JP2015052468A

JP2015052468A - 除染装置

Info

Publication number: JP2015052468A
Application number: JP2013184191A
Authority: JP
Inventors: 邦彦中野; Kunihiko Nakano
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-03-19

Abstract

【課題】土壌等の処理対象物からセシウムを効率よく除染するとともに、セシウムに汚染された対象物を減容化する設備を提供する。【解決手段】除染装置１００は、処理対象物ＳＣｓをセシウムの沸点以上に加熱し、当該処理対象物からセシウムを気化させる加熱炉２１０と、気化したセシウムを冷却する冷却部３１０と、セシウムを吸着する吸着材Ａを内在させ、冷却部３１０によって冷却されたセシウムを当該吸着材Ａに吸着させる吸着部４１０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、土壌等の処理対象物に付着した放射性物質を除去する除染装置に関する。

近年、土壌が広範囲に亘って放射性物質（例えば、セシウム１３７）で汚染される事態が発生したため、土壌の除染が行われている。土壌の除染として、例えば、汚染された土壌（以下、「汚染土壌」と称する）を取り除いて貯蔵施設で貯蔵し、取り除いた汚染土壌に代えて汚染されていない土壌を設置する技術がある。しかし、土壌の汚染は広範囲に亘るため、莫大な量の汚染土壌の貯蔵が必要となり、莫大な敷地を確保して貯蔵施設を建設しなければならず、現実的ではなかった。

一方、昨今、土壌のうち相対的に粒径が小さいシルトに、多くの放射性物質が付着していることが分かってきた。そこで、汚染されたシルト（以下、「汚染シルト」と称する）を汚染土壌から分離し、汚染シルトのみを貯蔵するということが考えられる。しかし、汚染土壌から汚染シルトを分離するには、煩雑な作業やコストを要してしまう。また、汚染シルトのみを貯蔵する場合、汚染土壌全体を貯蔵する場合と比較して、貯蔵施設をある程度小さくすることができる。しかし、貯蔵施設は小さければ小さい方が好ましいため、放射性物質に汚染された物のさらなる減容化（濃縮）が希求されている。

そこで、使用済み核燃料等の高レベル放射性廃棄物からセシウムを除去する技術として、高レベル放射性廃棄物を９００℃に加熱し、セシウムを気化させて除去する技術が開示されており（例えば、特許文献１）、この技術を利用して、汚染土壌からセシウムを除去する（汚染土壌を除染する）ことが考えられる。

特公平７−６９４６６号公報

しかし、特許文献１の技術では、気化させたセシウムをどのように処理するかといった具体的な構成が一切開示されておらず、気化させたセシウムの処理についての技術は未だ確立されていない。

そこで、本発明は、土壌等の処理対象物を加熱することで、当該処理対象物からセシウムを気化させて分離し、気化したセシウムを濃縮することで、処理対象物を効率よく除染するとともに、セシウムに汚染された物を減容化することが可能な除染装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の除染装置は、処理対象物をセシウムの沸点以上に加熱し、当該処理対象物からセシウムを気化させる加熱炉と、気化したセシウムを冷却する冷却部と、セシウムを吸着する吸着材を内在させて、冷却部によって冷却されたセシウムを当該吸着材に吸着させる吸着部と、を備えたことを特徴とする。

また、冷却部は、気化したセシウムにＨ_２Ｏを噴霧し、当該気化したセシウムをセシウムの沸点未満であって、Ｈ_２Ｏの沸点以上に冷却するとしてもよい。

また、冷却部は、気化したセシウムを２０℃〜５０℃の範囲の任意の温度に冷却するとしてもよい。

吸着材は、ゼオライトであるとしてもよい。

本発明によれば、土壌等の処理対象物を加熱することで、当該処理対象物からセシウムを気化させて分離し、気化したセシウムを濃縮することで、処理対象物を効率よく除染するとともに、セシウムに汚染された物を減容化することが可能となる。

第１の実施形態にかかる除染装置の概略的な構造を説明するための図である。第２の実施形態にかかる除染装置の概略的な構造を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる除染装置１００の概略的な構造を説明するための図である。図１に示すように、除染装置１００は、加熱炉２１０と、第１連通管１１０と、冷却部３１０と、第２連通管１２０と、吸着部４１０と、排気管１３０と、フィルタ１４０と、排気部１５０とを含んで構成される。図１中、固体の流れを白抜きの矢印で、ガスの流れを実線の矢印で示す。また、本実施形態の図１では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。

ここで、各機能部の連通関係について説明すると、加熱炉２１０は第１連通管１１０を介して冷却部３１０と連通しており、冷却部３１０は第２連通管１２０を介して吸着部４１０と連通している。そして、吸着部４１０には、排気管１３０が接続されている。したがって、加熱炉２１０、第１連通管１１０、冷却部３１０、第２連通管１２０、吸着部４１０、排気管１３０は、内部で連通していることになる。排気管１３０には、ガスを排気するファン等で構成される排気部１５０が設けられているため、排気部１５０を駆動すると、加熱炉２１０、第１連通管１１０、冷却部３１０、第２連通管１２０、吸着部４１０、排気管１３０は負圧となり、加熱炉２１０で発生したガスは、第１連通管１１０、冷却部３１０、第２連通管１２０、吸着部４１０、排気管１３０を介して外部に排気されることになる。以下、各機能部の具体的な構成について詳述する。

加熱炉２１０は、導入部２１２と、炉本体２１４と、加熱部２１６と、送出部２１８とを含んで構成される。導入部２１２は、例えば、ロータリーバルブで構成され、炉本体２１４に、処理対象物ＳＣｓを導入する。処理対象物ＳＣｓは、セシウム（セシウム１３７）が付着（吸着）した土壌等の固形物である。

加熱部２１６は、炉本体２１４に導入された処理対象物ＳＣｓをセシウムの沸点（６７１℃）以上の予め定められた温度Ｔ１になるように加熱する。ここで温度Ｔ１は、セシウムの沸点以上であればよいが、処理対象物ＳＣｓからのセシウムの脱着に要するエネルギーを加味して、８００℃以上が好ましい。また、温度Ｔ１を上げすぎると、加熱に要する消費エネルギーが増加してしまうので、例えば、下限値を８００℃とし上限値を８５０℃とし、温度Ｔ１が８００℃〜８５０℃の範囲内になるようにヒステリシス制御を行うとよい。具体的に説明すると、８００℃未満になると加熱部２１６が加熱を開始し、８５０℃以上になると加熱部２１６が加熱を停止してもよい。

加熱部２１６が処理対象物ＳＣｓを加熱することにより、処理対象物ＳＣｓからセシウムを気化させて除去することができる。そして、気化したセシウム（以下、「セシウムガスＧ１」と称する）は、第１連通管１１０を通じて後段の冷却部３１０に導入される。

送出部２１８は、例えば、ロータリーバルブで構成され、セシウムが除去された処理対象物Ｓを炉本体２１４から外部へ送出する。このようにして、セシウムが除去された処理対象物Ｓは、除染された土壌として利用することができる。

第１連通管１１０は、炉本体２１４の上部と、後述する冷却塔３１２の上部とを接続し、炉本体２１４と、冷却塔３１２とを連通する管であり、セシウムガスＧ１が流通する。

冷却部３１０は、冷却塔３１２と、冷却機構３１４とを含んで構成される。冷却塔３１２には、第１連通管１１０を介して、加熱部２１６で生成されたセシウムガスＧ１が導入される。冷却機構３１４は、例えば、冷却塔３１２内のセシウムガスＧ１にＨ_２Ｏ（物質としての水）を噴霧（スプレー）する噴霧部で構成され、セシウムガスＧ１を予め定められた温度Ｔ２まで冷却してセシウムガスＧ２を生成する。

後段の吸着部４１０では、雰囲気温度が低いほど吸着材によるセシウムの吸着効率が上昇する。そこで、冷却部３１０を備え、吸着部４１０に導入する前にセシウムガスＧ１を冷却することにより、吸着部４１０における吸着効率を向上させることができる。また、本実施形態における冷却機構３１４は、熱容量の大きいＨ_２Ｏを噴霧してセシウムガスＧ１を冷却するので、冷却に要するコストを低減することが可能となる。

本実施形態において、上記温度Ｔ２は、Ｈ_２Ｏが凝縮しない温度、すなわち、セシウムの沸点未満であってＨ_２Ｏの沸点（１００℃）以上の温度であり、例えば、１５０℃程度である。そうすると、セシウムガスＧ２中において、セシウムは、粒子状（ミスト状）の液体として存在することとなる。

このように、冷却部３１０が、Ｈ_２Ｏが凝縮しない温度までセシウムガスＧ１を冷却することにより、冷却部３１０から吸着部４１０へ送出されるガス中でＨ_２Ｏが凝縮してしまう事態を回避することができる。つまり、セシウムガスＧ２は、気体のセシウムと、水蒸気とで構成されることとなる。吸着部４１０に配される吸着材は、セシウムのみならず水（液体）を吸着してしまうため、冷却部３１０がＨ_２Ｏを凝縮させない構成により、吸着部４１０においてセシウムを選択的に吸着させることが可能となる。

第２連通管１２０は、冷却塔３１２の下部と、後述する吸着塔４１２の下部とを接続し、冷却塔３１２と吸着塔４１２とを連通する管であり、セシウムガスＧ２が流通する。

吸着部４１０は、吸着塔４１２と、保持部４１４と、導入部４１６と、排出部４１８とを含んで構成され、セシウムを吸着する吸着材Ａを内在させて、冷却部３１０によって冷却されたセシウムガスＧ２を吸着材Ａに吸着させる。

具体的に説明すると、保持部４１４は、吸着塔４１２の水平面（図１中、ＸＹ平面）に亘って設けられた第１の多孔板４１４ａと、第１の多孔板４１４ａより鉛直上方であって吸着塔４１２の水平面に亘って設けられた第２の多孔板４１４ｂとを含んで構成され、吸着材Ａを保持する。第１の多孔板４１４ａおよび第２の多孔板４１４ｂは、複数の孔が設けられた板であり、孔の大きさは、吸着材Ａが通過不可能であり、第２連通管１２０を通じて導入されたセシウムガスＧ２が通過可能な寸法関係を維持している。

導入部４１６は、例えば、ロータリーバルブで構成され、吸着塔４１２の上部から保持部４１４に吸着材Ａを導入する。また、排出部４１８は、例えば、ロータリーバルブで構成され、吸着塔４１２の下部から外部へ吸着材ＡＣｓを排出する。

このように、吸着塔４１２（保持部４１４）において、吸着材Ａは、鉛直上方から鉛直下方に向けて流動し、セシウムガスＧ２は、鉛直下方から鉛直上方に向けて流動することとなり（対向流）、保持部４１４において、吸着材ＡとセシウムガスＧ２とが接触する。したがって、保持部４１４を通過する間にセシウムガスＧ２中のセシウムが吸着材Ａに吸着される（セシウムガスＧ２からセシウムが除去される）。

これにより、保持部４１４を通過し排気管１３０に導かれるガスＧ３には、セシウムがほとんど含まれないことになる。一方、保持部４１４を通過し、排出部４１８によって排出される吸着材ＡＣｓは、セシウムが吸着した（濃縮された）吸着材ＡＣｓとなる。

ここで、吸着材Ａは、例えば、ゼオライトや活性炭であり、好ましくはゼオライトである。吸着材Ａとしてゼオライトを採用することで、セシウムを効率よく吸着できる。したがって、セシウムを高濃度に濃縮することができ、セシウムに汚染された物（以下、「セシウム汚染物」と称する）を減容化することが可能となる。また、セシウム汚染物として、セシウムが吸着されたゼオライトを貯蔵する場合、出火等の心配がなく安全に保管することができる。さらに、ゼオライトは安価であるため、吸着材Ａに要するコストを低減することが可能となる。

なお、上述したように、吸着塔４１２内は、負圧であるため、吸着材Ａによってセシウムが除去されたガスＧ３は、導入部４１６や、排出部４１８から外部へ流出することなく、排気部１５０によって排気管１３０に導かれる。

フィルタ１４０は、例えば、ＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air）フィルタであり、ガスＧ３に微量のセシウムが含まれる場合を勘案して設けられ、ガスＧ３に含まれるセシウムを除去する。そして、フィルタ１４０によってセシウムが除去されたガスＧ４は、排気部１５０によって、外部に排出されることとなる。

以上説明したように、本実施形態にかかる除染装置１００によれば、汚染土壌等の処理対象物ＳＣｓを加熱することで、当該処理対象物ＳＣｓからセシウムを気化させて分離し、気化したセシウムを吸着材Ａで濃縮することで、処理対象物ＳＣｓを効率よく除染するとともに、セシウム汚染物（セシウムが吸着した吸着材ＡＣｓ）を減容化することが可能となる。また、除染装置１００は、汚染シルトを分離することなく汚染土壌をそのまま処理することができるため、作業者の手間を省くことが可能となる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、冷却機構３１４がＨ_２Ｏを噴霧する噴霧部で構成される場合について説明した。したがって、セシウムガスＧ１をＨ_２Ｏが凝縮しない程度の温度までしか冷却することができない。そこで、第２の実施形態では、冷却機構を工夫することで、セシウムガスＧ１をさらに冷却させることができる除染装置について説明する。

図２は、第２の実施形態にかかる除染装置５００の概略的な構造を説明するための図である。図２に示すように、除染装置５００は、加熱炉２１０と、第１連通管１１０と、冷却部５１０と、第２連通管１２０と、吸着部４１０と、排気管１３０と、フィルタ１４０と、排気部１５０とを含んで構成される。図２中、固体の流れを白抜きの矢印で、ガスの流れを実線の矢印で示す。

なお、第１の実施形態における構成要素として既に述べた加熱炉２１０、第１連通管１１０、第２連通管１２０、吸着部４１０、排気管１３０、フィルタ１４０、排気部１５０は、実質的に機能が等しいので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違する冷却部５１０を主に説明する。

冷却部５１０は、冷却塔３１２と、冷却機構５１４とを含んで構成される。冷却塔３１２には、第１連通管１１０を介して、加熱部２１６で生成されたセシウムガスＧ１が導入される。冷却機構５１４は、熱交換器で構成され、冷却塔３１２内のセシウムガスＧ１を予め定められた温度Ｔ３になるように冷却してセシウムガスＧ５を生成するとともに、熱媒体を加熱する。本実施形態において、温度Ｔ３は、例えば、下限値を２０℃とし上限値を５０℃とし、温度Ｔ３が２０℃〜５０℃の範囲内になるようにヒステリシス制御を行うとよい。具体的に説明すると、５０℃以上になると冷却機構５１４が冷却を開始し、２０℃未満になると冷却機構５１４が冷却を停止してもよい。

ここで、熱交換器を流通する熱媒体は、例えば、水や空気である。なお、温度Ｔ３がセシウムの融点（２８℃）未満である場合、セシウムガスＧ５中において、セシウムは、粒子状の固体として存在し、セシウムの融点以上である場合、セシウムガスＧ５中において、セシウムは、粒子状の液体として存在する。

このように、冷却機構５１４を熱交換器で構成することにより、セシウムガスＧ１をＨ_２Ｏの沸点未満まで冷却することができ、吸着部４１０における吸着効率をさらに向上させることが可能となる。

また、冷却塔３１２にＨ_２Ｏを導入することがないため、セシウムガスＧ５の量（つまり、ガスＧ３、Ｇ４の量）が増加してしまう事態を回避することができる。したがって、フィルタ１４０や排気部１５０のメンテナンス性を向上することができる。また、排気部１５０の消費エネルギーを削減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した第１の実施形態において、冷却機構３１４が、セシウムガスＧ１にＨ_２Ｏを噴霧する構成について説明したが、Ｈ_２Ｏに代えて空気を噴霧してセシウムガスＧ１を冷却してもよい。この場合、冷却機構３１４は、セシウムガスＧ１をＨ_２Ｏの沸点未満まで冷却することができる。

本発明は、土壌等の処理対象物に付着した放射性物質を除去する除染装置に利用することができる。

１００、５００除染装置
２１０加熱炉
３１０、５１０冷却部
４１０吸着部

Claims

処理対象物をセシウムの沸点以上に加熱し、当該処理対象物からセシウムを気化させる加熱炉と、
気化した前記セシウムを冷却する冷却部と、
前記セシウムを吸着する吸着材を内在させて、前記冷却部によって冷却された前記セシウムを当該吸着材に吸着させる吸着部と、
を備えたことを特徴とする除染装置。
前記冷却部は、前記気化したセシウムにＨ_２Ｏを噴霧し、当該気化したセシウムを前記セシウムの沸点未満であって、Ｈ_２Ｏの沸点以上に冷却することを特徴とする請求項１に記載の除染装置。
前記冷却部は、前記気化したセシウムを２０℃〜５０℃の範囲の任意の温度に冷却することを特徴とする請求項１に記載の除染装置。
前記吸着材は、ゼオライトであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の除染装置。