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

• 研究課題/領域番号: 20H02246
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分22030:地盤工学関連
• 研究機関: 和歌山工業高等専門学校
• 研究代表者: 林 和幸 和歌山工業高等専門学校, 環境都市工学科, 教授 (30587853)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 透過性地中壁 / 地下水浄化 / 重金属 / 炭酸カルシウム / 地盤改良 / 金属資源 / 重金属固定

研究開始時の研究の概要

本研究は，地中に炭酸カルシウムを沈殿させて築いた透過性地中壁が持つ「地下水中の金属の固定・集積機能」に着目し，そこに固定・集積された金属資源の回収と，この時に発生する再利用残土を使った地下水浄化・金属資源回収システムの開発を目的に実施する．システム開発においては，透過性地中壁の適用範囲や耐久性の解明，金属回収技術の開発，および再利用残土の金属固定性能評価が不可欠であり，それらを実験通じて解決する．

研究成果の概要

炭酸カルシウム結晶には，水溶液中のニッケル，コバルト，マンガン，鉛，亜鉛などの重金属イオンを，溶液の重金属濃度を初期濃度の5%程度以下まで低減させるレベルの十分な重金属捕捉機能を有していることが明らかになった。この時の水溶液中の重金属イオン濃度の減少量は，同じ2価のカルシウムイオンの濃度の増加量とほぼ等しいことから，重金属の捕捉はカルシウムと重金属イオン間のイオン交換によるものであると推察された。土粒子表面に炭酸カルシウム結晶を付着させた土で作られた透過性地中壁模型への通水実験では，重金属イオン含有水が地中壁模型を通過する時間とともに重金属補足量が拡大することが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

透過性地中壁を使った地下水浄化技術は，汚染サイトに対する安定処理と比べ施工ボリュームが小さく，また数十年オーダーの継続利用にかかるランニングコストはゼロである。全体に低コストなこの技術を，重金属を含む地下水の浄化に利用できる十分な可能性を本研究において室内実験で確認できたことは，地下水汚染の拡大エリアにおける食の安全や土地利用拡大の観点から極めて意義深い。