2020 Fiscal Year Annual Research Report
Test methods for evaluating the influence of redox conditions on leaching of toxic chemicals from geomaterials
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19H02236
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
乾 徹 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90324706)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地下水汚染 / 溶出 / 吸・脱着 / 酸化還元反応 / 重金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 酸化反応が重金属等の脱着挙動に及ぼす影響の評価：酸素と水の浸入に伴う酸化反応が地盤材料に含まれる地質由来の砒素の溶出挙動に及ぼす影響を調査するために，供試体寸法や粒度が酸化反応やその影響を受けた水質に及ぼす影響を流量制御による不飽和カラム浸透試験によって評価した。酸化反応の影響は物質によって顕著に異なり，鉛は顕著なpH依存型の溶出挙動を示し，浸透距離に応じたpH変化が支配的要因であり，粒径の影響はほとんど見られない。一方で，砒素は鉱物の酸化分解が顕著な粒度の小さい試料において溶出が顕著であり，浸透距離の影響は小さいことが明らかになった。
2. 酸化反応が重金属等の不溶化特性に及ぼす影響の評価：鉱物系不溶化材で不溶化処理した酸性岩石による酸化の進行と不溶化効果に及ぼす影響を不飽和カラム浸透試験で評価をし，pHの緩衝作用によるMgやCaの消費や流出が顕著であり，これを考慮した配合設計の必要性を明らかにした。
3. 還元反応を考慮した溶出試験手法の検討：比較的簡便に還元的環境下での溶出挙動を把握する実験手法として，先行研究においては水素水や還元剤を利用して化学的に酸化還元電位を強制的に低下させる促進試験手法が提案されている。しかし，実環境と比較すると，反応機構や中間生成物が異なる，酸化還元電位の低下量が異なるといった相違点があり，溶出挙動を適切に評価しうるかについては未解明な部分が多い。これを受け，閉鎖的環境に還元剤の濃度や低酸素といった実際の環境条件に近い条件下での試験結果と促進試験結果を比較し，酸化還元反応を考慮しる溶出試験手法の検討を行った。この結果，還元剤の濃度矢試験時間を制御することで，pH変化や間隙水中の陽イオン濃度に影響が小さい試験条件を見い出し，鉄酸化物の還元溶解に伴う砒素の溶出を再現できることを確認した。
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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
研究スケジュールの面からは、研究代表者が計画した実験については予定通り実施することができたが、実験結果の比較検証等を行うために，協力機関で実施を計画していた実証実験の現場調査や試料採取等が完了しなかったため、その費用を次年度に繰り越している。
研究成果の観点からみると、本研究の主要な研究課題である酸化還元電位の影響を適切に判定しうる溶出試験方法の確立という点において、試験方法の提案という点においては当初計画していた成果が十分に得られたとは言えないが、化学的に制御した還元環境と実現場で想定される閉鎖的環境・生物化学的反応による還元環境において，海成堆積物からの砒素の溶出挙動に量的、機構的な類似性が確認できたことは、化学的に還元環境を制御した試験方法の提案に一定の目途，根拠を与えるものである。以上ことから，おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は本年度の成果を受けて主に以下の2つの課題を対象に研究を展開する。
(1) 酸化・還元反応が重金属等の溶出挙動に及ぼす影響とその要因の評価：閉鎖的な環境下での溶存酸素の低下に伴う還元的環境への移行が地盤材料中の砒素、セレン等の溶出挙動に及ぼす影響を化学的条件を制御したバッチ試験試験によって長期的にモニタリングを行う。特に，本研究課題の主目的である適切な試験方法の確立に向けて，様々な種類，濃度の還元剤を用いて化学的に還元環境を再現した場合の，酸化還元電位の変化，共存物質の溶出濃度，pH等に及ぼす影響を把握するとともに、試験結果の再現性の確認を行う。
(2) 酸化・還元反応が重金属汚染対策効果に及ぼす影響の評価：酸化反応によって変質し酸性水を発生する岩石試料を対象として、不溶化材等による酸性化の抑制や地中環境における重金属の溶出挙動の評価を実施する。特に、実現場で想定される不飽和環境での溶出挙動を把握することにより，試験スケールやスレーキングの影響を含めた砒素の溶出挙動を把握した上で，特に不溶化材効果に影響が大きい酸化反応を対象として，不溶化機構に及ぼす影響を明らかにする。
以上の成果に基づいて、最終的には本研究の目的である酸化還元反応が特に岩石や海成堆積物に含まれる地質由来の重金属の吸・脱着に及ぼす影響を明らかにするとともに、酸化還元反応の影響を適切に評価しうる試験法の提案を図る計画である。
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