(57)【要約】【課題】三価及び五価のヒ素を吸着すると同時に高い遮水性能を有し、敷き詰めることにより広範囲の遮水工を構成することが可能な新規遮水材料を提供する。【解決手段】遮水性能とヒ素除去性能を有する遮水材料であって、まさ土及びベントナイトを含む混合土からなることを特徴とする遮水材料、上記ベントナイト混合土の圧密成型体からなる上記の遮水材料、上記ベントナイト混合土の圧密成型体が、板状の成型体である上記の遮水材料、及び上記ベントナイト混合土の圧密成型体が、該成型体を組み合わせることによって遮水工を施工することを可能とする所定の組み合わせ形状を有する上記の遮水材料。【効果】本発明の遮水材料は、産業あるいは一般廃棄物等処分場等の遮水工として、三価及び五価のヒ素が溶解した汚染水の周辺環境への漏洩を長期間にわたり防止する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮水性能とヒ素除去性能を有する遮水材料であって、まさ土及びベントナイトを含む混合土からなることを特徴とする遮水材料。
【請求項２】
上記ベントナイト混合土の圧密成型体からなる、請求項１記載の遮水材料。
【請求項３】
上記ベントナイト混合土の圧密成型体が、板状の成型体である、請求項２記載の遮水材料。
【請求項４】
上記ベントナイト混合土の圧密成型体が、該成型体を組み合わせることによって遮水工を施工することを可能とする所定の組み合わせ形状を有する、請求項２記載の遮水材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮水材料に関するものであり、更に詳しくは、遮水性能とヒ素などの有害物質の吸着固定性能を付与した、まさ土及びベントナイトを含む混合土からなる遮水材料及びその成型体に関するものである。
本発明は、産業あるいは一般廃棄物等処分場等の遮水工として、三価及び五価のヒ素が溶解した汚染水の周辺環境への漏洩を長期間にわたり防止することを可能とする新規遮水材料を提供するものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
平成１０年６月施行の総理府・厚生省共同命令「一般廃棄物の最終処分場及び産業廃棄物の最終処分場に係る技術上の基準を定める命令の一部を改正する命令」では、遮水工の要件の強化として、遮水層の二重化が打ち出された。これは、遮水材の一つとして、ベントナイトを用い、その不透水性を利用して、地層を経路とする有害物質の漏洩を防止する方策である。最終処分場を建設する場合には、現地発生土等とベントナイトを混合したベントナイト混合土を圧密して用いている。ベントナイト混合土の遮水性は、ベントナイトの主成分であるスメクタイトが水を含んで膨張し、土粒子間の間隙を埋めることによって発揮される。これらのベントナイト混合土の透水係数は、ゼロにすることは不可能であり、ベントナイト混合土層に達した水は、ある年月を経て周辺環境へと漏洩する恐れを完全には排除できない。そのため、ベントナイト混合土に、ヒ素など有害物質の吸着固定性能を付与しておくことが求められている。
【０００３】
ヒ素は、合金や半導体の原料として広く使用されている元素であるが、従来、その有毒性が指摘されており、工業廃水や電子基板のエッチング液中に微量に含有されるヒ素の除去が重要な問題として存在してきた。また、最近では、ヒ素を高濃度で含む汚染土壌の処理も問題となっている。通常の廃水処理過程では、三価鉄イオンによる沈殿分離が一般的に行われてきたが、五価ヒ素イオンに対しては有効であるこの手法も、三価ヒ素イオンに関しては、特に、低濃度領域で沈殿を生成しにくいという欠点を有していた。
【０００４】
他方、有機試薬を用いた溶媒抽出の手法においては、ジエチルジチオカルバメートあるいはピロリジンジチオカルバメートといった化合物が知られているが、これらは、ケロシン等の非極性溶媒への溶解性が低く、また、水相中に脱離しやすいという欠点を有していた。そして、これらの方法は、一般あるいは産業廃棄物処分場の遮水工のように、大量に除去材を使用しなければならない場合に、コストの上で問題があり、更に、長期的な化学的安定性の問題もあった。
【０００５】
また、先行文献には、例えば、ベントナイト混合土に少量の酸化チタンを加え、遮水工にヒ素吸着能を付加することが報告されている（特許文献１参照）。しかしながら、処分場の敷地は広大であるため、酸化チタンを用いることはコストの面で問題がある。更に、ベントナイト混合土は、水分を含むと膨潤し、隙間を充填するというベントナイト混合土の自己シール性を有することが知られている（非特許文献１参照）。遮水工は、透水係数１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以下　（一般的な厚さ５０ｃｍの場合）　であることが必要である。実際に、ベントナイト混合土は、室内実験では１×１０−８ｃｍ／ｓｅｃ未満の非常に高い遮水性能を保持すること（非特許文献２参照）が知られているものの、処分場施工時においては、重機による締め固めをするため、締め固め度の十分高いものが得られず、室内実験で得られた高い遮水性能を実現することが困難であるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特願２００１−３６１６６４
【非特許文献１】
小峰秀雄、第４５回粘土化学討論会講演要旨集、ｐ３２−３３（２００１）
【非特許文献２】
蛯名武雄ら、第４５回粘土化学討論会講演要旨集、ｐ１４４−１４５（２００１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を抜本的に解決することが可能な新しい遮水材料を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、まさ土及びベントナイトを含む混合土を使用することによって所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、まさ土及びベントナイトを含む混合土の圧密体を用いた遮水材料に関するものであり、高い遮水性能と三価及び五価のヒ素除去性能を同時に有し、処分場からの有害物質の漏洩を長期に防ぐことを可能とする遮水工に好適に使用し得る新しい遮水材料を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）遮水性能とヒ素除去性能を有する遮水材料であって、まさ土及びベントナイトを含む混合土からなることを特徴とする遮水材料。
（２）上記ベントナイト混合土の圧密成型体からなる、前記（１）記載の遮水材料。
（３）上記ベントナイト混合土の圧密成型体が、板状の成型体である、前記（２）記載の遮水材料。
（４）上記ベントナイト混合土の圧密成型体が、該成型体を組み合わせることによって遮水工を施工することを可能とする所定の組み合わせ形状を有する、前記（２）記載の遮水材料。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
一般に、ヒ素は、酸化チタン、酸化鉄、酸化アルミニウムなどに吸着することが知られており、例えば、酸化チタン−スメクタイト複合体をベントナイト混合土に少量混合して、ベントナイト混合土にヒ素吸着能を付与することが可能である。しかしながら、処分場の敷地は広大であるため、酸化チタンを用いることはコストの面で問題があった。また、ベントナイト混合土の遮水性能を低減させないためには、加える酸化チタン量は限られており、そのため、ヒ素吸着容量も高いものができないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明者らは、コストの面で有利な天然土壌を用いることを考え、候補材料として、日本で普遍的に見出される土の一種である、まさ土を研究した結果、まさ土は、三価及び五価のヒ素に対し、高い除去性能を有することが分かった。更に、まさ土とベントナイトを混合した混合土の圧密体は、高い遮水性能を有することも見出した。
【００１１】
他方、室内実験に用いられる供試体は、円柱状等の試験体であり、その形状のままではこれらを組み合わせて広い面積の遮水工構造を形成することはできないという問題があったが、本発明者らは、上記まさ土及びベントナイト混合土の圧密成型体を組み合わせることによって遮水工を施工することを可能とする所定の組み合わせ形状とすることにより上記問題を解決し得ることを見出した。
本発明の遮水材料は、まさ土及びベントナイトを含む混合土から構成される。本発明において、遮水工とは、埋立地内汚水の地下水への漏出を制御するための工作物を意味する。
【００１２】
また、本発明において、まさ土とは、花崗岩質岩石が風化してその場所に残留している残積土あるいはこれと同質の崩積土を意味する。まさ土になりうる母岩は、各種の花崗岩、花崗閃緑岩、閃緑岩、花崗斑岩、片麻岩等の結晶性深成岩あるいはこれと同質の変成岩である。これらの鉱物組成は、一次鉱物である石英、正長石、斜長石、黒雲母、角閃石とこれからもたらされたカオリナイト、ハロイサイト、イライト、バーミキュライトなど、粘土鉱物の種々の組み合わせからなっている。
【００１３】
このまさ土としては、例えば、岡山県岡山市万成産のものが代表的なものとして例示されるが、これに限らず、同質のものであれば同様に使用することができることは言うまでもない。本発明では、好適には、例えば、まさ土を砕細し、４２０μｍ篩で篩い、通過したものが用いられるが、これらに制限されない。また、ベントナイトとしては、好適には、例えば、米国ワイオミング州産のナトリウム型ベントナイトが用いられるが、これらに制限されない。まさ土とベントナイトの配合割合は、例えば、１００：１０〜２０とすることが例示されるが、これらに制限されるものではなく、適宜の配合比で使用することができる。まさ土及びベントナイトを含む混合土は、圧密成型体、例えば、板状の圧密成型体として用いられるが、成型体の形態は特に制限されない。この圧密成型体は、例えば、上記ベントナイト混合土を適宜の内径のモールドに入れ、数ｋｇのランマーで突き固めて圧密し、成型することにより作製されるが、それらの作製手段及び方法は特に制限されるものではない。
【００１４】
本発明の上記圧密成型体としては、例えば、板状の成型体が例示されるが、後記する実施例に示されるように、該成型体を組み合わせることによって遮水工を施工することを可能とする所定の組み合わせ形状を有するように作製することができる。これにより、例えば、上記各圧密成型体が縁を共有してお互いの隙間を埋め、圧密体間を他の材料で目張り・接合することなく、各圧密体をタイルのように敷き詰めることにより、広い面積の遮水工を実現することができる。
【００１５】
圧密成型体の形状が複雑な場合には、全体を均一に押し固めることが難しいことから、例えば、図４に示されるように、単純な形状でありながら、膨張圧縮等の体積変化により隙間ができないように、垂直面を排除する工夫を行うことができる。このような圧密板を作製することにより、圧密板を敷き詰める際には、Ａ面を上に置いた圧密板の隣には、別の圧密板をＢ面を上に置き、これを繰り返して市松模様の様に配置することにより、圧密板間の隙間を排除できる。本発明の圧密体は、例えば、専用に設計された金型と油圧プレスにより容易に成型可能であり、本発明において、圧密体の成型方法及び手段は特に制限されない。
本発明に係るまさ土を含むベントナイト混合土圧密体を遮水材料として使用し、これらを敷き詰めることにより、遮水性能とヒ素除去性能を有する遮水工を構築することができる。
【００１６】
【実施例】
次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
（１）まさ土のヒ素除去試験
まさ土（岡山県産）を用いて、三価及び五価のヒ素除去バッチ試験を行った。本実施例で用いたまさ土の粒径分布を図１に示す。また、蛍光エックス線分析法で決定した化学組成を表１に示す。エックス線回折ピークから、まさ土は、雲母と珪線石を含むことが分かった。４ｐｐｍのヒ素（Ｖ）水溶液１０ｍｌに、０．１ｇの土試料を加えて、室温で２４時間攪拌し、固液分離し、液相に残存したヒ素の濃度をＩＣＰ−ＡＥＳ法で測定することにより、まさ土によるヒ素の吸着除去実験を行った。
【００１７】
（２）結果
その結果、三価のヒ素は８３％、五価のヒ素は９９％除去された。まさ土のヒ素（ＩＩＩ）及び（Ｖ）吸着容量については、別の実験により、それぞれ約０．５〔ｍｇ／ｇ−　まさ土〕及び約０．１５〔ｍｇ／ｇ−　まさ土〕と決定された。なお、ＩＣＰ−ＡＥＳは、誘導結合高周波プラズマ発光分光分析（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ　Ａｔｏｍｉｃ　ＥｍｉｓｓｉｏｎＳｐｅｃｔｏｒｏｓｃｏｐｙ）であり、アルゴンプラズマの中に試料溶液を導入し、溶液中の元素を励起原子又は励起イオン状態とし、これらが低いエネルギー状態に失活する時に放出する光を分光分析し、定量分析した。
【００１８】
【表１】
2004113838.tif 000002
【００１９】
実施例２
（１）まさ土及びベントナイト混合土圧密体のヒ素除去試験
まさ土−ベントナイト混合土圧密体の遮水材料としての長期実証試験を、（株）　ホージュン製万能型透水係数測定装置タイプＤを用いて行った。ワイオミング産ベントナイトのエックス線蛍光分析による化学組成を表１に示す。４ｐｐｍに調製した三価のヒ素水溶液を、圧密体に加圧通水し、圧密体を通過した水のヒ素濃度の変化をＩＣＰ−ＡＥＳで測定した。このとき、まさ土とベントナイトの混合比は１００：１３とした。圧密はＪＩＳ　Ａ１２１０に基づき、繰り返し法、突き固め層数３、一層あたりの突き固め回数２５回で行った。圧密体の大きさは、直径１００ｍｍ、厚さは約１６ｍｍである。
【００２０】
（２）結果
その結果、９４２ｍｌ、すなわち、圧密体体積の約７．５倍の水を通液した後も（９５日経過時点）、ヒ素の漏洩は確認されていない（図３）　。この通液量は、ベントナイト混合土層厚さが２ｃｍ、汚染水水深が２ｃｍと仮定した場合、約２９３年分に対応する。
【００２１】
実施例３
透水係数の測定は、（株）ホージュン製万能型透水係数測定装置タイプＤを用いて行った。このとき、まさ土とベントナイトの混合比は１００：１３とした。透水係数は、ＡＳＴＭ　Ｄ　５０８４−９０に基づき、変水位法により測定した。その結果、まさ土−ベントナイト混合土の透水係数は、１．３×１０−９ｃｍ／ｓｅｃと決定された。この透水係数の値と実施例１で得られたヒ素吸着容量から、ヒ素がベントナイト混合土から漏洩し始めるまでの期間を計算することができる。ベントナイト混合土層上に、ヒ素（ＩＩＩ）あるいは（Ｖ）を溶存する汚染水が存在し、ベントナイト混合土層厚さが２ｃｍ、汚染水水深が２ｃｍであり、汚染水の濃度が４ｐｐｍであるとき、ヒ素（ＩＩＩ）あるいは（Ｖ）の漏洩は、それぞれ２万６千年あるいは８万６千年防ぐと計算された。
【００２２】
比較例１
豊浦標準砂（山口県産）　を用いて、三価及び五価のヒ素除去バッチ試験を行った。豊浦標準砂の粒径分布を図２に示す。また、蛍光エックス線分析法で決定した化学組成を表１に示す。４ｐｐｍのヒ素（Ｖ）水溶液１０ｍｌに、０．１ｇの豊浦標準砂を加えて室温で２４時間攪拌し、固液分離し、液相に残存したヒ素の濃度をＩＣＰ−ＡＥＳ法で測定することにより、豊浦標準砂によるヒ素の吸着除去実験を行った。その結果、三価のヒ素は６％、五価のヒ素は０％除去された。
【００２３】
比較例２
豊浦標準砂−ベントナイト混合土圧密体の長期実証試験を、（株）　ホージュン製万能型透水係数測定装置タイプＤを用いて行った。４ｐｐｍに調製した三価のヒ素水溶液を、圧密体に加圧通水し、圧密体を通過した水のヒ素濃度の変化をＩＣＰ−ＡＥＳで測定した。このとき、豊浦標準砂とベントナイトの混合比は１００：１３とした。圧密はＪＩＳ　Ａ１２１０に基づき、繰り返し法、突き固め層数３、一層あたりの突き固め回数２５回で行った。圧密体の大きさは、直径１００ｍｍ、厚さは約１６ｍｍである。その結果、ヒ素除去率は３０から８０％の間であり、通水初期よりヒ素の漏洩が確認された（図３）。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、まさ土及びベントナイトを含む混合土からなる遮水材料に係るものであり、本発明により、遮水性能とヒ素除去性能を有する新規遮水材料を提供することができる。また、遮水工に、例えば、２センチメートル程度の本発明の混合土締め固め材を用いることにより、三価及び五価のヒ素の漏洩を長期にわたり防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】まさ土の粒径分布を示す。
【図２】豊浦標準砂の粒径分布を示す。
【図３】まさ土−ベントナイト及び豊浦標準砂−ベントナイト混合土の流速とヒ素除去比率を示す。
【図４】ベントナイト混合土圧密板の形状の一例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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