Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
の合計の含有量を示す。

## か）遠心脱離試験における実験条件がセシウム溶出量に与える影響の検討

遠心脱離試験における実験条件を変化させ、各条件がセシウム溶出濃度にどのような影響を与えるのかを検討した。表3.3.1-1に変化させた実験条件および設定値を示す。

表 3.3.1-1 遠心脱離試験における実験条件

実験条件	単位	設定値
溶媒(濃硝酸)	-	原液, pH1, pH3, pH5, pH7
液固比(L/S)	-	0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1, 2, 5, 10
静置時間	時間	0, 1, 3, 12, 24
遠心力	×100g	5, 10, 20, 40, 80, 120, 157
遠心継続時間	分	10, 20, 30, 40, 50, 60

## (6) セシウムの回収における最適な遠心脱離条件の提案

か) 節において明らかにされたセシウム溶出量と実験条件との関係より、最も効率的にセシウムを回収できる条件を提示した。さらにその条件を用いて遠心脱離を行い、セシウム溶出量の測定、および残渣の放射性セシウム含有濃度測定を行った。

## (ク)複数回遠心脱離試験

おいて提案した実験条件を用いて、遠心脱離を複数回行い遠心脱離を行った回数とセシウム溶出量の関係を明らかにした。

(り)遠心脱離法を実用化した場合の処理に係

## (7) 遠心脱離法を実用化した場合の処理に係る試算

実際に稼働している遠心分離機のスペックを調査し、実際に遠心脱離法を用いた場合にどれほどの処理能力を発揮するのかを試算した。

## (2) 実験結果と考察

## a）攪拌洗浄法と遠心脱離法によるセシウム 回収効率の比較

飛灰1kgからセシウムを溶出する場合の使用水量は攪拌洗浄法で10L、遠心脱離試験で0.7Lとなる。同じく所用時間は攪拌洗浄法で6.5時間、遠心脱離試験で1時間となる。以上より、遠心脱離試験の方が、少ない使用水量および短い所用時間でセシウムを回収できることがわかる。また、AASによるセシウムの分析結果を図3.3.1-2に示す。セシウムの溶出濃度は、攪拌洗浄法のろ液に比べて、遠心分離液の方が約13倍高い結果となった。

図 3.3.1-2 セシウム溶出濃度

図 3.3.1-3 放射性セシウム溶出濃度

図-3.3.1-4 飛灰1kg当たりのセシウム溶出量
次に、ゲルマニウム検出器による放射性セシウム濃度の分析結果を図3.3.1-3に示す。セシウムの溶出濃度は攪拌洗浄法からのろ液に比べて遠心分離液の方が約11倍高いことが分かった。理由としては、攪拌洗浄法の工程が攪拌、吸引ろ過だけであり、多くの水分が保有されたままであるのに対し、遠心分離試験では遠心力をかけることによって飛灰粒子間隙から溶液が脱離しているためと考えられる。これは攪拌洗浄法の溶出残渣の含水率が64.8％であったのに対し、脱水残渣が15.4％であることからも分かる。遠心脱離残渣内に残留している保有水にセシウム等の元素が含有されており、遠心脱離残渣内の水分に保持された状態となっていたと考えられる。また、残渣中の保有水にも同濃度のセシウムが溶解していたと考えた場合、攪拌洗浄法の残渣には約0.18 mg/L、遠心脱離残渣には0.77 mg/Lのセシウムが含まれていると推察される。次に、各試験における飛灰1kgあたりのセシウム溶出量を図3.3.1-4に示す。最大可能溶出量（アベイラビリティ試験の溶出量）に対する溶出量は、攪拌洗浄法で70～76%、遠心脱離試験で62～89%であり、両試験法で近い値を示した。ここから、両試験方法では、使用水量は異なるものの、セシウムの回収力はほぼ同等であることが示唆された。

## c）遠心脱離条件がセシウム溶出量に与える影響

## 7 ) 溶媒

溶媒の影響による溶出濃度の変化を図3.3.1-5に、溶出量の変化を図3.3.1-6に示す。図3.3.1-5より、溶媒の変化とセシウム溶出濃度の関係性という観点から考えると、溶媒とセシウム溶出量との間には明確な関係性があるとは言い難い結果となった。この理由としては、本実験で用いた酸性溶媒では試料中セシウムの溶出濃度に影響を与えることがほとんどできなかったからであると推察される。これは飛

溶媒(濃硝酸)

図 3.3.1-5 溶媒によるセシウム溶出濃度の変化

図 3.3.1-6 溶媒によるセシウム溶出量の変化

図 3.3.1-7 L/S によるセシウム溶出濃度の変化

図 3.3.1-8 L/S によるセシウム溶出量の変化
灰に含有される大量の水酸化カルシウムにより酸性化しなかったことが原因と考えられる。溶出量についても同様の理由で明確な関係性を示すほど遠心脱離液の pH を変化させることができなかったため、関係性を確認することはできなかった。なお、原液での溶出量が溶出濃度に比して小さくなっている理由は、遠心脱離液の粘度が非常に高かったため、遠心脱離液の回収量が少なくなってしまったからである。

## 1 ) 液固比 (L/S)

遠心脱離試験における試料と溶媒の液固比（L/S）と、セシウム溶出濃度との関係を図3.3.1-7に、セシウム溶出量との関係を図3.3.1-8示す。ただし、L/S=0.1、0.3の条件下では溶媒を試料全体に行きわたらせることができなかったため、L/S=0.5以上の値のみを掲載している。図3.3.1-7よりL/Sが大きくなるほど、セシウム溶出濃度が小さくなっていることがわかる。一方、図3.3.1-8からは、試料1ではL/S=0.5～1までは溶出量が増加傾向にあり、L/S=1を超えてからは増加しなくなることが分かる。また、試料2ではL/S=0.5～2まではまでは溶出量が増加傾向にあり、L/S=2を超えてからは増加しなくなることが分かる。以上の結果から、飛灰中に含有されるセシウムのうち、溶媒として超純水を用いた場合に溶出可能なセシウム（逐次抽出法におけるFraction-1水溶性画分）は、試料1ではL/S=1となる加水量で、試料2ではL/S=2となる加水量で、全て抽出できているのではないかと推測される。

## ）静置時間

遠心脱離試験における試料に純水を加えた後に静置する時間と、セシウム溶出濃度の関係を図3.3.1-9に、セシウム溶出量との関係を図3.3.1-10に示す。初期pHと同様に、各パラメータ間で水分抽出量に変化がなかったため、溶出濃度のグラフのみを示す。

図 3.3.1-9、図 3.3.1-10 より静置時間が 0 時間とした時のセシウム溶出濃度、および溶出

図 3.3.1-9 静置時間によるセシウム溶出濃度の変化

図 3.3.1-10 静置時間によるセシウム溶出量の変化

図 3.3.1-11 遠心力によるセシウム溶出濃度の変化

図 3.3.1-12 遠心力によるセシウム溶出量の変化
量が最も大きくなった。このことから加水後すぐに遠心脱離を行うことが望ましいと言える。この溶出量の変化の理由としては、加水してから時間が経過すると、飛灰中に含まれる何らかの元素（おそらくカルシウムであると予想される）が空気中の二酸化炭素と反応し炭酸塩を形成し皮膜を形成することにより、セシウムの溶出量が抑制されていると考えられる。これまでの知見において、炭酸化によって焼却灰や焼却飛灰中からの鉛の溶出量が抑えられることが報告されている $ ^{2)} $ ~ $ ^{4)} $ 。本実験でも同様の現象がセシウムにおいて発生したのではないかと推測される。

## Ⅰ) 遠心力

遠心脱離試験における試料にかける遠心力と、セシウム溶出濃度との関係を図3.3.1-11に、セシウムの溶出量との関係を図3.3.1-12示す。図3.3.1-11から500～15、700(×g)における溶出濃度には大きな変化は見られなかったことが分かる。しかし、図3.3.1-12から、遠心力が大きくなるにつれて、セシウム溶出量が増加する傾向が見られた。これは、試料から抽出される水量が増加するためであると考えられる。これよりセシウムの溶出において、より大きな遠心力を与える方が多量のセシウムを溶出させることに対して有利であることが示唆された。

## 才）遠心継続時間

遠心脱離試験における遠心脱離を行う時間（遠心継続時間）と、セシウム溶出濃度との関係を図3.3.1-13に、セシウムの溶出量との関係を図3.3.1-14に示す。図3.3.1-13より、遠心継続時間が10～30分の間では、セシウム溶出濃度は増加傾向にあるが、40分に達した段階で双方共にほぼ一定となる。また、図3.3.1-14におけるセシウム溶出量

遠心継続時間(min.)

図 3.3.1-13 遠心継続時間によるセシウム溶出濃度の変化

図 3.3.1-14 遠心継続時間によるセシウム溶出量の変化

図 3.3.1-15 セシウム溶出量（遠心脱離条件調整後）

との関係でも同様の傾向を示す。したがって、ここまでは第2章における遠心継続時間と試料含水率の関係を求める実験から遠心継続時間60分間が最適であるとしてきたが、本実験により遠心継続時間は40分間でも60分間とほぼ同等の効果が得られることが示唆された。この結果を用いることで、遠心脱離を20分間行うだけの時間とエネルギーを抑えることができたと言える。
## d) セシウムの回収における最適な遠心脱離条件の提案

遠心脱離法によるセシウムの回収に関する前項までの結果を以下に整理する。1)溶媒の初期pHはセシウム溶出量に影響を与えない。2)加水量はL/S=2.0で十分である。3)静置時間はゼロに近いほど溶出量が増える。4)前述の条件が同じ場合、セシウムの溶出量は試料中からの溶出水量に依存すると考えられるため、遠心力は可能な限り大きいほうが良い。5)遠心継続時間は40分間で十分である。以上より、セシウムの回収における最適な遠心脱離条件として「試料に対して純水をL/S=2.0の分量で加水し、可及的速やかに15,700×gで40分間の遠心分離を行うこと」を提案する。この条件で遠心脱離を行った場合のセシウム溶出量と、アベイラビリティ試験および攪拌洗浄法におけるセシウム溶出量を図3.3.1-15に示す。最大可能溶出量に対して、攪拌洗浄法での溶出量が70～76%であるのに対して、10～20%程度多い83～95%のセシウム溶出量を得ることができた。また、この条件で遠心脱離を行った後の残渣の放射能濃度を図3.3.1-16に示す。遠心脱離後の残渣

図 3.3.1-16 遠心脱離残渣の放射能濃度 （遠心脱離条件調整後）

図 3.3.1-17 複数回遠心脱離を行った際のセシウム溶出量

の放射能濃度は遠心脱離前に比べて80〜85%低減した。しかし、クリアランス基準を下回ることはできなかった。

## e）複数回遠心脫離試驗

3-3-8 節で求めた最適条件を用いて、同一試料に対して複数回の遠心脱離を行った。その結果を図3.3.1-17に示す。図3.3.1-17より、2回目では1mg/kg-ash未満の微量な溶出が見られるものの、3回目以降ではほぼ溶出しないことが分かる。したがって、遠心脱離は同一試料に対し、2回行えば十分な効果が得られると考えられる。しかし、この複数回での溶出量を加算してもアベイラビリティ試験の溶出量には及ばない。これは溶媒のpHが関係していると考えられる。また、1回目で溶出しきらない理由としては、セシウムの溶解度平衡が関係していると予想される。

## f）遠心脱離法を実用化した場合の処理に係る試算

現在使用されている污泥脱水用の工業用遠心分離機を転用することを仮定し、それらの処理能力を調査した $ ^{5)\sim7)} $ 。最大スケールのものを用いた場合、遠心力が3,000×g、処理能力が20～25m $ ^{3} $ /hourであった。したがって、飛灰1t（1.4 m $ ^{3} $ ）の処理にかかる時間は、

$$ \left(\mathrm{m}^{3}\right)/20\left(\mathrm{m}^{3}/\mathrm{hour}\right)\times60\sim1.4\left(\mathrm{m}^{3}\right)/25\times60\left(\mathrm{m}^{3}/\mathrm{hour}\right)=4.2\sim3.4\left(\mathrm{min.}\right) $$

となる。結果として、飛灰1t（1.4m³）を処理する場合、工業用遠心分離機一機を稼働させることによって、所用時間約4分、使用水量2.8m³で処理できることがわかった。
## (3) 結論

一般廃棄物焼却飛灰の放射性セシウム濃度を効率よく低濃度にする方法として遠心脱離法に着目し、通常の水洗方法である攪拌洗浄法と遠心脱離法によるセシウム回収効率の比較を行うとともに、使用水量が少なくかつ短時間でセシウムの回収が可能な遠心脱離条件の検討を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。

① 攪拌洗浄法に比べ遠心脱離法の方が作業時間、必要水量の点で有利である。

② 溶媒の初期 pH はセシウム溶出量に影響を与えない。

③ 加水量は L/S=2.0 で十分である。

④ 加水後即時に遠心脱離を行う場合が最も溶出量が多くなる。

⑤ 前述の条件が同じ場合、セシウムの溶出量と回収水量は比例関係にある。

⑥遠心継続時間は40分間で十分である。

⑦ 最大可能溶出量に対して 83～95% のセシウム溶出量を得ることができた。

⑧ 遠心脱離後の残渣の放射能濃度は遠心脱離前に比べて 80～85%低減した。

⑨ 同一試料に対して2回遠心脱離を行えば十分である。

⑩ 汚泥脱水用の工業用遠心分離機一機を稼働させることによって、飛灰1t（1.4m³）を所用時間約4分、使用水量2.8m³で処理できる。

## 参考文献：

1）大渡，島岡ら：焼却灰溶液の保持形態と重金属の溶出機構に関する研究，第13回廃棄物学会研究発表会講演論文集，pp.856-858，2002

2）大渡俊典，崎田省吾，島岡隆行：焼却灰溶液の保持形態と重金属の溶出機構に関する研究、第13回廃棄物学会研究発表会講演論文集，pp.856-858，2002

3) Shimaoka, T., Miyawaki K., Soeda, M., Hanashima, M., Yoshida, T., Uchida, T., Gardner, K. H., Eighmy, T. T.: Mechanism for the aging-induced reduction of lead solubility in scrubber residues from municipal solid waste combustion, Waste Management & Research Vol.20, pp.90–98, 2002

4）縄田大輔，土手裕：セメント固化の前処理としての炭酸化によるセメント削減と長期的溶出抑制効果の検討，第13回廃棄物学会研究発表会講演論文集，pp.844-846，2002

5）巴工業株式会社HP：http://www.tomo-e.co.jp/

6）寿工業株式会社HP：http://www.kotobuki-ind.jp/index.html

7）アルファ・ラバル株式会社 HP : http://local.alfalaval.com/ja-jp/Pages/default.aspx
#### 3.3.2 リグニン誘導体を用いたセシウム吸着技術の開発

## (1) 実験試料

## a) 吸着剂

表 3.3.2-1 に示す 12 種類のリグニン誘導体および人工ゼオライト、フェロシアン化鉄を吸着剤として使用した。12 種類のリグニン誘導体は CHN 比率により 3 つのグループに分類されている。

## b) 吸着溶液

吸着溶液として、1,000 mg/L の原子吸光用塩化セシウム（CsCl）標準液を用いて、それぞれ 0.1 mg/L、1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L の試験溶液を調製した。

## (2) 実験方法

## a）平衡吸着時間を確定実験

平衡吸着時間を確定するため、それぞれ6時間、12時間、24時間、48時間後のリグニン誘導体のセシウム吸着量を求めた。ここでは、実験試料としてGroup 1の7種類のリグニン誘導体を吸着剤として使用した。吸着質溶液として、1,000 mg/Lの原子吸光用CsCl標準液を用いて、5 mg/Lの試験溶液を調製した。実験方法として、リグニン誘導体をそれぞれ0.1 g用い、吸着質溶液に加えて、振とう機(200回転/分)で6時間、12時間、24時間、48時間振とうした。振とう後10分以上静置し、上澄み液を0.45 μmMFで吸引濾過し、検液とした。誘

表 3.3.2-1 各リグニン誘導体の一覧表

(单位：%)

試料名	C	H	N	その他	灰分
Group1	L-1	54.86	0.28	0.27	6.45	38.14
L-2	61.99	0.25	0.39	5.99	31.38
L-3	63.82	0.29	0.44	5.31	30.14
L-4	65.30	0.40	0.43	6.24	27.63
L-5	68.05	0.39	0.50	5.28	25.78
L-6	67.68	0.39	0.51	5.17	26.25
L-7	67.33	0.40	0.57	5.85	25.85
Group2	A	41.22	4.73	2.96	36.20	14.89
B	38.43	4.43	3.04	35.01	19.09
C	44.45	6.44	8.35	35.37	5.39
D	40.40	4.94	2.61	38.42	13.63
Group3	I	90.09	2.35	1.18	8.54	17.84

導結合プラズマ発光分光分析装置（ICP-OES、Agilent 720）および原子吸光分光光度計(AAS、Agilent 240ZAA)を用いてその検液中のセシウム濃度を測定した。

## b）共存元素なしの条件での平衡吸着実験

平衡吸着時間を確定後に、12 種類のリグニン誘導体の平衡吸着実験を行った。実験方法として、各種類のリグニン誘導体をそれぞれ 0.1g 用い、セシウム濃度は 0.1mg/L、1mg/L、5mg/L、10mg/L、50mg/L の 100ml 溶液に加えて、振とう機 (200 回転/分) で 48 時間振とうした。振とう後 10 分以上静置し、上澄み液を 0.45μmMF で吸引濾過し、検液とした。ICP-OES および AAS を用いてその検液中のセシウム濾度を測定した。

## c）共存元素ありの条件での平衡吸着実験

共存元素が存在しない条件下でリグニン誘導体のセシウム吸着能について検討した結果、リグニン誘導体L-2、L-3、L-4、L-6、L-7は低濃度の条件で吸着率が高いことが明らかとなった。

実際の焼却飛灰の溶出液中には共存元素が存在するため、本実験では、共存元素が存在する条件下で、リグニン誘導体のセシウム吸着に及ぼす共存元素の影響、およびセシウム選択的吸着性について検討した。

実験試料として、吸着力が比較的高い Group 1 のリグニン誘導体 L-2、L-3、L-4、L-6、L-7 を吸着剤として使用した。吸着質溶液は、ICP-OES を用いた焼却飛灰の溶出液における各種類元素の濃度を参考に模擬溶出液を調製した。調製方法については、純水に NaCl を 1.3%、KCl を 1%、CaCl_{2} を 1% 添加し、この溶液を用いて 1,000 mg/L の原子吸光用 CsCl 標準液を希釈して、1 mg/L の吸着質溶液
を調製した。

実験方法は、各種類のリグニン誘導体をそれぞれ 0.1g 用い、セシウム濃度は 1 mg/L の 100ml 吸着質溶液に加えて、振とう機 (200 回転/分) で 48 時間振とうした。振とう後 10 分以上静置し、上澄み液を 0.45 μmMF で吸引濾過し、検液とした。ICP-OES および AAS を用いてその検液中のセシウム濾度を測定した。

## d）脱着実験

リグニン誘導体のセシウム脱着特性について検討した。共存元素が存在しない場合の吸着質溶液の条件下の吸着実験後のリグニン誘導体 L-2、L-3、L-4、L-6、L-7 を試料として用いた。

実験方法として、吸着後のリグニン誘導体を 100 ml 純水の中に加えて、振とう機で 48 時間を振とうした。振とう後 10 分以上静置し、上澄み液を 0.45 μmMF で吸引濾過し、検液とした。ICP-OES および AAS を用いてその検液中のセシウム濃度を測定した。

## (3) 実験結果

吸着率、吸着量および分配係数 $ K_{d} $ の計算式を下記に示す。

$$ 吸着率 =\left(C_{o}-C\right)/C_{o}\times100 $$

吸着量= $ \left(C_{0}-C\right)\times V/M/100 $

分配係数 $ \mathrm{K}_{\mathrm{d}} = \left( \mathrm{C}_{\mathrm{o}} - \mathrm{C} \right) / \mathrm{C} \times \mathrm{V} / \mathrm{M} $

ただし、 $ C_{0} $ ：吸着前のセシウム濃度(mg/L)

C: 吸着後のセシウム濃度(mg/L)

V : 溶液の量(ml)

M : 吸着剤の量(g)

## a）平衡吸着時間を確定実験

図3.3.2-1は初期セシウム濃度5 mg/Lの条件で、6時間、12時間、24時間、48時間振とう後の各種リグニンの吸着量を示す。L-1、L-5とL-6は振とう6時間と12時間後ではセシウム吸着量が比較的低い値であったが、24時間、48時間振とう後、セシウムの吸着量が2倍以上増加した。

L-2 と L-7 は 6 時間振とう後のセシウム吸着量は比較的低い値であったが、振とう 12 時間後には 6 時間に比べそれぞれ約 7 倍、約 2 倍の高い吸着量を示した。L-7 の吸着量は振とう 24 時間、48 時間後には 12 時間の時の値とほぼ同じであった。L-2 は振とう時間とともにセシウム吸着量が増加し、48 時間後には 1.5 mg/g と高い吸着量を示した。L-3 と L-4 は振とう 6 時間後で既にセシウムの吸着量が比較的に高く、振とう 12 時間後には L-3 が平衡吸着量 1.4 mg/g となった。L-4 は振とう 6、12 時間ではセシウムの吸着量に変化が見られなかったが、振とう 24 時間と 48 時間後には吸着量が増加し、

図 3.3.2-1 各時間下のリグニン誘導体の吸着量

図 3.3.2-2 Group1 のリグニン誘導体の吸着率
1.9 mg/g を示した。以上の結果により、リグニン誘導体は 48 時間後には平衡吸着に達することが明らかとなった。

## b）共存元素なしの条件での平衡吸着実験

図3.3.2-2、図3.3.2-3、図3.3.2-4は12種類のリグニン誘導体の吸着率の変化を示している。全体的に、初期セシウム濃度が低いほど吸着率は高くなった。Group1のリグニン誘導体吸着率は約2%~70%であり、Group2、Group3より高い吸着率を示した。初期濃度が0.1 mg/Lの時、Group1のリグニン誘導体の吸着率はすべて30％以上に達した。吸着率を比較した結果、L-4>L-2>L-7>L-3>L-6>L-5>L-1>D>B>C>Aであった。その中で、低濃度で吸着率が50％以上に達した5種類のリグニン誘導体はL-2、L-3、L-4、L-6、L-7であった。特にL-4は77.5％の高い吸着率を示した。

吸着率の大きさはリグニン誘導体の比表面積に比例していることから、リグニン誘導体の吸着は物理吸着の影響を受けると考える。

リグニン誘導体の中で、吸着能が比較的高かったリグニン誘導体 L-2、L-3、L-4、L-6、L-7 について Langmuir 型と Freundlich 型吸着等温式を用いて吸着評価を行った。

$$ Langmuir\ 式：\ C_{e}/q_{e}=1/K_{L}q_{m}+C_{e}/q_{m} $$

$$ Freundlich\ 式：\ \ln q_{e}=ln K_{F}+1/nln C_{e} $$

ここで、

$ C_{e} $ ：平衡時溶液濃度(mg/L)

$ q_{e} $ ：平衡時吸着量(mg/g)

$ q_{m} $ ：飽和吸着量(mg/g)

$ K_{L} $ ：Langmuir定数

$ K_{F} $ ：Freundlich定数

である。

図 3.3.2−5～9 には L−2、L−3、L−4、L−6、L−7 の吸着等温線を示す。また、表 3.3.2−3 に、各種リグニン誘導体の Langmuir 式および Freundlich 式による計算値を示す。

Csの初期濃度(mg/L)

図 3.3.2-3 Group2 のリグニン誘導体の吸着率

Csの初期濃度(mg/L)

図 3.3.2-4 Group3 のリグニン誘導体の吸着率

表 3.3.2-2 リグニン誘導体の比表面積測定結果

リグニン誘導体	比表面積（m²/g）
L-2	3.01
L-3	1.87
L-4	5.83
L-6	1.71
L-7	2.49
L−2、L−3、L−4、L−6、L−7 の Langmuir 式および Freundlich 式の決定係数は全て 0.9 以上を示しリグニン誘導体の吸着は Langmuir 型、または Freundlich 型によくあてはまった。Langmuir 式による各リグニン誘導体 L−2、L−3、L−4、L−6、L−7 の最大吸着量はそれぞれ 1.81、1.58、3.62、3.54、5.21 mg/g となった。

比較のため、セシウム吸着に優れた吸着材人工ゼオライトとフェロシアン化鉄を用いて、リグニン誘導体と同じ方法で平衡吸着実験を行った。図3.3.2-10には、各濃度の条件で各吸着材のセシウム吸着率を示した。

表 3.3.2–3 Langmir 式および Freundlich 式の各定数値

吸着材	Langmir 式	Freundlich 式
最大吸着量	吸着定数	决定係数	指数	吸着定数	决定係数
q_{m}(mg/g)	K_{L}	R^{2}	n	K_{F}	R^{2}
L-2	1.81	0.49	0.99	2.03	0.4	0.93
L-3	1.58	0.32	0.99	2.09	0.32	0.91
L-4	3.62	0.41	0.99	1.9	0.74	0.96
L-6	3.54	0.12	0.97	2.2	0.54	0.99
L-7	5.21	0.11	0.96	2.15	0.75	0.97

図 3.3.2-5 L-2 の吸着挙動

図 3.3.2-7 L-4 の吸着挙動

図 3.3.2-6 L-3 の吸着挙動

図 3.3.2-8 L-6 の吸着挙動
図 3.3.2−9 L−7 の吸着挙動

人工ゼオライトの吸着率は初期濃度に依らず90％以上であった。フェロシアン化鉄は初期濃度0.1～10 mg/L以下の条件で吸着率が90％以上であったが、初期濃度50 mg/Lのときは吸着率30％と低い値を示した。ただし、人工ゼオライトは鉱物でリグニン誘導体異と異なり、飽和吸着後に燃焼処理ができない。また、フェロシアン化鉄は毒性があるため、使用に伴う安全性問題がある。リグニン誘導体の吸着率は人工ゼオライトおよびフェロシアン化鉄より低かったが、可燃性で安全な材料であるため取扱いが容易である。既往の研究により、実際の焼却飛灰溶出液の放射性セシウム濃度は5 mg/L以下を示し、低濃度の領域においては、高い吸着率を示すリグニン誘導体は優れたセシウム吸着材と考えられる。

## c）共存元素ありの条件での平衡吸着実験

図 3.3.2-11 に初期セシウム濃度 1 mg/L の模擬溶出液を用いて 5 種類リグニン誘導体のセシウム吸着率を示す。初期セシウム濃度が 1 mg/L のとき、共存元素が存在しない条件で L-2、L-3、L-4、L-6、L-7 の吸着率は 39%、44%、56%、42%、55% であった。

一方、共存元素がある条件で吸着率は16％、0％、29％、0％、12％であり、共存元素がない溶液より23％、44％、27％、42％、43％低い吸着率となった。リグニン誘導体へのセシウムの吸着は、共存元素の影響を受け、セシウムの選択的吸着性が低いことが明らかとなった。

図 3.3.2-10 各種吸着材の吸着量の比較

図 3.3.2-11 共存元素あり、なし条件での吸着率
## d）脱着実験

脱着率、脱着量および脱着実験後の吸着量の計算式を下記に示す。

$$ \begin{aligned}q_{t}&=\left(C_{t}\times V\right)/\text{μ m}\\ q_{z}&=\left(\text{μ C}_{e}-\text{μ C}_{t}\right)\times\text{V/m}\\ W_{t}&=\text{μ q}_{t}/\text{μ q}_{e}\times100\%\end{aligned} $$

ただし、 $ q_{t} $ ：脱着量(mg/g)

$ C_{t} $ ：脱着実験後平衡濃度(mg/L)

V：溶液体積(L)

m：吸着材質量(g)

$ q_{z} $ ：脱着実験後の吸着量(mg/g)

$ C_{e} $ ：吸着平衡濃度(mg/L)

$ q_{e} $ ：平衡吸着量(mg/g)

上記で示した計算式により、リグニン誘導体 L-2、L-3、L-4、L-6、L-7 の吸脱着等温線を求めた。図3.3.2-12～16に、5 種類のリグニン誘導体の吸脱着等温線を示した。図を見ると、5 種類のリグニン誘導体の脱着等温線はすべて吸着等温線の上に位置しているため、リグニン誘導体 L-2、L-3、L-4、L-6、L-7 は脱着しにくい吸着材であると考えられる。

図 3.3.2-12 L-2 の吸脱着等温線

図 3.3.2-14 L-4 の吸脱着等温線

図 3.3.2-13 L-3 の吸脱着等温線

図 3.3.2-15 L-6 の吸脱着等温線

図 3.3.2-16 L-7 の吸脱着等温線
## (4) 結論

以下に、本節で得られた結論を示す。

① 48 時間後すべてのリグニン誘導体が平衡吸着になった。

② 12 種類のリグニン誘導体の吸着率（吸着溶液の濃度減少率）は、初期セシウム濃度が低いほど高くなった。Group 1 のリグニン誘導体の吸着率は約 2%～70% であり、Group 2 または Group 3 より高い吸着率を示した。初期濃度 0.1 mg/L の時、Group 1 のリグニン誘導体の吸着率はすべて 30％ 以上に達した。特に L-4 は 77.5% の高い吸着率を示した。吸着量（リグニン誘導体単位重量当たりのセシウム吸着量）は初期セシウム濃度が高いほど多く、特に L-2 および L-3 は初期セシウム濃度約 50mg/L の条件で吸着量は 7.39 mg/g および 5.93 mg/g と高い吸着効果を示した。低濃度では L-4 が比較的に高い吸着量を示した。

③ L-2、L-3、L-4、L-6、L-7 の Langmuir 式と Frendlich 式の決定係数は全て 0.9 以上に達した。Langmuir 式から求まった最大吸着量は、L-2、L-3、L-4、L-6、L-7 でそれぞれ 1.81 mg/g、1.58 mg/g、3.62 mg/g、3.54 mg/g、5.21 mg/g である。

④ 5種類のリグニン誘導体の比表面積を比較した結果、 L-4 > L-2 > L-7 > L-3 > L-6 となった。この順番は吸着実験の結果とほぼ一致していた。そのため、リグニン誘導体の吸着は、物理吸着の影響を受けると考えられた。

⑤ 初期セシウム濃度が1 mg/Lの模擬溶出液の条件における、リグニン誘導体L-2、L-3、L-4、L-6、L-7の吸着率は16%、0%、29%、0%、12%であり、共存元素がない溶液より23%、44%、27%、42%、43%低かった。リグニン誘導体L-2、L-3、L-4、L-6、L-7はセシウム選択的吸着性が低かった。

⑥ 各種リグニン誘導体からセシウムが一部脱着したが、完全には脱着しなかった。L-2、L-3、L-4、L-6、L-7における脱着率の平均値はそれぞれ10.5%、20.2%、10.2%、17.9%、12.1%であった。吸脱着等温線からみると、L-2、L-3、L-4、L-6、L-7は脱着しにくい吸着材であることがわかった。

⑦ リグニン誘導体の吸着能は人工セオライトやフェロシアン化鉄より低かったが、人工ゼオライトは鉱物でリグニン誘導体と異なり、飽和吸着後に燃焼処理ができない。また、フェロシアン化鉄は毒性があるため、使用に伴う安全性問題がある。リグニン誘導体は可燃性で減容化が可能であり、また安全な材料であるため取扱いが容易である。既往の研究により、実際の焼却飛灰溶出液の放射性セシウム濃度は5 mg/L以下を示し、低濃度の領域においては、高い吸着率を示すリグニン誘導体は優れたセシウム吸着材と考えられる。

以上から、木質廃棄物のリグニンからなるリグニン誘導体のセシウム吸着性について明らかにした。リグニン誘導体は、人工ゼオライトやフェロシアン化鉄より吸着能は劣るものの、可燃性で減容化可能でありかつ無毒であることから、セシウム吸着用の新規吸着材としての利用が期待されるが、その利用についてはさらなる検討が必要である。
### 4. 結論

本研究により得られた主要な成果をまとめると以下のようになる。

① セシウムを含む廃棄物の焼却処理では、廃棄物の種類により焼却灰へのセシウム残存率が異なることが明らかとなった。

② 焼却灰中のセシウムは主に非晶質に取り込まれたアルミノシリケートの形態として多く存在していた。

③ pH5 以上、温度 60℃以下では pH および温度の変化はセシウム溶出率に大きな影響は与えないと考えられた。K、Na についてはセシウムの溶出を促進させる効果が認められた。TOC で 300mg/L 程度の有機物は焼却灰からのセシウム溶出率を大きく増加させることはなかった。

④ 焼却灰が風化するとマトリクスの物理的崩壊により一時的に僅かにセシウム溶出量は増加する。しかし、炭酸化の進行により calcite が生成し、溶出量が減少に転ずる。表面での calcite 形成に依るセシウムの溶出抑制は pH=8 以上で安定であり、埋立地内をその状態に維持できればセシウムの溶出は抑制される。

⑤ 2つの異なる気候下にある陸上処分場および海面処分場での数年にわたる現場モニタリングを通じて、焼却残渣が長期間暴露される可能性のある温度・ガス相組成を把握することができた。

⑥ 遠心脱理法は、高濃度でのセシウム抽出および、処理時間の短縮、コスト削減の可能性があり、焼却残渣からの放射性セシウムの効率的な除去に貢献できるものであると考える。

⑦ セシウム吸着用に合成されたリグニン誘導体の性能評価を行った結果、その吸着剤としての利用可能性が十分にあることが示唆された。
### 5. 学会発表

1) 井口拓，河野孝志，藤平弘樹：放射性セシウムを含有する焼却残渣の性状把握と効率的かつ安全な処分技術，第20回衛生工学シンポジウム，2012

2) Taku Iguchi, Takashi Kawano, Hiroki Fujihira: Combustion Behavior of Cesium in MSW Incineration Process, 1st Symposium of IWWG Asian Regional Branch, 2013

3) 河野孝志，井口拓：ごみ燃焼炉におけるセシウムの燃焼挙動の研究，環境放射能除染学会第2回研究発表会，2013

4）河野孝志，井口拓：ごみ燃焼時セシウム挙動の研究，第24回廃棄物資源循環学会，2013

5) 呉曾楨，島岡隆行，サファルザデ アミルホマユン：焼却残渣における安定セシウムの存在形態に関する研究，平成24年度土木学会西部支部研究発表会講演論文集2012，pp.885-886，2013

6) 呉曾楨，島岡隆行，サファルザデ アミルホマユン：焼却残渣における安定セシウムの存在形態に関する研究(2 報)，平成 25 年度土木学会西部支部研究発表会講演論文集 2013，pp. 889-890，2014

7) Saffarzadeh, A., and T. Shimaoka: Partitioning behavior of Cs in the matrix of simulated ash residues, Goldschmidt Conference, August 25–30, 2013, Florence, Italy, 2013

8) Saffarzadeh, A., Shimaoka, T., Kakuta, Y., and T. Kawano: Cesium distribution and phases in proxy experiments on the incineration of radioactively contaminated waste from the Fukushima area, submitted to Journal of Environmental Radioactivity, under review.

9) Dote, Y., Sekito, T., Oyamada, K.: Effect of Temperature, pH and Potassium on Adsorption of Cesium on Bottom Ash, $ 14^{th} $ International Waste Management and Landfill Symposium, CD-ROM, Sardinia, Italy, 30 September – October 4, 2013

10）土手裕，関戸知雄，落合勇太，逐次抽出法による一般廃棄物焼却灰中のセシウムの存在形態，：第24回廃棄物資源循環学会研究発表会講演論文集，pp.561-562，2013

11）小山田 昂平，土手 裕，関戸 知雄：セシウムの焼却灰への吸着に対する温度・pH・共存塩の影響，第24回廃棄物資源循環学会研究発表会講演論文集，pp.589-590，2013

12）木下亮，東條安匡，松尾孝之，黃仁姫，松藤敏彥，島岡隆行：焼却灰中セシウムの存在形態と溶出挙動に関する研究，第24回廃棄物学会研究発表会講演論文集，北海道大学，2013

13）東條安匡，岩本早織，松尾孝之，松藤敏彦，黄仁姫，島岡隆行：風化促進試験による焼却灰の風化変質がセシウムの挙動に与える影響，第24回廃棄物学会研究発表会講演論文集，北海道大学，2013

14) Ryo Kinoshita, Yasumasa Tojo, Takayuki Matsuo, In-Hee Hwang, Toshihiko Matsuto: Study on chemical form and leaching behavior of cesium contained in incineration bottom ash, 17th Korea-Japan Joint International Session, The 2013 Spring Conference of the Korea Society of Waste Management (Danyang), May 8-10, 2013

15) Yasumasa Tojo, Ryo Kinoshita, Takayuki Matsuo, Toshihiko Matsuto: Leaching behavior of cesium contained in incineration bottom ash, Proceedings of Annual Conference of Civil and Environmental Engineering, Thailand, May 14-16, 2014

16）吉田 英樹：安定化促進を行った海面廃棄物処分場内部の埋立ガス分布特性に関する研究，第10回環境地盤工学シンポジウム，pp.337-342，2013

17) Hideki Yoshida: Landfill Stabilization by Installing Passive Landfill Gas Extraction Wells in A Closed Landfill, Proceedings of Sardinia 2013, 13th International Waste Management and Landfill Symposium, CISA publisher, Cagliari, 2013

18）澤田貴矢，渡邊優香，宋麗香，島岡隆行：一般焼却飛灰からのセシウム溶出特性に関する研究，第
23 回廃棄物資源循環学会研究発表会論文集，pp.171-172，2012

19）澤田貴矢，渡邊優香，宋麗香，島岡隆行：一般焼却飛灰からの大型遠心分離機を用いたセシウム溶出特性に関する研究，第34回全国都市清掃研究・事例発表会講演論文集，pp.325-327，2013

20）澤田貴矢，渡邊優香，宋麗香，島岡隆行：一般廃棄物焼却飛灰からの大型遠心分離機を用いたセシウム溶出特性に関する研究，平成24年度土木学会西部支部研究発表会講演概要集，pp.883-884,2013

21) Takaya Sawada, Yuka Watanabe and Takayuki Shimaoka: Study of Elution Characteristics of Cesium From Municipal Solid Waste Incineration Fly Ash Using Centrifuge, EAEP2013 The 7th International Symposium on the East Asian Environmental Problems, pp.146-150, 2013

22）澤田貴矢，渡邊優香，島岡隆行：遠心分離による一般廃棄物焼却飛灰からのセシウム抽出に関する研究，第35回全国都市清掃研究・事例発表会講演論文集，pp.327-329，2014

(23) 澤田貴矢，渡邊優香，島岡隆行：大型遠心分離機を用いた一般廃棄物焼却飛灰からのセシウム抽出に関する研究，平成25年度土木学会西部支部研究発表会講演概要集，pp.891-892，2014

24）李雪，島岡隆行，渡邊優香，リグニン誘導体のセシウム吸着に関する研究—セシウム初期濃度及び吸着時間の関係—，第23回廃棄物資源循環学会研究発表会講演論文集，pp.173-4，2012

25）李雪，渡邊優香，宋麗香，島岡隆行，リグニン誘導体のセシウム吸着に関する研究－セシウム初期濃度及び吸着時間の関係－平成24年度土木学会西部支部研究発表会講演論文集2013，pp923-4,2013

26）李雪，渡邊優香，宋麗香，島岡隆行，リグニン誘導体のセシウム吸着特性に関する基礎研究，第35回全国清掃研究事例発表会講演論文集，pp.321-3，2014

27）李雪，渡邊優香，宋麗香，島岡隆行，リグニン誘導体のセシウム吸着特性に関する基礎研究（2報），平成25年度土木学会西部支部研究発表会講演論文集，pp.825-6，2014

### 6. 知的財産権の取得状況

特になし。
### 7. 研究概要図

# 3K-122102 放射性セシウムを含有する焼却残渣の性状把握と効率的かつ安全な処分技術

## 低Cs

含有量・溶出率⇒低

管理型埋立地での長期的な安定性を確認することが必要

焼却灰

焼却灰中のCs形態、溶出特性や溶出抑制方策のための知見を得た.

高Cs

飛 灰

含有量・溶出率⇒高

Csの分離・抽出技術の開発が必要

飛灰中のCsの分離、回収技術に関する知見を得た.

### 1. 焼却残渣中のセシウムの存在形態の解明と溶出特性の把握

## 燃焼制御によるセシウム 濃度の制御

廃棄物の種類、セシウムの濃度、燃焼条件の相違による焼却灰へのセシウム残存割合をある程度制御できる。

セシウムの存在形態

焼却灰中のセシウムは、濃度に依らず、主としてガラス状非晶質に分布している。

セシウムの溶出特性

焼却灰において、水溶性成分を除いたセシウムの約3/4が溶出しにくい難水溶性態で含まれている。

烧却灰

セシウム濃度を

低減させた飛灰

### 3. 焼却飛灰中セシウムの溶脱・濃縮技術の開発

(1) 遠心脱離法により少量の水で高濃度のセシウムを回収できる.

(2) リグニン誘導体は、一定の吸着性能を有する。

### 2. 焼却厌中セシウムの長期的安全性の検証

セシウム

濃縮物

·埋立地においてセシウムの溶出を抑制するには炭酸化処理が有効である。

·埋立地において低pH条件に焼却灰が暴露されなければ、溶出可能性は極めて低い。

・焼却灰中セシウムはガラス状非晶質の拘束されているため、長期間(最低60年間)の溶出割合は極めて小さい.

・埋立地は、場所によって曝露環境（温度上昇、酸素の有無、酸化還元雰囲気）が異なるため、セシウムの埋立処分にあたってはこれらを考慮する必要がある。
elution concentration. The efficient ratio of solvent and ash (L/S) was 2. After adding water to the sample immediate treatment was most suitable. The amount of elution cesium was dependent on the former conditions in centrifugation method. Therefore, the amount of elusion cesium is proportional to centrifugal force. The optimal centrifuging time was 40 minutes. Any cesium has eluted from the same sample by three times or more centrifugation. The amount of eluted cesium by leaching test JIS K 0058-1 was about 60~61% of maximum possible amount of elution by availability test. On the other hand, the amount of eluted cesium by our centrifugation method was about 65~72% of maximum possible amount of elution.

After the East Japan Earthquake on March 11, 2011, the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (NPP) experienced a catastrophic failure and released massive radioactive material. Among the nuclear-leak contaminant, $ Cesium-137\ (^{137}Cs) $ is the largest environmental concern due to its threat on agriculture and public health. Traditionally, zeolite or ferric ferrocyanide were employed as selective and effective sorbent in cesium remediation technology. However, considering zeolite is an combustible and ferric ferrocyanide is toxic, the treatment is costly and environmentally disruptive. Consequently, innovative and cost-effective sorbents for Cs removal are urgently needed. Lignin derivatives elicit a great deal of attention as promising sorbents, since they are combustible and non-toxic. Yet, limited literature reported the nuclides removal by lignin derivatives. In this study, 22 kinds of lignin and lignin derivatives were tested and compared. Sorption batch tests were conducted in CsCl solution and the results showed that 5 kinds of lignin derivatives, L-2, L-3, L-4, L-6, and L-7 stand out with relatively higher sorption rate ( $ >50\% $ , L-4 is the highest: 78%). The sorption isotherms were plotted and fitted with both Langmuir and Freundlich models and the maximum sorption amounts were calculated. The desorption curve showed remarkable hysteresis indicating the irreversibility of adsorbed Cs. In addition, after introduction of $ CaCl_{2} $ , KCl, NaCl into sorption tests, a lower removal efficiency was observed for all cases, demonstrating that the high ionic Cs strength provided negative effect. In summary, this investigation proved that the lignin derivatives can serve as useful alternative sorbents for Cs treatment.
# India in the World Economy: Inferences from Empirics of Economic Growth

佐藤 隆広

April 2017

内閣府経済社会総合研究所

Economic and Social Research Institute

Cabinet Office

Tokyo, Japan

論文は、すべて研究者個人の責任で執筆されており、内閣府経済社会総合研究所の見解を示すものではありません（問い合わせ先：https://form.cao.go.jp/esri/opinion-0002.html）。
ESRI Discussion Paper Series No.338

' India in the World Economy :

Inferences from Empirics of Economic Growth'

India in the World Economy: $ ^{s} $

Inferences from Empirics of Economic Growth

Takahiro Sato $ ^{*} $

April, 2017

## Abstract

The aim of this study is to investigate the growth experiences of India in relation to the experiences of around one hundred countries in the world during the last half-century by exploiting the inferences drawn from the cross-country growth regressions. This study obtains the following findings. First, the outcome of growth regression supports the conditional convergence hypothesis. In contrast, both India's growth rate and income level have increased, breaking the convergence hypothesis. Second, the growth regression shows life expectancy at birth, investment ratio and external openness contributes to economic growth. In India these three were improved. Third, the growth regression suggests human capital has a non-linear effects on economic growth and that the schooling years beyond 3 years raise the growth rate. In India both schooling years and growth rate have increased. Fourth, the growth regression shows that total fertility rate has a negative effect on the growth. In India the growth rate increased as the total fertility rate declined. Fifth, the growth regression shows that government consumption reduces the growth rate. Contrary to the regression results both India's growth rate and government consumption have increased. Sixth, the growth regression suggests inflation has a negative effect on growth rate. However, there are no clear relationship between inflation and growth in India. Seventh, the growth regression shows the improvement of terms of trade contributes to economic growth. The same was observed in India where terms of trade fluctuated over time. Finally the growth regression supposes that democracy and economic growth have a non-linear complex relationship and that the relationship differs depending on the position of the distribution of growth rates. There are no clear relationship between democracy and growth in India where the India's status of democracy has hardly varied.

JEL classification: O11, O47, O53

Key words: economic growth, growth regression, India.