様式３R1446

リン除去型浄化槽の鉄形態解析のための前処理方法の検討
Study on pretreatment method of iron form in phosphorus removal process atsmall scale wastewater treatment plant
見島 伊織 a, 濵みずほ b, 田畑洋輔 b, 横山裕太 c，中島淳 c，片山真祥 dIori Mishimaa, Mizuho Hamab, Yosuke Tabatab, Yuta Yokoyamac, Jun Nakajimac, Misaki Katayamada

埼玉県環境科学国際センター, b フジクリーン工業株式会社, c 立命館大学理工学部
d立命館大学 SR センターaCenter for Environmental Science in Saitama, b Fuji Clean Co.,Ltd, c Department of Science andEngineering, Ritsumeikan University, d The SR Center, Ritsumeikan University
リン除去を目的として使用される鉄電解法を組み込んだ小規模分散型の排水処理施設においては、好気的な条件の他に、無酸素もしくは嫌気的な条件も存在するため、3 価鉄だけでなく、還元的な鉄を含めた解析も重要となる。よって、今回は、鉄の形態解析としてよく知られている市販の標準物質や自家調整した物質を用い、それぞれの XAFS スペクトルの特異性について検討した。
The phosphorus removal is performed in small scale and decentralized wastewater treatment plants with
the iron electrolysis method. The plants have aerobic, anoxic or anaerobic zones, therefore, it is important totake into account not only iron(III) but also reduced iron. Therefore, the characteristics of XAFS spectra
obtained form reference standard materials and adjusted materials were analyzed.
Keywords: Fe K-XANES, iron electrolysis, phosphorus removal
背景と研究目的： 鉄既存のリン除去型浄化槽に採用されている鉄電解法とは、浄化槽内に設置した鉄電極に通電し、電極より溶出した鉄イオンと水中のリン酸イオンを反応させ不溶化することで水中のリン酸イオンを除去する方法である。これまでに、鉄電解法を導入した実浄化槽の水質調査や、実処理水を用いた室内回分実験により、Ca などの共存物質がリン除去性能に与える影響を実験的に検討し、Ca の添加の有無による XAFS スペクトルの変化などを考察した。しかしながら、実際の浄化槽に蓄積する鉄含有汚泥や室内実験の生成汚泥のスペクトルフィッティングを行うためには、それぞれのスペクトルの特異性を検討するなどし、フィッティングの解析条件を整理する必要がある。実際に、浄化槽においては、溶存酸素が検出されるような好気的な条件の他に、無酸素もしくは嫌気的な条件も存在するため、3 価鉄だけでなく、還元的な鉄を含めた解析も重要となる。また、リン除去のために供給された鉄はその他の物質とも結合する可能性もある。さらには、市販の標準試料ではなく、自家調整した試料のスペクトルとの解析事例も見られる 1）。よって、今回は、鉄の形態解析としてよく知られている市販の標準物質や自家調整した物質を用い、それぞれのスペクトルの特異性について検討することとした。
実験方法： 市販の標準物質と自家調整した標準物質の2とおりのXAFS測定を行った。市販の標準物質はFeCO3、Fe3O4、αFeOOH、αFe2O3、FePO4の5種類である。自家調整した標準物質の作成はVoegelin et al1）に従った。
XAFS測定は立命館大学SRセンターBL-3にて行った。市販の標準物質および自家調整した標準物質は透過法にて測定を行った。自家調整した標準物質のみ、別途蛍光収量法でも測定を行い、両者の測定方法によるスペクトルの違いを検討した。得られた標準物質のスペクトルを7300eVで規格化し、試料のスペクトルとパターンフィッティングすることで試料中のFe形態を推定した。パターンフィッテ
ィングにはXAFS解析ソフトウェアREX2000（（株）リガク）を使用した。
結果および考察： 市販の標準物質の XAFS
スペクトルはいずれも 7110～7120eV 付近に吸収端があり、強度の急激な上昇がみられ、Fe の酸化数の低いものほど低エネルギー側に吸収端があった。とくに、FeCO3 は吸収端の位置、ジャンプ後の右肩にかけたスペクト142

様式３ルが他の標準物質と異なることがわかる。
Fe3O4 では 7145eV 付近にも緩やかなピークが観察された。αFeO(OH)とγFeO(OH)のスペクトル形状は酷似していることから、これら2 つの判別は困難であると考えられた。FePO4は吸収端付近とジャンプ後の右肩のスペクトルに特徴あることがわかる。
自家調整の標準物質の XAFS スペクトルは
図 1 に示したとおりである。st1 は他に比べて低エネルギー側に吸収端があることがわかる。
Fe の価数が低いほど、低エネルギー側に吸収端があり、st1 は 2 価の FeCl2 を用いて作成しているためと考えられる。他の自家調整した標準物質の吸収端に大きな差異は認められなかった。
市販と自家調整した標準物質のスペクトルフィッティング結果を表 1 に示した。表中のそれぞれのフィッティング結果で最も R が低いものをボールド表示した。R が低ければ、自家調整した標準物質と市販の標準物質のスペクトルが近いことに なる。st1 の場合、FeCO3 の R が 1.01 と最も低いが、その絶対値は高い。よって、st１は今回用いた市販の標準物質と異なるスペクトルを有すると考えられる。
st2 はαFe2O3 との R が 0.05 と低いため、両者はほぼ同じスペクトルであると考えられる。このように、st3 はαFe2O3、st4 は FePO4、st5 はαFe2O3、
st6 は FePO4 との R が最も低く、スペクトルが似ていることになる。ここで、st3 について、FeCO3 およびαFe2O3 でパターンフィッティングしたところ、FeCO3：13%、αFe2O3：87%（R=0.056）であった。st6 について、αFe2O3 および FePO4 でパターンフィ
ッ テ ィ ン グ し た と こ ろ 、 α Fe2O3 ： 41% 、
FePO4：51%（R=0.045）が得られ、ある程度の整合性で説明できることがわかった。st4、st5 においては、鉄電解処理により得られる不溶化物と作成方法が類似しているため、こうした自家調整した標準物質をパターンフィッティングの説明変数に用いることも有用と考表1えられた。
今後の課題： 今後、実際の浄化槽汚泥のXAFS 測定を行い、標準試料や市販試料のスペクトルを用いてパターンフィッティングなどの解析を行う予定である。
参考文献
1 ） A. Voegelin et al, Geochimica
cosmochimica acta, 74, p.164－186, 2010.

論文・学会等発表（予定）[1]
Mishima et al., 13th IWA Specialized
Conference on Small Water and Wastewater
Systems, 2016.

st5

st4

st3

st2

st1

Normalized Intensity

st67100 7110 7120 7130 7140 7150 7160
Photon energy (eV)

図1

試料の XAFS スペクトル

市販標準物質と自家調整試料のスペクトルフィッティング結果（R）
FeCO 3etFe3 O 4

αFeOOHγFeOOH

αFe2 O 3

FePO 4

番号

試料名

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

st1

Lepidocrocite

1. 01

6.02

11.03

11.45

8.81

13.85

st2Goethite

9.63

0.38

0.27

0.35

0. 05

0.83

st3

silicate-rich hydrous ferric oxide

7.45

0.22

0.79

0.94

0. 21

1.68

st4

amorphous Fe(Ⅲ)-phosphate

12.51

1.27

0.14

0.130.37

0.13

st5

Fe2Ca2-P4

12.71

1.37

0.12

0. 11

0.45

0.11

st6

FePO4・2H2O

12.41

1.26

0.23

0.23

0.36

0.18143