13年00月24日現地時間2023時、日本の福島第一原子力発電所が放射能汚染水の海への放出を開始し、世界中に強い懸念を引き起こした。呉江浩駐日中国大使は、福島原発の放射能汚染水の海への放出について日本政府に厳粛に抗議した。中国税関総署は日本の水産物の輸入を全面的に停止すると発表した。韓国首相は、日本の福島産水産物の輸入禁止を引き続き維持すると発表した。
核汚水とは、その名の通り放射能を含む汚水のことです。例えば、原子力発電所の漏洩事故で発生した高濃度放射性廃水や、核燃料に直接接触した冷却水などが挙げられます。専門家は、核廃水は核廃水と同じではないと述べています。核汚水はさらに有害で、トリチウムを含む64種類の放射性物質を含んでいます。
原子力廃棄物には、ウラン、プルトニウム、セシウム、ストロンチウム、ヨウ素、コバルトなど、多くの放射性元素が含まれています。これらの中には半減期が長いものもあり、例えばウラン238は4.5億年、プルトニウム239は24,000万XNUMX年とされています。これらの放射性元素は、発がん性、催奇形性、変異原性など、人体や環境に深刻な危害をもたらします。発生源や状況によって、原子力廃棄物中の各種放射性元素の濃度や割合は異なりますが、通常は国際基準や安全基準をはるかに超えています。
核廃棄物が適切な処理を施さずに環境に排出された場合、生態系と人々の健康に深刻な影響を及ぼします。放射性物質は水、土壌、大気、食物連鎖などを通じて伝播し、生物の放射線量を増加させ、様々な疾患や遺伝子変異を引き起こす可能性があります。したがって、核廃棄物の処理・処分は、漏洩や事故を防ぐため、厳格な安全基準と規範を遵守する必要があります。
各国で一般的に用いられている原子力発電所廃水処理技術は以下のとおりです。
- 化学沈殿法
化学沈殿法は、沈殿剤と廃水中の微量放射性核種を共沈殿させる方法です。廃水中の水酸化物、炭酸塩、リン酸塩などの放射性核種の化合物は、ほとんどが不溶性であるため、処理過程で除去できます。化学処理の目的は、廃水中の放射性核種を少量の汚泥に移行・濃縮し、沈殿した廃水に残留する放射能を少なくし、排出基準を満たすことです。
この方法の利点は、低コスト、対数放射性核種の除去効果に優れ、非放射性成分とその濃度、そして流動化廃水を相当な流動化処理によって処理できることです。使用される処理施設と技術は、十分に成熟した実績を有しています。
現在、鉄塩、アルミニウム塩、リン酸塩、ソーダなどの沈殿剤が最も一般的に使用されています。凝集プロセスを促進するために、粘土、活性シリカ、ポリマー電解質などの凝集助剤が添加されます。セシウム、ルテニウム、ヨウ素などの除去が困難な高濃度の放射性核種については、特殊な化学沈殿剤を使用する必要があります。たとえば、セシウムはフェロシアン化鉄（III）とフェロシアン化銅（Cu）の共沈によって除去できます。金属含有放射性廃水の処理には、不溶性デンプンキサンテートを使用する人もいます。処理効果は良好で、適用範囲が広く、放射能除去率は90％を超えています。これは優れた性能を持つイオン交換凝集剤です。廃水処理時に残留硫化物がないため、廃水処理に適しています。
- イオン交換法
多くの放射性核種は水中、特に化学沈殿処理後の放射性廃水中でイオン化されています。懸濁状およびコロイド状の放射性核種が除去されたため、残留するものはほとんどイオン種であり、そのほとんどは陽イオンです。また、放射性核種は水中に少量存在するため、イオン交換処理に非常に適しており、非放射性イオンの干渉がない場合、イオン交換は長期間にわたって効果的に作用します。ほとんどの陽イオン交換樹脂は、放射性ストロンチウムに対する高い除去能力と大きな交換容量を備えています。フェノール系陽イオン樹脂は放射性セシウムを効果的に除去でき、微多孔性陽イオン樹脂は放射性陽イオンを除去できるだけでなく、コロイド状のジルコニウム、ニオブ、コバルト、錯体のルテニウムも吸着により除去できます。しかし、この法則には致命的な弱点があります。廃液中の放射性核種または非放射性イオンの含有量が高い場合、樹脂層は急速に浸透し、機能しなくなります。通常、放射性廃水処理に使用される樹脂は再生できないため、一度機能しなくなった場合は、直ちに交換する必要があります。
イオン交換法はイオン交換樹脂を用いるため、塩分濃度の低い廃液に適しています。塩分濃度が高い場合、イオン交換樹脂を用いた処理は選択法よりもコストが高くなります。これは主に、樹脂の選択性が低く、放射性核種との相関性が高いためです。放射性廃水の浄化においては、電気透析を用いることでイオン交換プロセスの利用効率を高めることができます。
- 吸着法
吸着法は、多孔質固体を用いて重金属イオンを吸着・除去することにより、水から重金属イオンを除去する効果的な方法です。吸着法の鍵となる技術は、吸着剤の選択です。一般的に使用される吸着剤には、活性炭、ゼオライト、カオリン、ベントナイト、粘土などがあります。その中でも、ゼオライトは安価で安全、そして入手しやすいという利点があります。他の無機吸着剤と比較して、ゼオライトは吸着能力が高く、浄化効果も優れています。ゼオライトの浄化能力は他の無機吸着剤の10倍にも達するため、非常に競争力のある水処理剤です。水処理プロセスでは吸着剤としてよく使用され、イオン交換剤や濾過剤としても機能します。
活性炭は吸着能力が強く、除去率も高いですが、活性炭の再生効率は低く、処理水の水質は再利用の要件を満たすのが難しく、価格も高く、用途も限られています。近年、吸着能力を持つ様々な吸着材料が徐々に開発されてきました。関連研究によると、キトサンおよびその誘導体は重金属イオンに対する優れた吸着剤であり、架橋後、キトサン樹脂は吸着能力を大幅に低下させることなく何度も再利用できます。改質セピオライトを用いて重金属廃水を処理すると、CoおよびAgに対する吸着能力が良好で、処理後の廃水中の重金属含有量は総合下水排出基準を大幅に下回ります。
- 蒸発と濃縮
蒸発濃縮法は、濃縮係数と浄化係数が高く、主に中・高レベル放射性廃水の処理に用いられます。蒸発法の原理は、放射性廃水を蒸発装置に送り、同時に加熱蒸気を導入して水を水蒸気に蒸発させ、放射性核種は水中に残留させます。蒸発過程で生成された凝縮水は排出または再利用され、濃縮液はさらに固化されます。蒸発濃縮法は、揮発性核種を含み、発泡しやすい廃水の処理には適していません。消費熱量が多く、運転コストも高くなります。また、設計・運転段階では、腐食、スケール付着、爆発などの潜在的な脅威を考慮する必要があります。蒸気の利用率を向上させ、運用コストを削減するために、各国は蒸気圧縮蒸発器、薄膜蒸発器、真空蒸発器などの新しい蒸発器の開発に全力を尽くしており、他の新しい蒸発器は目覚ましい成果を達成しています。
- 膜分離技術
膜分離技術は、放射性廃水を処理する上で、比較的効率的で経済的かつ信頼性の高い方法です。膜分離技術は、処理水質が良好で、物質の相変化がなく、エネルギー消費量が少ないという特徴があるため、積極的に研究されています。
海外で使用されている膜技術には、精密ろ過、限外ろ過、ナノろ過、水溶性ポリマー膜ろ過、逆浸透（RO）、電気透析、膜蒸留、電気化学イオン交換、液膜、フェライト吸着ろ過膜分離、陰イオン交換紙膜などの方法がある。
メラミンフォームは、ナノスケールの安定した三次元網状有機ろ過基質の一種で、最大細孔径1nm、最大細孔容量0.297cc/g、最大細孔開口率98%を誇ります。核廃棄物の効率的な吸着・ろ過を実現し、ほとんどの吸着剤を添加することも可能です。
- 生物学的処理
生物学的処理方法には、ファイトレメディエーションと微生物による方法があります。ファイトレメディエーションとは、緑植物とその根圏に生息する微生物を連携させて環境中の汚染物質を除去する、新しい原位置処理技術を指します。
既存の研究結果によると、適用可能なバイオレメディエーション技術の種類は、主に人工湿地技術、根圏濾過技術、植物抽出技術、植物固化技術、植物蒸発技術などです。試験結果によると、水域中のほぼすべてのウランが植物の根に濃縮されることが示されています。
低放射性廃水の微生物処理は、1960年代に研究が始まった新しい技術です。国内外でこの方法による放射性廃水中のウラン除去に関する研究がいくつか行われていますが、現状ではそのほとんどは実験研究段階にあります。
バイオテクノロジーの発展と微生物と金属の相互作用メカニズムの詳細な研究により、微生物を用いた放射性廃水汚染処理は非常に有望な方法であることが徐々に認識されるようになりました。微生物細胞は、水溶液中のウランなどの放射性核種を吸収、濃縮、回収する生物学的処理剤として用いられており、高効率、低コスト、低エネルギー消費を実現しています。さらに、二次汚染物質が発生しないため、放射性廃棄物の削減目標を達成し、核種の再生や地層処分に好ましい条件を作り出すことができます。
- 磁性分子法
米国電力研究所（EPRI）は、ストロンチウム、セシウム、コバルトなどの放射性廃棄物の発生量を削減するための「マグ・モレ・クルー法」を開発しました。この方法は、フェリチンと呼ばれるタンパク質を基盤としています。フェリチンは磁性分子を用いて選択的に汚染物質を結合するように改変されており、磁石によって溶液から汚染物質を除去し、結合した金属を磁気ろ床の逆洗によって回収します。フェリチンは、生体内に広く見られる高度に保存された多機能多ユニットタンパク質で、希酸（pH<2.0）、希塩基（pH=12.0）、高温（水温70～75℃では不変）への耐性という特殊な特性を有しています。フェリチン研究の深化に伴い、タンパク質殻のナノ空間を利用した新たな機能のin vitro研究が大きく進展しました。in vitro研究では、フェリチンがin vitroで重金属イオンを貯蔵する能力を持つことが示されています。さらに、これまでの研究では、鉄イオンと競合する他の重金属イオンをプローブとして用い、フェリチンによる鉄の貯蔵と放出のメカニズムに焦点を当ててきました。一方、最近の研究では、フェリチンが金属イオンを捕捉し、反転しにくいという特性を利用してフェリチンリアクターを構築し、現場で流水の重金属イオン汚染度を連続的にモニタリングできることが示されています。特定の条件下では、FeS核、CdS核、Mn3O4核、Fe3O4磁性鉄核、放射性物質のウラン核など、いくつかの金属核がフェリチンタンパク質シェルのナノ空間に組み入れられることに成功しています。
- 不活性硬化法
ペンシルベニア州立大学とサバンナリバー国立研究所は、特定の低レベル放射性廃液を固形化し、安全に処分するための新たな処理方法を開発しました。この新処理方法は、低温（90℃未満）の凝固法を用いて、高アルカリ性で低放射能の放射性廃液を安定化させ、不活性な固形物へと変換するものです。科学者たちは、最終的に硬化した固形物を「ハイドロセラミック」（素焼きの多孔質セラミック）と呼んでいます。この固形物は非常に硬く、安定しており、長寿命で、放射性核種をゼオライト構造に固定できると研究者らは述べています。この処理方法は、自然界における岩石の形成過程に似ています。
- ゼロ価鉄パーコレーション反応壁技術
浸透性反応性バリア（PRB）は、汚染された地下水中の汚染物質成分を原位置で除去するために、欧米などの先進国で注目されている手法です。PRBは通常、地下帯水層に、地下水の流れ方向と垂直に設置されます。汚染された地下水が自身の動水勾配の作用下で反応壁を通過する際、反応壁内の反応物質との物理的・化学的な反応によって汚染物質が除去され、汚染修復の目的が達成されます。
これは、メンテナンスがほとんど不要で費用も安価な受動的な浄化技術です。PRB技術の重要な分野であるFe0-PRB技術は、多くの国で地下水汚染処理の様々な分野で研究開発されてきました。PRBの反応機構、構造と設置、そして新しい活性材料の研究において、有望な成果が得られています。中国の学者たちは、ウラン鉱滓の放射性廃水の浄化（処理）に、ゼロ価鉄に代表される能動浸透壁技術の研究を開始しており、現在、一定の成果を上げています。
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