JP2012242143A - 放射性汚染物質の除去装置及び除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体内の放射性汚染物質の除去に於いて、水や牛乳等の流体内に含まれた放射性汚染物質を簡単且つ安価に、しかも確実に除去でき、一般家庭や商店、小規模事業所等で容易に使用できるようにする。
【解決手段】 セピオライトが含まれた濾過層内を、放射性汚濁物質を含んだ流体を通過させ、前記濾過層との接触により、前記放射性汚濁物質を吸着除去する。
【選択図】 図２

Description

本発明は放射性汚染物質を含んだ流体を処理対象とする汚染物質の除去装置及び汚染物質の除去方法の改良に関するものであり、簡単な装置でもって容易に且つ高効率で流体中の放射能汚染物質を除去できるようにした放射性汚染物質の除去装置と、これを用いた放射性汚染物質の除去方法に関するものである。

従前から、核医学分野や放射化学研究施設等から排出された放射性溶液は、所定の貯留槽内に長時間貯留され、放射性同位元素の減衰を待って大量の水を加え、希釈により放射能レベルを法定レベル以下に低減させたあと、外部へ排出されている。

しかし、この方式では、放射性流体が半減期の長い放射性同位元素を含む場合には、大規模な放射性溶液（廃液）の貯留設備が必要になるうえ、大量の希釈水を消費することになり、経済性に欠けるという問題がある。

そのため、放射性廃液内の放射性物質を直接的に吸着除去するようにした吸着剤の開発が多方面で進められている。例えば、活性炭やゼオライト等の担体基材にカルシウムイオンやストロンチウムイオンを吸着させ、更に、この担体基材にカルシウムイオンやストロンチウムイオンを吸着させたあと、この担体基材に炭酸イオン含有溶液を含浸させることにより、炭酸カルシウムや炭酸ストロンチウム等の炭酸塩を吸蔵した固体物質を生成させ、当該固体物質を吸着剤としてこれに廃液中の放射性物質を吸着させるようにした技術が公開されている（特開２００２−２６７７９６）。

しかし、特開２００２−２６７７９６号の技術は、吸着剤の生成に手数がかかるうえ、処理すべき放射性廃液をＰＨ９程度のアルカリ性に予備調達する必要があり、放射性廃液の処理に高度な処理技術を要するという問題がある。

一方、上記特開２００２−２６７７９６号に於ける問題を避けるため、水をゼオライト粒子及び磁性粒子を含有する造粒物粒子に接触させ、水中の有害物質を造粒物粒子に吸着させたあと、水中の有害成分を吸着した造粒物粒子を水から磁気分離するようにした技術が開発されている（特開２００５−１７７７０９号）。

当該技術は、ゼオライト粒子と磁性粒子との混合物から造粒操作によって造粒物粒子を比較的容易に生成できるため、吸着剤の経済性の点で優れている。
また、ゼオライトの結晶孔径がセシウム原子等の直径に近いため、セシウム等の放射性物質の吸着性に優れている。

しかし、水に溶け易く、体内へ入ると骨に濃縮されるストロンチウム９０のような放射性物質は、当該吸着剤では容易に除去できないという難点がある。
また、この特開２００５−１７７７０９号の技術は、放射性廃液内へ吸着剤である造粒物粒子を撹拌混合すると共に、撹拌混合中に放射性物質等を吸着した造粒物粒子を磁気力を用いて収集してこれを廃液中から分離回収するようにしているため、吸着剤の撹拌混合操作に大量のエネルギーを消費するうえ、汚染物質を吸着した造粒物粒子（吸着剤）の処理に手数が掛かるという問題がある。
その結果、家庭や一般事業所等で用いる放射能汚染物質の除去装置には、適用し難いという難点がある。

特開２００２−２６７７９６号公報 特開２００５−１７７７０９号公報

本発明は、従前の放射性汚染物質を含んだ液体の汚染物質の除去装置や除去方法に於ける上述の如き問題、即ち、イ特開２００２−２６７７９６号等の吸着剤にあっては、ゼオライト等を担体基材にするものの吸着剤の生成に手数が掛かるうえ、被処理放射性廃液を強度なアルカリ性に予備調整する必要があり、処理費用の高騰が避けられないこと、及び、ロ特開２００５−１７７７０９号等の吸着剤にあっては、その形成にゼオライト粒子以外に磁性粒子を必要とするうえ、処理に際しては吸着剤の撹拌混合が必要なために消費エネルギーが増加すること、ストロンチウム９０のような水に溶け易い汚染物質の除去が困難なこと、及び、汚染物質を吸着した後の吸着剤の処理に手数がかかること等の問題を解決せんとするものであり、簡単な構成の除去処理装置でもって安価にしかも確実に、液体内の放射性汚染物質を除去できるようにした放射性汚染物質の除去装置及び除去方法を提供するものである。

本願発明者等は永年に亘って水の浄化技術の開発に携わり、液体内の放射性汚染物質、例えば放射性ヨウ素や放射性セシウム、放射性ストロンチウム等のα線やγ線を放出する放射性汚染物質の吸着剤について各種の実験、研究を重ねて来た。また、これ等の実験、研究を通して、本願発明者は、イ石油や汚水の濾過剤、ホルムアルデヒドの吸着剤等として汎用されているセオピライトが、ゼオライト等に比較して放射性ヨウ素や放射性セシウム等の放射性汚染物質に対して優るとも劣ることのない吸着性能を有すること、及び、ロセピオライトを用いることにより、保形性に優れると共に３００℃〜６００℃の加熱により容易に焼結粒体を得ることができ、安価に高い吸着性能する濾過剤を製造できることを知得した。

本願発明は、本願発明者の上記知見を基にして開発されたものであり、請求項１の発明は、セピオライトが含まれた濾過層内を放射性汚濁物質を含んだ流体を通過させ、前記濾過層との接触により放射性汚濁物質を吸着除去することを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、流体を水、牛乳、清涼飲料水等の液体又は空気としたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、濾過層をセピオライトと活性炭との混合物としたものである。

請求項４の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明に於いて、放射性汚染物質を放射性ヨウ素、放射性セシウム、放射性プルトニウム、放射性ストロンチウムの無機物としたものである。

請求項５の発明は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の発明に於いて、濾過層内若しくは濾過層の上流又は下流側で、磁性放射性汚染物質を磁気力により分離除去するようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の発明に於いて、濾過層を同心円状の内外二つの円筒体と濾過剤とで構成され、前記流体が外側の円筒体の側面から半径方向に濾過剤内へ流入するようにしたものである。

請求項７の発明は、放射性汚染物質の除去装置を、内部下方に濾過層の下部支持板を、また、内部上方に濾過層の上部支持板を備え、前記下部支持板の下方空間を処理済水の導出通路とすると共に、流体入口、流体出口及び開閉自在なタンク上蓋を備えたタンク本体と,タンク本体内に並列状に着脱自在に立設した複数本の濾過層とから形成し、且つ前記濾過層を、同芯状に配置した外側筒体と内側筒体と両筒体間に充填したセピオライト及び活性炭から成る濾過材とから形成したことを発明の基本構成とするものである。

請求項８の発明は、請求項７の発明に於いて、タンク本体の流体入口の上流側又は流体出口の下流側の何れか一方又は両方に、磁石により流体内の磁性放射性汚染物質を吸着除去する磁気分離装置を配設するようにしたものである。

本発明では、セピオライトが含まれた濾過層内へ液体を流通させ、セピオライトの結晶格子間の隙間に流体内の放射性汚染物質を吸着するようにしているため、セシウムやストロンチウムのような放射性汚染物質を効率よく吸着除去することができる。
また、濾過剤の主成分を構成するセピオライトは固結や焼結が容易で加工性に優れ、しかも比較的安価に入手できるため放射性汚染物質の除去処理をより経済的に行うことが出来る。

また、本発明に係る放射性汚染物質の除去装置は、濾過層を縦向きにタンク本体内へ着脱自在に配設して被処理流体を濾過層の縦軸線に対して垂直方向に流通させ、処理済み水を濾過層の内部に設けた処理済水の導出通路を通して下方へ流出させる構成としているため、濾過層の装着、装脱を簡単に行うことができ、一般家庭等に於いても容易に使用することが出来る。

更に、濾過層を同芯状に配置した内・外二重の円筒体と、両筒体の間隙内へ充填した濾過剤とから形成すると共に、内側筒体の内方を処理済流体Ｃの導出通路としているため、濾過材が両筒体内に確実に保持されることとなり、放射性汚染物質を吸着した濾過層を安全に回収し、処理することが出来る。

本願方法発明による流体の処理各銃図である。 本願発明に於いて使用する濾過層の縦断面図である。 本願発明に係る放射性汚染物質、除去装置の横断面概要図である。 図３のＡ−Ａ視断面概要図である。 本願装置発明の一実施形態に係る家庭用の流体内の放射性汚染物質除去装置の縦断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本願方法発明による流体の処理各銃図であり、放射性汚染物質を含んだ流体Ａは、先ず磁石２を備えた磁気分離装置１で処理され、流体Ａ内の磁性の放射性汚染物質が除去される。

磁性の放射性汚染物質が除かれた一次処理流体Ｂは、引き続き吸着濾過装置３内へ導入され、ここで流体Ｂ内に残存する放射性汚染物質が濾過層４を通過する間に吸着除去される。また、濾過層４により処理された処理流水Ｃは外部へ放出されて行く。

尚、図１の実施形態に於いては、磁気分離装置１を吸着濾過装置３の上流側に設置しているが、これを吸着濾過装置３の下流側に置いてもよく、或いは上流側と下流側の両方に設けることも可能である。
また、被処理流体Ａは、水、牛乳、清涼飲料等の各種液体や空気、ガス等が該当する。更に、流体内に含まれる放射性汚染物質としては、ヨウ素、セシウム、プルトニウム、ストロンチウム等の各種の放射性物質が該当する。

図２は、本願発明で使用する濾過層４の縦断面図を示すものである。
当該濾過層４は、円筒状の外側筒体５と、これと同芯状に配置した内側筒体６と、両筒体５、６の間隙内へ充填した濾過材７及び上・下の密封板８，９等から形成されており、内側筒体６の内部の空間部は処理済水Ｃの導出通路１０となっている。

上記外側筒体５及び内側筒体６は、ポリプロピレン樹脂材（ＰＰ樹脂材）、ポリエチレン樹脂材（ＰＥ樹脂材）又はポリエチレンテレフタレート樹脂材（ＰＥＴ樹脂材）により通水性を有する円筒状に形成されている。

具体的には、ポリプロピレン繊維製、ポリエチレン繊維製又はポリエチレンテレフタレート繊維製の不織布又は織布により多孔性を有する円筒状に形成されている。また、両筒体５、６の通水孔径は、両筒体５、６の間隙に充填された粒状、粉状又は繊維状のろ過材７の流出を防止すると共に、流体Ｂを通過せしめて流体中の比較的粒径の大きな無機物や有機物等を通過させずに除去できる程度に設定されている。この実施形態に於いては、両筒体５、６の厚みは、両筒体が円筒形状を保つことができる機械的強度を有するように設定されている。

尚、本実施形態では両筒体５、６自体にもフィルタ機能を保持させる構成としているが、両筒体５、６を合成樹脂材により形成し、その側壁部に多数の通水用小孔を穿設したものとしてもよい。但し、その場合には、両筒体５、６間へ充填する濾過材７の粒径を前記通水用小孔の口径よりも大きくし、その流出を防止する必要があることは勿論である。

前記上・下両密封板８、９は充填された濾過材７の保持空間を形成するものであり、合成樹脂板により形成されている。

内・外筒体５、６の間隙内へ充填する濾過材７は、セピオライトからなる粒状体、粉状体又は繊維体であり、本実施形態に於いてはセピオライトの粉状体を乾燥固形させたあと、これを焼結することにより形成した焼結粒体が使用されている。
また、焼結粒体の粒径は、内・外筒体５、６の通水用小孔の口径に応じて適宜に選定され、当該通水用小孔の口径よりも大径に形成されていることは勿論である。

尚、図２の実施形態に於いては、両筒体５、６にフィルタ機能を持たせるためにその通水用小孔の口径を５〜１５μｍとし、粉体又は粒体状のセピオライトを充填すると共に、併せて活性炭の粒体を混合充填するようにしているが、両筒体５、６自体にフィルタ機能を保持させない場合には、通水用小孔の口径を０．５〜０．６ｍｍφとし、且つ濾過材７として充填するセピオライト及び又は活性炭の粒径を０．８〜１．２ｍｍφ位いとしたり、繊維状に成形加工したセピオライトを使用することも可能である。

前記図の実施形態においては、セオピライトの粒体と活性炭の粒体とを両筒体５，６の間へ混合状態で充填するようにしているが、図２中に点線で示したように両筒体５，６の間に中間筒体１９を配置し、中間筒体１９の外側にセオピライト粒体を、また、中間筒体１９の内側に活性炭の粒体を分離充填するようにしても良い。

本発明で濾過材７として使用するセピオライトは、所謂格子間に規則的な隙間（細孔）を有し、その大きさが５．６〜１１Ａ程度となっている。また長さ５〜１０μｍ、外径０．１〜０．２μｍ程度に成長した繊維状の結晶は繊維内に細長い空孔を有している。そのため、高い吸着性能を発揮することができ、ガスや液体内の放射性汚染物質を効率よく吸着除去することが出来る。

図３は、本発明に係る液体内の放射性汚染物質の除去装置の横断面図、図４はその縦断面図を示すものである。
図３及び図４を参照して、当該放射性汚染物質の除去装置は、タンク本体１１とタンク本体１１の内部へ縦向きに着脱自在に配設した複数の濾過層４とから形成されており、必要に応じて、当該除去装置の上流側及び又は下流側に前述した磁気分離装置１が付設される。

前記タンク本体１１は、その内部の上方部に濾過層４の上方部を支持固定するための上部支持板１２が、また、内部の下方部に濾過層４の下方部を支持固定するための下部支持板１３、夫々所定の間隔を於いて水平に設けられており、上方より挿着された濾過層４が各支持板１２、１３に気密状に固定されることになる。

上記タンク本体１１の上方部にはタンク上蓋１４が、また側壁部には流体入口１５及び流体出口１６が夫々設けられている。更に、上記下部支持板１３の下方部空間は処理済水Ｃの出口通路１７を形成しており、各濾過層４の導出通路１０を介して流下して来た処理済流体Ｃが、出口通路１７、流体出口１６を通して外部へ流出する。

所定量の流体Ａの処理が完了すれば、使用済みの各濾過層４は、タンク本体１１の上蓋１４を開放し、且つ上部支持板１２を取り外しすることにより、上方へ引き出される。また、新たに濾過層４を挿着する場合も同様であり、下部支持板１３上に支持固定した各濾過層４の上部密封板８を上部支持板１２により気密状に押圧することにより、濾過層７の挿着が行われる。

図４に示す如く、流体入口１５からタンク本体１１内へ流入した被処理流体A(又はＢ)は、濾過層４を形成する外側筒体５の通水用小孔を通して濾過層４の縦軸と直交する方向に流動し、濾過材７内へ流入する。
また、濾過材７内を流通する間に流体内に存在する放射性汚染物質が濾過材７に吸着され、除去される。放射性汚染物質が除去された処理済水Ｃは内側筒体６の側壁面の通水用小孔を通して導出通路１０へ流出し、処理済水出口通路１７へ集められた後、流体出口１６から外部へ流出して行く。

図５は、本発明に係る流体の放射性汚染物質除去装置の他の実施形態を示すものであり、主として一般家庭等に於いて使用されるものである。

近年、原子力発電所の事故等により、飲料水や工業用水のみならず、牛乳や地下鉱泉等汚染が現実に発生している。当該除去装置は、水や牛乳等内の放射性汚染物質を除去するものであり、筒状のケース体１８内へ濾過層４を着脱自在に挿着し、流体入口１５からの水や牛乳等の流体Aを矢印方向に流通させ、濾過済流体Ｃを導出通路１０を介して流体出口１６へ排出する構成としたものである。

当該図５の実施形態に於いては、濾過層４として、外側筒体５及び内側筒体６を夫々それ自体が前述の如きフィルタ機能を有する筒状体に形成し、両筒体５、６の間隙内にセピオライトの粉粒体と活性炭の粉粒体との混合物を充填した構成の濾過層４を使用している。

尚、除去装置そのものの濾過層４を除いた部分の構成は、本願発明者の開発に係る特開２００７−２４５１２８号等と実質的に同一であるため、ここではその詳細な説明は省略する。

外側筒体５の外径約１５０ｍｍφ、内側筒体６の外径約５０ｍｍφ高さ約３００ｍｍ、濾過材４をセピオライトの粉体と活性炭の粉体との混合物（セピオライト粒体８０ Ｖｏｌ％、活性炭粉体２０ Ｖｏｌ％）とし、水道水と略同一圧力（１．３ｋｇ／ｃｍ^２）で放射性セシウムや放射性ヨウ素等の放射性汚染物が含まれると考えられる海水を処理したところ、処理済海水の放射能レベルが被処理海水の放射能レベルの約１／５〜１／１０に低減した。放射線源の種類等は定量的に明確化できていないが、ベクレル値で表示される海水の放射能レベルを大幅に低下せしめ得ることが確認された。

本発明は、家庭用や小規模事業所用のみならず、大量の放射性汚染物質を含んだ流体を排出する設備に於いても使用可能なものである。

Ａは放射性汚染物質を含んだ流体
Ｂは一次処理流体
Ｃは処理済流体
１は磁気分離装置
２は磁石
３は吸着除去装置
４は濾過層
５は外側筒体
６は内側筒体
７は濾過材
８は上部密封板
９は下部密封板
１０は処理済流体流出通路
１１はタンク本体
１２は上部支持板
１３は下部支持板
１４はタンク上蓋
１５は流体入口
１６は流体出口
１７は処理済流体出口通路
１８は筒状ケース体

Claims (8)

1. セピオライトが含まれた濾過層内を、放射性汚染物質を含んだ流体を通過させ、前記濾過層との接触により、前記放射性汚染物質を吸着除去することを特徴とする流体内の放射性汚染物質の除去方法。
2. 流体が水、牛乳、清涼飲料水等の液体又は空気であることを特徴とする請求項１に記載の流体内の放射性汚染物質の除去方法。
3. 濾過層がセピオライトと活性炭との混合物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体内の放射性汚染物質の除去方法。
4. 放射性汚濁物質が放射性ヨウ素、放射性セシウム、放射性プルトニウム、放射性ストロンチウムの無機物であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の流体内の放射性汚染物質の除去方法。
5. 濾過層内若しくは濾過層の上流又は下流側に於いて、磁性放射性汚染物質を磁気力により分離除去することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の流体内の放射性汚染物質の除去方法。
6. 濾過層が同心円状の内外二つの円筒体と濾過剤とで構成され、前記流体が外側の円筒体の側面から半径方向に濾過剤内へ流入することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の流体内の放射性汚染物質の除去方法。
7. 内部下方に濾過層の下部支持板を、また、内部上方に濾過層の上部支持板を備え、前記下部支持板の下方空間を処理済水の導出通路とすると共に、流体入口、流体出口及び開閉自在なタンク上蓋を備えたタンク本体と,タンク本体内に並列状に着脱自在に立設した複数本の濾過層とから形成され、且つ前記濾過層を、同芯状に配置した外側筒体及び内側筒体と、両筒体間に充填したセピオライト及び活性炭から成る濾過材とから構成したことを特徴とする流体内の放射性汚染物質の除去装置。
8. タンク本体の流体入口の上流側又は流体出口の下流側の何れか一方又は両方に、磁石により流体内の磁性放射性汚染物質を吸着除去する磁気分離装置を配設した請求項７に記載の流体内の放射性汚染物質の除去装置。

Images