処理された工業排水を用いたコンクリートの性能と環境評価

廃水を建築用水に変える意義

コンクリートは住宅や橋、学校、病院など現代生活の至る所に使われています。しかし大量のコンクリート製造は多くの飲料水を消費し、水不足に悩む地域が増える中で大きな負担となっています。本研究は単純だが潜在力の大きい発想を検証します：慎重に処理された工業排水は、建物を弱めたり環境を損なったりせずに、コンクリートやモルタルの混和水として飲料水に代わり得るか？

工場の排水から建設現場へ

研究者らは実際の処理工業排水を2種類用いました。1つは繊維工場由来、もう1つは食品加工工場由来です。加えて、銅と亜鉛を既知濃度で含む実験室用水を作り、重金属の影響を単独で調べられるようにしました。まず塩類、有機物、金属含有量など基本的な水質を測定し、それらをコンクリート混和水に関する国内外の基準値と比較しました。大半の値は許容範囲内でしたが、工業排水は飲料水より有機物を多く含んでいました。

コンクリート自体の挙動

次に研究チームは、飲料水で混合したコンクリート1種と処理工業排水を用いた2種、合計3種類のコンクリートを作製しました。生材の取り扱いやすさ（作業性）と、数日から数か月後の強度を試験しました。作業性はほぼ同等でした。圧縮強度（材料が耐える押し縮め力を示す指標）は、処理水を用いると10％未満の低下にとどまりました。割裂引張強度や曲げ強度（ひび割れや曲げに関する指標）は5％未満の低下でした。これらの小さな劣化は規範の範囲内であり、通常は構造設計を変更するほどの差ではありません。

細孔内部で起きていること

コンクリートの耐久性は主に微細な細孔を通る水や溶質の移動に左右されます。本研究では、処理排水を用いたコンクリートは毛管現象による吸水が実際に小さくなりました。これは有機化合物が最も細かい孔の一部を部分的に塞いだためと考えられます。一方で、塩化物の急速浸透試験では繊維工場由来の排水を用いた試験体でわずかに多くの電荷が通過し、細孔溶液中のイオン移動がやや増えていることが示唆されました。X線回折測定はセメント水和生成物の内部結晶相に穏やかな変化を示し、不純物による軽微な反応遅延と整合しました。

人と環境の安全性の確認

有害金属が時間とともに放出されるかを評価するため、研究者らは合成の銅・亜鉛溶液を用いてセメントペーストとモルタルを作りました。凝結時間と強度を測定し、加速溶出試験を行って、試料を水中に浸して数日間にわたり放出された金属を追跡しました。重金属濃度が0.5グラム毎リットル以下に保たれている場合、モルタルの強度損失は10％未満であり、凝結時間も規範内でした。その閾値を超えると強度低下が大きくなり、凝結の遅れが許容範囲を超えました。それでも溶出試験では亜鉛の94％以上がセメントマトリックス内に閉じ込められ、周囲の水へはごく一部しか移行していませんでした。

これが将来の建築用水に意味すること

日常語でまとめると、処理が適切に行われた工業排水は、多くのコンクリート・モルタル配合で飲料水に代替可能であり、強度やひび割れ挙動への影響は小さく、重金属は硬化体内部に主に閉じ込められることが示されました。水を定期的に検査し、金属濃度を明確な限度以下に維持することを条件に、構造用コンクリートでの利用は技術的にも環境的にも妥当です。この手法により建設現場は貴重な淡水を何千リットルも節約でき、有限な水資源への圧力を和らげつつ、耐久性のある信頼できるインフラを提供できます。

引用: Mohsen, S., Shamseldein, A., hany Wadie, E. et al. Performance and environmental assessment of concrete made with treated industrial wastewater. Sci Rep 16, 15062 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50807-5

キーワード: 処理された工業排水, コンクリートの耐久性, 重金属の溶出, 持続可能な建設, 水の再利用