JP2015058415A

JP2015058415A - 汚染土壌の浄化方法

Info

Publication number: JP2015058415A
Application number: JP2013195577A
Authority: JP
Inventors: 中村　信一; Shinichi Nakamura; 信一中村
Original assignee: Omega Inc
Current assignee: Omega Inc
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-03-30

Abstract

【課題】土壌から汚染物を従来よりも十分に取り除くことが出来る汚染土壌の浄化方法を提供しようとするもの。
【解決手段】汚染土壌水に塩化カリウムを添加して電気分解するようにした。電解次亜塩素酸（HOCl）やヒドロキシルラジカル（・OH）が生成した電解水は物質に対する浸透力が高いので、汚染土壌の隙間に浸透して解離を促進し、土壌（シリカ、アルミナ）と汚染物質とを分断してばらばらにすることとなる。その上、汚染土壌水に添加した塩化カリウムのカリウムは肥料であり、土壌中の植物の養分として供給することができ、植物の細胞質に取り込まれて糖・タンパク質の合成に消費され、分裂組織の発育の低下を抑制することが出来る。
【選択図】なし

Description

この発明は、放射性セシウムなどの放射性元素や、鉛その他の重金属類、重油などの難分解性物質による汚染土壌の浄化方法に関するものである。

従来、放射能汚染土壌を効率良く除染する方法という提案があった（特許文献１）。
すなわち、福島原子力発電所における放射性物質流出事故に伴い、農用地の放射性セシウムが国の暫定基準値を超過した地域が広範囲に及ぶことが懸念され、汚染地の修復が喫緊の課題となっている。
これに伴い、重金属や放射性物質で汚染された土壌の浄化について検討され、例えば、重金属汚染土壌の浄化には、種々の薬剤を用いて、重金属含有土壌から重金属を溶出させて除去することにより、汚染土壌を浄化する方法が検討されているが、放射性物質汚染土壌について適用された例は少ない。
この従来提案の目的は、放射能汚染土壌を効率良く除染する方法を提供することにあり、放射能汚染土壌の表層を解砕した後、水を導入し土壌表面と水を攪拌した後、粗粒子画分を沈降させ細粒子画分を除去することにより、放射能汚染土壌を効率良く除染できることを見出したものであって、放射能汚染土壌の表層を解砕した後、土壌表面からの水深が少なくとも５cmとなるように水を導入し、当該水と土壌表面を攪拌した後、放置し土壌を粒径別に分級して粗粒子画分を沈降させた後、細粒子画分を除去するというものであり、放射能汚染土壌を効率良く除染することができ、また土壌表面のみを攪拌するため作土全体に対する最終的な土壌損失量が少なく除染処理に伴う土壌排出量を抑制することができる、というものである。
しかし、この方法では土壌から汚染物を十分に取り除くことが出来ないという問題があった。

特開２０１３−１１７４４９号公報

そこでこの発明は、土壌から汚染物を従来よりも十分に取り除くことが出来る汚染土壌の浄化方法を提供しようとするものである。

前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
（１）土壌（主体はケイ酸塩鉱物（〔SiO₄〕^4-））には草類その他の植物や、昆虫類その他の生物の死骸などの生態系起因の有機物が多数含まれている。そして、放射性セシウム（¹³⁴Cs、¹³⁷Cs）などの放射性降下物や重金属類、難分解性物質は土壌やこの土壌に含まれる有機物に付着している。前記土壌の粘土鉱物の組成はSi（シリコン）、Al（アルミニウム）を基本とし、このSiやAlが他の元素に置き換わったり、複数存在している物も多くある。

この発明の汚染土壌の浄化方法では、汚染土壌水に塩化カリウム（KCl）を添加して塩化物イオン（Cl^-）の存在下で電気分解するようにしたので、電解次亜塩素酸（HOCl）やヒドロキシルラジカル（・OH）が生成することとなる。
前記電解次亜塩素酸（HOCl）やヒドロキシルラジカル（・OH）が生成した電解水は物質に対する浸透力が高いので、汚染土壌の隙間に浸透して解離を促進し、土壌（シリカ、アルミナ）と汚染物質とを分断してばらばらにすることとなる。

また、土壌に付着していた有機物を分解して二酸化炭素ＣＯ_２や水素ガスＨ_２などに変化させ、ここに固着していた放射性物質や重金属類などを水中に溶出させることができ、これにより土壌を浄化することが出来る。
その上、汚染土壌水に添加した塩化カリウムのカリウムは肥料であり、土壌中の植物の養分として供給することができ、植物の細胞質に取り込まれて糖・タンパク質の合成に消費され、分裂組織の発育の低下を抑制することが出来る。また、塩化ナトリウム（食塩）ではなく塩化カリウムを添加して電気分解するようにしたので、塩害（植物に対する脱水作用）の発生を抑止することが出来る。

ここで、汚染土壌水を激しく撹拌して物理的衝撃作用を増大させることにより、土壌成分（シリカ、アルミナ）・鉱物質の分子相互の結合を弛緩させて崩壊を促進することが出来る。また、pH3以下の酸性雰囲気にすると、汚染土壌から有機物などが遊離し易くなる。

（２）前記電気分解は鉄電極を用いてするようにしてもよい。
このように構成すると、電気分解の際に鉄電極（陽極）から鉄イオンが溶出することにより、肥料としてのカリウムと共に微量元素としての鉄を土壌に供給することが出来る。

（３）前記電気分解はアルミニウム電極を用いてするようにしてもよい。
このように構成すると、アルミニウム電極（陽極）から溶出したアルミニウムによりコロイドの生成を促進して、放射性セシウムや重金属類などを凝集沈殿させて液中から分離することが出来る。

（４）前記電気分解は過酸化水素も添加して行うようにしてもよい。
このように構成すると、過酸化水素（H₂O₂）も添加して電気分解することにより、ヒドロキシルラジカル（・OH）の生成量が増加することとなる。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
電解次亜塩素酸（HOCl）やヒドロキシルラジカル（・OH）が生成した電解水は物質に対する浸透力が高いので、汚染土壌の隙間に浸透して解離を促進し、土壌（シリカ、アルミナ）と汚染物質とを分断してばらばらにすることが出来るので、土壌から汚染物を従来よりも十分に取り除くことが出来る汚染土壌の浄化方法を提供することが出来る。

以下、この発明の実施の形態を説明する。
福島県の浪江町において、2011年3月11日の原発事故に起因する放射性セシウム（¹³⁴Cs、¹³⁷Cs）が降下した汚染土壌の浄化を行った。
土壌（主体はケイ酸塩鉱物（〔SiO₄〕^4-））には草類その他の植物や、昆虫類その他の生物の死骸などの生態系起因の有機物が多数含まれている。そして、放射性セシウムなどの放射性降下物は土壌やこの土壌に含まれる有機物に付着している。前記土壌の粘土鉱物の組成はSi（シリコン）、Al（アルミニウム）を基本とし、このSiやAlが他の元素に置き換わったり、複数存在している物も多くある。

この実施形態の汚染土壌の浄化方法では、汚染土壌水に塩化カリウム（KCl）を添加して塩化物イオン（Cl^-）の存在下で電気分解するようにしたので、電解次亜塩素酸（HOCl）やヒドロキシルラジカル（・OH）が生成することとなる。
前記電解次亜塩素酸（HOCl）やヒドロキシルラジカル（・OH）が生成した電解水は物質に対する浸透力が高いので、汚染土壌の隙間に浸透して解離を促進し、土壌（シリカ、アルミナ）と汚染物質とを分断してばらばらにすることとなる。

また、土壌に付着していた有機物を分解して二酸化炭素ＣＯ_２や水素ガスＨ_２などに変化させ、ここに固着していた放射性物質や重金属類などを水中に溶出させることができ、これにより土壌を浄化することが出来た。
その上、汚染土壌水に添加した塩化カリウムのカリウムは肥料であり、土壌中の植物の養分として供給することができ、植物の細胞質に取り込まれて糖・タンパク質の合成に消費され、分裂組織の発育の低下を抑制することが出来た。また、塩化ナトリウム（食塩）ではなく塩化カリウムを添加して電気分解するようにしたので、塩害（植物に対する脱水作用）の発生を抑止することが出来た。

ここで、汚染土壌水を激しく撹拌して物理的衝撃作用を増大させることにより、土壌成分（シリカ、アルミナ）・鉱物質の分子相互の結合を弛緩させて崩壊を促進することが出来た。また、pH3以下の酸性雰囲気にすると、汚染土壌から有機物などが遊離し易くなった。

次に、この実施形態の汚染土壌の浄化方法の使用状態を説明する。
電解次亜塩素酸（HOCl）やヒドロキシルラジカル（・OH）が生成した電解水は物質に対する浸透力が高いので、汚染土壌の隙間に浸透して解離を促進し、土壌（シリカ、アルミナ）と汚染物質とを分断してばらばらにすることが出来るので、土壌から放射性汚染物を従来よりも十分に取り除くことが出来るという利点があった。

ここで、前記電気分解を鉄電極を用いてすると、電気分解の際に鉄電極（陽極）から鉄イオンが溶出することにより、肥料としてのカリウムと共に微量元素としての鉄を土壌に供給することが出来るという利点があった。

また、前記電気分解をアルミニウム電極を用いてすると、アルミニウム電極（陽極）から溶出したアルミニウムによりコロイドの生成を促進して、放射性セシウムや重金属類などを凝集沈殿させて液中から分離することが出来るという利点があった。

さらに、前記電気分解を過酸化水素も添加して行うようにすると、過酸化水素（H₂O₂）も添加して電気分解することにより、ヒドロキシルラジカル（・OH）の生成量が増加することとなるという利点があった。

福島県の浪江町のO邸の田畑の放射性セシウム汚染土壌（放射線量51,600Bq）を次の３種類の水に分散させ、沈殿後に上澄み水をペーパー・フィルターで濾過し、その放射線量を測定した。前記土壌は表層の0〜50mmから採取して2mmの篩にかけた後、乳鉢ですり潰した。
（実施例）
塩化カリウム10％水溶液950ｇを電気分解して、残留塩素濃度が1400ppmになった水に上記汚染土壌50ｇを溶解した。ｐHは10.58であった。この水を2分間撹拌し13分間静置し、60分後に放射線量を測定すると733Bqであった。

（比較例１）
塩化カリウム10％水溶液950ｇに、上記汚染土壌50ｇを溶解した（電気分解はせず）。ｐHは7.51であった。この水を2分間撹拌し13分間静置し、60分後に放射線量を測定すると646Bqであった。
（比較例２）
清水950ｇに塩酸を添加して、上記汚染土壌50ｇを溶解した。ｐHは2.90であった。この水を2分間撹拌し13分間静置し、60分後に放射線量を測定すると13Bqであった。
以上のように、塩化カリウム水溶液を電気分解して汚染土壌を分散した場合は（実施例の733Bq）、塩化カリウム水溶液（電気分解はせず）に汚染土壌を分散した場合や（比較例１の646Bq）、酸性水に汚染土壌を分散した場合（比較例２の13Bq）と比較して、放射性物質の抽出度が高いものとなっており、汚染土壌から放射性汚染物を高収率で取り除くことが出来た。

土壌から汚染物を従来よりも十分に取り除くことが出来ることによって、放射能の除染その他の種々の汚染土壌の浄化方法の用途に適用することができる。

Claims

汚染土壌水に塩化カリウムを添加して電気分解するようにしたことを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
前記電気分解は鉄電極を用いてするようにした請求項１記載の汚染土壌の浄化方法。
前記電気分解はアルミニウム電極を用いてするようにした請求項１記載の汚染土壌の浄化方法。
前記電気分解は過酸化水素も添加して行うようにした請求項１乃至３のいずれかに記載の汚染土壌の浄化方法。