JP6374267B2 - 放射性セシウム汚染物の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性セシウムによって汚染された焼却灰や下水処理汚泥、枝葉等を処理する方法に関する。

先年の震災に伴う原発事故により生じた放射性セシウム汚染物は、膨大な量に及ぶため、放射性セシウムを大量にかつ効率よく回収する方法が求められる。そこで、特許文献１には、放射性セシウムで汚染された土壌、廃棄物等を、焼成炉や溶融炉等で熱処理して放射性セシウムを揮発させ、廃棄物の放射能量を低減すると共に、揮発した放射性セシウムを冷却して減容化する技術が提案されている。

また、特許文献２には、放射性セシウムで汚染された土壌をロータリーキルン等で加熱し、放射性セシウムを含む排ガスと、放射性セシウムの含有率が低減された処理済みの土壌を得るシステムが開示されている。

一方、放射性セシウムによって汚染された廃棄物や下水処理汚泥、枝葉等を焼却処分すると、セシウム１３４、セシウム１３７等の放射性物質が濃縮した焼却飛灰等が発生する。そこで、放射線が外部へ漏洩するのを防ぐため、特許文献３には放射線遮蔽機能体が収納された放射線遮蔽マットが記載されている。

特開２０１３−３６８８３号公報 特開２０１３−１９７３４号公報 特開２０１１−２４７６６６号公報

しかし、上記特許文献１、２等に記載の従来の技術では、放射性セシウムを含むダスト等をバグフィルター等の集塵機を用いて回収し、回収物をコンクリートキューブ等で保管することで減容化しているが、放射性汚染物の保管場所に苦慮していることから、減容化率をさらに高めることが要請されている。

また、放射性物質が濃縮した焼却飛灰等は大量に発生するため、特許文献３に記載のような放射線遮蔽マットを使用するには、大量の放射線遮蔽材料を必要とする。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、放射性セシウムを含む物質の減容化率を高めると同時に、放射線遮蔽材料を得ることもできる放射性セシウム汚染物の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、本発明は、放射性セシウム汚染物の処理方法であって、放射性セシウムで汚染された物質から放射性セシウムを揮発させ、該揮発した放射性セシウムを冷却して放射性セシウムの濃縮塩を回収し、該回収した濃縮塩を水洗し、該水洗によって得られた固形分に含まれる鉛、亜鉛及び銅から選択される少なくとも一つを回収し、該回収した鉛、亜鉛及び銅から選択される少なくとも一つを放射線遮蔽材料として利用することを特徴とする。

また、前記水洗によって得られたろ液に含まれる放射性セシウムを吸着剤に吸着させて回収することで、回収物が水と接触しても放射性セシウムは溶出することがないため、回収物を保管する容器は遮蔽性を備えるだけでよく、取り扱いが容易となり、前記固形分から回収した鉛等を利用した放射線遮蔽材料によって遮蔽することができる。

さらに、前記放射性セシウムで汚染された物質は、都市ごみ焼却灰、都市ごみ溶融スラグ、鉛汚染土壌を含むことができる。

以上のように、本発明によれば、放射性セシウム汚染物を処理するにあたり、放射性セシウムを含む物質の減容化率を高め、放射線遮蔽材料を得ることもできる。

本発明に係る放射性セシウム汚染物の処理方法を実施するための装置の一例を示す全体構成図である。 図１の処理装置のＨＭＸ処理工程を説明するためのフローチャートである。 図１の処理装置のＨＭＸ処理工程の他の例を説明するためのフローチャートである。 図１の処理装置のＨＭＸ処理工程の他の例を説明するためのフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態において処理対象となる放射性セシウム汚染物は、放射性セシウムで汚染され鉛、亜鉛及び銅のいずれかを含む焼却灰、溶融スラグ及び土壌等である。また、放射性セシウムとは、セシウムの放射性同位体であるセシウム１３４及びセシウム１３７である。

図１は、本発明に係る放射性セシウム汚染物の処理方法を実施するための装置を示し、この処理装置１は、放射性セシウム汚染物（以下「汚染物」という。）Ｃから放射性セシウム（以下「放射性Ｃｓ」という。）及び鉛、亜鉛及び銅のいずれかを揮発させるロータリーキルン２と、ロータリーキルン２の排ガスＧ１を冷却する冷却装置３と、冷却によって生じた放射性Ｃｓの濃縮塩を含むダストＤを回収する集塵機４と、回収されたダストＤを処理するＨＭＸ処理工程６と、ＨＭＸ処理後の溶液Ｌ１に含まれる放射性Ｃｓを吸着剤に吸着させて回収する吸着装置７等で構成される。

ロータリーキルン２は、窯尻にキルン内部へ汚染物Ｃを供給するための投入口を備え、窯前に微粉炭等の化石燃料を用いて汚染物Ｃを高温加熱するためのバーナ等を備える。ロータリーキルン２を用いることで、放射性Ｃｓの揮発に適した温度及び汚染物Ｃの滞留時間を容易に調整することができて好ましいが、ロータリーキルン２に代えて、ストーカ炉、電気炉、焼却炉等を用いることもできる。

冷却装置３は、ロータリーキルン２の排ガスＧ１を冷却し、汚染物Ｃから揮発した放射性Ｃｓ等を固体状にして回収するために備えられる。排ガスＧ１の冷却は、排ガスＧ１への散水や、冷却空気の導入によって行う。水による冷却、空気による冷却を各々単独で行ってもよく、両者を併用してもよい。

集塵機４は、冷却装置３の排ガスＧ２に含まれる放射性Ｃｓの濃縮塩を含むダストＤを回収するために備えられ、バグフィルター、ヘパフィルター、電気集塵機等を用いることができる。最終排ガスにダストを発生させない観点から、バグフィルター、ヘパフィルターを用いることが特に好ましい。また、集塵機４の前段にサイクロン等の分級手段を設け、高濃度の放射性Ｃｓを含む微粉のみを集塵機４で捕集し、粗粉をロータリーキルン２に戻してもよい。さらに、放射性Ｃｓの濃縮塩等を除去した後の排ガスＧ３に含まれる酸性ガス等を吸着除去するため、２次集塵機を設けてもよい。集塵機４の後段には、排ガスＧ３を系外に排出するためのファン５が設けられる。

ＨＭＸ処理工程６は、放射性Ｃｓの濃縮塩を含有するダストＤから鉛、亜鉛及び銅を回収するために備えられ、図２に示すように、ダストＤに水と苛性ソーダとを添加してｐＨを９〜１１に調整して水洗し（ステップＳ１）、水洗処理によりセシウム、塩素等を浸出させた廃液Ｗを吸着装置７に供給し、水洗後の固形分を水と硫酸とを用いてｐＨを３以下に調整して酸浸出させる酸浸出工程（ステップＳ２）に供給する。

酸浸出工程（ステップＳ２）からは、２系統の工程に供給される。浸出残渣はアルカリ浸出工程（ステップＳ３）へ供給される。浸出液は、亜鉛粉を添加した後、銅回収工程（ステップＳ４）へ供給される。アルカリ浸出工程（ステップＳ３）では、苛性ソーダを添加してｐＨを１３．５以上に調整してアルカリ性の状態とし、浸出残渣をカルシウム澱物Ｃａとする一方、浸出液は亜鉛・鉛回収工程（ステップＳ５）へ供給される。

銅回収工程（ステップ４）では、先に添加された亜鉛粉の効果によりイオン化傾向の違いを利用して、銅を析出させて回収すると共に、析出後の残液を亜鉛・鉛回収工程（ステップ５）に供給する。

亜鉛・鉛回収工程（ステップＳ５）では、アルカリ浸出工程（ステップＳ３）の浸出液及び銅回収工程（ステップＳ４）の残液の供給を受けて、苛性ソーダ又は硫酸によってｐＨを１０〜１２に調整して亜鉛・鉛化合物を析出させて回収し、析出後の溶液Ｌ１を吸着槽８に供給する。

吸着装置７は、廃液Ｗ及び溶液Ｌ１に含まれる放射性Ｃｓをプルシアンブルー等の吸着剤Ａに吸着させて回収する吸着槽８と、吸着槽８からの溶液Ｌ２に含まれる放射性Ｃｓを吸着した吸着剤Ａ等を沈降させる沈降槽９と、沈降槽９からの溶液Ｌ３をろ過するろ過機１０と、ろ過機１０からのろ液Ｌ４に含まれる重金属を除去するための薬液反応槽１１と、薬液反応槽１１からのろ液Ｌ５を固液分離するフィルタープレス１２と、フィルタープレス１２からのろ液Ｌ６に残留する固形物をさらにろ過する砂ろ過機１３と、砂ろ過機１３からのろ液Ｌ７に残留する放射性Ｃｓ等を吸着する樹脂１４とで構成される。

吸着槽８は、廃液Ｗ及び溶液Ｌ１に吸着剤Ａを添加して放射性Ｃｓを吸着剤Ａに吸着させて回収すると共に、凝集沈降剤Ｆを添加して放射性Ｃｓを吸着した吸着剤Ａを凝集沈降させるために備えられる。

吸着剤Ａには、プルシアンブルー、ゼオライト、ベントナイト等を用いることができる。溶液に含まれているＮａ、Ｋ、セシウムの中からセシウムのみを選択的に吸着し、塩化物イオン含有量の高い溶液でもセシウム吸着量が高いという観点からプルシアンブルーが特に好ましい。プルシアンブルー、ゼオライトに磁性粉を複合化した磁性吸着剤を用いてもよい。また、凝集沈降剤Ｆとして、ポリ塩化アルミニウム、炭酸ナトリウム、消石灰、硫酸第二鉄等を用いることができる。

薬液反応槽１１は、ろ過機１０からのろ液Ｌ４に含まれる重金属を除去するために備えられ、後述するように、鉛等の重金属を硫化して硫化鉛等の析出物を生成してこれらを凝集させ、ろ液Ｌ４中のセレンを還元する。

フィルタープレス１２は、薬液反応槽１１からのろ液Ｌ５をろ液Ｌ６とケーキＣＡとに固液分離し、ろ液Ｌ５から硫化鉛及びセレン等の析出物をケーキＣＡ側に分離するために設けられる。

樹脂１４は、シリカゲル粒やイオン交換樹脂等の多孔質体の細孔内にプルシアンブルーを担持するものなどであって、砂ろ過機１３からのろ液Ｌ７に残留する放射性Ｃｓを吸着させて使用する。多孔質体に代えて、カラムにプルシアンブルーと酸化物等の無機材料を混練・過熱して造粒した無機ビーズを充填してもよく、プルシアンブルーナノ粒子分散液により木綿布を着色したものや、製造の際に材料にプルシアンブルーを織り込んだ不織布を用いてもよい。さらに、繰り返し使用可能な分子認識吸着剤（株式会社タクマが商品名：t-RECs（ティーレックス）で使用）等を用いることもできる。

次に、上記処理装置１を用いた本発明に係る放射性セシウム汚染物の処理方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。

ロータリーキルン２の窯尻に汚染物Ｃを投入し、ロータリーキルン２の排ガスＧ１を冷却装置３で冷却した後、集塵機４で放射性Ｃｓの濃縮塩を含むダストＤを回収する。集塵機４の排ガスＧ３はファン５を介して大気へ放出する。回収したダストＤをＨＭＸ処理工程６に供給し、ＨＭＸ処理工程６において、上述のように、銅人工鉱物及び亜鉛・鉛化合物を回収すると共に、カルシウムを主成分としたカルシウム澱物Ｃａを回収する。

汚染物Ｃは、放射性セシウムで汚染され鉛を含む焼却灰、溶融スラグ及び土壌等であり、中でも放射線遮蔽材料を得るために都市ごみ焼却灰、都市ごみ溶融スラグ、鉛汚染土壌を含むことが好ましい。

また、除去対象の放射性セシウム及び放射線遮蔽材料となる鉛の揮発を促進するため、汚染物Ｃに予めカルシウム化合物又は塩素化合物のいずれか両方を添加することが好ましい。

ＨＭＸ処理工程６で生じた廃液Ｗ及び溶液Ｌ１を吸着槽８に供給し、吸着槽８に吸着剤Ａを添加して所定時間撹拌した後、凝集沈降剤Ｆを添加して放射性Ｃｓを含有する吸着剤Ａを凝集沈殿させ、沈降槽９及びろ過機１０で回収し、放射性Ｃｓを粗取りする。尚、吸着剤Ａにプルシアンブルーを用いた場合には、処理後のろ液Ｌ８がシアンの排水基準を満足する必要があるため、プルシアンブルー自体を凝集沈降させる必要があるが、ポリ塩化アルミニウム、炭酸ナトリウム及び消石灰を混合して凝集沈降剤Ｆとすることで、プルシアンブルー自体の凝集沈降が可能となる。

次に、薬液反応槽１１において、放射性Ｃｓを粗取りした後のろ過機１０からのろ液Ｌ４に、水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）等の硫化剤を添加し、ろ液Ｌ４中の鉛等の重金属を硫化して硫化鉛等の析出物を生成する。さらに、塩酸等を添加してｐＨを下げた後、第一鉄化合物等を添加し、次にアルカリ剤としてＣａ（ＯＨ）₂等を添加し、ｐＨを７．５以上１１以下とすることで、セレンの還元に最適なｐＨとすると共に、析出させたセレンと鉛等の析出物を凝集させる。

薬液反応槽１１からのろ液Ｌ５をフィルタープレス１２に供給し、ろ液Ｌ６とケーキＣＡとに固液分離し、ろ液Ｌ５から硫化鉛、セレン等をケーキＣＡ側に分離除去する。砂ろ過機１３において、さらにろ液Ｌ６に残留する硫化鉛等を回収した後、砂ろ過機１３からのろ液Ｌ７に残留する放射性Ｃｓを樹脂１４に吸着させて回収する。樹脂１４による吸着にあたっては、ＳＶ１０、ｐＨ８程度とすることが好ましい。樹脂１４から排出されたろ液Ｌ８のＣＯＤが高い場合には、排水処理を行った後、河川等へ放流する。

沈降槽９や樹脂１４で回収した放射性Ｃｓを吸着した吸着剤Ａは、高濃度の放射性Ｃｓを含むため、散乱して内部被曝しないように壊れにくい容器（コンクリートキューブ、ドラム缶等）に保管する。大量に保管する場合には、外部被曝を避ける観点からコンクリート容器等の遮蔽性を要する容器に保管することがより好ましい。吸着剤Ａを保管する容器は、ＨＭＸ処理工程６で回収した銅人工鉱物及び亜鉛・鉛化合物を利用して製造することができる。

例えば、銅人工鉱物及び亜鉛・鉛化合物を粗骨材、細骨材と混合してコンクリート容器として利用したり、銅人工鉱物及び亜鉛・鉛化合物にセメントを添加して固化成型体とし、コンクリート容器に被覆して用いてもよい。さらに、放射性物質を含む廃棄物を保管するフレコン（フレキシブルコンテナバッグ）を２重にし、内側のフレコンに放射性物質を含む廃棄物を収納し、外側のフレコンに銅人工鉱物及び亜鉛・鉛化合物を保管することもできる。この際、内側のフレコンよりも外側のフレコンは一回り大きいことが好ましい。

図３は、上記ＨＭＸ処理工程の他の例を示し、このＨＭＸ処理工程１６では、酸浸出工程Ｓ２での浸出液に亜鉛を添加せずに、銅・亜鉛回収工程Ｓ１１に供給し、ここでｐＨを８〜１０に調整することにより銅・亜鉛化合物として回収する。このような工程により、銅化合物の品位は低下するが、コストを削減でき、鉛回収工程Ｓ１２の鉛化合物中のＰｂ濃度を増加させることができるメリットがある。

図４は、上記ＨＭＸ処理工程の他の例を示し、このＨＭＸ処理工程２６では、酸浸出工程Ｓ２での浸出液に亜鉛を添加せずに直接銅・亜鉛・鉛工程Ｓ２１に供給し、銅・亜鉛・鉛化合物として回収する。このような工程により、銅化合物、亜鉛化合物としての品位は低下するが、大幅なコスト削減を図ることができる。

また、上記実施の形態では、放射性Ｃｓを吸着回収するにあたって、凝集沈殿法と、カラム法を併用した場合について説明したが、必ずしも併用する必要はなく、いずれか一方の方法を用いることもできる。

上述のようにして回収した銅・亜鉛・鉛化合物は、吸着剤Ａを保管する容器以外にも、他の放射性物質の放射線遮蔽材料として利用することもできる。

１ 処理装置
２ ロータリーキルン
３ 冷却装置
４ 集塵機
５ ファン
６ ＨＭＸ処理工程
７ 吸着装置
８ 吸着槽
９ 沈降槽
１０ ろ過機
１１ 薬液反応槽
１２ フィルタープレス
１３ 砂ろ過機
１４ 樹脂
Ａ 吸着剤
Ｃ 放射性セシウム汚染物
Ｃａ カルシウム澱物
ＣＡ ケーキ
Ｄ ダスト
Ｆ 凝集沈降剤
Ｇ１〜Ｇ３ 排ガス
Ｌ１〜Ｌ３ 溶液
Ｌ４〜Ｌ８ ろ液
Ｗ 廃液

Claims (3)

1. 放射性セシウムで汚染された物質から放射性セシウムを揮発させ、
   該揮発した放射性セシウムを冷却して放射性セシウムの濃縮塩を回収し、
   該回収した濃縮塩を水洗し、
   該水洗によって得られた固形分に含まれる鉛、亜鉛及び銅から選択される少なくとも一つを回収し、
   該回収した鉛、亜鉛及び銅から選択される少なくとも一つを放射線遮蔽材料として利用することを特徴とする放射性セシウム汚染物の処理方法。
2. 前記水洗によって得られたろ液に含まれる放射性セシウムを吸着剤に吸着させて回収し、前記放射線遮蔽材料で囲繞することを特徴とする請求項１に記載の放射性セシウム汚染物の処理方法。
3. 前記放射性セシウムで汚染された物質は、都市ごみ焼却灰、都市ごみ溶融スラグ、鉛汚染土壌を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性セシウム汚染物の処理方法。

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