Geo-fluid analysis of the natural purification mechanism of Yotsugi mill tailings pond

鉱さいたい積場における自然浄化メカニズムの地圏流れの解析

川崎 遥平*; Granata, G.*; 所 千晴*; 小原 義之

Kawasaki, Yohei*; Granata, G.*; Tokoro, Chiharu*; Ohara, Yoshiyuki

坑廃水中の砒素は環境研究において重要な課題である。本研究では坑水からの砒素除去の現象をより深く理解するため、人形峠鉱山の夜次鉱さいたい積場における砒素の動的挙動を調査した。はじめに地圏流体シミュレーター(GETFLOWS)を利用して、想定した地下水流入による非反応性のケイ酸塩イオンの移流拡散を通して、領域全体の流れの再現を行った。続いて、前述の移流拡散モデルに、水酸化鉄としてのFe(III)の沈殿平衡と併せてAs(III)とFe(II)の酸化に対する一次速度則を組み込むことにより砒素と鉄イオンの全濃度を再現した。最後に、あらかじめ行った吸着バッチ試験によって実証された表面錯体生成モデルを考慮することにより、As(V), As(III)の水酸化鉄への吸着がシミュレーションに組み込まれた。本研究の結果はFe(II)からFe(III)への自然酸化とそれに伴う水酸化鉄としてのFe(III)の沈殿を強調した。さらに、沈殿物としての水酸化鉄は吸着による強い砒素除去能力を示した。また、坑水中のAs(III)のAs(V)への酸化と砒素とリン酸塩の競合吸着がたい積場における砒素の自然除去において主要な役割を果たすことを示した。

Arsenic in mine wastewater is an important issue in environmental research. In this study, to better understand the phenomena involved in the removal of arsenic from wastewater, the dynamic behavior of arsenic in the Yotsugi Mill Tailings Pond at Ningyo-toge mine was investigated. By utilizing geosphere fluid modeling software (GETFLOWS), we first reproduced the overall area flow through the advection-dispersion of non-reactive silicate ion with assuming the groundwater inlet. Following this, the total concentrations of arsenic and iron were reproduced by including in the previous advection-dispersion model, the first order kinetics for oxidation of As(III) and Fe(II) along with the precipitation equilibrium of Fe(III) as ferrihydrite. Finally, the adsorption of As(V) or As(III) on ferrihydrite was included in the simulation by considering the surface complexation model previously validated in batch adsorption tests. The results highlighted the natural oxidation of Fe(II) to Fe(III) and the subsequent precipitation of Fe(III) as ferrihydrite. Furthermore, the as-precipitated ferrihydride exhibited a strong ability to remove the arsenic by adsorption. The results also emphasized that the oxidation of As(III) to As(V) and the competitive adsorption between arsenic and the natural phosphates in water, play a key role in the natural removal of the arsenic in the pond.