JP5983992B2 - セシウム汚染土壌の洗浄処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、セシウム汚染土壌の洗浄処理方法に関する。

従来、重金属、有機化合物、油分などの有害物質で汚染された土壌からこれら有害物質を分離除去する方法として、汚染土壌に水を加えてスラリーとし、このスラリーを浮遊分離器に送り、これに界面活性剤やアルカリ剤を加えて、汚染土壌から有害物質を浮遊分離させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、土壌粒子の表面に付着しているセシウム等の放射性物質を含む汚染土壌の浄化方法として、例えば、湿式ふるい装置とハイドロサイクロンによって汚染土壌を粗粒子分と砂分と細粒子分とに分級する処理を行い、分級処理によって得られた砂分に対してスクラバー及びフローテーション装置によって発生させたフロスとともに汚染物質を回収するとともに、前記洗浄した洗浄砂を脱水処理して回収し、さらに分級処理によって分級された細粒子分、フローテーション処理により得られたフロス、及び脱水により生じた処理溶液を凝集沈殿装置に投入して濃縮残渣と処理水とに分離処理する工程となっている。

なお、一般的にスクラバーによるスクラビング処理は、例えば重金属汚染土壌の洗浄処理にも適用されているが、この場合、土壌に水を添加してスラリー状にしてから土壌粒子同士を攪拌によって衝突させることで、土壌表層を剥ぎ取って土壌粒子の表層に多く付着している重金属を除去し、土壌を浄化している。

特開昭６３−７２３９１号公報

しかしながら、上述した従来の汚染土壌洗浄におけるスクラビング処理では、以下のような問題があった。
すなわち、上述した浄化工程のうち分級処理によって得られた砂分には、その土壌粒子の表層にセシウムが入り込んだ状態でセシウムが取り込まれている。そのため、セシウム汚染土壌の洗浄効果を高めるためには、スクラビング処理において、スクラバーの回転数や駆動力を上げて攪拌力を大きくすることで、土壌粒子の表層を厚く剥ぎ取り、セシウムを取り込んでいる土壌粒子の表層剥離を十分に行うことが必要とされている。しかし、スクラビング処理を過剰に行うと、土壌粒子同士の衝突が大きくなり、スクラビングによって剥ぎ取られる部分が土壌粒子の表層だけなく、セシウムが取り込まれていない内部部分まで厚く剥ぎ取ってしまい、その剥ぎ取る量が増加することから、セシウムを含む残渣量が増え、処分コストも増大するという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、浄化効果を保持し、且つスクラビング処理によって発生するセシウムを含む残渣を減容化することができ、処分コストの低減を図ることができるセシウム汚染土壌の洗浄処理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、本発明に係るセシウム汚染土壌の洗浄処理方法では、セシウムにより汚染された汚染土壌を洗浄するとともに、汚染土壌からセシウムを分離、除去するセシウム汚染土壌の洗浄処理方法であって、汚染土壌に水を添加し、湿式ふるい分級処理して粗粒子分を分離したスラリー状の土砂を、砂分と細粒子分とにさらに分級処理する第１工程と、第１工程で分級処理した砂分を加熱し、その直後に水中に投入して急冷を行うことによる温度差によって、砂分の土壌粒子表面を脆くする表面処理を行う第２工程と、第２工程で表面処理された砂分の表層部分を攪拌により剥ぎ落として離脱させる第３工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、分級処理した砂分の表層部分にはセシウムが入り込んだ状態で取り込まれているが、熱処理工程をなす第２工程において、この砂分を加熱し、さらにその直後に水中において急冷して温度差を生じさせることにより、砂分の土壌粒子の表面（表層部分）を脆く破壊し易い状態にする表面処理を施すことができる。さらに、第３工程において表面処理された砂分をスクラビング等によって攪拌することで、土壌粒子同士が衝突するため、熱処理工程によって脆くなった土壌粒子の表層が剥ぎ落とされ、離脱させることができる。

このように第３工程で攪拌する前に予め土壌粒子表面のみを脆くしておくことで、攪拌時において小さな衝突力でその粒子表層のみを効率的に剥ぎ落として分離させることができる。そのため、攪拌に必要な動力を小さくすることができ、大きな動力で攪拌する場合のように剥ぎ落とす厚さ寸法が大きくなるのを抑制することができる。つまり、セシウムが取り込まれていない土壌粒子自体の内部（表層以外の部分）までを攪拌によって剥ぎ落とすのを抑制することができる。したがって、浄化効果を保持したまま、セシウムを含んだ無駄な残渣の発生量を低減することができ、廃棄物量と廃棄物処理費用の低減を図ることができる。
また、従来と比べて弱い攪拌力で土壌粒子表層のみを剥ぎ落とすことが可能であるので、攪拌時における土壌粒子の厚さ制御がし易くなるという利点もある。

また、本発明に係るセシウム汚染土壌の洗浄処理方法では、第３工程の攪拌とともに界面活性剤を添加することが好ましい。

本発明では、第２工程において砂分の土壌粒子表面が熱処理によって脆くなり、スクラビングで剥離させた離脱分を界面活性剤の分散作用によりスクラビングの効果を維持することができる。

本発明のセシウム汚染土壌の洗浄処理方法によれば、スクラビング処理の前処理として予め熱処理によって砂分の土壌粒子表面のみを加熱するとともに急冷して、その温度差により脆くしておくことで、スクラビング処理による攪拌によって砂分の表層部分のみを効率的に剥ぎ落とすことができ、薄く剥離させることが可能となるので、浄化効果を保持したまま、前記スクラビング処理によって発生するセシウムを含む残渣を減容化することができ、処分コストの低減を図ることができる。

本発明の実施の形態によるセシウム汚染土壌の洗浄処理工程を模式的に示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態によるセシウム汚染土壌の洗浄処理方法について、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施の形態によるセシウム汚染土壌の洗浄処理方法は、セシウムにより汚染された汚染土壌Ｇ０を洗浄するとともに、汚染土壌Ｇ０からセシウムを分離、除去する方法に関するものである。

すなわち、セシウム汚染土壌の洗浄処理方法は、汚染土壌Ｇ０に水を添加し、湿式ふるい分級処理して粗粒子分Ｇ２を分離したスラリー状の土砂Ｇ１を、砂分Ｓ１と細粒子分Ｓ２とにさらに分級処理する分級工程１（第１工程）と、分級工程１で分級処理した砂分Ｓ１を加熱し、その直後に水中に投入して急冷を行うことによる温度差によって、砂分Ｓ１の土壌粒子表面を脆くする表面処理工程２（第２工程）と、この表面処理工程２で表面処理された砂分Ｓ３の表層部分を攪拌により剥ぎ落として離脱させるスクラビング工程３（第３工程）と、を有している。

さらに、本洗浄処理方法では、スクラビング工程３によって剥離した離脱物をフローテーション処理によって発生させたフロスＦにより回収する洗浄工程４と、洗浄工程４の洗浄砂Ｓ４に含まれるセシウムをセシウム抽出薬剤８の溶液により抽出し、さらに濃度の低い低濃度洗浄砂Ｓ５を脱水処理により得るセシウム抽出工程５と、分級工程１で得られた細粒子分Ｓ２を吸着材とし、その細粒子分Ｓ２を用いて洗浄工程４によるフロスＦ及びセシウム抽出工程５による処理溶液Ｅからセシウムを除去するとともに、凝集沈殿させて沈殿汚泥と水とに分離し、沈殿汚泥を脱水処理して濃縮残渣Ｔと処理水Ｗとに分離する吸着工程６と、を有している。

（分級工程１）
先ず、分級工程１において、湿式ふるい装置１１を用いて、土壌への吸着性の強いセシウム汚染土壌（汚染土壌Ｇ０）から粗粒子分Ｇ２を分離し、スラリー状の土砂Ｇ１とする湿式ふるい分級処理が行われる。ここで、湿式ふるい装置１１は、振動ふるいや超音波ふるい、比重選別等により、異物を選別して、礫・粗砂とそれ以下のスラリー状の土砂Ｇ１とに分級するものであり、網面を内部に備えている。この湿式ふるい装置１１には、市販の公知の装置を使用することができる。なお、湿式ふるい装置１１によって粗粒子分Ｇ２を分離しておくことにより、洗浄工程４における洗浄効率を向上させることができる。

次に、ハイドロサイクロン１２を用いて、粗粒子分Ｇ２を除いた土砂Ｇ１を砂分Ｓ１と細粒子分Ｓ２とに分級処理する。このとき砂分Ｓ１と細粒子分Ｓ２とには、セシウムが含まれている。
ハイドロサイクロン１２は、例えば円筒底部が円錐型をした構造の容器からなり、土砂と水を混ぜたスラリーを導入する上部流入口と、アンダーフローを取り出す下部流出口と、オーバーフローを取り出す上部流出口とを備えている。上部流入口から入ったスラリー状の土砂Ｇ１は、円筒容器の円周方向に高速で供給されることにより、回転運動を起こし、回転流となって、円錐頂部に向かって進む。この時、スラリー中の比重の重い粒子は遠心力により周壁に集まり、次第にアンダーフロー出口（下部流出口）に向かい、濃縮して排出される。一方、液体と比重の軽い粒子は、円筒容器の中央部を渦流となって上昇し、オーバーフロー出口（上部流出口）から排出される。なお、ハイドロサイクロン１２としては、公知の装置を使用することができる。そして、セシウムは細粒子分Ｓ２に付着・吸着しているため、ハイドロサイクロン１２で分級することにより、ほとんどのセシウムを洗浄処理土から除去することができる。この分級の処理回数は、適宜設定されるが、１回以上行うのが好ましい。

（表面処理工程２）
次に、表面処理工程２において、分級工程１で分級処理した砂分Ｓ１を加熱装置１３Ａに投入し、所定の加熱温度になるまで加熱する。その後、加熱装置１３Ａで加熱した砂分Ｓ１を水槽１３Ｂに投入して急冷することで、大きな温度差を発生させ、この温度差により土壌粒子の表面（表層部分）を脆弱化させる表面処理が行われる。加熱装置１３Ａと水槽１３Ｂは、適宜な装置、構造のものを採用することができ、それぞれが分離型でも一体型でもよい。なお、表面処理工程２で処理された砂分を符号Ｓ３で示している。ここで、加熱装置１３Ａによって加熱される砂分Ｓ１の加熱温度は、例えば２００℃以上とされ、２０℃以下の水が配された水槽１３Ｂ内において急冷される。一例として、上記加熱温度が２９０℃で、水槽１３Ｂの水温が１６℃とされる。
また、加熱装置１３Ａの熱源として、例えば本実施の形態の洗浄処理設備が焼却設備に隣接して設けられている場合に、その焼却設備の排熱を利用することも可能である。

（スクラビング工程３）
続いて、スクラビング工程３において、スクラバー１４を用いて、表面処理工程２で脆弱化された砂分Ｓ３の表層部分を攪拌することによるもみ洗いにより剥ぎ落として離脱処理することで、セシウムを取り込んでいる砂分Ｓ３の表層部分を離脱させる。
スクラバー１４は、攪拌槽と攪拌羽根とが設けられており、攪拌羽根等を用いて機械的に混合・攪拌して土壌粒子を相互に衝突させて擦り合わせることにより、土壌表面（表層）を破壊し、剥ぎ落とすことで表層に取り込まれているセシウムとともに剥離させるためのものである。なお、スクラバー１４としては、公知の装置を使用することができ、磨耗効果の高いアトリッションスクラバーを用いても良いし、通常のスクラバーを採用することも可能である。

（洗浄工程４）
次に、洗浄工程４において、フローテーション装置１５を用いて、スクラバー１４からフローテーション装置１５に投入された砂分Ｓ３のうちスクラビング工程３による離脱物（セシウムを含む土壌粒子の表層部分）をフローテーション処理によって発生させたフロスＦにより回収するとともに、前記離脱物が除去された洗浄砂Ｓ４を取り出す。
つまり、フローテーション装置１５では、気泡を発生させ、スクラバー１４で分離した離脱物（セシウムを含む土壌粒子の表層部分）を気泡と共に液面へと上昇させ、液面から泡と共にフロスＦとして回収され、吸着工程６で用いられる凝集沈殿装置１８に送られる。

（セシウム抽出工程５）
次に、セシウム抽出工程５において、洗浄工程４で取り出された洗浄砂Ｓ４に残った残留セシウムを、抽出槽１６において、セシウム抽出薬剤８の溶液により抽出し、脱水処理装置１７を用いてさらに濃度の低い２次洗浄砂（低濃度洗浄砂Ｓ５）を脱水処理する。ここで、セシウム抽出薬剤８として、例えば、カリウム化合物などのアルカリ金属類や、アンモニア、又は硝酸などの酸性物質を用いることができる。
脱水処理装置１７は、公知の加圧式濾過装置（ベルトフィルタープレス）等であり、濾布等からなるフィルターとプレス機を備えている。なお、このときの処理溶液Ｅは、吸着工程６で用いられる凝集沈殿装置１８に送られる。

（吸着工程６）
次に、吸着工程６において、洗浄工程４によるフロスＦ、及びセシウム抽出工程５による処理溶液Ｅが凝集沈殿装置１８に送られるとともに、分級工程１によるハイドロサイクロン１２で分離した細粒子分Ｓ２も凝集沈殿装置１８に送られる。凝集沈殿装置１８は、細粒子を含んだ懸濁水に凝集剤を添加・撹拌し、水中の微細な浮遊物を大きな沈殿汚泥として沈殿させ、清澄な処理水Ｗを分離するものである。なお、凝集沈殿装置１８には、プレス脱水装置１９を備えている。このプレス脱水装置１９は、公知の加圧式濾過装置（ベルトフィルタープレス）等であり、濾布等からなるフィルターとプレス機を備えている。
そして、前記細粒子分Ｓ２を吸着材とし、この細粒子分Ｓ２にセシウム（フロスＦ、処理溶液Ｅ）を吸着させて除去し、凝集沈殿させて沈殿汚泥と水とに分離し、プレス脱水装置１９により沈殿汚泥を脱水処理し、濃縮残渣Ｔと処理水Ｗとに分離する。

次に、上述した構成のセシウム汚染土壌の洗浄処理方法の作用について、詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態では、分級工程１において分級処理した砂分Ｓ１の表層部分にはセシウムが入り込んだ状態で取り込まれているが、表面処理工程２において、この砂分Ｓ１を加熱し、さらにその直後に水中において急冷して温度差を生じさせることにより、砂分Ｓ１の土壌粒子の表面（表層部分）を脆く破壊し易い状態にする表面処理を施すことができる。
さらに、スクラビング工程３において表面処理された砂分Ｓ３をスクラバー１４によるスクラビング処理によって攪拌することで、土壌粒子同士が衝突するため、熱処理工程によって脆くなった土壌粒子の表層が剥ぎ落とされ、離脱させることができる。

このようにスクラビング工程３で攪拌する前に、予め土壌粒子表面のみを脆くしておくことで、スクラビング処理による攪拌時において小さな衝突力でその粒子表層のみを効率的に剥ぎ落として分離させることができる。そのため、攪拌に必要な動力を小さくすることができ、大きな動力で攪拌する場合のように剥ぎ落とす厚さ寸法が大きくなるのを抑制することができる。つまり、セシウムが取り込まれていない土壌粒子自体の内部（表層以外の部分）までを攪拌によって剥ぎ落とすのを抑制することができる。したがって、浄化効果を保持したまま、セシウムを含んだ無駄な残渣の発生量を低減することができ、廃棄物量と廃棄物処理費用の低減を図ることができる。
また、従来と比べて弱い攪拌力で土壌粒子表層のみを剥ぎ落とすことが可能であるので、攪拌時における土壌粒子の厚さ制御がし易くなるという利点もある。

上述のように本実施の形態によるセシウム汚染土壌の洗浄処理方法では、予め熱処理によって砂分の土壌粒子表面のみを加熱するとともに急冷して、その温度差により脆くしておくことで、スクラビング処理による攪拌によって砂分Ｓ１の表層部分のみを効率的に剥ぎ落とすことができ、薄く剥離させることが可能となるので、浄化効果を保持したまま、前記スクラビング処理によって発生するセシウムを含む残渣を減容化することができ、処分コストの低減を図ることができる。

以上、本発明によるセシウム汚染土壌の洗浄処理方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態のセシウム汚染土壌の洗浄処理方法では、スクラビング処理によって発生したセシウムを含んだ離脱物をフローテーション装置１５によって回収するとともに、吸着工程６で処理しているが、前記離脱物の回収方法に限定されることはなく、通常知られている適宜な回収方法によって回収することが可能である。例えば本実施の形態では、セシウム抽出薬剤８を用いてフローテーション装置１５で取り出された洗浄砂からセシウムを除去するセシウム抽出工程５を用いているが、この工程を省略することも可能である。
また、本実施の形態では、吸着工程６において、細粒子分Ｓ２を吸着材として利用する方法としているが、このような回収方法を採用することにも限定されることはない。

また、上述した実施の形態のスクラビング工程３（第３工程）における攪拌とともに界面活性剤を添加するようにしても良い。この場合、表面処理工程２において砂分Ｓ１の土壌粒子表面が熱処理によって脆くなり、スクラビングで剥離させた離脱分を界面活性剤の分散作用によりスクラビング効果を維持することができる。
ここで、界面活性剤としては、例えば脂肪酸塩、ドデシル硫酸塩、オレイン酸塩、ザンセート、アルキルスルホン酸塩、リグニンスルホン酸塩、他一般的な界面活性剤が挙げられる。

さらに、表面処理工程２における加熱時間、冷却時間、加熱方法、冷却方法などの条件は、熱処理する砂分の種類、量、土壌粒子表層に取り込まれているセシウムの量、その表層厚さなどの条件に応じて適宜、最適設定すればよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 分級工程（第１工程）
２ 表面処理工程（第２工程）
３ スクラビング工程（第３工程）
４ 洗浄工程
５ セシウム抽出工程
６ 吸着工程
８ セシウム抽出薬剤
１１ 湿式ふるい装置
１２ ハイドロサイクロン
１３Ａ 加熱装置
１３Ｂ 水槽
１４ スクラバー
１５ フローテーション装置
１６ 抽出槽
１７ 脱水処理装置
１８ 凝集沈殿装置
Ｅ 処理溶液
Ｆ フロス
Ｇ０ 汚染土壌（セシウム汚染土壌）
Ｇ１ 土砂
Ｇ２ 粗粒子分
Ｓ１、Ｓ３ 砂分
Ｓ２ 細粒子分
Ｓ４ 洗浄砂
Ｓ５ 低濃度洗浄砂
Ｔ 濃縮残渣
Ｗ 処理水

Claims (2)

1. セシウムにより汚染された汚染土壌を洗浄するとともに、該汚染土壌からセシウムを分離、除去するセシウム汚染土壌の洗浄処理方法であって、
   前記汚染土壌に水を添加し、湿式ふるい分級処理して粗粒子分を分離したスラリー状の土砂を、砂分と細粒子分とにさらに分級処理する第１工程と、
   該第１工程で分級処理した砂分を加熱し、その直後に水中に投入して急冷を行うことによる温度差によって、該砂分の土壌粒子表面を脆くする表面処理を行う第２工程と、
   該第２工程で表面処理された砂分の表層部分を攪拌により剥ぎ落として離脱させる第３工程と、
   を有することを特徴とするセシウム汚染土壌の洗浄処理方法。
2. 前記第３工程の攪拌とともに界面活性剤を添加することを特徴とする請求項１に記載のセシウム汚染土壌の洗浄処理方法。

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