日 本 原 子 力 学 会 和 文 論 文 誌,Vol. 13, No. 3, p. 87 93 (2014), doi:10.3327/taesj.j13.021 論 文 埋 立 処 分 される 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの Cs および Sr の 溶 出 特 性 石 川 奈 緒 1,, 伊 藤 歩 2, 海 田 輝 之 1 Leaching of Cs and Sr from Sewage Sludge Ash Buried in a Landˆll Site Nao ISHIKAWA 1,, Ayumi ITO 2 and Teruyuki UMITA 1 1 Department of Civil and Environmental Engineering, Iwate University, 4 3 5 Ueda, Morioka-shi, Iwate 020 8551, Japan 2 Department of Frontier Materials and Function Engineering, Graduate School of Engineering, Iwate University, 4 3 5 Ueda, Morioka-shi, Iwate 020 8551, Japan (Received February 4, 2014; accepted in revised form April 14, 2014; published online July 10, 2014) Radionuclide contamination from the nuclear accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant has been found in sewage sludge ash produced in eastern Japan. When such contaminated waste contains less than 8,000 Bq/kg radiocesium, it is being disposed in controlled landˆll sites. In order to assess the possible spread of the radionuclides by their leaching from the landˆll sites, it is important to know the leaching behavior of the radionuclides from the sewage sludge ash and factors in uencing the leaching behavior. In this study, leaching experiments using stable Cs and Sr were conducted for sewage sludge ash under several conditions to investigate ešects of chemical composition of leachate, ph, and solid/liquid ratio on Cs and Sr leaching behaviors. In the ph range from 6 to 12, the leaching ratio of Cs or Sr was less than 5.2 or 0.21, respectively. Additionally, the leaching ratio of Sr decreased with increasing ph of the leachate. In contrast, the higher the ph in the leachate was, the higher the leaching ratio of Cs was. Finally, possible radionuclide leaching from contaminated sewage sludge ash and then radionuclide concentrations in an actual landˆll leachate were assessed. It could be suggested that 90 Sr leaching from the landˆll site had the least ešect on the environment, whereas 134+137 Cs leaching needed to be taken into account for spreading radioactive materials from the landˆll site to the environment. KEYWORDS: cesium, strontium, sewage sludge ash, leaching, landˆll site, ph I. は じ め に 2011 年 に 発 生 した 福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 の 事 故 によっ て 環 境 中 に 放 出 された 放 射 性 物 質 は, 水 域, 土 壌, 生 物 と 様 々な 経 路 を 移 行 し 存 在 しており 1~4), 現 在 も 多 くの 地 域 で 汚 染 問 題 を 抱 えている それら 放 射 性 物 質 の 一 部 は 下 水 道 へ 流 入 し, 下 水 汚 泥 さらに 下 水 汚 泥 焼 却 灰 へと 移 行, 濃 縮 していることが 報 告 されており 5), 各 地 域 で 下 水 汚 泥 中 の 放 射 性 セシウム( 134 Cs+ 137 Cs) 濃 度 を 定 期 的 に 測 定 す ることが 定 められている 6) その 濃 度 は 地 域 や 下 水 の 排 除 方 式 にも 依 存 するが,2011 年 度 において 最 大 濃 度 は 福 島 県 で446,000 Bq/kg, 宮 城 県 で1,430 Bq/kg, 岩 手 県 で 2,510 Bq/kg と 報 告 されている 7) 国 では, 放 射 性 Cs 濃 度 が 8,000 Bq/kg 以 下 の 下 水 汚 泥 および 下 水 汚 泥 焼 却 灰 1 岩 手 大 学 工 学 部 社 会 環 境 工 学 科 2 岩 手 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 フロンティア 材 料 機 能 工 学 専 攻 Corresponding author, E-mail: naoki@iwate-u.ac.jp は, 既 存 の 管 理 型 最 終 処 分 場 において 適 切 な 処 置 を 施 した 上 で 処 分 可 能 としており 8),この 規 定 により 8,000 Bq/kg 以 下 の 下 水 汚 泥 焼 却 灰 はすでに 埋 立 処 分 が 進 められている 管 理 型 最 終 処 分 場 からは,そこに 埋 立 処 分 された 焼 却 灰,ガラス, 陶 磁 器 やコンクリートくず 等 の 廃 棄 物 中 を 雨 水 が 浸 透 して 浸 出 水 が 発 生 する 埋 立 処 分 された 放 射 性 物 質 を 含 む 廃 棄 物 が 雨 水 と 接 触 することにより 放 射 性 物 質 が 溶 出 することで, 浸 出 水 から 放 射 性 物 質 が 検 出 されたとの 報 告 がある 9) 一 般 ごみ 焼 却 灰 と 異 なり, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの 放 射 性 Cs の 溶 出 は 非 常 に 少 ないことが 知 られてい る 10,11) 一 方, 浸 出 水 の 液 性 は 埋 立 処 分 される 廃 棄 物 の 種 類 に 依 存 するものの 一 般 に ph が 中 性 からアルカリ 性 であ り,また Ca などの 塩 濃 度 が 高 い 12~14) そのようなアル カリ 性, 高 塩 濃 度 溶 液 における 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの 放 射 性 物 質 の 溶 出 特 性 はほとんど 報 告 されていない 本 研 究 では, 岩 手 県 で 発 生 した 下 水 汚 泥 焼 却 灰 の 溶 出 特 性 に 関 する 中 性 からアルカリ 性 の 範 囲 での ph 依 存 性 につ いて 明 らかにすることを 試 みた さらに, 溶 出 液 の 塩 の 種 2014 Atomic Energy Society of Japan, All Rights Reserved. 87
88 論 文 ( 石 川, 他 ) 類,および 溶 出 時 の 固 液 比 の 影 響 についても 検 討 した 対 象 とする 放 射 性 物 質 は 放 射 性 Cs( 134 Cs, 137 Cs),および 放 射 性 Sr( 90 Sr)である 実 験 に 使 用 した 下 水 汚 泥 焼 却 灰 の 放 射 性 Cs および 放 射 性 Sr 濃 度 は 低 く, 直 接 測 定 すること は 困 難 であった そこで, 安 定 同 位 体 である 133 Cs, 88 Sr の 溶 出 特 性 を 把 握 することで, 放 射 性 Cs, 放 射 性 Sr の 溶 出 特 性 を 推 測 した II. 実 験 方 法 1. 試 料 採 取 および 分 析 方 法 実 験 には, 岩 手 県 盛 岡 市 の 都 南 浄 化 センターから 採 取 した 下 水 汚 泥 焼 却 灰 を 使 用 した 下 水 汚 泥 焼 却 灰 中 の Fe,P,Siの 濃 度 は, 蛍 光 X 線 分 析 装 置 (Shimadzu, XRF 1800)で 測 定 した その 他 の 元 素 については, 下 水 道 試 験 方 法 の 硝 酸 と 塩 酸 による 煮 沸 溶 出 法 に 準 じて 全 量 を 分 解 した 後 15), 誘 導 結 合 プラズマ 質 量 分 析 装 置 (ICP MS, Thermo, icap Qs)で Cs と Rb の 濃 度 を, 誘 導 結 合 プラズ マ 発 光 分 析 装 置 (ICP AES, Shimadzu, ICPE9000)で Al, Ca,K,Mg,Mn,Srの 濃 度 を 測 定 した 下 水 汚 泥 焼 却 灰 中 の 元 素 濃 度 を Table 1 に 示 す Al, Ca, P, Si の 含 有 量 が 高 かった 2. 溶 出 実 験 ( 1 ) 溶 出 の 平 衡 期 間 確 認 実 験 バッチによる 溶 出 実 験 を 行 うに 当 たり, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの Cs, Sr の 溶 出 が 平 衡 に 達 するまでの 時 間 を 確 認 す るため, 以 下 の 実 験 を 行 った 50 ml のポリエチレン 瓶 に 下 水 汚 泥 焼 却 灰 3gと 溶 出 液 30 ml を 混 合 し,25 C, 120 rpm の 条 件 下 で 振 とうを 行 っ た 溶 出 液 には 超 純 水,10-4 mol/lnaoh 溶 液,および 10-2 mol/lca(oh) 2 溶 液 を 用 いた 振 とう 後,30 分 から 96 時 間 まで, 経 時 的 に 試 料 を 採 取 した 採 取 試 料 は 0.45 mm のメンブレンフィルターでろ 過 した 後,ろ 液 中 の 元 素 濃 度 を ICP MS および ICP AES で 測 定 し, 次 式 より 溶 出 率 を 求 めた Table 1 Element concentrations in the sewage sludge ash 溶 出 率 [ ] 溶 出 した 元 素 量 [mg/kg] = 溶 出 実 験 に 使 用 した 焼 却 灰 中 の 元 素 含 有 量 [mg/kg] 100 ( 1 ) 加 えて,ろ 液 の ph を ph メーター(TOADKK, HM 25R) で 測 定 した ( 2 ) 溶 出 実 験 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの Cs, Sr の 溶 出 特 性 を 明 らかにす るため,バッチによる 溶 出 実 験 を 行 った 溶 出 液 として, NaOH,KOH,Ca(OH) 2 水 溶 液 の 3 種 類 を 用 いた 各 液 の 濃 度 ( 初 期 ph)は,naoh では10-4 (6.7), 10-3 (9.0), 10-2 (11.5), 0.5 10-1 (12.3), 10-1 (12.6) mol/l の 5 段 階, KOH では10-4 (6.6), 10-3 (8.0), 10-2 (11.4), 0.5 10-1 (12.3), 10-1 (12.6) mol/l の 5 段 階,Ca(OH) 2 では10-5 (7.2), 10-4 (10.5), 10-3 (11.9), 10-2 (12.9) mol/l の 範 囲 で 4 段 階 設 定 したほか, 超 純 水 を 溶 出 液 として 用 いた 実 験 も 行 った 50 ml のポリエチレン 瓶 に 下 水 汚 泥 焼 却 灰 と 各 溶 出 液 を 固 液 比 0.1(3g 30 ml)の 割 合 で 混 合 し, 振 とう 機 を 用 いて 120 rpm, 25 Cの 条 件 下 で 振 とうした 溶 出 は 振 とう 開 始 後 3 日 以 内 に 平 衡 に 達 することを 確 認 したため(III 1 節 より), 振 とう 期 間 を 3 日 間 とした 振 とう 後, 試 料 液 を 0.45 mm のメンブレンフィルターで 吸 引 ろ 過 し,ろ 液 中 の 元 素 濃 度 を ICP MS および ICP AES で 測 定 し, 溶 出 率 を 求 めた 加 えて,ろ 液 のpH を ph メーター(TOADKK, HM 25R)で 測 定 した 次 に, 溶 出 率 に 及 ぼす 固 液 比 の 影 響 をみるため,10-2 mol/l の NaOH 溶 液 また KOH 溶 液 を 用 いて, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 と 溶 出 液 の 固 液 比 を0.01から0.5の 範 囲 で5 段 階 (0.3g:30mL;1.5g:30mL;3g:30mL;9g:30mL; 15 g : 30 ml ;) 変 化 させ, 上 記 と 同 様 の 溶 出 実 験 を 行 い, 溶 出 率 を 求 めた III. 結 果 と 考 察 1. 溶 出 の 平 衡 時 間 の 確 認 Figure 1 に, 振 とう 時 間 による 試 料 中 の Cs および Sr の 溶 出 率 を 示 す 3 日 程 度 で 溶 出 率 が 一 定 になっている また, 試 料 中 の ph の 変 動 をみると,NaOH 溶 液 の 場 合, 初 期 ph 7.1 が 振 とう3 日 目 には6.9 前 後 で 安 定 し, [mg/kg] Cs 0.63 Rb 8.27 [g/kg] Al 39.7 Ca 96.4 Fe 33.3 K 6.37 Mg 28.4 Mn 1.34 P 89.5 Si 74.0 Sr 0.44 Ca(OH) 2 溶 液 の 場 合, 初 期 ph 11.7が 振 とう 3 日 後 に8.6 程 度 で 安 定 した 以 上 から,3 日 間 の 振 とう 期 間 で 平 衡 に 達 したと 考 えられる ph が 低 下 する 現 象 は, 焼 却 灰 中 に 存 在 する Al が 溶 解 し,Al 3+ +4OH - [Al(OH) 4 ] - の 反 応 を 引 き 起 こす こと 16) や, 焼 却 灰 中 に 存 在 する AlPO 4 が 以 下 の 反 応 によ って 溶 出 し,OH が 消 費 されるためと 考 えられる 17) AlPO 4 +4NaOH NaAlO 2 +Na 3 PO 4 +2H 2 O ( 2 )
埋 立 処 分 される 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの Cs および Sr の 溶 出 特 性 89 Fig. 1 EŠect of contact time on the leaching of Cs or Sr Fig. 3 EŠect of K concentration on L KOH-NaOH value Fig. 2 ph dependence on leaching of Cs (Solid/liquid ratio : 0.1) Fig. 4 ph dependence on leaching of Sr, (Solid/liquid ratio : 0.1) 2. Cs と Sr の 溶 出 特 性 Figure 2 に, 試 料 採 取 時 の 各 溶 出 液 の ph に 対 する Cs の 溶 出 率 を 示 す 全 体 的 に,pH 6~12 の 間 では,Cs の 溶 出 率 は 6 未 満 と 溶 出 し 難 いことがわかる 中 性 付 近 では どの 溶 出 液 についても 溶 出 率 は0.4 程 度 であったが,pH の 上 昇 に 伴 い Cs 溶 出 率 は 高 くなる 傾 向 を 示 した また, ほぼ 同 じ ph であっても,NaOH 溶 液 の 場 合 よりも KOH 溶 液 で 溶 出 させた 方 が 溶 出 率 は 高 かった これは,K が Cs と 類 似 する 挙 動 をもつことにより, 焼 却 灰 中 で 比 較 的 動 きやすい 形 態 で 存 在 している Cs と 溶 出 液 中 の K で 交 換 反 応 が 生 じ,そのため 溶 出 液 中 の K 濃 度 が 高 い 場 合 には, Cs の 溶 出 率 は 高 くなることが 考 えられる そこで,Cs 溶 出 における K 濃 度 の 影 響 を 検 討 するため,NaOH と KOH の 実 験 結 果 で,ほぼ 同 一 の 最 終 ph 値 となった 結 果 (ph 6.9, 8.3, 11.2)において,KOH での Cs 溶 出 率 から NaOH でのCs 溶 出 率 を 差 し 引 いた 値 (L KOH NaOH )を 求 めた L KOH NaOH 値 は,pH の 影 響 を 排 除 した 条 件 での,K 濃 度 の 増 加 による 溶 出 率 の 増 加 分 と 考 えることができる Fig. 3 に,K 濃 度 に 対 する L KOH NaOH 値 の 変 化 を 示 す 線 形 回 帰 より,K 濃 度 0.05 mol/l 以 下 の 範 囲 では,K 濃 度 が 増 加 することに 対 する Cs 溶 出 率 の 増 加 割 合 は,K 濃 度 0.01 mol/l 当 たり0.82 であると 推 定 される Figure 4 に, 試 料 採 取 時 の ph に 対 する 各 溶 出 液 での Sr の 溶 出 率 を 示 す ph 6~12 の 間 では,Sr の 溶 出 率 は 0.3 未 満 と Cs より 1 オーダー 低 かった Sr の 溶 出 にお ける ph 依 存 性 は,Cs とは 対 称 的 に ph が 上 昇 するにし たがって 溶 出 率 は 低 下 し,pH 8 以 上 では, 全 種 類 の 溶 出 液 において 溶 出 率 は0.004 未 満 とほとんど 溶 出 しないこ とが 示 された また,Cs と 異 なり, 溶 出 液 の 塩 の 違 いに よる 溶 出 率 の 差 異 は 確 認 されなかった NaOH 溶 液 で 溶 出 した 際 の Cs および Sr の 同 族 元 素 の 溶 出 率 を Fig. 5 に 示 す Cs の 同 族 元 素 である K と Rb は Cs と 同 様 に ph とともに 溶 出 率 が 増 加 するのに 対 し,Sr の 同 族 元 素 であるMg と Ca は Sr と 同 様 にpH の 上 昇 と ともに 溶 出 率 は 減 少 した 下 水 汚 泥 焼 却 灰 中 では,Ca はリン 酸 カルシウム(Ca 3 (PO 4 ) 2 )や,ヒドロキシアパタイト(Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 )と して 存 在 しているとの 報 告 がある 17,18) これらの 溶 解 度 積 はそれぞれ Ca 3 (PO 4 ) 2 が10-26,と Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 が 10-108 ~10-128 と 難 溶 性 であり,また ph 9 付 近 をピーク に,pH が 上 昇 するにつれて 難 溶 性 が 高 まる 19) Sr は Ca と 挙 動 が 類 似 しているため, 焼 却 灰 中 で Sr は 難 溶 性 のリ
90 論 文 ( 石 川, 他 ) Fig. 5 ph dependence on leaching of K, Rb, Ca, and Mg in NaOH solution Fig. 7 Comparison of leaching of Cs with ph at dišerent experimental conditions using KOH as leaching solution Fig. 6 Solid/liquid ratio dependence on leaching of Cs and Sr Fig. 8 Comparison of leaching of Sr with ph at dišerent experimental conditions using KOH as leaching solution ン 酸 ストロンチウム(Sr 3 (PO 4 ) 2 ) 溶 解 度 積 10-27.4 )として 存 在 していると 考 えられ, 塩 基 条 件 の 下 では 不 溶 化 してい ると 考 えられる 下 水 汚 泥 焼 却 灰 中 で,Cs はアルミノケイ 酸 塩 化 合 物 (CsAlSi 2 O 6 等 )として 存 在 している 可 能 性 が 報 告 されてい る 11) NaOH 溶 液 で 溶 出 した 場 合,Al の 溶 出 率 は ph 8.3 では0.01 であり,pH 11.4 では14.7 と 増 加 した した がって,pH の 上 昇 により 下 水 汚 泥 焼 却 灰 のアルミノケイ 酸 塩 化 合 物 中 の Al や Si の 一 部 が 溶 解 し,それに 伴 って Cs が 溶 出 することが 示 唆 された 3. 固 液 比 による 溶 出 率 と ph の 変 化 最 終 処 分 場 において, 降 雨 量 が 多 ければ,ある 時 間 内 に おいて 固 相 に 対 して 接 触 する 液 相 量 は 多 くなるため, 固 液 比 が 大 きくなると 想 定 することができる 降 雨 によって 溶 出 率 が 変 化 するのかを 確 認 するため, 溶 出 率 の 固 液 比 に 対 する 影 響 を 検 討 した Figure 6 に, 固 液 比 に 対 する Cs, Sr の 溶 出 率 を 示 す 固 液 比 の 上 昇 とともに Cs 溶 出 率 は 減 少 した また, 固 液 比 が 低 い 場 合,KOH 溶 液 で 溶 出 した 方 が NaOH 溶 液 で 溶 出 するより 溶 出 率 は 高 いが, 固 液 比 0.3 以 上 ではどちらの 溶 出 液 で 溶 出 しても 溶 出 率 に 変 化 はみられなかった Sr の 溶 出 率 は,Cs の 結 果 とは 対 照 的 であり, 溶 出 率 自 体 は 低 いが, 固 液 比 0.01から0.5までで 溶 出 率 は10 倍 増 加 し た また,NaOH 溶 液 と KOH 溶 液 どちらで 溶 出 しても 固 液 比 に 対 する 溶 出 率 の 変 化 に 差 はなかった 固 液 比 の 上 昇 とともに ph は 減 少 しており,これは, 灰 と 溶 液 が 接 触 した 際 に 生 じるAl 3+ + 4OH - [Al(OH) 4 ] - 等 の 反 応 のため, 固 相 量 が 多 いほど OH が 多 く 消 費 されるためと 考 えられる また, 各 固 液 比 の 溶 出 率 の 変 化 は,Cs, Sr ともに Figs.2,4で 示 した 固 液 比 0.1の 溶 出 率 に 対 する ph の 影 響 とほぼ 一 致 した(Figs. 7, 8) ここで, 焼 却 灰 からの 溶 出 に 対 して, 固 液 比 の 影 響 と ph の 影 響 について 分 けて 検 討 を 行 う まず, 固 液 比 が 一 定 (0.1)で NaOH 濃 度 を 変 えて 溶 出 した 場 合 の Cs 溶 出 率 (L [ ])から, 液 量 1L 当 たりの 溶 出 量 (L 1 [mg/l])を 計 算 し た また,Figs.2,4から,NaOH で 溶 出 した 場 合 の ph
埋 立 処 分 される 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの Cs および Sr の 溶 出 特 性 91 Fig. 9 Relationships between L 1 and L 2 values と Cs および Sr の 溶 出 率 (L[ ])の 関 係 は 下 記 の 式 で 表 す ことができる Cs L=0.076e 0.24pH (R 2 =0.96) (3 ) Sr L=62.47e -0.88pH (R 2 =0.98) (4 ) 各 固 液 比 での 最 終 ph 値 を 上 記 の 式 に 代 入 して 得 られる 溶 出 率 を 用 いて, 液 量 1L 当 たりの 溶 出 量 (L 2 [mg/l])を 計 算 した Fig. 9 に L 1 と L 2 の 関 係 を 示 す Cs, Sr どちら に 関 しても L 1 と L 2 の 比 がほぼ 1 であったことから, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの 溶 出 挙 動 は ph の 影 響 のみで 説 明 でき ることが 示 された したがって, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの Cs および Sr の 溶 出 は, 固 液 比 よりはむしろ ph が 支 配 的 な 影 響 因 子 であることが 示 唆 された 4. 埋 立 処 分 場 における 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの 溶 出 量 の 評 価 本 実 験 で 得 られた 結 果 をもとに, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 の 埋 立 時 に 想 定 される 放 射 性 Cs, Sr の 浸 出 水 中 への 溶 出 量 およ び 浸 出 水 中 濃 度 について 評 価 する まず 評 価 に 用 いる 溶 出 率 を 決 定 する 溶 出 実 験 の 結 果 から, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 から の Cs および Sr の 溶 出 率 はpH に 依 存 している 実 際 の 最 終 処 分 場 の 浸 出 水 の ph は, 各 処 分 場 により 値 は 異 なり, ph 7 付 近 20),pH 6~8 程 度 14),pH 11.5~11.8 21) と ph 値 に 大 きく 幅 があるほか, 経 年 変 動 も 考 えられる したがっ て, 安 全 側 に 立 った 評 価 として, 本 実 験 において, 最 も 高 い Cs 溶 出 率 である5.2 ( 固 液 比 0.1, KOH 10-1 mol/l), Sr 溶 出 率 0.18 ( 固 液 比 0.1, 超 純 水 )を 用 いることとした 既 存 の 管 理 型 最 終 処 分 場 への 埋 立 処 分 が 許 可 されている 廃 棄 物 中 の 放 射 性 Cs 含 有 量 上 限 値 は 8,000 Bq/kg である 8,000 Bq/kg の 放 射 性 Cs を 含 む 下 水 汚 泥 焼 却 灰 の 場 合, 本 実 験 による 最 も 高 い Cs 溶 出 率 (L max )は5.2 であること から, 溶 出 する 放 射 性 Cs 量 は 最 大 416 Bq/kg であり, 加 えて 下 水 汚 泥 焼 却 灰 の 締 固 めの 最 適 含 水 比 (w=( 水 分 重 量 [g]/ 土 壌 重 量 [g]) 100)が58 との 報 告 があることか ら 22), 浸 出 水 中 の 最 大 放 射 性 Cs 濃 度 (C max )は, 下 記 の 式 より 717 Bq/L と 推 定 される C max = 8000 L max ( 5 ) w/100 埋 立 処 分 場 での 排 水 中 放 射 性 物 質 濃 度 の 基 準 値 は 134 Cs が 60 Bq/L, 137 Cs が 90 Bq/L であるため 7), 推 定 濃 度 は 排 水 基 準 を 超 過 する したがって,Cs 溶 出 率 が 少 ない 下 水 汚 泥 焼 却 灰 であっても, 高 濃 度 の 放 射 性 Cs を 含 む 場 合 に は, 基 準 値 を 超 過 する 放 射 性 Cs 濃 度 の 浸 出 水 が 発 生 する 可 能 性 があることが 示 唆 された 実 際 の 下 水 汚 泥 焼 却 灰 の 埋 立 処 分 時 には,50 cm 厚 さの 土 壌 層 を 敷 設 し,その 上 に 焼 却 灰 を3m 厚 さで 埋 め 立 て,その 上 部 を 50 cm 厚 さの 土 壌 層 で 覆 うことによる 土 壌 層 での 放 射 性 Cs の 保 持 や,または 浸 出 水 処 理 による 放 射 性 Cs の 適 切 な 処 理 が 行 われている ここで, 本 研 究 で 求 めた 実 験 結 果,および 既 存 の 研 究 によるデータを 用 い, 焼 却 灰 を 埋 立 処 分 した 最 終 処 分 場 から 発 生 する 浸 出 液 中 で の 放 射 性 Cs 濃 度 について 推 定, 検 討 する 最 終 処 分 場 に は 下 水 汚 泥 焼 却 灰 以 外 にも 様 々な 廃 棄 物 が 埋 め 立 てられて おり,それら 廃 棄 物 からの 溶 出 も 考 慮 する 必 要 が 考 えられ る しかしながら,セメント 系 材 料 等 他 の 廃 棄 物 からの 133 Cs 溶 出 に 関 するデータは 報 告 されておらず, 考 慮 する ことが 困 難 である また,Ishikawa ら 23) は, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 等 を 埋 立 処 分 している 最 終 処 分 場 において 複 数 回 に 渡 り 浸 出 水 中 の 133 Cs 濃 度 を 測 定 した 結 果, 平 均 2.78 mg/l と 報 告 している 本 研 究 で 行 った 下 水 汚 泥 焼 却 灰 から 溶 出 した 133 Cs 濃 度 は 最 大 3.4 mg/l であり,さらに,Cs の 同 族 元 素 であり, 土 壌 への 吸 着 挙 動 が 類 似 している K につ いては, 浸 出 水 が 423±172 mg/l 20) であるのに 対 し, 本 研 究 で 求 めた 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からのK 溶 出 濃 度 は 最 大 806 mg/l であった 浸 出 水 中 の 塩 濃 度 が 高 いことから, 浸 出 水 が 土 壌 層 を 経 由 する 際 に, 浸 出 水 中 に 存 在 する 他 の 元 素 との 競 合 により, 土 壌 への 吸 着 によって 浸 出 水 中 の Cs や K の 濃 度 が 減 少 する 割 合 は 小 さいと 考 えられ,Cs の 溶 出 濃 度 と 浸 出 水 中 濃 度 が 同 じオーダーとなることに は,ある 程 度 の 妥 当 性 を 有 していると 考 えられる 以 上 の ことから, 本 研 究 での 評 価 において, 浸 出 水 中 の 133 Cs を
92 論 文 ( 石 川, 他 ) 下 水 汚 泥 焼 却 灰 起 源 と 仮 定 して 検 討 する また, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 中 の 133 Cs 濃 度 は 高 いもので 約 0.85 mg/kg との 報 告 があり 24),この 結 果 を 踏 まえると, 8,000 Bq/kg の 下 水 汚 泥 焼 却 灰 を 埋 立 処 分 した 場 合, 133 Cs/ 放 射 性 Cs 比 は0.106 mg/bq となり, 下 記 の 式 よ り, 浸 出 水 中 の 最 大 放 射 性 Cs 濃 度 (C max )が 計 算 できる C max = 2.78 0.106 =26.2 ( 6 ) C max は 26.2 Bq/L と 推 定 され, 排 水 基 準 を 超 過 しない この 結 果 は, 現 在 行 われている 土 壌 層 を 用 いた 放 射 性 Cs の 保 持 が 十 分 な 効 果 を 発 揮 することを 示 している 実 際 の 最 終 処 分 場 では, 雨 量 の 少 ない 乾 燥 期 の 方 が 浸 出 水 の ph が 上 昇 するという 報 告 がある 25) このことから, 大 雨 の 際 は, 浸 出 水 の ph は 低 下 し,それとともに 焼 却 灰 からの 溶 出 率 も 低 下 するため, 浸 出 水 中 の 溶 出 濃 度 が 上 記 の 評 価 を 上 回 る 可 能 性 はないと 考 えられる 放 射 性 Sr の 排 水 基 準 は 決 められていないが, 試 験 研 究 の 用 に 供 する 原 子 炉 等 の 設 置, 運 転 等 に 関 する 規 則 等 の 規 定 に 基 づき, 線 量 限 度 等 を 定 める 告 示 では, 排 水 中 の 90 Sr の 濃 度 限 度 は 30 Bq/L とされている 福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 の 事 故 における 汚 染 では 汚 染 物 中 の 90 Sr/ 137 Cs 比 を 3 10-3 と 見 積 もっており 26), 下 水 汚 泥 焼 却 灰 中 に 含 まれ る 放 射 性 Cs 8,000 Bq/kg がすべて 137 Cs と 仮 定 すると, その 中 の 90 Sr 濃 度 は 24 Bq/kg と 仮 定 することができる 本 実 験 によるSr の 最 も 高 い 溶 出 率 は0.18 であったた め, 本 研 究 から 推 定 される 放 射 性 Sr 溶 出 量 は 43.2 mbq/ kg であり, 上 記 の 最 適 含 水 比 を 考 慮 すると, 浸 出 水 中 濃 度 は 74 mbq/l となる これは 上 に 述 べた 排 水 中 の 濃 度 限 度 を 下 回 っている 以 上 のことから, 放 射 性 物 質 を 含 む 下 水 汚 泥 焼 却 灰 にお いては, 埋 立 処 分 場 からの 浸 出 水 への 放 射 性 物 質 の 溶 出 に 対 して, 90 Sr の 寄 与 は 非 常 に 少 なく, 主 に 137 Cs の 溶 出 に ついて 考 慮 する 必 要 があることが 示 された IV. ま と め 本 研 究 では, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの Cs, Sr の 溶 出 特 性 についてバッチによる 溶 出 実 験 を 行 った Sr の 溶 出 率 は ph 6~12 で0.21~0.004 であり,Ca と 同 様 に ph が 高 いほど 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの 溶 出 は 抑 制 され,pH 8 以 上 ではほとんど 溶 出 しなかった Cs は,Sr とは 対 照 的 に ph が 高 いほど 溶 出 率 は 増 加 し, 最 大 溶 出 率 は ph 11.2 で の5.16 であった これらの 結 果 から, 下 水 汚 泥 焼 却 灰 を 埋 立 処 分 する 際 の 浸 出 水 への 放 射 性 物 質 の 溶 出 防 止 策 に 関 しては, 主 に 放 射 性 Cs の 溶 出 に 対 して 考 慮 する 必 要 があ ることを 明 らかとした 本 研 究 は JSPS 科 研 費 12014030の 助 成 を 受 けたもので す 参 考 文 献 1) Ministry of the Environment, Radionuclide Monitoring Report in Water Environment 2011, available at http://www.env.go. jp/jishin/monitoring/results_r pw h23/1 1.pdf 2) K. Ito, H. Miyahara, T. Ujiie et al., ``Practical approach to decontamination of radioactive cesium-contaminated matter in agricultural region by improved wet classiˆcation and use of geomaterials,'' Nihon-Genshiryoku-Gakkai Shi (J. At. Energy Soc. Jpn.), 11, 255 271 (2012), [in Japanese]. 3) Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, Monitoring Results of Strontium in Fisheries Products Conducted by Fisheries Research Agency, available at http://www.jfa.maš.go.jp/ e/inspection/pdf/131126_strontium.pdf 4) F.Sakamoto,T.Ohnuki,N.Kozaiet al., ``Determination of local-area distribution and relocation of radioactive cesium in trees from Fukushima daiichi nuclear power plant by autoradiography analysis,'' Nihon-Genshiryoku-Gakkai Shi (J. At. Energy Soc. Jpn.), 12, 257 266 (2013), [in Japanese]. 5) N.K.Ishikawa,A.Ito,T.Umita,``Fateofradiocesiumin sewage treatment process released by the nuclear accident at Fukushima,'' Chemosphere, 93,689 694 (2013). 6) Ministry of Economy, Trade and Industry, Immediate Handling of Byproducts from Water and Sewage Treatment etc. that have been Detected as Radioactive Materials, Ministry of Economy, Trade and Industry (2011). available at http:// www.meti.go.jp / press / 2011 / 06 / 20110616006 / 20110616006 2.pdf, [in Japanese]. 7) Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Report on Radionuclide Concentrations in Sewage Sludge etc., Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism (2014). available at http://www.mlit.go.jp/mizukokudo/ sewerage/crd_sewerage_tk_000168.html, [in Japanese]. 8) Ministry of the Environment, Management of OŠ-site Waste Contaminated with Radioactive Materials Due to the Accident at Fukushima Nuclear Power Stations, Ministry of the Environment (2012). available at http://www.env.go.jp/en/focus/ docs/ˆles/20121128 58.pdf 9) T. Takano, Y. Tamura, Y. Nishizaki et al., ``Separation and removal of radiocesium from MSW ˆnal disposal site leachate using zeolite,'' Toshi Seisou, 65, 218 222 (2012), [in Japanese]. 10) National Institute for Environmental Studies, Appropriate Waste Disposal Taking into Account Behavior of Radionuclides, National Institute for Environmental Studies (2011). available at http://www.env.go.jp/jishin/attach/haikihyouka_kentokai/10 mat_3.pdf, [in Japanese]. 11) I. Thushima, M. Ogoshi, ``Long term leaching study in sewage sludge contaminated with radioactive materials,'' J. Jpn. Soc. Water Environ., 50, 108 112 (2013), [in Japanese]. 12) S. Urabe, ``Treatment of leaching water from land ˆll disposal of solid wastes,'' Environ. Conservation Eng., 11, 275 282 (1982), [in Japanese]. 13) H. Fukui, T. Yokoyama, ``Long-term alteration of water quality in leachate from waste landˆlls,'' J. Environ. Lab. Assoc., 29, 162 166 (2004). 14) R.K.Rowe,R.M.Quigley,R.W.I.Brachman,J.R.Booker, Barrier Systems for Waste Disposal Facilities, Second Edition,
埋 立 処 分 される 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からの Cs および Sr の 溶 出 特 性 93 E&FN Spon Press, London, 50 62, ISBN 0419226303 (2004). 15) Japan Sewage Works Association, Wastewater Examination Method, vol. 2, Japan Sewage Works Association, Tokyo, 215 216 (1997), [in Japanese]. 16) K.Kaikake,T.Sekito,M.Tsunomori,Y.Dote,``Leadstabilization mechanisms of AlPO 4 prepared from waste acid etchant in municipal solid waste incineration y ash,'' J. Jpn. Soc. Mater. Cycles Waste Manage., 24, 53 62 (2013), [in Japanese]. 17) Y. Yoshida, T. Noike, ``In uence of temperature on alkaline elution of incinerator ash of sewage sludge,'' J. Environ. Syst. Eng., 762,83 90 (2004), [in Japanese]. 18) M. Sasaki, Y. Adachi, M. Ika, H. Nishikawa, ``Studies on ešective use of phosphorus resource obtained from sewage sludges,'' Rep. Gifu Pref. Res. Inst. Health Environ. Sci., 18, 13 17 (2010), [in Japanese]. 19) M. Akiyama, S. Kawasaki, ``Fundamental study on new grouting material using calcium phosphate compounds Crystal precipitation test and unconˆned compression test of sand test pieces,'' Jpn. Geotech. J., 6,341 350 (2011), [in Japanese]. 20) N. Ishikawa, A. Ito, T. Umita, ``Fundamental study about radionuclides removal from landˆll leachate,'' Proc. 50th Environmental engineering research forum,sapporo,japan,nov. 19 21, 2013 (2013). 21) T. Sasajima, K. Kawasaki, Y. Tuchihara, T. Mori, Stabilization of Controlled Landˆll of Industrial Waste (X), Bulletin of Toyama Prefectural Environmental Science Research Center, No. 32 2, 32 37 (2004), [in Japanese]. 22) M. Kamon, T. Katsumi, T. Inui et al., ``Evaluation of geoenvironmental impact due to the leachate from solid wastes,'' Ann. Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., 42 B 2, 459 469 (1999). 23) N. K. Ishikawa, A. Ito, T. Umita, Evaluating Removal of Radionuclides from Landˆll Leachate Using Generally Practiced Wastewater Treatment Processes, Radiation Monitoring and Dose Estimation of the Fukushima Nuclear Accident, Springer, Tokyo, 127 134, ISBN 9784431545828 (2014). 24) N.K.Ishikawa,A.Ito,K.Tagami,T.Umita,``Fateof radiocesium in sewage treatment process released by the nuclear accident at Fukushima,'' Chemosphere, 93, 689 694 (2013). 25) H. Fukui, M. Takahashi, K. Saitoh, H. Sakamoto, Research on the stabilization to judge the abolition of the landˆll site, Bulletin of Kanagawa Environmental Research Center, 29, 80 89 (2006), [in Japanese]. 26) Ministry of Health, Labour and Welfare, The Philosophy of Contributing Ratio of Radiocesium to Internal Radiation Dose Due by Food Ingestion, Ministry of Health, Labour and Welfare, available at http://www.mhlw.go.jp/stf/shingi/2r 9852000001w5ek att/2r9852000001w5je.pdf [in Japanese].