博 士 （ 工 学 ） ピ ッ チ ブ ン チ ョ ー エ ン
学 位 論 文 題 名
Arsenic in shallow aquifers of the lower Mekong delta, Cambodia
‑Sources, mobilizations and remediation with natural laterites‑
（カンボジア、
― 起 源 、
メコン川デル夕地帯における浅帯水層中のヒ素 移 動 、 天 然 ラ テ ラ イ ト に よ る 浄 化 ― ）
学位論文内容の要旨
The presence of elevated arsenic in groundwater of the shallow aquifers of the lower Mekong delta, Cambodia has become a concem of Kandal's 1.1 million people. Recently, the arsenic‑contaminated groundwater has been treated with Kanchan arsenic filters introduced by the governmental agency.
However, the removal of arsenic was reported to be incomplete due to insufficient oxidation of Fe nails and differences in groundwater composition. Therefore, the needs to utilize an appropriate low‑cost material with minerals similar to those bearing arsenic in the aquifer sediments and to model arsenic sorption onto the material for various groundwater chemistries are necessary.
Chapter l describes the background and research objectives of this research and the reviews of related literatures. There is no consensus yet on the sources and mobilization of arsenic in shallow aquifers of the lower Mekong delta, Cambodia. U.K. group researchers stated that Fe oxyhydroxides in the sediment which contained a large amount of arsenic could release arsenic into Kandal groundwater via microbially mediated reductive dissolution and microbial reduction of As(V). On the contrary, U.S.
group researchers reported That Fe sulfides were the source of arsenic and could mobilize arsenic into groundwater via oxidative breakdown. Therefore, the main arsenic‑bearing Fe minerals and arsenic release mechanisms must be defined or confirmed. In accordance with the U.K research group, several previous investigations showed that laterites contain a considerable amount of Fe oxyhydroxides which can play an important role in adsorption of arsenic. For this reason, natural low‑cost laterites which are abundant in Kampong Cham province, Cambod:ia must be considered as well for the removal of arsenic from Kandal groundwater.
Chapter 2 presents the evidences of sequential extractions and biomarkers for mineralogical sources of arsenic and origins of organic matterin aquifer sediments of the Mekong delta, Cambodia, respec‑
tively. The total extracted arsenic in the sediment sequences varied between 2‑16 mg/kg and was strongly associated with Fe oxyhydroxides (HFOs). The amorphous and poorly crystalline HFOs (ferrihydrite) contained more arsenic but had less relationship with arsenic than the well crystallized one (goethite). Hence, this suggests that goethites were responsible for elevated As in groundwater.
Due to the presence of biomarkers including hopane, hopene, triterpene, and n‑alkane, organic matter which limited the condition of arsenic release were sourced from predominantly immature plant and ‑ 150 ‑
bacterial at near‑surface sediments, except one sample from deep rock mature (petroleum) origin.
In Chapter 3, the release mechanisms of arsenic in aquifer groundwater of the Cambodian lower Mekong delta were postulated between Prek Tameng (PM) and Prek Thom (PT) villages of Kandal province, Cambodia. The Kandal groundwater geochemistry showed no significant seasonal variation.
Arsenic in groundwater varied between 33‑1450 iug}L exceeding the regulatory limits of WHO (10 pg/L) and Cambodia (50 Ug/L). PM groundwaters consist of sigjlificantly lower As but bigher Fe compared with PT groundwaters. Arsenic release in PT village was suggested to be mainly caused by microbially reductive desorption of arsenic from surfaces of Fe oxyhydroxides in deeper reducing aquifer, whereas As release in PM village was suggested to be possibly due to oxidative breakdown of Fe sulfides at the near surface.
Chapter 4 Investigate the applicability of natural latentes in remediation of Kandal arsenic‑
contaminated groundwater, with a validation using generalized composite approach complexation modeling. The selected laterite at the amount of 12.5 g/L with iron minerals (ferrihydrite, goethite and hematite) could most effectively remove As(V) from solution with concentration of l.5 mg/L at neutral pH within 40 minutes reaction. The results of surface complexation modeling coupled with the experimental data indicate that most of adsorption behavior of arsenic on the laterite regarding the effects of adsorbent dose, pH and phosphate would be attributed to iron nunerals in the laterite.
In the same setup with the presence of 2.0 mg/L phosphate there was no significant effect on arsenic removal efficiency A small family with 6.2 members who consume 19.8 L per day would use only 1 kg laterite to obtain sufficient arsenic‑free groundwater during one year.
Chapter 5 concludes that crystallized HFOs (goethite) and amorphous HFOs (ferrihydrite) found in the aquifer arsenic‑eruiched sediments of the Mekong delta, Cambodia were also present in the laterites, demonstrating tbat application of laterite in adsorption of arsenic from Kandal groundwaters was appropriate. Microbially reductive desorption of arsenic from the surfaces of HFOs were the major release mechanisms responsible for elevated arsenic in groundwaters. Therefore, complexation and adsorption of arsenic in and on HFOs of laterites were the reasonable processes for arsenic removal.
Since Kandal groundwater is dominated by As(IID, oxidation of As(IID should be considered prior to removal of arsenic. In order to improve the understanding on how arsenic releases from sediments and adsorbs onto laterites, further studies were proposed regarding the microscopic and spectroscopic evidence of arsenic‑bearing minerals and microcosm experiments for evidence of microbes in the sediments.
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学 位 論 文 審 査 の 要 旨
主 査 副 査 副 査
特任教授 教授 教授
米田 五十嵐 佐藤
学 位 論 文 題 名
哲朗 敏文 努
Arsenic in shallow aquiferSOfthelOWerMekongdelta ，Cambodia
―SOurCeS ，mobiliZationSandremediationWithnatura11ateriteS − （カンボジア、メコン川デル夕地帯における浅帯水層中のヒ素 ― 起 源 、 移 動 、 天 然 ラ テ ラ イ ト に よ る 浄 化 一 ）
飲 料 水 や 潅 漑 用 に 使 わ れ る 地 下 水 中 の 自 然 由 来 の ヒ 素 の 存 在 は 、世 界 的教 問題 の ーつ と教 っ て い る 。 カ ン ポ ジ ア に お い て 、 メ コ ン 川 と バ サ ッ ク 川 流 域 の メ コ ン 川デ ル タ地 帯に あ るKandal地 域 で は 、 メ コ ン 川 上 流 か ら 運 ぱ れ るAsを 含 ん だ 堆 積 物 が 堆 積 し て お り 、 こ の 地 域 の お よ そ100万 の 人 々 が ヒ 素 中 毒 の 危 険 に さ ら さ れ て い る 。 本 論 文 は 、Kandal地 域 の居 住 者に どの よ うに して 安 全 教 地 下 水 を 供 す る か に つい て 方策 を得 る こと を目 的 に、 現地 で 利用 でき る 低コ スト ・ ラテ ライ ト を 利 用 す る 処 理 技 術 の 開 発の 基 礎研 究を 行 った もの で 、メ コン 川 デル タ地 域 の帯 水層 環 境に おけ る ヒ 素 の 起 源 と 移 動 、 さ ら に 天 然 ラ テ ラ イ ト の ヒ 素 吸 着 挙 動 を 明 ら か に し て い る 。 第1章 は 、 研 究 地 域 に お け る 地 下 水 中 の 自 然由 来 のヒ 素の 問 題点 を述 べ ると とも に 、関 連す る 既 往 の 研 究 を 概 説 し て い る。 多 くの 研究 は 、メ コン 川 デル タ地 帯 にお ける ヒ 素は 、地 表 近く の堆 積 物 を 起 源 と す る 鉄 酸 化 物 に強 く 結び 付い て いる こと を 示し てい る 。し かし 、 これ ら地 表 に近 い堆 積 物 は 鉄 硫 化 物 と 強 く 結 合 した ヒ 素を 含む こ と、 また 、 地下 水中 の 高い ヒ素 含 有量 は、 深 部の 熱的 環 境 で 熟 成 し た 有 機 物 質 の 供給 と とも によ り 深い 帯水 層 から もた ら され たも の であ るこ と 教ど が示 さ れ て お り 、 こ の 地 域 の 帯 水層 環 境に おけ る ヒ素 の起 源 と移 動に つ いて 、こ れ まで の研 究 でも 必ず し も 明 確 で は 誼 く 、 問 題 が 残 さ れ て い る 。
第2章 は 、 メ コ ン 川 下 流 デ ル タ 地 帯 のPrek Tameng(PT)村 とPrek Thom(PM)村 で 行 わ れ た ポ ー リ ン グ か ら 得 ら れ た 堆 積 物 の 鉱 物 分 析 お よ び 逐 次 抽 出 実 験 に よ り 浅い 帯 水層 中の ヒ 素の 起源 を 検 討 し て い る 。 各 堆 積 物 試 料 のFe203お よ びTOCが そ れ ぞ れ 抽 出As濃 度 と 良 い 正 の 相 関 を 示 す こ と 、 さ ら に 全 体 の ヒ 素 抽 出 量 の700/0がHFOsに 由 来 す る も の で あ る こ と を 示 し 、 地 下 水ヒ 素 の 起 源 が 鉄 オ キ シ 水 酸 化 物(HFOs)に 伴 う も の で あ る こ と を 明 ら か に し て い る 。 ま た 、 と く に 結 晶 質HFOsの 溶 解 に よ るAsとFeが 高 い 相 関 を 示 す こ と か ら 、 こ の 地 域 の ヒ 素 の 主 教 担 体 は 結 晶 質
― 152−
HFOs(
針 鉄鉱 ） で あ り 、こ の 鉱 物 相 が流 域 の 地 下 水 のヒ 素 濃 度 の 上昇 の 原 因 と 次っ た もの と考 察し て いる 。 ま た 、 浅帯 水 層 中 の 生物 指 標 化 合 物 とし てhopane
、hopene
、triterpene
お よびn‑alkaneが 存 在す る こ と を 明ら か に し 、 ヒ素 の 挙 動 に 影 響す る 有 機 物 は、 深 部 岩 の 石油 由 来 で ある1試 料を除 き 、 地 表 近 く の 堆 積 物 の 未 成 熟 教 植 物 お よ び バ ク テ リ ア 起 源で あ る こ と を明 ら か に し てい る 。第
3
章 は 、PT
村 とPM
村 に お け る 掘 り 抜 き 井 戸(PT:‑40
〜‑60m
、PM:‑28
〜‑40m)
か ら 採 取 さ れ た 帯水 層 地 下 水 の化 学 分 析 を 行い 、 ヒ 素 の 移 動メ カ ニ ズ ム を考 察し ている 。地 下水の 分析値 はほと ん ど 季 節 変 動 が 認 め ら れ 教 い 。 ヒ 素の 含 有 量 は 、33ー1450 pg/L
の 間 の 値でPT村 で はPM村 よ りも 高 い 傾 向 を 示 し 、 い ず れ もWHO(10 Ug/L)
と カ ン ポ ジ ア(50 pg/L)
の 規 制 限 度 を 超 えて い る 。PT
村 で の 堆 積 物 か ら 地 下 水 へ のAs
の 移 動 は 、 主 に 、 よ り 深 い 還 元 的 帯 水 層で 微 生 物 に よるAsの 還 元 に よ る 鉄 水 酸 化 物 表 面 か ら の 脱 着 が 生 じ 、 高 い 濃 度 のAs
と 必 ず し も 高い 濃 度 で は をいFe
が 地 下 水 中 に 生 じ た こ とに よ る と 考 察し て い る 。 一 方、PM
村 では 、 主 に 、 よ り浅 い 所 で の 鉄硫 化 物 の 酸 化分 解 が 生 じ たこ と に よ るAs
の 移 動 で ると 考 察 し て いる 。第
4
章 は 、ラ テ ラ イ ト の ヒ素 吸 着 実 験 を行 い 、 地 下 水処 理 で 使 わ れる ラ テ ラ イ ト の適 用性を 検討 し てい る 。 鉄 鉱 物と し て フ ェ リハ イ ド ラ イ ト 、針 鉄 鉱 、 赤 鉄鉱 を含 むラテ ライ ト試料 につい て、添 加 量12.5g
皿 、40
分 の 反 応 時 間 、 中 性pHの 条 件 で、1．5mg
皿 のAs
卩） を 最 も 効 果的 に 溶 液 か ら取 り 除け る こ と を 示し て い る 。 表面 錯 体 モ デ リ ング を 行 い 、 添加 量、pH
、ま たりン 酸塩効 果のよ う教 ラ テラ イ ト の ヒ 素吸 着 挙 動 の 大部 分 が ラ テ ラ イト 中 の 鉄 鉱 物に 帰す ること を示 してい る。ま た、て の 地 域 のAs汚 染 地下 水 の 改 善 につ い て り ン 酸塩 の 存 在 は ヒ素 吸 着 を 支 配 する 主 因 と は 教ら 誼 い と 考 察 し て い る 。 そ して 、6
．2
人の 小 家 族 が1年 間 に 水 質 改善 さ れ た 地 下水 を 得 る た め に、1kg
だけ の ラテ ラ イ ト 消 費と 教 る こ と を示 し て い る 。第
5
章 は 、メ コ ン 川 デ ル タの 帯 水 層 に おけ る 地 下 水 中の ヒ 素 濃 度 の上 昇 の 主 要 次 メカ ニズム は鉄 オ キシ 水 酸 化 物 の表 面 の ヒ 素 （り の 還 元 に よ る脱 着 で あ り 、地 下水 中のヒ 素除 去のた めには 脱着し た ヒ 素 （uDの 酸 化 が ま ず 考 慮 さ れ る べ き こ とを 明 ら か に し てい る 。 ま た 、K紐dm
地域 の 地 下 水 の 水 質改 善 材 と し てラ テ ラ イ ト を有 効 に 利 用 す るこ と を 提 案 して いる 。これ を要 するに 、著者 はカン ポ ジア ・ メ コ ン 川デ ル タ 地 域 帯水 層 中 の ヒ 素 の挙 動 と 水 質 改善 策に ついて 新知 見を得 たもの であり 環 境地 質 学 の 発 展に 寄 与 す る とこ ろ 大 教 る も のが あ る 。 よ って 、著 者は北 海道 大学博 士（工 学）の 学 位を 授 与 さ れ る資 格 が あ る もの と 認 め る 。−
