土壌凍結・加熱サイクルを用いた土壌中の重金属類除去法の開発

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K13826
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 小島 悠揮 岐阜大学, 工学部, 助教 (70767475)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 地盤凍結・加熱 / 土中重金属移動 / 数値解析 / 吸着現象 / 水・熱・溶質同時移動現象

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，地盤を人工的に冷却・加熱した際に生じる地盤の凍結融解と土中水の蒸発現象を利用し，重金属汚染土壌中の重金属を一箇所に集積させ，除去する浄化工法の開発を目的としている．2019年度は，次の2点を中心に検討を行った．

①2018年度に数値解析実験によって冷却温度・加熱温度，土壌水分量が地盤中の水・熱・重金属移動に与える影響を解明したが，2019年度は追加で土性の違い（シルト質土と砂質土）と，吸着材を冷却・加熱サイクルと併用した場合の重金属集積効率について検討した．その結果，シルト質土等の粒径が細かい土質材料の方が重金属の集積効率が高いこと，吸着材の使用によって比較的低温の加熱でも集積効率を上げることができることが明らかになった．室内実験のデザイン決定や実用化を考える上で重要な知見が得られた．
②2018年度に開発した室内実験装置を用いて，数値解析にて高効率であることが示された冷却・加熱サイクルと吸着材の併用手法についてその効果を検討した．20日間の冷却・加熱サイクルを水溶性鉛を含む模擬汚染土（シルト質土）に与えたところ，数値解析の結果と同様に，冷却・加熱面および吸着材に重金属の集積が見られた．土壌水分量が高い場合により高い集積効率が示された．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

数値解析の充実により，多様な土壌条件，冷却・加熱温度下での重金属移動現象について理解が深められた．吸着材の併用を検討し，重金属集積効果が向上する可能性を示した．また室内実験において重金属集積が数値解析と似た傾向が得られたことは重要な発見である．現在数値解析・室内実験共に，更なるデータの蓄積のために継続して進めている．よって研究は概ね順調に進んでいる．

Strategy for Future Research Activity

数値解析・室内実験ともにデータの充実を継続して図る予定である．数値解析に関しては，冷却・加熱サイクルのパターン，すなわち冷却と加熱のそれぞれの継続時間とその組み合わせが重金属の集積に与える影響について検討する．室内試験に関しては，水分量が重金属の集積に与える影響についてより詳細に検討し，更に土性の違いと冷却・加熱サイクルのパターンが集積に与える影響についても検討する予定である．

Causes of Carryover

数値解析の充実化を図ったことにより，室内実験によって生じる解析サンプル数が少なく，その他に含まれる解析経費を殆ど執行しなかった．今後室内試験を充実させる予定であり，解析サンプル数が増えるために最終年度に消化する予定である．

Research Products

• [Journal Article] A new thermo-time domain reflectometry approach to quantify soil ice content at temperatures near the freezing point (2020)
  • Author(s): Kojima, Y., Nakano, Y., Kato, C., Noborio, K., Kamiya, K., Horton, R.
  • Journal Title: Cold Region Science and Technology Volume: 174 Pages: 103060
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2020.103060
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] A numerical study of contaminant accumulation using soil cooling and heating to induce soil water freezing and evaporation (2019)
  • Author(s): Kojima, Y., Nakano, Y., Flerchinger, G.N., Kamiya, K., Horton, R.
  • Organizer: Soil Science Society of America annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A new thermo-time domain reflectometry approach to quantify soil ice content at temperatures near the freezing point (2019)
  • Author(s): Kojima, Y., Nakano, Y., Kato, C., Noborio, K., Kamiya, K., Horton, R.
  • Organizer: Symposium on Freezing and Cold Region Phenomena
• [Presentation] 土壌の冷却・加熱サイクルを用いた汚染物質除去法の数値解析的検討 (2019)
  • Author(s): 小島悠揮，中野雄太，Gerald N. Flerchinger，神谷浩二，Robert Horton
  • Organizer: 土壌物理学会大会
• [Presentation] Evaluating improvement techniques for phytosuction separation method to remove heavy metals from contaminated soils (2019)
  • Author(s): Kojima, Y., Terada, H., Katoh, M., Kamiya, K.
  • Organizer: Japan Geoscience Union annual meeting