（様式３）新潟大学災害・復興科学研究所
共同研究報告書

低コスト廃材による地質中有害重金属類の不溶化処理

研究分担者氏名

川辺 能成 1）
斎藤 健志 2）

研究分担者氏名

渡部 直喜 3）

研究代表者氏名

1） 早稲田大学・創造理工学部 2）産業技術総合研究所・地質調査総合センター
3）新潟大学災害・復興科学研究所
研究要旨
本研究では、16 種類の地質試料（土壌・堆積物・岩石）を採取し、環境庁告示第 46 号に基づく溶出試験に供した。特徴的な傾向を示した 2 種類の地質試料について、5 種類の廃材（鉄鋼スラグ、フライアッシュ、リサイクルコンクリート、軽量気泡コンクリート、排煙脱硫石膏）を用い、地質中のヒ素、鉛、カドミウムの不溶化試験を試みた。また、コントロールの不溶化材として、カルシウム系の材料（炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム）も比較対象として試験に加えた。廃材の添加率を上昇させていくと、重金属類の不溶化率が上昇し、一定の数値に収束する傾向が複数で認められた。いずれの地質試料に対しても、また、どの重金属類についても、共通して良好な不溶化効果を示した廃材は、リサイクルコンクリートであった。リサイクルコンクリートは、世界中、多くの地域で容易に入手できることから、汎用的な技術にも繋がる可能性が高く、社会的にも有用である。

Ａ．研究目的由来の重金属類を含む地質（土壌・堆積物・岩石）

近年、トンネルや道路などの土木工事由来の建試料を対象に、複数の廃材を活用することで、そ設発生土、また、土砂災害で発生する土塊、そしの添加率と不溶化率の関係性について評価した。て、休廃止鉱山周辺の地質（土壌・堆積物・岩石）

これより、地質中の有害重金属類に対する不溶化などにおいて、自然由来の重金属類（ヒ素、鉛な処理における、廃材の有効性・適用性を検討するど）が溶出しやすい化学形態で高濃度に含まれるための基礎的知見の集積に努める。

こともしばしば認められ、問題となるケースが多々報告されている。特にその対策として、費用

Ｂ．研究方法対効果などの問題から原位置手法が推奨されて16 種類の土壌・堆積物・岩石（地質試料 A～P とおり、例えば、重金属類を固定化する不溶化処理する）を採取し、環境庁告示第 46 号に基づく溶出が従来から注目されている。

試験に供した。すなわち、風乾させた土壌を 2 mm

一方、特に国内においては、一般廃棄物ならびのふるいにかけ、土壌（単位 g）と水（単位 mL）に産業廃棄物の残余容量および残余年数に、余裕を重量体積比 10%の割合で混合し、20℃で 6 時間がない状況が続いている。加えて、近年のサーキの水平振とうを行った。振とう回数は毎分約 200ュラーエコノミーや SDGs などの流れもあり、よ回であり、振とう後、10～30 分間ほど静置して、り一層、廃棄物を有効に利活用する必要性が強く3,000 重力加速度で 20 分間の遠心分離に供した。

求められている。

その後、得られた上澄み液について、孔径 0.45 m以上のような背景に基づき、本研究では、自然のメンブレンフィルターで濾過し、ICP-MS（誘導結合プラズマ質量分析計：Agilent 7700x ICP-MS）認められたと判断することとした。対象とした 2で重金属類（カドミウム：Cd、鉛：Pb、クロム：種類の地質試料（E および K）について、As と Pb

Cr、ヒ素：As、セレン：Se、ホウ素：B、フッ素：に着目すると、いずれも不溶化効果が認められたF など）を定量した。この結果に基づき、2 種類の廃材は、主としてリサイクルコンクリートと軽量地質試料を対象として（詳細は、後述する）、以下気泡コンクリートであった。一方、地質試料 K のの不溶化試験に供した。

Cd については、リサイクルコンクリートのほか、不溶化試験では、廃材を 2.5%、5%、10%の比率鉄鋼スラグも不溶化効果を示した。したがって、で地質試料に添加し、24 時間、20℃ならびに相対2 種類の地質試料（E ならびに K）、そして、対象湿度 60%の環境下において、養生を行った。そのとした 3 種類の重金属類（As、Cd、Pb）について、後、上記と同様に、環境庁告示第 46 号に基づく溶共通して良好な不溶化効果を発現した廃材は、リ出試験に供し、廃材の添加率と重金属類の不溶化サイクルコンクリートであった。

率について評価を試みた。

コントロールとしたカルシウム系材料につい

なお、本研究では、鉄鋼スラグ、フライアッシては、特に炭酸カルシウムが As ならびに Pb に対ュ、リサイクルコンクリート、軽量気泡コンクリし、良好な不溶化効果を示した。しかし、その一ート、排煙脱硫石膏、5 種類の廃材を活用した。

方で、Cd においては、十分な効果は認められなかいずれの試験についても、少なくとも独立した 3った。よって、本研究で用いた廃材の中でも、そ回の繰り返し試験を実施している。

して、カルシウム系不溶化材との比較においても、最も性能が良く汎用性が高い廃材は、リサイクルＣ．研究結果コンクリートであることが明らかになった。リサ

対象とした 16 種類の地質試料について、環境イクルコンクリートは、世界中、どの地域でも基庁告示第 46 号に基づく溶出試験に供した結果、本的には容易に入手できることが期待できるた

土壌環境基準に規定される As、Cd、Pb（基準値はめ、汎用的な技術に繋がる可能性があり、その社それぞれ、10 g/L、3g/L、10g/L である）に会的な有用性は高い。今後、その更なる汎用性等ついて、複数の超過が認められた。そのうち、特を評価するため、対象とする地質試料を増やして徴的な結果を示した地質試料 E と K を不溶化試験いき、その知見集積に努める予定である。に供した。具体的には、地質試料 E では、As と Pbに超過が認められ、特に Pb の超過が顕著であった。また、地質試料 K では、As と Pb だけではな
く、Cd についても超過が認められた極めて珍しいタイプの試料である。
図 1 には、一例として、地質試料 K に対するリサイクルコンクリートを用いた不溶化試験（Pb を対象）の結果を示す。リサイクルコンクリートの添加率上昇とともに、Pb の不溶化率が明瞭に上昇し、その後、不溶化率が一定に近づく傾向が認め

図 1 地質試料 K におけるリサイクルコンクリーられた。これに類似する傾向は、複数の廃材やコトによる Pb の不溶化試験結果（添加率と不ントロールとしてのカルシウム系不溶化材、そし溶化率の関係性）て、対象とした重金属類においても確認されている。

Ｅ．結論
本研究では、16 種類の地質試料を採取し、環境Ｄ．考察

庁告示第 46 号に基づく溶出試験に供した。特徴

ここでは、廃材の添加率を上昇させていくと、的な傾向を示した 2 種類の地質試料（E および K）

対象とした重金属類の不溶化率が一定の数値にについて、廃材（鉄鋼スラグ、フライアッシュ、収束したものについてのみ、良好な不溶化効果がリサイクルコンクリート、軽量気泡コンクリート、排煙脱硫石膏）を用いた不溶化試験（As、Cd、Pb

Ｇ．知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）を対象）を試みた。廃材の添加率を上昇させてい1.特許取得くと、重金属類の不溶化率が上昇し、一定の数値なしに収束する傾向が複数で認められた。いずれの地

2.実用新案登録

質試料に対しても、そして、どの重金属類についなしても、共通して良好な不溶化効果を発現した廃材

3.その他

は、リサイクルコンクリートであった。リサイク

なし

ルコンクリートは、世界中、多くの地域で容易に入手できることから、汎用的な技術に繋がる可能性が高いため、今後、対象とする地質試料を増やしていくことで、その更なる汎用性等を継続的に検討していく予定である。
Ｆ．研究発表1.論文発表なし
2.学会発表1) Sugita, H., Morimoto, K., Saito, T., andHara, J. (2023): Simultaneous removal ofAs (V) and F using Mg-based adsorbents.
Water Rock Interaction（WRI17）/ Applied
IsotopeGeochemistry(AIG14),

Sendai(Japan) (August 2023)
2) 杉田創・森本和也・斎藤健志・原淳子（2023）：Mg 系吸着材による As（Ⅲ）-F 同時除去について．
第 26 回日本水環境学会シンポジウム、大阪市、2023 年 9 月．
3) 斎藤健志・川辺能成・渡部直喜（2023）：廃棄物再生資材による自然由来重金属類含有土
壌の不溶化特性評価．第 60 回環境工学研究フォーラム、山口市、2023 年 11 月．
4) Saito, T., Watanabe, N., and Kawabe, Y.
(2023):

Applicabilityofrecycledmaterials for immobilization of harmful
heavy metals in soils. AGU (AmericanGeophysical Union) Annual Meeting 2023,
San Fransisco (USA) / Online (December2023).
5) 杉田創・森本和也・斎藤健志・原淳子（2024）：
Mg 系及び Ca 系吸着材の併用添加による As（V）除去－吸着等温線および XRD による考察．第 58 回日本水環境学会年会、福岡市、2024 年 3 月．