Microsoft Word - 3_【入稿用】技術資料　第4版（4~5章)

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1 4. 放 射 性 セシウムの 溶 出 特 性 4.1 はじめに 一 般 廃 棄 物 焼 却 灰 下 水 汚 泥 焼 却 灰 浄 水 発 生 土 災 害 廃 棄 物 土 壌 等 に 移 行 した 放 射 性 セシウムの 環 境 中 での 挙 動 として 溶 出 特 性 a について 検 討 を 行 いました 4.2 試 験 方 法 JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 試 料 を 有 姿 のまま 容 器 に 入 れ 1 倍 量 (L/kg) の 純 水 を 入 れた 後 に 上 部 の 液 相 部 分 をプロ ペラで 撹 拌 する JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 1) ( 図 4.1)により 表 4.2 から 4.6 に 示 す 試 料 の 評 価 を 行 いました 溶 出 操 作 時 間 は 6 時 間 です ろ 過 は 孔 径.45 μm のメンブレンフィルタ ーを 用 いて 行 い ろ 液 の ph と 電 気 伝 導 度 (EC) を 併 せて 測 定 しました また 放 射 性 Cs 含 有 量 の 測 定 を 別 途 行 い JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 における 溶 出 率 を 求 めました また 海 水 などのイオン 濃 度 の 高 い 溶 媒 の 影 響 を 調 べるため 人 工 海 水 を 溶 媒 として 用 い 他 の 条 件 は JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 と 同 じ 方 法 による 試 験 も 一 部 の 試 料 で 実 施 しまし た さらに 試 験 方 法 間 の 違 いを 把 握 するために 産 業 廃 棄 物 の 金 属 等 の 検 定 方 法 である 昭 和 48 年 環 境 庁 告 示 第 13 号 ( 環 告 13 号 )を 一 部 の 試 料 で 実 施 しました 環 告 13 号 は 試 料 の 粒 度 を.5~5 mm に 調 整 し 振 幅 4~5 cm にて 毎 分 2 回 反 復 振 とうを 行 い 孔 径 1. m のガラス 繊 維 ろ 紙 を 用 いる 方 法 です かくはん 装 置 タンク 溶 媒 試 料 図 4.1 JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 装 置 1) 逐 次 抽 出 試 験 2) JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 における 溶 出 率 は 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 が 他 の 試 料 よりも 際 だ って 高 いことが 把 握 されました この 要 因 を 検 討 するために 抽 出 能 力 の 異 なる 溶 媒 で 試 a 放 射 性 Cs の 溶 出 濃 度 測 定 値 は 重 量 当 たり (Bq/kg) で 得 られるが, 溶 出 液 の 密 度 を 1 kg/l と 仮 定 し, 一 般 に 溶 出 試 験 で 用 いられる 体 積 当 たり (Bq/L) で 表 記 している 32

2 料 を 逐 次 抽 出 する 逐 次 抽 出 試 験 を 適 用 し 放 射 性 Cs 等 の 化 合 物 形 態 の 差 異 を 推 察 しま した 試 料 は 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 下 水 汚 泥 焼 却 灰 及 び2 種 類 2) の 土 壌 の 各 1 試 料 を 125 μm 以 下 に 粉 砕 したものを 適 用 しました 試 験 方 法 は 参 考 文 献 準 じて 設 定 しました 試 験 方 法 の 概 要 を 表 4.1 に 示 します 逐 次 抽 出 試 験 の 結 果 を 解 釈 する 際 の 注 意 点 ですが 逐 次 抽 出 試 験 は 土 壌 試 料 を 対 象 として 開 発 された 方 法 なので 特 に 焼 却 灰 への 適 用 においては 各 画 分 で 抽 出 されたものの 化 学 形 態 が 各 画 分 の 名 称 と 合 致 し たものか 十 分 に 確 認 されていないことが 挙 げられます ただし 各 画 分 の 化 学 的 安 定 性 は 各 画 分 の 化 学 形 態 と 同 等 程 度 と 推 察 することはできると 思 われます なお 焼 却 灰 等 の 熱 処 理 物 には F5 有 機 物 硫 化 物 態 がほとんど 存 在 しないことから F5 は 土 壌 のみ 適 用 するこ ととしました に 表 4.1 逐 次 抽 出 試 験 方 法 画 分 名 抽 出 操 作 方 法 F1 水 溶 性 画 分 試 料 1 g を 秤 量 し 精 製 水 1 ml を 入 れ 6 時 間 反 復 振 とう 後 遠 心 分 離 し 上 澄 み 液 と 残 渣 をそれぞれ 採 取 する F2 酢 酸 アンモニウム 抽 出 画 分 (イオン 交 換 態 と 呼 ばれる) F1 の 残 渣 と 1M 酢 酸 アンモニウム 1 ml を 入 れ 18 時 間 反 復 振 とう 後 遠 心 分 離 し 上 澄 み 液 と 残 渣 をそれぞれ 採 取 する F3 F4 F5 F6 酢 酸 ナトリウム 抽 出 画 分 ( 炭 酸 塩 態 と 呼 ばれる) ヒドロキシルアミン 抽 出 画 分 ( 酸 化 物 態 と 呼 ばれる) 過 酸 化 水 素 水 抽 出 画 分 ( 有 機 物 硫 化 物 態 と 呼 ばれる) ( 浄 水 発 生 土 と 土 壌 のみ 適 用 ) 残 渣 残 留 画 分 ( 残 留 物 態 と 呼 ばれる) F2 の 残 渣 を 15 で 2-3 時 間 乾 燥 させ 酢 酸 で ph5 に 調 製 した 1M 酢 酸 ナトリ ウム 1 ml を 入 れ 18 時 間 反 復 振 とう 後 遠 心 分 離 し 上 澄 み 液 と 残 渣 をそれ ぞれ 採 取 する F3 の 残 渣 を 15 で 2-3 時 間 乾 燥 させ 体 積 で 酢 酸 を 25% 含 む.2M 塩 酸 ヒド ロキシルアミン 溶 液 1 ml を 入 れ 約 85 の 恒 温 振 とう 機 で 18 時 間 反 復 振 と う 後 遠 心 分 離 し 上 澄 み 液 と 残 渣 をそれぞれ 採 取 する F4 の 残 渣 を 15 で 2-3 時 間 乾 燥 させ 3% 過 酸 化 水 素 水 (.2M 硝 酸 で ph 2 に 調 整 したもの)5 mlを 入 れ 約 85 の 恒 温 振 とう 機 で2 時 間 振 とうする 冷 却 後 体 積 で 硝 酸 を 11.1% 含 む 1.78M 酢 酸 アンモニウム 溶 液 1 ml を 加 え 3 分 室 温 で 振 とう 後 遠 心 分 離 し 上 澄 み 液 と 残 渣 をそれぞれ 採 取 する F5 の 残 渣 を 15 で 2-3 時 間 乾 燥 させ.5 g を 秤 量 し 濃 硝 酸 2.5 ml と 濃 塩 酸 7.5 ml を 順 に 加 え 時 計 皿 で 覆 い 12 に 加 温 し 反 応 が 終 了 するまで 分 解 す る 5B ろ 紙 で 固 液 分 離 し 上 澄 み 液 を 採 取 する 迅 速 シリアルバッチ 試 験 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 と 焼 却 飛 灰 処 理 物 の 溶 出 パターンを 検 討 するために 溶 出 試 験 を 行 いろ 過 後 の 試 料 に 新 たに 溶 媒 を 加 える 操 作 を 繰 り 返 し 行 う シリアルバッチ 試 験 を 適 用 しました シリアルバッチ 試 験 の 概 念 図 を 図 4.2 に 示 します 溶 媒 交 換 のタイミングは 1 日 以 上 とするものなど 様 々 提 案 されていますが 本 件 では 初 期 の 溶 出 パターンに 重 点 を 置 くために 迅 速 法 として 溶 媒 の 交 換 を 1 時 間 ごとに 行 い 5 つの 溶 出 液 を 得 ました 溶 媒 は 蒸 留 水 のみを 用 いました その 他 の 条 件 は 液 固 比 1 L/kg 12 rpm 程 度 の 緩 やかなプ ロペラ 撹 拌 とし 試 料 は 3 mm 以 下 に 粗 く 破 砕 したものを 使 用 しました 33

3 4.2.4 迅 速 累 積 バッチ 試 験 放 射 性 Cs が 溶 出 後 廃 棄 物 層 等 をさらに 下 方 へ 浸 透 していくにしたがいさらに 放 射 性 Cs が 溶 出 することによって 高 濃 度 化 する 現 象 を 検 討 するために ろ 過 して 回 収 された 溶 出 液 に 新 たに 試 料 を 投 入 する 操 作 を 繰 り 返 す 累 積 バッチ 試 験 を 適 用 しました 累 積 バッチ 試 験 の 概 念 図 を 図 4.3 に 示 します 最 初 の 操 作 で 得 られた 溶 出 液 に 新 しい 試 料 を 投 入 して 溶 出 操 作 を 繰 り 返 すことにより 溶 出 液 の 濃 度 は 次 第 に 高 くなり 場 合 によっては 平 衡 濃 度 に 達 すると 思 われます ただし 毎 回 溶 出 液 の 分 析 や ろ 過 後 の 残 渣 側 への 溶 出 液 の 残 留 のため 次 回 に 使 用 できる 溶 出 液 量 は 次 第 に 減 少 することになり 繰 り 返 しできる 回 数 には 限 界 があることになります 試 料 は 迅 速 シリアルバッチ 試 験 と 同 じ 焼 却 主 灰 と 焼 却 飛 灰 処 理 物 を 適 用 しました 溶 媒 は 蒸 留 水 を 用 い 液 固 比 5 L/kg にて 毎 分 5 回 の 緩 やかな 反 復 振 とうを 行 いました 結 果 を 迅 速 に 得 るために 1 回 の 溶 出 時 間 は 1 時 間 とし ろ 液 に 新 たな 試 料 を 加 えて 溶 出 操 作 を 再 度 行 い これを 繰 り 返 して 5 つの 溶 出 液 を 得 ました 5 ml 5 ml 5 ml 5 ml 5 ml 1 時 間 で 交 換 する 迅 速 法 を 実 施 試 料 5g ( 残 留 液 へのキャリーオーバー) ある 試 料 に 対 して, 溶 媒 を 交 換 していく 図 4.2 シリアルバッチ 試 験 の 手 順 の 概 要 25 ml ( 残 留 液 ) 2 ml 16 ml 128 ml 12 ml 1 時 間 で 交 換 する 迅 速 法 を 実 施 試 料 5 g 4 g 32 g 26 g 2 g 必 要 な 溶 媒 を 最 初 に 全 て 加 え, 試 料 を 交 換 していく 図 4.3 累 積 バッチ 試 験 の 手 順 の 概 要 34

4 4.3 試 験 結 果 JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 結 果 試 験 の 結 果 Cs134 と Cs137 は 含 有 量 溶 出 濃 度 ともに Cs137 がやや 高 く この 傾 向 は 試 料 間 で 大 きな 違 いは 見 られませんでした このことから 以 下 では Cs134 と Cs137 を 単 純 合 計 した 値 に 基 づいて 結 果 を 述 べたいと 思 います (1) 一 般 廃 棄 物 焼 却 灰 等 ( 表 4.2) 焼 却 主 灰 中 の 含 有 量 は 97.6~68 Bq/kg と 非 常 に 幅 広 い 値 でした このうち 主 灰 B~E は 溶 出 濃 度 が 低 く 検 出 限 界 以 下 でしたが 主 灰 M は 85 Bq/L の 溶 出 濃 度 が 検 出 されまし た 溶 出 率 を 計 算 すると 主 灰 M は 5.6%でした 主 灰 B は 検 出 限 界 値 を 用 いて 計 算 すると 8.2% 未 満 になりました 主 灰 C~E は 含 有 量 と 溶 出 濃 度 の 両 方 が 低 いため 溶 出 率 として 可 能 性 のある 上 限 値 は 比 較 的 高 い 値 となっています 焼 却 飛 灰 は 含 有 量 は 24~324 Bq/kg と 幅 広 いのですが 含 有 量 にほぼ 比 例 した 溶 出 濃 度 が 得 られており 溶 出 率 は 64.1~89.1% という 高 い 値 でまとまっていました 飛 灰 処 理 物 とは 焼 却 飛 灰 にセメントを 添 加 したも ので 処 理 物 B は 成 形 固 化 体 他 は 最 大 経 が 数 1 mm 以 下 の 粉 体 ~ 団 粒 の 混 合 物 です ど の 処 理 物 も 含 有 量 の 値 が 処 理 前 の 焼 却 飛 灰 よりもやや 低 いのは セメント 等 の 混 合 物 や 加 湿 調 整 に 用 いた 水 分 によって 元 に 占 める 焼 却 飛 灰 の 割 合 が 低 下 したためと 思 われます 溶 出 率 は 処 理 物 B を 除 いて 66.4~88.1%で 焼 却 飛 灰 と 飛 灰 処 理 物 に 差 異 はほとんど 見 られ ませんでした なお 処 理 物 B について 3 mm 以 下 ならびに 2 mm 以 下 に 粉 砕 して JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 を 適 用 した 結 果 溶 出 率 は 77.2~79.1%であったことから 成 形 固 化 体 とすることで 溶 出 を 抑 制 できる 可 能 性 が 示 唆 されました 溶 融 スラグは 含 有 量 溶 出 濃 度 ともに 低 い 結 果 となりました (2) 下 水 汚 泥 焼 却 灰 等 ( 表 4.3) 下 水 汚 泥 焼 却 灰 同 混 練 物 下 水 汚 泥 溶 融 スラグ ばいじん( 下 水 汚 泥 溶 融 飛 灰 )に ついては 含 有 量 は 44~35 Bq/kg と 大 きく 異 なるものの 溶 出 濃 度 は 低 く また 溶 出 率 は 3.4% 未 満 でした 特 に 検 出 された 下 水 汚 泥 焼 却 灰 1 試 料 とばいじん 1 試 料 はそれ ぞれ.9%.8%という 非 常 に 低 い 値 でした (3) 浄 水 発 生 土 ( 表 4.4) 浄 水 発 生 土 は 3 施 設 から 採 取 した 試 料 を 対 象 としました 含 有 量 は 613~18 Bq/kg と 高 濃 度 でしたが 溶 出 濃 度 はいずれも 検 出 限 界 ( 約 16 Bq/L) 未 満 で 溶 出 率 は 2.6% 未 満 でした (4) 土 壌 ( 表 4.5) 採 取 した 土 壌 2 試 料 の 含 有 量 は 約 14~17 Bq/kg であったのに 対 して 溶 出 濃 度 は 検 出 限 界 ( 約 17 Bq/L) 未 満 であり 溶 出 率 は 1.2% 未 満 という 低 い 結 果 でした (5) 災 害 廃 棄 物 ( 表 4.6) 211 年 7 月 に 採 取 した 試 料 では 大 谷 石 の 含 有 量 が 36 Bq/kg で 最 も 高 く セメントブ ロック スレート 瓦 木 材 トタン 塩 化 ビニール 管 は 646~1385 Bq/kg という 値 でした 35

5 一 方 溶 出 濃 度 は 含 有 量 の 大 小 にかかわらず いずれも 検 出 限 界 ( 約 16~19 Bq/L) 未 満 で あり 溶 出 率 は 2.8% 未 満 でした (6) 産 業 廃 棄 物 の 安 定 品 目 等 とその 再 生 品 ( 表 4.7) b 212 年 1 月 に 採 取 した 産 業 廃 棄 物 の 安 定 品 目 等 の 試 料 では 放 射 性 Cs 含 有 量 はほとん どが 1 Bq/kg 以 下 でした また, 溶 出 濃 度 はいずれも 検 出 限 界 ( 約 15~19 Bq/L) 未 満 で した 以 上 を 総 括 したものを 図 4.4 に 示 します 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 はセメントによる 固 化 処 理 の 有 無 によらず 溶 出 率 は 64~89%であることがわかりました そのため 含 有 量 が 高 い 場 合 は 高 濃 度 で 溶 出 する 可 能 性 が 高 いと 考 えられます(ただし 成 形 固 化 体 とし これを 破 砕 しない 場 合 の 溶 出 抑 制 効 果 は 期 待 できる 結 果 が 得 られました) 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 は 溶 出 濃 度 は 低 く 溶 出 率 は 確 認 できたもので 5.6%という 結 果 でした 一 方 下 水 汚 泥 焼 却 灰 等 浄 水 発 生 土 土 壌 災 害 廃 棄 物 及 び 産 業 廃 棄 物 の 安 定 品 目 等 は 含 有 量 は 高 いも のでも 溶 出 液 にはほとんど 検 出 されず 溶 出 率 は 非 常 に 低 い 傾 向 にあることがわかりまし た b 産 業 廃 棄 物 の 中 でコンクリートガラやアスファルトコンクリートガラ 金 属 など 汚 水 を 発 生 させない 安 定 なものとして 安 定 型 処 分 場 に 埋 立 可 能 なものをいう 36

6 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 処 理 物 一 般 廃 棄 物 溶 融 スラグ 表 4.2 一 般 廃 棄 物 焼 却 灰 等 の 試 験 結 果 ( 記 号 A~F 及 び M は 採 取 施 設 合 計 値 は Cs134 と Cs137 を 単 純 合 計 した 値 値 に"<"を 付 した 数 値 は 検 出 限 界 以 下 ) 放 射 性 Cs 含 有 量 (Bq/kg-wet) 放 射 性 Cs 溶 出 濃 度 (Bq/L) JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 放 射 性 Cs 溶 出 率 (%) Cs134 Cs137 合 計 含 水 率 Cs134 Cs137 合 計 Cs134 Cs137 合 計 ph EC (ms/m) B <1. <1. <2. <8.7 <7.7 < C <5.7 <8.1 <13.7 <33.8 <39.6 < D <6.6 <8.5 <15. <42.9 <44.3 < E <5.7 <7.8 <13.5 <58.8 <68.3 < M < A* < B C < D < E A* B* C D E F <6.7 <7.9 <14.6 <51.5 <52.3 < *A 施 設 のみ 流 動 床 炉 他 はストーカ 炉 B 施 設 の 飛 灰 処 理 物 は 成 型 固 化 体 ( 出 典 : 環 境 省 第 5 回 災 害 廃 棄 物 安 全 評 価 検 討 会 参 考 資 料 3-1) 下 水 汚 泥 焼 却 灰 下 水 汚 泥 焼 却 灰 混 練 物 下 水 汚 泥 溶 融 スラグ ばいじん( 溶 融 飛 灰 ) 表 4.3 下 水 汚 泥 焼 却 灰 等 の 試 験 結 果 ( 記 号 G H は 採 取 施 設 合 計 値 は Cs134 と Cs137 を 単 純 合 計 した 値 値 に"<"を 付 した 数 値 は 検 出 限 界 以 下 ) 放 射 性 Cs 含 有 量 (Bq/kg-wet) 放 射 性 Cs 溶 出 濃 度 (Bq/L) JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 放 射 性 Cs 溶 出 率 (%) Cs134 Cs137 合 計 含 水 率 Cs134 Cs137 合 計 Cs134 Cs137 合 計 ph EC (ms/m) G H <7.2 <7.3 <14.5 <2.2 <1.9 < H <7.1 <8. <15.1 <3.6 <3.3 < G <7.2 <7.5 <14.7 <.7 <.6 < G ( 出 典 : 環 境 省 第 5 回 災 害 廃 棄 物 安 全 評 価 検 討 会 参 考 資 料 3-1) 37

7 表 4.4 浄 水 発 生 土 の 試 験 結 果 ( 記 号 I J K は 採 取 施 設 合 計 値 は Cs134 と Cs137 を 単 純 合 計 した 値 値 に"<"を 付 した 数 値 は 検 出 限 界 以 下 ) 浄 水 発 生 土 放 射 性 Cs 含 有 量 (Bq/kg-wet) 放 射 性 Cs 溶 出 濃 度 (Bq/L) JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 放 射 性 Cs 溶 出 率 (%) Cs134 Cs137 合 計 含 水 率 Cs134 Cs137 合 計 Cs134 Cs137 合 計 ph EC (ms/m) I <8.3 <7.9 <16.2 <1.3 <1.1 < J <6.6 <9.4 <16. <2.4 <2.8 < K <8.1 <8.3 <16.4 <.2 <.2 < 表 4.5 土 壌 の 試 験 結 果 ( 合 計 値 は Cs134 と Cs137 を 単 純 合 計 した 値 値 に"<"を 付 した 数 値 は 検 出 限 界 以 下 ) 放 射 性 Cs 含 有 量 (Bq/kg-wet) 放 射 性 Cs 溶 出 濃 度 (Bq/L) JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 放 射 性 Cs 溶 出 率 (%) Cs134 Cs137 合 計 含 水 率 Cs134 Cs137 合 計 Cs134 Cs137 合 計 ph EC (ms/m) 土 壌 N <8.8 <8.38 <17.2 <1.2 <.9 < O <8.51 <8.38 <16.9 <1.4 <1. <

8 表 4.6 災 害 廃 棄 物 の 試 験 結 果 (211 年 7 月 1 日 採 取 ) ( 合 計 値 は Cs134 と Cs137 を 単 純 合 計 した 値 値 に"<"を 付 した 数 値 は 検 出 限 界 以 下 ) 放 射 性 Cs 含 有 量 (Bq/kg-wet) Cs134 Cs137 合 計 含 水 率 JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 放 射 性 Cs 溶 出 濃 度 (Bq/L) 放 射 性 Cs 溶 出 率 (%) Cs13 4 Cs137 合 計 Cs134 Cs137 合 計 大 谷 石 <8.8 <9. <17.7 <.6 <.6 < セメントブロック <8.2 <9.8 <18. <2.7 <2.8 < スレート 瓦 <8.8 <7.9 <16.7 <2.9 <2.2 < 木 材 <8.6 <8.4 <17. <2.5 <2.1 < トタン <8.3 <1.5 <18.8 <1.8 <2.1 < 石 膏 ボード <8.1 <7.8 <15.9 <67.7 <57.3 < 瓦 <8.2 <8.3 <16.5 <13.7 <12.3 < 塩 化 ビニール 管 <9.4 <9.1 <18.5 <1.4 <1.2 < ph EC (ms/m) 表 4.7 安 定 品 目 の 産 業 廃 棄 物 とその 再 生 品 の 試 験 結 果 (212 年 1 月 11 日 採 取 ) ( 合 計 値 は Cs134 と Cs137 を 単 純 合 計 した 値 値 に"<"を 付 した 数 値 は 検 出 限 界 以 下 カッコ 内 の 数 値 は 検 出 下 限 濃 度 未 満 の 生 データで, 有 効 数 字 1 桁 で 表 示 ) 放 射 性 Cs 含 有 量 (Bq/kg-wet) 放 射 性 Cs 溶 出 濃 度 (Bq/L) JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 Cs134 Cs137 合 計 含 水 率 Cs134 Cs137 合 計 混 廃 フルイ 下 <9.2 () <7.5 (.5) < 混 廃 可 燃 物 <1.2 () <8. (1) < ph EC (ms/m) 廃 プラ( 安 定 型 ) <8.4 () <8. (4) < 通 常 アスコン <9.8 () <7.5 () < 透 水 性 アスコン <8.4 () <9.6 () < 出 荷 アスコン <9.3 () <8.9 () < コンガラ <1.1 () <8.9 () < 再 生 路 盤 材 <8.4 (.9) <9.3 () < 再 生 路 盤 材 <6.9 (2) <8.4 (.5) < アスコン 骨 材 (RC-13) <9.6 () <8.5 () < 再 生 砕 石 <8.4 () <8.9 () < 木 材 チップ( 建 材 ) <7.8 (7) <6.8 (7) < 廃 瓦 <7.8 () <9.3 () <

9 Cs134 溶 出 濃 度 (mg/l) (Bq/L) Cs134 溶 出 濃 度 (mg/l) (Bq/L) 16 一 廃 焼 却 飛 灰 一 廃 焼 却 飛 灰 処 理 物 14 焼 却 飛 灰 と 処 理 物 (Bを 除 く) 一 廃 飛 灰 B 成 形 固 化 物 B 成 形 固 化 物 粉 砕 12 1 y =.91x R 2 =.9945 一 廃 焼 却 主 灰 一 廃 スラグ(ND) 一 廃 焼 却 主 灰 (ND) 下 水 焼 却 灰 8 下 水 焼 却 灰 加 湿 下 水 焼 却 灰 (ND) 下 水 焼 却 灰 練 物 (ND) 下 水 溶 融 飛 灰 6 下 水 スラグ(ND) 浄 水 発 生 土 (ND) 4 がれき 類 粉 砕 がれき 類 粉 砕 (ND) がれき 類 有 姿 (ND) 土 壌 (ND) 2 ~5 Bq/L を 拡 大 Cs134 含 有 量 (mg/kg) Cs134 含 有 量 (mg/kg) (Bq/kg) 図 4.4 JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 結 果 (1) Cs134 Cs137 溶 出 濃 度 (mg/l) (Bq/L) Cs137 溶 出 濃 度 (mg/l) (Bq/L) 焼 却 飛 灰 と 処 理 物 (Bを 除 く) y =.81x R 2 =.9982 一 廃 焼 却 飛 灰 一 廃 飛 灰 B 成 形 固 化 物 一 廃 焼 却 主 灰 一 廃 スラグ(ND) 下 水 焼 却 灰 加 湿 下 水 焼 却 灰 練 物 (ND) 下 水 スラグ(ND) がれき 類 粉 砕 がれき 類 有 姿 (ND) ~5 Bq/Lを 拡 大 Cs134 含 有 量 (mg/kg) 一 廃 焼 却 飛 灰 処 理 物 B 成 形 固 化 物 粉 砕 一 廃 焼 却 主 灰 (ND) 下 水 焼 却 灰 下 水 焼 却 灰 (ND) 下 水 溶 融 飛 灰 浄 水 発 生 土 (ND) がれき 類 粉 砕 (ND) 土 壌 (ND) Cs134 Cs137 含 有 量 (mg/kg) (Bq/kg) 図 4.4 JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 結 果 (2) Cs137 4

10 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 N Cs 合 計 (Bq/kg- 溶 媒 ) 攪 拌 抽 出 JIS K58-1 攪 拌 抽 出 JIS K58-1 攪 拌 抽 出 JIS K58-1( 海 水 ) 攪 拌 抽 出 JIS K58-1( 海 水 ) 環 告 13 号 溶 出 環 告 13 号 溶 出 6 67 環 告 13 号 溶 出 ( 海 水 ) 122 環 告 13 号 溶 出 ( 海 水 ) 94 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 処 理 物 B ( 成 形 固 化 体 ) 攪 拌 抽 出 JIS K 攪 拌 抽 出 JIS K58-1( 海 水 ) 162 環 告 13 号 溶 出 環 告 13 号 溶 出 ( 海 水 ) Cs 合 計 (Bq/kg- 溶 媒 ) 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 処 理 物 E ( 粒 状 体 ) Cs 合 計 (Bq/kg- 溶 媒 ) 下 水 汚 泥 焼 却 灰 G( 湿 灰 ) Cs 合 計 (Bq/kg- 溶 媒 ) 攪 拌 抽 出 JIS K 攪 拌 抽 出 JIS K 攪 拌 抽 出 JIS K 攪 拌 抽 出 JIS K 攪 拌 抽 出 JIS K58-1( 海 水 ) 95 攪 拌 抽 出 JIS K58-1( 海 水 ) 攪 拌 抽 出 JIS K58-1( 海 水 ) 環 告 13 号 溶 出 攪 拌 抽 出 JIS K58-1( 海 水 ) 環 告 13 号 溶 出 環 告 13 号 溶 出 ( 海 水 ) 144 環 告 13 号 溶 出 ( 海 水 ) 85 図 4.5 純 水 と 人 工 海 水 の 結 果 比 較 海 水 溶 媒 の 影 響 ならびに 試 験 方 法 の 影 響 図 4.5 に 純 水 と 人 工 海 水 の 結 果 を 比 較 したものを 示 します 結 果 は 試 料 の 種 類 によって 異 なるものでしたが 1 試 料 のみの 結 果 なので 同 様 の 結 果 が 得 られるかどうか 検 討 を 続 け る 必 要 があると 思 われます 今 回 得 られた 結 果 からは 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 N と 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 処 理 物 E( 粒 状 体 )は, 人 工 海 水 による 明 確 な 影 響 は 見 られませんでした( 試 験 は 2 回 ずつ 行 っています) 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 処 理 物 B( 成 形 固 化 体 )についても 同 様 でした 下 水 汚 泥 焼 却 灰 G( 湿 灰 )は, 人 工 海 水 の 方 が 溶 出 濃 度 が 3 倍 程 度 高 くなる 傾 向 が 見 られ この 傾 向 は 環 告 13 号 でも 観 察 されました 環 告 13 号 では 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 N もやや 溶 出 濃 度 が 増 加 する 傾 向 が 見 られました 逐 次 抽 出 試 験 結 果 放 射 性 Cs の 各 抽 出 画 分 の 割 合 は 表 4.8 と 図 4.6 に 示 すように 試 料 によって 大 きく 異 なりました まず 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 M は F6 残 留 物 態 が 8% 程 度 を 占 めており F2 イオン 交 換 態 と F4 酸 化 物 態 が 5~8% F1 水 溶 性 画 分 と F4 炭 酸 塩 態 は 3% 程 度 未 満 であり 非 常 に 少 ないことがわかりました 次 に 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 C は F1 水 溶 性 画 分 が 非 常 に 多 く 次 に F2 イオン 交 換 態 が 多 いことがわかりました F3 F4 F6(Cs134 のみ)は 検 出 限 界 以 下 でした F6 残 留 物 態 は Cs137 で 検 出 されました そこで 図 4.6 のように 検 出 限 界 値 の 1/2 を 採 用 しない 場 合 について Cs137 の F1 F2 F6 の 割 合 を 計 算 すると それ ぞれ 74.5% 13.% 12.5%になります 下 水 汚 泥 焼 却 灰 G は F6 残 留 物 態 が 7% 近 くを 占 41

11 め F4 酸 化 物 態 も 約 23%を 占 めることがわかりました 浄 水 発 生 度 I 土 壌 N および 土 壌 O は 残 留 物 態 が 9% 前 後 を 占 めることがわかりました 表 4.8 逐 次 抽 出 試 験 結 果 ( 合 計 値 は Cs134 と Cs137 を 単 純 合 計 した 値 で, 単 位 は Bq/kg 値 に"<"を 付 した 数 値 は 検 出 限 界 以 下 ) 一 廃 焼 却 一 廃 焼 却 下 水 汚 泥 主 灰 M 飛 灰 C 焼 却 灰 G 浄 水 発 生 土 I 森 林 土 壌 N 公 園 土 壌 O Cs134 Cs137 Cs134 Cs137 Cs134 Cs137 Cs134 Cs137 Cs134 Cs137 Cs134 Cs137 F1 水 溶 性 画 分 <.3 <.3 <.6 <.6 <.8 <.6 F2 イオン 交 換 態 F3 炭 酸 塩 態 <1.7 <.9 <4.2 < <.5 <.3 <.6 <.4 <.7 <.8 F4 酸 化 物 態 <4.3 < <.6 < F5 有 機 物 硫 化 物 態 F6 残 留 物 態 < Total % 8% 6% 4% 2% F1 水 溶 性 画 分 F2 イオン 交 換 態 F3 炭 酸 塩 態 F4 酸 化 物 態 F5 有 機 物 硫 化 物 態 F6 残 留 物 態 % Cs134 Cs137 Cs134 Cs137 Cs134Cs137 Cs134Cs137 Cs134 Cs137 Cs134 Cs137 一 廃 焼 却 主 灰 M 一 廃 焼 却 飛 灰 C 下 水 汚 泥 焼 却 灰 G 浄 水 発 生 土 I 森 林 土 壌 N 公 園 土 壌 O 図 4.6 逐 次 抽 出 試 験 結 果 ( 検 出 限 界 以 下 の 画 分 は 検 出 限 界 値 の 1/2 の 値 を 仮 に 採 用 した) 42

12 1% 8% 6% 4% 2% % 1% 8% 6% 4% 2% % 1% 8% 6% 4% 2% % 安 定 Cs K Rb Mg Ca Sr Ba (a) 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 安 定 Cs K Rb Mg Ca Sr Ba (b) 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 安 定 Cs K Rb Mg Ca Sr Ba F1 水 溶 性 画 分 F2 イオン 交 換 態 F3 炭 酸 塩 態 F4 酸 化 物 態 F6 残 留 物 態 F1 水 溶 性 画 分 F2 イオン 交 換 態 F3 炭 酸 塩 態 F4 酸 化 物 態 F6 残 留 物 態 F1 水 溶 性 画 分 F2 イオン 交 換 態 F3 炭 酸 塩 態 F4 酸 化 物 態 F6 残 留 物 態 図 4.7 (c) 下 水 汚 泥 焼 却 灰 逐 次 抽 出 試 験 における Cs と 他 のアルカリ 金 属 アルカリ 土 類 金 属 との 比 較 結 果 ( 検 出 限 界 以 下 の 画 分 は 検 出 限 界 値 の 1/2 の 値 を 仮 に 採 用 した) 図 4.7 に 放 射 性 Cs と 安 定 Cs との 比 較 ならびに 他 のアルカリ 金 属 アルカリ 土 類 金 属 との 比 較 の 結 果 を 示 します この 図 から 放 射 性 Cs と 安 定 Cs の 抽 出 傾 向 はほとんど 同 じ であることがわかります( 下 水 汚 泥 焼 却 灰 の F4 酸 化 物 態 の 安 定 Cs の 割 合 がほぼゼロであ る 点 は 再 確 認 中 です) アルカリ 金 属 のうち Cs よりも 原 子 量 の 小 さい K Rb と Cs とを 比 較 すると 大 まかな 傾 向 は 試 料 の 種 類 ごとに 類 似 していますが 例 えば 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 について 水 溶 性 画 分 の 割 合 は K>Rb>Cs であることがわかります アルカリ 土 類 金 属 に ついては Mg が F1 水 溶 性 画 分 が 極 端 に 小 さいのは 水 溶 液 がアルカリ 性 のために 溶 解 でき なかったと 考 えられますが Ca Sr Ba の 順 に F6 残 留 物 態 が 増 え F1 水 溶 性 画 分 と F2 イ オン 交 換 態 の 割 合 が 減 少 する 傾 向 が 見 られました(ただし 下 水 汚 泥 焼 却 灰 はやや 傾 向 が 異 なるようです) 43

13 4.3.4 迅 速 シリアルバッチ 試 験 結 果 結 果 を 表 4.9 及 び 図 4.8 に 示 します 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 は 上 述 までの 結 果 と 同 様 に 検 出 限 界 以 下 でした 焼 却 飛 灰 処 理 物 は 初 期 に 濃 度 が 最 も 高 く 洗 い 出 し 操 作 によって 次 第 に 速 やかに 低 下 することが 確 認 されました また 5 回 の 溶 出 量 の 累 積 値 は JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 とほぼ 一 致 し 78%になりました 表 4.9 迅 速 シリアルバッチ 試 験 結 果 Cs134 Cs137 合 計 値 EC ph Bq/L Bq/L Bq/L ms/m JIS 撹 拌 試 験 <1 < 回 目 <7 < 一 般 廃 棄 物 2 回 目 <7 < 焼 却 主 灰 3 回 目 <8 < 回 目 <7 < 回 目 <7 < JIS 撹 拌 試 験 一 般 廃 棄 物 1 回 目 焼 却 飛 灰 2 回 目 処 理 物 3 回 目 (.5-3mm) 4 回 目 回 目 *1 試 験 粒 度 (5-3 mm) による 溶 出 試 験 (JIS K 58 準 拠 ) の 結 果 放 射 性 Cs 溶 出 量 ( , Bq/kg) 回 目 回 目 3 回 目 4 回 目 回 目 159 JIS 撹 拌 試 験 26 含 有 量 累 積 溶 出 率 (%) 図 4.8 迅 速 シリアルバッチ 試 験 結 果 44

14 4.3.5 迅 速 累 積 バッチ 試 験 結 果 結 果 を 表 4.1 及 び 図 4.9 に 示 します 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 は 5 回 目 溶 出 液 の Cs137 を 除 いて 全 て 検 出 限 界 未 満 でした(5 回 目 溶 出 液 の Cs137 は 試 料 投 入 量 が 5 g と 少 なく 粒 子 が 小 さかったことが 影 響 した 可 能 性 があります) 焼 却 飛 灰 処 理 物 の 溶 出 液 濃 度 は 次 第 に 増 加 しましたが 各 画 分 の 溶 出 率 は 3 回 目 から 5 回 目 にかけて 減 少 する 傾 向 が 見 られました 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 処 理 物 (.5-3mm) 表 4.1 迅 速 累 積 バッチ 試 験 結 果 Cs134 Cs137 合 計 値 EC ph Bq/L Bq/L Bq/L ms/m JIS 撹 拌 試 験 <1 < 回 目 <11 < 回 目 <11 < 回 目 <11 < 回 目 <11 < 回 目 <19 23 *2 23 * *1 JIS 撹 拌 試 験 回 目 回 目 回 目 回 目 回 目 *1 試 験 粒 度 (5-3 mm) による 溶 出 試 験 (JIS K 58 準 拠 ) の 結 果 *2 試 料 投 入 量 が 少 なかったため 他 の 画 分 より 細 かい 粒 度 を 採 取 した 可 能 性 がある 8 1. 放 射 性 Cs 溶 出 濃 度 ( , Bq/L) 各 画 分 の 溶 出 率 (%) 1 回 目 2 回 目 3 回 目 4 回 目 5 回 目. 図 4.9 迅 速 累 積 バッチ 試 験 結 果 45

15 4.4 考 察 対 象 とした 試 料 中 の 放 射 性 Cs 含 有 量 は 数 百 から 数 万 Bq/kg まで 試 料 の 種 類 によらず 幅 広 いものでした 一 方 で JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 における 溶 出 濃 度 は 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 (5 試 料 )とその 処 理 物 (5 試 料 )が 1 Bq/L 以 上 ( 平 均 99 Bq/L 標 準 偏 差 14 Bq/L) であったのに 対 して 他 の 試 料 では 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 (1 試 料 )のみが 84 Bq/L であっ た 他 は 全 て 3 Bq/L 未 満 という 値 でした( 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 (4 試 料 ) 一 般 廃 棄 物 溶 融 スラグ(1 試 料 ) 下 水 汚 泥 焼 却 灰 (2 試 料 ) ばいじん( 下 水 汚 泥 溶 融 飛 灰 )(1 試 料 ) 下 水 汚 泥 溶 融 スラグ(1 試 料 ) 浄 水 発 生 土 (3 試 料 ) 災 害 廃 棄 物 ( 大 谷 石 セメントブロ ック スレート 瓦 木 材 トタン 石 膏 ボード 瓦 塩 化 ビニール 管 の 各 1 試 料 ) 土 壌 (2 試 料 )) そこで 含 有 量 (Bq/kg)に 対 する 溶 出 量 ( 溶 出 濃 度 から 試 料 重 量 当 たりに 換 算 したもの) の 割 合 すなわち 溶 出 率 を 計 算 したところ 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 (5 試 料 )の 溶 出 率 は 64 ~89%の 範 囲 にありました 一 方 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 の 溶 出 率 は 確 認 できたもので 5.6% で その 他 の 試 料 も 溶 出 率 は 数 % 未 満 で 焼 却 飛 灰 よりもずっと 低 いことがわかりました このように 放 射 性 Cs の 含 有 量 は 個 々の 廃 棄 物 等 ごとに 大 きく 異 なるので まず 測 定 し てそのレベルを 確 認 し 放 射 性 Cs の 含 有 量 が 高 い 廃 棄 物 については 放 射 線 を 直 接 受 けな いように 適 切 に 隔 離 することが 必 要 です 次 に 放 射 性 Cs の 溶 出 特 性 は 廃 棄 物 等 の 種 類 ご とに 異 なることから それぞれの 特 性 に 応 じて 対 策 をとる 必 要 があると 思 われます まず 溶 出 特 性 の 高 い 一 般 廃 棄 物 焼 却 飛 灰 については 雨 水 や 地 下 水 との 接 触 により 放 射 性 Cs が 速 やかに 溶 出 する 可 能 性 が 高 いことから 浸 出 水 処 理 において 十 分 な 除 去 が 達 成 できない 限 りにおいて 雨 水 等 から 十 分 に 隔 離 保 管 することが 必 要 です なお 焼 却 飛 灰 は 重 金 属 溶 出 抑 制 の 面 からセメント 固 化 等 ( 粒 径 数 mm 程 度 以 下 に 団 粒 化 する 場 合 が 多 い) が 義 務 化 されていますが JIS K58-1 有 姿 撹 拌 試 験 の 結 果 では セメントを 練 り 混 ぜて 成 形 固 化 物 したものの 溶 出 率 が 13.1%であり 団 粒 化 したものよりも 低 いことから 成 形 固 化 が 溶 出 抑 制 に 有 効 である 可 能 性 が 示 唆 されました ただし 1 試 料 のみの 結 果 であるため 試 料 数 を 増 やして 一 般 性 を 確 認 することが 必 要 です 逐 次 抽 出 試 験 の 結 果 焼 却 飛 灰 には 水 溶 性 画 分 ( 一 般 には 塩 化 物 等 と 推 測 されます)やイオン 交 換 態 ( 他 の 陽 イオンを 含 む 水 溶 液 と 接 触 した 場 合 陽 イオンの 種 類 や 濃 度 の 組 合 せによっては 固 相 から 置 換 して 溶 出 する 場 合 がある)が 非 常 に 多 いことがわかりました また シリアルバッチ 試 験 と 累 積 バ ッチ 試 験 の 結 果 から 焼 却 飛 灰 が 水 と 接 触 すると 初 期 に 高 濃 度 で 溶 出 し また その 水 が さらに 下 方 に 移 動 するなどしてさらに 飛 灰 と 接 触 すると より 高 濃 度 となる 可 能 性 が 示 唆 されました これらの 結 果 から 焼 却 飛 灰 を 埋 立 処 分 する 際 雨 水 等 からの 隔 離 保 管 が 必 須 であり また もし 万 が 一 水 と 接 触 しても 下 層 には 放 射 性 Cs を 吸 着 させる 材 料 の 敷 設 が 必 要 であると 考 えられます 放 射 性 Cs の 含 有 量 が 比 較 的 高 いにもかかわらず 溶 出 特 性 の 低 い 廃 棄 物 等 については も し 雨 水 等 に 接 触 しても 直 ちに 高 濃 度 で 溶 出 する 危 険 性 は 低 いと 考 えられます 逐 次 抽 出 試 46

16 験 を 適 用 した 一 般 廃 棄 物 焼 却 主 灰 と 下 水 汚 泥 焼 却 灰 については 酸 化 物 態 及 び 残 留 物 態 と される 画 分 が 86~91%を 占 めることがわかりました ただし 埋 立 層 を 浸 透 流 下 すること での 濃 度 上 昇 の 可 能 性 については 検 討 を 行 っておく 必 要 があります また 一 般 には ア ルカリ 金 属 は 埋 立 初 期 に 最 も 高 濃 度 になりますが その 後 長 期 的 にごく 低 濃 度 で 溶 出 が 継 続 する 可 能 性 についても 検 討 を 行 うとともに 実 際 の 工 法 でも 土 壌 吸 着 層 敷 設 等 の 必 要 な 溶 出 抑 制 策 をとることが 必 要 と 思 われます ただし あまりに 過 剰 な 安 全 策 とせず 必 要 十 分 な 対 応 策 とすべきであると 思 われます 参 考 文 献 1) 日 本 工 業 規 格 JIS K58-1: 25 スラグ 類 の 化 学 物 質 試 験 方 法 第 1 部 溶 出 量 試 験 方 法 2) 高 岡 昌 輝 ほか, 逐 次 抽 出 法 による 飛 灰 中 亜 鉛, 鉛, 銅 およびカドミウムの 化 学 形 態 推 定, 土 木 学 会 論 文 集,685, VII-2, 79-9, 21 47

17 5. 放 射 性 セシウムの 土 壌 等 への 吸 着 特 性 5.1 はじめに 福 島 第 一 原 発 事 故 後 に 発 生 した 一 般 廃 棄 物 の 焼 却 灰 には 放 射 性 セシウムが 含 まれてい ます このような 焼 却 灰 からは 放 射 性 セシウムの 溶 出 が 懸 念 されるので 安 全 安 心 な 埋 立 処 分 のためには (1) 土 壌 等 の 吸 着 層 を 設 置 (2) 埋 立 場 所 を 制 限 し 降 雨 接 触 面 積 を 減 ら す (3) 降 雨 を 遮 断 する (4) 放 射 性 セシウムの 溶 出 を 抑 制 させるといった 工 夫 が 必 要 です 焼 却 灰 の 下 に 土 壌 を 敷 設 した 場 合 焼 却 灰 から 溶 出 した 放 射 性 セシウムは 土 壌 層 に 吸 着 し その 移 動 速 度 は 遅 延 します 放 射 性 セシウムには 時 間 の 経 過 とともに 自 身 の 濃 度 が 減 少 する 自 然 減 衰 性 をもつので 土 壌 吸 着 による 移 動 速 度 の 遅 延 は 濃 度 低 下 につながります ゆえに 埋 立 処 分 では 溶 出 する 放 射 性 セシウムを 所 定 濃 度 まで 自 然 減 衰 できるような 土 壌 吸 着 層 の 設 計 が 重 要 であり 放 射 性 セシウムの 土 壌 等 への 吸 着 性 を 知 る 必 要 があります 放 射 性 セシウムの 土 壌 吸 着 性 が 著 しく 高 いことは チェルノブイリ 原 発 事 故 後 の 土 壌 調 査 結 果 (Petryaev et al. (1993))や 数 多 くの 吸 着 実 験 ( 井 上 と 森 澤 (1976))から 明 らかにされ ていますが その 一 方 で 環 境 中 の ph や 共 存 イオンにより 吸 着 性 は 大 きく 変 化 します( 日 本 原 子 力 学 会 (26); 福 井 と 桂 山 (1976)) 埋 立 地 の 環 境 条 件 を 考 慮 した 上 での 性 能 評 価 が 重 要 になります 特 に 焼 却 灰 の 直 下 に 敷 設 される 土 壌 は 焼 却 灰 から 溶 出 する 高 濃 度 のア ルカリと 電 解 質 に 曝 されるので このような 条 件 下 で 放 射 性 セシウムがどの 程 度 吸 着 する のかは 未 解 明 であり その 実 験 評 価 は 急 務 です ここでは 福 島 第 一 原 発 事 故 後 の 焼 却 施 設 から 採 取 した 飛 灰 を 用 いて その 溶 出 液 中 の 放 射 性 セシウムに 対 して 土 壌 等 の 吸 着 量 および 分 配 係 数 を 評 価 した 例 を 紹 介 します 5.2 各 種 土 壌 等 の 吸 着 能 力 の 違 い 実 験 方 法 (a) 使 用 材 料 東 日 本 にある 焼 却 施 設 から 固 化 処 理 前 の 飛 灰 を 採 取 し 液 固 比 1 6 時 間 12 rpm 水 平 振 とうの 条 件 で 溶 出 液 を 作 製 しました その 後 その 溶 出 液 に 蒸 留 水 や 少 量 の 塩 酸 を 追 加 し 条 件 を 整 えたものを 吸 着 実 験 の 供 与 液 として 用 いました その 濃 度 を 表 5.1 に 示 します 吸 着 実 験 に 用 いた 試 料 は (1) 蒸 留 水 で 洗 浄 した 珪 砂 5 号 (2) 茨 城 真 砂 土 (3) 埼 玉 土 壌 (4) ベントナイト (5) 粉 末 ゼオライト (6) 顆 粒 ゼオライトです( 写 真 5.1) これら 吸 着 材 の 初 期 吸 着 イオン 量 および 陽 イオン 交 換 容 量 を 表 5.2 に 整 理 します また 吸 着 材 の 放 射 性 セシウム 含 有 量 は いずれも 検 出 限 界 以 下 でした (b) 実 験 手 順 所 定 量 の 吸 着 材 を 5 ml 容 のポリスチレン 容 器 に 入 れ 作 製 した 供 与 液 2 ml を 加 え ました その 後 1 日 間 の 12 rpm 水 平 振 とうを 行 った 後 容 器 内 に 入 れた 供 与 液 の 濃 度 を 測 定 しました( 写 真 5. 2) 吸 着 前 後 での 濃 度 変 化 から 次 式 により 吸 着 量 を 算 出 しました V S c ceq S (5.1) m S: 吸 着 量 (Bq/kg または mg/kg) c : 初 期 濃 度 (Bq/L または mg/l) c eq : 平 衡 濃 度 (Bq/L または mg/l) S : 吸 着 材 の 初 期 吸 着 量 (Bq/kg または mg/kg) V: 供 与 液 の 液 量 (=.2 L) 48

18 m: 投 入 した 吸 着 材 の 乾 燥 質 量 (kg)を 表 わします また 投 入 量 は 試 料 の 吸 着 性 を 考 慮 し て 珪 砂 まさ 土 埼 玉 土 壌 の 場 合 で 5-25 g ベントナイト ゼオライトの 場 合 で.1-1 g と して 各 試 料 で 3 水 準 の 投 入 量 で 実 験 を 行 いました なお 一 般 的 な 吸 着 試 験 では 試 料 量 を 一 定 にし 供 与 液 の 濃 度 レベルを 希 釈 等 で 変 化 させ て 吸 着 等 温 線 を 描 きその 傾 きから 分 配 係 数 を 算 出 しますが 本 検 討 では 供 与 液 の 条 件 は 一 定 として 吸 着 材 の 投 入 量 を 変 化 させる 方 法 を 採 用 しました 飛 灰 溶 出 液 を 供 与 液 とす る 必 要 があり 供 与 液 の 希 釈 は 放 射 性 セシウムのみならず 共 存 イオン 濃 度 の 低 下 にもつな がり 吸 着 材 に 作 用 する 共 存 イオンの 影 響 を 小 さく 見 積 る 恐 れがあるためです 表 5.1 飛 灰 から 得 た 吸 着 試 験 用 供 与 液 の 濃 度 と 組 成 単 位 ph12 供 与 液 ph7 供 与 液 ph * 導 電 率 ms/m 2,1 1,92 合 計 Cs 濃 度 Bq/L Cs 濃 度 Bq/L Cs 濃 度 Bq/L Na 濃 度 mg/l 1,52 1,51 K 濃 度 mg/l 2,75 2,73 Mg 濃 度 mg/l <.5 <.5 Ca 濃 度 mg/l 1,25 1,24 安 定 Cs 濃 度 mg/l * ph12 の 供 与 液 に 塩 酸 を 加 えて 調 整 した 石 英 を 主 成 分 とする 標 準 砂.4-.6mm の 均 一 粒 径 (a) 珪 砂 5 号 花 崗 岩 等 が 風 化 した 土 礫 分 も 多 い 様 々な 粒 径 (b) 茨 城 真 砂 土 埋 立 地 中 間 覆 土 に 用 いられた 土 粘 性 土 質 を 含 む (c) 埼 玉 土 壌 ワイオミング 産 Na ベントナイト 難 透 水 性 材 料 として 利 用 (d) ベントナイト 写 真 5.1 天 然 ゼオライト mm の 粒 径 (e) 顆 粒 ゼオライト 吸 着 試 験 に 用 いた 試 料 天 然 ゼオライト.2mm 以 下 の 粒 径 (f) 粉 末 ゼオライト 49

19 表 5.2 吸 着 試 験 に 用 いた 試 料 の 初 期 イオン 量 と 陽 イオン 交 換 容 量 (NH 4 /K 置 換 法 ) Na (mg/kg) Ca (mg/kg) K (mg/kg) Mg (mg/kg) CEC (cmol/kg) 珪 砂 5 号 茨 城 真 砂 土 78 1, 埼 玉 土 壌 28 1, ベントナイト 14,2 6, ,38 66 顆 粒 ゼオライト 13,5 19,1 9, 粉 末 ゼオライト 11,8 16,4 7,34 1,6 13 (a) 試 料 調 整 (b) 水 平 振 とう (c) ろ 過 写 真 5.2 吸 着 試 験 の 様 子 (d) 濃 度 測 定 実 験 結 果 (a) 放 射 性 セシウムの 吸 着 挙 動 図 5.1 と 図 5.2 は 飛 灰 溶 出 液 中 の 放 射 性 セシウムに 対 する 吸 着 材 の 吸 着 特 性 を 示 して います 横 軸 に 平 衡 濃 度 縦 軸 に 吸 着 量 で 整 理 したときのプロットの 線 形 勾 配 を 分 配 係 数 c と 呼 び その 値 が 大 きいほど 放 射 性 セシウムに 対 する 吸 着 性 が 高 いことを 意 味 します 飛 灰 溶 出 液 中 の 放 射 性 セシウムに 対 する 吸 着 性 は 珪 砂 5 号 < 茨 城 真 砂 土 < 埼 玉 土 壌 < ベントナイト < 顆 粒 ゼオライト < 粉 末 ゼオライトの 順 に 大 きいことがわかりました 特 にゼオライトの 分 配 係 数 は ベントナイトの 約 1 倍 であり 極 めて 高 い 吸 着 性 をもつこと がわかります また これら 吸 着 材 の 分 配 係 数 は 溶 液 の ph が 中 性 (ph = 7)の 場 合 とア ルカリ 性 (ph = 12)の 場 合 では ほとんど 同 じであることもわかりました なお 埼 玉 土 壌 とベントナイトは 中 性 よりもアルカリ 性 の 方 が 若 干 高 い 分 配 係 数 を 示 していますが c 異 なる 量 の 吸 着 材 を 供 与 液 に 投 入 するため それぞれの 平 衡 状 態 では 共 存 イオンの 組 成 が 若 干 異 なるこ とから 厳 密 には 線 形 勾 配 を 基 に 分 配 係 数 を 算 定 することはできませんが ここでは 蓋 然 性 の 高 い 分 配 係 数 を 得 る 手 法 として 採 用 しました 5

20 これは 粘 性 土 分 の 陽 イオン 交 換 容 量 がアルカリ 性 側 で 高 くなるためだと 考 えられます セシウム134 吸 着 量 (Bq/kg) 珪 砂 5 号 茨 城 真 砂 土 埼 玉 土 壌 ベントナイト 顆 粒 ゼオライト 粉 末 ゼオライト セシウム134 平 衡 濃 度 (Bq/L) (a) ph =7 (b) ph = 12 放 射 性 セシウム 134 に 対 する 分 配 係 数 (ml/g) 珪 砂 5 号 茨 城 真 砂 土 埼 玉 土 壌 ヘ ントナイト 顆 粒 セ オライト 粉 末 セ オライト ph = ph = セシウム134 吸 着 量 (Bq/kg) 珪 砂 5 号 茨 城 真 砂 土 埼 玉 土 壌 ベントナイト 顆 粒 ゼオライト 粉 末 ゼオライト セシウム134 平 衡 濃 度 (Bq/L) 図 5.1 放 射 性 セシウム 134 に 対 する 土 壌 等 の 吸 着 特 性 セシウム137 吸 着 量 (Bq/kg) 珪 砂 5 号 茨 城 真 砂 土 埼 玉 土 壌 ベントナイト 顆 粒 ゼオライト 粉 末 ゼオライト セシウム137 平 衡 濃 度 (Bq/L) (a) ph =7 (b) ph = 12 放 射 性 セシウム 137 に 対 する 分 配 係 数 (ml/g) 珪 砂 5 号 茨 城 真 砂 土 埼 玉 土 壌 ヘ ントナイト 顆 粒 セ オライト 粉 末 セ オライト ph = ph = セシウム137 吸 着 量 (Bq/kg) 珪 砂 5 号 茨 城 真 砂 土 埼 玉 土 壌 ベントナイト 顆 粒 ゼオライト 粉 末 ゼオライト セシウム137 平 衡 濃 度 (Bq/L) 図 5.2 放 射 性 セシウム 137 に 対 する 土 壌 等 の 吸 着 特 性 51

21 (b) 共 存 イオンの 挙 動 図 5.3 は 吸 着 試 験 後 の 供 与 液 中 の 放 射 性 セシウム 濃 度 と 共 存 イオン 濃 度 を 示 したもので す 横 軸 は 吸 着 材 の 投 入 量 を 表 わし 投 入 量 ゼロのときの 濃 度 は 供 与 液 の 初 期 濃 度 を 意 味 します 供 与 液 に 吸 着 材 を 投 与 することで 供 与 液 中 の 放 射 性 セシウム 濃 度 は 低 下 する 一 方 で 共 存 イオン 濃 度 は 吸 着 材 からの 初 期 イオンの 脱 着 に 伴 い 増 加 する 成 分 もあれば 吸 着 材 への 吸 着 に 伴 い 低 下 する 成 分 もあることがわかります ベントナイトと 粉 末 ゼオライトの 場 合 では ナトリウム カルシウム マグネシウムの 濃 度 は 増 加 ( 脱 着 )し カリウムと 安 定 セシウムの 濃 度 は 減 少 ( 吸 着 )しました このこ とから 放 射 性 セシウムのみならず カリウムと 安 定 セシウムも 同 時 に 吸 着 していること が 明 らかになりました 吸 着 材 の 吸 着 容 量 には 限 りがあるので 共 存 イオンの 吸 着 は 放 射 性 セシウムの 吸 着 性 の 低 下 につながります Chang et al. (1993)によれば 放 射 性 セシウム 137 単 一 溶 液 に 対 するベントナイトの 分 配 係 数 は 6,2 ml/g と 報 告 されています 一 方 本 実 験 で 測 定 された 分 配 係 数 は 2-6 ml/g で あり これは 2 オーダー 以 上 も 小 さいことがわかります これは 飛 灰 溶 液 中 に 含 まれる 共 存 イオン(カリウムと 安 定 セシウム)が 放 射 性 セシウム 137 の 吸 着 性 を 阻 害 したためです 共 存 イオンによる 吸 着 性 の 阻 害 は いかに 大 きいものかということがわかります そのた め 埋 立 地 内 での 土 壌 吸 着 層 の 設 計 では 土 壌 吸 着 層 は 焼 却 灰 からの 溶 出 液 や 周 辺 廃 棄 物 からの 共 存 イオンに 曝 されることを 念 頭 におき 放 射 性 セシウムに 対 する 吸 着 性 はそれら 共 存 イオンにより 低 下 することに 注 意 しなければなりません まとめ 埋 立 地 の 環 境 条 件 下 における 放 射 性 セシウムに 対 する 土 壌 等 の 吸 着 特 性 を 明 らかにする ために 焼 却 飛 灰 の 溶 出 液 を 供 与 液 とした 吸 着 試 験 を 実 施 しました 導 電 率 2, ms/m を もつ 飛 灰 溶 出 液 中 の 放 射 性 セシウムに 対 する 分 配 係 数 は 標 準 砂 で 5 ml/g 真 砂 土 で 1 ml/g ベントナイトで 6 ml/g 程 度 でした これらの 値 は 放 射 性 セシウム 単 一 溶 液 に 対 する 分 配 係 数 よりも 低 い 値 であり 飛 灰 溶 出 液 中 のカリウムおよび 安 定 セシウムが 放 射 性 セシウムの 吸 着 性 を 阻 害 したためだと 示 唆 されました 放 射 性 セシウム 濃 度 (Bq/L) 8 3 K 25 6 放 射 性 Cs Na 2 4 Ca 安 定 Cs Mg イオン 濃 度 (mg/l) 放 射 性 セシウム 濃 度 (Bq/L) K 2 Na 4 15 Ca 放 射 性 Cs 1 2 安 定 Cs 5 Mg イオン 濃 度 (mg/l) ベントナイトの 添 加 量 (g) ゼオライトの 添 加 量 (g) (a) ベントナイトの 場 合 (b) 粉 末 ゼオライトの 場 合 図 5.3 放 射 性 セシウムの 吸 着 性 に 及 ぼす 共 存 イオンの 影 響 52

22 放 射 性 セシウムに 対 する 吸 着 特 性 は 共 存 する 化 学 物 質 (ph イオン 腐 植 物 質 等 )の 影 響 や 吸 着 材 の 結 晶 構 造 や 初 期 吸 着 イオン 吸 着 容 量 にも 左 右 されますので ここでの 分 配 係 数 は 目 安 としての 値 であり 条 件 により 変 わることに 留 意 する 必 要 があります 5.3 通 水 条 件 下 における 吸 着 挙 動 先 のバッチ 吸 着 試 験 では 吸 着 材 は 供 与 液 とともに 半 ば 強 制 的 に 撹 拌 混 合 させています ので 供 与 液 に 十 分 に 接 触 できる 環 境 下 での 吸 着 能 力 を 評 価 していることになります 一 方 で 埋 立 地 内 に 敷 設 された 土 壌 層 に 放 射 性 セシウムの 混 入 した 液 体 が 浸 透 した 場 合 放 射 性 セシウムはその 浸 透 経 路 上 にある 限 られた 土 粒 子 表 面 としか 吸 脱 着 反 応 を 起 こし 得 ま せんので 浸 透 条 件 下 にある 放 射 性 セシウムの 分 配 係 数 は バッチ 吸 着 試 験 で 得 られるそ れよりも 小 さくなる 恐 れが 考 えられます 通 水 条 件 下 において 土 壌 層 の 吸 着 挙 動 を 調 べることは 実 際 の 埋 立 地 内 で 土 壌 層 に 期 待 できる 分 配 係 数 を 見 極 めるともに これまで 行 われてきたバッチ 吸 着 試 験 との 違 いを 知 る ためにも 重 要 な 課 題 ですので ここではその 一 歩 として 飛 灰 溶 出 液 を 透 水 溶 液 とした 茨 城 真 砂 土 のカラム 吸 着 実 験 を 行 いました 実 験 方 法 (a) 使 用 材 料 使 用 した 土 壌 は 先 と 同 じ 茨 城 真 砂 土 ( 写 真 5.1(b)を 参 照 )を 用 いました 茨 城 真 砂 土 の 物 理 的 性 質 を 表 5.3 に 整 理 しました また 透 水 溶 液 に 用 いた 飛 灰 溶 出 液 の 条 件 を 表 5.4 に 整 理 しました 先 のバッチ 吸 着 試 験 に 用 いた 飛 灰 溶 出 液 ( 表 5.1 を 参 照 )に 比 べて ここで 用 いる 飛 灰 溶 出 液 は 導 電 率 が 大 きく 共 存 イオンを 多 く 含 んでいます 表 5.3 カラム 吸 着 試 験 に 用 いた 茨 城 真 砂 土 の 物 理 的 性 質 単 位 値 土 粒 子 密 度 kg/m 3 2,64 粒 度 分 布 2mm 以 上 % um-2mm % um 以 下 % 7.2 土 懸 濁 液 の 導 電 率 ms/m 2.17 強 熱 減 量 %.78 陽 イオン 交 換 容 量 * cmol/kg 4.1 初 期 吸 着 量 Na * mg/kg 78 初 期 吸 着 量 K * mg/kg 73 初 期 吸 着 量 Mg * mg/kg 15 初 期 吸 着 量 Ca * mg/kg 1,3 * 表 5.2 の 値 を 再 掲 53

23 表 5.4 カラム 吸 着 試 験 に 用 いた 飛 灰 溶 出 液 単 位 カラム 吸 着 試 験 で 用 いた 飛 灰 溶 出 液 5.1 節 のバッチ 吸 着 試 験 で 用 いた 飛 灰 溶 出 液 ( 参 考 ) ph 導 電 率 ms/m 5, 2,1 合 計 Cs 濃 度 Bq/L Cs 濃 度 Bq/L Cs 濃 度 Bq/L Na 濃 度 mg/l 4,22 1,52 K 濃 度 mg/l 4,8 2,75 Mg 濃 度 mg/l <.5 <.5 Ca 濃 度 mg/l 2,64 1,25 安 定 Cs 濃 度 mg/l Cl 濃 度 mg/l 13, (b) バッチ 吸 着 試 験 カラム 試 験 の 透 水 溶 液 ( 飛 灰 溶 出 液 )に 対 する 茨 城 真 砂 土 の 分 配 係 数 を バッチ 吸 着 試 験 により 評 価 しました 5 ml のポリエチレン 製 容 器 に 3 ml の 飛 灰 溶 出 液 と 15-6 g の 茨 城 真 砂 土 を 加 えた 後 2 o C の 恒 温 条 件 下 で 1 日 間 の 12 rpm 水 平 振 とうを 行 いました その 後 容 器 内 の 上 澄 み 液 を.45 um のメンブレンフィルターで 濾 過 し その 濾 液 の ph 導 電 率 放 射 性 セシウム 濃 度 および 各 種 イオン 濃 度 を 測 定 しました 放 射 性 セシウムの 初 期 濃 度 と 平 衡 濃 度 の 違 いから 式 (5.1)に 基 づき 吸 着 量 を 算 出 しました ここで 得 られる 分 配 係 数 は 後 述 するカラム 試 験 から 得 られる 分 配 係 数 と 比 較 し 吸 着 試 験 としてのバッ チ 試 験 とカラム 試 験 の 違 いを 検 討 するために 用 います (c) カラム 吸 着 試 験 使 用 したカラムはアクリル 製 であり その 寸 法 は 内 径 1 mm 高 さ 13 mm です カラ ム 下 部 に 厚 さ 15 mm のアクリルフィルタと 金 網 を 設 置 し その 上 に 5 mm 以 下 に 粒 度 調 整 した 所 定 量 の 茨 城 真 砂 土 を 投 入 し 厚 さ 1 mm になるように 締 固 めました カラム 上 部 の 15 mm の 隙 間 に 粒 子 径 2 mm のガラスビーズを 詰 め その 後 カラムに 蓋 をして カラム 下 部 から 上 部 に 向 けて 蒸 留 水 を 通 水 させてカラム 内 を 飽 和 しました 以 上 の 準 備 を 経 た 後 飛 灰 溶 出 液 を 入 れた 給 水 タンクを 定 流 量 ポンプを 介 してカラム 下 部 に 接 続 し フラクションコレクタをカラム 上 部 に 接 続 しました その 後 給 水 タンクを 開 き 定 流 量 ポンプを 動 かして 飛 灰 溶 出 液 をカラム 内 へと 透 水 させました( 写 真 5.3) 流 量 は 2.75 ml/min に 設 定 し これはダルシー 流 速 として 18, mm/year に 相 当 し 我 が 国 の 平 均 涵 養 量 6 mm/year の 3 倍 に 相 当 します 試 験 条 件 を 表 5.5 に 整 理 しました フラクションコレクタに 分 画 された 流 出 液 の ph 導 電 率 放 射 性 セシウム 濃 度 および 各 種 イオン 濃 度 を 測 定 し 経 過 時 間 に 対 する 流 出 水 の 濃 度 変 化 を 調 べました 放 射 性 セシ ウムは 非 吸 着 性 物 質 の 塩 素 イオンよりも 遅 れて 流 出 しますので その 時 間 的 な 遅 れを 解 析 することで 放 射 性 セシウムの 吸 着 量 および 分 配 係 数 を 得 ることができます 54

24 (a) カラムとフィルタ (b) 土壌カラム作製 (b) 土壌カラムの完成 (c) カラム上部のガラスビーズ (e) カラム試験の全体 写真 5.3 表 5.5 カラム吸着試験の様子 カラム吸着試験の条件 単位 値 5 mm ｱﾝﾀﾞｰ茨城真砂土 土の種類 3 2,64 3 kg/m 2,7 間隙率 * 体積含水率 * 飽和度 * 透水係数 cm/s ml/min 2.75 土粒子密度 土の乾燥密度 * 通水流量 ** kg/m 通水方向 上向流 ** 試験終了時のカラム解体操作において測定 ** ダルシー流速として 18, mm/year に相当 55

25 5.3.2 実験結果 (a) バッチ吸着試験の結果 バッチ吸着試験の結果を図 5.4 と表 5.6 に示します 横軸に平衡濃度 縦軸に吸着量で整 理し その線形勾配を見かけ上の分配係数としました ここで用いた飛灰溶出液 EC = 5, ms/m に対する茨城真砂土の分配係数は 放射性セシウム 134 に対して 3.5 ml/g 放射性 セシウム 137 に対して 2.77 ml/g でした この値は 先の 5.1 節において示しました飛灰溶 出液 EC = 2,1 ms/m に対する値と比較すると 約 3 分の 1 以下まで低下しています その理由は ここで用いた飛灰溶出液には 表 5.6 に示すように より多くの共存イオンが 含まれているため 共存イオンによる放射性セシウムの吸着阻害が顕著になったためです なお 各系列にあるプロットが平衡濃度と吸着量の関係において一直線上に乗らず ばら つきが認められるのは 真砂土は大小様々な粒径をもつため 吸着試験時において容器に 少量の真砂土を一律の粒度をもって投入することが難しいためだと考えられます 飛灰溶出液(EC=5,mS/m)中のCs134 飛灰溶出液(EC=5,mS/m)中のCs137 飛灰溶出液(EC=2,mS/m)中のCs134 (参考) 飛灰溶出液(EC=2,mS/m)中のCs137 (参考) 吸着量 (Bq/kg) 平衡濃度 (Bq/L) 図 5.4 放射性セシウムに対する茨城真砂土の吸着量 表 5.6 ph 導電率 ms/m 分配係数 ml/g バッチ吸着試験から得た分配係数 カラム吸着試験 5.1 節のバッチ吸着試験 に用いた飛灰溶出液 に用いた飛灰溶出液(参考) , 2,1 放射性 134 Cs 放射性 137 Cs 安定 Cs 56

26 (b) カラム吸着試験の結果 図 5.5 にカラム試験の結果を示します 横軸にポアボリューム 縦軸に流出水の ph と導 電率 図 5.5(a)を参照 塩素イオン濃度と放射性セシウム濃度 図 5.5(b)を参照 を表わし ています ここでポアボリューム PVF; Pore Volumes of Flow とは カラムからの積算流 出水量を土壌の間隙体積で除した値であり PVF = 1 のとき土壌中の間隙水が透水溶液によ って 1 度置換されたことを意味します したがって 塩素イオン等の非吸着性物質を流し た場合には PVF = 1 においてその濃度が破過します 図 5.5(b)に示すように 実験においても塩素イオンは PVF = 1 を境目に破過しており 茨 城真砂土にはほとんど吸着しないことがわかります 一方で放射性セシウムは 塩素イオ 導電率 ph ph 導電率 (ms/m) ンよりも遅れて流出しています 茨城真砂土への吸着により 放射性セシウムの移動速度 8 5 Pore volumes of flow Cl 放射性Cs134 放射性Cs Pore volumes of flow (b) 塩素イオンと放射性セシウム 図 5.5 カラムから排出された液体の濃度 放射性セシウム濃度 (Bq/L) 塩素イオン濃度 (mg/l) (a) ph と導電率

27 が遅延しているためです 放射性セシウムは 低濃度ではあるものの PVF = 1 前後の早い段 階から流出し 時間経過とともにその濃度は徐々に増加し PVF = 8 の段階で流出水の放 射性セシウム濃度は流入水のそれとほぼ等しくなりました このようなブロードな破過曲 線になった理由の一つに 通水速度 2.75 ml/min ダルシー流速として 18, mm/year と いう条件が土壌への放射性セシウムの吸着速度に比して大きかったことが挙げられます 土壌材に対する放射性セシウムの吸着実験では その吸脱着反応を平衡させるためには 少なくとも 3 日以上は必要だと言われています Comans, R. N. J. et al. (1991); Chen, J. J. et al. (2) このカラム吸着実験では 層さ 1 mm の土壌層を通過するのに要するトラベルタ イムは 1 (mm) / (18, (mm/year) /.179) = 1 hour と短く 茨城真砂土に対する吸着を終 える前に 放射性セシウムは流出しているものと示唆されます (c) 分配係数 カラム吸着試験の結果から分配係数を見積もる方法は 2 つあります ひとつは (1) 放射 性セシウムが土壌に吸着しない場合の濃度プロファイルを仮定し それに対する実験で得 た濃度プロファイルの差分から 土壌に吸着した放射性セシウム量を算出し 流入水の放 射性セシウム濃度で除すことで分配係数とする方法です もうひとつは (2) 土壌内を流れ る放射性セシウムの輸送モデルを構築し 実験で得た濃度プロファイルに対してフィッテ ィングすることで 実験結果に最も合う分配係数を算出する方法です まず前者の方法で 分配係数を試算します 例えば 放射性セシウム 134 に着目した場 合 カラム内の茨城真砂土に吸着した総量は 図 5.6 に示すハッチ部の面積に相当します ここで白抜きのプロットは 放射性セシウム 134 が土壌に対して吸着しない場合のプロフ ァイルであり PVF = 1 を境目に放射性セシウム濃度が流入水のそれと等しくなるように描 いています ハッチ部の面積に カラム内に詰めた茨城真砂土の間隙体積を掛けることで 茨城真砂土に吸着した放射性セシウムの総量が計算できます すなわち Stot V cin cmeasured dpvf (5.2) 1 放射性セシウム濃度 (Bq/L) ここで Stot カラム内の土壌に吸着した放射性セシウムの総量 Bq 間隙率 V 土 吸着あり (実験結果) 吸着なしを仮定 Pore volumes of flow 図 5.6 カラム内に吸着した物質総量 放射性セシウム 134 を例として 58

28 壌層の体積 m3 cin 流入水の放射性セシウム濃度 Bq/m3 cmeasured 流出水の放射性セ シウム濃度 Bq/m3 となります ここから カラム内に詰めた茨城真砂土の乾燥重量で除 すことで吸着量が求まり さらに流入水の放射性セシウム濃度で除すことで分配係数が算 出されます すなわち 次式となります Kd 1 Stot cin d V (5.3) ここで d 土の乾燥密度 kg/m3 です カラム試験から得た分配係数を表 5.7 に整理し ました この方法は 分配係数を簡易的に見積もる手段としては有効ですが 破過曲線上 のプロット数が少ない プロットがばらつく 流出水の濃度が流入水のそれと等しくなる 前に試験を終了した 等の場合には 分配係数の算出が困難になるので注意が必要です 次に後者のフィッティングによる方法で 分配係数を試算します 放射性セシウムの吸 脱着反応を伴った物質移動を 次のような 一般的な移流分散モデルと非平衡吸着モデル の組み合わせで表現できると仮定します w c ds u c uc w c ds t (5.4a) S K d c S S t (5.4b) ここで c 放射性セシウムの濃度 Bq/m3 S 吸着量 Bq/kg w 体積含水率 d 土 の乾燥密度 kg/m3 縦分散長 m u ダルシー流速 m/s 崩壊定数 1/s 平衡速度定数 1/s Kd 分配係数 m3/kg を表わします 表 5.5 に示す試験条件を考慮す ると 式(5.4)中の未知パラメータは 縦分散長 分配係数 および平衡速度定数の 3 つであ り これらの値を 計算される理論値と実験値の誤差が最小になるように 最小二乗法に 基づき決定します 具体的には (1) まず非吸着性の塩素イオンに着目し その濃度プロフ 放射性セシウム濃度 (Bq/L) 塩素イオン濃度 (mg/l) ァイルに最も適合する計算値を与える分散長を決定します その分散長を用いて (2) 放射 Pore volumes of flow 図 5.7 数値モデルへのフィッティング 59 Cl 放射性Cs134 放射性Cs137 Cl (計算値) 放射性Cs134 (計算値) 放射性Cs137 (計算値)

29 表 5.7 バッチ吸着試験とカラム吸着試験から得た分配係数 カラム試験 バッチ試験 破過曲線の 数値モデルへの 面積より算出 フィッティングより算出 分配係数 分配係数 分配係数 平衡速度定数 (ml/g) (ml/g) (ml/g) (1/day) 放射性 放射性 Cs 安定 Cs Cs 性セシウムについても同様の操作を行い 濃度プロファイルに適する分配係数と平衡速度 定数を算出します その推定結果を図 5.7 と表 5.7 に示しました 図 5.7 をみると 実験値 の傾向をよく再現できていることから 今回のカラム吸着試験の条件においては 塩素イ オンと放射性セシウムの挙動は式(5.4)により説明でき得ると考えられます ただ 放射性セ シウム 134 の計算値において PVF = 1 程度の早い段階で濃度が立ち上がっているのは 平衡 速度定数 吸着平衡に至るまでの時間 が小さく算出されたためだと考えられ 今後はビ ーカーレベルでの非平衡吸着試験を行い 茨城真砂土の平衡速度定数の現実的な値を把握 しておく必要があります なお 塩素イオンの挙動から推定された分散長は m で した (d) 考察 表 5.7 に示すように カラム吸着試験より得られた茨城真砂土の分配係数は その算出方 法によって値が異なります 破過曲線の面積から算出した分配係数は バッチ吸着試験で 得られる値よりも最大で 4 割程度にまで小さくなる場合がありました 一方で 数値モデ ルのフィッティングから算出した分配係数は バッチ吸着試験で得られるそれとほぼ同じ ような値を示しました いずれも破過曲線のプロット数と正確さが 算出精度に大きく影 響を及ぼしますので カラム吸着試験から分配係数を評価するための試験法も今後検討し なければならない課題のひとつでしょう カラム吸着試験より得た平衡速度定数は 放射性セシウム 134 に対して /day 放射 性セシウム 137 に対して /day であり これらは液固比 1 の条件でバッチ吸着試験を 行ったとき平衡に至るまでに.5-1 日間要する速度に相当します それに対して 今回の通 水流量の条件では 厚さ 1 mm の土壌層を通過するのに約 1 時間であったことから 放射 性セシウムは茨城真砂土に対して吸着平衡に至らないまま破過したものと考えられます 埋立地内の厚さ 5 mm の土壌層では 涵養量を 6 mm/year とすると土壌層を通過する のに要する時間は体積含水率を.3 として約 9 日であり このような長い滞留時間があれ ば 放射性セシウムは吸着平衡に達すると言えます それに対して 今回のカラム吸着試 験では通水速度が 18, mm/year 平均涵養量 6 mm/year の 3 倍 と大きく 非平衡 吸着の条件下で検討が行われたことから 今後は現地での条件に近づけるために 吸着平 衡に至るまでの時間をかせぐために通水速度を低下させて カラム内での吸着挙動を調べ ることが必要になります 6

30 5.3.3 まとめ 実際の埋立地内に敷設された土壌層における放射性セシウムの吸着挙動を明らかにする ことを目的として 飛灰溶出液を用いたカラム吸着試験を行いました その結果 放射性 セシウムの混入した液体が土壌層を通過すると 放射性セシウムは共存イオンよりも遅れ て破過し 土壌層への吸着による放射性セシウムの移動速度の抑制を確認できました カラム吸着試験から得た分配係数はバッチ吸着試験よりも小さくなる可能性が示唆され ましたが カラム吸着試験では通水速度をどのように設定するのか カラムに詰める土壌 粒径とその量はどうするのか 得られた濃度プロファイルをどのように解析するのか と いった条件設定次第で分配係数の値は変わります そのため 埋立地における土壌層の吸 着挙動を模擬的に評価する場合に どのような条件でカラム吸着試験を実施するべきなの かという試験法と位置付けをまず明らかにする必要があると考えられます 参考文献 Chang K.P., Hsu C.N., and Tamaki H. (1993): Basic study of 137Cs sorption on soil, Journal of Nuclear Science and Technology, Vol.3, No.12, pp Chen, J. J., Wang J. S., and Li H. I. (2): Influence on radionuclide migration by nonequilibrium sorption and identification of rate coefficient, China Environmental Science, Vol.2, No.1, pp Comans, R. N. J., Haller, M., and De Preter, P. (1991): Sorption of cesium on illite: Non-equilibrium behavior and reversibility, Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol.55, pp Petryaev E.P., Ovsyannikova S.V., Lubkina I.Y., Rubinchic S.Y. and Sokolik G.A. (1994): States of Chernobyl radionuclides in soils outside the 3-km zone, Geochemistry International, Vol.31(2), pp 井上頼輝, 森澤眞輔 (1976): 放射性核種の土壌と水との間の分配係数値, 原子力学会誌, Vol.18, No.8, pp 日本原子力学会編 (26): 収着分配係数の測定方法-浅地中処分のバリア材を対象としたバ ッチ法の基本手順及び深地層処分のバリア材を対象とした測定の基本手順-, 標準委員 会技術レポート, AESJ-SC-TR1, pp.7. 福井正美, 桂山幸典 (1976): 飽和砂層内における Cs および Sr イオンの吸着モデルに関する 研究, 土木学会論文報告集, 第 254 号, pp