JP3589800B2 - 廃棄物最終処分場用の多機能遮水材、その調製法及び遮水工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般廃棄物、産業廃棄物及び重金属等の有害物質含有残土を含む各種廃棄物の最終処分場、例えば廃棄物最終処分場用の遮水材、殊に遮水機能以外にも種々の機能を有する多機能遮水材、その調製法及び廃棄物最終処分場建設用の遮水工法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物処分場、例えば廃棄物最終処分場及び有害残土処分場の建設に際して
は、これらの廃棄物 （有害残土を含む） に場合により含有される重金属等の有害物質が場外に流出又は拡散して公害の発生することを防止するために遮水策が講じられている。この遮水は、現在においては、行政指針に従って多くは合成ゴム又は合成樹脂シートを場内に敷き詰めるか或いはモルタル又はコンクリートミルクを吹き付けることにより行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題乃至発明の目的】
上記のシートによる遮水は施工時におけるシートの施工不良や破損、廃棄物の埋積以前における紫外線による劣化等により強度や遮水機能が損なわれる場合があり、又モルタルやコンクリートミルクの吹き付けによる遮水においては溶脱風化、即ち成分の溶出による強度低下を生じ易く、又地震等に起因する破損により遮水機能が一部或いは全面的に損なわれ、場外に汚染が拡散する例が幾つかの廃棄物最終処分場 （有害残土処分場を含む） において生じているのが実状である。
【０００４】
従って、本発明の主たる目的は、処分場に埋積された廃棄物から汚染物質が場外に流出乃至拡散することがなく、更に単なる遮水機能のみならず廃棄物最終処分場に関連して適切な種々の機能を有しており、従って環境汚染をもたらすことのない多機能遮水材を提供することにある。
本発明の他の、但し重要な目的は廃棄物最終処分場用の低コストな多機能遮水材を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、上記の目的を達成するための遮水材の調製法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、上記のような遮水材を用いて廃棄物最終処分場を建設するための遮水工法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は地盤に掘削形成された廃棄物最終処分場用スペースを、その底盤及び側盤から遮断する遮水材、殊に廃棄物最終処分場建設用の遮水材に関連して鋭意検討を重ねた結果、遮水機能の他に下記のような条件を満たす必要性があるとの結論に達した。
（ａ） 溶出する可能性のある重金属を固定する吸着機能を有すること、
（ｂ） 自立安定性を維持し且つ上載荷重により破壊が生じることのないように充分な強度を発現すること、
（ｃ） 保水性が高く且つ保水時に或る程度の可塑性を呈し、以て裂断が生じ難く、変形や地盤沈下に対して追従が可能で自己修復機能を有すること、及び
（ｄ） 紫外線による劣化が生じず、乾燥風化及び溶脱風化に対して高い耐候性を有すること。
【０００６】
上記の諸条件を満たす素材を見い出すために文献調査を実施した処、火山灰質粘性土に生石灰を配合して強度を発現する方法は地盤の改良法として提案されていることが判明し ［例えば、神谷等「土と基礎」Ｖｏｌ． ２５， Ｎｏ． １， ｐａｇｅｓ ３９ −
４５ （１９７７）］、又ゼオライトによる重金属類や臭気の吸着を利用する水処理及び空気処理関係技術は多数提案されていることが判明した。
しかしながら、粘性土と生石灰とゼオライトとを利用する廃棄物最終処分場の遮水材に関する技術は見当たらなかった。
【０００７】
本発明者等は粘性土を構成する成分中の鉱物が生石灰と化学反応して粘性土に強度を発現すること及びゼオライトが重金属等の吸着性に富んでいることを勘案し、これらを廃棄物最終処分場建設のための遮水材として利用することを試み
た。
【０００８】
即ち、粘性土と、生石灰 （粉体） と、ゼオライト粒子 （粒径 ３ ｍｍ 又はそれ以下） とを混合し、この混合物を成形し、押圧し、放置・養生して試験試料を作成し、この試料を用いて透水係数、空気間隙率等を測定して遮水性を調べ、ｐＦ 試 験を実施して保水性を調べ （試料の可塑性に関与）、一軸圧縮強度を測定して自 立安定性の程度と上載荷重に対する強さを調べ、又各種重金属の吸着実験を行った処、廃棄物最終処分場用の多機能遮水材としての条件を満たすことが判明し、斯くて発明を完成するに至った。
【０００９】
従って、本発明による廃棄物最終処分場用の多機能遮水材は、粘性土と、ゼオライト粒子と、生石灰とを含有し、乾燥重量比においてゼオライト粒子５−３０％、生石灰５−１５％、残部が粘性土であることを特徴としている。
粘性土としてはローム並びにロームと土質学的に同等な粘度及び真砂（花崗岩風化物）を例示することができる。
本発明による多機能遮水材の調整法は、上記の乾燥重量比の配合割合において、粘性土に生石灰を添加し混合して改良土を調整し、この改良土とゼオライト粒子とを混合することにより調整することができる。
前記調整法に使用されるゼオライト粒子は、改良土との混合前に水にて飽和させたものを用いるのが遮水性及び強度の観点から有利である。
本発明による廃棄物最終処分場の遮水工法は、上記の乾燥重量比の配合割合において、
粘性土に生石灰を添加し混合して改良土を調整し、この改良土とゼオライト粒子とを混合して遮水材を調整し、該遮水材を施工対象地盤に掘削形成された底盤及び側盤に盛り付けて整正し、転圧した後、放置・養生することを特徴としている。
前記遮水工法に使用されるゼオライト粒子は、改良土との混合前に水にて飽和させることが遮水性の確保及び可逆性に関連する保水性向上の観点から有利である。
【００１０】
【実施例等】
次に、試験例及び実施例により本発明を更に詳細に且つ具体的に説明する。
試験例 １ （一軸圧縮試験）
ロームを母材とし、生石灰及びゼオライト （乾燥粒子及び加水により水にて飽和させた粒子、以下においては「不飽和ゼオライト」及び「飽和ゼオライト」と称する） の混合比率を変化させ、ＪＩＳ Ａ １２１６−５８ （土の一軸圧縮試験方法） に準 じて試験試料を作成して一軸圧縮試験を実施した。
結果は下記の表 １ 及び ２ に示されている通りであり、粘性土に対して生石灰及びゼオライトを添加混合した試料の場合には材令、即ち養生期間に応答して一軸圧縮強度 （ｑｕ） が向上し、不飽和ゼオライトを用いるよりも飽和ゼオライトを用いた場合の方が一軸圧縮強度において高く、殊に飽和ゼオライトの配合量が
２０ 重量％ であり、生石灰の配合量が １０ 重量％ であり且つ残部がロームの場合 には、材令 ２８ 日で一軸圧縮強度が ５．０７ ｋｇｆ／ｃｍ^２ にも達しており、これは ５０ ｔｏｎ／ｍ^２ 程度の上載圧に耐える強度であり、従って深さの大なる大容量処分場に 適用する際にも底壁及び側壁を形成し且つ安定に保つに充分であることが判明した。
【００１１】
不飽和ゼオライト配合の場合 ：
【表１】

【００１２】
飽和ゼオライト配合の場合 ：
【表２】

【００１３】
試験例 ２ （透水試験）
ロームを母材とし、生石灰及び不飽和及び飽和ゼオライトの混合比率を変化させ、ＪＩＳ Ａ １２１８−６１ （土の透水試験方法） に準じて試験試料を作成して室内 透水試験を実施し、試料の遮水性を検討した。
結果は下記の表 ３ に示されている通りであり、透水係数は廃棄物最終処分場 指針による「透水係数 ｋ ＝ １ ｘ １０^−５ｃｍ／ｓｅｃ のオーダーよりも大きい場合には遮水工を設けることを原則とする」［廃棄物最終処分場指針解説 （厚生省水道環境 部監修）］、即ち ｋ ＝ １ ｘ １０^−５ｃｍ／ｓｅｃ 以下の目標値を充分にクリアーできることが判明した。更に、不飽和ゼオライトを用いるよりも飽和ゼオライトを用いた場合の方が生石灰の添加量による透水係数の変動幅は小であり、透水係数を １ ｘ
１０^−７ｃｍ／ｓｅｃ のオーダーになし得ることが判明し、目標値 １ ｘ １０^−７ｃｍ／ｓｅｃ 以下 ［最終処分場の設計と新技術 （工業技術会）］ もクリアーできることが判明した。
【００１４】
【表３】

【００１５】
試験例 ３ （ｐＦ 試験）
物質の可塑性に関与する保水性を調べるために、ｐＦ 試験を実施した。
結果は下記の表 ４ に示される通りであり、生石灰の添加量が多くなると保水 性が低下する傾向のあることが判明したが、不飽和ゼオライトを用いるよりも飽和ゼオライトを用いた場合の方が保水性が高い。
【００１６】
【表４】

【００１７】
試験例 ４ （重金属の吸着試験）
産業廃棄物に含有されている場合が多い主要な ６ 種類の重金属 ［亜鉛 （Ｚｎ）、カドミウム （Ｃｄ）、銅 （Ｃｕ）、クロム （Ｃｒ）、鉛 （Ｐｂ） 及びニッケル （Ｎｉ）］ の標準液 （濃度 ： ２ｐｐｍ） を使用し、本発明による多機能遮水材の重金属吸着試験を実 施した。即ち、経時的に上清を採取して原子吸光分析を行うことにより重金属の濃度変化を調べたのである。
この試験において多機能遮水材としては既述の試験例 １ − ３ に示される結果 から最も適切な配合組成であると考えられたもの、即ち乾燥重量基準においてローム ７０％、ゼオライト ２０％ 及び生石灰 １０％ のものが採択され、又コントロールとしてはゼオライトが単独で使用された。
結果は図 １ に示されている通りであり、コントロールの場合には １ 時間経過後に金属濃度が当初値の約半分となるが、その後の濃度減少割合は僅かであり、１５ 時間経過後においても全種類の金属の存在することが判明した。これに対し て、本発明による多機能遮水材の場合には、１ 時間経過後において亜鉛、カドミウム及びニッケルは既に吸着されて検出されず、検出された銅、クロム及び鉛の量も極めて僅かであり、この多機能遮水材の重金属吸着能はコントロールであるゼオライトと比較する場合に約 １０ 倍又はそれ以上であることが判明した。
【００１８】
実施例 （産業廃棄物最終処分場の建設）
本実施例に関連しては図 ２ を参照され度い。
先ず、対象地の地盤をほぼ擂り鉢状に且つ建設指導指針に従って途中に小段部が存在するように掘削整形し、又その周囲に排水用の側溝を掘削すると共に、多機能遮水材の母材であるロームの集積ヤード並びに配合物である生石灰及びゼオライトの攪拌用ピットを確保する （上記段部の形成ピッチは指導指針に従って、高さ約 ５ｍ 毎とする）。
次に、母材を掘削し、現場に運搬し （現場の土質がローム等の粘性土であれ
ば、建設現場での掘削土を母材として用いることができ、他の場所からの母材の運搬は不要となる）、生石灰及び乾燥ゼオライトを搬入する。次いで、混合作業 前準備として母材の整形を行う。この「整形」とは母材を攪拌して均質なものとする作業である。
【００１９】
乾燥重量基準で母材 ７０％ 及び生石灰 １０％ となるように、パワーミキサーを用いて整形済み母材と生石灰粉末とを充分に混合することにより改良土を調製す
る。
一方、乾燥ゼオライト粒子に対して充分に散水し、飽和ゼオライトを調製する。
乾燥ゼオライト基準で ２０ 重量％ に相当する飽和ゼオライトを上記の改良土に添加し、パワーミキサーを用いて充分に混合することにより多機能遮水材を調製する。
【００２０】
バックホウ （ドラグショベル） を用いて上記の多機能遮水材により、上記の地盤掘削面 （水平底盤、傾斜側盤及び水平小段部面） を被覆し且つ盛り付ける整正作業並びにローラーによる転圧作業を実施する。多機能遮水材層の最終厚みは処分場の計画容積量と上載厚及び地山強度に基づいて算定するが約 ０．５ − ３．０ｍ に設定する。
最後に、底壁上の適宜箇所にグリ石を配し、水抜き用のパイプをセットし、該パイプの一端をグリ石にて覆うと共に、別途に建設された地上の吸引・浄化設備に上記パイプの他端を導いて処分場の建設を終了する。建設された処分場は １ −３ 週間放置することにより養生を行えば、使用可能となる。
尚、処分場の景観及び環境保護及び遮水材の浸食や乾燥風化を防止するため
に、処分場の斜面及び段部には図示されているように貼り芝を行ったり芝種の吹き付けを行う。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による多機能遮水材は、粘性土と、ゼオライト粒子と、生石灰とを含有し、乾燥重量比においてゼオライト粒子５−３０％、生石灰５−１５％、残部が粘性土であることを特定したことにより、遮水機能において極めて優れているのみならず、強度が高く廃棄物最終処分場の底壁及び側壁形成材として充分であり、土質素材であるために掘削地盤面との融和性が高く、保水性が高いために或る程度の可塑性を示し、従って破損に対する自己修復機能を有しており、素材が粘性土、ゼオライト及び生石灰であるために紫外線による劣化並びに乾燥風化及び溶脱風化が生じ難く、更に重金属吸着性が高いために廃棄物中に場合により存在している有害重金属が雨水等に溶出しても吸着して外部への漏洩を防止することが可能である。
尚、本発明による多機能遮水材における主たる素材は粘性土、例えばロームであり、これは国内各地において多量に存在し、従って容易に且つ廉価に入手し得るので経済的に優れていると云う利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】ゼオライト粒子をコントロールとし、本発明による多機能遮水材を被験品として重金属の吸着試験を行った結果を示すグラフである。
【図２】本発明による多機能遮水材を用いて建設される廃棄物最終処分場の一例を示す縦断面図である。

Claims (5)

1. 粘性土と、ゼオライト粒子と、生石灰とを含有し、乾燥重量比においてゼオライト粒子５−３０％、生石灰５−１５％、残部が粘性土であること、を特徴とする廃棄物最終処分場用の多機能遮水材。
2. 粘性土に生石灰を添加し混合して改良土を調整し、この改良土とゼオライト粒子とを混合すること、を特徴とする請求項１に記載の廃棄物最終処分場用の多機能遮水材の調整方法。
3. 前記ゼオライト粒子は、改良土との混合前に水にて飽和させること、を特徴とする請求項２に記載の多機能遮水材の調整方法。
4. 請求項１に記載の多機能遮水材を使用し、粘性土に生石灰を添加し混合して改良土を調整し、この改良土とゼオライト粒子とを混合して遮水材を調整し、該遮水材を施工対象地盤に掘削形成された底盤及び側盤に盛り付けて整正し、転圧した後、放置・養生すること、を特徴とする廃棄物最終処分場建設用の遮水工法。
5. 前記ゼオライト粒子は、改良土との混合前に水にて飽和させること、を特徴とする請求項４に記載の遮水工法。

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