2024年5月31日
NEDO先導研究プログラムの技術課題検討に係る調査 ワークショップ（VIP） 環境・省資源分野

2024年5月31日

⾼PFAS含有排⽔の処理・分解・無害化・計測技術の開発
1.

PFAS含有排水の実態と課題

2.

PFASの熱分解技術の可能性と技術提案

3.

産業分野のPFAS排水対策で開発が必須となる項目

中央⼤学

教授 ⼭村 寛

2次利用禁止

PFASとは？

2PFAS: Per- and polyfluoroalkyl substances
パーフルオロ及びポリフルオロアルキル化合物
少なくとも1つの完全にフッ素化されたメチル又はメチレン基（フッ素が結合している炭素原子にH, Cl, Br, I原子が結合していないもの）を含むフッ素化合物質

PFAS

4,700種以上 (OECD, 2018)

PFBS

PFBA

C5PFPeS

PFPeA

側鎖フッ素ポリマー

C6PFHxS

PFHxA

パーフルオロポリエーテル

C7PFHpS

PFHpA

C8PFOSPFOAC9PFNSPFNA

C10PFDS

PFDA

フルオロポリマー

ポリフルオロアルキル酸
パーフルオロエーテル酸

パーフルオロアルキル
スルホン酸(PFSA)

FC

CCC

疎⽔性

パーフルオロアルキル
カルボン酸(PFCA)

CCC

PFCA

C4

ポリマー

⾮ポリマー
パーフルオロアルキル酸(PFAA)PFSA

CSO

親⽔性・・・

短鎖PFAS⻑鎖PFAS

PFASの使用規制

2次利用禁止3

特定PFASとして、PFOS、PFOA、PFHｘSの塩およびそれらの関連物質が指定
残留生有機汚染物質に関するストックホルム条約（POPs条約）で、難分解性、高蓄積性、長距離移動性及び人や生物への有害性を持つものとして規制された化学物質

PFOS (C8)• 2009年︓「残留性有機汚染物質に関するストックホルム条約」（POPs条約）で付属書B（製造・使⽤・輸出⼊の制限）に追加• 2010年︓「化学物質の審査および製造等の規制に関する法律」（化審法）で第⼀種特定化学物質（製造・輸⼊・使⽤の原則禁⽌）に指定
PFOA (C8)• 2019年︓POPs条約で付属書A（製造・使⽤・輸出⼊の原則禁⽌）に追加• 2021年︓化審法で，PFOAが第1種特定化学物質に指定
PFHxS (C6)• 2022年︓POPs条約で付属書A（製造・使⽤・輸出⼊の原則禁⽌）に追加

長鎖PFCA（C9-C21）が、POPs条約で規制が今後、検討されている
3

2次利用禁止

PFASを活用している産業

4

大多数のフッ素系冷媒、フッ素系化学製品（撥水、撥油剤、フッ素オイル）、フッ素樹脂（PTFE、PFA、PVDF等）・フッ素ゴム（FKM、FFKM等）・フッ素塗料等がPFASに含まれる

難燃性
低屈折率

耐熱性

耐薬品性

電気絶縁性

例えば耐候性撥水・潑油性

誘電特性

ガスバリア性

非粘着性
潤滑性

（例）半導体プロセス材料 フォトレジスト

2次利用禁止解像度（µm）

PFAS含有ポジレジスト

ｇ線

1.0

i線
0.1

KrF線

クリプトンフッ素レーザー

0.01

ArF線化学増幅型レジスト

85955

名称

主な機能樹脂ベースポリマー無し

感光材

光と反応して樹脂をアルカリ可溶に変化させる

無し

活性剤

膜厚均一性

有り

溶剤

溶解性

無し

アルゴンフッ素レーザー

PAG中の短鎖PFAS
EUV

0510

年代

C4 PFAS

ヨードニウムPAG

PFAS含有名称

主な機能樹脂ベースポリマー

無し

光酸発生材
(PAG)

光と反応して酸を生成して樹脂を脱保護させることで、アルカリ可溶に変化させる

有り

活性剤

膜厚均一性

有り

溶剤

溶解性無し

C4 PFAS

スルフォニウムPAG

Review of essential use of fluorochemicals in lithographic patterning and semiconductor processing J. Micro/Nanopattern. Mater. Metrol. Vol. 21, 2022

（例）半導体でPFAS対策が必要となる工程
製造工程での PFAS対策

①!
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材料

設
備材
料

樹脂成形工程での PFAS対策
加工端材などの廃棄物対策

2次利用禁止6

半導体製造工程での PFAS対策
廃液対策、廃棄装置対策②

半導体メーカーエッチング
ガス

樹脂（PFA、PCTFE）

エッチング
薬液

パーフロ
ゴム

ライニングシート（PTFEなど）

部品メーカー

製造装置メーカー

タンクメーカー

薬液供給設備メーカー

半導体メーカー2次利用禁止②半導体工場内の水の循環
工業用水

設備用水

前処理

7

二次純水

一次処理

純水回収システム

A排水

排水回収システム

B排水

下水処理場 or 放流
下水処理場 or 放流

処理水

処理水

無機系排水
有機系排水

工場

希薄排水

濃厚排水

排水処理残渣（濃縮残渣）

排水処理および残渣の管理が製造工程や半導体工場内で極めて重要

廃棄処分

濃厚廃液

2次利用禁止

PFASの環境規制状況（日本） 2023年1月31日〜2024年2月6日 PFASワーキンググループ

8

食品安全委員会 PFAS評価書
遵守義務(厚⽣労働省HP及び環境省HPに基づき作成)

⽔道⽔の⽔質に係る基準

⽔環境の⽔質に係る基準

⽔質基準項⽬

環境基準項⽬

⽔質管理⽬標設定項⽬

要監視項⽬

PFOS・PFOA合算 50 ng/L

PFOS・PFOA合算 50 ng/L

要検討項⽬

要調査項⽬

PFHxS

PFHxS

(令和2年4⽉）(令和3年4⽉）(令和2年5⽉）(令和3年3⽉）

⼯場などからの排⽔に係る基準（環境基準ｘ10）

指定物質
⽔質汚濁防⽌法により規定される「指定物質」（多量に排出されると⼈の健康や⽣活環境に被害を与える可能性のあるもの，事故時の措置8の対象となる）にPFOS，PFOAが追加 (令和5年2⽉）

測定義務

PFASの環境規制状況（国外）

2次利用禁止(2024年4⽉30⽇時点)

国・地域

内容

WHO

暫定ガイドライン値案

PFOS, PFOAそれぞれ︓100 ng/L
総PFAS︓500 ng/L

欧州（EU)

規制値(2021年〜)(2026年〜）

総PFAS︓500 ng/L
PFOA,PFOS含む20物質合計︓100 ng/L

ドイツ

⽬標値

PFOS, PFOAそれぞれ︓100 ng/L

規制値(2026年〜）(2028年〜）

PFOA,PFOSなど20物質合計︓100 ng/L
PFOS,PFOA,PFNA, PFHxS合計: 20 ng/L

デンマーク

規制値(2022年〜）

PFOS,PFOA,PFNA, PFHxS合計: 2 ng/L

⽶国

⽬標値

PFOS、PFOAそれぞれ︓0 ng/L
PFHxS、PFNA、GenXそれぞれ︓10 ng/L
PFHxS、PFNA、GenX、PFBS合計のハザード⽐が1規制値(2024年〜）

PFOS、PFOAそれぞれ︓4 ng/L
PFHxS、PFNA、GenXそれぞれ︓10 ng/L
PFHxS、PFNA、GenX、PFBS合計のハザード⽐が1

廃棄物規制：資源保護回復法（ RCRA法）の有害成分として、以下の PFASを提案
EPA（PFOA、PFOS、PFBS、GenX、PFNA、PFHxS、PFDA、PFHxA、PFBA）9欧州のPFAS規制化の動き 〜短鎖化、長鎖化
欧州（EU)

規制値(2021年〜)(2026年〜）

Carboxylic Acid

Sulfonic Acid

C4PFBAPFBS

C5PFPeAPFPeS

C6PFHxAPFHxS

C7PFHpA

PFHpS

C8PFOAPFOSC9PFNAPFNSC10PFDAPFDS

C11PFUmDAPFUuDS

C12

PFDoDA

PFDoDSC13

PFTrDA

PFTrDS

2次利用禁止総PFAS︓500 ng/L
PFOA,PFOS含む20物質合計︓100 ng/L

短鎖 PFASへの対応も、必要となる！

10どのようにPFASを処理・廃棄するか？
活性炭吸着
イオン交換
RO膜処理

USEPA

2次利用禁止3つの課題

水道技術研究センター

PFAS処理方法のガイドライン

水道におけるPFASの処理技術等に関する資料集①短鎖 PFCA処理の課題

事業所

廃水処理場
PFAS含有排水

放流処理水③モニタリングの課題

濃縮残渣
吸着メディア

地下貯留

熱分解② PFASの破壊・廃棄技術の課題

埋立11

2次利用禁止① 短鎖PFAS処理の課題 （活性炭およびイオン交換）

12「活性炭」と「イオン交換」による短鎖 PFASの処理性
GAC、IXでは、長鎖PFASほど除去率が高い（破過時間長い）傾向が観察されている

吸着定数（ K）

吸着しやすい吸着
しにくい

分子量C4は、活性炭やイオン交換による除去が経済的に難しいことが明らかになっている

2次利用禁止① 短鎖PFAS処理の課題 （膜処理）132520

Flux

2015

コストダウンに向けた研究が必要
151010ZP

5

膜処理であれば、 C4でも高い除去率を達成できる
01.0

ISO/TC 282/SC 3/WG 20.8

脱塩率が低下した使用済みの RO膜
でも、十分に PFASの除去が可能であることを確認済み（トータルコスト 1/4に）Removal rate

カスケード膜を利用した例

50PFOSPFOA

0.60.40.2
0.066

52392812Salt rejection ratio of artificially aged RO membrane (%)

Hiroe Y., Rejection of PFOA and PFOS by severely chlorine damaged RO Membrane with different salt rejection ratios.

Flux (L/m2•h)Zeta potential(-mV)

「膜処理」による除去率

どのようにPFASを処理・廃棄するか？
活性炭吸着
イオン交換
RO膜処理

USEPA

2次利用禁止②破壊・廃棄

水道技術研究センター

PFAS処理方法のガイドライン

水道におけるPFASの処理技術等に関する資料集①短鎖 PFCA処理の課題

事業所

地下貯留

廃水処理場

放流

PFAS含有排水

処理水

濃縮残渣
吸着メディア③モニタリングの課題

熱分解② PFASの破壊・廃棄技術の課題

埋立Interim Guidance on the Destruction and Disposal of Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances and Materials
Containing Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances—Version 2 (2024)14

2次利用禁止② PFASの破壊・廃棄技術の課題 〜残渣処分方法
処理

残渣

粒状活性炭

使用済みGAC

破棄 /処分

2wt％ (0.02 g/g-AC)• 再活性化- 米国では4基の商業再生炉が稼働- 乾燥→脱着→熱分解→酸化で再生される- マルチハーネス炉やロータリーキルン炉 ＋ アフターバーナー- 低温（150−700℃）でもPFASを分解可能な研究例あり• 焼却- 1100℃ 2秒で破壊される- 焼却炉、セメントキルン、軽量骨材キルン、商業用ボイラ- フッ素化した不完全燃焼成分（PIC）の生成が課題

埋立- 高温で再溶出が加速
イオン交換

使用済み樹脂10wt% (0.1 g/g-IX)• 焼却- GACと同様短鎖PFAS処理に有効• 埋立- 高温で再溶出が加速

RO/NF• 処理技術の選択肢なし

濃縮水

カルシウムやアルミナを混合することでPFASの熱分解に必要なエネルギーを削減できる中程度の温度（200−900℃）で酸化カルシウムおよび水酸化カルシウムとPFASの相互作用を調査し、カルシウムが比較的低温でPFASの分解とフッ素の捕獲を促進する疑似触媒効果を示した。
Wangら, Environmental Science and Technology, 49(9), 5672-5680.

152次利用禁止② PFASの破壊・廃棄技術の課題 〜RO残渣処分

161,000〜 100,000 ng/Lにまで濃縮された RO残渣を完全に無機化する必要がある

超音波処理
目指す
ターゲット

電子線処理

超臨界分解性能

3.6 プラズマ処理「社会実装化 TRL向上」
石島先生
3.10 熱処理・焼却「高 log除去率化・低 LCA化」
山村

技術成熟度

Managing and treating per-and polyfluoroalkyl substances(PFAS) in membrane concentrates

泡消火剤の焼却（熱処理）による分解••

2次利用禁止短鎖の分解率が長鎖と比較して低い
1090℃以上で4log以上の分解率達成

Shieldsら（2023）、Pilot-Scale Thermal Destruction of Per- and Polyfluoroalkyl Substances in a Legacy Aqueous Film Forming Foam
https://doi.org/10.1021/acsestengg.3c00098

172次利用禁止② PFASの破壊・廃棄技術の課題 〜熱処理の可能性●有害廃棄物として処分した場合（焼却炉、セメントキルン、軽量骨材キルン、商業ボイラ）

1トン当たりのコスト（＄）

1トン当たりのコスト（￥）

液体、スラッジ、固形物（ハロゲン系）

1,300-1,889

19万円ｰ28万円

液体、スラッジ、固形物（ノンハロゲン系）

381-1,040

5.7万円-15.6万円

有害廃棄物の種類●飲料水処理残渣の廃棄 /再活性化費用例
方法

廃棄費用（＄ /1トン）

廃棄費用と交換メディア（＄ /1トン）

合計（¥/1トン）

オフサイトで再活性化されたGAC

0790

12万円

埋立による廃棄

30

1,068

16万円

焼却処分

580

1,62224万円

熱処理の低温化＋高分解率化を両立しうる新技術の開発が必要
Interim Guidance on the Destruction and Disposal of Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances and Materials
Containing Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances—Version 2 (2024)18

2次利用禁止

提案：おが屑混合PFAS濃縮水の2段階 超高温炭化処理 19
カルシウムやアルミナを混合籾殻100kg/m3

含水率 40％で自燃• 活性炭• イオン交換樹脂• RO濃縮水特徴•（含水率 10％） •••触媒による分解温度の低温化
籾殻混合による自燃化
2段階反応による精密制御
炭化剤の吸着剤利用！
！
化A化
解率低 LC分高1段目（脱着）

190kg/m3
おが屑の圧密パッキング

外熱室 700-900℃
廃ガス処理室 1050℃

2段目（ 熱分解→酸化）2段階 超高温炭化技術の研究課題

2次利用禁止【課題1】 液体濃縮残渣の【課題5】 2段階超高温炭化の熱分解技術
LCAおよびLCC評価
カルシウムやアルミナを混合 籾殻• 活性炭• イオン交換樹脂（含水率 10％）• RO濃縮水【課題6】 PFAS除去に適した炭化物・再生炭生産技術

含水率 40％で自燃【課題2】 触媒による熱分解の低温化技術
外熱室 700-900℃【課題3】 フッ素化した不完全燃焼成分（PIC）副産物の把握と制御

廃ガス処理室 1050℃【課題4】 PFAS除去に適した炭化物・再生炭生産技術

20

2次利用禁止

どのようにPFASを処理・廃棄するか？
活性炭吸着
イオン交換RO膜処理

運転の効率③モニタリング

化

処理プロセスの監視と制御

事業所

廃水処理場
PFAS含有排水放流
処理水

低濃度 PFASのモニタリング
4ｰ10 ng/L程度

濃縮残渣
吸着メディア

安全性の確保バイオセンサー/原先生

高有機物含有下での濃度把握
500 ng/L程度
法令遵守

放流
地下貯留

熱分解

埋立
機器分析によるPFAS計/島津製作所

21

2次利用禁止

産業分野のPFAS排水対策で開発が必須となる項目

中短期期課題⓪排水中PFASの実態把握

A工程③連続／バッチの工程モニタリング技術

B工程

・LC-MS/MSの簡易・連続化？
・AOF/EOFの高感度化？
・新センサー開発 ex)RNASEQ, バイオセンサー？

C工程
合流
各工程からの溶出フッ素
各工程からの排出フッ素

排水C4フッ素＋有機物
200ppb〜①短鎖処理技術・RO・カスケードRO利用
・IX、AC（有機物対応型）

濃縮排水
廃棄物

中長期課題

④フッ素代替・材料開発
・部品化
・装置／エンジ22

高濃度
C4フッ素＋有機物
2000~20000ppb

バッチモニタリング(ex) 500 ppt

放流

下水処理場
直接放流

②完全分解技術
燃焼（1100℃）
750~850℃では分解しきらない・炭化？
・プラズマ？

埋め立て
安定化

コストダウンと新技術（分解技術・分析技術）の開発を進める