指定廃棄物の放射性Cs適性制御に資する溶出促進と嫌気性リーチングシステムの開発（令和 4年度）
Development of anaerobic bioleaching system to promote the elution of radioactive cesium in the radioactively contaminated solid wastes

研究概要

本研究では、福島第一原発放射性物質漏洩事故により放射性セシウムに汚染された牧草を対象として、被 災地における発生した農林系廃棄物（牧草）に対する処理性能を向上させる課題である。申請者らは新規プロセスを提案し、バイオリーチング技術を嫌気性処理システムへの導入によって、事故由来の牧草に富む放射性セシウムを溶出・除去するとともに、固形廃棄物の減量化とエネルギー回収が両立できる技術の開発を目的とする。また、連続実験等の手段を用い、事故由来の汚染牧草に対する適切な前処理技術を確立し、嫌気性バイオリーチングプロセスに導入によって、放射性セシウムの溶出性能およびバイオガスの回収効率の両方を向上させることを目指す。応募課題は、第4期中長期計画における環境回復研究プログラムに放射性物質に汚染された廃棄物等の減容化・中間貯蔵技術等の確立の課題に属し、当所研究計画との整合性があることを考えている。

研究の性格

• 主たるもの：技術開発・評価
• 従たるもの：応用科学研究

全体計画

本研究の目的は連続実験等の手段を用い、事故由来の汚染牧草に対する適切な前処理技術を確立し、新たに提案された嫌気性バイオリーチングプロセスの導入によって、放射性セシウムの溶出性能とバイオエネルギーの回収効率の両方を向上させることである。
嫌気性メタン発酵技術は有機性固形物や廃水処理領域に成熟な技術である。バイオリーチングは最初的に難処理鉱を対象とし、化学的な方法で貴金属を抽出する目的に応じて開発された技術である。近年、単純なバイオリーチングを用いて放射性金属の抽出に関する研究も益々多く報告されているが、それを前処理・メタン発酵技術に融合し、事故由来の農林業系廃棄物に含有する放射性セシウムのバイオリーチング性能の促進に関する研究がまだ行われていない。嫌気性プロセスにおいて、前処理技術の導入によって難処理廃棄物の生分解性と金属溶出性の両方が促進させる研究を遂行するためには、研究者は生物発酵工学と化学工学等の研究に長期的な実践経験が不可欠である。研究成果の実用化によって、事故由来の指定廃棄物の無害化・減容化等技術の確立が推進できる。
このようなプロセスの確立には次のように着眼する。(1). 外力場を加え、細胞壁の破砕により処理対象を均質化し、細胞内の生体分子を放出させる。但し、プロセスにおけるエネルギー収支を全般的に評価することは重要である；(2). SEM-EDS、RAMAN分析等によって、セシウムイオンが植物性細胞壁の結晶に配位・結合した錯体を同定する。熱アルカリ処理手段により植物細胞壁の主成分であるリグニンとセルロースの分子構造を変え、アルカリ金属に属するセシウムイオンをカリウムやナトリウムイオンに置換し、前処理技術によって放射性セシウムの溶出を促進する可能性について評価する；(3).新規プロセスの経済性に対するLCA分析を行う。

今年度の研究概要

今年度では、R3年度に確立された最適な前処理方法を用い、処理された汚染牧草を使用して嫌気性処理の長期連続実験を行う。目的としては、(1).放射性セシウムのバイオリーチング効能とメタン発酵性能を高めること；(2).分子生物学等技術を用いて金属のバイオリーチングに役立つ微生物種を同定する；(3). 汚染牧草を原料とした当プロセスに LCA 分析を行い、（前）処理コストとメタン発酵由来のバイオガスの回収によるエネルギー収支・経済性に対する評価を行う。最後に、システムの処理安定性、エネルギー収率と汚染牧草にセシウムの溶出性能を総合的に評価し、当嫌気性バイオリーチングプロセスの制御条件の最適化を目指す。

外部との連携

東北大学　工学研究科　環境保全工学研究室