(57)【要約】【課題】重金属類又は有価金属類又は有害金属類を含有する廃水、廃土あるいは汚泥から、環境にやさしく、安価で、安定に、かつ、効率のよく重金属又は有価金属又は有害金属を捕集して、重金属類、有価金属類又は有害金属類を除去する処理方法を提供すること。【解決手段】金属元素を含有する産業廃水、汚泥又は残土に、必要に応じて水を加えて水溶液又は水懸濁液としたのち、固体担体上に生育した光合成生物体に、気相中で該水溶液又は水懸濁液を通水又は噴霧し、該生物体に捕捉された金属元素を回収することを特徴とする金属元素回収除去方法。バイオフィルムは、強酸（例えば、硫酸、塩酸等）により活性化処理することにより金属捕捉能力を高めることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相チャンバー中に設置した光合成生物体を付着させた固体担体上に、金属元素を含む水溶液あるいは懸濁液を連続的あるいは断続的に供給し、その溶液に含まれる金属元素をその生物体に捕集することを特徴とする金属元素の回収方法。
【請求項２】
前記の気相チャンバーは、光照射装置及びガス供給装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属元素の回収方法。
【請求項３】
前記の担体は、繊維、織布、あるいは不織布であることを特徴とする請求項１に記載の金属元素の回収方法。
【請求項４】
前記の光合成生物体は、シアノバクテリア、微細藻類、あるいは苔類である生物を１種以上含むことを特徴とする請求項１に記載の金属元素の回収方法。
【請求項５】
下記工程（１）〜（４）を包含することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属元素の回収方法。
（１）水、土あるいは泥中の金属元素を抽出する工程。
（２）固体担体上に生物体を付着させる工程
（３）工程（１）において抽出された金属元素を工程（２）で生育させた生物体に捕集させる工程。
（４）工程（３）において生物体に捕集された金属元素を回収する工程。
【請求項６】
下記工程（５）〜（９）を包含することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属元素の回収方法。
（５）水、土あるいは泥中の金属元素を抽出する工程。
（６）固体担体上に生物体を付着させる工程
（７）工程（６）で担体上に付着させた生物体を洗浄処理して金属元素の吸着能力を高める工程。
（８）工程（５）において抽出された金属元素を生物体に捕集させる工程。
（９）工程（８）において生物体に捕集された金属元素を回収する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属元素の捕集方法及び除去方法に関し、さらに詳細には、天然水中、廃水中、または、土壌中の金属元素を光合成生物により捕集及び除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境中に異なる状態で存在する金属元素を回収するための万能な回収技術を開発することは困難であるから、状況に合わせて最適な金属元素の回収技術を開発して、実際の金属元素捕集および除去に役立てる必要がある。
【０００３】
既存のゼオライトや層状ケイ酸系の鉱物性の吸着剤または化学薬品を用いた金属元素の回収・除去技術には、大量の吸着剤廃棄物が発生したり、残存薬品による環境破壊が生じたりする問題も懸念されており、これらのデメリットを補完する回収技術が開発される必要があった。
【０００４】
生物を利用して環境中の金属元素を捕集及び除去する技術は、鉱物吸着材や化学薬品吸着材を利用した元素の捕集及び除去技術に比べて、脱水により容易に減容化が可能である。また、自然界に存在する生物を金属元素の回収に用いるため、化学薬品の使用で生じる様な環境負荷を回避することが可能である。
【０００５】
光合成生物は太陽光をエネルギー源とし独立栄養的に増殖可能であることから、従来の回収技術に比べ低コストで金属元素の回収除去が可能になると期待されている。
【０００６】
水圏に生息する光合成生物は、一般に高等植物よりも短期間で生育し、金属元素を蓄積する能力も高いという特徴を有している。さらに金属元素捕集を担う光合成生物は自己増殖により生産できる。したがって、光合成生物を利用した効率的な金属元素の回収方法を開発すれば、より低コストで短期間のうちに金属元素の回収が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2008-142683号公報
【特許文献２】特開2010-269249号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】東京薬科大学研究紀要  第15号  ISSN 1343-8956  p.9-p.16
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
重金属類、有価金属類、あるいは、有害金属類を含有する廃水、廃土あるいは沈積土から、環境にやさしく、安価で、安定に、かつ、効率よく、重金属、有価金属、および、有害金属を捕集あるいは除去する処理方法を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、金属元素を含有する産業廃水、汚泥又は残土に、必要に応じて水を加えて水溶液又は水懸濁液としたのち、気相中に設置した固体担体上に光合成生物を付着させ、該水溶液又は水懸濁液を通水又は噴霧し、該生物体に捕捉された金属元素を回収することを特徴とする金属元素の捕集および除去方法を考案し、本発明を完成した。すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
【００１１】
請求項1に記載の発明は、気相チャンバー中に設置した光合成生物体を付着させた固体担体上に、金属元素を含む水溶液あるいは懸濁液を連続的あるいは断続的に供給し、その溶液に含まれる金属元素をその生物体に捕集することを特徴とする金属元素の回収方法である。
【００１２】
本発明の金属元素の捕集方法は、水溶液あるいは懸濁液に含まれる金属元素を固体担体上に付着させた光合成生物体の吸着および吸収作用により捕集させて、その金属元素を回収するものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記の気相チャンバーは、光照射装置及びガス供給装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属元素の回収方法である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記の担体は、繊維、織布、あるいは不織布であることを特徴とする請求項１に記載の金属元素の回収方法である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記の光合成生物体は、シアノバクテリア、微細藻類、あるいは苔類である生物を１種以上含むことを特徴とする請求項１に記載の金属元素の回収方法である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、下記工程（１）〜（４）を包含することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属元素の回収方法である。
（１）水、土あるいは泥中の金属元素を抽出する工程。
（２）固体担体上に生物体を付着させる工程
（３）工程（１）において抽出された金属元素を工程（２）で生育させた生物体に捕集させる工程。
（４）工程（３）において生物体に捕集された金属元素を回収する工程。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、下記工程（５）〜（９）を包含することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属元素の回収方法である。
（５）水、土あるいは泥中の金属元素を抽出する工程。
（６）固体担体上に生物体を付着させる工程
（７）工程（６）で担体上に付着させた生物体を酸性溶液で処理して金属元素の吸着能力を高める工程。
（８）工程（５）において抽出された金属元素を生物体に捕集させる工程。
（９）工程（８）において生物体に捕集された金属元素を回収する工程。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、重金属類又は有価金属類又は有害金属類含有廃水、廃土あるいは沈積土から、環境にやさしく、安価で、安定に、または、効率のよく重金属又は有価金属又は有害金属を捕集して、廃水から重金属類、有価金属類又は有害金属類を回収あるいは除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の金属元素の捕集方法および除去方法を実施するために実施例で用いた装置の概略図。
【図２】光合成生物であるクロレラを用いて、金属元素のストロンチウム及びセシウムを含む水溶液から繰り返しストロンチウム及びセシウムを回収した時の水溶液中のストロンチウム及びセシウムの濃度変化。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００２１】
本発明の金属元素の捕集方法は、気相チャンバー中に設置した光合成生物体を付着させた固体担体上に、金属元素を含む水溶液あるいは懸濁液を連続的あるいは断続的に供給し、その溶液に含まれる金属元素をその生物体に捕集することを特徴とする金属元素の回収する方法である。
【００２２】
本発明の金属元素の捕集方法は、金属元素を含む水溶液または懸濁液から金属元素を除去する方法として実施することもできる。
【００２３】
前記の気相チャンバーは、光を透過し、かつ、温度および湿度を調節できる温湿度調節装置、光強度を調節できる光照射装置及び二酸化炭素組成を調節できるガス供給装置のいずれかまたは全てを備えることが好ましい。
【００２４】
前記の担体は、生物体を保持する性能があれば形態に制限はなく用いることができる。特に、繊維、織布、あるいは不織布を用いることが好ましい。
【００２５】
前記の光合成生物体は、シアノバクテリア、微細藻類、あるいは苔類である生物体を１種以上含むことができる。生物体には、天然あるいは遺伝子組換えの生物体を用いることもできる。また、金属種捕集特異性の異なる生物体を2種以上組み合わせて用いることもできる。好ましくは生育速度が速く、金属捕集能力に優れた生物体を用いることが好ましい。
【００２６】
固体担体上に付着させた光合成生物体は、固体担体上で生育させることにより生物体量を増加させることができる。特に、生物体量を経時的に増加させることにより、金属捕集能力の持続性を高めることが好ましい。
【００２７】
本発明の金属元素の捕集方法において、固体担体上に供給される金属元素を含む水溶液あるいは懸濁液は、水、土あるいは泥中の金属元素を抽出する工程より供給することができる。水、土あるいは泥中の金属元素を抽出する工程は、酸処理またはキレート処理等の公知の工程を利用することができる。
【００２８】
担体上に固定した生物体は、担体上で生物体を洗浄処理することにより金属元素の捕集能力を高めることができる。生物体の洗浄処理に用いる方法は、酸性溶液洗浄法あるいはキレート剤洗浄法等の公知の方法を用いることもできる。
【００２９】
本発明の金属元素の捕集方法及び金属元素の除去方法は、金属元素を含む水溶液又は懸濁液を生物体を付着させた固体担体上に繰り返して供給することにより、金属元素の捕集能力及び金属元素の除去能力を高めることができる。
【００３０】
以下に、実施例をもって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３１】
金属元素であるストロンチウム及びセシウムの回収除去
固体担体として木綿を素材とした織布（1 cm×25 cm）を用いた。固体担体を図１に示した装置の円筒状のアクリル製気相チャンバー内に設置して、生物体として微細藻類のクロレラを付着させて、クロレラを室温で2 mg dry wt./平方cmまで生育した。あらかじめ調製されたセシウムとストロンチウムを各々0.7 micro mol/L含む50倍希釈ガンボーグB5溶液(全量100 mL)を、クロレラが生育している担体表面におよそ2 mL/minの流速で循環供給した。この間、光源より100 micro mol photons/平方mの光強度で担体表面を照射し、2%二酸化炭素を含む空気を供給した。
【００３２】
図１の貯留槽内の水溶液中のストロンチウムとセシウムの濃度を経時的に測定した結果が図２である。貯留槽液中のストロンチウム濃度は始めの１日で６割減少した後、７日目には0.17 micro Mにまで低下した。一方、セシウム濃度は６割減少するのに２日を要したが、その後は７日目までに0.16 micro Mにまで低下した。本除去方法によると、溶液中からストロンチウムとセシウムをいずれも７日間で8割除去した。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
自然水、工業廃水、汚泥等からの有価金属又は有害金属の回収および除去に利用可能である。また、環境中の放射性金属元素の回収除去に利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
図1
1  光源
２  固体担体
３  生物体
４  気相チャンバー
５  ガス供給流路
６  貯留槽
７  液供給装置
【図１】
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【図２】
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