JP6234033B2 - 焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置及び抽出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置及び抽出方法に関する。
東日本大震災における原子力発電所の事故の影響で、大量の放射性セシウムが拡散した。そして、震災により発生した瓦礫（震災瓦礫）を焼却処分する際に、瓦礫に高濃度の放射性セシウムが含まれている場合、その取り扱いが問題となっている。
すなわち、高濃度の放射性セシウムが含まれている震災瓦礫を焼却処分すると、高濃度の放射性セシウムを含有する焼却灰が発生する。一方、特別法により定められている放射線量の基準値８，０００Ｂｑ／ｋｇを超える焼却灰は、埋め立て処理することができない。しかし、実際に震災瓦礫を焼却処分して発生する焼却灰の放射線量は、その基準値を超えるものが多く、その処理をどうするか、保管場所をどのように確保するか、といった深刻な問題が生じている。
なお、特許文献１には放射性廃棄物の処理方法および装置が開示されているが、放射性廃棄物をセメントで固化処理するものであり、大量の震災瓦礫の安全な処理には向いていない。
焼却灰は主灰と飛灰に分類されるが、放射性セシウムが含まれる震災瓦礫を焼却処分した場合、主灰よりも飛灰の方に多くの放射性セシウムが含まれている。
そこで、本発明は、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出し、焼却飛灰を安全に埋め立て処分することを可能とする、焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置及び抽出方法を提供することを目的とする。
本発明の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置は、焼却飛灰から放射性物質を水中又はメタノール水溶液中に抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された放射性物質を吸着する吸着手段と、前記抽出手段から放射性物質を含んだ水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を前記吸着手段に送り出すとともに、前記吸着手段から放射性物質が除去された水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を前記抽出手段に送り出す循環手段とを備え、前記抽出手段は、焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を収容する抽出容器と、この抽出容器に収容された焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を加熱する加熱手段とを備えるとともに、前記抽出手段は、焼却飛灰を１００℃以上において水熱処理可能に構成されたことを特徴とする。
本発明の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出方法は、焼却飛灰を１００℃以上において１０〜５０質量％のメタノールを含むメタノール水溶液を用いて水熱処理することを特徴とする。
また、１５０℃以上において水熱処理することを特徴とする。
本発明の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置によれば、焼却飛灰から放射性物質を水中又はメタノール水溶液中に抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された放射性物質を吸着する吸着手段とを備え、前記抽出手段は、焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を収容する抽出容器と、この抽出容器に収容された焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を加熱する加熱手段とを備えるとともに、前記抽出手段は、焼却飛灰を１００℃以上において水熱処理可能に構成されたことにより、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出することができる。また、水熱処理することにより、水洗浄、酸洗浄、超音波洗浄による抽出では効果的に抽出できない放射性セシウムを効率良く抽出することができる。また、前記抽出手段から放射性物質を含んだ水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を前記吸着手段に送り出すとともに、前記吸着手段から放射性物質が除去された水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を前記抽出手段に送り出す循環手段を備えたことにより、水の使用量を最小限とすることができるとともに、水熱処理に用いられた熱水を再利用でき、水の加熱に要するエネルギーを削減することができる。
本発明の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出方法によれば、焼却飛灰を１００℃以上において１０〜５０質量％のメタノールを含むメタノール水溶液を用いて水熱処理することにより、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出することができる。
また、１５０℃以上において水熱処理することにより、焼却飛灰中に含まれる放射性物質をより効率良く抽出することができる。
本発明の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置は、焼却飛灰を１００℃以上において水熱処理することによって、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出することを可能とするものである。なお、本発明が対象とする放射性物質は、セシウム１３４、セシウム１３７などの放射性セシウムが代表的なものであるが、特定の放射性物質に限定されるものではない。
以下、添付した図面を参照しながら本発明の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置について具体的に説明する。
はじめに、本実施例の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置の構成について説明する。
本実施例の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置を模式的に示す図１において、１は焼却飛灰から放射性物質を水中又はメタノール水溶液中に抽出する抽出手段である。抽出手段１は、焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を収容する抽出容器２と、抽出容器２に収容された焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を加熱する加熱手段３を備えている。この加熱手段３の熱源には、焼却施設の排熱が利用され、加熱に要するコストが削減されるようになっている。また、抽出容器２と加熱手段３は、耐圧容器４内に収容されている。そして、抽出容器２に収容された焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を加熱手段３によって加熱し、焼却飛灰を１００℃以上において水熱処理可能に構成されている。なお、例えば１００〜３００℃において水を用いて水熱処理する場合、水の蒸気圧により耐圧容器４内の圧力は０．１〜１０ＭＰａとなるため、耐圧容器４は少なくとも１０ＭＰａの内圧に耐えることができるように構成する必要がある。また、水熱処理時の温度、加熱時間、圧力は制御可能に構成されている。
一方、11は抽出手段１により抽出された放射性物質を吸着する吸着手段である。吸着手段11は、放射性物質を含んだ水中又はメタノール水溶液中から放射性物質を吸着する吸着剤が充填された単数又は複数のカラム12を備えている。また、カラム12は、放射線を遮蔽する遮蔽壁13に囲まれており、カラム12に吸着されて濃縮された放射性物質が発する放射線が外部に漏洩しないようになっている。
また、抽出容器２には配管21を経由して貯留タンク22が接続しており、配管21にはポンプ（図示せず）が設けられている。また、抽出容器２と配管21の接続部には図示しないフィルターが設けられており、抽出容器２中の焼却飛灰が配管21に入らないようになっている。そして、水熱処理後の水又はメタノール水溶液を抽出容器２から貯留タンク22へ移送することができるようになっている。また、配管21には弁23が設けられており、配管21を遮断したり、抽出容器２から貯留タンク22への水の移送量を制御したりすることができるようになっている。
一方、カラム12には配管24，25を経由して貯留タンク22が接続しており、配管24にはポンプ（図示せず）が設けられている。そして、配管24を経由して貯留タンク22の水又はメタノール水溶液をカラム13に通し、その後、配管25を経由してカラム13を通過した水又はメタノール水溶液を再び貯留タンク22に戻すことができるようになっている。また、配管25には線量計26が設けられており、カラム13を通過した後の水又はメタノール水溶液の放射線量を計測できるようになっている。
さらに、貯留タンク22には配管27を経由して耐圧容器４が接続しており、配管27にはポンプ（図示せず）が設けられている。そして、貯留タンク22の水又はメタノール水溶液を抽出容器２へ移送することができるようになっている。また、配管27には弁28が設けられており、配管27を遮断したり、貯留タンク22から抽出容器２への水又はメタノール水溶液の移送量を制御したりすることができるようになっている。
以上の配管21、24，25、27、貯留タンク22により、抽出手段１から放射性物質を含んだ水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水を吸着手段11に送り出すとともに、吸着手段11から放射性物質が除去された水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を抽出手段１に送り出す循環手段が構成されている。
つぎに、本実施例の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置の動作について説明する。
抽出容器２に焼却飛灰が投入されるとともに、弁23が閉止された状態で貯留タンク22から配管27を経由して水又はメタノール水溶液が投入され、焼却飛灰と水又はメタノール水溶液が混合される。その後、弁28が閉止されて耐圧容器４が密閉される。そして、加熱手段３により抽出容器２内の焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物が加熱され、水熱処理が行われる。このときの加熱温度は１００℃以上に設定することにより、効率的に焼却飛灰中の放射性物質が水中又はメタノール水溶液中に抽出される。この抽出処理における好適な加熱時間は温度条件にもよるが、数分〜数時間程度でよく、例えば２００℃で処理する場合は３０分〜１時間程度に設定すればよい。抽出処理が終了すると、弁23が開き、図示しないフィルターを経由して、抽出容器２内の水又はメタノール水溶液が貯留タンク22に移送される。抽出処理後の焼却飛灰は取り出され、別途埋め立て等の所定の処理がなされる。この抽出処理により、焼却飛灰の放射線量は、２００℃で処理した場合は抽出処理前の３０％程度にまで減少する。
ここで、上述のとおり、水熱処理には水又はメタノール水溶液が用いられ、いずれを用いた場合においても焼却飛灰中の放射性物質を抽出することができるが、水よりもメタノール水溶液を用いた場合に、焼却飛灰中の放射性物質の抽出効率がより高くなる。また、とくに、メタノール水溶液中のメタノールの含有量を１０〜５０質量％とした場合に、焼却飛灰中の放射性物質の抽出効率が高くなる。さらに、メタノール水溶液を用いた場合は、１５０℃以上において水熱処理することにより、焼却飛灰中の放射性物質をより一層、効率良く抽出することができる。
一方、貯留タンク22に移送された水又はメタノール水溶液は、図示しないポンプによって、配管24，25を通じてカラム12に送られる。カラム12では放射性物質が吸着され、水又はメタノール水溶液は再び貯留タンク22に戻る。また、放射性物質が吸着された後の水又はメタノール水溶液の放射線量は、線量計26によりモニターされる。そして、吸着処理により放射性物質が除去された水又はメタノール水溶液は、つぎの抽出処理に用いられる。この吸着処理により、抽出処理で抽出された放射性物質はカラム12にて濃縮され、カラム12は、線量計26のモニター値に基づいて交換される。使用済みのカラム12は、別途保管等の所定の処理がなされる。カラム12を保管することで、焼却飛灰として保管する場合よりも体積を小さくでき、安全に保管することができる。
以上のように、本実施例の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置は、焼却飛灰から放射性物質を水中又はメタノール水溶液中に抽出する抽出手段１と、前記抽出手段１により抽出された放射性物質を吸着する吸着手段11とを備え、前記抽出手段１は、焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を収容する抽出容器２と、この抽出容器２に収容された焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を加熱する加熱手段３とを備えるとともに、前記抽出手段１は、焼却飛灰を１００℃以上において水熱処理可能に構成されたものである。
したがって、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出することができ、放射性物質が抽出された後の焼却飛灰は、埋め立てやコンクリート原料として利用することが可能となる。また、放射性物質を抽出するための溶媒は水又はメタノール水溶液のみであるため、低コストで環境負荷が少ない。また、水熱処理することにより、水洗浄、酸洗浄、超音波洗浄による抽出では効果的に抽出できない放射性セシウムを効率良く抽出することができる。
また、前記抽出手段１から放射性物質を含んだ水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を前記吸着手段11に送り出すとともに、前記吸着手段11から放射性物質が除去された水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を前記抽出手段１に送り出す循環手段としての配管21、24，25、27、貯留タンク22を備えたものである。
したがって、水又はメタノール水溶液の使用量を最小限とすることができるとともに、水熱処理に用いられた熱水又は高温のメタノール水溶液を再利用でき、水又はメタノール水溶液の加熱に要するエネルギーを削減することができる。
また、本実施例の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出方法は、焼却飛灰を１００℃以上において水熱処理するものである。
したがって、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出することができる。
また、水又はメタノール水溶液を用いて水熱処理するものである。
したがって、焼却飛灰中に含まれる放射性物質をより効率良く抽出することができる。
また、１０〜５０質量％のメタノールを含むメタノール水溶液を用いて水熱処理するものである。
したがって、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出することができる。
また、１５０℃以上において水熱処理するものである。
したがって、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
放射性セシウムを含み放射線量が１０，０００Ｂｑ／ｋｇの焼却飛灰を用い、種々の抽出処理を行った。そして、それぞれ抽出処理後にろ過により分離した固形分の放射線量を測定した。放射線量は、ベクレル分析装置（Caqintec社製CAPTUS-3000A；測定誤差１０Ｂｑ以下）を使用して測定した。その結果を図２に示す。なお、それぞれの抽出処理において、使用した焼却飛灰の量、処理液の量は同一とした。
焼却飛灰を水と混合して温度２００℃、圧力１．７ＭＰａにて１時間加熱処理する水熱処理による抽出を行った場合、放射線量を３０％程度にまで低減できたのに対し、温度２５℃において、それぞれ１時間の水洗浄、０．１Ｍシュウ酸水溶液を使用したシュウ酸洗浄、２０質量％木酢酸水溶液を使用した木酢酸洗浄、水を使用した超音波洗浄による抽出を行った場合は、７０％程度までしか低減することができなかった。
水熱処理による抽出によれば、極めて効果的に放射性セシウムを抽出することができることが確認された。
放射性セシウムを含み放射線量が１０，０００Ｂｑ／ｋｇの焼却飛灰を用い、種々の抽出処理を行った。そして、それぞれ抽出処理後にろ過により分離した固形分の放射線量を測定した。放射線量は、ベクレル分析装置（Caqintec社製 CAPTUS-3000A；測定誤差１０Ｂｑ以下）を使用して測定した。その結果を図３に示す。なお、それぞれの抽出処理において、使用した焼却飛灰の量、処理液の量は同一とした。
焼却飛灰を水と混合して温度２００℃、圧力１．７ＭＰａにて１時間加熱処理する水熱処理による抽出を行った場合、放射線量を３２％にまで低減できたのに対し、室温において１時間の水洗浄による抽出を行った場合は、６８％までしか低減することができなかった。また、水熱処理の温度が１１０℃のときは５６％、１３０℃のときは４８％、１５０℃のときは５４％、１８０℃のときは５１％にまで低減できた。
１００℃以上の水熱処理によれば効果的に放射性セシウムを抽出することができるが、さらに２００℃以上の水熱処理によれば、極めて効果的に放射性セシウムを抽出することができることが確認された。
放射性セシウムを含み放射線量が９，４０５Ｂｑ／ｋｇの焼却飛灰を用い、水又は水とメタノールを種々の割合で混合して調製したメタノール水溶液を用いて種々の温度条件にて抽出処理を行った。そして、それぞれ抽出処理後にろ過により分離した固形分（表中「処理灰」と表示）と、溶液分（表中「抽出水」と表示）の放射線量を測定した。放射線量は、Ｇｅ半導体検出器（セイコーイーアンドジー社製 SEG−EMS；測定誤差１Ｂｑ以下）を使用して測定した。その結果を表１、２に示す。なお、それぞれの抽出処理において、使用した焼却飛灰の量、処理液の量は同一とした。
水を用いた場合においても焼却飛灰中の放射性物質を抽出することができるが、水よりもメタノール水溶液を用いた場合に、焼却飛灰中の放射性物質の抽出効率がより高くなった。また、とくに、メタノール水溶液中のメタノールの含有量を１０〜５０質量％とした場合に、焼却飛灰中の放射性物質の抽出効率が高くなった。さらに、メタノール水溶液を用いた場合は、１５０℃以上において水熱処理することにより、焼却飛灰中の放射性物質を効率良く抽出することができた。
１ 抽出手段
２ 抽出容器
３ 加熱手段
11 吸着手段
21，24，25，27 配管（循環手段）
22 貯留タンク（循環手段）
２ 抽出容器
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22 貯留タンク（循環手段）
Claims (3)
- 焼却飛灰から放射性物質を水中又はメタノール水溶液中に抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された放射性物質を吸着する吸着手段と、前記抽出手段から放射性物質を含んだ水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を前記吸着手段に送り出すとともに、前記吸着手段から放射性物質が除去された水又はメタノール水溶液を受け入れ、この水又はメタノール水溶液を前記抽出手段に送り出す循環手段とを備え、前記抽出手段は、焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を収容する抽出容器と、この抽出容器に収容された焼却飛灰と水又はメタノール水溶液の混合物を加熱する加熱手段とを備えるとともに、前記抽出手段は、焼却飛灰を１００℃以上において水熱処理可能に構成されたことを特徴とする焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出装置。
- 焼却飛灰を１００℃以上において１０〜５０質量％のメタノールを含むメタノール水溶液を用いて水熱処理することを特徴とする焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出方法。
- １５０℃以上において水熱処理することを特徴とする請求項２記載の焼却飛灰中に含まれる放射性物質の抽出方法。
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