様式３立Ｓ22-22

鉄ハイブリッド型砒素除去フィルターの適正化と持続化に関する研究
Study on Suiting and Sustaining of Hybrid Arsenic Removal Filter Using Iron渡辺 浩平a, 得地 勇亮a, 中西 康次b, 太田 俊明b, 中島 淳a,Kohei Watanabeb, Yusuke Tokuchia, Koji Nakanishib, Toshiaki Ohtab, Jun Nakajimaca

立命館大学環境システム工学科, b 立命館大学 SR センターa
Department of Environmental Systems Engineering, Ritsumeikan Universityb
The SR Center, Ritsumeikan University
懐炉の鉄粉廃棄物を用いたヒ素汚染水からのヒ素除去メカニズムを調べるため、As 除去後の試料の As L2,3
XAFS 測定を行った。この結果、As は懐炉鉄粉廃棄物の表面に凝縮しており、また、その化学状態は主に 5 価の化合物であることが示された。
In order to study the removal mechanism of a hybrid arsenic removal filter using Iron, As L2,3 XAFS measurements ofused Iron powders of a pocket body warmer ,which were made to react with Arsenic contaminated water, were carried out.
These results showed that the arsenic compounds were condensed on the surface of iron powders, and were mainlycomposed of the pentavalent state.
Keywords:, Hybrid Arsenic Removal Filter, As L-edge XAFS
背景と研究目的： 東南アジア諸国では、かつて細菌だらけの地表水（川や池の水）を飲んで下痢を起こし、死亡する子どもがあとを絶たなかった。この解決策として、1970 年代から 1980 年代にかけて、
管井戸の開発が進められ、安全な地下水が利用できるようになった。しかし、近年になって、これらの地下水の多くが人体に有害なヒ素に汚染されていることが明らかとなり、深刻な問題となっている。特にバングラデシュでは、バングラデシュ政府が危険と指定した１リットル当たり 50 μgのヒ素含有量を超える地下水を人口のほぼ 1/4 にあたる、少なくとも 3500 万人の人が飲料用水として利用している。
この地下水のヒ素汚染問題はバングラデシュのみならず、インド、ネパール、ベトナム、中国、アルゼンチン、メキシコ、チリ、台湾、モンゴル、そして米国や日本などにおいても飲料水にヒ素の混入した地域が見られており、全世界規模で早急な解決が求められている。
ヒ素汚染水からヒ素除去を行うには鉄を用いた化学的吸着方法が有効であることが知られており、数多くの研究がなされている[1]。我々のグループでは金属鉄をハイブリッド化した砒素除去フィルターの適正な製造と維持管理方法、およびこれを用いた持続可能なシステム構築の方法について研究を行っている。本研究の一環として、金属鉄の供給源として使い捨て懐炉の鉄粉廃棄物を用いたところ、良好なヒ素除去性が得られた。
本研究において、ヒ素の除去メカニズムを考察する一環として、鉄粉に吸着したヒ素の形態を XAFS

Table 1. 懐炉鉄粉廃棄物(HW)を用いた各ヒ素除去試料の作製条件. ヒ素汚染水の作製に用いたヒ素は、As(III)として As2O3、As(V)として Na2HAsO4･7H2O をそれぞれ用いた。
HW

influent

consentration

volume（g/L）

（mL)

test1

50

100

test3

50

HW volume

Aｓ(Ⅲ)（mg/L)

Aｓ(Ⅴ)（mg/L)

Airation

51000-

×1005-

500

×51000550-○510005-50○

test850

1005-

-

○

test1050

1005--×batch

test5
test6

test blank

pH7.3-7.4（g）

shaking time(h)48様式３によって明らかにすることを試みた。
実験： As L2,3吸収端XAFS（As L2,3-XAFS）測定は立命館大学BL-10で行われた。分光結晶にはBeryl(10-10)を用いた。試料電流による全電子収量法(TEY)とシリコンドリフト検出器による部分蛍光収量(PFY)の同時測定を行うことで、表面近傍とバルクの情報を得た。
試料として、人工のヒ素汚染水に浸した懐炉鉄粉廃棄物を準備した。その詳細な作製条件はTable 1に示した。
結果、および、考察： Figure 1にAs化合物のAs
L2,3-XAFSスペクトル、hydrotalciteのMg K-XAFSスペクトル、ならびに、Test blankとTest1試料のXAFSスペクトルを示す。Fig. 1より、MgのK吸収端とAs L2,3吸収端はそのが非常に近いことが分かる。Test blank
試料は懐炉鉄粉廃棄物そのものであるが、hydrotalcite様のスペクトルが観測されたことから、懐炉鉄粉廃棄物中に水酸化マグネシウム的な局所構造をもつMgが存在していることが分かった。また、Test blankのFYスペクトルはTEYスペクトルと比較すると若干の自己吸収の効果が見られる。
これより、Test blank中の水酸化マグネシウム的なMg化合物はある程度の塊として存在していることが考えられる。
Test 1試料のXAFSスペクトルをTest blank試料と比較すると、Test blank試料のMg由来のスペクトルとAs L端由来のスペクトルが足しあわされていることがわかる。また、Test 1試料のFYとTEYスペクトルを比較すると、TEYの方がAsの特徴が強く現れており、吸着したAsは粉末状のTest blank試料の表面に凝Figure 2. 懐炉鉄粉廃棄物への As の吸着モデル.

集していることがわかる。これらの結果を受けて、As吸着モデルをfigure 2に示した。
Figure 3 に Test 1～Test 10、ならびに As 標準試料の TEY モードで測定された As L3-XAFS スペクトルを示す。各 Test 試料は As のエッジジャンプで規格化した。
図中の破線 a は3 価のAs のピーク位置、破線 b と破線 c はそれぞれ 5 価の As に特徴的なピーク位置である。これより、いずれの Test 試料においても、As の価数は主に 5 価であることが示唆された。しかし、3 価と 5 価 As のエネルギーシフトはわずかであること、また、このエネルギー位置にはMg 由来のピークが重なっていることなどから、3価の As がわずかに混じっていても判別が困難である。より詳細な価数判定には As K 端 XAFS や X 線
光電子分光など、他の測定手法を用いた分析が必要であると考えられる。
参考文献[1]例えば、見島伊織：“バングラデシュでの地下水ヒ素汚染への取り組み ―現地の調査に参加してー”,
平成 20 年度埼玉県環境科学国際センター講演会.
伊田健司 他：“ヒ素の水環境中における存在形態とその挙動”, 埼玉県環境科学国際センター報第５号.など.

Figure 1. 観測されたAs化合物のAs L2,3-XAFSスペクトル、hydrotalcite の Mg K-XAFS スペクトル、ならびに、Test blankと Test1 試料の XAFS スペクトル. これらのスペクトルは規格化されていない。

Figure 3. Test 1～Test 10 試料と As 化合物の As L3-XAFS

スペクトル.