Remediation of two major heavy metal pollutants via self-regenerative biomineral

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18922
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 31:Nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Okibe Naoko 九州大学, 工学研究院, 教授 (30604821)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉山 武晴 九州大学, シンクロトロン光利用研究センター, 准教授 (80391994)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 金属汚染水 / マンガン / ヒ素 / バクテリア / バイオプロセス / バーネサイト / マンガンスラッジ廃棄物 / 鉄スラッジ廃棄物

Outline of Final Research Achievements

The metal pollution sources targeted in this study, Mn2+ and As(III), are difficult to immobilise and highly toxic, respectively. The thermodynamically difficult Mn oxidation reaction was efficiently promoted by biocatalysis of self-renewing bacteria under ambient temperature/neutral conditions and recovered as a high-value biomineral (Biogenit Birnessite). The biomineral was then used as a self-regenerating oxidant in the As oxidation process, allowing continuous As oxidation without loss of Mn. Such bioprocesses can be driven by Mn sludge and Fe sludge wastes, such as those generated in water treatment plants, and can be considered as a new alternative method for water treatment.

Free Research Field

湿式製錬学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、日本に実在する水処理設備より入手した、MnスラッジやFeスラッジを利用し、新たなバイオプロセスを開発した。Mnスラッジは生物活性をもつものであり、細胞担持方法や通気方法を適切な条件に設定することでMnの自己触媒的酸化除去のみならず、他種の金属種、ここではAsの酸化処理に連続利用することができた。これは、反応条件を最適化することにより、Mnスラッジ中のMnロスの無い連続的なAs酸化処理反応を叶えるものであり、学術的にも新しい。またMnスラッジとFeスラッジを効果的に組み合わせることでAsの酸化・吸着除去も可能となり、廃棄物を利用する新たな水処理技術を開発したことは社会的意義が大きい。