報告書番号

N06001

タイトル（和文）

マンガン酸化細菌によるマンガン酸化に伴う共沈反応の微量重金属固定化技術としての適用性評価

タイトル（英文）

Potential evaluation on co-precipitation accompanied by Mn oxidation induced by Mn-oxidizing bacteria as a fixation method of trace heavy metals

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

近年、地下水や土壌の重金属汚染への関心が高まり、汚染リスクのある場所から排出される重金属廃水に対して、効率的な処理技術開発が望まれている。そこで、表層環境に普遍的に存在するマンガン酸化物には重金属の濃集が見られることに着目すると、現在のところ最も現実的な処理法と考えられている重金属固定化の一つの方法として、マンガン酸化反応を利用できれば、環境親和性のある重金属固定化技術を開発できる可能性がある。しかし、地表の地化学条件では無機的なマンガン酸化反応は非常に遅く、マンガン酸化細菌の関与が示唆されているが、これまでマンガン酸化細菌によるマンガン酸化に伴う重金属共沈の実験的研究はほとんどない。そこで、本報告では、排水処理用の沈殿池や地下浅部等の環境における重金属固定化に、マンガン酸化細菌によるマンガン酸化に伴う共沈反応を利用できるかどうかを明らかにすることを目的として、以下の室内バッチ実験を行った。
実験は、常温・pH中性付近において、3種類のマンガン酸化方法（マンガン酸化細菌、アルカリ、KMnO4）による溶存重金属（Ni、Zn、Cd、Co）の共沈および吸着、さらにそれらの脱着を模擬して行った。その結果、マンガン酸化沈殿に伴う共沈・吸着反応により固定化される重金属量は、共沈の方が吸着よりも大きい傾向が見られ、共沈実験では吸着を含む複数のメカニズムが関与したと考えられた。また、マンガン酸化細菌とKMnO4によるマンガン酸化に伴う共沈、およびマンガン酸化細菌により形成されたマンガン酸化物への吸着反応で固定化された重金属量はCo>Zn>Niの順であり、マンガン酸化物が河床に多く見られる米国アリゾナ州Pinal Creekでの溶存重金属量減少率の順番と同じであったことから、上記の方法による溶存重金属固定化は環境中でも起こりうることが示唆された。さらに、沈殿Mnモル濃度あたりの各重金属の固定量（モル濃度）を方法ごとに比較すると、アルカリによる共沈反応が最大で、その次にマンガン酸化細菌による共沈反応が大きい傾向がみられた。しかし、環境影響を考えると処理時のpHは中性条件であることが望ましく、アルカリによる共沈は適当ではないと考えられ、マンガン酸化細菌を用いた共沈反応が、固定化重金属量が大きく効率的であり、かつ環境中でも起こりうる反応であることがわかった。

概要 （英文）

Heavy metal pollution in underground water and soils has drawn increasing attention and development of effective remediation method for waste water containing heavy metals that is discharged from sites that has pollution risks is desirable. Fixation has currently been believed to be the most realistic remediation method for heavy metal contamination; thus, environment-friendly metal fixation method may be developed using Mn oxidation, based on the observation that heavy metals accumulate in Mn oxides that is ubiquitous in surface environment. As inorganic Mn oxidation reaction is extremely slow under surface geochemical condition, Mn-oxidizing bacteria has been suggested to play an role in Mn oxidation at surface environment. However, heavy metal co-precipitation reaction accompanied by Mn oxidation induced by Mn-oxidizing bacteria has not been studied experimentally so far. This study aims to elucidate whether metal co-precipitation accompanied by Mn oxidation induced by Mn-oxidizing bacteria can be used for the metal fixation at settling ponds and shallow underground.
Fixation experiments of heavy metals by co-precipitation accompanied by three Mn oxidation methods (Mn-oxidizing bacteria, alkali, KMnO4) and by adsorption reaction onto four Mn oxides followed by desorption experiments using metal-free electrolyte are conducted for dissolved metals composed of Ni, Zn, Cd and Co at room temperature at neutral pH. A result that metal decreases from solutions after co-precipitation and desorption accompanied by Mn oxidation and precipitation are generally larger than those after adsorption onto Mn oxides and desorption suggests that several mechanisms including adsorption are involved in the co-precipitation experiments. The order of fixed metal quantity (Co>Zn>Ni) observed in the co-precipitation experiments with the use of Mn-oxidizing bacteria and KMnO4 and in the adsorption experiments on Mn oxides produced by Mn-oxidizing bacteria is the same as that of dissolved metals observed in Pinal Creek, Arizona USA where Mn oxides are generally deposited on the bottom of the creek. This similarity implies the fixation methods described above are possible to occur in natural environment. Fixed metal quantity per precipitated Mn molarity shows the most in the co-precipitation experiment with the use of alkali, and the second most in the co-precipitation experiment with the use of Mn-oxidizing bacteria. However, pH condition should be neutral at fixation in terms of environmental concern, thus co-precipitation reaction accompanied by Mn oxidation and precipitation induced by Mn-oxidizing bacteria would be the most effective in practice, as the quantity of the fixed metals are the second most in this study and the reaction is possible to occur in natural environment.

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