JP6460323B2 - Method for treating plant biomass containing radioactive cesium - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a method for treating plant biomass containing radioactive cesium.
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。 A large amount of plant biomass contaminated with radioactive materials has been generated by the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. Plant biomass contaminated with radioactive materials is stored at disposal sites as unusable waste. However, the amount of plant biomass is enormous, and it is required to reduce the volume significantly before storage.
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。 A common method for reducing plant biomass is incineration. However, if plant biomass contaminated with radioactive material is incinerated, the radioactive material may be scattered. In particular, since cesium has a relatively low boiling point of 641 ° C., it may be vaporized by incineration. For this reason, direct incineration of biomass contaminated with radioactive substances causes the radioactive substances to be scattered again and cannot be employed.
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。 On the other hand, as a method for effectively using plant biomass, a wet milling method in which an enzyme is added has been studied (see, for example, Patent Document 1). In addition, production of biogas by methane fermentation of plant biomass has also been studied (see, for example, Patent Document 2). A combination of these two techniques to effectively use plant biomass and to significantly reduce the final residue volume has also been studied (see, for example, Non-Patent Document 1). These treatments may significantly reduce the volume of plant biomass contaminated with radioactive materials.
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。 However, until now, such treatment has not actually been performed on plant biomass contaminated with radioactive materials, and it is not clear how the radioactive materials affect such treatment. Unless we consider various points such as which fraction the radioactive material is transferred to by the treatment, and whether it is possible to produce biogas even if it contains the radioactive material, the biomass contaminated with the radioactive material will be removed. It cannot be processed. If the radioactive substance is transferred to the obtained biogas, the radioactive substance may be scattered. Further, depending on the behavior of the radioactive substance, the volume of the substance contaminated with the radioactive substance may increase on the contrary.
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。 An object of the present invention is to make it possible to reduce the volume of plant biomass containing radioactive cesium contaminated with radioactive materials while effectively utilizing it, and to make it possible to easily remove the radioactive cesium.
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。 One aspect of the method for treating plant biomass containing radioactive cesium is a decomposition step of obtaining a liquid phase part containing carbohydrate and 50% or more of the radioactive cesium transferred from the plant biomass containing radioactive cesium, and a solid phase part. Fermenting the liquid phase part containing radioactive cesium, obtaining the liquid phase part waste liquid containing radioactive cesium and the first gas phase part not containing radioactive cesium, and fermenting the solid phase part A solid phase portion fermentation step for obtaining a solid phase portion residue, a solid phase portion waste liquid, and a second gas phase portion that does not contain radioactive cesium, and the decomposition step is a wet process in which a saccharifying enzyme is added to plant biomass and pulverized Includes milling.
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。 In one embodiment of the method for treating plant biomass containing radioactive cesium, a removal step of removing radioactive cesium from at least one of the liquid phase part waste liquid and the solid phase part waste liquid may be further provided.
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。 In one aspect of the method for treating plant biomass containing radioactive cesium, the liquid phase part fermentation step may include a wet methane fermentation treatment using an upflow anaerobic sludge bed.
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。 In one aspect of the method for treating plant biomass containing radioactive cesium, the solid phase fermentation step may include a dry methane fermentation treatment.
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。 In one embodiment of the method for treating plant biomass containing radioactive cesium, the decomposition step may include a re-saccharification treatment in which a saccharification enzyme is added to the solid content obtained by the wet milling treatment.
この場合において、再糖化処理は複数回行ってもよい。 In this case, the reglycation treatment may be performed a plurality of times.
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。 In one aspect of the method for treating plant biomass containing radioactive cesium, in the decomposition step, radioactive cesium contained in the solid residue may be set below the detection limit.
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。 In one aspect of the method for treating plant biomass containing radioactive cesium, the solid phase part may contain radioactive cesium, and the solid phase residue and the solid phase waste liquid may contain radioactive cesium.
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。 In one embodiment of the method for treating plant biomass containing radioactive cesium, 50% or more of the radioactive cesium may be transferred to the liquid phase waste liquid and the solid phase waste liquid.
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。 According to the method for treating plant biomass containing radioactive cesium of the present invention, the plant biomass containing radioactive cesium contaminated with radioactive materials can be reduced in volume while being effectively utilized, and the radioactive cesium can be easily removed. It can be shaped like this. Thereby, it becomes possible to preserve | save the plant biomass contaminated with radioactive cesium, or to remove the radioactive cesium easily. As a result, according to the present invention, it is possible to treat plant biomass contaminated with a large amount of radioactive substances, which has become a social problem.
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。 As shown in FIG. 1, the processing method of the plant biomass containing radioactive cesium according to the present embodiment firstly decomposes a liquid phase part that is a saccharified liquid and a solid phase part that is a solid residue from the plant biomass containing radioactive cesium. Perform the process. In the decomposition step, 50% or more of the radioactive cesium is transferred to the liquid phase side.
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。 The liquid phase part which is a saccharified liquid containing radioactive cesium can be fermented in a liquid phase part fermentation step to obtain a gas phase part and a liquid phase part waste liquid. The liquid phase fermentation process can be, for example, a wet methane fermentation process. The gas phase part is a biogas containing methane. Since radioactive cesium transferred to the gas phase part is below the detection limit, the gas phase part can be used as an energy source or the like as in the case of normal biogas. All of the radioactive cesium contained in the liquid phase part can be transferred to the liquid phase part waste liquid. Since most of the organic matter is consumed in the liquid phase waste liquid, it is hard to rot and there is almost no possibility of generating explosive gas even if stored for a long time. Moreover, if radioactive cesium is removed by a physicochemical technique or a biochemical technique, it can be disposed of in accordance with a normal wastewater treatment procedure.
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。 The solid phase part can be fermented in a solid phase part fermentation step to obtain a gas phase part and a residue. The residue can be further separated into a solid phase waste liquid and a solid phase residue. The solid phase fermentation process can be, for example, a dry methane fermentation process. The gas phase part is a biogas containing methane. Like the biogas obtained from the liquid phase part, radioactive cesium is below the detection limit and can be used as an energy source or the like. All radioactive cesium contained in the solid phase can be transferred to the solid phase waste liquid and solid phase residue. Although depending on the conditions of the solid phase fermentation process, the migration ratio of radioactive cesium between the solid phase waste liquid and the solid phase residue is about 20:80 to 5:95. The solid phase waste liquid can be discarded according to a normal waste water treatment procedure if the radioactive cesium is removed in the same manner as the liquid phase part waste liquid. The solid phase residue is hardly perished because it contains almost no organic matter that is a nutrient for microorganisms, and there is almost no possibility of generating explosive gas even if it is stored in a storage facility for a long time.
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。 In the decomposition process, if the radioactive cesium contained in the plant biomass is almost completely transferred to the liquid phase part and the radioactive cesium contained in the solid phase part is set to a predetermined value or less, the solid phase part does not contain radioactive cesium. Can be processed as In this case, the solid phase waste liquid and the solid phase residue can be treated as normal waste containing no radioactive cesium.
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。 Plant biomass is plant-derived biomass containing cellulose, hemicellulose, and lignin, and includes woody biomass (hard biomass) mainly generated from trees and the like, herbaceous biomass (soft biomass) mainly generated from agricultural products and the like. Specific examples of the woody biomass include those derived from conifers such as cedar and birch, and those derived from broad-leaved trees such as poplar and birch. Specific examples of herbaceous biomass include those derived from rice, wheat and corn. The plant biomass also includes building waste and agricultural waste.
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。 The radioactive cesium contained in the plant biomass may be cesium 137, cesium 134, or both.
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。 The decomposition process for obtaining a saccharified solution and a solid residue from plant biomass can be performed by a wet milling process to which a saccharifying enzyme is added, as shown in FIG. In the wet milling process, plant biomass is pulverized as a slurry state suspended in a medium. The volume of the slurry varies depending on various factors such as the type of biomass and the configuration of the processing apparatus, but is about 200% to 300% of the volume of the original plant biomass as an example. For example, a ball mill or a bead mill can be used as the processing apparatus. In order to pulverize efficiently, the plant biomass is preferably coarsely pulverized to about 5 mm or less before being introduced into the treatment apparatus.
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。 The saccharifying enzyme added in the wet milling treatment is an enzyme that saccharifies cellulose, hemicellulose and the like contained in the cell wall of plant biomass, and examples thereof include cellulase, hemicellulase, and pectinase. Cellulase is an enzyme that hydrolyzes the glucoside bond of β-1,4-glucan. Cellulases include endoglucanase that cleaves from the inside of cellulose molecules, exoglucanase that breaks down from the reducing or non-reducing end of cellulose and releases cellobiose, and β-glucosidase that cleaves the glucoside bond of cellobiose and converts it to glucose. included. Hemicellulase is an enzyme that degrades polysaccharides other than cellulose and pectin among the polysaccharides constituting the cell wall of the plant body. Pectinase is an enzyme having a catalytic function for degrading pectin, and includes polygalacturonase, pectin lyase, pectin esterase, pectin methyl esterase, and the like. These enzymes may be used alone or in combination.
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。 The amount of saccharifying enzyme added may be appropriately determined according to the type and amount of plant biomass to be treated, the type of saccharifying enzyme, the structure of the apparatus, and the like. For example, in the case of rice straw, it can be about 200 U to 20000 U per 1 g of plant biomass.
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。 The medium used for the wet milling process may be a liquid that can hold the object to be ground in a slurry state without deactivating the enzyme to be added. Examples thereof include water (which may contain an additive such as a salt), an organic solvent, and an ionic liquid. A buffer may be used to keep the pH constant.
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。 What is necessary is just to select the implementation conditions of a wet milling process suitably with a grinding | pulverization target object. For example, when using a bead mill, the pH of the medium is 2.0 to 11.0, the weight ratio of the medium and the object to be pulverized is 1: 1 to 100: 1, the bead diameter of the pulverizer is 0.1 mm to 20 mm, the bead circumference is The speed may be appropriately selected within a range of 0.3 m / sec to 50 m / sec and the slurry flow rate within a range of 0.1 L / min to 10 L / min. The temperature of the wet milling process may be a temperature suitable for the enzyme reaction, preferably 10 ° C or higher, more preferably 20 ° C or higher, and further preferably 30 ° C or higher. And 100 degrees C or less is preferable, 80 degrees C or less is more preferable, and 60 degrees C or less is further more preferable.
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。 The time of the wet milling process may be terminated when the particle size and slurry viscosity of the pulverized product are measured over time and an arbitrary numerical value (an average particle size of 1 μm or less is desirable). From the viewpoint of increasing the saccharification rate, the treatment time is preferably 10 minutes or more, more preferably 30 minutes or more, still more preferably 60 minutes or more, and even more preferably 100 minutes or more. From the viewpoint of efficiency, it is preferably 300 minutes or less, more preferably 240 minutes or less, and even more preferably 180 minutes or less.
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。 After the pulverization, the liquid saccharified solution and the solid residue are separated by solid-liquid separation means. Centrifugation or the like can be used as the solid-liquid separation means. The solid residue may be washed. The residue washing liquid produced by washing can be sent to the next liquid phase part fermentation step as a liquid phase part together with the saccharified liquid. The washing operation may be performed a plurality of times.
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。 The solid residue obtained by the wet milling process can be directly sent to the solid phase fermentation process as a solid phase part, but can also be re-saccharified. The re-saccharification treatment may be performed by further adding a saccharifying enzyme to the solid residue. The saccharifying enzyme added during the re-saccharification treatment may be the same as or different from that during the wet milling treatment. The amount of saccharifying enzyme added is not particularly limited, but can be about 200 U to 20000 U per gram of the original plant biomass. The treatment temperature may be a temperature suitable for the enzyme reaction, preferably 10 ° C or higher, more preferably 20 ° C or higher, and further preferably 30 ° C or higher. And 100 degrees C or less is preferable, 80 degrees C or less is more preferable, and 60 degrees C or less is further more preferable. The treatment time may be selected according to the required saccharification rate, but from the viewpoint of increasing the saccharification rate, it is preferably 1 hour or longer, more preferably 10 hours or longer, and even more preferably 20 hours or longer. And from a viewpoint of efficiency, 50 hours or less are preferred, 40 hours or less are more preferred, and 30 hours or less are still more preferred.
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。 After the re-saccharification treatment, the re-saccharification solution and the solid residue are separated by solid-liquid separation means. Centrifugation or the like can be used as the solid-liquid separation means. The re-saccharified liquid can be sent to the next liquid phase part fermentation step as a liquid phase part together with the saccharified liquid obtained by the wet milling process. In order to further reduce the amount of radioactive cesium contained in the solid residue, the solid residue after the re-saccharification treatment may be washed. The residue washing liquid produced by washing can be sent to the next liquid phase part fermentation step as a liquid phase part together with the saccharified liquid. The washing operation may be performed a plurality of times. The solid residue subjected to the re-saccharification treatment can be sent to the next solid phase part fermentation step as a solid phase part.
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。 The re-saccharification treatment may be performed as necessary, and may not be performed as long as the separation of the saccharide and the reduction of the amount of radioactive cesium remaining on the solid residue side can be sufficiently performed in the wet milling treatment. Moreover, the reglycation treatment may be performed once or may be performed twice or more.
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。 The radioactive cesium contained in the plant biomass is one in which radioactive cesium contained mainly in the soil is taken into the plant tissue during the growth of the plant. Therefore, it is associated with the plant tissue and cannot be removed from the plant biomass simply by crushing or washing. In the present embodiment, plant biomass is pulverized with saccharifying enzymes added, and plant tissues are decomposed and saccharified by enzymes. For this reason, radioactive cesium in plant tissue can be moved to the liquid phase side. Considering the removal process of radioactive cesium, it is easier to be contained in the liquid content than in the solid content. Therefore, it is preferable to transfer radioactive cesium as much as possible to the liquid phase part side, preferably 50% or more of the radioactive cesium is transferred to the liquid phase part side, more preferably 70% or more, more preferably 75% or more. More preferably. Most preferably, the radioactive cesium contained on the solid phase side is below the detection limit.
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。 Although the volume of the liquid phase part obtained by a decomposition | disassembly process is fluctuate | varied by various factors, such as a kind of biomass and a structure of a processing apparatus, it becomes about 160%-260% of the volume of the original biomass as an example. In the liquid phase part for fermenting the liquid phase part containing radioactive cesium, organic substances such as carbohydrates contained in the liquid phase part are decomposed by microorganisms, and the gas phase part containing methane and the liquid phase part waste liquid in which the sugar is consumed Occurs. The liquid phase fermentation step may be any method, but a wet methane fermentation method is preferable, and can be performed using, for example, an upflow anaerobic sludge bed (UASB). Specifically, as shown in FIG. 3, a large amount of highly active cells are retained in the reaction tank as granules (a granular sludge having a diameter of 2 mm to 3 mm) by utilizing the aggregating action of anaerobic microorganisms, and the reaction is performed. What is necessary is just to inject | pour the liquid phase part containing radioactive cesium from the lower part of a tank, and to decompose | disassemble the organic substance in a liquid phase part in an anaerobic state. What is necessary is just to adjust suitably the supply amount of a liquid phase part, and the density | concentration of the organic substance in a liquid phase part according to the processing capacity of an apparatus.
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。 The liquid phase portion injected into the reaction vessel is uniformly diffused into the granule layer precipitated at the bottom. The organic matter in the liquid phase part is decomposed to produce biogas containing methane gas and carbon dioxide and the liquid phase part waste liquid. Granules with biogas adhering to the surface float with the treated water due to the air lift effect, so that the biogas can be collected by a settler provided at the top. By separating the liquid phase waste liquid and the granule, the liquid phase waste liquid containing almost no organic matter can be recovered. Although the volume of the liquid phase waste liquid varies depending on various factors such as the configuration of the processing apparatus, it is about 150% to 250% of the original plant biomass as an example. The radioactive cesium contained in the liquid phase part is almost directly transferred to the liquid phase part waste liquid. Since the liquid phase waste liquid containing almost no organic matter is not easily spoiled, it can be stored for a long time before the predetermined treatment.
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。 The radioactive cesium contained in the liquid phase part hardly affects methane fermentation by anaerobic microorganisms, and even if it contains radioactive cesium, it can be fermented in the same manner as when it does not contain radioactive cesium. Methane fermentation can be performed at a temperature of about 30 ° C to 60 ° C. For this reason, there is almost no possibility that the radioactive cesium contained in the liquid phase part is vaporized, and the radioactive cesium contained in the generated biogas is below the detection limit. Therefore, the obtained biogas can be used as a fuel or the like, similar to the biogas obtained by a normal process.
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。 The volume of the solid phase part obtained by the decomposition step varies depending on various factors such as the type of plant biomass and the configuration of the processing apparatus, but is 30% to 70% of the original plant biomass as an example. The solid phase part after separating the liquid phase part, which is a saccharified solution, still contains a large amount of organic components. For this reason, biogas can be generated in the solid phase fermentation process which is the next process. The solid phase fermentation process can be, for example, a dry methane fermentation process. The dry methane fermentation treatment can be performed under the condition that the water content is 80% or less. For example, the solid phase part after separating the liquid phase part can be mixed with high-temperature anaerobic digested sludge and subjected to methane fermentation under anaerobic conditions. The fermentation temperature can be about 45 ° C to 60 ° C. What is necessary is just to adjust suitably the supply amount of a solid-phase part, fermentation time, etc. according to the structure of a device, processing capacity, etc. For example, the solid phase portion and the sludge can be mixed at a ratio of about 1:10 to 1: 3. The fermentation time can be about 20 to 50 days.
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。 In the solid phase fermentation process, as in the liquid phase fermentation process, the radioactive cesium contained in the generated biogas is below the detection limit. For this reason, it can be used as a fuel or the like in the same manner as ordinary biogas.
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。 The residue generated in the solid phase fermentation process can be separated into a solid phase residue that is a solid content and a solid phase waste liquid by solid-liquid separation. About 5% to 20% of the radioactive cesium contained in the solid phase part moves to the solid phase waste liquid, and almost all of the rest moves to the solid phase residue. Since the solid phase waste liquid contains almost no organic matter, it can be stored for a long time without being easily spoiled. Moreover, since the solid phase residue is mainly composed of lignin or the like which is not easily spoiled, it can be stored for a long time. When storing the solid phase residue, it is preferable to dry it until the water content is about 10% or less. The volume of the solid phase waste liquid and the final dried solid phase residue varies depending on various factors such as the type of the original biomass and the configuration of the processing apparatus. 20% to 50%, and solid phase residue is about 3% to 10% of the original plant biomass in a dry state.
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。 The radioactive cesium contained in the liquid phase waste liquid and the solid phase waste liquid can be removed by a physicochemical technique or a biochemical technique. For example, it can be removed using an adsorbent. Examples of the radioactive cesium adsorbent include zeolite, Prussian blue, and ion exchange resin. Since organic substances in the liquid phase waste liquid are greatly reduced by methane fermentation, the radioactive cesium can be efficiently removed by the adsorbent. Moreover, radioactive cesium can also be removed using photosynthetic bacteria or the like that adsorb heavy metals. In this case, the organic component remaining in the liquid phase part waste liquid can be used as a nutrient source such as photosynthetic bacteria. The liquid phase waste liquid after removing radioactive cesium below the detection limit or below the specified value can be discarded as a normal waste liquid by performing a predetermined treatment.
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。 The liquid phase waste liquid and the solid phase waste liquid can be mixed to remove radioactive cesium. Moreover, radioactive cesium can also be removed separately. Moreover, at least a part of the liquid phase part waste liquid and the solid phase part waste liquid can be fed back to the decomposition process, the liquid phase part fermentation process or the solid phase part fermentation process for recycling.
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。 The processing method of the plant biomass containing the radioactive substance of this indication is explained more concretely using an example below. The following examples are illustrative and do not limit the present invention.
<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。
<Plant biomass containing radioactive substances>
Rice straw and cedar wood chips were used as plant biomass containing radioactive substances. The amount of radioactive cesium contained in the rice straw was 7000 Bq / kg, and the amount of radioactive cesium contained in the cedar chips was 500 Bq / Kg.
<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。
<Disassembly process>
50 g of coarsely pulverized plant biomass, 445 mL of distilled water, and 5 mL of pH 5.5 phosphate buffer were mixed to form a slurry. To this, 5 mL (59225 U) of OPTIMASH BG (GENENCOR), which is a cellulase, and 5 mL (35650 U) of OPTIMASH XL (GENENCOR), a hemicellulase, were added as saccharifying enzymes. The slurry to which the saccharifying enzyme was added was wet milled for a predetermined time using a bead mill. The bead mill was made of ceramic having a capacity of 0.15 L (Ashizawa Finetech, Lab Ministar LM2015), and zirconia beads having a diameter of 0.5 mm were used. The processing temperature for wet milling was 50 ° C., and the peripheral speed of the mill was 14 m / s.
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。 After the wet milling treatment, the recovered slurry was subjected to solid-liquid separation to recover a primary saccharified solution and a solid residue. While adding 200 mL to 400 mL of distilled water and 5 mL (59225U) of OPTIMASH BG (GENENCOR) and 5 mL (35650U) of OPTIMASH XL (GENENCOR) as an enzyme solution to the solid residue and keeping the temperature at 50 ° C. A secondary saccharification treatment was performed by stirring slowly and continuing the saccharification reaction for 24 hours. After the secondary saccharification treatment, the solid-liquid separation was performed again, and the secondary saccharified solution was recovered. The solid residue was resuspended by adding distilled water, and recovered again after the solid-liquid separation. The supernatant was collected as residue washing water. Radiation contained in rice saccharified liquid, secondary saccharified liquid, washing water, solid residue total 4 samples, and cedar chips included primary saccharified liquid, secondary saccharified liquid, solid residue total 3 samples The ability of radioactive cesium by wet milling was investigated. The radioactivity was measured by filling a sample in a 100 mL container and using a germanium semiconductor detector.
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。 When rice straw was used as plant biomass, 51% of the radioactive cesium was transferred to the primary saccharified solution by the wet milling treatment for 120 minutes. By further secondary saccharification of the solid residue obtained by the wet milling treatment for 120 minutes, 18% of the radioactive cesium was transferred to the secondary saccharified solution. 4% of the radioactive cesium was transferred to the residue washing water that washed the solid residue after the secondary saccharification, and the radioactive cesium contained in the final solid residue was 27% of the original rice straw.
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。 When cedar chips were used as plant biomass, 75% of the radioactive cesium was transferred to the primary saccharified solution by the wet milling treatment for 120 minutes. By further subjecting the solid residue obtained by the wet milling treatment for 120 minutes to secondary saccharification, 25% of the radioactive cesium was transferred to the secondary saccharified solution. Radiocesium contained in the solid residue after secondary saccharification was below the detection limit.
<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。
<Liquid phase fermentation process>
A liquid phase portion prepared from rice straw containing radioactive cesium was subjected to methane fermentation using an upward flow anaerobic sludge bed (UASB) reaction tank as shown in FIG. The liquid phase part was a mixture of a saccharified solution obtained by wet milling treatment, a secondary saccharified solution obtained by secondary saccharification treatment, and washing water. The anaerobic sludge bed had a granule of 700 mL to 800 mL. The liquid phase part was diluted to have a chemical oxygen demand (COD) of 1200 mg / L and supplied to the anaerobic sludge bed. The operation was performed at a temperature of 35 ° C. and a residence time of 6.0 hours.
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。 First, the saccharified liquid which does not contain radioactive cesium was supplied to the UASB reaction tank, and it confirmed that methane fermentation produced normally. The amount of biogas produced in this case was about 1400 mL / L / day to 1500 mL / L / day. After operating for about 20 days with a saccharified solution containing no radioactive cesium, supply of the saccharified solution containing radioactive cesium was started. Even after the start of the supply of the saccharified solution containing radioactive cesium (56Bq / L), no significant change was observed in the amount of biogas produced. About 24 hours after the start of the supply of the saccharified solution containing radioactive cesium, the radioactivity of the supplied solution from the UASB reaction tank and the wastewater became almost the same. The amount of radioactive cesium contained in the biogas was below the detection limit even after 24 hours or more had passed since the supply of the saccharified liquid containing radioactive cesium was started. The COD of the waste water was 131 mg / L.
<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。
<Solid phase fermentation process>
The solid phase prepared from rice straw containing radioactive cesium was stabilized and reduced in volume by dry methane fermentation. The solid phase part was made into the solid residue after the wet milling process which has not performed the secondary saccharification process. For the dry fermentation treatment, a mixed stirring type stirring tank having a sludge stirring function and an actual capacity of about 10 L was used. For the sludge, high temperature anaerobic digested sludge of surplus activated sludge tested from a water treatment center in Hiroshima Prefecture was used. The moisture content of the sludge was 78.5%, and the loss on ignition (volatile solids; VS) was 0.857 g / g-DW. The fermentation temperature was 55 ° C., and the sludge residence time was about 30 days. The solid residue obtained from 100 g of rice straw powder was made up to 1 L and charged into a fermenter. The input sample had a water content of 90% to 95%, a density of 1050 kg / m 3 , and a viscosity of 100,000 mPa · s. The fermentation process was continued for 85 days while the sample was loaded and withdrawn every 3 days.
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。 The sample extracted after the fermentation treatment was separated by centrifugation into a solid phase waste liquid as a supernatant and a solid phase residue as a solid content. The mass of the solid phase waste liquid was 600 g, and the mass of the solid phase residue in the wet state was 390 g. The amount of radioactivity was measured for the solid phase waste liquid and the solid phase residue. The radioactivity was measured by filling a sample in a 100 mL container and using a germanium semiconductor detector.
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。 The amount of biogas produced was measured with a wet gas meter. The wet gas meter has a measuring chamber divided into 3 to 4 chambers from the upper part of the liquid level and a spiral drum, and the accumulated flow rate value was measured by integrating the rotational movement of the drum shaft by the gas entering from the entrance with a mechanical counter. .
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。 The amount of biogas produced per gram of rice straw during the treatment period was 217 mL / g, of which the amount of methane produced was 114 mL / g. The amount of radioactive cesium in the biogas was evaluated by measuring the amount of radioactivity in the water in the wet gas flow meter, but it was below the detection limit.
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。 The volume of 100 g of rice straw was about 800 mL. In the decomposition step, a liquid phase part of about 1700 mL and a solid phase part of about 360 mL were obtained. By subjecting the solid phase part to solid phase fermentation, about 160 mL of solid phase part waste liquid and about 205 mL of solid phase part residue were generated. When the solid phase residue was dried until the water content was about 10%, it was about 48 mL (about 36 g).
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。 The amount of radioactivity of 100 g of the original rice straw was 700 Bq, the amount of radioactivity of the final solid phase residue (36 g) was 311 Bq, and the amount of radioactivity of the solid phase waste liquid was 27 Bq. Therefore, about 44% (311Bq / 700Bq) of radioactive cesium contained in the original rice straw was transferred to the solid phase residue. Although the secondary saccharification treatment is not performed in this example, the proportion of radioactive cesium that migrates to the solid phase residue can be further reduced by performing the secondary saccharification treatment.
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
The volume reduction rate (%) of plant biomass can be expressed by the following formula.
Volume reduction rate (%) = (biomass volume-solid waste volume) / biomass volume ...
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。 In this embodiment, the solid waste volume is the volume of the solid phase residue. Strictly speaking, when radioactive cesium is removed from liquid phase waste liquid and solid phase waste liquid, waste containing radioactive cesium is generated, but since the amount is small compared to the solid phase residue, if the batch is small Can be ignored. Therefore, in this embodiment, the volume of solid waste is 48 mL, and the volume reduction rate is 94%.
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。 Based on this result, when the balance of a plant that processes one batch of 600 kg of biomass is simulated, the volume of plant biomass is about 4800 L, and a solid phase residue of about 290 L (220 kg, moisture content 10%) is generated. The volume of the liquid phase waste liquid and the solid phase waste liquid is about 12000 L, and the ratio of solid waste generated when removing radioactive cesium is about 60 L when the ratio of solid waste is 0.5%. Therefore, the solid waste volume is 290L + 60L = 350L, and the volume reduction rate is 93%.
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。 The method for treating plant biomass containing radioactive cesium according to the present disclosure can be reduced in volume while being effectively utilized, and can be configured to easily remove the radioactive cesium, and the method for treating plant biomass containing radioactive cesium Useful as such.
Claims (6)
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。 From plant biomass containing radioactive cesium, and decomposition step to obtain a including liquid phase carbohydrate and a solid phase portion,
A liquid phase part fermentation step of fermenting the liquid phase part containing radioactive cesium to obtain a liquid phase waste liquid containing radioactive cesium and a first gas phase part not containing radioactive cesium;
A solid phase portion fermentation step for fermenting the solid phase portion to obtain a solid phase residue, a solid phase waste solution, and a second gas phase portion not containing radioactive cesium,
The plant biomass is a woody biomass,
The decomposition step includes a wet milling process in which saccharification enzyme is added to the plant biomass and pulverized, and a re-saccharification process in which a saccharification enzyme is added to the solid content obtained by the wet milling process, The processing method of the plant biomass containing radioactive cesium which makes radioactive cesium contained in a part below a detection limit .
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