JP2013113807A - 放射性物質を含んだ土壌または焼却灰から放射性物質を除去する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性物質を含んだ土壌または焼却灰から放射性物質を除去する。
【解決手段】放射性物質を含んだ土壌または焼却灰を溶離液としての１価または２価の強酸と混ぜ、高圧容器中で、１５０℃〜２５０℃の温度、１．２ＭＰａ〜２．０ＭＰａの範囲で加熱、加圧して処理する。溶離液として使用する強酸は硝酸、硫酸で、強酸の濃度は５．０Ｍ以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、放射性物質を含んだ土壌または焼却灰から放射性物質を除去する方法に関する。

現在、東京電力福島第一原子力発電所における事故のため、海水の汚染、周辺各地の農作物の汚染、田畑の土壌や宅地、学校の運動場、建物の放射能汚染が問題となっている。

しかし、田畑、宅地、運動場などの汚染された土壌は全量入れ換えるか表面の汚染された土壌を取り除くことで汚染のレベルを小さくすると云う方法が取られているのが現状であった。取り除かれた汚染土壌には放射性物質が残留しており、そのままで保管しなければならないと云う問題があった。

また、汚染された産業廃棄物の処理が問題となっている。例えば汚染物の保管方法、保管場所などである。保管場所を確保するため、汚染された産業廃棄物を焼却して減容することは有効な方法であるが、放射性物質は依然として焼却灰中に存在しており、その保管方法に問題があるのが現状である。特に、枯葉などには放射性物質が蓄積しやすく、放射線レベルも高いうえに、嵩張っているので保管場所の確保の問題があった。枯葉など、嵩張った物質を減容するために焼却することが有効であるが、焼却灰中には放射性物質が含まれており、放射性物質を除去する方法の確立が求められている。

しかし、土壌や瓦礫に付着した放射性物質は、強酸で処理する方法で除去することはできるが、除去率をさらに向上させるには満足のいく方法ではなく、さらに改良した方法の確立が待たれていた。一方、放射性物質が付着した有機物、例えば木材や枯葉などを焼却することにより発生した焼却灰を強酸で処理する方法を採用することで、放射性物質を除去することはできるが、土壌の場合と同じく、満足のいく効果を見出すことができなかったため、この場合もさらなる改良方法の確立が待たれていた。

そこで、本発明者は簡単な方法で、放射性物質を含んだ土壌や焼却灰から放射性物質を除去する方法について研究を重ねた結果、溶離液として強酸を用い、さらに加熱、加圧することにより、焼却灰より放射性物質を除去できることを見出して本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、
（請求項１）
放射性物質を含んだ土壌を溶離液である強酸に浸し、加熱、加圧しながら処理することを特徴とする放射性物質の除去方法。
（請求項２）
放射性物質を含んだ焼却灰を溶離液である強酸に浸し、加熱、加圧しながら処理することを特徴とする放射性物質の除去方法。
（請求項３）
加熱温度が１５０℃〜２５０℃、加圧圧力が１．２ＭＰａ〜２．０ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射性物質の除去方法。
である。

本発明によれば、簡単な方法で放射性物質を含んだ土壌または焼却灰から放射性物質を除去することができる。

本発明では放射性物質を含んだ土壌または焼却灰を対象とした処理方法を提案することである。土壌とは通常の処理では放射性物質を除去できなかった土壌、例えばベントナイトを例として挙げることができる。焼却灰とは、放射性物質が付着した可燃性の産業廃棄物を焼却して残った残渣のことである。可燃性の産業廃棄物としては、植物性のものとしては汚染された材木、樹木、草、枯葉など、道路の舗装材として使われていたアスファルトなどが例として挙げられる。

本発明で云う放射性物質とは、放射能を有する金属原子のことを云う。例示すればセシウム１３４、セシウム１３７、ストロンチウム９０、ウラニウム、プルトニウムなどが挙げられる。本発明では、主として放射性物質としてセシウム１３７の除去方法について説明する。

本発明で溶離液として用いる強酸は土壌や焼却灰中に浸透し、最終的にセシウムイオンと交換反応を起こさせるので好ましい。土壌や焼却灰をこの溶離液に浸漬することで目的を達成することができるが、そのままでは著しい除去効果を達成することはできない。土壌や焼却灰中に溶離液を浸透させるために、土壌や焼却灰を高圧容器内にて溶離液中に浸漬した後、加熱、加圧することで効率良く反応を進めることができる。

本発明では１価または２価の強酸を用いる。１価の強酸としては硝酸を用いることができる。また２価の強酸としては硫酸を好ましく用いることができる。強酸の濃度は５．０Ｍ以下が好ましい。好ましくは４．０Ｍ以下、より好ましくは２．０Ｍ以下の濃度の強酸である。強酸の濃度はセシウム１３７イオンと置換する働きをするので水素イオンは多いほど好ましい。５．０Ｍ以上では水素イオンは多くなるが、イオン交換反応に携わらないイオンも多く存在することになり、無駄になるので好ましくない。また装置の腐蝕の問題、液漏れした場合の危険性などを考慮すると上記の範囲の濃度が好ましい。１価の強酸として塩酸も挙げられるが、塩酸の場合、高温になると塩化水素の蒸気圧が高くなるため、装置の腐蝕と毒性のため使用することは好ましくない。

本発明を実施する際にかける圧力は１．２ＭＰａ〜２．０ＭＰａの範囲が好ましく、加熱温度は１５０℃〜２５０℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは１９０℃〜２２０℃の範囲で処理することが好ましい。水蒸気圧と温度の関係は、２００℃の時、１．５５ＭＰａで、２１０℃の時、１．９１ＭＰａである。従って、本発明で使用する高圧容器は、溶離液で使用する強酸と圧力に耐える素材からなるものでなければならない。

使用する高圧容器の材質は、ステンレス、銅などの熱伝導性を有する金属製の物が好ましい。高圧容器の加熱方法は電気加熱で行うのが好ましく、なかでも温度管理のやりやすさ、熱効率の良さと云う面から、ＩＨヒ−タ−が好ましく用いられる。加熱源としてＩＨヒ−タ−を用いる場合、高圧容器を電磁誘導加熱が可能なＳＵＳ４３０で作製することが好ましい。高圧容器全体をＳＵＳ４３０で作製しなくとも、ＩＨヒ−タ−と接触する高圧容器の底部にはＳＵＳ４３０を用いるようにする。

溶離液中に土壌や焼却灰を浸漬して処理する時間は長いほど好ましい。しかし、４時間以上かけてもあまり進行が見られないので、４時間程度で十分である。

加熱温度は高い方がセシウム１３７の除去率が上がる。これは温度が高い方が土壌や焼却灰中へ溶離液が拡散しやすく、結果、硫酸の水素イオンとセシウムイオンの交換が起こりやすくなるためと考えられる。好ましくは１５０℃〜２３０℃、より好ましくは１９０℃〜２２０℃の範囲である。

以下、本発明における土壌または焼却灰の除去方法について説明する。本発明で使用した土壌は、福島県飯舘村佐須地区の農場から採取したベントナイトである。また、焼却灰としては福島県の処理場から入手した放射性セシウムを含んだ焼却灰を使用した。処理方法については、土壌の場合と焼却灰の場合と全く同じ方法を採用しているため、以下、土壌について説明する。

まず、高圧容器に水を入れ、その中に強酸とベントナイトの混合物を入れた容器、例えばビ−カ−を水が入らないように安定した状態で置く。容器の上端は水面より上に出ていなければならない。さらに蓋で高圧容器を密閉する。次いで所定時間加熱した後、高圧容器を冷却し減圧してから蓋を外し、被処理物の入った容器を取り出す。容器内の混合物を濾過し、得られたベントナイトを乾燥させて後、残留している放射性セシウムの量を測定し、除去率を求めた。

密閉した高圧容器内は高圧になるため、１００℃以上でも水が沸騰することはない。内部温度が２００℃では、水の蒸気圧は１．５５ＭＰａになるが、ベントナイトを混合した硫酸は同じ濃度を維持することになる。また、被処理物を入れる容器も極端な耐熱性を必要とせず、ガラス製のもので十分使用できる。

放射性セシウムの除去率は、処理前のベントナイトに含まれる放射性セシウムのγ線量と処理後のγ線量を測定し、その差から除去率を求めた。γ線量の測定は、アロカ社製、ＮａＩシンチレ−ション検出器（製品名、オ−トウェルガンマシステム）で１０分間測定した。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

（実施例１）
ＳＵＳ４３０製、容量２０Ｌの高圧容器に水５００ｍｌを入れた。飯舘村の土壌（ベントナイト）３．５ｇを採取し、ガラス製の５０ｍｌビ−カ−に入れ、そこに１Ｍの硫酸３０ｍｌを入れ混ぜ合わせた。高圧容器内に、試料を入れたビ−カ−をビーカー内に水が入らない状態で設置し、高圧容器を蓋で密閉した。密閉した状態で高圧容器をＩＨヒ−タ−により加熱し、２００℃で１時間維持した。高圧容器の圧力は１．５ＭＰａであった。冷却後、ビ−カ−を取り出し、内容物を濾過し、さらに残留物を希硫酸で洗浄し、再度濾過して液体を分離し、乾燥して放射能測定用の試料とした。γ線量の測定はアロカ社製、ＮａＩシンチレ−ションを使い、１０分間測定した。この時の放射能は１１４．６ｃｐｍであった。処理前のベントナイトの放射能は４７１．５ｃｐｍで、放射性物質の除去率は７５．７％であった。

（比較例１）
飯舘村の土壌（ベントナイト）３．５ｇを採取し、ガラス製５０ｍｌビ−カ−に入れ、そこに１Ｍの硫酸３０ｍｌを入れ混ぜ合わせた。試料を入れたビ−カ−をそのまま室温で４時間放置した。次いで濾過し、残留物を希硫酸で洗浄し、再度濾過して液体を分離し、乾燥して放射能測定用の試料とした。γ線量の測定はアロカ社製、ＮａＩシンチレ−ションを使い、１０分間測定した。この時の放射能は４６２．１ｃｐｍであった。処理前のベントナイトの放射能は４７１．５ｃｐｍであったので、放射能の除去率は２．０％にすぎず、ほとんど除去できなかった。

（実施例２）
福島県の焼却場からセシウム１３７で汚染された可燃物（材木、草など）を焼却した後発生した灰を試料として用いた。ＳＵＳ４３０製、内容量２０Ｌの高圧容器に水を５００ｍｌ入れ、その中に被処理物の入ったガラス製の５０ｍｌビ−カ−を安定した状態で置いた。ビ−カ−の上端は水面より上に出して、水が入らないようにした。ビ−カ−に焼却灰３．５ｇと２Ｍの硫酸３０ｍｌを入れ混ぜ合わせた。高圧容器の蓋を閉め、密閉状態にした。

この状態でＩＨヒ−タ−により２１０℃で４時間加熱した。加熱後、高圧容器を冷却し減圧してから蓋を開け、被処理物の入ったビ−カ−を取り出し、内容物を濾過した。濾液は青色に着色していた。濾過物を希硫酸で洗浄し、再濾過した。得られた焼却灰を７０℃で乾燥した後、前記ＮａＩシンチレ−ション検出器により１０分間測定した。測定は同一試料で３回行い、その平均値を求めた。処理前後の焼却灰の平均計数率から、放射性セシウムの除去率を求めたところ、除去率は７４．０％であった。結果を表１に示した。

この結果より、本発明の処理方法で処理前の焼却灰に含まれる放射性セシウムの７４．０％を除去することができた。

（実施例３）
溶離液として４Ｍ硫酸を使用した他は実施例１と同様の条件で処理を行った。濾液の色は青色であった。結果を表１に示した。放射性セシウムの除去率は７７．８％であった。この結果より、硫酸の濃度は高くなれば除去率は少し大きくなるが、硫酸の濃度依存性の寄与は小さいことが分かった。

（比較例２）
３．５ｇの焼却灰と２Ｍ硫酸３０ｍｌをビ−カ−にいれ混合し、常温で４時間放置した後、濾過した。濾液は青色に着色していたが、実施例２、３で得られた濾液の色に比べると色は薄かった。濾過後の焼却灰を実施例１と同様の機器で放射線量を測定したところ、放射性セシウムの除去率は５４．２％であった。結果を表１に示した。

表１の結果から、本発明で使用した溶離液で焼却灰を処理した場合、解放系で、常温で４時間放置しても５０％以上の除去率が得られることが分かったが、加熱、加圧することにより、さらに除去率を上げることができた。

以上、詳細に述べたように、原発事故で発生した放射性セシウムを含んだ汚染物、例えば、土壌または汚染された木材や枯葉などを焼却した際に発生する焼却灰の浄化作業が強く求められている時に、強酸を用い、加熱、加圧すると云う方法で土壌または焼却灰に含まれる放射性セシウムの大部分を除去することができるので、自治体が直面している汚染物の保管場所、保管方法などの問題を解決するに多大な効果を発揮する。さらに、常温ではほとんど不可能であったベントナイトに含まれる放射性物質の除去においても、本発明の方法を採用することで、７５％以上の除去率で放射性物質を除去することができたことは特筆すべき成果である。

Claims (3)

1. 放射性物質を含んだ土壌を溶離液である強酸に浸し、加熱、加圧しながら処理することを特徴とする放射性物質の除去方法。
2. 放射性物質を含んだ焼却灰を溶離液である強酸に浸し、加熱、加圧しながら処理することを特徴とする放射性物質の除去方法。
3. 加熱温度が１５０℃〜２５０℃、加圧圧力が１．２ＭＰａ〜２．０ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射性物質の除去方法。