Experimental investigation on feasible bioreactor using mechanism of hydrogen oxidation of natural soil for detritiation system

天然土壌の水素酸化機構を利用したバイオリアクターのトリチウム除去システムへの実用可能性の実験的検討

枝尾 祐希; 岩井 保則; 佐藤 克美; 林 巧

Edao, Yuki; Iwai, Yasunori; Sato, Katsumi; Hayashi, Takumi

本研究では、室温でトリチウムを酸化する反応器の実現に向けて、天然土壌中の水素酸化細菌によるトリチウム酸化に着目した。工学的観点から、土壌中の水素酸化細菌を利用したバイオリアクターの性能を速度論的に評価し、バイオリアクターのリチウム除去系におけるトリチウム酸化反応器としての実用可能性を検討することを目的とした。土壌を充填したバイオリアクターは、室温・高湿度条件において高いトリチウム酸化性能を示し、一般的にトリチウム除去系で使用されているPt/AlO触媒と比べて優れていることが明らかになった。土壌によるトリチウム酸化はMichaelis-Menten速度論モデルの予測に従い、擬一次反応となることが示された。土壌によるトリチウム酸化がMichaelis-Menten速度論モデルに従う条件においては、供給ガスに微量の水素を意図的に添加するだけで反応速度を上昇させることが可能である。したがって、土壌中の水素酸化細菌を利用したバイオリアクターがトリチウム除去系におけるトリチウム酸化反応器としての実用可能性を有するとの結論を得た。

We have focused on bacterial oxidation of tritium by hydrogen-oxidizing bacteria in natural soil to realize a passive reactor for tritium oxidation at room temperature. The purpose of this study was to examine the feasibility of a bioreactor with hydrogen-oxidizing bacteria for detritiation system from a point of view of engineering. The efficiency of the bioreactor was evaluated by kinetics. The bioreactor packed with natural soil shows a relative high conversion rate of tritium under the saturated moisture condition at room temperature, which is obviously superior to that of a Pt/AlO catalyst generally used for tritium oxidation in the existing tritium handling facilities. The order of reaction for tritium oxidation with soil was the pseudo-first order as assessed with Michaelis-Menten kinetics model. Our engineering suggestion to increase the reaction rate is the intentional addition of hydrogen at a small concentration in the feed gas on condition that the oxidation of tritium with soil is expressed by the Michaelis-Menten kinetics model. We reach a conclusion that a bioreactor using hydrogen-oxidizing bacteria in natural soil has the feasibility to be applied in the DS as a passive reactor.