Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
### g. 微生物による鉄還元反応を用いた放射性セシウム吸収抑制方法の可能性

放射性セシウムの吸収抑制は1ヶ月間においては観察できた。そのため本技術の1つの可能性としては、1ヶ月以内に収穫できる農作物においては本技術によって放射性セシウムの吸収抑制が期待できる。また茎と葉への放射性セシウムの吸収抑制は1ヶ月と4ヶ月後にも観察された。従って鉄と粘土を添加する本技術は葉菜類や茎菜類に対する放射性セシウムの吸収抑制に効果的であると考えられる。特に葉菜類の移行係数(0.049)は玄米の移行係数(0.0047)よりも高いといった報告がある(Tsukadaら2007)。なので本技術は葉菜類により効果的であると考えられる。しかしながら鉄添加後の洗浄が不十分であると、鉄添加によるECの増加により植物の成長阻害が起こるため、本技術は農作物にはあまり適していないかもしれない。

もし微生物による鉄還元と鉱物化が、我々が期待したとおりに放射性セシウムと起こったとすると、放射性セシウムの吸収は、特に現地試験において、より抑制されたと考えられる。本研究からは微生物による鉄の鉱物化はXRDなどによっては観察されなかったが、放射性セシウムの吸収抑制は観察された。そのためもし鉄の鉱物化が観察されるほど起こっていたとしたら、より放射性セシウムの抑制が起こり、非抽出性Csの分画が増加すると考えられる。しかしながらイネは鉱物に強く固着したカリウムを吸収できることが知られており、セシウムの場合も同様に、鉱物に強く固着しているセシウムも吸収できると考えられる。そのため本技術はイネよりも、鉱物に強く固着しているセシウムを使うことができないと考えられる他の植物に対してより有効であると考えられる。

処理から4ヶ月たった土壌でも、セシウムの抽出性は鉄と粘土の添加によって抑制することができ、特に洗浄土に対しては鉄と粘土の添加によって非抽出性Csの分画がコントロールと比べて大幅に増加した。従って本技術は、汚染土壌の保管施設等からの二次汚染を防ぐために汚染土壌に対して適用できると考えられる。

### h. 今後の課題

鉄を添加した土壌からのセシウムの抽出性の時間的变化、特に鉄を添加した直後の土壌からのセシウムの抽出性を、セシウムが土壌もしくは鉄酸化物にどう吸着しているのかを明らかにする必要がある。

現地試験ではポット試験とは鉄の添加と中和の順番が異なったため、イネのへのセシウム吸収が抑制ができなかったと考えられる。しかしながら、セシウムの抽出性は低下しているため、ふたたびこの土壌でイネを栽培すれば、イネのセシウム吸収が抑制できると考えられるため、再び現地試験もしくは現地試験土壤を用いてイネの栽培を行う必要がある。

## 5 ）放射性セシウムのイネ移行性に対する抑制効果に関するまとめ

微生物による鉄還元と鉱物化反応を用いた土壌からイネへの放射性セシウム吸収抑制効果をポット試験と現地試験と土壌のセシウム逐次抽出実験より検証した。土壌からイネの葉と茎への放射性セシウムの移行は鉄と粘土の添加により抑制することができることがポット試験と現地試験より認められた。しかしながら、現地試験土壌のセシウムの抽出性が低下しているのにも関わらず、現地試験では土壌から米へのセシウムの移行を抑制することができなかった。セシウムの吸収抑制と土壌pHの増加は観察されたが、微生物反応による鉱物を観察することはできなかった。玄米中の放射性セシウム濃度は処理をしていなくても基準値以下であった。
## (8) 開発技術のコスト評価

図(1)-58に汚染レベルの異なる水田土壌での推定される除染コストを示す。1経営体が所有する1.6ha当たりの場合では、この値を16倍する。除染コストの内訳は、除草用、除染用、追加除染（客土用）、廃棄土処理用の4つで示した。汚染初期値5,000Bq/kgでは反転耕で、汚染初期値10,000Bq/kgでは表土剥ぎ取りで最もコストが小さくなった。初期値によらず水による土壌攪拌・除去で最もコストが大きくなった。この結果は、農林水産省が示した、技術の推奨基準(5,000Bq/kg以下の農地には反転耕を、10,000Bq/kg以上の農地には表土剥ぎ取り)に一致する。

除染コストの内訳は技術ごとに大きく異なった。表土剥ぎ取りでは、効率よく放射性セシウムを除去できる一方で大量の廃棄土が発生するという特徴通り、他の技術での除染用と客土用の合計よりも大幅に除染用のコストが小さく、廃棄土処理用のコストが最も大きかった。水による土壌攪拌・除去では、表土剥ぎ取りに比べ大幅に廃棄土を減らすことができるという特徴通り、廃棄土処理用のコストは表土剥ぎ取りの場合での20%前後であった。一方で、除染効率を上げるためには繰り返し複数回の実施が必要であり、初期値によらず10回以上実施したことで除染用のコストが増大した。しかし実際は、3回以上の実施から土壌のセシウム濃度はほとんど減少しない（農研機構，2012）。そのため、10回以上実施するという計算は非現実的であり、また4回目以降の除染用のコストが過大に評価されていると考えられる。反転耕では、廃棄土が生じないという特徴通り、廃棄土処理用コストが最も小さかった（除草に伴い発生した草木類の廃棄物処理用のコストのみを計上）。一方で、除染率が低い為、客土用のコストは最も大きかった。本開発技術である固定化・洗浄処理では、少水量で高い浄化率が得られるという特徴通り、水による土壌攪拌・除去に比べ除染用のコストは著しく小さかった。また、この除染用のコストの3分の1程度（130万円程度）が放射性核種の固定化処理コストであるため、洗浄コストは非常に小さいといえる。

初期値間の比較では、土壌中のセシウム濃度が大きくなることで、技術間の順位が入れ替わった。この要因は、追加除染の客土用のコストである。初期値10,000Bq/kgでは除染完了値に達するために90％の低減率が必要であるため、反転耕と固定化・洗浄処理の除染の場合は、除染に加えて大量の客土が必要であった（客土量：反転耕502.2m³/10a、固定化・洗浄処理255.4m³/10a）。一方で、表土剥ぎ取りでは剥ぎ取り厚さを増大させることで、低減率を大きくすることができるため、客土用のコストは不要であり、剥ぎ取った廃棄土処理用のコストが20％程度増大するだけだった。

図(1)-59 水田 10a 当たりの除染コスト(左図:初期値 5000Bq/kg、右図:初期値 10000Bq/kg)（除染技術は各々、A 表土剥ぎ取り、B 水による土壌攪拌・除去、C 反転耕、D 固定化・洗浄処理、E 除染なしを示す。）
## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

1）漏水水田に対する処理技術：名古屋大学附属農場の漏水水田（透水係数 $ 10^{-4}cm/s $ ）を対象として、土壌微生物の持つウレアーゼ活性を、ベントナイト（目の粗い孔を防ぐ）、塩化カルシウム、尿素（カルサイト形成）およびコーンスティープリカー（微生物基質）を加えることによって、微生物活性の低い冬期でも透水係数を低下させ、水田で理想的と考えられる透水係数 $ 10^{-5}cm/s \sim 10^{-6}cm/s $ を1ヶ月程度で達成できることを明らかにした。これによって、粘土粒子の移行による放射性セシウムの輸送を防ぐことが可能となった。

2）鉄酸化物の効果の評価：水田土壌に広く存在する鉄還元細菌を使って、強還元条件下で鉄酸化物を還元可溶化し、可溶化鉄(II)と土中の陰イオン、あるいは可溶化鉄（II）と酸化鉄の化学反応により不溶性のシデライトやマグネタイトを生成させ、土壌粘土のコーティングすることを試みた。コーティングは、シデライトが土壌粘土の中でもバーミキュライトで見られる一方、ベントナイトに対するコーティング効果は低かった。反応期間に長期を要することが示唆された。

3） 植物移行試験：土壌中の放射性セシウムは、バーミキュライト、ベントナイト、鉄酸化物を用いた処理によって抽出されない形態（イネ移行しない画分）となることが明らかとなった。この効果は、イネポット試験（1-2ヶ月）で確認された。しかし、野外試験（4ヶ月）での玄米への移行性に対しては、無処理土でも移行性が低かった（基準の100Bq/kg未満）ため、有意な効果が観られなかった。2年以上が過ぎ、水田土壌に降り注いだ放射性セシウムは既に強固に吸着して植物吸収率が低下したのかもしれない。なお、処理時に土壌を酸性化すると、イネ移行性がやや高まったことから、処理時のpHには注意が必要である。

4）サブテーマ 2 の成果と組み合わせて、5,000Bq/kg 程度の放射性セシウムで汚染された水田土壌であれば、農家がトラクターで行える安価な水田再生技術を開発した。その工程は以下の様である：(i) 漏水の大きな水田の場合は微生物によるカルサイト形成による漏水防止処理を下層土および畔畦に対して行う。(i i) 水田表層土 5cm をトラクターで剥ぎ取る。(iii)

灌溉水路から水田に引き込む水口で 50cm 以上厚さのある木質チップ槽によって放射性セシウム付着懸濁物をろ過して取る（99.9%以上の除去率）、(iv)チップ槽浄化水から高浸透性水（ナノバブル水を酸性化した物）を作成し、剥ぎ取り土壌の洗浄を行う（洗浄効率 30% の代掻き洗浄～洗浄効率 80% の洗浄-沈殿槽からなる洗浄装置）。(v)洗浄土壌の粘
土・鉄処理(バーミキュライト、ベントナイト、コロイド酸化鉄)による残留放射性セシウムの土粒子内への封じ込め反応実施（これは半年以上養生した方が良い）。

5）また、当初の目的に付随して、農地の除染を行っても空間線量は下がらないことから通い農家の形態をとって農業を再開することしかできないことが示唆された。また水中の懸濁物の放射性セシウム汚染レベルが高く、土壌を除染しても山林から流下する懸濁物によって再び汚染される可能性が明らかとなった。住民が戻るためには、空間線量の原因となっている山林を削って谷を埋めるような大規模土木工事を行う必要があることが示唆された。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

現在、緊急課題となっている福島県相馬郡飯舘村の水田の除染に対し、現地の住民を活かした除染の進め方に関して研究開発を進めるとともに意見交換を行い、放射性セシウム汚染農地の復興政策への選択肢を用意した。このサブテーマでは、特に以下の点の活用が見込まれる。

1）無処理土壌でもイネへの移行性が低いことから、水田汚染レベルが10,000Bq/kg程度までは無処理で水稲栽培しても玄米中の放射性セシウム濃度が基準（100Bq/Kg）を超えることは殆ど無い。即ち、作付け条件をゆるめても良いことが示唆される。ただし農地除染しても空間線量は低下しないので、農家自身の外部被曝を低下させるために通い農業の形態が良いと考えられる。また、収穫物の全量検査態勢を確立し、規定の線量未満のものだけを出荷することができる体制を整なければならないと考えられる。

2）汚染土壌を農地外に持っていくのではなくて、農地の土粒子自体に封じ込めることによって、廃棄土壌の排出量の減量化を行う事ができることが明らかとなった。汚染土の処理という2次的問題を小さく出来るので、税金投入量が少なくてすみ、地元農家の早い帰還に繋がることが期待される。

### 6. 国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

特に記載すべき事項はない。

## くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。
## （2） 口頭発表（学会等）

1) Akatsuka, T., Suzuki, D., Eryürük, K., Tsuchiya, T., Yang, S., Takasaki, M., Fukushima, M., Abe, T., Usui, T. and Katayama, A. Horizontal and vertical profiles of radiocaesium in a contaminated paddy soil due to Fukushima nuclear power plant accident, First International Symposium on Advanced Water Science and Technology (ISAWST-1), November 11-13, 2012, Noyori Conference Hall, Nagoya University, Nagoya, Japan (poster)

2) Yang, S., Eryürük, K., Akatsuka, T., Suzuki, D., Sawada, K. and Katayama, A. Comparative study on the methods to decrease Strontium bioavailability 第 12 回 ジア太平洋廃棄物専門家会議 (SWAPI)、於：中央大学2013年2月26-28日

3) Eryürük, K., Yang, S., Akatsuka, T., Suzuki, D., Tsuchiya, T. and Katayama, A. Reduction of hydraulic conductivities of glass beads using Sporosarcina pasteurii, Water and Environment Technology Conference 2013, Tokyo University of Agriculture and Technology, Koganei, Japan, (Hybrid)15-16 June 2013

4) Tsuchiya, T., Akatsuka, T., Yang, S., Eryürük, K., Suzuki, D., Takasaki, M., Sawada, K., Fukushima, M., Abe, T., Usui, T., Katayama, A. Suppression of bioavailability of radioactive cesium from soil to rice plants, International Symposium on EcoTopia Science 2013, December 13-15, Nagoya, Japan

5) Akatsuka, T., Yang, S., Tsuchiya, T., Eryürük, K., Suzuki, D., Sawada, K., Takasaki, M., Fukushima, M., Abe, T., Usui, T., Katayama, A. Decrease of the plant-available radiocaesium using the iron compounds and clay minerals of 2:1 layer type, International Symposium on EcoTopia Science 2013, December 13-15, Nagoya, Japan (poster)

6) Eryürük, K., Akatsuka, T., Suzuki, D., Tsuchiya, T., Yang, S. and Katayama, A. Determination of Physical Characteristics of Contaminated Soil of a Paddy Field in Fukushima Prefecture, International Symposium on EcoTopia Science 2013, December 13-15, Nagoya, Japan (poster)

## （3） 出願特許

1) 片山新太、赤塚徹志、Kagan Eryuruk、楊素銀、澤田佳代、土屋貴之、鈴木大典：特願 2013-199193（2013 年 9 月 26 日出願）「金属元素の封じ込め方法」出願者：名古屋大学

## （4） シンポジウム、セミナー等の開催（主催のもの）

1）名古屋大学オープンレクチャー「放射能汚染土のはなし」2013年3月20日、名古屋大学理学部坂田平田ホールおよび環境学研究科（片山新太、澤田佳代、鈴木大典）

（オープンレクチャー全体では250名、本分科会では30名が参加）

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他

特に記載すべき事項はない。
5ZB-1205-65

# （２）放射能汚染土壌の飛散防止と洗浄に関する生物処理実用システムの開発

石巻専修大学理工学部 崎みつる

<研究分担者>

石卷専修大学理工学部 福島美智子・阿部智顕

<研究協力者>

石卷専修大学理工学部 臼井利典

平成24～25年度累計予算額：25,413千円

（うち、平成25年度予算額：12,626千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

土壌－水比を1～3程度で放射性セシウム汚染水田土壌を効率よく洗浄できる方法を確立した。本技術の特色は、水田土壌セシウム洗浄・脱着に、高浸透性水(弱酸性ナノバブル水)を用いて洗浄水量を少なく洗浄できることを可能にした点にある。代掻き除染では30%程度、洗浄－沈殿槽を用いれば80%程度の除染効果が得られた。この高い効果は、放射性セシウムが吸着した微細粒子ごと洗浄水として捨てる分級を組合せたことによって達成された。また、現地の灌溉水を、現地木材チップ（50cm厚）でろ過すれば、現地用水路中に含まれる放射性セシウム汚染懸濁物を除去することができ、それによって土壌洗浄用の高浸透性水を作成することが出来る事が確認できた。また、土壌洗浄水も沈殿槽と木質チップろ過槽を通すことで、除染水田から用水路に戻すことなく処理出来ることもわかった。本技術は、除染後の水田土壌を水田へと還元するが、除去できなかった残留放射性セシウムが作物へ移行することを抑止する微生物鉱物化手法と組み合わせたこと、などが特徴となっている。木質系チップ濾床の効果は、セシウムの流域内再汚染を効果的に抑止するだけでなく、里山と山林の生態系保全と、環境保全を考え、除伐・間伐を除染工程に組み入れている点にも特徴がある。

微細濁質粒子として、空気洗浄と逆流洗浄を合わせた浮上分離での微細濁質分別を行った後の処理で鉄系凝集剤を用いた沈降分離効果は既往の実績に頼った。土木工事では沈降性の悪い土壌由来高濁度水処理に鉄系凝集剤を用いた沈殿槽での重力沈降がよく使われてきた。その効果を取り込むことで、高濃度セシウムの洗浄・脱着効率は著しく上がった。

一方、分級洗浄に伴う越流水や土壌上澄み排水中のCs含有微細濁質処理には課題が残った。現在行き先の定まらない除染後仮置き土も大幅減容は可能だが、どこまでCs汚染土壌減容が出来るか、これは今後の課題として取り組む必要がある。

[キーワード]

放射性セシウム、高浸透性水、土壌洗浄、木質チップろ過、微細懸濁粒子
### 1. はじめに

福島原子力発電所から飛散したセシウムやストロンチウム等の放射性核種によって広範囲に放射能汚染土壌が生じ、この対策が急務となっている。これまで重金属汚染農耕地(例：カドミウム汚染水田)では排土客土による対策がとられてきたが、土壌の確保が難しいことから、客土を伴わない方法による農耕地再生方法の確立が求められている。同時に、放射性核種で汚染された排土の大量発生も大きな問題となっており、排土量の少ない対策が望まれている。さらに、現地では完全な土壌除染は難しく、残留する放射性核種の2次的拡散の防止も望まれている。社会経済的には、大手ゼネコンによる大がかりな除染を実施しても、除染はしたが肥沃度の低下した土地が農家に返されるに過ぎず、農地再生を実施する農家に別の経済的援助が必要となるという課題が残る。そのため、農家自身で農地除染を行うことによって、除染費用が農家に渡る仕組みも必要となっている。

そこで、本研究では、農家がトラクターと簡易な装置程度を用いれば実施出来る除染および水稻（イネ）移行抑制技術の開発を行うこととした。これまで放射性核種の汚染水田におけるイネ移行試験は、1960年～1970年代の核実験フォールアウトの影響評価の研究で実施され（渋谷政夫編「土壌汚染の機構と解析」産業図書、東京、1979）、ストロンチウムは作物吸収され易いこと、セシウムは通常は土壌(特に粘土画分)に固定化されるが水田条件では、アンモニウム態窒素がセシウムと置換し、セシウムが遊離してイネに吸収されることが明らかにされている。そこで、植物移行性の高い放射性核種を粘土画分とともに洗浄除去し、洗浄後に残留する放射性核種を微生物鉱物化反応によって固化(固定化)して、放射性核種のイネへの移行を防ぐ技術を開発することを目的とした。本申請研究で用いる洗浄・固化反応は、これまでに部分的には開発されているが、それらをシステムとして実費用地に応用した例は無い。従って、現地で適用する上で必要な仕様（洗浄効率、水田肥沃度への影響、イネへの低移行係数）を達成するための条件を明らかにすることを目的とした。

このサブテーマ「放射能汚染土壌の飛散防止と洗浄に関する生物処理実用システムの開発」では、土壌中にある放射性核種を効率よく除染する洗浄方法の開発を行った。また、同時に、そこで用いる洗浄水の確保の手段の確立を行った。

## 2 ．研究開発目的

本研究では、汚染土の飛散防止、洗浄、固化（放射性核種の固定化）処理を行う生物システムの実用化開発を行って、現地土壌を農耕地として再生することを目的としている。本生物処理システムは(a)原位置処理が可能で、(b)従来の農作業に沿った工程によって実施可能であることの2点を満たすように開発し、農家が自身で浄化を可能とするものである。

このサブテーマでは、高湜透性水を利用した高効率の現地土壌洗浄法を開発するとともに、洗浄液を浄化するための木材チップや粘菌等の微生物を用いた洗浄システムを開発し、散逸を防止する方法を確立することを目的とする。

### 3. 研究開発方法

## （１）土壌抽出洗浄工法の設計と最適化に関する実証実験－室内試験

## 1 ）実験目的
図(2)-1 実験対象 飯館村佐須水田（未耕作地）

実験は福島県飯舘村北部の佐須地区で行った。当地は原発事故後の避難地区に指定されている農地は何代もの所有者の努力の歴史の中で作られた貴重な『土壌』であって、その重要性を尊重することを基本としたものである。このような除染方針の設定で、実験の先に見いだす除染の工法とその最適化技術では、極力『耕作土を圃場に戻す』となった。この方針は、放射線汚染土壌の除染作業／洗浄＆脱離を終えた後の処理後の土に対しても同じ考え方で処理出来る可能性を持つもとである。土壌は、それ自体農家にとって非常に大切なものである。今回の被災と事故では津波被災のエリアも含め、広範囲に『土』不足が懸念されている。

環境省はH24年1月に「除染に伴う除去土壤等の量と減容化に関する質問主意書」を提出し、その中で、除染対象となる場所を「追加被曝線量年間5ミリシーベルト以上」とした場合福島県内の汚染土壤量は9000万立方メートル、除染対象となる場所を「追加被曝線量年間1ミリシーベルト以上」とした場合汚染土壤は4億立方メートルと概算できる、と記述されていることを根拠としている。これは表層5cmを対象として算出している。

このような背景と経緯を踏まえ、実証実験では、

○ 除染作業に必要な投入エネルギーを極力減らす

☐ 除染作業を凍結期以外も行え、除染処理速度（土量）の大きなスケールアップ可能なシステム構築

を目的とした。

## 2 ）試料と方法

### a. 土壤試料の準備

実験対象の水田は原発事故後から1年以上耕作放棄されていた。周辺を里山に囲まれた場所で、実験開始時の空中線量は2μシーベルト(S)/hから3μS/hの範囲だった。土壌の放射線量は地表面から3cmの深さまでの表層で28700Bqkg⁻¹(¹³⁷Csのみの測定)、10cm以深では10Bqkg⁻¹オーダまで放射線量の下がる分布を示していた。試料土壌は、雑草を刈り取った後の水田から人力で表層2-3cm程度を丁寧に採取した試料（土壌試料1）、と、トラクター剥ぎ取りの表層土のものを用いた（土壌試料2）の二つとなる。採取した土壌は、300g程度の場合、初期値のバラツキが大きく、実験効果の比較が困難であった。その為、攪拌用ミキサーで十分な攪拌（約1時間）を行い、試料として用いた。
図2-2 土壤試料採取水田

図(2)-3 土壤表層の剥ぎ取り（深さ最大 $ 5 \, cm - 2 \, cm $ の例）

### b. 高浸透水性の作製

実験に使った高浸透性水は、実験対象の水田に隣接した農道横を流れる真野川の水をポンプで汲み上げ、図(2)-4に示すヘッドタンクに移し河川中を流れてくる微細濁質の影響を重力沈降で取り除き（1昼夜重力沈殿）、その後、図(2)-5に示す高機能水製造装置によって作成した。

図(2)-4 ヘッドタンク

図2-5 高機能水製造装置

pHは7.0-7.8で水温(10月)は10℃であった。真野川の水を用いて作製した高浸透性水だけによる水素イオン濃度変動の影響を検討した。また、高浸透性水をベースに、クエン酸、家庭用洗剤オレンジオイル等を添加した洗浄水を作製して、洗勧果を調べた。

### c. 高浸透性水による洗浄試験－室内試験

実験土壌として、飯舘村雑木林の表層を採取し、小枝と落葉を篩い分けた後実験に供した。前処理として、あらかじめ105℃で12時間乾熱滅菌を行い、土壌中の生きた微生物の影響を排除。それから、エックス線用フィルムを感光させた。処理後のエックス線用感光フィルム感光レベルは $$ 22210 $$ を示し、これを初期値とした。

一方、汚染土壌10gをシャーレに採り、比較系以外の3系は高機能水で水分供給を行う。これは、土壌に加える粘菌が乾燥に弱い為、細胞性粘菌活性低下を防ぐ為である。実験系は4系で、各系は7日間静置を行った。系1；高浸透性水で水分供給し土壌、系2；死滅させた細胞性粘菌セルを加えた土壌（粘菌細胞外壁に付着する多糖類などがセシウムを吸着する可能性を見る）、系3；生きた細胞性粘菌セルを加える、系4；比較系水道水洗浄。操作は、図1に実験全体のフローズを示す静置7日後の各系土壌を、遠沈管に取り高浸透水を加え軽く浸透させ、その後3000rpm30分の遠
心分離後に上澄みと土壌部を取り出した。

上澄みを濾過し細胞性粘菌をろ紙上に補足し、ろ紙と洗浄後の土壌を105℃で2時間乾燥後、土壌試料を各々5g取り出した。エックス線用感光フィルムは湿気が誤差になるため、ろ液は吸着シートに1日漬け105℃、2時間乾燥した。乾燥後、暗室にて6日間フィルムを感光させ、画像処理し、画像処理ソフトで各実験系の感光レベルを測定した。

図(2)-6 実験のフロー図

### d. 細胞性粘菌の効果

粘着性の強い水田土壌は、含水率によって『密な粘土状の粘土状団子塊』を造る。これは原発事故以降耕作されていない半乾燥状態の水田表層土の特徴でもある。すでに良く知られているように、土壌へのセシウム吸着・付着は土壌表層近傍の微細粒子に特徴的に多く確認されてきた。剥ぎ取り作業や攪拌、分別作業中、粘土状の粘土状団子塊が出来ると微細粒子を粘土状団子塊から分離、分散させることは容易でない。除染効率を上げるには、洗浄水と接する土壌の比表面積を上げたいが、粘土状団子塊はそれを阻害する。ここでは、細胞性粘菌のもつ特異な粘土状団子塊の分散効果に着目し、工学的応用が可能か実証実験前に検証することとした。予備実験は、飯館村佐須地区の実験土壤を試料に、実験系1；土壤に河川水を掛けた系、実験系2；土壤にペプトン主体の培地だけを掛けた系実験系3；実験系2に細胞性粘菌を散布した系で土壤状態の変化と土壤の柔らかさなどの手応えを（感覚的に）比較した。

次に、土壤分散効果を数値で表し評価を行った。本学（学校法人専修大学、石巻専修大学）では大学定める規定により、学内への放射性汚染土壤等の持ち込みは禁じられている。そこで実験に用いる土壤を放射線汚染土壤では無く、普通の土壤とした。ここでの実験目的は、細胞性粘菌などによる土壤の分散効果確認である。粘土状団子塊形成要因は、土壤の微細粒子と含有水分であって、目的へのアプローチ方法に放射線の有無は無関係であり、現地土壤で実験を行わなかったことが土壤分散への細胞性粘菌などへの関与を探る上で、矛盾したものにはならない。実験系は3系で、系1は蒸留水を用い、土壤へ水分を供給、系2は細胞性粘菌効果の比較系で、粘菌培養液のみを土壤に供給し、土壤中で発生する微生物の影響を受ける系とした。系3は、細胞性粘菌を培養液とともに土壤に散布した系とした。10ml程度の土を9サンプル採取し、これにそれぞれ3つずつ、

実験系1；約10mlの蒸留水、

実験系2；細胞性粘菌用の培地であるHL5（組成は別記）、

実験系3；HL5中に約 $ 1\times10^{7} $ cells/mlで細胞性粘菌が懸濁された細胞懸濁液を加えたものを用意した。各実験系はそれぞれ直径9 cmのシャーレに入れ、遮光して（暗条件）、20℃で2週間の培養を行った。培養後、試料を50mlの遠心管に移し、蒸留水を約10ml加えて激しく振盪した後、6時間遠心管を垂直に立てて静置した。沈殿の様子を撮影し、土壌の分散化は沈降土壌表層部（微細粒子部）と沈降土壌下層部（微細粒子以外）とに分離した総厚を測定し比較した。なお、培地組成は以下の通りとした。
培地組成（HL5の組成）

HL5 (Axenic Medium) (1 liter) Stock Center Recipe

5 g proteose peptone, 5 g thiotone E peptone, 10 g glucose, 5 g yeast extract, 0.35 g $ Na_{2}HPO_{4}\cdot7H_{2}O $ , 0.35 g $ KH_{2}PO_{4} $ , 0.05 g dihydrostreptomycin-sulfate

## （2） 現地土壤除染実証実験－設計と最適化

## 1 ）現地除染実証実験の全体アウトライン

飯舘村佐須地区での除染実証実験に先立ち、現実に実行することを前提に具体的な除染イメージを想定した。この基本イメージは、セシウム洗浄・脱離を高浸透性水ベースに進めるといった本業務内容の特長を最大限に生かす上で大切になってくる。

高浸透水性の役割を整理すると以下のようになる

○ 土壤微細粒子の深さ方向粒径分布の速やかな分散促進 土壤の攪拌しやすさを支える

☐ 微細粒子相互間への洗浄水の侵入、浸透促進効果

○ 洗净に用いる助剤や洗浄液の溶かしやすさと、洗浄溶液利用の際の土粒子表面のセシウムと

の接触効率の促進効果

放射性セシウム分布は、土粒子サイズの小さな画分にセシウム吸着しやすい。佐須地区での現地実測データでも、後述するように放射性セシウムは、土壌のごく薄い表層部に集中的に吸着し、放射性セシウムを多く吸着する微細濁質は少ないことがわかった。除染後の粒径の大きな土壌は農地へ還元できる可能性が示されている。

除染作業で作業する側からの目線で無く、被災地住民の目線から見ると、水田も畑も「耕作土壌は大切な宝物」である。この被災地住民、特に農地除染で対象となる農家の目線では、「耕作土壌をなるべく失いたく無い」といった気持ちは本音でもある。以上の観点から、本業務で行っていく除染実証実験の目的は以下のように設定した。

○ 除染後に土壌表層近傍の大切な肥沃土を再度安全に水田に戻せること

この目的を可能にする除染システム構築の基本は、以下のようになる。

○ 高濃度放射性物質（セシウム）吸着微細土壌粒子の選択的除去と液相への効率的な移動

## 2 ）Cs 付着土壌の分級操作時の浮遊懸濁物(SS)浮遊助剤と潤滑(滑り)効果の影響に関して

### a. 概要と目的

高浸透性水によって土壌付着Csを分級することで除染を進めようとする手法は、昨年度報告書でその概要と結果を記した。本年度は、昨年度実績に基づいた分級に関与する影響要因として、発泡性のある液相中での微細濁質浮遊分離効果の検証と、液相と混合した土壌粒子の滑り易さを助け、土壌粒子に付着した微細な土粒子を剥がし易くする潤滑(滑り)効果への展望をはじめに検討した。

これは、大気中から来たCsの土壌付着の順序は、最初にサイズの大きな団粒構造を持つ土壌粒子表面にいきなり付着することは考えづらいと思えたからである。サイズの大きな団粒構造を持つ土壌粒子表面には、微細な径の土壌や、フミン質等の微細粒子が付着していると考えられる。吸着し易さ順番を考えると、比表面積や構造的にCs吸着の要因が揃っていて、サイズの大きな土粒子よりCs吸着により有利な微細濁質がCsを受け取ると思える。この過程は実際現地土壌の観測に基づく粒径別環境調査の結果からも支持されている。
このような状況で、高浸透性水での攪拌洗浄操作で、何故Csの減少が起こったか考えると、以下の様な仮定が生まれる。

i. 本質的な除染ではなく、土壌中で Cs 含有微細濁質の分離（分級）効果で見掛け上放射能が減少した

ii. 高浸透性水は、粒子間に浸透し易い為、サイズの大きな土粒子表面に付着した微細な粒子との間に水が浸透し、電気的・物理的に相互粒子間の結びつきが弱くなり、より低い粘性

係数でも動き易い微細粒子が流され、洗浄水中へと分離された

等である。

このような仮定の延長に立つと、サイズの異なる土粒子間の剥離を促進する効果には、潤滑作用のある成分が有効で、これは殊にケイ素やカルシウムなどのへの洗浄効果のある成分が有効であろうと考えられる。この条件で、安価な材料にはクエン酸（ $ C_{6}H_{8}O_{7} $ ）が適合する。洗浄の過程で重要な粒子表面に働く渦動粘性や、粒子本体を動かす粘性係数も重要になる。これには小さな泡と上向流を伴う泡の両方が有効と思える。微細気泡効果の検証は出来なかったので、ここでは炭酸ガスによる発砲によって、微細濁質の浮遊を助ける手法を試した。微細濁質に多く付着している（と思える）Csを剥離させ、分級するシステムの基礎概念の検証は、洗浄工程で土壌微細粒子を反応槽からの越流によって1次工程は終了する。

### b. 実験方法

分級操作時の浮遊懸濁物（SS）浮遊助剤と、潤滑（滑り）効果の影響を検討する実験系として、

以下のような系を用意した。

1 系：高機能水に SS 浮遊助剤の炭酸と、潤滑剤としてクエン酸を加えた系

2系：高機能水に炭酸を加えた系

3系：高機能水に潤滑剤としてクエン酸を加えた系

4系：高機能水のみ

実験時の固-液比は1：1とし、水の相対量は少ない。佐須試験水田の表層土を各実験系に予め2Lずつ入れ、その後実験条件の洗浄水を2Lずつバケツに入れて後洗浄攪拌を行った。洗浄攪拌は柄付き風呂攪拌棒で行った。1回の洗浄（攪拌）時間は1糸当たりおよそ5分で、1糸から4糸全ての洗浄（攪拌）終了後、およそ10分静置時間後の高濁度懸濁水（上澄み）を、横から試料の層状態を見ることの出来る別容器に受け、その沈殿物（約数時間から12時間後の沈殿）を試料として採取しCs分析に供した。

試料は、沈殿物表面（極薄い1 mm 以上、2～3mm 未満の粘土状細粒土壌）とその下の層の2層に分けてサンプリングを行った。試料採取にはスパーテルを用いた。薄層採取は沈殿層の成層状況を観察しながら注意深く行い、採取後試料はU9カップに保存した。表面試料の採取に引き続き、表面すぐ直下の沈殿物層の採取物もU9カップに保存した。

それぞれの実験系では、洗浄攪拌操作後の高濁水懸濁状況は異なっていた。大きく分けると、沈降性が悪く微細濁質の多い群が、高機能水に潤滑助剤としてクエン酸を加えた系だった。沈降性の良い群は、クエン酸を加えていなかった実験系となった。

## 3 ）分級操作（攪拌洗浄）固-液比の検討

### a. 概要
水田等のCs含有土壤の除染洗浄システムを構築するには、幾つかの角度からシステムの整合性を判断する必要がある。その中の一つに、線条体焦土と洗浄液の割合、固-液比がある。研究においては、固-液比の比較は質量で行われているが、実際の作業では土壌の含水率は天気状況や季節などで容易に変化し、しかも全体的に同じような土壌として扱うことの出来ない、泥団子の形成も深刻な課題になる。

ここでは、上記課題を反映し、分級操作（攪拌洗浄）工程で分かり易い目安となる、容積で表現した「固-液比」で扱った。しかし容積で表現した「固-液比」は、液相側が大きく変化しないのに比べ、固相側の質量／容積の変化が大きい。この実験では、剥ぎ取り除染対象となる0 cmから5 cmの水田表土を剥ぎ取り、風乾で扱い易い状況の土壤を対象に実験を進めている。実験使用土壤の含水比は（室内乾燥土壤と試料土壤の比較で）、およそ28％から32％であった。試料の含水比は、試料採取深さで異なっていた。

### b. 実験方法

「固-液比」の変化と攪拌洗浄後土壌中のCs変化の比較実験は、『2-2。Cs付着土壌の分級操作時のSS浮遊助剤と、潤滑（滑り）効果の影響に関して』の結果を参考に進めた。先の実験では、2013年度までの実験で可能性が示された「固-液比」1：1での分級操作（攪拌洗浄）を行って来た。ここでは、「固-液比」を「1：1.5」、「1：2」、「1：3」、「1：4」に調整した。「固-液比」の分級操作＝攪拌洗浄効率への影響評価は、1回洗浄後の土壌中残留Csを対象にCs除去率と、2回洗浄後のCs除染率で比較した。実験開始時の室内乾燥条件下での乾燥土壌放射能はCs(134+137)27500Bq/kg同様に湿潤状態で測定した試料土壌放射能は、Cs(134+137)19700Bq/kgとなっていた。「固-液比」の影響評価実験は、全2回の分級操作（攪拌洗浄操作）から検討している。

1回目分級操作＝攪拌洗浄は、高浸透性水のみで行った。

2回目分級操作は、4つの実験系列上位2系列を対象に行った。2回目の分級操作＝攪拌洗浄には、土粒子相互の潤滑剤としてクエン酸を用いた。

## 4 ）分級操作による Cs 除染洗浄工法の全体システムに関して

### a. 目的

水田土壌付着Csを選択的に取り除dき、他の系に移すことは、土壌に付着／吸着したCsを脱着によって分離取り出しする手法でも、様々な分級操作でも共通している。ここでは、土壌付着Csの形態を考え、洗浄槽中で行う固-液分離と土壌粒径によるCs吸着特性を考えた分級操作によるCs除染洗浄工法を行うこととした。

全体システムは、サイズの大きな土壌表面に付着した微細土壌粒子と一緒にCsは動くと想定している。これは、水田のように、ケイ酸やカルシウム等さらにフミン質の多い土壌成分に強固にくっついたCsは容易に剥がそう（脱離させよう）とすると、多大なエネルギーが必要になりそうだ、といった想定に基づく。

ここで紹介する分級操作は、投入エネルギーが低く、結果的に適切なCs除去能を示す手法となる。この手法（工法）でのCs除去は、仮置きしてある表層剥ぎ取り汚染土の洗浄にも有効で、除染後の土は、そのまま水田へと還元できることを前提にシステムを構築した。

### b. システム構成

主なるシステムは全4段階である。
i. 除染洗净水（分级洗净水）に使う高浸透性水

ii. Cs 汚染土壌の洗浄=分級の主工程である洗浄槽

iii. 洗浄槽から越流した高濃度 Cs 含有高濁水の凝集・沈殿システム

iv. iii から漏れた Cs 含有濁水を抑留するチップ濾過層

また、

v. iからivを結ぶパイプライン、ポンプ類、電源関係などメインシステムを支えるシステム構成要素も大切になる

### c. 高浸透性水製造装置とシステム構成

### i. 高浸透性水製造システム

現在は製造能力約420L/分（約25 $ ^{ト} $ /時間）が主流となっている。約25 $ ^{ト} $ の水を創る為のエネルギーは、概略7Kw以下となる。（受水槽への送水ポンプ動力を除く）高浸透性水製造に用いる原水には、河川水、地下水、湖沼／ダム湖水など、プランクトンレベルを超える大きさを超えないない夾雑物であれば通水出来る。また、空気や二酸化炭素などのガス供給により、容易に微細気泡の混ざった水を供給可能。

### ii. 洗净槽

洗浄槽では、固-液比 1:1（容積比）で土壌と高浸透性水を攪拌する。水田剥ぎ取り土は、含水比によっては容易に泥団子になる。泥団子を分散させる際に有効な高压噴射システムの併用も現実的には大切になる。高压噴流ポンプは、1 MPsから5 MPsの範囲が有効。洗浄槽中の水は上向流速2～3 cm/分で流れ、微細濁質は洗浄槽上部より越流する。洗浄槽より越流して系外排除されたCsを除染Csとしている。高压噴流ポンプの吸水には、後述のチップ濾過層濾過水が利用出来る。

### iii. 凝集・沈殿槽

洗浄水槽から越流したCs含有高濁度水は、そのまま水系に流すことは出来ない。濁質およびSS除去の第一段階では、無機の高濁度水凝集効果に優れる鉄系凝集剤の利用と、沈殿によって行う。この部分は、多くの環境プラントや土木工事実績がある。その為、本研究で新たな実験は行っていない。本工程で、洗浄水槽を越流したCs含有高濁度水のおおよそ99％以上の沈殿除去が期待出来る。なお、沈殿堆積物中のCs含有粘土は、廃棄物として処分するか、他の処理によって安定させる必要がある。

### iv. チップ濾過層

鉄系凝集剤によって沈殿槽中に抑留されたCs含有高濁度水は、そのほとんどは沈殿成分として重力圧密後系外排除される。残りの極僅かな一部は再浮上などにより凝集・沈殿槽から漏洩していくのが常である。そこで、濁質およびSS除去の仕上げ（セーフティーネット）として、土壌微細濁質への濾過効率に優れた木質チップ濾過層を用いる。チップには周辺山林の木片を用いた。

## 5 ）分級操作による Cs 除染洗浄工法

### a. 概要：分級操作フローチャート作成による課題抽出

実用規模を想定した高浸透性水利用分級洗浄方式でのCs除染作業工程フローを、本実験ミニプラントを例に図3-1に記す。分級洗浄工程に入る前の原水取水からチップ濾過、高浸透性水作成までの流れは、後ほど図で説明する。分級洗浄処理の工程では、最初に予め洗浄対象とする土壌のセシウム（134+137）Bq/kgを測定し、処理前土壌中Cs放射線量として扱った。処理進行に伴う
Cs収支では土量（質量）を考慮している。

高浸透性水を利用した今回実用規模想定の分級洗浄対象土壌は湿润重量15kgとした。分級洗浄に用いる反応槽の大きさは、「固-液比」は容積比「1：1」でよいので、今回実験（含水率より）の場合、容積20Lで足りることになる。

今回の実験では、洗浄土量に合わせたこまめな反応槽等の準備は出来なかった。300L桶と30L桶の中から分級洗浄の規模に合う桶の選択を行った。30L分級洗浄工程は、最終的に分級洗浄によるCs高含有土壌の除染システムの最適化の検討終了後のフロー工程となっている。ここに示した30L分級洗浄工程は本フローに従う分級洗浄は全ての実験を経て検討した最適手法とした。分級除染に用いる「原水」は、実験仮実験施設のある飯舘村佐須地区を流れる真野川源流の水をポンプアップして用いた。

## （３）木質系沖床による濁質抑留効果

## 1 ）背景と目的

高浸透性水をベースとしたセシウム洗浄・脱着技術は、大きくふたつに分けられる。セシウムを土壌から洗浄脱離する前段処理と、洗浄後のセシウム回収を行う後段処理である。本章では、後段処理に関する微細濁質除去とセシウム除去の関係を明らかにする。

水田土壌には畑に比べより多くの微細濁質が表層土近傍に含まれていることは良く知られている。結果のセクションで示す様に、本原発事故で飯舘村に降り注いだ放射性セシウム等は、土壌のごく表層の薄い箇所に集中的に集積している。除染技術の考え方として、多くのセシウムを含む土壌微細粒子内に吸着したセシウムを脱離させる方向で除染を進めるといった考えは基本となるだろう。しかし、この方法で除染を進める場合、土壌粒子から脱着・脱離したセシウムが再び他の土壌粒子に吸着される再吸着現象が起こることを否定出来ない。この場合見かけ状の除染効果は、エンルギ-投入に対し低くなっていく。この手法では、土壌吸着セシウムに対して究極的な極限状態（環境）で脱着・脱離を進めない限り、脱着・脱離セシウムは吸着場所を移していくだけの「堂々巡り」を繰り返す可能性が考えられる。

これに対し、微細濁質へ吸着または付着したままのセシウムを洗浄することで除染を進める考え方もある。これは、仮にセシウムが土壌に吸着しても、吸着セシウムを脱離させる考え方と逆で、比表面が圧倒的に大きい微細粒子表面に吸着するセシウムを、微細粒子ごと取り除く考え方である。その時の除染効率は、微細粒子除去とセシウム除去とは基本的に一体と見なせるので、微細濁質を選択的に分離できる割合がセシウム除染効率に大きく影響することになる。この手法では、洗浄・脱離したセシウムが周辺微細濁質に再吸着しても、微細濁質全体で除去されるため、除染に余分なエネルギー投入は必要なくなる。

土壌微細粒子は、原発事故で発生する以前から農業用水や、河川、ダム湖等で長期間沈まずに浮遊する性質をもつ濁り成分といった見方がされている。しかし、これまで、濁質長期化の解決方法として採用されている除去技術は無かった。これに対し、高崎らは火山地帯を集水域に持つ鳴子ダムの濁質長期化解決に向けた現実的対処手法の開発を行ってきた。原発事故でセシウム吸着割合の大きな微細濁質を微細濁質粒子として取り除いた場合、洗浄懸濁液の固－液分離操作を行うことが必然となる。そこで、放射性セシウム含有微細濁質粒子の除去を目的として、水域の濁質長期化
解決手法技術を応用した。

(チップ濾床厚 20～25cm 40～50cm)

左写真 1 $ ^{↑} $ , 水槽(チップ濾床約40cm)

図(2)-7 桶型濾過槽と水路型濾過槽

実験には、1 トッ水槽を改良した濾床と、長さ4m×幅0.9m×深さ0.5mの水路型濾床を用いた(図(2)-7)。水路型濾過槽は、2系があり、濾床平均厚さ25cmと、50cmを用意した。1 トッ水槽の濾床厚は平均40cmとした。本実験の最も大きな特徴は、沈木をチップ化して濾材に用いている点である。沈木チップは、水中静置すること2週間程で沈降し、濾床として用いることが可能となる。

## 2 ）水田灌漑用の木質チップ濾過による実証試験

### a. チップ濾過の役割

チップ濾過は、濁水長期化解決を目的に開発された濾過システムになる。濁水長期化とは、宮城県鳴子ダム流域の大雨に伴い発生する出水時のダム流入水の濁りが原因となる現象で、1ヶ月から3ヶ月続く濁りの長期化問題となっていた。鳴子ダムに長期間浮遊している微細濁質（鳴子ダムでは主に微細なシラス）を効率良く、安定して抑留出来るシステムとして、すでに国土交通省東北地方建設局鳴子ダムでは実験済みで、実用化を視野に入れた濾床も考えられて来た。阿武隈山地流域水田土壌除染時の表層剥ぎ取り土壌を洗浄もしくは分級洗浄するようなケースを考えると、土壌由来濁質に吸着しているCsを流域に出さない努力は大切になる。

ここまでの取り組みの中で、実証実験規模の分級洗浄で発生する微細濁質は除染対象の20％以上になる可能性が示されている。除染対象土量が大きいので、その全量を濾過対象とすることは、濾過システムの特性や使用目的と離れてしまう。濁度2000度以上のかなり高濃度な懸濁SS濾過を濾過単独で直接受け入れるシステムには様々な無理が在る。本来は、沈殿分離槽単独か、沈降分離性を上げる傾斜板沈殿池など、もしくは、鉄系凝集剤と沈殿池の利用などと併せ、重力沈降等で除去しきれない濁質を濾過する手法が望ましいと考えるのが一般的だ。

実証試験の中では短期間であったが、沈殿静置後の濾過水を直接受け入れた現場実験を行った。

### b. チップ濾過システム概要

手作り濾過層の概要は、濾過層厚約50cm、下降流濾過で、濾過層目詰まり時には逆洗可能な配管を考え設置した。濾材に用いたチップは実験水田周辺の広葉樹からチッパーを用いて作ったものを濾過層上部50cmに、濾床下部は濾過用のチップを支える支持層兼濾過用チップとしての杉材から得たサイズの大きなチップ層の2層構造になっている。

チップ濾材は水に一週間から二週間ほど（チップ片の乾燥状況で変化）浸漬させることで水中に沈むようになり、濾材としての機能発現に至る。濾層の水理学的滞留時間（HRT）は約6分から7
分程度にバルブで調整している。

図(2)- 8 手作り濾過槽 深さ90cm 濾過槽下部には濾過槽周囲の杉材で作った大形チップを上部の小サイズチップ濾材支持層として厚さ約10cmにセット。

図(2)-9 濾過槽下部構造は、集水管のみ。杉材大形チップは集水管の周辺と上部を覆う様に敷設。集水管は、濾材の逆洗時には洗浄水突出管として働く。

図(2)-10 濾過の主役となる広葉樹から現地作成したチップ濾材。写真は水に2週間以上浸漬した後のチップで水に沈降する状態になっている。本濾過実験の濾材はこのサイズのチップを用いた。従来チップ実験で用いて来たものより小さく、形状も異なっている。

### c. 疑似現場チップ濾過槽による小サイズチップの濁質抑留実験

図(2)-11に示す実験装置は、分級洗浄時に越流水や排水として出てくる微細土壌粒子の抑留特性を評価する為に用いた透明アクリル濾過塔一式である。濾過塔内径は10cm、長さ150cmで、濾層厚は1系45cm、2系60cmとしている。定圧濾過で、濾過速度は1系が63m/日から74m/日、2系では68m/日から83m/日の範囲だった。この濾過速度は、緩速砂濾過（4～6m/日）、急速砂濾過（120m～240m/日）と比べ既往の緩速砂濾過と急速砂濾過の中間となるものだった。濾過速度は濁質抑留進行で変化する。濾過速度調整は濾過塔流出口の流量調整で行った。

この装置による濾過実験に用いた濁質は、予め用意しておいた洗浄前土壌で、これを高圧噴流で分散させ上澄みを原水に用いた。濾過槽内充填チップ（図(2)-10）は、これまで鳴子ダム実験などで使ってきたサイズより小さい。

原水は実験装置下部の桶に入れ連続通水実験を行い、濾過塔内濁質抑留の進行に伴い、原水タン
クには少しずつ高濁度原水を加え、濾過塔流入濁度の低下を防ぎながら実験を継続できるよう心がけた。本実験での評価対象は、従来と異なるチップサイズ、チップ形状の木片を濾材に用いた時の濾過特性となる。チップ形状の差異が濾過特性に影響するか否かを既往の実験と比較した。分級洗浄時に発生する微細濁質付着Cs除去がサイズの小さなチップ濾過層を通過する際、濁質抑留特性と共にどのように鉛直方向で変化するかを検討した。

図(2)-11 チップ濾層深さ方向の濁質抑留特性を見る為に用意した直径10 cm、長さ2 mの透明濾過塔による疑似実験装置

## （４）土壤抽出洗浄工法の設計と最適化

除染では全体の除染効率を高め、高濃度に濃縮したセシウムの最終処分量を減ずることは必須の課題となる。それ以外にも除染システムの最適化を考案する上で、重きを置く点は、最終的な排水中に含まれるセシウムの行き先への配慮が有る。また、阿武隈山地の生態系を豊かにし、環境面から山の恵みを生かしていく努力も大切に思える。これらを考慮に入れた除染システムを考察した。

阿武隈山中の広範囲に降った放射能の除染作業は、表土5 cmの剥ぎ取りを主体とした方式である。本報告は、水田土壌の除染は勿論、除染作業後に各地に仮置きされている放射能汚染土壌の減容化も見据え、除染作業で発生した廃棄土壌の洗浄による農地還元=再利用を目指した実践的な土壌洗浄手法に関したものである。

本年度研究を進めるにあたり、除染システム構築の前提には、以下の点を阿武隈山中の放射能汚染地域の特色として捉え、それを反映した除染システム構築を行っている。

a. 大量の土量を相手にセシウム除染が必要だが、処理作業は基本的に輸送手段を必要としない、除染対象水田近傍や、剥ぎ取り土壌の仮置き場などで行うオンサイト処理とする。

b. オンサイト処理の課題として、以下の基本姿勢に従う

i. 除染に利用出来る水資源は可能な限り少ない量で行う。水の再利用可能な除染システムを構築する

ii. 除染作業時の必要エネルギーは、可能な限り削減する。多大なエネルギーを必要とするシステムは避ける。

iii. 可搬式または、移動の容易なシステムである

## 5 ．結果及び考察

## （１）土壌抽出洗浄工法の設計と最適化に関する実証実験—室内試験
## 1 ）高浸透性水の特性

表(2)-1 高機能水洗凍効果と微生物の働き

土壤	洗净効果	生きた粘菌	死滅粘菌
水道水	高機能水洗浄	微生物効果	微生物効果
9390	972	700	1161

高機能水の洗浄と、微生物の働きを予備的に検討したこの実験は十分なものではない。だが感光フィルムによる測定は、他の研究者にも用いられ、全体的な放射線減衰の傾向を見定めることは可能である。表(2)-1に示す実験結果から高浸透性水と、細胞性粘菌（湿潤条件は高浸透水で与えた）系は、水道水に比べ高いセシウム洗浄（脱離）効果を示した。

## 2 ）土壤抽出洗浄工法の設計と最適化に関する実証実験-室内試験

### a. 高浸透性水のみの洗浄実験；原水水質の影響

実験は、混合攪拌で採取土壌中に吸着したセシウムの分布を均質化したものを用いた。洗浄に用いた水は、現地真野川の表流水である。表流水水質は、水素イオン濃度が早朝から昼、夜におよそpH7.0からpH7.8と変化幅が大きかった。実験開始時（10月）の水温は10℃台だった。

水素イオン濃度は、土壌中の界面電位への影響が大きい。除染作業を行う場合、現地の水が必ずしも安定したものでない場合、その影響を検討し、現地河川水または、用水が利用出来る除染サイトでの根拠を明確化することも必要となる。この現地事情から洗浄／脱着実験に先立ち最初にセシウム洗浄や脱着に当たって、高浸透性水だけによる水素イオン濃度変動の影響を検討した。

図(2)-12 土壤中のCs137+134

図(2)-13 高浸透性水だけの洗浄効果

図(2)-12に示すグラフは実験に用いた3つの水で除染実験対象とした土壌1kg当たりに換算したCs137+134合計濃度を示す。土壌はミキサーで攪拌し、均一化をはかったが、実験に用いた土壌中セシウム濃度はこの実験使用土壌で、6％から8％の濃度差が見られた。この濃度差は、除染のレベルや、成果をセシウム濃度の絶対値で評価することを難しくしている。図(2)-13には高浸透性水だけで洗浄した時のセシウム洗浄効果を示したが、この結果を客観的に判断するには誤差の影響を排除出来ないので困難であった。

これらの洗浄実験は、固液比1：2で、500mL容器を用いて実施した。洗浄時間は15分、静置2時間後、静かに上水を引き抜き、沈殿部と分けた。
図(2)-14 洗浄実験静置状態 上澄み採取直前 （左からその1、その2、その3）

図(2)-13中の表記「洗浄静置上澄み」は、図(2)-14の上澄み部（その1～3）に対応している。図(2)-13中の表記「洗浄後土壌」は、図の沈殿部を一旦取り出し、強く攪拌混合し均一にした後、放射線量の測定に供したもので、代表値である。

図(2)-15 高浸透性水洗净除染率

図(2)-15は、実験に用いた原水の違いがセシウム洗浄効果にどう表れたかを除染率%で示したものである。実験結果を除染率%で表すと、水1と水3では共に32％となった。水2の場合では35％となった。このように、原水水質の変動は、実際には実験系由来の誤差の範囲に収まる程度と考えられた。ここまでの実験系はいずれも高浸透性水だけで洗浄を行った結果である。

この結果を予備実験結果と比較すると、高浸透性水の洗浄効果に、予備実験時に認められた程大きな除去効果は見られなかった。この原因は、フィルム感光法とNAI放射能分析装置の違い以上に、土とセシウムの結合状態が時間経過によって大きく変化したためと考えることが出来た。

予備実験に用いた土壤は、原発事故後半年に採取したもので、一方、ここで取り上げている本実験の土壤は（採取場所は異なるが）予備実験から更に1年が経過して採取した水田土壤であったことも原因であろう。

原発事故後1年半を経過した時点の汚染土壌を対象にした実験結果は、「水」だけの洗浄では洗浄効果に限界があることを示した。この結果は、原発事故後半年以内の土壌を試料とした実験結果と異なっていた。この時点では、「水」だけで洗浄するセシウム洗浄・脱着・脱離方法には大きな効果が期待出来ないといった残念な結果となった。

### b. 高浸透性水をベースとした洗浄・脱着 (基礎実験)

そこで、高浸透性水が他の物質を良く溶かす性質に期待し、以下のような実験系を用意し、その効果を検証した。