プロジェクトNo.22 発泡石膏ブロックの作成と重金属類除去効果の評価

プロジェクトNo.22
発泡石膏ブロックの作成と重金属類除去効果の評価
10ME222 ：姜東（キョウトウ）、08ME207 ：河野和宏
(担当教員：藤野毅)
方法
背景
発泡石膏の成分（重量比）：
世界中、湖底や地下水にヒ素などの重金属類が高濃度で含まれ
石膏（無水）
CaSO4
９４％
ていることが報告されている。特に、地下水を生活用水として利用す
硫酸アルミニウム Al2（SO4）3
５％
る途上国では、長期にわたる摂取により人体に重大な影響を与えて
炭酸水素ナトリウム NaHCO3
１％
いるものの、これを安価で簡易に取り除く方法がないため、問題はま
これを、紙コップに入れて、
すます深刻になっている。
水
H2O
７５％
本プロジェクトは、年々廃棄量が増加する石膏の有効利用法として、を加えて、すぐに５秒間、すばやく攪拌する。これを、乾燥炉(ADVANTEC製
ヒ素をはじめとする重金属除去のためのフィルターとして活用するこ定温乾燥器，DRA330DA)に入れて80℃で24時間乾燥させた。
とを試みる。ここでは、細粒化した無水石膏を発泡させ、ブロック状
にすることで、透水性を確保し、速やかに除去するための工夫を考発泡中の化学反応式
える。
Al2(SO4)3＋6 NaHCO3＝3 Na2SO4＋2 Al(OH)3↓＋6 CO2 ↑
発泡石膏の乾燥
写真：攪拌直後の状態
ｻﾝﾌﾟﾙ平均値
87.97
直後質量、ｇ
83.52
１時間後
79.5
３時間後
72.09
５時間後
56.66
２２時間後
56.34
２４時間後
0.64
２４時間後/直後
写真：出来上がった発泡石膏
発泡石膏の透水試験
L
Q
KT  
h A(t 2  t1)
ＫＴ：透水係数（ｃｍ/ｓ）
ｈ：水位差（ｃｍ）
Ｑ：透水量（ｃｍ２）
（ｔ２－ｔ１）：測定時間（ｓ）
Ａ:供試料の断面積（ｃｍ２）
Ｌ：供試料の長さ（ｃｍ）
0.040
0.0376
0.035
透水係数 , cm/s
定水位法：水位差ｈを一定に保持し、
土試料を通過した水量（透水量Ｑ）を
測定する方法で、透水係数ｋは下の
式を使って求めた。
80度で乾燥して 24時間後質量減らないで乾燥終了です
0.030
0.025
0.020
Ｌ＝4.8ｃｍ, ｈ＝6ｃｍ,
0.0132
２
0.015
２
Ａ＝πｒ＝3.14＊5.76＝18.09ｃｍ
0.010
（ｔ２－ｔ１）＝180秒の場合は
Ｑ＝54ｍｌ
ＫＴ＝0.0132（ｃｍ/ｓ）
0.005
0.000147
対照するために砂と土の透水係数も測りました」
0.000
砂の場合：
砂
ローム土
発泡石膏
（ｔ２－ｔ１）＝60秒ＫＴ＝0.0376（ｃｍ/ｓ）
土の場合：
同様の試験を砂とローム土で行い、比較を行った結果、発泡石膏は砂とロー
（ｔ２－ｔ１）＝300秒ＫＴ＝0.000147（ｃｍ/ｓ）ム土の間に位置し、フィルターとして適度な範囲に収まってる。
表１
炭素含有量の比較
イオン測定
ヒ素の除去効果の評価
人の健康の保護に関する環境基準（最終改正平成７年環境庁告示）及
び水道水の水質基準等では、「ヒ素」の基準値を 0.01mg/l 以下と定めて
います。
水道水のヒ素濃度は0.01ｍｇ/L。ヒ素標準液の濃度は1000ｍｇ/L 希釈し
て水道水の濃度の10倍（0.1ｍｇ/L） 20倍（0.2ｍｇ/L） 50倍（0.5ｍｇ/L）
の溶液を用意します。
この三つの溶液発泡石膏で濾過してヒ素どのぐらい取り除きますか、
ヒ素測定セットで測ります。
一． 10倍（0.1ｍｇ/L）の場合
水温は19度
ヒ素の濃度は0.065ｍｇ/Lになりました。除去率３５％
二．20倍（0.2ｍｇ/L）の場合
水温は20度
ヒ素の濃度は0.13ｍｇ/Lになりました。除去率３５％
三．50倍（0.5ｍｇ/L）の場合
水温は20度
0.22ｍｇ/Lにになりました。除去率56％
イオン測定
発泡石膏（無水）を水が入ってるビーカーに入れて２４時間後
どのぐらいイオンが浸みだすか、イオン濃度(Na, Ca, Mg, PO4な
どのプラスイオン)を測定した結果、何も検出されませんでした。
石膏の組成分析
市販石膏
炭素平均値％
廃石膏ボードの組成をX線回折により解析した。
0.14
2水石膏から半水石膏へ変換はスクリューコンベ 60℃加熱
0.20
アの加熱時間を長く、出口温度を高くするほど増 160℃加熱
0.00
大し、164℃では残存する二水石膏が1.8％になり、 650℃加熱
半水石膏は89.2%であった。残りの9.0％は残存し
廃石膏
た無水石膏とパルプ分であった。
炭素平均値％
さらに、廃石膏は市販の石膏と比べてやや灰色
がかっており、付着成分が影響していると思われ 60℃加熱
1.19
る。そこで、炭素量がどれほど残存しているかを 160℃加熱
1.20
元素分析装置（CHNコーダー，Yanaco社）で調べ 650℃加熱
0.00
た。
ヒ素吸着特性の振とう実験
市販石膏と廃石膏１ｇずつ取り、それぞれ1.01ｍｇ/Ｌ、0.20ｍｇ/Ｌ、5.00ｍｇ/
Ｌの濃度を用い、30mlのチューブに入れて、24時間振動してから砒素をど
のぐらい吸着するかを調べた。
ｻﾝﾌﾟﾙ1
ｻﾝﾌﾟﾙ2
ｻﾝﾌﾟﾙ3
ｻﾝﾌﾟﾙ4
ｻﾝﾌﾟﾙ5
ｻﾝﾌﾟﾙ6
ｻﾝﾌﾟﾙ7
ｻﾝﾌﾟﾙ8
ｻﾝﾌﾟﾙ9
ｍｇ/Ｌ
0.01
0.05
0.10
0.20
0.50
1.0を0.1に希釈
2.0を0.1に希釈
5.0を0.1に希釈
10.0を0.1に希釈
振動後のデータ
市販
除去率
0.009
10%
0.047
6%
0.075
25%
0.100
50%
0.240
52%
0.080
20%
0.070
30%
0.010
0%
0.010
0%
廃石膏
0
0.030
0.060
0.075
0.200
0.075
0.050
0.010
0.010
除去率
100%
40%
40%
62.5%
60.00%
25.00%
50.00%
0%
0%
ポイント：物理吸着比表面積が大きい、いろいろな粒度を持つ
今後の課題
石膏を発泡させ、大小様々な空隙中を溶液が通ることによる１回の
重金属の除去率は35－56％にとどまった。滞留時間が１分であるた
め、十分な除去を行うためには、今後も空隙率と滞留時間による効
果を検証し、一度でなく、数回循環させて除去することを考える。
*発泡石膏の作成には、(株)クレーバーン技術研究所の後藤優一研究
員にご協力いただきました。

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