最終処分場における高ｐH 浸出水の大気中 CO2 による pH 低減化技術
13T7-068 渡邉 辰也
指導教員 宮脇 健太郎
１．研究背景一般廃棄物において、最終処分場へ搬入される廃棄物の約 60%が可燃ごみの焼却処理により生じる焼却残渣である。埋立物中の焼却残渣の割合が高い処分場はアルカリ性物質を多く保有している。焼却灰中に含まれているアルカリ性物質の多くは酸化カルシウムであり、高ｐH 浸出水の原因となっている。浸出水を放流する際のｐH の排水基準は陸上処分場 pH5.8～8.6、海面処分場ではｐH5.0～9.0 となっている。 しかし埋立終了後から安定に至るまでは長期間の水処理を行う必要があり、多くのコストがかかってしまう。
コストを削減するためには合理的な中和対策が求められる。しかし集排水管近傍での大気中の二酸化炭素による中和については常識として語られているものの，中和能を定量化した検討は少ない。
よって本研究では，浸出水集排水管近傍での浸出水のｐH 低減化技術の開発を目的に気液接触槽での大気中の二酸化炭素吸収による中和作用を用いた実験を行い、検討した。
２．実験方法pH 低減化の過去の検討では、粒径 50～150mm までの砕石を充填していたが、本実験では表面積を多く取るために、規則充填物(TOYO HEILEX 200)を準備した。
材質はポリプロピレンで表面積 100m2/m3のものを使用した。直径 50cm,高さ 100cm のカラムに、充填高さ 90cm まで規則充填物を充填した。
分析項目は、ｐH、酸消費量(pH8.3)、無機炭素(IC)、二酸化炭素濃度、Ca 濃度の 5 項目とした。実験層内の鉛直方向の二酸化炭素濃度は、ｐH が安定したときに CO2 メーターを測定管に入れ 5cm ごとに測定した。
実験① pH 低減化試験
純水に Ca(OH)2 を溶解して pH10.5、ｐH11.0、pH11.5 に調整して Ca(OH)2 溶液を作成した。この溶液を浸出水を模擬したものとしカラム上部の4点から滴下させ，下部で採水し各種分析に供した。

写真 1 実験装置

流入水量(19～377L/日)はチューブポンプを用いて 4～5 段階に変化させ、流入水量による中和特性を検討した(降雨量換算 100～2000mm/日)。

チューブポンプ

4点から滴下実験② Ca スケール生成確認試験
純水に Ca(OH)2 と CaCl2 を溶解して pH11.0、Ca 濃度 200mg/L に調整して Ca(OH)2+CaCl2 溶

CO₂測定管た。流入水量(38～151L/日)はチューブポンプを用いて 5 段階に変化させ、流入水量による1000mm液を作成した。この溶液をカラム上部の 4 点から滴下させ，下部で採水し各種分析に供し規則充填物中和特性、Ca スケールの生成について検討した(降雨量換算 200～800mm/日)。pH 低減化試
験では Ca 濃度が実際の処分場より大幅に低かったため、Ca スケール生成確認試験として供給液Ca 濃度を増加させ、実処分場と同様の濃度で実験を行った。Ca 濃度は兵庫県豊岡処分場と500mm

大阪府泉大津処分場の Ca 濃度を参考に 200mg/L と決定した。

採水口

図 1 実験槽断面図
３．結果および考察
流出液 pH と供給液の流入水量(降雨量換算)の関係を図 2 に示す。初期 pH10.5 に調整した供給液は流入水量 283L/日(降雨量換算1500mm/日)条件で陸上処分場の pH の排水基準である pH8.6 を満たすことができた。初期 pH11.0、11.5 に調整した供給液は流入水量38L/日(降雨量換算 200mm/日以下)条件で pH8.6 付近まで低下し、陸上

11.0

処分場の pH の排水基準を満たすことができた。また、流入水量が増加すると初期 pH からの減少幅が小さくなることが確認された。この10.0はないが充填物の表面の水膜が厚くなるため、大気中の二酸化炭素とｐH要因としては、流入水量が増加すると大気との接触面積にさほど変化

pH10.5 ①

pH10.5 ②

pH11.0 ①

pH11.0 ②

pH11.5 ①

pH11.5 ②

9.0の中和反応が十分に行われなかったと推測することができた。しかし、
pH の排水基準を満たさなかった条件でも初期 pH からの減少が確認さ8.0れたため、大気中二酸化炭素との中和は行われていたと推測することができた。このことから、気液接触面積に二酸化炭素吸収量が依存することを示している。
流出液 IC(無機炭素)と供給液の流入水量の関係を図 3 に示す。
流入水量が増加すると IC(無機炭素)濃度は減少する傾向が確認された。
ま7.00400

800
1200
流入水量（mm/日）

図 2 流出液 pH と流入水量

1600

2000

14確認された。初期 pH10.5 条件では、0.6～1.0mg/L 程の減少幅であった

12が初期 pH11.5 条件では、7.5～8.0mg/L の減少幅が確認された。このこ10IC(mg/L)

た、初期 pH が高い条件ほど IC(無機炭素)濃度の減少幅が大きいことがとから、初期 pH が高い条件ほど二酸化炭素の溶け込む量に差があることが推測された。

8pH10.5 ①

pH10.5 ②

pH11.0 ①

pH11.0 ②

pH11.5 ①

pH11.5 ②64

流出液 Ca 濃度と供給液の流入水量の関係を図 4 に示す。pH 低減化試

2験では、初期 pH や流入水量に関わらず全濃度と溶存態の濃度はほぼ一00定であった。Ca スケール生成確認試験でも流入水量に関わらず全濃度と溶存態の濃度はほぼ一定であった。このことから、どちらの試験でも粒4008001200
流入水量（mm/日）

16002000

図 3 流出液 IC と流入水量子態(Ca スケール)が多量に生成されることはないと確認された。この要200

因としては、使用した実験槽では滴下から採水までの時間が短いのでCO2180

Ca濃度（mg/L）と Ca(OH)2 が反応する時間が十分になかったためと推測された。
流出液酸消費量(pH8.3)と供給液の流入水量の関係を図 5 に示す。初期 pH が高い条件ほど酸消費量の値も高いことが確認された。流入水量が増加すると酸消費量は増加するといった傾向が確認された。これは、

160
140

pH11.0① 全濃度
pH11.0② 全濃度
pH11.0① 溶存態
pH11.0② 溶存態

120

流入水量が増加すると充填物の表面の水膜が厚くなるため、アルカリ分100の消費量が減少するからであると推測された。しかし、流入水量が多い

200

条件でも原液の酸消費量の 1/2～1/3 程度まで減少していることが確認

300

400
500600
流入水量（mm/日)

700800図 4 流出液 Ca 濃度と流入水量された。

(Ca スケール生成確認試験)

流出液 1L 中の CO2 吸収量と供給液の流入水量の関係を図 6 に示す。酸消費量の結果(図 5)から、流入水量ごとの溶液 1L 当たりの二酸化炭素吸酸消費量(pH8.3)（mmol/L）

収量について定量化を行った。流入水量が増加すると溶液 1L 中の CO2 吸収量は減少することが確認された。また、同じ流入水量でも初期 pH が高い条件の方が溶液 1L 中の CO2 吸収量は高いということが確認された。
これは、初期 pH が高い条件ほど多くのアルカリ分を消費しなければならないためであると推測された。
単位面積当たりの CO2 量と供給液の流入水量の関係を図 7 に示す。酸10.90.80.70.60.50.40.30.20.100

消費量の結果(図 5)から、実験槽単位面積当たりの CO2 量の定量化を行っ

400

pH10.5 ①

pH10.5 ②

pH11.0 ①

pH11.0 ②

pH11.5 ①

pH11.5 ②

800
1200
1600
流入水量（mm/日）

2000

図 5 流出液酸消費量と流入水量た。流入水量の増加に伴い、実験槽単位面積当たりの CO2 量は増加するといった傾向が確認された。しかし、ある程度の流入水量まで増加す
CO2の吸収量(mmol/L)

ると CO2 量は一定になり増加しなくなることが確認された。
４．終わりに実験槽を用いた大気中の二酸化炭素による中和反応を実験的に検討したところ，以下の知見が得ることができた。
１）本実験での実験槽において、初期 pH11.0、11.5 条件では降雨量換算200mm/日以下でｐH8.6 付近まで中和され陸上処分場のpH の排水1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0

pH10.5

pH11.0 ①

pH11.0 ②

pH11.5 ①

pH11.5 ②0400

800

120016002000

流入水量(mm/日)基準を満たした。
初期 pH10.5 条件では降雨量換算 1500mm/日以下でｐ

図 6 流出液 1L 中の CO2 吸収量と流入水量

H8.6 付近まで中和され陸上処分場の pH の排水基準を満たした。
3.0

填物の表面の水膜が薄くなるため、pH が大きく減少することが確認さ

2.5

pH11.0 ①

2.0

pH11.0 ②

れた。
３）Ca 濃度を実際の処分場に近似させた 200mg/L に増加させても Caスケールが多量に生成は確認されなかった。
４）いずれの流入水量においても、酸消費量の減少が確認された。流単位面積当たりのCO₂量(mmol/m2・h)２）流入水量が少ないほど大気との接触面積にさほど変化はないが充入水量(降雨量換算)が最も多い条件でも原液の約 1/2～1/3 まで酸消費量が減少することが確認された。

pH10.5

pH11.5 ①

1.5

pH11.5 ②

1.00.50.00400800
1200
流入水量(mm/日)

1600

2000５）単位面積当たりの CO2 吸収量は流入水量が多いほど滴下した浸出水が実験槽内に浸入する量も増加するため、二酸化炭素の量も多くなっていくことが確認された。

図 7 実験槽単位面積当たりの CO2 吸収量と流入水量