JP2015087303A - 汚染水域の除染装置及び除染方法 - Google Patents

Abstract

【解決課題】水域における放射性物質の除染装置及び方法を提供する。
【解決手段】放射性物質を含む汚染水を導入する導入部１１、除染処理後の処理水を排出する排出部１２、及び密閉可能な開閉部１３が設けられている閉鎖容器１０と、閉鎖容器１０内に取り外し可能に収納されている通水性容器２０と、通水性容器２０内に充填され、通水性容器の孔径よりも大きな寸法を有する粉末状又は粒状吸着材２５と、閉鎖容器１０の排出部に設けられている汚染水を吸引した後排水する集水装置３０と、フロート４１に連結されており、放射性物質汚染水を汲み上げる水中ポンプ４０と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性物質で汚染された水域の除染装置及び方法に関し、港湾・湖沼などの汚染水域から放射性物質を除去する除染装置及び方法に関する。

福島第一原子力発電所周辺の港湾や、汚染地域の除染作業により水域へ流出した放射性物質の除染が求められている。水中からの放射性物質の除去には、各種吸着材が有効であり、粉末状吸着材は比表面積が大きく、粒状吸着材よりも吸着性能が高いことが知られている。粒状吸着材はカラムに充填して、放射性物質を含む液体をカラムに通水して粒状吸着材に吸着させ、吸着後の粒状吸着材はカラム毎取り出して、二次廃棄物として処理されている。粉末状吸着材は、凝集沈殿槽に添加して、放射性物質を吸着させた後、凝集沈殿させる態様で用いられている。しかし、粉末状吸着材は取り扱いが困難であり、特に回収が困難であるため、放射性物質を吸着した後の吸着材が拡散してしまい、水域に流出した放射性物質の除染に適していない。特に、海、湖沼などの天然の閉鎖性水域、港湾内の水域などに流出した放射性物質の除染には、吸着材の設置及び回収が困難であり、実用化されていない。

水域における放射性物質の除染装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、粉末又は粒状吸着材の取り扱い及び二次廃棄物の処理を容易にし、水域に直接適用することができる、水中の放射性物質を除染する装置及び方法を提供する。
本発明の実施態様は以下の通りである。
［１］放射性物質を含む汚染水を導入する導入部、除染処理後の処理水を排出する排出部、及び密閉可能な開閉部が設けられている閉鎖容器と、
当該閉鎖容器内に取り外し可能に収納されている通水性容器と、
当該通水性容器内に充填され、当該通水性容器の孔径よりも大きな寸法を有する粉末状又は粒状吸着材と、
を具備する、放射性物質汚染水の除染装置。
［２］前記粉末状又は粒状吸着材は、有機性バインダを加えて、粒径０．３ｍｍ以上の球形もしくは顆粒状に成形加工されたものである、［１］に記載の除染装置。
［３］前記通水性容器は、孔径０．２ｍｍ以下のメッシュ素材からなる袋である、［１］又は［２］に記載の除染装置。
［４］前記袋を複数個連結させてなる玉暖簾形状であり、前記閉鎖容器の開閉部に着脱自在に取り付けられる、［３］に記載の除染装置。
［５］前記閉鎖容器内に着脱可能であり、前記通水性容器を収容する通水性治具をさらに具備する、［１］〜［４］のいずれか１に記載の除染装置。
［６］前記閉鎖容器の排出部に、汚染水を排水する集水装置を設け、前記閉鎖容器内の汚染水を前記導入部から前記排出部に向けて通水させる、［１］〜［５］のいずれか１に記載の除染装置。
［７］フロートに連結されており、放射性物質汚染水を汲み上げる水中ポンプをさらに具備する、［１］〜［６］のいずれか１に記載の除染装置。
［８］前記閉鎖容器をフロートに連結する取り付け具を具備し、前記閉鎖容器の一部又は全部を水中に浸漬させて用いる、［１］〜［７］のいずれか１に記載の除染装置。
［９］［１］〜［８］のいずれか１に記載の除染装置を水中に浸漬させて、前記導入部か
ら放射性物質汚染水を導入し、前記吸着材に放射性物質を吸着させて、放射性物質が除去された処理水を前記排出部から排出する、放射性物質汚染水の除染方法。
［１０］［１］〜［７］のいずれか１に記載の除染装置を、放射性物質汚染水を含む水域に隣接する陸上に設置し、前記導入部から放射性物質汚染水を導入し、前記吸着材に放射性物質を吸着させて、放射性物質が除去された処理水を前記排出部から排出する、放射性物質汚染水の除染方法。
［１１］前記吸着材の破過時間を予備試験により求めておき、当該破過時間が経過する前に、前記通水性容器ごと交換する、［９］又は［１０］に記載の除染方法。
［１２］［６］又は［７］に記載の除染装置を用い、前記導入部から放射性物質汚染水を導入し、集水装置又は水中ポンプを間欠的に作動させて通水性容器内で吸着材を流動させ、吸着材に放射性物質を吸着させて、放射性物質が除去された処理水を前記排出部から排出する、放射性物質汚染水の除染方法。

本発明によれば、取り外し可能な通水性容器に、粉末状又は粒状吸着材を流動可能に充填しているため、海、湖沼など自然の水域や港湾内の水域に直接適用して、流出した放射性物質を吸着除去した後、通水性容器ごと二次廃棄物処理することができる。

水中に浸漬させた本発明の除染装置の一実施形態を示す。 陸上に設置した本発明の除染装置の一実施形態を示す。 通水性容器内に通水性治具と、通性治具内に収容した吸着材とを示す部分拡大図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、水中に浸漬させる本発明の一実施形態を示す概略説明図である。

本発明の除染装置は、放射性物質を含む汚染水を導入する導入部１１、除染処理後の処理水を排出する排出部１２、及び密閉可能な開閉部１３が設けられている閉鎖容器１０と、閉鎖容器１０内に取り外し可能に収納されている通水性容器２０と、通水性容器２０内に充填され、通水性容器の孔径よりも大きな寸法を有する粉末状又は粒状吸着材２５と、を具備する。また、図３に拡大して示すように、通性性容器２０を収容し、閉鎖容器１０内に着脱可能な通水性治具２６を具備することが好ましい。

閉鎖容器１０の排出部に、汚染水を排水する集水装置３０を設け、閉鎖容器１０内の汚染水を導入部１１から排出部１２に向けて通水させる構成とすることが好ましい。排出部１２から直接排水してもよいが、排水用ホース１４を連結してもよい。

除染装置は、放射性物質汚染水を汲み上げる水中ポンプ４０をさらに具備する。水中ポンプ４０は存在位置を確認できるように、さらには水中に浮くようにフロート４１に連結されており、水中ポンプ４０と閉鎖容器１０の導入部１１とをホース４２などの配管で連結する。このようにすることで、水中ポンプを広範囲に移動できて好ましい。このほか、図示しない陸上用のポンプを用いてもよく、この場合は水面上に図示しない船体を浮かべ、船体にポンプを設置する。ポンプの吸い込み側にホースや鋼管などの配管を接続して汚染水をくみ上げて閉鎖容器１０に導入してもよい。

閉鎖容器１０の素材は特に限定するものではないが、放射能遮蔽性の素材であることが好ましい。水中に浸漬して用いる場合には、周囲の水が放射能遮蔽壁として作用するため
、閉鎖容器１０の放射能遮蔽性は低くてもよく、樹脂製であってもよい。陸上に設置する場合には、鉛やコンクリート、あるいは鉄鋼、アルニウムなどの放射能遮蔽壁として知られている物質を用いることができる。

閉鎖容器１０は、閉鎖容器１０をフロート１５に連結する取り付け具１６を具備する。フロート１５はフロート４１と同様の目的で取り付けられる。フロート１５に連結された閉鎖容器１０の一部又は全部を水中に浸漬させて用いることができる。フロート１５に連結する場合、閉鎖容器１０は樹脂製など軽量として、汚染域への移動を可能とすることが好ましい。また、所定位置に設置して稼働している間に波にさらわれないように、閉鎖容器１０を固定するアンカーを具備していてもよい。

通水性治具２６は、閉鎖容器１０内で集水装置３０の下方に位置づけられる。通水性治具２６は、閉鎖容器１０の立体形状に符合する円筒形や直方体であればよく、その全体が通水性容器２０よりも通水抵抗の少ない金属製又は樹脂製のメッシュで囲まれた籠や網などが好適である。通水性治具２６を閉鎖容器１０の開閉部１３に着脱自在に取り付けるための吊環２１が通水性治具２６の上面に設けられている。通水性治具２６内に通水性容器２０を収納すると、通水性容器２０の交換に要する時間を短縮することができる。

通水性容器２０は、孔径０．２ｍｍ以下のメッシュ素材からなる袋であることが好ましい。メッシュ素材は、ナイロン、ポリエチレン製不織布などを用いることができる。袋の形状は特に限定されるものではないが、汚染水の流通を阻害せず、袋内の吸着材が流動して汚染水と効率よく接触できるように、平袋、円筒状、円錐形状、角錐形状、角柱形状などが好ましい。吸着材２５と汚染水中の放射性物質との接触を良好にするために、小さな袋状として、通水性容器１０又は通水性治具２６内に複数個を収容させることが好ましい。また、当該袋を複数個連結させてなる玉暖簾形状として、閉鎖容器１０の開閉部１１または通水性治具２６に吊り下げると、汚染水の流れを阻害することがないのでより好ましい。

通水性容器２０内に充填する吸着材２５は、通水性容器２０から流出することがないように、有機性バインダを加えて、粒径０．３ｍｍ以上の球形に成形加工されたものであることが好ましい。有機性バインダの量が多すぎたり、粒径が大きすぎたりすると、水中に含まれる放射性物質との接触面積が減少するため、粒径は２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下とすることが望ましい。有機性バインダとしては、水中で溶解しないもの、あるいは溶解しても水域生物に影響しないものであることが好ましく、例えば、アルギン酸をなどのポリマーを好ましく用いることができる。ポリマーを添加して混合し、加熱処理をして成型加工することが好ましい。顆粒状に成型加工した吸着材２５も用いることができる。吸着材２５をセルロース紙に漉き込んでもよい。具体的には紙を作る方法を利用し、パルプスラリーに粉末状吸着剤を分散させ、セルロースを漉き取ったあとに乾燥させることで、吸着剤を含んだ紙状の吸着シートとしてから粒状に加工して通水性容器２０に充填することができる。その他、これら成型や加工した薬剤をさらに篩分して上述の粒径に調整してから通水性容器２０に充填してもよい。

吸着材２５は、通水性容器２０内で流動可能となるように充填される。充填量は、通水性容器２０の容積の８０％以下、２０〜６０％程度とすることが好ましい。
吸着材２５としては、放射性ストロンチウム及び放射性セシウムを吸着できる物質を用いる。放射性ストロンチウムを吸着可能な物質としては、Ａ型ゼオライト、チタノシリケート（ＣＳＴ型ＮａＴｉ_２ＳｉＯ_７・ｘＨ_２Ｏ）、マンガン酸系吸着剤、チタン酸系吸着剤、などを好ましく用いることができる。放射性セシウムを吸着可能な物質としては、モルデナイトやチャバサイト、チタノシリケート（ＣＳＴ型ＮａＴｉ_２ＳｉＯ_７・ｘＨ_２Ｏ）、プルシアンブルー、などを好ましく用いることができる。

集水装置３０は、導入部１１から導入された汚染水が、通水性容器２０内の吸着材２５と十分に接触して、排出部１２から排出されるように、排出部１２に連結されている。集水装置３０は、閉鎖容器１０内に汚染水の流れを形成させ、さらには吸着剤の流出を防止するものを用いる。ジョンソンスクリーン社のステンレス製集水エレメントや、イーエスウオーターネット社の樹脂製フィルタエレメントなどが好適である。

図示した形態において、放射線汚染水は閉鎖容器１０の底部又は下部から導入して上向流として流すようにしており、通水性容器２０を流れによって浮遊させ閉鎖容器１０内の通水抵抗を下げるとともに、吸着剤２５との接触効率もよくなり好ましい。上部から導入して下向流として流してもよい。あるいは、閉鎖容器１０の対向する側壁面に導入部と排出部とを設けてもよく、また、横方向に流してもよい。

図２は、放射性物質汚染水を含む水域に隣接する陸上に、本発明の除染装置を設けた実施形態を示す概略説明図である。
除染装置の構成そのものは図１に示す構成と同様であるが、陸上に固定するための基礎となる土台１０ａの上に閉鎖容器１０が設置されている。また、水中ポンプ４０の漂流を防止するため流れ止めロープを用いて水中ポンプ４０を岸壁に固定する。

次に、本発明の除染装置を用いた除染方法を説明する。
図１に示す水中浸漬の場合、除染装置を水中に浸漬させて、水中ポンプ４０によって汚染水を汲み上げて、ホース４２を経由して、閉鎖容器１０の導入部１１から放射性物質汚染水を導入し、集水装置３０を設けた排出部１２に向かって流し、通水性容器２０内の吸着材に放射性物質を吸着させて、放射性物質が除去された処理水を排出部１２から排出する。

図２に示す陸上設置の場合、汚染水域に浸漬させた水中ポンプ４０によって汚染水を汲み上げて、ホース４２を経由して、陸上にある閉鎖容器１０の導入部１１から放射性物質汚染水を導入し、集水装置３０を設けた排出部１２に向かって流し、通水性容器２０内の吸着材に放射性物質を吸着させて、放射性物質が除去された処理水を排出部１２に連結されている排水ホース１４を経由して水域に戻す。

いずれの態様においても、所定の通水条件とした予備試験により吸着材の破過時間を求めておき、破過時間が経過する前に、通水性容器２０を閉鎖容器１０から取り外し、新しい吸着材が充填されている新しい通水性容器２０又は通水性治具２６と交換する。放射性物質を吸着した後の吸着材２５は通水性容器２０又は通水性治具２６に収納したまま、あるいはこれらから取り出して放射線二次廃棄物として処理する。

なお、汚染可能性のある水域を人工的に遮蔽してから、本発明の除染装置で除染作業を実施することで、放射性物質の拡散を抑制しつつ除染効率を高めることができる。

以下、実施例により本発明を説明する。
放射性汚染水模擬原水として、Ｃａ約４００ｐｐｍ、Ｍｇ約１３００ｐｐｍ、Ｓｒ約６ｐｐｍ及びＣｓ約１ｐｐｍを含む３％ＮａＣｌ濃度の人工海水を調製した。

吸着材として、粒径数μｍ〜２０μｍの粉末状チタノシリケート（ＣＳＴ型ＮａＴｉ_２ＳｉＯ_７・ｘＨ_２Ｏ）を用い、下記３種類の試料を調製した。
（１）粉末状のまま
（２）粉末をそのまま公称５μｍ径のナイロンメッシュ袋に充填したもの
（３）有機性バインダとしてアルギン酸を用いて、粒径０．３〜０．５ｍｍの粒状に加工したもの
放射性汚染水模擬原水５００ｍｌに、（１）〜（３）の吸着材５００ｍｇをそれぞれ投入し、２４時間浸漬させた後のストロンチウムの除去率を求めた。結果を表１に示す。

ストロンチウムの分析は、IPC−MS（誘導結合プラズマ質量分析計）を用いて行った。

吸着材を粉末そのままで用いる場合と比較して、メッシュ袋に充填あるいは粒状に加工することでストロンチウムの除去率は低下するが、本発明の除染装置を用いることで吸着材の取り扱い及び交換が容易となるため、海、湖沼など自然の水域や港湾内の水域に直接適用して、流出した放射性物質を吸着除去した後、通水性容器又は通水性治具ごと、あるいはこれらから吸着材を取り出して、二次廃棄物処理することができ、実用的な除染方法といえる。

Claims (12)

1. 放射性物質を含む汚染水を導入する導入部、除染処理後の処理水を排出する排出部、及び密閉可能な開閉部が設けられている閉鎖容器と、
   当該閉鎖容器内に取り外し可能に収納されている通水性容器と、
   当該通水性容器内に充填され、当該通水性容器の孔径よりも大きな寸法を有する粉末状又は粒状吸着材と、
   を具備する、放射性物質汚染水の除染装置。
2. 前記粉末状又は粒状吸着材は、有機性バインダを加えて、粒径０．３ｍｍ以上の球形もしくは顆粒状に成形加工されたものである、請求項１に記載の除染装置。
3. 前記通水性容器は、孔径０．２ｍｍ以下のメッシュ素材からなる袋である、請求項１又は２に記載の除染装置。
4. 前記袋を複数個連結させてなる玉暖簾形状であり、前記閉鎖容器の開閉部に着脱自在に取り付けられる、請求項３に記載の除染装置。
5. 前記閉鎖容器内に着脱可能であり、前記通水性容器を収容する通水性治具をさらに具備する、請求項１〜４のいずれか１に記載の除染装置。
6. 前記閉鎖容器の排出部に、汚染水を排水する集水装置を設け、前記閉鎖容器内の汚染水を前記導入部から前記排出部に向けて通水させる、請求項１〜５のいずれか１に記載の除染装置。
7. フロートに連結されており、放射性物質汚染水を汲み上げる水中ポンプをさらに具備する、請求項１〜６のいずれか１に記載の除染装置。
8. 前記閉鎖容器をフロートに連結する取り付け具を具備し、前記閉鎖容器の一部又は全部を水中に浸漬させて用いる、請求項１〜７のいずれか１に記載の除染装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１に記載の除染装置を水中に浸漬させて、前記導入部から放射性物質汚染水を導入し、前記吸着材に放射性物質を吸着させて、放射性物質が除去された処理水を前記排出部から排出する、放射性物質汚染水の除染方法。
10. 請求項１〜７のいずれか１に記載の除染装置を、放射性物質汚染水を含む水域に隣接する陸上に設置し、前記導入部から放射性物質汚染水を導入し、前記吸着材に放射性物質を吸着させて、放射性物質が除去された処理水を前記排出部から排出する、放射性物質汚染水の除染方法。
11. 前記吸着材の破過時間を予備試験により求めておき、当該破過時間が経過する前に、前記通水性容器ごと交換する、請求項９又は１０に記載の除染方法。
12. 請求項６又は７に記載の除染装置を用い、前記導入部から放射性物質汚染水を導入し、集水装置又は水中ポンプを間欠的に作動させて通水性容器内で吸着材を流動させ、吸着材に放射性物質を吸着させて、放射性物質が除去された処理水を前記排出部から排出する、放射性物質汚染水の除染方法。