JP2013108758A

JP2013108758A - 放射能汚染土壌の除染方法

Info

Publication number: JP2013108758A
Application number: JP2011251669A
Authority: JP
Inventors: Natsuo Inagaki; 夏郎稲垣
Original assignee: FUKUDA KOGYO KK
Current assignee: FUKUDA KOGYO KK
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-06-06

Abstract

【課題】放射能汚染土壌を除染する。
【解決手段】放射能に汚染された土壌を高圧の処理水の衝撃力で汚染土壌の固形分に付着している放射性物質を剥がし取って処理水に溶かしこみ、処理水に混ざり合う固形分（粗粒）を洗浄して除去し処理水から洗浄して取り除かれた固形分は資材に再生し、処理水から分離し、さらに遠心力分離によって処理水から固形分（微粒）を洗浄して取り除き、処理水を上澄み液と沈殿スラリーとに分別し、沈殿処理によって生じた上澄み液中に含まれる放射性物質を吸着除去し、放射性物質が除去された上澄み液および上記一連の処理を経て集められた水分を回収し、処理液及び固形分を洗浄する洗浄水に再生し、放射性物質を含む沈殿スラリーは固化し、遮蔽容器内に密閉して廃棄管理処分に供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として放射能に汚染された土壌（以下汚染土壌という）を除染する方法に関する。

東京電力福島第１原発事故により、広範囲に降り注いだ放射能物質の除染が急がれている。東京電力福島第１原発事故は、東日本大震災の大津波によって引き起こされたことから、放射線物質は、土壌だけでなく、津波によって生じた大量の瓦礫の上にも放射性物質が降り注いだことが事故をさらに深刻なものにしている。

除染の原則は放射性物質を土壌，水，大気中に拡散させないで、可能な限り汚染場所から剥ぎ取ることである。さらにいえば「固めて取る、取って固める、剥ぎ取る」が除染の基本であると云われている。放射性物質の洗浄に高圧水を用いれば、屋根やコンクリート，アスファルトなどの表面にへばりついた放射能をはぎ取ることはできるが、高圧水の放水によって除去された放射能は水の中に溶け込み場所を変えて新たな汚染場所を作り出すだけのことであって除染したことにはならないという指摘がある。

確かに自然界の開放空間に高圧水を放出すれば、高圧水の圧力で汚染場所から放射能をはがすことができても、除去された放射能は地面や下水道を通じて川へ流れ出し、最終的に海の汚染物となって魚や海底に蓄積するだけのことである。このため、除染対策としては、汚染場所から放射性物質を含むＰＶＡ膜、アルファ澱粉，土壌，植物などの放射能汚染物は除染場所の周辺で人があまり近づかないような安全な場所に一時保管すべきであり、その後放射能汚染物は東京電力が引き取り、最終的には福島第１原発の敷地に戻されるべきであるということが主張されている（非特許文献１参照）。

現状は汚染場所から剥ぎ取られた膨大な汚染土壌は、ブルーシートをかけたまま収集箇所の近傍に保管されたままになっている。いうまでもなく、汚染場所から放射性物質を含む放射能汚染物を剥ぎ取ったから汚染場所が除染されたのではなく、剥ぎ取られた放射能汚染物を含む汚染土壌，瓦礫，汚染水を如何に除染するかの問題が重要である。除染処理としては汚染土壌，瓦礫などに付着している放射能を最終的には水中に移行させ、放射能汚染物質を含む水を浄化するのがもっとも合理的な方法であろうと思われる。処理が必要な汚染土壌は保管された土壌だけでなく、未処理のまま残されている広大な地域の汚染土壌である。

一方、汚染土壌浄化システムとしては、２０１１年１１月７日の読売新聞紙上に紹介されたとして非特許文献２に１日に１０トン程度をステップできる可搬型の装置を大型トラックに搭載した移動式の汚染土壌浄化システムが紹介されている。このシステムは、図５に示すように浄化槽３１内に汚染土壌を入れ、酸（シュウ酸）の水溶液を処理水として土壌中の放射性セシウムを処理水に溶かし出し、処理水は浄化装置３２を通して再利用し、浄化された土壌は脱水機３３にかけて取り出すというものである。

非特許文献２に記載された汚染土壌浄化システムは、汚染地域を移動しながらそれぞれの汚染地域で活用できる点で極めて画期的な試みとして期待されている。汚染土壌から放射性セシウムをシュウ酸水溶液中に溶かし出すためにシステムとして具体的にどのような技術が用いられるのかは不明である。

しかし、これがもし、図５のようなバッチ式によるのであれば、汚染土壌から放射性セシウムをシュウ酸水溶液中に溶かし出すために要する時間や処理容量の制約から１日の処理量が１０トン程度が適当であろうと思われ、これが大型トラック搭載型の除染装置の開発につながったのであろう。いずれにしても、汚染場所から剥ぎ取られた膨大な量の汚染土壌を処理するには能率的に大量処理が可能な連続式の汚染土壌浄化システムの開発が期待されている。

なお、非特許文献２に記載された汚染土壌浄化システムは放射性セシウムが第１類のアルカリ金属であり、アルカリ金属が酸にとける性質を利用したものであるが、汚染土壌から放射性セシウムをシュウ酸水溶液中に溶かし出すための化学物質は、シュウ酸のほか、「天然ゼオライト」が除染に有望であるという報告があり、ゼオライトは放射性ヨウ素を効果的に吸着する材料として期待されている。

特許第３９１８０６５号公報

放射能除染マニュアル（第２版）エントロピー学会http://entropy.ac/download/yamada.pdf#search='放射能除染マニュアル（第２版）' ＹＯＭＩＵＲＩＯＮＬＩＮＥ http://www.yomiuri.co.jp/science/news/20111107-OYT1T00909.htm

解決しようとする課題は、放射性物質に汚染された土壌（汚染土壌という）、瓦礫などに付着している放射性物質を処理水中に移行させ、その処理水を浄化するに際し、バッチ式によって汚染土壌から放射性物質を処理水中に溶かし出す方式では放射性物質を処理液中に溶かし出すまでに要する時間、処理容量に制約を受けるという点である。

本発明は、処理水に高圧水を用いて汚染土壌から放射性物質の剥離洗浄し、連続移動させながら、一連の処理を順次行いながら除染処理を行う点を主要な特徴とする。

本発明によれば、エジェクターの原理を利用したジェットポンプを用いてホッパーに受け入れた汚染土壌を搬送するため、汚染土壌は処理水として送入された強力な噴射水流の衝撃をうけ、その衝撃による洗浄力で土壌に付着する放射性物質が引き剥がされ、土壌中に含まれる大小の固形分（砂礫）の除染を有効に行うことができる。除染された固形分はそのまま埋め戻し、或いは骨材として活用でき、放射性物質を含む処理液は、上澄み液と沈殿スラリーとに分離し、上澄み液に含まれる放射性物質は、天然ゼオライトのような放射性物質吸着剤に吸着除去して処理水に再生させ、沈殿スラリーは脱水減容し、遮蔽容器に封入して廃棄管理処理することができる。

本発明を実施する処理の基本的構成を示す図である。本発明方法を実施するシステムの構成図である。洗浄剥離処理に用いるジェットポンプの構造を示す図である。処理のフローを示す図である。先行技術の１例の概略を示す図である。

（基本的構成）
本発明の基本的構成は、図１に示すように洗浄剥離処理Ｔ１と、粒径選別処理Ｔ２と、遠心力分離処理Ｔ３と、沈殿処理Ｔ４と、吸着処理Ｔ５と、固化処理Ｔ６とを行うことによって放射能に汚染された土壌の固形分に付着している放射性物質を剥がし取り、処理水に移行した放射性物質を除去して処理水を再生して繰り返し使用可能としたものである。

洗浄剥離処理Ｔ１は、高圧の処理水の衝撃力で汚染土壌の固形分に付着している放射能を剥がし取って処理水に溶かしこむ処理であり、粒径選別処理Ｔ２は、処理水に混ざり合った土壌を篩分けして粗粒の固形分と汚染された処理水とに分離する処理であり、遠心力分離処理Ｔ３は、遠心力分離によって処理水から微粒の固形分を取り除く処理であり、沈殿処理Ｔ４は、処理水を上澄み液と沈殿スラリーとに分別する処理である。

吸着処理Ｔ５は、沈殿処理Ｔ４によって生じた上澄み液のほか、上記一連の処理によって固形分から分離された水分中の放射性物質吸着剤に吸着除去し、処理水に再生させる処理である。固化処理Ｔ６は、沈殿処理Ｔ４によって生じた沈殿スラリーと吸着処理Ｔ５によって放射性物質を吸着させた吸着剤を固化物に加工する処理である。加工された固化物は、遮蔽容器に密封して一定期間廃棄管理する。

（システムの構成）
図２に、本発明の方法を実施するシステムの構成を示す。本発明において、洗浄剥離処理Ｔ１には、ジェットポンプ１０を用いる。ジェットポンプ１０は、図３に示すようにエジェクター本体１と、噴射用のノズル２と、拡散管３との組立体とからなっている。エジェクター本体１は、筒型で同一軸線上の位置に吸水側端面に整流管４、吐出側端面に外管５が取り付けられ、胴部に吸引口６が開口されたものである。吸水側端面には、吸水管７が取り付けられ、吸水管７内には、整流管４の開口と向き合わせに前記ノズル２が設置され、吸水管７の周面一部には整流管４の周面に向き合わせて空気導入管８が開口されている。

拡散管３は、エジェクター本体１内と、外管５内とにまたがって挿入された一定の長さの管である。吸水管７は送水ポンプ１１に接続され、エジェクター本体１の吸引口６には汚染土壌を搬入するホッパー１２が接続されている。図２において、送水ポンプ１１を駆動し、水タンク１３内の処理水をジェットポンプ１０の吸水管７内に高圧で圧入すると、圧入された処理水は、ノズル２から噴出されてジェット水流となり、エジェクターの原理によって水流の側面に負圧を生じ、この負圧によって、ホッパー１２から汚染土壌が、また、空気導入管８内から空気が吸引され、吸引された空気は、水流を取り囲むエアカーテンとなって汚染土壌を含む水流とともに整流管４を通り、エジェクター本体１の胴部内から拡散管３内に流入し、さらに外管５内を通して吐出口９から排出される。

本発明方法に用いるジェットポンプ１０は砂，礫，泥，ヘドロなどの搬送対象物を吸引して所要箇所に搬送する目的で開発されたものであり、ジェットポンプの搬送量を最適化する方法は、特許文献１に記載されている。本発明において、ジェットポンプ１０は高圧の処理水を汚染土壌の搬送のためだけでなく、土壌の搬送中に高圧水の衝撃が汚染土壌に作用し、汚染土壌中に含まれる粗粒、微粒の固形分に付着した放射性物質を剥ぎ取る目的で使用する点が最大の特徴になっている。

なお、汚染土壌の搬送に際しても搬送量を最適化してジェットポンプを用いることは望ましいが、システムの実施には必ずしも最適化条件にこだわる必要はない。

（除染処理ステップ）
以下に図４のフローを参照しながら図２に示すシステムの構成を具体的に説明する。汚染土壌は、道路，校庭，公園その他の場所の表面から掻き取とった汚染土，排水口，雨どいの下，側溝から採取された汚染土、汚染場所から剥ぎ取られた放射性物質をふくむＰＶＡ膜，アルファ澱粉，土壌，植物などである。除染土壌中にはジェットポンプの搬送管路内を移動可能な大きさであれば瓦礫，枯葉はもとより、布，ビニール布，ＰＶＡ膜の形成に用いた寒冷紗などの夾雑物が含まれていてもかまわない。

（１）洗浄剥離処理（Ｔ１）
汚染土壌をジェットポンプ１０のホッパー１２内に投入する（ステップＳ１）。一方、水タンク１３内に溜められた処理水を送水ポンプ１１でくみ出し、エジェクター本体１内に送り込むと、汚染土壌は、図３に示すように処理水の水流に移送されて整流管４を通り、エジェクター本体１の胴部内から拡散管３内に流入し、さらに外管５内を通して吐出口９から落下する。汚染土壌は、その搬送途中で処理水の強力な水流による衝撃をうけて汚染土壌中に含まれる固形分（粗粒，微粒の砂礫）の表面に付着している放射性物質が引き剥がされる（ステップＳ２）。

（２）粒径選別処理（Ｔ２）
汚染土壌は洗浄水と混ざり合って分別処理槽１４上に開口された吐出口９から落下する。吐出口９の直下には篩い分けスクリーン（粗目）１５が槽外に向けて斜め上方に向けて配設され、吐出口９から落下した土壌中に含まれる粒径が比較的大きい砂礫（固形分（粗粒））は上方に向けてせりあがる篩い分けスクリーン（粗目）１５に捕捉される。

捕捉された固形分（粗粒）は、篩い分けスクリーン（粗目）１５の振動によって篩い分けスクリーン（粗目）１５の斜面をせりあがりながら、その上方に設置された第１のスプリンクラー１６の散水された洗浄水によって洗浄され、その終端から無端コンベア１７上に落下し、無端コンベア１７上を移動し、その送り終端で脱水槽１８内に落下して堆積する（ステップＳ３）。

（３）遠心力分離処理（Ｔ３）
一方、篩い分けスクリーン（粗目）１５の上方には脱水スクリーン（細目）２０が分別処理槽１４の端部にかけて斜め上方に向けて配設され、脱水スクリーン（細目）２０の基端の直上にサイクロンセパレータ１９が配置されている。篩い分けスクリーン（粗目）１５に捕捉されずに篩い分けスクリーン（粗目）１５から抜け落ちて分別処理槽１４内に落下した処理水は、送水ポンプＰ１で吸引されてサイクロンセパレータ１９に送られ、サイクロンセパレータ１９内に生じた遠心力作用で処理水中に含まれる固形分（微粒）が処理水から遠心力分離され（ステップＳ４）、サイクロンセパレータ１９の落下口から落下し、脱水スクリーン（細目）２０に捕捉され、処理水は分別処理槽１４に戻される。脱水スクリーン（細目）２０は、サイクロンセパレータ１９で固液分離した固形分（微粒）を脱水する目的で使用したものである。

脱水スクリーン２０に捕捉された固形分（微粒）は、脱水スクリーン２０の細かい振動によって斜面をせりあがりながら第１スプリンクラー１６から散水された洗浄水で洗浄されつつ篩い分けスクリーン（粗目）１５に捕捉された前記固形分（粗粒）とともに無端コンベア１７に落下して脱水槽１８内に送り込まれる。

分別処理槽１４内に落下した処理水は、送水ポンプＰ１で吸引され、繰り返しサイクロンセパレータ１９に送り込まれ、回転による遠心力作用によって固形分（微粒）が処理水中から抽出されて脱水槽１８に送り込まれる。一方脱水槽１８内に送り込まれた固形分（粗粒，微粒）は、その上方に設置された第２スプリンクラー２１から散水した洗浄水によって堆積した固形物のすすぎが行われる（ステップＳ５）。

第２スプリンクラー２１から散水した洗浄水は、脱水槽１８の底に張られた脱水スクリーン２２から排出されて脱水が行われ（ステップＳ６）、固形分の粗粒，微粒を含む固形物は、埋め戻しの土壌或いは骨材などの資材として再生される。一方、脱水スクリーン２２から排出されたろ過液は、送水ポンプＰ２と組み合わせたジェットポンプＪＰ１で吸引して後述するろ過槽２３に送り込まれる。固形分（粗粒，微粒）が取り除かれた処理水は、放射性物質を含む混濁水である。

（４）沈殿処理Ｔ４
放射性汚染物質を含む混濁水となった処理水は、送水ポンプＰ３で分別処理槽１４の底から引き抜き、その移送途中に設けられたジェットポンプＪＰ２に凝集剤Ｃを添加して沈殿槽２４内に送り込み、沈殿槽２４内で沈殿スラリーと上澄み液とに分離する（ステップＳ７）。

（５）吸着処理Ｔ５
沈殿スラリーから分離された上澄み液は、前記脱水スクリーン２２から排出された水分や後述するように沈殿スラリーから搾りだされた脱水炉液とともにろ過槽２３に送り込み、これらの水中に含まれる放射性物質をろ過槽２３内に充填された放射性物質吸収剤（ゼオライト等）に吸着させて除去し、次にフィルター２５を通して放射性物質が除去されたろ過液を沈殿槽２４から、送水ポンプＰ４と組み合わせたジェットポンプＪＰ３で吸引し、再生処理水として回収タンク２７内に回収する（ステップＳ８）が、その吸引力は、回収タンク２７内の再生処理水を送水ポンプＰ４でくみ出し、これをジェットポンプＪＰ３に送り込み、ジェットポンプＪＰ３に生じた負圧で強制吸引することによって行う。第１及び第２スプリンクラー１６，２１に対しては送水ポンプＰ６で汲み出して送水する。

（６）固化処理Ｔ６
一方、沈殿槽２４内に生じた沈殿スラリーは、送水ポンプＰ５で吸引し、脱水機２６に回収して脱水ケーキに加工し（ステップＳ９）、加工された脱水ケーキをステップＳ８によってろ過槽２３内に発生した汚染物質とともに一定形状に固化し（ステップＳ１０）、固化された減容汚染土壌を遮蔽容器２８内に密封して管理廃棄処分として保管する。

回収タンク２７内の回収水は、処理水として水タンク１３に返還するとともに、第１及び第２のスプリンクラー１６，２１の洗浄水として使用し、使用済みの処理水，洗浄水を除染して繰り返し使用するが、処理水は適宜、放流，補充するのは云うまでもない。

本発明において、一連の処理を実行するに際し、各処理の実行に使用する機器仕様を下記の通り設定した。
（仕様）
洗浄剥離処理用送水ポンプ（11）：圧力 5〜100kgf/cm²
流量 300lit/min〜5ｍ³/min
洗浄剥離処理ジェットポンプ：本体直径 150〜250mm
長さ：500〜700mm
土砂吸引量〜5ｍ³/min（状況によりこれ以上の能力も可能）
振動ふるい篩い分けスクリーン粗粒用篩い目 3.5mm×15
サイクロンセパレータ分級能力 40μ〜
振動ふるい脱水スクリーン細粒用篩い目スリット0.5mm
沈殿槽の容量 5m³
沈殿に要した時間約１分
凝集剤の使用量 3〜5%/m³（泥水）

（処理結果）
上記仕様の機器をシステムに用いて約22ton/hrの汚染土壌を除染処理した結果、最終的に管理廃棄すべきものとして、脱水ケーキ（固化材含む）：約4.5ton/hr、使用済の放射性物質吸着材（ゼオライト等）：約1ton/hr合計約5.5ton/hr減容率：75% 即ち最終的に廃棄管理処分の対象になる量は、投入量の２５%であることがわかった。

本発明によれば、ジェットポンプのホッパー中に汚染土壌を連続的に投入し、汚染土壌中に含まれた放射性物質は処理水中に移行させ、最終的に処理水中から放射性物質を含む沈殿スラリーとして取り出して固化するまでの上記一連の処理を連続的に行うことが可能となり、除染処理作業を能率よく行うことができる。また、ジェットポンプは、洗浄剥離処理に用いるだけでなく、送水ポンプと組み合わせて凝集剤の添加や脱水槽の脱水スクリーンやろ過槽のフィルターを通してろ過液を吸引して回収する処理に用いて有効である。

本発明の除染システムを東京電力福島第１原発事故による放射能汚染地、さらには今後発生するかも知れない放射能汚染地に設置することにより、圧力水を利用して汚染場所から掻き取られて集積されている汚染土壌，ホットスポットから収集された汚染土壌、さらにはいまだ放置されたままになっている汚染土壌を効率よく連続的に除染することが可能となる。

Ｔ１洗浄剥離処理、Ｔ２粒径選別処理、Ｔ３遠心力分離処理、Ｔ４沈殿処理、Ｔ５吸着処理、Ｔ６固化処理、１０ジェットポンプ、１エジェクター本体、２噴射用のノズル、３拡散管、４整流管、５外管、６吸引口、７吸水管、８空気導入管、９吐出口、１１送水ポンプ、１２ホッパー、１３水タンク、１５篩い分けスクリーン（粗目）、１６第１のスプリンクラー、１７無端コンベア、１８脱水槽、１９サイクロンセパレータ、２０脱水スクリーン（細目）、２１第２スプリンクラー、２２脱水スクリーン、２３ろ過槽、２４沈殿槽、２５フィルター、２６脱水機、２７回収タンク、２８遮蔽容器、Ｐ１〜Ｐ６送水ポンプ、ＪＰ１〜ＪＰ３ジェットポンプ、Ｃ凝集剤

Claims

洗浄剥離処理と、粒径選別処理と、遠心力分離処理と、沈殿処理と、吸着処理と、固化処理とを行う放射能汚染土壌の除染方法であって、
洗浄剥離処理は、高圧の処理水の衝撃力で汚染土壌の固形分に付着している放射性物質を剥がし取って処理水に溶かしこむ処理であり、
粒径選別処理は、処理水に混ざり合った土壌を篩分けして固形分（粗粒）を洗浄して除去し、処理水から分離する処理であり、
遠心力分離処理は、遠心力分離によって処理水から固形分（微粒）を洗浄して取り除く処理であり、
沈殿処理は、処理水を上澄み液と沈殿スラリーとに分別する処理であり、
吸着処理は、放射性物質の吸着剤を用い、沈殿処理によって生じた上澄み液中に含まれる放射性物質を吸着除去する処理であり、
固化処理は、放射性物質を含む沈殿スラリーを固化し、密閉して廃棄管理処分に供する処理であることを特徴とする放射能汚染土壌の除染方法。
前記洗浄剥離処理は、高圧の処理水の衝撃力で汚染土壌の固形分に付着している放射能を剥がし取りながら処理水の流動にともなって汚染土壌を粒径選別処理に移送する処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の放射能汚染土壌の除染方法。
前記粒径選別処理は、粗目の篩い分けスクリーンを用いて洗浄剥離処理から送り込まれた汚染土壌中の固形分（粗粒）を処理水中から除去する処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の放射能汚染土壌の除染方法。
前記遠心力分離処理は、汚染土壌中の固形分（粗粒）が除去された処理水中の固形分（微粒）を遠心力分離により処理水から分離し、細目の脱水スクリーンを用いて処理水中から除去する処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の放射能汚染土壌の除染方法。
前記粒径選別処理及び遠心力分離処理によって固形分が除かれた処理水は放射性物質を含む混濁水であり、
沈殿処理は、汚染物質を含む混濁水となった処理水に凝集剤を添加し沈殿スラリーと上澄み液とに分離させる処理を含み、
吸着処理は、沈殿処理によって生じた上澄み液のほか、上記一連の処理を経て集められた水分の放射能を放射性物質吸着剤に吸着させて水分中から除去する処理を含み、
固化処理は、沈殿処理によって生じた沈殿スラリーと吸着処理によって放射能を吸着させた吸着剤を固化物に加工する処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の放射能汚染土壌の除染方法。
前記粒径選別処理及び遠心力分離処理によって処理水から洗浄して取り除かれた固形分は資材に再生されるものであることを特徴とする請求項１に記載の放射能汚染土壌の除染方法。
吸着処理によって放射性物質が除去された上澄み液および上記一連の処理を経て集められた水分を回収し、処理液及び固形分を洗浄する洗浄水に再生させることを特徴とする請求項６に記載の放射能汚染土壌の除染方法。