国立先进产业技术研究所 [会长石村和彦]（以下简称“AIST”） 环境创造研究部 [研究主任绪方敦] 环境生理生态研究小组研究员 青柳聪、堀智之 主要研究人员为太平阳水泥株式会社 [代表董事兼总裁 伏原雅文]（以下简称“太阳水泥”）中央研究所[中央研究主任高野[Hiroyuki]]与第二研究部建筑材料小组的森吉彦研究员和七尾舞研究员合作，我们发现隧道开挖作业中产生的岩体中存在活微生物，并且它们是岩体中自然含有的有害且难以处理的重金属的罪魁祸首。不溶解硒我发现了。
开挖产生的岩体 (钻剪)中含有的重金属硒被雨水等电离环境标准浓度超过8714_8763有淋出污染地下水等的风险，因此防止污染对环境有利生物修复的发展是必须的。这次，在岩体内部硒还原微生物已经生存并存在。他们还首次发现提供乳酸作为营养源可以激活这些微生物并有效地不溶硒。预计这一结果将有助于开发一种对环境影响较小的利用微生物的新型硒不溶化处理技术，并有助于防止地下水污染。
该结果详情于2020年9月13日（英国夏令时）发表在国际学术期刊《危险材料杂志
隧道开挖作业中产生的岩体（开挖渣）中微生物对硒的不溶机制示意图
硒是人体必需的天然微量元素，但它是一种有毒物质，如果大量摄入会导致健康问题，并且是与水污染防治和土壤污染对策相关的环境标准中的指定项目。
在公路和铁路隧道建设过程中大量产生的石块（开挖废物）（图1）被认为是应该重复利用的材料，以实现循环型社会。然而，一些钻头含有天然存在的重金属（硒、砷、硼、铅、镉、铜、锌等）※），这些重金属离子可能会滤出。因此，有必要采取不溶处理等措施，防止重金属淋溶进入地下水。特别是六价硒难以通过化学处理来还原，且难以不溶化。另一方面，减少六价硒的微生物广泛存在于土壤和沉积物等自然环境中，因此期望利用这些微生物进行生物修复。然而，迄今为止，尚不清楚钻井渣中是否存在微生物，也根本没有研究过微生物对钻井渣中硒的不溶作用。
※）存在拼写错误，更正如下（2024 年 8 月 22 日）。
校正前：重金属（硒、砷、硼、钯、镉、铜、锌等）
修正后：重金属（硒、砷、硼、铅、镉、铜、锌等）
图1 开挖过程中产生的碎岩体（开挖剪切）
AIST 旨在开发水资源循环利用技术和安全保障技术亚洲战略“水工程”我们正在研究基于微生物知识的废水处理和回收中的高活性维护和管理技术，并阐明持久性有害物质的稳定处理机制（AIST 2018 年 6 月 15 日新闻稿) 等。作为这项工作的一部分，AIST下一代测序仪分析以及太平洋水泥的重金属不溶化技术的开发记录。
在日本挖掘区域（N 和 M）采集的超出环境标准的硒污染挖掘样品中添加了六价硒和乳酸（硒还原微生物的营养源）。厌氧环境14天没有受到任何干扰。为了进行比较，制备了仅添加硒、仅添加乳酸且不添加添加剂的实验系统。结果，在所有添加了硒和乳酸的钻渣中，观察到溶解硒浓度（未溶解的硒浓度）（图2，紫色）和乳酸浓度显着降低。在仅添加硒的实验系统中，溶解的硒浓度的降低幅度低于同时添加乳酸时的情况（图2，蓝色）。此外，在仅添加乳酸的实验体系中，观察到样品中原本含有的硒减少，但在不添加乳酸的非添加实验体系中，未观察到硒减少。由上可知，乳酸的添加促进了硒的还原(不溶化)。
图2 当营养源添加到挖掘产生的岩体（挖掘碎片）并留在厌氧环境中时溶解的硒浓度的变化
我们认为，硒的还原和不溶是由发掘过程中的微生物引起的，我们使用新一代测序技术对总共 400 万种微生物进行了表征，试图鉴定参与硒不溶的硒还原微生物。尽管开挖沟中存在数千种微生物，但在溶解硒（图 2）和乳酸浓度（图 3）减少的系统中观察到微生物群落发生显着变化。特别是属于梭状芽孢杆菌类的微生物（图3，橙色）显着增加。
图3 挖掘产生的岩体（挖掘碎片）中存在的微生物组成的变化
仔细观察微生物种类的增加表明，梭菌类脱硫孢菌 布伦西斯细菌相对丰度最初为 0022%-0025%，但到实验结束时已显着增加至 63716%-67584%。另外，其他脱硫孢菌细菌属和共生杆菌与该属密切相关的微生物，能够还原硒哈夫尼脱硫杆菌增加被观察到。目前尚未有报道表明这些微生物大多进行硒还原，而本次验证首次揭示了乳酸氧化和硒还原的作用。缀合反应表明它参与硒不溶作用。此外，在挖掘地点 M发酵海藻已知可通过发酵降解乳酸，发酵代谢产生的还原力转移为六价硒，使硒不溶。这些结果表明，存在于钻渣中的多种硒还原微生物被乳酸的添加所激活，并且多种硒还原机制同时起作用，有效地使钻渣中的硒不溶解。
今后，我们将根据对开挖产生的岩体（开挖矿渣）中生活的硒还原微生物的了解，优化实际现场的不溶化处理条件。通过这一点，我们的目标是建立一种新的生物修复方法，防止硒从挖掘炉渣中洗脱。