教授　松井　佳彦

所属：大学院工学研究院（工学部環境工学コース）

専門分野：水環境工学、水処理工学、水質管理

研究のキーワード：浄水、高度処理、活性炭、膜分離

出身高校：釧路江南高校（北海道）

最終学歴：北海道大学大学院工学研究科

HPアドレス：http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/risk/

※この記事は「知のフロンティア」第４号に掲載した記事を、ウェブ用に再編集したものです。

研究の目指すもの：水処理技術の革新

写真１　微粒化した活性炭

水道水の主な水源は河川水です。そのままでは飲用には適さないので、水処理を行って水道水が製造されています。現在の技術をすればどんなに悪い水質の原水や海水からでも飲料水を得ることができます。しかし、人は水道水を1日200~300 Lも使うので、実際は水1m³で10円程度の低コストで水処理を行い安全・安心な水を得る必要があります。一方では、人口増加と経済成長による世界の水需要が増加する中で、水技術が注目されています。
微量有害有機物質の除去には、活性炭を使う方法が効率的といわれていますが、それでもコスト高なためさらなる高効率化が必要です。写真１は研究開発を行っている直径1マクロメートル以下まで微粒度化した活性炭の電子顕微鏡写真です。ここまで小さくすると肉眼では粒子は見えず、水に入れると液体のようです。この微粒子の活性炭を世界で初めて用いることで水中の有害な化学物質を除去するための高効率な浄水処理技術の開発を行っています。

研究の方法

吸着、凝集、酸化の水処理プロセスの根幹をなす凝集剤や吸着剤などの資機材の高機能化から研究に取り組み、試作と直接計測とモデル推定を並行して行うなど多角的な評価法を用い基本特性を評価し、さらに、バッチ実験とラボスケール小型膜ろ過プラントの水処理実験を行っています。写真２は活性炭の微粉砕に使う機械、写真３、４は試作した微粉炭の粒径や元素分析を行う機械です。さらに、水処理でのど程度、有害物質が除去されたかを調べるための水質分析が重要です。研究室では10-9 g/Lまでの微量濃度や物質の構造推定が可能な機器を多数そろえて研究に使っています。写真５はオービトラップ質量分析計で濃度と物質の元素素組成が推定できます、写真６はスニッフィング－ガスクロマトグラフィー質量分析計で、臭い物質を検出し化学構造を推定します。

微粒子＋分離膜が拓く高度浄水技術

浄化に使う材料を微粒度化すればその分だけ、反応速度は上がり、高効率が期待されますが、その一方、微粒子を除去する方法も合わせて検討しなければいけません。この微粒子はこれまた0.1マイクロメートルの穴が無数にあいた膜でろ過を行うことで水中の濁質とともに取り除きます。このとき微粒子の活性炭を入れると分離膜が汚れ難くなり透水性の低下が抑制され、浄化のエネルギー削減にも寄与することが分かってきました。微粒度にすると有害物質を素早く除去できるだけでなく、より多くの有害物質を除去可能なこともわかってきました。この技術は、横浜市、佐世保市、大牟田市などのこれから建設される多くの新しい浄水場で取り入れられ、適用が広がっています。研究成果が社会に還元されて行くことはとても嬉しいことで、研究の励みになります。

これからの展開

上記の研究の他にも、ヒト健康リスクの評価と管理に関する研究を行っています。研究成果が国の飲料水質基準の改正や、新しい浄水場の計画･設計に応用され、人々の役に立つように引き続き頑張って行きたいと思います。さらには、より深刻な水問題に直面する諸外国に対し、多様な課題解決策を提示して行きたいと思います。