- 9 -鴻池組技術研究報告た。一般的に PFOS/PFOA は OH ラジカルとの反応性が極めて低いため促進酸化法では分解できない
酸化法で分解されたとの報告

19）とされるが、促進20）もあったためである。そこ

2023

FFT アナライザ（オメガウェーブ（株）製、EZA-2）を用いて FFT 解析（Fast Fourier Transform 解析；高速フーリエ変換）により評価した。

で、PFOS を 2～6 ng/L 程度、PFOA を 40～58 ng/L 程度含む

出口水温

実際の地下水を用いて、報告 20）とほぼ同条件で促進酸化法

出口圧PI
出口圧調整弁

TT
安全逃し弁（O3＋H2O2、O3＋UV）を数回試みたが、PFOS/PFOA の有意なFI 流量計

分解を確認することができなかった。
次のステップとして、キャビテーションを利用した
PFOS/PFOA 等を分解処理する方法の検討に移行した。キャビテーションを得る手法としては、将来的な連続処理も想実験水槽へ定し、水中高速水噴流技術 21）を活用することとした。
2.1
2.1.1

騒音計
窒素、アルゴンボンベ

長方形型
および
円筒形型
噴流ﾎﾞｯｸｽ

DO、ORP、pH
導電率、水温加速度 FFTｱﾅﾗｲｻﾞ
ﾋﾟｯｸｱｯﾌﾟ

噴射ノズル

排水

PI 吐出圧

給水
冷却水温
PI

PI

水中高速水噴流によるキャビテーション

実験水槽
30L
UFB発生装置 冷却蛇管
高圧ﾌﾟﾗﾝｼﾞｬｰﾎﾟﾝﾌﾟ

ポンプ温度

概要

キャビテーションとは、液体の流れの中の圧力差によりM

図1

キャビテーション試験設備の構成

写真 1

キャビテーション試験設備の配置

P
冷却水槽

圧力が液体の飽和蒸気圧まで低下したときに液体が沸騰して短時間に微小な泡の発生と、その後の速度低下（圧力の回復）時に泡の消滅が起きる物理現象である。泡が消滅す
る瞬間にその中心で周囲の液体が衝突するため、微小ながら強い衝撃波が発生する。ポンプではこの衝撃波により騒音・振動が発生し、インペラ表面の壊食を引き起こす。水
中高速水噴流の流れ場で発生するキャビテーションは、流動キャビテーションとして分類され、キャビテーション気泡が崩壊するときにヒドロキシラジカルが発生することが報告されている 22）。また、水中高速水噴流によるキャビテーション技術は殺菌水処理や珪藻プランクトンを破壊する
赤潮対策等にも活用されている
2.1.2

23）

。

キャビテーション試験設備

キャビテーション発生装置は（株）ワイビーエム製の長方形型および円筒形型の噴流ボックスを使用した。噴流ボックス入口のノズル（（株）いけうち製、CP 型直進ノズル）
から高圧プランジャーポンプ（スーパー工業（株）製、SAR-3014N3-60、7.5 kW）で実験水槽内の試料水を噴流ボッ
クス内部に噴出し、そのまま実験水槽に戻して循環させた。
循環する試料水は冷却蛇管で水温を 45～48℃の範囲に冷却した。実験水槽にはウルトラファインバブル（以下、UFB

長方形型という。1μm 未満の気泡）発生装置として（株）ワイビー

写真 2

円筒形型
噴流ボックスエム製のフォームジェット（FJP-3；50 L/min 小型試験機）を設置して、キャビテーション発生の核 24）となりうる窒素

2.1.3

キャビテーション発生の最適化

UFB もしくはアルゴン UFB を生成させた。試験設備の構成

キャビテーションの発生する強さは、噴流ボックスの噴と配置を図 1、写真 1 に、長方形型および円筒形型の噴流

射ノズル径や吐出圧力といった噴射条件に対して、出口圧

ボックスを写真 2 に示す。なお、噴流ボックス内で発生す力の変化が大きく影響を及ぼすことを確認した。特に、加るキャビテーションの強さは、噴流ボックス表面に伝播す

速度検出信号の FFT 解析では、25kHz～35kHz 帯（超音波域）

る振動を加速度ピックアップ（リオン（株）製、PV-90B）の加速度デシベル値が出口圧力の変化に対して顕著に変動

で、騒音を精密騒音計（リオン（株）製、NL-52）で測定し、した。FFT 解析画面例を図 2 に示す。

― 2 ―- 10 -

環境水中に含まれる PFOS/PFOA 等（PFAS 類）の処理技術の開発

試験においては、ノズル径、吐出圧力に応じて出口圧力を最適化し、キャビテーションの強さが最大となる噴射条件

加速度で試験を実施することとした。
25～35kHz

2.2

騒音

2.2.1

分解処理試験
試料水の性状および分析方法

水中高速水噴流キャビテーションによる分解処理試験の
図2

試料水として、PFOS/PFOA 等の PFAS 類を含む実際の河川水

FFT 解析画面

（試料水 B、試料水 C）を使用した。試料水の pH、TOC、鉄・式（1）で示す無次元数で定義されるキャビテーション数

マンガン濃度、PFOS/PFOA 等の濃度を表 1 に示す。

25）

試料水・処理水中の PFOS/PFOA 等の分析は、環境省通知を使用し、キャビテーション強さが最大となる最適な噴

射条件を、25kHz～35kHz 帯の加速度デシベル値が最大を示11）す条件から求めることとした。

い固相抽出－LC/MS/MS 法で行った。混合標準液を用いての付表 1 および JIS K 0450-70-10 に示された方法に従PFOS 類（PFSAs：ペルフルオロスルホン酸類）は C4～C10
キャビテーション数 σ（PFBS～PFDS、ただし C9：PFNS を除く。また C5：PFPeS
2＝（P2－Pν）／（（1/2）×ρU ）は C6：PFHxS 標準を用いた半定量）、PFOA 類（PFCAs：ペル＝（P2－Pν）／（P1－P2)

フルオロカルボン酸類）は C4～C14（PFBA～PFTeDA）の同・・・・・（1）族体を直鎖体のみおよび直鎖体＋分岐異性体で定量しているが、本報告では直鎖体のみの結果を示している。

ここで、Pν：飽和蒸気圧、ρ：密度、U：噴流のまた、pH は JIS K 0102-12.1、TOC は JIS K 0102-22.1、

吐出速度、P1：吐出圧力、P2：出口圧力

鉄は JIS K 0102-57.4、マンガンは JIS K 0102-56.4 に従ノズル径φ1.6 mm におけるキャビテーション数σに対すって測定した。
試料水 B は河川水で PFOA が 3,900 ng/L、C6 の PFHxA がる 25kHz～35kHz 帯の加速度デシベル値を図 3 に示す。
吐出圧力が高いほど加速度デシベル値は大きく、それぞ

21,000 ng/L と高濃度であり、PFOA 類(PFCAs)を主体としてれの吐出圧 力 に対応して キャビテーシ ョン数が 0.06～

C4～C12 の同族体を含んでいた。試料水 C（①、②は試料採0.07 付近で加速度デシベル値がピークを示すことが確認

水日が同じであるが測定時期が異なる）は試料水 B とは異できた。

なる河川水で、PFOS/PFOA の合算値は 640～650 ng/L、C6

そこで、PFOS/PFOA 等を含む実際の地下水、河川水を処理対象（試料水）とした、水中高速水噴流による分解処理

表1

試料水の性状および PFOS/PFOA 等の濃度

試料水B 試料水C① 試料水C②
河川水
河川水
河川水
－
7.8
7.3
6.9
pH
mg/L
4.5
2.0
1.9
TOC
mg/L
0.6
2.5
2.1
鉄
mg/L
0.1
17
17
マンガン
C4
PFBS
ng/L
3
440
510
P
C5
PFPeS
ng/L
<1
230
410
F
C6
PFHxS
ng/L
2
1600
1700
O
C7
PFHpS
ng/L
<1
59
74
S
PFOS
n g/ L
8
400
410
類 C8
C10
PFDS
ng/L
<1
<1
<1
C4
PFBA
ng/L
420
210
170
C5
PFPeA
ng/L
240
490
570
C6
PFHxA
ng/L
21000
630
670
PFHpA
ng/L
230
200
270
P C7
PFOA
n g/ L
3900
240
240
F C8
O C9
PFNA
ng/L
130
610
570
A C10
PFDA
ng/L
170
2
4
類 C11 PFUnDA ng/L
35
16
20
C12 PFDoDA ng/L
17<1
<1
C13 PFTrDA
ng/L
<1
<1
<1
C14 PFTeDA ng/L
<1
<1
<1
※PFOS類/PFOA類は直鎖体のみの結果を示している
分析項目

1.6mm 6MPa
1.6mm 8MPa
1.6mm 10MPa
1.6mm 12MPa
1.6mm 14MPa

dBVrms （25～35kHz平均加速度FFT）-30

1.6mm 7MPa
1.6mm 9MPa
1.6mm 11MPa
1.6mm 13MPa
1.6mm 15MPa

-35
-40
-45
-50
-55
-60
0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

キャビテーション数 σ

図 3 キャビテーション数と加速度デシベル値― 3 ―- 11 -

単位

PFOS類 （PFSAs）

るため、1.5 時間後、3 時間後、5 時間後、6 時間後にそれ

図4

PFDA C10PFNA C9<1

4
1
PFDoDA C12<1<1<1 <1時間）でバッチ処理を行った。経時的な処理効果を確認す

17
4

2
PFOA C8ックスを用いた試料水 C②のケースでは処理時間 360 分（6<1<1<1

2 2
1

PFHpA C7間 180 分（3 時間）でバッチ処理を行い、円筒形型噴流ボ

3 3
2PFHxA C61

130 170
67
36 35
34
12

PFPeA C5型噴流ボックスを用いた試料水 B、C①のケースでは処理時

190
230 210PFOA低減率
43.6％

8PFBA C4

処理条件を表 2 に示す。処理対象水量は 30L とし、長方形

10

PFOS C8

水中高速水噴流キャビテーションによる分解処理試験の処理水(ArUFB)

2200
3900
2500

87.5％以上

100

PFHpS C7

処理条件

430 250420 440 250
240
PFOS低減率

1000

PFHxS C6

2.2.2

10000

処理水(N2UFB)

21000
21000 20000

試料水B
ノズル径2.0mm
吐出圧力 12MPa
処理時間 180分

PFPeS C5

比較して高い値であった。

PFOS/PFOA等濃度 （ng/L）
PFOS/PFOA等濃度(ng/L)

であり、PFOS 類(PFSAs)は C4～C7、PFOA 類は C4～C11 の同族体を含んでいた。また、鉄、マンガン濃度が他の試料と原水

100000PFBS C4の PFHxS が 1,600～1,700 ng/L、PFHxA が 630～670 ng/L

2023

PFUnDA C11

鴻池組技術研究報告

PFOA類 （PFCAs）

試料水 B の分解処理結果

ぞれ分析用試料として必要最小量を採水して分析した。な
10000

1200
1600 1400

440 440 190
230
190

100

59

試料水C①
ノズル径2.0mm
吐出圧力 12MPa
処理時間 180分

処理水(ArUFB)PFOA低減率
29.2％
600
460
630 640
610
490
470
180
170
400
230
350
240
200 220110
58 210170130100

PFOS低減率
85.5％

1620

16

10
2

PFOS類 （PFSAs）

図5

PFDoDA C12PFUnDA C11PFDA C10PFNA C9PFOA C8

PFHpA C7PFHxA C6PFPeA C5PFBA C4<1<1 <1<1<1<1<1
PFOS C8

1

PFHpS C7

表 2 処理条件
処理対象試料試料水B 試料水C① 試料水C②
30
水量 L
長方形
噴流ボックス
円筒形
直噴ノズル（CP）
ノズル型式
2.0
ノズル径 mm12
吐出圧力 MPa0.7
出口圧力 MPa
水温 ℃
46.5
47.3
44.7
0.070
キャビテーション数σ
27.7
吐出量 L/min
30.1
180
処理時間 min360
166
処理循環回数361
窒素N2/アルゴンAr
UFBガス種類
窒素N20.5
UFBガス量 L/min

処理水(N2UFB)

PFHxS C6

響を調査した。

1000

430

PFPeS C5用いたケースも実施し、ガスの種類が処理効果に与える影

PFOS/PFOA等濃度（ng/L）PFOS/PFOA等濃度(ng/L)

いるが、試料水 B、C①のケースでは比較としてアルゴンを

原水

PFBS C4

お、UFB のガス種類として窒素を用いることを基本として

PFOA類 （PFCAs）

試料水 C①の分解処理結果

ると、窒素 UFB ケースの方が若干、キャビテーションによる分解処理効果が高い結果であった。なお、どちらのケー
スの処理水についても着色等の変状は認められなかった。
試料水 C①（河川水）の結果を図 5 に示す。キャビテー
ションによる分解処理（ノズル径：2.0 mm、吐出圧力：12 MPa）

2.2.3
2.2.3.1

により、窒素 UFB のケースでは、PFOS が 400→58 ng/L（低試験結果

減率 85.5%）、PFOA が 240→170 ng/L（低減率 29.2%）と濃長方形型噴流ボックス

試料水 B の結果を図 4 に示す。キャビテーションによる度がそれぞれ低減し、PFOS /PFOA の合算値は 640→228 ng/L

分解処理（ノズル径：2.0 mm、吐出圧力：12 MPa）により、（低減率 64.4%）となった。PFOS/PFOA 以外の同族体（PFOS

窒素 UFB のケースでは、PFOS が 8→<1 ng/L（低減率 87.5%

類(PFSAs)：C4～C7、PFOA 類(PFCAs)：C4～C11）は PFOA 類以上）、PFOA が 3,900→2,200 ng/L（低減率 43.6%）と濃度(PFCAs)の C7 を除き、キャビテーションによる分解処理にがそれぞれ低減し、PFOS /PFOA の合算値は 3,908→2,200

よりおおむね濃度が低減した。アルゴン UFB のケースでも、

ng/L（低減率 43.7%）となった。PFOS/PFOA 以外の同族体

PFOS が 400→100 ng/L（低減率 75%）、PFOA が 240→170 ng/L

（PFOS 類(PFSAs)：C4～C6、PFOA 類(PFCAs)：C4～C12）は（低減率 29.2%）と濃度がそれぞれ低減した。窒素 UFB ケPFOA 類(PFCAs)の C4～C6 を除き、キャビテーションによるースとアルゴン UFB ケースの結果を比較すると、試料水 B

分解処理によりおおむね濃度が低減した。アルゴン UFB のの場合と同様に、窒素 UFB ケースの方が若干、キャビテー

ケースでも、PFOS が 8→2 ng/L（低減率 75%）、PFOA が 3,900

ションによる分解処理効果が高い結果であった。なお、試→2,500 ng/L（低減率 35.9%）と濃度がそれぞれ低減した

料 C①には鉄が 2.5 mg/L、マンガンが 17 mg/L 含まれていが、窒素 UFB ケースとアルゴン UFB ケースの結果を比較す

たが、どちらのケースの処理水についても着色等の変状は― 4 ―- 12 -

環境水中に含まれる PFOS/PFOA 等（PFAS 類）の処理技術の開発

試料水C②
PFOA低減率
ノズル径2.0mm
670 66.3％ （6h後）吐出圧力 12MPa
620
570 560570 処理時間 360分
270210240
200

410
170

81

74

100

35

17

10

PFOA類 （PFCAs）

図6

試料水 C②の分解処理結果

10000

円筒型噴流ボックス

較すると、円筒形型噴流ボックスを用いた処理の方がPFOS/PFOA 以外の同族体（PFOS 類(PFSAs)：C4～C7、PFOA類(PFCAs)：C4～C11）の処理時間の経過と濃度の関係を確認すると、PFOS 類(PFSAs)では C7：PFHpS、C6：PFHxA は C8：
PFOS と同様に漸減、C5：PFPeS は 3 時間後までは漸減する

1700

1000

PFOS等濃度 （ng/L）

PFOS/PFOA 濃度の低減率はともに高かった。

10

1

C5：PFPeA は漸減・漸増・漸減、C6：PFHxA、C4：PFBA は漸

0

10000

PFOA等濃度 （ng/L）

イオン化質量分析）を用いて観察されている。PFOS からは

120

1000

2

PFOA を含む CF3(CF2)nCOO-（n=0～6）および CF3(CF2)6SO3-、

C8：PFOS13

C7：PFHpS

0

32

17

10
6

PFOS低減率
95.9％ （6h後）

4

5

6

試料水C②
ノズル径2.0mm
吐出圧力 12MPa
処理時間 360分
760

230 C7：PFHpA
180
140

570
220
200
130
92

C8：PFOA20

PFOA低減率
45.8％ （3h後）

4

4

1

790
670
240
C4：PFBA 230
110

C5：PFPeA

C9：PFNA

62

620
560
210
200
81
35

PFOA低減率
66.3％ （6h後）

C11：PFUnDA
2

1

図8

る。これらは、PFOS からスルホ基（-SO3H）や CF2 の解離、

48

3
経過時間（hr）

C10：PFDA

CF3(CF2)nCOO-（n=0～5）に相当するピークが確認されてい380

C6：PFHxA

700
530

10

1

580

370

試料水 C②の分解処理結果（PFOS 類(PFSAs)）

670
570
270
240
170

100

CF3(CF2)5SO3- に 相 当 す る ピ ー ク が 、 PFOA か ら は

610

340 C5：PFPeSPFOS低減率
88.3％ （3h後）

11200 1200

C6：PFHxS

510

円筒型噴流ボックス度は低下傾向を示した。なお、試料 C②には鉄が 2.1 mg/L、では、60 分後の分解生成物を ESI/MS（エレクトロスプレー

390

試料水C②
ノズル径2.0mm
吐出圧力 12MPa
処理時間 360分

図7増・漸減という挙動を示した。PFPeS を除くと最終的に濃超音波照射による PFOS/PFOA の分解を検討した事例 15）

1300

C4：PFBS26

C10：PFDA、C9：PFNA は C8：PFOA と同様に漸減、C7：PFHpA、状は特に認められなかった。

520

74

がその後漸増、C4：PFBS は 5 時間後にやや濃度が増加する

マンガンが 17 mg/L 含まれていたが、処理水に着色等の変

1600

510
410
410

100

が 6 時間後に若干低下した。PFOA 類(PFSAs)では C11：PFUnDA、

PFUnDA C11PFOS類 （PFSAs）

度は低下する傾向が確認できた。なお、長方形型噴流ボッPFDA C10PFNA C9PFOA C8

84.9%）となった。処理時間の経過とともに PFOS/PFOA の濃クスで試料水 C①を処理した結果と 3 時間後の低減率で比<1<1 <1<1
PFHpA C7

（3 時間後、低減率 72.6%）→98 ng/L（6 時間後、低減率

20

4PFHxA C6

1

度がそれぞれ低減し、PFOS /PFOA の合算値は 650→178 ng/L

6

PFPeA C5

低減率 45.8%）→81 ng/L（6 時間後、低減率 66.3%）と濃6ｈPFBA C4

間後、低減率 95.9%）、PFOA が 240→130 ng/L（3 時間後、

5ｈ

PFOS低減率
95.9％ （6h後）PFOS C8410→48 ng/L（3 時間後、低減率 88.3%）→17 ng/L（6 時3ｈ

PFHpS C7（ノズル径：2.0 mm、吐出圧力：12 MPa）により、PFOS がPFPeS C5型噴流ボックスを用いたキャビテーションによる分解処理

1000

PFBS C4

試料水 C②（河川水）の結果を図 6～図 8 に示す。円筒形

1.5ｈ

PFDoDA C12

原水

円筒型噴流ボックス
1700
1200
510580410
380

円筒形型噴流ボックス
PFOS/PFOA等濃度 （ng/L）
PFOS/PFOA等濃度(ng/L)

2.2.3.2

10000

PFHxS C6

認められなかった。

2

3
経過時間（hr）

456

試料水 C②の分解処理結果（PFOA 類(PFCAs)）

PFOA から CF2 の解離が生じていることを示しており、キャビテーションによる熱分解により、ペルフルオロアルキル

波照射と同様の熱分解が生じており、PFOS/PFOA 等が分解基（CF3(CF2)n-）の低分子化（n の減少）、ペルフルオロアル

しているものと考えている。

キル基とスルホ基の再結合が生じていると考えられている。

2.2.4

-

環境水中に含まれる PFOS/PFOA 等の PFAS 類の浄化技術とまた、PFOS から生じる CF3(CF2)nCOO （n=0～6）、PFOA から-

キャビテーション分解処理試験まとめ

生じる CF3(CF2)nCOO （n=0～5）の濃度変化が LC/MS/MS で観して、新たに水中高速水噴流により生じるキャビテーショ

察されており、各物質の濃度の増加もしくは増加・減少のンを活用した分解処理を考案し、実際の河川水を用いた分傾向をふまえ、キャビテーションによる分解過程でペルフ解処理試験を行った。その結果、①水中高速水噴流により-ルオロアルキル基（CF3(CF2)n ）が低分子化していくことが生じるキャビテーションにより PFOS/PFOA 濃度が低下する

示されている。著者らが実施した水中高速水噴流キャビテ

こと、②円筒形型噴流ボックスの方が長方形型よりーションによる PFOS/PFOA 等の分解処理においても、超音PFOS/PFOA 濃度の低減率が高かったこと、③キャビテーシ

― 5 ―- 13 -

鴻池組技術研究報告2023

ョン核として窒素 UFB の方がアルゴン UFB より効果が高い

料水と基本的には同じものである。試料水 B、試料水 C はこと、④PFOS/PFOA 以外の同族体についても濃度の低減が

試料採取日が異なる複数の試料を使用しており、同一試料可能であること、などを確認した。今後、さらに効率的なでも測定時期が異なる場合もあることから、濃度の範囲を処理方法を検討し、連続処理に向けた取り組みを進めてい示している。また、試料水や処理水中の PFOS/PFOA 等の分

きたいと考えている。

析方法は 2.2.1 で記載した方法と同様である。

３．粉末活性炭による吸着処理

表3

試料水B

試料水C

試料水D

河川水

河川水

地下水

－

7.3 ～ 7.8

6.8 ～ 7.4

7.9

TOC

mg/L

3.8 ～ 6.3

1.8 ～ 2.3

0.4

鉄

mg/L

0.2 ～ 1.0

2.0 ～ 3.3

<0.1

マンガン

mg/L

<0.1 ～ 0.2

1.2 ～ 17

<0.1

ng/L

PFCAsが主体
PFOA： 3,600～6,700PFHxA：12,000～22,000

PFOS： 140～500
PFHxS：670～2,200
PFOA： 140～300
PFHxA：350～670

PFOS： 270
PFHxS：390
PFOA： 19
PFHxA：66

分析項目

単位

当社は過去に旧日本軍の毒ガス弾等に使用された化学物

pH

質の一つである有機ヒ素化合物（主にジフェニルアルシン酸）たとえば 26）による地下水汚染に対して「粉末活性炭吸着＋凝集沈澱処理」を適用して地下水処理を行った経験がある。この際、吸着性の低いジフェニルアルシン酸に対して
酸性雰囲気で粉末活性炭吸着させる 27）ことで、安定して地

試料水の性状および PFOS/PFOA 等の濃度

主な
PFAS類
含有状況

※PFAS類は直鎖体のみの結果を示している

下水中からジフェニルアルシン酸を吸着・除去することが可能である 28）ことを経験した。粒状活性炭や粉末活性炭に対する PFOS/PFOA の吸着特性について文献調査した結果、試料水 B は河川水で PFCAs を主体として含んでおり、PFOA

中性雰囲気と比較して酸性雰囲気の方が PFOS/PFOA の活性が 3,600～6,700 ng/L、PFHxA が 12,000～22,000 ng/L と高29）30）

が示されており、ジフ

濃度で、他に C4～C12 の同族体を含んでいた。また、PFSAs

ェニルアルシン酸の場合と同様の傾向であった。そこで、も低濃度であるが PFOS、PFHxS、PFBS（C4）が含まれていジフェニルアルシン酸等の有機ヒ素化合物を含む地下水のた。

炭への吸着量は増加すること

粉末活性炭吸着処理の経験を活かし、PFOS/PFOA 等の PFAS

試料水 C は試料水 B とは異なる河川水で、PFOS が 140～類を含む環境水の粉末活性炭を用いた吸着処理実験を実施

500 ng/L、PFHxS が 670～2,200 ng/L、PFOA が 140～300 ng/L、した。PFAS 類を吸着した粉末活性炭の最終的な無害化処理

PFHxA が 350～670 ng/L 含まれていた。他に PFSAs は C4～の方法も勘案し、処理水を得る固液分離技術には精密ろ過

C7、PFCAs は C4～C11 の同族体を含んでいた。鉄、マンガ(MF)膜領域の膜分離技術（ろ過処理技術）を採用した。

ン濃度が他の試料と比較して高い値であった。
試料水 D は地下水試料で、地理的条件から PFSAs を主体

3.1

吸着処理実験方法として含んでいると想定していたが、実際に採取した試料

3.1.1

粉末活性炭

水の濃度は PFOS が 270 ng/L、PFHxS が 390 ng/L であった。

実験には比較的安価で取り扱いが容易な 3 種類の粉末活

また、PFOA が 19 ng/L、PFHxA が 66 ng/L 含まれており、性炭（WET 品；湿潤状態）を準備した。原料別に木質（活PFCAs、PFSAs は他に C4～C7 の同族体を含んでいた。

性炭 A）、ヤシ／木質（活性炭 B）、石炭（活性炭 C）の 3 種

3.1.3

粉末活性炭の PFAS 類吸着量比較実験

類で、いずれも水蒸気賦活で製造された一般的な製品で、

試料水 B および試料水 C を用いて、粉末活性炭 A～C の浄水・排水処理、有機物除去等の用途に使用されている。

PFAS 類吸着量の把握を行った。容量 2L の PP 製ディスポー

WET 品の粉末活性炭であるため、メーカーから発行される

ザルカップに試料水 2L を量試験成績表に記載された乾燥減量（水分量）の規格値おより取り、粉末活性炭 A～C を添

び試験値を確認する意味で水分量を実測し、その値を用い

加量 100 mg-dry/L 程度を基本て粉末活性炭の固形分質量を算出した。

として、25 mg-dry/L～最大3.1.2

540 mg-dry/L の範囲で数水準

試料水の性状および分析方法

粉末活性炭による吸着処理実験の試料水として、PFOS/

変化させて試料水に添加し、PFOA 等の PFAS 類を含む実際の河川水（試料水 B、試料水 C）

写真 3 に示すように撹拌機を

および地下水（試料水 D）を使用した。試料水の pH、TOC、用いて室温で 1 時間撹拌した。

鉄・マンガン濃度、主な PFAS 類として PFOS（C8）、PFHxS

撹拌中に pH 調整は行わなか（C6）、PFOA（C8）、PFHxA（C6）の濃度を表 3 に示す。なお、った。撹拌終了後に速やかに試料水 B、試料水 C については、２．の検討で使用した試

5C ろ紙でろ過してろ水を得― 6 ―- 14 -

写真 3

吸着実験状況

環境水中に含まれる PFOS/PFOA 等（PFAS 類）の処理技術の開発

清⽔
逆洗⽔（濃縮⽔）

処理⽔

粉末活性炭
清⽔・処理⽔
希硫酸

希硫酸
pH

1次ろ過⽔

逆洗⽔（濃縮⽔）pH

清⽔槽

ｵｰﾊﾞｰﾌﾛｰｵｰﾊﾞｰﾌﾛｰ

処理
対象⽔

粉末活性炭
溶解槽

精密濾過(1)
原⽔槽

反応槽(1) 中継槽(1)

精密濾過(2)

逆洗⽔

反応槽(2) 中継槽(2)

清⽔槽へ

逆洗⽔

処理⽔
（ろ過⽔）

逆洗⽔（濃縮⽔）

PFAS吸着済み
廃活性炭スラリー

図9

想定している PFAS を含む環境水の粉末活性炭を用いた吸着処理の基本フロー（2 段処理ケース）
粉末活性炭①た。試料水およびろ水中の PFAS 類濃度を差し引いた値から、粉末活性炭への吸着量を

原⽔①
50L

精密
ろ過

反応層(2)
を想定

算出した。
3.1.4

室内吸着処理試験

実処理で想定している吸着処理フロー

原⽔②
50L

処理⽔① ・・・【1段階処理をイメージ】
粉末活性炭②
濃縮⽔① 処理⽔②

反応層(1)を想定

精密ろ過

反応層(2)を想定

濃縮⽔②（図 9）を勘案し、図 10 に示すフローで、

精密
ろ過

処理⽔③
・・【2段階処理をイメージ】
濃縮⽔③※回収・保管

原⽔③
50L

試料水 B～D を用いて 50L 規模の室内吸着処
理試験をバッチ試験で実施した。図 9 で示した連続処理フローは安定した処理を確保

図 10

反応層(1)
を想定

精密
ろ過

処理⽔④

濃縮⽔④

※回収・保管

室内吸着処理試験のフロー（バッチ試験）するため 2 段の処理をイメージしているが、PFAS 類濃度によっては 1 段のみでの処理も想定している。
図 10 に示す試験フローにおいて、処理水①は 1 段処理での処理水を想定して処理効果を確認するものである。
室内吸着処理試験では、処理水槽に 70L の PE 製ポリペールを使用した。試料水 B～D の原水①および処理水②に所定量の粉末活性炭（活性炭 A）および原水②に精密濾過装置の逆洗水（濃縮水）を添加し、ミニ水中ポンプ（HY-304、原水（試料水 B）

吐出量 25 L/min）2 台を使用して 1 時間撹拌することで吸粉末活性炭を添加・混合・撹拌

着処理とした。精密濾過にはフィルター精度 0.15μm×99.95%の親水性 PTFE プリーツ型フィルター式ろ過装置 31）32）（（株）流機エンジニアリング製、ECO クリーン 1N、6 L/min）を使用した。精密濾過によりろ過したろ水を「処理水」とした。プリーツフィルターで捕捉した粉末活性炭を処理水で逆洗した「逆洗水（濃縮水）」は原水へ返送もしくは最終
残渣として回収・保管した。実験は 20℃前後の室温で行い、pH を調整するケースでは、工業用希硫酸（62.5%）を用いろ過水（処理水）て適宜 pH 調整を行った。試験状況の例を写真 4 に示す。

写真 4

3.2
3.2.1

逆洗水（濃縮水）

室内吸着試験状況（試料水 B）

PFAS 類吸着量の把握を行った結果を図 11 に示す。原水で吸着処理実験結果検出された PFAS 類は全て分析しており、それぞれの吸着量

粉末活性炭への PFAS 類吸着量の比較

試料水 B および試料水 C を用いて、粉末活性炭 A～C のを算出しているが、主な PFAS 類として PFSAs：PFOS（C8）、― 7 ―- 15 -

鴻池組技術研究報告

2023

PFHxS（C6）および PFCAs：PFOA（C8）、PFHxA（C6）の結果含まれるマトリックスが異なることが要因と推察される。

を示している。なお、吸着処理中に pH 調整は行っておらず、また、当然ではあるが、平衡濃度が高いと吸着量が増加す

また、粉末活性炭はアルカリ性であることから、ろ水の pHる（水中に吸着する物質が多いと多くの量が吸着し、吸着は原水と比較して 0.2～0.7 ポイント上昇した。

する物質が少ないと少ない量しか吸着しない）。したがって、
平衡濃度が高い状態を処理プロセスの中で作った方が、粉PFOS-活性炭A（木質）PFHxS-活性炭A（木質）PFOS-活性炭B（ヤシ/木質）

PFHxS-活性炭B（ヤシ/木質）

末活性炭の持つ吸着能力をより多く発揮できることに繋がPFOS-活性炭C（石炭系）

PFHxS-活性炭C（石炭系）

るため、図 9 に示した 2 段処理フローを含め多段階処理フ1000

ローを検討している次第である。

PFOS、PFHxS

質、活性炭 C：石炭）によって PFAS 類の吸着量に大きな差100

異は認められなかったが、今回の実験では木質系の活性炭
A の吸着量が他と比較してやや良かったことから、以後の
試料水C

10

検討は活性炭 A（木質）を使用することとした。
3.2.2

室内吸着処理試験結果

3.2.2.1

試料水 B（河川水）

1
1

10

100

1000

10000

3.2.1 の結果をふまえ、試料水 B を用いた室内吸着処理

100000試験では、活性炭 A の添加量を 300 mg-dry/L と設定し、比平衡濃度 ng/L
PFOA-活性炭A（木質）PFHxA-活性炭A（木質）較として添加量を 155 mg-dry/L に減らしたケースの試験をPFOA-活性炭B（ヤシ/木質）

PFHxA-活性炭B（ヤシ/木質）実施した。結果を図 12 に示す。

PFOA-活性炭C（石炭）PFHxA-活性炭C（石炭）

390

10000

100000

310
82

41
39
98
2

2

43

20 20

3

<1<1

PFOS類 （PFSAs）

平衡濃度と吸着量との関係

図 12

63

17
9

<1<1

平衡濃度 ng/L

図 11

180

160

71

1 <1

<1<1 <1<1<1<1 <1<1<1<1 <1<1

PFDoDA C121000

370 320PFOA C8100

3

2<1<1 <1<1 <1<1<1<1<1<1 <1<1<1 <1<1 <1<1<1<1<1<1

PFHxS C6

10

1100
860

6

5

PFPeS C5

1

230

56
49

PFBS C4

1

580
360

6700 5700

120

5

試料水B
吸着処理時間： 60分

PFUnDA C11

630390370350280 280

100

10

12000

PFDA C10

10000

1000

処理水③

pH 未調整、活性炭A（木質）：155 mg-dry/L
12000

2

1

処理水①

PFHpA C7

試料水C

pH 未調整、活性炭A（木質）：300 mg-dry/L

原水

PFHxA C6

10

処理水③

PFPeA C5

試料水B

処理水①

PFBA C4

PFOS/PFOA等濃度 （ng/L）
PFOS/PFOA等濃度(ng/L)

吸着量 μg/g-dry

100

原水

PFNA C9

100000

PFOA、 PFHxAPFOS C8

1000

PFHpS C7

吸着量 μg/g-dry

粉末活性炭の種類（活性炭 A：木質、活性炭 B：ヤシ／木PFOA類 （PFCAs）

試験水 B を用いた室内吸着処理試験結果(その 1)(上：PFOS・PFHxS、下：PFOA、PFHxA)
吸着処理中の pH は調整せず、粉末活性炭の添加により、試料水 C には PFSAs、PFCAs の両方とも同程度の濃度で含原水と比較して pH は 0.3～0.5 ポイント上昇した。C9～C12

まれていたが、図 11 の結果からは、同様の平衡濃度であれの PFCAs は処理水①、処理水③ともに定量下限値未満（1ば、PFSAs（PFOS、PFHxS）の方が PFCAs（PFOA、PFHxA）よng/L 未満）まで濃度が低減した。PFOA（C8）、PFHpA（C7）

りも吸着量が多い結果であった。

も活性炭添加量 300 mg-dry/L では 99%以上、155 mg-dry/L

試料水 B は PFCAs（PFOA、PFHxA）が主体で高濃度に含までは PFOA は 99%以上、PFHpA は 97%以上濃度が低減した。

れていたが、試料水 C と比較して、同様の平衡濃度であれ

PFHxA（C6）は原水濃度が 12,000 ng/L と高濃度であったが、ば、試料水 B の方が活性炭への PFCAs 吸着量が多い結果で活性炭添加量 300 mg-dry/L では 95～97%、添加量 155あった。

mg-dry/L では 90～92%濃度が低減した。PFPeA（C5）、PFBAPFSAs、PFCAs のいずれも、一般的な活性炭の等温吸着線（C4）と炭素数が少なくなると活性炭への吸着量は低下し、のように平衡濃度と吸着量を整理できる可能性はあるが、PFBA は活性炭添加量 300 mg-dry/L でも 40%前後の濃度低減

対象の水が異なると（試料水 B と C では）PFAS 類の吸着量にとどまった。

が異なることが確認できた。対象水によって PFAS 類濃度や― 8 ―- 16 -

活性炭添加量が 300 mg-dry/L のケースで、吸着処理中に環境水中に含まれる PFOS/PFOA 等（PFAS 類）の処理技術の開発

1000

100

76
53

調整することが非常に効果的であることが判明し

43
17
9

3

2 2

2

3

図 13

処理水①（1 段処理）と処理水③（2 段処理）
10000

原水

PFBA C4PFOS C8

処理水①

130640 640

34
12
8

3

54

5

4

2

2

処理水③

原水

PFOA C8

PFHpA C7PFHxA C6

処理水①

処理水③
試料水D
吸着処理時間： 60分

酸性側での吸着処理：pH 4.0に調整

270

270

57
42
13

13

10

1920 16 19

16

8

7

5

<1 <1

<1 <1

PFHxS C6PFBS C4

C7～C11 では pH 調整の有無に関わらず 93～99%

<1

<1 <1

4

<1 <1

<1

1 <1

<1 <1

以 上 濃 度 が 低 減 し た （ 初 期 濃 度 が 低 い PFDA
PFOS類 （PFSAs）（C10）を除く。PFDA、PFUnDA は 1 ng/L 未満ま
図 15で低減）。pH を酸性雰囲気に調整すると PFHpA

19

4

<1

PFHxA C6

<1 <1

19

22

PFBA C4<1 <1

PFPeS C5

11

1

23

23
11

2

2

PFOS C8

いても 97～99%以上の濃度低減が可能となった。

66 52 66

42

PFPeA C5

57

42

390

<1 <1

<1

<1 <1

PFOA C8

処理水①

390

42

<1<1 <1<1 <1<1 <1<1

試験水 C を用いた室内吸着処理試験結果

活性炭A（木質）：110 mg-dry/L

100

1

<1<1

<1

5

PFOA類 （PFCAs）

pH 未調整

1000

4

3

2

<1<1 <1<1 <1<1 <1<1

PFBA C4PFBS C4

原水

雰囲気に調整したケースの試験を実施した。結PFOS/PFOA等濃度 （ng/L）
PFOS/PFOA等濃度(ng/L)

67

72

55

PFUnDA C11

2

図 14
10000

180 180

150 160

PFOS類 （PFSAs）

PFCAs（C4～C11）については、炭素数が多い

試料水C
吸着処理時間： 60分

PFDA C103
11

処理時に pH 未調整のケース（原水と比較してに調整することで PFBS（C4）、PFPeA（C5）につ

190
130

7

6
4

PFOS C810試料水 C を用いた室内吸着処理試験では、活PFOA は 1 ng/L 未満まで低減）。pH を酸性雰囲気

処理水③

13

2

pH は 0.2～0.4 ポイント上昇）と、pH3.6 の酸性<1<1 <1<1

27

26

21

性炭 A の添加量を 110 mg-dry/L と設定し、吸着関わらず 88～99%以上濃度が低減した（PFHpA、

400
360 370

68

試料水 C（河川水）

PFSAs（C4～C8）については pH 調整の有無に

380 340120
110 110 130

120

19
16

1

果を図 14 に示す。

処理水①

PFNA C9

160

100

された。

<1<1 <1<1

PFHpA C7160 160

440 440

PFHpS C7

くなるため、吸着量の差が見られたものと推測

原水

酸性側での吸着処理：pH 3.6に調整

PFHpS C7

pH 未調整の場合は処理水③の方が pH はやや高

処理水③670 700

PFHxS C6の場合より処理水③（2 段処理）の方が長く、<1<1 <1<1

活性炭A（木質）：110 mg-dry/L

1000

PFPeS C5

粉末活性炭との接触時間は処理水①（1 段処理）

<1<1 <1<1

PFOA類 （PFCAs）

pH 未調整PFOS/PFOA等濃度 （ng/L）
PFOS/PFOA等濃度(ng/L)

らかに処理水③の方がより低濃度となっていた。

42

試験水 B を用いた室内吸着処理試験結果(その 2)

未調整の場合は処理水①の方がやや低濃度であったが、酸性雰囲気で吸着処理した場合は、明2<1

PFPeA C5の PFAS 類濃度を比較すると、吸着処理時に pH

20

16
4

1

PFOS類 （PFSAs）

た。

190
82

PFOA C832310

PFHpA C71

3

370 350

10<1<1 <1<1 <1<1<1<1<1<1 <1<1<1 <1<1 <1<1<1<1<1<1

類を活性炭吸着処理する際に、pH を酸性雰囲気に3.2.2.2

6700
4100

180

56
49

8

5

5

試料水B
吸着処理時間： 60分

78
60

PFPeA C510

濃度低減効果が向上することが確認できた。PFAS

15000

580
360

630390500
280 290370

PFHpS C7

→96～98%、PFBA についても 40%前後→75～87%と処理水③活性炭A（木質）：300 mg-dry/L

PFHxS C6PFHxA では 95～97%→99%以上、PFPeA では 80～82%

10000

PFPeS C5

以上→99.9%以上、PFHpA では 97%以上→99%以上、処理水①

酸性側での吸着処理：pH 4.0に調整
12000

PFBS C4に対する PFAS の吸着量は増加し、PFOA では 99%

PFOS/PFOA等濃度 （ng/L）
PFOS/PFOA等濃度(ng/L)の酸性雰囲気で吸着処理することで、粉末活性炭

原水

PFDoDA C12

果を、pH 未調整の結果と併せて図 13 に示す。pH4

処理水③

pH 未調整PFUnDA C11

処理水①

PFDA C10

原水

PFNA C9

100000PFHxA C6

pH を 4.0 と酸性雰囲気に調整したケースの試験結PFOA類 （PFCAs）

試験水 D を用いた室内吸着処理試験結果（C7）、PFOA（C8）についてはさらに濃度が低減した。炭素

なお、試料水 C には鉄、マンガンが他の試料水と比較し数が少ない C4～C6 では、pH 未調整のケースで明らかに吸て高い濃度で含まれていたが、PFAS 類吸着処理に支障は見

着量が減少した。一方、pH を酸性雰囲気に調整すると、pHられなかった。

未調整のケースと比較して濃度は低減した。処理水③では3.2.2.3

試料水 D（地下水）

PFHxA（C6）で 68%→98%、PFPeA（C5）で 66%→96%、PFBA

試料水 D を用いた吸着処理試験では、活性炭 A の添加量（C4）では 0%→79%と濃度低減効果が大きく向上した。

を 110 mg-dry/L と設定し、吸着処理時に pH 未調整のケース（原水と比較して pH は 0.1～0.3 ポイント上昇）と、pH4.0― 9 ―- 17 -

鴻池組技術研究報告の酸性雰囲気に調整したケースの試験を実施した。結果を2023

に関する検討の結果について紹介した。

図 15 に示す。

水中高速水噴流によって生じるキャビテーションを活用

PFSAs（C4～C8）については pH 調整の有無に関わらず 96～99%以上濃度が低減した。

した分解処理については、キャビテーションにより
PFOS/PFOA 濃度が低下すること、長方形型と比較して円筒

PFCAs（C4～C8）については、炭素数が多い PFHpA（C7）、形型の噴流ボックスを用いた方が PFOS/PFOA 濃度の低減率

PFOA（C8）で pH 未調整でも濃度低減効果が高く、pH を酸が高かったこと、キャビテーション核として窒素 UFB の効性雰囲気に調整すると PFHpA、PFOA は処理水①、処理水③

果が高いこと、PFOS/PFOA 以外の同族体についても特に C6ともに定量下限値未満（1 ng/L 未満）まで濃度が低減した。

～C7 の PFSAs、C9～C11 の PFCAs で濃度の低減が可能であ

炭素数が少ない C4～C6 では、試料水 C のケースと同様に、

ること、などを確認した。

pH 未調整のケースで明らかに吸着量が減少した。一方、pH

粉末活性炭を用いた吸着処理については、活性炭原料（木を酸性雰囲気に調整すると、処理水①、処理水③ともに pH

質、ヤシ／木質、石炭）によって吸着量に大きな差がない

未調整のケースと比較して濃度は低減した。処理水③ではこと、対象水によって平衡濃度と吸着量の関係が異なるこ

PFHxA（C6）で 83%→96%、PFPeA（C5）で 83%→98%、PFBAと、吸着処理時の pH 調整の有無に関わらず PFSAs（C4～（C4）では 15%→73%と濃度低減効果が向上した。

C8）・PFCAs（C7～C12）は粉末活性炭への吸着性がよく、濃度低減効果が大きいことを確認した。加えて、吸着処理時

3.3

粉末活性炭吸着処理に関する検討のまとめの pH を酸性雰囲気に調整することにより、C4～C6 の PFCAs

PFOS/PFOA 等の PFAS 類を含む実際の河川水、地下水といった環境水を用いて、粉末活性炭を用いた吸着処理に関すに対する吸着能力が大きく向上し、PFBA（C4）でも 70～80%程度の濃度低減効果が得られることを確認した。

る検討を行った。浄水・排水処理、有機物除去等の用途に

なお、粉末活性炭による吸着処理後には PFAS 類を吸着し一般的に使用されている粉末活性炭（木質、ヤシ／木質、た使用済み活性炭（廃活性炭）が発生することになり、今石炭）を用いた PFAS 類吸着量比較実験では、活性炭原料に回の室内吸着処理試験では精密濾過後の「逆洗水（濃縮水）」

よって吸着量に大きな差がないこと、対象水によって平衡がこれに該当する。この廃活性炭に含まれる PFAS 類につい濃度と吸着量の関係が異なることを確認した。

ては、最終的には、適切かつ確実に分解処理される必要が実処理で想定している吸着処理フローを模擬した 50L 規あると考えられる。現在、「PFOS 及び PFOA 含有廃棄物の処

模の室内吸着処理試験では、吸着処理時の pH 調整の有無に理に関する技術的留意事項」33）に合致し、環境負荷を低減

関わらず PFSAs（C4～C8）は粉末活性炭への吸着性がよく、させた、PFAS 類含有廃活性炭の新たな分解処理技術の開発

濃度低減効果が大きかった。PFCAs（C4～C12）のうち、炭を進めており、今後それらの技術開発の結果についても報素数が多い C7～C12 では、吸着処理時の pH 調整の有無に関告していきたい。

わらず粉末活性炭への吸着性がよく、濃度低減効果が大きかった。C4～C6 では pH 未調整のケースで明らかに吸着量謝

辞が減少し、特に PFBA（C4）はほとんど活性炭には吸着しな環境水中に含まれる PFOS/PFOA 等のキャビテーション技

かった。一方、pH を酸性雰囲気に調整すると、pH 未調整の術による分解処理については（株）ワイビーエムとの共同ケースと比較して濃度はさらに低減し、PFBA（C4）でも 70開発で検討した結果について掲載した。共同開発に携わっ～80%程度の濃度低減効果が得られることを確認した。

たファインバブル事業開発部の大越俊一氏、大坪修平氏、
宇川岳史氏に感謝の意を表する。

４．まとめ
近年、有機フッ素化合物の中でも PFAS による環境水等の汚染に注目が集まっており、環境省の調査においてもPFOS/PFOA および PFHxS が河川水や地下水等から幅広く検出されている状況をふまえ、著者らは環境水中に含まれる
PFAS 類を低コストで処理する方法の検討を進めている。本
報告では、PFOS/PFOA 等の PFAS 類を含む実際の河川水、地下水を用いて実施した、水中高速水噴流によるキャビテー
ションを利用した分解処理と、粉末活性炭による吸着処理― 10 ―- 18 -

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