JP2013234964A - 放射能除染方法及びこれに使用する放射性物質吸着ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】除染に使用した吸着体を含む放射性二次廃棄物の減容化に貢献する。
【解決手段】汚染水を連続処理する放射性物質吸着ユニット306は除染タンク306aと、この除染タンク306aに汚染水を供給する噴水管306bを有し、噴水管306bの上部に複数の噴水孔306cが形成されている。噴水管306bの周囲には、フェロシアン化鉄の微粉末（粒径：約10ナノメートル(nm)）を混練したポリエチレン樹脂（ＰＥ樹脂）で作られた薄いシート状の除染フィルタ308が多重に巻回されている。汚染水は除染フィルタ308を通過する過程で除染され、排水管306dを通じて外部に排出される。除染タンク306aはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂で作られており、また、噴水管306b、排水管306dも合成樹脂で作られている。使用済みの放射性物質吸着ユニット306は圧壊され、次いで加熱溶融されて放射能遮蔽箱に収容される。
【選択図】図3

Description

本発明は、除染に使用した吸着体を含む放射性二次廃棄物の減容化に貢献可能な放射能除染方法及びこれに使用する放射性物質吸着ユニットに関する。

特許文献１は、原子力発電施設、核燃料再処理工場、放射能同位体元素取扱施設から出る廃液を浄化するのにイオン交換樹脂や中空糸膜などが用いられており、このイオン交換樹脂や中空糸膜が大量の二次廃棄物となっている実情を指摘して、この二次廃棄物を減容化するためにイオン吸着機能と微粒子除去機能を共に備えた複合機能濾過膜を提案している。

2011年3月の東北地方太平洋沖地震及び津波に伴って発生した福島原子力発電施設の事故は、今現在に至っても環境中に大量の放射性物質を放出し続けている。環境中に放出された放射性物質にはセシウム１３４、セシウム１３７が含まれており、セシウム１３４の半減期は約２年、セシウム１３７の半減期は約３０年であることから、特にこれら放射性セシウムによる環境汚染が深刻な社会問題となっている。

福島原子力発電施設の事故によって広範囲に拡散し続けている放射性物質は多種多様な場所に飛散しているため除染対象に分けて効果的な除染技術が提案されている。福島原子力発電施設内の高濃度汚染水の浄化のためにフランスのアレバ社が提案する「凝集沈殿法」が採用された。この「凝集沈殿法」は、汚染水にフェロシアン化ニッケルを含む吸着剤を投入して放射性物質を吸着させ、そして、放射性物質を捕獲した吸着剤を凝集剤で沈殿させて除去する除染方法である。

放射性物質の吸着にゼオライトが有効であることが知られており、ゼオライトを含有するメッシュフィルタが市販されている。このフィルタは空気清浄機、除湿器、換気扇などに装着して用いられる。また、活性炭を含有するメッシュフィルタも開発され、この活性炭入りメッシュフィルタはマスクなどに適用されている。

特許文献２は、活性炭の他に放射性核種毎に効果的な吸着剤を教示している。具体的に、コバルト（Ｃｏ）の吸着剤として、東亜合成社製の無機イオン交換体（層状リン酸化合物）、ユニチカ社製のキレート樹脂、城北化学工業社製のオキシン添着炭が代表例として例示され、セシウム（Ｃｓ）の吸着剤として、旭エンジニアリング社製のフェロシアン化化合物添加含水酸化チタン吸着剤、城北化学工業社製のフェロシアン化化合物添着炭、テイカ社製の無機イオン交換体（層状リン酸化合物）が代表例として例示されている。

福島原子力発電施設の事故の後、独立行政法人 産業技術総合研究所は、関東化学株式会社と共同して、微粉末（粒径：約１０ナノメートル(nm)）のプルシアンブルー（フェロシアン化鉄：紺青）を利用した各種のセシウム吸着材料を公表している。また、東京工業大学はフェロシアン化鉄を用いた水の浄化に関する公開実験を行っている。

特開２００１−２３９１３８号公報 特開平１１−１８３６９１号公報

福島原子力発電施設の事故は未だに収束しておらず、前述したように放射能汚染が広域に亘っているため早急の且つ長期に亘る徹底した放射能除染が求められる。建造物の除染方法として高圧の水で洗い流す手法が使われているが、洗浄した後の水は雨水と同じに下水や川に流れ込んで周辺の土壌を汚染してしまうため、この高圧の水を使う除染では、洗浄後の汚染水の処理が必要となる。

土壌汚染では、表土を削り取るのが有効とされているが、この削り取った表土の処理が問題となっている。更に、放射能汚染した瓦礫は何も処理されないまま放置した状態に置かれているのが実情であり、また、池などの貯水池に貯まった汚染水も手つかずの状態で放置されているのが実情である。

本発明の目的は、除染に使用した吸着体を含む放射性二次廃棄物の減容化に貢献できる放射能除染方法及びこれに使用する放射性物質吸着ユニットを提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
放射能汚染流体から放射性物質を吸着する吸着剤を含む除染吸着体をケースに収容した放射性物質吸着ユニットを用意し、
前記放射性物質吸着ユニットを回収して、使用済みの前記除染吸着体を前記ケースに入れたままの前記放射性物質吸着ユニットを圧壊して放射能遮蔽箱に収容することを特徴とする放射能除染方法を提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の第２の観点によれば、
放射能汚染流体を受け入れて該放射能汚染流体に含まれる放射能物質を吸着する除染吸着体と、
該除染吸着体を収容したケースとで構成され、
前記ケースが合成樹脂材料で作られていることを特徴とする放射性物質吸着ユニットを提供することにより達成される。

本発明によれば、使用済みの除染吸着体に触れることなく減容でき且つ圧壊した放射性物質吸着ユニットを放射能遮蔽箱に収容することから、使用済みの除染吸着体を安全に処理することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、圧壊した放射性吸着ユニットを加熱溶融して放射能遮蔽箱に収容することから一層の減容化が可能である。

実施例の除染システムの概要を説明するためのフロー図である。 コンテナに組み込んで現地に車両で搬送することのできる汚染水浄化システムの全体構成図である。 図２に図示の汚染水浄化システムに含まれる放射性物質吸着ユニット及びこれを脱着可能に受け入れるベースの概要を示す図である。 変形例の放射性物質吸着ユニットの概略図である。 処理施設に搬入された放射性物質吸着ユニットの一連の処理工程を示すフロー図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は土壌、建築構造物の屋根や壁面、路面、側溝、砂、石、コンクリート破片など放射能で汚染された物体を水で洗浄した後の放射能汚染水や、池などに貯まっている放射能汚染水を浄化するための除染システムの全体概要を示すフロー図である。

この除染システム１００は、砂や石などの固体を酢酸希釈水で洗浄する固体浄化システム２００と、汚染水を浄化する汚染水浄化システム３００とで構成されている。

固体浄化システム２００はミキサー２０２と脱水機２０４とを備え、好ましくは、脱水機２０４は乾燥機能を有しているのがよく、又は、乾燥機を併設するのがよい。砂や石など放射能で汚染した固体は、酢酸希釈水と一緒にミキサー２０２で混合される。ミキサー２０２の典型例として２軸パドルミキサー（例えば、神奈川県藤沢市菖蒲沢に本社を構える気工社が製造する「２軸パドルミキサー」）を挙げることができる。この「２軸パドルミキサー」は、軸の長手方向に複数のパドルを備えた２本の並置したシャフトを有している。

ミキサー２０２の内部で砂や石などの固体と酢酸希釈水とが混ざり合って、固体に付着している放射能物質（セシウム）が酢酸と緩く結合することにより固体から放射能物質（セシウム）が取り除かれる。酢酸希釈水の酢酸濃度は任意であるが、実験によれば３％酢酸水で除染効果が得られることが確認できた。

ミキサー２０２から出た砂や石と酢酸希釈水は脱水機２０４に投入され、この脱水機２０４で固体と酢酸希釈水とが分離される。脱水機２０４から出た固体は必要に応じて連続乾燥機で乾燥される。他方、脱水機２０４を出た酢酸希釈水は放射能汚染水として次の汚染水浄化システム３００で処理される。

汚染水浄化システム３００は、オゾンを含む空気のマイクロバブルを発生するマイクロバブル生成機３０２と、メッシュフィルタ３０４と、放射性物質吸着ユニット３０６とで構成されており、この汚染水浄化システム３００によって放射能汚染水が連続処理される。

固体浄化システム２００から出た放射能汚染水は貯水タンク又は貯水槽１０２に蓄えられる。勿論、家屋の除染に使用した水を貯水タンク又は貯水槽１０２に蓄えてもよい。貯水タンク又は貯水槽１０２に収容された放射能汚染水はポンプ１０４で汲み上げられて、オゾンを含む空気のマイクロバブルによってオゾン処理されることにより有機物の分解が促進される。放射能汚染水に含まれる有機物が少ない場合には、このオゾン処理を省いてもよい。このオゾン処理は、貯水タンク又は貯水槽１０２で行ってもよいし、この貯水タンク又は貯水槽１０２とは別の第２の貯水タンク又は貯水槽を用意し、この第２の貯水タンク又は貯水槽でオゾン処理を行ってもよい。

汚染処理システム３００に含まれる放射性物質吸着ユニット３０６は放射性物質吸着材料を含む。この放射性物質吸着材料は、典型的には、合成樹脂材料とフェロシアン化鉄の微粉末とで構成された多孔又は中実の例えばビーズ状、粒子状、糸状などの任意の形態に成形した除染吸着体又はフィルタ形態の除染吸着体で構成される。任意であるが、放射性物質吸着材料として、ゼオライト、バーミキュライト、パーライトなどの放射性物質を吸着することのできる材料を採用してもよい。

吸着ユニットは、一定の量の放射性物質吸着処理を行った後に新しい吸着ユニットと交換される。使用済みの吸着ユニットは、これを処理する施設に搬送され、そしてこの処理施設で圧壊されて減容される。最も好ましくは、熱溶解されて更なる減容が行われる。

除染システム１００を含む処理施設を構築してもよいが、例えば固体浄化システム２００と汚染水浄化システム３００とを別々のコンテナの中に設置し、これらのコンテナをトラックで現地まで運んで、現地で除染作業を行うようにしてもよい。

図２は、コンテナ１０４に搭載された汚染水浄化システム３００の全体構成図である。コンテナ１０４には、第２の貯水タンク１０６が搭載され、この第２の貯水タンク１０６には、現地に設置されている集水槽１０８の中に蓄えられた放射能汚染水をポンプ１１０で汲み上げることにより汚染水が第２の貯水タンク１０６に連続的に供給される。

この第２の貯水タンク１０６には、マイクロバブル生成機３０２よって生成されたオゾン含有のマイクロバブルが供給される。この第２の貯水タンク１０６に対するオゾン含有マイクロバブルの供給は、第２の貯水タンク１０６内の汚染水が有機物を含んでいるときに行われ、有機物がオゾンによって分解される。換言すると、第２の貯水タンク１０６内の汚染水が有機物を含んでいない場合や有機物の量が僅かなときには第２の貯水タンク１０６に対するオゾン含有マイクロバブルの供給を停止してもよい。図２中、参照符号１１２は手動バルブであり、この手動バルブ１１２を操作することにより第２の貯水タンク１０６に対するオゾン含有マイクロバブルの供給を制御することができる。

第２の貯水タンク１０６の汚染水は、ステンレス製のメッシュフィルタによって濾過された後に、放射性物質吸着ユニット３０６に連続的に供給される。

放射性物質吸着ユニット３０６は３つを一組として、この実施例では３組のユニット３０６つまり合計９つの放射性物質吸着ユニット３０６がコンテナ１０４に搭載されている。

図３は、コンテナ１０４に搭載される放射性物質吸着ユニット３０６を受け入れるベース１１４を示す。ベース１１４は、３つの放射性物質吸着ユニット３０６の各々を受け入れる上方に向けて開放した受け口１１４ａを有し、各受け口１１４ａに対して放射性物質吸着ユニット３０６が脱着可能に組み付けられる。

各放射性物質吸着ユニット３０６は上方に向けて延びる円筒状の外形輪郭を有する上下を閉塞した除染タンク３０６ａと、この除染タンク３０６ａの軸線上に位置して上下に延びる噴水管３０６ｂとを有し、この噴水管３０６ｂの長手方向に３分割したときに上の２つの区分に複数の噴水孔３０６ｃが形成されている。換言すると、汚染水を除染タンク３０６ａに入れるための入水管である噴水管３０６ｂを、その長手方向に３分割した一番下の区分には噴水孔３０６ｃが形成されていない。噴水管３０６ｂには、第２の貯水タンク１０６から汚染水が供給される。他方、除染タンク３０６ａ内で除染処理された水は排水管３０６ｄを通じて外部に排出される。

放射性物質吸着ユニット３０６の噴水管３０６ｂの周囲には、フェロシアン化鉄の微粉末（粒径：約10ナノメートル(nm)）を混練したポリエチレン樹脂（ＰＥ樹脂）で作られた薄い不織布の除染フィルタ３０８が多重に巻回されている。

除染フィルタ１の合成繊維の原料として、ポリエチレン樹脂（ＰＥ樹脂）の他にポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリアミド樹脂（ＰＡ樹脂）などの汎用樹脂を採用するのがコストを下げるのに有効であるが、後に説明するように放射性物質を吸着した除染フィルタ１を溶融して減容するのに、溶融温度が比較的低い樹脂であるのが望ましく、この観点からポリエチレン（ＰＥ）樹脂を選択するのが好ましい。

放射性物質吸着ユニット３０６の除染タンク３０６ａは合成樹脂製であるのがよい。典型的には、除染タンク３０６ａはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂で作られるのがよく、断面円形の除染タンク３０６ａが半径方向外方に膨らみ出すのを阻止するために、この除染タンク３０６ａの周囲にベルト（図示せず）を巻回しておくのが好ましい。また、放射性物質吸着ユニット３０６の噴水管３０６ｂ及び排水管３０６ｄも合成樹脂製であるのが好ましい。

放射性物質吸着ユニット３０６は所定期間又は所定量の汚染水を処理した後に放射性物質吸着ユニット３０６が新しいユニット３０６と交換される。ベース１１４から取り外した使用済み放射性物質吸着ユニット３０６は、これを処理する施設に搬送される。

処理施設では、図５に示すように、使用済み放射性物質吸着ユニット３０６がプレス機械によって圧壊されて減容され、そして圧壊した使用済み放射性物質吸着ユニット３０６は専用の放射能遮蔽金属箱に格納される。最も好ましくは、使用済み放射性物質吸着ユニット３０６がプレス機械によって圧壊され、次いで熱溶解され、そして溶融状態で放射能遮蔽金属箱の中に投入されて、この放射能遮蔽金属箱の中で固化される。

上記の専用の放射能遮蔽金属箱は、ステンレス板又は鋼板で作った横断面矩形の六面体の密閉金属箱を用意し、その内面に、一定の放射能遮蔽効果を有する適当な厚みの鉛板を添設するのがよい。鋼板で作った六面体の密閉箱は100cm×100cm×60cmの自動車部品の海外向け搬送に数多く用いられている金属箱を流用するのがコストを下げる上で好適である。この密閉箱の内面に添設する鉛板の厚さとして例えば0.3〜３mmを例示することができる。鉛板の代わりにタングステンシートを採用しても良い。また、鉛板をポリエチレン等の樹脂でコーティングした放射線遮蔽マットが市販されているが、この放射能遮蔽マットを上述した自動車部品の海外向け搬送用の密閉箱の内面に添設してもよい。

放射能廃棄物を格納した放射能遮蔽金属箱は専用の放射能遮蔽コンテナに収容して一時保存してもよい。専用の放射能遮蔽コンテナは、陸上輸送用又は海上輸送用のコンテナ（構造が相対的に頑丈な海上輸送用のコンテナが好ましい）を用意し、このコンテナの内面に好ましくは鉛板を添設するのが好ましい。コンテナの内面に添設する鉛板の厚さとして例えば0.3〜３mmを例示することができる。鉛板の代わりにタングステンシートを採用しても良い。また、上述した放射線遮蔽マットを陸上又は海上輸送用のコンテナの内面に添設してもよい。

物流に大量に用いられているコンテナを採用することは、コストを低減するうえで好適である。減容化した放射性二次廃棄物を放射能遮蔽金属箱と放射能遮蔽コンテナの二重の容器に格納することで、放射能遮蔽コンテナから放出される放射線量を低いレベルに抑えることができると共に放射能遮蔽金属箱の中への雨水の内部侵入及びその流出を長期に亘って防止することができる。したがって、放射能遮蔽コンテナを土の中に埋設することなく屋外で中間保管することができる。この放射能遮蔽コンテナを使った中間保管は、ベースとなる陸上輸送用又は海上輸送用のコンテナが、そもそも上下に積み重ねることができる構造と強度を有していることから、放射能遮蔽コンテナを２段、３段、４段、５段、６段と積み上げた状態で保管することができる。更に、放射能遮蔽コンテナは、そのベースとなる陸上輸送用又は海上輸送用のコンテナが搬送用に作られていることから、最終処分場が決まり次第、既存のフォークリフトやトラックを使って放射能遮蔽コンテナを最終処分場に運ぶことができる。

以上、土壌や砂、石などの除染で発生した放射能汚染水の処理を中心に説明したが、放射能汚染地域のプールや側溝などを高圧水を使って除染する際に発生する汚水の処理システム又は除染機器や瓦礫を焼却処分する焼却場の排煙を除染するための焼却場の排煙システムに、変形例として図４に図示するように、放射性物質吸着フィルタなどの除染吸着体３０８を収容した合成樹脂製のケース４０２からなる放射性物質吸着ユニット４００を用意し、これをアタッチメント形式で汚水処理システム、高圧水の除染機器、焼却場の排煙システムに組み込んで、除染吸着体３０８の交換は放射性物質吸着ユニット４００を汚水処理システム、除染機器、排煙システムから取り外し、使用済みの除染吸着体３０８をケース４０２に入れたままで上述した圧壊、最も好ましくは融かして減容するのがよい。

１００ 除染システム
１０６ 第２の貯水タンク
１０８ 集水槽
１１０ ポンプ
１１２ バルブ
２００ 固体浄化システム
２０２ ミキサー
２０４ 脱水機
３００ 汚染水浄化システム
３０２ マイクロバブル生成機
３０４ メッシュフィルタ
３０６ 放射性物質吸着ユニット
３０６ａ 除染タンク
３０６ｂ 噴水管（入水管）
３０６ｃ 噴水孔
３０６ｄ 排水管
３０８ 除染フィルタ（除染吸着体）

Claims (8)

1. 放射能汚染流体から放射性物質を吸着する吸着剤を含む除染吸着体をケースに収容した放射性物質吸着ユニットを用意し、
   前記放射性物質吸着ユニットを回収して、使用済みの前記除染吸着体を前記ケースに入れたままの前記放射性物質吸着ユニットを圧壊して放射能遮蔽箱に収容することを特徴とする放射能除染方法。
2. 前記放射性物質吸着ユニットを圧壊した後に加熱溶融して前記放射能遮蔽箱に収容する、請求項１に記載の放射能除染方法。
3. 前記ケースが合成樹脂材料から作られ、
   前記除染吸着体が、フェロシアン化鉄の粉末を混練した合成樹脂材料から作られている、請求項１又は２に記載の放射能除染方法。
4. 前記放射能汚染流体が水である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射能除染方法。
5. 前記放射能汚染流体が焼却場の排煙である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射能除染方法。
6. 放射能汚染流体を受け入れて該放射能汚染流体に含まれる放射能物質を吸着する除染吸着体と、
   該除染吸着体を収容したケースとで構成され、
   前記ケースが合成樹脂材料で作られていることを特徴とする放射性物質吸着ユニット。
7. 前記ケースが、該ケース内に汚染流体を入れる入口管及び該ケース内の浄化した水を排出する排出管を有し、
   前記入口管及び前記排出管が合成樹脂材料で作られている、請求項６に記載の放射性物質吸着ユニット。
8. 前記ケースがＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂から作られている、請求項６又は７に記載の放射性物質吸着ユニット。

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