JP5842049B1 - 固形物の洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固形物に付着した放射性セシウム等の微細な付着物を洗浄液で効率よく洗浄する洗浄装置を提供する。【解決手段】洗浄槽２と、洗浄液を循環させる液体循環装置３とを備え、洗浄槽は、槽内を流入室４と流出室５に仕切る仕切板６と、仕切板に設けた平板状の濾過体７と、流入室に形成した洗浄液の流入部８と、流出室に形成した洗浄液の流出部１１と、流入室に形成した固形物を搬入または排出するための開口部９を有し、流入部は洗浄液の流入方向が濾過体の面に平行になるように形成され、流入室には、流入部から流入する洗浄液を反転させて前記濾過体の面に沿って旋回する旋回流を形成するための誘導部が設けられ、液体循環装置は洗浄槽の流入部と排出部を連結する循環路２０と、洗浄液を循環させる循環ポンプ２１を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、固形物に付着する微細な付着物を除去する洗浄装置に関し、例えば原子力発電所の事故等により発生したセシウムなどの放射性物質が付着した土壌、草木や瓦礫砕片などの固形物から放射性物質を除去するための洗浄装置に関する。

従来、セシウムなどの微細な放射性物質が付着した土壌、草木等の固形物は、密閉袋などの容器に収容した状態で、生活圏から離れた安全な場所に一時的に保管することが多い。

しかし一時的に保管した固形物は、最終的には安全性が考慮された場所に永久保管、若しくは地中深くに埋設するなどの最終処理が必要になる。しかし固形物の処理量が膨大になると、最終処理に使用される場所の確保が問題になる。

最終処理が必要な固形物量の縮小方法の一つとして、固形物が可燃性である場合には焼却処理により灰化する方法も考えられるが、排気ガスに含まれる放射性物質が大気中に二次拡散するという別の問題がある。

従来から、このような問題の解決策として、放射性物質が付着した固形物を洗浄液で洗浄し、放射性物質を安全レベルまで減少させる洗浄処理方法が種々提案されている。

例えば、特許文献１には界面活性剤を混入した洗浄液で放射性セシウムを含む固形物を洗浄する方法が開示されている。特許文献１における洗浄では洗浄効率を高めるため、加圧された洗浄液を固形物に噴出する方法が採用されている。

特許文献２には放射性セシウムを溶解可能な洗浄液で放射性セシウムを含む固形物を洗浄する方法が開示されている。洗浄は回転スクリュウで洗浄水と固形物を回転させながら行われる。

特許文献３には微細な気泡を混入した洗浄液を固形物に高圧噴射して洗浄する方法が開示されている。

特許文献４には洗浄後の洗浄液に含まれる放射性セシウムをゼオライトで吸着する方法が開示されている。

一方、放射性セシウムを溶解できる洗浄液としては，例えば硫酸アルミニウム、硝酸ナトリウム等のセシウム溶解性物質を混入した洗浄水が知られている。なお洗浄液中に吸収された放射性セシウムを吸着分離し、洗浄液を再利用するための吸着物質として、前記ゼオライト以外にフェロシアン化鉄（ブルーシアンブルー）や結晶化シリコチタネート等も知られている。

さらに特許文献５には、固形物を含む液体を旋回させて液体中に含まれている固形物を液体から分離する分離装置が開示されている。ただし特許文献５の分離装置は洗浄装置とは技術分野が異なる。

特開２０１４−１６３０１号公報 特開２０１３−１７８１４９号公報 特開２０１３−１４００９６号公報 特開２０１３−８８４１１号公報 特許第４３９５１９０号公報

固形物に付着した放射性セシウム等の微細な付着物を洗浄液で効率よく洗浄するには、固形物と洗浄水を常に均一に接触させ、固形物表面と洗浄液との接触面積を最大限化した状態を維持しつつ洗浄することが重要になる。

前記した従来の方法は、固形物表面と洗浄液との接触面積を増加させるために高圧洗浄方式や回転スクリュウによる攪拌方式を採用している。しかしこれら従来の方法は、洗浄中において固形物表面と洗浄液の接触面積の大きさに時間的バラツキが生じやすいこと、単位面積当たりの接触面積の増大に限界があること、装置が複雑化すること、装置の設置容積が大きくなること、等の種々の問題が残されている。

本発明の洗浄装置は、このような課題を解決するために開発されたもので、次の構成からなる。

本発明の第１の発明は、固形物に付着している微細な放射性の付着物を洗浄液により洗浄する装置において、洗浄槽と、洗浄液を循環させる液体循環装置とを備え、前記洗浄槽は、槽内を流入室と流出室に仕切る仕切板と、仕切板に設けた平板状の濾過体と、前記流入室に形成した洗浄液の流入部と、前記流出室に形成した洗浄液の流出部と、前記流入室に形成した固形物を搬入または排出するための開口部を有し、前記流入室には、前記流入部から流入する洗浄液を反転させて前記濾過体の面に沿って旋回する旋回流を形成するための誘導部が設けられ、液体循環装置は前記洗浄槽の流入部と排出部を連結する循環路と、洗浄液を循環させる循環ポンプを有し、前記固形物は前記旋回流により前記流入室内を旋回可能な大きさや重量に形成されたものを対象とし、それによって、前記固形物が旋回流により均一に拡散した状態で旋回するように構成されていることを特徴とする（請求項１）。

また、濾過体の面は上下方向に平行に形成され、流入室内に形成される旋回流が濾過体の面に沿って上下方向に旋回するように構成されている。

また、流入室の平断面は長軸と短軸を有する方形に形成され、一対の長軸側の側面と一対の短軸側の側面は、それぞれ上下方向に平行に対向して形成され、対向する２つの長軸側の各側面には仕切板が形成され、各仕切板には濾過体が設けられ、流入室に形成される流入部は長軸方向の一方の端部に設けられている。

本発明の第２の発明は、上記第１の発明において、流入部は流入室の長軸方向の一方の端部における低部に形成され、流入部から流入する洗浄液が流入室の底部を長軸方向に沿って水平に移動し、次いで長軸の他方の端部から上昇することにより上下旋回流を形成するように構成されていることを特徴とする（請求項２）。

本発明の第３の発明は、上記いずれかの洗浄装置-において、流入部から流入する洗浄液中に微細な気泡を混入する気泡混入部が設けられていることを特徴とする（請求項３）。

本発明の第４の発明は、上記いずれかの洗浄装置-において、洗浄液に含まれる付着物を吸着する吸着部が液体循環装置に設けられていることを特徴とする（請求項４）。

第１の発明の洗浄装置は、洗浄液が流入室に流入する際の動圧エネルギーを利用して旋回流を形成し、その旋回流中に固形物を浮遊旋回させながら洗浄することを特徴としている。洗浄液中を旋回する固形物は洗浄液中に常に均一に分散された状態で旋回し、それにより固形物表面と洗浄液との接触面積が最大限に維持され、固形物に付着した放射性の付着物（以下単に「付着物」又は「不純物」という）の洗浄効率を高めることができる。

さらに、旋回流による固形物と液体間の多大な接触面における摩擦による洗浄効果も充分に発揮され、それにより固形物に付着した付着物を効率よく洗浄分離するので、極めて短時間内に固形物から付着物を除去できる。なお高効率で比較的短時間に洗浄完了した固形物は、そのまま焼却や簡単な埋設で最終処理が可能となる。

さらに、固形物を攪拌するための旋回流は、流入室に流入する洗浄液自体の動圧エネルギーを利用して形成されるため、従来のような洗浄液の高圧噴射装置やモータ等の動力源を使用した洗浄液攪拌装置等が不要になる。そのため洗浄装置全体の構成が簡単になり、装置の設置面積も縮小する。更に多大なエネルギー消費による運転コストの上昇も抑えることができる。

また、濾過体の面が上下方向に平行に形成され、流入室内に形成される旋回流が平板状の濾過体の平坦な面に沿って上下方向に旋回するように構成されている。

このように旋回流を上下方向に旋回させると、重力の影響がより低減された洗浄液の旋回流を形成することができ、洗浄液中の固形物がより安定化された状態で旋回するようになる。

また、流入室の平断面は長軸と短軸を有する方形に形成され、長軸側の側面と短軸側の側面は上下方向に平行に対向して形成され、対向する２つの長軸側の側面にはそれぞれ仕切板が形成され、各仕切板にそれぞれ濾過体が設けられ、流入室に形成される流入部は長軸方向の一方の端部に設けられていることを特徴とする。

このように流入室を構成すると、簡単な流入室構成で容積当たりの洗浄液流通量が増加し、形成される洗浄液の上下方向の旋回流もより均一且つ安定化する。

本発明の第２の発明は、上記第１の発明において、流入部は流入室の長軸方向の一方の端部における低部に形成され、流入部から水平方向に流入する洗浄液が流入室の底部を長軸方向に沿って水平に移動し、次いで長軸の他方の端部から上昇することにより上下旋回流を形成するように構成されていることを特徴とする。

このように構成すると、旋回しながらその重力により次第に下方に偏りがちな固形物に対し、底部領域に流れる洗浄液の流動エネルギーがその偏りを上方に戻す作用が加わる。そのため例えば比較的比重が大きく、洗浄中にその重力作用により下方に偏り易い固形物の場合であっても、固形物を常に安定した旋回領域で均一に旋回させることができる。

本発明の第３の発明は、上記いずれかの洗浄装置において、流入部から流入する洗浄液中に微細な気泡を混入する気泡混入部が設けられていることを特徴とする。

洗浄水中に微細な気泡が含まれていると、洗浄液による固形物から不純物を剥離する作用を有る程度高めることができるが、このように旋回流で固形物を洗浄する際に微細な気泡を存在させると、固形物表面と洗浄液と間の接触面積が高い範囲に且つ均一な状態に常に維持されているので、それとの相乗効果により上記不純物の剥離効果がより一層発揮される。

本発明の第４の発明は、上記いずれかの洗浄装置において、洗浄液に含まれる付着物を吸着する吸着部が液体循環装置に設けられていることを特徴とする。

このように液体循環装置に吸着部を設けることにより、洗浄液を再利用しながら洗浄槽に循環させることができる。

本発明の洗浄装置のプロセスフローシートである。 本発明の洗浄装置における洗浄槽の１例を示す平断と側面を示す図である。 本発明の洗浄装置における洗浄槽の他の例を示す側断面図である。

次に図面により本発明の最良の形態を説明する。図１は本発明の洗浄装置のプロセスフローシートである。洗浄装置１は洗浄槽２と液体循環装置３を備えている。

洗浄槽２は槽内を流入室４と流出室５に仕切る仕切板６を有し、仕切板６には平面状の濾過体７が設けられている。流入室４に洗浄液の流入部８が形成されると共に、固形物を搬入または排出するための開口部９と、流入室４に残留する洗浄液を排出する残留液排出部１０が設けられている。残留液排出部１０は排出配管１０ａ及び開閉弁１０ｂを有する。流出室５には洗浄液の流出部１１が形成されると共に、底部に流出室５に残留する洗浄液を排出する残留液排出部１２が設けられている。残留液排出部１２は排出配管１２ａ及び開閉弁１２ｂを有する。

液体循環装置３は、洗浄槽２の流入部８と排出部１１を連結する循環路２０と、洗浄液を循環させる循環ポンプ２１を有する。液体循環装置３には更に洗浄液の貯留槽２２と、洗浄槽２の流入部８から流入室内に流入する洗浄液中に微細な気泡を混入する気泡混入部２３と、洗浄液に含まれる付着物を吸着する吸着部２４が設けられている。

貯留槽２２には配管と開閉弁を有する洗浄液の補給部２５と、配管と開閉弁を有する残留液の排出部２６が設けられ、前記循環ポンプ２１は貯留槽２２内に設けられている。洗浄液は水に不純物の溶解を促進する溶解性物質を混入したもので、例えば不純物が放射性セシウムの場合は、硫酸アルミニウム、硝酸ナトリウム等のセシウム溶解性物質が混入される。

気泡混入部２３は気泡生成部２７と、生成した気泡を洗浄液中に注入する注入部２８を有する。なお気泡生成部２７は微細な気泡を連続的に発生する一般的な気泡発生装置をそのまま利用することができる。

吸着部２４は収容槽２９と、収容槽２９の内部に配置された吸着層３０と、収容槽２９に残留する洗浄液を排出する残留液排出部３１を有する。残留液排出部３１は排出配管３１ａ及び開閉弁３１ｂを有する。

吸着層３０には洗浄後の洗浄液に含まれている不純物を吸着分離する固形状の吸着材が層状に形成されている。例えば不純物が放射性セシウムや放射性ストロンチューム等の放射性物質の場合は、ゼオライト、フェロシアン化鉄（ブルーシアンブルー）や結晶化シリコチタネート等の吸着材が使用される。

吸着部２４における吸着層３０の入口側には、洗浄槽２の流出室５に形成した排出部１１から流出する不純物を多くを含む洗浄液が配管を通して供給され、吸着層の出口側からは、不純物が吸着分離により低減した洗浄液が配管を通して貯留槽２２に流出する。なお排出部１１と吸着部２４を連結する配管には、洗浄液中の不純物濃度を測定する濃度測定器３２が連結されている。

洗浄槽２の残留液排出部１０の配管１０ａと残留液排出部１２の配管１２ａ、吸着部２４の残留液排出部３１の配管３１ａから残留液として排出される洗浄液の洗浄液は、図示しない貯留タンクなどに貯留して別途処理することもできるが、本実施形態では配管３３とポンプ３４により貯留槽２１に回収するように構成している。

次に図２に基づいて本発明の洗浄装置１を構成する洗浄槽２について説明する。図２は洗浄槽２の１例を示すもので、図２（ａ）は図２（ｂ）に示すＡ−Ａ断面図（平断面図）、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＢ−Ｂ断面図（側断面図）である。

洗浄槽２の内部には仕切板６で仕切られた流入室４と流出室５が形成され、流入室４には洗浄液の流入部８が形成され、流出室５には洗浄液の排出部１１が形成されている。流入室４を形成する仕切板６は、図２（ａ）に示す平断面が長軸側と短軸側を有する方形に形成され、対向する２つの長軸側の側壁４ａと短軸側の側壁４ｂは、それぞれ上下方向に垂直に延長し、長軸側の各側面４ａに平板状の濾過体７が設けられている。なお平板状の各濾過体７自体が長軸側の２つの側壁４ａをそれぞれ構成することもでき、その場合は濾過体７が仕切板６の一部を構成する。

図２（ｂ）に示すように、流入部８は流入室４の短軸側の一方の側壁４ｂにおける底部４ｃに隣接する領域に形成されている。なお図２（ｂ）に示す例では流入部８が底部４ｃより若干上方に形成されているが、流入部８を底部４ｃに接するように形成してもよい。流入部８は洗浄液を流入室４内に流出させる際に、その流出方向が図２（ａ）（ｂ）に矢印で示すように、平面状に形成された濾過体７の面に平行になるように形成されている。

濾過体７は流入室４内を旋回流中分散して旋回する固形物を通過させず、洗浄液のみを通過させるようなミクロ単位の間隙もしくは貫通孔を有するもので、処理する固形物に応じてその間隙もしくは貫通孔の寸法の最大値もしくは寸法範囲を選択する。

本発明に使用可能な濾過体７は、直線状に連通空隙を有するものとして、網状のスクリーン、微細なミクロ単位の孔や間隙を設けたパンチングプレート型のスクリーンやウェッジワイヤ型のスクリーンなどがあり、同一形状ではなく複雑に三次元的に連通している空隙を有するものとして、複数の金属メッシュを積層した板状の濾過体、非金属性の濾材を金属メッシュでサンドイッチした濾過体などがある。

図２（ｂ）に示すように、流入室４の内部には、流入部８から濾過体７の面に平行な水平方向に流出する洗浄液の液流を、上下方向に旋回する旋回流に変化させるための誘導部１３が３つ設けられている。本実施態様では流入部８の反対側の側壁４ｂの下方に第１の誘導部１３が設けられ、第１の誘導部１３の上方に第２の誘導部１３が設けられ、流入部８と同じ側の側壁４ｂの上方に第３の誘導部が設けられる。

このように構成した流入室４は、流入部８から水平方向に噴出する洗浄液が第１の誘導部１３の誘導作用により上方に方向変化され、次いで第２の誘導部１３の誘導作用により再び水平方向に洗浄液が方向変化され、さらに第３の誘導部１３の誘導作用により洗浄液は下方に方向変化される。

これら一連の方向変化作用により、洗浄液は図示のように上下方向に旋回する旋回流が連続的に形成される。なお誘導部１３の液流に接する面は、図示のような平面状以外に、形成される旋回流の外周面に適合した凹面状もしくは円弧状に形成してもよい。

一方、本実施形態とは異なり、水平方向に旋回する旋回流を形成する場合は、流入室４の長軸側の側壁４ａの端部と短軸側の側壁４ｂの端部が互いに接する複数の隅部にそれぞれ誘導部１３を設け、それらの誘導面が水平方向の旋回流の外周面に沿うような傾斜面とすればよい。

流出室５は図２（ａ）に示すように、平断面が流入室４と同様な方形に形成され、流入室４の側面外周を取り囲むように、長軸側の２つの側壁５ａと短軸側の２つの側壁５ｂが垂直方向にそれぞれ延長されている。なお流出室５は図示のような平断面が方形である以外に、平断面図が円形もしくは楕円形の形状であってもよい。

流入室４（およびその側面を取り囲む流出室５）の上部は解放され、それによって流入室４内に洗浄処理すべき固形物を搬入または排出するための開口部９が形成される。なお必要に応じて図２（ｂ）に点線で示すような開閉可能な蓋体９ａを設けることもできる。

次に本発明の洗浄装置１により不純物が付着した固形物を洗浄処理する方法を説明する。

図１において、先ず流入室４内に洗浄処理すべき固形物を搬入する。固形物が落ち葉や枯れ草、土砂などの小片物であればそのままの形状で搬入し、木材や解体物等の比較的容積が大きい物体であれば、必要な大きさまで裁断や切断などの前処理をしてから流入室４に搬入する。流入室４における旋回可能な固形物の大きさや重量は、流入室４に噴出する洗浄液の設定速度に比例するので、洗浄液中の固形物の良好な分散状態を確保するために、固形物の大きさや重量を洗浄液の設定速度に適合した範囲にすることが望ましい。

流入室４に所定量の固形物を搬入し収容した後、循環ポンプ２１を起動して貯留槽２２内から循環路２０を経て洗浄液を洗浄槽２の流入部４に流入する。流入室４内が洗浄液で満たされ且つ濾過体７を流通する状態になると、流入室４内の洗浄液は上下方向の旋回流を形成し、固形物はその旋回流より均一に拡散した状態で旋回する。洗浄により不純物を含んだ状態の余剰の洗浄水が濾過体７を通過して流出室５内に流出する。流出室５内の洗浄液は排出部１１から循環路２０を経て吸着部２４に流出し、その吸着層３０を通過する際に不純物が吸着材に吸着されて分離し、不純物の減少した洗浄液が貯留槽２２に回収される。そして洗浄液は循環路２０により洗浄槽２を循環しながら固形物の洗浄を続ける。

循環路２０から洗浄水を流入室４に流入させる際に、必要に応じて気泡混入部２３を運転し、洗浄液中に微細な気泡を混入させることができる。一般に洗浄水中に微細な気泡（マイクロ気泡）が含まれていると、洗浄液による固形物から不純物を剥離する作用はある程度高まるが、本発明のように旋回流で固形物を洗浄すると、固形物表面と洗浄液と間の接触面積が高い範囲に且つ均一な状態に常に維持されるので、それとの相乗効果により上記不純物の剥離効果がさらに向上する。

洗浄槽２で固形物の洗浄を続けると、排出部１１から排出する洗浄液中に含まれている不純物の濃度は次第に低下していく。その不純物濃度が所定レベルまで低下したことを排出部１１に連結した配管に設けた濃度測定器３２で確認した後、循環ポンプ２１を停止して洗浄操作を終了する。

洗浄後の洗浄槽２内に残留する洗浄液は、ポンプ３４を起動して配管１０ａおよび配管１２ａから貯留槽２２に排出する。次いで流入室４内の洗浄後の固形物を開口部９から外部に排出した後、次の洗浄すべき新たな固形物を流入室４に搬入する。

図３は本発明の洗浄槽の他の例を示す側断面図である。図３は図２（ｂ）に準じて示す側断面図であり、図２の洗浄槽２と異なる部分は、流入室４に形成した洗浄液の流入部８の位置、及び誘導部１３の位置のみで、そのほかは同様に構成される。従って図２の洗浄槽２と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図３において、流入室４における洗浄液の流入部８は、長軸側の一方の側壁４ｂの上方に形成されている。そして第１の誘導部１３が流入部８に対向する反対側の側壁４ｂの上方に設けられ、第２の誘導部１３が第１の誘導部１３の下方における側壁４ｂに設けられ、第３の誘導部１３が第２の誘導部に対向する流入部８側の側壁４ｂの下方に設けられている。

このように構成した流入室４は、流入部８から水平方向に噴出する洗浄液が第１の誘導部１３の誘導作用により下方に方向変化され、次いで第２の誘導部１３の誘導作用により再び水平方向に洗浄液が方向変化され、さらに第３の誘導部１３の誘導作用により洗浄液は上方に方向変化される。これら一連の方向変化作用により、洗浄液は図示のように上下方向に旋回する旋回流が形成される。

本発明の洗浄装置は、放射性セシウム等の放射性不純物が付着された固形物の洗浄以外に、例えば資源再利用のための回収ゴミの洗浄、細かい部品の洗浄、衣類などの布製品の洗浄等にも利用できる。

本発明の洗浄装置は微細な不純物が付着した固形物の洗浄に利用できる。

１ 洗浄装置
２ 洗浄槽
３ 液体循環装置
４ 流入室
４ａ、４ｂ 側壁
４ｃ 底部
５ 流出室
５ａ、５ｂ 側壁
６ 仕切板
７ 濾過体
８ 流入部
９ 開口部
９ａ 蓋体
１０ 残留液排出部
１０ａ 排出配管
１０ｂ 開閉弁
１１ 流出部
１２ 残留液排出部
１２ａ 排出配管
１２ｂ 開閉弁
２０ 循環路
２１ 循環ポンプ
２２ 貯留槽
２３ 気泡混入部
２４ 吸着部
２５ 補給部
２６ 排出部
２７ 気泡生成部
２８ 注入部
２９ 収容槽
３０ 吸着層
３１ 残留液排出部
３１ａ 排出配管
３１ｂ 開閉弁
３２ 濃度測定器
３３ 配管
３４ ポンプ

Claims (4)

1. 固形物に付着している微細な放射性の付着物を洗浄液により洗浄する装置において、
   洗浄槽と、洗浄液を循環させる液体循環装置とを備え、
   前記洗浄槽は、槽内を流入室と流出室に仕切る仕切板と、仕切板に設けた平板状の濾過体と、前記流入室に形成した洗浄液の流入部と、前記流出室に形成した洗浄液の流出部と、前記流入室に形成した固形物を搬入または排出するための開口部を有し、
   前記流入室の平断面は長軸と短軸を有する方形に形成され、一対の長軸側の側面と一対の短軸側の側面は、それぞれ上下方向に平行に対向して形成され、対向する２つの長軸側の各側面には前記仕切板が形成され、各仕切板には前記濾過体が設けられ、前記流入室に形成される流入部は長軸方向の一方の端部に設けられ、且つ、前記流入部から流入する洗浄液を反転させて前記濾過体の面に沿って上下方向に旋回する旋回流を形成するための誘導部が設けられ、
   液体循環装置は前記洗浄槽の流入部と排出部を連結する循環路と、洗浄液を循環させる循環ポンプを有し、
   前記固形物は前記旋回流により前記流入室内を旋回可能な大きさや重量に形成されたものを対象とし、それによって、前記固形物が旋回流により均一に拡散した状態で旋回するように構成されていることを特徴とする洗浄装置。
2. 請求項１において、前記流入部は前記流入室の長軸方向の一方の端部における低部に形成され、前記流入部から流入する洗浄液が前記流入室の底部を長軸方向に沿って水平に移動し、次いで長軸の他方の端部から上昇することにより上下旋回流を形成するように構成されていることを特徴とする洗浄装置。
3. 請求項１又は請求項２において、前記流入部から流入する洗浄液中に微細な気泡を混入する気泡混入部が設けられていることを特徴とする洗浄装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、洗浄液に含まれる付着物を吸着する吸着部が前記液体循環装置に設けられていることを特徴とする洗浄装置。

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