JP6732734B2 - 汚染物質及び除染設備からの土壌除染方法 - Google Patents

Description

本発明は水銀（アマルガム）及び／又は放射性核種で汚染された土壌の統合的除染を目的とする。本発明は、純粋な粗画分及び中間分散（砂）画分ならびに水不溶性形態の水銀又は／及び放射性核種を含む微粒子画分に分けるための土壌の分画、更に金属水銀又はそのアマルガムの抽出を提供する。

核燃料サイクル設備やその他の産業部門の様々な性質、廃炉及び解体に関する産業事故は、放射性核種や水銀を含む重金属で汚染された土壌を含む区域を発生させる。その環境に侵入すると放射性核種は移動過程に入り、生態系に長期的に悪影響を及ぼす。金属水銀で汚染された土壌は危険：毒性の蒸気、その対流伝達の可能性の高さ、結果的に‐その後の隣接地及び遠隔地の沈殿や汚染が少なくない。従って、汚染区域の事後復旧による土壌除染のための信頼性が高い高性能の方法を開発する必要がある。

耐火性の金鉱石及び沖積鉱床の濃密化とその後に続く金属水銀の抽出に関する公知の特許、特許文献１がある。

金属含有砂の再処理のためのプロセスラインには、崩壊分級機、初期濃密化装置、比重選鉱機、捕集器、ポンプシステム、濃縮装置、閉サイクルにおける水銀蒸留装置、吸収装置付きの金溶融装置が備えられる。初期濃密化の捕集器には、アマルガム化ホルダ、及びホルダの再配置用装置が装備される。ポンプシステムは、アマルガム化後の初期濃密化段階の重鉱物を、比重選鉱機の鉱泥流の分配器に供給するものであり、当該比重選鉱機には、複数の半径を有する急流の少列流動形成面が備えられ、流出部での流動方向が交互に切り替わり、流出部での流動切り替え空間の前方に設置されたマグネット、水銀を吸着する鉱物含有物の捕集器、及びホルダを制御する自動装置を設けたアマルガム化ホルダが装備された磁気画分の捕集器が備えられている。
発明の欠点‐提案された方法及び装置は放射性核種や水銀などの重金属から土壌を除染するものではない。

貴金属と共に放射性核種、水銀（アマルガム）及び他の重金属を含む可能性がある貴金属プラントや選炭プラント（廃棄場、汚泥貯留場）等からの産業廃棄物の再処理及び廃棄のための移動複合設備がある（非特許文献１）。
これには以下の手順が含まれる：
‐粗画分（５０ｍｍ超）の除去；
‐２〜５０ｍｍの画分の除去、及び残留物質と循環水とを混合することによる残留物質からの鉱泥の調製；
‐土壌凝集物の崩壊、鉱泥の分散；
‐微粒子画分、及び鉱物の混合物である砂画分、貴金属、アマルガムを含む金属水銀、ならびに他の重金属を受け入れるための鉱泥のハイドロ分級；
‐砂画分の濃縮、ならびに貴金属、アマルガムを含む金属水銀、及び他の重金属の抽出；
‐ハイドロ分級及び濃縮段階で受け入れた微粒子画分の、凝集剤添加による沈降、凝集及び濃化；
‐粗分散物及び可溶形態の重金属からの循環水の処理。

再処理により受け取られた濃化微粒子画分は再生利用に供する。循環水処理の段階で抽出された汚染物質は、放射性廃棄物又は有害物質の保管及び廃棄に供する。
当該発明の欠点：
‐鉱泥ハイドロ分級後の金属水銀（アマルガム）の抽出は水銀を純粋な画分に侵入させる可能性がある；
‐微粒子画分の濃化のための化学薬品の使用はすすぎ水の量を増加させ、結果的に材料コストを増加させる；
‐当該方法は、鉱物組成及び粒度組成物と濃密化プラントの廃棄物組成との間に有意な差があるため、土壌の除染には適していない。

技術的原理及び結果に関して最も近い方法及び土壌除染設備（原型）が、方法（非特許文献２）を適用する中で達成されており、これには以下の手順が含まれる：
‐汚染区域からの土壌採取；
‐１００ｍｍを超える画分の分離；
‐土壌凝集物の崩壊（破壊）及び鉱泥の調製；
‐３〜１００ｍｍの画分及び３ｍｍ未満の画分の分離；
‐鉱泥を、それぞれ０．１ｍｍを超える粒度及び０．１ｍｍ未満の粒度の砂画分及び微粒子画分に分けるハイドロ分級（水重力分離）；
‐微粒子画分の、化学薬品によるフロック形成、濃化、脱水；
‐循環水の処理；
‐放射性核種を含む脱水微粒子画分の廃棄。

砂画分及び粗画分（３ｍｍを超える）は土壌採取場所に戻すことが可能である。

設備は以下のモジュールから構成される：
‐崩壊モジュールは、１００ｍｍを超える画分を分離し、土壌凝集物を破壊し、鉱泥を調製し、３〜１００ｍｍの画分及び３ｍｍ未満の画分を分離する；
‐ハイドロ分級モジュールは鉱泥を、それぞれ０．１ｍｍを超える粒度及び０．１ｍｍ未満の粒度の砂画分及び微粒子画分に分離する；
‐濃化モジュールは、対応する薬剤を添加することにより微粒子画分を濃化する；
‐脱水モジュール（プロトタイプの文書に従えば‐ろ過）は、加圧濾過機により微粒子画分から過剰な水分を除去する；
‐循環水処理モジュールは、有機‐無機懸濁固形分と放射性核種とを分離する。
当該発明の欠点：
‐微粒子画分を濃化するための化学薬品の適用は、すすぎ水の量を増加させ、結果的にプロセスのコストを増加させる；
‐水銀含有土壌の除染中に微細液滴の形態で水銀が砂画分に侵入する。

ロシア特許第２１６０１６５号 ≪Ｐｒｏｃｅｓｓ ｌｉｎｅ ｆｏｒ ｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔａｌ‐ｂｅａｒｉｎｇ ｓａｎｄｓ ｗｉｔｈ ｇｒａｖｉｔｙ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ≫ 公報、２０００年１２月１０日

Ｍｉｎｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ、２００９年、Ｎｏ．４、ｐ．４２〜４９ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ、２００７年、Ｖ．１０３、Ｐｕｂ．６、ｐ．３８１〜３８７

提案した発明の技術的効果：
‐器具を再設定せずに単一の技術プロセスで、水銀、その水不溶性形態、アマルガム又は／及び放射性核種から土壌除染するための低廃棄物非化学物質技術の創出及び実施；
‐廃棄又は再利用される土壌画分の量の減少；
‐純粋画分の経済的転用への回収性；
‐設備の連続的な閉サイクル操作による二次廃棄物量の最小化；
‐再処理の初期段階で金属水銀（アマルガム）を抽出し、微粒子画分中の水不溶性形態の水銀を濃縮することによる土壌除染効率の向上；
‐水銀及びその化合物が純粋な画分、汚泥溜め、廃棄場等、そしてそれぞれの環境に侵入することを防止する環境に優しい技術の創出；
‐抽出した金属水銀及びアマルガムを原料として使用し、商品が得られる機会。

混合汚染の場合の土壌除染設備の基本的なスキームを示す。

この目的のために、汚染物質からの土壌除染方法がある。当該方法には、土壌と水との混合による鉱泥の調製、１００ｍｍを超える断片寸法及び１０ｍｍを超える断片寸法の画分の抽出、土壌凝集物の崩壊、砂画分の抽出による砂及び微粒子画分への鉱泥のハイドロ分級、更なる廃棄及び循環水処理での微粒子画分の濃化及び脱水が含まれ、ここでは、土壌採取場所で汚染土壌と水とを混合することにより鉱泥を調製し、１００ｍｍを超える断片を含む画分を分離し、その後、鉱泥濃化を追加した崩壊中に１０ｍｍを超える断片を含む画分を分離し；１０ｍｍを超える断片を含む画分の分離によりプラント残渣を分離するが、微粒子画分の濃化及び脱水は、それを濃縮することにより一段階で行われる。

更に：
‐金属水銀（アマルガム）は鉱泥の追加の濃化中に抽出する。
‐水不溶形態の水銀及び／又は放射性核種を含む微粒子画分を廃棄する。

また、上記の結果を達成するために、単一の技術プロセスに統合された複数のモジュールから成る土壌除染のための設備がある。この設備には、崩壊、ハイドロ分級、微粒子画分の脱水、循環水の処理のモジュールが設けられる。ここでは、当該設備には、１００ｍｍを超える断片を含む画分を分離する機能を有する鉱泥調製用の追加的モジュール、及びハイドロ分級モジュールの前に位置する濃化モジュールが設けられる；崩壊モジュールはプラント残渣を分離するための装置を追加的に装備し、微粒子画分の脱水用モジュールは濃縮装置として設計している。

その上、濃化モジュールには金属水銀及びアマルガムを分離するための装置が装備され、濃縮装置には水不溶性形態の水銀及び／又は放射性核種を含む微粒子画分を分離する装置が備えられる。

図１は混合汚染の場合の土壌除染設備の基本的なスキームを示す。
１‐鉱泥調製モジュール、
２‐崩壊モジュール、
３‐濃化モジュール、
４‐ハイドロ分級モジュール、
５‐脱水モジュール、
６‐循環水処理モジュール。

当該設備は、弁、器具、ポンプ（図１に図示せず）が設置されたパイプラインにより技術プロセスに従って接続されたモジュール１〜６から成る。

当該設備は以下のように動作する。

鉱泥調製モジュール１の土壌採取場所で、汚染土壌と水とを混合し、粗画分（＞１００ｍｍ）：建設廃材、煉瓦、コンクリート等を分離する。粗画分（＞１００ｍｍ）は土壌採取場所に残る。

次に、鉱泥は崩壊モジュール２に移行し、ここでは例えばスクラバの使用により１０ｍｍを超える画分とプラント残渣との分離が起こる。分離された画分は再生利用に供する。当該モジュールはまた、強い混合により鉱泥を分散させる。

次に、鉱泥は濃化モジュール３に移行する。水銀又は混合汚染物質（水銀及び放射性核種）を含む土壌の除染のために、当該モジュールは例えば濃縮装置として設計し、金属水銀（アマルガム）を除去する装置を備えてもよい。分離した金属水銀及びアマルガムは漏出防止性容器に収集し、再処理に供する。放射性核種で汚染された土壌の除染のために、モジュール３は鉱泥濃化させる。

モジュール３からの鉱泥はハイドロ分級モジュール４に移行し、ここで鉱泥は砂と、水不溶性形態の水銀又は／及び放射性核種が濃密化された微粒子画分とに分割される。例えばハイドロ分級モジュール４は、機械的分級機（ねじ式、遠心式等）として設計することが可能である。砂の画分は、微粒子画分を再生利用するため、選鉱機として設計された脱水モジュール５に送る。水不溶性形態の水銀又は／及び放射性核種で汚染された脱水微粒子画分は、漏出防止性容器に収集し、廃棄に供し、また分級した循環水は循環水処理モジュール６に送る。その後、処理した循環水はサイクルに戻す。

実施例１（原型に基づく）
水分１２．５％及び水銀濃度３００ｍｇ／ｋｇの汚染土壌を収集し、除染場所に送る。

水銀含有土壌（１０００ｋｇ）を崩壊モジュールに装填し、水と混合し、その後、鉱泥は引き続き１００ｍｍを超える画分と１０ｍｍを超える画分とに分離する。抽出画分中の水銀含有量は、土壌に対する水銀として２．１ｍｇ／ｋｇ以下である。その後、鉱泥はハイドロ分級モジュールに移行し、そこで鉱泥は砂画分（＞０．０４ｍｍ）と微粒子画分（＜０．０４ｍｍ）とに分離する。脱水後、水銀濃度が約４５０ｍｇ／ｋｇの微粒子画分を、更に廃棄するために漏出防止性容器に収集する。水銀濃度約３６０ｍｇ／ｋｇの砂画分は反復除染に供する。

水銀含有土壌の除染中に分離した画分：
‐粗画分（＞１０ｍｍ及び＞１００ｍｍ） １０．５重量％。
‐砂画分（＞０．０４ｍｍ） ５２重量％。
‐微粒子画分（＜０．０４ｍｍ） ２５重量％

原型の図表に従った土壌除染の結果に基づき、砂画分は最大含有量で有すると、高水銀量のために除染の反復が必要となる。鉱泥分離のプロセスはプラント残渣を抽出できないことに留意されたい。

実施例２
実施例１に記載の汚染土壌（１０００ｋｇ）を試料採取場所で水と混合し、鉱泥調製モジュール１において１００ｍｍを超える画分を分離する。その後、鉱泥は崩壊モジュール２に移行する。ここで１０ｍｍを超える画分が分離する。成分が１０ｍｍ超及び１００ｍｍ超の画分に含まれる水銀含有量は２．１ｍｇ／ｋｇ以下である。崩壊モジュール２は２．１ｍｇ／ｋｇ以下の水銀濃度のプラント残渣を分離する。崩壊モジュールの後、鉱泥は濃化モジュール３に移行し、そこで濃化し、金属水銀（アマルガム）を抽出する。このモジュールで抽出した水銀の量は約２２０ｇに相当する。次いで、ハイドロ分級モジュール４において、濃化した鉱泥は０．０４ｍｍを超える粒子を有する砂画分と、０．０４ｍｍ未満の粒子を有する微粒子画分とに分離する。再生利用に供した砂画分中の水銀濃度は２．１ｍｇ／ｋｇ以下である。３００ｍｇ／ｋｇの水銀含有量の微粒子画分をモジュール５で脱水し、漏出防止性容器に充填し、廃棄に供する。水は循環水処理モジュール６に移行し、サイクルに戻る。

水銀含有土壌の除染中に分離した画分：
‐粗画分（＞１０ｍｍ及び＞１００ｍｍ） ９重量％。
‐プラント残渣 １．５重量％
‐砂画分（＞０．０４ｍｍ） ５２重量％。
‐微粒子画分（＜０．０４ｍｍ） ２５重量％

設備循環水中の水銀含有量は、家庭用水用途以外の水での水銀値（０．０００５ｍｇ／ｌ）以下である。

実施例３
^１３７Ｃｓの比放射能が８．０ｋＢｑ／ｋｇ、水分が１４％の土壌（１０００ｋｇ）の除染。鉱泥調製モジュール１で土壌と水とを混合し、土壌採取場所に留まっている１００ｍｍを超える画分を分離する。調製した鉱泥は崩壊モジュール２に移行し、１０ｍを超える画分、プラント残渣、分散液に分離する。その後、鉱泥は濃化モジュール３に移行する。濃化した鉱泥を実施例２と同様に除染する。

除染中に分離した画分：
‐粗画分（＞１０ｍｍ及び＞１００ｍｍ） ７重量％。
‐プラント残渣 １重量％
‐砂画分（＞０．０４ｍｍ） ５８重量％。
‐微粒子画分（＜０．０４ｍｍ） ２０重量％

粗画分の比放射能は０．１２ｋＢｑ／ｋｇに相当し、プラント残渣の比放射能は０．１ｋＢｑ／ｋｇに相当し、砂画分の比放射能は０．８７ｋＢｑ／ｋｇに相当する。比放射能が約３７．４ｋＢｑ／ｋｇの微粒子画分を廃棄に供する。

実施例４
放射性核種及び水銀で汚染（混合汚染）された土壌（１０００ｋｇ）の除染。土壌の水分は１２．５％に相当し、水銀濃度は３００ｍｇ／ｋｇに相当し、^１３７Ｃｓ比放射能は３．０ｋＢｑ／ｋｇに相当する。鉱泥の調製及び１００ｍｍを超える画分の分離後、鉱泥は崩壊モジュールに移行する。鉱泥を実施例２と同様に除染する。

除染中に分離した画分：
‐粗画分（＞１０ｍｍ及び＞１００ｍｍ） ９重量％。
‐プラント残渣 １．５重量％
‐砂画分（＞０．０４ｍｍ） ５２重量％。
‐微粒子画分（＜０．０４ｍｍ） ２５重量％

粗画分、砂画分及びプラント残渣中の水銀含有量は２．１ｍｇ／ｋｇ以下である。粗画分の比放射能は０．１６ｋＢｑ／ｋｇであり；プラント残渣の比放射能は０．１ｋＢｑ／ｋｇであり；砂画分の比放射能は０．３ｋＢｑ／ｋｇである。濃化モジュール内の水銀量は約２２０ｇに相当する。粘土画分中の水銀濃度は３００ｍｇ／ｋｇに相当し、比放射能は約１１．３ｋＢｑ／ｋｇに相当する。

設備循環水中の水銀及び放射性核種の含有量は基準値以下である。

特定の一連の手順及びモジュールの接続により、公開した発明は、操作手順を再設定することなく、水銀（アマルガム）又は放射性核種、又は混合汚染（水銀及び放射性核種）を土壌から分離させる。本発明は、経済的転用が可能な純粋画分（砂画分、粗画分）及びプラント残渣を分離させる。最も汚染された微粒子画分は廃棄に供する。水銀を含む土壌及び濃化モジュール内の混在汚染からの元素水銀（アマルガム）の抽出により、金属が砂画分中に、結果的に環境に侵入することが防止される。

Claims (2)

1. 汚染物質からの土壌除染方法であって、土壌と水との混合による鉱泥の調製、１００ｍｍを超える断片を含む画分及び１０ｍｍを超える断片を含む画分の分離、土壌凝集物の崩壊、鉱泥を、０．０４ｍｍを超える粒子である砂画分及び０．０４ｍｍ未満の粒子である微粒子画分とに分離する鉱泥のハイドロ分級、更なる廃棄及び循環水処理での微粒子画分の濃化及び脱水が含まれ、土壌採取場所で汚染土壌と水とを混合することにより鉱泥を調製し、１００ｍｍを超える断片を含む画分を分離し、その後、鉱泥濃化を追加した崩壊中に１０ｍｍを超える断片を含む画分を分離し、また、１０ｍｍを超える断片を含む画分の分離段階において植物残渣を分離し、微粒子画分の濃化及び脱水は、濃縮により一段階で行われ、
   鉱泥濃化の追加により金属水銀及びアマルガムを分離し、
   水不溶性形態の水銀及び放射性核種を含む微粒子画分は廃棄することを特徴とする土壌除染方法。
2. 単一の技術プロセスに統合された複数のモジュールから成る、汚染物質から土壌を除染するための設備であって、崩壊、ハイドロ分級、０．０４ｍｍ未満の粒子である微粒子画分の脱水、循環水処理が行われ、１００ｍｍを超える断片を含む画分を分離する機能を有する鉱泥調製用の追加的モジュール、及びハイドロ分級モジュールの前に位置する濃化モジュールが設けられ、崩壊モジュールは植物残渣を分離する装置を追加的に装備し、微粒子画分の脱水用モジュールは濃縮装置として設計しており、
   前記濃化モジュールは金属水銀及びアマルガムを分離する装置を装備しており、
   前記濃縮装置は水不溶性形態の水銀及び放射性核種を含む微粒子画分を分離する装置を装備していることを特徴とする設備。