JP5834038B2 - 土壌及び木質系廃棄物からの放射性セシウム除去方法 - Google Patents

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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）を含有する土壌及び木質系廃棄物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及び木質系廃棄物から除去し、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ことが問題である。

本発明は、土壌及び木質系廃棄物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、土壌及び木質系廃棄物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。

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。

一方、山肌、田畑、公園又はグラウンド等の土壌を処理する場合、土壌に雑草又は草木のような可燃性廃棄物が混入するという問題がある。このため、可燃性廃棄物が混入した土壌をそのまま処理対象物とした場合、処理対処物に添加する添加剤が可燃性廃棄物の質量分だけ多くならざるを得ず、添加剤を無駄に多く添加することになる。

また、雑草又は草木等は、可燃性廃棄物として焼却することが理想ではあるが、土壌と共に回収された雑草又は草木等は、通常の可燃性廃棄物として焼却することができない。

本発明者等は、放射性セシウムを含有する土壌と雑草又は草木のような木質系廃棄物との混合物を乾式分級して土壌と木質系廃棄物とを分離し、木質系廃棄物分離後の土壌に添加物を加えて加熱処理する際に、木質系廃棄物も一緒に加熱処理すれば、土壌から放射性セシウムを除去でき、かつ、焼却による木質系廃棄物の減容も可能になることを見出し、本発明を完成させるに至った。

具体的に、本発明は、
放射性セシウムを含有する土壌と木質系廃棄物との混合物を乾式分級し、土壌と木質系廃棄物とを分離する第一分級工程と、
第一分級工程によって木質系廃棄物が取り除かれた土壌の残部に、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と、塩化ナトリウムとを添加する添加工程と、
前記添加工程後の土壌と木質系廃棄物とを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、土壌及び木質系廃棄物から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、
前記加熱工程によって土壌及び木質系廃棄物から揮発した放射性セシウムを回収する回収工程と、
を有することを特徴とする、土壌及び木質系廃棄物からの放射性セシウム除去方法に関する。

本発明では、第一分級工程において、土壌と木質系廃棄物とを分離する。そして、木質系廃棄物を取り除いた土壌に添加工程を行う。添加工程後の土壌を加熱工程に付す際に、第一分級工程で土壌から分離された木質系廃棄物を同伴させることにより、木質系廃棄物を焼却して減容化し、土壌及び木質系廃棄物の焼却灰（主灰）から放射セシウムを効率よく揮発させることが可能である。また、木質系廃棄物の燃焼による熱量の向上も期待し得る。

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及び主灰中に存在しない放射性セシウムを効率よく除去し得る。

「木質系廃棄物」の具体例は、放射性セシウムによって汚染されている雑草又は草木（枝、葉、幹、茎又は根のような雑草又は草木の一部分も含まれる）である。雑草又は草木には、枯草又は枯木も含まれる。同様に、葉には、枯草も含まれる。

本発明の方法は、前記第一分級工程後、かつ、添加工程前に、木質系廃棄物が分離された土壌の残部を乾式分級又は湿式分級することにより、粒径1mm以下の土壌を分級し、前記加熱工程に供する土壌を減容する第二分級工程をさらに有することが好ましい。

第二分級工程によって、木質系廃棄物分離後の土壌が粗大粒子を含んでいる場合、粗大粒子を分離することで処理対象となる土壌自体を減容化することが可能となる。

前記添加工程における無機カルシウム化合物の添加量は、土壌と無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の割合が30質量％であり、前記添加工程における塩化ナトリウムの添加量は、土壌と無機カルシウム化合物との混合物の質量に対して5質量％であることが好ましい。

これは、無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。

土壌及び木質系廃棄物を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の塩化セシウム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。

前記加熱工程後の土壌及び木質系廃棄物の焼却灰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。

加熱工程後の土壌及び木質系廃棄物の焼却灰から塩化ナトリウムを除去することにより、除塩工程後の土壌及び木質系廃棄物の焼却灰の混合物を、土壌を採取した元の場所に戻した場合に、塩害の発生を防止し得る。

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、木質系廃棄物が混在していても、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り、同時に木質系廃棄物の焼却を行い得る。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。

実施形態１の工程フロー図を示す。 実施形態２の工程フロー図を示す。

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］
＜粗分級＞
［実施形態１］
図１は、実施形態１の工程フロー図を示す。放射性セシウムを除染するために、山肌、田畑、公園又はグラウンド等の土壌は、雑草又は草木のような植物が生育している状態のまま、その表層部分を削り取られる。その結果、削り取られた土壌（除去土壌）は、木質系廃棄物を多く含有する場合が多い。

そこで、除去土壌に含有される木質系廃棄物のうち、木の枝のような長さ又は粒径が数十cm以上の粗大な木質系廃棄物については、手選別で土壌から分離する。このような木質系廃棄物は、可能であれば、土壌の表層部分を削り取る前に、機械的に除去することが好ましい。

＜第一分級工程＞
粗大な木質系廃棄物を除去した後の除去土壌について、メッシュ幅40mmの分級装置によって乾式分級を行い、微粒子状の土壌と、粒径40mmを超える木質系廃棄物及び礫とに分級する。木質系廃棄物と礫とは、手選別又は比重分離（風力選別又は浮上分離）により分離することが可能である。土壌と分離された木質系廃棄物は、一旦保管された後、後述する加熱工程において土壌と共に加熱され、焼却される。木質系廃棄物を除去された土壌は、第二分級工程に供される。

ここでいう「粒径」とは、篩を通過した粒径を意味し、「粒径40mm以下」は、メッシュ幅40mmの篩を通過した粒径を意味する。また、粒径40mmを超える礫とは、粒径40mmを超える石又は岩石をいう。

＜第二分級工程＞
第一分級工程後の土壌（除去土壌）は、粒径1mm以下、より好ましくは500μm以下となるように分級される。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、第二分級工程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、湿式分級が好ましい。

第二分級工程では、湿式分級と浮上分離とを組み合わせてもよい。微粒子状の土壌中に細かい木質系廃棄物が含有されている場合、浮上分離によって木質系廃棄物を浮遊成分として回収することが可能となる。回収された木質系廃棄物は、後述するように土壌と共に加熱処理される。図１では、第二分級工程として、湿式分級と浮上分離とを組み合わせた場合について説明する。

浮上分離によって、土壌に含有されている木質系廃棄物は、比重が小さいために浮遊成分として回収される。一方、土壌の内、粒径1mmを超える土壌粒子（粗大粒子）は、浮上分離槽の下部に沈降する。粒径1mm以下の微粒子状土壌は、浮上分離槽内で沈降せずに懸濁しているため、浮上分離槽内の水を引き抜く際に回収することが可能である。

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したり、必要に応じて静置分離させた後、上澄み液を湿式分級用水として用い、プロセス全体での水の使用量を低減させたりすることもできる。

なお、粗大粒子の洗浄は、本発明に必須ではない。例えば、湿式分級時には分級（比重分離）のために通常は水が使用されるため、この水（分級用水）を用いて比重分離時に十分に粗大粒子の洗浄が行われるようにしてもよい。

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＞
粗大粒子を除去された微粒子状の土壌に、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。無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物の添加量は、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％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化合物を添加した土壌に、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化合物との混合物の合計量に対して0.5質量％を超え5質量％以下の塩化ナトリウムを添加する。なお、無機カルシウム化合物、有機カルシウム化合物又は塩化ナトリウムの添加量は、土壌の乾燥質量を基準として算出される。

(1) 処理済み土壌を脱塩処理することなく又は簡易的な脱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脱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。

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化合物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。さらに、これら添加剤を、粉末として土壌に添加してもよく、スラリー又は水溶液として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化合物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、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化合物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化合物と塩化ナトリウムとを土壌に混合してもよい。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化合物と塩化ナトリウムとを均一に混合することが可能となる。

＜土壌の予備乾燥＞
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添加された土壌は、必要に応じて加熱工程前に乾燥させてもよい。加熱工程に先立って、土壌を乾燥させることで、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し、排ガス量を減少させることが可能である。土壌の予備乾燥には、間接接触式又は直接接触式のいずれの乾燥装置も用いることができる。熱媒は、空気に限定されず、水蒸気であってもよい。また、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。

＜加熱工程＞
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。このとき、第一分級工程において土壌から分離された木質系廃棄物も土壌と一緒に加熱装置へと供給される。そして、両者は900℃以上1200℃以下、好ましくは950℃以上1100℃以下で加熱される。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化合物と塩化ナトリウムとを添加された土壌から放射性セシウムが揮発して除去される。

同時に、木質系廃棄物も燃焼し、焼却灰となる。このとき、木質系廃棄物に含有されていた放射性セシウムの一部は排ガス中へと揮発し、一部は焼却灰（主灰）に残存するが、土壌に添加された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は、木質系廃棄物の焼却灰中に残存する放射性セシウムを揮発させる効果も発揮するため、従来は困難であった焼却灰からも効率よく放射性セシウムを揮発させ得る。

本発明の土壌及び木質系廃棄物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化合物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化合物と塩化ナトリウムとを利用することにより、土壌及び焼却灰が溶融しない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及び焼却灰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、土壌中及び焼却灰のSi（ケイ素）のような成分が溶融し難く、処理後の土壌及び焼却灰が焼結するおそれも低い。そのため、加熱処理後の土壌及び焼却灰の混合物を元の土壌と同様に利用することができる。

土壌及び焼却灰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に対して1〜5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、土壌中及び焼却灰の混合物にほとんど残存しなくなるため、加熱処理後の土壌及び焼却灰の混合物に対して脱塩工程を行う必要がなくなる。脱塩工程を行わない場合、残存する無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物は、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。

なお、本発明においては、木質系廃棄物を加熱装置内に混合することによって、木質系廃棄物自体が加熱工程における燃料となるため、加熱に必要なエネルギーを低減させることも可能である。さらに、木質系廃棄物の存在によってキルン内の酸素濃度が低下し、ヒ素のような重金属の溶出を抑制できるという効果も発揮される。木質系廃棄物は、土壌と別々に加熱装置内に投入されてもよく、事前に土壌と混合されて加熱装置内に投入されてもよい。

＜回収工程＞
加熱工程によって土壌及び木質系廃棄物（木質系廃棄物の焼却灰も含む）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。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。乾式捕集手段としては、バグフィルタ以外に、サイクロン、HEPAフィルタ又は電気集塵装置を利用し得る。また、乾式捕集手段を複数段組み合わせて使用してもよい。粉塵を乾式捕集手段によって捕集することにより、焼却炉から放出された放射性セシウムを回収することが可能となる。

乾式捕集手段の代わりに、湿式スクラバのような湿式捕集手段を使用してもよい。また、乾式捕集手段と湿式捕集手段とを組み合わせて使用してもよい。さらに、バグフィルタのような乾式捕集手段と排ガス処理剤（例えば、消石灰、重曹又は活性炭）とを組み合わせて使用してもよい。捕集手段を通過した排ガスは、必要に応じて脱硝処理のような高度処理が行われた後、大気中へと排気される。

なお、バグフィルタのような乾式捕集手段によって放射性セシウムを含有する粉塵が回収された場合、当該回収物及び当該回収物が付着したフィルタ類を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てもよい。

加熱処理後の土壌及び木質系廃棄物の焼却灰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、土壌及び木質系廃棄物の焼却灰を再度加熱工程へと供してもよい。

＜脱塩工程＞
加熱工程後の土壌及び木質系廃棄物の焼却灰の混合物を水と接触させることにより、混合物に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、脱塩工程を任意に実施してもよい。

脱塩方法としては、公知の脱塩処理方法を採用し得るが、例えば、加熱処理後の土壌及び木質系廃棄物の焼却灰の混合物を水で洗浄する脱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。脱塩工程によって、土壌に添加された無機カルシウム化合物の一部も除去される。

脱塩工程を実施しない場合、加熱工程後の土壌及び木質系廃棄物の焼却灰の混合物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、塩化水素ガスとして除去する脱塩方法も採用され得る。この場合、排出される塩化水素ガスは、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。

本発明においては、木質系廃棄物と土壌を分離した後に土壌中の粗大粒子を分級除去することによって、処理対象物の量を低減することが可能である。さらに、上述したように、分級後の粗大粒子が除去された土壌に木質系廃棄物を混合することによって、土壌の加熱に必要な熱量を低減することも可能である。この場合、木質系廃棄物の添加量を、土壌に対して20％〜100%という範囲に調整することが好ましい。

大きな木質系廃棄物は、土壌と分離された後、適宜切断されてもよい。切断装置としては、木材を切断するために用いられる一般的な切断装置、一軸式破砕機又は二軸式破砕機を用いることができる。大きな木質系廃棄物を切断することによって、木質系廃棄物の取扱いが容易になり、加熱工程時における木質系廃棄物の焼却が容易となる。木質系廃棄物は、一辺（又は粒径）が40mm以下となるように切断されることが好ましく、10mm以下となるように切断されることがより好ましい。

［実施形態２］
図２は、実施形態２の工程フロー図を示す。基本的は工程フローは、図１に示される実施形態１の工程フローと同じであるため、ここでは実施形態１との相違点についてのみ説明する。

処理対象土壌が田畑であるような場合、第一分級工程を行った段階で、土壌の粒径が1mm以下である可能性が高い。このような場合には、第二分級工程を省略し、第一分級工程後の土壌を直接加熱工程へと移行させることが可能となる。

本実施形態では、第一分級工程で土壌から分離された礫を、洗浄用水を用いて洗浄した後、懸濁水を脱水して固液分離し、脱離液を礫の洗浄水として再利用する。懸濁水から得られた固形分は、土壌と混合され、添加工程へと供給される。

（セシウム揮発促進剤の添加量による影響）
土壌として、園芸用土壌を使用した。この土壌に水酸化セシウム（非放射性、メーカー：MP Biomedicals,LLC）を10ppmとなるように添加し、土壌サンプルとした。この土壌サンプルに、木質系廃棄物として木質ペレット、枯草又は枯葉を表１に示される割合で混合した。次に、木質系廃棄物を混合された土壌に、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5質量％となるように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、各サンプル5gを1000℃で60分間加熱した。キャリアガスは空気とした。加熱終了後、各サンプルを室温まで放冷し、サンプルに残存するセシウムを酸に溶解させ、酸溶液中のセシウム濃度を、ICP-MSを用いて分析することにより、サンプル中のセシウム濃度（mg/kg）を測定した。さらに、加熱処理前後のサンプル中セシウム濃度からセシウム除去率を算出した。

表１は、各サンプルの土壌に対する木質系廃棄物の混合条件、添加物の混合条件、及びセシウム除去率を示す。表１において、「炭酸カルシウム」欄は「土壌と炭酸カルシウムの混合物中の炭酸カルシウムの割合」を意味しており、「塩化ナトリウム」欄は「土壌と炭酸カルシウムとの混合物に対する塩化ナトリウムの割合」を意味している。

いずれのサンプルについても、セシウム除去率は約80％以上であり、土壌及び木質系廃棄物の焼却灰から、効率よくセシウムが除去されたことが確認された。

表１より、土壌に添加剤を添加した条件のみならず、土壌が木質系廃棄物を質量比1：1で含有している場合にも、セシウムを効率良く除去することが可能であり、木質系廃棄物の減容化も可能であることが確認された。また、木質系廃棄物を焼却した場合、焼却灰中にセシウムが残存する可能性があるが、本発明においては、土壌等に含有されているセシウムが、焼却灰にほとんど残存することなく除去され得ることも確認された。

放射性セシウムの化学的性質は、非放射性セシウムと同じである。このため、本発明によって、土壌及び木質系廃棄物から放射性セシウムも同様に除去することが可能である。

本発明の土壌及び木質系廃棄物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 (4)

1. 放射性セシウムを含有する土壌と木質系廃棄物との混合物を乾式分級し、土壌と木質系廃棄物とを分離する第一分級工程と、
   第一分級工程によって木質系廃棄物が取り除かれた土壌の残部に、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と、塩化ナトリウムとを添加する添加工程と、
   前記添加工程後の土壌と木質系廃棄物とを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、土壌及び木質系廃棄物から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、
   前記加熱工程によって土壌及び木質系廃棄物から揮発した放射性セシウムを回収する回収工程と、
   を有することを特徴とする、土壌及び木質系廃棄物からの放射性セシウム除去方法。
2. 前記第一分級工程後、かつ、前記添加工程前に、木質系廃棄物が分離された土壌の残部を乾式分級又は湿式分級することにより、粒径1mm以下の土壌を分級し、前記加熱工程に供する土壌を減容する第二分級工程をさらに有する、請求項１に記載の土壌及び木質系廃棄物からの放射性セシウム除去方法。
3. 前記添加工程における無機カルシウム化合物の添加量が、土壌と無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の割合が30質量％であり、
   前記添加工程における塩化ナトリウムの添加量が、土壌と無機カルシウム化合物との混合物の質量に対して5質量％である、請求項１又は２に記載の土壌及び木質系廃棄物からの放射性セシウム除去方法。
4. 前記加熱工程後の土壌及び木質系廃棄物の焼却灰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３のいずれか１項に記載の土壌及び木質系廃棄物からの放射性セシウム除去方法。

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