2017 Fiscal Year Annual Research Report
MgOによる重金属類汚染土壌の不溶化プロセス解明と長期安定性評価
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16H04615
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
新苗 正和 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (50228128)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 汚染土壌 / 不溶化 / 長期安定性 / 重金属類 / 酸化マグネシウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度に実施した研究の成果として，酸化マグネシウム（MgO）によるヒ素(V)の不溶化メカニズムに関する知見を得るべく，ヒ素(V)等含有量，オキシ水酸化鉄等土壌構成鉱物，そしてアルカリ緩衝能が異なる種々の汚染土壌を用いた不溶化溶出試験を行い，これらの土壌特性がヒ素(V)等の不溶化に与える影響を評価した。その結果，ヒ素(V)等含有量が多い汚染土壌ほど，そしてオキシ水酸化鉄（酸化鉄）含有量が少ない汚染土壌ほど土壌環境基準を満たすために必要なMgO添加量が多くなること，酸化チタンが鉛等の不溶化に影響することが分かった。また，土壌のアルカリ緩衝能が高い土壌においてもヒ素(V)等重金属の不溶化効果が得られることが分かった。また，土壌に含まれるフミン物質がMgOによるヒ素(V)等の不溶化効果に与える影響を評価するため，カオリナイトを無機成分とするフミン物質含有土壌を合成して不溶化処理および溶出試験を行った。その結果，フミン物質がMgOによるヒ素(V)等の不溶化効果に与える影響はフミン物質の種類により大きく異なり，酸性官能基濃度およびアルカリに対する水溶解度がヒューミンより高いフミン酸はMgOによるヒ素(V)等の不溶化効果に大きな影響を与えることが分かった。さらに，不溶化の際MgOの添加量が少量の場合，ほぼ全てのMgOがpHの上昇に寄与していることが分かった。また，MgOを十分に添加した場合，約40%が未使用の状態で残存していることが分かった。したがって，MgOは余力を残しつつ高い不溶化効果を与えていることが分かった。また，MgOに第一鉄塩を添加してセレン(VI)の還元不溶化効果を検討した結果，セレン(VI)の不溶化が促進されること，塩化第一鉄塩と硫酸第一鉄塩で不溶化効果に差異があり，このことから，共存する配位子陰イオンがセレン(VI)の不溶化効果に影響を及ぼすことが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度の研究実施計画は，汚染土壌の重金属類含有量の違いが，MgOを用いて不溶化処理を行った際のpH挙動および重金属類の不溶化効果に与える影響および重金属類の不溶化に与える土壌のアルカリ緩衝能，有機物および天然の酸化鉄鉱物含有量などの土壌特性の影響を検討し，平成28年度の研究成果と併せてヒ素(V)等重金属類汚染土壌の不溶化機構を定量的に明らかにすること，得られた不溶化メカニズムに関する知見を基に，重金属類の土壌，MgOおよび間隙水への分配平衡と物質収支の系統的検討を実施し，不溶化に寄与するMgO，土壌pHの上昇並びに不溶化に寄与しないMgOの割合を定量的に把握し，長期安定性に必要なMgO添加量の定量化を図ること，さらに，MgOと第一鉄塩（塩化物，硫酸塩）の混合不溶化剤によるセレン(VI)のセレン(IV)への還元不溶化について検討を実施することであった。平成29年度の研究実施計画に対して「研究実績の概要」の項目で述べた通り，平成29年度は実施，検討を予定していた研究をほぼすべて遂行することができた。また，平成28年度は，昨年度の「研究実績の概要」で述べた通り当初の研究実施計画をすべて遂行でき，さらに，自然由来のヒ素(V)による土壌汚染機構を解明するために，硫砒鉄鉱の溶出機構を検討し，ヒ素(V)の溶出に酸化反応あるいは硫砒鉄鉱表面に形成される鉄酸化物の形態変化が影響することを明らかにするなど，当初計画では予定しなかった新たな知見を得るなど当初計画以上の成果を得ることができた。このように，平成28年度および平成29年度は，当初の研究実施計画に対して順調に研究を遂行することができた。
平成30年度は，実施段階で見いだされた新たな課題，知見を含めて，申請時に計画した検討項目に従って研究を実施する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は，平成29年度までに得られた不溶化メカニズムおよびプロセスに関する知見を基に，平成29年度に引き続き重金属類の不溶化に必要なMgOの割合を定量的に把握し，長期安定性に必要なMgO添加量の定量化を図る。また，平成29年度に引き続き多くの現場でその溶出が問題となっており，しかも対策が難しいセレン(VI)に対して第一鉄塩（塩化物，硫酸塩）とMgOの混合不溶化剤を用いたセレン(VI)の還元不溶化をより詳細かつ定量的に検討し，重金属類複合汚染土壌にも対応可能な不溶化プロセスを構築する。さらに，消石灰を含むコンクリート建築物により土壌がアルカリに長期間曝された場合のMgO不溶化効果の長期安定性評価，酸性雨に長期間曝露された場合に対するMgO不溶化効果の長期安定性評価を土壌環境センターが定める［硫酸添加溶出試験法・消石灰添加溶出試験法］の消石灰添加溶出試験Iに，また，酸性雨に長期間曝露された場合に対するMgO不溶化効果の長期安定性を評価するために，硫酸添加溶出試験Iに準拠し実施する。さらに，独自の溶出試験として，雨水中の各種陰イオンの影響も考慮して，日本の雨水に含まれる代表的な陰イオンである塩化物イオン，硫酸イオン，硝酸イオンのそれぞれの日本国内平均濃度を含有する溶出液を用いた溶出試験も実施する。
平成29年度までに得られた知見と平成30年度でさらに得られる知見を併せて，MgOによる重金属類汚染土壌の不溶化処理プロセスを提案すると同時に総括を実施する予定である。
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