(57)【要約】【課題】シュベルトマナイトで構成される複合材に於いて、流亡の虞がないと共に透水性を有し、汚染水に安定接触してヒ素等の重金属陰イオンを安定的に吸着できる複合材を提供する。【解決手段】繊維状素材と、前記繊維状素材に坦持されるシュベルトマナイト、又は前記繊維状素材に坦持されるシュベルトマナイトの硫酸イオンの少なくともヒ酸イオン、一部をリン酸イオン若しくはケイ酸イオン等の陰イオンで置換したシュベルトマナイト化合物とで構成され、透水性を有することを特徴とする複合材。【選択図】図１
2009136795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状素材と、
前記繊維状素材に坦持されるシュベルトマナイト、又は前記繊維状素材に坦持されるシュベルトマナイトの硫酸イオンの少なくとも一部をヒ酸イオン、リン酸イオン若しくはケイ酸イオン等の陰イオンで置換したシュベルトマナイト化合物とで構成され、
透水性を有することを特徴とする複合材。
【請求項２】
請求項１記載の複合材の製造方法であって、
組成式：Fe8O8(OH)8-2x(SO４)x（１≦ｘ≦1.75）のシュベルトマナイトの1〜50％(w/w)懸濁液を、CaO：0〜50％(w/w)、SiO2：0〜100％(w/w)、Al2O3：0〜100％(w/w)の成分比からなる直径1,000μm未満の前記繊維状素材に対して、1：0.1〜10の重量比で混合して製造することを特徴とする複合材の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の複合材が砂質土壌に5kg/m3以上の割合で略均一に混合されていることを特徴とする吸着材。
【請求項４】
不透水性で上面開放の箱状容器若しくは上下面開放の筒状容器と、
前記箱状容器若しくは前記筒状容器に収容されて、上側に汚染土壌が配置される請求項１記載の複合材又は請求項３記載の吸着材を備えることを特徴とする浄化設備。
【請求項５】
汚染水の流路上に請求項１記載の複合材又は請求項３記載の吸着材を配置し、前記複合材又は前記吸着材で重金属陰イオンを吸着することを特徴とする汚染水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱物の一種でありヒ素、セレン、六価クロム等の重金属陰イオンを吸着する機能を有するシュベルトマナイトに基づき構成される複合材及びその製造方法、吸着材、浄化設備及び汚染水の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シュベルトマナイト（schwertmannite）は組成式：Fe8O8(OH)8-2x(SO４)x（１≦ｘ≦1.75）の低結晶性鉄（III）酸化水酸化硫酸塩鉱物であり、シュベルトマナイトはヒ素を吸着して安定し、ヒ素を保持し続ける。また、シュベルトマナイトは、ヒ素以外にも、セレン、六価クロム、アンチモン、リン酸、ケイ酸等の陰イオンを吸着することが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、シュベルトマナイトは粘土鉱物の一種で微細な粒子状となっているため、汚染土や汚染水に加えて混合することで浄化することは容易であるものの、例えばイオン交換樹脂の通水型浄化処理のように、所定の容器に充填し汚染水を通過させて汚染水の重金属類を吸着させる構成とすることは、微粒子の目詰まりが生じるため難しい。
【０００４】
また、汚染土壌の下層地盤及びその周囲に重金属類の吸着層を配置し、汚染土壌からの浸出水に含まれる重金属類を捕集して地下水汚染を防止する方法も考えられる。前記方法とする場合、吸着効果を有する浄化材料の活用が必須であるが、液状の浄化材料ではそれ自体の流亡があり、又、粉体の浄化材料では土壌間隙の目詰まりを生じて部分的に透水性を低下し、汚染土壌の浸出水が浄化材料の無い土壌間隙を伝ってしまうことがあるため、重金属類を吸着する効果が得られない。そのため、材料の流亡の虞が無いと共に透水性を有し、汚染水に安定接触して重金属類を効果的に吸着できる浄化用の材料が求められている。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであり、シュベルトマナイトに基づき構成される複合材に於いて、流亡の虞がないと共に透水性を有し、汚染水に安定接触してヒ素等の重金属陰イオンを安定的に吸着できる複合材及びその製造方法、吸着材、浄化設備及び汚染水の浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の複合材は、繊維状素材と、前記繊維状素材に坦持されるシュベルトマナイト、又は前記繊維状素材に坦持されるシュベルトマナイトの硫酸イオンの少なくとも一部をヒ酸イオン、リン酸イオン若しくはケイ酸イオン等の陰イオンで置換したシュベルトマナイト化合物とで構成され、透水性若しくは浸透性を有することを特徴とする。前記繊維状素材は、例えばCaO：0〜50％(w/w)、SiO2：0〜100％(w/w)、Al2O3：0〜100％（w/w)の成分比からなる直径1,000μm未満の繊維状素材とする。又、例えば長さが10mm以上、太さが1,000μm未満、直毛状および巻き毛状の形状とする。又はその双方の構成を備えるものとすると好適であるが、本発明の趣旨の範囲内で適宜である。また、複合材の透水性若しくは浸透性の程度は、透水係数が10-5cm/ｓ以上の高い透水性を有するものとすることが好ましい。
【０００７】
また、本発明の複合材は、前記繊維状素材以外の坦持材を前記繊維状素材に代えて用いることも可能であり、斯様な坦持材としては、例えば活性炭、ゼオライト、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、チタン、アルミナ、ＳＵＳ、セラミックおよびシリカの多孔質無機材料、ポリスチレン、オレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、四フッ化エチレン、メラミン、フェノール、ポリイミド、ポリスルフォンおよびホルムアルデヒドで構成される多孔質樹脂材料等を用いることが可能である。これらの坦持材によっても前記繊維状素材と同等の効果を奏する。
【０００８】
また、本発明の複合材の製造方法は、組成式：Fe8O8(OH)8-2x(SO４)x（１≦ｘ≦1.75）のシュベルトマナイトの1〜50％(w/w)懸濁液を、CaO：0〜50％(w/w)、SiO2：0〜100％(w/w)、Al2O3：0〜100％(w/w)の成分比からなる直径1,000μm未満の前記繊維状素材に対して、1：0.1〜10の重量比で混合して製造することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の吸着材は、本発明の複合材が砂質土壌に5kg/m3以上の割合で略均一に混合されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の浄化設備は、不透水性で上面開放の箱状容器若しくは上下面開放の筒状容器と、前記箱状容器若しくは前記筒状容器に収容されて、上側に汚染土壌が配置される本発明の複合材又は本発明の吸着材を備えることを特徴とする。前記浄化設備は、箱状容器の下面若しくは側壁の一部、又は筒状容器の下側の流水部から、流れる水を集水する集水路を設ける構成としてもよい。
【００１１】
また、本発明の汚染水の浄化方法は、汚染水の流路上に本発明の複合材又は本発明の吸着材を配置し、前記複合材又は前記吸着材で重金属陰イオンを吸着することを特徴とする。例えば汚染物の周辺の地盤や土木構造物等に本発明の複合材又は吸着材を配置して、汚染物からの浸出水である汚染水が複合材又は吸着材を通過するようにし、ヒ素等の陰イオン重金属陰イオンを組成式Fe8O8(OH)8-2x(SO４)x（１≦ｘ≦1.75）のシュベルトマナイトに吸着させ、重金属類の汚染が地下水へ拡散することを防止できる。また、例えば複合材を浄化容器若しくは浄化槽に充填若しくは敷設して、前記浄化容器若しくは浄化槽内の複合材にヒ素等の重金属陰イオンを含む汚染水を通過および接触させ、前記重金属陰イオンを組成式Fe8O8(OH)8-2x(SO４)x（１≦ｘ≦1.75）のシュベルトマナイトに吸着させ、その濃度を低減させて水質浄化を図ることができる。
【００１２】
尚、本明細書開示の発明には、各発明や各実施形態の構成の他に、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものも含まれる。また、本発明の複合材又は吸着材は、ヒ素、セレン、六価クロム、リン酸、アンチモン、ケイ酸等など陰イオン重金属陰イオンの吸着する各所の用途等に使用可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のシュベルトマナイトに基づき構成される複合材、吸着材等は、材料の流亡の虞がないと共に透水性を有し、汚染水に安定接触してヒ素等の重金属陰イオンを安定的に吸着できる。
【００１４】
また、複合材又は吸着材の繊維状素材の間に汚染水、若しくは汚染土壌の浸出水による汚染水を通過させる場合、持続的に通水しながら、シュベルトマナイトによるヒ素等の重金属陰イオンの吸着作用を繊維状素材上で生じさせることができ、通水的な条件下で非常に効率的にヒ素等の重金属類を吸着することができる。例えば汚染土壌の下層地盤に複合材を混合し、汚染土壌からの浸出水を地盤中で前記複合材の存在部分を水道として通過させ、浸出水に含むヒ素等の重金属類陰イオンを吸着して、汚染土壌からの重金属類の拡散防止による地下水保全を達成することとができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明について、シュベルトマナイトを繊維状素材に担持させた透水性の高い複合材と、前記複合素材を用いる吸着材と、ヒ素等の重金属陰イオンを吸着する前記複合材を用いる通水型浄化設備の実施形態に基づき説明する。
【００１６】
本実施形態の複合材は、繊維状素材と、前記繊維状素材に坦持される組成式Fe8O8(OH)8-2x(SO４)x（１≦ｘ≦1.75）のシュベルトマナイトとで構成されており、透水係数が10-5cm/s以上の透水性を有する。前記繊維状素材は、長さが約10mm以上、太さが約10μm未満、巻き毛状の形状である。前記複合材は、組成式：Fe8O8(OH)8-2x(SO４)x（１≦ｘ≦1.75）のシュベルトマナイトの7.5wt%懸濁液を、成分としてCaO：約40％(w/w)、SiO2：約45％(w/w)、Al2O3：約15％(w/w)からなる直径10μm未満の無機質の繊維状素材に対して、シュベルトマナイト懸濁液：繊維状素材＝１：１の重量比で混合して、作成されている。前記混合時に、シュベルトマナイト懸濁液は混合中に散水するように与えられた。シュベルトマナイトは表面に水酸基と硫酸基を持ち水和しているため、無機質の繊維状素材表面と電気的に引かれやすく、担持しやすくなっており、前記混合により、シュベルトマナイトは繊維状素材の表面に坦持される。
【００１７】
更に、本実施形態の吸着材（吸着層）は、前記作成した複合材を砂質土壌に40kg/m3の割合で均一に混合し、厚さ0.2mに敷設したものとした。前記吸着層は、図１に示すように、不透水性で上面開放の箱状容器に収容し、浄化設備としている。前記浄化設備は、箱状容器の一つの側壁に設けられている流水部（側壁の上端に設けた複数箇所の流水切欠、側壁に穿設した流水孔、他の側壁より高さが低い側壁の上端面等）から流れる水を集水する集水溝を箱状容器に隣接する外側位置（吸着層に隣接する外側位置）に有し、前記集水溝が集水路を構成している。
【００１８】
前記箱状容器に収容された吸着材の上側には汚染土壌が配置され、本実施形態では、自然的原因によりセレンを含んだ汚染土壌を0.7mの高さにまで盛土した。前記汚染土壌の浸出水は下側の吸着層に流れ、前記浸出水のセレンは、前記吸着層を通過することにより前記複合材で吸着される。前記吸着で浄化された浸出水は前記流水部を介して集水溝に導かれ、集水溝を流れることにより回収される。
【００１９】
ここで、図１の前記吸着材（吸着層）で浄化された水について、水素化物ICP発光分析装置によりセレン濃度を分析した。また、比較対照として砂質土壌に前記複合材を加えずに敷設して汚染土壌を盛ったものを作成して比較した。分析の結果を図２に示す。汚染土壌の盛土の分析結果から、セレンは環境基準値の6.5倍から徐々に低下し、前記複合材を混合した吸着層を通過した水質は地下水の環境基準値0.01mg/L以下で推移し、重金属であるセレンの浄化、拡散防止の効果が確認された。
【００２０】
上記実施形態では複合材とその使用方法として、自然的原因でセレンを含む汚染土壌の下層に砂質土壌と混合して吸着層として敷設し、例えば汚染物質の地下水への拡散を防止する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
例えば複合材又は吸着材が吸着する対象物質として、六価クロム、ヒ素、アンチモン、リン酸等適宜であり、これらの物質についても上記と同様の方法で浄化することが可能である。また、複合材を吸着材（吸着層）とする場合の混合対象は砂質土壌だけではなく、その他の地盤や土木材料としてもよい。また、本発明の複合材は、土壌や土木材料への混合する場合以外にも、容器やピットに充填し、その中に汚染水を通過させることにより、排水や重金属を含む湧水等の汚染水に対して適用することができる。
【００２２】
また、上記実施形態では、組成式：Fe8O8(OH)8-2x(SO４)x（１≦ｘ≦1.75）のシュベルトマナイトを用いて複合材を構成したが、その硫酸イオンの少なくとも一部をヒ酸イオン、リン酸イオン若しくはケイ酸イオン等の陰イオンで置換したシュベルトマナイト化合物を用いて複合材を構成してもよい。
【００２３】
また、本発明では繊維状素材に代えて透水性のある多孔質体の素材等を用いることが可能である。本発明の素材は、例えば無機質の素材（活性炭、ゼオライト、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、チタン、アルミナ、ＳＵＳ、セラミック及びシリカ等）とすることが可能であり、更に無機質の素材以外に、有機質の繊維状若しくは多孔質の素材（ポリスチレン、オレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、四フッ化エチレン、メラミン、フェノール、ポリイミド、ポリスルフォンおよびホルムアルデヒド等）等としてもよい。また、加水だけでシュベルトマナイト又はシュベルトマナイト化合物を坦持できない場合には、シュベルトマナイト又はシュベルトマナイト化合物を繊維状素材に坦持するための適宜の有機質のバインダー（でんぷん、あが、セルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル、アクリル、エチレンビニルアルコール、ウレタン樹脂、カルボキシメチルセルロース、塩ビ重合用懸濁剤、カルボン酸ビニル、酢酸ビニル、ポリビニルアルコールおよびこれらのエマルジョン等）若しくは無機質のバインダー（粘土、フェライト、珪藻土、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、石膏、石灰、セメント等）を使用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、例えば汚染水や汚染土壌の浄化及び汚染物質の拡散防止に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】複合材を土壌に混合した吸着層を敷設してその上部に汚染土壌を盛った浄化設備の概要図。
【図２】吸着層を通過した浸出水と、吸着層を通過しない浸出水のセレン濃度を比較するグラフ。
【図１】
2009136795.tif 000003
【図２】
2009136795.tif 000004