水環境水と工学特集|飲料水と除染




特集|飲料水と除染

 千年に一度といわれる2011年3月11日の東日本大震災で引き起こされた福島第一原子力発電所の水素ガス爆発事故にとうにより飛散汚染された。この事故は世界的・歴史的にみても大きな意義を持つできごとになっている。
 地震や津波といった天災を端緒として、天災と人災が融合した原子力事故で、炉心溶融や水素爆発にまで至ったのも、米国メーカー設計の原子炉容器が損傷して放射性物質が大量に外へ漏れだしたのも、本事故が原子力発電史上初めてである
 国際原子力事象評価尺度 (INES) による評価はまだ確定していないが、原子力安全・保安院による暫定評価は最悪の「レベル7」(深刻な事故)である。同レベルの原子力事故は、1986年4月26日にソビエト連邦(現在のウクライナ)で起きたチェルノブイリ原子力発電所事故以来、2例目である。日本で発生した大規模な原子力事故も、1999年9月30日の東海村JCO臨界事故以来12年ぶりとなる。



福島第一原発事故による放射性物質の拡散

 この事故により日本各地、主に東北と関東の全域及び太平洋側の海洋へ放射性物質が拡散した。拡散した放射性物質は大きく分けて大気中に放出された物質と海洋中に放出された物質に分けられる。大気中に放出された物はベント(意図的な放出)の他に爆発や破損による意図しない放出が行われた。放射性物質は風向により大半が太平洋側に放出されたと見られるが、3月15日や3月21日などには日本各地へ拡散する事になった。また、海洋に放流された物は比較的高レベルの汚染水を格納する為に、保管してある低レベル汚染水を意図的に放流したほかに、建屋内の配管及び亀裂から漏れ出した比較的高レベルの汚染水が意図せず放流されることになった。

放射能の推定量

原子炉内の放射線物質量

 原子炉停止直後の原子炉内の放射性物質の原子力安全・保安院による推定値は、ヨウ素131について、1号機は約130万テラベクレル(1.3×1018 Bq)、2号機は約200万テラベクレル(2.0×1018Bq)、3号機は約200万テラベクレル(2.0×1018Bq)である。一方、セシウム137については、1号機は約13万〜37万テラベクレル(1.3〜3.7×1017Bq)で、2、3号機はそれぞれ約22万〜50万テラベクレル(2.2〜5.0×1017Bq)である。

   原子力災害対策本部は1〜3号機の原子炉内の放射性物質の総量を、ヨウ素131については610万テラベクレル(6.1×1018Bq)、セシウム137については71万テラベクレル(7.1×1017Bq)を推定している。

使用済み燃料プール内の放射性物質の量

 使用済み燃料プール内での推定値で公表されているものはないが、田中俊一博士の推定によれば、ヨウ素131の量は、1〜3号機は時間が経過していることもあり無視でき、4号機は1万1千テラベクレル(1.1×1016Bq)である。またセシウム137の量は、1号機35万テラベクレル(3.5×1017Bq)、2、3号機47万テラベクレル(4.7×1017Bq)、4号機100万テラベクレル(1.0×1018Bq)である。



大気への放射性物質の放出量

   内閣府原子力安全委員会が4月12日に発表したSPEEDIからの逆算による推定によると、3月11日から4月5日までの大気への放出総量は、ヨウ素131は15万テラベクレル(1.5×1017 Bq)、セシウム137は1万2千テラベクレル(1.2×1016Bq)である。なおSPEEDIとは緊急時迅速放射能影響予測ネットワークシステム(Systemfor Prediction of Environmental Emergency Dose Information)の略称であり、原子力発電所等から大量の放射性物質が放出される事態が発生した時、放出源情報をもとに、その時点での風や降雨の実測値や地形を考慮して、周辺環境における放射性物質の空間濃度・線量等を迅速に予測するシステムである。計算の結果は下記のホームページに掲載される。

海域への放射性物質の放出量

 4月21日に東電は、高濃度の放射性物質を含む水を漏出している2号機の取水口付近の流出量と流出水濃度を測定して、放出放射性物質総量を以下のように推定した。ヨウ素131は2千800テラベクレル(2.8×1015Bq)、セシウム134は940テラベクレル(9.4×1014Bq)、セシウム137は940テラベクレル(9.4×1014Bq)、合計4千700テラベクレル(4.7×1015Bq)である。他に大きな流出口がないとすると、海水中への放出量はこの値に近いものと推定される。



   しかし、それは使用・保有していた核燃料量の何%にに当たるのか手元の資料ではわからない。仕方がないので先に進もう。さて、この数字の意味するものがいかなるものか、見当もつかないので、ここでは専門家(武田邦彦「何回でも呼びかけます」)に語ってもらおう。

 国民を守る立場の政府はもちろん、市民を守る自治体、専門家、マスメディア、そしていろいろな指導的立場にあるかたに呼びかけます。
 1) 放射線被曝に対する今までの指導と大きく異なる時には、その理由をできるだけ定量的に説明してください。特に、今、外部線量と、食材の基準がそれぞれ1年20ミリシーベルトになり、その合計が40ミリにもなります。この量は1年間に胸のレントゲン800回ぶんですから、お母さんが心配するのは当然であるという判断にたって、「紋切り型」ではなく、丁寧な説明をお願いします。
 2) 今回の福島原発から漏れた量は100京ベクレルで、これを1億人で割ると一人あたり100億ベクレルになります。これは人間が体内で処理するには難しい量ですから、瓦礫の搬出など放射性物質の拡散には長期的で定量的な数値を示してください。
 3) 玄海原発、泊原発などの再開問題がありますが、すでに2007年から震度6で東通から志賀原発まで東日本の原発は100%の確率で破壊しています。したがって、安全審査、安全対策はこれまでと別のものでなければならないという常識を採用してください。また救命ボート(通報、避難の手段)を整えないうちには再稼働しないように進めてください。
 4) 日本はこれまで農薬大国だったこともあり、それらを克服してやっと信頼できるクリーンな国土になりました。農薬、食品添加物などは基準(動物実験などで学問的に推定した値)から、まず10分の1(学問の不確定部分)、さらに10分の1(個体差、食材の誤差など)して、100分の1にしているからこそ、安心した状態になったのです。今回でこの優れた日本のやり方を変えるのは間違っています。
 日本はこれまで原爆の経験もあり、放射性物質についてはクリーンな国を目指してきました。今は残念ながらかなりの汚染国になりましたが、すこしでも汚染を少なくするように日本人は一致団結するべきと考えています。

 以上の2)のところがよくわからない。そこで同じく彼のブログ「水飲み事件」と「黙れ!」事件・・・瓦礫に反撃」から引用してみよう。

人間が健康を維持する限度は1年1ミリで、かならず病気になるのが1年100ミリです。1キログラム100ベクレルの食品を1日で食べると1ミリシーベルトの被曝を受けますから、1年100ミリになるのは1万ベクレルの食品を食べることを意味しています。
 つまり、80億ベクレルというのは毎日、必ず病気になる1年100ミリなる食事を80万日食べることを意味しています。
 人間の一生は3万日ですから、福島から漏れた放射性物質が瓦礫などによって日本中に飛散した場合、そのうち食材や空間線量として私たちを襲ってきますが、それは耐えられる量ではないのです

 わたしのような素人を説得するにはわかりやすい説明だと思える。



飲料水の除染

 さて、一旦外部に拡散された放射性物質がわたしたちが住んでいる、琵琶湖などの水源池に降り注ぎ汚染し、それを生活水として使い続けるにはどうすれば良いの考えてみる(下図に福井原発事故による放射能汚染による滋賀県のシミュレーション図を掲載する。
 また、参考として下表に、飲料水中の放射性物質許容基準値を掲載する。




我が国の浄水方法

 表流水を水道原水とする場合、急速濾過(下図)が一般的(平成20 年度浄水量ベースで約97%)である。異臭味や消毒副生成物対策として高度浄水処理が導入されているが、この場合でも、その浄水効率の高さと経済性から、オゾン・活性炭処理を急速濾過システムに付加する方式が都市部を中心に適用される状況にある。

 

 こうした現状を踏まえ、厚生労働省は、平成23年3月19日付け健水発0319 第1号厚生労働省健康局水道課長通知「福島第一・第二原子力発電所の事故に伴う水道の対応について」により、放射性物質の浄水処理に関する知見は少ないものの、活性炭処理による除去効果を示す知見もあることから、指標等に近い値が検出された水道事業者等に粉末活性炭等による処理の実施を検討するよう要請した。
 また、厚生労働省は、平成23年3月23日付け厚生労働省健康局水道課事務連絡「放射性物質の拡散による降雨後の表流水取水の抑制・停止等の対応について」により、水道事業者等に対して、降雨後の表流水の取水の抑制・停止等による水道水中の放射性物質の濃度を低減させる方策の検討を要請した。具体的には、水道水の供給に支障のない範囲で、降雨後の取水量の抑制・停止(高濃度原水の忌避)や浄水場の覆蓋(降下物の混入防止)、粉末活性炭の投入(放射性物質の除去)等の対応を提示した。
 厚生労働省は、4月19日時点における、水道事業者等による水道水中の放射性物質の低減対策の実施状況を調査した。重点区域内の厚生労働大臣認可水道事業者等164 事業者中のうち、水道用水供給事業者から受水している水道事業者や地下水を水源とする水道事業者を除く 69 事業者の取組について表1−12 に示す。

 降雨後の取水量の抑制等を実施している水道事業者等は25 事業者であり、具体的には、浄水池の有効容量を活用し、貯水されている分量に応じて取水を停止する方法や、表流水の取水量を減少させ、井戸水の取水量を増加する方法、表流水の取水を停止し、ダム貯留水のみを取水し、ダム滞留時間分の放射能崩壊に期待する方法等を実施していた。
 その他の対策としては、降雨後、モニタリング値が超過した場合は、予備水源を活用することや、活性炭による吸着効果のみならず、凝集沈殿処理を強化し、浄水効率の向上を図ること等が講じられていたという結果になっている。


【筑西市 成田浄水場 着水井 覆蓋】【高崎市 岩崎浄水場 ろ過池、覆蓋】
【守谷市 守谷浄水場 沈殿池 覆蓋】【三芳水道企業団 山本浄水場 覆蓋】


放射性物質の浄水処理性について

 国立保険医療科学院 生活環境研究部水管理研究部分野の調査結果を踏まえると、ヨウ素、セシウムの放射生物質を除去する方法として、超純水製造装置で使われる、逆浸透膜方式以外の凝集沈殿、砂ろ過、精密ろ過、限外ろ過、活性炭、ゼオライト、イオン交換の方法では除外率70%以上を満足させることはできないという(下図参照)。




放射性物質の挙動概念図




(1)放射性ヨウ素の低減方策

 水道原水中の放射性ヨウ素の大部分は、粒子状ヨウ素、ヨードメタン(ヨウ化メチル)を含む有機態ヨウ素、次亜ヨウ素酸又はヨウ化物イオンの形で存在すると考えられる。水中では、次亜ヨウ素酸は極めて微量で、有機物等との反応も速いため、ほとんど存在せず、粒子状ヨウ素、有機態ヨウ素又はヨウ化物イオンの形で存在すると考えられる。
 浄水処理工程においては、粒子状ヨウ素は、凝集沈殿及び砂濾過等によりある程度の除去が期待できるが、有機態ヨウ素又はヨウ化物イオンの比率が高い場合には、通常の凝集沈殿処理では除去は困難であると考えられる。
 有機態ヨウ素及びヨウ化物イオンが酸化されて生成する次亜ヨウ素酸は、一般的な異臭味対策等として浄水処理工程の早い段階で注入される粉末活性炭により若干の低減が期待される。チェルノブイリ原子力発電所事故に関連して行われた調査等において一定の結果が示されている。
 ヨウ化物イオンの形で存在する放射性ヨウ素については、低減が難しいと考えられるが、低濃度かつ短時間の塩素処理に加え、粉末活性炭を接触させるとヨウ化物イオンの除去率が向上する。例えば、注入率0.5 mg/L の塩素処理(接触時間10 分)の後、25 mg/L(乾重量)の粉末活性炭注入(接触時間30 分)及びその濾過をすることにより、30%から50%程度の除去が可能である場合があった。
 東京都水道局の実験においても、ヨウ化物イオン及びヨウ素酸イオンは粉末活性炭によりほとんど除去できないが、ヨウ化物イオンに対して粉末活性炭及び前弱塩素(注入率0.5〜1.0 mg/L)処理を併用した場合、粉末活性炭注入率15 mg/L で30%程度、30 mg/Lで50%程度が除去され、実際の水道原水に放射性ヨウ素を含んだ雨水を混合して行った結果においても、ほぼ同様の結果が得られている。
 このため、水道原水中の放射性物質濃度が上昇したと考えられる場合には、弱前塩素処理に加え、活性炭処理を併用することにより、放射性ヨウ素をある程度低減することが期待できる。しかし、水道水中の放射性ヨウ素について4月以降不検出又は微量が検出されている今日の状態であれば活性炭の注入は不要であり、また、活性炭の供給量も全国的に限られていることから、東電福島第一原発から大気中へ大量の放射性物質が再度放出された場合にのみ活性炭の注入を検討すべきである。
 浄水処理工程において水道水の衛生確保のため給水栓の残留塩素を0.1 mg/L 以上保持するように最終的に添加される塩素の影響もあり、各家庭等に供給される水道水中には、放射性ヨウ素の大部分がヨウ素酸イオン(陰イオン)の形で存在すると考えられる。
 このため、活性炭や精密濾過膜を用いた家庭用浄水器では、水道水中に溶解する陰イオンの除去は困難なことから、水道水中の放射性ヨウ素の低減は困難であると考えられる。


(2)放射性セシウムの低減方策

 東電福島第一原発の事故では、放射性セシウムとして、セシウム−134(134Cs)及びセシウム−137(137Cs)がほぼ1対1の割合で存在し、環境中でも同様の比率で検出されている。放射性セシウムは、東電福島第一原発からの放出された後は、粒子又は気体で存在するが、地面表層に降下したものが土壌及び粒子等に吸着した状態で存在するとともに、水面に降下したものが環境水中で粒子又はセシウムイオン(陽イオン)として存在すると考えられる。
 チェルノブイリ原子力発電所事故においても、放射性セシウムの大部分は地面表層の土壌等に吸着されており、一般的には水に溶出しにくいと考えられる。このため、降雨により流出する場合においても、主に濁質成分に付着して流出するものと考えられる。
 限られた知見ではあるが、低濃度の放射性セシウムが流入した実際の水道施設における浄水処理工程を対象とした調査において、凝集沈殿、砂濾過及び粉末活性炭により、濁質とともに放射性セシウムが概ね除去されていた。また、現状ではほとんどの浄水で、放射性セシウムは検出されていない。これらの結果から、放射性セシウムは水中で粒子に吸着した状態で濁質と同様の挙動をとりやすく、濁質の除去により高い除去率が期待できるものと考えられる。このため、放射性セシウムについては、原則的に原水の濁度が高濃度になる場合の濁度管理に留意すれば制御し得るものと推察される。
 これらの他に、業務用等の放射性物質の除去技術として、ゼオライトやイオン交換、ナノ濾過膜、逆浸透膜がある。ゼオライトやイオン交換は、その特性により、ゼオライトは陽イオン、陽イオン交換樹脂は陽イオン、陰イオン交換樹脂は陰イオンの除去に有効である場合がある。ナノ濾過膜や逆浸透膜は、膜の性質にも依存するが、概ね水以外 の分子等の成分の分離に優れている。特に海水淡水化において用いられる逆浸透膜は、塩分の分離が可能であり、分子の大きさから放射性物質の分離にも適用が可能である可能性がある。
 しかしながら、いずれも費用や設備、効率の観点(特に、ナノ濾過及び逆浸透膜の場合は電力が多く消費される)から、通常の浄水処理には適用しにくい面があり、放射性物質を高濃度に含む排水や特定の目的の浄水器等、特殊な条件下で適用される技術と考えられる。また、イオン交換については、水道水等においては他のイオンが大量に共存する中で、放射性物質の存在量は相対的に極めて微量であること及びイオン交換樹脂の交換容量が限られていることから、放射性物質の除去の効率は下がる可能性があることや、ゼオライト、イオン交換樹脂及び濾過膜については、それらの再生に多くの薬品等が必要となること等も考慮すべきであると指摘されている。

 とはいえ、既存の浄水状には非常用として逆浸透膜装置は増設しておくことは、医療などの最低限の用水確保という側面から検討に値する課題だと思われる。
 今回、湖底に堆積した放射性物質の除外、また、浄水場で除外された放射性物質含有土砂及廃水などの処理方法の考察はできなかった(例えば、既存公共下水道の終末処理場で汚泥焼却し、高精密バグフィルタとスクラバで処理し回収するどの方法が考えられる)。




参考文献

1.「飲み水は安心 浄水場で除去可能」、2011.3.15 産経ニュース
2.【放射性物質】は除去可能!水道水は安全です!2011.3.16 イーテック
3.飲料水の放射能除去方法について、2011.3.22 2011東日本大震災対策ブログ
4.
放射能汚染を除去できる浄水器とは?(東レの実証実験結果)、2012.1.2 本当の放射能 ホットスポット|汚染マップ,地図,放射線
5.東レ、RO膜で放射性物質除去−評価試験で確認、2011.10.14 日刊工業新聞
6.
FAQs: Japan nuclear concerns September 2011、WHO 7.ECOA 放射性物質除去能力について 2011.3.31 寺岡精工

ECOA 水道水のろ過して純水を造水する装置

8.放射性物質を含む水道水の飲用以外の利用に関するリスクについて、2012.3.19 厚生労働省健康局水道課長
9.「除染費用1兆円を被災者に渡しては」と江崎玲於奈氏提言、2012.1.7 excite.ニュース
.10.放射性物質はどのぐらい放出された?、2011.10..27 natureasia.com
11.ヨウ素131 とセシウム137 の大気放出量に関する試算、緊急災害対策本部、首相官邸内閣府 2011.5.9
12.文部科学省 緊急時迅速放射能影響予測ネットワークシステム(SPEEDI)を活用した試算結果


関連項目及びリンク


1.福島市除染マニュアル(第1版)
2.
水道水における放射性物質対策 中間まとめ、水道水における放射性物質対策検討会 2011.10
3.滋賀県が原発事故放射能汚染をシミュレーション、バイバイ原発・京都 2011.11.25
4.何回でも呼びかけます、武田邦彦「2011年の原発の記録2」 2011.8.15
5. 福島第一原発に存在するプルトニウムの量を推定する、elm200 のノマドで行こう! 2011.03.27
6.東京電力福島第一原子力発電所事故に関する日本学術会議から海外アカデミーへの現状報告、日本学術会議 東日本大震災対策委員会 2011.5.2
7.原子力安全に関する IAEA閣僚会議に対する日本国政府の報告書、原子力災害対策本部 2011.6





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