インドベンガル地方の地下水中のヒ素の挙動とその地球化学的対策法の開発

印度孟加拉地下水中砷的行为及地球化学对策的发展

• 批准号: 02F00189
• 负责人: 高橋 嘉夫
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F00189/
• 关键词: ヒ素; XAFS法; 酸化還元反応; 酸化鉄; 水-岩石反応; As(III); As(V)比; 有機ヒ素; イネ; ラテライト; 吸着; 除去方法; XANES法; 分配係数

インド西ベンガル地方におけるヒ素汚染に関する以下の研究を行った.(1)土壌中のAs(V)/As(III)比の定量に基づくヒ素の溶出挙動の解明〔緒言〕インド西ベンガル地方におけるヒ素に関する研究は数多く行われているが、未だ完全なヒ素溶出メカニズム解明には到っておらず、急務の課題である。本研究では実際のフィールドで採取したサンプルを用いた実験と室内実験の両結果をもとに、ヒ素の土壌・地層-土壌水・地下水への溶出メカニズムを明らかにすることを試みた。〔試料・研究手法〕インド'・西ベンガル州の土壌(湛水および非湛水状態のもの)を用いた。採取時のpH,Ehも測定した。土壌水・地下水中のAsおよびその他の元素(Cr,Fe,Mn,Ceなど)の定量についてはICP-MS・AESで測定し、湛水・非湛水状態の土壌試料中の各元素の存在状態(価数)決定にはKEK PF-BL12Cにて蛍光XANES法をもちいて測定した。加えて選択的溶出実験により、各元素がどの土壌相(交換性陽イオン・炭酸塩・マンガン酸化物・鉄酸化物・有機物の5相)に濃集しているか検討した。また、室内実験では土壌試料を水分飽和度・pH・温度を変化させて、Asおよび各元素の液相への溶出を特に酸化還元状態の変動に注目してその影響を調べた。〔結果と考察〕土壌水・地下水中ではAsを含むほとんどの元素において、非湛水状態下よりも湛水状態下で高い濃度がみられた。このことは室内実験でも同様の傾向を示していた。蛍光XANES法の測定結果は、湛水土壌でAsはAs(III):As(V)=60:40の割合で存在しており、還元状態で多く存在していることがわかる。選択的溶出実験では湛水・非湛水ともにAsは鉄酸化物相に最も多く濃集していた。また、土壌水・地下水中濃度および溶出実験において、もしAsの溶出が鉄酸化物だけに依存しているならばFe/As比は湛水・非湛水にかかわらず一定になるはずである。しかし、両実験におけるFe/As比は湛水土壌のほうが非湛水土壌よりも大きくなっており、Asの溶出はFeの溶出のみに依存していないことが推測される。以上の結果より、Asの溶出に還元的環境での鉄酸化物の溶出が影響している(Nickson, et al.,2000)というこれまでの見解に加えて、還元が進むにつれAs自身がAs(V)からAs(III)に形態を変化し溶出しやすくなることで、As全体の溶出にも影響してくるということが本研究において考察された。(2)イネ中のヒ素化合物のXAFS法によるスペシエーション〔緒言〕インド西ベンガル地方では稲作が主体となっているため、ヒ素を含む土壌からイネへヒ素が移行した場合のヒ素の化学状態の変化は、ヒ素の毒性評価や挙動解明のために重要な研究課題である。〔試料・研究手法〕インド・西ベンガル州のヒ素の汚染がみられる土壌とヒ素汚染が進行していない土壌でイネを採取した。これを根、茎、実などに分離し、EXAFS法によるヒ素のスペシエーションを行った。実験は、高エネルギー加速器研究機構Photon Factory BL-12Cで行った。〔結果と考察〕いずれの試料でも、ヒ素のK吸収端EXAFSスペクトルを得ることができた。考えられるヒ素の化学種として、酸素との二重結合を持っている無機ヒ素と、イネの中で生成し、炭素と一重結合を持つ有機ヒ素がある。本研究の結果、EXAFSパラメータである結合距離およびデバイワーラー因子からこれらのヒ素の化学種が区別可能であることが分かった。生体中のヒ素の状態分析には、HPLC結合ICP質量分析計などが用いられるが、この方法の場合には試料の分解操作が必要で、この間にヒ素の化学形態が変化してしまうため、適切な分析手段とはいえない。しかしEXAFS法では完全非破壊の条件でヒ素の状態分析が可能なため、ヒ素のスペシエーション法として今後重要になると予想される。

对印度西孟加拉地区的砷污染进行了以下研究（1）通过测定土壤中的 As(V)/As(III) 比率来阐明砷的洗脱行为 [引言] 砷的洗脱行为。印度西孟加拉地区虽然对此进行了大量研究，但砷的完整洗脱机制尚未完全阐明，这是一个紧迫的问题。在本研究中，我们试图根据使用现场收集的样品和实验室实验的两个实验结果来阐明砷洗脱到土壤、地层、土壤水和地下水中的机制。 [样品和研究方法] 使用来自印度西孟加拉邦的土壤（淹水和非淹水）。还测量了收集时的pH和Eh。使用ICP-MS/AES对土壤水和地下水中的As和其他元素（Cr、Fe、Mn、Ce等）进行测定，并在淹水和非淹水条件下土壤样品中各元素的存在情况使用 KEK PF-BL12C 通过荧光 XANES 方法测定状态（化合价）。此外，还进行了选择性洗脱实验，以检查每种元素集中在哪些土壤相（可交换阳离子、碳酸盐、氧化锰、氧化铁和有机物）中。此外，在实验室实验中，我们改变土壤样品的水饱和度、pH 值和温度，以研究 As 和其他元素洗脱到液相中的影响，特别关注氧化还原态的变化。 [结果与讨论] 在土壤水和地下水中，包括As在内的大多数元素的浓度在淹水条件下均高于非淹水条件下。在实验室实验中也观察到类似的趋势。荧光XANES法的测量结果表明，淹没土壤中As以As(III):As(V)=60:40的比例存在，表明As以还原状态大量存在。在选择性洗脱实验中，在水淹和非水淹条件下，As 最集中在氧化铁相中。另外，在土壤水/地下水浓度和淋洗实验中，如果As的淋洗仅依赖于铁氧化物，则无论是否淹水，Fe/As比都应保持恒定。然而，两个实验中淹水土壤中的 Fe/As 比率均大于非淹水土壤中的 Fe/As 比率，这表明 As 的洗脱不仅仅取决于 Fe 的洗脱。从上述结果来看，除了之前认为As的洗脱受到还原环境中铁氧化物的洗脱的影响之外(Nickson等，2000)，随着还原的进行，As本身本研究认为，从 (V) 到 As(III) 的形式变化使其更容易洗脱，同时也会影响 As 的整体洗脱。 (2) 采用 XAFS 方法测定水稻中砷化合物的形态 [引言] 由于水稻种植是印度西孟加拉地区的主要活动，当砷从含砷土壤转移到水稻时，砷的化学状态发生变化。这是评估砷的毒性和阐明砷行为的重要研究课题。 [样品/研究方法] 从印度西孟加拉邦受砷污染的土壤和未受砷污染的土壤中采集水稻。将其分离为根、茎、果实等，并使用 EXAFS 方法进行砷形态分析。该实验在高能加速器研究组织的光子工厂BL-12C进行。 [结果与讨论] 所有样品均可获得砷的K边EXAFS谱。砷的可能化学物质包括与氧具有双键的无机砷和在大米中产生并与碳具有单键的有机砷。这项研究的结果发现，砷的这些化学物质可以通过键距和德拜-沃勒因子的 EXAFS 参数来区分。 HPLC耦合ICP质谱仪用于分析活体中砷的状态，但该方法需要对样品进行分解，在此期间砷的化学形态发生变化，因此不能说是合适的分析方法。然而，由于EXAFS方法可以在完全无损的条件下对砷进行状态分析，因此预计它在未来作为砷的形态分析方法将变得重要。

项目成果

R.Bhattacharyya et al.: "Use of "red earth"-low cost remedial option for arsenic removal"JOURNAL DE PHYSIQUE IV. 107. 177-180 (2003)

R.Bhattacharyya 等人：“使用“红土”- 低成本补救方案去除砷”JOURNAL DE PHYSIQUE IV。

R.Bhattacharyya et al.: "Groundwater arsenic mobilization in the Bengal Delta Plain and Laterite, the possible remedial measure-A case study"Applied Geochemistry. 18. 1435-1451 (2003)

R.Bhattacharyya 等人：“孟加拉三角洲平原和红土中的地下水砷动员，可能的补救措施 - 案例研究”应用地球化学。

R.Bhattacharyya et al.: "Groundwater arsenic mobilization in the Bengal Delta Plain and Laterite, the possible remedial measure -A case study"Applied Geochemistry. (accepted).

R.Bhattacharyya 等人：“孟加拉三角洲平原和红土中的地下水砷动员，可能的补救措施 - 案例研究”应用地球化学。

R.Bhattacharyya et al.: "High arsenic groundwater : Mobilization, metabolism and mitigation - an overview in the Bengal Delta Plain"MOLECULAR AND CELLULAR BIOCHEMISTRY. 253. 347-355 (2003)

R.Bhattacharyya 等人：“高砷地下水：动员、代谢和缓解 - 孟加拉三角洲平原概述”分子和细胞生物化学。

D.Chatterjee et al.: "Mobilization of arsenic in sedimentary aquifer vis-a-vis subsurface iron reduction processes"JOURNAL DE PHYSIQUE IV. 107. 293-296 (2003)

D.Chatterjee 等人：“与地下铁还原过程相比，沉积含水层中砷的流动”JOURNAL DE PHYSIQUE IV。