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水田は蘇るか?カドミウム汚染を塩化鉄で3割以下に浄化!

2010年08月23日 | 環境保護

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 塩化鉄でカドミウムをイオン化
 カドミウムに汚染された水田の水に塩化鉄を混ぜて土中のカドミウムを洗い出し、収穫するコメのカドミウム濃度を3割以下に下げる技術を、独立行政法人農業環境技術研究所(茨城県つくば市)と「太平洋セメント」(本社・東京都港区)が共同で開発し、8月19日発表した。

 改正食品衛生法が来年2月に施行されるのに伴い、コメのカドミウム含有基準が厳しくなり、政府による買い上げ補償も廃止される。研究チームは「汚染された水田の浄化に役立つ」としている。

 同研究所の牧野知之主任研究員らは2006~2007年、カドミウム濃度が高い水田に塩化鉄を1アールあたり約100キロ投入。まる1日置いて水中にカドミウムが溶け出した後、その水を抜いた。その後、塩化鉄を入れない水だけでの「すすぎ洗い」も2日間実施した。

 こうした処理を済ませた水田で収穫したコメのカドミウム濃度は約0.2ppmと、新しい基準値(0.4ppm)以下だった。同程度の汚染を受けた未処理の水田で収穫したコメの濃度は約0.7ppmで、濃度を3割以下に減らせた。その後3年間の実験で、一度処理すれば効果が続くことも確かめた。

 従来の浄化方法は、新たな土を盛る「客土」が主流だったが、盛る土がやせているため収量減が悩みの種だった。今回の方法は収量を保てるという。

 新しい基準では、コメのカドミウム濃度が「1ppm以下」から「0.4ppm以下」に引き下げられる。政府はこれまで、0.4~1ppmのコメについては、基準を満たしていても一定額で買い上げた後廃棄していたが、来年2月以降は買い上げも廃止する。同研究所などによると、新しい基準値である濃度0.4ppm以上のコメができる可能性のある水田は、全国の水田の約0.3%に当たる4500ヘクタール程度だという。(毎日新聞 2010年8月19日)

 イタイイタイ病
 カドミウムは人体の構成に不要な物質であるばかりか、低濃度でも極めて強い毒性を示す。カドミウムは人体に体重1kgあたり約0.7mg含まれると見積もられている。カドミウムは多くの生物種において蓄積性がみられ、ヒトでは体内に約30年間残留すると言われている。

 人の体内に蓄積された事件で思い出すのは、「イタイイタイ病」である。富山県神通川の上流に、亜鉛と鉛を産出する鉱山があり、長年にわたって川へ鉱滓を捨てていた。その神通川流域では、大正時代から奇妙な病気が発生していた。それは、骨粗鬆症、骨軟化症になるため、体中の骨が歪んだり、折れたりした。そして、「イタイイタイ」といって死に至った。

 昭和42年岡山大学教授らの共同研究により、富山県のイタイイタイ病は、三井金属鉱業神岡鉱業所排出のカドミウムが原因と発表。鉱業廃棄物を神通川に流し続けたため、土壌・水稲・大豆などにカドミウムや鉛が多く含まれていた。イタイイタイ病に鉛の症状がみられなかったため、カドミウムが問題とされた。

 昭和43年(1968)5月8日厚生省は公害病と認定。国として初めての産業公害に関する企業の責任を明示した。即ち、日本の公害病第1号となった。

 カドミウムの毒性
 大腿部、腰、肩、背中などの関節の痛み、リューマチに似た疼痛。腎臓障害がおこり、骨からカルシウムが失われるため、骨が折れたり変形し、全身が痛み、苦しんだ末に、衰弱して死亡します。水道水の基準値:0.01mg/l 排水の基準値 :0.1mg/l 

 米の基準値1970年に決められた日本の玄米基準値は1ppmだが、この基準値は国際基準値案の10倍もある。現在、FAO(世界食糧機構)とWHO(世界保健機構)では、穀類と豆類中のカドミウム含有量の国際基準値を0.1ppmとする案を検討しているが、日本では0.4ppm以上を準汚染米として流通禁止としており、流通玄米中の約3割が0.1~0.4ppmであり、国際基準値案を超えると推定される。

 その他のカドミウム分離法
1.フェライト生成-磁気分離法
 フェライトとは、鉄(Ⅱ)イオンを含む溶液にアルカリを加えて酸化処理をすると、生成するもので強磁性がある。いわゆる磁石である。なお、鉄以外の金属(コバルト、マンガン、ニッケル等々)でも同様の結晶があり、フェライトを含めてマグネタイトと総称されている。

 フェライトの生成は、他の重金属が含まれている場合でも、同様の反応が起こり、他の重金属をフェライトの結晶構造に取り込む。

 フェライト生成-磁気分離法は、この性質を利用して処理す。各種重金属を一括して処理することが可能な上、フェライトの結晶に取り込まれた重金属は、再溶出しにくい。また、強磁性であるため磁気分離装置で処理水との分離が可能な上、分離されたスラッジは副生フェライトとして制振材料、電波吸収体として、リサイクルができる。

 最適反応条件は、pH9以上、温度60℃、モル比 NaOH:FeSO4=2:1EDTA、有機酸などのキレート剤が存在すると、処理が不完全となるので前処理として過マンガンカリウム等で酸化処理で行うことがあります。

2.イオン交換法
 イオン交換樹脂で吸着させて除去する方法。カドミウム、鉛などは陽イオンになるため、陰イオン交換樹脂が用いられる。

 一般にイオン交換樹脂は高価なので、特別な場合を除き、有価金属を回収する場合に用いらることが多く、イオン濃度が低く、水量の多い排水の場合にメリットが大きくなる。処理水質は安定しているが、原水に共存する同電荷のイオンが多量に存在したりすると、目的のイオンが除去できなくなってしまうことがある。

 一方、目的のイオンだけを除去することを目指して開発されたのが、キレート樹脂である。ポリスチレンやフェノール樹脂を母体に、官能基や特殊金属を付加して吸着させる。

3.鉄粉法
 鉄片を酸性溶液に浸すとその表面が溶解して、反応性に富んだ金属表面が現れる。これにより、鉄粉と共存する重金属はイオン化傾向の差で還元析出する。この原理は、鉱山での銅の回収に適用されていて、ダライコ法と呼ばれていた。鉄粉法もこの原理を応用している。

 金属鉄の還元作用に加え、溶出した鉄イオンの共沈作用により、固液分離をするものである。さらに、表面積を大きくした多孔性の特殊鉄粉を用いることで、吸着作用を付加させ、イオン化傾向的に処理が難しいとされていたCd、Ni、Zn等も処理が可能となる。

 工程は、酸性側での還元・吸着工程と、アルカリ側での凝集沈殿工程からなる。弱アルカリでは生成する水酸化鉄(Ⅲ)が共沈剤として作用する。鉄粉法は有害物質の一括処理ができるので、研究室や実験設備の排水の処理に適用される例が多いようだ。

 欠点としては生成するスラッジが多いこと、重金属濃度が高すぎる(1000mg/L<)と還元吸着作用が効果的でなくなること、キレート剤を含む場合はあらかじめ、酸化分解処理しなければならないこと、などが挙げられる。

 

参考HP Wikipedia「カドミウム」・水処理通信155号「カドミウム・鉛処理法 

初歩から学ぶ土壌汚染と浄化技術―土壌汚染対策法に基づく調査と対策 (ケイ・ブックス)
吉村 隆
工業調査会

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