Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
#### 6.3.3 -3 観測孔のメタン濃度と気圧の関係

図 6-26 に蓋付観測孔のメタン濃度と気圧の関係を時系列で並べたグラフを示す。08G1 と 08G2 の管において、メタン濃度と気圧の増減に追従していることが見て取れることから、検出されるメタン濃度と気圧による影響を受け、一定の相関があると考えられる。よって、メタンガス濃度の増減を比較するには、毎度同じ気象条件下での測定が望ましいといえる。

図 6-26 蓋付観測孔と気圧の関係

#### 6.3.3 -4 内部温度测定结果

図 6-27 に管の種類別に測定日毎の内部最高温度の平均を取ったグラフを示す。グラフより、夏季は日平均気温に追従しており、冬季は日平均気温との差がひらいていることから、夏季は外気温の影響を強く受け、冬季は廃棄物層内での微生物反応熱による影響が強いものと考えられる。いずれの測定日においても37.1℃を上回ることはないことから、廃棄物層内は異常な高温を示しておらず、温度廃止

図 6-27 管内部最高温度

基準は満たしていると言える。また、測定を開始した2009年1月から2010年12月まで季節ごとに比較するとわずかながら低下傾向であることがわかる。

図6-28にマホール、蓋付観測孔、観測孔の内部温度を地表面から深さ方向へ1m間隔で測定した結果を示す。2010年9月の測定ではほぼ日平均気温に追従して内部温度が推移しており、微生物反応の影響は受けていないものと考えられる。2010年11月の測定では、マホール中1は深部まで一様な温度を示しているが、蓋付観測孔H18-1と観測孔Ⅲ-1は深部にいくにつれ、温度が上昇していることがわかる。これは多孔管であるため、廃棄物層内での微生物反応熱によるものだと考えられる。いずれの測定日においても廃止基準を上回ることはなく、異常な高温は確認されなかった。
2010年11月測定

図 6-28 管内部温度分布
#### 6.3.3 -5 跡地利用に係る実証実験

現在処分場では図 6-29 のように様々なエリアに分割されており、赤色の地点にて跡地利用に向けた舗装を伴う実証実験が行われている。25×25m の実証実験エリアには遮水工事がなされ、舗装面中央にはモタリングのための観測孔が設置された。模式図を図 6-30 に示す。

図6-31には観測孔設置直後の2010年12月と約一カ月後の2011年1月の深さ方向ガス成分測定結果を示す。設置から初回の測定までは管口に蓋がついていたため、この間廃棄物層内への空気の流入はなかったものといえる。その結果、深部まで一様に10%から20%の高濃度メタンを検出し、メタンの爆発限界濃度である5%を上回っていた。これは、先述の通り、管口に蓋がついており、覆土下に滞留したメタンが検出されたものであると考えられる。

2011年1月のガス成分測定結果を見ると、酸素の割合が増加している。蓋が取り除かれたことにより、廃棄物層内へ空気の流入が確認されるようになった。一方メタンは0~2m地点では減少し、0m地点では5.2%と爆発限界を上回るものの12月の測定結果と比較すると検出量は減少した。しかし、3m以深では増加しており、5m地点では28.3%と高濃度のメタンが検出された。舗装面下への酸素の供給量が少ないため廃棄物層内は嫌気的となっているものと考えられる。このことから、舗装を伴う跡地利用を行うためには地中に溜まったガスを排出するための設備を設置する必要があるといえる。対策として、ガス抜き管の増設や、横引き管の設置が考えられる。

また、実証実験のデータ数がまだ少なく、検出されるメタン濃度は気象条件による影響を受

図6-29 実証実験エリア

図 6-30 実証実験模式図

図 6-31 実証実験エリアガス成分分布

けることから、傾向を掴むためには継続的な調査が必要であるといえる。
#### 6.3.4 まとめ

埋立が完了した海面廃棄物処分場でのガス抜き管近傍のガス成分及び温度の現場観測を行った結果、以下のような結論を得た。

(1)焼却灰主体の廃棄物の埋立を行っていたが、蓋があり、閉鎖空間を持つ観測孔内のガス成分には多量のメタンガスが含まれていた。また、焼却灰中のカルシウム分に炭酸ガスが吸収され、炭酸ガスはほとんど検出されていなかった。この結果、埋立ガス中のメタンガス濃度が60%以上に達していることもあった。このように、処分場全体は強い嫌気性条件下にあった。

(2)観測孔内のガス濃度分布を測定したところ、出口付近ではメタンガス濃度は低いものの、内部でメタンガスが滞留し、高濃度になっている場合が見られた。このように、空気が流通しやすい観測孔でも嫌気性条件になりうることがわかった。

(3) 準好気性構造を持たない場合、埋立終了から10年程度までは廃棄物層内部への空気の侵入はほとんどなく、長期間嫌気性条件にさらされると予想された。
分担研究者 吉田 英樹(室蘭工業大学)

### 7.1 研究の目的

本研究では、廃止後の最終処分場の安全・安心を保障するために、最終処分場の埋立完了とその後の跡地管理の期間に埋立廃棄物が辿る反応過程を数値計算モデルによって表現することを最終目標としている。特に、廃棄物中のPOPsを中心とした有害化学物質及び重金属類に焦点をあて、埋立完了後の暫定・恒久的跡地利用や廃止に向けて、適切なリク管理を行う上で必要となる有害物質の長期的挙動シミュレーターを開発することに焦点をあてている。

シミュレーターの開発にあたって、これまで当該研究者らが提案してきたモデルを基礎とし、固体マトリクス(有機物・無機物)の土壌化過程(腐植化)を組み込み、さらに有害物質の相関分配、吸着、生分解を含めて高度化することが必要であるが、このような反応プロセスを考慮する上で、廃棄物層内のガス相の組成は重要な因子となっている。本研究では有害物質長期動態シミュレーターの開発にあたって、有害物質の動態に大きな影響を及ぼすガス相の組成及び温度環境を明らかにするために、廃棄物処分場跡地でのガス抜き管近傍のガス成分及び温度の現場観測を行い、ガス成分及び温度の空間的・時間的分布特性を明らかにした。さらに、開発中のシミュレーターは処分場周辺住民の安全安心に寄与するツールとすることを目標の1つとしているため、廃棄物処分場周辺住民及び処分場管理者に対して安全安心に関わる意識に関するヒアリングを行い、最終的にシミュレーターが具現化すべき事象についての示唆を得た。
7.2 完了を迎えた廃棄物処分場の現場調査結果と考察

#### 7.2.1 調查概要

調査対象処分場は北海道内の一般廃棄物最終処分場で、埋立期間24年を経て、2003年に埋立が終了している。2003年度から各種調査及び閉鎖工事を開始し、2005年7月より「廃棄物早期安定化対策工」として、φ200mmの塩ビ管が約50m間隔で設置され、2009年12月まで97本のガス抜き管が設置されている。ガス抜き管は多孔管であり、廃棄物層から発生するCH_{4}を中心とする埋立ガスの排出効果と、廃棄物層への酸素導入効果を目的として設置されている。調査対象処分場の概略図とガス抜き管の設置状況について、図7-1に示した。本報告では、ガス抜き管6-4を中心に記述した(拡大図参照)。調査項目は温度と埋立ガス成分とした。

図 7-1 調査対象処分場平面図と

ガス抜き管設置状況
図 7-2 ガス抜き管 6-4 開口部におけるガス成分変化

図 7-3 ガス抜き管 6-4 における内部温度分布
#### 7.2.2 ガス抜き管内のガス及び温度の調査結果と考察

図 7-2 にガス抜き管 6-4 の出口ガス組成と最高温度測定例を示した。炭酸ガスの出口濃度と酸素の濃度を見ると、炭酸ガスの濃度は増加するとともに、酸素の濃度は減少することがわかった。また、炭酸ガスの濃度は増加する時、廃棄物層は高温状態になって、最高温度は $ 60^{\circ}C $ になった。図 7-3 に示したように、2006 年のデータを見ると、0m～10m まで表層からの空気侵入により好気性微生物反応熱による温度上昇したと考えられる。2008 年になると最高内部温度は $ 35^{\circ}C $ まで低下し、2008 年 12 月のデータによって、内部温度 $ 10^{\circ}C $ まで低下して深さ方向の温度変化はなかったため、NO.6-4 の周辺は微生物反応は終了し、安定化したと思われた。

#### 7.2.1 -3 ガス成分分布調査結果と考察

図7-4、7-5にガス抜き管6-4の深さ方向ガス組成分布を示した。左側の2008年12月のデータを見ると、11m～15mまでは、嫌気性状態で発生した埋立ガスは残っていたが、0m～10mまでは、ガス組成はほぼ空気組成となっていたため安定化したと思ったが、右側の2009年5月のデータを見ると、安定化したと思われたNO.6-4では、メタン・炭酸ガスが再び増加したことがわかった。この埋立ガスはNO.6-4の周辺のエリアで発生したものではなく、ほかのエリアから移動してきたものではないかと考えられた。2011年11月も以前としてメタン・炭酸ガスが検出されていた。

図 7-4 NO.6-4 深さ方向ガス組成分布 (2008-2009)

図 7-5 NO.6-4 深さ方向ガス組成分布 (2010-2011)
2009 年のガス抜き管 6-4 深さ方向ガス組成分布を示した。1m~9m までは、メタン・炭酸ガスの濃度はほぼ同じで、10m 付近から不連続面があるということがわかった。ここで、廃棄物層の 10m より深いところに透気性の高い層があると推測された。

ここで、好気性微生物反応と嫌気性微生物反応の発生状況を考察するため、以下のようなパラメーターを導入した。

$$ \zeta=\frac{CO_{2}}{CH_{4}}=\frac{6\times\frac{50}{100}\times CO_{2}( 好気性反応 )+3\times\frac{50}{100}\times CO_{2}( 嫌気性反応 )}{3\times\frac{50}{100}\times CH_{4}( 嫌気性反応 )}=3.0 $$

微生物分解の状況により変動するガス成分中の$\mathrm{CO}_{2}$と$\mathrm{CH}_{4}$の比を$\zeta(\zeta=\mathrm{CO}_{2}/\mathrm{CH}_{4})$と定義する。ここで、廃棄物を一般的なグルコース1molと仮定して微生物分解考えると、好気性反応においては$\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{12}\mathrm{O}_{6}+6\mathrm{O}_{2}\rightarrow6\mathrm{CO}_{2}+6\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$となる。嫌気性条件下において$\mathrm{CO}_{2}$の発生量を考慮すると$\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{12}\mathrm{O}_{6}\rightarrow2.4\mathrm{CO}_{2}+3.6\mathrm{CH}_{4}$となる。ここで、微生物分解の割合が嫌気性:好気性=50:50で起きていると仮定すると、好気性反応が活発になり好気性反応率が上昇するにつれて、その値が大きくなる。

対象処分場では、ガス抜き管は50m間隔で設置されているが、NO.6-4付近のNO.7-4では常に活発に埋立ガスを排出されているため、水平方向の空気の流動について検討した。廃棄物層の10m付近に透気性の高い層があると仮定すると、NO.6-4から侵入した空気が透気性の高い層を通って水平方向に移動してNO.7-4のエリアの好気性反応を促進する、発生する埋立ガスはまた水平方向に移動してNO.6-4を通って外部へ排出される。この時、NO.6-4の機能として、空気の流入口となり好気性反応を活発化させる、また、NO.7-4で発生した埋立ガスを排出していると推定した。図7-7にNO.7-4の2008年~2011までの深さ方向と、図7-6にNO.7-4深さ方向ガス分布と深さと分布、それぞれを示した。NO.7-4では常に活発に埋立ガスを排出していた。式(1-1)から計算すると、NO.7-4のエリアでは好気性微生物反応率が20%~60%で起こっていることがわかった。図7-7に示したように、15mより深いところでは、とが1であることから好気性反応が20%で起こっていたと推定される。深さ方向ガス分布を見ると、0m~19mまでは酸素が全然侵入していないが、好気性微生物反応が起こっていたことから、先に述べたようにNO.7-4の管口以外からの酸素侵入経路があると推定された。

当該処分場で見られるように温度と内部温度の温度差が大きい場合、浮力が大きくなり、内部のガス排出されやすくなる。冬期間は雪で地表面を覆うため、酸素が地表面から拡散侵入できない状況で、かつ冬期間には最も内外温度差が大きくなる。そこで、冬で好気性反応は他の季節より活発に起こっているかどうかNO.7-4のとについて検討した(図7-6)。
図 7-6 NO.7-4 深さ方向 CO_{2}/CH_{4} ζ

図 7-7 NO.7-4 深さ方向ガス成分分布と CO_{2}/CH_{4} と $ \zeta $
深さ方向と分布については、1月のとが8月のとより大きい傾向があり、冬季で好気性反応が活発化していることがわかった。冬季でのNO.6-4とNO.7-4の間に水平方向の空気の流動については空気はNO.6-4から廃棄物層に侵入して、透気性の高い層を通ってNO.7-4のエリアの好気性反応を促進する、好気性反応により温度上昇して温度差が大きくなって浮力も大きくなる、NO.7-4を通って外部へ排出する、この時に、NO.6-4では空気の吸い込み力が大きくなる、この様な循環でさらに好気性反応が促進される。

図7-8では2010年8月1・2・3日の調査によるガス抜き管の出口ガス濃度を示したものである。全体としてメタンガスと炭酸ガスがほとんど検出されずに、空気組成を示すものが多く、全体として安定化向かっている。一方、7-4、7-5を始めとしていくつかの管ではメタンガスと炭酸ガスが活発に発生していることがわかる。

図7-9と図7-10で2010年8月と2009年8月のメタンガス等濃度線を示した。2つのデータの比較により、全体的にメタンガス濃度の発生量が減少していることがわかる。また、処分場の中央部から右上の管の周辺にかけて反応が活発に起きていると判断できる。2009年ではメタン濃度が40%を越えるエリアが中央部から右上にかけて存在しており、高いメタンガス濃度が全体に検出されている。一方、2010年には40%を超えるエリアが限定され、全体にメタンガス濃度が低くなっている。これらの40%を超えるエリアでは、ガス抜き管が設置されてから2年しか経過していないというエリアであり、特にメタンガス濃度が高くなっているものと考えられる。また、中央部から左及び下のエリアではほとんどのメタンガス濃度が5%を下回っており、ほぼ安定化していると予想される。中央部から左のエリアは最も古く埋め立てられたところであり、埋立終了からの経過年数が20年を経過しており、そのために安定化が早く進んだと考えられる。このようにメタンガス濃度は局所的なばらつきが大きく、ガス抜き管が一定区間ごとに設置されていないと安定化を評価することが難しいものと考えられる。

次に中園処分場のガス抜き管出口濃度についての2010年度の調査結果を図7-11~20に示す。
図 7-8 2010 年 8 月 1-3 日ガス抜き管出口のガス成分
図 7-9 2009 年 8 月 ガス抜き管出口の メタンガス等濃度線
図 7-10 2010 年 8 月ガス抜き管出口のメタンガス等濃度線
図 7-11 2010 年 6 月 18 日 ガス抜き管出口のガス成分

図 7-12 2010 年 8 月 1-3 日ガス抜き管出口のガス成分
図 7-13 2010 年 10 月 14 日ガス抜き管出口のガス成分

図 7-14 2010 年 10 月 16 日ガス抜き管出口のガス成分
図 7-15 2010 年 12 月 6-9 日ガス抜き管出口のガス成分

図 7-16 2011 年 1 月 6-7 日ガス抜き管出口のガス成分
図 7-17 2011 年 1 月 21 日ガス抜き管出口のガス成分

図 7-18 2011 年 8 月 11 日ガス抜き管出口のガス成分
図 7-19 2012 年 1 月 6 日ガス抜き管出口のガス成分

図 7-20 2012 年 2 月 2 日ガス抜き管出口のガス成分
平成10年6月に廃棄物最終処分場の廃止基準が施行され、ガスについてはガス発生量が増加していないこととされているが、一般的にガス発生量の測定は測定が難しいため実測例はきわめて少ない。一方で、ガス成分調査は多くの調査事例がある。暫定的な基準の考え方としてメタンガスの濃度をガス成分全体の5%未満とすることを安定化の1つの指標とする考え方もある。これはメタンガスの爆発限界が5%であることに基づくものである。

表 7-1、図 7-21 は 2006 年から 2011 年の調査における各年の最も出口ガス成分を測定した月のメタンガス濃度データを 5% 未満達成率、メタンガス濃度 5% 以上、10% 以上、20% 以上に区別して、各々の調査管数に対する該当管数の比率を計算しメタンガス濃度の推移を示した。メタンガス濃度 5% 未満達成率は 2006 年の 29% から着実に増加し、2011 年に増加はやや横ばいになっているが、58% を達成している。特に 2009 年から 2010 年にかけて 5% 未満達成管の増加率が著しく上昇していることがわかる。このペースで達成率が増加していくと 10 年以内には 90% 以上のガス抜き管でメタンガス濃度 5% 未満が達成されると予測できる。

現時点では、未だ暫定基準が達成されていないガス抜き管が約40%あり、それらの半分がメタンガス濃度20%を超えている。加えて、現在ガス抜き管が設置されていない地点では未だ土中にメタンガスが滞留したままであると予想される。よって、メタンガス濃度の今後は設置済みのガス抜き管における安定化の推移を把握するとともに、ガス抜き管のないエリアでの土表面からのメタンガス発生を確認することが必要だと考えられる。
表 7-1 全ガス抜き管出口のメタンガス濃度占有率変化

2006年	2007年	2008年	2009年	2010年	2011年
CH4濃度5%達成率	調查管数	69	91	78	78	78	77
該当数	20	31	34	29	48	45
比率	29%	34%	44%	37%	62%	58%
CH4濃度5%以上	調查管数	69	91	78	78	78	77
該当数	49	60	44	49	30	32
比率	71%	66%	56%	63%	38%	42%
CH4濃度10%以上	調查管数	69	91	78	78	78	77
該当数	45	43	37	45	27	28
比率	65%	47%	47%	58%	35%	36%
CH4濃度20%以上	調查管数	69	91	78	78	78	77
該当数	34	30	30	38	21	15
比率	49%	33%	38%	49%	27%	19%

図 7-21 メタンガス濃度の占有率の経年変化
### 7.4 ヒアリング結果

#### 7.4.1 住民ヒアリング調査概要と調査結果

調査は本研究で調査対象とした廃棄物最終処分場(埋立が終了した跡地)周辺において、これまで処分場の立地及び管理に対して不安を感じ、最終的には公害審査会に調停申請を行った経緯のある住民グループに対してヒアリングを行った。平成23年1月21日(金)13:00-16:00に住民5名に対して実施した。

調査においては、「住民として廃棄物処分場に対して不安を感じるのはどのような点ですか」「不安を解消するためには、処分場管理者(市や業者)あるいは専門家からどのような情報や説明が必要ですか」という2点に絞って、ヒアリングを行った。その結果をまとめると、図7-22,23のようにまとめられた。

図中の青色で示した項目は本研究による現場調査及びシミュレーターによる対応が可能な事項を示している。例えば、「不安の要素」として、「重金属」「ダイボシ類」は本研究で開発中のシミュレーターで解析対象としているものである。

「不安の中身」としては、「知らない不安」と「知識を持った不安」があるとし、廃棄物処分場のことがわからない段階では「なにが起こっているのかわからない漠然とした不安」を持っていたとのことであった。その後グループとして活動を始め、廃棄物処分場への調査や文献調査を通じて知識を得るにしたがって、「医療系廃棄物」「アスポ」「重金属」「ダイオシ類」などの有害な物質が埋め立てられていることに対する強い不安を感じるようになったとのことであった。また、「不安の要素」として「情報が少ない」こと、その中でも「専門家の説明がない」ことが不安につながっていたとのことであった。つまり、このような段階では「科学的な説明」が必要であると感じていた。なお、この住民がループを含む廃棄物処分場に関する諸事項を協議する会議が開催されるようになり、その場ではこれらのグループメンバーから様々な科学的な事項に関する質問がなされ、当該研究者を含む学識経験者が回答する機会が多くあった。そのような科学的な説明を受ける機会が多くなったことに対しては「安心」を感じたとのことであった。

また、「安心」に関わる事項として、「モニリング 調査」「ボーリング 調査」のように廃棄物処分場の埋立物に関する情報も必要であるとのことであり、特に「埋立物が無害化するにはどのくらいの期間が必要か」という点が重要であるとのことであった。このような住民の意向を考えると、本研究で開発中のシミュレーターの目的は妥当なものであり、このような住民に対して廃棄物処分場の安全安心を与えるツールの1つとして有意義なものであることが確認できた。今後はこれらの住民に対して開発中のシミュレーターによる有害物質の長期的挙動についての評価結果を提示し、意見を求めることによって、シミュレーターの改善を図る予定である。
図 7-22 廃棄物処分場周辺住民へのヒアリング結果のまとめ「不安を感じる要素」

(青で示したのは本研究による現場調査及びシミュレーターによる対応が可能な事項)
図 7-23 廃棄物処分場周辺住民へのヒアリング結果のまとめ「安心を感じる要素」

(青で示したのは本研究による現場調査及びシミュレーターによる対応が可能な事項)
#### 7.4.2 廃棄物処分場管理者ヒアリング調査概要と調査結果

調査は本研究で調査対象とした廃棄物最終処分場(埋立が終了した跡地)を管理し、現場モニタリング、安定化促進工事及び住民への説明を数年にわたって行ってきた処分場管理者3名へのヒアリングを行った。平成24年2月3日(金)15:00-17:00に処分場管理者3名に対して実施した。

調査においては、本研究での有害物質長期動態シミュレーターによる計算事例を提示するとともに、別紙に示したようなヒアリングシートによるアンケート調査を行った。特に、「埋立が完了した処分場に起こる望ましくないこと」「ボーリング調査によってわかると思われること」「シミュレーターへの意見」に絞って、ヒアリングを行った。その結果は表7-2,3,4のようになった。

設問①の『「埋立が完了した処分場について将来、なにか望ましくないことが起きる」という可能性があると思いますか』に対しては、「そう思う」が2名、「どちらでもない」が1名となり、現状の処分場管理でのリスクは認識している。また、設問②で『望ましくないこととして、「有害化学物質」による汚染は起こる可能性があると思いますか。』、設問③で『望ましくないこととして、「重金属」による汚染は起こる可能性があると思いますか。』に対しては設問①で「そう思う」と答えた管理者はいずれの項目でもリスクを感じていた。

さらに、本研究で実施したボーリング調査に関連して、設問④で『埋立が完了した処分場でボーリング調査による内部状態の把握は必要だと思いますか。』という設問については、必要性を認識しており、その目的として、「重金属等の有害物質の経年的変化」「有機物の分解状況」「各埋立物の経年的変化」などの解明をあげており、埋立地内部の状況把握が重要と考えている。

本研究で開発している有害物質長期動態シミュレーターに関連して、設問⑥『埋立が完了した処分場で埋立終了後から数十年から100年後の有害物質の長期動態を予測する必要があると思いますか。』に対しては、3名いずれも必要性を認識しており、その理由として、「有害物質の長期予測が出来れば，水処理施設における有害物質対策を事前に講じることが可能となる。」「廃止後の処分場に対する地域住民の不安を払拭するための説明材料となる。」「一番効果的な埋立方法を検討することかができ，日常の埋立管理に役立つ」「廃棄物が分解し自然界の状態に戻るのには，100年程度の長時間かかると考えられ，その間に様々な事象が発生する可能性がある，そのためにあらゆることを予測して対処することは必要と思われる。」のような意見があり、シミュレーターが長期的な予測を行えるというメリットを日常的な処分場管理で有効に使える可能性が高いことがわかる。設問⑧では『⑧もし、有害物質の長期動態を予測が可能になったら、処分場管理に役立つと思いますか。』に対しては3名とも必要性を認識している。

最後に、設問⑨では、『予測の確かさを向上させるにはなにが必要だと思いますか』に対して、「廃止後の処分場の定期的なモニタリング（水質・コアボーリング）」「当時の埋め立て廃棄物の種類，及び埋め立て方法の把握」「各処分場によって埋立廃棄物や埋立構造が違うため，ある程度細分化して予測する。」「定期的なモニタリング調査を長期間継続して行う。」「有害物を多く含有する固化飛灰について，封じ込め方法の違いにより，長期的変質に違いが出る可能性があるため，考慮する必要があると思われる。（キレート処理，セメント固化等）」など、現場でのモニタリング結果を蓄積し、シミュレーターに反映させていく必要性を指摘している。今後はこれらの処分場管理に対して本研究で開発されたシミュレーターによる有害物質の長期的挙動についての評価結果を提示し、随時意見を求めることによって、シミュレーターの改善を図ることが必要である。
### 完了を迎えた廃棄物処分場の安全保障のための有害物質長期動態シミュレーターの開発 ヒアリング調査票 VER1.0

下記のそれぞれの質問に対して、

一番あなたの意見に近いと思う番号を丸で囲んでください。

質問	重要度
まったく そう思わない、 そう思わない、 どちらでも ない、 そう思う、 とても そう思う
①本研究が提示しているように、「埋立が完了した処分場について将来、なにか望ましくないことが起きる」という可能性があると思いますか	1	2	3	④	5
②①において選択肢3,4,5を選んだ場合、望ましくないこととして、「有害化学物質」による污染は起こる可能性があると思いますか。	1	2	3	④	5
③①において選択肢3,4,5を選んだ場合、望ましくないこととして、「重金属」による污染は起こる可能性があると思いますか。	1	2	3	4	⑤
④①において選択肢3,4,5を選んだ場合、埋立が完了した処分場で ボーリング調査による内部状態の把握は必要だと思いますか。	1	2	3	④	5
⑤④において選択肢3,4,5を選んだ場合、ボーリング調査による何がわかると思いますか(自由記述)	·重金属等の有害物質の経年的変化·有機物の分解状況·各埋立物の経年的変化
⑥埋立が完了した処分場で埋立終了後から数十年から100年後の有害物質の長期動態を予測する必要があると思いますか。	1	2	3	④	5
⑦⑥の回答の理由は何ですか(自由記述)	·有害物質の長期予測が出来れば、水処理施設における有害物質対策を事前に講じることが可能となる。·廃止後の処分場に対する地域住民の不安を払拭するための説明材料となる。·一番効果的な埋立方法を検討することができ、日常の埋立管理に役立つ
⑧もし、有害物質の長期動態を予測が可能になったら、処分場管理に 役立つと思いますか。	1	2	3	4	⑤
⑨予測の確かさを向上させるにはなにが必要だと思いますか(自由記述)	·各処分場によって埋立廃棄物や埋立構造が逆うため、ある程度細分化して予測する。·定期的なモニタリング調査を長期間継続して行う。·有害物を多く含有する固化飛灰について、封じ込め方法の 達いにより、長期的変質に違いが出る可能性があるため、考慮する必要があると思われる。(キレート処理、セメント固化 等)
### 完了を迎えた廃棄物処分場の安全保障のための有害物質長期動態シミュレーターの開発 ヒアリング調査票 VER1.0

下記のそれぞれの質問に対して、 一番あなたの意見に近いと思う番号を丸で囲んでください。

質問	重要度
まったく そう思わない	そう思わない	どちらでも ない	そう思う	とても そう思う
①本研究が提示しているように、「埋立が完了した処分場について将来、なにか望ましくないことが起きる」という可能性があると思いますか	1	2	3	④	5
②①において選択肢3、4、5を選んだ場合、望ましくないこととして、「有害化学物質」による污染は起こる可能性があると思いますか。	1	2	3	④	5
③①において選択肢3、4、5を選んだ場合、望ましくないこととして、「重金属」による污染は起こる可能性があると思いますか。	1	2	3	④	5
④①において選択肢3、4、5を選んだ場合、埋立が完了した処分場で ボーリング調査による内部状態の把握は必要だと思いますか。	1	2	3	4	⑤
⑤④において選択肢3、4、5を選んだ場合、ボーリング調査による何がわかると思いますか（自由記述）	·土壤還元しているのかどうか·分解過程の予想が正しいかどうか
⑥埋立が完了した処分場で埋立終了後から数十年から100年後の有害物質の長期動態を予測する必要があると思いますか。	1	2	3	④	5
⑦⑥の回答の理由は何ですか（自由記述）	·将来にわたる安心感の説明材料
⑧もし、有害物質の長期動態を予測が可能になったら、処分場管理に 役立つと思いますか。	1	2	3	④	5
⑨予測の確かさを向上させるにはなにが必要だと思いますか（自由記述）
# 完了を迎えた廃棄物処分場の安全保障のための有害物質長期動態シミュレーターの開発 ヒアリング調査票 VER1.0

下記のそれぞれの質問に対して、 一番あなたの意見に近いと思う番号を丸で囲んでください。

質問	重要度
まったく そう思わない	そう思わない	どちらでも ない	そう思う	とても そう思う
①本研究が提示しているように、「埋立が完了した処分場について将来、なにか望ましくないことが起きる」という可能性があると思いますか	1	2	③	4	5
②①において選択肢3,4,5を選んだ場合、望ましくないこととして、「有害化学物質」による污染は起こる可能性があると思いますか。	1	2	③	4	5
③①において選択肢3,4,5を選んだ場合、望ましくないこととして、「重金属」による污染は起こる可能性があると思いますか。	1	2	③	4	5
④①において選択肢3,4,5を選んだ場合、埋立が完了した処分場で ボーリング調査による内部状態の把握は必要だと思いますか。	1	2	3	④	5
⑤④において選択肢3,4,5を選んだ場合、ボーリング調査による何がわかると思いますか(自由記述)	コメント・過去の廃棄物の性状、および、現時点での分解の程度や、水分状態などの内部環境を確認できる。
⑥埋立が完了した処分場で埋立終了後から数十年から100年後の有害物質の長期動態を予測する必要があると思いますか。	1	2	3	④	5
⑦⑥の回答の理由は何ですか(自由記述)	コメント・廃棄物が分解し自然界の状態に戻るのには、100年程度の長時間かかると考えられ、その間に様々な事象が発生する可能性がある、そのためにあらゆることを予測して対処することは必要と思われる。
⑧もし、有害物質の長期動態を予測が可能になったら、処分場管理に 役立つと思いますか。	1	2	3	④	5
⑨予測の確かさを向上させるにはなにが必要だと思いますか(自由記述)	コメント・廃止後の処分場の定期的なモニタリング(水質・コアボーリング)・当時の埋め立て廃棄物の種類、及び埋め立て方法の把握
### 7.5 まとめ

本研究を通して以下のような結論を得た。まず、埋立が終了した陸上廃棄物処分場においては、以下のことがわかった。

(1) ガス抜き管による安定化促進が確認できた。ガス抜き管 6-4 での温度上昇とメタン濃度の低下し、廃棄物の分解が促進されていたと推定される

(2) ガス抜き管 6-4 での急激なメタン濃度の上昇とガス分布の不連続面がある可能性がある、ガス抜き管 7-4 での深部までの好気性微生物反応の進行していること、また近接ガス抜き管で酸素濃度が高いことから、これらの管の間での水平方向のガス移動の可能性が指摘できた。

(3) 冬季の $ \zeta $ $ CO_{2}/CH_{4} $ は夏季より大きく、冬季は夏季よりも廃棄物内外の温度差が大きいために浮力が大きくなり、他の管からの空気侵入が促進されるのではないかと推定された。積雪寒冷地特有の現象の可能性がある。

最後に、廃棄物処分場周辺住民及び処分場管理者ヒアリングによって、以下のことがわかった。

(1)住民は当初は漠然とした不安を感じているが、廃棄物処分場に関する一定の知識を得た後には、科学的な説明を必要とし、そのような説明がない場合に強い不安を感じることがわかった。また、処分場管理者は科学的な説明を利用して、住民の安心を得ること、また長期的な処分場管理に役立てたいというニーズがあることがわかった。

(2) 科学的な説明は、重金属やダイオキン類を含む有害物質の長期的な動態に関わる事項に関するものが必要であり、有害物質長期動態シミュレーターによって、完了した廃棄物処分場に関わるリスクを具体的に提示することは有意義であることが確認できた。
研究代表者 島岡 隆行（九州大学）

分担研究者 東條 安匡（北海道大学）

分担研究者 吉田 英樹（室蘭工業大学）

分担研究者 高橋 史武（九州大学）

分担研究者 小宮 哲平（九州大学）

本研究の成果は以下のとおりにまとめられる。

コンパートメントモデルの高度化では、腐食物質—重金属錯体の錯体形成、錯体物の粘土鉱物や鉄酸化物への吸着挙動、PAHsの分配定数などモデル化に必要なパラメータを実験的に得た。特にPAHsの動態について250年間の予測計算したところ、シナリオによって埋立層内残存量に大きな差が現れることを示した。

次にコンパートメントモデルの統合化とシナリオ設定解析を行った。地球化学モデル PHREEQC のライブラリ iPhreeqc を本埋立シミュレーターに連結し、1 セル型の統合化シミュレーターを作成した。埋立物を焼却斫（底灰）のみとし、対象金属元素を Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb、Zn、Ca、K、Mg、Na、Si として微生物反応等の有機化合物の動態を含めて 100 年間の長期動態を計算したところ、pH の低下による微生物活動の活発化によって酸発酵からメタン発酵へと推移し、生成した CO₂ によって金属元素は酸化物もしくは水酸化物から炭酸塩に変化した。これより、埋立層内での有機物分解挙動と併せて無機系の元素の挙動も再現することに成功したと言える。

これを踏まえ、閉鎖後の形質変更が埋立層内のガス流動や安定化に与える影響を検討した。埋立地のガス流動を中心に熱移動や有機物分解等の諸現象を定式化し、具体的条件として、埋立層の一部が鉛直方向に掘削された場合等の攪乱が層内に与える影響を検討した。掘削前は全層にわたって嫌気性雰囲気（酸素分圧0%）であったものが、鉛直掘削を行うことによりガス流動が変化し、鉛直掘削の無い場合と比較して内部への酸素侵入がより早く進行していることが示唆された。中央部に鉛直掘削をしても時間経過に伴う層内雰囲気の変化は顕著に現れず、埋立層の構造によって掘削等の形質変更の影響が大きく異なることを示した。

また、準好気性構造等の廃棄物埋立地における埋立ガス成分及び温度の現場モニタリングを実施し、準好気性構造を持つ埋立地や海面埋立地ではガス組成が複雑な時空間的变化を持つことを明らかにした。このモニタリング結果によって、環境条件の空間分布がきわめて大きいとするシミュレーション結果と同様の傾向を確認できた。

さらに、廃棄物処分場周辺住民及び処分場管理者ヒアリングによって、住民は科学的な説明を必要とし、そのような説明がない場合に強い不安を感じることがわかった。また、処分場管理者は科学的な説明を利用して、住民の安心を得ること、またシミュレーターを利用することで長期的な処分場管理に役立てたいというニーズがあることがわかった。

以上より、本研究ではコンパートメントモデルを高度化し、地球化学モデル PHREEQC のライブラリ iPhreeqc を埋立シミュレーターに連結することで重金属等の地球化学的形態変化、微生物
反応および有機化合物の長期動態変化を統合的にシミュレーションすることが出来た。層内の有機物分解の期間に発生する$\mathrm{CO}_{2}$により酸化物態もしくは水酸化物態から炭酸塩態へと変化してゆく過程を再現でき、より一般的で信頼性のある埋立層内での重金属の長期予測を実現することに成功した。上記の埋立シミュレーターの与条件となる埋立層内雰囲気の長期的な変遷シナリオを検討し、形質変更が及ぼす影響は埋立地の層構造に強く依存すること、ガス流動を加速させるような構造であれば形質変更の影響が強く現れることを示した。また、現場モニタリングから環境条件の空間分布がきわめて大きいとするシミュレーション結果と同様の傾向を確認できた。以上より、埋立シミュレーターにおけるより現実的な長期シナリオ設定および長期動態シミュレーションが可能となった。廃棄物処分場の安全安心について周辺住民へのヒアリング結果から、本研究でのボーリング調査やシミュレーターが住民理解に一定の役割を果たせることを確認でき、本研究の成果が今後の廃棄物管理に有効に活用できることが期待される。
## 第Ⅵ章 東日本大震災からの復興

## 1 ．復興に向けた森林・林業・木材産業の取組

## (1) 森林等の被害と復旧状況

○東日本大震災により、15県で林地荒廃、治山・林道施設の被害等が発生。そのうち災害復旧等事業により実施する箇所の大部分が工事に着手済みで、95％の工事が完了。

○被災した木材加工・流通施設 (全国115か所) について、廃棄・復旧・整備等を支援し、98か所が操業を再開済み。林業生産や木材製品の生産は、おおむね震災前の水準にまで回復。

## (2) 海岸防災林の復旧・再生

○被災状況や地域の実情、地域の生態系保全の必要性に応じた再生方法等を考慮しながら、海岸防災林の復旧・再生に取り組み。おおむね10年間での復旧完了を目標。

☐津波により被災し、さらに津波の影響により滯水した海岸防災林において赤枯れが拡大したこと等から、海岸防災林の要復旧延長は約164km。帰還困難区域等を除き、約157kmで復旧工事に着手済み（うち約57kmで工事完了）。

○植栽・保育に当たっては地域住民や企業、NPO等も参加。事業の進捗に合わせ、苗木が計画的に確保されるよう苗木増産に取り組み。

## 《事例》地域の子どもたちによる海岸防災林の復旧・再生の取組

福島県南相馬市原町区では、平成30(2018)年に同県で開催される全国植樹祭に向け機運を高めるとともに、子どもたちの自然やふるさとを愛する豊かな心づくりにつなげることを目的として、平成28(2016)年7月に、植樹祭「子どもたちによる未来の森林づくり」を実施。小学生を含む184人がマツノザイセンチュウ抵抗性クロマツの苗木950本を0.1haの区域に植栽。

## (3) 復興への木材の活用と森林・林業の貢献

○応急仮設住宅の4分の1以上 (約1万5千戸) を木造で建設。災害公営住宅 (構造判明戸数) の2割以上 (約7千戸) を木造で建設又は建設予定。

○被災者の住宅再建に向けた「地域型復興住宅」を提案する取組、非住宅建築物や土木分野の復旧・復興事業に地域の木材等を活用する取組も進捗。

○地震と津波により発生した大量の災害廃棄物のうち、木質系災害廃棄物は木質ボードの原料やボイラー燃料、発電等に利用。福島県会津若松市・岩手県宮古市・宮城県気仙沼市では、未利用間伐材等を燃料とするバイオマス発電施設が稼働。

## 《事例》木造の応急仮設住宅の部材を再利用した災害公営住宅が完成

平成28 (2016) 年8月、福島県会津若松市城北地区に、木造の災害公営住宅30戸が完成。うち20戸は応急仮設住宅の部材を再利用して建設。応急仮設住宅は、当初から災害公営住宅への転用を見通し、解体移築再利用を円滑に行うことが可能な板倉構法で建設。18棟36戸の応急仮設住宅を一度全て解体した後、木材の約66％を再利用。
### 2. 原子力災害からの復興

## (1) 森林の放射性物質対策

○平成28(2016)年3月に「福島の森林・林業の再生のための関係省庁プロジェクトチーム」は「福島の森林・林業の再生に向けた総合的な取組」を取りまとめ。これに基づき、国は、県・市町村と連携しつつ、取組を着実に実施。

○森林内の放射性物質に関する調査・研究等を実施。汚染状況重点調査地域等において、間伐等の森林整備とその実施に必要な放射性物質対策を推進する実証事業を実施。

○避難指示解除準備区域等において、森林整備や林業生産活動の早期再開に向けて、放射性物質対策技術の実証事業を実施。

○森林における放射性物質に関する正しい情報について広く理解してもらうため、シンポジウムや講習会の開催等を実施。

○「福島の森林・林業の再生に向けた総合的な取組」に基づく取組の一つとして、避難指示区域等においてモデル地区を選定(平成28(2016)年12月末までに10か所)し、関係省庁が県や市町村と連携して里山再生の取組を総合的に推進。

## 《事例》福島の森林・林業再生に向けたシンポジウムを開催

平成28 (2016) 年 11 月、林野庁は、福島県と東京都の 2 か所において、「福島の森林・林業再生に向けたシンポジウム」を開催。森林内の放射性物質の動態把握や林業再生に向けた取組等を紹介し、関係者の理解と協力の下、福島の復興を加速化していくことを目的。3 年目に当たる平成28 (2016) 年は、都市住民にも理解を深めてもらうため、東京都内でも初めて開催。

## (2) 安全な林産物の供給

○食品中の放射性物質の基準値（一般食品は100Bq/kg）に基づき、特用林産物23品目に出荷制限（平成29（2017）年2月現在）。

○「放射性物質低減のための原木きのこ栽培管理に関するガイドライン」に基づき栽培管理を行い、基準値を超えるきのこが生産されないと判断された場合に出荷制限を解除。きのこ等の生産継続・再開に向けて支援。また、野生のきのこ・山菜等の出荷制限の解除も進みつつある状況。

○福島県産きのこ原木の減少に対応し、原木の安定供給に向けて需給のマッチング等を推進。

## (3) 樹皮やほだ木等の廃棄物の処理

○燃料や堆肥等に利用されていた樹皮（バーク）は、放射性物質の影響により製材工場等に一部滞留したが、廃棄物処理場での処理を支援し滞留量が減少。使用できなくなったほだ木等の処理も必要。

## (4) 損害の賠償

林業関係では、避難指示等に伴う事業への支障や原木しいけの減収等に関する損害賠償が実施。平成26(2014)年9月からは避難指示区域内の森林に係る財物賠償の請求受付、平成27(2015)年3月からは避難指示区域以外の福島県内の立木についても財物賠償の請求受付が実施。
平成24年度

# 環境研究総合推進費補助金 研究事業

# 総合研究報告書

# 有機性廃棄物からの高効率有機酸発酵技術の

開発および反応機構解析

(K 1 1 2 0 0 5)

平成25年3月

土木研究所 日高 平
補助事業名 環境研究総合推進費補助金研究事業（平成23年度～平成24年度）

所管環境省

国庫補助金 20,575,000 円

研究課題名 有機性廃棄物からの高効率有機酸発酵技術の開発および反応機構解析

研究期間 平成23年6月1日～平成26年3月31日

研究代表者名 ___ 日高 ___ 平（土木研究所）

研究分担者名 西村 文武 (京都大学)

津野洋（大阪産業大学）

赤尾 聡史 (鳥取大学)
## 目次

第1章 はじめに
【第1章参考文献】

第2章単純基質によるα-アミラーゼ産出の最適条件の検討
2-1 概説
2-2 実験方法
2-3 結果および考察
2-4 まとめ
【第2章参考文献】

第3章生ごみを基質とした高温有機酸発酵における多糖分解率の向上
3-1 概説
3-2 実験方法
3-3 結果および考察
3-4 まとめ
【第3章参考文献】

第4章米を基質とした高温有機酸発酵の高効率化
4-1 概説
4-2 実験方法
4-3 結果および考察
4-4 まとめ
【第4章参考文献】

第5章生ごみおよびでんぷんの高温有機酸発酵における糖化機構の解析
5-1 概説
5-2 文献考察
5-3 実験方法
5-4 結果および考察
5-5 まとめ
【第5章参考文献】

第6章リアルタイムPCR法の有機酸発酵への適用および数理モデル化
6-1 概説
6-2 文献考察

6-3 実験方法

6-4 結果および考察

6-5 まとめ

【第6章参考文献】

第7章 結論

49

謝辞

研究発表

英文概要
## 第1章 はじめに

京都議定書が発効し、世界的にも地球温暖化効果ガス排出量の削減が求められ、また我が国においても、資源循環型社会の構築が重要との観点で施策や法律的な取り組みがなされつつある。カーボンニュートラルであるバイオマスとして、都市から発生する生ごみや食品廃棄物といった有機性廃棄物からのエネルギーの創出は、将来の化石燃料資源の枯渇への対応や地球温暖化の防止などにつながる。これらの処理・エネルギー創出技術として、より効率的な嫌気性消化技術を開発し、メタンガスを回収し電気や熱エネルギー源として活用することで、化石燃料の使用量削減を促し、二酸化炭素排出削減に寄与することが可能である（野池ら，2009）。現在主として焼却処理されている、水分含量の大きい生ごみや食品廃棄物を別途処理することで、焼却炉での発電効率向上やダイオキシン類生成抑制、生ごみ回収の衛生化につながる。メタンガス以外でも、有機酸や水素を回収する技術が期待されており、様々な有機性廃棄物を対象として実用化が進んでいるものの、嫌気性消化技術の反応機構については、未だに不明な点が多い。特にメタン発酵前段の糖化や酸発酵過程において、効率化や反応機構の解明が求められている。そこで本研究では、有機酸発酵技術に着目し、効率化し現場での運転をより安定化させる運転・管理技術の提示に資する知見を得ることを目的とした。

以下に本報告の構成を示す。第2章では、単純基質にて基礎的な知見を得るために、グルコースおよびでんぷんを用いた回分式実験を異なる条件下で行った。第3章では、生ごみを対象として、発酵の途中で温度やpH条件を変更する二段式発酵、および糖化効率の高い発酵液を添加する二系列発酵により、高効率化の検討を行った。第4章では、でんぷんの糖化の考察を行うための例として、食用ではない新規需要米も意図して、米を基質とした有機酸発酵の適用を検討した。微生物群集解析では、次世代シークエンスであるパイロシークエンス法を活用した。第5章では、有機性廃棄物を原料とする高温有機酸発酵において糖化を担う菌種を推定することを目的に、生ごみの糖化から有機酸発酵に至る過程の菌叢変化を観察した。また、でんぷん分解における培養条件の検討も行った。第6章では、実験的に得られた成果を一般化して議論するための手段として、数理モデルを活用するために、リアルタイムPCRの適用性を、微生物の異なる増殖相における有機酸発酵の観点から評価を試みた。そして、第7章で得られた成果をまとめた。

## 【第1章参考文献】

野池達也編著 (2009) メタン発酵, 技報堂出版.
## 第2章単純基質によるα-アミラーゼ産出の最適条件の検討

## 2 -1 概説

本章では、生ごみからの有機酸発酵に関わる Bacillus coagulans の α-アミラーゼ産出について、基礎的な知見を得ることを目的とした。そのために、単純物質としてグルコースおよび溶性でんぷんを対象とした回分式実験を行った。

## 2 -2 実験方法

既往のα-アミラーゼ産出乳酸菌を用いた並行復発酵（SSF）や二段発酵に関する事例のなかで、B.coagulansに関する研究事例はない。特に生ごみを基質とした乳酸発酵においては、赤尾（2006）によると平均乳酸生成速度が約0.1～0.4 g/L/hrであることから、加水分解を伴う乳酸発酵の事例との比較では同等の速度が示されている。α-アミラーゼ産出条件を考慮した発酵を行うことによって、他のSSFの乳酸生成速度を凌ぐ可能性があると考えられる。また他の生ごみ発酵の事例では基質を滅菌した後、菌を植種していることから、非滅菌環境下で優占する特徴を持つB.coagulansの特異性は注目に値すると考えられる。

そこで、本章では B.coagulans の生成する α-アミラーゼに着目し、生ごみの高温有機酸発酵の加水分解性の向上を目的とし、B.coagulans の α-アミラーゼ産出至適条件について、実験的検討を試みる。

表 2.1 植種材料の種培地組成

表 2.2 植種材料の性状

グルコース	和光純薬 一級	20g/L
Yeast extract	日本製薬 D-3	2.5g/L
$ (NH_{4})_{2}HPO_{4} $	和光純薬 一級	0.25g/L
MgSO_{4}·7H_{2}O	和光純薬 一級	0.05g/L
MnSO_{4}·4H_{2}O	和光純薬 一級	0.01g/L
FeSO_{4}·7H_{2}O	和光純薬 一級	0.01g/L
L-乳酸	和光純薬 特級	10g/L

L-乳酸濃度(g/L)	28.1
光学純度(%)	100
DNA濃度(copies/L)	8.81×10⁹

## (1) 植種材料

本実験では、植種材料として L-乳酸発酵液を作成し使用した。この発酵液は、表 2.1 に示す組成（赤尾ら、2006）の種培地に、本研究室で行われてきた模擬生ごみの L-乳酸発酵液を植種して、pH5.5 で培養温度 55℃の条件下で約 2 日間培養して作成した。不足した分は表 2.1 に示す組成の培地に先ほどの発酵液を植種したものを新たな植種材料として使用した。
この植種材料の性状を表2.2に示す。これを、20 mL/L植種した。なお、ここでの16S rRNA遺伝子濃度は、L-乳酸生成菌であるB.coagulansのものを表している。

① リアクター (1 L)

② 攪拌機

③ 水温浴槽

④ サンプリングロ

⑤ 捕集用ガスパック

⑥ pH 電極

⑦ pH コントローラー

⑧ ポンプ

⑨ 中和剤

⑩ 窒素ガスパック

図2.1 実験装置

## (2) 実験装置

本実験に用いた装置の概略図を図2.1に示す。リアクターとして容積1 Lのガラス製反応器を用いた。温度の設定は、リアクターをウォーターバス(アズワン(株)、TM-1)に浸漬することにより行った。リアクター内の発酵液は機械攪拌(アズワン(株)、SM-104)で完全混合となるよう攪拌した。pHの調整は、津野ら（2007）に従い10%アンモニア水溶液を中和剤として用いて、pHコントローラー((株)日伸理化、NPH-660)のON/OFF制御で行った。リアクターは密閉構造とし、リアクター内の気相部は培養開始時に窒素で置換し、また窒素ガスを入れたガスパックも装備し、サンプリング時においてもリアクター内を常に嫌気性で保てるようにした。そして別途、ガスが発生した場合に備えて、コックの切り替えによる別の2 Lのガスパックも装備した。運転は回分式で行い、サンプリングは経時的に行い、発酵液をサンプリング口から毎回5 mL程度採取した。

### (3) 実験条件 (表 2.3)

まず基本条件（Test1）として、pH5.5 および温度 55℃で発酵を行い、比較対象とした。グルコース量および全糖量の分析を同時に行うことによって、でんぷんの加水分解の様子を観察した。その他の条件は以下のとおりである。Test2 として、pH5.5、温度 55℃で、基質組成（グルコースおよびでんぷんの組成比）を変化させアミラーゼ産出および有機酸発酵の挙動の違いを明らかにした。Test3 として、基質と pH の条件を基本条件と同一として、
温度の影響を観察した。Test4として、基質および温度を基本条件と同一として、pHの影響を観察した。Test5として、基質を予め121℃、30分間のオートクレーブによる前処理で、でんぷんの粒子サイズを細かくし、その後の有機酸発酵に与える影響を調べた。Test6として、栄養源の組成や濃度を変化させ、栄養源がα-アミラーゼ産出および有機酸発酵に及ぼす影響を把握した。

## (4) 分析方法

全糖は、グルコース濃度として、フェノール硫酸法で測定した(DuBois et al., 1956)。CODcrは、Standard Method (APHA, AWWA, WEF, 1995) に従って分析した。全乳酸および他の有機酸は、(HPLC)（有機酸分析システム、カラム：Shima-pack SCR-102H、島津）により分析した。D-およびL-乳酸は、別々にHPLC（カラム：SUMICHIRAL OA-5000 (40℃)、検出器：UV 254 nm、移動相：5% 2-propanol および1 mM CuSO₄、流速：0.8 mL/min）で測定し、光学純度は以下の式で算出した。

$$ 光学純度 \left(\%\right)=\frac{\left|\left[\mathrm{L}- 乳酸 \right]-\left[\mathrm{D}- 乳酸 \right]\right|}{\left[\mathrm{L}- 乳酸 \right]+\left[\mathrm{D}- 乳酸 \right]}\cdot100 $$

総でんぷんの測定には、MegazymeのTOTAL STARCH ASSAY PROCEDURE（アミログルコシターゼ/α-アミラーゼ法）を使用し、おおむねキット付属のプロトコルに従った。α-アミラーゼ活性の測定には、MegazymeのALPHA-AMYLASE ASSAY PROCEDURE (CERALPHA METHOD)を使用し、おおむねキット付属のプロトコルに従った。溶解性試料は、0.45μmのろ紙によりろ過したろ液として分析した。

## 2 -3 結果および考察

実験条件および実験結果のまとめを表 2.3 に、代表として Test1 での経時変化測定結果を図 2.2 に示す。

温度影響を検討した結果、α-アミラーゼ生成の能力は、温度を55℃および45℃とした場合が優れていた。温度を70℃とした場合は殆ど有機酸発酵が起きなかった。中温発酵である温度37℃においては、高いα-アミラーゼを産出したものの、有機酸収率は低い値で留まった。さらに、生成有機酸種が他の場合と異なっていたので、B.coagulansが他の細菌と鏡合していたと考えられた。

pH 影響を検討した結果、α-アミラーゼ生成の能力は、pH を 5.5 とした場合が優れていた。pH を 7 もしくは 6.5 とした場合は、高い全糖分解率を示したものの、発酵途中から乳酸が減少し、酢酸と醸酸が生成されていたことから、B.coagulans ではなく、酪酸菌による反応