資源および水：処理方法を選択し、残留物を測定して銅を回収する
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| potable water/ˈpəʊtəbl ˈwɔːtə/ | 飲料水 |
| finite resource | 有限資源 |
| renewable resource/rɪˈnjuːəbl rɪˈzɔːs/ | 再生可能資源 |
| sustainable development/səˈsteɪnəbl dɪˈveləpmənt/ | 持続可能性 |
| sterilise/ˈsterəlaɪz/ | 殺菌 |
| desalination/dɪˌsælɪˈneɪʃn/ | 海水淡化 |
| reverse osmosis | 逆浸透 |
| sedimentation/ˌsedɪmənˈteɪʃn/ | 沈殿 |
| sludge/slʌdʒ/ | スラッジ |
| effluent | 排水 |
| anaerobic digestion | 嫌気性消化 |
| aerobic biological treatment | 好気性生物処理 |
| phytomining | 植物鉱石抽出 |
| bioleaching | 生体浸出 |
| leachate/ˈliːtʃeɪt/ | 浸出液 |
澄んだ水は安全か？
- 外見が澄んでいる水でも、溶解塩類、有害微生物、または溶解化学物質を含んでいる可能性がある。一つのフィルターで全て解決すると仮定せず、除去すべきものに応じた処理を選択すること。
- この授業では、資源、飲料水、廃水処理分支路、およびHT生物学的銅回収について扱う。RP8 筆記知識は、監督付きの実習記録を代替するものではない。
用途と再生可能性のマッチング
- 地球の資源は暖かさ、住居、食料、輸送を提供する。農業は食料、木材、天然繊維を補完し、合成繊維は綿やウールを補完または代替できる。合成であることが自動的に持続可能であることを意味しない。
- 有限資源は利用期間内には再生されない。再生可能資源は再生可能だが、収穫量が成長量を上回ることもある。持続可能な開発とは、将来の世代が自らのニーズを満たす能力を損なうことなく、現在のニーズを満たすことを指す。
単位と規模の確認
- 20 トンと 20 000 トンの残存量は $20\,000/20=1000=10^3$ 倍異なる（桁数が3つ異なる）。残存量の数値だけでは持続可能性を示せない。
- 年間で 1 200 トン増加する森林が、年間で 2 000 トン伐採される場合、年間で $2000-1200=800$ トン減少する。長期的な管理はこのバランスの欠如およびより広い環境影響に対応しなければならない。
固体、微生物、塩の分離
- 飲料水は、飲用として安全なレベルまで溶解塩類や有害微生物が少ないため、化学的に純粋ではない。英国の淡水供給は、地下、河川、湖からの降雨によって収集される。適切な水源を選び、懸濁固体をろ過し、次亜塩素酸、オゾン、または紫外線による殺菌を行う。
- 塩分除去は蒸留法または逆浸透法によって行われる。蒸留法では水蒸気を沸騰・凝縮させ、逆浸透法では圧力と適切な膜を用いる。どちらも多大なエネルギーを要する。通常のろ過や殺菌処理では溶解塩分を完全に除去できない。
海水から溶解塩分を取り除く方法はどれか？
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蒸留法では沸騰と凝縮によって水を分離し、大部分の溶解塩分を残す。通常のフィルターは懸濁固体を除去し、UVは微生物を制御するが、これら単独では脱塩できない。逆浸透膜法も適切な塩分除去法である。
RP8: 残留物の測定と蒸留水の収集
- 水のpH値と溶解性固形物残留量を比較する。既知の試料体積を採取し、乾燥容器を秤量し、安全に蒸発させた後、冷却して再び秤量する。必要に応じて一定質量になるまで繰り返す。残留物質量は最終質量から空容器質量を引いた値である。
- 50.0 cm³ の試料から 0.120 g の残留物が得られ、$c=\dfrac{0.120\ \mathrm{g}}{0.0500\ \mathrm{dm^3}}=2.40\ \mathrm{g/dm^3}$ が算出される。蒸留法では冷却された水蒸気のみを収集する必要がある。試料を単に乾きまで煮沸することは蒸留ではない。実験室で調製した試料を飲んではならず、残留物を微生物検査として扱うことも禁止されている。
水の調査を妥当にする二つの記述はどれか？
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質量の差引きと既知の容積は残留物の結果を裏付ける。安全性には追加の証拠が必要であり、実験室のサンプルを決して飲んではならない。蒸留には、蒸気の収集および凝縮が必要である。
汚水系統を分離して管理する
- 大きな異物をスクリーンで除去し、砂利を取り除いた後、沈殿法を用いてスラッジ（底泥）と液状廃水を分離する。スラッジは酸素のない嫌気性発酵にかけられ、廃水は酸素を含む好気性生物処理にかけられる。
- 産業廃水には追加の化学処理が必要な場合がある。排出基準を満たした水が直ちに飲料水となるわけではない。局所的な同等の条件下では、適正な地下水の方が廃水よりも少ない処理で済むことが多いが、水源汚染の有無により比較結果は変わる可能性がある。
用語と正確な意味を結びつけよ。
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化学構造、工程、または比較境界線を用いて用語を区別せよ。
HT: 化合物を濃縮し、金属を回収する
- バイオマイニングでは植物を用いて金属化合物を吸収させ、収穫後に燃焼させて化合物を含む灰を得る。バイオリーチングでは細菌を用いて金属化合物を含む浸出液を生産する。いずれも純粋な銅製品を直接生成するものではない。
- 鉄による置換反応、$Fe+CuSO_4\rightarrow FeSO_4+Cu$、または電気分解によって適当な溶液から銅を回収する。減らされた岩石掘削量と処理時間、収率、エネルギー消費量、廃棄物を比較する。「生物学的」という言葉は「無料」や「影響なし」を意味しない。
ファイトマイニング植物をそのまま燃焼させると、灰に純粋な金属銅が残る。
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灰に含まれるのは金属化合物であり、必ずしも純粋な銅ではない。適切な溶液への処理と、鉄による置換反応または電気分解による回収が必要である。
金属化合物を含む浸出液を生み出す細菌プロセスの名前を答える。
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バイオリーチングとは、细菌を用いて金属化合物を含む溶液を生産することである。これは、収穫前に植物に化合物を蓄積させ、乾燥・焼却を行うファイトマイニングとは異なる。
未知の水試料への転換
- 独立した試料：25.0 cm³ から 0.050 g の残留物が得られ、$0.050/0.0250=2.00\ \mathrm{g/dm^3}$ が算出される。この測定だけでは飲料としての安全性を確定することはできず、微生物および関連する溶解化学物质の調査が必要である。
- 不純物と分離メカニズムに基づいて処理方法を説明する。その後、その限界を述べる：フィルターは懸濁固形物を除去し、殺菌処理は微生物を制御し、塩分の除去には適切な塩分除去プロセスが必要である。
水源と必要な品質に基づいて選択する。別々の廃水系統を保持し、残留物計算における単位を維持し、金属化合物と回収された金属との区別を保つ。
A 25.0 cm³ の水試料から 0.050 g の乾燥残留物が得られた。残留物濃度を g/dm³ で計算せよ。
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25.0 cm³ = 0.0250 dm³。濃度 ＝ 残留物質量 ÷ 試料体積 ＝ 0.050 g ÷ 0.0250 dm³ ＝ 2.00 g/dm³。これは微生物安全性を測定したものではない。