JP2016150319A - クレイ特性を用いた汚染水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物を用い、金属イオンが溶け込んでいる汚染水を、簡便かつ効果的に浄化できるクレイ特性を用いた汚染水の処理方法を提供すること。
【解決手段】金属イオンが溶け込んでいる汚染水２１を浄化するクレイ特性を用いた汚染水の処理方法であって、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体１５が吸着剤として封入された透水性のある粉体収納袋１０を、水槽２０に貯留された汚染水２１に浸漬して所要の時間を経過させることで金属イオンを透水性粘土鉱物の粉体１５に吸着させた後、その粉体収納袋１０を引き上げる。
【選択図】図１

Description

この発明は、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物を用い、金属イオンが溶け込んでいる汚染水を浄化するクレイ（粘土）特性を用いた汚染水の処理方法に関する。

汚染物質の処理については、廃棄物、該廃棄物の焼却灰や溶融スラグから溶出する重金属や有機汚染物質の有害物質が、透水性粘土鉱物に接触することで、該透水性粘土鉱物に吸着されるべく、前記有害物質に対して前記透水性粘土鉱物を近接及び／又は接触させて配し、吸着固定させるように、埋め立て処分場の収容空間をつくる内底面部や内側面部に、前記透水性粘土鉱物の吸着層を設け、前記有害物質を吸着固定させることで、前記有害物質の溶出による拡散を防止する有害物質の無害化方法が用いられる廃棄物の処分場であって、基層の上に低透水性の粘土層が積層され、該低透水性の粘土層の上に積層された前記透水性粘土鉱物の吸着層の上に遮水シートが積層され、該遮水シートの上に再び前記透水性粘土鉱物の吸着層が積層されて、前記収容空間が設けられ、前記透水性粘土鉱物が、少なくともアロフェン及び／又はイモゴライトを含むものである（特許文献１参照）廃棄物の処分場が、先に本出願人によって提案されている。

また、粘土鉱物アロフェンを用いた水溶液からのセシウムイオンの除去については、その有効性に係る論文（非特許文献１参照）が本出願人などによって提出されている。なお、この論文では、アロフェンがセシウムイオンを吸着する吸着剤として有効であることを検証しているが、大規模なクレイ特性を用いた汚染水の処理方法については言及されていない。

特許第４８９７９８０号公報（第１頁）

一般社団法人日本環境化学会による発行の「環境化学」第２４巻第３号の７７〜８２頁に記載の論文「粘土鉱物アロフェンを用いた水溶液からのセシウムイオンの除去」

クレイ特性を用いた汚染水の処理方法に関して解決しようとする問題点は、透水性粘土鉱物であるアロフェンがセシウムイオンを吸着する吸着剤として有効であることは検証されているが、大規模なクレイ特性を用いた汚染水の処理方法については、簡便で効果的な方法が提案されていないことにある。
そこで本発明の目的は、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物を用い、金属イオンが溶け込んでいる汚染水を、簡便かつ効果的に浄化できるクレイ特性を用いた汚染水の処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、金属イオンが溶け込んでいる汚染水を浄化するクレイ特性を用いた汚染水の処理方法であって、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体が吸着剤として封入された透水性のある粉体収納袋を、水槽に貯留された前記汚染水に浸漬して所要の時間を経過させることで前記金属イオンを前記透水性粘土鉱物の粉体に吸着させた後、該粉体収納袋を引き上げることを特徴とする。

また、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、前記粉体収納袋が吊り手を備えるフレキシブルコンテナバックであり、該吊り手を用いて、該粉体収納袋を搬送及び昇降させて前記汚染水に浸漬させることを特徴とすることができる。
また、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、金属イオンが溶け込んでいる汚染水を浄化するクレイ特性を用いた汚染水の処理方法であって、前記汚染水の流水を堰き止めるように、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体が吸着剤として封入された透水性のある粉体収納袋を配し、前記汚染水を前記透水性粘土鉱物の粉体を透過させる間に前記金属イオンを前記透水性粘土鉱物に吸着させることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、前記粉体収納袋が、土のう状の袋であることを特徴とすることができる。
また、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、前記透水性粘土鉱物の粉体にゼオライトの粉体を混合した粉体を、前記吸着剤とすることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、前記透水性粘土鉱物の粉体や前記ゼオライトの粉体が目開き１ｍｍ以下のふるいを通過した微細な粉体であることを特徴とすることができる。
また、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、金属イオンを吸着した前記透水性粘土鉱物の粉体が封入された粉体収納袋を、金属イオンを吸着するように敷設された粘土鉱物による吸着層の上に並べて置き、該粉体収納袋の上に粘土鉱物による覆土をすることで保管することを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、前記粘土鉱物による覆土を前記粘土鉱物による覆土を兼ねる吸着層とし、該覆土を兼ねる吸着層の上に前記粉体収納袋を並べて置き、該粉体収納袋の上にさらに粘土鉱物による覆土をすることで前記粉体収納袋を保管することを特徴とすることができる。
また、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の一形態によれば、前記金属イオンが、セシウムイオンであることを特徴とすることができる

本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法によれば、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物を用い、金属イオンが溶け込んでいる汚染水を、簡便かつ効果的に浄化できるという特別有利な効果を奏する。

本発明のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法に用いる粉体収納袋の形態例を示す斜視図である。 図１の粉体収納袋にアロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物を充填し、水槽に汚染水を貯留した状態の形態例を示す斜視図である。 図２の粉体収納袋を、水槽に入れて汚染水に浸漬した状態を示す斜視図である。 図３の粉体収納袋を、水槽から引き上げた状態を示す斜視図である。 本発明に係る汚染物の保管方法の形態例を示す斜視図である。

以下、本発明に係るクレイ特性を用いた汚染水の処理方法の形態例を添付図１及び２に基づき説明する。
本発明に係る金属イオンが溶け込んでいる汚染水２１を浄化するクレイ特性を用いた汚染水の処理方法よれば、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体１５が吸着剤として封入された透水性のある粉体収納袋１０を、水槽２０に貯留された汚染水２１にその浸漬して所要の時間を経過させることで金属イオンを透水性粘土鉱物の粉体１５に吸着させた後、その粉体収納袋１０を引き上げる。

図１に示す形態例の方法では、粉体収納袋１０が、吊り手１１を備えるフレキシブルコンテナバック（以下、「フレコン」という。）であり、その吊り手１１を用いて、その粉体収納袋１０を搬送及び昇降させて汚染水２１に浸漬させる工程となっている。

また、フレコン１０は、粉体状吸着剤の微細粒子が流れ出ないように、通水性は高いが微細粒子の流失を防ぐことができる均質な細かい目（メッシュ）の布材によって設けられ、水を含んだ粉体状吸着剤を保持できる袋としての強度を持つように設けられている。

次に、図１〜４に基づいて汚染水の処理工程について説明する。
図１に示すように上面が開放されたフレコン１０に、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体１５を、充填し、その上面を閉じて封止した状態とする（図２参照）。
図２に示すように汚染水２１を水槽２０に注ぎ込んで貯留する。

そして、図３に示すように、フレコン１０を、上面が開放された水槽２０に、吊り手１１を用いて吊り下げた状態でその水槽２０の上面からゆっくり下降させて入れて汚染水に浸す。金属イオンが所要の濃度以下となるまで吸着がなされるように、フレコン１０を汚染水に浸漬した状態で放置する。なお、水槽２０内の汚染水２１に、振動や水流が発生するようにしてもよい。または、フレコン１０を小刻みに揺らすなどして汚染水２１の中で動かし、透水性粘土鉱物の粉体１５と汚染水の接触を促進するようにしてもよい。

また、水槽２０内で浄化された水の金属イオンの濃度を、適宜に時間をおいてチェックして基準値以下になっているか否かを判定すれば、吸着剤が封入されているフレコン１０を汚染水２１に浸漬する時間を適正化できる。

そして、図４に示すように引き上げて、吸着剤が封入されているフレコン１０脱水する。なお、透水性粘土鉱物の粉体１５は、透水性が高いため、脱水にかかる水切れが速い。この際に、流れ出る水や、水槽２０内で浄化された水の、金属イオンの濃度をチェックすることで、基準値以下になっているか否かを判定することができる。

なお、アロフェンは、酸性の条件下ではプラスに帯電し、アルカリ性の条件下ではマイナスに帯電する性質があり、金属イオンを引き寄せて吸着できる。例えば、セシウムイオンはプラスイオンであるため、アロフェンは、アルカリ性の状態でセシウムイオンを吸着除去する機能が高いことになる。

次に、金属イオンが溶け込んでいる流水の汚染水を浄化するクレイ特性を用いた汚染水の処理方法について説明する。この場合は、汚染水の流水を堰き止めるように、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体１５が吸着剤として封入された透水性のある粉体収納袋１０を配し、汚染水を透水性粘土鉱物の粉体１５を透過させる間に金属イオンを透水性粘土鉱物の粉体１５に吸着させる。例えば、側溝の縁に縁石を置くように粉体収納袋１０を配し、汚染水の流水を堰き止めて、金属イオンを透水性粘土鉱物の粉体１５に吸着させて、汚染水を浄化できる。

粉体収納袋１０が、土のう状の袋であって、前述したフレコン１０と同様に、粉体状吸着剤の微細粒子が流れ出ないように微細なメッシュの布材によって設けられている袋になっているとよい。すなわち、通水性は高いが微細粒子の流失を防ぐことができる均質な細かいメッシュの布材、又はこれに相当するシート材や膜材によって設けられ、水を含んだ粉体状吸着剤を保持できる袋としての強度を持つように設けられていればよく、一層構造に限らず、多層構造に設けられていても良い。

これによれば、流水状に発生する汚染水を適切に浄化できる。例えば、原子力発電所の事故で発生したセシウムなどの除染を行う際、洗浄のために使用した水に起因する汚染水（放射性セシウムイオンが溶け込んだ水）が流出する。この汚染水による流水の浄化を、透水性粘土鉱物の粉体１５が封入された粉体収納袋１０によれば、簡便且つ効率よく行うことができる。

次に、本発明に使用することができる吸着剤について説明する。
先ず、透水性粘土鉱物であるアロフェンは、鹿沼土を精製することで得ることができる。また、鹿沼土は、アロフェンを主成分とするもので、微細粒子とすることで透水性を調整することができ、本発明にかかる透水性粘土鉱物の粉体１５として利用することができる。

透水性粘土鉱物の粉体１５にゼオライトの粉体を混合した粉体を、吸着剤としてもよい。
これによれば、アロフェンの透水性が高いという特長と、ゼオライトの吸着性能が高いという特長との両方を利用でき、その相乗効果を得ることができる。すなわち、ゼオライトは、アロフェンに比べて、例えばセシウムイオンについては、その飽和吸着量が１４０倍以上も高く（非特許文献１のデータより）、その吸着性能は極めて高いが、透水性は劣ると共に高価であるというデメリットがある。

このため、アロフェンによる透水性を有効に維持する意味からも、ゼオライトを透水性粘土鉱物の粉体１５に混合する割合は低くてもよく、例えば、吸着剤全体の１割程度とすればよい。これによれば、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体１５が、ゼオライトの粉体を適切に分散した状態に保持できることになり、透水性の高い極めて優れたフィルタ層としての吸着層を構成する。これによって、吸着効率を高めることができる。
なお、上記のゼオライトと同様に、他のアロフェンよりも吸着性能が高い物性の粉体を、透水性粘土鉱物の粉体１５に混合してもよい。アロフェンよりも吸着性能が高い素材として、例えば、高価になるがカーボンナノチューブなどの炭素繊維を、透水性粘土鉱物の粉体１５に混合してもよい。

透水性粘土鉱物の粉体１５やゼオライトの粉体が目開き１ｍｍ以下のふるいを通過した微細な粉体であるように調整することで、より吸着性能を向上できる。なお、粉体の粒子が大きいと、特に流水について金属イオンの吸着をする場合には、汚染水の透過する速度が速過ぎることになり、吸着性能が低下する。
なお、特にアロフェンは、透水性が高いため、さらに小さな微粒子を用いることで吸着性能を高めるメリットを享受することができる。例えば、非特許文献１で示されているように、目開きが１８０μｍのふるいを通過した微細な粉体とすることができる。

次に、汚染物質の保管方法について説明する。
図５に示すように、金属イオンを吸着した透水性粘土鉱物の粉体１５が封入された粉体収納袋１０を、金属イオンを吸着するように、基層５０の上に敷設された粘土鉱物による吸着層３０の上に並べて置き、その粉体収納袋１０の上に粘土鉱物による覆土４０をすることで保管する。
なお、粘土鉱物としては、アロフェンの他に、イモゴライト、モンモリロナイト、カオリナイトやゼオライトなどがある。

また、粘土鉱物による覆土４０を、覆土４０を兼ねる吸着層とし、その覆土４０を兼ねる吸着層の上に粉体収納袋１０を並べて置き、その粉体収納袋１０の上にさらに粘土鉱物による覆土４０をすることで粉体収納袋１０を保管する。

このように、金属イオンに汚染された粉体収納袋１０を保管することで、粘土鉱物による吸着層３０や覆土４０は、水を透過できるため酸性雨の酸度の蓄積による酸性化を防ぎ、汚染物の流出を防止できる。そして、たとえ金属イオンが粉体収納袋１０から流出したとしても、粘土鉱物による吸着層３０や覆土４０よって吸着できるから、処理場の外部を汚染することがないという、効果がある。
なお、埋め立て処分場の収容空間をつくる内底の基層５０と吸着層３０との間、二層に設けた吸着層３０の間、吸着層３０の上層、或いは処分場の法面などを形成する内側面に、特許文献１に記載されているような遮水シートの層や、コンクリートの層を設けることで、汚染水の流出を防止するようにしてもよい。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ 粉体収納袋、フレコン
１１ 吊り手
１５ 透水性粘土鉱物の粉体
２０ 水槽
２１ 汚染水
３０ 吸着層
４０ 覆土
５０ 基層

Claims (9)

1. 金属イオンが溶け込んでいる汚染水を浄化するクレイ特性を用いた汚染水の処理方法であって、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体が吸着剤として封入された透水性のある粉体収納袋を、水槽に貯留された前記汚染水に浸漬して所要の時間を経過させることで前記金属イオンを前記透水性粘土鉱物の粉体に吸着させた後、該粉体収納袋を引き上げることを特徴とするクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。
2. 前記粉体収納袋が吊り手を備えるフレキシブルコンテナバックであり、該吊り手を用いて、該粉体収納袋を搬送及び昇降させて前記汚染水に浸漬させることを特徴とする請求項１記載のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。
3. 金属イオンが溶け込んでいる流水の汚染水を浄化する流水のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法であって、前記汚染水の流水を堰き止めるように、アロフェンを主成分とする透水性粘土鉱物の粉体が吸着剤として封入された透水性のある粉体収納袋を配し、前記汚染水を前記透水性粘土鉱物の粉体を透過させる間に前記金属イオンを前記透水性粘土鉱物に吸着させることを特徴とするクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。
4. 前記粉体収納袋が、土のう状の袋であることを特徴とする請求項１記載のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。
5. 前記透水性粘土鉱物の粉体にゼオライトの粉体を混合した粉体を、前記吸着剤とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。
6. 前記透水性粘土鉱物の粉体や前記ゼオライトの粉体が目開き１ｍｍ以下のふるいを通過した微細な粉体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。
7. 金属イオンを吸着した前記透水性粘土鉱物の粉体が封入された粉体収納袋を、金属イオンを吸着するように敷設された粘土鉱物による吸着層の上に並べて置き、該粉体収納袋の上に粘土鉱物による覆土をすることで保管することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。
8. 前記粘土鉱物による覆土を、覆土を兼ねる吸着層とし、該覆土を兼ねる吸着層の上に前記粉体収納袋を並べて置き、該粉体収納袋の上にさらに粘土鉱物による覆土をすることで前記粉体収納袋を保管することを特徴とする請求項７記載のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。
9. 前記金属イオンが、セシウムイオンであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のクレイ特性を用いた汚染水の処理方法。