炭酸カルシウム法地盤改良技術を使った地下水中の金属資源捕捉回収システムの開発

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02246
• Research Institution: Wakayama National College of Technology
• Principal Investigator: 林 和幸 和歌山工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (30587853)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 角田 範義 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 理事・副学長 (30201411) ; 岡村 未対 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (50251624) ; 安原 英明 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (70432797)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 透過性地中壁 / 炭酸カルシウム / 重金属

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，地中に炭酸カルシウムを沈殿させて築く透過性地中壁が持つ「地下水中の金属固定・集積機能」に着目し，その金属資源回収と，同時に発生する残土の再利用を組み込んだ地下水浄化・金属資源回収システムの開発を目的に実施する．今年度は，提案する地中壁で捕捉可能な金属種とそれに要する時間を調べるためのバッチ試験を2シリーズ実施した．
試験シリーズ1では，5mmol/Lに調整した亜鉛，鉛，コバルト，ニッケル，鉛それぞれの塩化物の水溶液1Lに重金属と等モルの炭酸カルシウム粉末を混合，攪拌し，各金属種の濃度変化を吸光光度計で定期的に調べた．その結果，鉛と亜鉛はいずれも数日以内で捕捉反応が収束したのに対し，コバルト，ニッケル，マンガンは3，4か月の混合攪拌を実施しても，全体の50%以下の捕捉率にとどまり，金属種によって捕捉に要する時間が著しく異なることが分かった．
試験シリーズ2では，地盤内の間隙における重量バランスを考慮して炭酸カルシウム混合量を調整したバッチ試験をマンガンに対し実施した．その結果，a)炭酸カルシウム混合量に比例して時間当たりのマンガン捕捉量は増加すること，およびb)溶液中のマンガンイオン濃度減少量とカルシウムイオン濃度増加量は，カルシウム溶出量がマンガン捕捉量より約20%多い直線関係にあることが分かった．このことより，炭酸カルシウムによるマンガンの捕捉は，炭酸カルシウム中のカルシウムとのイオン交換を主たる減少として行われていることが推察された．

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究の加速化と発展を目的に，当初実施予定になかったバッチ試験を実施した．限られた人的資源の中で実施したため，当初予定していたカラム試験の一部が実施できていないが，そこで得られた結果をもとに，実験の合理化と数値シミュレーションの基礎データが得られたことから，今後の研究の加速と発展が期待できる．

Strategy for Future Research Activity

引き続きバッチ試験を実施し，適用可能な金属種の調査，重金属捕捉に要する時間と炭酸カルシウム量の関係，重金属捕捉量とカルシウム溶出量の関係を明らかにする．また，これと並行して透過性地中壁を模した炭酸カルシウム含有砂のカラムに重金属溶液を通水するカラム試験を実施する．この試験では，砂の粒径や間隙比や流速，炭酸カルシウム含有率が重金属捕捉挙動に及ぼす影響の有無を明らかにする．また，重金属捕捉とともに変化するであろう砂の物理的特性として，透水性，ヤング率，および体積圧縮量の大きさや有無を調べる．