JP2014074694A - 放射性セシウム除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便かつ安全に、二次汚染を起こすことなく焼却飛灰から効率良く放射性セシウムを除去する方法を提供する。
【解決手段】放射性セシウムで汚染された焼却飛灰を水中に浸漬したのち撹拌し、次いで固液分離を施すことを特徴とする放射性セシウム除去方法。水への浸漬時間が１０分〜１００時間の範囲であると、好ましい。焼却飛灰と水の質量比率が１：１〜１：１０の範囲であると、好ましい。撹拌時間が３０分〜５時間の範囲であると、好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、簡便かつ安全に、二次汚染を起こすことなく放射性セシウムで汚染された焼却飛灰から放射性セシウムを分離する方法に関するものである。

セシウムは、試薬、光電変換素子、光学結晶、光学ガラス等の製造に用いられているレアメタルであり、地熱水等からセシウムを分離回収する技術は、資源確保の観点から重要である。また原子力利用施設から発生する廃液中には放射性セシウムが含まれており、このものを効率良く分離する技術が開発されてきた。さらに２０１１年に起きた福島第一原子力発電所の事故においては、放射性セシウムが広範囲に飛散し、さまざまな物質に付着した放射性セシウムを分離する技術が必要となってきた。特に、都市ごみ等の焼却飛灰中の放射性セシウムは水への溶出性が高く、環境中への放射性セシウムの拡散・汚染の恐れがあるため、焼却飛灰の安全な処理、廃棄処分が喫緊の課題となっている。

セシウムの分離に用いられる素材としては、ゼオライト、結晶質四チタン酸、スメクタイト、不溶性フェロシアン化物、リンモリブデン酸アンモニウム、シリコチタネート等が古くから知られており、これらの素材単独、ベントナイト、シリカゲル、水酸化ジルコニウム、多孔性樹脂、有機ゲル等の担体との複合体がセシウム吸着剤として取り上げられてきた（特許文献１〜３、非特許文献１参照）。

これらのセシウム吸着剤を用いて溶液からセシウムの分離を行う方法としては、セシウム吸着剤とセシウム含有溶液を一定時間接触させてから濾別する方法、セシウム吸着剤をカラムに充填してその中にセシウム含有溶液を流す方法等がある。いずれの場合においても、セシウム含有溶液が何らかの夾雑物を含む場合には、予め夾雑物を除く必要がある。また、夾雑物が放射性セシウムを含有する汚泥や焼却灰等に由来する物質の場合には、汚染拡大を防ぐため、夾雑物から放射性セシウムを分離し、セシウム吸着剤に吸着させる必要があった。

夾雑物が焼却飛灰である場合、焼却飛灰を水中に投入し、焼却飛灰中に含まれる放射性セシウムを水中に溶出し、さらに放射性セシウム含有溶液とセシウム吸着剤とを共存させて、溶液から放射性セシウムの分離を行うことは可能である。しかしながら、焼却飛灰は砂状の小さなものから、こぶし大〜レンガサイズの塊までと、大きさ、形状がさまざまである。特に塊となったものは比較的硬度が高いため、水中に投入、撹拌しようとすると撹拌が停止し、あるいは装置に機械的なダメージを与えることがある。また放射性セシウムを水中に十分に溶出することができず、水中から固液分離した後の灰から、放射性セシウムが再溶出するリスクをなくすことは困難であった。米粒大、こぶし大となった焼却飛灰を機械的な粉砕等の物理的手段で細かく粉砕処理した後、水中で撹拌することにより、焼却飛灰の放射性セシウムの水中への溶出性を高めることは可能であるが、焼却飛灰の飛散、装置の汚染等の問題が生じる。

特開平９−１７３８３２号公報 特開２０００−２３７６０４号公報 特開２００１−１６４３２６号公報

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第２巻、３２１〜３２２ページ（１９６５年）

本発明では、簡便かつ安全に、二次汚染を起こすことなく焼却飛灰から効率良く放射性セシウムを除去する方法を提供する。

上記課題を鋭意研究し、放射性セシウムで汚染された焼却飛灰を水中に浸漬した後撹拌し、次いで固液分離を施すことで、効率的に焼却飛灰から放射性セシウムを除去できることを見いだして、本発明に到達した。

水への浸漬時間を１０分〜１００時間の範囲内とすると、好ましい。

焼却飛灰と水の質量比率を１：１〜１：１０の範囲内とすると、好ましい。

撹拌時間を３０分〜５時間の範囲内とすると、好ましい。

本発明においては、放射性セシウムで汚染された焼却飛灰を水中に浸漬した後撹拌し、次いで固液分離を施す。焼却飛灰をまず水中に浸漬することにより焼却飛灰が柔らかくなり、撹拌が容易になると共に、焼却飛灰中の放射性セシウムを水中に十分溶出することが可能となる。固液分離後の焼却飛灰に残る放射性セシウムの残存率は低くなり、この焼却飛灰が再び水に触れても、放射性セシウムが溶出するリスクを極めて小さくすることが可能となった。水中に溶出された放射性セシウムは、セシウム吸着剤を用いて溶液から分離され、このセシウム吸着剤は放射性廃棄物として厳重に保管される。一方、固液分離後の焼却飛灰、放射性セシウム吸着後に分離された水は、放射能の量が十分に下げられたことを確認した後、埋立て、放流等の最終処分がなされる。

以下に、本発明の放射性セシウム除去方法を詳細に説明する。
本発明の放射性セシウム除去方法は、放射性セシウムで汚染された焼却飛灰から放射性セシウムを溶出させる方法として、焼却飛灰を水中に浸漬した後撹拌し、次いで固液分離を施すことにより達成される。この方法により、砂状の小さな焼却飛灰だけでなく、こぶし大〜レンガサイズの塊といった比較的大きい焼却飛灰からも、放射性セシウムの水中への溶出量を増やすことができ、簡便かつ安全に、二次汚染を起こすことなく焼却飛灰から効率良く放射性セシウムを除去することが可能となる。

焼却飛灰の水への浸漬時間は１０分〜１００時間の範囲であると好ましい。１０分より短いと、焼却飛灰が十分に柔らかくならず、その結果放射性セシウムの水中への溶出量が少なくなりやすい。１００時間より長いと効果が飽和しやすい。３０分〜３０時間がより好ましく、２時間〜１６時間が特に好ましい。

焼却飛灰と水の質量比率は１：１〜１：１０の範囲であると好ましい。１：１より水量が少ないと、浸漬時間を長くしても、焼却飛灰中の放射性セシウムの残存率が高くなりやすい。１：１０より水量が多いと、水中への放射性セシウムの溶出が十分に行われ、焼却飛灰中の放射性セシウムの残存率は低くなるものの、セシウム吸着剤を用いて処理すべき水の量が増え、処理効率が下がりやすい。質量比率は１：２〜１：８がより好ましく、１：３〜１：７が特に好ましい。

放射性セシウムで汚染された焼却飛灰を水中に浸漬したのちの撹拌時間は３０分〜５時間が好ましい。撹拌時間は４５分〜４時間がより好ましく、１〜３時間が特に好ましい。撹拌方法としては、撹拌羽根で撹拌する方法、エアレーションなど曝気による方法などが挙げられる。

焼却飛灰から放射性セシウムを溶出する際に用いる水は、加熱されていたり、セシウムの溶出剤を含んでいることが好ましい。通常、固形物と水では溶出量が飽和に達すると溶出が停止するが、これらの処理により放射性セシウムで汚染された焼却飛灰からの放射性セシウム溶出を促進させることが可能となり、焼却飛灰からの放射性セシウム除去量を増やすことができる。温度は２０〜１００℃が好ましく、３０〜９０℃がより好ましい。

セシウムの溶出剤の種類としては、酸やそれらの塩が挙げられる。具体的には、例えば無機酸、水に溶解するスルホン酸、カルボン酸が挙げられる。無機酸の例としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、クロム酸、ホウ酸などが挙げられる。スルホン酸の例としては、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸などが挙げられる。カルボン酸の例では、エデト酸、酢酸、ギ酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸などが挙げられる。溶出剤の添加量は、放射性セシウムが目的とするレベルまで溶出されるように、焼却飛灰に含まれる放射性セシウムの濃度に応じて実験的に定めればよい。酸の濃度としては０．１Ｍから６Ｍが好ましい。０．１Ｍよりも低濃度ならば効果がなく、６Ｍよりも高濃度ならば、反応容器が損傷する可能性がある。

焼却飛灰を水中に浸漬撹拌した後、固液分離を施す方法としては、スクリュープレス、フィルタープレス、ローラープレス、真空脱水機、遠心濃縮脱水機、ベルトプレス、ベルトスクリーン、振動ふるい、多重板波動フィルター、多重円板脱水機等の脱水装置により脱水する方法、ＭＦ膜等により膜ろ過する方法が挙げられるが、これらに限定されない。

焼却飛灰を水中に浸漬した後撹拌し、次いで固液分離した際に発生する放射性セシウム溶出液は、セシウム吸着剤を添加し、放射性セシウムを吸着・除去する。セシウム吸着剤としては、不溶性フェロシアン化物、ゼオライト等のセシウム吸着性化合物の単独、あるいは複数を結合させてなる粒子、少なくとも磁性体粒子と前記セシウム吸着性化合物とをバインダー等により結着した磁性吸着剤、不織布、織布等の基材にセシウム吸着性化合物をバインダー等により担持させたシート等が挙げられるが、セシウム吸着剤の除去の容易性から、磁性吸着剤を用いるのが好ましい。放射性セシウムを吸着した磁性吸着剤は、永久磁石、電磁石、超電導磁石によって短時間に集磁され、放射性セシウム溶出液から分離される。用いられる磁気分離装置に関して特に制限はない。

以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでない。なお、実施例中の百分率は、質量基準である。

実施例１
９５３０Ｂｑ／ｋｇの焼却飛灰１ｋｇを３０℃の水５ｋｇ中に１０時間浸漬・静置したのち２時間撹拌した。混合液から焼却飛灰をろ別後、乾燥した。焼却飛灰の放射能濃度は１１５８Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例２
水への浸漬時間を７分にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は２７０２Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例３
水への浸漬時間を１２分にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は２２２０Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例４
水への浸漬時間を３３分にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１４４８Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例５
水への浸漬時間を２８時間にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１０９１Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例６
水への浸漬時間を９５時間にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１０６２Ｂｑ／ｋｇであった。この焼却飛灰からの再溶出性を見るため、ＪＩＳ Ｋ００５８−１ 有姿撹拌試験法を参考に、乾燥後の焼却飛灰１００ｇについて水１ｋｇを加え６時間撹拌後、ろ過、乾燥して放射能濃度を求めたところ、１０５８Ｂｑ／ｋｇであり、ほとんど変化していないことが分かった。

実施例７
水への浸漬時間を１１０時間にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１０６０Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例８
水の量を０．８ｋｇにした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は２８９５Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例９
水の量を１．２ｋｇにした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は２２２０Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例１０
水の量を９．７ｋｇにした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１０５７Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例１１
水の量を１０．５ｋｇにした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１０５６Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例１２
撹拌時間を２０分にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１８３４Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例１３
撹拌時間を３５分にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１４４８Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例１４
撹拌時間を４時間４５分にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１０８６Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例１５
撹拌時間を５時間３０分にした以外は実施例１と同様に処理した。乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度は１０８５Ｂｑ／ｋｇであった。

比較例１
焼却飛灰１ｋｇを撹拌している水５ｋｇに投入したところ、焼却飛灰の塊が撹拌羽根と容器の間にはさまって撹拌が不能となり、以後の処理ができなくなった。

比較例２
９５３０Ｂｑ／ｋｇの焼却飛灰１ｋｇを３０℃の水５ｋｇ中に１０時間浸漬・静置したのち、撹拌することなくそのままろ別後、乾燥した。焼却飛灰の放射能濃度は５３０８Ｂｑ／ｋｇであった。

実施例１〜１５および比較例２で得られたろ別・乾燥後の焼却飛灰の放射能濃度を表１に示す。

実施例に示すように、放射性セシウムで汚染された焼却飛灰を水中に浸漬したのち撹拌し、次いで固液分離をすることにより、簡便かつ安全に、二次汚染を起こすことなく焼却飛灰から効率良く放射性セシウムを除去することが可能である。実施例１〜７の比較より、水への浸漬時間が１０分〜１００時間である実施例１、３〜６は、放射性セシウムの水中への溶出量が多く、ろ過後の焼却飛灰の放射能濃度が小さくなり、好ましい。水への浸漬時間が１００時間を超える実施例７は、浸漬時間が９５時間である実施例６と、ろ過後の焼却飛灰の放射能濃度が同等レベルであり、浸漬時間は１００時間より大きくしても、放射性セシウムの水中への溶出量への影響は小さいことがわかる。

実施例１、８〜１１の比較より、焼却飛灰と水の質量比率が１：１〜１：１０である実施例１、９、１０は、ろ過後の焼却飛灰の放射能濃度が小さくなり、好ましい。焼却飛灰と水の質量比率が１：１０より水量が多い実施例１１は、焼却飛灰と水の質量比率が１：９．７である実施例１０と、ろ過後の焼却飛灰の放射能濃度が同程度であり、焼却飛灰と水の質量比率が１：１０より水量を多くしても、放射性セシウムの水中への溶出量への影響は小さいことがわかる。実施例１と１２〜１５の比較より、焼却飛灰を水中へ浸漬した後の撹拌時間は３０分〜５時間である実施例１、１３、１４が、ろ過後の焼却飛灰の放射能濃度が小さいため好ましい。撹拌時間が５時間３０分である実施例１５は４時間４５分の実施例１４と同等レベルであり、撹拌時間は５時間より長くしても、放射性セシウムの水中への溶出量に対する影響は小さいことがわかる。実施例６の結果からは、本発明の方法により洗浄した焼却飛灰が再び水に触れても、放射性セシウムが溶出するリスクを極めて小さくできることが分かる。

比較例１の結果から、焼却飛灰を予め水中に浸漬しておかないと水中に投入、撹拌した際に撹拌が停止し、処理が続行できなくなることが分かる。また実施例１と比較例２の結果から、焼却飛灰を水中に浸漬したのち撹拌することにより焼却飛灰から効率良く放射性セシウムを除去することが可能となることがわかる。

Claims (4)

1. 放射性セシウムで汚染された焼却飛灰を水中に浸漬したのち撹拌し、次いで固液分離を施すことを特徴とする放射性セシウム除去方法。
2. 水への浸漬時間が１０分〜１００時間の範囲内である、請求項１記載の放射性セシウム除去方法。
3. 焼却飛灰と水の質量比率が１：１〜１：１０の範囲内である、請求項１または２記載の放射性セシウム除去方法。
4. 撹拌時間が３０分〜５時間である、請求項１乃至３のいずれかに記載の放射性セシウム除去方法。