(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性セシウムを含む植物バイオマスから、糖質を含む液相部と、固相部とを得る分解工程と、
放射性セシウムを含む前記液相部を発酵させて、放射性セシウムを含む液相廃液と、放射性セシウムを含まない第１気相部とを得る液相部発酵工程と、
前記固相部を発酵させて固相残渣と、固相廃液と、放射性セシウムを含まない第２気相部とを得る固相部発酵工程とを備え、
前記植物バイオマスは、木質系バイオマスであり、
前記分解工程は、前記植物バイオマスに糖化酵素を添加して粉砕する湿式ミリング処理と、前記湿式ミリング処理により得られた固形分に糖化酵素を加えて処理する再糖化処理とを含み、前記固相部に含まれる放射性セシウムを検出限界以下にする、放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法。
【請求項２】
前記液相廃液から前記放射性セシウムを除去する除去工程をさらに備えている、請求項１に記載の放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法。
【請求項３】
前記液相部発酵工程は、上向流式嫌気汚泥床を用いた湿式メタン発酵処理を含む、請求項１又は２に記載の放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法。
【請求項４】
前記固相部発酵工程は、乾式メタン発酵処理を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法。
【請求項５】
前記再糖化処理は複数回行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法。
【請求項６】
前記木質系バイオマスは、杉チップである請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
福島第一原子力発電所の事故により放射性物質で汚染された大量の植物バイオマスが発生している。放射性物質で汚染された植物バイオマスは、利用不可能な廃棄物として処分地にて保管されている。しかし、植物バイオマスの量は莫大であり、保管する前に大幅に容積を減量することが求められている。
【０００３】
植物バイオマスを減容する一般的な方法は焼却である。しかし、放射性物質で汚染された植物バイオマスを焼却すると、放射性物質が飛散するおそれがある。特にセシウムは沸点が６４１℃と比較的低いため、焼却により気化してしまうおそれがある。このため、放射性物質で汚染されたバイオマスを直接焼却することは、再び放射性物質を飛散させることになり採用できない。
【０００４】
一方、植物バイオマスを有効利用する方法として、酵素を添加した湿式ミリング法が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、植物バイオマスをメタン発酵させることにより、バイオガスを生産することも検討されている（例えば、特許文献２を参照。）。これら２つの技術を組み合わせて、植物バイオマスを効果的に利用すると共に、最終的な残渣の体積を大幅に低減することも検討されている（例えば、非特許文献１を参照）。これらの処理により、放射性物質で汚染された植物バイオマスについても大幅に減容できる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−９２１５１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０５０１７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「生物工学」，2014年，第92巻，第6号，p.287-290
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これまで、放射性物質で汚染された植物バイオマスに対し、実際にこのような処理は行われておらず、このような処理に放射性物質がどのような影響を与えるかは明らかでない。処理により、どの画分に放射性物質が移行するのか、また放射性物質を含んでいてもバイオガスを生産することができるのか等の種々の点について検討しなければ、放射性物質で汚染されたバイオマスを処理することはできない。もし、得られたバイオガスに放射性物質が移行してしまうと、放射性物質を飛散させてしまうおそれがある。また、放射性物質の挙動によっては、放射性物質で汚染された物質の体積が逆に増加してしまうおそれもある。
【０００８】
本発明の課題は、放射性物資で汚染された放射性セシウムを含む植物バイオマスを、有効活用しつつ減容化できるようにすると共に、その放射性セシウムを容易に除去できるような形態にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法の一態様は、放射性セシウムを含む植物バイオマスから、糖質を含み且つ放射性セシウムの５０％以上が移行した液相部と、固相部とを得る分解工程と、放射性セシウムを含む液相部を発酵させて、放射性セシウムを含む液相部廃液と、放射性セシウムを含まない第１気相部とを得る液相部発酵工程と、固相部を発酵させて固相部残渣と、固相部廃液と、放射性セシウムを含まない第２気相部とを得る固相部発酵工程とを備え、分解工程は、植物バイオマスに糖化酵素を添加して粉砕する湿式ミリング処理を含む。
【００１０】
放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法の一態様において、液相部廃液及び固相部廃液の少なくとも一方から放射性セシウムを除去する除去工程をさらに備えていてもよい。
【００１１】
放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法の一態様において、液相部発酵工程は、上向流式嫌気汚泥床を用いた湿式メタン発酵処理を含んでいてもよい。
【００１２】
放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法の一態様において、固相部発酵工程は、乾式メタン発酵処理を含んでいてもよい。
【００１３】
放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法の一態様において、分解工程は、湿式ミリング処理により得られた固形分に糖化酵素を加えて処理する再糖化処理を含んでいてもよい。
【００１４】
この場合において、再糖化処理は複数回行ってもよい。
【００１５】
放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法の一態様は、分解工程において、固形部残渣に含まれる放射性セシウムを検出限界以下にしてもよい。
【００１６】
放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法の一態様において、固相部は、放射性セシウムを含み、固相部残渣及び固相部廃液は、放射性セシウムを含んでいてもよい。
【００１７】
放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法の一態様において、液相部廃液及び固相部廃液に、放射性セシウムの５０％以上を移行さてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法によれば、放射性物資で汚染された放射性セシウムを含む植物バイオマスを有効活用しつつ減容化できるようにすると共に、その放射性セシウムを容易に除去できるような形態にできる。これにより、放射性セシウムで汚染された植物バイオマスを保存したり、その放射性セシウムを容易に除去したりすることが可能になる。この結果、本発明により、社会問題化している大量の放射性物質で汚染された植物バイオマスの処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理工程の一例を示すフロー図である。
【図２】図２は分解工程の一例を示すフロー図である。
【図３】図３はメタン発酵槽の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法は、まず、放射性セシウムを含む植物バイオマスから糖化液である液相部と固形残渣である固相部とを得る分解工程を行う。分解工程において放射性セシウムの５０％以上を液相部側に移行させる。
【００２１】
放射性セシウムを含む糖化液である液相部は、液相部発酵工程において発酵させ、気相部と、液相部廃液とを得ることができる。液相部発酵工程は例えば湿式メタン発酵処理とすることができる。気相部は、メタンを含むバイオガスである。気相部に移行する放射性セシウムは検出限界以下であるため、気相部は、通常のバイオガスと同様にエネルギ源等として利用することができる。液相部に含まれる放射性セシウムは、基本的には全て液相部廃液に移行させることができる。液相部廃液は、有機物のほとんどが消費されているため、腐敗しにくく長期に亘り保管しても爆発性のガスが発生したりするおそれはほとんどない。また、物理化学的な手法又は生物化学的な手法により放射性セシウムを除去すれば、通常の廃水処理手順に従い廃棄することができる。
【００２２】
固相部は固相部発酵工程において発酵させ、気相部と残渣とを得ることができる。残渣はさらに、固相部廃液と固相部残渣とに分離することができる。固相部発酵工程は例えば乾式メタン発酵処理とすることができる。気相部は、メタンを含むバイオガスであり、液相部から得られるバイオガスと同様に放射性セシウムは検出限界以下となるため、エネルギ源等として用いることができる。固相部に含まれる放射性セシウムは基本的に全て固相部廃液と固相部残渣とに移行させることができる．固相部発酵工程の条件にもよるが、固相部廃液と固相部残渣との放射性セシウムの移行割合は２０：８０〜５：９５程度となる。固相部廃液は、液相部廃液と同様に放射性セシウムを除去すれば、通常の廃水処理手順に従い廃棄することができる。固相部残渣は、微生物の栄養となる有機物をほとんど含まないため腐敗しにくく、貯蔵施設等に長期に亘り保管しても爆発性のガスが発生したりするおそれはほとんどない。
【００２３】
分解工程において、植物バイオマスに含まれる放射性セシウムをほぼ完全に液相部に移行させ、固相部に含まれる放射性セシウムを既定値以下とすれば、固相部は放射性セシウムを含まない通常のバイオマスとして処理することができる。この場合には、固相部廃液及び固相部残渣は放射性セシウムを含まない通常の廃棄物として処理することができる。
【００２４】
植物バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含む植物由来のバイオマスであり、主に樹木等から生じる木質バイオマス（ハードバイオマス）、及び主に農産物等から生じる草本系バイオマス（ソフトバイオマス）等が含まれる。木質系バイオマスの具体例としては、杉及び檜等に代表される針葉樹に由来するもの、ポプラ及び白樺等に代表される広葉樹に由来するものが含まれる。草本系バイオマスの具体例としては、稲、麦及びトウモロコシ等に由来するものが含まれる。また、植物バイオマスには、建築廃材及び農産廃棄物等も含まれる。
【００２５】
植物バイオマスに含まれる放射性セシウムは、セシウム１３７であっても、セシウム１３４であっても、その両方であってもよい。
【００２６】
植物バイオマスから糖化液と固形残渣とを得る分解工程は、図２に示すように、糖化酵素を添加した湿式ミリング処理により行うことができる。湿式ミリング処理は、植物バイオマスを媒体中に懸濁させたスラリ状態として粉砕する。スラリの体積は、バイオマスの種類及び処理装置の構成等の種々の要因によって変動するが、一例として元の植物バイオマスの体積の２００％〜３００％程度となる。処理装置には、例えばボールミル又はビーズミル等を用いることができる。効率良く粉砕するために、植物バイオマスは処理装置に投入する前に５ｍｍ程度以下に粗粉砕しておくことが好ましい。
【００２７】
湿式ミリング処理の際に添加する糖化酵素は、植物バイオマスの細胞壁に含まれるセルロース及びヘミセルロース等を糖化する酵素であり、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ、及びペクチナーゼを挙げることができる。セルラーゼとは、β-1,4-グルカンのグルコシド結合を加水分解する酵素である。セルラーゼには、セルロースの分子内部から切断するエンドグルカナーゼ、セルロースの還元末端又は非還元末端から分解しセロビオースを遊離するエキソグルカナーゼ、及びセロビオースのグルコシド結合を切断しグルコースへと変換するβ-グルコシダーゼ等が含まれる。ヘミセルラーゼとは、植物体の細胞壁を構成する多糖類のうちセルロース、ペクチン以外の多糖類を分解する酵素である。ペクチナーゼとは、ペクチンを分解する触媒機能を持つ酵素であり、ポリガラクツロナーゼ、ペクチンリアーゼ、ペクチンエステラーゼ、及びペクチンメチルエステラーゼ等が含まれる。これらの酵素は単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
糖化酵素の添加量は、処理する植物バイオマスの種類及び量、糖化酵素の種類、装置の構造等により適宜決定すればよい。例えば、稲わらの場合、植物バイオマス１ｇ当たり２００Ｕ〜２００００Ｕ程度とすることができる。
【００２９】
湿式ミリング処理に用いる媒体は、添加する酵素を失活させることなく粉砕対象物をスラリ状態で保持できる液状のものであればよい。例えば、水（塩等の添加物が含まれていても構わない）、有機溶媒、及びイオン性液体などが挙げられる。ｐＨを一定に保つために緩衝液としてもよい。
【００３０】
湿式ミリング処理の実施条件は、粉砕対象物により適宜選択すればよい。例えば、ビーズミルを用いる場合、媒体のｐＨを２．０〜１１．０、媒体と粉砕対象物の重量比を１：１〜１００：１、粉砕機のビーズ径を０．１ｍｍ〜２０ｍｍ、ビーズ周速を０．３ｍ／秒〜５０ｍ／秒、スラリ流速を０．１Ｌ／分〜１０Ｌ／分の範囲内で適宜選択すればよい。湿式ミリング処理の温度は、酵素反応に適した温度とすればよく、１０℃以上が好ましく、２０℃以上がより好ましく、３０℃以上がさらに好ましい。そして、１００℃以下が好ましく、８０℃以下がより好ましく、６０℃以下がさらに好ましい。
【００３１】
湿式ミリング処理の時間は、経時的に粉砕物の粒度及びスラリ粘度を測定しながら、任意の数値（平均粒度１μｍ以下が望ましい）となったところで終了すればよい。処理時間は、糖化率を高くする観点から１０分以上が好ましく、３０分以上がより好ましく、６０分以上がさらに好ましく、１００分以上がよりさらに好ましい。効率の観点からは３００分以下が好ましく、２４０分以下がより好ましく、１８０分以下がさらに好ましい。
【００３２】
粉砕終了後、固液分離手段により液状の糖化液と固形残渣とに分離する。固液分離手段として、遠心分離等を用いることができる。固形残渣は洗浄してもよい。洗浄で生じた残渣洗浄液は糖化液と共に液相部として次の液相部発酵工程に回すことができる。洗浄操作は、複数回行ってもよい。
【００３３】
湿式ミリング処理により得られた固形残渣は、そのまま固相部として固相部発酵工程に回すことができるが、再糖化処理することもできる。再糖化処理は、固形残渣にさらに糖化酵素を加えて行えばよい。再糖化処理の際に添加する糖化酵素は、湿式ミリング処理の際と同じであっても、異なっていてもよい。糖化酵素の添加量は特に限定されないが、元の植物バイオマス１ｇ当たり、２００Ｕ〜２００００Ｕ程度とすることができる。処理温度は酵素反応に適した温度とすればよく、１０℃以上が好ましく、２０℃以上がより好ましく、３０℃以上がさらに好ましい。そして、１００℃以下が好ましく、８０℃以下がより好ましく、６０℃以下がさらに好ましい。処理時間は、必要とする糖化率に応じて選択すればよいが、糖化率を高くする観点からは１時間以上が好ましく、１０時間以上がより好ましく、２０時間以上がさらに好ましい。そして、効率の観点からは５０時間以下が好ましく、４０時間以下がより好ましく、３０時間以下がさらに好ましい。
【００３４】
再糖化処理の後、固液分離手段により、再糖化液と固形残渣とに分離する。固液分離手段として遠心分離等を用いることができる。再糖化液は、湿式ミリング処理により得られた糖化液と共に液相部として次の液相部発酵工程に回すことができる。固形残渣に含まれる放射性セシウムの量をさらに低減するために、再糖化処理した後の固形残渣を洗浄してもよい。洗浄で生じた残渣洗浄液は糖化液と共に液相部として次の液相部発酵工程に回すことができる。洗浄操作は、複数回行ってもよい。再糖化処理した固形残渣は、固相部として次の固相部発酵工程に回すことができる。
【００３５】
再糖化処理は必要に応じて行えばよく、糖質の分離、及び固形残渣側に残存する放射性セシウムの量の減量を湿式ミリング処理において十分にすることができれば、行わなくてもよい。また、再糖化処理は１回でもよく、２回以上行ってもよい。
【００３６】
植物バイオマス中に含まれる放射性セシウムは、主に土壌中に含まれる放射性セシウムが植物の生長の際に植物の組織内に取り込まれたものである。従って、植物組織と結びついており、単に粉砕したり、洗浄したりしただけでは植物バイオマスから取り除くことはできない。本実施形態においては、植物バイオマスを糖化酵素を添加した状態で粉砕しており、植物組織を酵素により分解して糖化している。このため、植物組織中の放射性セシウムを液相部側に移行させることができる。放射性セシウムの除去処理を考えると、固形分の中に含まれているよりも液状分に含まれている方が容易である。従って、放射性セシウムをできるだけ液相部側に移行させることが好ましく、放射性セシウムの５０％以上を液相部側に移行させることが好ましく、７０％以上移行させることがより好ましく、７５％以上移行させることがさらに好ましい。固相部側に含まれる放射性セシウムを検出限界以下とすることが最も好ましい。
【００３７】
分解工程により得られる液相部の体積は、バイオマスの種類及び処理装置の構成等の種々の要因によって変動するが、一例として元のバイオマスの体積の１６０％〜２６０％程度となる。放射性セシウムを含む液相部を発酵させる液相部において、液相部に含まれる糖質等の有機物が微生物により分解され、メタンを含む気相部と、糖質が消費された液相部廃液とが発生する。液相部発酵工程は、どのような方法としてもよいが、湿式のメタン発酵法が好ましく、例えば上向流式嫌気汚泥床（ＵＡＳＢ）を用いて行うことができる。具体的には、図３に示すように、嫌気性微生物の集塊作用を利用して活性の高い菌体をグラニュール（直径２ｍｍ〜３ｍｍの粒状汚泥）として反応槽に大量に保持し、反応槽の下部から放射性セシウムを含む液相部を注入し、嫌気状態で液相部中の有機物を分解させればよい。液相部の供給量及び液相部中の有機物の濃度は、装置の処理能力に応じて適宜調整すればよい。
【００３８】
反応槽内部に注入された液相部は、下部に沈殿しているグラニュールの層に均一に拡散される。液相部中の有機物は分解され、メタンガス及び二酸化炭素等を含むバイオガスと、液相部廃液とが生成される。バイオガスが表面に付着したグラニュールはエアーリフト効果で処理水と共に浮上するため、上部に設けられたセトラーによりバイオガスを捕集することができる。液相部廃液とグラニュールとを分離することにより、有機物をほとんど含まない液相部廃液を回収できる。液相部廃液の体積は、処理装置の構成等の種々の要因によって変化するが、一例として元の植物バイオマスの１５０％〜２５０％程度となる。液相部に含まれる放射性セシウムは、ほぼそのまま液相部廃液に移行する。有機物をほとんど含まない液相部廃液は腐敗しにくいので所定の処理を行う前に長期保管することができる。
【００３９】
液相部中に含まれる放射性セシウムは、嫌気性微生物によるメタン発酵にほとんど影響を与えず、放射性セシウムを含んでいても放射性セシウムを含んでいない場合と同様にメタン発酵させることができる。メタン発酵は、３０℃〜６０℃程度の温度で行うことができる。このため、液相部に含まれる放射性セシウムが気化するおそれはほとんどなく、生成されるバイオガスに含まれる放射性セシウムは検出限界以下となる。従って、得られたバイオガスは通常のプロセスにより得られるバイオガスと同様に、燃料等として用いることができる。
【００４０】
分解工程により得られる固相部の体積は、植物バイオマスの種類及び処理装置の構成等の種々の要因により変動するが、一例として元の植物バイオマスの３０％〜７０％となる。糖化液である液相部を分離した後の固相部は、まだ多量の有機成分を含んでいる。このため、次の工程である固相部発酵工程において，バイオガスを発生させることができる。固相部発酵工程は、例えば乾式メタン発酵処理とすることができる。乾式メタン発酵処理は水分含有率が８０％以下の条件で行うことができる。例えば、液相部を分離した後の固相部を高温嫌気消化汚泥と混合し、嫌気性条件においてメタン発酵させることができる。発酵温度は、４５℃〜６０℃程度とすることができる。固相部の供給量及び発酵時間等は、装置の構造及び処理能力等に応じて適宜調整すればよい。例えば、固相部と汚泥とを１：１０〜１：３程度の比率で混合することができる。発酵時間は２０日〜５０日程度とすることができる。
【００４１】
固相部発酵工程においても液相部発酵工程と同様に、発生するバイオガスに含まれる放射性セシウムは検出限界以下となる。このため、通常のバイオガスと同様に燃料等として利用することができる。
【００４２】
固相部発酵工程において発生する残渣は、固液分離により固形分である固相部残渣と、固相部廃液とに分離できる。固相部に含まれる放射性セシウムの５％〜２０％程度が固相部廃液に移行し、残りはほぼ全て固相部残渣に移行する。固相部廃液は有機物をほとんど含まないため、腐敗しにくく長期に亘り保管することができる。また、固相部残渣は腐敗しにくいリグニン等を主成分とするため、長期に亘り保管することができる。固相部残渣を保管する場合は、水分量が１０％程度以下となるまで乾燥させることが好ましい。固相部廃液及び最終的に乾燥した固相部残渣の体積は、元のバイオマスの種類及び処理装置の構成等の種々の要因により変動するが、一例として固相部廃液は元の植物バイオマスの２０％〜５０％、固相部残渣は乾燥状態で元の植物バイオマスの３％〜１０％程度となる。
【００４３】
液相部廃液及び固相部廃液に含まれる放射性セシウムは、物理化学的な手法又は生物化学的な手法により除去することができる。例えば吸着剤を用いて除去することができる。放射性セシウムの吸着剤として、ゼオライト、プルシアンブルー及びイオン交換樹脂等を挙げることができる。メタン発酵により液相部廃液中の有機物は大幅に低減されているため、吸着剤による放射性セシウムの除去を効率良く行うことができる。また、重金属を吸着する光合成細菌等を用いて放射性セシウムを除去することもできる。この場合、液相部廃液に残存している有機成分を光合成細菌等の栄養源として用いることができる。放射性セシウムを検出限界以下又は規定値以下にまで除去した後の液相部廃液は、通常の廃液として所定の処理をして廃棄することができる。
【００４４】
液相部廃液と固相部廃液とを混合して放射性セシウムの除去を行うことができる。また、別々に放射性セシウムの除去を行うこともできる。また、液相部廃液及び固相部廃液の少なくとも一部を、分解工程、液相部発酵工程又は固相部発酵工程にフィードバックしてリサイクル使用することもできる。
【実施例】
【００４５】
以下に実施例を用いて本開示の放射性物質を含む植物バイオマスの処理方法をさらに具体的に説明する。以下の実施例は例示であり本発明を何ら限定しない。
【００４６】
＜放射性物質を含む植物バイオマス＞
放射性物質を含む植物バイオマスとして、稲わら及び杉材チップを用いた。稲わらに含まれる放射性セシウムの量は７０００Ｂｑ／ｋｇ、杉材チップに含まれる放射性セシウムの量は５００Ｂｑ／Ｋｇであった。
【００４７】
＜分解工程＞
粗粉砕した植物バイオマス５０ｇ、蒸留水４４５ｍＬ、及びｐＨ５．５のリン酸バッファー５ｍＬを混合してスラリとした。これに、糖化酵素としてセルラーゼであるOPTIMASH BG（GENENCOR社製）を５ｍＬ（59225U）、ヘミセルラーゼであるOPTIMASH XL（GENENCOR社製）を５ｍＬ（35650U）添加した。糖化酵素を添加したスラリーを、ビーズミルを用いて所定の時間湿式ミリング処理した。ビーズミルは、容量が０．１５Ｌのセラミック製（アシザワファインテック社製、ラボミニスターLM2015）とし、直径０．５ｍｍのジルコニア製ビーズを用いた。湿式ミリングの処理温度は５０℃とし、ミルの周速は１４ｍ／ｓとした。
【００４８】
湿式ミリング処理の後、回収したスラリを固液分離し、１次糖化液と固形残渣とを回収した。固形残渣に蒸留水を２００ｍＬ〜４００ｍＬと、酵素液としてOPTIMASH BG（GENENCOR社製）を５ｍＬ（59225U）及びOPTIMASH XL（GENENCOR社製）を５ｍＬ（35650U）とを添加して５０℃で保温しながらゆっくりと攪拌し、２４時間糖化反応を継続する２次糖化処理を行った。２次糖化処理の後、再び固液分離し、２次糖化液を回収し、固形残渣は蒸留水を加えて再懸濁し、再度固液分離をした後に回収した。上清は残渣洗浄水として回収した。稲わらについては１次糖化液、２次糖化液、洗浄水、固形残渣の計４サンプル、杉チップについては１次糖化液、２次糖化液、固形残渣の計３サンプルのそれぞれに含まれる放射能を計量し、湿式ミリングによる放射性セシウムの移行性を調査した。放射能の計量は、１００ｍＬ容器に試料を充填し、ゲルマニウム半導体検出器により行った。
【００４９】
植物バイオマスとして稲わらを用いた場合、１２０分の湿式ミリング処理により、５１％の放射性セシウムが１次糖化液に移行した。１２０分間の湿式ミリング処理により得られた固形残渣をさらに２次糖化することにより、放射性セシウムの１８％が２次糖化液に移行した。２次糖化後の固形残渣を洗浄した残渣洗浄水に放射性セシウムの４％が移行し、最終的な固形残渣に含まれる放射性セシウムは、元の稲わらの２７％であった。
【００５０】
植物バイオマスとして杉チップを用いた場合、１２０分の湿式ミリング処理により７５％の放射性セシウムが１次糖化液に移行した。１２０分間の湿式ミリング処理により得られた固形残渣をさらに２次糖化することにより、放射性セシウムの２５％が２次糖化液に移行した。２次糖化後の固形残渣に含まれる放射性セシウムは検出限界以下であった。
【００５１】
＜液相部発酵工程＞
放射性セシウムを含む稲わらから調製した液相部を図３に示すような、上向流式嫌気汚泥床（ＵＡＳＢ）反応槽を用いてメタン発酵処理した。液相部は、湿式ミリング処理により得た糖化液、２次糖化処理により得た２次糖化液及び洗浄水の混合物とした。嫌気汚泥床は、グラニュールを７００ｍＬ〜８００ｍＬとした。液相部は、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）が１２００ｍｇ／Ｌとなるように希釈して嫌気汚泥床に供給した。温度は３５℃、滞留時間は６．０時間で運転をした。
【００５２】
まず、放射性セシウムを含まない糖化液をＵＡＳＢ反応槽に供給し、メタン発酵が正常に生じることを確認した。この場合のバイオガスの生成量は約１４００ｍＬ／Ｌ／日〜１５００ｍＬ／Ｌ／日であった。放射性セシウムを含まない糖化液により約２０日間運転をした後、放射性セシウムを含む糖化液の供給を開始した。放射性セシウムを含む糖化液（５６Ｂｑ／Ｌ）の供給を開始した後も、バイオガスの生成量に大きな変化は認められなかった。放射性セシウムを含む糖化液の供給を開始して約２４時間後に、ＵＡＳＢ反応槽からの供給液と廃水との放射能がほぼ同値になった。バイオガスに含まれる放射性セシウムの量は、放射性セシウムを含む糖化液の供給を開始して２４時間以上経過しても検出限界以下であった。廃水のＣＯＤは、１３１ｍｇ／Ｌであった。
【００５３】
＜固相部発酵工程＞
放射性セシウムを含む稲わらから調製した固相部を乾式メタン発酵処理により安定化及び減容化した。固相部は、二次糖化処理を行っていない湿式ミリング処理後の固形残渣とした。乾式発酵処理には、汚泥攪拌機能を有する実容量が約１０Ｌの混合攪拌型攪拌槽を用いた。汚泥には、広島県内の水処理センターから供試された余剰活性汚泥の高温嫌気消化汚泥を使用した。本汚泥の含水率は７８．５％、強熱減量（volatile solids; VS）は０．８５７ｇ／ｇ−ＤＷであった。発酵温度は５５℃とし、汚泥滞留時間は約３０日とした。１００ｇの稲わら粉末から得られた固形残渣を１Ｌにメスアップして発酵槽に投入した。投入した試料の含水率は９０％〜９５％、密度は１０５０ｋｇ／ｍ3、粘度は１０００００ｍＰａ・ｓであった。３日毎に試料の投入と引き抜きとを行いながら８５日間発酵処理を続けた。
【００５４】
発酵処理後に引き抜いた試料を遠心分離により上清である固相部廃液と、固形分である固相部残渣とに分離した。固相部廃液の質量は６００ｇ、湿潤状態の固相部残渣の質量は３９０ｇであった。固相部廃液及び固相部残渣について放射能量を測定した。放射能の計量は、１００ｍＬ容器に試料を充填し、ゲルマニウム半導体検出器により行った。
【００５５】
バイオガスの生成量は湿式ガスメータにより測定した。湿式ガスメータは、液面上部から３〜４室に別れた計量室と、スパイラルドラムとを有し、入り口から入ったガスによるドラム軸の回転運動をメカカウンタにより積算して積算流量値を測定した。
【００５６】
処理期間中における稲わら１ｇ当たりに換算したバイオガス生成量は２１７ｍＬ／ｇであり、そのうちメタンの生成量は１１４ｍＬ／ｇであった。湿式ガス流量計内の水について放射能量を測定することにより、バイオガス中の放射性セシウムの量を評価したが、検出限界以下であった。
【００５７】
１００ｇの稲わらの体積は約８００ｍＬであった。分解工程において、約１７００ｍＬの液相部と、約３６０ｍＬの固相部を得た。固相部を固相発酵処理することにより、約１６０ｍＬの固相部廃液と、約２０５ｍＬの固相部残渣とが発生した。固相部残渣を水分含有率が約１０％となるまで乾燥したところ、約４８ｍＬ（約３６ｇ）となった。
【００５８】
元の稲わら１００ｇの放射能量は、７００Ｂｑであり、最終的な固相部残渣（３６ｇ）の放射能量は３１１Ｂｑであり、固相部廃液の放射能量は２７Ｂｑであった。従って、元の稲わらに含まれる放射性セシウムの約４４％（３１１Ｂｑ／７００Ｂｑ）が固相部残渣に移行した。本実施例においては２次糖化処理を行っていないが、２次糖化処理を行うことにより、固相部残渣に移行する放射性セシウムの割合をさらに低減することができる。
【００５９】
植物バイオマスの減容化率（％）は、以下の式により表すことができる。
減容化率(%)＝（バイオマス体積−固形廃棄物体積）／バイオマス体積・・・式
【００６０】
本実施例の場合には固形廃棄物体積は、固相部残渣の体積となる。厳密には、液相部廃液及び固相部廃液から放射性セシウムを除去する際に放射性セシウムを含む廃棄物が発生するが、固相部残渣と比べて量が少なため、バッチが小さい場合には無視することができる。従って、本実施例においては固形廃棄物体積は４８ｍＬとなり減容化率は、９４％となる。
【００６１】
この結果を基に、１バッチ６００ｋｇのバイオマスを処理するプラントの収支をシミュレーションすると、植物バイオマスの体積は約４８００Ｌとなり、約２９０Ｌ（２２０ｋｇ、水分含有率１０％）の固相部残渣が発生する。液相部廃液及び固相部廃液の体積は、約１２０００Ｌとなり、放射性セシウムを除去する際に発生する固体の廃棄物の割合を０．５％とすると約６０Ｌとなる。従って、固形廃棄物体積は、２９０Ｌ＋６０Ｌ＝３５０Ｌとなり、減容化率は、９３％となる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本開示の放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法は、有効活用しつつ減容化できるようにすると共に、その放射性セシウムを容易に除去できるような形態にでき、放射性セシウムを含む植物バイオマスの処理方法等として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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