(57)【要約】【課題】本発明は、微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システム及び方法を提供する。【課題を解決する手段】本発明に係る浄化システムは、放射能汚染水と放射能汚染水内で生育する微細藻類が投入されるものであって、密閉された内部空間を備える培養タンクと、微細藻類が取付けられる柔軟性材質の培養媒体と、前記培養媒体を前記培養タンクの密閉された内部空間に投入したり、放射性核種を捕集した微細藻類を収穫するために前記培養タンクの外部に取り出す培養媒体移送装置と、前記培養タンク内の各種の情報を取得する計測部と、遠隔に受信された制御信号により培養タンクに設けられた各種装置の動作を制御するローカル制御部と、前記計測部から受信した情報を用いて前記ローカル制御部に制御信号を送信する遠隔制御システムを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムにおいて、
放射能汚染水と放射能汚染水内で生育する微細藻類が投入されるものであって、密閉された内部空間を備え、汚染水投入配管（２５１）、微細藻類投入配管（２５３）、及び浄化水排出配管（２５２）が連結された培養タンク（２２０）と、
微細藻類が取付けられる柔軟性材質の培養媒体（２６０）と、
前記培養媒体（２６０）を前記培養タンク（２２０）の密閉された内部空間に投入したり、放射性核種を捕集した微細藻類を収穫するために前記培養タンク（２２０）の外部に取り出す培養媒体移送装置（２５７）と、
前記培養タンク（２２０）内の各種の情報を取得する計測部（２３０）と、
遠隔に受信された制御信号により前記汚染水投入配管（２５１）、微細藻類投入配管（２５３）、浄化水排出配管（２５２）、及び培養媒体移送装置（２５７）の動作を制御するローカル制御部（２５０）と、
前記計測部（２３０）から受信した情報を用いて前記ローカル制御部（２５０）に制御信号を送信する遠隔制御システム（１００）と、
を含む、微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システム。
【請求項２】
前記培養媒体移送装置（２５７）は、
前記培養媒体（２６０）の一端と他端にそれぞれ連結される第１制御線及び第２制御線と、
前記第１制御線と前記第２制御線がそれぞれ取り巻かれる第１ローラ及び第２ローラと、
前記第１ローラと第２ローラを回転させる駆動手段と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システム。
【請求項３】
前記培養タンク（２２０）の外部には、前記培養媒体移送装置（２５７）によって排出された培養媒体から微細藻類を乾燥かつ収穫して分離する微細藻類収穫装置が設けられることを特徴とする、請求項２に記載の微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システム。
【請求項４】
前記培養タンク（２２０）は、互いに直列に連結された複数の培養タンク（２２０’、２２０’’）を含み、前記複数の培養タンク（２２０’、２２０’’）には互いに異なる種の微細藻類が投入されることを特徴とする、請求項１に記載の微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システム。
【請求項５】
前記培養タンク（２２０）には内部空間の圧力が設定値以上であれば開放され、設定値未満であれば閉鎖される安全バルブ（２２１）が設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射能汚染水浄化システム。
【請求項６】
前記培養タンク（２２０）には、
内部空間の温度を調整するための温度調整器（２５４）と、
内部空間の汚染水内で微細藻類が生育できる栄養成分を提供するための窒素、リン、及び二酸化炭素（ＣＯ２）を含む添加剤を投入する添加剤投入配管（２５５）と、
前記内部空間の汚染水内で前記微細藻類が生育できる光エネルギーを提供する発光装置（２５６）と、が設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システム。
【請求項７】
放射能汚染水と放射能汚染水内で生育する微細藻類が投入されるものであって、それぞれ密閉された内部空間を備えて互いに直列に連結された複数の培養タンクと、前記複数の培養タンク内の各種の情報を取得する計測部と、遠隔に受信された制御信号により前記複数の培養タンクの動作を制御するローカル制御部と、前記計測部から受信した情報を用いて前記ローカル制御部に制御信号を送信する遠隔制御システムを含む浄化システムで複数の核種を含む放射能汚染水を浄化させる方法において、
前記複数の培養タンクのうち第１培養タンクに放射能汚染水を投入するステップと、
前記第１培養タンクに第１微細藻類を投入及び培養して放射能汚染水を浄化するステップと、
前記第１培養タンクから１次浄化された放射能汚染水を第２培養タンクに移送するステップと、および、
前記第２培養タンクに前記第１微細藻類と異なる種の第２微細藻類を投入及び培養して放射能汚染水を浄化し、前記第１培養タンクに放射能汚染水を投入した後、前記第１微細藻類を投入して放射能汚染水を浄化するステップと、
を含む、微細藻類を用いた放射能汚染水浄化方法。
【請求項８】
放射能により汚染された土壌を浄化するシステムにおいて、
汚染された土壌を水と混合して格納し、放射能核種を捕集できる微細藻類を培養する培養水槽と、
前記培養水槽の各種の情報を取得する計測部と、
遠隔に受信された制御信号により前記培養水槽で前記微細藻類の培養環境を提供する装置を制御するローカル制御部と、
培養媒体に取付けられた微細藻類を乾燥かつ収穫して分離する微細藻類収穫装置と、および、
前記計測部から受信した情報を用いて前記ローカル制御部に制御信号を送信する遠隔制御システムと、
を含む、放射能により汚染された土壌の浄化システム。
【請求項９】
原子力発電所の事故による広範囲な地域の放射能に汚染された大量の土壌を浄化するための人工湖であって、
前記地域に人工湖を作って汚染された土壌の汚染水が流入して格納され、放射能核種を捕集できる微細藻類を培養する貯水空間と、
前記貯水空間の各種の情報を取得する計測部と、
遠隔に受信された制御信号により前記貯水空間で前記微細藻類の培養環境を提供する装置を制御するローカル制御部と、
培養媒体に取付けられた微細藻類を乾燥かつ収穫して分離する微細藻類収穫装置と、および、
前記計測部から受信した情報を用いて前記ローカル制御部に制御信号を送信する遠隔制御システムと、
を含む、放射能土壌汚染浄化用人工湖。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
原子力発電所の使用済み核燃料処理や放射能汚染水の浄化に関し、さらに詳細には、微細藻類を用いて原子力発電所の使用済み核燃料を安定に処理したり、原子力発電所の事故時に放射能汚染水内の放射性物質を除去することによって放射能汚染水を浄化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に原子力発電所は、核分裂を用いて経済性の高い低炭素の清浄エネルギーを生成する。ところで、核分裂の過程で発生する放射能及び放射性物質は、住民や作業者などが被爆時に致命的であるだけではなく、周辺環境に漏れると残留期間が極めて長いという短所がある。原子力発電所の正常な動作時には放射能の漏れを防止するための様々な放射線遮蔽及び防護対策が作動しているため、放射能漏れの問題がない。
【０００３】
しかし、原子力発電所の使用済み核燃料によって及び／又は天災地変による原子力発電所の重大な事故時に図らずも発生する周辺環境への放射性物質の漏れ及びそれに伴う土地、海洋、地下水などの汚染と地域住民及び作業従事者の放射線の被爆は大きな問題である。
【０００４】
したがって、原子力発電所の使用済み核燃料や重大な事故による放射性物質及び／又は放射能汚染水を安定的かつ環境に優しく処理できる技術開発が求められている。
【０００５】
通常、原子力発電所は、核分裂時に発生する様々な放射性物質の核種の格納及び放射性物質による放射線の被爆を最小化するために、深層防御及び多重防御の壁を安全原理として設定し、原子力発電所の設計、製造、運営及び事故管理に適用している。原子力発電所が正常に稼働している間に核分裂時に発生する様々な放射性物質の核種は、核燃料棒の被覆材の中に存在する。正常運転時の放射性物質による放射線は、核燃料棒の被覆材、原子炉容器及び原子炉建物などの多重防御壁によって放射線安全線量の基準以下に遮蔽される。
【０００６】
表１及び表２は、原子力発電所の核分裂によって発生する放射性物質のうち、人体に被害を与える６０個の主な放射性物質の核種及びその半減期を日付単位及び年単位に示している。
【０００７】
【表１】
2018522225.tif 000003
【０００８】
【表２】
2018522225.tif 000004
【０００９】
上記の表から確認されるように、使用済み核燃料の核燃料棒内にある放射性物質のうちのほとんどは半減期が短いが、数個の放射性物質は極めて長い半減期を有しているため、これに対する備えが求められている。
【００１０】
実際に、１９７９年に発生した米国ＴＭＩ−２の原子力発電所の事故の場合、核燃料が溶けて核燃料の溶融物が原子炉容器の下半球に再配置される状況であったが、放射性物質は、多重防御壁である原子炉容器内に保存されることができた。したがって、放射性物質が原子炉容器の外部に放出されず、原子炉建物の外部において放射線も安全基準値の以下に保持された。
【００１１】
しかし、例えば、爆発事故や津波又は地震のような天災地変によって、原子炉容器が破損する原子力発電所の重大な事故の場合、核燃料の溶融物が原子炉容器の外側下部の空間に放出されることがある。すると、放出された核燃料の溶融物によって多量の熱が発生するが、これを適切に冷却させなければ圧力や水素爆発などのような現象によって原子炉建物が破損する恐れがある。
【００１２】
このように、原子炉容器及び原子炉建物が破損することになると、放射性物質及び放射線が大気及び環境に放出されて、環境汚染と地域住民及び作業従事者の放射線被爆を引き起こし得る。実際に、１９８６年に旧ソ連のチェルノブイリ原子力発電所の事故と２０１１年に日本、福島の原子力発電所の事故が代表的な実例と言える。
【００１３】
チェルノブイリ原子力発電所の事故の場合、事故後に砂を用いて放射性物質を原子炉建物内に固着させたが、放射性物質の大気放出による大気汚染及び土壌汚染による環境及び地域住民の放射線被害が発生した。福島の原子力発電所の事故は、大気汚染、地下水汚染による海洋汚染、土壌汚染による環境汚染及び地域住民放射線の被害が発生した。
【００１４】
特に、福島の原子力発電所の事故の場合、今までも地下水による放射能汚染水及び原子炉建物の汚染水の処理が最も重要な環境汚染の処理懸案として論議されており、放射性物質の汚染水に対する環境にやさしい安定的な処理が切実に求められる。
【００１５】
福島の原子力発電所の事故で最も処理の緊急な放射性物質は、表１及び表２において、ヨウ素（Ｉｏｄｉｎｅ）Ｉ−１３１（半減期が約２日）、セシウム（Ｃｅｓｉｕｍ）ＣＳ−１３４（半減期が約２年）及びＣＳ−１３７（半減期が約３０年）、ストロンチウム（Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ）ＳＲ−９０（半減期が約２８年）、テルル（Ｔｅｌｌｕｒｉｕｍ）ＴＥ−１２７（半減期が約０．３９日）、クリプトン（Ｋｒｙｐｔｏｎ）ＫＲ−８５（半減期が約１０年）などに分類されている。
【００１６】
福島の原子力発電所の事故処理の場合、現在の放射能物質及び放射能汚染水の処理技術がないことから臨時的に実施されている。例えば、放射能に汚染された地下水や原子炉建物の汚染水をポンプを用いて吸い上げて貯蔵タンクに臨時的に格納する措置が取られている。
【００１７】
一方、地下水の流れの中間部分を凍らせることで、その氷層によって地下水の流入及び／又は流出を防止しようとする計画がある。汚染水貯蔵タンクの場合、設けられた貯蔵タンクに取付けられた配管やバルブが汚染水内で持続的に発生する熱による圧力を耐えることができず破損することにより汚染水が外部環境に漏れ、また、作業従事者の放射線被爆が急激に増加している実状である。一方、地下水が原子炉建物に流入することを遮断するために原子力発電所の周辺土地を凍らせる凍土遮水壁は検証されていない技術であり、土の中の一定部分の温度を零点以下に保持するためには莫大な財政投資が求められるが、これは放射能汚染水処理技術ではなく、臨時的な地下汚染水の遮断技術に過ぎない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上述した従来技術の問題を解決して様々な異なる長所を加え、特に、使用済み核燃料で発生する、又は福島の原子力発電所の事故のような原子力発電所の重大な事故時に発生する放射性物質により汚染されている放射能汚染水を安定かつ効率よく処理し、作業従事者の放射能被爆を最小化した微細藻類を用いた放射能汚染水処理技術を提供することにその目的がある。
【００１９】
また、本発明は、微細藻類を、最適な培養環境を提供するための密閉型の放射能汚染水を格納できる培養タンク内で培養し、この培養タンク内の培養環境を遠隔で自動にリアルタイム制御することによって、現場の作業者の放射能の被爆量を最小化した、微細藻類を用いた放射能汚染水の浄化技術を提供することにその目的がある。
【００２０】
さらに、本発明は、１つの培養タンク内で一種類の微細藻類のみを培養し、このような培養タンクを複数直列に連結することによって、放射能汚染水内の様々な種類の放射性物質を効率よく除去できるようにした、微細藻類を用いた放射能汚染水の浄化技術を提供することにその目的がある。
【００２１】
さらに、本発明は、使用済み核燃料を冷却するための冷却水や稼動中の原子力発電所の事故時に漏れる放射能汚染水及び原子力発電所の地下に流れている地下水が放射性物質に汚染された場合のように、持続的で大量に発生する放射能汚染水を遠隔で自動に段階的かつ連続的に浄化させることのできる、微細藻類を用いた放射能汚染水の浄化技術を提供することにその目的がある。
【００２２】
さらに、本発明は、使用済み核燃料の核燃料棒内にある核物質を核燃料棒から分離して粉末状に密閉された貯蔵タンクの水に受容して微細藻類を培養することにより、微細藻類を用いた前記放射能汚染水の浄化技術を用いて安定的に使用済み核燃料の放射性核物質を処理する技術を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前述した目的を達成するために、本発明の一態様は、放射能汚染水と放射能汚染水内で生育する微細藻類が投入されるものであって、密閉された内部空間を備え、汚染水投入配管、微細藻類投入配管、及び浄化水排出配管が連結された培養タンクと、微細藻類が取付けられる柔軟性材質の培養媒体と、前記培養媒体を前記培養タンクの密閉された内部空間に投入し、放射性核種を捕集した微細藻類を収穫するために前記培養タンクの外部に取り出す培養媒体移送装置と、前記培養タンク内の各種の情報を取得する計測部と、遠隔に受信された制御信号により前記汚染水投入配管、微細藻類投入配管、浄化水排出配管、及び培養媒体移送装置の動作を制御するローカル制御部と、前記計測部から受信した情報を用いて前記ローカル制御部に制御信号を送信する遠隔制御システムとを含む微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムを提供する。
【００２４】
本発明の一態様に係る放射能汚染水浄化システムにおいて、前記培養媒体移送装置は、前記培養媒体の一端と他端にそれぞれ連結される第１制御線及び第２制御線と、前記第１制御線と前記第２制御線がそれぞれ取り巻かれる第１ローラ及び第２ローラと、前記第１ローラと第２ローラを回転させる駆動手段とを含み得る。
【００２５】
また、本発明の一態様に係る放射能汚染水浄化システムにおいて、前記培養タンクは、互いに直列に連結された複数の培養タンクを含み、前記複数の培養タンクには互いに異なる種の微細藻類が投入され得る。
【００２６】
また、本発明の一態様に係る放射能汚染水浄化システムにおいて、前記培養タンクには内部空間の圧力が設定値以上であれば開放され、設定値未満であれば閉鎖される安全バルブが設けられ得る。
【００２７】
また、本発明の一態様に係る放射能汚染水浄化システムにおいて、前記培養タンクには、内部空間の温度を調整するための温度調整器と、内部空間の汚染水内で微細藻類が生育できる栄養成分を提供するための窒素、リン、及び二酸化炭素（ＣＯ２）を含む添加剤を投入する添加剤投入配管と、前記内部空間の汚染水内で前記微細藻類が生育できる光エネルギーを提供する発光装置とが設けられ得る。
【００２８】
本発明の他の態様は、放射能汚染水と放射能汚染水内で生育する微細藻類が投入されるものであって、それぞれ密閉された内部空間を備えて互いに直列に連結された複数の培養タンクと、前記複数の培養タンク内の各種の情報を取得する計測部と、遠隔に受信された制御信号により前記複数の培養タンクの動作を制御するローカル制御部と、前記計測部から受信した情報を用いて前記ローカル制御部に制御信号を送信する遠隔制御システムを含む浄化システムで複数の核種を含む放射能汚染水を浄化させる方法において、前記複数の培養タンクのうち第１培養タンクに放射能汚染水を投入するステップと、前記第１培養タンクに第１微細藻類を投入及び培養して放射能汚染水を浄化するステップと、前記第１培養タンクから１次浄化された放射能汚染水を第２培養タンクに移送するステップと、前記第２培養タンクに前記第１微細藻類と異なる種の第２微細藻類を投入及び培養して放射能汚染水を浄化し、前記第１培養タンクに放射能汚染水を投入した後、前記第１微細藻類を投入して放射能汚染水を浄化するステップとを含む微細藻類を用いた放射能汚染水浄化方法を提供する。
【００２９】
本発明の更なる態様は、放射能により汚染された土壌を浄化するシステムにおいて、汚染された土壌を水と混合して格納し、放射能核種を捕集できる微細藻類を培養する培養水槽と、前記培養水槽の各種の情報を取得する計測部と、遠隔に受信された制御信号により前記培養水槽で前記微細藻類の培養環境を提供する装置を制御するローカル制御部と、培養媒体に取付けられた微細藻類を乾燥かつ収穫して分離する微細藻類収穫装置と、前記計測部から受信した情報を用いて前記ローカル制御部に制御信号を送信する遠隔制御システムとを含む放射能により汚染された土壌の浄化システムを提供する。
【００３０】
本発明の更なる態様は、原子力発電所の事故による広範囲な地域の放射能に汚染された大量の土壌を浄化するための人工湖であって、前記地域に人工湖を作って汚染された土壌の汚染水が流入して格納され、放射能核種を捕集できる微細藻類を培養する貯水空間と、前記貯水空間の各種の情報を取得する計測部と、遠隔に受信された制御信号により前記貯水空間で前記微細藻類の培養環境を提供する装置を制御するローカル制御部と、培養媒体に取付けられた微細藻類を乾燥かつ収穫して分離する微細藻類収穫装置と、前記計測部から受信した情報を用いて前記ローカル制御部に制御信号を送信する遠隔制御システムとを含む放射能土壌汚染浄化用人工湖を提供する。
【発明の効果】
【００３１】
上述した構成を有する本発明によると、原子力発電所の使用済み核燃料及び使用済み核燃料処理時に発生し得る放射能汚染水及び／又は稼動中の原子力発電所の事故や重大な事故時に発生する放射能汚染水を適切な微細藻類培養タンクに投入し、微細藻類が培養タンク内で生育しながら汚染水内の放射能物質を吸着及び／又は吸収するようにすることで、使用済み核燃料放射能の核物質及び放射能汚染水を安定的に浄化することができ、また、広範囲な放射能汚染地域の大量の放射能土壌汚染を浄化して原子力発電所の安全性を向上させることができる。
【００３２】
また、本発明によると、微細藻類の培養タンクを密閉型に提供し、この培養タンク内の培養環境を遠隔で自動にリアルタイム制御することにより、現場の作業者の放射能の被爆量を最小化でき、現場の作業者の安全性を向上させることができる。
【００３３】
さらに、本発明は、１つの培養タンク内で一種類の微細藻類のみを培養し、このような培養タンクを複数に直列連結することによって、共に培養され難い様々な種類の微細藻類を同時に利用可能であることから、放射能汚染水内の様々な種類の放射性物質を効率よく除去できる。
【００３４】
また、本発明は、使用済み核燃料を冷却するための冷却水及び原子力発電所の地下に流れている地下水が放射性物質に汚染された場合のように、持続的かつ大量に発生する放射能汚染水を遠隔で自動に段階的かつ連続的に浄化させることができる浄化技術を提供することができる。そのため、従来の臨時的な放射性汚染水の格納方式と比較するとき、本発明は、さらに安定的かつ効率よく放射能汚染水処理技術を提供することができる。また、従来の臨時的な氷遮断壁を用いた地下水流入遮断技術と比較するとき、本発明はさらに安定的かつ持続的に経済的な汚染水処理技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムの全体構成を簡単に示すブロック図である。
【図２】遠隔制御システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】遠隔制御システムで遠隔制御部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】微細藻類培養システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】微細藻類培養システムを培養タンクを中心に概念的に示した概略図である。
【図６】微細藻類培養システムで計測部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図７】微細藻類培養システムでローカル制御部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図８】培養タンクの構成を概略的に示す図である。
【図９】２つの培養タンクが直列連結された構成の例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の利点及び特徴、そして、それを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になる。一方、本発明における実施形態の説明において、予め公示されている機能や構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。そして、後述する用語は、本発明の実施形態における機能を考慮して定義された用語であって、これはユーザ、運用者の意図、又は慣例などによって変わり得る。したがって、その定義は、本明細書の全般にわたった内容に基づいて下されなければならない。
【００３７】
本発明は、原子力発電所の使用済み核燃料処理や処理過程で発生したり、又は原子炉容器が破損する重大な事故時に発生し得る放射能汚染水処理のために提案される。本発明は、汚染水の処理作業に動員された従事者の被爆を最小化すると共に、安定的かつ環境にやさしく処理する放射能汚染水処理のための技術を提案する。特徴的な本発明の主な適用分野は、地球上で３５億年以上に地球変化へ適応して生存してきた地球上の最も古い生命体である微細藻類を用いて放射能汚染水を浄化処理する分野である。
【００３８】
下記の参考文献１、２、３から放射能汚染水を浄化処理するために微細藻類を用いることができるという研究が行われていることが確認される。
参考文献１：An extremely radioresistant green eukaryote for radionuclide bio-decontamination in the nuclear industry、Richard Bligny et.al.、Energy Environment Science、2013、6、1230-1239、DOI:10、1029/C2EE23129H．
参考文献２：Algae Industry megazine.com、April 4、2011.
参考文献３：Novel Radioresistant Algaeof the Coccomyxa Genus、March 28、2013、米国特許出願公開２０１３／００７８７０７号明細書
【００３９】
上記の参考文献のうち、参考文献１及び参考文献２は、特殊な微細藻類であるクロステリウム・モニリフェルム（Ｃｌｏｓｔｅｒｉｕｍ  Ｍｏｎｉｌｉｆｅｒｕｍ）とコッコミクサ・アクチナビオチス（Ｃｏｃｃｏｍｙｘａ  Ａｃｔｉｎａｂｉｏｔｉｓ）が重金属（Ｚｎ−６５、ＡＧ−１１０）又は核分裂生成物質（ＣＳ−１３７、ＣＯ−６０、ＳＲ−９０、Ｕ−２３８）を吸着及び捕獲したり吸収して、放射能のない安定な非放射性物質に変換するものと発表した論文及び記事である。参考文献１のコッコミクサ・アクチナビオチス微細藻類の菌株は、２０１３年３月に米国で特許出願されたものの公開公報である参考文献３に対応する。
【００４０】
参考文献１及び参考文献２の発表を参照すると、地球上で約３５億年以上に地球変化に適応してきた最も古い生命体である微細藻類のうち特殊な種類の微細藻類は、放射性物質である特殊核種を特に効率よく吸着及び捕獲したり吸収することで放射能を除去し、安定的な同位元素に変換する特性を有すると類推可能であり、今後の微細藻類の環境研究は、このような放射性物質を吸収して非放射性同位元素に変換する微細藻類の探索に集中されるものと判断される。
【００４１】
特に、福島の原子力発電所の事故以後に話題になっている放射能汚染水の主な放射性物質であるヨウ素Ｉ−１３１、セシウムＣＳ−１３４、及びＣＳ−１３７、そして、ストロンチウムＳＲ−９０、テルルＴＥ−１２７とクリプトンＫＲ−８５などの放射性物質を吸着、捕獲、及び吸収の特用微細藻類の探索が重要である。
【００４２】
本発明の発明者は、このような微細藻類のうち放射性物質の処理に用いられる特用微細藻類が発見されている点に注目した。現在、様々な微細藻類の種類のうち、特定の放射性物質を捕獲又は吸着して放射能物質を汚染水と分離して除去する機能、放射性物質を吸収して汚染水内の放射線を減らす機能、又は、放射性物質を安全な非放射性物質に変換して核種放射線を除去可能にする機能などのように、放射性物質を処理できる特殊な機能を有する特用微細藻類を分類するための試みが行われている。
【００４３】
したがって、本発明者は、少なくとも１つの放射性物質を捕獲したり吸着する機能を有する微細藻類の種類を利用すれば、環境にやさしく放射能汚染水を浄化できる技術を提供する点に注目した。そのため、本発明は、微細藻類を放射能物質が混合されている放射能汚染水内で培養することによって、微細藻類により放射能汚染水内の放射能物質が除去されるようにする、微細藻類を用いた放射能核物質処理及び放射能汚染水の浄化技術を提供することが可能であることに着眼した。
【００４４】
本発明により、放射性物質を処理できる特定種類の微細藻類を放射能汚染水を投入した培養タンクで培養し、培養過程で放射性物質を吸着又は吸収した微細藻類を分離及び除去することによって、放射能汚染水内の放射性物質を浄化することができる。
【００４５】
放射能汚染水内には一種類ではなく、様々な種類の放射性物質が混入されている場合が一般的である。したがって、このような場合の放射能汚染水を浄化するために、本発明は、複数の培養タンクを直列に連結し、それぞれの培養タンクに互いに異なる種類の放射性物質を効率よく処理できる互いに異なる種類の微細藻類を培養させる。そのため、放射能汚染水内の様々な種類の放射能物質が数個の培養タンクを順次通過しながら、一種類の放射能物質が１つの培養タンクで浄化されるという方式によって段階的に浄化され得る。
【００４６】
例えば、５個の培養タンクが直列に連結されたシステムを仮定する。５個の培養タンクのうち、放射能汚染水が最初に投入される１番目の培養タンクではＩ−１３７を円満に吸着又は吸収する特用微細藻類を培養する。１番目の培養タンクから排出された浄化水はＩ−１３７のみが除去されるが、残りの放射性物質をそのまま含んでいるのであろう。この浄化水は、依然として放射能汚染水である。１番目の培養タンクから排出された浄化水、すなわち、放射能汚染水は２番目の培養タンクに投入される。２番目の培養タンクではＣＳ−１３４及びＣＳ−１３７を円満に吸着又は吸収する特用微細藻類を培養する。すると、２番目の培養タンクから排出された浄化水はＩ−１３７に追加してＣＳ−１３４及びＣＳ−１３７が除去されるが、残りの放射性物質はそのまま含んでいる。この浄化水も依然として放射能汚染水である。２番目の培養タンクから排出された浄化水、すなわち、放射能汚染水は３番目の培養タンクに投入される。３番目の培養タンクではＳＲ−９０を円満に吸着又は吸収する特用微細藻類を培養する。同じ方式により、３番目の培養タンクから排出された放射能汚染水が投入される４番目の培養タンクではＴＥ−１２７を処理する。最後に４番目の培養タンクから排出された放射能汚染水が投入される５番目の培養タンクではＫＲ−８５を円満に吸着又は吸収する特用微細藻類を培養する。
【００４７】
このように、複数の種類の微細藻類を順次に多段階式に分離して互いに異なる培養タンク内で培養することにより、微細藻類間の適者生存の競争を回避できる。また、培養タンクごとに一種類の特用微細藻類の温度など培養環境と培養液を適合に使用することで、培養及び放射性物質処理の効率を向上させることができる。
【００４８】
使用済み核燃料は、核燃料集合体から核燃料棒を分離し、核燃料棒を解体したり又は核燃料棒の被覆管を溶融して核燃料ペレットを分離して本来の核燃料粉末に製造した後、培養タンク内で水に水溶して放射性物質を特用微細藻類を培養して放射性物質の核種を処理することができる。
【００４９】
本発明は、特に、作業従事者の放射能被爆を最小化するために培養タンクへの放射能汚染水投入及び排出、微細藻類投入及び排出、培養環境を提供する様々な装置の動作などを遠隔の制御システムによって遠隔調整して制御し、放射能をリアルタイムに監視して処理する。
【００５０】
以下添付された図面を参考して、本発明の例示的な実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システム及び方法を説明する。
【００５１】
図１は、本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムの全体的な構成を簡単に示すブロック図である。
【００５２】
図１を参照すると、微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムは、遠隔制御システム１００と通信網を介して連結される少なくとも１つの微細藻類培養システム２００を含んで構成される。微細藻類培養システム２００は、図示された例のように、３個が並んで連結されているが、これは例示に過ぎず、さらに少なく又は多く微細藻類培養システム２００が連結されることは自明である。
【００５３】
遠隔制御システム１００は、例えば、タブレット、ラップトップ、デスクトップ、サーバシステムなどを含んでもよく、通信網を介してデータを受信して制御信号を送信できるよう構成されたコンピューティング装置によって実現され得る。
【００５４】
微細藻類培養システム２００は、放射性物質が混合されている放射能汚染水を微細藻類を培養するための密閉された環境を提供する培養タンクに投入して処理するシステムである。微細藻類培養システム２００は、１つの培養タンク又は直列に連結された複数の培養タンクを含む。
【００５５】
微細藻類培養システム２００は、培養タンクの温度、圧力、水位、窒素濃度、リン濃度、二酸化炭素濃度、ｐＨ、照度、及び放射線などをリアルタイムに計測して、この計測データを遠隔制御システム１００に送信する。遠隔制御システム１００は、受信された計測データに基づいて微細藻類培養システム２００の培養タンク内の環境を制御するように制御信号を送信する。
【００５６】
微細藻類は、約３５億年間に地球上のいかなる地球環境に適応して生存してきた光合成を行って水中に生存する微生物であって、培養のために光、適正範囲の水温、適正範囲のｐＨ及び／又は窒素／リンなどの栄養分とＣＯ２が必要である。微細藻類は、一般的に日照量の多い水面から約１０〜５０ｃｍ下に窒素／リン／ＣＯ２などが豊かな環境で、水の温度が約２０〜２５℃、そして、ｐｈが約７〜８において円満に培養される。したがって、微細藻類培養システム２００は、放射能汚染水の温度を微細藻類の培養に必要な最適条件に合わせて約１０〜１５日間に培養し、増殖倍数を最も大きくして処理の効率を最大化するよう制御しなければならない。
【００５７】
したがって、微細藻類培養システム２００は、放射能汚染水の温度、圧力、及び水位と窒素／リン／二酸化炭素濃度と照度及びｐＨなどをリアルタイムに計測して遠隔制御システム１００に送信する。遠隔制御システム１００は、放射能汚染水の温度、圧力及び水位と窒素／リン／二酸化炭素濃度、照度及びｐＨなどの環境を微細藻類の最適な培養条件に調整するための制御信号を微細藻類培養システム２００に送信する。
【００５８】
そのために、微細藻類培養システム２００の密閉型培養タンクには、放射能汚染水、微細藻類、及び窒素／リン／ＣＯ２の投入及び排出に必要な複数の配管と、それぞれの配管の開閉動作のためのバルブ及びポンプ、培養タンク内の温度調整のための加熱器及び冷却器施設、培養タンク内の照度調整装置などが設けられる。また、遠隔監視及び制御のために、培養タンク内の放射線及び培養タンクが設けられている敷地内の放射線を計測できる。また、培養タンク内の状況をＣＣＴＶのようなカメラ映像で撮影し得る。
【００５９】
図２及び図３は、本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムのうち遠隔制御システムをさらに詳細に図示している。
【００６０】
図２は、本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムのうち遠隔制御システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【００６１】
図２を参照すると、遠隔制御システム１００は、送受信部１１０、遠隔制御部１３０、ユーザ入出力部１５０、撮影データストレージ１６０、計測データストレージ１７０、及び制御データストレージ１８０を含む。
【００６２】
送受信部１１０は、微細藻類培養システム２００と双方向データ通信が可能な通信網を介してデータを送受信するモジュールである。送受信部１１０は、デジタルデータを、例えば、パケットベースの信号データに変調して送信し得る。
【００６３】
遠隔制御部１３０は、送受信部１１０によって受信される撮影データ及び計測データと予め格納されている制御データに基づいて、微細藻類培養システム２００の培養環境を制御する制御信号を生成する。生成された制御信号は、送受信部１１０によって送信され得る。
【００６４】
ユーザ入出力部１５０は、ユーザが命令やデータを入力できる入力装置とユーザが視覚的に及び／又は聴覚的に認知可能にする出力装置である。例えば、入力装置は、キーボード、マウス、キーボタン、トラックボール、ジョイステック、タッチ−入力装置、マイクロホンなどが含まれてもよい。出力装置は、ディスプレイ、プリンタ、スピーカなどが含まれてもよい。
【００６５】
撮影データストレージ１６０、計測データストレージ１７０、及び制御データストレージ１８０は、それぞれ撮影データ、計測データ、及び制御データを格納するモジュールである。撮影データは、微細藻類培養システム２００から受信された、例えば、ＣＣＴＶによって撮影された培養タンク内の静止映像又は動画データである。計測データは、微細藻類培養システム２００から受信された、例えば、培養タンク内の温度、圧力、照度、濃度、ｐＨなどを計測したデータであり得る。制御データは、予め設定されて格納されているデータとして、微細藻類培養システム２００の培養環境を制御するものに関するデータであり得る。
【００６６】
図３は、図２に示す遠隔制御システムのうち遠隔制御部の構成を概略的に示すブロック図である。
【００６７】
図３を参照すると、遠隔制御部１３０は、微細藻類培養システム２００の各部を制御するための様々な制御部を有する。図示された例として、遠隔制御部１３０は、汚染水制御部１３１、微細藻類制御部１３２、培養媒体制御部１３３、温度制御部１３４、気圧制御部１３５、照度制御部１３６、窒素濃度制御部１３７、リン濃度制御部１３８、二酸化炭素濃度制御部１３９、及び中央コントローラ１４０を含む。
【００６８】
汚染水制御部１３１は、微細藻類培養システム２００の培養タンク内に放射能汚染水を投入する動作、及び微細藻類培養システム２００の培養タンクの外部に浄化水（すなわち、放射能汚染水）を排出させる動作を制御するモジュールである。
【００６９】
微細藻類制御部１３２は、微細藻類培養システム２００の培養タンク内に微細藻類培養液を投入する動作を制御するモジュールである。微細藻類は、研究室や事前処理室で培養した状態である培養液に含まれている状態に投入され得る。
【００７０】
培養タンク内で培養された微細藻類は、放射能汚染水を排出する過程で放射能汚染水と共に排出される。他の方式として、微細藻類は、培養媒体についている状態で、培養媒体を排出する過程で培養媒体と共に排出されてもよい。したがって、微細藻類を排出するための別途の制御部が図示されていない。図示されていないが、例えば、排出された放射能汚染水をフィルタリングして微細藻類を除去する装置の制御のためのモジュールをさらに含んでもよい。
【００７１】
培養媒体制御部１３３は、微細藻類培養システム２００の培養タンク内に培養媒体を投入する動作、及び微細藻類培養システム２００の培養タンクの外部に培養媒体を排出させる動作を制御するモジュールである。培養媒体は、糸、網、織物形態として、水底に沈まないながらも水上に浮かぶこともなく、水中で概して一定の形態を保持できる程度の比重と構造を有することが好ましい。
【００７２】
このように柔軟性材質の培養媒体を培養タンク内の汚染水の自由空間に様々な形態に浮かぶように設けると、培養タンクの内部に培養媒体を支持したり固定する別途の構造物を設けなくてもよいため、製造が容易な長所がある。
【００７３】
また、柔軟性材質の培養媒体を使用すると、培養タンクの外部に培養媒体を引き出したり、内部に培養媒体を投入する装置を簡単に構成することができる。例えば、培養媒体の一端と他端に連結されている制御線をそれぞれ培養タンクの外側又は外部に設けられた第１ローラと第２ローラに取り巻かれるようにすると、第１ローラ及び／又は第２ローラを駆動させて培養媒体を培養タンク内に投入したり培養タンクの外部に排出させることができる。
【００７４】
温度制御部１３４は、微細藻類培養システム２００の培養タンク内で放射能汚染水の温度が微細藻類の生育温度の範囲に保持させる加熱装置及び冷却装置の制御を含む。
【００７５】
気圧制御部１３５は、微細藻類培養システム２００の培養タンク内で放射能汚染水で満たされていない部分の気体圧力を制御するモジュールである。培養タンクは密閉型であるため、圧力が高まることを放置すると培養タンクの機械的な破損につながるため、これを防止するための安全バルブ及び制御動作が必要である。
【００７６】
照度制御部１３６は、微細藻類培養システム２００の培養タンク内の微細藻類の生育条件のうちの１つである光エネルギーの供給動作を制御する。光エネルギーは、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）のような発光装置を介して供給する。このような発光装置は、培養タンク内の複数の位置に設けられ、放射能汚染水内に設けられてもよい。この場合、ＬＥＤは防水処理されたことが好ましい。
【００７７】
窒素濃度制御部１３７、リン濃度制御部１３８、及び二酸化炭素濃度制御部１３９は、微細藻類培養システム２００の培養タンク内の微細藻類の生育条件である窒素、リン、二酸化炭素などの添加剤の濃度をそれぞれ制御する。この濃度は、微細藻類の種類によって異なる。さらに、微細藻類に応じてはこれよりも少ない又は多くの種類を含んでいる添加剤が求められることは自明であり、このような場合、それぞれに対応する成分に対する濃度制御部がさらに必要である。
【００７８】
そして、たとえ図示されていないが、ＣＣＴＶ制御部、放射線量制御部などのような制御部も含まれてもよい。
【００７９】
中央コントローラ１４０は、各部１３１ないし１３９の動作を統合管理する機能を担当する。中央コントローラ１４０は、微細藻類培養システム１００からリアルタイムに撮影データ計測データを受信し、これをユーザにディスプレイしたり、警報を発生させ得る。警報は、計測データが予め決定されている基準値から離れるなどの場合に発生する。警報には、培養タンクの圧力、温度、水位、及びＬＥＤ照度、培養タンク、及び敷地内の放射線の線量警報などを含む。これと共に、中央コントローラ１４０は、ユーザ入出力装置を介して各バルブ、ポンプ、ランプ、電熱器などの作動状態を表示する。また、中央コントローラ１４０は、バルブ、ポンプ、電熱器、及びＬＥＤランプなどのオン／オフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）作動をユーザが手動で制御できるように画面を提供できる。
【００８０】
上述した遠隔制御システム１００は、実際の汚染水浄化処理が行われる培養タンクを含む微細藻類培養システム２００から遠く離れた遠距離に設けられている場所に設置される。
【００８１】
図４〜図７は、本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムのうち微細藻類培養システムをさらに詳細に図示している。
【００８２】
図４は、本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムのうち、微細藻類培養システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【００８３】
図４を参照すると、微細藻類培養システム２００は、送受信部２１０、培養タンク２２０、計測部２３０、ローカル制御部２５０、及び原料タンク２７０を含む。
【００８４】
送受信部２１０は、遠隔制御システム１００の送受信部１１０と通信できるモジュールである。
【００８５】
計測部２３０は、培養タンク２２０内で様々なファクターに対して計測し、計測されたデータを送受信部２１０を経由して遠隔制御システム１００に送信する。計測部２３０は、図６を参照して以下で詳細に説明する。
【００８６】
ローカル制御部２５０は、遠隔制御システム１００から送受信部２１０を経由して制御信号を受信し、受信された制御信号により様々な装置の動作を制御することで培養タンク２２０内の環境を調整するモジュールである。ローカル制御部２５０は、図７を参照して以下でさらに詳細に説明する。
【００８７】
原料タンク２７０は、たとえ１つのモジュールとして図示されているが、放射能汚染水、微細藻類培養液、培養媒体ロール、二酸化炭素、窒素、リンなどの様々な原料に対応する個数として存在する。たとえ、原料タンク２７０は、微細藻類培養システム２００内にローカル的に存在するものと図示されているが、微細藻類培養システム２００の外部に遠く離れた位置に遠隔に設けられてもよい。
【００８８】
培養タンク２２０は、図示された例において、ほとんど円筒状の内部空間を有し、ステンレス鋼のように腐食に強い材質からなり、また、放射線遮蔽及び設計圧力に耐えることができるよう十分な厚さで設計される。
【００８９】
培養タンク２２０は密閉型であることが好ましく、遠隔制御される開閉バルブ及び流入／排出ポンプをそれぞれ備えた様々な配管が連結され、様々な計測装置が設けられる。培養タンク２２０は、図８及び図９を参照してさらに詳細に説明する。
【００９０】
図５は、図４に示す微細藻類培養システムを培養タンクを中心に概念的に説明するための概略図である。
【００９１】
図５を参照すると、培養タンク２２０は、放射能汚染水内で微細藻類を生育可能にする環境を提供する。そのため、培養タンク２２０には、汚染水、微細藻類、培養媒体、光、窒素、リン、二酸化炭素、温度などが提供される。培養が完了すると、浄化水及び培養媒体が排出される。排出される浄化水は、投入された汚染水から微細藻類によって放射能物質が除去された状態である。排出される培養媒体は、放射能物質を吸着又は吸収した微細藻類が固着している状態である。
【００９２】
培養媒体に固着している微細藻類は、培養媒体から分離したり固着した状態で有機質の肥料として使用されたり、バイオマス原料（ＲＤＦ、炭化燃料）としてリサイクルされる。
【００９３】
培養タンク２２０に投入される放射能汚染水は、例えば、原子炉容器の破損のような重大な事故時に原子力発電所の周辺の地下水が放射能に汚染されることにより生じたものであり得る。他の例として、原子力発電所の正常動作中に使用済み核燃料の冷却処理及び稼動中の原子力発電所の過渡な事故時に生じたものであり得る。
【００９４】
図６は、図４に示す微細藻類培養システムのうち計測部の構成を概略的に示すブロック図である。
【００９５】
図６を参照すると、計測部２０３は、水位計測器２３１、水温計測器２３２、窒素濃度計測器２３３、リン濃度計測器２３４、二酸化炭素濃度計測器２３５、ｐＨ計測器２３６、カメラ２３７、気温計測器２３８、気圧計測器２３９、照度計測器２４０、及び放射線計測器２４１を含む。
【００９６】
水位計測器２３１は、培養タンク２２０内で汚染水の水位を測定する計測器である。水温計測器２３２は、培養タンク２２０内で汚染水の温度を測定する計測器である。窒素濃度計測器２３３、リン濃度計測器２３４、二酸化炭素濃度計測器２３５、及びｐＨ計測器２３６は、培養タンク２２０に投入されている汚染水内の窒素濃度、リン濃度、二酸化炭素濃度、及びｐＨをそれぞれ測定する計測器である。
【００９７】
カメラ２３７は、例えば、ＣＣＴＶのように動画を撮影できる装備である。
【００９８】
気温計測器２３８は、培養タンク２２０の汚染水上部の空気部分の温度を測定する計測器である。気圧計測器２３９は、培養タンク２２０の汚染水上部の空気部分の圧力を測定する計測器である。照度計測器２４０は、ＬＥＤのような発光装置によって培養タンク２２０の内部及び／又は汚染水内で測定される照度を計測する。放射線計測器２４１は、培養タンク２２０の内部及び外部（すなわち、培養タンクが設けられている建物又は敷地）の放射線量を測定する計測器であり得る。
【００９９】
図７は、図４に示す微細藻類培養システムのうちローカル制御部の構成を概略的に示すブロック図である。
【０１００】
図７を参照すると、ローカル制御部２５０は、汚染水投入配管２５１、浄化水排出配管２５２、微細藻類投入配管２５３、温度調整器２５４、添加剤投入配管２５５、発光装置２５６、培養媒体移送装置２５７などの動作を制御する。ローカル制御部２５０は自ら判断して制御するものではなく、遠隔制御システム１００（図１及び図２参照）からの制御信号によりこのような装置の動作を制御する。
【０１０１】
汚染水投入配管２５１は、培養タンク２２０内に放射能汚染水を投入する配管として遠隔制御される（すなわち、遠隔制御システム２００によって送信された制御信号により制御される、以下同一）バルブ及びポンプを備える。バルブは開閉動作するためのものであり、ポンプは投入するための強制力を提供する。浄化水排出配管２５２は、培養タンク２２０内に放射能汚染水を排出する配管として、遠隔制御されるバルブ及びポンプを備える。微細藻類投入配管２５３は、培養タンク２２０内に微細藻類培養液を投入する配管として、遠隔制御されるバルブ及びポンプを備える。添加剤投入配管２５５は、窒素、リン、二酸化炭素などの添加剤を投入するための各配管として、それぞれ遠隔制御されるバルブ及びポンプを備える。
【０１０２】
温度調整器２５４は加熱器及び冷却器を含み、培養タンク２２０内の汚染水の温度を調整するように動作する。発光装置２５６は、例えば、ＬＥＤランプとして汚染水の内外に複数設けられる。
【０１０３】
培養媒体移送装置２５７は、培養媒体を培養タンク２２０内に投入して培養タンク２２０の外部に排出するための装置である。培養媒体移送装置２５７は、ローラとこのローラを回転させるための駆動モータを含んでもよく、駆動モータは遠隔制御される。培養媒体移送装置２５７のローラには、培養媒体２２０に連結された制御線が取り巻かれたり制御線と共に培養媒体が取り巻かれる。
【０１０４】
図８及び図９は、本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムで、培養タンクをさらに詳細に示す。
【０１０５】
図８は、本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムで、培養タンクの構成を概略的に示す図である。
【０１０６】
図８を参照すると、培養タンク２２０の約３分の２が汚染水で満たされている例が示されている。培養タンク２２０の上部の側面に汚染水投入配管２５１が連結され、培養タンクの下部の側面に汚染水排出（すなわち、浄化水排出）配管２５２が連結されている。微細藻類培養液２５３は、培養タンクの上部の側面に連結されている。
【０１０７】
発光装置２５６は、培養タンクの上部と側部及び下部に複数設けられ、例えばＬＥＤランプであってもよい。発光装置２５６は、汚染水にロックされている位置にも設けられていることが確認される。一般的に、自然状態で微細藻類は水面から約５０ｃｍまで生息して培養される。本発明では、防水されたＬＥＤランプを培養タンク内に取付けて設けることにより、光が水中に映るようにして汚染水の深さに関わらず培養タンク内のどこにも微細藻類を生育可能にする環境を提供する。
【０１０８】
また、培養媒体２６０は、繊維、網、又は織物形態のメッシュ型であることが好ましく、図８に示すように、培養媒体２６０は、両側の上端部が制御線によって培養媒体移送装置２５７に連結された状態で汚染水内に浸るように設けられることが好ましい。
【０１０９】
培養媒体２６０に連結される制御線はワイヤー又はロープであってもよいが、これに限定されることなく、様々なタイプを使用できる。また、制御線は、培養媒体２６０を培養タンク２２０の内部に投入したり取り出す役割のみならず、培養媒体２６０の位置と高さを調整する役割も行い、このような制御線の動作は培養媒体移送装置２５７によって制御される。
【０１１０】
培養媒体２６０は、微細藻類が取付けて生育する構造物を提供し、特用微細藻類の特性に応じてメッシュの大きさが変わり得る。したがって、約１０日〜１５日間の培養後に培養媒体２６０を排出すると、核種を捕集した微細藻類も共に排出され、排出された培養媒体２６０は制御線によって培養タンク２２０の外部に備えられた微細藻類収穫空間（図示せず）に自動移動する。微細藻類収穫空間では、微細藻類収穫装置（図示せず）が培養媒体２６０に取付けた微細藻類を乾燥かつ収穫して分離し、微細藻類が分離された培養媒体２６０は制御線によって再び培養タンク２２０の内部に移動する。
【０１１１】
このように培養媒体２６０は、培養タンク２２０の外部に排出されて再び投入されなければならないため、培養タンク２２０には培養媒体２６０とこれに連結された制御線が通過する出入口（図示せず）を形成しなければならない。
【０１１２】
一方、培養媒体移送装置２５７は、培養タンク２２０の一側に備えられた第１培養媒体移送装置２５７ａと他方に備えられた第２培養媒体移送装置２５７ｂを含む。ここで、培養媒体２６０が出入りする出入口は、第１及び第２培養媒体移送装置２５７ａ，２５７ｂが設けられた位置に全て形成されてもよく、片方にのみ形成されてもよい。
【０１１３】
第１培養媒体移送装置２５７ａは、第１ローラ（図示せず）と第１ローラを回転させる第１駆動モータ（図示せず）を含む。第１ローラと第１駆動モータは、培養タンク２２０の側壁に設けられてもよく、培養タンク２２０の外部に設けられてもよい。
【０１１４】
第２培養媒体移送装置２５７ｂは、第２ローラ（図示せず）と第２ローラを回転させる第２駆動モータ（図示せず）を含む。第２ローラと第２駆動モータは、培養タンク２２０の側壁に設けられてもよく、培養タンク２２０の外部に設けられてもよい。
【０１１５】
第１及び第２培養媒体移送装置２５７ａ，２５７ｂが培養タンク２２０の外部に形成される場合には、培養媒体２６０に連結された制御線が通過できる出入口が２つ形成されることが好ましい。
【０１１６】
図８に示すように、培養タンク２２０の内部に設けられた培養媒体２６０の両端に連結された制御線をそれぞれの第１ローラと第２ローラに取り巻かれた状態で、例えば、第１ローラを回転すれば培養媒体２６０は第１出入口を介して培養タンク２２０の外部に排出される。ここで、培養媒体２６０が第１ローラに取り巻かれるように構成してもよく、培養媒体２６０が制御線に沿って微細藻類収穫空間まで移動するように構成してもよい。
【０１１７】
また、排出された培養媒体２６０は、上述したように微細藻類収穫空間に移動して微細藻類が分離された後リサイクルされてもよく、有機質肥料やバイオマス燃料として活用されてもよい。
【０１１８】
一方、培養タンク２２０の外部に排出された培養媒体２６０から微細藻類を分離したり、または、新しい培養媒体２６０に代替された場合には、反対側に位置する第２ローラを回転させて第２ローラに取り巻かれている制御線を用いて培養媒体２６０を培養タンク２２０の内部に投入することができる。
【０１１９】
このように培養媒体２２０を繊維、網、織物などのような柔軟材質で構成し、培養媒体２６０の一端と他端をそれぞれ培養媒体移送装置２５７のローラに連結すると、作業者の助力なしに遠隔制御により培養媒体２６０を簡単に培養タンク２２０の内部に投入したり外部に取り出すことができ、これによって、放射性核種を捕集した微細藻類を培養タンクの外部で収穫して放射能汚染数を浄化することができる。
【０１２０】
一方、図示するように、１つのユニットで製造された培養媒体２６０を使用せず、複数の培養媒体２６０を直列連結して培養タンク２２０の内部に順次投入してもよい。この場合には、第１ローラを駆動する１つの培養媒体移送装置２７０のみを使用してもよい。
【０１２１】
すなわち、培養タンク２２０の内部に第１ユニット培養媒体２６０を投入して１次浄化工程を向上させた後、第１ローラを回転して第１ユニット培養媒体２６０を第１出入口を介して排出すると、第１ユニット培養媒体２６０に直列連結された第２ユニット培養媒体２６０が、第２出入口を介して培養タンク２２０の内部に投入される。次に、２次浄化工程を向上させた後、第１出入口を介して第２ユニット培養媒体２６０を排出すると、第２ユニットに連結された第３ユニット培養媒体２６０が、第２出入口を介して培養タンク２２０の内部に投入され、このような方式によって、複数の培養媒体２６０を順次培養タンク２２０の内部に投入してもよい。このようにすれば、単位工程ごとに培養媒体２６０を交換する必要がなく、長期間の工程を行った後排出された培養媒体２６０を一回で処理できるため、作業効率を高めることができる。
【０１２２】
一方、第１又は第２出入口を介して出入りする培養媒体２６０には放射能核種が捕集されているため、被爆を防止するために第１及び第２培養媒体移送装置２５７ａ，２５７ｂを外部と隔離する遮蔽カバーを培養タンク２２０の外部に設ける。
【０１２３】
また、培養タンク２２０には、カメラ２３７、圧力計測器２３９、安全バルブ２２１、温度計測器２３２、気温計測器２３８、水位計測器２３１、ｐＨ計測器２３６、二酸化炭素のような添加剤供給配管２５５、加熱器、及び冷却器を含むことのできる温度調整器２５４などが示されているが、その他に必要な場合、その他の様々な計測器及び投入及び排出配管が連結されることは自明である。
【０１２４】
安全バルブ２２１は平常には閉鎖され、培養タンク２２０内の圧力が所定の値以上になると自動開放され、培養タンク２２０内の圧力を自動調整する。
【０１２５】
図９は、本発明の一実施形態に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムで、２つの培養タンクが直列連結された構成の例を概略的に示す図である。
【０１２６】
図９を参照すると、２つの培養タンク２２０’、２２０’’が「直列に」連結されている。すなわち、最初の培養タンク２２０’に排出された汚染水が２番目の培養タンク２２０’’に投入される。図示する例として、培養タンクが単に２つのみが連結されているが、これは例示に過ぎず、必要な場合はより多い培養タンクが直列に連結されることは自明である。この例において、各培養タンクに同一又は異なる微細藻類が投入されてもよい。
【０１２７】
上述したように、本発明によって提供される微細藻類を用いた放射能汚染水浄化システムは、本発明の他の態様に係る微細藻類を用いた放射能汚染水浄化方法を実現することができる。
【０１２８】
微細藻類を用いた放射能汚染水浄化方法は、培養ステップ、計測ステップ、遠隔制御ステップ、ローカル制御ステップを含む。
【０１２９】
培養ステップは、培養タンクの密閉された内部空間内に放射性物質を含む放射能汚染水、前記放射能汚染水内で生育する微細藻類、前記微細藻類が生育できる栄養成分を投入し、温度を調整して光エネルギーを提供し、前記微細藻類が生育できるように培養するステップである。
【０１３０】
計測ステップは、培養ステップの間に前記微細藻類が混合した放射能汚染水に関するデータを計測して計測データを生成するステップである。
【０１３１】
遠隔制御ステップは、計測ステップで生成された計測データを通信網を介して受信し、前記培養タンクと連結されているローカル制御部に制御信号を送信するステップである。
【０１３２】
ローカル制御ステップは、遠隔制御ステップで送信された制御信号を受信し、培養タンク内に前記放射能汚染水の投入及び浄化水の排出、培養タンク内に前記微細藻類の投入、前記培養タンク内で微細藻類の生育環境を提供する装置を制御するステップである。
【０１３３】
培養ステップ以前及び以後に、培養タンクの内部空間の汚染水内で前記微細藻類が取付けられる繊維形態、網形態、又は、織物形態の柔軟な構造物を提供する培養媒体を外部から内部空間に投入する培養媒体投入ステップ、及び培養媒体を培養タンクの内部空間から外部に排出する培養媒体排出ステップがそれぞれ行われる。
【０１３４】
以上では、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されず、様々な形態に変形又は修正されて実施することができる。
【０１３５】
一例として、以上では密閉された構造の培養タンク２２０を用いて汚染水を浄化する方法を説明したが、大量の汚染水を処理するためには室内プール規模の大型の培養水槽に微細藻類を培養して汚染水を浄化してもよい。この場合においても、培養水槽に最適な微細藻類培養環境を組成できる計測部２３０、ローカル制御部２５０、及び培養媒体に取付けた微細藻類を乾燥、収穫、及び分離する微細藻類収穫装置を設け、これを遠隔制御システム１００を用いて制御するよう構成することが好ましい。
【０１３６】
異なる例として、以上では微細藻類を用いて汚染水を浄化する方法を説明したが、汚染された土壌を微細藻類を用いて浄化してもよい。
【０１３７】
すなわち、原子力発電所の事故による放射能の漏れによって土壌が汚染された場合、室内プール規模の大型の培養水槽に汚染された土壌と水を入れて特用微細藻類を培養し、土壌に混合されている放射性核種を吸着及び吸収した微細藻類を培養水槽から分離及び収穫することで土壌を浄化することができる。この場合においても、培養水槽に最適な微細藻類培養環境を組成できる計測部２３０、ローカル制御部２５０、及び培養媒体に取付けた微細藻類を乾燥、収穫、及び分離する微細藻類収穫装置を設け、これを遠隔制御システム１００を用いて制御するよう構成することが好ましい。
【０１３８】
更なる例として、原子力発電所の事故によって広範囲な面積に渡って放射能汚染された土壌が発生した場合、人工湖に特用微細藻類培養環境を作って土壌に混合されている特殊な放射性核種を吸着及び吸収し、培養された特用微細藻類を人工湖から収穫かつ分離して土壌汚染を除去することができる。この場合、人工湖が特用微細藻類のための最適な培養環境を備えるように、光、ＣＯ２、リン、窒素などを調整する自動化システムを設けることが好ましい。
【０１３９】
このように本発明は、様々な形態に変形又は修正されて実施され、変形又は修正された実施形態も後述する特許請求の範囲に開示されている本発明の技術的な思想を含むものであれば、本発明の権利範囲に属することはもちろんである。
【符号の説明】
【０１４０】
１００：遠隔制御システム
１１０：送受信部
１３０：遠隔制御部
１３１：汚染水制御部
１３２：微細藻類制御部
１３３：培養媒体制御部
１３４：温度制御部
１３５：気圧制御部
１３６：照度制御部
１３７：窒素濃度制御部
１３８：イン濃度制御部
１３９：二酸化炭素濃度制御部
１４０：中央コントローラ
１５０：ユーザ入出力部
１６０：撮影データストレージ
１７０：計測データストレージ
１８０：制御データストレージ
２００：微細藻類培養システム
２１０：送受信部
２２０：培養タンク
２２１：安全バルブ
２３０：計測部
２３１：水位計測器
２３２：水温計測器
２３３：窒素濃度計測器
２３４：イン濃度計測器
２３５：二酸化炭素濃度計測器
２３６：ｐＨ計測器
２３７：カメラ
２３８：気温計測器
２３９：気圧計測器
２４０：照度計測器
２４１：放射線計測器
２５０：ローカル制御部
２５１：汚染水投入配管
２５２：浄化水排出配管
２５３：微細藻類投入配管
２５４：温度調整器
２５５：添加剤投入配管
２５６：発光装置
２５７：培養媒体移送装置
２６０：培養媒体
２７０：原料タンク
２９０：培養媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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