[A-HW18] 流域圏生態系における物質輸送と循環：源流から沿岸海域まで

[AHW18-P19] NB技術を用いた小川原湖水中の硫化水素の酸化処理の実用性評価

*福本 柚葉¹、眞家 永光¹、安斎 聡²、静 一徳³、樽屋 啓之¹ (1.北里大学、2.株式会社安斉管鉄、3.青森県産業技術センター内水面研究所)

キーワード：汽水湖、酸化分解、硫化水素、ナノバブル、酸素、オゾン

本研究は，富栄養化した汽水湖の水質改善，枯渇するリン資源のリサイクル，硫化水素の分解技術の確立を最終目的とするものである．汽水湖である小川原湖では底層の高塩分層において高濃度のリンが集積している．したがって，高塩分層中のリンを回収すれば，効率よく水質浄化とリンの資源化を行うことができると考えられる．しかし，高塩分層にはリンとともに硫化水素（H₂S）が存在する．H₂Sは，人体にとって有毒であるとともに装置類を腐食させるため，高塩分層水を取り扱うためには，リンの回収処理前にH₂Sを除去する必要がある．そこで本研究では，高塩分層に集積するリンを利用することを最終目的とし，その上で障壁となる硫化水素に着目した．
まず，硫化水素を処理するにあたり，処理量を把握しておく必要がある．そのため，小川原湖の硫化水素濃度の鉛直プロファイルから，硫化水素の存在量を推定した．2022年の9月と 11月に小川原湖湖心において，湖面から湖底まで水深2mおきに採水し，各層に含まれる硫化水素濃度を測定し，存在量を算出した．9月は水深12m‐18mで，11月は水深10‐18mで塩分濃度が急激に上昇し塩分躍層の形成されていた．硫化水素濃度は，低塩分層ではほぼ0mgS/Lであったが，塩分躍層下では31–37g/m³であった．湖水中の硫化水素量は，9月に3.3×10³t，11月に2.8×10³tであり，各月において，83%， 89%が高塩分層に分布していた．
次に，ガス移動効率の高いナノバブル（NB）技術を用いた硫化水素の酸化分解について評価した．具体的には，ラボスケールのモデル実験にてオゾン（O₃-）NBおよび酸素（O₂-）NBを用いてH₂Sを分解し，実用性について検討した． O₃-NB，O₂-NB曝気によるH₂S濃度の低下速度は，一時反応式（y=A0e^-kt+c；A0：初期濃度，k:分解速度，c:定数）を用いて説明することができた．半減期はO₂-NBで20分，O₃-NBで4.0分であった．本結果と現実的な酸素供給可能量をもとに，小川原湖の高塩分層中の硫化水素を分解するために必要な時間を推定したところ，O₃-NBを用いることにより，実用的な速度で高塩分層中の硫化水素を除去することができると考えられた．