Simultaneous removal and concentration of arsenic from waste water by bipolar membrane electrodialysis

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04795
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 飯塚 淳 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70451862)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ヒ素 / 排水処理 / 除去 / 高度濃縮

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、廃水中のヒ素の除去と高度濃縮を目的とし、バイポーラ膜電気透析技術のヒ素含有廃水処理への適用を検討している。バイポーラ膜は、文字通り2つの極を有する複合膜であり、陽イオン交換層と陰イオン交換層を張り合わせた構造を有する。ヒ素含有廃水の処理へバイポーラ膜電気透析法を適用することで効率的なpHの制御による高効率でのヒ素の除去と高度濃縮が可能であると期待される。
初年度には、まず、As(V)を含有した水溶液を対象とし、バイポーラ膜電気透析法によるヒ素の除去と高度濃縮の実験を行った。処理水と濃縮水の体積比を変えた実験を行ったところ、濃縮水に対する処理水の体積比を高く設定した場合に、ヒ素は予想通り濃縮水側により高度に濃縮された。その場合においても、懸念された濃度差による逆拡散の影響は大きくなかった。また、As(V)の水溶液にナトリウムイオンが共存する条件についても基礎的な検討を行った。ナトリウムイオンが共存する場合についてもAs(V)の除去と高度濃縮が可能であることを実験的に確認することができた。以上の実験結果に対し、各条件におけるヒ素の物質移動解析を行った。また、電力消費量や電流効率についても解析手法の検討を行い、各条件下での算出を行った。
更に、2年目には、As(III)を含有した水溶液を対象としたバイポーラ膜電気透析実験を各種条件下で行い、As(III)を含有する廃水に対してもヒ素の除去および高度濃縮が可能であることを定量的に確認することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究はおおむね予定通りに進展している。
計画していたAs(V)を含有した水溶液を対象としたバイポーラ膜電気透析実験およびその結果の物質移動解析を予定通り行っている。また、As(III)を含有した水溶液を対象としたバイポーラ膜電気透析実験も予定通り行っている。各実験結果に対する電力消費量とヒ素の除去速度に関する検討も順調に行っている。
排水中のヒ素濃度を目標値まで十分に低減できるかについては、低電流用の新たな電源が必要であったが、調達し、使用を開始している。

Strategy for Future Research Activity

研究は予定通りに進展しているので計画通り研究を推進していく。
今後は、各種条件におけるAsの濃縮上限や除去下限についての検討も集中的に行っていく。実験結果の物質移動解析およびヒ素の除去・高度濃縮に必要となる電力消費量とヒ素の除去速度に関するプロセスの評価についても引き続き行っていく。