JP2014048168A - 放射性物質汚染物質の除染方法及びその除染装置 - Google Patents

Abstract

【課題】葉、枝、落葉、樹皮などの除染を実質的かつ効率よく行うことができる放射性物質汚染物質の除染方法、及びその除染装置の提供。
【解決手段】ある態様の放射性物質汚染物質の除染方法は、粉砕した放射性物質汚染物質と、多孔質材料とを混合して混合体を調製する混合工程と、上記混合体を上記多孔質材料の安定した分子構造を維持する温度の過熱蒸気で減容した炭化物を生成する炭化減容工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射性物質汚染物質の除染方法及びその除染装置に関する。

２０１１年３月１１日に日本国で発生した、東北地方太平洋沖地震及び津波（いわゆる東日本大震災）は、同地方を中心に未曾有の被害をもたらした。また、この災害に伴って発生した原子力発電施設の事故は、今現在に至っても周辺に大量の放射性物質を放出し続けるという結果を招いており、広域にわたって放射能物質での汚染が社会問題となっているのは周知の通りである。

その後、東日本大震災から１年が経過して、ようやく国の方針が決まり、この方針に沿った除染作業が始まったところである。
除染作業にあたっては、放射性セシウム（^１３４Ｃｓ，^１３７Ｃｓ）によって汚染された土壌の除染が積極的に進められている。ここで、放射性物質によって汚染された土壌の除染技術としては、例えば、非特許文献１に記載の技術などが開示されている。

石井慶造、「水洗浄による放射性セシウム汚染土壌の除染方法について」、原子力委員会定例会議、第３４回原子力委員会、平成２３年９月６日、資料第１号

２０１１年９月３０日付で林野庁から発表された「樹木の部位別と落葉、土壌の放射性セシウム濃度」（図３参照）によれば、土壌の放射性セシウムによる汚染に比して、葉、枝、落葉、樹皮などの汚染が著しいことがわかる。これは、土壌から放射性セシウムを除染することよりも、放射性セシウムに汚染された葉、枝、落葉、樹皮などの除染が急務であることを示している。

しかしながら、葉、枝、落葉、樹皮などの除染については、有効な方針が示されていないのが現状である。例えば、一般的な吸着剤を汚染物質に混合することにより、放射性物質の空中放射線量を低下させるに留まる程度の処理をされていることが多い。このように、土壌からの放射性セシウムの除染が一向に進んでいない現状に加え、空中放射線量を単に低下させるだけでなく、葉、枝、落葉、樹皮などの実質的な除染が一刻も早く望まれている。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、葉、枝、落葉、樹皮などの除染を実質的かつ効率よく行うことができる放射性物質汚染物質の除染方法、及びその除染装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、少なくとも、粉砕した放射性物質汚染物質と、該放射性物質汚染物質の放射性物質を離脱させる多孔質材料とを予め混合して得られた混合体を炭化減容することが有効であることを知見した。
本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、上記課題を解決するための本発明のある態様に係る放射性物質汚染物質の除染方法は、粉砕した放射性物質汚染物質と、多孔質材料とを混合して混合体を調製する混合工程と、
前記混合体を前記多孔質材料の安定した分子構造を維持する温度の過熱蒸気で減容した炭化物を生成する炭化減容工程とを含む。

これらの工程を含むことにより、放射性物質汚染物質、特に、葉、枝、落葉、樹皮などの除染を効率よく行うことができる放射性物質汚染物質の除染方法を提供することができる。
ここで、上記多孔質材料は、粘土鉱物で、特にゼオライトであることが好ましく、Ｎａ−Ｐ１型、ａ型、Ｌ型ゼオライト、及びＹ型ゼオライトの少なくとも何れかを含むことがより好ましい。

また、上記過熱蒸気の温度は、３００℃〜６００℃であることが好ましい。上記炭化減容工程においては、上記過熱蒸気の温度を高くすることが効果的であるが、ゼオライトの健全性（分子構造の安定性）を考慮すると、３００℃〜６００℃が好ましい。
また、上記混合工程において、上記多孔質材料は、アンモニウムイオンを含有することが好ましい。または、アンモニウムイオンを含有する溶液を混合することが好ましい。さらに、上記溶液が有機アンモニウム塩溶液であることがより好ましい。上記混合工程においてアンモニウムイオンを含有する溶液を混合することによって、放射性物質汚染物質からの放射性物質の脱離を促進するので、放射性物質汚染物質の除染効果が向上する。

また、上記炭化物と、上記炭化物から脱離した放射性物質を吸着した上記多孔質材料とを分離する分離工程を含むことが好ましい。この分離工程によって、回収された上記炭化物を通常の廃棄方法で廃棄することができ、また、肥料として再利用することも可能である。
また、放射性物質を吸着した上記多孔質材料を乾燥後、収容した容器の内部に酸素を供給しつつ排気を行って所定の低気圧とし、上記多孔質材料を攪拌しつつ加熱して加熱による上記多孔質材料の加熱分解とＲＦ電界加速による酸素のプラズマ加熱を同時に行い、分解ガスと高温酸素との燃焼反応により上記多孔質材料を無害化する多孔質材料無害化工程をさらに含むことが好ましい。

この多孔質材料無害化工程により、回収された上記ゼオライトが放射性物質で除染されるため、当該ゼオライトを再利用することができる。この多孔質材料無害化工程については、特許４０３２６０６号公報に記載の技術が適用できる。
また、上記放射性物質汚染物質は、樹木、低木、草、わら、枝、潅木、葉、樹皮、針状葉、丸太、根、若木、野菜、果物、果皮、花、穀類、草本作物、つる植物、広葉落葉樹、及び木材チップの有機物で、少なくとも何れかであることが好ましい。
さらに、上記放射性物質汚染物質を汚染した放射性物質が、放射性セシウムであることが好ましい。

また、本発明のある態様に係る放射性物質汚染物質の除染装置は、粉砕した放射性物質汚染物質と、多孔質材料とを混合して混合体を調製する混合部と、
加熱容器と、該加熱容器を取り囲んで当該加熱容器を誘導加熱する誘導加熱コイルと、上記加熱容器に通水して発生させた蒸気を過熱蒸気として取り出す過熱蒸気発生部と、上記混合体を収容する収容部を有し、上記過熱蒸気発生部によって取り出された過熱蒸気が上記収容部内の混合体に接して、炭化物を生成する炭化減容部とを有する。

このような構成を有することにより、放射性物質汚染物質、特に、葉、枝、落葉、樹皮などの除染を効率よく行うことができる放射性物質汚染物質の除染装置を提供することができる。特に、除染装置としての構成が簡単であるので、低コスト化を実現し、トラックなどに積載して山中にて放射性物質汚染物質の除染を行うことができる。
ここで、上記収容部は、ロータリーキルンであることが好ましい。上記収容部としては、ベルトコンベアタイプ、ロータリーキルンタイプ、バッチタイプが挙げられるが、これらの中でも、混合体が内部に設けられた回転翼によって攪拌されやすく、蒸気をスパイラル流で供給できる点でロータリーキルンタイプが好ましい。

また、上記炭化物と、放射性物質を吸着した上記多孔質材料とを分離する分離部を有することが好ましい。この分離部を有することによって、回収された上記炭化物を通常の廃棄方法で廃棄することができる。
また、多孔質材料無害化部として、放射性物質を吸着した上記多孔質材料を乾燥する乾燥部と、
乾燥した上記多孔質材料を供給する供給部と、
供給された上記多孔質材料を、プラズマを用いて減容処理するプラズマ減容部と、
減容処理された処理済み多孔質材料を回収する回収部と、
回収された処理済み多孔質材料を安定固化する安定化部と、
上記乾燥部と上記プラズマ減容部から発生するガスを無害化する無害化部とを有することが好ましい。この多孔質材料無害化部については、特許４０３２６０６号公報に記載の技術が適用できる。

以上説明したように、本発明のある態様に係る放射性物質汚染物質の除染方法及びその除染装置によれば、葉、枝、落葉、樹皮などの除染を実質的かつ効率よく行うことができる放射性物質汚染物質の除染方法、及びその除染装置を提供することができる。

本発明のある態様に係る放射性物質汚染物質の除染装置の構成を示すブロック図である。 本発明のある態様に係る放射性物質汚染物質の除染方法の流れを示すフローチャートである。 汚染された樹木の部位別と落葉、土壌の放射性セシウム濃度を示すグラフである（http://www.rinya.maff.go.jp/j/press/hozen/pdf/110930-01.pdf）。

以下、本発明のある態様に係る放射性物質汚染物質の除染方法及びその除染装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（放射性物質汚染物質の除染装置）
図１は、本発明のある態様に係る放射性物質汚染物質の除染装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の放射性物質汚染物質の除染装置１は、混合部１０と、炭化減容部２０とを有し、必要に応じて、分離部３０や、多孔質材料無害化部４０が備えられることが好ましい。

＜混合部＞
混合部１０は、投入ホッパー１１と、破砕機１２と、供給ホッパー１３と、ミキサー１４と、供給スクリュー１５と有する。
［投入ホッパー］
投入ホッパー１１は、破砕機１２に連結され、例えば、野外に放置され、回収された放射性物質汚染物質（葉、枝、落葉、樹皮など）の投入口である。
［破砕機］
破砕機１２は、投入ホッパー１１に投入された放射性物質汚染物質を所定の大きさに裁断する部材である。このとき、破砕機１２は、放射性物質汚染物質の含水率も所定の範囲になるように裁断する。

［供給ホッパー］
供給ホッパー１３は、破砕機１２で裁断された放射性物質汚染物質をミキサー１４に供給する部材であり、放射性物質汚染物質の吸湿を防ぐために、当該混合体の処理量の予備分を保持する。
［ミキサー］
ミキサー１４は、供給ホッパー１３で供給された粉砕した放射性物質汚染物質と、多孔質材料とを混合して混合体を調製する部材である。
［供給スクリュー］
供給スクリュー１５は、ミキサー１４で調製された所定の処理量の混合体を収容部２４に供給・搬送する部材である。

＜炭化減容部＞
炭化減容部２０は、加熱容器２１と、誘導加熱コイル２２と、過熱蒸気発生部２３と、収容部２４と排ガス処理部２５とを有する。誘導加熱コイル２２は、加熱容器２１を取り囲んで当該加熱容器２１を誘導加熱する。過熱蒸気発生部２３は、加熱容器２１に通水して発生させた蒸気を過熱蒸気として取り出す。収容部２４は、上記混合体を収容する部材である。収容部２４には、排ガス処理部２５が接続されている。排ガス処理部２５は、収容部２４内での炭化物の生成に伴う排ガスを、酸化触媒を用いて低温燃焼させて、脱臭、無害化処理する。

収容部２４としては、ベルトコンベアタイプ、ロータリーキルンタイプ、バッチタイプが挙げられるが、これらの中でも、混合体が内部に設けられた回転翼によって攪拌されやすく、蒸気をスパイラル流で供給できる点でロータリーキルンタイプが好ましい。
このような構成において、過熱蒸気発生部２３によって取り出された過熱蒸気が収容部２４内の上記混合体に接して、炭化物が生成される。

＜分離部＞
分離部３０は、炭化減容部２０で生成された炭化物と、放射性物質を吸着した上記多孔質材料とを分離する部材である。
＜多孔質材料無害化部＞
多孔質材料無害化部４０は、乾燥部４１と、供給部４２と、プラズマ減容部４３と、回収部４４と、安定化部４５と、無害化部４６とを有する。ここで、乾燥部４１は、放射性物質を吸着した上記多孔質材料を乾燥する部材である。また、供給部４２は、乾燥した上記多孔質材料を供給する部材である。また、プラズマ減容部４３は、供給された上記多孔質材料を、プラズマを用いて減容処理する部材である。また、回収部４４は、プラズマ減容部４３で減容処理された処理済み多孔質材料を回収する部材である。また、安定化部４５は、回収された処理済み多孔質材料を安定固化する部材である。また、無害化部４６は、乾燥部４１とプラズマ減容部４３から発生するガスを無害化する部材である。なお、図示しない制御部によって、これらの各部材が有機的に管理、制御される。

（放射性物質汚染物質の除染方法）
図２は、本発明のある態様に係る放射性物質汚染物質の除染方法の流れを示すフローチャートである。
図２に示すように、上述した構成を有する放射性物質汚染物質の除染装置において、本実施形態の放射性物質汚染物質の除染方法は、「混合工程Ｓ１」と、「炭化減容工程Ｓ２」とを含み、必要に応じて、「分離工程Ｓ３」や、「多孔質材料無害化工程Ｓ４」が含まれることが好ましい。

＜混合工程＞
混合工程Ｓ１は、粉砕した放射性物質汚染物質と、多孔質材料とを混合して混合体を調製する工程である。具体的には、放射性物質汚染物質（葉、枝、落葉、樹皮など）を投入ホッパー１１に入れ、破砕機１２によって所定の大きさに裁断された放射性物質汚染物質が供給ホッパー１３によってミキサー１４に供給され、多孔質材料と混合されて混合体が調製される工程である。その後、混合体は、供給スクリュー１４によって、収容部２４に供給・搬送される。

なお、この混合工程Ｓ１では、ミキサー１４で放射性物質汚染物質と多孔質材料とを混合して混合体を調製せずに、投入ホッパー１１に放射性物質汚染物質と多孔質材料とを投入してもよい。このようにすることによって、放射性物質汚染物質から脱離する放射性物質を吸着する多孔質材料が投入時点で混在するので、混合部１０自体の放射性物質による汚染をより確実に防ぐことができる。

［多孔質材料］
ここで、上記多孔質材料としては、ゼオライト、モンモリナイト、バーミキュライト、ナノカルシウム土壌改良剤、フィライト、イライト、高ＣＥＣゼオライト、プルシアンブルーナノ粒子などが挙げられ、これらの中でも、粘土鉱物で、特にゼオライトが好ましく、このゼオライトが、Ｎａ−Ｐ１型、ａ型、Ｌ型ゼオライト及びＹ型ゼオライトの少なくとも何れかを含むことがより好ましい。

また、この混合工程Ｓ１では、粉砕した放射性物質汚染物質と共に混合する多孔質材料が、アンモニウムイオンを含有することが好ましい。または、粉砕した放射性物質汚染物質及び多孔質材料に加えて、アンモニウムイオンを含有する溶液を混合することが好ましく、この溶液が有機アンモニウム塩溶液であることがより好ましい。上記混合体にアンモニウムイオンを含有する溶液を混合することによって、放射性物質汚染物質からの放射性物質の脱離を促進するので、放射性物質汚染物質の除染効果が向上する。

＜炭化減容工程＞
炭化減容工程Ｓ２は、上記混合体を上記多孔質材料の安定した分子構造を維持する温度の過熱蒸気で減容した炭化物を生成する工程である。具体的には、誘導加熱コイル２２が、加熱容器２１を取り囲んで当該加熱容器２１を誘導加熱する。そして、過熱蒸気発生部２３が、加熱容器２１に通水して発生させた蒸気を過熱蒸気として取り出し、上記混合体を収容した収容部２４に接して、炭化物が生成される。
ここで、炭化減容工程Ｓ２における上記過熱蒸気の温度は、３００℃〜６００℃であることが好ましい。上記炭化減容工程においては、上記過熱蒸気の温度を高くすることが効果的であるが、ゼオライトの健全性（分子構造の安定性）を考慮すると、３００℃〜６００℃が好ましい。

＜分離工程＞
分離工程Ｓ３は、分離部３０を用いて、炭化減容工程Ｓ２で生成された上記炭化物と、上記炭化物から脱離した放射性物質を吸着した上記多孔質材料とを分離する工程である。この分離工程によって、回収された上記炭化物を通常の廃棄方法で廃棄することができ、また、肥料として再利用することも可能である。

＜多孔質材料無害化工程＞
多孔質材料無害化工程Ｓ４は、容器３２内の放射性物質を吸着した上記多孔質材料を乾燥部４１によって乾燥後、供給部４２によって容器内に収容される。その後、プラズマ減容部４３によって、収容した容器の内部に酸素を供給しつつ排気を行って所定の低気圧とし、上記多孔質材料を攪拌しつつ加熱して加熱による上記多孔質材料の加熱分解とＲＦ電界加速による酸素のプラズマ加熱を同時に行う。その後、安定化部４５及び無害化部４６を用いて、分解ガスと高温酸素との燃焼反応により前記多孔質材料が無害化される。

以上説明したように、本願発明のある実施形態によれば、葉、枝、落葉、樹皮などの除染を実質的かつ効率よく行うことができる放射性物質汚染物質の除染方法、及びその除染装置を提供することができる。特に、多孔質材料無害化部を備えていない放射性物質汚染物質の除染装置は、その構成が簡単であるので、低コスト化を実現し、トラックなどに積載して山中にて放射性物質汚染物質の除染を行うことができる。一方、多孔質材料無害化部を備えた放射性物質汚染物質の除染装置は、真空を発生させる必要があるため、その分のコストが生じるものの、炭化物の再利用だけでなく、多孔質材料を再利用することができるので、環境を損なうことなく、結果的にトータルコストを低減することができる。
以上、本発明のある実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。

１ 放射性物質汚染物質の除染装置
１０ 混合部
２０ 炭化減容部
２１ 加熱容器
２２ 誘導加熱コイル
２３ 過熱蒸気発生部
２４ 収容部
３０ 分離部
４０ 多孔質材料無害化部
４１ 乾燥部
４２ 供給部
４３ プラズマ減容部
４４ 回収部
４５ 安定化部
４６ 無害化部

Claims (16)

1. 粉砕した放射性物質汚染物質と、多孔質材料とを混合して混合体を調製する混合工程と、
   前記混合体を前記多孔質材料の安定した分子構造を維持する温度の過熱蒸気で減容した炭化物を生成する炭化減容工程とを含むことを特徴とする放射性物質汚染物質の除染方法。
2. 前記多孔質材料が、粘土鉱物であることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
3. 前記粘土鉱物が、ゼオライトであることを特徴とする請求項２に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
4. 前記ゼオライトが、Ｎａ−Ｐ１型、ａ型、Ｌ型ゼオライト及びＹ型ゼオライトの少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項３に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
5. 前記過熱蒸気の温度が、３００℃〜６００℃であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
6. 前記混合工程において前記多孔質材料がアンモニウムイオンを含有することを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
7. 前記混合工程においてアンモニウムイオンを含有する溶液を混合することを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
8. 前記溶液が有機アンモニウム塩溶液であることを特徴とする請求項７に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
9. 前記炭化物と、前記炭化物から脱離した放射性物質を吸着した前記多孔質材料とを分離する分離工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
10. 放射性物質を吸着した前記多孔質材料を乾燥後、収容した容器の内部に酸素を供給しつつ排気を行って所定の低気圧とし、前記多孔質材料を攪拌しつつ加熱して加熱による前記多孔質材料の加熱分解とＲＦ電界加速による酸素のプラズマ加熱を同時に行い、分解ガスと高温酸素との燃焼反応により前記多孔質材料を無害化する多孔質材料無害化工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
11. 前記放射性物質汚染物質が、樹木、低木、草、わら、枝、潅木、葉、樹皮、針状葉、丸太、根、若木、野菜、果物、果皮、花、穀類、草本作物、つる植物、広葉落葉樹、及び木材チップの有機物で、少なくとも何れかであることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
12. 前記放射性物質汚染物質を汚染した放射性物質が、放射性セシウムであることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染物質の除染方法。
13. 粉砕した放射性物質汚染物質と、多孔質材料とを混合して混合体を調製する混合部と、
    加熱容器と、該加熱容器を取り囲んで当該加熱容器を誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記加熱容器に通水して発生させた蒸気を過熱蒸気として取り出す過熱蒸気発生部と、前記混合体を収容する収容部を有し、前記過熱蒸気発生部によって取り出された過熱蒸気が前記収容部内の混合体に接して、炭化物を生成する炭化減容部とを有することを特徴とする放射性物質汚染物質の除染装置。
14. 前記収容部がロータリーキルンであることを特徴とする請求項１３に記載の放射性物質汚染物質の除染装置。
15. 前記炭化物と、放射性物質を吸着した前記多孔質材料とを分離する分離部を有することを特徴とする請求項１３に記載の放射性物質汚染物質の除染装置。
16. 放射性物質を吸着した前記多孔質材料を乾燥する乾燥部と、
    乾燥した前記多孔質材料を供給する供給部と、
    供給された前記多孔質材料を、プラズマを用いて減容処理するプラズマ減容部と、
    減容処理された処理済み多孔質材料を回収する回収部と、
    回収された処理済み多孔質材料を安定固化する安定化部と、
    前記乾燥部と前記プラズマ減容部から発生するガスを無害化する無害化部とを有することを特徴とする請求項１３に記載の放射性物質汚染物質の除染装置。

Images