I. 水処理における基礎的応用：飲料水からの微量汚染物質の除去

1. 微量重金属イオンの吸着固定化技術

黄鉄鉱粉末は、表面活性サイトと格子欠陥を介して重金属を効率的に除去します。Cr(VI)は、まずFe²⁺によって低毒性のCr(III)に還元され、その後水酸化物共沈を形成します。As(V)は、表面のFe(OH)₃コロイドに吸着されて鉄ヒ素複合酸化物を形成し、S²⁻はAs(III)と反応してAs₂S₃沈殿を生成し、除去率は99%を超えます。応用時には、フィルターカラムまたは混合フィルターメディアに加工し、空床接触時間を10～20分に設定し、pHを6.0～7.5に調整することで、排水中の重金属濃度を0.01 mg/L以下に低減できます。

2. 天然有機物および消毒副産物前駆物質の除去

Fe²⁺は溶存酸素と反応して·OHを生成し、高分子有機物を酸化分解して小分子にします。残留有機物は200～300メッシュの粉末の多孔質構造に吸着され、塩素消毒副生成物の生成を低減します。副生成物除去率は40%～60%です。

II. 廃水処理におけるコア応用技術

1. 還元性重金属廃水処理のための硫化還元共沈技術

電気めっき廃水および冶金廃水に適しています。酸性条件（pH=2～5）下では、黄鉄鉱が分解し、Fe²⁺とS²⁻を放出します。Fe²⁺は高原子価重金属を還元し、S²⁻は重金属と非常に安定した硫化物沈殿を形成します。添加量は理論量の1.2～1.5倍です。30～60分間撹拌反応させた後、pHを7.0～8.0に調整し、凝集促進剤としてPAMを添加します。これにより、排水は電気めっき廃水排出基準を満たすことができます。

2. 難分解性有機廃水処理のための触媒高度酸化技術

（１）黄鉄鉱-過酸化水素触媒酸化

pHを3.0～4.0に調整し、200～300メッシュの黄鉄鉱1～5g/Lと30%のH₂O₂を5～20mL/L添加し、2～4時間反応させます。COD除去率は60%～85%に達し、B/Cは0.3以上に向上し、従来のフェントン法と比較して鉄スラッジの発生量は50%以上削減されます。

（２）黄鉄鉱-オゾン触媒酸化

Fe²⁺はオゾンを触媒してフリーラジカルを発生させ、有機物の分解効率を向上させます。印刷・染色廃水の脱色に適しており、アゾ染料の脱色率は99%に達し、COD除去率は50%～70%、反応時間は30～60分です。

3. 硝酸塩・亜硝酸塩廃水の還元脱窒技術

酸性条件下では、Fe²⁺はNO₃⁻-Nを直接N₂に還元します。一方、脱窒細菌は黄鉄鉱を電子供与体として利用し、嫌気性環境下で炭素源を追加することなく脱窒反応を行います。固定床反応器を採用し、HRTは8～12時間で、脱窒速度は80%～95%です。

4. 酸性鉱山排水（AMD）の原位置中和・固定化処理

黄鉄鉱は廃水中のH⁺と反応して原位置中和を行い、解離生成物は重金属と共に沈殿を形成します。充填層のHRTは6～10時間に制御され、処理水のpHは6.0～7.0に上昇し、重金属除去率は95%を超え、頻繁な充填材交換は不要です。

5. 電気めっき廃水中の複合重金属の脱錯体除去技術

pHを2.0～3.0に調整し、3～8g/Lの黄鉄鉱を添加し、撹拌しながら60～90分間反応させると、脱錯化率は90%を超えます。その後、中和・沈殿処理を行い、複合重金属の除去率は98%を超えます。

III. 環境汚染制御における拡張応用

1. 重金属汚染土壌の原位置固定化修復

黄鉄鉱は土壌乾燥重量の0.5%～2%の割合で施用されます。嫌気条件下では、六価クロムを還元し、硫化物沈殿を生成し、土壌構造を損傷したり二次汚染を引き起こしたりすることなく、重金属の生物学的利用能を低下させます。

2. 大気中の低濃度SO₂およびNOₓの浄化

担体に担持して吸着触媒材料を作製し、脱硫と脱硝の一体化を実現します。SO₂は吸着変換され、NOₓはN₂に還元されます。浄化効率は60%～80%で、低濃度の産業排ガスに適しています。

3. 固形廃棄物浸出液の処理

埋立地の遮水層に混合するか、浸出水集水池に直接添加します。硫化沈殿と中和により重金属が除去され、処理後の浸出水は基準を満たし、土壌や地下水への汚染を防ぎます。

IV. 主要なプロセスパラメータと最適化

200～300メッシュの粉末が適しています。酸性条件は還元反応と硫化反応に適しており、中性条件では吸着が優先されます。添加量は理論量の1.2～1.5倍です。還元反応には嫌気条件が必要であり、酸化反応には通気と撹拌が必要です。使用済みの黄鉄鉱は、酸洗＋還元処理により再生でき、3～5回再利用できます。

V. 限界、解決策、開発動向

天然黄鉄鉱は反応速度が遅いが、改質によって改善できる。アルカリ性廃水は前処理または複合剤への配合が必要となる。少量の鉄スラッジはリサイクル可能である。将来的には、改質複合材料、統合プロセス、製品資源の活用へと発展し、地下水浄化や大気浄化などの応用シナリオが拡大するだろう。