（吸着性）を有した吸着層２を形成する。

つまり、吸着層用材料１０を大きな締固めエネルギーで締固めると、図２の（ｂ）に示すように、空隙１３が少なくなる。そのため、通水性が比較的小さくなり、粉体１２が解されることにより比表面が増大し、放射性物質の吸着量が比較的大きい吸着層２を形成することができる。通水性（透水係数）を小さくすると、造粒物間（吸着層２）を通過する時間（トラベルタイム）が長くなるため、放射性物質を吸着しやすくなる。

一方、吸着層用材料１０を小さな締固めエネルギーで締固めると、図２の（ｃ）に示すように、空隙１３が比較的多くなる。そのため、通水性が比較的大きくなり、放射性物質の吸着量が比較的小さい吸着層２を形成することができる。通水性（透水係数）を大きくすると、造粒物間（吸着層２）を通過する時間（トラベルタイム）が短くなるため、放射性物質の吸着量は減少する。

このように、本実施形態の吸着層２によれば、締固めエネルギーを調整することで、任意の透水係数および吸着性能を設定することができる。そのため、適切な通水性能およびそれに応じた吸着性能を確保することができる。また、吸着層２は、砕石（核１１）同士がかみ合うことでせん断力が発揮され（層としての変形を抑制し）、力学安定性にも優れている。
また、吸着層２は、砕石を核１１とした造粒物を締固めることにより形成されているため、均質性を確保することができる。

造粒物は、放射性物質の吸着する性能を備えたゼオライトを含有する粉体１２によりコーティングされているため、放射性廃棄物４から浸出した汚染水とゼオライトとの効率的な接触が期待でき、効率的な吸着効果が期待できる。
したがって、本実施形態の吸着層用材料１０を使用することで、通水性能と吸着性能とを備えた吸着層４を形成することができる。

また、粉体１２は、ベントナイトおよびセメントを含む補助材を含有しているため、核１１との接合性（形態保持性）が優れている。そのため、造粒による品質のバラツキや偏りが少なく、かつ、撒き出し時等における材料分離が抑制され、なおかつ、吸着層２の施工後の均質性を確保することができる。

吸着層２の施工を、吸着層用材料１０が適度な変形性を有する若材齢時に行うため、締固めエネルギーを調整することで、締固め後の状態を任意に変化させることができる。

次に、本実施形態の吸着層用材料１０の吸着層４の材料としての適用性を確認するために行った確認試験の結果について説明する。
本確認試験では、吸着層用材料１０の透水特性の確認（透水試験）と、セシウム吸着性能の確認（バッチ試験）を行った。

透水試験（ＪＩＳ Ａ１２１８）は、造粒物１０に動的締固めを施して作成した供試体に対して実施した。供試体の目標湿潤密度は１．３〜１．７ｇ／ｃｍ^３とした。供試体は、直径１００ｍｍ、高さ５０ｍｍである。
なお、比較例として、ゼオライト粉末と７号砕石の混合土についても透水試験を実施した。

透水試験の結果を図３に示す。
図３に示すように、吸着層用材料は、乾燥密度１．１〜１．４５ｇ／ｃｍ^３の範囲において、透水係数が２．２６×１０^−６〜５．３７×１０^−５ｍ／ｓｅｃであり、広範囲の乾燥密度において広範囲な透水性を有していることが分かった。
一方、混合土は、ほぼ不透水であった。

バッチ試験は、吸着層用材料Ａ，Ｂについてそれぞれ行った。また、比較例として、ゼオライト粉体と、ベントナイトについてもバッチ試験を実施した。
表１に、本試験において使用した吸着層用材料Ａ，Ｂの配合を示す。

バッチ試験は、セシウムの濃度が０．１〜１００ｐｐｍのセシウム溶液に対して、試料をそれぞれ乾燥質量０．２〜０．５ｇ添加し、固液比１：２００〜１：５００にて振とう回数１０ｒｐｍで２４時間回転振とうした。

図４に平均液相濃度と吸着量との関係をプロットし、Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ型の吸着等温線（ｑ＝ｋＣ^ｌ／ｎ）で近似した結果を示す。吸着量は、液相セシウムの減少量から算出した。

図４に示すように、吸着層用材料およびゼオライト粉体の分配係数には濃度依存性が認められ、１／ｎ＜１であったため低濃度ほど分配係数は大きくなる結果となった。ところが、本試験は安定同位体の試験であるため、低濃度領域へこの結果を外挿することは妥当ではないと判断し、本試験結果のうち平衡液相濃度が最小の場合の分配係数が、低濃度域においても維持されると仮定し、飲料水基準１０Ｂｑ／Ｌに対する単位重量当たりの吸着量を算出した。
算出結果を表２に示す。

表２に示すように、吸着層用材料Ａおよび吸着層用材料Ｂは、１０Ｂｑ／Ｌに対する吸着量が、それぞれ８４０Ｂｑ／ｇおよび３５０Ｂｑ／ｇであった。
一方、ゼオライト粉体及びベントナイトの１０Ｂｑ／Ｌに対する吸着量は、それぞれ１０００Ｂｑ／ｇと４Ｂｑ／ｇであった。

したがって、本実施形態の吸着層用材料１０によれば、造粒後にゼオライト粉体の３〜８割程度の吸着量を維持できると考えられる。
よって、造粒物にしたことによりゼオライトの吸着性能への影響は少ないことが確認できた。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、放射性物質を吸着する性能を備えた粉体として、ゼオライトを含有したものを使用したが、放射性物質を吸着する性能を有していれば、粉体に含まれる材料は限定されない。

前記実施形態では遮水シートが敷設された管理型処分場に本発明の吸着層用材料および吸着層を採用する場合について説明したが、埋立処分場の種類は限定されるものではなく、例えば、安定型処分場に本発明の吸着層用材料および吸着層を採用してもよい。

１ 埋立処分場
２ 吸着層
３ 凹部
４ 放射性廃棄物
５ 遮水シート
６ 覆土
１０ 吸着層用材料
１１ 核（石粒）
１２ 粉体
１３ 空隙

Claims (6)

1. 骨材と粉体との造粒物からなる吸着層用材料であって、
   前記造粒物は、前記骨材中の石粒を前記粉体で被覆することにより形成されており、
   前記粉体は、汚染物質を吸着する性能を備えていることを特徴とする、吸着層用材料。
2. 前記粉体が、ゼオライトを含有していることを特徴とする、請求項１に記載の吸着層用材料。
3. 前記粉体が、ベントナイトおよびセメントの少なくとも一方を含む補助材を含有していることを特徴とする、請求項２に記載の吸着層用材料。
4. 放射性廃棄物の処分場に形成されて、前記放射性廃棄物から浸出した汚染水から放射性物質を吸着除去する吸着層であって、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の吸着層用材料を締固めることにより形成されていることを特徴とする、吸着層。
5. 前記吸着層用材料の締固め密度の大きさにより通水性能および吸着性能が調整されていることを特徴とする、請求項４に記載の吸着層。
6. 骨材と粉体を造粒機に投入して前記骨材中の石粒を前記粉体により被覆した造粒物からなる吸着層用材料を製造する製造工程と、
   前記吸着層用材料を撒き出すとともに締固める締固め工程と、を備える吸着層の施工方法であって、
   前記粉体が結合材を含有しており、前記締固め工程は、前記結合材の若材齢時に実施することを特徴とする、吸着層の施工方法。