JP5808308B2

JP5808308B2 - キャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法

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Publication number: JP5808308B2
Application number: JP2012251061A
Authority: JP
Inventors: 小林　薫; 薫小林; 眞一関; 康夫川端
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: JP2014098647A

Description

本発明は、キャピラリーバリア層の構築方法に係り、特に、極低レベル放射性廃棄物や放射能汚染土壌などに接するなどして極低レベル放射能を含んだ集排水を処理するキャピラリーバリア層の構築方法に関するものである。

例えば、極低レベル放射性廃棄物や放射能汚染土壌などの貯蔵施設は、降雨浸透の抑制、浸透水の確実な集排水に加えて、浸透水と同時移動する可能性の高いセシウムの吸着がきわめて重要である。特に近年においては、浸透抑制・効果的集排水効果と共にセシウムの吸着効果を兼ね備えたキャピラリーバリア層の構築方法の開発が要請されるに至っている。

すなわち、極低レベル放射性廃棄物や放射能汚染土壌などの廃棄物処分施設においては、降雨等が上部より浸透し、各種廃棄物に接するため水質管理等した上で排水することが必要なのである。

従来、前記廃棄物処分施設の底部にキャピラリーバリア層を構築することで、効果的な集排水を行っていたが、放射性廃棄物や放射能汚染土壌などに接触した浸透水は、セシウム等が混入している可能性があるため、単なる従来のキャピラリーバリアの構築のみでは放射性廃棄物に接触した浸透水の集排水作業としては万全ではなかった。

特願２０１０-２４２９０３特願２００５-２２７４１０

本発明は前記従来の課題を解決するために創案されたものであり、放射性廃棄物に接触し、セシウム等が混入している可能性がある浸透水につき、前記セシウムなどの放射性物質を確実に吸着して有効に集排水できるキャピラリーバリア層の構築方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、礫層の上部に砂層を形成したキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法であり、
前記上部の砂層をゼオライトによる砂状層で代替し、前記２層で構築したキャピラリーバリア層を傾斜層とし、該傾斜層のキャピラリーバリア層上部から浸透した極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を、前記礫層と前記ゼオライトによる砂状層との境界部に留まらせて、前記ゼオライトによる砂状層に接触させ、前記浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる、
ことを特徴とし、
または、
礫層の上部に砂層を形成したキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法であり、
前記礫層を破砕貝殻層によって代替すると共に、上部の砂層をゼオライトによる砂状層で代替し、前記代替の２層で構築したキャピラリーバリア層を傾斜層とし、該傾斜層のキャピラリーバリア層上部から浸透した極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を、前記破砕貝殻層と前記ゼオライトによる砂状層との境界部に留まらせて、前記ゼオライトによる砂状層に接触させ、前記浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる、
ことを特徴とし、
または、
前記傾斜層のキャピラリーバリア層上部から浸透した極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を、前記破砕貝殻層と前記ゼオライトによる砂状層との境界部に４０分以上留まらせて、４０分以上前記ゼオライトによる砂状層に接触させ、前記浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる、
ことを特徴とし、
または、
前記ゼオライトによる砂状層は、天然ゼオライト又は人工ゼオライトの砂状層である、
ことを特徴とし、
または、
前記ゼオライトによる砂状層は、前記破砕貝殻層と前記ゼオライトによる砂状層との境界部に留まる極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水の集積流の厚みと同等以上の厚みとし、上部には砂を補足して所定厚みの砂状層とした、
ことを特徴とし、
または、
前記極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を浸透させると共に、４０分以上前記ゼオライトによる砂状層に接触させるには、
前記境界部での前記集積流が、側方排水の長さを４０分以上の時間で流下する条件で算定した、前記砂状層の動水勾配あるいは透水係数である、
ことを特徴とするものである。

本発明のキャピラリーバリア層の構築方法によれば、放射性廃棄物に接触し、セシウム等が混入している可能性がある浸透水につき、前記セシウムなどの放射性物質を確実に吸着して有効に集排水できるとの優れた効果を奏する。

本発明の概略構成を説明する説明図（１）である。本発明の概略構成を説明する説明図（２）である。ゼオライトの粒径と処理時間がセシウムの補足に及ぼす影響を説明した説明図である。動水勾配と透水係数との関係を説明する説明図である。透水係数と乾燥密度との関係を説明する説明図である。

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。

地盤分野において、例えば、浸出水制御のための表面遮水技術の1つとして、キャピラリーバリア層の構築方法が一般に知られている。

ここで、一般的なキャピラリーバリアの構築には、上部層に砂層を、その下部に礫層を２層状に配し、これら２層の毛管力の差を利用して、両層の境界面上方で側方排水を促進させ、たとえば雨水の鉛直浸透を制御する等の技術が用いられる。

すなわち、砂層とその下部に礫層を重ねた土層地盤では、両層の土粒子の相対的な保水性の違いにより、砂層と礫層の境界面の上部で降下浸透水が捕捉され、集積し、また側方排水が促進されるのである。この機能が土の毛管障壁、すなわちキャピラリーバリアと称される。

そして当該キャピラリーバリアは、前記のごとく全体の地盤の遮水性を高くすることができ、かつ側方排水に優れていること、ガス抜きや好気性微生物のために通気性がよいこと、砂材や礫材など自然材料を使用しているため経済的であり、かつ比較的長期の耐久性、安定性に優れていることなどのいくつもの特徴を有している。

いわゆるキャピラリーバリア効果については、構成する砂層と礫層の保水性（粒径）の違いが大きいほど得られやすいが、砂径と礫径の差が大きいと、礫材間に砂材が入り込み、層境界部の保水性に違いがなくなるため、集排水性能が低下し、著しい場合にはキャピラリーバリア性能が喪失する可能性がある。

このことから、砂材と礫材が混じりあわずに、長期的な安定性を保持させるために、一定の大きさに調整された粒度からなる破砕貝殻を礫材の代替材として活用することを本件発明者らは創案し、既に当該発明につき特許出願するに至っている。

本発明は上記の発明をさらに改良して創案したもので、本発明の概略構成を説明すると、礫層の上部に砂層を形成したキャピラリーバリア層の構築方法であり、前記礫層を破砕貝殻層１によって代替して構成すると共に、上部の砂層はゼオライトによる砂状層２で代替構成したものである。

なお、礫層については、これを破砕貝殻層１に代替しなくとも本発明を適用できる。

この場合には、礫層とゼオライトによる砂状層２の境界線に不織布などを敷設するなどして、砂状層２を構成する例えば粒状のゼオライトが礫層内に混入しない手当が必要となる。

しかして、前記破砕貝殻層１と前記ゼオライトによる砂状層２との境界線の上部に極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を集積させると共に、該集積した浸透水を略４０分以上前記ゼオライトによる砂状層２に接触させ、前記浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させることを企図したものである。

まず、前記破砕貝殻層１と前記ゼオライトによる砂状層２との境界線の上部に極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を集積させると共に、該集積した浸透水を略４０分以上前記ゼオライトによる砂状層２に接触させる意図につき図３を参照して説明する。

図３はゼオライトの粒径と処理時間がセシウムの捕捉に及ぼす影響について説明した説明図であり、この図３によると、ゼオライトが粉状であるか砂状であるかにかかわらず、ゼオライトが略４０分間というきわめて短時間でセシウムを捕捉してしまう状況がグラフによって説明されている。

そして、ゼオライトによるセシウムの捕捉率はほぼ１００％であり、これにより確実なセシウムの捕捉が得られるものとなる。

次に、図４は、例えば、側方排水の長さが１２５ｃｍとした場合、前記境界線の上部にあるゼオライトの砂状層２に略４０分間ゼオライトに放射能を含む浸透水を接触させておくには、いかなる動水勾配を必要とし、いかなる透水係数を有するゼオライトの砂状層２が必要なのかを示したものである。

ここで、動水勾配を１０％（１０ｍで１ｍ上がる）とした場合、ゼオライト砂状層２の透水係数は、少なくとも、０．５２１ｃｍ／ｓｅｃ以下であることが必要であり、また安全率を考慮すると、０．２６ｃｍ／ｓｅｃ以下であることが必要となる。

ところで、前記透水係数は、粒径と乾燥密度により変化する。例えば、図５に示すように、同様な乾燥密度であったとしても、粒径(D₅₀は粒径加積曲線の５０%粒径)の大きな豊浦砂は透水係数が大きく、逆に、粒径の小さな硅砂6号は透水係数が小さくなっている。また、同一試料（粒径が同じ）であっても乾燥密度が大きくなるほど、透水係数は小さくなる性質を有する。

そして、所定の透水係数以下にする必要がある場合には、締固め度を高めて乾燥密度を大きくすることで調整することも可能である。例えば、透水係数の大きな豊浦砂では、盛土のみで締固めをほとんど行わない状態に相当する乾燥密度が比較的小さな領域（乾燥密度１．３０g/cm³以下）であっても、充分に０．２６cm/s以下の透水係数にすることができる。

よって、動水勾配が１０%であれば、側方排水の長さが１２５cmの場合、充分に略４０分以上、前記ゼオライトの砂状層２に接触させておくことができるものとなる。

なお、透水係数が既に確定している場合には、動水勾配によってゼオライトの砂状層２を調整し、略４０分以上ゼオライトに放射性物質を含む浸透水を接触させるものとしても構わない。

次に、礫層の代替層である破砕貝殻層１の形成につき説明する。

キャピラリーバリア構造の構築については、下部に位置する礫層の代替層である破砕貝殻層１、そして上層のゼオライトによる砂状層２と順次締め固めながら施工していく。

尚、キャピラリーバリア構造に傾斜をつけることにより、前述した図１，図２に示すように砂状層２と破砕貝殻層１の境界面上方で降下浸透水が捕捉されやすくなり、集積したものを、下り傾斜方向に流下させることが可能となる。

本実施例は礫材の代替材として、貝殻を使用するものであり、該貝殻を施工現場、すなわちキャピラリーバリア構築箇所に直接巻き出し、その巻き出した貝殻を例えば建設重機を用いて、粉砕、転圧し礫層の代替層である破砕貝殻層１を形成する。

キャピラリーバリア構造を構築する際には、上層のゼオライトによる砂状層２を構成するゼオライトについても、下層の破砕貝殻層１を構成する破砕貝殻についても、それらが、所定の粒径範囲のもので、その粒径範囲のものによる粒度分布が前記キャピラリーバリア構造を構築するのに適切な粒度分布からなっていることが必要である。

すなわち、上層にある砂状層２におけるゼオライトの粒径は、その下の層に形成された破砕貝殻層１の間に混入しない粒径及び粒度分布のものに構成すること、また、破砕貝殻についても、前記ゼオライトが破砕貝殻間に混入しない粒径及び粒度分布のものに構成することが重要なのである。

このように、ゼオライトについても破砕貝殻についても所定の粒径のもの、及び所定の粒度分布のものが要求されることになる。

ここで、まず、これら貝殻につき重機を用いて収集し、その後、収集した貝殻を洗浄して、乾燥させる。

次いで、前記洗浄し、乾燥させた貝殻を直ちにキャピラリーバリア構築箇所まで運搬する。

そして、当該キャピラリーバリア構築箇所において前記洗浄・乾燥させた貝殻をそのまま所定の厚みに巻き出すのである。

すなわち、図１、図２に示すように傾斜を持たせたキャピラリーバリアを形成すべく前記洗浄・乾燥させた貝殻を傾斜してあるキャピラリーバリア構築箇所にそのまま所定の均一厚みにして巻き出すのである。

なお、直接巻き出した貝殻の均一厚みの具体的数値であるが、例えば、振動転圧ローラ装置を使用し、振動を与えながら転圧し均質な破砕貝殻層を構築できる、直接き出しの貝殻均一厚みの範囲を各種の実験により確認すると、当該貝殻の均一厚みの具体的数値は７．５ｃｍ乃至３０ｃｍの厚みの範囲が好ましいとの結果がもたらされている。

その後、例えば振動転圧ローラ装置などを使用し、前記巻き出した貝殻をその箇所において直接粉砕すると共に転圧作業を行う。そして、形成した破砕貝殻層１の厚さ等を確認して作業は終了となる。なお、必要に応じてならし作業を行うこともある。

このように、直接巻き出した貝殻につき振動転圧ローラ装置などを使用して振動を与えながら転圧して破砕し、もって破砕貝殻層となし、該破砕貝殻層を所定の均一厚みを有する礫層の代替層としたのである。

なお、貝殻としてホタテ貝、アサリ貝、ハマグリあるいは赤貝等を破砕し、礫材の代替材として充分に使用することができる。

なお、既に述べたが、キャピラリーバリア構造を構築する際には、上層の砂状層２を構成するゼオライトについても、下層の礫層を代替する破砕貝殻層１の破砕貝殻についても、それらが、所定の粒径範囲のもので、その粒径範囲のものによる粒度分布が前記キャピラリーバリア構造を構築するのに適切な粒度分布からなっていることが必要である。

すなわち、上層にある砂状層２におけるゼオライトの粒径を、その下の層に形成された破砕貝殻層１を構成する破砕貝殻の間に混入しない粒径及び粒度分布のものに構成すること、また、破砕貝殻についても、前記所定の粒径及び所定の粒度分布からなる前記ゼオライトが、破砕貝殻間に混入しないよう、貝殻を破砕して所定の粒径及び粒度分布の破砕貝殻に構成することが重要なのである。

このように、ゼオライトについても破砕貝殻についても所定の粒径のもの、及び所定の粒度分布のものが要求される。

なお、礫層の代替層である破砕貝殻層１の構築に際しては、その全てを破砕貝殻で形成することが困難な場合も考えられ、このような場合には、実際の礫材で礫層の例えば下半分を構成し、その上に破砕貝殻を重ね合わせて所定の厚みに調整し、それを礫層の代替層としての破砕貝殻層としても構わない。

しかして、このように形成された礫層の代替層としての破砕貝殻層１の上方に、例えば２層の多層地盤の構築であれば、ゼオライトによる砂状層２を所定の厚さにほぼ均等になるように構築し、いわゆるキャピラリーバリア構造を完成させるのである。

なお、ゼオライトによる砂状層１の形成については、全てをゼオライトによって形成することなく、前述した境界線上方に形成される集積流の厚みにほぼ等しい厚みを有する層厚に形成し、その上には通常の砂を補足して砂状層２としても構わない。

この場合、各層厚の目安を挙げると、上部より砂層は２０〜４０cm、ゼオライト層は５〜３０cmおよび礫層は５〜２０cmが目安としてあげられる。

また、この場合、砂材の代用として、さらに細かく破砕した貝殻などを使用してもかまわない。

ところで、キャピラリーバリアにセシウムなどの吸着機能を持たせる場合、粒度調整したゼオライト等の水分特性曲線を事前に把握した上で、砂材の水分特性曲線と類似した材料特性に調整した上で使用することが必要である。これは、使用材料の材料特性（水分特性曲線）によっては、キャピラリーバリア型吸着層（砂状層１）内を浸透水が横方向に流下しないことがあるからである。

よって、ゼオライト等の砂状層１の水分特性曲線（SWCC）は、キャピラリーバリアを構築する上部の砂材のＳＷＣＣに類似した材料特性を持たせる必要がある。また、ゼオライトを砂材と類似した材料特性にする場合、ゼオライト等の粒径、粒度分布にて調整を図るものとなる。

そして、ゼオライト等の砂状層１の層厚は、ＳＷＣＣから求まる空気侵入値ha、水分侵入値hwを基に、それ以上の厚さtにすることで効果的な砂状層１になし得る（t≧ha,hw）。

このように、キャピラリーバリア層の砂層の一部または全部をゼオライト層にすることで、キャピラリーバリア効果によりゼオライト層内に浸透水を横方向に流すことができ、ゼオライトとの接触時間を長くし、セシウムを効果的に吸着することが可能となるのである。

本発明によるキャピラリーバリア層の構築方法は、土壌中を流下する浸透水から極低レベル放射性物質の除去を企図して、廃棄処分場の下部集排水構造にも活用が可能である。

１破砕貝殻層
２砂状層

Claims

礫層の上部に砂層を形成したキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法であり、
前記上部の砂層をゼオライトによる砂状層で代替し、前記２層で構築したキャピラリーバリア層を傾斜層とし、該傾斜層のキャピラリーバリア層上部から浸透した極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を、前記礫層と前記ゼオライトによる砂状層との境界部に留まらせて、前記ゼオライトによる砂状層に接触させ、前記浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる、
ことを特徴とするキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法。
礫層の上部に砂層を形成したキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法であり、
前記礫層を破砕貝殻層によって代替すると共に、上部の砂層をゼオライトによる砂状層で代替し、前記代替の２層で構築したキャピラリーバリア層を傾斜層とし、該傾斜層のキャピラリーバリア層上部から浸透した極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を、前記破砕貝殻層と前記ゼオライトによる砂状層との境界部に留まらせて、前記ゼオライトによる砂状層に接触させ、前記浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる、
ことを特徴とするキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法。
前記傾斜層のキャピラリーバリア層上部から浸透した極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を、前記破砕貝殻層と前記ゼオライトによる砂状層との境界部に４０分以上留まらせて、４０分以上前記ゼオライトによる砂状層に接触させ、前記浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる、
ことを特徴とする請求項２記載のキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法。
前記ゼオライトによる砂状層は、天然ゼオライト又は人工ゼオライトの砂状層である、
ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法。
前記ゼオライトによる砂状層は、前記破砕貝殻層と前記ゼオライトによる砂状層との境界部に留まる極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水の集積流の厚みと同等以上の厚みとし、上部には砂材を補足して所定厚みの砂状層とした、
ことを特徴とする請求項２または請求項３記載のキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法。
前記極低レベルの放射性物質を含んだ浸透水を浸透させると共に、４０分以上前記ゼオライトによる砂状層に接触させるには、
前記境界部での前記集積流が、側方排水の長さを４０分以上の時間で流下する条件で算定した、前記砂状層の動水勾配あるいは透水係数である、
ことを特徴とする請求項５記載のキャピラリーバリア層の構築により浸透水に含まれる極低レベルの放射性物質をゼオライトに吸着させる方法。