JP5904757B2

JP5904757B2 - 土壌浄化システム

Info

Publication number: JP5904757B2
Application number: JP2011231078A
Authority: JP
Inventors: 徳介早見; 原口　智; 智原口; 健太郎松永; 吉野　正人; 正人吉野; 卓毛受; 茂人菊池; 永森　泰彦; 泰彦永森; 轟木　朋浩; 朋浩轟木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: JP2013088361A

Description

本発明の実施形態は、土壌中に含まれる放射性物質を回収する土壌浄化システムに関する。

土壌中の粘土鉱物に強固に付着した放射性セシウムを土壌から回収し土壌を浄化するには、１００℃以上の高温かつ６ｍｏｌ／Ｌ以上の高濃度の酸により土壌を溶解し、放射性セシウムを抽出する方法が有望である。ただし、大量の土壌から放射性セシウムを回収しようとする場合、高温かつ高濃度の酸を大量に使用する必要がある。このため、装置の大型化及び消費エネルギーの増大が問題になる。また、１００℃以上の高濃度の酸を使用する場合、常圧での処理ができず、反応容器の耐圧仕様を向上させる必要等があるため、装置が複雑化するという問題がある。

特開２００７−２０９９１５号公報

以上のように、高温かつ高濃度の酸を用いて大量の土壌から放射性セシウムを回収し土壌を浄化しようとする場合、装置の大型化、複雑化及び消費エネルギーの増大等の問題が生じる。

そこで、目的は、装置の大型化、複雑化及び消費エネルギーの増大を抑えて、大量の土壌から放射性セシウムを回収し土壌を浄化することが可能な土壌浄化システムを提供することにある。

実施形態によれば、土壌浄化システムは、分離装置、脱離装置、吸着塔及び循環装置を具備する。分離装置は、放射性セシウムが付着した粘土鉱物を含む土壌に分離処理を施し、前記粘土鉱物を含む第１の粒子と、それ以外の第２の粒子とに分離する。脱離装置は、１００℃未満の酸水溶液により前記第１の粒子に付着された放射性セシウムを抽出し、前記抽出した放射性セシウムを含むセシウム含有液を出力する。さらに、セシウムを除去されて浄化された土壌を出力する。吸着塔は、放射性セシウムを吸着する吸着剤が充填され、前記吸着剤に接触したセシウム含有液に含まれる放射性セシウムを吸着する。循環装置は、前記吸着塔で放射性セシウムが吸着された後の浄化液を前記脱離装置へ循環させる。

本実施形態に係る土壌浄化システムの機能構成を示すブロック図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る土壌浄化システムの機能構成を示すブロック図である。図１に示す土壌浄化システムは、分離装置１０、脱離装置２０、洗浄装置３０、吸着塔４０及び循環装置５０を具備する。

分離装置１０には、原土壌が入れられる。原土壌は、数ｍｍ以下の粒径の粒子の集合体である。粗大な粒子は事前に除いておくことが好ましい。土壌は粒径により分類されるが、特に２０μｍ以下をシルトと呼び、２μｍ以下の粒子を粘土と呼ぶ。シルト及び粘土には、雲母、ベントナイト及びバーミキュライト等の粘土鉱物が含まれる。粘土鉱物は、層状構造をしており、層間に放射性セシウムがイオン交換で強固に付着することが知られている。

分離装置１０は、乾式サイクロン方式又は湿式サイクロン方式により、原土壌を第１及び第２の粒子に分離する。第１の粒子は、例えば、粒子の直径が２０μｍ以下の粒子であり、粘土鉱物を含むと予想されるシルト及び粘土である。ただし、サイクロンを用いた土壌の分級では粒径に応じて確率で分離されるため、篩いと異なり同じ粒径の粒子が第１の粒子にも第２の粒子にも含まれる。汚染の程度、土壌の粒度分布など応じて、サイクロンの大きさや形状、流速を変えることにより、分離する粒径は都度変更することが望ましい。また、第２の粒子は、例えば、粒子の直径が２０μｍを超える粒子である組砂及び細砂である。なお、第２の粒子には、放射性セシウムを含むその他の放射性物質（例えば、放射性ストロンチウム等）が付着している。分離装置１０により原土壌から分離された第１の粒子は、脱離装置２０へ供給される。分離装置１０により原土壌から分離された第２の粒子は、洗浄装置３０へ供給される。

脱離装置２０は、脱離槽２１、加熱部２２、攪拌機２３及びポンプ２４を備える。脱離槽２１には、攪拌機２３が取り付けられ、例えば、硫酸、硝酸、塩酸又はこれらのいずれかの混合物等の強酸性の水溶液が入れられている。前記強酸性の水溶液には、イオン交換を促進する為に、０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜２ｍｏｌ／Ｌアンモニウムイオン、カリウムイオン又はカルシウムイオンを添加してもよい。酸水溶液の単位当りの濃度は０．５ｍｏｌ／Ｌ〜５ｍｏｌ／Ｌである。酸水溶液の量は、第１の粒子の重量と酸水溶液の重量との比が１：１〜１：１０となるように調整される。加熱部２２は、脱離槽２１内の酸水溶液を１００℃未満の例えば、６０℃から９０℃程度に加熱する。酸水溶液中での加熱により、土壌は表層から溶解され、表面及び内部に吸着したセシウムが溶液中に放出される。

分離装置１０で分離された第１の粒子は、脱離槽２１へ供給される。脱離槽２１に取り付けられる攪拌機２３は、第１の粒子が加えられた酸水溶液を攪拌する。加熱部２２は、第１の粒子が加えられた酸水溶液を６０℃〜９０℃程度に熱し、熱した状態で１〜６時間保持する。これにより、第１の粒子の粘土鉱物に付着している放射性セシウムが酸水溶液中に抽出され、セシウム含有液となる。ポンプ２４は、脱離槽２１のセシウム含有液を吸着塔５０へ送水する。

第１の粒子の粘土鉱物に付着している放射性セシウムが酸水溶液中に抽出される際には、脱離槽２１の底にはセシウムを除去された土壌が沈殿する。脱離槽２１は、浄化された土壌を排出する排出機構をさらに備える。１回の脱離処理では浄化が不十分な場合は、必要に応じて再度土壌を脱離装置２０へ投入し、脱離処理が繰り返し行われる。

吸着塔５０には、セシウム吸着剤が充填される。ここで、セシウム吸着剤とは、例えば、ゼオライト、珪チタン酸塩及びプルシアンブルー等である。セシウム吸着剤は、脱離装置２０から給水されるセシウム含有液に接触すると、セシウム含有液に含まれる放射性セシウムを吸着する。

循環装置６０は、放射性セシウムが吸着された後の浄化水を汲み取り、脱離装置２０へ循環させる。浄化水に放射性セシウムが抽出されていない粘土鉱物が含まれている場合、脱離装置２０にて、この粘土鉱物に対する処理が行われることとなる。

洗浄装置３０は、分離装置１０から供給される第２の粒子を、例えば、酢酸アンモニウム等のアンモニウム塩溶液を用いて洗浄する。これにより、第２の粒子に付着された放射性物質が、アンモニウムイオンとのイオン交換により除去される。なお、このとき除去される放射性物質は、放射性セシウムの他に、放射性ストロンチウムも含まれる。洗浄装置３０で用いられるアンモニウム塩溶液も、脱離装置２０における吸着塔４０及び循環装置５０を用いた再生利用と同様に、繰返し使用することができる（図示せず）。

以上のように、本実施形態では、分離装置１０は、原土壌から粘土鉱物を含む第１の粒子を分離する。そして、脱離装置２０は、分離された第１の粒子に対して放射性セシウムの脱離処理を行うようにしている。これにより、原土壌に含まれる粒子のうち、粘土鉱物を含む直径がおよそ２０μｍ以下の粒子のみに対して脱離処理を行うことになるため、脱離槽２１で使用される酸水溶液の量を抑えることが可能となる。

また、本実施形態では、放射性セシウムが抽出されたセシウム含有液を吸着塔４０に供給した後、放射性セシウム吸着後の浄化水を、脱離装置２０に循環する。つまり、脱離装置２０における脱離処理が繰り返されるようにしている。これにより、ワンパスの処理での脱離率は低くても、脱離処理が繰り返されることで、結果的には高い脱離率を得ることが可能となる。すなわち、酸水溶液の温度が６０℃〜９０℃程度、つまり、１００℃以上（例えば２００℃等）の高温でない場合であっても、高い脱離率を得ることが可能となる。なお、粘土鉱物単体に付着したセシウムの温度１００℃未満の酸水溶液による脱離率は３０％程度であるが、この脱離処理を繰り返すことにより、高い脱離率を得ることが可能となる。また、脱離処理を繰り返し行うことで、酸水溶液の濃度が０．５ｍｏｌ／Ｌ〜５ｍｏｌ／Ｌ程度、つまり、６ｍｏｌ／Ｌ等の高濃度でない場合であっても、高い脱離率を得ることが可能となる。

また、本実施形態では、洗浄装置３０は、原土壌から第１の粒子を分離した後の第２の粒子に対して、洗浄処理を行うようにしている。これにより、放射性セシウムが粘土鉱物以外の粒子に付着している場合であっても、この放射性セシウムを除去することが可能となる。また、粘土鉱物以外の粒子に放射性セシウム以外の放射性物質が付着している場合であっても、この放射性物質を除去することが可能となる。

また、本実施形態では、脱離槽２１に沈殿する浄化された土壌に対しても繰り返し脱離処理を行うようにしている。これにより、ワンパスの処理での脱離率は低くても、脱離処理が繰り返されることで、結果的には高い脱離率を得ることが可能となる。

したがって、本実施形態に係る土壌浄化システムによれば、システムの大型化、複雑化及び消費エネルギーの増大を抑えて、大量の土壌から放射性セシウムを脱離し土壌を浄化することができる。

なお、上記実施形態では、脱離装置２０に攪拌機２３が取り付けられる場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、攪拌機２３を用いず、脱離槽２１内で第１の粒子を酸水溶液に浸漬させるようにしても構わない。

また、上記実施形態では、加熱部２２により脱離槽２１内の酸水溶液を熱する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、脱離装置２０は、加熱部２２の代わりに電磁波発生部を備えていても構わない。電磁波発生装置は、電磁波を発生し、発生した電磁波を脱離槽２１へ照射する。脱離槽２１の酸水溶液は、電磁波による誘電加熱により６０℃〜９０℃へ加温される。

また、脱離装置２０は、加熱部２２の代わりに超音波発生部を備えていても構わない。超音波発生部は、超音波を発生し、発生した超音波を脱離槽２１へ照射する。脱離槽２１の酸水溶液による放射性セシウムの抽出処理は、照射される超音波により促進されることになる。なお、加熱部２２、電磁波発生部及び超音波発生部は、同時に使用されても構わない。

また、上記実施形態では、脱離槽２１内に酸水溶液と第１の粒子とが入れられる場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。粘土鉱物の構成成分が溶解することで生成される、アルミニウムイオン、鉄イオン及び珪素イオンと結合するキレート材を、酸水溶液と混合して脱離槽２１へ入れるようにしても構わない。これにより、脱離率がさらに向上することになる。なお、キレート材には、アルギニン等のカルボン酸を含む有機酸、又は、アルブミン及びペクチン等のカルボン酸を含む高分子が用いられる。

また、溶出した放射性セシウムを吸着する吸着剤を、酸水溶液と混合して脱離槽２１へ入れるようにしても構わない。これにより、放射性セシウムの粘土鉱物への再吸着を防止することが可能となり、脱離率のさらなる向上が期待できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…分離装置、２０…脱離装置、２１…脱離槽、２２…加熱部、２３…攪拌機、２４…ポンプ、３０…洗浄装置、４０…吸着塔、５０…循環装置

Claims

放射性セシウムが付着した粘土鉱物を含む土壌に分離処理を施し、前記粘土鉱物を含む粒径の第１の粒子と、それ以外の第２の粒子とに分離する分離装置と、
粘土鉱物の構成成分が溶解することで生成される金属イオンと結合するキレート材が混合される、１００℃未満の酸水溶液により前記第１の粒子に付着された放射性セシウムを抽出し、前記抽出した放射性セシウムを含むセシウム含有液を出力する脱離装置と、
放射性セシウムを吸着する吸着剤が充填され、前記吸着剤に接触したセシウム含有液に含まれる放射性セシウムを吸着する吸着塔と、
前記吸着塔で放射性セシウムが吸着された後の浄化液を前記脱離装置へ循環させる循環装置と
を具備することを特徴とする土壌浄化システム。
放射性セシウムが付着した粘土鉱物を含む土壌に分離処理を施し、前記粘土鉱物を含む粒径の第１の粒子と、それ以外の第２の粒子とに分離する分離装置と、
溶出した放射性セシウムを吸着する吸着剤が混合される、１００℃未満の酸水溶液により前記第１の粒子に付着された放射性セシウムを抽出し、前記抽出した放射性セシウムを含むセシウム含有液を出力する脱離装置と、
放射性セシウムを吸着する吸着剤が充填され、前記吸着剤に接触したセシウム含有液に含まれる放射性セシウムを吸着する吸着塔と、
前記吸着塔で放射性セシウムが吸着された後の浄化液を前記脱離装置へ循環させる循環装置と
を具備することを特徴とする土壌浄化システム。
前記脱離装置は、前記セシウム含有液を出力する際に生成される脱離処理後の土壌に対し、前記脱離処理後の土壌に含まれる第１の粒子に付着された放射性セシウムの抽出を再度行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌浄化システム。
前記分離装置により分離される第２の粒子をアンモニウム塩溶液を使用して洗浄することで、前記第２の粒子に付着される前記放射性セシウムを含む放射性物質を除去する洗浄装置をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の土壌浄化システム。
前記脱離装置において、前記第１の粒子の重量と前記酸水溶液の重量との比は、１：１乃至１：１０であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の土壌浄化システム。
前記脱離装置において、前記酸水溶液の単位当りの濃度は、０．５ｍｏｌ／Ｌ〜５ｍｏｌ／Ｌであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の土壌浄化システム。
前記脱離装置において、前記酸水溶液は、前記第１の粒子が入れられた状態で６０℃乃至９０℃で熱せられ、１時間乃至６時間保持されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の土壌浄化システム。
前記脱離装置は、加熱部を備え、前記加熱部により前記酸水溶液が熱せられることを特徴とする請求項７記載の土壌浄化システム。
前記脱離装置は、電磁波発生部を備え、前記電磁波発生部で発生される電磁波により前記酸水溶液が熱せられることを特徴とする請求項７又は８記載の土壌浄化システム。
前記脱離装置は、超音波発生部を備え、前記超音波発生部で発生される超音波を前記酸水溶液に照射することにより、前記第１の粒子に付着された放射性セシウムの抽出処理を促進させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の土壌浄化システム。