JP2014224755A - 放射性物質のモニタリング装置およびカートリッジフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度を向上するとともに、液体試料中のＳＳ分のモニタリング時間を短縮する。
【解決手段】放射性物質のモニタリング装置１０は、筒状の濾過層３を有するカートリッジフィルタ１と、液体試料Ｗｓを濾過層３の内周面３ｄに供給する液体供給部４１と、濾過層３の外周面３ｃから排出された液体試料Ｗｓを排出する液体排出部４２と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射性物質のモニタリング装置、および、放射性物質のモニタリングに使用するカートリッジフィルタに関する。

福島第一原子力発電所から放出された放射性物質の多くは山林に沈着し、降雨等に伴い山林から徐々に環境水中に流出する。例えば、文部科学省が２０１１年７月に福島県内の河川水５１箇所で実施した調査結果（非特許文献１参照）では、平均で^１３４Ｃｓが０．５４Ｂｑ／Ｌ、^１３７Ｃｓが０．５８Ｂｑ／Ｌと低濃度の放射性セシウムが検出されている。これらの森林等から継続的に流出する環境水を灌漑用水として利用することで、移動性が高い溶存態の放射性物質が新たに水田に流入し、稲に影響を与えることが懸念されている。別の調査によれば、水田付近の土壌において灌漑用水に起因すると考えられる放射性物質の濃度の高まりが確認された圃場もある。このように、液体試料中の低濃度の、例えば放射性セシウムなどの放射性物質を正確かつ短時間でモニタリングすることは、今後の対策方針を検討する上でも重要である。

そして、環境中では放射性物質は、粒子などに付着した固形物の態様（以下、ＳＳ分と称する）、または、水中に溶存した形態（以下、溶存態と称する）で存在していることから、ＳＳ分と溶存態とを個別にモニタリングできることが望まれている。

文部科学省（２０１１）：文部科学省による放射性物質の分布状況等に関する調査研究（河川水・井戸水における放射性物質の移行調査）の結果について[http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chousa/gijyutu/017/shiryo/__icsFiles/afieldfile/2011/10/27/1312442_4.pdf]

発明者らは、水中の放射性物質をＳＳ分と溶存態とで個別にモニタリングするため、筒状の濾過層を有するカートリッジフィルタと、液体試料を濾過層の外周面へ供給する液供給部と、濾過層の内周面から排出された液体試料を次の工程へ導く液排出部と、を備える放射性物質のモニタリング装置を検討した。そして、カートリッジフィルタを構成する筒状の濾過層の構成部材として、例えば不織布や織物、あるいは編物などの布帛を採用した。この放射性物質のモニタリング装置では、液供給部により濾過層の外周面へ供給された液体試料は、濾過層の外周面から内周面へ向かい通過するので、液体試料中のＳＳ分を濾過層の外周面上および濾過層に濾別して濃縮できる。そして、濾過層の内周面から排出された液体試料を液排出部により、溶存態を吸着させる工程（例えば、プルシアンブルー系化合物などの放射性物質吸着成分を有する別のカートリッジフィルタへ供する工程など）へ導くことで、別のカートリッジフィルタが有する放射性物質吸着成分に溶存態を吸着させ、液体試料中の溶存態を別のカートリッジフィルタに濃縮できる。

上述の放射性物質のモニタリング装置を用いることで、液体試料中に存在するＳＳ分および溶存態の量が少ない場合であってもＳＳ分と溶存態とを個別にカートリッジフィルタで濃縮でき、ゲルマニウム半導体検出器などの放射性物質測定に供する時間を短縮化して、個別にモニタリングできるものであった。

しかしながら、上述の放射性物質のモニタリング装置からモニタリングに使用済みのカートリッジフィルタを取り外す作業、および、取り外したカートリッジフィルタを運搬する作業のうち少なくともいずれかの作業の前後で、カートリッジフィルタに濃縮されている（換言すれば、濾別され保持されている）ＳＳ分の量が変化して、正確なモニタリングが行えないことがある。このカートリッジフィルタに濃縮されているＳＳ分の量の変化が生じる原因として、以下のことが考えられる。つまり、上述の作業を行う際に工具または作業者の手が濾過層の外周面に接触することがあり、接触および振動によって、濾過層の外周面上および濾過層に濾別され保持されているＳＳ分が脱落することによるものと考えられる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度の向上およびモニタリング時間の短縮が可能な、モニタリング装置およびカートリッジフィルタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る放射性物質のモニタリング装置は、筒状の濾過層を有するカートリッジフィルタと、液体試料を濾過層の内周面に供給する液体供給部と、濾過層の外周面から排出された液体試料を排出する液体排出部と、を備える。

この放射性物質のモニタリング装置によれば、カートリッジフィルタが有する筒状の濾過層の内周面に液体試料が供給され、液体試料は濾過層の内周面側から外周面側に向けて移動し、濾過層の外周面から排出される。このため、液体試料中のＳＳ分を濾過層の内周面上および濾過層に濾別して濃縮できる。これにより、液体試料中に存在するＳＳ分の量が少ない場合であってもＳＳ分をカートリッジフィルタで濃縮でき、放射性物質測定に供する時間を短縮化することが可能となる。また、この放射性物質のモニタリング装置では、ＳＳ分は濾過層の内周面上および濾過層に濾別され保持されるので、放射性物質のモニタリング装置からカートリッジフィルタを取り外す作業、および、取り外したカートリッジフィルタを運搬する作業の少なくともいずれかを行った場合であっても、工具および作業者の手がＳＳ分に接触することを抑制でき、接触および振動によって、濾過層に保持されているＳＳ分が脱落するのを防止できる。その結果、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度を向上することが可能となる。このように、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度を向上するとともに、液体試料中のＳＳ分のモニタリング時間を短縮することが可能となる。

本発明の一態様に係るカートリッジフィルタは、液体試料中に含まれる放射性物質を除去するためのカートリッジフィルタであって、筒状の濾過層を備え、液体試料を濾過層の内周面側から外周面側に向けて通過させる。

このカートリッジフィルタによれば、筒状の濾過層の内周面側から外周面側に向けて液体試料を通過させることにより、液体試料中に含まれる放射性物質が除去される。このため、液体試料中のＳＳ分を濾過層の内周面上および濾過層に濾別して濃縮できる。これにより、液体試料中に存在するＳＳ分の量が少ない場合であってもＳＳ分をカートリッジフィルタで濃縮でき、放射性物質測定に供する時間を短縮化することが可能となる。また、このカートリッジフィルタでは、ＳＳ分は濾過層の内周面上および濾過層に濾別され保持されるので、カートリッジフィルタを取り外す作業、および、取り外したカートリッジフィルタを運搬する作業の少なくともいずれかを行った場合であっても、工具および作業者の手がＳＳ分に接触することを抑制でき、接触および振動によって、濾過層に保持されているＳＳ分が脱落するのを防止できる。その結果、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度を向上することが可能となる。このように、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度を向上するとともに、液体試料中のＳＳ分のモニタリング時間を短縮することが可能となる。

本発明によれば、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度を向上するとともに、液体試料中のＳＳ分のモニタリング時間を短縮することができる。

本実施形態に係るカートリッジフィルタの構成を概略的に示す斜視図である。 図１の支持体およびエンドキャップの構成を概略的に示す斜視図である。 図１の濾過層の構成を概略的に示す斜視図である。 本実施形態に係るモニタリング装置の構成を概略的に示す図である。 図４のモニタリング装置の一構成例を概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るカートリッジフィルタの構成を概略的に示す斜視図である。図２は、支持体２１、第１エンドプレート２２および第２エンドプレート２３の構成を概略的に示す斜視図である。図３は、濾過層３の構成を概略的に示す斜視図である。図１〜図３に示されるように、カートリッジフィルタ１は、筒状の濾過層３（以降、濾過層と称することがある）を備えて構成された、ＳＳ分の濃縮を担う部材である。

この例では、カートリッジフィルタ１は、濾過層３と、濾過層３を支持する筒状の支持体２１（以降、支持体と称することがある）と、支持体２１の両端部に接続された第１エンドプレート２２および第２エンドプレート２３と、を備えている。なお、支持体２１、第１エンドプレート２２および第２エンドプレート２３を合わせて、フレーム２と称することがある。カートリッジフィルタ１では、濾過層３の内周面３ｄ側の空間に支持体２１が挿入されており、支持体２１の外周面２１ｃを濾過層３が覆っている。フレーム２および濾過層３の一例について以下に説明する。

図２に示されるように、支持体２１の両端部には第１エンドプレート２２および第２エンドプレート２３が接続されている。支持体２１は、中空の筒状多孔部材であって、一端部２１ａと、他端部２１ｂと、外周面２１ｃと、内周面２１ｄと、を有する。なお、一端部２１ａは軸Ｘ方向における支持体２１の一方の端部であって、軸Ｘを中心とした円形状の開口部２２ａを有する。他端部２１ｂは一端部２１ａと反対側の端部である。つまり、他端部２１ｂは軸Ｘ方向における支持体２１の他方の端部であって、軸Ｘを中心とした円形状の開口を有する。外周面２１ｃは、一端部２１ａの外周縁と他端部２１ｂの外周縁とによって規定される面である。また、一端部２１ａの開口から他端部２１ｂの開口まで軸Ｘに沿って中空部分が延びており、内周面２１ｄは、一端部２１ａの開口縁と他端部２１ｂの開口縁とによって規定される面である。

支持体２１の外周面２１ｃには、外周面２１ｃから内周面２１ｄまで貫通している複数の孔２１ｅが設けられている。孔２１ｅの形状及び大きさ、並びに、孔２１ｅの数及び配置は、いずれも適宜調整される。例えば、孔２１ｅは、周方向に長尺の楕円形または長方形を呈しており、軸Ｘ方向に沿って一定の間隔で配列され、周方向に沿って一定の間隔で配列されている形状とすることができる。支持体２１の外径は支持体２１の内径よりも大きく、例えば５〜１２０ｍｍ程度、内径は例えば１〜１００ｍｍ程度である。また、支持体２１は、布帛を構成可能な有機ポリマー、金属、木材及びシリコーン樹脂などから構成できる。

第１エンドプレート２２は、支持体２１の軸Ｘを軸とした円板状を呈し、軸Ｘを中心とした円形状の開口部２２ａを有する。この第１エンドプレート２２の外径は第１エンドプレート２２の内径（開口部２２ａの開口径）よりも大きく、例えば１０〜５００ｍｍ程度、内径は例えば１〜１００ｍｍ程度である。第１エンドプレート２２は、支持体２１の一端部２１ａに接続されており、離脱（取り外し）可能に設けられていても、離脱（取り外し）不可能に設けられていてもよい。この支持体２１と第１エンドプレート２２との接合は、例えばホットメルト樹脂を介して接着することにより行われる。また、支持体２１の一端部２１ａにネジ山を設け、第１エンドプレート２２の支持体２１との接合部分にネジ受けを設けておき、ネジ嵌めすることによって、支持体２１と第１エンドプレート２２とを接合してもよい。支持体２１の一端部２１ａにネジ受けを設け、第１エンドプレート２２にネジ山を設けてもよい。また、支持体２１の一端部２１ａに嵌合部を設け、第１エンドプレート２２の支持体２１との接合部分に嵌合部を設けておき、この嵌合部同士を嵌合させることによって、支持体２１と第１エンドプレート２２とを接合してもよい。この嵌合部は、例えば凹部または凸部である。また、第１エンドプレート２２は、布帛を構成可能な有機ポリマー、金属、木材及びシリコーン樹脂などから構成できる。

第２エンドプレート２３は、支持体２１の軸Ｘを軸とした円板状を呈している。なお、第２エンドプレート２３は、軸Ｘを中心とした円形状の開口部を有していない。この第２エンドプレート２３の外径は例えば１０〜５００ｍｍ程度である。第２エンドプレート２３は、支持体２１の他端部２１ｂに接続されており、離脱（取り外し）可能に設けられていても、離脱（取り外し）不可能に設けられていてもよい。支持体２１と第２エンドプレート２３との接合は、支持体２１と第１エンドプレート２２との接合と同様にして行われる。また、第２エンドプレート２３は、布帛を構成可能な有機ポリマー、金属、木材及びシリコーン樹脂などから構成できる。

第１エンドプレート２２、支持体２１及び第２エンドプレート２３は、その順に軸Ｘ方向に同軸に配列されている。また、第１エンドプレート２２の開口部２２ａと、支持体２１の中空部分とが同軸に連なっている。また、支持体２１は、軸Ｘ方向に配置された上部筒状の支持体と下部筒状の支持体とから構成されてもよい。この場合、上部筒状の支持体の下端部に係合溝が設けられ、下部筒状の支持体の上端部に係合溝が設けられ、互いに係合及び離脱が可能に構成できる。

図３に示されるように、濾過層３は、筒状を呈しており、一端部３ａと、他端部３ｂと、外周面３ｃと、内周面３ｄと、を有する。一端部３ａは軸Ｘ方向の一方の端部であって、軸Ｘを中心とした円形状の開口を有する。他端部３ｂは一端部３ａと反対側の端部である。つまり、他端部３ｂは軸Ｘ方向の他方の端部であって、軸Ｘを中心とした円形状の開口を有する。外周面３ｃは、一端部３ａの外周縁と他端部３ｂの外周縁とによって規定される面である。また、一端部３ａの開口から他端部３ｂの開口まで軸Ｘに沿って中空部分が延びており、内周面３ｄは、一端部３ａの開口縁と他端部３ｂの開口縁とによって規定される面である。この濾過層３の外径は濾過層３の内径よりも大きく、例えば１０〜５００ｍｍ程度、内径は例えば５〜１２０ｍｍ程度である。濾過層３の軸Ｘ方向の長さは適宜調整されるが、液体試料が濾過層３の一端部３ａ及び他端部３ｂからリークするのを防ぐために、濾過層３の一端部３ａは第１エンドプレート２２に接触し、濾過層３の他端部３ｂは第２エンドプレート２３に接触可能な長さにしてもよい。濾過層３は、内周面３ｄから外周面３ｃに向かう方向Ｙに沿って液体試料を通過させる。

濾過層３を構成する素材は適宜選択されるが、素材は布帛３１（繊維層）から構成されてもよい。布帛３１は、不織布、織物及び編物などの繊維素材からなり、これらの素材を単体で用いてなるものであっても、これらの素材を複数積層してなるものであってもよい。布帛３１を構成する繊維の繊度は特に限定されないが、通液性に優れるように０．１〜５０ｄｔｅｘであってもよく、通液性にさらに優れるように０．５〜３０ｄｔｅｘであってもよい。また、布帛３１を構成する繊維の繊維長は特に限定されないが、１ｍｍ以上であってもよく、３〜１００ｍｍであってもよい。繊維の製造方法によっては、連続繊維であってもよい。また、布帛３１は、繊度及び繊維長の少なくともいずれかが異なる２種類以上の繊維を含んでもよい。さらに、布帛３１を構成する繊維は、２種類以上の複合繊維であってもよい。複合繊維の表面が低融点の成分を含んでいる場合には、繊維形態を維持したまま、低融点の成分によって融着することができる。この複合繊維の断面形態としては、例えば、芯鞘型（偏芯型を含む）、海島型、サイドバイサイド型、オレンジ型、多層積層型を挙げることができる。

布帛３１を構成する繊維の成分は特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなど）、スチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリエーテル系樹脂（ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、芳香族ポリエーテルケトンなど）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、全芳香族ポリエステル樹脂など）、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド系樹脂（例えば、芳香族ポリアミド樹脂、芳香族ポリエーテルアミド樹脂、ナイロン樹脂など）、アクリル系樹脂、ニトリル基を有する樹脂（例えば、ポリアクリロニトリルなど）、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリスルホン系樹脂（ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなど）、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなど）、セルロース系樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂などの公知の有機ポリマーを用いることができる。

これらの有機ポリマーは、直鎖状ポリマーまたは分岐状ポリマーのいずれからなるものでもよく、またブロック共重合体またはランダム共重合体でもよく、立体構造及び結晶性の有無がいかなるものであってもよい。また、これら例示以外の有機ポリマーも使用可能であり、例示以外の樹脂も含め、２種以上の有機ポリマーからなる繊維を用いて布帛３１を調製してもよい。

布帛３１を構成する繊維の製造方法は限定されない。例えば、乾式紡糸法、湿式紡糸法、直接紡糸法（メルトブロー法、スパンボンド法、静電紡糸法、紡糸原液と気体流とを平行に吐出して紡糸する方法（例えば、特開２００９−２８７１３８号公報に開示の方法）など）、複合繊維から一種類以上の樹脂成分を除去することで繊維径が細い繊維を抽出する方法、繊維を叩解して分割された繊維を得る方法など公知の方法により得ることができる。

布帛３１が織物または編物である場合、上述のようにして調製した繊維を、織るまたは編むことによって、布帛３１を調製することができる。また、布帛３１が不織布である場合、不織布を製造可能な繊維ウェブの調製方法として、例えば、乾式法、湿式法または直接紡糸法などを用いることができる。なお、上述の方法で調製される繊維ウェブを１層のみ使用して不織布を製造するのに限らず、繊維配合が同じ又は異なる繊維ウェブを２層以上積層した積層繊維ウェブを用いて不織布を調製してもよい。さらに、繊維ウェブはパラレルウェブ、クロスウェブ、ランダムウェブまたはパラレルウェブとクロスウェブとを積層したクリスクロスウェブであってもよく、特に限定されない。

次に、繊維ウェブの繊維同士を結合して不織布を調製する。この繊維同士の結合方法としては、例えば、ニードルもしくは水流によって絡合する方法、低融点の成分を表面に有する複合繊維を繊維ウェブに含ませておき、この複合繊維の低融点の成分を融着する方法、バインダ成分によって接着する方法、または、これらの方法を併用する方法が挙げられる。

バインダ成分の種類は特に限定されるものではなく、布帛３１を構成可能な有機ポリマーをバインダ成分として用いてもよい。他にも、例えば、塩化ビニル成分（例えば、塩化ビニルコポリマー樹脂など）、塩化ビニリデン成分、酢酸ビニル成分やエチレン成分（例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂など）、スチレン成分やブタジエン成分（例えば、スチレン・ブタジエン系ラテックスなど）、アクリル酸エステル成分、ウレタン成分などを含むバインダ成分を用いてもよい。

また、バインダは架橋剤（例えば、メラミン系、オキサゾリン系、イソシアネート系等）を含有してもよい。また、バインダは、界面活性剤、撥油剤、浸透剤、難燃剤等の機能性薬剤を含有してもよい。そして、使用するバインダの状態は、例えば、エマルジョン、ラテックス、サスペンジョン、溶液などであって、特に限定されない。

複合繊維を融着させる方法として、例えば、カレンダーロールにより加熱加圧する方法、熱風乾燥機により加熱する方法などを用いることができる。

複数の素材を積層して布帛３１を調製する場合、積層方法として、例えば、各素材をただ重ね合わせるだけの方法、例えば、各素材を構成する有機ポリマーを溶融させることによって積層一体化する方法、各素材同士をバインダ成分によって積層一体化する方法などを採用することができる。

布帛３１の目付は特に限定されないが、１０〜３０００ｇ／ｍ^２であってもよく、２０〜１０００ｇ／ｍ^２であってもよい。なお、目付とは、最も広い面積を有する面（主面）の１ｍ^２あたりの質量に換算した値を意味する。また、布帛３１の厚さは、適宜調整され、限定されないが、例えば、０．０１〜１００ｍｍとしてもよく、０．１〜５０ｍｍとしてもよい。なお、厚さは、圧縮弾性式厚み計により計測した値であり、具体的には主面に対して５ｃｍ^２の荷重領域に１００ｇｆの荷重をかけたときの値をいう。

濾過層３は、主としてＳＳ分を濾別する役割を担う部材であり、例えばメルトブロー不織布などの布帛３１を長尺状に切り抜いた後に、ロール状に巻回することによって調製される。また、濾過層３は、布帛３１を長尺状に切り抜いた後に、布帛３１の対向する端部同士を接合することによって調製されてもよい。濾過層３を調製する際に使用する布帛３１の形状は、平らなシート状であってもよいが、濾過層３の通液抵抗を低下させて液体試料中のＳＳ分を短時間でモニタリングできるように、プリーツ形状など表面が凹凸形状を備えた形状の布帛３１を用いて濾過層３を調製してもよい。特に、筒状の濾過層３では、内周面３ｄの面積は外周面３ｃの面積よりも小さいので、濾過層３の通液抵抗を高くする原因となり易い。このため、濾過層３の通液抵抗を低下するために、濾過層３は、プリーツ形状など表面が凹凸形状を備えた形状の布帛３１の層を内周面３ｄに備えてもよい。

濾過層３の内周面３ｄおよび外周面３ｃにおける平均開孔径の大きさは、カートリッジフィルタ１に求められている通液抵抗の大きさと、求められるＳＳ分の濾別能力とにより、適宜調整されるものであり限定されるものではない。しかし、内周面３ｄおよび外周面３ｃにおける平均開孔径の大きさが小さすぎると濾過層３の通液抵抗が高くなり、液体試料中のＳＳ分のモニタリング時間が長くなるおそれがある。一方、内周面３ｄおよび外周面３ｃにおける平均開孔径の大きさが大きすぎると濾過層３による粒子径の小さなＳＳ分の濾別が困難となり、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度が低下するおそれがある。そのため、内周面３ｄの平均開孔径の大きさは、例えば、１μｍ〜５０μｍであるのが好ましく、１μｍ〜３０μｍであるのがより好ましく、１μｍ〜２０μｍであるのが最も好ましい。また、外周面３ｃの平均開孔径の大きさは、例えば、１μｍ〜２０μｍであるのが好ましく、１μｍ〜１０μｍであるのがより好ましく、１μｍ〜３μｍであるのが最も好ましい。

また、内周面３ｄの平均開孔径の大きさが外周面３ｃの平均開孔径の大きさよりも小さい場合には、ＳＳ分の濾別に伴い内周面３ｄの開孔が閉塞して通液抵抗が高くなり易く、液体試料中のＳＳ分を短時間でモニタリングできなくなるおそれがある。そのため、ＳＳ分のモニタリング時間を短時間にするために、濾過層３における内周面３ｄの平均開孔径の大きさを、濾過層３における外周面３ｃの平均開孔径の大きさよりも大きくしてもよい。

また、濾過層３は、内周面３ｄおよび外周面３ｃの少なくともいずれかに、補強材層（例えばネットやスパンボンド不織布などの層）を備えていてもよい。この場合、補強材層は主として濾過層３の形状が変化するのを防止する役割を担う部材である。

次に、カートリッジフィルタ１の組立方法の一例について説明する。まず、濾過層３を調製する。次に、調製した濾過層３の中空部分に支持体２１、または、一方の端部にエンドプレートを接合させた支持体２１を挿入する。最後に、支持体２１の端部にエンドキャップを接合することで、カートリッジフィルタ１は組み立てられる。

カートリッジフィルタ１の組立方法の別の例について説明する。まず、布帛３１を長尺状に切り抜いて切片を調製する。次に、調製した切片を支持体２１に巻回し、支持体２１の両端部に第１エンドプレート２２および第２エンドプレート２３を接合する。または、両端部に第１エンドプレート２２および第２エンドプレート２３を接合させた支持体２１に、調整した切片を巻回する。以上のようにして、カートリッジフィルタ１は組み立てられる。

カートリッジフィルタ１において露出している濾過層３が変形するのを防止するため、カートリッジフィルタ１は、その外囲に設けられたカバー部材（図示せず）をさらに備えてもよい。このカバー部材は、筒状の形状を呈しており、その形状における外周面から内周面まで貫通している複数の孔が設けられている。孔の形状及び大きさ、並びに、孔の数及び配置は、適宜調整される。例えば、孔は、周方向に長尺の楕円形または長方形を呈しており、軸Ｘ方向に沿って一定の間隔で配列され、周方向に沿って一定の間隔で配列されている形状とすることができる。

このように構成されたカートリッジフィルタ１では、カートリッジフィルタ１に導かれた液体試料が、濾過層３の内周面３ｄに供給される。そして、供給された液体試料は内周面３ｄから外周面３ｃに向けて濾過層３中を移動して通過し、外周面３ｃから濾過層３の外部に排出される。

次に、放射性物質のモニタリング装置について説明する。図４は、本実施形態に係るモニタリング装置の構成を概略的に示す図である。図４に示されるように、放射性物質のモニタリング装置１０は、カートリッジフィルタ１と、液体供給部４１と、液体排出部４２と、を備えている。液体供給部４１は、液体試料をカートリッジフィルタ１の濾過層３の内周面３ｄに供給可能に構成されている。液体排出部４２は、カートリッジフィルタ１の濾過層３の外周面３ｃから排出された液体試料を排出可能に構成されている。液体排出部４２は、液体試料を次の工程に導いてもよい。なお、液体供給部４１および液体排出部４２は、液体試料を通液できればよく、例えば、ホース、チューブなどである。

この例では、放射性物質のモニタリング装置１０は、容器４０をさらに備え、容器４０の空間Ｓにカートリッジフィルタ１が収容されている。液体供給部４１は、容器４０の開口４０ａを介して挿通されている。液体供給部４１の一端は容器４０の外部に配置され、液体供給部４１の他端はフレーム２の第１エンドプレート２２の開口部２２ａに接合されている。このように、液体供給部４１は、濾過層３の内周面３ｄの露出している空間に液体供給部４１の他端が面するように設けられている。液体排出部４２の一端は、容器４０の開口４０ｂに接続されている。

このように構成されたモニタリング装置１０では、液体供給部４１によって、容器４０の外部から液体試料が濾過層３の内周面３ｄに供給される。そして、供給された液体試料は、濾過層３の内周面３ｄから外周面３ｃに向かって濾過層３を通過し、外周面３ｃから排出される。濾過層３の外周面３ｃから排出された液体試料は、容器４０の空間Ｓ内に蓄えられ、液体排出部４２によって容器４０の外部に排出される。

図５は、本実施形態に係るモニタリング装置の一構成例を概略的に示す図である。図５に示されるように、モニタリング装置１０Ａは、カートリッジフィルタ１、液体供給部４１および液体排出部４２に加えて、ポンプ１１と、圧力計１２と、流量計１３と、他のカートリッジフィルタ５と、通液部４３と、通液部４４と、通液部４５と、通液部４６と、をさらに備えている。水Ｗは、海水、河川、湖沼、水路または湧き水などに含まれる環境水、あるいは、放射性物質に汚染された土壌や焼却灰を分散させた水である。

ポンプ１１は、液体試料Ｗｓをモニタリング装置１０Ａに通水するための装置である。圧力計１２は、モニタリング装置１０Ａに通水している液体試料Ｗｓの圧力を測定する装置である。流量計１３は、モニタリング装置１０Ａに通水している液体試料Ｗｓの量を計測する装置である。カートリッジフィルタ５は、溶存態を吸着させるためのフィルタである。液体供給部４１の一端は、圧力計１２に接続され、液体排出部４２の他端はカートリッジフィルタ５に接続されている。

通液部４３、通液部４４、通液部４５および通液部４６は、液体試料Ｗｓを導くチューブまたはホースなどの管状部材であって、モニタリング装置１０Ａにおける液体試料Ｗｓの流れにおいて互いに隣り合う各部材同士を接続しており、各部材間における液体試料Ｗｓの通液を担う。具体的には、通液部４３は、水Ｗから液体試料Ｗｓを採取するための取水部材であって、一端が水Ｗに配置され、他端がポンプ１１に接続されている。通液部４４は、一端がポンプ１１に接続され、他端が圧力計１２に接続されている。通液部４５は、一端がカートリッジフィルタ５に接続され、他端が流量計１３に接続されている。通液部４６は、液体試料Ｗｓをモニタリング装置１０Ａの外部に排出する排出部材であって、一端が流量計１３に接続され、他端が水Ｗに配置されている。

なお、このモニタリング装置１０Ａでは、通液部４３の一端が海水、河川、湖沼、水路または湧き水などの環境中の水Ｗに設置されており、環境中の水Ｗから液体試料Ｗｓをカートリッジフィルタ１へと導く態様であるが、採取した液体試料を蓄えたタンクなどの容器（図示せず）に通液部４３の一端が配置されており、容器内に蓄えられた液体試料をカートリッジフィルタ１へと導くものであってもよい。また、液体供給部４１がプレフィルタを備えてもよく、液体試料Ｗｓ中の不純物を除去する態様であってもよい。

モニタリング装置１０Ａの使用方法について説明する。まず、水Ｗ中に通液部４３の一端を設置する。そして、ポンプ１１を作動させて、通液部４３を介して水Ｗから液体試料Ｗｓを採取する。採取した液体試料Ｗｓはポンプ１１を通過し、ポンプ１１を通過した液体試料Ｗｓは通液部４４を介して圧力計１２を通過する。そして、圧力計１２を通過した液体試料Ｗｓは、液体供給部４１を介してカートリッジフィルタ１における濾過層３の内周面３ｄに供給される。これにより、液体試料Ｗｓを濾過層３の内周面３ｄから濾過層３の内部を通過させ、外周面３ｃへと通水させる。このとき、液体試料Ｗｓ中に存在するＳＳ分は、濾過層３の内周面３ｄ上および濾過層３で濾別され濃縮される。

次いで、濾過層３の外周面３ｃから排出された液体試料Ｗｓは、液体排出部４２を介して他のカートリッジフィルタ５に供給される。そして、他のカートリッジフィルタ５が備える放射性物質除去成分によって、液体試料Ｗｓ中の溶存態が吸着され、他のカートリッジフィルタ５中で濃縮される。そして、他のカートリッジフィルタ５を通過した液体試料Ｗｓは、通液部４５を介して流量計１３を通過し、流量計１３を通過した液体試料Ｗｓは、通液部４６を介してモニタリング装置１０Ａ外に排出される。

特定量の液体試料Ｗｓをモニタリング装置１０Ａに供して、液体試料Ｗｓ中の放射性セシウムのモニタリングを行った後、使用済みのカートリッジフィルタ１および他のカートリッジフィルタ５をモニタリング装置１０Ａから取り外して回収する。そして、回収したカートリッジフィルタ１および他のカートリッジフィルタ５を検出器に供することにより、液体試料Ｗｓ中の放射性物質についてＳＳ分と溶存態とを個別に、ゲルマニウム半導体検出器などの放射性物質測定へ供しモニタリングする。

以上説明したように、カートリッジフィルタ１は、筒状の濾過層３を備えている。また、放射性物質のモニタリング装置１０，１０Ａは、カートリッジフィルタ１と、液体試料を濾過層３の内周面３ｄに供給する液体供給部４１と、濾過層３の外周面３ｃから排出された液体試料を排出する液体排出部４２と、を備えている。この放射性物質のモニタリング装置１０，１０Ａでは、カートリッジフィルタ１が有する筒状の濾過層３の内周面３ｄに液体試料Ｗｓが供給され、液体試料Ｗｓは濾過層３の内周面３ｄ側から外周面３ｃ側に向けて移動し、濾過層３の外周面３ｃから排出される。このため、液体試料Ｗｓ中のＳＳ分を濾過層３の内周面３ｄ上および濾過層３に濾別して濃縮できる。これにより、液体試料Ｗｓ中に存在するＳＳ分の量が少ない場合であってもＳＳ分をカートリッジフィルタ１で濃縮でき、放射性物質の測定に要する時間を短縮化することが可能となる。また、モニタリング装置１０，１０Ａでは、ＳＳ分は濾過層３の内周面３ｄ上および濾過層３に濾別され保持されるので、モニタリング装置１０，１０Ａからカートリッジフィルタ１を取り外す作業、および、取り外したカートリッジフィルタ１を運搬する作業の少なくともいずれかを行った場合であっても、工具および作業者の手がＳＳ分に接触することを抑制でき、接触および振動によって、濾過層３に保持されているＳＳ分が脱落するのを防止できる。その結果、液体試料Ｗｓ中のＳＳ分のモニタリング精度を向上することが可能となる。このように、液体試料Ｗｓ中のＳＳ分のモニタリング精度を向上するとともに、液体試料中のＳＳ分のモニタリング時間を短縮することが可能となる。

なお、本発明に係るカートリッジフィルタおよび放射性物質のモニタリング装置は上記実施形態に限定されない。例えば、上述したモニタリング装置１０Ａは、１つのカートリッジフィルタ１および１つのカートリッジフィルタ５を備えているが、モニタリング装置１０Ａは、複数のカートリッジフィルタ１および複数のカートリッジフィルタ５を備えてもよい。

なお、上述した溶存態を吸着できる別のカートリッジフィルタ５の態様は適宜調整され、限定されない。例えば、カートリッジフィルタ５は、放射性物質除去成分を担持した布帛を用いて調製された筒状の濾過層、およびフレームを用いて調製されてもよい。このとき、フレームおよび筒状の濾過層の形状および調製方法は、カートリッジフィルタ１と同様のものとすることができる。放射性物質除去成分の種類は適宜選択され、限定されない。例えば、放射性物質除去成分としては、ゼオライト、活性炭、プルシアンブルー系化合物などが採用され得る。

ここでいうプルシアンブルー系化合物とは、Ａ_ｘＭ［Ｆｅ（ＣＮ）_６］_ｙ・ｚＨ_２Ｏで表現される組成からなる化合物であり、セシウムを選択的に吸着する性質を有している。ここで、Ａは陽イオンであり、カリウム、リチウム、ナトリウム、ルビジウム、アンモニアなどが使用でき、さらにはそれらの混合でもよい。Ｍは金属原子であり、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀などが使用できる。金属原子の結晶構造は、一般に立方晶であるが、三方晶、正方晶などであってもよく、放射性セシウムを液体試料中から除去する能力があればよい。また、Ｆｅ（ＣＮ）_６はヘキサシアノ鉄イオンであり、その一部が水及び水酸化物イオンなどに置換されているか、または、その一部の配位数（この場合６）が２〜８に変更されていてもよい。

プルシアンブルー系化合物は、ジャングルジムのような内部に空隙を持つ構造を有している。プルシアンブルー系化合物は、この空隙にセシウムを取り込むと考えられており、海水のようにナトリウムイオン及びカリウムイオンなど、類似のイオンが共存している環境下においても、セシウムイオンを選択的に吸着する能力を有する。布帛に担持させるプルシアンブルー系化合物としては、市販のプルシアンブルーを用いることができる。また、特に、プルシアンブルーのナノ粒子を用いた場合には、粒径が小さく、比表面積が大きいので、吸着効果が高い。その一次平均粒径は、１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましく、１０ｎｍ以下が特に好ましい。具体的には、特開２００６−２５６９５４号公報及び国際公開第２００８／０８１９２３号に記載の表面処理が施されていない水不溶性ナノ粒子又は同表面処理を施した水分散性ナノ粒子、または、特願２０１２−１２４５８号出願明細書に記載のナノ粒子が使用できる。

布帛に担持されているプルシアンブルー系化合物の質量は、適宜調整されるものであって、限定されない。例えば、他のカートリッジフィルタ５が発揮する放射性セシウムの吸着性能が優れるように、布帛の１ｍ^２あたり１ｇ以上の担持質量であってもよい。プルシアンブルー系化合物の担持質量が多い方が吸着できるプルシアンブルー系化合物の量が多くなることから、布帛の１ｍ^２あたり３ｇ以上の担持質量であってもよく、布帛の１ｍ^２あたり５ｇ以上の担持質量であってもよい。他方、布帛に担持されているプルシアンブルー系化合物の質量に上限はないが、担持されているプルシアンブルー系化合物の質量が重過ぎると、布帛からプルシアンブルー系化合物が剥落するおそれがある。このため、布帛の１ｍ^２あたり２０ｇ以下の質量となるように、プルシアンブルー系化合物を担持してもよい。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。

［実施例１］
（筒状の支持体、エンドプレート、カバー部材の調製方法）
溶融したポリプロピレンを射出成形することにより、図２のように外周面から内周面まで貫通している複数の通水孔を備える筒状の支持体（内径：２１ｍｍ、外径：２８ｍｍ、高さ：４３ｍｍ）を調製した。また、溶融したポリプロピレンを射出成形することにより、円板状の第２エンドプレート（外径：６２ｍｍ、高さ：４．５ｍｍ）、及び、中央部分に開口を有する円板状の第１エンドプレート（開口の直径：２３ｍｍ、外径：６２ｍｍ、高さ：４．５ｍｍ）を調製した。さらに、溶融したポリプロピレンを射出成形することにより、外周面から内周面まで貫通している複数の通水孔を備えるカバー部材（内径：５８ｍｍ、外径：６１ｍｍ、高さ：４３ｍｍ）を調製した。

（筒状の濾過層の調製方法）
以下に説明する番号順に各部を積層して積層体を調製した。なお、ネットおよびスパンボンド不織布は補強材層として機能するものであり、メルトブロー不織布からなる濾過層の形状が変化するのを防止する役割を担う。
１．ポリプロピレン樹脂からなるネット（Ｄｅｌｓｔａｒ社製、ｄｅｌｎｅｔ（登録商標））
２．ポリプロピレン繊維からなるメルトブロー不織布（目付：８０ｇ／ｍ^２、厚さ：１．２ｍｍ、平均繊維径：２．５μｍ、平均開孔径：６．８μｍ）
３．ポリプロピレン繊維からなるメルトブロー不織布（目付：１２５ｇ／ｍ^２、厚さ：０．３ｍｍ、平均繊維径：２．５μｍ、平均開孔径：１．７μｍ）
４．ポリプロピレン繊維からなるメルトブロー不織布（目付：６０ｇ／ｍ^２、厚さ：０．１ｍｍ、平均繊維径：２．５μｍ、平均開孔径：１μｍ）
５．ポリプロピレン繊維からなるスパンボンド不織布（目付：２０ｇ／ｍ^２、厚さ：０．２ｍｍ）。

次いで、調製した積層体を長方形状に切り抜いて、切片（長辺：１０６４ｍｍ、短辺：４３ｍｍ）を調製した後、切片をプリーツ形状（長辺方向のプリーツ山数：３８山、互いに隣り合うプリーツ頂点同士の高さ：１４ｍｍ）をなすように加工した。最後に、プリーツ形状に加工した切片を筒状の支持体に巻回して、プリーツ形状に加工した切片における短辺同士を接続し一体化することで、筒状の支持体の外周面上に筒状の濾過層を形成した。なお、このとき筒状の支持体の外周面全面に、積層体におけるネット側主面が面するようにして筒状の濾過層が形成されていた。

（カートリッジフィルタの調製方法）
外周面上に筒状の濾過層を備える筒状の支持体を、カバー部材の中空部分に挿入すると共に、筒状の支持体の一方の軸方向端部に第２エンドプレートの中央部分を溶着させて結合した。さらに、他方の軸方向端部にＯリングを設けると共に、他方の軸方向端部を第１エンドプレートにおける開口周縁部分に設けられた凹んだ部分（嵌合部）に嵌合して、ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタを製造した。

（溶存態吸着用のカートリッジフィルタの調製方法）
ポリエステル繊維Ａ（繊度：６．６デシテックス）１０重量％、ポリエステル繊維Ｂ（繊度：１４デシテックス）１０重量％、及び、モダアクリル繊維（繊度：７．８デシテックス）８０重量％を均一に混綿し、カーディングすることで得た繊維ウェブを、クロスレイヤーにより繊維の配向方向を交差させ積層して、クロス繊維ウェブ（目付：７０ｇ／ｍ^２）を調製した。次に、塩化ビニル成分系バインダ成分を含んでなるエマルジョンに、プルシアンブルーを混ぜ合わせた接着剤を用意した。なお、接着剤において、（塩化ビニル成分系バインダ成分の固形分質量）：（プルシアンブルーの固形分質量）＝５５：５であった。そして、スプレーによってクロス繊維ウェブの両主面に接着剤を付与して乾燥した後、さらに、泡立てた接着剤を付与して乾燥することによって、プルシアンブルーを担持した不織布（目付：１３０ｇ／ｍ^２、厚さ：１０ｍｍ、プルシアンブルーの担持質量：５ｇ／ｍ^２）を調製した。

そして、プルシアンブルーを担持した不織布を長方形状に切り抜いて、切片（長辺：１５２０ｍｍ、短辺：３９ｍｍ）を調製した後、切片を筒状の支持体に巻回して筒状の支持体の外周面上に筒状の濾過層を形成した。最後に、外周面上に筒状の濾過層を備える筒状の支持体を、カバー部材の中空部分に挿入すると共に、溶融したエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂を介して、筒状の支持体の一方の軸方向端部に第２エンドプレートの中央部分を結合した。さらに、他方の軸方向端部にＯリングを設けると共に、他方の軸方向端部を第１エンドプレートにおける開口周縁部分に設けられた凹んだ部分（嵌合部）に嵌合して、溶存態吸着用のカートリッジフィルタを製造した。

（モニタリング装置の調製方法）
以下に説明する各部を通水管を間に介して番号順に接続して、放射性物質のモニタリング装置を調製した。
１．液体試料を採取する取水部材
２．液体ポンプ
３．通水圧を測定する圧力計
４．ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタ
５．溶存態吸着用のカートリッジフィルタ
６．通水量を測定する流量計
７．液体試料をモニタリング装置外へと排出する排出部材

実施例１のモニタリング装置では、ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタにおける円板状の第１エンドプレートの中央部分の開口に、「３．通水圧を測定する圧力計」と接続されている通液管の端部を接続し、ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタにおける筒状の濾過層の外周面付近に「５．溶存態吸着用のカートリッジフィルタ」と接続されている通液管の端部を配置し接続した。そして、溶存態吸着用のカートリッジフィルタにおける筒状の濾過層の外周面付近に「４．ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタ」と接続されている通液管の端部を配置し接続し、溶存態吸着用のカートリッジフィルタにおける円板状の第１エンドプレートの中央部分の開口に「６．通水量を測定する流量計」と接続されている通液管の端部を接続した。なお、実施例１のモニタリング装置では、液体試料はＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタにおいて濾過層の内周面側から外周面側に向けて移動する態様である。

［比較例１］
実施例１における（モニタリング装置の調製方法）の項目において、ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタにおける筒状の濾過層の外周面付近に「３．通水圧を測定する圧力計」と接続されている通液管の端部を配置し接続し、ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタにおける円板状の第１エンドプレートの中央部分の開口に「５．溶存態吸着用のカートリッジフィルタ」と接続されている通液管の端部を接続したこと以外は、実施例１と同様にして、放射性物質のモニタリング装置を調製した。なお、比較例１のモニタリング装置では、液体試料はＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタにおいて濾過層の外周面側から内周面側に向けて移動する態様である。

実施例１および比較例１で調製した放射性物質のモニタリング装置を用いて、以下の条件で放射性物質のモニタリングを行った。

（放射性物質のモニタリング方法）
流量が２．５Ｌ／分となるようにしてポンプを調整して、放射性物質を含んだ環境水２０Ｌを、放射性物質のモニタリング装置へ通水した。環境水を通水した後、放射性物質のモニタリング装置から、ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタ、および、溶存態吸着用のカートリッジフィルタを取り外し、各々回収した。回収したカートリッジフィルタをゲルマニウム半導体検出器（セイコー・イージーアンドジー株式会社製、ＳＥＧ−ＥＭＳ（ゲルマニウム半導体検出器を用いたガンマ線スペクトロメトリー、ゲルマニウム半導体検出器型式：ＧＥＭ２０−７０））へ供することで、ＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタに保持されているＳＳ分の放射性セシウム濃度、および、溶存態吸着用のカートリッジフィルタに吸着されている溶存態の放射性セシウム濃度を測定した。そして、回収したカートリッジフィルタの放射性セシウム除去性能（捕集性能および吸着性能）を評価し、表１にまとめた。

なお、表１では、比較例１で使用したＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタが発揮したＳＳ分の捕集性能（放射性セシウムの除去性能）について、実施例１で使用したＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタが発揮したＳＳ分の捕集性能を１００％としたときの、相対比較値を百分率で評価した。また、比較例１で使用した溶存態吸着用のカートリッジフィルタが発揮した溶存態の吸着性能（放射性セシウムの除去性能）について、実施例１で使用した溶存態吸着用のカートリッジフィルタが発揮した溶存態の吸着性能を１００％としたときの、相対比較値を百分率で評価した。

表１に示される結果から、実施例１に係る放射性物質のモニタリング装置、および、前記放射性物質のモニタリング装置で使用されるＳＳ分捕集用のカートリッジフィルタは、比較例１のものよりも放射性セシウムの除去性能に優れていることが判明した。モニタリングへ供した液体試料と、モニタリング装置の構成部材が同一であったにも関わらず、実施例１および比較例１で測定された放射性物質の除去性能が異なった理由として、実施例１のカートリッジフィルタでは、ＳＳ分が、工具および手が接触し難い濾過層の内周面上および濾過層に濾別され保持されることにより、放射性物質のモニタリング装置からカートリッジフィルタを取り外す作業、および、取り外したカートリッジフィルタを運搬する作業の少なくともいずれかを行った場合であっても、接触および振動によって、濾過層の内周面上および濾過層に濾別され保持されているＳＳ分が脱落するのを防止できたためであると考えられる。以上のように、本発明に係る構成の放射性物質のモニタリング装置、および、カートリッジフィルタによって、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度を向上するとともに、液体試料中のＳＳ分のモニタリング時間を短縮することができる。

本発明に係る放射性物質のモニタリング装置およびカートリッジフィルタによれば、液体試料中のＳＳ分のモニタリング精度を向上するとともに、液体試料中のＳＳ分のモニタリング時間を短縮することができる。実際の用途としては、例えば、農業用水のモニタリング、植物工場で使用する用水モニタリング等に加え、放射性物質の除染時に発生する排水、及び、工業用水などの、環境へ排出する際の水のモニタリングに使用することも可能である。

１…カートリッジフィルタ、３…濾過層、３ｃ…外周面、３ｄ…内周面、１０，１０Ａ…モニタリング装置、４１…液体供給部、４２…液体排出部、Ｗｓ…液体試料。

Claims (2)

1. 筒状の濾過層を有するカートリッジフィルタと、
   液体試料を前記濾過層の内周面に供給する液体供給部と、
   前記濾過層の外周面から排出された液体試料を排出する液体排出部と、
   を備えることを特徴とする放射性物質のモニタリング装置。
2. 液体試料中に含まれる放射性物質を除去するためのカートリッジフィルタであって、
   筒状の濾過層を備え、
   液体試料を前記濾過層の内周面側から外周面側に向けて通過させることを特徴とするカートリッジフィルタ。

Images