JP2014174115A - 土壌からの放射性セシウム除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土壌から放射性セシウムを低コストで効率よく除去し、かつ、処理後の土壌を再利用可能な、方法を提供すること。
【解決手段】本発明の方法は、(1) 土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物との混合物中における無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物の割合が3質量％以上30質量％となるように無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物を添加し、さらに土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物との混合物の質量に対して0.5質量％を超え5質量％以下となるように塩化ナトリウムを添加する添加工程と、(2) 1000℃以上1200℃以下で30分以上120分以下の時間加熱処理することにより、前記添加工程後の土壌から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、(3) 加熱工程によって土壌から発生した粉塵を水によって洗浄し、洗浄排水をプルシアンブルー担持吸着材によって吸着処理することにより、放射性セシウムを回収する回収工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性セシウム（¹³⁴Cs又は¹³⁷Csのような放射能を有するセシウム同位体）を含有する土壌にカルシウム化合物及び塩化ナトリウムを添加した後、加熱処理することにより、放射性セシウムを揮発させて土壌から除去し、放射性セシウムを粉塵から回収するための方法に関する。

建設残土又は廃棄物を焼却した後に生じる焼却灰から、有害な有機分又は可燃分を除去するために、キルンを用いて有機分又は可燃分を焼却することが行われる。特許文献１は、フィーダによって建設残土を回転キルン内に連続的に投入し、キルンの回転によって投入された残土をフィーダの反対側に設けた排出口へと徐々に移送しながら、残土中の有機分の燃焼により生ずる灰を飛灰として搬送する風量の高温の燃焼ガスを回転キルン内に向流で吹き込んで、残土内に含まれる可燃性の有機分を燃焼してその灰を上記燃焼ガスで搬送排出すると共に、残土中の不燃分を上記燃焼ガスに晒すことにより焼成して排出する、建設残土の焼成方法を開示している。

特許文献１の焼成方法では、向流に吹き込まれた高温燃焼ガスにより、残土又は焼却灰に含まれる可燃分が燃焼されると共に、砂、瓦礫、灰等の不燃分を高温の燃焼ガスに晒すことにより焼成される。回転キルン内で焼成された土砂、瓦礫又は灰は、可燃分を含まない無菌化された純度の高い焼砂（焼成土）又は焼成灰となって回転キルンから排出されるため、磁力選鉱によって金属を分別し、さらにふるい選別によって粒径を揃えることが可能とされている。

一方、放射性廃棄物の場合には、有機分又は可燃分と異なり、加熱によっても分解することができないため、独自の処理方法が必要となる。特許文献２は、硝酸ナトリウム加熱を主成分とする放射性廃棄物と還元剤とガラス化剤を加熱し、窒素酸化物を発生させることなくガラス固化体を作成することを特徴とする硝酸ナトリウムを主成分とする放射性廃棄物の処理方法を開示している。特許文献２の処理方法は、廃棄物が埋設処分され地下水と接触した場合でも、放射性核種の溶出が少なく、また、脱硝及びガラス化処理時に放射性核種の揮発率が低いとされている。

特許文献３は、原子力発電施設の解体により発生した放射化コンクリートをブロック状に切り出し、該コンクリートブロックを密閉区画内で破砕し、所定粒径の粗骨材、細骨材、および微粉末を分級し、再生材料を製造する再生材料製造工程と、前記再生材料のうち微粉末を、加熱分解炉内に供給し、送気された高温空気で700℃以上に加熱し、前記微粉末に含有したトリチウム、炭素-14を分離する加熱処理工程と、前記加熱分解炉内から前記高温空気を環流させる経路上で、該高温空気内に含有する前記トリチウム、炭素-14を吸着除去する除染工程とを備え、各再生材料は除染が確認された後、前記密閉区画から排出されることを特徴とする放射化コンクリートのリサイクル処理方法を開示している。特許文献３のリサイクル方法は、放射化コンクリートに付着した所定の放射性物質を除去して再生骨材等を再生製造し得るとされている。

ここで、平成23年3月に発生した東京電力・福島第一原子力発電所の爆発事故の後、福島県を中心とする広範囲な地域において、土壌から放射性セシウムが検出される事態となっている。放射性セシウムに汚染された土壌の除染処理については、水洗浄、加熱下での酸処理、表土剥離、高圧洗浄、又はカルシウム塩存在下での高温処理のような多くの方法が検討されてきたが、実用規模で採用できるレベルの処理方法は開発されていない。その主原因は、土壌中のセシウムの存在形態、セシウム化合物の化学的・物理的特性、及びセシウム化合物と土壌成分との反応挙動が明らかにされていない点にある。

放射性セシウムを含有する汚染土壌から放射性セシウムを除去する技術として、非特許文献１は、汚染土壌にセシウム揮発促進剤として2種類のカルシウム化合物を添加し、1350℃で加熱処理することにより、セシウムを土壌から99.9％揮発させて除去する方法を開示している。また、非特許文献２には、土壌に塩化カルシウムを添加した場合には、土壌を1000℃以上に加熱してもセシウムがほとんど揮発しないことが開示されている。

特開２００２−７９２３４号公報 特開２００２−２２１５９３号公報 特許第４４７１１１０号明細書

2012年3月1日朝日新聞記事、http://www.asahi.com/national/update/0301/TKY201203010146.html 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構、2012年2月22日付プレスリリース、「放射性物質を含む汚染土壌等からの乾式セシウム除去技術の開発」について、http://www.naro.affrc.go.jp/publicity_report/press/laboratory/narc/027564.html

特許文献１の焼成方法は、土壌中から有機分又は可燃分を除去し、土壌を再生する方法としては利用し得るが、セシウム化合物のような無機物を除去対象とはしていない。

特許文献２の放射性廃棄物の処理方法は、放射性廃棄物をガラス固化体として固定する方法であり、処理後の土壌を再利用することはできない。また、土壌に適用した場合、汚染土壌の体積を減少させることはできないため、大量の土壌について適用することもできない。

特許文献３のリサイクル方法は、トリチウム又は炭素-14の除去を対象としており、土壌中の放射性セシウムを除去対象とはしていない。

非特許文献１の放射性セシウム除去方法は、土壌中の放射性セシウムをほぼ完全に除去できるとされているが、土壌を1300℃以上に加熱する必要があり、エネルギー消費量が大きい。また、そのような高温で加熱処理された場合、処理後の土壌を土壌として再利用することは不可能となる。このため、処理コストが非常に大きく、土壌を減容することができないという問題がある。

本発明は、土壌から放射性セシウムを低コストで効率よく除去し、かつ、処理後の土壌を再利用可能な、土壌からの放射性セシウム除去方法の提供を目的とする。

本発明者等は、セシウムを含有する土壌を加熱処理することにより、セシウムを土壌から揮発させる際、塩化ナトリウムを土壌に添加して加熱すると、非特許文献１に開示されているセシウム除去方法よりも低い加熱温度で土壌からセシウムが揮発することを見出した。

しかし、塩化ナトリウムを土壌に添加すると、土壌をキルンのような加熱処理装置によって加熱処理する際に塩素ガスが発生する。そのため、加熱処理装置及びその付属設備（例えば、排気管）が塩素ガスによって腐食しやすいという問題があった。また、土壌に塩化ナトリウムを多量に添加すると、セシウム除去後の土壌を洗浄して除塩しなければ、耕作地用には使用できないという問題もあった。

さらに、安定性セシウムと比較して極微量しか土壌中に存在しない放射性セシウムの場合には、塩化ナトリウムのみを添加して1000℃で60分間加熱処理しても、放射性セシウムの除去率は約65％に過ぎないことも判明した。

そこで、本発明者等は、加熱処理時にセシウム揮発を促進する添加剤として、無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物と塩化ナトリウムとを組み合わせることにより、塩化ナトリウムの添加量を減らしつつ、従来よりも低い温度で、土壌から微量の放射性セシウムを除去し得る方法について検討した。その結果、本発明者等は、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、カルシウムシアナミド、硫酸カルシウム及び硝酸カルシウムからなる群より選択される少なくとも１種類の無機カルシウム化合物、又は500℃以上の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物と、塩化ナトリウムとを併用することにより、上記課題を解決し得ることを見出した。

また、本発明者等は、土壌を加熱した際に発生する粉塵に放射性セシウムが高濃度で移行するため、粉塵を水で洗浄した後、洗浄排水を吸着材によって吸着処理すれば、洗浄排水に含有される放射性セシウムを吸着材によって効率よく吸着除去し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。

具体的に、本発明は、
土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物との混合物中における無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物の割合が3質量％以上30質量％となるように、放射性セシウムを含有する土壌に酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、カルシウムシアナミド、硫酸カルシウム及び硝酸カルシウムからなる群より選択される少なくとも１種類の無機カルシウム化合物、又は500℃以上の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物を添加し、さらに土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物との混合物の質量に対して0.5質量％を超え5質量％以下となるように塩化ナトリウムを添加する添加工程と、
900℃以上1200℃以下で30分以上120分以下の時間加熱処理することにより、前記添加工程後の土壌から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、
加熱工程によって土壌から発生した粉塵を水によって洗浄し、洗浄排水を吸着材によって吸着処理することにより、放射性セシウムを回収する回収工程と、
を有する、土壌からの放射性セシウム除去方法に関する。

本発明では、セシウム揮発促進剤として、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸カルシウム（リン酸石灰）、ケイ酸カルシウム（ケイ酸石灰）、カルシウムシアナミド（石灰窒素：CaCN₂）、硫酸カルシウム（石膏）及び硝酸カルシウム（硝酸石灰）からなる群より選択される少なくとも１種類の無機カルシウム化合物、又は500℃以上の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物と、塩化ナトリウムとを併用することにより、非特許文献１の1300℃より低い900℃〜1200℃、30分以上の加熱によって、安定性セシウムと比較して極微量しか土壌中に存在しない放射性セシウムを除去する場合であっても、放射性セシウムを効率よく除去し得る。500℃以上の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物の具体例は、酢酸カルシウムである。これは、無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物を土壌に添加することにより、放射性セシウムが土壌から脱着され、さらに脱着された放射性セシウムが塩化ナトリウムに由来する塩素原子と結合し、土壌中に含有されていた放射性セシウムが（放射性の）塩化セシウムとして揮発するためであると推察される。無機カルシウム化合物としては、酸化カルシウム、炭酸カルシウム及び水酸化カルシウムからなる群より選択される少なくとも１種類の無機カルシウム化合物が特に好ましい。

土壌を900℃以上1200℃以下で30分以上120分以下の時間加熱処理することにより、添加工程後の土壌から放射性セシウムが揮発するが、揮発した放射性セシウムは、塩化セシウムの形態として、加熱処理によって発生する粉塵に伴って移動する。このため、発生した粉塵を捕集し、水で洗浄することにより、粉塵に含有されている放射性塩化セシウム（粉塵に付着又は同伴している放射性塩化セシウムも含まれる）を洗浄排水に溶解させることができる。さらに、この洗浄排水を吸着材によって吸着処理すれば、放射性セシウムをさらに濃縮できるだけでなく、水に不溶な安定的な形態で回収することが可能となる。

ここで、「500℃以上の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物」は、500℃以上の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物であればよく、500℃未満（例えば、300℃）の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物も含まれる。

前記添加工程の前に、粒径1mm以下の土壌を分級し、加熱工程に供する土壌を減容することが好ましい。

放射性セシウムは、粒径の小さい土壌に含有されているため、前処理である分級によって加熱処理する土壌を減容すれば、処理コストを削減し、処理効率を高めることが可能となる。前記添加工程の前に、粒径500μm以下の土壌を分級することがより好ましく、粒径75μｍ以下の土壌を分級することがさらにより好ましい。

ここでいう「粒径」とは、篩を通過した粒径を意味し、例えば、「粒径1mm以下」は、メッシュ幅1mmの篩を通過した粒径を意味する。

前記吸着材は、ゼオライト、プルシアンブルー又はこれらを担持させた吸着材であることが好ましい。

プルシアンブルーは、セシウムを特異的に吸着し得る性質を有するため、これを担持させた吸着材を使用することにより、効率よく放射性セシウムを洗浄排水から回収することが可能となる。

前記回収工程において、洗浄排水を濃縮した後、吸着材によって吸着処理することが好ましい。

洗浄排水を濃縮した後、吸着材によって吸着処理することにより、放射性セシウムの吸着効率が向上する。

前記加熱工程後の土壌から塩化ナトリウムを除去する除塩工程をさらに有することが好ましい。

本発明によれば、従来の土壌からの放射性セシウム除去方法と比較して、より低い加熱温度で同程度の除去率を達成することが可能である。また、放射性セシウム除去後の土壌の耕作用用途への再利用も可能である。さらに、土壌から発生する粉塵中の放射性セシウムを濃縮し、水に不溶な安定的な形態で回収することもできる。

実施形態１の工程フロー図の一例を示す。 実施形態２の工程フロー図の一例を示す。

本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の記載に限定されない。

［実施形態１］
＜土壌の分級＞
図１は、実施形態１の工程フロー図の一例を示す。放射性セシウムを含有する土壌（除去土壌）は、添加工程前に、粒径1mm以下、好ましくは500μm以下、より好ましくは75μｍ以下となるように分級されることが好ましい。本発明において、「土壌」には、河川の底質、砂又は礫も含まれる。

放射性セシウムは、粒径が小さな土壌中に主に存在しているため、分級処理によって粒径の大きな土壌を取り除くことにより、加熱工程に供する土壌を減容することが可能となる。その結果、加熱処理に要するコストが削減される。土壌の分級は、公知の土壌分級方法である乾式分級又は湿式分級のどちらも利用可能である。ただし、分級に加え土壌の粗洗浄を実施し得る点で、湿式洗浄が好ましい。図１では、湿式分級する場合について説明する。

分級を多段で行ってもよい。例えば、湿式分級の前処理として粗分級を行い、粒径40mm以下となるように分級して粗大物を除去してもよい。粗分級には、振動篩又はトロンメルのような分級装置を利用できる。粗分級で得られる粗大物は、後述する粗大粒子と同様に洗浄され、表面に付着した粒子が除去される。

除去土壌の湿式分級後、粗大粒子は、洗浄用水（例えば、工業用水、河川水又は湖沼水）によって洗浄される。この洗浄によって、粗大粒子表面の微粒子（放射性セシウムが含有されている）が除去される。粗大粒子の洗浄方法は、特に限定されない。例えば、ベルトコンベア又は篩状の部材の上に粗大粒子を配置し、洗浄水を吹き付ける方法又は湿式トロンメルを採用し得る。洗浄済の粗大粒子は、後述する加熱処理後の土壌と混合され、処理済土壌となる。排水される懸濁水（洗浄に用いられた洗浄用水）は、湿式分級によって分級された微粒子状の土壌を含有する分級用水と混合される。

なお、湿式分級装置を用いる場合、湿式分級時に洗浄も同時に行われるため、十分に粗大粒子表面の微粒子が除去されている場合は、湿式分級のみ行って粗大粒子の洗浄操作を省略してもよい。

＜微粒子を含有する分級用水の脱水＞
微粒子を含有する分級用水は、フィルタプレス又はベルトプレスのような脱水装置によって固液分離される。水分は、脱離液として湿式分級の分級用水に再利用される。固形分である微粒子状の土壌は、添加工程へと供される。また、必要に応じて凝集沈殿処理を固液分離の前処理として行ってもよい。

なお、分級用水の脱水時に排出される脱離液には、水に対する溶解性の高い形態で放射性セシウムが溶解していることがあるため、一定期間使用した後、必要に応じて吸着材を利用し、脱離液中に溶解している放射性セシウムを吸着除去することが好ましい。

＜添加工程＞
放射性セシウムを含有する土壌（微粒子状の土壌）に、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、カルシウムシアナミド、硫酸カルシウム及び硝酸カルシウムからなる群より選択される少なくとも１種類の無機カルシウム化合物、又は500℃以上の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物を添加する。無機化合物の添加量は、土壌と無機化合物との混合物中における無機化合物の割合が3質量％以上30質量％以下となるように調整される。次に、無機カルシウム化合物又は有機カルシウムを添加した土壌に、放射性セシウム含有土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウムとの混合物の合計量に対して0.5質量％を超え5質量％以下となるように塩化ナトリウムを添加する。なお、土壌の質量は、乾燥質量を基準とする。

(1) 処理済み土壌を除塩処理することなく又は簡易的な除塩処理で再利用できるようにする観点、及び(2) 塩化ナトリウム由来の塩化水素が発生する量を低減する観点から、塩化ナトリウムの添加量を放射性セシウム含有土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウムとの混合物の合計量に対して3質量％以下とすることが好ましい。また、確実に放射性セシウムを土壌から揮発させる観点から、塩化ナトリウムの添加量を、放射性セシウム含有土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウムとの混合物の合計量に対して１質量％以上とすることが好ましい。

塩化ナトリウムの添加量が1質量％程度である場合、添加された塩化ナトリウムのほとんどが加熱工程において分解又は揮発し、排ガスと共に加熱装置から取り出されるため、処理後の土壌に対して後述する除塩処理を行わなくても再利用することが可能となり得る。

無機カルシウム化合物又は有機カルシウムを添加する場合、添加後の加熱処理量を少なくするため、土壌への添加量を10質量％以下とすることがより好ましい。

添加剤は、固体状で土壌に添加されてもよく、水に溶解させて液体状で土壌に添加されてもよい。

なお、土壌への添加順序は、塩化ナトリウムと無機カルシウム化合物又は有機カルシウムのどちらが先であってもよく、両者を同時に土壌に添加してもよい。

土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウムと塩化ナトリウムとの混合には、一般的なブレンダーが使用可能である。また、固体状の添加剤を添加する場合であって、乾式分級を利用する場合、土壌を粒径1mm以下へ分級する時に、分級する粒径以下の無機カルシウム化合物又は有機カルシウムと塩化ナトリウムとを分級前の土壌に添加し、添加剤と共に分級を行うことで、分級と同時に無機カルシウム化合物又は有機カルシウムと塩化ナトリウムとを土壌に混合させてもよい。このようにすることで、特別な混合装置を用いることなく、土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウム塩化ナトリウムとを均一に混合することが可能となる。

＜加熱工程＞
塩化ナトリウムを添加された土壌は、加熱炉、焼却炉、又はロータリーキルンのような加熱装置へと供給される。そして、900℃以上1200℃以下、好ましくは950℃以上1100℃以下で加熱されることが好ましい。加熱時間は30分以上120分以下であることが好ましい。加熱処理されることにより、無機カルシウム化合物又は有機カルシウムと塩化ナトリウムとを添加した土壌から放射性セシウムが揮発して除去される。本発明の土壌からの放射性セシウム除去方法は、無機カルシウム化合物又は有機カルシウムと塩化ナトリウムとを放射性セシウム揮発促進剤として利用することを特徴としている。非特許文献２では、無機系の反応促進剤2種類を組み合わせて利用した場合、放射性セシウム揮発率を80％とするためには約1300℃に加熱する必要があるとされている（非特許文献２の図１）。

しかし、本発明の放射性セシウム除去方法は、放射性セシウム揮発促進剤として無機カルシウム化合物又は有機カルシウムと塩化ナトリウムとを利用することにより、土壌が溶融しない1200℃以下の加熱処理によって、約80％の放射性セシウムを実土壌から除去することが可能である。また、加熱温度が1200℃以下、好ましくは1100℃以下であるため、土壌中のSi（ケイ素）のような成分が溶融し難く、処理後の土壌が焼結するおそれも低い。そのため、加熱処理後の土壌を元の土壌と同様に利用することができる。

土壌から放射性セシウムを揮発させるためには、900℃以上に加熱する必要があり、揮発効率を高めて加熱処理時間を短縮するためには950℃以上に加熱する必要がある。

土壌中に添加する塩化ナトリウムの添加量を土壌とカルシウム化合物の混合物に対して1〜3質量％とし、かつ、加熱温度を950℃以上、好ましくは1000℃以上とすることにより、土壌に添加された塩化ナトリウム由来の塩素原子を含有する化合物が揮発又は分解され、土壌中にほとんど残存しなくなるため、加熱処理後の土壌に対して除塩工程を行う必要がなくなる。除塩工程を行わない場合、残存する無機カルシウム化合物（有機カルシウム化合物から生成された酸化カルシウムを含む）は、添加量が少ない場合であっても土壌改良材として機能するため、処理後の土壌を好適に再利用することができる。加熱処理後の土壌は、洗浄済の粗大粒子と混合され、元の場所に戻されることも可能となる。

＜回収工程＞
加熱工程によって土壌から揮発した放射性セシウムは、加熱工程実行中に、排ガスに含有された状態で加熱装置から排出される。なお、加熱装置後段には、通常、二次燃焼装置が設けられており、ダイオキシン等の発生を抑制するために850℃の雰囲気に2秒以上二次燃焼装置内に滞留させられる。この排ガスは、必要に応じて減温塔へと供給されて冷却された後、バグフィルタのような乾式集塵手段へと供給される。乾式集塵手段としては、例えば、バグフィルタ、サイクロン又はHEPAフィルタを利用し得るが、これら乾式集塵手段を複数段組み合わせて使用してもよい。

加熱工程によって、土壌からは粉塵が発生するため、排ガスには粉塵も含有されている。そして、放射性セシウムは、粉塵と共に排出される。排ガスと共にバグフィルタに供給されることにより、排ガス中の粉塵がバグフィルタのような乾式集塵手段によって捕集される。

バグフィルタを通過した排ガスは、好ましくはHEPAフィルタに供給されて非常に微細な粒子を除去された後、大気中へと排気される。

バグフィルタ、サイクロン、電気集塵装置又はHEPAフィルタのような乾式集塵手段によって捕集された粉塵は、工業用水、河川水又は湖沼水のような洗浄水と混合されて懸濁液とされる。土壌から揮発した放射性セシウムは、塩化セシウムのように水に溶解しやすい化合物として揮発しているため、粉塵を水で洗浄することにより、放射性セシウムは容易に洗浄水へと溶出する。この懸濁液は、フィルタプレスのような固液分離手段によって固液分離される。

固形分（洗浄済粉塵）は、放射性セシウムを含有していない場合には、管理型処分場に埋め立てられるが、放射性セシウムが残存している場合は、微粒子状の土壌と共に、再度加熱工程に付して放射性セシウムの除去を図ってもよい。

使用済のバグフィルタ等は、そのまま他の有害物質等と共に容器内に貯留し、遮蔽された管理型処分場に埋め立ててもよく、溶融処理によってガラス化すると共に溶出しないように封じ込め、同様に管理型処分場に埋め立てられてもよい。また、コンクリートと混練して固化された後に、管理型処分場に埋め立てられてもよい。

一方、固液分離によって得られた水分は、凝集沈殿、砂濾過、精密濾過膜又は限外濾過膜のような固液分離手段によって処理された後、逆浸透膜又は蒸発濃縮のような濃縮手段によって濃縮されてもよい。その結果、濃縮された水分（濃縮液）は、放射性セシウムを高濃度で含有している。

濃縮液は、吸着材を充填した吸着塔に供給され、放射性セシウムが吸着材に吸着される。吸着材としては、セシウムを選択的に吸着し得る点で、プルシアンブルーを利用することが好ましく、プルシアンブルー（紺青）を担持させた吸着材を利用することが好ましいが、これに限定されず、例えば、ゼオライトも使用可能である。放射性セシウムを吸着した使用済吸着材は、中間処理施設に保管される。

吸着処理液は、蒸発装置によって蒸発濃縮され、残渣（固形分）は低濃度放射性廃棄物として埋め立て処理されてもよく、塩化カルシウム及び／又は塩化ナトリウムを含有している場合は、添加剤の一部として再利用されてもよい。吸着処理液は、減温塔の冷却水として利用されてもよい。

逆浸透膜装置の透過液又は蒸留装置の凝縮水は、粉塵の洗浄用水の一部として再利用される。

＜除塩工程＞
加熱工程後の土壌を水と接触させることにより、含有されている塩化ナトリウムを除去するようにしてもよい。塩化ナトリウムの添加量及び加熱温度を調整することにより、土壌からは、添加された塩化ナトリウム由来の塩素原子を含有する化合物が加熱工程において除去される一方で、土壌中に含有されている有機物由来の塩素原子を含有する化合物が多い場合又は土壌への塩化ナトリウムの添加量が多い場合は、加熱工程後の土壌に含有されている塩素化合物を除去するために、除塩工程を任意に実施してもよい。

除塩方法としては、公知の除塩処理方法を採用し得るが、例えば、加熱処理後の土壌を水で洗浄する除塩方法が採用され得る。この場合、洗浄水に溶出した塩化ナトリウムは、RO膜装置（逆浸透膜装置）を用いて濃縮処理した後、蒸発濃縮によって析出させ、回収されることが可能である。除塩工程によって、土壌に添加された無機カルシウム化合物（有機カルシウム化合物から生成された酸化カルシウムを含む）の一部も除去される。

除塩工程を実施しない場合、加熱工程後の土壌中に酸化カルシウムが残存することとなるが、酸化カルシウムの残存量が多い場合には、冷却時又は冷却後に水を散布する等して酸化カルシウムを水酸化カルシウムへと変換させてもよい。このようにすることで、処理プラント外で意図しない酸化カルシウムによる発熱を防止することが可能となる。

なお、添加工程で炭酸カルシウム又は水酸化カルシウムを土壌に添加した場合、加熱工程において炭酸カルシウム又は水酸化カルシウムは酸化カルシウムに変化するため、加熱工程後の土壌には酸化カルシウムが残存することになる。

また、土壌を高温で（例えば、ロータリーキルンのような炉の後段側において）、水蒸気と接触させることによって、土壌中に含有されている塩化ナトリウム由来の塩素原子を含有する化合物と水蒸気とを反応させ、塩素ガスとして除去する除塩方法も採用され得る。この場合、排出される塩素ガスは、加熱工程において排出される排ガスと混合して処理されてもよく、別個の排気系として排ガスと同じ方法によって処理されてもよい。

加熱処理後の土壌又は洗浄済粉塵中の放射性セシウム濃度を測定し、十分に放射性セシウムが除去されていないと判断される場合には、土壌又は洗浄済粉塵を再度加熱工程へと供してもよい。

本発明によれば、通常は、土壌中に強固に吸着され、土壌との分離が困難である放射性セシウムを、添加剤の添加と加熱処理によって、水に溶解しやすい性状で土壌から揮発させることができる。このため、加熱処理によって土壌から発生する粉塵に付着する放射性セシウムを容易に水中へと移行させ、吸着材で吸着処理することが可能である。これにより、放射性セシウムで汚染された粉塵を減容化することが可能となる。また、吸着材に吸着された放射性セシウムは、安定な固体状態で貯蔵することが可能である。

［実施形態２］
実施形態１においては、分級工程で湿式分級を行う場合について説明したが、本実施形態においては、分級工程で乾式分級を行う場合について説明する。図２は、工程フロー図の一例を示す。基本的な処理フローは、実施形態１と共通するため、ここでは図１に示される実施形態１との相違点について説明する。

乾式分級においては、湿式分級時と同様に、分級を多段で行うようにしてもよい。例えば、乾式分級の前処理として粗分級を行い、粒径40mm以下となるように分級して粗大物を除去してもよい。除去された粗大物は、後述する粗大粒子と同様に洗浄処理することで、表面に付着した微粒子が除去され、洗浄済の粗大物となる。

粗大物が除去された土壌は、乾式分級装置によって粒径1mm以下となるように分級されることが好ましい。

土壌の乾式分級後、粗大粒子は洗浄用水によって洗浄される。洗浄方法、洗浄による効果、及び洗浄後の粗大粒子の取扱いは、実施形態１と同じである。一方、実施形態１では、湿式分級で得られる微粒子を含有する分級用水と懸濁水とを混合し、脱水装置で脱水処理することに対して、本実施形態においては、洗浄後の懸濁水は単独で脱水処理されるため、脱水装置自体を小型化し得る利点がある。

＜土壌の予備乾燥＞
本発明においては、加熱工程に供される前に、必要に応じて微粒子状の土壌を乾燥させてもよい。加熱工程に先立って土壌を乾燥させることにより、加熱工程における熱のロスを少なくすることができると共に、水の蒸発に伴う炉内の温度低下を抑制することができる。土壌の乾燥には、熱媒と土壌とを間接的に接触させて乾燥させる間接接触式の乾燥装置、又は熱媒と土壌とを直接接触させて乾燥させる直接接触式の乾燥装置のいずれを用いてもよい。熱媒は、空気に限定されず、水蒸気を用いることもできる。

土壌の予備乾燥は、加熱工程の直前に限られず、添加工程前に行われてもよい。

（放射性セシウム揮発促進剤の添加量による影響）
土壌として、福島県内の畑の土壌を1kg採取した。この土壌中の放射性セシウムの放射能濃度を、Ge半導体検出器を用いて測定したところ、10000Bq/kgであった。この放射性セシウム含有土壌に、土壌と炭酸カルシウムとの混合物中における炭酸カルシウムの割合が0〜30質量％となるように炭酸カルシウムを添加した。さらに、炭酸カルシウム添加後の混合物に、炭酸カルシウム及び土壌の合計量の0.5〜5質量％となる塩化ナトリウムを添加した。

その後、土壌加熱装置として横型加熱炉を使用し、各土壌サンプル5gを1000℃で60分間加熱した。加熱中、各土壌サンプルは、空気と接触した状態とした。加熱終了後、各土壌サンプルを室温まで放冷した。土壌中の放射性セシウム除去率は、加熱前の土壌中のCs-134及びCs-137の放射能濃度と、加熱後の土壌中のCs-134及びCs-137の放射能濃度とから算出した。

表１は、放射性セシウム揮発促進剤である炭酸カルシウム（CaCO₃）及び塩化ナトリウム（NaCl）の混合割合と、放射性セシウム除去率との関係を示す。土壌70質量％に炭酸カルシウムを30質量％添加し、この混合物に対して塩化ナトリウムを5質量％添加した場合の放射性セシウム除去率は、90％以上であった。表１における放射性セシウム除去率の数値は、炭酸カルシウム30質量％、塩化ナトリウム5質量％の場合の放射性セシウムの除去率を1.00とした場合の相対値を表している。塩化ナトリウムの添加量を減らすと、放射性セシウム除去率が低下することが確認され、塩化ナトリウムの添加量を0.5質量%とした場合には、放射性セシウム除去率が5質量％添加した場合よりも約4割低下した。このため、塩化ナトリウムの混合割合は、土壌及び炭酸カルシウム混合物に対して0.5質量%を超え5質量%以下、より好ましく1質量%以上5質量%以下とすることが必要と考えられた。

また、炭酸カルシウムの混合割合を3質量%とした場合、放射性セシウム除去率はあまり低下しなかったが、炭酸カルシウムを添加しなかった場合は、大幅に放射性セシウム除去率が低下した。このため、炭酸カルシウムの混合割合は、3質量%以上30質量%以下にする必要があると考えられた。

加熱時間を30分間、60分間、90分間及び120分間としても、放射性セシウム除去率に大きな変化は認められなかったが、加熱時間を15分間とした場合には、セシウム除去率は1割以上低下した。このため、加熱工程は、1000℃の場合、30分以上とする必要があると考えられた。

（放射性セシウム揮発促進剤の種類による影響）
炭酸カルシウムの替わりに、酸化カルシウム（CaO）を30質量％添加し、塩化ナトリウムを混合物に対して5質量％添加し、1000℃で60分間加熱した場合も放射性セシウム除去率は、90％以上であった。

（加熱温度の影響）
土壌と炭酸カルシウムとの混合物中における炭酸カルシウムの割合が30質量％となるように炭酸カルシウムを土壌に添加し、塩化ナトリウムの添加量を5質量％とし、加熱処理を900℃、60分間とした場合には、放射性セシウム除去率は1000℃、60分間の場合に比べ1割程度低下した。一方、1000℃以上としても放射性セシウム除去率はあまり増加しなかったことから、省エネルギー及び土壌溶融防止の観点から、加熱工程は1200℃以下とすることが実用的と考えられた。

本発明の土壌からの放射性セシウム除去方法は、土壌処理分野において有用である。

Claims (5)

1. 土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物との混合物中における無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物の割合が3質量％以上30質量％となるように、放射性セシウムを含有する土壌に酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、カルシウムシアナミド、硫酸カルシウム及び硝酸カルシウムからなる群より選択される少なくとも１種類の無機カルシウム化合物、又は500℃以上の酸化雰囲気下で酸化カルシウムを生成する有機カルシウム化合物を添加し、さらに土壌と無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物との混合物の質量に対して0.5質量％を超え5質量％以下となるように塩化ナトリウムを添加する添加工程と、
   900℃以上1200℃以下で30分以上120分以下の時間加熱処理することにより、前記添加工程後の土壌から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、
   加熱工程によって土壌から発生した粉塵を水によって洗浄し、洗浄排水を吸着材によって吸着処理することにより、放射性セシウムを回収する回収工程と、
   を有する、土壌からの放射性セシウム除去方法。
2. 前記添加工程の前に、粒径1mm以下の土壌を分級し、加熱工程に供する土壌を減容する、請求項１に記載の土壌からの放射性セシウム除去方法。
3. 前記吸着材が、ゼオライト、プルシアンブルー又はこれらを担持させた吸着材である、請求項１又は２に記載の土壌からの放射性セシウム除去方法。
4. 前記回収工程において、洗浄排水を濃縮した後、吸着材によって吸着処理する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土壌からの放射性セシウム除去方法。
5. 前記加熱工程後の土壌から塩化ナトリウムを除去する除塩工程をさらに有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の土壌からの放射性セシウム除去方法。

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