JP2014228470A - 放射性核種含有水の浄化壁及び土壌汚染の防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子力発電所や放射性排水の貯水槽等から漏洩した放射性核種含有水による周辺土壌や地下水などの環境汚染を防止する。【解決手段】放射性核種の吸着剤を含む透過性地下水浄化壁５，６，８を形成し、この透過性地下水浄化壁５，６，８に放射性核種含有水又は放射性核種含有水が混入した地下水を透過させる。透過中に水中の放射性核種を吸着剤で吸着、除去して浄化することができ、放射性核種の浸出、拡散による土壌汚染等の環境汚染を有効に防止することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所や放射性排水の貯水槽から漏洩した放射性核種含有水による周辺土壌や地下水などの環境汚染を防止するための放射性核種含有水の透過性地下水浄化壁、及び放射性核種含有水による土壌汚染の防止方法に関する。

原子力発電所の核燃料メルトダウンで発生した核分裂物質を含む排水等の放射性核種を含む放射性排水は、仮設タンクや地下貯水槽に一時保管される。放射性排水を保管する仮設タンクや地下貯水槽には、高度な遮水性が要求されるため、例えば、地下貯水槽では、ベントナイト等からなる粘土層でビニールシート等の不透水性シートを裏打ちした二重構造の遮水壁が形成されている。

核燃料がメルトダウンした場合、^２３５Ｕ核分裂反応によって、６０を超える多くの核分裂生成物が生成する。その中で、最も発生頻度の高く、水への溶解性も高い放射性核種として、^１３１Ｉ、^１３７Ｃｓ、^９０Ｓｒがある。この中で、^１３１Ｉは半減期が８日と短く、５０日を経過するとβ、γ崩壊によって安定な^１３１Ｘｅに変化し、残留率は発生量の１％程度となる。一方、^１３７Ｃｓの半減期は３０年、^９０Ｓｒの半減期は２９年と長い。また、同時に発生する^１２６Ｓｎ及び^６３Ｎｉの半減期も相当に長い。このため、これらの放射性核種を含む排水を貯留している地下貯水槽において、不透水性シートの劣化や機械的な損傷によって遮水壁が破断して放射性排水が浸出した場合、環境への汚染リスクが非常に高い。

このようなことから、保管中の放射性排水の漏洩を確実に防止することが重要となるが、ビニールシート等は、地盤沈下や土壌中の異物などの原因で破断する可能性がある。これに対して、粘土層は可塑性を有しており、不等地盤沈下等による形状のゆがみ応力に対して断裂し難いため、従来の地下貯水槽では、不透水性シートを粘土層で裏打ちしてシート破断時の放射性排水の漏洩を防止している。

しかしながら、ベントナイト等の粘土層は水を完全に遮水することができるものではないため（粘土の透水係数は１０^−１１〜１０^−９ｃｍ／ｓｅｃ程度である。）、遮水壁の不透水性シートが破断した場合には放射性排水が粘土層を透過して漏洩するおそれがある。

また、仮設タンクは、鋼板等のタンク壁材をボルトで連結することにより現場施工されたものであるため、地盤の不等沈下が発生した場合、ボルトに緩みが生じ、連結部のシール機能が損なわれ、タンク内の放射性排水が漏れ出るおそれがある。また、連結部のパッキンにゴムなどの有機系材料を用いていた場合、直射日光や雨水によって、材料が経年劣化を起こし、放射性排水が漏れ出るおそれもある。

原子力発電所から直接放射性排水が漏洩する可能性もある。

従来、重金属やフッ素などのアニオンで汚染された地下水を浄化するために、汚染物質を分解・除去、又は吸着・不溶化するための浄化材を充填した透水性の反応壁を地中に形成して浄化する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。しかしながら、放射性排水の漏洩による土壌などの環境汚染を防止する技術についての提案はなされていない。

特開２０１１−２００７５５号公報 特開２００５−２７０７７３号公報

本発明は、原子力発電所や放射性排水の貯水槽等から漏洩した放射性核種含有水による周辺土壌や地下水などの環境汚染を防止するための放射性核種含有水の浄化壁、及び放射性核種含有水による土壌汚染の防止方法を提供することを課題とする。

本発明は、放射性核種の吸着剤の充填層よりなる透過性地下水浄化壁を形成し、この透過性地下水浄化壁に放射性核種含有水又は放射性核種含有水が混入した地下水を透過させることにより、漏洩した放射性核種含有水からの放射性核種の浸出、拡散による土壌汚染等の環境汚染を有効に防止するようにしたものである。

即ち、本発明は以下を要旨とする。

［１］ 放射性核種の漏洩源から漏洩した放射性核種を含有する水による周辺土壌の汚染を防止するために地中に形成された透過性地下水浄化壁であって、前記放射性核種の吸着剤を含むことを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。

［２］ ［１］において、前記放射性核種が放射性セシウムであり、前記吸着剤が結晶シリコチタネート及び／又はゼオライトであることを特徴とする浄化壁。

［３］ ［１］において、前記放射性核種が放射性ストロンチウムであり、前記吸着剤がチタン酸アルカリ金属塩及び／又はゼオライトであることを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。

［４］ ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記放射性核種の吸着剤が造粒粒子よりなることを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。

［５］ ［１］ないし［４］のいずれかにおいて、前記放射性核種の吸着剤と透水性材料との混合物層を有することを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。

［６］ ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記漏洩源は、原子力発電所、放射性排水の貯水槽、又は原位置封じ込め工法で封じ込めた汚染土壌であり、前記浄化壁は、該漏洩源からの地下水の流れの下流側の地中に設けられていることを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。

［７］ ［１］ないし［６］のいずれかにおいて、前記浄化壁に連なる遮水壁を有することを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。

［８］ 放射性核種の漏洩源から漏洩した放射性核種を含有する水による周辺土壌の汚染を防止する方法であって、［１］ないし［７］のいずれかに記載の浄化壁に、該放射性核種含有水を透過させることを特徴とする放射性核種含有水による土壌汚染の防止方法。

［９］ ［８］において、前記浄化壁の上方の地表に放射線遮蔽材を設置することを特徴とする土壌汚染の防止方法。

本発明によれば、放射性核種の吸着剤を含む透過性地下水浄化壁を形成し、この透過性地下水浄化壁に放射性核種含有水を透過させることにより、水中の放射性核種が吸着剤で吸着、除去される。

このため、原子力発電所の核燃料メルトダウンで原子力発電所から排出された放射性排水や、仮設タンクや地下貯水槽から漏洩した放射性排水が地中に浸出、拡散することによる土壌や地下水などの汚染を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る放射性核種含有水の浄化壁を示す平面図である。 図１のII−II線断面図である。 別の実施の形態に係る浄化壁の平面図である。 本発明の放射性核種含有水の浄化壁の他の実施の形態を示す図であり、（ａ）図は鉛直断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１，２は本発明の一形態を示すものであり、図２の通り、地表１から所定深さに不透水層３あるいは難透水層が存在し、その上側に帯水層２が存在する。

予め地下水流向、流速及び放射性核種濃度を把握し、汚染プルーム１０が流れ込むように汚染帯水層２の下流側（図中、矢印で示す地下水の流れ方向の下流側）の地中に、矢板及びＨ型鋼を打ち込むこと等により不透水性の遮水壁４，４を構成する。この遮水壁４，４同士の間に、厚さ３０〜３００ｃｍ特に５０〜１５０ｃｍ程度の浄化壁５を設ける。

この実施の形態では、浄化壁５は、地中に形成されたトレンチ（溝）に、放射性核種の吸着剤と、必要に応じこれに砂や礫（例えば砕石）等の透水性材料を混合したものを充填したものである。浄化壁５及び遮水壁４は、不透水層３から地下水位１１よりも上方にまで（例えば地表１にまで）立ち上がっている。

なお、浄化壁５を先に構築した後、遮水壁４，４を構成してもよい。

また、図３のように、柱状浄化体６ａが連なった浄化壁６を構築してもよい。この浄化壁６を構築するには、地表からボウリングして口径１００〜３００ｃｍ特に８０〜２００ｃｍ程度のボウリング孔を設ける。このボウリング孔内に吸着剤等を充填することにより柱状の第１の浄化体６ａを作成する。次いで、この柱状の第１の浄化体と部分的に重なるようにボウリングして同様に吸着剤等を充填することにより柱状の第２の浄化体６ａを作成する。以下、同様の作業を繰り返して柱状の浄化体６ａを並列して作成することにより、壁状の浄化壁６を作成する。

この浄化壁６の両端に隣接するようにＨ型鋼と鉄矢板を打ち込んで遮水壁４を構築する。最後に浄化壁６と遮水壁４との間をボウリングしてグラウト材料（スラリー状）を圧入すると共にグラウト材料の注入箇所の近傍に硬化剤を同時注入して浄化壁６と遮水壁４との隙間を埋める。なお、浄化壁６と遮水壁４の施工順序は逆でもよい。

この浄化壁５，６を放射性核種を含有した汚染水プルーン１０が透過することにより、放射性核種が吸着除去され、浄化壁５，６の地下水流れ下流側における土壌汚染が防止される。

図４は本発明の別の実施の形態に係る浄化壁を用いた土壌汚染の防止方法を示すものであり、（ａ）図は鉛直方向の断面図（（ｂ）図のＡ−Ａ線断面図）、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。

この実施の形態でも、地表１から所定深さに不透水層３あるいは難透水層が存在し、その上側に帯水層２が存在する。この実施の形態では、汚染水のプルーン１０を含む汚染領域の全周を囲むように遮水壁７が設けられている。

この遮水壁７は、下端が不透水層３あるいは難透水層内に達し、上端は地下水位１１より上位の地表１近くに位置している。なお、遮水壁７の上端は地表１に達してもよい。

この遮水壁７は、この実施の形態では、平面視形状が方形枠状であるが、これに限定されず、円形等であってもよい。

この遮水壁７は、地中に多数のボーリング孔を連続列状に施してコンクリートを流し込むことにより構築することができるが、遮水用鋼矢板を打ち込むことにより形成されてもよい。

この遮水壁７の上端部の一部が切欠部となっており、この切欠部に放射性核種の吸着剤と必要に応じ砂や礫等の透水性材料を含む浄化壁８が設けられている。なお、図４では浄化壁８は遮水壁７と同一厚みに示されているが、これよりも厚くてもよい。浄化壁８は、地下水の流れ方向の下流側を向いた遮水壁壁面に設けられるのが好ましい。

図示はしないが、遮水壁７の内側領域及びその周囲の地表１をアスファルト、コンクリート、遮水シート等によって覆い、遮水壁７の内側への雨水の地下浸透を防止するようにしてもよい。

このように構成された封じ込め構造において、通常は遮水壁７の内側の地下水位１１は浄化壁８の下縁と同位か又はそれよりも下位となっているため、遮水壁７の内側の汚染区域から周囲へ地下水が流出することはない。

降雨など何らかの原因によって遮水壁７の内側の地下水位が上昇すると、この地下水が浄化壁８を透過し、放射性核種が該浄化壁８で吸着除去された後、遮水壁７外へ流出する。これにより、遮水壁７の周囲における土壌汚染が防止される。図４の方法は、地表からの浸透水量分の汚染水を処理するため、処理水量が少ない。

なお、浄化壁５，６，８には次第に放射性核種が蓄積するので、浄化壁５，６，８の上方の地表に放射線の遮蔽材（鉄板など）を配置するのが好ましい。

次に、本発明の放射性核種含有水の透過性地下水浄化壁を構成する放射性核種の吸着剤について説明する。

一般に、地下水中には、ナトリウムなどの塩類、カルシウム、マグネシウムなどの硬度成分が含まれる場合がある。また、漏洩した放射性排水に海水が混入している場合、海水に含まれるこれら塩類や硬度成分が共存することとなる。

従って、本発明において、放射性核種の吸着剤は、塩類や硬度成分が共存する状態で、選択的に放射性セシウムやストロンチウム等の放射性核種を吸着し得る分配係数の高い吸着剤であることが好ましい。また、一般的なイオン交換樹脂などの有機系吸着剤では、経時的に分解して吸着性能が低下する恐れがあるため、無機イオン交換体を用いることが好ましい。

放射性核種の吸着剤としては、放射性排水中の放射性核種が放射性セシウムの場合は、結晶シリコチタネートもしくはゼオライト（モルデナイト、チャバサイト、クリノプチロライト、Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト等）を用いることが好ましい。ゼオライトは、合成品でもよく、天然品でもよい。ゼオライトとしては、モルデナイトが最も好ましく、次いでチャバサイト、クリノプチロライトである。

また、放射性排水中の放射性核種が放射性ストロンチウムの場合、放射性核種の吸着剤としては、チタン酸アルカリ金属塩、ゼオライト（Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、クリノプチロライト、チャバサイト、モルデナイト）を用いることが好ましい。チタン酸アルカリ金属塩としては、三チタン酸ナトリウム、二チタン酸カリウム、四チタン酸カリウムがストロンチウムに対して高い分配係数を示すため好ましい。

また、放射性錫や放射性ニッケルに対しては、安価な鉄粉や粒状鉄等の金属鉄を用いるのが好適である。

これらの放射性核種の吸着剤は、１種を単独で用いてもよく、材料や粒径の異なる吸着剤の２種以上を混合して用いてもよい。

なお、吸着剤は現地地盤の透水性を考慮し、粒度の小さい吸着剤は適宜、造粒等により良透水性の吸着剤として使用することが望ましい。造粒した吸着剤の粒径は０．１〜３ｍｍが好適である。透水性材料の粒径は、材料の混合性を考えると吸着剤と同程度の粒径のものが望ましい。

１ 地表
２ 帯水層
４，７ 遮水壁
５，６，８ 浄化壁
１０ 汚染水プルーン

Claims (9)

1. 放射性核種の漏洩源から漏洩した放射性核種を含有する水による周辺土壌の汚染を防止するために地中に形成された透過性地下水浄化壁であって、前記放射性核種の吸着剤を含むことを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。
2. 請求項１において、前記放射性核種が放射性セシウムであり、前記吸着剤が結晶シリコチタネート及び／又はゼオライトであることを特徴とする浄化壁。
3. 請求項１において、前記放射性核種が放射性ストロンチウムであり、前記吸着剤がチタン酸アルカリ金属塩及び／又はゼオライトであることを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記放射性核種の吸着剤が造粒粒子よりなることを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記放射性核種の吸着剤と透水性材料との混合物層を有することを特徴とする放射性核種含有水の透過性地下水浄化壁。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記漏洩源は、原子力発電所、放射性排水の貯水槽、又は原位置封じ込め工法で封じ込めた汚染土壌であり、前記浄化壁は、該漏洩源からの地下水の流れの下流側の地中に設けられていることを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記浄化壁に連なる遮水壁を有することを特徴とする放射性核種含有水の浄化壁。
8. 放射性核種の漏洩源から漏洩した放射性核種を含有する水による周辺土壌の汚染を防止する方法であって、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の浄化壁に、該放射性核種含有水を透過させることを特徴とする放射性核種含有水による土壌汚染の防止方法。
9. 請求項８において、前記浄化壁の上方の地表に放射線遮蔽材を設置することを特徴とする土壌汚染の防止方法。

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