JP6487158B2

JP6487158B2 - 放射能汚染海底土処理方法

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Publication number: JP6487158B2
Application number: JP2014142930A
Authority: JP
Inventors: 初一松本
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Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: JP2016017930A

Description

この発明は、放射能汚染海底土処理方法に関する。

２０１１年３月１１日の東日本大震災以降、原子力発電所の事故により、放射性汚染物質に対する意識が高まっている。放射性汚染物質を除染するためには対象の汚染物に高圧水を吹き付けて、放射性汚染物質を流す高圧洗浄が知られている。そのため、大量の汚染水が発生する。

そのため、大量の汚染水が発生した場合には、河川や海に流れることも想定される。また、大気中に浮遊している放射性汚染物質や地上に付着した放射性汚染物質は雨などにより土砂と共に、河川を伝って海へと流れ出てしまう。そして、海の中で汚染物質により汚染された土壌が蓄積されていく。そのため、このような汚染された海底土に対処する方法が望まれていた。

汚染された土壌を対処する方法としては、放射性物質を吸着させて除去する方法（例えば、特許文献１参照。）や汚染された土壌をコンクリート等で囲う方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特開２０１３−０８３６４１号公報特開２０１３−１０７０３２号公報

しかしながら、汚染された海底土から汚染物質を除去・処理するには膨大な費用と、複雑な装置及び複雑な処理工程が必要であり、現実的には困難であるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、安価であり、かつ安全に海底の放射能汚染土壌を処理することができる放射能汚染海底土処理方法を提供する。

この発明は、海底の放射性セシウムを含む放射能汚染海底土を海上までポンプ装置を用いて引き揚げる放射能汚染海底土吸引工程と、吸い上げた放射能汚染土壌を珪素又は珪素化合物に鉄、アルミニウム及びカルシウムを添加して溶融、冷却を繰り返して製造された人工鉱石と炭化珪素とよりなる耐火ブロックに覆われた汚染土壌濃縮装置に収容し加熱濃縮させる放射能汚染海底土加熱濃縮工程と、汚染土壌濃縮装置に残された濃縮された放射能汚染海底土は、前記汚染土壌濃縮装置と共に封止して廃棄する放射能汚染海底土廃棄処理工程と、よりなることを特徴とする放射能汚染海底土処理方法を提供するものである。

また、放射能汚染海底土廃棄処理工程では、固形化した汚染物質を濃縮したタンク本体の全体を人工鉱石を主成分としたコーティング剤により密封状に包被し、かかる包被処理したタンク本体を埋立てや防波堤に利用することにも特徴を有する。

また、前記コーティング剤は酸化アルミニウムと液状エポキシ樹脂との混合溶液からなる主剤と、前記人工鉱石の粉末とを混合し、これらを硬化させる硬化剤により生成されることにも特徴を有する。

本発明によれば、海上までポンプ装置を用いて引き揚げる放射能汚染海底土吸引工程と、吸い上げた放射能汚染土壌を汚染土壌濃縮装置に収容し加熱濃縮させる放射能汚染海底土加熱濃縮工程と、汚染土壌濃縮装置に残された濃縮された放射能汚染海底土は、人工鉱石と炭化珪素とよりなる耐火ブロックに覆われた汚染土壌濃縮装置と共に封止して廃棄する放射能汚染海底土廃棄処理工程とにより、海底の放射性セシウムを含む放射能汚染海底土を低コストかつ容易に処理することができる。

本発明の放射能汚染海底土処理方法のフローチャートである。本発明の放射能汚染海底土処理方法の概略図である。汚染土壌濃縮装置の説明図である。汚染土壌濃縮装置の説明図である。 γ線遮蔽計測実験に用いる計測装置を説明する図である。中性子遮蔽計測実験に用いる計測装置を説明する図である。

以下、本実施形態に係る放射能汚染海底土処理方法について図面を参照しながら具体的に説明する。ここで、図１は、放射能汚染海底土処理方法のフローチャートである。図２は、放射能汚染海底土処理方法の概略図である。図３は、汚染土壌濃縮装置の説明図である。図４は、コーティング剤を塗布したタンクの説明図である。

本発明は、図１，図２に示すように、放射性汚染物質である放射性セシウムを含み、海底に堆積された海底土を海上まで引き揚げて（放射能汚染海底土吸引工程Ｓ１００）、タンカー上に設置した加熱濃縮処理装置により海底土を加熱濃縮させて（放射能汚染海底土加熱濃縮工程Ｓ２００）、輸送して破棄する（放射能汚染海底土廃棄処理工程Ｓ３００）処理方法である。

ここで放射能汚染海底土に含まれる放射性物質は、放射性セシウムであり、例えばセシウム１３７やセシウム１３４である。前記放射性セシウムは、セシウム単体で沸点が６７１度であり、水酸化セシウムであれば９９０度である。

本実施形態に係る放射能汚染海底土処理方法における放射能汚染海底土吸引工程Ｓ１００は、海底の放射性汚染物質を含む放射能汚染海底土を海上までポンプ装置を用いて引き揚げる工程である。

具体的には、海底２００〜１０００メートル付近に堆積した放射性物質により汚染された汚染土壌を海水と共に吸引ホース１を用いて吸い上げて回収する。この手段としては、エアリフトポンプ装置やサンドポンプ装置等を用いる。こうして回収された汚染土壌は、海上へのタンカー２へと送られて放射能汚染海底土加熱濃縮工程Ｓ２００に移される。

放射能汚染海底土吸引工程Ｓ１００より、タンカー２へと移された海水と放射能汚染海底土は、タンカー上に設けた汚染土壌濃縮装置３に収容され、放射能汚染海底土加熱濃縮工程Ｓ２００が行われる。

ここで、汚染土壌濃縮装置３とは、図３に示すように、流入管３１と汚染海底土タンク３２と水蒸気排出管３３より構成される。

流入管３１は、吸引ホース１と連結しており、流入してくる海水混じりの汚染海底土を汚染海底土タンク３２へと送るものである。

流入管３１より汚染海底土タンク３２に収容された汚染海底土は、汚染海底土タンク３２において加熱濃縮される。

汚染海底土タンク３２は、図３に示すように、タンク本体は略直方体であり、そのタンク内壁３４は金属で形成され、タンク外壁３５は人工鉱石及び炭化珪素からなる耐火ブロック３６によりコーティングされている。このタンク外壁３５は、後述するように、厚さ３６０ｍｍ以上とすると放射線を遮断することができる。

ここで、上記人工鉱石は珪素又は二酸化珪素等の珪素化合物を溶融させた後に、金属及びカルシウムを添加して溶融、冷却を繰り返して製造されるものである。具体的には、はじめに、略真空状態下で１６５０℃〜１６８０℃に加熱した真空溶融炉に約８０重量％の粉末状の珪素及び珪素化合物を投入し、その後、約５重量％の粉末状の鉄と約５重量％の粉末状のアルミニウムと約５重量％のカルシウムとを３〜５分間隔で順に投入しながら撹拌混合し、その後、真空溶融炉から溶融物を取出し、常温中で自然冷却し、再度溶融、冷却を繰返すことによって生成される。このように生成された人工鉱石は優れた熱の蓄熱性及び拡散性を有する。

上記のように生成された人工鉱石を粉砕したものに、粉末等にした炭化珪素を混合させて焼結させると、耐火ブロック３６であるタンク外壁３５が形成される。このように、人工鉱石と炭化珪素とにより生成された耐火ブロック３６は、板状などに加工しても強度を保ち、耐熱性、耐摩耗性が向上し、更に人工鉱石が有する熱の蓄熱性及び拡散性をも向上させることができる。

また、汚染海底土タンク３２の外部には、汚染海底土タンク３２を加熱するための加熱装置３７が設けられており、この加熱装置３７により、汚染海底土タンク３２内に収容された汚染海底土を加熱濃縮することが可能なように構成される。

ここで、本実施形態における加熱装置３７は、マイクロ波発生装置３７´である。このタンク本体の周囲に設けたマイクロ波発生装置３７´は、タンク本体の人工鉱石及び炭化珪素によりコーティングされた耐火ブロック３６であるタンク外壁３５の側壁、上面及び底面に向けてマイクロ波を照射するものである。なお、その他の加熱装置３７としては、マイクロ波による加熱だけでなく、赤外線やレーダーを照射することによる加熱やヒーターによりタンク本体を直接加熱することを組み合わせて補助的に加熱することも可能である。

汚染海底土タンク３２により、加熱濃縮された汚染海底土中に含まれる水は、水蒸気となって水蒸気排出管３３により外部へと放出される。この水蒸気は、そのまま大気中へと放出することができる。

このようにして、放射能汚染海底土加熱濃縮工程Ｓ２００により加熱濃縮された汚染海底土は、流入管３１、水蒸気排出管３３を取り除いた汚染海底土タンク３２に収容されたまま、放射能汚染海底土廃棄処理工程Ｓ３００へと移される。

放射能汚染海底土廃棄処理工程Ｓ３００では、放射能汚染海底土加熱濃縮工程Ｓ２００にて加熱濃縮された汚染海底土を、汚染海底土タンク３２に封止して廃棄する工程である。後述するように、タンク外壁３５である人工鉱石及び炭化珪素からなる耐火ブロック３６は、放射線を遮蔽する力を有し、経年劣化もないため、長期的に保管が可能である。

また、図４に示すように、密封されたタンク本体の全体に人工鉱石を主成分としたコーティング剤４０を塗布することもできる。

前記コーティング剤４０は、人工鉱石４０、主剤、及び硬化剤により製造される。この人工鉱石４０は、粒径が５〜３０μｍの粉体、又は粒径が１５０〜２００メッシュの粉体である。また、主剤には、６０〜８０重量％の酸化アルミニウムと１５〜２５重量％のビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と５〜１５重量％のアルキルフェノールグリシジルエーテルとを混合したものを用い、硬化剤には、７５〜８５重量％の変性ポリアミドアミンと１５〜２５重量％のトリエチレンテトラミンとを有するものを用いる。なお、約１００ｇの主剤に対し、約５．６ｇの硬化剤を用いることが好ましい。

コーティング剤４０によって包皮処理されたタンク本体は、耐火ブロックの有する防水性、防腐性を更に向上させることができて耐久力を高めることができる。

このように、汚染海底土を収容した汚染海底土タンク３２は、そのまま地中へ廃棄することもできるし、埋立地又は防波堤のケーソンなどに用いることもできる。

次に、耐火ブロックのγ線及び中性子の遮蔽計測実験について以下に説明する。

（γ線遮蔽計測実験）
図５に示す計測装置を用いて、コリメートしたγ線を試料に照射し、試料を透過したγ線線量率（μＳｖ／ｈ）を検出器で測定を行い、下記の式より線減衰係数と半価層（ｃｍ）を求めた。計測値は１０回の計測値の平均を用いた。
（式）Ｉ／Ｉ₀＝ｅ^−μｘ＝ｅ^{−（μ／ρ）ρｘ}
μ：線減衰係数，ｘ：厚さ（ｃｍ），ρ：密度（ｇ／ｃｍ^３）
λ＝１／μ：平均自由工程，μｍ＝μ／ρ：質量減衰係数（ｃｍ^２）
Ｄ＝０．６９３／μ：半価層（ｃｍ）

線源としては、コバルト（光子エネルギー：１．１７３ＭｅＶ又は１．３３３ＭｅＶ，５００ＫＢｑ）、セシウム（光子エネルギー：０．６６２ＭｅＶ，８００ＫＢｑ）、ラジウム（光子エネルギー：０．１８６ＭｅＶ）を使用した。また、検出器はｆｉｌｄＳＰＥＣ（ＢＩＣＲＯＮ社製）を用いた。試料は、以下に示す人工鉱石９及び炭化珪素を主成分とする耐火ブロックと、比較試料としてコンクリート及び鉛ブロックを用いた。
・耐火ブロック（４００×４００×３０ｍｍ，１３．３ｋｇ，密度２．７７ｇ／ｃｍ^３）１２枚
・コンクリート（４００×４００×３０ｍｍ，１１ｋｇ，密度２．３ｇ／ｃｍ^３）９枚
・鉛ブロック（３００×３００×１０ｍｍ，密度１１．３４ｇ／ｃｍ^３）５枚

上記試験の測定結果を以下の表１〜表３に示す。なお、鉛はコバルトに関して別途計測を行った値を用いた。

表１〜表３からも分かるように、人工鉱石及び炭化珪素よりなる耐火ブロック３６はγ線に対して遮蔽効果を有することがわかった。また、上記３つの試料の遮蔽力は、鉛＞耐火ブロック＞コンクリートの順に大きいことがわかった。

（中性子遮蔽計測実験）
次に、中性子遮蔽計測実験ついて説明する。

図６に示す計測装置を用いて、コリメートした中性子線を試料に照射し、試料を透過した線量をカウント数として検出器で測定を行い、下記の式より平均自由工程（ｃｍ）と半価層（ｃｍ）を求めた。計測値は１０回の計測値の平均を用いた。
（式）Ｉ／Ｉ^０＝ｅ^−Σｘ
Σ：巨視的断面積，ｘ：厚さ（ｃｍ），λ＝１／Σ：平均自由工程（ｃｍ）
Ｄ＝０．６９３／Σ：半価層（ｃｍ）

線源としては、コバルト（光子エネルギー：１．１７３ＭｅＶ又は１．３３３ＭｅＶ，５００ＫＢｑ）、セシウム（光子エネルギー：０．６６２ＭｅＶ，８００ＫＢｑ）、ラジウム（光子エネルギー：０．１８６ＭｅＶ）を使用した。また、検出器は^３Ｈｅカウンターを用いた。試料は、以下に示す人工鉱石９及び炭化珪素を主成分とする耐火ブロックと、比較試料としてコンクリート，パラフィンブロック及び鉛ブロックを用いた。
・耐火ブロック（４００×４００×３０ｍｍ，１３．３ｋｇ，密度２．７７ｇ／ｃｍ^３）１２枚
・コンクリート（４００×４００×３０ｍｍ，１１ｋｇ，密度２．３ｇ／ｃｍ^３）９枚
・パラフィンブロック（２００×１００×５０ｍｍ，密度０．９ｇ／ｃｍ^３）５枚
・鉛ブロック（３００×３００×１０ｍｍ，密度１１．３４ｇ／ｃｍ^３）５枚

上記試験の測定結果を以下の表４及び表５に示す。

表４及び表５からも分かるように、人工鉱石及び炭化珪素よりなる耐火ブロック３６は中性子線に対して遮蔽効果を有することがわかった。また、上記３つの試料の遮蔽力は、パラフィン＞鉛＞耐火ブロック＞コンクリートの順に大きいことがわかった。

上述したように、本発明の人工鉱石及び炭化珪素よりなる耐火ブロック３６は放射線（γ線、中性子線）を遮蔽することができる。このため、加熱濃縮された海底土を人工鉱石及び炭化珪素よりなる耐火ブロックで囲繞することによって、放射線の外部への漏れを防止することができる。この耐火ブロックの厚さを３６０ｍｍ以上にすると良い。

なお、本発明は上述した実施形態等に限られず、上述した実施形態等の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態等の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。

Ｓ１００放射能汚染海底土吸引工程
Ｓ２００放射能汚染海底土加熱濃縮工程
Ｓ３００放射能汚染海底土廃棄処理工程
１吸引ホース
２タンカー
３汚染土壌濃縮装置
３１流入管
３２汚染海底土タンク
３３水蒸気排出管
３４タンク内壁
３５タンク外壁
３６耐火ブロック
３７加熱装置
３７´マイクロ波発生装置
４０コーティング剤

Claims

海底の放射性セシウムを含む放射能汚染海底土を海上までポンプ装置を用いて引き揚げる放射能汚染海底土吸引工程と、
吸い上げた放射能汚染土壌を珪素又は珪素化合物に鉄、アルミニウム及びカルシウムを添加して溶融、冷却を繰り返して製造された人工鉱石と炭化珪素とよりなる耐火ブロックに覆われた汚染土壌濃縮装置に収容し加熱濃縮させる放射能汚染海底土加熱濃縮工程と、
汚染土壌濃縮装置に残された濃縮された放射能汚染海底土は、前記汚染土壌濃縮装置と共に封止して廃棄する放射能汚染海底土廃棄処理工程と、よりなることを特徴とする放射能汚染海底土処理方法。
放射能汚染海底土廃棄処理工程では、固形化した汚染物質を濃縮したタンク本体の全体を人工鉱石を主成分としたコーティング剤により密封状に包被し、かかる包被処理したタンク本体を埋立てや防波堤に利用することを特徴とする請求項１に記載の放射能汚染海底土処理方法。
前記コーティング剤は酸化アルミニウムと液状エポキシ樹脂との混合溶液からなる主剤と、前記人工鉱石の粉末とを混合し、これらを硬化させる硬化剤により生成されることを特徴とする請求項２に記載の放射能汚染海底土処理方法。