Assessment of Recycled Brick and Concrete Aggregate as Filter Media for Laundry Wastewater Treatment for Irrigation Purposes
本研究は、再生砕折レンガ骨材が、特に層厚900 mmにおいて、カルシウムの溶出やpH、電気伝導率（EC）、総溶解固形物（TDS）の上昇を回避するという点で砕石コンクリートよりも優れており、資源制約のある環境下で灌漑基準を満たすための洗濯排水処理用として、化学的に安定かつ低コストなろ過材として機能することを実証している。
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多くの成長著しい都市では、2つの異なる問題がしばしば衝突しています。それは、農業用の清潔な水の不足と、建物が取り壊された後に残される大量の瓦礫です。洗濯などの際に発生する「グレーウォーター（生活排水）」は、石鹸や汚れに満ちていますが、そのまま農作物に使用するには汚れすぎていることがよくあります。同時に、建設業界は膨大な量の砕けたコンクリートやレンガを発生させており、それらは再利用されることなく、通常は埋め立て地に投棄されています。科学者たちは、これら2つの問題を、壊れた建築資材を用いて汚れた水を浄化することで、共に解決できるのではないかと長年考えてきました。そのアイデアは単純です。コーヒーフィルターが粉をトラップしながら液体を通過させるように、砕いた岩の層が洗濯水の汚れや石鹸を捕まえ、庭の水やりには十分なほどきれいな水を作り出すというものです。この手法は、高価な処理施設への手が届かない場所において、複雑な機械や電気を必要とせずに、廃棄物を資源へと変える方法を提供できるため、特に魅力的なのです。
ナイジェリアの研究チームは、洗濯水と、建設廃棄物の中で最も一般的な2種類、すなわち「砕いたレンガ」と「砕いたコンクリート」に焦点を当てて、このアイデアの検証を行うことにしました。彼らは実験室に、フィルターとして機能するようにこれらの材料を層状に詰めた、一連の背の高い透明なチューブを用意しました。レンガは古い焼成粘土の壁から、コンクリートは鉄筋構造物の残骸から作られました。テストを現実的なものにするため、彼らは市販の粉末洗剤ではなく自家製の液体石鹸を使用している、オグボモソの地元の業者から実際の洗濯水を集めました。彼らは、レンガまたはコンクリートをさまざまな深さで詰めた6つの異なるカラム（柱）に、この汚れた水を上部から注ぎ込み、底から何が出てくるかを観察しました。目的は、水がより透明になるか、石鹸が除去されるか、そして水が植物にとって安全な状態を維持しているかを確認することであり、同時に、フィルターが最終的に目詰まりして機能しなくなるかどうかをチェックすることでもありました。
結果は、両方の材料が水の洗浄にうまく機能することを示しましたが、その挙動は大きく異なっていました。水が層を通過するにつれ、フィルターはかなりの量の濁りや石鹸を捕捉することに成功しました。材料の層が深いほど、水はよりきれいになりました。最も深いカラムでは、水は濁りの約80パーセントを失い、石鹸成分の半分を減少させました。しかし、研究者がろ過後の水の化学組成を調べた際、決定的な違いが現れました。砕いたレンガは、安定した中性的な洗浄剤として機能し、水に新しいものを加えることなく汚染物質を除去しました。一方で、砕いたコンクリートは、まるで「溶け出すスポンジ」のような挙動を示しました。水がその中を流れる際、コンクリートはカルシウムを放出し、pH値を上昇させ、水をよりアルカリ性にし、溶解固形分を増加させました。コンクリートは目に見える汚れをトラップすることに関してはわずかに優れた性能を示しましたが、同時に、長期的に土壌に悪影響を及ぼす可能性のある方法で水の化学的性質を変化させたのです。
チームが灌漑に関する国際的なガイドラインに照らして水を測定したところ、レンガのフィルターの方がより良い結果を出しました。レンガのカラムから出てきた水は、化学的に安定しており、ほとんどの作物に対して安全であり、ナトリウムレベルは土壌にダメージを与えないレベルまで低下していました。コンクリートのフィルターもナトリウムレベルを下げましたが、それは混合物にカルシウムを加えることで行われたものであり、自然な方法で水質を改善したわけではなく、数値上を良く見せたに過ぎませんでした。依然として一つの問題が残っていました。それは塩分、具体的には塩化物（クロリド）の含有量であり、これは効果的に除去されませんでした。フィルターを通った後でも、水には敏感な植物にとって中程度のリスクとみなされるほどの塩化物が含まれており、これは、フィルターが素晴らしい出発点ではあるものの、塩分を完全に処理するためには追加のステップが必要であることを意味しています。
研究者たちはまた、これらのフィルターが目詰まりするまでにどの程度持続できるかも確認しました。彼らは、数週間の使用をシミュレートするために、汚れた水を3回連続でカラムに通しました。あらゆるケースにおいて、水が材料の中を流れる速度は約27%から31%低下しました。コンクリートのカラムは、その緻密な構造ゆえに粒子をより多くトラップしたものの、水の通り道を狭めてしまったため、レンガのカラムよりもわずかに早く目詰まりしました。この低下は、もし実社会でこれらのフィルターを用いたシステムを使用する場合、適切に機能させ続けるために、洗浄や最上層の交換といった定期的なメンテナンスが必要になることを意味しています。本研究の結論として、両方の材料は有用ですが、灌漑用の洗濯水を浄化するためには、砕いたレンガの方が優れた選択肢であると言えます。それは、メンテナンスを行い、塩分の問題に別途対処するという条件付きではありますが、廃棄物を節水の道具へと変える、クリーンで安定した解決策を提供します。
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