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Transition in mechanisms of toxic metal(loid) leaching with alteration of physicochemical surface structure of excavated rock

Research Project

Project/Area Number 20K12211
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 64010:Environmental load and risk assessment-related
Research InstitutionMeiji University

Principal Investigator

Katoh Masahiko  明治大学, 農学部, 専任准教授 (00578312)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 肴倉 宏史  国立研究開発法人国立環境研究所, 資源循環・廃棄物研究センター, 室長 (70331973)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords掘削岩 / 大気曝露 / 乾湿繰返し / 還元 / 表面変質 / 黄鉄鉱 / 炭酸化 / 重金属等 / 日光 / 温度 / ヒ素 / 変質 / 放出量 / 溶脱
Outline of Research at the Start

ヒ素を含む掘削岩はトンネル工事等で大量に発生するため,周辺環境にヒ素が溶脱しないように対策し,再利活用が求められている.対策の設計には,掘削岩からのヒ素溶脱量の正確な評価が必要である.しかし,溶脱過程において大気曝露等によって岩表面が構造変質しヒ素形態が易溶化するため,正確にヒ素溶脱量が評価できていない.そこで本研究では,実現象に近い大気暴露と還元暴露を表現できる装置により暴露させた掘削岩の物理的・化学的な表面構造,ヒ素形態,ヒ素溶脱量を評価,ヒ素溶脱過程におけるヒ素形態の変化を岩表面の構造変質と関連付けながら解明し,ヒ素溶脱量を正確に評価できる曝露試験条件を提示する.

Outline of Final Research Achievements

Appropriate evaluation of the amount of arsenic leached from excavated rock after reuse is necessary for the suitable reuse of the large amount of excavated rock generated by tunnel construction. This study aims to quantitatively clarify the relationship between the amount of change in arsenic phases associated with surface structural alteration and the drying-wetting cycles and reduction conditions of the excavated rock exposed after reuse. Under wetting-drying cycles, toxic metal(loid)s were released from pyrite with the oxidation of pyrite caused by fine granulation. The main factors that change the release of toxic metal(loid)s from pyrite would be the decrease in pH and the formation of amorphous and crystalline iron derived from the pyrite oxidation. Chemical and biological reduction increased the amount of As released, but the amount of increase was less than that under the drying-wetting cycles.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

建設工事で大量に発生する掘削岩は,処分場の残余容量が少ないため,環境に悪影響を与えないように再利用することが期待されている.本研究成果は,掘削岩を再利用する際に還元環境よりも乾湿を繰り返す大気暴露条件のほうが掘削岩からの重金属類の溶脱が高まる可能性を定量的に明らかにしたものである.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Suppression of arsenic leaching from excavated soil and the contribution of soluble and insoluble components in steel slag on arsenic immobilization2023

    • Author(s)
      A. Kamata, T. Miura, M. Katoh
    • Journal Title

      Environmental Science and Pollution Research

      Volume: 30 Issue: 8 Pages: 19946-19957

    • DOI

      10.1007/s11356-022-23569-6

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of arsenic releaching from excavated rock after once-arsenic leaching on potential arsenic leaching2022

    • Author(s)
      S. Suzuki, M. Katoh
    • Journal Title

      Environmental Geochemistry and Health

      Volume: NA Issue: 6 Pages: 3277-3291

    • DOI

      10.1007/s10653-022-01418-2

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effects of redox conditions on arsenic re-release from excavated marine sedimentary rock with naturally suppressed arsenic release2022

    • Author(s)
      A. Kamata, M. Ueshima, H. Sakanakura, T. Miura, M. Katoh
    • Journal Title

      Environmental Geochemistry and Health

      Volume: - Issue: 11 Pages: 4157-4171

    • DOI

      10.1007/s10653-021-01178-5

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Contribution of immobilization material for arsenic immobilization in excavated rock with different particle size2021

    • Author(s)
      N. Manabe, M. Katoh
    • Journal Title

      Japanese Geotechnical Society Special Publication

      Volume: 9 Issue: 6 Pages: 302-306

    • DOI

      10.3208/jgssp.v09.cpeg146

    • NAID

      130008103413

    • ISSN
      2188-8027
    • Year and Date
      2021-10-12
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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Behavior of hazardous metal(loid)s release from excavated marine sedimentary rock under atmospheric exposure with drying-wetting cycles2021

    • Author(s)
      Y. Yoshida, H. Sakanakura, T. Miura, M. Katoh
    • Journal Title

      Japanese Geotechnical Society Special Publication

      Volume: 9 Issue: 7 Pages: 363-368

    • DOI

      10.3208/jgssp.v09.cpeg149

    • NAID

      130008103426

    • ISSN
      2188-8027
    • Year and Date
      2021-10-12
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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characteristics of the immobilization process of arsenic depending on the size fraction released from excavated rock/sediment after the addition of immobilization materials2021

    • Author(s)
      A. Osono, M. Katoh
    • Journal Title

      Journal of Environmental Management

      Volume: 298 Pages: 113534-113534

    • DOI

      10.1016/j.jenvman.2021.113534

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  • [Presentation] 不飽和の水移動を伴う大気曝露試験による掘削岩からの重金属類の放出と溶脱挙動2022

    • Author(s)
      眞鍋典子,加藤雅彦
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      第27回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会講演集
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      吉田悠人,本條貴之,肴倉宏史,三浦俊彦,加藤雅彦
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      眞鍋典子,加藤雅彦
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      吉田悠人,本條貴之,肴倉宏史,三浦俊彦,加藤雅彦
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      第57回地盤工学研究発表会発表講演集
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      中居萌恵,肴倉宏史,加藤雅彦
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      第56回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 大気曝露と乾湿繰返しによる掘削頁岩からの重金属等放出挙動の変化2021

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      吉田悠人,肴倉宏史,三浦俊彦,加藤雅彦
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      第56回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] ヒ素破過曲線を用いたFe系資材による掘削岩のヒ素不溶効果と再溶出性2021

    • Author(s)
      眞鍋典子,加藤雅彦
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      第56回地盤工学研究発表会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ヒ素破過曲線を用いたFe系資材を添加した掘削岩におけるヒ素不溶化過程と再溶出性2021

    • Author(s)
      眞鍋典子,加藤雅彦
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      第26回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 屋外での乾湿繰返しを取り入れた大気曝露による掘削海成堆積岩中からの重金属等放出量の変化2021

    • Author(s)
      吉田悠人,肴倉宏史,三浦俊彦,加藤雅彦
    • Organizer
      第26回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 26)ヒ素破過曲線を用いた掘削岩のヒ素不溶化過程におけるヒ素不溶化効果と再溶出性2021

    • Author(s)
      眞鍋典子,加藤雅彦
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      第14回環境地盤工学シンポジウム
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  • [Presentation] 27)大気曝露下での乾湿繰返しによる掘削頁岩からの重金属等放出量の変化2021

    • Author(s)
      吉田悠人,肴倉宏史,加藤雅彦
    • Organizer
      第14回環境地盤工学シンポジウム
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  • [Presentation] 掘削海成堆積岩におけるサンプル間のAs放出濃度の バラツキに対する大気暴露に伴うAs放出濃度増減の寄与2021

    • Author(s)
      鈴木奨士,三浦俊彦,加藤雅彦
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      第26回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会
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  • [Presentation] 同一堆積層の海成堆積物からのヒ素放出挙動の違い2021

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      鎌田明秀,三浦俊彦,加藤雅彦
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      第26回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会
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  • [Presentation] 屋外での乾湿繰返しを取り入れた大気曝露による掘削海成堆積岩中からの 重金属等放出量の変化2021

    • Author(s)
      吉田悠人,肴倉宏史,三浦俊彦,加藤雅彦
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      第26回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会
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  • [Presentation] トンネル掘削底面における海成堆積岩からのAs放出濃度の平面分布2021

    • Author(s)
      鈴木奨士,三浦俊彦,加藤雅彦
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      第56回地盤工学研究発表会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 大気曝露下での乾湿繰返しによる掘削頁岩からの重金属等放出量の変化2021

    • Author(s)
      吉田悠人,肴倉宏史,三浦俊彦,加藤雅彦
    • Organizer
      第14回環境地盤工学シンポジウム
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 先進ボーリングにおける化学的な酸化/還元による掘削頁岩からの重金属等の潜在的放出性の水平分布2021

    • Author(s)
      鈴木奨士,肴倉宏史,三浦俊彦,加藤雅彦
    • Organizer
      第14回環境地盤工学シンポジウム
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Behavior of hazardous metal(loid)s release from excavated marine sedimentary rock under atmospheric exposure with drying-wetting cycles2021

    • Author(s)
      Yoshida, Y., Sakanakura, H., Miura, T., Katoh, M.
    • Organizer
      3rd International Symposium on Coupled Phenomena in Environmental Geotechnics
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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