(57)【要約】【課題】放射性廃棄物を埋設して保管する放射性廃棄物の埋設処理施設において、万が一にも放射性の金属が水と接触して金属イオンとして漏洩する事態が生じた場合に、当該金属イオンを吸着することで、放射性物質の拡散を防止できる埋設処理施設を提供する。【解決手段】放射性廃棄物を埋設して保管する放射性廃棄物の埋設処理施設において、放射性廃棄物の周囲を、アルナイト類化合物を含有する金属イオン捕捉層で取り囲む。アルナイト類化合物はジャロサイトであることが望ましい。【選択図】図１
2015129721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性廃棄物を埋設して保管する放射性廃棄物の埋設処理施設において、
前記放射性廃棄物の周囲を、アルナイト類化合物を含有する金属イオン捕捉層で取り囲んだ放射性廃棄物の埋設処理施設。
【請求項２】
前記金属イオン捕捉層は、前記放射性廃棄物を埋設するために地面を掘って形成した収容空間を構成する底部及び側壁部の表面に設けた止水手段の表面に形成する請求項１に記載の放射性廃棄物の埋設処理施設。
【請求項３】
前記収容空間の底部の下方位置には、前記収容空間の底部近傍の水を集水する集水管を設けている請求項２に記載の放射性廃棄物の埋設処理施設。
【請求項４】
前記アルナイト類化合物は、ジャロサイトである請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射性廃棄物の埋設処理施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物の埋設処理施設に関するものであり、特に放射性廃棄物から漏出する放射性の金属イオンを捕捉して、放射性の金属イオンの拡散を抑制可能とした埋設処理施設に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所から出てくる放射性廃棄物を長期間安全に保管管理するための処理施設に関する研究が行われてきた。これらの研究により、例えば放射性廃棄物を、ベントナイトを主成分とする粘土で形成した止水層で取り囲み、放射性廃棄物と水との接触を抑制することで放射性廃棄物の変質あるいは水蒸気等のガスの発生を抑制する放射性廃棄物の埋設方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、平成２３年３月の福島第一原発での事故により大量の放射性物質が漏洩し、大規模な放射能汚染が生じたことから、放射性廃棄物自体が想定を超えて大量に生じ、この放射性廃棄物を安定的に保管する施設が求められる事態となった。ここで、安定的に保管するというのは、放射性廃棄物に含まれるセシウム(Cs)やストロンチウム(Sr)等の放射性の金属の拡散を防止するということである。
【０００４】
放射性廃棄物に含まれる放射性の金属は、水と接触することで金属イオンとなって水に溶け出し、この放射性の金属イオンを含んだ水が拡散することで、二次的な放射能汚染を生じさせるおそれがあり、これを防止する手段を講じる必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８５７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放射性廃棄物に含まれる放射性の金属と水との接触を防止するためには、従来技術のようにベントナイトを主成分とする粘土で形成した止水層で放射性廃棄物を取り囲む処理施設を設けることが最も簡単ではあるが、放射性廃棄物自体が想定を超えて大量に生じたことから、止水層を形成するための粘土も大量に必要となっている。
【０００７】
しかし、止水層を形成するための粘土は、その粘土が堆積している土地土地によって品質に差があり、全ての粘土が所望の止水能力を有しているとは限らず、水の漏洩を確実に防止できるという保証がないという問題があった。
【０００８】
一方、本発明者は、柵原鉱山から湧き出る坑廃水の中和殿物の再利用方法を検討していたところ、中和殿物に金属イオンの吸着能があることを見出した。
【０００９】
金属イオンの吸着能を有する物質としてはゼオライトが有名であり、一時期、福島県の放射能汚染地域での放射性物質の除去に利用することが検討されていたが、放射能汚染地域が極めて広大であり、鉱物資源であるゼオライトでは量的に対応不可能であった。なお、ゼオライトは工業的に製造する方法も知られてはいるが、人工ゼオライトは極めて高コストであり、コスト的に対応不可能であった。
【００１０】
柵原鉱山の坑廃水の中和殿物は、坑廃水の浄化処理にともなって間接的に生じる副生成物であり、通常は産業廃棄物として保管管理されており、しかも、現在でも年間約3000ｔ程度生じ続けている。柵原鉱山の中和殿物は、ヒ素等の有害重金属の含有量が極めて低いことから、農業資材として利用することは認められているものの、十分な利用が図られておらず、より広範な再利用方法を検討していたところ、金属イオンの吸着能があることが見出された。しかも、柵原鉱山の中和殿物は、坑廃水の浄化処理にともなう副生成物であるため、品質が安定しているという特徴も有していた。
【００１１】
このことから、本発明者は、放射性廃棄物の埋設処理施設等で、万が一にも放射性の金属が水と接触して金属イオンとして漏洩する事態が生じた場合に、この中和殿物によって当該金属イオンを吸着することで、放射性物質の拡散を防止できることに想い至り、本発明を成したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、放射性廃棄物を埋設して保管する放射性廃棄物の埋設処理施設において、放射性廃棄物の周囲を、アルナイト類化合物を含有する金属イオン捕捉層で取り囲むものである。
【００１３】
また、本発明の放射性廃棄物の埋設処理施設では、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、
（１）金属イオン捕捉層は、放射性廃棄物を埋設するために地面を掘って形成した収容空間を構成する底部及び側壁部の表面に設けた止水手段の表面に形成すること。
（２）収容空間の底部の下方位置には、収容空間の底部近傍の水を集水する集水管を設けていること。
（３）アルナイト類化合物はジャロサイトであること。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アルナイト類化合物を含有する金属イオン捕捉層で放射性廃棄物の周囲を取り囲むことにより、仮に放射性廃棄物から水を介して放射性の金属イオンが漏れ出したとしても、アルナイト類化合物で放射性の金属イオンを捕捉することで放射能汚染の拡散を防止でき、放射性廃棄物の埋設領域からの水の漏洩が確実に防止できない場合であっても、放射能汚染の拡散が生じることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る放射性廃棄物の埋設処理施設の縦断端面の概略模式図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ端面の概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明では、坑廃水の中和殿物が金属イオンを吸着可能であることを利用して、この中和殿物で放射性の金属イオンを捕捉する金属イオン捕捉層を形成しているものである。
【００１７】
坑廃水の中和殿物が、金属イオンの硫酸塩水酸化物の複塩であるアルナイト類化合物[M+][G3+]3[(OH)6(SO4)2]10-（M及びGは金属原子）を主成分とするものであることは知られており、特に、Mがカリウム(K)で、Gが鉄(Fe)であるジャロサイト(KFe3(SO4)2(OH)6)がその主成分となっていることが知られている。
【００１８】
ジャロサイトは、いわゆる鉄ミョウバンであり、その結晶構造における中心部分にカリウムイオンが存在している。ジャロサイトでは、このカリウムイオンがイオン交換されて他の金属イオンが取り込まれることで、金属イオンを捕捉しているものと考えられる。
【００１９】
カリウムイオンとイオン交換されて捕捉された金属イオンは、その金属イオンよりもイオン化傾向の小さい金属イオンとイオン交換されない限りは硫酸塩水酸化物の安定な複塩となり、しかも水不溶性となることで安定的に捕捉されることとなっている。
【００２０】
ちなみに、アルナイト類化合物としては、ジャロサイト以外にも、例えばソーダ鉄ミョウバン(Natrojarosite)[Na+][Fe3+]3[(OH)6(SO4)2]10-、銀鉄ミョウバン(Argentojarosite)[Ag+][Fe3+]3[(OH)6(SO4)2]10-、銅ビーバー石(Beaverite-(Cu))[Pb2+][Cu2+][Fe3+]2[(OH)6|(SO4)2]10-、ミョウバン(Alunite)[K+][Al3+]3[(OH)6(SO4)2]10-等が知られており、坑廃水に含まれる金属イオンに応じて産生されるものである。
【００２１】
以下のように、柵原鉱山の中和殿物を用いて、ジャロサイトが水溶液中からの重金属イオン除去能を有していることを確認するための実験を行った。
【００２２】
＜実験１＞：銀イオンの捕捉
硝酸銀（AgNO3）水溶液（4.6×10-2 mol/L、Ag+濃度：5.0 g/L）２mLに、中和澱物500 mgを加え１分間撹拌し、３時間静置した。その後、上澄み液を半定量試験紙（Ag-Fix、Macherey-Nagel製）を用いて分析したところ、Ag+イオン濃度は1.0 g/L以下となり、約80 %が溶液中から除去された。
【００２３】
＜実験２＞：コバルト(II)イオンの捕捉
塩化コバルト６水和物（CoCl2-6H2O）水溶液（1.0×10-3 mol/L、Co2+濃度：59 mg/L）２mLに、中和澱物200 mgを加え１分間撹拌し、２時間静置した。その後、上澄み液を半定量試験紙（Quantfix Cobalt、Macherey-Nagel製）を用いて分析したところ、Co2+イオン濃度は10 mg/L以下となり、約80 %が溶液中から除去された。
【００２４】
＜実験３＞：銅(II)イオンの捕捉
硫酸銅（CuSO4）水溶液（1.0×10-3 mol/L、Cu2+濃度：64 mg/L）２mLに、中和澱物200 mgを加え１分間撹拌し、２時間静置した。その後、上澄み液を半定量試験紙（Quantfix Cupper、Macherey-Nagel製）を用いて分析したところ、Cu2+イオン濃度は10 mg/L以下となり、約85 %が溶液中から除去された。
【００２５】
このように、坑廃水の中和殿物は、重金属イオン除去能を有していることが明らかとなった。なお、坑廃水の中和殿物は、柵原鉱山の中和殿物に限らず、一般的にジャロサイトを含有しており、いずれの鉱山の中和殿物であっても重金属イオン除去能を有していることが期待できる。
【００２６】
以下において、本発明の放射性廃棄物の埋設処理施設の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の放射性廃棄物の埋設処理施設の縦断端面の概略模式図であり、図２は図１のＸ−Ｘ端面の概略模式図である。
【００２７】
本実施形態の放射性廃棄物の埋設処理施設は、図１及び図２に示すように、地面Ｇを掘って形成した収容空間Ｓに放射性廃棄物Ｔを埋設するものである。ここで、放射性廃棄物Ｔとしては、除染残土を想定しているが、除染残土以外の一般的な放射性廃棄物であってもよい。
【００２８】
収容空間Ｓの形成後、収容空間Ｓを構成する底部s1及び側壁部s2の表面には、止水手段としてのゴムシート10を貼設している。なお、止水手段はゴムシート10に限定するものではなく、適宜の止水構造体を用いることができ、例えば防水塗料等を塗布してもよい。
【００２９】
ゴムシート10の表面には、アルナイト類化合物を含有している柵原鉱山の中和殿物を所定厚みの層状に配置させて金属イオン捕捉層20としている。金属イオン捕捉層20の厚みは厚ければ厚いほど望ましいが、放射性廃棄物Ｔの保管が長期間となることを考慮して、少なくとも10cm以上とすることが望ましい。
【００３０】
金属イオン捕捉層20の内側には、ベントナイトを主成分とする粘土で形成した止水層30を設けている。金属イオン捕捉層20の外周囲にゴムシート10を設けているので、この止水層30は必ずしも設ける必要はないが、止水層30を設けることで遮水性能を向上させることができる。また、埋設される放射性廃棄物をステンレス製の格納容器等に格納して埋設する場合には、止水層30で比重調整しておくことにより、格納容器の沈下挙動を抑制できる。
【００３１】
なお、止水層30で比重調整する場合には、止水層30を構成するベントナイトを主成分とする粘土に、アルナイト類化合物を含有している柵原鉱山の中和殿物も混ぜ合わせて、金属イオンの捕捉性能を向上させてもよい。
【００３２】
あるいは、本実施形態では、金属イオン捕捉層20と止水層30とをそれぞれ１層ずつとしているが、金属イオン捕捉層20と止水層30とを交互に複数積層させた積層構造としてもよい。
【００３３】
止水層30の内側に放射性廃棄物Ｔを収容し、収容した放射性廃棄物Ｔの上面には止水層30を設け、この止水層30の上面はゴムシート10で被覆して、放射性廃棄物Ｔへの水の侵入を防止している。
【００３４】
埋設した放射性廃棄物Ｔの上方における止水層30とゴムシート10の間に金属イオン捕捉層20を設けてもよいが、放射性廃棄物Ｔから上方に向けての放射性の金属イオンの拡散は生じにくいため、本実施形態では埋設した放射性廃棄物Ｔの上方には金属イオン捕捉層20を設けていない。
【００３５】
また、本実施形態では、放射性廃棄物Ｔの上方におけるゴムシート10の上面に表土層ｇを設けているが、表土層ｇではなく、適宜の防水シートを配置したり、あるいは適宜の構造物を設けたりして、放射性廃棄物Ｔ部分への雨水等の侵入を生じさせないようにしてもよい。
【００３６】
このように、放射性廃棄物Ｔの周囲を、アルナイト類化合物を含有する金属イオン捕捉層20で取り囲んでおくことにより、万が一にも埋設保管した放射性廃棄物Ｔから放射性の金属イオンが漏れ出してきた場合には、金属イオン捕捉層20で捕捉することができ、放射性の金属イオンの拡散を防止して放射能汚染が生じることを防止できる。
【００３７】
特に、金属イオン捕捉層20は、放射性廃棄物Ｔを埋設するために地面Ｇを掘って形成した収容空間Ｓ内に設けたゴムシート10等の止水手段の表面に形成しているため、金属イオン捕捉層20に収容空間Ｓの外周囲の土壌から金属イオンが収容空間Ｓ内に侵入することで、金属イオン捕捉層20の捕捉能が低下することを防止でき、金属イオン捕捉層20の捕捉能を長期間安定的に維持することができる。
【００３８】
なお、金属イオン捕捉層20は、イオン交換によって所望の金属イオンを捕捉しているため、アルナイト類化合物の中でもジャロサイトを用いることで、ジャロサイトのカリウムイオンが容易にイオン交換されることで、効率よく所望の金属イオンを捕捉することができる。
【００３９】
本実施形態の放射性廃棄物の埋設処理施設では、図１及び図２に示すように、収容空間Ｓの底部s1の下方位置に、収容空間Ｓの底部s1近傍の水を集水する集水管40を設けている。集水管40には、集水管40を構成している筒状の管体に微小孔を多数も受けており、集水管40の周囲の水を集水管40内に導くことができるようにしている。
【００４０】
集水管40は、図２に示すように、排水用井戸50に連通連結させており、集水管40に導かれた水は排水用井戸50に流れ込み、この排水用井戸50内に溜まった水を、配水管51を介して排水ポンプ52で排水可能としている。
【００４１】
このように、収容空間Ｓの下方位置に集水管40を設けておくことで、放射性廃棄物の埋設処理施設を設けた領域での排水性を向上させることができ、収容空間Ｓに埋設された放射性廃棄物Ｔに雨水だけでなく地下水が侵入することを防止できる。
【００４２】
しかも、排水用井戸50から水を排出する際には、その水に含まれる放射性の金属イオンの検出検査を行うことで、万が一、放射性廃棄物Ｔから放射性の金属イオンが漏れ出した場合に極めて速やかに漏れ出しを検出することができ、放射能汚染の影響を局所領域に限定することができる。
【００４３】
本実施形態では、集水管40を１本だけとしているが、集水管40は必要に応じて複数設けてよく、集水効率及び長期間の使用にともなう劣化の影響等を考慮して適宜に配置することが望ましい。
【００４４】
また、集水管40に向けて水が集まりやすいように、図１に示すように収容空間Ｓの底部s1を漏斗型としてもよく、特に、収容空間Ｓの底部s1にはゴムシート10等の止水手段を設けていることで、収容空間Ｓの底部s1近傍の水を効率よく集水管40に導くことができる。
【符号の説明】
【００４５】
Ｇ  地面
ｇ  表土層
Ｓ  収容空間
s1  底部
s2  側壁部
Ｔ  放射性廃棄物
10  ゴムシート
20  金属イオン捕捉層
30  止水層
40  集水管
50  排水用井戸
51  配水管
52  排水ポンプ
【図１】
2015129721.tif 000003
【図２】
2015129721.tif 000004