JP5912525B2

JP5912525B2 - 放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法

Info

Publication number: JP5912525B2
Application number: JP2011289447A
Authority: JP
Inventors: 卓夫中島; 将大山; 由郎吉岡; 隆司松生; 多嘉久松尾; 一郎瀬川; 泰輔帽田; 利樹吉田; 光義田口
Original assignee: 株式会社鴻池組; 株式会社ハマダ; 株式会社グラベル・クリーン
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013140021A

Description

本発明は、放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法に関するものである。

近年、各種製造工場やその跡地の土壌が、油分・重金属をはじめとする汚染物質で汚染されていること明らかとなり、社会問題となっており、種々の汚染土砂の洗浄方法が提案され、実用化されている。

このうち、本件出願人は、先に、洗浄機において土砂同士の摩擦により土砂の表面に付着した汚染物質を離脱させることによって、土砂と汚染物質とを分離する汚染土壌の浄化方法（特許文献１〜２参照。）を提案した。

特許第４６４６０４７号公報特許第４６９７７１９号公報

本件出願人による実証実験から、東日本大震災に伴う福島第一原子力発電所事故による放射性セシウム等の放射性物質によって汚染された土壌の浄化に対して、通常適用される細粒分のみを除去する分級洗浄（特許文献１〜２）では、砂及びレキ分の浄化効果が低く、放射性物質によって汚染された土壌の分級洗浄による除染率が７０％程度にとどまるとともに、汚染された土壌の減容化が十分に行えないということが分かった。

本発明は、上記の問題に鑑み、放射性物質によって汚染された土壌の土砂の浄化、特に、当該土壌に含まれる砂及びレキ分の浄化を確実に行うことによって、放射性物質によって汚染された土壌の除染率を高め、汚染された土壌の減容化率を向上することができるようにした放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法は、主に放射性セシウムで汚染された放射性物質汚染土砂に水のみを加えて第１の洗浄機に導入し、該第１の洗浄機においてスラリー化した後、第１の分離装置で土砂の細粒分を分離する分級洗浄を行った後、第１の分粒機を用いて分級し、２〜１０ｍｍの範囲から選ばれた所定の粒径以上のレキと所定の粒径未満のレキ及び砂とに分離し、前記所定の粒径以上のレキを、第２の洗浄機に導入してレキ同士の摩擦によりレキの表面に付着した放射性物質を離脱させた後、第２の分粒機を用いて分級し、１〜５ｍｍの範囲から選ばれた所定の粒径以上のレキと所定の粒径未満のレキ及び砂とに分離し、前記第１の分粒機及び第２の分粒機で分離された所定の粒径未満のレキ及び砂を、キャビテーション作用を利用した衝撃洗浄機に導入してキャビテーション気泡の崩壊による衝撃力によりレキ及び砂の表面に付着した放射性物質を離脱させ、この衝撃洗浄機により処理したレキ及び砂、前記第１の分粒機及び第２の分粒機で分離された所定の粒径以上のレキ並びに放射性物質が付着したシルト・粘土分を含む濁水を第２の分離装置に導入して、洗浄されたレキ及び砂と放射性物質が付着したシルト・粘土分を含む濁水とに分離し、前記第１の分離装置で分離された土砂の細粒分及び前記各工程で発生した放射性物質が付着したシルト・粘土分を含む濁水を、凝集沈殿、脱水処理することにより放射性物質を含む脱水ケーキを得るようにしたことを特徴とする。

本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法によれば、洗浄機を用いたレキ同士の摩擦によるレキの表面に付着した放射性物質の離脱処理と、キャビテーション作用を利用した衝撃洗浄機を用いたキャビテーション気泡の崩壊による衝撃力によるレキ及び砂の表面に付着した放射性物質の離脱処理とによって、放射性セシウム等の放射性物質によって汚染された土壌の土砂の浄化、特に、当該土壌に含まれる砂及びレキ分の浄化を確実に行うことができ、これにより、放射性物質によって汚染された土壌の除染率を高めるとともに、汚染された土壌の減容化率を向上することができる。

本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法の一実施例を示すフローチャートである。本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法に用いる洗浄機を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその動作を示す断面図、（ｃ）は同洗浄機によるすりつぶし作用を示す説明図、（ｄ）は同洗浄機によるもみすり作用を示す説明図である。本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法に用いる分離装置を示す概略図である。同平面図である。同正面図である。同（ａ）は要部の平面図、（ｂ）は要部の側面図である。本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法に用いる衝撃洗浄機を示す概略図である。

以下、本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法の一実施例を示す。
この放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法は、放射性セシウム等の放射性物質によって汚染された土壌である放射性物質汚染土砂Ｍ（以下、単に、「土砂Ｍ」という。）に水Ｗを加えて洗浄機３に導入し、この洗浄機３においてスラリー化した後、分離装置４で土砂の細粒分（放射性物質を含む濁水を含む。）を分離する分級洗浄を行った後、分粒機５を用いて分級し、所定の粒径以上のレキＭ１を、洗浄機８に導入してレキ同士の摩擦によりレキの表面に付着した放射性物質を離脱させ、レキと放射性物質を含む濁水を分離装置７ｂに導入してレキと放射性物質を含む濁水とに分離し、所定の粒径未満のレキ及び砂Ｍ２を、キャビテーション作用を利用した衝撃洗浄機６に導入してキャビテーション気泡の崩壊による衝撃力によりレキ及び砂の表面に付着した放射性物質を離脱させ、レキ及び砂と放射性物質を含む濁水を分離装置７ａ、７ｂに導入してレキ及び砂と放射性物質を含む濁水とに分離し、前記放射性物質を含む濁水を、凝集沈殿、脱水処理することにより放射性物質を含む脱水ケーキを得るようにしたものである。

この場合において、土砂Ｍの洗浄機３によるスラリー化を円滑に行うために、予め分粒機１（本実施例においては、トロンメル付ドラムウォッシャー）を用いて分級し、所定の粒径以上、具体的には、２０〜５０ｍｍの範囲の特定の粒径以上（本実施例においては、４０ｍｍ以上）のレキを破砕機２により破砕、循環させるようにして、所定の粒径未満の土砂Ｍを洗浄機３に導入するようにしている。

洗浄機３は、本実施例においては、図２（ａ）及び（ｂ）に示す、回転可能に設けられたドラム３１と、このドラム３１内に偏心して設けられ、ドラム３１と逆方向に回転するロータ３２とを備え、ドラム３１とロータ３２とを、土砂に圧力を加えながら相互に逆回転させることにより、団粒化した土壌を確実に解砕し、各土壌粒子が結合を解かれた分散したスラリー状態にする。
なお、この洗浄機３は、このほか、後述の洗浄機８と同様に、レキ及び砂の表面に付着した放射性物質を離脱させる作用効果も奏する。

分離装置４は、図３〜図６に示すように、土砂Ｍ及び放射性物質Ｄを含む濁水が導入される水を張った分離槽４１と、分離槽４１の底部付近に振動可能に配設され、導入された土砂Ｍに振動を付与しながら通過させる加振スクリーン４２と、この加振スクリーン４２の下に配設され、分離槽４１内に気泡を供給する空気供給手段としてのエアブロー管４３と、このエアブロー管４３の下に配設され、沈降した土砂Ｍを搬出する搬送手段としてのベルトコンベア４４とを備えている。

そして、投入口に続く分離槽４１の土砂Ｍ及び放射性物質Ｄを含む濁水の導入部には、外周部を筒体４８ａで囲った攪拌ブレード４８を配設し、この筒体４８ａ内に上昇流又は下降流、さらには、上昇流と下降流を交互に生じさせるようにするとともに、筒体４８ａの外周部に、越流トラフ４９に接続される環状の越流トラフ４９ａを形成するようにしている。

また、分離槽４１には、回転により水面の泡沫を越流トラフ４９に越流させて排出する泡沫排除ブレード４５を、特に限定されるものではないが、筒体４８ａを挟んで２台配設するとともに、水面に浮上した油分等を吸い上げるバキューム装置４６と、バキューム装置４６の下流側に配設され、水面に浮上した油分等をベルトコンベア４４から隔離する隔壁４７とが設けられている。
バキューム装置４６に吸い上げられた油分等は、気水分離器４６ａを通過した後、油水分離器（図示省略）に送られ、油水分離器において、油分と汚水（少量の水を含む油分等）が分離され、産業廃棄物として処理される。
また、分離槽４１でベルトコンベア４４より下に沈殿した放射性物質Ｄが付着したシルト・粘土分を含む濁水は、ポンプＰによって吸い上げられ、原水槽１１に導入される。

加振スクリーン４２は、特に限定されるものではないが、例えば、約０．５〜１．０ｍｍ程度のメッシュのものからなり、例えば、超音波発生装置を備えた加振手段４２ａに支持された状態で、斜めに形成された分離槽４１の底部とほぼ平行に配設されている。

エアブロー管４３は、ブロア装置から送られた空気を細かい気泡にして、加振スクリーン４２を通過させる。
このエアブロー管４３からの気泡は、加振スクリーン４２上の土砂Ｍを攪拌して洗浄効果を高めるとともに、油分等を水面に引き連れて浮上させる役割を果たす。

ベルトコンベア４４は、分離槽４１の底部に沿い配設され、水上部に、例えば、超音波発生装置を備えた脱水用の加振手段４４ａが設けられている。
加振手段４４ａの下流側には、加圧水を水面や水中に噴射することにより、搬出される土砂Ｍに放射性物質Ｄや油分等が引き連れられることを防止する圧力水配管４４ｂが設けられている。
さらに、必要に応じて、加振手段４４ａの上流側及びバキューム装置４６の上流側には、搬出された土砂Ｍを洗浄するための洗浄水配管４４ｃ及び浮遊する油分等が隔壁４７を潜って流出することを防止するための洗浄水配管４４ｄを設けることができる。
なお、圧力水配管４４ｂ及び洗浄水配管４４ｄは、加圧水を噴射するように構成するほか、加圧空気を噴射するように構成することもできる。

この分離装置４は、加振スクリーン４２及びエアブロー管４３によって、土砂Ｍに振動を付与しながら、気泡を吹き付けるようにしているため、洗浄機３においてスラリー化した土砂Ｍのうち粒度の細かい粒径の小さなもの（土砂Ｍの細粒分）を、土砂Ｍの粗粒分から分離させ、ベルトコンベア４４によって沈降した土砂Ｍの中の粗粒分を搬出することができるものである。

そして、分離装置４の分離槽４１に沈降した土砂Ｍは、ベルトコンベア４４によって分離装置４から取り出され、振動篩からなる分粒機５を用いて、所定の粒径以上、具体的には、２〜１０ｍｍの範囲の特定の粒径以上（本実施例においては、５ｍｍ以上）の土砂Ｍ１（レキ）と、所定の粒径未満（本実施例においては、５ｍｍ未満）の土砂Ｍ２（レキ及び砂）とに分級し、所定の粒径未満の土砂Ｍ２をキャビテーション作用を利用した衝撃洗浄機６に導入するようにしている。

キャビテーション作用を利用した衝撃洗浄機６は、図７に示すように、高圧水の導入部６１ａと、必要に応じて空気の導入部６１ｂとを備えた圧力流体を噴射する噴射ノズル６１、土砂Ｍ２を導入するためのホッパ６２を備えた導入管部６３、洗浄管部６４並びに圧力流体の流れを略直角方向に変える屈曲管部６５からなり、噴射ノズル６１から圧力流体が噴射されることによる負圧によって、土砂Ｍ２が導入管部６３から洗浄管部６４に強制的に吸引されるようにしている。
ここで、噴射ノズル６１は、空気が流れる内管６１ｃと、この内管６１ｃを取り囲むとともに高圧水が流れる外路６１ｄとからなる二重ノズルから構成され、さらに、内管６１ｃの先端部が高圧水が流入する隙間を設けて同心状に挿入される噴射管６１ｅを設けるようにしている。
これにより、噴射ノズル６１は、高圧水と、必要に応じて空気を噴射管６１ｅで合流させて圧力流体を形成し、噴出するようにされている。
ところで、圧力流体は、洗浄管部６４に噴出されると、圧力が急激に低下してキャビテーション気泡が発生し、このキャビテーション気泡は、圧力流体の流速が低下して圧力が回復する位置で崩壊し、このキャビテーション気泡の崩壊による衝撃力により土砂Ｍ２に付着した放射性物質を離脱させるようにしている。
この場合、キャビテーション気泡の崩壊による大きな衝撃力を得るためには、空気の流入を遮断するか、ごく少量の空気が流入するようにすることが好ましい。
なお、本実施例では、必要に応じて空気を高圧水の吸引効果によって吸い込むように構成しているが、高圧水と高圧空気を用いたり、水を高圧空気の吸引効果によって吸い込むように構成することもできる。

ところで、本実施例においては、水槽及びサイクロンからなる分離装置７ａを介して２台の衝撃洗浄機６ａ、６ｂを直列に接続し、土砂Ｍ２の洗浄を順に行うようにしている。
そして、洗浄が終了した土砂Ｍ２は、分離装置７ｂ（本実施例においては、分離装置４と同様の構成のものを使用したり、油分等を回収する機構を省略したものを使用することができる。）に導入し、脱水スクリーン１０により脱水を行い、洗浄土砂Ｍ０を得るようにしている。
また、分離装置７ａ、分離装置７ｂ及び脱水スクリーン１０で発生した放射性物質が付着したシルト・粘土分を含む濁水は、水槽１２を介して、原水槽１１に導入される。

一方、所定の粒径以上の土砂Ｍ１は、洗浄機８（本実施例においては、洗浄機３と同様の構成のものを使用するようにしている。）に導入し、土砂相互間の擦り合わせの力を作用させ、土砂同士の摩擦による相互研磨を行い、図２（ｃ）に示すように、土砂Ｍに付着している放射性物質Ｄを離脱させるとともに、図２（ｄ）に示すように、土砂Ｍを整粒する（粒子表面の凹凸をなくして放射性物質Ｄを残留しにくくする）ことができる。
その後、振動篩からなる分粒機９を用いて、所定の粒径以上、具体的には、１〜５ｍｍの範囲の特定の粒径以上（本実施例においては、２ｍｍ以上）の土砂Ｍ３と、所定の粒径未満（本実施例においては、２ｍｍ未満）の土砂Ｍ４とに分級し、所定の粒径未満の土砂Ｍ４は、キャビテーション作用を利用した衝撃洗浄機６（本実施例においては、衝撃洗浄機６ａ）に導入するようにし、所定の粒径以上の土砂Ｍ３は、分離装置７ｂに導入し、脱水スクリーン１０により脱水を行い、洗浄土砂Ｍ０を得るようにしている。

原水槽１１に導入された放射性物質が付着したシルト・粘土分を含む濁水は、ｐＨ中和槽１４で苛性ソーダ等のｐＨ中和剤やＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等の凝集剤等からなる添加剤１３ａが添加された後、必要に応じて凝集反応槽１５で高分子凝集剤等からなる添加剤１３ｂが添加され、スラリー槽１６を介してフィルタプレス１７に送られ脱水ケーキＣを得るようにしている。
なお、フィルタプレス１７で発生した処理水は、濾過水槽１８を介して原水槽１１に導入し、凝集反応槽で発生した処理水は、処理水貯留槽１９に導入し、加水用の水Ｗとして利用したり、適宜処理を行った後、下水に放流するようにしている。

以上、本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法は、放射性物質によって汚染された土壌の土砂の浄化、特に、当該土壌に含まれる砂及びレキ分の浄化を確実に行うことによって、放射性物質によって汚染された土壌の除染率を高め、汚染された土壌の減容化率を向上することができることから、原子力発電所事故による大量に発生した放射性物質によって汚染された土壌の処理に好適に用いることができる。

１分粒機
２破砕機
３洗浄機
４分離装置
５分粒機
６衝撃洗浄機
６ａ衝撃洗浄機
６ｂ衝撃洗浄機
７ａ分離装置
７ｂ分離装置
８洗浄機
９分粒機
１０脱水スクリーン
１１原水槽
１２水槽
１３ａ添加剤
１３ｂ添加剤
１４ｐＨ中和槽
１５凝集反応槽
１６スラリー槽
１７フィルタプレス
１８濾過水槽
１９処理水貯留槽
Ｍ放射性物質汚染土砂
Ｍ０洗浄土砂
Ｗ水

Claims

主に放射性セシウムで汚染された放射性物質汚染土砂に水のみを加えて第１の洗浄機に導入し、該第１の洗浄機においてスラリー化した後、第１の分離装置で土砂の細粒分を分離する分級洗浄を行った後、第１の分粒機を用いて分級し、２〜１０ｍｍの範囲から選ばれた所定の粒径以上のレキと所定の粒径未満のレキ及び砂とに分離し、前記所定の粒径以上のレキを、第２の洗浄機に導入してレキ同士の摩擦によりレキの表面に付着した放射性物質を離脱させた後、第２の分粒機を用いて分級し、１〜５ｍｍの範囲から選ばれた所定の粒径以上のレキと所定の粒径未満のレキ及び砂とに分離し、前記第１の分粒機及び第２の分粒機で分離された所定の粒径未満のレキ及び砂を、キャビテーション作用を利用した衝撃洗浄機に導入してキャビテーション気泡の崩壊による衝撃力によりレキ及び砂の表面に付着した放射性物質を離脱させ、この衝撃洗浄機により処理したレキ及び砂、前記第１の分粒機及び第２の分粒機で分離された所定の粒径以上のレキ並びに放射性物質が付着したシルト・粘土分を含む濁水を第２の分離装置に導入して、洗浄されたレキ及び砂と放射性物質が付着したシルト・粘土分を含む濁水とに分離し、前記第１の分離装置で分離された土砂の細粒分及び前記各工程で発生した放射性物質が付着したシルト・粘土分を含む濁水を、凝集沈殿、脱水処理することにより放射性物質を含む脱水ケーキを得るようにしたことを特徴とする放射性物質汚染土砂の洗浄、減容化方法。