物質移動に有効な土壌中気液界面面積の測定とモデルによる推算

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11680569
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 川西 琢也 金沢大学, 自然科学研究科, 助教授 (80234087)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 良茂 金沢大学, 工学部, 教授 (60019750)
• Keywords: 土壌 / 多孔質体 / 気液界面積 / 気相構造 / バーコレーション理論 / 停滞域 / トレーサー / 毛管圧

Research Abstract

本研究では、土壌に空気を導入するときに生成する気液界面積を,空気の流れている部分の界面と,停滞している部分の界面を区別して測定し,それが気液置換履歴によってどのように変化するかを検討している.本年度は,不活性ガストレーサーを用いて気相の流れている部分と停滞している部分の容積を測定する方法を確立した.すなわち,気液界面積の測定に先立って,土壌サンプルへのガスの流通系,毛管圧力の調整法,トレーサー濃度測定法を確立し,さらに空気の流れている部分と停滞している部分の界面積の分別に必要な基礎データを得たことになる.具体的には以下の成果が得られている.
有効径2ミクロンのステンレス多孔質体カラム両端にフランジを介してガス流路を接続し,ガラスビーズを充填し,恒温水槽中に設置した.カラムに,マスフローコントローラーにより窒素ガスを供給する.カラム入口にて一定量のヘリウムを注入し,その出口での濃度変化より,カラム内のトレーサーの平均滞留時間を求めた.気相圧力をニードルバルブで調整し,ほぼ一定の毛管圧下で,流量を変化させて平均滞留時間の変化を調べた.理論上は流量を無限大に外挿したときの平均滞留時×流量が空気の流れている部分の容積を,流量をゼロに外挿したのときの平均滞留時間×流量が空気の流れている部分と停滞している部分を合わせた容積を示すと考えられるが,実験の結果,main imbibition,main drainage過程における空気の流れている部分と停滞している部分の容積の算出に成功した.
基本的にはトレーサーを界面トレーサー(ヘプタンなど)に変更することで,界面積も同様に測定できるが,本年度よりひと桁小さい線流速が必要であることが分かったため,現在,断面積の大きいサンプルカラムを設計中である.新しいサンプルカラムが完成次第,界面積の測定実験を開始する.

Research Products

• [Publications] T.KAWANISHI, Y.HAYASHI (MJ.HOSSAIN): "Enzymatic activity of Chromobacterium viscosum lipase..."Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 74. 423-428 (1999)
• [Publications] Y.HAYASHI, T.KAWANISHI (Y.HAYASHI): "Kinetics of sorption and permeation of water in glassy polyimide"Journal of Membrane Science. 156. 11-16 (1999)
• [Publications] 川西琢也,林良茂 (川西琢也): "休耕田土壌・植生ポットによる硝酸態窒素除去"システム農学. 16(1). 79-82 (1999)
• [Publications] 花木啓祐 (長谷川聖): "土壌中の硫黄脱室過程における硝酸態窒素除去及び亜酸化窒素生成の評価"土木学会環境工学研究論文集. 36. 465-476 (1999)