JP4552134B2 - 埋設処分施設 - Google Patents

Description

本発明は、施工が容易でバリア機能を当初から長期に亙って維持できると共に、ガスの逃げ道の起点を備えた埋設処分施設に関する。

近年における最大のテーマは、社会産業の発展における結果としての産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための廃棄物処分施設の設置、さらには、原子力発電における高、低レベルの放射性廃棄物に関する数百年以上に及ぶ廃棄物の処置を社会生活に障害を与えることなく如何に処理するかである。

産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための処分施設では、産業廃棄物が人間の生活環境に影響を与えないようにするために、そこからの漏出汚水が地下に浸透することで環境汚染を引き起こさないように処置することが義務付けられており、地下に埋設することが種々提案されている。

放射性廃棄物を地下に埋設するための施設では地下水の流れが遅い良好な地層中に埋設すること、および廃棄物の周囲を例えばベントナイト等の難透水性材料で取り囲み、地下水の浸入および汚水地下水の施設外への漏出を抑制することが求められており、種々の提案がなされている（特許文献１、特許文献２）。

このようなベントナイト等の難透水性材料を用いてなる遮水層を設けた施設の一例を図４に示す。図４では、地盤中に埋設する施設の概略であり、地下水位１以下の場所に支保工２の内部に難透水性の遮水層３が形成され、その内側に廃棄物４が設けられている。前記廃棄物４と遮水層３との間には透水性の例えばコンクリート等の充填材５が充填されている。

特開２００３−２１１１１３号公報 特開２００３−２５５０８７号公報

このような施設においては、埋設する廃棄物の中には長期間の嫌気性腐食によって微量ではあるが水素ガスを発生する。あるいは廃棄物４が放射性廃棄物の場合には、該廃棄物の周囲の水が放射分解を生じて、水素ガスを発生する。これらの水素ガス等のガスが施設内部に蓄積するとガス圧上昇によって施設構造が破壊されるおそれが想定されるので、ガス圧が低い段階で施設外部へ開放することが望ましい。

また、ベントナイト系の難透水性材料は不飽和状態ではガスを透気するものの、ひとたび地下水で飽和してしまうと、材料の有する膨潤圧を上回るガス圧が作用するまではガスを透過しない性質を有している。この結果として、高い圧力のガスが施設内部に蓄積することとなり、やがては施設の遮水層のバリア構造を破壊してしまうおそれがある。

ところで、前記特許文献１では、遮水性を向上させるために、粘土材料中の空気を排出し、水を圧密充填することが提案されているが、粘土に水を含有させると結果として、粘土の均一層を形成した遮水材とすることで、遮水性の向上を図ることができるものの、遮水機能が堅牢なため、透気性が備わっていないので、廃棄物内部で発生したガスを開放することができない、という問題が発生する。

よって、ガス圧の比較的低い段階で施設外部へガスを効率的に開放することが望まれている。

本発明は、上記実情に鑑みて、施工が容易でバリア機能を当初から長期に亙って維持できると共に、ガスの逃げ道の起点を備えた埋設処分施設を提供することを課題とする。

上記の課題を解決する第１の発明は、地下水の存在する地盤中に設けられ、内部に廃棄物を埋設処分する施設であって、前記施設が難透水性の遮水層で形成されてなり、前記遮水層を貫通することなく該遮水層に一端を侵入させた状態で１又は２以上のポーラス部材が前記遮水層内面に設けられてなることを特徴とする埋設処分施設にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記ポーラス部材の形状が、くさび状、板状、テーパ形状、略Ｈ型状のいずれかであることを特徴とする埋設処分施設にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記ポーラス部材が、砥石、軽石、金属焼結材料、セラミックス、岩石、砂礫、粒状ガラスのいずれかであることを特徴とする埋設処分施設にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記難透水性の遮水層が高密度ベントナイト又はベントナイト混合土であることを特徴密度ベントナイトであることを特徴とする埋設処分施設にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記廃棄物と遮水層との間に透水性の充填材が充填されてなることを特徴とする埋設処分施設にある。

第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記遮水層の内側に接する形状で薄膜構造の透水性・透気性を有する材料が設置されてなることを特徴とする埋設処分施設にある。

本発明に係る埋設処分施設によれば、ポーラス部材が遮水層の内側に配されているので、該ポーラス部材がガス透気経路の起点となり、遮水層への脈状侵入現象が確実に進展する。この結果、内部のガス圧が比較的低い圧力において、難透水性の遮水層を破過することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る埋設処分施設の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は本発明に係る埋設処分施設の概略図である。
図１に示すように、本実施例にかかる埋設処分施設１１は、地下水の存在する地盤中に設けられ、内部に廃棄物１２を埋設処分する施設であって、前記施設が難透水性の遮水層１４で形成されてなり、前記遮水層１４内面に複数（本実施例では７個）のポーラス部材２１が設けられてなるものである。なお、本実施例では、廃棄物１２と遮水層１４との間に透水性の例えばコンクリート等の充填材１３が充填されている。

本実施例では、前記ポーラス部材２１の形状として、くさび状としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば板状、テーパ形状、略Ｈ型状等のガス侵入のトリガーとなるような形状であれば、いずれの形状とすることができる。

また、前記ポーラス部材２１の大きさは特に限定されるものではないが、例えば５０〜１００ｃｍ程度の遮水層１４に打ち込む場合には、約３〜１０ｃｍ程度とすればよい。これはあまり大きくなると難透水層の厚さが短くなり、遮水効果が低下することになるからである。

また、前記ポーラス部材２１の材質としては、例えば砥石、軽石、金属焼結材料、セラミックス、岩石等を挙げることができるが、砂礫や粒状ガラスのようにガス透過性の良好な材質で且つ数百年以上安定な材料であればいずれでもよい。

なお、本実施例では、ポーラス部材２１の配置は帯状形状で遮水層の内側に複数設置するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、内部の廃棄物の容積に応じて１又は２以上とすればよい。また、帯状ではなく円錐形状等でもよい。

また、前記難透水性の遮水層１４としては、高密度ベントナイトを例示することができる。

ここで、本発明における遮水層１４を構成するベントナイトは難透水性材料であり、局部的に高透水な欠陥部分を設けずにスムースにガスを開放することができれば理想的である。難透水層に適した例えば密度１６００ｋｇ／ｍ³級のベントナイトでは低圧でガスが破過することは期待しにくく、材料に局部的に存在する弱部をねらってガスが侵入する現象を期待することになる。ガス透気経路として期待できる部分は非常に限られた局部であり、かつその透気経路は確率的に発生する現象である。本発明のように遮水層１４の内面にポーラス部材２１を設けることにより、確実にガス透気のための起点を構成することになる。

図２にこの脈状侵入現象（トリガー現象）の概略を示す。図２は図１のＡ部の拡大を示すものであり、同図に示すように、遮水層１４の内面にポーラス部材２１が設けられている。このポーラス部材２１の部分にガス２２が到達するとポーラス部材２１の内部に侵入する。その結果、遮水層１４内部に打ち込まれたポーラス部材２１の先端部分からガスの脈状経路２３が形成される。その後、内部のガス量が増大することでこの脈状経路２３は進展し、ついには遮水層１４を突き抜けることとなり、外部へガス２２が開放される。
なお、ガス２２が抜けきると内圧が低下し、外部から地下水が脈状経路２３内に浸入し、ベントナイトが膨潤して自己シールすることになる。その結果、遮水層１４の自己修復作用により、外部からの水の浸入が防止されることになる。

このように、くさび形状のポーラス部材２１が存在すると廃棄物およびその周囲から発生したガスは容易にポーラス部材まで移動する。該ポーラス部材２１に接している遮水層のベントナイトにはガス圧が作用する。このとき、ガス圧がベントナイト材料に引張り応力を発生させながらガス脈状侵入の先端部のベントナイトに分け入り、侵入を促進することになる。この結果、ベントナイトへのガス領域の脈状侵入現象は確実に進展する。

ここで、遮水層１４の材料であるベントナイトへのガス破過現象は、ベントナイトと水で構成されている粘塑性材料を、ガスが微小破壊もしくは粘性破壊させながら脈状に侵入していく現象であると想定されている（穂刈、沖原他、「ベントナイト混合土の透気特性における寸法効果について」、放射性廃棄物研究、ＶＯｌ.Ｎｏ.２、ｐ９７．１９９７）。すなわち、遮水層１４はベントナイトと水との一体化物であるが、ベントナイト粘塑性材料がガスの圧力によって三次元的網目状に広がって排除され、押し出され、その結果、微量のガスが透気することとなる。

よって、本発明によりこの脈状経路の形成のためのトリガーとして遮水層１４の内面にポーラス部材２１を配置することにより、遮水層１４へのガス領域の脈状侵入現象が確実に進展するので、より低圧でガスは難透水性の遮水層１４を破過することになる。
すなわち、遮水層１４は地下をゆっくり流れる地下水程度の動水勾配では、該地下水は施設内部をほとんど透過せず、施設内部に蓄えられてガス圧の圧力が高まった時点ではガスはスムースに開放されるという、極めて優れた機能を発揮することになる。

また、図１において充填物１３が透水性及び透気性を有しているならば、廃棄物の限られた一箇所から発生したガスであっても複数のポーラス材２１にガスを導くので、ガスのスムースな開放はより確実に生じることとなる。

仮に充填物１３が局部的な透気経路のみを提供する材料特性を有する場合（例えば充填モルタルの打継ぎ目のような部位のみを透気する場合等）には、図３に示すように、透水層１４の内側に接する形状で薄膜構造の透水性・透気性を有する膜状材料２４を設置させるようにすることで、同様の効果を生じさせることができる。

以上のように、本発明に係る埋設処分施設によれば、ポーラス部材が遮水層の内側に配されているので、遮水層へのガスの脈状侵入現象が確実に進展でき、地下に廃棄物を埋設する施設に適用することに適している。

本実施例にかかる埋設処分施設の概略構成図である。 脈状侵入現象を示す模式図である。 本実施例にかかる他の埋設処分施設の概略構成図である。 従来の埋設処分施設の概略構成図である。

符号の説明

１１ 埋設処分施設
１２ 廃棄物
１３ 充填物
１４ 遮水層
２１ ポーラス部材
２２ ガス
２３ 脈状経路
２４ 膜状材料

Claims (6)

1. 地下水の存在する地盤中に設けられ、内部に廃棄物を埋設処分する施設であって、
   前記施設が難透水性の遮水層で形成されてなり、前記遮水層を貫通することなく該遮水層に一端を侵入させた状態で１又は２以上のポーラス部材が前記遮水層内面に設けられてなることを特徴とする埋設処分施設。
2. 請求項１において、
   前記ポーラス部材の形状が、くさび状、板状、テーパ形状、略Ｈ型状のいずれかであることを特徴とする埋設処分施設。
3. 請求項１又は２において、
   前記ポーラス部材が、砥石、軽石、金属焼結材料、セラミックス、岩石、砂礫、粒状ガラスのいずれかであることを特徴とする埋設処分施設。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
   前記難透水性の遮水層が高密度ベントナイト又はベントナイト混合土であることを特徴とする埋設処分施設。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
   前記廃棄物と遮水層との間に透水性の充填材が充填されてなることを特徴とする埋設処分施設。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
   前記遮水層の内側に接する形状で薄膜構造の透水性・透気性を有する材料が設置されてなることを特徴とする埋設処分施設。

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