未精製の腐植物質は、酸性地下水の汚染管理のための低コストな改良材として期待されています

Unrefined humic substances as a potential low-cost amendment for the management of acidic groundwater contamination.

• Hansell Gonzalez-Raymat
• Vasileios Anagnostopoulos
• Miles Denham
• Yong Cai
• Yelena P Katsenovich

抄録

本研究では、市販されている未精製の腐植物質であるHuma-Kを、汚染された酸性地下水の原位置浄化のための有望な低コストの有機物源として利用することを検討しています。これは、鉱物の表面にフミン酸を豊富に含むコーティングを形成することで、地下水からの汚染物質の吸着を促進することができます。フマKは、エネルギー分散分光法,フーリエ変換赤外分析法,電位差滴定法を備えた走査型電子顕微鏡を用いて特徴付けを行った。フマ-Kの脱着挙動を調べ、帯水層堆積物への注入時にどのような条件(pH,接触時間,初期フマ-K濃度)でこれらのプロセスに影響を与えるかを評価するために、バッチ実験を実施した。電位差滴定により明らかになったように、Huma-Kは酸性の性質を持つ官能基を有しており、pK値は4-6（カルボン酸系）、9-10（フェノール系）の範囲にあります。酸性官能基の脱プロトン化が少ないpH4では、沈殿物の存在下での収着、均一沈殿、表面誘起沈殿が好ましいと考えられます。pHを上げると官能基が負に帯電し、静電的反発を起こして沈殿物から溶解する。速度論的実験により、Huma-Kの収着はゆっくりとした速度のプロセスであることが示され、そのほとんどは膜の拡散に支配されている可能性が高い。酸性条件下でのHuma-Kの強化された収着は、酸性帯水層にウランなどの汚染物質を隔離するための地下処理区域を作るために使用される可能性があることを示唆している。処理帯は、pHが十分に上昇しない限り、土壌に結合したフマ-Kが放出され、汚染物質を再固定化することができます。

The present study explores a novel application of Huma-K, a commercially available, unrefined humic substance, as a promising low-cost source of organic matter for in situ remediation of contaminated acidic groundwater plumes. This can be achieved by creating a humic-rich coating on the surface of minerals which can enhance the sorption of contaminants from groundwater. Huma-K was characterized by means of scanning electron microscopy equipped with energy dispersive spectroscopy, Fourier-transform infrared analysis, and potentiometric titrations. Batch experiments were performed to investigate the sorption-desorption behavior of Huma-K and to evaluate what conditions (pH, contact time, and initial Huma-K concentration) affect these processes upon injection into aquifer sediments. As evidenced by potentiometric titrations, Huma-K possesses functional groups that have an acidic nature, with pK values in the range of 4-6 (carboxylic) and 9-10 (phenolic). Sorption, homogeneous precipitation, and surface-induced precipitation seem to be favored in the presence of sediment at pH 4, where there is less deprotonation of acidic functional groups. As the pH is increased, functional groups become negatively charged, leading to electrostatic repulsion and dissolution of Huma-K from sediment. Kinetic experiments indicate that Huma-K sorption is a slow-rate process, most likely governed by film diffusion. The enhanced sorption of Huma-K in acidic conditions suggests that it may be used to create a subsurface treatment zone in acidic aquifers for the sequestration of contaminants such as uranium. The treatment zone will persist as long as the pH does not increase sufficiently to cause soil-bound Huma-K to be released, remobilizing aqueous contaminants.

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