硝酸イオンの金属腐食反応及び微生物反応による化学的変遷挙動の評価

An Estimation of the chemical evolution of nitrate due to the metal corrosion and microbiological reaction.

増田 薫*; 加藤 卓; 本田 明

Masuda, Kaoru*; Kato, Takashi; Honda, Akira

金属による還元反応モデルに微生物による脱窒反応モデルを加味し、これらのモデルを用いて実施した処分施設内及び処分施設周辺における窒素化合物の濃度の時空間的変化及び処分施設からのガス発生速度に関する評価結果を示すことを目的とした。なお評価における不確実性については、条件設定を異にする複数ケースを設定し解析することにより、評価結果に反映させた。炭素鋼等の金属腐食による硝酸塩の還元反応は腐食速度に影響を受けるが、その変遷によって生成するNO及びNH濃度はセメント系材料の機能が健全で腐食速度が一定のケースで最大となる。放射性の金属元素とアミン錯体を形成する可能性のあるアンモニア濃度の各領域におけるピーク濃度は廃棄体中心で0.9mol/kg、EDZ領域で0.003mol/kg程度と見積もられた。また、微生物反応を考慮した際の影響はNOやNHの生成量には大きく影響しなかった。発生ガスのうち水素ガスは、NOが存在する場合は著しく抑制された。これは、NOの共存により浸漬電位が上昇し、NOの還元反応が主となるためと考えられる。微生物の脱窒作用による窒素ガス発生は、炭素鋼の腐食速度の経年変化を考慮した場合、水素ガス発生に対して相対的に多くなり、系内の主な発生ガスは窒素ガスとなった。腐食速度の経年変化を考慮しない場合は、窒素ガスと水素ガスの発生速度は同程度となると見積もられた。これら一連の評価の結果、最大ガス発生速度は坑道1mあたり0.08Nm/年程度であり、地圧等の影響を考えると人工バリア中の間隙水の押し出しに影響を与えるほどの量では無いと考えられる。

Uranium and Plutonium are planed to be recovered from spent fuel by the reprocessing in Japan. PUREX method is internationally dominant among the commercial reprocessing plants. PUREX method has been also employed in Japan. The low level liquid waste from PUREX process would contain NO as forms of soluble salts, if the special process for decomposing NO were not adopted. The nitrate is possibly brought within the repository for TRU waste. The generation of H gas and the reduction of NO due to metal corrosion and the generation of N gas due to the microbiological reactions in repository for group3 waste were estimated. The uncertainty on the hydraulic conductivity of cementitious materials, corrosion rates, and microbiological reactions are reflected to the analyses through setting the multiple cases. The analysis results suggested followings. (1) The maximum concentrations of both NO and NH were given in the case where the hydraulic conductivity of cementitious material was assumed to be low ( 5.010 m/s) and the corrosion rate was constant at the initial value (0.1 um/y). (2) The maximum concentration of NH was estimated to be 0.8 mol/dm. (3) The impact of microbiological reaction (denitrifying reaction) was negligible in terms of yield of NO and NH because the proportion of denitrified NO was low. (4) The existence of NO was strongly reduced the evolution of H gas because the nitrate reduction and nitrite reduction dominate the cathodic reactions. (5) The N gas evolution rate due to the denitrifying reaction by microorganisms dominated the total gas evolution rate, if time dependent reduction of corrosion rate was employed. However, the H gas evolution rate in the case is similar to those of N gas due to the denitrifying reaction mentioned above, if time dependent reduction of corrosion rate was neglected