排ガス洗浄スクラバー排水中の有害化学物質除去に関する研究

• Project/Area Number: 22K04560
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 山口 良隆 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (20344236)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 有害物質排出削減 / 光触媒 / 多環芳香族炭化水素 / 湿式排ガス浄化システム / 排水処理 / 排ガス洗浄スクラバー / その場処理 / 有害化学物質削減 / 排出削減

Outline of Research at the Start

舶用排ガス中に存在する硫黄酸化物(SOx)の大気中への放出を防止するために、船内に設置された水スクラバーで、排ガス洗浄が行われている。そのスクラバーの排水中に、有害化学物質である複数種の多環芳香族炭化水素が含まれている。さらに、この排水を海洋環境中へ放出することがある。そこで、排出される多環芳香族炭化水素を削減するために、船舶内部における化学物質の処理方法が必要である。本研究では、排水中で光触媒を用いた多環芳香族炭化水素分解システムを作製するために、有効な触媒の選択や科学的なデータを取得する。

Outline of Annual Research Achievements

グローバルな舶用燃料の硫黄分規制が実施され、大気中に排出する硫黄分を除去するために、海水等で排ガスを洗浄する湿式排ガス浄化システム（EGCS）を使用する船舶が増加した。EGCS排水中には、強力な発がん性や生物の突然変異を起こす変異原性の毒性を持つ多種の多環芳香族炭化水素（PAH）が含まれている。そのため、排水後に、PAHが生物に直接のばく露される問題が生じる可能性がある。さらには、海洋中に存在するマイクロプラスチックへPAHが濃縮され、これらが生態に取り込まれ、最終的に人間の健康リスクにつながることが懸念される。
本研究では、PAHの排出削減を目的として、海水中および水中において、TiO2光触媒が有機化合物を高活性で分解することに着目した。そして、排ガススクラバー内において、光触媒を使用し、スクラバー排水中の排ガス由来のPAHを可能な限り分解し、海洋中への有害物質排出の削減を目指すものである。
この研究の中で、今回は、PAHの分析について実施した。分析手法として、多種類のPAHを同時分析が可能なガスクロマトグラフ質量分析装置（GC/MS）を用いて実施した。今回の分析対象は、米国環境保護庁（EPA）が指定するリスクの高いとされている16種類のPAHを使用した。結果として、GC/MSにおいて16種類のPAHの分析はできた。しかし、一部の分析対象物質については、クロマトピークが重なっているため、定量の精度が落ちる可能性がある。そのため、GC/MS分析で、完全分離に向けての分析条件の検討の課題が得られた。また、次のステップへ向けてスクラバー排水中からのPAH回収及び分析に向けての複数の固相の選択や実験装置の準備を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

海水中および水中の多環芳香族炭化水素（PAHs）の回収方法及び分析方法についての調査、準備及び実験を実施した。海水中および水中からのPAH回収は、対象物質が溶液中で選択的に吸着し、かつ、有機溶媒等で脱離する高分子を利用した固相を利用し、対象物質を固相中に濃縮し、有機溶剤等の溶液で抽出する固相抽出法を選択した。
実験の準備として、光照射を実施する水槽、海水及び水の溶液からPAHsを回収するための複数種類の固相の入手を行った。さらにガスクロマトグラフ質量分析装置（GC/MS）の検出器が故障しており、本研究の実施に向けて、その装置の修理についても行った。その後、GC/MSにおいてEPAが指定する16種類のPAHの分析を実施した。種類別の定性解析まで実施した。
ターゲットとする物質の分析が可能となったために、おおむね順調と判断している。

Strategy for Future Research Activity

人工海水や排ガスを通した海水中に含まれる物質（硫酸化合物等）を混合した海水等で、PAHを添加して、固相抽出法で回収を実施する。溶液の調整方法を検討し、高回収率の条件を把握する。強酸性の排ガススクラバー洗浄排水や酸性の希釈排水の2条件を主として、実施する予定である。
次にPAH分解の最適な触媒について、結晶系の異なるTiO2触媒で系統的に、PAH分解実験を実施する。上記で検討した固相抽出の最適条件でPAHを回収し、GC/MSで分析を行う。実験の実施状況によるが、可能なら分解物の同定も実施する。
洗浄排水や希釈排水をより現実的な条件に近づけて実験を実施する。溶液は、実際のEGCS内の範囲でpH、濁度、油分添加の条件を想定してる。これらの要素がある場合についてのPAHの分解状況の観察を行う。