JP2013152218A - セシウム及びストロンチウムの除去方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】排水中のセシウム及びストロンチウムのみならず、土壌や瓦礫等の廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムも効果的に除去することのできるセシウム及びストロンチウムの除去方法を実現する。
【解決手段】セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸又はリン酸塩を添加して攪拌する第1の工程と、上記排水にマグネシウム塩を添加して攪拌する第2の工程と、上記排水にpH調整剤を添加し、排水をpH8以上のアルカリ側に調整する第3の工程と、上記排水を、セシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物と、上澄み液とに固液分離する第4の工程を有する。
【選択図】図1
【解決手段】セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸又はリン酸塩を添加して攪拌する第1の工程と、上記排水にマグネシウム塩を添加して攪拌する第2の工程と、上記排水にpH調整剤を添加し、排水をpH8以上のアルカリ側に調整する第3の工程と、上記排水を、セシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物と、上澄み液とに固液分離する第4の工程を有する。
【選択図】図1
Description
本発明はセシウム及びストロンチウムの除去方法に係り、より詳しくは、排水中に含有された放射性のセシウム及びストロンチウのみならず、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着した放射性のセシウム及びストロンチウムも効果的に除去することができるセシウム及びストロンチウムの除去方法に関する。
2011年3月11日に発生した東日本大震災に伴う福島第一原子力発電所の事故により大量の放射性物質が放出され、河川や土壌等、国土の広範囲が放射性物質で汚染される事態が生じた。
放出された放射性物質の内、セシウム137(137Cs)やストロンチウム90(90Sr)は半減期が約30年と非常に長いため飛散地域の長期的な被爆が懸念されている。また、雨水が合流する下水処理場等では汚泥中の放射性物質濃度が高くなるため、処理した汚泥の廃棄処分に支障を来している。更に、放射性物質が付着した瓦礫や土壌等の放射性固体廃棄物の処理方法も十分に確立されていないことから、行き場を失った大量の放射性固体廃棄物が処理されぬまま各地で滞留する事態となっている。
放出された放射性物質の内、セシウム137(137Cs)やストロンチウム90(90Sr)は半減期が約30年と非常に長いため飛散地域の長期的な被爆が懸念されている。また、雨水が合流する下水処理場等では汚泥中の放射性物質濃度が高くなるため、処理した汚泥の廃棄処分に支障を来している。更に、放射性物質が付着した瓦礫や土壌等の放射性固体廃棄物の処理方法も十分に確立されていないことから、行き場を失った大量の放射性固体廃棄物が処理されぬまま各地で滞留する事態となっている。
従来、放射性物質の除去方法としては、ゼオライトを用いた吸着法(例えば特開平4−315998号公報、特開平4−340497号公報)、フェロシアン化物吸着剤を用いた吸着法(特開平5−317697号公報)、リンモリブデン酸アンモニウムやアルミノシリケート等の無機系吸着剤を用いた吸着法(特開2000−84418号公報、特開平5−34497号公報)等が知られている。
しかしながら、従来の上記ゼオライトを用いた吸着法、フェロシアン化物吸着剤を用いた吸着法、リンモリブデン酸アンモニウムやアルミノシリケート等の無機系吸着剤を用いた吸着法は、総じてセシウムに対して特異的に吸着するものであり、セシウムと共にストロンチウムも効率的に同時除去できるものではなかった。尚、ストロンチウムを選択的に吸着するゼオライトもあるが、それを併用した場合、処理剤の増量や二段階処理が必要になり、吸着剤の量や処理槽が増えてしまうと共に、汚泥量も増えるため効率が悪い。
また、従来の吸着法では、吸着性能の低下を防止するためにpHコントロールを中性域で正確に行う必要があった。
また、従来の吸着法では、吸着性能の低下を防止するためにpHコントロールを中性域で正確に行う必要があった。
さらに、従来の吸着法を用いて土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着した放射性物質を除去する場合、土壌や瓦礫中に含まれるナトリウムイオンやカリウムイオン等の陽イオン存在下では放射性物質の吸着が阻害され、除去率が悪化するという問題があった。
この発明は、従来の上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、排水中のセシウム及びストロンチウムのみならず、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムも効果的に除去することのできるセシウム及びストロンチウムの除去方法を実現することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る請求項1に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法は、
セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸又はリン酸塩を添加して攪拌する第1の工程と、
上記排水にマグネシウム塩を添加して攪拌する第2の工程と、
上記排水にpH調整剤を添加し、排水をpH8以上のアルカリ側に調整する第3の工程と、
上記排水を、セシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物と、上澄み液とに固液分離する第4の工程と、
を有することを特徴とする。
セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸又はリン酸塩を添加して攪拌する第1の工程と、
上記排水にマグネシウム塩を添加して攪拌する第2の工程と、
上記排水にpH調整剤を添加し、排水をpH8以上のアルカリ側に調整する第3の工程と、
上記排水を、セシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物と、上澄み液とに固液分離する第4の工程と、
を有することを特徴とする。
請求項2に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法は、請求項1に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法において、
上記第1の工程の前段に、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水もしくは酸等に溶解させて、固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを排水としての水層に移す工程を有することを特徴とする。
上記第1の工程の前段に、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水もしくは酸等に溶解させて、固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを排水としての水層に移す工程を有することを特徴とする。
請求項3に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法は、請求項1又は2に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法において、
上記マグネシウム塩が、粉末状の酸化マグネシウム又はスラリー状の水酸化マグネシウムであることを特徴とする。
上記マグネシウム塩が、粉末状の酸化マグネシウム又はスラリー状の水酸化マグネシウムであることを特徴とする。
請求項4に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法は、請求項1〜3の何れかに記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法において、
上記pHを10以上に調整することを特徴とする。
上記pHを10以上に調整することを特徴とする。
請求項5に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法は、請求項1,2又は4の何れかに記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法において、
上記第1の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸を500ppm〜10000ppm添加し、上記第2の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にスラリー状の水酸化マグネシウムを200ppm〜4000ppm添加することを特徴とする。
上記第1の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸を500ppm〜10000ppm添加し、上記第2の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にスラリー状の水酸化マグネシウムを200ppm〜4000ppm添加することを特徴とする。
本発明の請求項1に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法にあっては、セシウム及びストロンチウムを含有する排水に、リン酸又はリン酸塩、及び、マグネシウム塩を添加することにより、排水中のセシウム及びストロンチウムが溶解性の低いリン酸塩となって沈殿する。このため、排水を、セシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物と、セシウム及びストロンチウムが除去された上澄み液とに固液分離することができる。
尚、リン酸又はリン酸塩、及び、マグネシウム塩にセシウム及びストロンチウムが反応して生成されるリン酸塩は、中性付近から酸性になると溶解して再びセシウム及びストロンチウムが溶出してしまうため、pHを8以上のアルカリ側に調整することにより、リン酸塩の溶解が抑制され、セシウム及びストロンチウムに対する高い除去効果を得ることができる。
尚、リン酸又はリン酸塩、及び、マグネシウム塩にセシウム及びストロンチウムが反応して生成されるリン酸塩は、中性付近から酸性になると溶解して再びセシウム及びストロンチウムが溶出してしまうため、pHを8以上のアルカリ側に調整することにより、リン酸塩の溶解が抑制され、セシウム及びストロンチウムに対する高い除去効果を得ることができる。
請求項1に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法において、請求項2に記載の如く、第1の工程の前段に、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水もしくは酸等に溶解させて、固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを排水としての水層に移す工程を設ければ、固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムも除去することができる。
請求項1又は2に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法において、請求項3に記載の如く、マグネシウム塩として粉末状の酸化マグネシウム又はスラリー状の水酸化マグネシウムを用いると高い除去効果が得られる。特に、スラリー状の水酸化マグネシウムは高活性であり凝集沈降性が非常に優れている。
請求項1〜3の何れかに記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法において、請求項4に記載の如くpHを10以上に調整した場合には、セシウム及びストロンチウムの除去率が97%以上(後述実施例4及び5参照)であり、非常に高い除去効果が得られる。
排水にリン酸と水酸化マグネシウムを添加する場合において、添加するリン酸と水酸化マグネシウムの添加量が少ないと沈降性が悪化し除去率が不良となる。一方、添加量が多いと凝集沈殿物の発生量が増大するため好ましくない。
請求項5に記載の如く、第1の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸を500ppm〜10000ppm添加し、また、第2の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にスラリー状の水酸化マグネシウムを200ppm〜4000ppm添加した場合、高い除去効果が実現できると共に、凝集沈殿物の発生量も少量に抑制することができる。
請求項5に記載の如く、第1の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸を500ppm〜10000ppm添加し、また、第2の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にスラリー状の水酸化マグネシウムを200ppm〜4000ppm添加した場合、高い除去効果が実現できると共に、凝集沈殿物の発生量も少量に抑制することができる。
本発明に係るセシウム及びストロンチウムの除去方法は、リン酸又はリン酸塩と、マグネシウム塩を用いる除去方法である。
処理に用いるリン酸若しくはリン酸塩としては、リン酸、リン酸アルミニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、リン酸アンモニウムマグネシウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素カルシウム、ビス(リン酸二水素)カルシウム、リン酸三カルシウム、リン酸水素バリウム、リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、リン酸亜鉛などが該当するが、リン酸塩より、リン酸[H3PO4]を用いた場合がより好適にセシウム及びストロンチウムを除去できる。
処理に用いるリン酸若しくはリン酸塩としては、リン酸、リン酸アルミニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、リン酸アンモニウムマグネシウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素カルシウム、ビス(リン酸二水素)カルシウム、リン酸三カルシウム、リン酸水素バリウム、リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、リン酸亜鉛などが該当するが、リン酸塩より、リン酸[H3PO4]を用いた場合がより好適にセシウム及びストロンチウムを除去できる。
上記マグネシウム塩としては、酢酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム、臭化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム、フッ化マグネシウム、リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、水酸化マグネシウム(高反応水酸化マグネシウムを含む)及びそのスラリー、乳酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、酸化マグネシウム(高活性酸化マグネシウムを含む)、ステアリン酸マグネシウム、コハク酸マグネシウム、硫酸マグネシウムなどが該当するが、粉末状の酸化マグネシウム[MgO]又はスラリー状の水酸化マグネシウム[Mg(OH)2]を用いた場合がより好適にセシウム及びストロンチウムを除去できる。
以下において、図1のフロー図に基づいて、排水中の放射性のセシウム及びストロンチウムを除去する際の処理工程を説明する。
[第1の工程]
先ず、排水に規定量のリン酸又はリン酸塩を添加し(S10)、所定時間(一例として3〜5分間)攪拌(S12)してリン酸又はリン酸塩と排水を混合する。
尚、リン酸としては、一般に市販されている75〜85%のリン酸水溶液を用いることができる。
[第1の工程]
先ず、排水に規定量のリン酸又はリン酸塩を添加し(S10)、所定時間(一例として3〜5分間)攪拌(S12)してリン酸又はリン酸塩と排水を混合する。
尚、リン酸としては、一般に市販されている75〜85%のリン酸水溶液を用いることができる。
[第2の工程]
次に、排水にマグネシウム塩としての規定量の酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムを添加する(S14)。
上記酸化マグネシウムは粉末状のものを添加し、水酸化マグネシウムはスラリー状のものを添加する。水酸化マグネシウムスラリーは、水酸化マグネシウム粒子の水分散体であり、海水に水酸化カルシウム(消石灰)を加えて得たものを好適に使用することができる。
マグネシウム塩の添加後、所定時間(一例として3〜5分間)攪拌する(S16)ことにより、マグネシウム塩を溶解させて排水と混合する。
次に、排水にマグネシウム塩としての規定量の酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムを添加する(S14)。
上記酸化マグネシウムは粉末状のものを添加し、水酸化マグネシウムはスラリー状のものを添加する。水酸化マグネシウムスラリーは、水酸化マグネシウム粒子の水分散体であり、海水に水酸化カルシウム(消石灰)を加えて得たものを好適に使用することができる。
マグネシウム塩の添加後、所定時間(一例として3〜5分間)攪拌する(S16)ことにより、マグネシウム塩を溶解させて排水と混合する。
[第3の工程]
次に、排水にpH調整剤を添加(S18)し、所定時間(例えば5〜10分間)攪拌(S20)し、排水をpH8以上のアルカリ側に調整する。
pH調整剤としては、苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等適宜のものを用いることができるが、ハンドリングの観点から苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)が好適である。
次に、排水にpH調整剤を添加(S18)し、所定時間(例えば5〜10分間)攪拌(S20)し、排水をpH8以上のアルカリ側に調整する。
pH調整剤としては、苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等適宜のものを用いることができるが、ハンドリングの観点から苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)が好適である。
[第4の工程]
次に、排水を所定時間(例えば30〜60分間)静置することにより、排水を上澄み液とセシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物とに固液分離する(S22)。
すなわち、排水中のセシウム、ストロンチウムは、以下の反応式(1)及び(2)に示すように、溶解性の低いリン酸塩となって沈殿するため、セシウム及びストロンチウムが除去された上澄み液と、セシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物とに分離できるのである。
反応式(1)
Cs+ + H3PO4 + Mg(OH)2 → MgCsPO4 ↓ + H2O + H+
反応式(2)
3Sr2+ + 2H3PO4 → Sr3(PO4)2↓ + 6H+
次に、排水を所定時間(例えば30〜60分間)静置することにより、排水を上澄み液とセシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物とに固液分離する(S22)。
すなわち、排水中のセシウム、ストロンチウムは、以下の反応式(1)及び(2)に示すように、溶解性の低いリン酸塩となって沈殿するため、セシウム及びストロンチウムが除去された上澄み液と、セシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物とに分離できるのである。
反応式(1)
Cs+ + H3PO4 + Mg(OH)2 → MgCsPO4 ↓ + H2O + H+
反応式(2)
3Sr2+ + 2H3PO4 → Sr3(PO4)2↓ + 6H+
上澄み液と沈殿物との固液分離の方法は、上記した排水を静置する自然沈降法以外に遠心分離法やフィルターによるろ過法を用いても良い。
尚、一般的な排水処理の固液分離法においては、アルミニウム塩等の無機凝集剤や高分子凝集剤を添加して行うが、これらを添加すると沈殿物の脱水性が悪化し、汚泥重量が増加することがあるが、本発明方法にあっては、凝集剤を添加せずとも沈降性が良好であり、沈殿物の脱水作業も容易に行うことが可能である。
尚、一般的な排水処理の固液分離法においては、アルミニウム塩等の無機凝集剤や高分子凝集剤を添加して行うが、これらを添加すると沈殿物の脱水性が悪化し、汚泥重量が増加することがあるが、本発明方法にあっては、凝集剤を添加せずとも沈降性が良好であり、沈殿物の脱水作業も容易に行うことが可能である。
S22の固液分離完了後、上澄み液の放射線量若しくは放射性物質の濃度を計測し(S24)、目標値未満の場合には、放射性のセシウム及びストロンチウムの除去処理が完了した上澄み液を、通常の排水として廃棄する(S26)ことが可能である。また、この上澄み液は放射線量若しくは放射性物質の濃度が目標値未満となっているため、排水処理等を行う際に再利用することができる。
一方、放射性のセシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物は、脱水処理を行い(S28)、乾燥・軽量化した上で放射性廃棄物として処理すれば良い(S30)。
尚、上記S24において、上澄み液の放射線量若しくは放射性物質の濃度が目標値以上の場合には、S10〜S22の処理を再度行う。
本発明に係るセシウム及びストロンチウムの除去方法は、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムの除去にも用いることができる。この場合、対象となる固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水もしくは酸等に溶解させて水層に移すことにより除去が可能となる。
土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着した放射性のセシウム及びストロンチウムの処理は、上記第1の工程の前段において以下の処理を行う。
(1)先ず、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水もしくは酸等に溶解させることで、固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水層に移す。
(2)洗浄後の固体廃棄物は除去し、放射線量若しくは放射性物質の濃度が低くなれば一般廃棄物として処理を行うことが可能である。
セシウム及びストロンチウムを含有する水層は排水として、図1及び上記で説明したS10〜S30の処理工程(第1の工程〜第4の工程)を行う。
(1)先ず、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水もしくは酸等に溶解させることで、固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水層に移す。
(2)洗浄後の固体廃棄物は除去し、放射線量若しくは放射性物質の濃度が低くなれば一般廃棄物として処理を行うことが可能である。
セシウム及びストロンチウムを含有する水層は排水として、図1及び上記で説明したS10〜S30の処理工程(第1の工程〜第4の工程)を行う。
尚、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水層に移した場合、固体廃棄物中の粘土質の微粒子や瓦礫の研磨で生じた放射性物質を含む微粒子も水層に移って浮遊した状態となるため、係る粘土質の微粒子を自然沈降により固液分離することは困難である。特にセシウムは粘土質に吸着するため、強酸で長時間加熱してセシウムを粘土質から溶出させない限り、ゼオライト等の吸着剤を用いた従来の除去方法(特許文献1〜特許文献5参照)では粘土質に吸着したセシウムを除去することは困難であった。
これに対して本発明方法の場合には、水中に浮遊する粘土質も沈殿させることができるため、水中に溶解したセシウム及びストロンチウムだけでなく、粘土質や研磨粒子に吸着したセシウムやストロンチウムも同時に固液分離による除去が可能である。
これに対して本発明方法の場合には、水中に浮遊する粘土質も沈殿させることができるため、水中に溶解したセシウム及びストロンチウムだけでなく、粘土質や研磨粒子に吸着したセシウムやストロンチウムも同時に固液分離による除去が可能である。
上記においては、放射性のセシウム及びストロンチウムを除去する場合について説明したが、放射性のセシウム及びストロンチウムと非放射性のセシウム及びストロンチウムとの間に化学的性質の相違はないことから、本発明方法は非放射性のセシウム及びストロンチウムの除去にも適用できる。
以下に本発明を、実施例を挙げて更に詳細に説明する。
上記の通り、放射性のセシウム及びストロンチウムと非放射性のセシウム及びストロンチウムとの間に化学的性質の相違はないことから、セシウム及びストロンチウム試料としては何れも放射性核種を持たないものを使用した。
試験に用いた被処理水としての標準セシウム溶液は、塩化セシウム(関東化学製 平衡密度勾配遠心法用)を蒸留水で溶解することで、100mg/Lの標準セシウム溶液を調整した。
また、被処理水としての標準ストロンチウム溶液は、塩化ストロンチウム・六水和物(関東化学製 特級)を蒸留水で溶解することで、100mg/Lの標準ストロンチウム溶液を調整した
尚、セシウム及びストロンチウム共にICP質量分析法を用いて測定した。
上記の通り、放射性のセシウム及びストロンチウムと非放射性のセシウム及びストロンチウムとの間に化学的性質の相違はないことから、セシウム及びストロンチウム試料としては何れも放射性核種を持たないものを使用した。
試験に用いた被処理水としての標準セシウム溶液は、塩化セシウム(関東化学製 平衡密度勾配遠心法用)を蒸留水で溶解することで、100mg/Lの標準セシウム溶液を調整した。
また、被処理水としての標準ストロンチウム溶液は、塩化ストロンチウム・六水和物(関東化学製 特級)を蒸留水で溶解することで、100mg/Lの標準ストロンチウム溶液を調整した
尚、セシウム及びストロンチウム共にICP質量分析法を用いて測定した。
[実施例1:マグネシウム塩のセシウム除去効果と沈降性試験]
酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムのそれぞれについてセシウム除去効果と沈降性についての試験を行った。
(試験方法)
100ppmに調整した標準セシウム溶液をメスシリンダーで100mL測り取り、200mL容ビーカーに入れる。これをマグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を10000ppm添加して攪拌後、粉末状の酸化マグネシウムを4000ppm添加するもの、スラリー状の水酸化マグネシウムを4000ppm添加するものの2種類の試料を作製した。その後、それぞれpH調整剤を添加してpHを11に調整した。
その後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してセシウム除去率を測定した。結果を図2のグラフ(a)に示す。
また、凝集沈殿したスラッジ(凝集沈殿物)の界面高さから、スラッジの容積(mL)の割合(%)であるSV30を測定した。結果を図2のグラフ(b)に示す。
酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムのそれぞれについてセシウム除去効果と沈降性についての試験を行った。
(試験方法)
100ppmに調整した標準セシウム溶液をメスシリンダーで100mL測り取り、200mL容ビーカーに入れる。これをマグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を10000ppm添加して攪拌後、粉末状の酸化マグネシウムを4000ppm添加するもの、スラリー状の水酸化マグネシウムを4000ppm添加するものの2種類の試料を作製した。その後、それぞれpH調整剤を添加してpHを11に調整した。
その後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してセシウム除去率を測定した。結果を図2のグラフ(a)に示す。
また、凝集沈殿したスラッジ(凝集沈殿物)の界面高さから、スラッジの容積(mL)の割合(%)であるSV30を測定した。結果を図2のグラフ(b)に示す。
図2(a)のグラフに示す通り、酸化マグネシウムのセシウム除去率は97.9%、水酸化マグネシウムのセシウム除去率は98.8%であり、共に高いセシウム除去効果を発揮することが判る。
一方、図2(b)のグラフに示される通り、粉末状の酸化マグネシウムのSV30は63%であるのに対し、スラリー状の水酸化マグネシウムのSV30は19%であることから、粉末状の酸化マグネシウムより、スラリー状の水酸化マグネシウムを用いた場合の方が凝集沈降性が非常に優れていることが判る。これは、スラリー状の水酸化マグネシウムは高活性で沈降性が高いためである。
従って、マグネシウム塩としては、粉末状の酸化マグネシウムより、スラリー状の水酸化マグネシウムを用いるのが好ましい。
一方、図2(b)のグラフに示される通り、粉末状の酸化マグネシウムのSV30は63%であるのに対し、スラリー状の水酸化マグネシウムのSV30は19%であることから、粉末状の酸化マグネシウムより、スラリー状の水酸化マグネシウムを用いた場合の方が凝集沈降性が非常に優れていることが判る。これは、スラリー状の水酸化マグネシウムは高活性で沈降性が高いためである。
従って、マグネシウム塩としては、粉末状の酸化マグネシウムより、スラリー状の水酸化マグネシウムを用いるのが好ましい。
[実施例2:リン酸及び水酸化マグネシウムのセシウム除去効果試験]
(試験方法)
200mL容ビーカーに100ppmに調整した標準セシウム溶液をメスシリンダーに100mL測り取った後、マグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を10000ppm添加して攪拌後、スラリー状の水酸化マグネシウムを4000ppm添加した。その後、pH調整剤を添加してpHを11に調整した。
その後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してセシウム濃度を測定した。
図3のグラフに示す通り、上澄み液のセシウム濃度は1.2ppmに減少しており、98%以上の極めて高いセシウム除去効果が得られた。
(試験方法)
200mL容ビーカーに100ppmに調整した標準セシウム溶液をメスシリンダーに100mL測り取った後、マグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を10000ppm添加して攪拌後、スラリー状の水酸化マグネシウムを4000ppm添加した。その後、pH調整剤を添加してpHを11に調整した。
その後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してセシウム濃度を測定した。
図3のグラフに示す通り、上澄み液のセシウム濃度は1.2ppmに減少しており、98%以上の極めて高いセシウム除去効果が得られた。
[実施例3:リン酸及び水酸化マグネシウムのストロンチウム除去効果試験]
(試験方法)
200mL容ビーカーに100ppmに調整した標準ストロンチウム溶液をメスシリンダーで100mL測り取った後、マグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を10000ppm添加して攪拌後、スラリー状の水酸化マグネシウムを4000ppm添加した。その後、pH調整剤を添加してpHを11に調整した。
その後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してストロンチウム濃度を測定した。
図4のグラフに示す通り、上澄み液のストロンチウム濃度は0.04ppmに減少しており、99%以上の極めて高いストロンチウム除去効果が得られた。
(試験方法)
200mL容ビーカーに100ppmに調整した標準ストロンチウム溶液をメスシリンダーで100mL測り取った後、マグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を10000ppm添加して攪拌後、スラリー状の水酸化マグネシウムを4000ppm添加した。その後、pH調整剤を添加してpHを11に調整した。
その後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してストロンチウム濃度を測定した。
図4のグラフに示す通り、上澄み液のストロンチウム濃度は0.04ppmに減少しており、99%以上の極めて高いストロンチウム除去効果が得られた。
[実施例4:被処理水のpHとセシウム除去率との関係性の試験]
(試験方法)
100ppmに調整した標準セシウム溶液をメスシリンダーで100mL測り取り、200mL容ビーカーに入れたものを7個用意し、マグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を2500ppm添加して攪拌後、スラリー状の水酸化マグネシウムを1000ppm添加した。その後、各ビーカー内の被処理水のpHを6〜12の範囲で異なるpHに調整後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してセシウム除去率を測定した。
図5のグラフに示す通り、pHが8以上のアルカリ側に調整した場合において90%以上の除去率となっており、特にpH10以上では97%以上と非常に高い除去効果が得られることが判る。
(試験方法)
100ppmに調整した標準セシウム溶液をメスシリンダーで100mL測り取り、200mL容ビーカーに入れたものを7個用意し、マグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を2500ppm添加して攪拌後、スラリー状の水酸化マグネシウムを1000ppm添加した。その後、各ビーカー内の被処理水のpHを6〜12の範囲で異なるpHに調整後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してセシウム除去率を測定した。
図5のグラフに示す通り、pHが8以上のアルカリ側に調整した場合において90%以上の除去率となっており、特にpH10以上では97%以上と非常に高い除去効果が得られることが判る。
[実施例5:被処理水のpHとストロンチウム除去率との関係性の試験]
(試験方法)
100ppmに調整した標準ストロンチウム溶液をメスシリンダーで100mL測り取り、200mL容ビーカーに入れたものを7個用意し、マグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を2500ppm添加して攪拌後、スラリー状の水酸化マグネシウムを1000ppm添加した。その後、各ビーカー内の被処理水のpHを6〜12の範囲で異なるpHに調整後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してストロンチウム除去率を測定した。
図6のグラフに示す通り、pHが8以上のアルカリ側に調整した場合において86%以上の除去率となっており、特にpH10以上では98%以上と非常に高い除去効果が得られることが判る。
(試験方法)
100ppmに調整した標準ストロンチウム溶液をメスシリンダーで100mL測り取り、200mL容ビーカーに入れたものを7個用意し、マグネティックスターラーで撹拌しながら、リン酸を2500ppm添加して攪拌後、スラリー状の水酸化マグネシウムを1000ppm添加した。その後、各ビーカー内の被処理水のpHを6〜12の範囲で異なるpHに調整後、30分間静置して自然沈降による固液分離を行った後、上澄み液を採取してストロンチウム除去率を測定した。
図6のグラフに示す通り、pHが8以上のアルカリ側に調整した場合において86%以上の除去率となっており、特にpH10以上では98%以上と非常に高い除去効果が得られることが判る。
実施例4及び実施例5の試験結果(図5及び図6)からも明らかな通り、被処理水のpHを8以上のアルカリ側に調整した場合において、セシウム及びストロンチウムに対して高い除去効果を得ることができ、特に、除去率が97%以上となるpH10以上に調整するのが好適である。
セシウム及びストロンチウムが、リン酸及び水酸化マグネシウムと反応して生成される沈降性の高いリン酸塩[ MgCsPO4 ↓、Sr3(PO4)2↓]は、中性付近から酸性になると溶解して再びセシウム及びストロンチウムが溶出してしまう。そこで、pHを8以上のアルカリ側に調整することにより、リン酸塩の溶解が抑制され、セシウム及びストロンチウムに対する高い除去効果を得ることができるのである。
セシウム及びストロンチウムが、リン酸及び水酸化マグネシウムと反応して生成される沈降性の高いリン酸塩[ MgCsPO4 ↓、Sr3(PO4)2↓]は、中性付近から酸性になると溶解して再びセシウム及びストロンチウムが溶出してしまう。そこで、pHを8以上のアルカリ側に調整することにより、リン酸塩の溶解が抑制され、セシウム及びストロンチウムに対する高い除去効果を得ることができるのである。
尚、実際に土壌の除染作業を行う場合、薬剤としてのリン酸や水酸化マグネシウムが土壌の影響を受けるおそれがある。特に粘土質はセシウムを特異的に吸着する上に、土壌懸濁液中ではコロイド状態で存在し、沈降性が非常に悪い。このため、土壌の除染を行う際は、土壌、特に粘土質の存在下でも優れた沈降性を示す必要がある。
このための試験を下記実施例6および実施例7において行った。尚、試験には、土壌の試験において一般的に用いられる笠岡粘土を使用したが、土壌の種類としてこれに限定されるものではない。
このための試験を下記実施例6および実施例7において行った。尚、試験には、土壌の試験において一般的に用いられる笠岡粘土を使用したが、土壌の種類としてこれに限定されるものではない。
[実施例6:粘土が混合された被処理水に添加するリン酸及び水酸化マグネシウムの濃度と、セシウム除去率との関係性の試験]
(試験方法)
笠岡粘土を2%添加した100ppmのセシウム溶液を100mLずつ測り取ったビーカーを用意し、
(1)リン酸及び水酸化マグネシウムを添加しない場合、
(2)リン酸500ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム200ppmを添加した場合、
(3)リン酸1250ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム500ppmを添加した場合、
(4)リン酸2500ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム1000ppmを添加した場合、
(5)リン酸5000ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム2000ppmを添加した場合、
(6)リン酸10000ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム4000ppmを添加した場合のそれぞれについて、
[A]自然沈降による固液分離時、
[B]ろ過による固液分離時、
[C]遠心分離による固液分離時
におけるセシウム除去率を測定した。
(試験方法)
笠岡粘土を2%添加した100ppmのセシウム溶液を100mLずつ測り取ったビーカーを用意し、
(1)リン酸及び水酸化マグネシウムを添加しない場合、
(2)リン酸500ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム200ppmを添加した場合、
(3)リン酸1250ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム500ppmを添加した場合、
(4)リン酸2500ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム1000ppmを添加した場合、
(5)リン酸5000ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム2000ppmを添加した場合、
(6)リン酸10000ppm、スラリー状の水酸化マグネシウム4000ppmを添加した場合のそれぞれについて、
[A]自然沈降による固液分離時、
[B]ろ過による固液分離時、
[C]遠心分離による固液分離時
におけるセシウム除去率を測定した。
尚、自然沈降による固液分離時においては、30分間静置後、上澄み液を採取して測定したが、この際、浮遊している粘土中のセシウム濃度も測定するため上澄み液を王水にて加熱分解した。
また、ろ過による固液分離は5Bのろ紙を用いて凝集沈殿物 のろ過を行い、ろ液中のセシウム濃度を測定した。
さらに、遠心分離による固液分離は160Gで2分間行った後、上澄み液を採取して測定したが、この際、上澄み中の浮遊物に含有されるセシウム濃度も測定するため上澄み液を王水にて加熱分解した。
尚、何れの場合もpHは11に調整して行った。
図7は自然沈降による固液分離時のセシウム除去率の試験結果のグラフ、図8はろ過による固液分離時のセシウム除去率の試験結果のグラフ、図9は遠心分離による固液分離時のセシウム除去率の試験結果のグラフである。
また、ろ過による固液分離は5Bのろ紙を用いて凝集沈殿物 のろ過を行い、ろ液中のセシウム濃度を測定した。
さらに、遠心分離による固液分離は160Gで2分間行った後、上澄み液を採取して測定したが、この際、上澄み中の浮遊物に含有されるセシウム濃度も測定するため上澄み液を王水にて加熱分解した。
尚、何れの場合もpHは11に調整して行った。
図7は自然沈降による固液分離時のセシウム除去率の試験結果のグラフ、図8はろ過による固液分離時のセシウム除去率の試験結果のグラフ、図9は遠心分離による固液分離時のセシウム除去率の試験結果のグラフである。
尚、上記[A]の自然沈降による固液分離の場合に関しては、凝集沈殿したスラッジの容積割合であるSV30の測定も行い、その結果を図10のグラフに示した。
[実施例7:粘土が混合された被処理水に添加するリン酸及び水酸化マグネシウムの濃度と、ストロンチウム除去率との関係性の試験]
(試験方法)
笠岡粘土を2%添加した100ppmのストロンチウム溶液を100mLずつ測り取ったビーカーを用意し、上記実施例6の場合と同様の方法でストロンチウム除去率を測定した。
図11は自然沈降による固液分離時のストロンチウム除去率の試験結果のグラフ、図12はろ過による固液分離時のストロンチウム除去率の試験結果のグラフ、図13は遠心分離による固液分離時のストロンチウム除去率の試験結果のグラフである。
尚、自然沈降による固液分離の場合に関しては、凝集沈殿したスラッジの容積割合であるSV30の測定も行い、その結果を図14のグラフに示した。
(試験方法)
笠岡粘土を2%添加した100ppmのストロンチウム溶液を100mLずつ測り取ったビーカーを用意し、上記実施例6の場合と同様の方法でストロンチウム除去率を測定した。
図11は自然沈降による固液分離時のストロンチウム除去率の試験結果のグラフ、図12はろ過による固液分離時のストロンチウム除去率の試験結果のグラフ、図13は遠心分離による固液分離時のストロンチウム除去率の試験結果のグラフである。
尚、自然沈降による固液分離の場合に関しては、凝集沈殿したスラッジの容積割合であるSV30の測定も行い、その結果を図14のグラフに示した。
実施例6及び実施例7においては、リン酸と水酸化マグネシウムの添加比率を2.5:1としている。これは、上記反応式(2)におけるH3PO4とMg(OH)2の1モル当たりの重量比が2.5:1であることに鑑み、両者の添加比率を2.5:1とするのが好適と考えられるためである。勿論これに限定されるものではなく、リン酸と水酸化マグネシウムの添加比率は5:1〜1:5程度の範囲で効果的に除去処理を行うことができる。
実施例6及び実施例7の試験結果を示す図7〜図14のグラフより以下の効果が確認できる。
[1]自然沈降による固液分離であっても、ろ過による固液分離、遠心分離による固液分離と同等である96%以上という高いセシウム除去率及びストロンチウム除去率が実現されている。従って、本発明方法は、ろ過処理や遠心分離処理を必要とすることなく、自然沈降によって十分なセシウム及びストロンチウムの除去を行うことができる。
[2]本発明方法は、粘土質が含有された被処理水であっても96%以上という高いセシウム除去率及びストロンチウム除去率が実現されている。これは、スラリー状の水酸化マグネシウムが高活性で沈降性が良好なため、水中に浮遊する粘土質も沈殿させることができ、水中に溶解したセシウム及びストロンチウムだけでなく、粘土質に吸着したセシウム及びストロンチウムも同時に固液分離による除去が可能なためである。
従って、本発明方法は、粘土質を有する土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムの除去にも有効であることが判る。
[3]リン酸と水酸化マグネシウムの添加量が少ないと沈降性が悪化し除去率が不良となる。一方、添加量が多いとスラッジの発生量が増大する(図10及び図14参照)ため好ましくない。
図7〜図10のセシウムの試験結果より、リン酸が500ppm〜10000ppm、水酸化マグネシウムが200ppm〜4000ppmの範囲内においては、96%以上の高いセシウム除去率が実現できると共に、SV30も39%以下と低く抑えることができる。
同様に、図11〜図14のストロンチウムの試験結果より、リン酸が500ppm〜10000ppm、水酸化マグネシウムが200ppm〜4000ppmの範囲内においては、96%以上の高いストロンチウム除去率が実現できると共に、SV30も32%以下と低く抑えることができる。
尚、スラッジ発生量をより一層抑制する観点からは、セシウムのSV30が26%以下、ストロンチウムのSV30が27%以下となるリン酸500ppm〜5000ppm、水酸化マグネシウム200ppm〜2000ppmの範囲内とするのが好適である。
[1]自然沈降による固液分離であっても、ろ過による固液分離、遠心分離による固液分離と同等である96%以上という高いセシウム除去率及びストロンチウム除去率が実現されている。従って、本発明方法は、ろ過処理や遠心分離処理を必要とすることなく、自然沈降によって十分なセシウム及びストロンチウムの除去を行うことができる。
[2]本発明方法は、粘土質が含有された被処理水であっても96%以上という高いセシウム除去率及びストロンチウム除去率が実現されている。これは、スラリー状の水酸化マグネシウムが高活性で沈降性が良好なため、水中に浮遊する粘土質も沈殿させることができ、水中に溶解したセシウム及びストロンチウムだけでなく、粘土質に吸着したセシウム及びストロンチウムも同時に固液分離による除去が可能なためである。
従って、本発明方法は、粘土質を有する土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムの除去にも有効であることが判る。
[3]リン酸と水酸化マグネシウムの添加量が少ないと沈降性が悪化し除去率が不良となる。一方、添加量が多いとスラッジの発生量が増大する(図10及び図14参照)ため好ましくない。
図7〜図10のセシウムの試験結果より、リン酸が500ppm〜10000ppm、水酸化マグネシウムが200ppm〜4000ppmの範囲内においては、96%以上の高いセシウム除去率が実現できると共に、SV30も39%以下と低く抑えることができる。
同様に、図11〜図14のストロンチウムの試験結果より、リン酸が500ppm〜10000ppm、水酸化マグネシウムが200ppm〜4000ppmの範囲内においては、96%以上の高いストロンチウム除去率が実現できると共に、SV30も32%以下と低く抑えることができる。
尚、スラッジ発生量をより一層抑制する観点からは、セシウムのSV30が26%以下、ストロンチウムのSV30が27%以下となるリン酸500ppm〜5000ppm、水酸化マグネシウム200ppm〜2000ppmの範囲内とするのが好適である。
[実施例8:セシウム及びストロンチウムが混合された被処理水にリン酸及び水酸化マグネシウムを添加した場合のセシウム除去率、ストロンチウム除去率の試験]
(試験方法)
セシウム及びストロンチウムをそれぞれ100ppm添加した被処理水を100mL測り取ったビーカーを用意し、これに、リン酸を2500ppm、スラリー状の水酸化マグネシウムを1000ppm添加し、pHを11に調整した。被処理水をろ過した後、ろ液中のセシウム濃度及びストロンチウム濃度を測定した。
試験結果を図15に示す。
(試験方法)
セシウム及びストロンチウムをそれぞれ100ppm添加した被処理水を100mL測り取ったビーカーを用意し、これに、リン酸を2500ppm、スラリー状の水酸化マグネシウムを1000ppm添加し、pHを11に調整した。被処理水をろ過した後、ろ液中のセシウム濃度及びストロンチウム濃度を測定した。
試験結果を図15に示す。
図15のグラフに示す通り、セシウムの除去率は98.98%、ストロンチウムの除去率は99.83%であり、セシウム単独の被処理水の場合(実施例2、図3参照)、ストロンチウム単独の被処理水の場合(実施例3、図4参照)と同等の非常に高い除去効果が得られており、本発明方法は、セシウム及びストロンチウムが共に含有された排水に対して高い除去効果を有することが判る。
Claims (5)
- セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸又はリン酸塩を添加して攪拌する第1の工程と、
上記排水にマグネシウム塩を添加して攪拌する第2の工程と、
上記排水にpH調整剤を添加し、排水をpH8以上のアルカリ側に調整する第3の工程と、
上記排水を、セシウム及びストロンチウムの凝集沈殿物と、上澄み液とに固液分離する第4の工程と、
を有することを特徴とするセシウム及びストロンチウムの除去方法。 - 上記第1の工程の前段に、土壌や瓦礫等の固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを水もしくは酸等に溶解させて、固体廃棄物に付着したセシウム及びストロンチウムを排水としての水層に移す工程を有することを特徴とする請求項1に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法。
- 上記マグネシウム塩が、粉末状の酸化マグネシウム又はスラリー状の水酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項1又は2に記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法。
- 上記pHを10以上に調整することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法。
- 上記第1の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にリン酸を500ppm〜10000ppm添加し、上記第2の工程において、セシウム及びストロンチウムを含有する排水にスラリー状の水酸化マグネシウムを200ppm〜4000ppm添加することを特徴とする請求項1,2又は4の何れかに記載のセシウム及びストロンチウムの除去方法。
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JP2012267484A JP2013152218A (ja) | 2011-12-27 | 2012-12-06 | セシウム及びストロンチウムの除去方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013217686A (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-24 | Koseiken:Kk | セシウム及びストロンチウムの除去方法 |
JP2017181144A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 放射性廃液の処理方法及び処理装置 |
JP2018081104A (ja) * | 2017-12-27 | 2018-05-24 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 放射性廃液の処理方法及び処理装置 |
-
2012
- 2012-12-06 JP JP2012267484A patent/JP2013152218A/ja active Pending
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