2010B1812

BL14B2高速通水条件下での生物ろ過法による砒素・鉄処理過程のリアルタイム
XAFS 測定
In-situ XAFS measurement of As and Fe removal by biological filtration
under high flow rate
藤川 陽子 a, 岩崎 元 b, 橋口 亜由未 b, 濱崎 竜英 b, 菅原 正孝 b,
本間 徹生 c, 平山 明香 cab
Yoko Fujikawa , Hajime Iwasaki , Ayumi Hashiguchi b, Tatsuhide Hamasakib, Masataka Sugahara b,
Tetsuo Honma c, Sayaka Hirayamaca京都大学, b 大阪産業大学, c㻔財㻕高輝度光科学研究センターaKyoto University, bOsaka Sangyo University, cJASRI

ろ材上に生息する微生物による水中砒素の除去を、実際の現場試験装置と同じ連続通水条件下で観測するための XAFS 測定方法を検討した。カプトンフィルムの窓付きの耐圧カラムを自作し、Quick XAFS により砒素の K 吸収端における XANES スペクトルを取得した。4mg/L の 3 価砒素と共に 8 から 40mg/L の鉄溶液を連続通水した時のろ材表面における砒素の状態から、①3 価砒素のままでの吸着、と共に②3 価として吸着された砒素の 5 価への酸化、もしくは砒素が 5 価に酸化されてからの吸着、が同時並行的に起こっていると考えられた。
キーワード： 鉄バクテリア、マンガン、カラム、XAFS
背景と研究目的：
著者らは 6 年にわたる鉄バクテリア法（以下、鉄バク法）のパイロット試験を中心にした技術開発を国内で実施する[1]と共に SPring-8 における XAFS 測定により同法の原理の解明に取り組んできた。SPring-8 での研究の目的は、鉄バク法の原理と利点を、誰の目にも明らかな形で立証することで同法の普及を加速すること、同法による水処理過程を詳細に解明することで、現場の水処理技術者に同法による処理装置の現場での調整について有用な知見を与えることとした。
2009 年度、著者らは、はじめて連続通水条件下で鉄バク法による溶解性 2 価マンガン酸化過程の観測に挑戦し、3 シフト 2 回目のトライアルによりマンガン酸化を in-situ の条件下で検出することを試みた。Mn の K 吸収端における XAFS 測定に適した状態の生物ろ材を作るために半年近くをかけて生物ろ材の馴致を行ってのことであった。砒素の吸着過程の連続通水条件下での観測にも 2010Ａ期に同様に取り組んだ（3 シフト 1 回）
。As K 吸収端における測定は、Mn に比べれば感度の上で有利と考え、砒素の XAFS 測定に適すると想定した条件で生物ろ材馴致を行って測定を行った。しかしながら、流す溶液中の砒素濃度に対してろ材上の生物酸化鉄上に濃集する砒素濃度が十分でなく、S/N 比の高いデータをえることができなかった。なお、この時の実験においてはあらかじめ生物酸化鉄を表面に形成させたろ材に、3 価砒素のみを含む地下水を通水させた。
溶解鉄を同時に流さなかったのは鉄酸化物がろ材上に生成することで濾過抵抗が上がり、ろ材を充填したカラム上の 12.5μm 厚のカプトン窓に過剰の水圧がかかる可能性が考えられたためである。同様な理由で通水速度も低く取った。
そこで、今回 2010B 期の測定では、XAFS 測定を、現場で用いられている鉄バク法水処理と同一の水質（2 価溶解鉄と 3 価ヒ素を同時に含有）・流速㻔100m/day 超㻕の条件下で適用することとした。この条件で実施することでより高 S/N 比のデータを得ることができると考えたためである。
実験方法および結果：
㻔1㻕 カラムの自作
耐圧の特製カラム㻔図 1㻕を作成した。本カラムのろ材充填部は、深さ 1cm×幅 2cm の矩形断面を有し、高さ 2cm までろ材を充填できる。X 線透過窓は円形で、25μm 厚のカプトンフィルムを貼って使用した。このカラムはろ材を充填した状態で 600 m/day 程度の線速度に耐えることをあら࠿ࡌࡵ☜ㄆࡋࡓࠋ
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