JP6075806B2 - 放射性物質を含む液体の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性物質を含む液体の処理方法に関する。

２０１１年３月の東北関東大震災によって、膨大な瓦礫が発生し、同年１０月の段階においても、処理は遅々として進んでいない。同時に、福島第１原発事故により、膨大な量の放射性物質が放出され、これにより、きわめて広範囲の地域が汚染した。汚染は、単に放射性物質が土壌や建物や瓦礫に付着するだけではなく、雨水に混じってさらなる拡がりを見せる。

対象地域の除染、すなわち、放射性セシウム等の放射性物質を除去することはできても、その放射性物質が消失するわけではない。放射性物質に汚染した瓦礫についていえば、燃焼によって放射性物質が消えるわけではなく、かえって飛散する恐れがあるため、燃やして処理することも困難である。

一方で、建築廃材や食品廃材等の廃棄物系バイオマスや、稲藁、麦藁、資源作物等の未利用バイオマスを利用可能な資材に転換する技術の開発も盛んである。たとえば、特許文献１に記載された技術では、一次的な処理として、バイオマスを微生物を使ってコンポスト化（堆肥化）する工程を含む。

しかしながら、特許文献１に記載された上記の技術においては、バイオマスを堆肥化したとしても、その取扱いは容易ではなく、また、大量の微生物を必要とし、処理に時間がかかるという問題がある。また、放射性物質で汚染されたバイオマスについては、処理後の堆肥は放射性物質が含まれるので、再利用不可となる。

特開２０１１−７８９１３号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、放射性物質を含む液体を無害化可能な処理方法を提供することを他の目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明によって提供される処理方法は、放射性物質を含む液体に珪藻頁岩を接触させる、放射性物質を含む液体の処理方法であって、微生物を珪藻頁岩に担持させた微生物担持珪藻頁岩を得る第１工程と、少なくとも上記微生物担持珪藻頁岩と、放射性物質が付着するバイオマスと、水とを含む混合物を攪拌して、上記微生物による上記バイオマスの分解作用を経た液体生成物を得る第２工程と、を含むことを特徴とする。

本発明において用いられる珪藻頁岩は、好ましくは、稚内層珪藻頁岩に代表される貯水頁岩が用いられる。貯水頁岩は、ポーラスな構造をもっており、図１に示すように、ゼオライトや炭類に比較し、吸放湿率が圧倒的に高い。これは、貯水頁岩の空隙率が約７０％と圧倒的に大きいことと、極微細な細孔分布が高レベルであることに起因する。それ故に、図２に示すように、相対湿度が７０％を超えると急激に水蒸気吸湿率が高まる。これらのことは、貯水頁岩は、保水性能が圧倒的に高いことをも意味している。

かかる貯水頁岩に関し、本発明者は、種々検討の結果、次のような知見を得、かかる知見に基づいてなされたのが本発明である。

すなわち、吸放湿性能が高いため、放射性物質を含んだ液体（水）は即座に吸収されて内部に保持され、その後乾燥環境下におくと、水分のみ放出されて放射性物質が内部に捕捉されるだけではなく、外部に放出される放射線量が微弱化される。

本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

稚内層珪藻頁岩（貯水頁岩）の吸放湿機能の優位性を示すグラフである。 稚内層珪藻頁岩（貯水頁岩）の吸湿率特性を示すグラフである。 稚内層珪藻頁岩（貯水頁岩）の汚染水の除染実験結果を示すグラフである。 稚内層珪藻頁岩（貯水頁岩）の汚染水の除染実験結果を示すグラフである。 本発明方法を説明するための工程図である。 本発明方法を実施するための装置の説明図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

まず、貯水頁岩に関して本発明者が得た上記の知見について、具体的に説明する。

福島県南相馬市における馬場地区および高の倉地区およびその他の地区において、それぞれ、容積１０リットルのバケツに汚染水３リットルを入れたものと、同じく容積１０リットルのバケツに同じ汚染水３リットルと貯水頁岩６リットルとを入れたものにつき、放射線量の変化について調べた。貯水頁岩は、稚内層珪藻頁岩を適当な大きさに砕いたものを用いた。汚染水と貯水頁岩とを入れたものについては、短時間で、汚染水のほぼ全量が貯水頁岩に吸収された。

図３に示すように、馬場地区においては、測定当初の汚染水の放射線量が２．６７マイクロシーベルトであったが、同じ汚染水を含んだ貯水頁岩については数日後の測定で放射線量が０．２７マイクロシーベルトに微弱化し、ほぼ０．２マイクロシーベルト付近で安定した。

図４に示すように、高の倉地区において、測定当初の汚染水の放射線量が５．８５マイクロシーベルトであったが、同じ汚染水を含んだ貯水頁岩については翌日の測定で放射線量が０．２８マイクロシーベルトに微弱化し、ほぼ０．２マイクロシーベルト付近で安定した。

他の地区でも、ほぼ同様の結果が示されたのであり、このことは、当初の汚染水の放射線量の大小にかかわらず、そのほぼ全量を貯水頁岩に吸収させることにより、外部への放射線量を０．２マイクロシーベルト台まで微弱化できることを示唆している。この実験において、汚染水に含まれる放射性物質が水とともに貯水頁岩の細孔内に吸収されたことは明らかであるが、放射線量が微弱化される理由については、明確でない。しかしながら、貯水頁岩が極微細な細孔分布が高レベルであるという独特の細孔構造をもっていることと、貯水頁岩の大部分がＳｉＯ₂でできていることが関与していると推定される。

図５に示すように、本発明の一実施形態としてのバイオマスの液体肥料化方法は、第１工程Ｓ１と、これに続く第２工程Ｓ２と、必要に応じてこれに続く第３工程Ｓ３と、を含む。

第１工程Ｓ１は、微生物を珪藻頁岩に担持させた微生物担持珪藻頁岩を得る工程である。微生物は、たとえば、納豆菌、乳酸菌、麹菌、酵母菌などが用いられるが、これに限定されない。バイオマスを加水分解し、最終的に水と二酸化炭素に変化させうる微生物であればよい。分解反応時の悪臭が許容されるのであれば、嫌気性の微生物であってもよい。ただし、非病原性の微生物を採用するべきであることはいうまでもなく、この点を考慮すれば、植物病原菌に対する殺菌能力にも優れるような微生物を用いるのがよい。珪藻頁岩は、吸放湿率に優れ、空隙率が高い稚内層珪藻頁岩が最適であるが、これに限定されない。

第１工程Ｓ１は、具体的には、乾燥納豆菌を水に分散させてなる液体を珪藻頁岩に吸収させ、これを自然乾燥させる。珪藻頁岩は空隙率が大きいため、細孔内に大量の納豆菌を担持させることができる。

第２工程Ｓ２は、上記した微生物担持珪藻頁岩と、バイオマスと、水とを含む混合物を攪拌し、微生物によるバイオマスの分解を経た液体生成物を得る工程である。バイオマスとしては、紙、家畜糞尿、食品廃材、建築廃材、下水汚泥等の廃棄物系バイオマスや、稲藁、麦藁、籾殻、間伐材、雑草、芝草、被害木などの未利用バイオマスを用いることができる。

図６に、第２工程Ｓ２を行うための処理装置１００の一例を示す。この処理装置１００は、投入口１０１と出口管１０２を備えた容器１１０と、この容器１１０内の収容物を攪拌する攪拌装置１２０と、この容器１１０内に水を散布するシャワー装置１３０とを備える。出口管１０２には、液体肥料貯留タンク１４０が接続されている。

この処理装置１００においては、バイオマスＡと、第１工程Ｓ１で得られた微生物担持珪藻頁岩Ｂとが投入されるとともに、これらバイオマスＡと微生物担持珪藻頁岩Ｂは、シャワー装置１３０による水分供給を受けながら、攪拌装置１２０によりゆっくりと攪拌され、微生物のバイオマス分解作用を経て得られる液体生成物Ｌは、貯留タンク１４０に貯留される。なお、バイオマスＡは、投入に際して、チップ状とするなどの前処理を施しておく。

水分供給を受けて湿潤状態となった微生物担持珪藻頁岩Ｂからは、微生物が適度に漏出し、バイオマスＡの加水分解作用を行う。こうして容器１１０内では、微生物により分解された成分を含む液体が生成される。植物系のバイオマスを処理する場合、このような液体生成物Ｌは、窒素、リン、カリといった植物の３大栄養素のほか、ミネラル、糖質といった有効成分をバランスよく含む液体肥料として用いることができる。

珪藻頁岩は、上記したように、吸収した放射性物質からの放射線量を微弱化することができる。したがって、第２工程Ｓ２において投入されるバイオマス（建築廃材、稲藁、麦藁、家畜糞尿、落ち葉）に放射性物質が付着していたとしても、第２工程Ｓ２においてこの放射性物質が珪藻頁岩に吸着されることが期待され、液体生成物を無害化もしくは、無害に近い状態とすることが可能である。

第３工程Ｓ３は、第２工程Ｓ２で得られた液体生成物（液体肥料）Ｌに、必要に応じて珪藻頁岩を浸漬させる工程である。この第３工程Ｓ３を設けることにより、第２工程Ｓ２で得られた液体生成物Ｌになお放射性物質が残存している場合、これをさらに珪藻頁岩に吸着して除去することができる。

珪藻頁岩は、本来的には粘土類であるため、そのまま土壌や河川、田畑、港湾等に散布しても何ら自然環境に悪影響を及ぼさない。第１工程Ｓ１で得られた微生物担持珪藻頁岩Ｂは、土壌改質のための微生物を担持する微生物担持体として最適なものとなる。しかも、珪藻頁岩は、それ自体、悪臭成分などを吸着する性質をもっている。したがって、第１工程Ｓ１で得られた微生物担持珪藻頁岩Ｂは、そのまま土壌や田畑に散布して、微生物による土壌改質や土地改良作用を期待することができる。しかも、珪藻頁岩Ｂは、細孔内に保持された微生物を増殖させるための培地としても機能する。したがって、この微生物担持珪藻頁岩Ｂが散布された土壌等においては、上記した微生物による土壌改質機能を長期間維持することができる。

第２工程Ｓ２を行う処理装置１００内においても、処理後の液体生成物Ｌを排出した後の珪藻頁岩は、微生物の培地として存在しているため、あらたな微生物を投入することなく、繰り返しバイオマスＡの処理を行うことができ、このことは、コスト的に非常に有利である。

さらには、第２工程Ｓ２において、放射性物質を含むバイオマスＡを処理した場合、処理装置１００内の珪藻頁岩Ｂには放射性物質が吸着されるが、上記したようにこの珪藻頁岩Ｂから外部に放出される放射線は微弱化されるので、第２工程Ｓ２で使用した珪藻頁岩Ｂを乾燥させて土壌に散布しても、放射性物質が実質的に無害化されることが期待できる。しかも、上記したように、微生物による長期間にわたる土壌の改質作用が期待できるのである。

本発明をこの度の東北関東大震災において大量に生じた瓦礫の処理、および、福島第１原発の事故で大量放出された放射性物質による汚染の処理にあてはめれば、次のことが期待できる。

瓦礫のうち、木材質の瓦礫ついては、これをチップ状に粉砕して本発明におけるバイオマスとすれば、この木材質の瓦礫を液体肥料として再生することができる。そして、仮に瓦礫に放射性物質が付着していたとしても、生成される液体肥料を実質的に無害化することができる。瓦礫を燃やしたり埋めたりして処理することに比較すれば、資源を有効利用でき、また、放射性物質の再放散を防止することができ、きわめて有効な処理方法となる。

放射性物質に汚染された稲藁や麦藁、芝草や雑草、間伐材、下草、落ち葉等についても、同様に無害化して液体肥料として利用することができる。

さらに、本発明において用いた微生物担持珪藻頁岩は、土壌改良用の微生物を担持する培地として最適であり、これを汚染土壌に散布することにより、土壌を生物学的に改良することができるとともに、珪藻頁岩が放射性物質を吸着して実質的に無害化することによる除染も期待できる。しかも、本発明の生成物である液体肥料を用いれば、被災農地が、最適な農地に生まれ変わる可能性がある。

もちろん、この発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。

Ａ バイオマス
Ｂ 微生物担持珪藻頁岩
１００ 処理装置
１１０ 容器
１２０ 攪拌装置
１３０ シャワー装置
１４０ 貯留タンク

Claims (5)

1. 放射性物質を含む液体に珪藻頁岩を接触させる、放射性物質を含む液体の処理方法であって、
   微生物を珪藻頁岩に担持させた微生物担持珪藻頁岩を得る第１工程と、
   少なくとも上記微生物担持珪藻頁岩と、放射性物質が付着するバイオマスと、水とを含む混合物を攪拌して、上記微生物による上記バイオマスの分解作用を経た液体生成物を得る第２工程と、
   を含むことを特徴とする、放射性物質を含む液体の処理方法。
2. 上記第１工程は、珪藻頁岩に微生物含有液体を吸収させた後、当該珪藻頁岩を乾燥させる、請求項１に記載の放射性物質を含む液体の処理方法。
3. 上記第２工程で得られた液体生成物に別途の珪藻頁岩を浸漬させる第３工程を含む、請求項１または２に記載の放射性物質を含む液体の処理方法。
4. 放射性物質を含む液体に珪藻頁岩を接触させる、放射性物質を含む液体の処理方法であって、放射性物質を含む液体に珪藻頁岩を接触させた後、当該珪藻頁岩を乾燥させることを特徴とする、放射性物質を含む液体の処理方法。
5. 上記珪藻頁岩は、稚内層珪藻頁岩である、請求項１ないし４のいずれかに記載の放射性物質を含む液体の処理方法。

Images