JP6881023B2 - 吸着シート工法 - Google Patents
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Description
[1] 重金属を含有する汚染土を、2枚以上の重金属イオン吸着シートを含む積層構造体の一方面上に載置することを特徴とする方法。
[2] 前記積層構造体が、3枚以上の重金属イオン吸着シートを含む[1]に記載の方法。
[3] 前記汚染土内を浸透する水により前記重金属が溶出し、溶出した重金属イオンが前記重金属イオン吸着シートと接触する[1]または[2]に記載の方法。
[4] 前記重金属が、六価クロム、セレン、砒素、フッ素、ホウ素、鉛、またはカドミウムである[1]〜[3]のいずれか1項に記載の方法。
[5] 前記重金属イオン吸着シートが、繊維基材と、前記繊維基材内に形成され、バインダー樹脂から構成されるバインダー樹脂層と、前記バインダー樹脂を介して前記繊維基材に固定される重金属イオン吸着剤と、を有する[1]〜[4]のいずれか1項に記載の方法。
[6] 前記重金属イオン吸着シートにおいて、前記繊維基材内部に前記バインダー樹脂が固着していない部分が存在し、該部分が、前記繊維基材全体の10%以上95%以下である[5]に記載の方法。
[7] 前記重金属イオン吸着剤として、個数平均粒子径が0.2μm以上5μm以下であり、
一般式:[Mg2+ 1-xAl3+ x(OH)2]x+[(An-)x/n・mH2O]x-
(An-はn価のアニオン、0.20≦x≦0.33)
で表される合成ハイドロタルサイト様物質を含む[5]または[6]に記載の方法。
[8] An-がNO3 -、CO3 2-、Cl-およびSO4 2-から選択される[7]に記載の方法。
[9] 単一種のAn-の含有率が、An-の総モル中、70モル%以上である[7]または[8]に記載の方法。
[10] 前記重金属イオン吸着シートの透水係数が0.01cm/sec以上0.50cm/sec以下である[1]〜[9]のいずれか1項に記載の方法。
本発明に係る吸着シート工法は、建設工事現場における盛土の形成に適用できる。そして本発明に係る方法は、重金属を含有する汚染土を、2枚以上の重金属イオン吸着シートを含む積層構造体の一方面上に載置することを特徴とする。図3には、本発明に係る吸着シート工法の一例を示し、2枚以上の重金属イオン吸着シートを含む積層構造体2は、通常、地盤3の上に設置され、そして前記積層構造体2の一方面上に重金属を含有する汚染土1を載置する。
従来の一般的な吸着層工法では、盛土の基礎に重金属等を捕捉するための吸着層を設け、該吸着層として、所望量の重金属イオン吸着剤を2枚の基材で挟んだ積層物や、所望量の重金属イオン吸着剤を砕石などに加えた混合材料を地盤3の上に敷設して使用していた。従来の吸着層工法では、重金属イオン吸着剤の量をn倍に増大した場合、重金属イオンの回収効率はnに比例して改善すると考えられていた。
本発明では、2枚以上の重金属イオン吸着シートを含む積層構造体の一方面上に汚染土を載置する。そして、前記汚染土内を浸透する水により前記重金属が溶出し、溶出した前記重金属が前記重金属イオン吸着シートと接触することにより重金属イオンを回収する。本発明者らが検討したところ、上記構成により、[1]重金属イオン吸着シートをZ枚積層したときの透過率Xは、1枚の重金属イオン吸着シートの透過率Yより、X=(Y)Zとして求められることが分かり、[2]更にX=(Y)Zにより透過率が予測できるため、予め汚染土から浸出する重金属イオンの濃度を測定しておけば、その濃度に併せて重金属イオン吸着シートの積層枚数を調整でき、これにより経済的でより安全な工法が提供されることが分かった。
前記重金属イオン吸着シートは、重金属イオンを吸着できる性能を有していれば、いかなるシートでもよい。前記重金属イオン吸着シートは、例えば、繊維基材と、前記繊維基材内に形成され、バインダー樹脂から構成されるバインダー樹脂層と、前記バインダー樹脂を介して前記繊維基材に固定される重金属イオン吸着剤と、を有することが好ましい。繊維基材を用いることで、重金属イオン吸着シート自体の透水性が良好になり、水と重金属イオン吸着剤とが接触し易くなる。更に、バインダー樹脂を介して重金属イオン吸着剤を繊維基材に固定しておくことで、重金属イオン吸着剤が水と共に流れることを抑制できる。
繊維基材としては、具体的には、バインダー樹脂が基材内部にまで浸透するよう、繊維を一部または全部に含むシート状の部材であることが好ましく、重金属イオン吸着シートに水が接触した際に透水性に優れるよう、繊維を含む不織布から構成されることがより好ましい。前記不織布は、長繊維不織布、短繊維不織布のいずれであってもよく、不織布のウェブ形成には、乾式法(カーディング法)、湿式法、スパンボンド法、メルトブロー法等を適宜採用するとよい。ウェブの結合方法も特に限定されるものではなく、例えば、ニードルパンチ法、スパンレース法(水流絡合法)等の機械的絡合法;不織布層に予め低融点繊維を混繊しておき、この低融点繊維の一部又は全部を熱溶融させて、繊維交点を固着する方法(サーマルボンド法);等の各種結合方法を採用できる。本発明では、繊維基材の強度を向上できることから、ニードルパンチ法、水流絡合法等の機械的絡合法が好ましく、特にニードルパンチ不織布が好ましく採用できる。
中でも、強度に優れることから、再生繊維や合成繊維が好ましく、より好ましくは、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、またはポリオレフィン繊維等の合成繊維であり、特に劣化が少ないことから、ポリエステル繊維が好ましく、ポリエチレンテレフタレート繊維が最適である。ポリエステル繊維は、繊維基材100質量%中、70質量%以上(より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上)含まれている事が望ましい。
なお平均繊維径は、例えば、目視や、繊維を構成する素材の繊度及び密度などに基づき計算により求めることができる。
重金属イオン吸着剤としては、重金属イオンを吸着できる材料である限り特に限定されないが、重金属イオン吸着剤としては、個数平均粒子径が0.2μm以上5μm以下であり、
一般式:[Mg2+ 1-xAl3+ x(OH)2]x+[(An-)x/n・mH2O]x-
(An-はn価のアニオン、0.20≦x≦0.33)
で表される合成ハイドロタルサイト様物質が好ましい。該合成ハイドロタルサイト様物質としては、例えば、特許第4036237号公報に記載の方法により合成されたハイドロタルサイト様物質が好ましく、該合成ハイドロタルサイト様物質は層状鉱物である。特許第4036237号公報に記載の方法により合成されたハイドロタルサイト様物質のように、20nm以下の結晶子サイズを有する合成ハイドロタルサイト様物質は、特に重金属イオンに対する選択吸着性に優れるため、本発明には好ましい。
本発明において、重金属イオン吸着剤の個数平均粒子径は、例えば、レザー回折式粒度分布測定装置により測定することが可能である。特に、合成ハイドロタルサイト様物質は凝集しやすい性質を有しているため、本発明でいう「重金属イオン吸着剤の個数平均粒子径」は、重金属イオン吸着剤(例えば、合成されたハイドロタルサイト様物質)の凝集体の個数平均粒子径を意味する場合がある。
次に繊維基材に塗布する塗料について説明する。塗料とは、重金属イオン吸着剤とバインダー樹脂とを含む液体である。固形の重金属イオン吸着剤は、前記塗料中にほぼ均一に分散されていることが好ましい。
前記重金属イオン吸着シートは、特に限定されるものではないが、例えば、前記塗料を前記繊維基材に含浸させる、或いは、前記塗料を前記繊維基材の片面に塗布することにより製造される。含浸法では、繊維基材の一方面から他方面にまで繊維基材の内部全体に塗料が付着するため、より多量に重金属イオン吸着剤を繊維基材に固定でき、重金属イオンの吸着量が増大するため好ましい。一方、前記塗料を前記繊維基材の片面に塗布する場合には、繊維基材の内部に塗料が付着しない部分(より好ましくは層)が形成されるため、この繊維基材中の塗料が付着していない部分において、繊維基材自体が本来有する透水性が発揮される。これにより、汚染土内を浸透する水により溶出した重金属イオンが、重金属イオン吸着シート全体に浸透しやすくなるため、大量の処理が可能となる。図1は、重金属イオン吸着シートの断面を100倍に拡大したときのSEM写真であるが、片面塗布の場合には、下側の白く光る部分には吸着剤を含有するバインダー樹脂が固着しないため、この部分が透水性に寄与することとなる。
重金属イオン濃度の測定:誘導結合プラズマ質量分析装置(アジレント・テクノロジー社製「ICP−MS(型式:Agilent7700)」)
個数平均粒子径(D50)の測定:レザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所製「SALD−7000」)
重金属イオン吸着剤として、合成ハイドロタルサイト様物質(An-がCl-であり、該Cl-の含有率が、An-の総モル中100モル%である塩素型の合成ハイドロタルサイト(ビーズ分散前の個数平均粒子径:5.6μm))を用いた。重金属イオン吸着剤が30質量%、分散剤等の固形分が10質量%となるようにしてこれらを水に撹拌し、得られた混合液をビーズ分散機で、ガラス製ビーズ(ビーズ直径:0.3〜5mm)を一定時間接触させた。その後、増粘剤を加えて粘度を調整することにより、個数平均粒子径が2.8μmの重金属イオン吸着剤分散液を作製した。
そこへ、水を分散媒とするアクリル系バインダー(日本合成化学工業社製「モビニール(登録商標)710A」、固形分41%、粘度200〜700mpas)及び起泡剤を、重金属イオン吸着剤分散液:アクリル系バインダー:起泡剤=100:60:2(質量部)の混合比となるように添加し、機械発泡にて発泡倍率3〜5倍にまで発泡させて発泡性塗料とした。
この発泡性塗料を、ポリエステル製スパンボンド不織布(東洋紡社製「945RHB」、スパンボンド不織布を構成する繊維の平均繊維径24μm、目付450g/m2、厚さ4.0mm)の片面に塗布し、その後130℃で乾燥させて、微多孔を有する重金属イオン吸着シートを得た。
なおバインダー樹脂層は、繊維基材の厚さ方向に表面から途中までに形成されており、バインダー樹脂が塗布されていない部分は、基材全体の72%であった。
また得られた重金属イオン吸着シートのJIS A1218−1998に準じて測定される透水係数は0.24cm/secであった。
[1]汚染模擬土として、60%砒酸溶液を水で希釈したものを、洗い砂に散布して良く混ぜて得られる、砒素溶出濃度が0.032mg/L(溶出基準の3.2倍)の土を用いた。
[2]整地した地盤に、保護シート、遮水シート、透水シート、4角塩ビパイプ、積層構造体をこの順で敷設し、積層構造体の上に汚染模擬土を盛土(サイズ:底辺2.4m×1.5m、高さ0.4m、盛土重量約1000kg、充填密度1.7g/cm3)した。
[3]散水/散水休止を一定時間毎に繰り返し、盛土に260L散水した。
[4]散水終了後、積層構造体を通過した水を採取して、採取した水に硫酸及び硝酸を加え、加熱灰化後、ICPにより砒素含有量を測定した。
[5]ICPにより測定された砒素含有量(μg)を、積層構造体を通過した水の総量(L)で除して砒素溶出濃度を求めた。結果を表1に示す。
実施例1では、散水試験における積層構造体として、作製例1により得られた重金属イオン吸着シートを3枚重ねたものを使用した。
比較例1では、実施例1における積層構造体を、作製例1により得られた1枚の重金属イオン吸着シートに変更したこと以外は、実施例1と同様に試験を行った。
比較例2では、実施例1における積層構造体を、1枚のポリエステル製スパンボンド不織布(東洋紡社製「945RHB」)に変更したこと以外は、実施例1と同様に試験を行った。
砒素吸着率(%)=100−{(a×b)/(m×n)}×100 …(1)
透過率(−)=(a×b)/(m×n) …(2)
[式(1)〜(2)中、a:各試験例における通過した水の総量(L)、b:各試験例における砒素溶出濃度(μg/L)、m:比較例2における通過した水の総量(L)、n:比較例2における砒素溶出濃度(μg/L)]
Claims (12)
- 重金属を含有する汚染土を、2枚以上の重金属イオン吸着シートを含む積層構造体の一方面上に載置する方法であり、
前記重金属イオン吸着シートが、繊維基材と、前記繊維基材内に形成され、バインダー樹脂から構成されるバインダー樹脂層と、前記バインダー樹脂を介して前記繊維基材に固定される重金属イオン吸着剤と、を有することを特徴とする方法。 - 前記積層構造体が、3枚以上の重金属イオン吸着シートを含む請求項1に記載の方法。
- 前記汚染土内を浸透する水により前記重金属が溶出し、溶出した重金属イオンが前記重金属イオン吸着シートと接触する請求項1または2に記載の方法。
- 前記重金属が、六価クロム、セレン、砒素、フッ素、ホウ素、鉛、またはカドミウムである請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記バインダー樹脂層が微多孔を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記重金属イオン吸着シートにおいて、前記繊維基材内部に前記バインダー樹脂が固着していない部分が存在し、該部分が、前記繊維基材全体の10%以上95%以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記重金属イオン吸着剤として、個数平均粒子径が0.2μm以上5μm以下であり、
一般式:[Mg2+ 1-xAl3+ x(OH)2]x+[(An-)x/n・mH2O]x-
(An-はn価のアニオン、0.20≦x≦0.33)
で表される合成ハイドロタルサイト様物質を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 - An-がNO3 -、CO3 2-、Cl-およびSO4 2-から選択される請求項7に記載の方法。
- 単一種のAn-の含有率が、An-の総モル中、70モル%以上である請求項7または8に記載の方法。
- 前記重金属イオン吸着シートの透水係数が0.01cm/sec以上0.50cm/sec以下である請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記繊維基材を構成する繊維の平均繊維径が10μm以上35μm以下である請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記繊維基材の厚さが1mm以上10mm以下である請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
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