JP2012237658A

JP2012237658A - 汚染土壌の浄化方法

Info

Publication number: JP2012237658A
Application number: JP2011106968A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takano; 博幸高野; Takashi Kamiya; 隆神谷; Katsumi Aono; 克己青野
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-12-06

Abstract

【課題】汚染土壌を効率良く浄化する方法の提供。
【解決手段】放射性物質汚染土壌を、洗浄槽にて、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄及びポリ硫酸鉄から選ばれる鉄塩、並びにアンモニウム塩、カリウム塩から選ばれる薬剤水溶液又は水で洗浄し、放射性物質を抽出して浄化する方法であって、土壌と薬剤水溶液又は水とを、１：１．８〜１：４の質量割合で混合攪拌し、静置して土壌を沈降させた後、洗浄槽底部又は底側部より排水することを特徴とする放射性物質汚染土壌の浄化方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、汚染土壌を効率良く浄化する方法に関する。

平成２３年３月１１日、東北太平洋沖地震に伴い、東京電力福島第一原子力発電所において事故が発生し、周辺環境中に放射性物質が放出された。
周辺の農産物等からも放射性物質が検出されたことから、食品衛生法に基づく飲食物に関する暫定規制値が定められた。すなわち、暫定規制値として、飲料水及び牛乳・乳製品については、放射性ヨウ素３００Bq/Kg、放射性セシウム２００Bq/Kg；野菜類については、放射性ヨウ素２０００Bq/Kg、放射性セシウム５００Bq/Kg；穀類については、放射性セシウム５００Bq/Kg、などが定められ、これらの規制値を上回る食品について、食用に供されることがないよう、販売その他についての措置がなされた。

一方、放射性物質で汚染された土壌で農作物を栽培した場合には、作物への放射性物質の移行が懸念される。例えば、水田土壌から玄米への放射性セシウムの移行の指標は０．１とされ、この指標を前提とした場合、玄米中の放射性セシウム濃度が、上記食品衛生法上の暫定基準値（５００Bq/Kg）以下となる土壌中の放射性セシウム濃度の上限値は、５０００Bq/Kgとなる。
このため、放射性物質で汚染された土壌の浄化対策が必要となり、効率の良い浄化方法が求められている。

従来、放射性物質で汚染された土壌の浄化方法として、例えば、有害物で汚染された土壌の中にパイプを埋入して、高温過熱水蒸気を噴射し、該土壌中の汚染物質を加熱分解又は揮発させることにより、除去する方法（特許文献１）が知られている。しかしながら、当該方法は、主に、有機溶剤等の揮発性物質を対象としたものであり、放射性物質については、具体的に示されていない。
また、特許文献２には、放射性廃棄物を超臨界二酸化炭素に接触させ、放射性廃棄物に含まれる放射性元素を超臨界二酸化炭素に移行させて放射性元素含有超臨界二酸化炭素を生成させ、これを水と接触させて放射性元素を水に移行させる放射性廃棄物の処理方法が記載されている。しかしながら、この方法では、膨大な設備が必要となり、実用的なものではない。

特開２００４−２４３１９５号公報特開２００５−２８３４１５号公報

従って、本発明の目的は、放射性物質で汚染された土壌を効率良く浄化する方法を提供することにある。

本発明者らは、斯かる実情に鑑み、種々検討した結果、洗浄槽にて、土壌と洗浄水を特定の割合で混合攪拌して洗浄した後、洗浄槽下部より排水すれば、洗浄水を効率良く排水することができ、放射性物質汚染土壌を、効率良く浄化できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、放射性物質汚染土壌を、洗浄槽にて、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄及びポリ硫酸鉄等の鉄塩、並びにアンモニウム塩、カリウム塩から選ばれる薬剤水溶液又は水で洗浄し、放射性物質を抽出して浄化する方法であって、土壌と薬剤水溶液又は水とを、１：１．８〜１：４の質量割合で混合攪拌し、静置して土壌を沈降させた後、洗浄槽底部又は底側部より排水することを特徴とする放射性物質汚染土壌の浄化方法を提供するものである。

本発明によれば、放射性物質含有土壌を、効率良く浄化することができる。特に、畑地土壌など、粘土含有量が２５質量％以下の土壌の浄化に好適である。また、洗浄水を効率良く排水することができるものである。

本発明で用いる洗浄槽の一例を示す図である。

本発明で浄化対象となる汚染土壌としては、市街地、山林、工業跡地、農用地（畑、水田）、沼地、排土等で、放射性物質を含有する土壌が挙げられる。
放射性物質としては、ヨウ素１３１、放射性セシウム（セシウム１３４、１３７）、ストロンチウム９０、ウラン、プルトニウム等が挙げられる。

また、浄化対象となる土壌は、粘土含有量が２５質量％以下の土壌が好ましい。粘土とは、土壌構成成分のうち、国際土壌学会法による粒径０．００２mm未満の無機質粒子をいう。
土性としては、国際土壌学会法による分類で、砂土（S）、壌質砂土（LS）、砂壌土（SL）、壌土（L）、シルト質壌土（SiL）、砂質埴壌土（SCL）、埴壌土（CL）、シルト質埴壌土（SiCL）であり、砂、シルトが７５質量％以上含まれる土壌が好ましい。砂とは、土壌構成成分の無機質粒子で、国際土壌学会法による粒径が２〜０．２mmの粗砂、０．２〜０．０２mmの細砂をいい、シルトとは、同じく０．０２〜０．００２mmの粒径のものをいう。
このような土壌は、洗浄後の静置により土壌粒子が分級し、得られる砂濾過層に十分な厚みが得られるので、本発明の浄化方法に好適である。また、このような土壌は、主に畑地に分布し、そのまま本発明の浄化方法により浄化することができる。

また、本発明においては、粘土含有量が２５質量％を超える土壌も浄化することができる。粘土含有量が２５質量％を超える土壌の土性としては、国際土壌学会法による分類で、砂質埴土（SC）、軽埴土（LiC）、シルト質埴土（SiC）、重埴土（HC）であり、砂、シルトの含有量が７５質量％以下の土壌である。
このような土壌は、主に水田に分布するが、洗浄後の静置により土壌粒子が分級し、得られる砂濾過層に十分な厚みが得られないため、砂、シルト含有量が７５質量％以上（粘土含有量が２５質量％以下）になるよう、砂、シルトを添加することにより、本発明の浄化方法を適用することができる。
添加する砂、シルトは、粒径が０．００２〜２mmの無機質粒子であれば何れでも良く、川砂、海砂、火山砂、ケイ砂等、岩石の粉砕物の粒径調整物等を用いることができる。

土壌は、まず、浄化を目的とする土壌厚、通常作土厚２０〜３０cm程度を、ロータリー等を装着したトラクターにより数回耕耘する。このとき、低速で数回耕耘を繰り返すのが、土塊をできるだけ解砕することができるので好ましい。
次に、ホイールローダーや、同様の機構を有するブルトーザー、油圧ショベル等を用い、解砕された土壌を掻き寄せる。掻き寄せた土壌は、ホイールローダー等でダンプカーに積み込み、洗浄施設付近に運搬する。土壌の運搬は、ホイールローダーのほか、ベルトコンベア等を用いて行うこともできる。

運搬された土壌は、分級機により、５mm程度に分級し、粒径５mm以下の土壌を洗浄するのが好ましい。５mmを超えるものは、更に異物等を取り除いた後、解砕し、再度分級して洗浄するのが好ましい。分級機としては、トロンメル式分級機、振動ふるい等を用いることができる。

このようにして分級された土壌は、油圧ショベル、ホイールローダー、ベルトコンベア等を用いて洗浄槽に投入し、薬剤水溶液、水で洗浄する。

洗浄槽としては、円筒形、直方形等、何れの形状でも良いが、底部に２０〜６０度の角度で傾斜があり、コーン構造であるのが好ましい。さらに、底部には、土壌と洗浄薬液を混合するための圧縮空気を送気する孔（曝気口）、及び排水のための孔（排水口）が設置される。これらの孔の大きさは、洗浄槽の大きさ、浄化する土壌の粒径等により異なり、特に制限されないが、通常、直径２〜５cm程度が適当である。
このような洗浄槽としては、例えば、図１に示すものを用いることができる。

本発明で用いる薬剤は、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄、ポリ硫酸鉄等の鉄塩、並びにアンモニウム塩、カリウム塩から選ばれるものである。鉄塩としては、特に、塩化第二鉄が好ましい。アンモニウム塩としては、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム等が挙げられる。カリウム塩としては、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウム等が挙げられる。本発明においては、これらを２種以上併用しても良い。

薬剤水溶液の濃度は、鉄塩の場合、５ｍＭ〜１Ｍ、特に１０ｍＭ〜０．１Ｍであるのが、コストの低減、水洗回数の低減、洗浄廃液処理の負荷低減の点で好ましい。また、アンモニウム塩、カリウム塩の場合は、０．１〜４Ｍ、特に０．５Ｍ〜２Ｍであるのが、コストの低減、水洗回数の低減、洗浄廃液処理の負荷低減の点で好ましい。

本発明においては、薬剤水溶液又は水に、塩化セシウム（放射性ではないもの）を添加することにより、放射性物質の抽出効果を高めることが可能である。薬剤水溶液又は水中の塩化セシウム濃度は５〜５０ｍＭ、特に１０〜３０ｍＭが好ましい。
また、薬剤水溶液又は水に、グリセリン又はエチレングリコールモノエチルエーテル（ＥＧＭＥ）を添加することにより、放射性物質の抽出効果をより高めることが可能である。薬剤水溶液又は水中のグリセリン又はエチレングリコールモノエチルエーテル（ＥＧＭＥ）濃度は、０．１〜４Ｍ、特に０．５〜２Ｍであるのが、コストの低減、水洗回数の低減、洗浄廃液処理の負荷低減の点で好ましい。ここで、グリセリン及びＥＧＭＥを組みあわせて用いることもできる。

背景技術で記載したように、放射性セシウムについて、農用地土壌の放射性物質濃度の基準値が設けられている。放射性セシウムは土壌中で１価の陽イオンとして、カリウムなどと同様に挙動する。すなわち、１価の陽イオンである放射性セシウムは、表面が負に帯電している土壌粒子と静電的に吸着される。また、スメクタイト、バーミキュライトなど２：１型層状ケイ酸塩と呼ばれる粘土鉱物の層間の負電荷がある場所は、セシウムイオン、アンモニウムイオン、カリウムイオンを閉じ込めるのにちょうど良い大きさを持つことから、より強く吸着されると言われている。
本発明では、放射性セシウムイオンと同様な挙動を示すアンモニウムイオン、カリウムイオンを用いることによって、土壌粒子に固定された放射性セシウムを抽出できることを見出した。土壌中に含まれる放射性物質濃度は、セシウム１３７の放射能量が５０００Bq/kgの場合、物質濃度としては１〜２pg/kgと極めて微量である。同様な挙動を示すアンモニウムイオン、カリウムイオンを放射性物質に対して高い濃度で添加することで、土壌に吸着したセシウム１３７が置換され、土壌中のセシウム１３７濃度の低減が可能となる。
グリセリンやエチレングリコールモノエチルエーテル（ＥＧＭＥ）は、上述の粘土鉱物の層間に侵入することで、抽出薬剤の効果を高めることができる。

洗浄には、土壌と薬剤水溶液又は水とを、１：１．８〜１：４、特に１：２〜１：３の質量割合で混合攪拌するのが、放射性物質の抽出効率が高まるとともに、洗浄槽内で土壌粒子が分級して砂濾過層が形成されやすく、排水効率を向上させることができるので好ましい。

本発明において、薬剤水溶液で洗浄するとは、土壌と水溶液を直接混合する以外に、土壌に薬剤と水を別々に加えて混合して洗浄する方法、水を含む土壌に薬剤を混合して洗浄する方法も含まれる。水溶液の濃度や使用量が、前記の範囲内になるように用いれば良い。

洗浄は、攪拌装置を用いて、土壌と薬剤が十分混合されるまで攪拌して行うのが好ましい。抽出時間は１時間以上確保するのが好ましく、この間攪拌を継続するか、あるいは十分混合させた後、静置し、１時間後に更に攪拌しても良い。攪拌は、油圧ショベルのアタッチメントにローター攪拌機を装着したスタビライザーを用いることができ、圧縮空気による攪拌、スラリーの圧縮循環による攪拌等により行うこともできる。
圧縮空気は、ルーツブロアー、コンプレッサー等により発生し、土壌と薬液スラリー容量あたり、同量〜５質量倍／時間の量を送気することができる。また、スラリーの圧縮循環による攪拌は、モノーポンプ、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプ、水中ポンプ等により、土壌と薬液スラリー容量あたり、０．５〜２質量倍／時間の量を循環することができる。これらの攪拌は、それぞれ単独で行っても良いが、それぞれ組み合わせて行うのが、高い攪拌効率が得られ好ましい。

攪拌終了後、静置し、洗浄槽内で、自然沈降により固液分離させる。洗浄スラリーの分級効果により、砂礫から沈降することから、砂濾過層が形成され、砂濾過の原理により、洗浄槽底部又は底側部に設置された排水口から排水される。排水は、重力による自然排水、吸引ポンプ等を用いた強制排水などのいずれでも良い。排水口の大きさは、特に限定されないが、洗浄槽底部開口部は砂礫が通過しないよう、１mm以下の網目で覆われることが好ましい。
また、固液分離により得られた上澄み水は、排水ポンプ等により、上部より排水しても良い。

脱水後の土壌には、溶出した放射性物質及び洗浄薬剤が残留するため、水で希釈洗浄する。水での希釈洗浄は薬剤での洗浄と同様の工程で行われ、１回〜４回繰り返すのが好ましい。
また、水を１０〜２０cmの厚さで脱水土壌面に静かに導水し、撹拌することなく下部排水口から吸引脱水することで、脱水土壌中に残留する溶出放射性物質および洗浄薬剤を置換することも可能である。

一方、いずれかの方法で排出された洗浄排水は、貯槽に貯められ、排水処理装置にて、アルカリ沈殿処理することにより、固液分離機にて固液分離後、上澄み液を中和し、浮遊物をバックフィルターで取り除いた後、放水される。放流水中の放射性物質を完全に除去するために、さらに放射性物質用の吸着材を充填したろ過装置を通す方式も選定できる。沈殿物はフィルタープレス等で脱水し、放射性廃棄物として適切に処分する。

浄化処理された土壌は、バックホウ等により洗浄槽より排出し、排出された土壌は、バックホウ、ホイールローダー等でダンプカーに積み込み、元の圃場に返却する。土壌の運搬は、ホイールローダーや、ベルトコンベア等を用いて行うことができる。

また、浄化処理により、土壌は単粒化されているので、堆肥等の有機質資材を投入するとともに、微量元素を適宜補うのが好ましい。更に、洗浄処理により分級された土壌を均質化し、施用された資材の混合、整地のため、ロータリー等の作業機を装着したトラクター等により混合整地を行うのが好ましい。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

実施例１
２Ｌメスシリンダーの下部に曝気口及び排水口（内径３．５mm）を設けた実験装置に、放射性セシウム含有土壌Ａ（Ａ県畑地から採取した黒ぼく土、放射性セシウム濃度２５０００Bq/kg）６６６ｇ、薬剤水溶液１６６５ｇを加える。土壌：水溶液の質量割合は、１：２．５である。薬剤は、塩化第二鉄、塩化カリウム又は塩化アンモニウムを、表１に示す濃度で用いた。
エアーポンプで曝気口にエアーを送り込んで５分間曝気による攪拌を行う。曝気終了を沈降開始時間として、土壌スラリーと上澄み水の界面の高さ（スラリー高さ）を経時的に測定した。下部排水の場合は、沈降開始から５分後に下部から排水を開始し、完全に水が出なくなるまで下部排水を継続した。沈降開始から自然排水は２時間後、吸引排水は１時間後に上澄み水を排出する。なお、吸引排水は、排水口にホースを取り付け、トラップを介した真空ポンプで吸引し、トラップに排水を貯留した。排水された上澄み水量、下部排水量と同量の水を加え、同様にして、水洗浄を行った。
処理土壌中の放射性セシウム濃度は「緊急時における食品の放射能測定マニュアル」（平成１４年３月厚生労働省医薬局食品保険部監視安全課）に従って測定し、放射性セシウム除去率（％）を求めた。結果を表１に示す。

実施例２
実施例１において、放射性セシウム含有土壌Ｂ（Ｂ県畑地から採取した黒ぼく土、放射性セシウム濃度４５００Bq/kg）を用い、洗浄薬剤は１．０Ｍ塩化アンモニウム、又は１．０Ｍ塩化アンモニウムに２０ｍＭ塩化セシウムを添加したものを用い、同様の処理を行った。結果を表２に示す。

実施例３
実施例２において、表３に示す薬剤を用いる以外は、同様の処理を行った。結果を表３に示す。

Claims

放射性物質汚染土壌を、洗浄槽にて、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄及びポリ硫酸鉄から選ばれる鉄塩、並びにアンモニウム塩、カリウム塩から選ばれる薬剤水溶液又は水で洗浄し、放射性物質を抽出して浄化する方法であって、土壌と薬剤水溶液又は水とを、１：１．８〜１：４の質量割合で混合攪拌し、静置して土壌を沈降させた後、洗浄槽底部又は底側部より排水することを特徴とする放射性物質汚染土壌の浄化方法。
薬剤水溶液又は水に、塩化セシウムを添加する請求項１記載の浄化方法。
薬剤水溶液又は水に、グリセリン又はエチレングリコールモノエチルエーテル（ＥＧＭＥ）を添加する請求項１又は２記載の浄化方法。
汚染土壌が、放射性セシウム含有土壌である請求項１〜３のいずれか１項記載の浄化方法。
洗浄槽底部又は底側部より、吸引ポンプを用いて強制排水する請求項１〜４のいずれか１項記載の浄化方法。
土壌を沈降させた後、上澄みを上部より排水する請求項１〜５のいずれか１項記載の浄化方法。