JP6815118B2 - 放射性物質汚染土壌の除染方法 - Google Patents

Description

本発明は放射性セシウムに汚染された土壌の除染方法に関する。

東京電力福島第１原子力発電所での事故により、大量の放射性物質が環境中に放出された。特に、放射性セシウムは、セシウム１３４の半減期が２．０６年、セシウム１３７の半減期が３０．２年と長く、長期に亘って土壌中に残留する。そのため、居住地や耕作地を中心に表層土壌や汚泥等を取り除く作業が行われ、莫大な量の放射性物質汚染土壌が回収されている。回収された放射性物質汚染土壌は、現在、自治体の仮置き場等に保管されており、これらを最終処分されるまで安全に保管するための中間貯蔵施設の建設が計画されている。中間貯蔵施設では、放射性物質汚染土壌の減容化処理が行われる予定である。特許文献１には、放射性セシウムを含む土壌をアルカリ水で洗浄したのち、分級し、粘土粒子を含む汚泥に放射性セシウムを濃縮して減容する除染方法が提案されている。

ここで、セシウムは、周期表で第１族に属し、周期表の第１族に属する元素であるカリウムと類似の化学的性質を有する。カリウムは植物にとって必須の栄養素であるが、植物は、化学的性質が類似するセシウムとカリウムとを厳密に区別することができないため、カリウムと間違えてセシウムを吸収する。また、セシウムは、植物の細胞壁の主原料の一つであるリグニンに吸着する。土壌中のセシウムは、植物に吸収され、吸着されることにより、植物に高濃度に蓄積するため、除染時には表層土壌だけでなく雑草、落ち葉等を回収する必要がある。

放射性物質汚染土壌とともに回収される放射性セシウムを含む植物について、特許文献２には、汚染土壌に含まれる植物を除去する植物除去工程を有する土壌除染処理方法が提案されている。しかし、特許文献２には、土壌から除去した放射性セシウムを含む植物の処理、保管について、記載されていない。また、特許文献３には、予め植物を枯らした後、枯れた植物とともに表層土を除去する除染方法が提案されており、枯れた植物を回収し、さらにコンポスト化することにより、減容化する方法が記載されている。

特開２０１４−１７８１５７号公報 特開２０１３−１７８１７７号公報 特開２０１４−６２７３６号公報

本発明は、植物由来の有機物を含む放射性物質汚染土壌の効率的な除染方法を提供することを課題とする。

１．植物由来の有機物を含む放射性物質汚染土壌を、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物と過酸化水素とを含む薬液で洗浄する工程、
洗浄後のスラリーを、粗粒分と、浮泥分を含む汚染水とに分級する工程、
前記汚染水を、固液分離する工程、
を有することを特徴とする除染方法。
２．前記薬液のアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物濃度が、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下であることを特徴とする１．に記載の除染方法。
３．前記薬液の過酸化水素濃度が、０．１％以上５％以下であることを特徴とする１．または２．に記載の除染方法。
４．前記放射性物質汚染土壌が、強熱減量９％以上２５％以下であることを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の除染方法。

本発明の除染方法は、植物由来の有機物を多く含む放射性物質汚染土壌の除染に好適に利用することができる。本発明の除染方法は、回収された放射性物質汚染土壌から、放射性物質に汚染された植物由来の有機物を事前に分離することなく、同時に除染することができるため、効率的に除染を行うことができる。除染により、放射性物質は脱水ケーキに濃縮されるため、回収された放射性物質汚染土壌を大幅に減容化することができる。除染された粗粒分のうち、無機物は再利用や適正処分、有機物は焼却処分することができる。

本発明の除染方法の一実施態様を示す図。 土壌Ｂの除染後に回収した粗粒分の乾燥後の放射線濃度を示す図。 土壌Ａの除染後に回収した粗粒分の乾燥後の放射線濃度を示す図。

本発明は、植物由来の有機物を含有する放射性物質汚染土壌の除染方法に関する。本発明の除染方法の一実施態様を図１に示す。
本発明の除染方法は、植物由来の有機物を含む放射性物質汚染土壌１を、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物と過酸化水素とを含む薬液２で洗浄する工程、洗浄後のスラリーを、粗粒分３と、浮泥分を含む汚染水４とに分級する工程、汚染水４を固相５と液相６とに固液分離する工程、を有することを特徴とする。

本発明において除染を行う放射性物質汚染土壌１は、植物由来の有機物を含有する。放射性セシウムは、植物体の生長の早い部分に取り込まれるため、草本の根、茎、葉、木本の落ち葉等に濃縮される。放射性物質汚染土壌１は、１０５℃で１時間以上乾燥後の土壌を６００℃で２時間強熱した際の重量減少（強熱減量）が、９％以上２５％以下であることが好ましい。

この放射性物質汚染土壌１を、洗浄装置１０を用いて、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物と過酸化水素とを含む薬液２で洗浄する。放射性物質汚染土壌１に対する薬液２の量は、乾燥土壌１重量部に対して２重量部以上１０重量部以下の範囲であり、放射性物質汚染土壌１に含まれる粘土粒子の量が多いほど、多くの薬液２が必要である。薬液２のアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下が好ましい。また、過酸化水素濃度は、０．１％以上５％以下が好ましい。アルカリ金属元素の水酸化物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどが挙げられる。アルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化バリウムなどが挙げられる。これらの中で、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムがコストの点から好ましい。また、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物は、２種以上を併用することもできる。

放射性物質汚染土壌１は、植物由来の有機物を含有する。リグニンは、アルカリ条件下で可溶化するが、過酸化水素を併用することにより、より効率的に可溶化することができる。放射性物質汚染土壌１を、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物と過酸化水素とを含む薬液２で洗浄することにより、植物由来の有機物のリグニンが効率的に可溶化し、リグニンに吸着していた放射性セシウムを植物由来の有機物から効率的に取り除き、放射性物質汚染土壌１を除染することができる。

洗浄完了後のスラリーを、洗浄篩等の分級装置２０にて、粗粒分３と、浮泥分を含む汚染水４とに分級する。放射性セシウムは、主に粒径の小さな浮泥分に吸着しているため、例えば、目開き７５μｍの篩を用いて分級する。土壌の性質等により、目開き７５μｍの篩のみによる分級が困難であれば、目開きの違う複数の篩を用いて順次分級することもできる。
分級後の粗粒分３は、砂、石等の無機物と、植物由来の有機物とを含む。粗粒分３は、薬液２を用いた洗浄により放射性セシウムが取り除かれ、放射性線量が少ない。そのため、砂、石等の無機物は、道路資材等に再利用、または適正処分することができ、有機物は、焼却処分することができる。

汚染水４は、放射性セシウムが多く吸着している浮泥分を含む。汚染水４は、オーバー水受槽３０にいったん受けいれた後、濁水処理装置４０にて沈殿処理を行い、固相５と液相６とに分離する。この際、凝集剤として、ゼオライト、ポリ硫酸第二鉄、ポリ塩化第二鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウム、ポリグルタミン酸系凝集剤、キトサン系凝集剤等を用いることにより、放射性セシウムが吸着している浮泥分を凝集剤とともに素早く沈殿させ、固相５に移行させることができる。固相５は、フィルタープレス５０により水分を絞り、放射性セシウムが濃縮された脱水ケーキ７として回収する。液相６は、必要に応じて放射性セシウムの吸着処理を行ったのち、廃液８として処分する、または、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物と過酸化水素とを加えて薬液２として再利用する。

福島県と栃木県において、放射性物質汚染土壌を採取した。福島県の土壌（以下、土壌Ａという。）の放射線濃度は、４２０００Ｂｑ／ｋｇ−ｄｒｙ、栃木県の土壌（以下、土壌Ｂという。）の放射線濃度は、３９０００Ｂｑ／ｋｇ−ｄｒｙであった。また、１０５℃で１時間乾燥した乾燥土壌を、６００℃で２時間強熱した後の強熱減量は、土壌Ａが８％、土壌Ｂが１５％であり、土壌Ｂが、土壌Ａよりも有機物を多く含んでいた。ただし、土壌Ｂは、植物の根、葉、茎等が原型を保った状態で含まれていたが、土壌Ａは、これらがほとんど視認できず、細かく分解されていた。
各土壌１００ｇに、下記表１に示す薬液を４００ｍｌ加え、２００ｒｐｍで、６０分間撹拌して洗浄した。

洗浄後の薬液を、目開き７５μｍの篩を有する分級装置を用いて、粗粒分と、浮泥分を含む汚染水とに分級した後、汚染水に遠心分離処理を行い、固相と液相とに固液分離した。

洗浄後に回収した粗粒分の乾燥後の放射線濃度を図２、３に示す。
強熱減量１５％である土壌Ｂは、図２に示すように、水酸化カリウムと過酸化水素とを含む薬液で洗浄することにより、洗浄後に回収した粗粒分の放射線濃度が、洗浄前の３０％程度まで低くなった。
強熱減量８％である土壌Ａは、図３に示すように、水酸化カリウムと過酸化水素とを含む薬液で洗浄しても、水、または、水酸化カリウムのみを含む薬液での洗浄と、洗浄後の沈殿物の放射線濃度がほとんど変わらなかった。これは、土壌Ａは、植物由来の有機物が細かく分解されており、セシウムの有機物への吸着が弱く、水による洗浄でも取り除くことができたためであると推測できる。
この結果より、有機物含有量が多い土壌では、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物と過酸化水素とを含む薬剤で洗浄することにより、効率的に除染できることが確認できた。

１ 放射性物質汚染土壌
２ 薬液
３ 粗粒分
４ 汚染水
５ 固相
６ 液相
７ 脱水ケーキ
８ 廃液

１０ 洗浄装置
２０ 分級装置
３０ オーバー水受槽
４０ 濁水処理装置
５０ フィルタープレス

Claims (4)

1. 植物由来の有機物を含む放射性物質汚染土壌を、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物と過酸化水素とを含む薬液で洗浄し、リグニンを可溶化する工程、
   洗浄後のスラリーを、粗粒分と、浮泥分を含む汚染水とに分級する工程、
   前記汚染水を、固液分離する工程、
   を有することを特徴とする除染方法。
2. 前記薬液のアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物濃度が、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１に記載の除染方法。
3. 前記薬液の過酸化水素濃度が、０．１％以上５％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の除染方法。
4. 前記放射性物質汚染土壌が、強熱減量９％以上２５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の除染方法。