JP2013164379A - 放射能汚染土砂の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】泥水状の放射能汚染土砂を除染する場合、脱水して固形物として処理することにより、放射能汚染土砂の減容化・減量化が図れ、積み込み・運搬・仮置き・最終処分の各処理段階の作業を効率的にでき、事業費の低減を図れる放射能汚染土砂の処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の放射能汚染土砂の処理装置は、放射能汚染土砂２、８を解砕撹拌機２０や給水による洗浄後、分級機により放射性物質濃度の低い砂利・砂と高濃度のスラリーに分級し、スラリーに凝集剤を添加後、高圧フィルタープレス５７により脱水させて放射性物質を脱水ケーキ６０に集積することで、放射能汚染土砂の減容化・減量化を図ることを特徴とする。泥水状の放射能汚染土砂を脱水して固形物として処理するので、積み込み・運搬・仮置き・最終処分の各処理段階の作業を効率的にでき、事業費の低減を図れる。
【選択図】 図１−１

Description

本発明は、港湾や湖沼、河川などの底泥の放射能汚染土砂を処理するための放射能汚染土砂の処理装置に関する。

原子力発電所の事故などで大気中に放出された放射性物質は、風によって広範囲に拡散し、土壌に沈着する。山間部の汚染物質は、雨に流されて少しずつ移動しながら中小河川へと流れ、それが大河川の本流へと集まり、河口や河口よりやや上流のあたりで水底へと沈殿する。そして、放射能で汚染された土砂は、河川によって港湾や湖沼に運ばれ、海底や湖底に堆積することで放射性物質の濃度が高くなる。また、食物連鎖による生物濃縮も指摘されている。

このため、汚染土砂によって放射線被曝しないような対策、つまり掘削除去（除染）する必要がある。通常、除染には、放射能汚染土砂を剥ぎ取り、運搬し、仮置きした後、長期的にモニタリングしながら最終処分地に処分する、という手順が必要となる。また、高圧洗浄などによる除染作業で生じた含水比の高い泥状を呈した放射能汚染土砂に対しても同様な手順での処理が必要となる。

港湾や湖沼、河川などの底泥にある土砂、あるいは高圧洗浄で生じた高い含水比の泥状を呈した放射能汚染土砂は、泥水状のため剥ぎ取り・積み込み・運搬・仮置き・最終処分のいずれの工程に於いても扱い難く、かつ容積が大きいので処分量が膨大なものとなるため、処理が非効率で不経済である。しかも、水を切ると放射性物質が水とともに流出したり飛散したりする虞があり、運搬の際にも汚染を拡散させないための配慮が必要となる。

従って、減容化や減量化が必須であるが、放射能汚染土砂には水やゴミ、大小の礫、浮遊物などの各種の異物が混在しているため、それらを取り除かなければ、減容化・減量化し、その後の処理を容易化したり、資材として有効利用したりすることはできない。

従来、放射能汚染土砂を処理する方法として、例えば特許文献１に汚染土壌から金属や放射性汚染要因物を除去する方法が開示されている。この特許文献１に記載されている方法は、汚染土壌をふるい分け、これと液体でスラリーを作り、スラリーを洗浄して大径粒子の表面から微粒子を洗い落とし、向流状態の液体を利用してスラリー中の大径粒子から微粒子を分粒し、それにより微粒子を廃棄流の一部として液体に同伴させ、微粒子からデブリを除去して汚染微粒子流を生じさせ、密度分離器、常磁性分離器又はこれらの併用により、汚染微粒子流から金属、金属化合物及び／又は放射性汚染要因物を分離するものである。

また、本出願人による特許文献２および３には、浚渫土を分級、洗浄、脱水固化することにより減容化・減量化するとともに、分級した礫や砂を資材として有効利用する浚渫土の処理方法および処理装置が開示されている。

特開平７−１８５５１３号公報 特許第４３６４８８９号公報 特開２００８−２６１７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている技術は、密度分離器や常磁性分離器を用いて、金属や金属化合物、放射性汚染要因物などの種々の汚染物質を分離するものであり、放射性汚染要因物の減容化や減量化はできない。

一方、上記特許文献２および３に記載されている技術では、浚渫土の減容化や減量化できるものの、放射能汚染土砂の処理については考慮していない。

この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、泥水状の放射能汚染土砂を除染する場合、脱水して固形物として処理することにより、放射能汚染土砂の減容化・減量化を図れ、積み込み・運搬・仮置き・最終処分の各処理段階の作業を効率的にし、事業費の低減を図れる放射能汚染土砂の処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１記載の放射能汚染土砂の処理装置は、土砂溜め槽３に溜められた放射能汚染土砂２を撹拌兼積込機４により撹拌混合した土砂５、又は土砂圧送装置６によって浚渫され、かつパイプ輸送管７で運ばれてきた放射能汚染土砂８中から大きな混在異物を除去するスクリーン９と、このスクリーン９を通過した第１の土砂１１を土砂搬送装置１２により所定の場所まで搬送し、加水して第１のスラリー２１とする解砕撹拌機２０と、前記第１のスラリー２１から所定の粒径の第２の土砂２４を分離させる第１の土砂分離機２２と、この第１の土砂分離機２２を通過したスラリー中から所定の粒径の第３の土砂２５を分離させる第２の土砂分離機２３と、前記第２の土砂分離機２３を通過した第２のスラリー２６を重い第３のスラリー２９と軽い第４のスラリー３０とに分離させるサイクロン２８と、前記第３のスラリー２９から所定の粒径の第４の土砂３３を分離させる第３の土砂分離機３１と、前記サイクロン２８により分離された軽い前記第４のスラリー３０から所定の粒径の第５の土砂４５を分離させる第４の土砂分離機４４と、前記第１、第２の土砂分離機２２、２３により分離された前記第２、第３の土砂２４、２５を加水しながら洗浄して礫３５と第６のスラリー３６とに分離させる礫洗浄機３４と、前記第３、第４の土砂分離機３１、４４より分離された第４、第５の土砂３３、４５を洗浄して砂４２と第７のスラリー４３とに分離させる砂洗浄機４１と、前記礫洗浄機３４および砂洗浄機４１より分離された第６のスラリー３６、第７のスラリー４３を、第８のスラリー３８とゴミ３９に分離するゴミ・土砂分離機３７と、前記第８のスラリー３８が投入されて貯留する泥水受け槽４０と、前記第４の土砂分離機４４を通過した第９のスラリー４６に凝集剤を添加、混合して貯留するスラリー槽４９と、前記スラリー槽４９からの第１０のスラリー５２を高圧ポンプ５５に供給し、高圧ポンプ５５からの第１１のスラリー５６を脱水ケーキ６０と濾水６４とに分離する高圧フィルタープレス５７と、前記高圧フィルタープレス５７で分離された濾水６４を貯留する濾水槽６５、中和剤６７を添加する中和槽６６、凝集剤６９を添加する凝集槽６８、および放流水７３を放流する放流槽７２と、７５μｍ以下の粒子又は７５μｍ以下の粒子とした物質、および水溶液中でマイナスイオンとなる物質及び／又は粘土鉱物を含むセシウム吸着材を貯蔵するセシウム吸着材貯蔵槽８１と、このセシウム吸着材貯蔵槽８１に貯蔵されているセシウム吸着材を、前記土砂溜め槽３内の放射能汚染土砂２、前記スクリーン９に投入される土砂５又は放射能汚染土砂８、解砕撹拌機２０内の第１のスラリー２１、前記スラリー槽４９内の第１０のスラリー５２、および前記凝集槽６８内の濾水６４の少なくともいずれか一つに添加する添加装置８２〜８６と、前記土砂溜め槽３内の放射能汚染土砂２、前記スクリーン９で土砂５又は放射能汚染土砂８中から除去された混在異物、第２のスラリー２６、礫３５、砂４２、第１０のスラリー５２、脱水ケーキ６０、および放流水７３の放射線量を測定する放射線測定装置とを備え、前記解砕撹拌機２０には前記第８のスラリー３８が循環投入され、放射線量が基準値を超えた前記放流槽７２内の水が前記泥水受け槽４０に戻されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の放射能汚染土砂の処理装置において、前記解砕撹拌機２０、前記礫洗浄機３４および前記砂洗浄機４１に加水する清水槽１９と、前記清水槽１９から前記解砕撹拌機２０、前記礫洗浄機３４および前記砂洗浄機４１への加水経路に設けられるマイクロバブル発生装置１００〜１０２とを更に備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、放射能汚染土砂を解砕撹拌機や給水、セシウム吸着材の添加による洗浄後、分級機により放射性物質濃度の低い砂利・砂と高濃度のスラリーに分級し、スラリーにセシウム吸着材と凝集剤を添加後、高圧フィルタープレスにより脱水して放射性物質を脱水ケーキに集積することで、放射能汚染土砂の減容化・減量化を図れる。また、泥水状の放射能汚染土砂を脱水して固形物として処理するので、積み込み・運搬・仮置き・最終処分の各処理段階の作業を効率的にでき、事業費の低減を図れる。しかも、取り出した礫や砂は除染されているので、それらを有効な資材として利用することができる。

請求項２記載の発明によれば、マイクロバブルはマイナスに帯電しており、またマイクロバブルを含んでいる水は優れた浸透性を持っているので、この浸透性を生かし、細部に含まれるプラス帯電のセシウムと接触して反応し、マイクロバブルが消滅する前により強い結合力のあるセシウム吸着材に取り込まれることが期待できる。これによって、除染効果を向上できる。

本発明の実施例に係る放射能汚染土砂の処理装置を示す系統図である。 同じく本発明の実施例に係る放射能汚染土砂の処理装置の後続の系統図である。 解砕撹拌機の動作説明図である。 浚渫土の粒径加積曲線を示す図である。 分級後の砂と脱水ケーキの粒径加積曲線について説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る放射能汚染土砂の処理装置の要部の系統図である。

本発明の実施の形態に係る放射能汚染土砂の処理装置は、放射能汚染土砂を解砕撹拌機や給水、セシウム吸着材の添加による洗浄後、分級機により放射性物質濃度の低い砂利・砂と高濃度のスラリーに分級し、スラリーにセシウム吸着材と凝集剤を添加後、超高圧（例えば４ＭＰａ）のフィルタープレスにより脱水して放射性物質を脱水ケーキに集積することで、放射能汚染土砂の減容化・減量化を図るものである。泥水状の放射能汚染土砂を脱水して固形物として処理することにより、積み込み・運搬・仮置き・最終処分の各処理段階の作業を効率的にでき、事業費の低減を図れる。

以下、図面に沿って本発明の実施例を説明する。

図１−１および図１−２は本発明に係る放射能汚染土砂の処理装置の一実施例の系統図を示す。ここでは、放射能汚染物質として最も重要視されるセシウム１３７とセシウム１３４（以下、これらを単にセシウムと総称する）の除染を例に取って説明する。

この処理装置は、例えばグラブ浚渫船１により浚渫された放射能汚染土砂２が投入される土砂溜め槽３と、この土砂溜め槽３内の放射能汚染土砂２を撹拌兼所定の場所に積み込む撹拌兼積込機４と、土砂溜め槽３の土砂５がスクリーン９を介し大礫、粗大ゴミ、木片などの大きな混在異物を除去して投入される受入れホッパー１０と、この受入れホッパー１０からの第１の土砂１１を所定の場所へ搬送する土砂搬送装置１２と、搬送されてきた土砂中から混在している鉄片１８を除去する第１の磁力選別装置１３とを備えている。

上記土砂溜め槽３内の放射能汚染土砂２、および撹拌兼積込機４からスクリーン９を介して受入れホッパー１０に投入される土砂５には、セシウム吸着材貯蔵槽８１から搬送されたセシウム吸着材が、それぞれ添加装置８２、８３により添加される。このセシウム吸着材には、７５μｍ以下の粒子又は７５μｍ以下の粒子とした物質、および水溶液中でマイナスイオンとなる物質及び／又は粘土鉱物を用いる。

小さい粒子ほど重さ当たりの表面積が大きく、セシウムは小さい粒子に付着しやすいので、７５μｍ以下の粒子又は７５μｍ以下の粒子とした物質にセシウムを吸着させることにより、セシウムを脱水ケーキに集積することができる。すなわち、小さい粒子を沢山集めればセシウムは沢山集まることになり除染効果が高くなる。また、セシウムは陽イオンとして振舞うので、水溶液中でマイナスイオンとなる物質や細粒化されるとマイナスイオンと成り易い粘土鉱物とイオン結合する。

セシウム吸着材の具体的な物質名としては、例えばゼオライト、珪藻土、ベントナイト、雲母、イライト、バーミキュライト、スメクタイト、クロライト、滑石、活性炭、モンモリロナイト、フェロシアン化ニッケルなどがある。

そして、上記土砂溜め槽３内の放射能汚染土砂２の放射線量、およびスクリーン９で除去された大礫、粗大ゴミ、木片などの大きな混在異物の放射線量をそれぞれ放射線測定装置９０、９１で測定し、除染処理の管理や作業員の被爆量の安全管理に用いる。

上記磁力選別装置１３は、ベルトコンベア１４を有している。このベルトコンベア１４内にはマグネット１５が設けられ、ベルト上に搬送されている土砂中に含まれている鉄片１６を吸着自在となっており、吸着した鉄片１６が所定位置に搬送されてきたとき、シュート１７を介し所定の場所に搬送し収集するように構成されている。符号１８は収集・集積された鉄片１８を示す。前記鉄片１８の表面に付着した放射性物質により、放射線量が基準値以上となる場合には、水による洗浄により基準値以下とする一方、放射能汚染した洗浄水は第１の泥水受け槽４０に送泥し、除染処理工程に乗せ処理する。

前記土砂搬送装置１２の次工程として、解砕撹拌機２０が設けられている。この解砕撹拌機２０には、鉄片１６があるときはそれが除去された土砂搬送装置１２からの第１の土砂１１が投入される。この解砕撹拌機２０内の第１の土砂１１には、添加装置８４によりセシウム吸着材貯蔵槽８１から搬送されたセシウム吸着材が添加される。また、解砕撹拌機２０には、マイクロバブル発生装置１００でマイクロバブルを発生させた清水槽１９内の水がポンプにより供給される。さらに、第１の泥水受け槽４０の水（泥水）がポンプを介して循環して供給され、処理に用いた発生泥水の再使用化を図っている。

解砕撹拌機２０の次工程として、第１のスラリー２１が投入される第１の土砂分離機２２、第２の土砂分離機２３、第２の土砂分離機２３からの第２のスラリー２６が投入される第２の泥水受け槽２７が設けられている。この第２の泥水受け槽２７内の第２のスラリー２６の放射線量は、放射線測定装置９２で測定される。

第２の泥水受け槽２７内の水（泥水）はポンプを介しサイクロン２８に供給される。サイクロン２８は重いスラリーと軽いスラリーとに分別するもので、サイクロン２８からの第３のスラリー２９は第３の土砂分離機３１に供給され、取り出された第５のスラリー３２は第１の土砂分離機２２に投入されるように構成されている。

また、前記サイクロン２８からの第４のスラリー３０が投入される第４の土砂分離機４４、この第４の土砂分離機４４からの第９のスラリー４６が投入される第３の泥水受け槽４７を備えている。

また、第１、第２の土砂分離機２２、２３からの第２、第３の土砂２４、２５が投入され、マイクロバブル発生装置１０１でマイクロバブルを発生させた清水槽１９内の水がポンプにより供給される礫洗浄機３４を備えている。

さらに、第３の土砂分離機３１から取り出される第４の土砂３３、および第４の土砂分離機４４から取り出される第５の土砂４５が投入されるとともに、マイクロバブル発生装置１０２でマイクロバブルを発生させた清水槽１９内の水がポンプにより供給される砂洗浄機４１、礫洗浄機３４からの第６のスラリー３６、砂洗浄機４１からの第７のスラリー４３が投入されるゴミ・土砂分離機３７、分離したゴミ３９の放射線量を測定する放射線測定装置９５を備え、このゴミ・土砂分離機３７から排出される第８のスラリー３８は前記第１の泥水受け槽４０に投入される。

また、ＰＡＣ５０、消石灰５１がそれぞれ供給される、撹拌機が設けられたスラリー槽４９、第３の泥水受け槽４７からの泥水が供給される、撹拌機が設けられた貯泥槽４８を備えている。

スラリー槽４９からの第１０のスラリー５２は、給泥ポンプ５３、必要に応じ設けられた第２の磁力選別装置５４を介し高圧ポンプ５５へ供給され、高圧ポンプ５５からの第１１のスラリー５６は高圧フィルタープレス５７に投入される。

高圧フィルタープレス５７からの濾水６４は、濾水槽６５、中和槽６６、凝集槽６８、放流槽７２およびシックナー７０などで適宜処理され、その過程で生じる第１２のスラリー７１が前記貯泥槽４８に供給される。上記中和槽６６には中和剤６７が、上記凝集槽６８には凝集剤６９と添加装置８６からセシウム吸着材がそれぞれ投入される。

そして、上記放流槽７２内の水の放射線量が放射線測定装置９８で測定され、予め設定された所定の基準値、例えばセシウム１３４は６０ベクレル毎リットルまたはセシウム１３７は９０ベクレル毎リットルを超えた時に、この放流槽７２内の水を放流せずに泥水受け槽４０に戻すようになっている。

なお、第２の磁力選別装置５４は、流入口の配管ｂおよび流出口の配管ｃを有する円筒容器ａと、この円筒容器ａ内に設けられた磁石ｄとを備えている。

その他、図１−２において、符号６０は高圧フィルタープレス５７から排出された脱水ケーキ、５９は脱水ケーキ６０を搬送するベルトコンベア、６１は粉砕機、６２は土砂ホッパー、６３は粉砕土、９７は放射線測定装置である。

次に本発明の処理方法を説明する。

まず、湖や、河川、港湾などの底泥をグラブ浚渫船１で浚渫し、土運船などから放射能汚染土砂２を土砂溜め槽３に貯留する。この際、添加装置８２から土砂溜め槽３内の放射能汚染土砂２にセシウム吸着材を添加する。

土砂溜め槽３内に貯留された放射能汚染土砂２とセシウム吸着材は撹拌兼積込機４で均質となるように撹拌し、土砂５とする。このように処理することで、セシウム吸着材にセシウムを吸着し易くすると共に、次のスクリーン９での分離がよりスムーズとなる効果がある。

次に、土砂５を撹拌兼積込機４でスクリーン９に投入する。その際、撹拌兼積込機４の運転席から視覚によって大きな夾雑物の有無を確認できる特徴がある。

スクリーン９の篩目は１００ｍｍ程度で、大きな石と夾雑物（大礫、粗大ゴミ、木片などの大きな混在異物）を取り除く。土砂５中の夾雑物には、バイクや自転車など大型ゴミが含まれている場合もあり、これら夾雑物は表面の細粒分の泥を水洗いされた後、除去される。そして、除去した夾雑物の放射線量を放射線測定装置９１で測定し、放射線量に応じて処分方法を決定する。すなわち、放射能汚染が低レベル（予め定めた基準値より低い、例えば８０００ベクレル毎ｋｇ以下の場合）であれば通常の粗大ゴミとして処分し、高レベル（基準値より高い場合）であれば放射能汚染物質として処分する。このスクリーン９には、フルイを通すことにより、放射能汚染土砂にある細粒分の塊をより小さくして、均質な第１の土砂１１を作る機能がある。

スクリーン９から出てきた第１の土砂１１は、土砂搬送装置１２により解砕撹拌機２０まで搬送され、投入される。大きな夾雑物を除去し、スクリーン９から出てきて、より均質化した第１の土砂１１に金属片が含まれる場合、土砂搬送装置１２を移動する間に、磁力選別装置１３で除去される。

この磁力選別装置１３の具体例としては、土砂搬送装置１２の上空に直行するベルトコンベア１４の内部にマグネット１５を備え、第１の土砂１１に含まれる金属片を鉄片１６として除去し、シュート１７にて鉄片１８として集積する構成のものを採用すれば良い。

解砕撹拌機２０には、第１の土砂１１のほかに、添加装置８４からセシウム吸着材と、振動ふるいで分離を容易にするために必要な量の水（マイクロバブルを発生させた水）を清水槽１９から同時に加える。例えば、放射能汚染土砂の含水比が２００％程度であれば、その約２倍程度の水を加える（泥水濃度約２０％程度）。給水する水は、第１の泥水受け槽４０の第８のスラリー３８からも行う。

解砕撹拌機２０は、例えば図２に示すように、シェル１１０と呼ばれる回転するドラムの内側に羽根を設け、内側に同じ様な羽根を設けたローター１１１と呼ばれる回転軸をドラムの軸とずらして設置し回転する機構があるなど、内部に投入した第１の土砂１１の内、塊となった細粒分（７５μｍ以下の土粒子）をバラバラに破砕し、加えた水、セシウム吸着材および土砂の撹拌と移動を同時に行い、均質なスラリーを作り出す機能を持った装置である。

すなわち、矢印のように外側のシェル１１０が回転し、内側のローター１１１が逆向きに回転すると、投入した土砂１１がシェル１１０の底を移動するときに、ローター１１１との間が狭い部分に入って行くことですり潰される。これによって、揉み洗うような動作ができ、土砂１１にセシウム吸着材を良く混ぜ、土砂１１に付着しているセシウムを引き剥がしてセシウム吸着材に吸着させることができる。

また、マイクロバブルは、マイクロバブルはマイナスに帯電しており、またマイクロバブルを含んでいる水は優れた浸透性を持っていることが知られている。この浸透性を生かし、細部に含まれるセシウムと接触し、プラス帯電のセシウムと反応し、マイクロバブルが消滅する前に、より強い結合力のある吸着材に取り込まれることが期待できる。

この解砕撹拌機２０は、破砕すべき細粒分の塊の大きさや量などにより外側と内側の羽根の角度、間隔、長さなどを適宜変えることができる。

解砕撹拌機２０の種類としては、土砂の種類などにより、複数の羽根を多数取り付けた２軸以上の撹拌羽根を互いにラップさせて設置し、隣り合う回転軸を互いに逆方向に回転させることで、放射能汚染土砂と加えた水とを撹拌・混合することができるパドル式装置とする場合もある。

また、解砕撹拌機２０の他の例として、回転するドラムの内側に球状の物体（例えば鉄の玉）を入れておき、その球状の物体は回転するドラムから逸失しない構造をドラムが持ち、内部に投入した第１の土砂１１の内、塊となった細粒分をバラバラに破砕し、加えた水と土砂の撹拌と移動を同時に行い、均質なスラリーを作り出す機能を持った装置を用いても良い。

さらに、解砕撹拌機２０の他の例として、クラッシュファイヤーおよびトロンメルなどのように、回転するドラムに加水、撹拌、混合しながら均質なスラリーを作成し得る装置がある。なお、これらには分級機能も持ち合わせているので、これらの場合は第１の土砂分離機２２又は第２の土砂分離機２３を兼ねた装置とする場合がある。

さらにまた、解砕撹拌機２０の他の例として、後述する他の実施例における土砂圧送装置６による浚渫の場合、パイプ輸送管７で搬送された放射能汚染土砂８を壁に圧送されてきた土砂を直接吹き付けることで、細粒分の塊を破砕し、均質なスラリーを作成する方法もある。この壁は、例えばパイプ輸送管７より数倍大きな径で作成された茶筒状の鋼管をパイプ輸送管７とは直交させた形状で配管する、などの方法がある。

解砕撹拌機２０で処理された第１のスラリー２１を第１の土砂分離機２２の例えば２５ｍｍのフルイで、粒径２５ｍｍ以上の第２の土砂２４を分別し、それ以下の粒径の土砂は、後続の第２の土砂分離機２３の例えば３ｍｍのフルイで、粒径３ｍｍ以上の第３の土砂２５を分別する。第２の土砂分離機２３を通過したそれ以下の粒径の第２のスラリー２６は、第２の泥水受け槽２７に貯められる。この第２の泥水受け槽２７に貯留した第２のスラリー２６の放射線量を、放射線測定装置９２で測定する。

これら第１の土砂分離機２２と第２の土砂分離機２３の２つのフルイは、１つの場合や、３つ以上の場合もあり、規模、スラリーの性状など、必要に応じ適宜設けられる。

この実施例においては、土砂分離機は２台用意され、上述のように、第２の土砂分離機２３で処理された第２のスラリー２６は第２の泥水受け槽２７に投入される。

この第２のスラリー２６は、第２の泥水受け槽２７からポンプで圧送され、サイクロン２８に入りその遠心分離機能により、比重の小さな、つまり軽い第４のスラリー３０と、比重の大きな、つまり重い第３のスラリー２９とに分離される。第３のスラリー２９は第３の土砂分離機（振動フルイ）３１の例えば０．７ｍｍのフルイで、粒径０．７ｍｍ以上の土砂３３を分別する。それ以下の粒径は第５のスラリー３２となる。第５のスラリー３２は、解砕撹拌機２０から搬出された第１のスラリー２１に対し上部から合流し、そのシャワー効果で分級機能を補助する。それ以降、前述の第１の土砂分離機２２の処理となる。

第１、第２の土砂分離機２２、２３からそれぞれ取り出された第２の土砂２４と第３の土砂２５は、礫洗浄機３４で加水（マイクロバブルを発生させた水）され洗浄される。第２の土砂２４と第３の土砂２５は別々の大きさの礫３５として有効活用する場合、その使用目的に応じて別々の礫洗浄機で処理される場合もある。そして、洗浄された礫３５の放射線量を、放射線測定装置９３で測定し、放射線量が低レベル（予め定めた基準値より低い、例えば８０００ベクレル毎ｋｇ以下の場合）であればリサイクルし、高レベル（基準値より高い場合）であれば放射能汚染物質として処分する。

すなわち、この洗浄工程で、放射線測定装置９３で測定した放射線量を考慮し、「有効活用する礫分」と、「放射能汚染物質、礫表面などに付着して混在している細粒分の土粒子およびゴミ」とを分離する。「礫」と「細粒分とゴミ」を分離する原理は、水中で物理的に強制撹拌すると、大きな粒子「礫」は直ぐ沈降して底に溜まるが、表面に付着していた細粒分は洗浄され、軽いゴミとともに沈降できずに水中に浮遊し、撹拌されている間は液状で存在する。その状態の違いを利用して２種類に分離する。

礫洗浄機３４の一例として、スパイラル洗浄機と呼ばれる回転するφ１０００程度のスクリュー羽根と羽根径よりやや大きいＵ字型の樋形状で、これを所定の角度に傾斜させて設置する。設置角度や回転速度を自在に制御できる機構を持った機械として、土砂の滞留時間をコントロールする場合もある。

礫洗浄機３４は、回転するスクリューや羽根などで、第２の土砂２４と第３の土砂２５を水中で撹拌しながら、前述の土粒子の分離を行う。３ｍｍ以上の土粒子のみをスクリューなどで気中まで掻き上げて、自由落下させ礫３５とする。残りの成分は、第６のスラリー３６として、流体移送し別処理工程とする。

礫洗浄機３４の種類は、回転ドラム状で第２の土砂２４と第３の土砂２５にマイクロバブルを発生させた水を加水しながら、付随するフルイで前述の分離の機能を果たす場合もある。

第６のスラリー３６は、ゴミ・土砂分離機３７で例えば０．７ｍｍフルイに掛け、上に残ったのはゴミ３９として堆積するので、このゴミ３９の放射線量を放射線測定器９５で測定し、放射線量が低レベル（予め定めた基準値より低い、例えば８０００ベクレル毎ｋｇ以下の場合）であれば産業廃棄物として処理し、高レベル（基準値より高い場合）であれば放射能汚染物質として処分する。フルイを通過した第８のスラリー３８は、第１の泥水受け槽４０で貯留する。

第１の泥水受け槽４０の水は、解砕撹拌機２０に加水として利用し、リサイクルする。これにより、水の有効利用ができるので、水が不足する条件でも購入する水を少なく出来る利点がある。また、大幅な減水化を図ることができる。さらにこの水に含まれる細粒土を解砕撹拌機２０を経て最終的に脱水ケーキ６０とすることで放射性物質を脱水ケーキ６０に集積することができる。

一方、サイクロン２８から排出された第４のスラリー３０は第４の土砂分離機４４で、例えば０．７ｍｍのフルイで残った第５の土砂４５と通過成分の第９のスラリー４６とに分離される。

第５の土砂４５は第４の土砂３３と共に砂洗浄機４１に入り、礫洗浄機３４と同様の機能で処理され、１つは０．７ｍｍ以上の土粒子で構成される砂４２として分離される。この砂４２の放射線量を放射線測定装置９４で測定し、放射線量が基準値、例えば８０００ベクレル毎ｋｇよりも低い場合にはリサイクル可能と判定する。また、基準値より高い場合には放射能汚染物質として処分する。残りの成分は、第７のスラリー４３として、第６のスラリー３６と同じ処理とする。

砂４２の使用目的や土質条件、汚染状況などにより、砂洗浄機４１による砂洗浄工程を経ず、第５の土砂４５と第４の土砂３３をそのまま処分する場合もある。

礫洗浄機３４で処理された礫３５や、砂洗浄機４１で処理された砂４２には、土粒子の細粒分や比重の軽いゴミなどがほとんど混在しておらず、放射能汚染が少ない場合には利用価値の高い資材となる。

除染後の礫３５、砂４２は、例えば路床材、裏込め材、人工海浜や、コンクリートの骨材などに有効利用できる。

第４の土砂分離機４４からの第９のスラリー４６は第３の泥水受け槽４７に入り、ポンプで貯泥槽４８に貯泥される。また、第９のスラリー４６は貯泥槽４８から、さらにポンプでスラリー槽４９に送泥される。この時、スラリー槽４９内の第９のスラリー４６に添加装置８５からセシウム吸着材が添加されるとともに、その送泥される第９のスラリー４６に含まれる乾燥重量に応じて、凝集剤を必要量添加（凝集剤として例えば、土質によるが、ＰＡＣ５０と消石灰５１が各３％程度添加）し、スラリー槽４９内の撹拌装置により、均質に混合されて第１０のスラリー５２となる。また、このスラリー槽４９内のスラリー５２の放射線量が、放射線測定装置９６により測定され、除染処理の管理や作業員の被爆量の安全管理に用いられる。

第１０のスラリー５２は、スラリー槽４９から高圧ポンプ５５（例えば圧力４ＭＰａ）により、第１１のスラリー５６として高圧フィルタープレス５７に打ち込まれる。第１０のスラリー５２は、高圧ポンプ５５を通過する前に、必要に応じ設けられた第２の磁力選別装置５４を通過することにより、その中に含まれる高圧ポンプ５５の機能障害となり得る微小鉄片７４を除去する工程を行う場合がある。

高圧ポンプ５５の一例として、油圧を特殊ゴムを介してスラリーに伝えて送泥する装置が挙げられる。

高圧ポンプ５５の他の例として、ヘイシンモーノポンプの名称に代表され、内側で回転するローターと呼ばれる特殊加工の１条の雄ネジと、外側のステーターと呼ばれる弾性材で成型された雌ネジなどで構成され、ローターの回転速度で送泥速度を調整し送泥に脈動がなく送泥する装置が挙げられる。

さらに、高圧ポンプ５５の他の例として、油圧ピストンの往復運動で送泥するスラッジポンプによる装置がある。

高圧フィルタープレス５７（例えば４ＭＰａ）で第１１のスラリー５６を脱水し、脱水ケーキ６０を作る（脱水時間例えば約４０〜６０分）。

高圧フィルタープレス５７から排出される濾水６４は濾水槽６５に貯留し、中和剤６７を添加する中和槽６６、凝集剤６９を添加する凝集槽６８、シックナー７０、放流槽７２を経て放流水７３として放流する。

シックナー７０に沈降したスラッジ（スラリー７１）は、貯泥槽４８に戻し、再処理する。また、放流槽７２内の水の放射線量を放射線測定装置９８で測定し、予め設定された所定の基準値、例えばセシウム１３４は６０ベクレル毎リットルまたはセシウム１３７は９０ベクレル毎リットルを超えた時には、この放流槽７２内の水を放流せずに泥水受け槽４０に戻すようになっている。放射線量が基準値より低い場合には、水質試験を行い、水質に問題がないことを確認後、放流水７３として放流する。

高圧フィルタープレス５７の濾布洗浄水や、そのほかの機器の洗浄水は、すべて第１の泥水受け槽４０に集められ、再処理される。

高圧フィルタープレス５７で第１１のスラリー５６を脱水した際の余剰分は、余剰スラリーとしてスラリー槽４９に返送し、再処理される。

脱水ケーキ６０は必要により粉砕機６１で破砕し、土砂ホッパー６２や粉砕土６３として貯留する。

粉砕機６１は、例えば下部に複数の突起を持つ回転軸を２軸装備し、互いに逆方向に回転できるもので、羽根の間隔、長さ、回転速度を変えられる機構を装備している。

粉砕機６１は、粉砕後のケーキの形状寸法などにより、複数台設けることもある。

脱水ケーキ６０は、使用目的に応じ、粉砕機６１を用いないで、高圧フィルタープレス５７から分離したのみで、地上で自由落下させて破砕を行う場合もある。

脱水ケーキ６０や粉砕土６３は、含水比が４０〜５０％程度であり、減容化・減量化を図れるとともに、取り扱いが容易であるため、積み込み・運搬・仮置き・最終処分の各処理段階の作業を効率的にでき、事業費の低減を図れる。

図３は、浚渫土の粒径加積曲線を示す図である。また、図４（ａ）は、分級後の砂の粒径加積曲線、図４（ｂ）は分級および脱水後の脱水ケーキの粒径加積曲線を示している。

図３に示すように、浚渫土には色々な粒径の土砂が入っており、大きなものは３ｍｍ程度から小さなものは０．００１ｍｍ（１μｍ）程度まで様々である。通常、図４（ｃ）に示すように、粒径が１〜５μｍは粘土、０．００５〜０．０７５ｍｍはシルト、０．０７５〜２ｍｍは砂、２ｍｍ以上が礫と呼ばれ、粒径が０．０７５ｍｍより大きい粗粒分と小さい細粒分とに大別される。

図３（ａ）に示すように、分級後の砂には０．０７５ｍｍ以下の細かい粒子は含まれておらず、０．１〜２ｍｍまでの粒径が８０％位になる。このように砂の粒径（粒）が揃っており、細かい粒子の砂分が大部分であり、シルト分はほとんど含まれていない。

一方、図３（ｂ）に示すように、分級後の脱水ケーキはほとんどがシルト分である。すなわち、０．０７５ｍｍ以下の粒子は脱水ケーキに集積されたことを示している。

上述したように、本工法実施例における粒径加積曲線によると、細粒分はリサイクル可能な砂４２や礫３５への移行はなく、脱水ケーキ６０に集積しており、放射能汚染土砂の減容化・減量化に格段の効果があることが分かる。

なお、体内に取り込まれると内部被爆を招くため、除染物質として最も重要視されているセシウム１３７とセシウム１３４は、粘土鉱物などに強く結合する性質があるので、洗浄後のスラリー処理段階で細粒分などにほとんどが移行し、水に抽出されるのは０．１％と言われている。

従って、上記のような構成の放射能汚染土砂の処理装置によれば、泥水状の放射能汚染土砂を除染する場合、脱水して固形物として処理することにより、放射能汚染土砂の減容化・減量化を図れる。また、泥水状の放射能汚染土砂を脱水して固形物として処理するので、積み込み・運搬・仮置き・最終処分の各処理段階の作業を効率的にでき、事業費の低減を図れる。

しかも、処理中に発生した放射能汚染水を、解砕撹拌機や撹拌機に戻して給水に使用することで再処理し、脱水ケーキ６０に集積できる。

また、分級した礫３５と砂４２は、元々セシウムを吸着し難い物質なので、低い放射能測定値となることが予想され、分級することによりリサイクル可能な土木材料となる。さらに、木材や枝葉などのゴミは、マイクロバブルやセシウム吸着剤の作用により、低い放射能測定値となることが予想され、通常の焼却が可能でさらに減容化が図れる。

なお、上述した実施例では、セシウム（セシウム１３７とセシウム１３４）の除染を例に取って説明したが、吸着材を変えれば同様にして他の放射性物質の除染にも適用できる。また、放射能汚染が低レベルの場合などには、セシウム吸着材の添加は必須とはいえないが、粒径が７５μｍ以下の吸着材を添加することで、セシウムを確実にシルト粘土分に凝縮できる。さらに、マイクロバブル発生装置１００〜１０２を清水槽１９から解砕撹拌機２０、礫洗浄機３４および砂洗浄機４１への加水経路にそれぞれ設けたが、一台のマイクロバブル発生装置を用いても良いのはもちろんである。

図５は本発明の他の実施例であり、図１−１に対応する。

前述の実施例では、湖や河川、港湾などの底泥をグラブ浚渫船１で浚渫したが、この実施例では土砂圧送装置６で浚渫したことに特徴を有し、土砂圧送装置６による浚渫の場合は、放射能汚染土砂８をパイプ輸送管７で搬送しスクリーン９に入れるようにしている。

なお、この実施例において、大きな夾雑物は放射能汚染土砂の吸込み口に引っかかる。この場合、吸込み口を移動させることで、回避される。

他の装置の構成、処理方法は前述の実施例と同様であるので、説明の重複を避けるために、詳細は省略する。このような構成であっても上述した実施例と同様な作用効果が得られる。

現状の法律（経済産業省告示第１８７号「実用発電用原子炉の設置、運転等に関する規則の規定に基づく線量限度等を定める告示」平成１３年３月２１日）を参考にすると、通常時の作業員に関する放射線量の年間限度は５０ミリシーベルトとなっている。本発明による処理装置は、ほぼ自動化されたものであり、放射性物質に近接する作業が短いので、除染作業にあたり作業員の放射線被曝量が低減するよう配慮されている。

１ グラブ浚渫船
２ 放射能汚染土砂
３ 土砂溜め槽
４ 撹拌兼積込機
５ 土砂
６ 土砂圧送装置
７ パイプ輸送管
８ 放射能汚染土砂
９ スクリーン
１０ 受入れホッパー
１１ 土砂
１２ 土砂搬送装置
１３ 磁力選別装置
１４ ベルトコンベア
１５ マグネット
１６ 鉄片
１７ シュート
１８ 鉄片
１９ 清水槽
２０ 解砕撹拌機
２１ スラリー
２２ 土砂分離機
２３ 土砂分離機
２４ 土砂
２５ 土砂
２６ スラリー
２７ 泥水受け槽
２８ サイクロン
２９ スラリー
３０ スラリー
３１ 土砂分離機
３２ スラリー
３３ 土砂
３４ 礫洗浄機
３５ 礫
３６ スラリー
３７ ゴミ・土砂分離機
３８ スラリー
３９ ゴミ
４０ 泥水受け槽
４１ 砂洗浄機
４２ 砂
４３ スラリー
４４ 土砂分離機
４５ 土砂
４６ スラリー
４７ 泥水受け槽
４８ 貯泥槽
４９ スラリー槽
５０ ＰＡＣ
５１ 消石灰
５２ スラリー
５３ 給泥ポンプ
５４ 磁力選別装置
５５ 高圧ポンプ
５６ スラリー
５７ 高圧フィルタープレス
５９ ベルトコンベア
６０ 脱水ケーキ
６１ 粉砕機
６２ 土砂ホッパー
６３ 粉砕土
６４ 濾水
６５ 濾水槽
６６ 中和槽
６７ 中和剤
６８ 凝集槽
６９ 凝集剤
７０ シックナー
７１ スラリー
７２ 放流槽
７３ 放流水
７４ 微小鉄片
８１ セシウム吸着材貯蔵槽
８２〜８６ 添加装置
９０〜９８ 放射線測定装置
１００〜１０２ マイクロバブル発生装置
１１０ シェル
１１１ ローター
ａ 円筒容器
ｂ、ｃ 配管
ｄ 磁石

Claims (2)

1. 土砂溜め槽（３）に溜められた放射能汚染土砂（２）を撹拌兼積込機（４）により撹拌混合した土砂（５）、又は土砂圧送装置（６）によって浚渫され、かつパイプ輸送管（７）で運ばれてきた放射能汚染土砂（８）中から大きな混在異物を除去するスクリーン（９）と、
   このスクリーン（９）を通過した第１の土砂（１１）を土砂搬送装置（１２）により所定の場所まで搬送し、加水して第１のスラリー（２１）とする解砕撹拌機（２０）と、
   前記第１のスラリー（２１）から所定の粒径の第２の土砂（２４）を分離させる第１の土砂分離機（２２）と、
   この第１の土砂分離機（２２）を通過したスラリー中から所定の粒径の第３の土砂（２５）を分離させる第２の土砂分離機（２３）と、
   前記第２の土砂分離機（２３）を通過した第２のスラリー（２６）を重い第３のスラリー（２９）と軽い第４のスラリー（３０）とに分離させるサイクロン（２８）と、
   前記第３のスラリー（２９）から所定の粒径の第４の土砂（３３）を分離させる第３の土砂分離機（３１）と、
   前記サイクロン（２８）により分離された軽い前記第４のスラリー（３０）から所定の粒径の第５の土砂（４５）を分離させる第４の土砂分離機（４４）と、
   前記第１、第２の土砂分離機（２２）、（２３）により分離された前記第２、第３の土砂（２４）、（２５）を加水しながら洗浄して礫（３５）と第６のスラリー（３６）とに分離させる礫洗浄機（３４）と、
   前記第３、第４の土砂分離機（３１）、（４４）より分離された第４、第５の土砂（３３）、（４５）を洗浄して砂（４２）と第７のスラリー（４３）とに分離させる砂洗浄機（４１）と、
   前記礫洗浄機（３４）および砂洗浄機（４１）より分離された第６のスラリー（３６）、第７のスラリー（４３）を、第８のスラリー（３８）とゴミ（３９）に分離するゴミ・土砂分離機（３７）と、
   前記第８のスラリー（３８）が投入されて貯留する泥水受け槽（４０）と、
   前記第４の土砂分離機（４４）を通過した第９のスラリー（４６）に凝集剤を添加、混合して貯留するスラリー槽（４９）と、
   前記スラリー槽（４９）からの第１０のスラリー（５２）を高圧ポンプ（５５）に供給し、高圧ポンプ（５５）からの第１１のスラリー（５６）を脱水ケーキ（６０）と濾水（６４）とに分離する高圧フィルタープレス（５７）と、
   前記高圧フィルタープレス（５７）で分離された濾水（６４）を貯留する濾水槽（６５）、中和剤（６７）を添加する中和槽（６６）、凝集剤（６９）を添加する凝集槽（６８）、および放流水（７３）を放流する放流槽（７２）と、
   ７５μｍ以下の粒子又は７５μｍ以下の粒子とした物質、および水溶液中でマイナスイオンとなる物質及び／又は粘土鉱物を含むセシウム吸着材を貯蔵するセシウム吸着材貯蔵槽（８１）と、
   このセシウム吸着材貯蔵槽（８１）に貯蔵されているセシウム吸着材を、前記土砂溜め槽（３）内の放射能汚染土砂（２）、前記スクリーン（９）に投入される土砂（５）又は放射能汚染土砂（８）、解砕撹拌機（２０）内の第１のスラリー（２１）、前記スラリー槽（４９）内の第１０のスラリー（５２）、および前記凝集槽（６８）内の濾水（６４）の少なくともいずれか一つに添加する添加装置（８２〜８６）と、
   前記土砂溜め槽（３）内の放射能汚染土砂（２）、前記スクリーン（９）で土砂（５）又は放射能汚染土砂（８）中から除去された混在異物、第２のスラリー（２６）、礫（３５）、砂（４２）、第１０のスラリー（５２）、脱水ケーキ（６０）、および放流水（７３）の放射線量を測定する放射線測定装置とを備え、
   前記解砕撹拌機（２０）には前記第８のスラリー（３８）が循環投入され、放射線量が基準値を超えた前記放流槽（７２）内の水が前記泥水受け槽（４０）に戻されることを特徴とする放射能汚染土砂処理装置。
2. 請求項１記載の放射能汚染土砂の処理装置において、
   前記解砕撹拌機（２０）、前記礫洗浄機（３４）および前記砂洗浄機（４１）に加水する清水槽（１９）と、前記清水槽（１９）から前記解砕撹拌機（２０）、前記礫洗浄機（３４）および前記砂洗浄機（４１）への加水経路に設けられるマイクロバブル発生装置（１００〜１０２）とを更に備えることを特徴とする放射能汚染土砂処理装置。
   

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