55●新規鉄粉の揮発性有機塩素化合物分解特性
南陽研究所 環境化学グループ

１．はじめに

清水 要樹
長井 康行
榊孝

アノード反応（鉄溶解） ：Fe → Fe2＋ ＋2 e−（1）
カソード反応（VOC分解）：2RCl(VOC)＋ 2H2O ＋ 2e−→ 2RH（エチレン等）＋ 2Cl−＋ 2OH−
（2）

2003年施行された「土壌汚染対策法」1) により、土壌・地下水中に含まれる揮発性有機塩素化合物（以下、VOCと略す）等の浄化対策が土地所有者等に対し義RH ＋ OH− ＋ Cl−

務づけられた。この法律制定により、VOC等の浄化

Fe2＋RCI ＋ H2O対策が急速に進められている。浄化の一手段として、鉄粉の還元力を利用した脱塩素分解法2)があるが、従カソード

アノード

来の鉄粉では高濃度汚染での分解浄化が困難、また浄2e化期間がきわめて長いという課題があり、高活性な鉄鉄粉の開発が求められている。
当社で開発した新規鉄粉（商標：MA−FN200）は、

図１

MA−FN200によるVOC分解機構の概略図

高濃度に汚染された土壌・地下水の分解浄化に対しても短期間に処理できるものである。
本報では、MA−FN200のVOCに対する分解特性3)、３．MA−FN200の物性分解に及ぼす温度及び薬剤添加量の影響、さらに、掘削型、原位置型による実汚染土壌での処理実績等を紹

MA−FN200の物性値を表１に示す。MA−FN200は介する。

0.3％未満のNiを含む。粉体粒径は従来の鉄粉と同様であるが、性能向上を目的に特殊加工を施している。
この第２成分の添加と加工方法の違いにより従来の鉄２．MA−FN200によるVOCの分解機構

粉に比べて格段に優れたVOC分解性能を有する。

MA−FN200によるVOCの分解機構を図１に示す。
MA−FN200は鉄を主体とする粉体であり、粉体内部

４．MA−FN200のVOC分解性能にアノ−ド（陽極）とカソ−ド（陰極）からなる大きな局部電池(乾電池のようなもの)を形成する。その電［1］VOC含有水溶液中での分解性能池作用により、アノード部では（１）式のように電子（1）各種VOC含有水溶液を放出し、カソ−ド部においては（２）式のように電子を授受して脱塩素分解反応を起こす。

表１

土壌汚染対策法の規制対象になっているVOCの中で、難分解性と言われているテトラクロロエチレン

新規鉄粉（MA−FN200）と比較鉄粉（X剤）の物性値比較

新規鉄粉（MA−FN200）
比較鉄粉（X剤）

化学成分
［wt％］

比表面積［m2/g］

粉体粒径［mesh］

Fe−0.3％未満Ni

0.5＜100Fe＞99.2

1.2＜100（ 55 ）

56

TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.50（2006）

1001(a)0.10.01

MA−FN200、１％
X剤、
１％

10

Cis−DCE［ppm］

10PCE［ppm］

100

MA−FN200、１％
X剤、１％1(b)
0.10.01

環境基準値：0.04ppm

環境基準値：0.01ppm
0.0010.001
0510152005経過日数［日］図２101520経過日数［日］各VOC含有水溶液中での分解性能(a) PCE水溶液の分解挙動(b) Cis−DCE水溶液の分解挙動（PCE）、シス−1,2−ジクロロエチレン（Cis−DCE）
100

しては、各分解剤１％添加、反応温度20℃である。図10TCE［ppm］

含有水溶液中での分解性能を図２に示す。処理条件と２より各VOC含有水溶液中においてMA−FN200添加では比較鉄粉（Ｘ剤）と比較し短期間に分解している。

20℃、1％、X剤
20℃、10％、X剤
20℃、1％、MA−FN200

10.1
環境基準値：0.03ppm

0.01（2）添加量依存性

0.0010

図３は、20℃、トリクロロエチレン（TCE：10ppm）

51015経過日数［日］含有水溶液中における分解性能に及ぼす各分解剤添加
図３量の影響である。MA−FN200では１％添加でも１週間以内に環境基準値以下まで分解している。一方、比TCE含有水溶液中における分解性能に及ぼす添加量の影響

較鉄粉（Ｘ剤）では１％添加で１ケ月以上、10％添加でも約1週間の分解時間がかかる。このことから温度の影響を示す。（a）より、MA−FN200では10℃

MA−FN200はＸ剤に対し約10倍の分解能を有するとの低温においても短期間に分解できる。従って、冬期判断される。

においても分解が可能と言える。（ｂ）はMA−FN200と比較鉄粉（Ｘ剤）の反応速度定数をアレニウスプロ（3）温度依存性ットしたものである。MA−FN200の活性化エネル

図４にTCE含有水溶液中における分解性能に及ぼす

ギ−は63KJ／M、X剤は25KJ／Mであり、MA−100(a)

MA−FN200(E＝63KJ/M)
反応速度定数［h−1］TCE［ppm］

101105℃
10℃
20℃30℃0.1
環境基準値：0.03ppm

0.010.001
05101510.1(b)0.010.001
0.00013.25

経過日数［日］図４

X剤(E＝25KJ/M)

3.30

3.35 3.40 3.45 3.50 3.55
反応温度、1/T［K−1×1000］

TCE含有水溶液中における分解性能に及ぼす温度の影響(a) 5〜30℃、TCE含有水溶液中での分解性能(b) 反応速度定数のアレニウスプロット（ 56 ）

3.60

3.65

東ソー研究・技術報告 第50巻（2006）(a)TCE［ppm］

1010.10.01

10010.10.01

環境基準値：0.03ppm

環境基準値：0.03ppm

0.001

0.001
010203040506070

01020

経過日数［日］3040506070

経過日数［日］図５

A社実汚染サイトでの掘削型浄化処理例(a) MA−FN200のTCE分解性能(b) 比較鉄粉（X剤）のTCE分解性能

1001005m深7m深10m深(a)10TCE［ppm］

10PCE［ppm］

Blank
X剤、1％添加X剤、2％添加X剤、3％添加X剤、4％添加(b)

10TCE［ppm］

Blank
MA−FN200、0.5％添加
MA−FN200、 1％添加
MA−FN200、 2％添加
MA−FN200、 3％添加
MA−FN200、 4％添加

10057

10.1(b)10.1
環境基準値：0.03ppm

0.01

0.015m深7m深10m深環境基準値：0.01ppm
0.001
00.00151015202530035510経過日数［日］図６1520253035経過日数［日］B社実汚染サイトでの原位置型浄化処理例(a) PCE分解挙動(b) TCE分解挙動

FN200は2倍以上の活性化エネルギ−を有し、両者のせて注入・混合するフルフラップ方式で処理した際の分解機構は基本的に異なる。

分解性能を図６に示す。（a）は深度５ｍ、７ｍ、10ｍ位置でのPCE分解挙動を示したものであり、（b）は同［2］実汚染土壌での分解処理例位置でのTCE分解挙動である。PCE、TCE共に、順調（1）Ａ社実汚染サイトでの掘削型浄化処理例に分解が進行しており、約１ケ月以内で環境基準をク掘削汚染土壌にそれぞれMA−FN200と比較鉄粉リアできる。

（Ｘ剤）を添加し、振動型混合機で処理した際の分解性能を図５に示す。（a）はMA−FN200の添加量を変化させた場合のTCE分解挙動である。僅か0.5％添加

5．おわりにでも１週間以内に環境基準値以下まで分解している。

本報で紹介した新規鉄粉MA−FN200は、土壌・地一方、（ｂ）は比較鉄粉（Ｘ剤）の添加量を変化させ下水を汚染しているVOCの分解性能に優れるものでた場合の分解挙動である。４％添加しても１ケ月以上ある。従来の鉄粉を利用した土壌汚染浄化に比べ、使の浄化期間が必要であることから、MA−FN200は10用量が最大で1/10に低減できるほか、10℃の低温下倍以上の分解能を有すると言える。

でも浄化能力を維持するなど寒冷地や冬期の施工も容易にできる。

（2）Ｂ社実汚染サイトでの原位置型浄化処理例

また、原位置浄化や掘削など土壌汚染処理の様々な原位置型浄化処理として、MA−FN200を重ね合わ工法に使用できるほか、地下水汚染の浄化では浄化壁（ 57 ）

58

TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.50（2006）としても使用できる等、幅広い用途に適用可能である。
今後、MA−FN200が多方面で利用され、環境負荷低減に貢献できることを期待している。

参考文献
１）環境省HＰ
http://www.env.go.jp/water/dojo/law.html
２）環境庁水質保全局編、土壌・地下水汚染に係る調査・対策指針運用基準、123（1999）
３）清水要樹、中本義行、長井康行、第9回地下水･土壌汚染とその防止対策に関する研究集会、6（2003）（ 58 ）