JP7002981B2 - 汚染土の除染方法 - Google Patents

Description

本発明は、水分を多く含むと共に放射性物質や重金属などの有害物質で汚染された土壌並びに津波等により塩害を受けた土壌（以下、「汚染土」という）から汚染物質を分離しあるいは塩分を除去すると共に脱水を促進する汚染土の除染方法に関する。

通常、重金属などの有害物質で汚染された土壌を除染するには、土壌から汚染土を掻き取り、生石灰などの乾燥促進剤や不溶化薬剤などの処理剤を添加して、最終処分場で処理される。また、放射性物質に汚染された土壌は表層土を剥ぎ取り、フレコンバッグに詰めて保管され、最終処分場で処理される。
従来、有害物質に汚染された土壌を除染する方法として、汚染領域に電極棒を挿入してこの電極棒を直流電源の陽極に接続し、汚染領域の外側位置に井戸を掘削し、この井戸に設置した導体を直流電源の陰極に接続し、井戸内に水中ポンプを設置する方法がある（特許文献１参照）。この方法では、直流電源を駆動すると、粘性地盤内に、陽極となる電極棒側から陰極となる導体が存在する井戸側へ電気浸透現象による強制排水を行い、汚染源及び汚染領域に存在する汚染物質を地下水と共に井戸に排出し、水中ポンプによって地上へ汲み上げ、浄化処理する。
また、フレコンバッグの側面にラミネートを施して透水性を失わせ、底面にメッシュ生地を用いて透水性を高めたフレコンバッグの内部に粒子状のゼオライト吸着剤を収容したものを、放射性セシウムを含有する排水と接触させて放射性セシウムを吸着させ水から分離し、これらを収容するフレコンを埋立て処分する方法がある（特許文献２参照）。
さらに、処理対象物を脱水する装置として、濾室の間隔を置いて相対向するスクリーンの相互間にアウタースペーサからインナースペーサに向かって電極部を突設し、電極部とスクリーンの間に直流電圧を印加することにより、電気浸透脱水を行う回転加圧脱水機がある（特許文献３参照）。

特開平10-309562号公報 特開2013-186012号公報 特開2017-023944号公報

汚染物質の除染に関する上記従来の方法における前者は、汚染土を現場で処理する方法であるが、井戸を掘削するスペースを必要とすると共に、井戸の掘削工事の費用が嵩む。
また後者は、廃棄物処分場や除染作業現場に埋立処理する方法であるが、東日本大震災での原子力発電所の事故に伴う放射性物質の飛散により膨大な汚染土が仮置場に長期間保管されている状況においては、これらの未処理の汚染土を中間貯蔵施設に移送し保管する必要があり、安全に埋立処分する前の安全な移送等を行う手段を確立する必要がある。また、膨大な未処理の汚染土を保管場所から最終処分場に運搬するとなると、相当量の大型運搬車の往来による大気汚染、二酸化炭素の放出、放射性物質の二次拡散が懸念される。
さらに、脱水処理に関する電気浸透を利用した上記回転加圧脱水機は、処理能力に応じた装置の大型化及び費用の増大をもたらすし、処理量に限界があり、上記のような膨大な量の汚染土への適用は現実的でない。
そこで、本発明は、汚染土の移動を伴わない収集現場、仮置き場又は中間貯蔵施設での簡易な設備により設置スペースや設置コストを抑えつつ、迅速に汚染土を浄化、脱水、減容化して、汚染土の運搬に伴う大気汚染、二酸化炭素の放出、二次汚染を防ぐ汚染土の除染方法を提供する。

本発明においては、汚染土Ｄから有害な汚染物質を分離しあるいは塩分を除去する汚染土の除染方法を採用する。水分を含む汚染土Ｄを収容したフレコンバッグ２のような透水性容器を宙づりにし、汚染土Ｄに相互に間隔を置いて差し込んだ正負両極の電極棒４，５に電圧を印加する。電極棒４，５間の電界による電気分解により汚染物質をイオン化して汚染土Ｄの粒子表面に溶出させ、汚染土Ｄ中の汚染物を含む土中水分Ｄ１を電気泳動及び電気浸透により電極棒５（４）の周辺に集中させて、汚染物質を除去すると共に、透水性容器の下方に土中水分を染み出させ脱水する。

本発明においては、汚染土を収集し又は保管した現場において簡易設備により設置スペースや設置コストを抑えつつ、汚染土を浄化、脱水、減容化することができるので、汚染土の運搬に伴う運搬等の労力を省き、運搬車の往来による大気汚染、二酸化炭素の放出、二次汚染の拡大を防ぐことができるという効果を有する。

本発明の第１実施例に係る除染方法に用いる除染設備の概略図である。 本発明の第２実施例に係る除染方法に用いる除染設備の概略図である。 図２の除染設備の電極棒の断面図である。 図２の除染設備の電極棒の一部を切り欠いた正面図である。 本発明の第３実施例に係る除染方法に用いる除染設備の概略図である。 図５の除染設備の網状電極の展開図である。 図５の除染設備の変形例の概略図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、本発明の第１実施例に係る汚染土の除染方法に使用する除染設備は、架台１に吊り下げられた汚染土を収容するフレコンバッグ２と、直流式の電源３と、この電源３に接続される正負の電極棒４，５と、濾液受け槽６とを備えている。
フレコンバッグ２は、容易に破損しない程度の強度と柔軟性を有する透水性素材の容器であれば、他の周知のものを適用してよい。
電源３は、電極棒４，５に直流電圧を印加するためのもので、印加電圧を数V～100V程度とする。電源３は、シリーズレギュレータ等の一次側を交流電源としてＡＣ－ＤＣ変換するものの他、自動車バッテリー等の蓄電池を単独で又は複数を直列多段接続して昇圧するものでも良い。電圧の印加方向は、施工の開始から終了まで同一としても良いし、後述する極性によるイオンの移動域の拡散度合いの相違を考慮して、間歇的に切り替えるものとしてもよい。
電極棒４，５は、フレコン２内の汚染土に間隔を置いてほぼ平行に複数対並べて縦方向に差し込まれるものである。電極棒４，５は中空又は中実で長尺の棒状をなし、SUS、チタン、鉄等金属、カーボンなど各種の電極材を用いることができる。また、電極棒４，５は、側面部に汚染物質を固定するための活性炭、ゼオライト、層状粘土鉱物、くん炭、金属粉などの汚染物質を吸着する吸着材を貼着又は含滲させ、又はこれらと導電材とを混合して形成したものでもよい。電極棒４，５の先端部には、挿入時にバッグの突き抜けを防止するためのゴム等の柔軟素材からなる保護カバー７を被覆する。
濾液受け槽６は、フレコンバッグ２から滲み出した濾液を貯留回収するためのベッセル等の薄型の水槽である。濾液受け槽６内には、有害物質を吸着するために、ゼオライト、層状粘土鉱物、イオン交換樹脂、キレート樹脂、貝殻粉等の吸着剤８が投入してもよいし、他の凝集沈殿法などを用いる濁水処理装置を使用して浄化することとしてもよい。

この実施例の除染装置を用いた除染方法を以下に説明する。
汚染土壌から掘削し、あるいは一時保管施設又は中間保管施設において保管してある汚染土Ｄを濾過用フレコンバッグ２に詰め込み、このフレコンバッグ２を架台１に吊り下げ、先端に保護カバー７を取り付けた電極棒４，５をフレコンバッグ２内の汚染土Ｄにフレコンバッグ２の底部近傍まで差し込み、電源３で電極棒４，５に電圧を印加する。正負の電極棒４，５間において電気分解、電気泳動、電気浸透の動電現象が生じる。このとき、電極棒４，５間の電界により汚染土Ｄの土中水分Ｄ１が電気分解されて生じる水素イオンが、汚染土Ｄ中を正極の電極棒４から負極の電極棒５へ移動することにより、水素よりイオン化傾向の大きな重金属等の汚染物質がイオン化して汚染土Ｄの粒子の表面に溶出する。この汚染物質が電極棒４，５間の電界により負極の電極棒５に引き付けられ移動する電気泳動が生じ電極棒５の周辺に集中する。一方、汚染土Ｄの土中水分Ｄ１の電気分解で生じた水酸化物イオンは、汚染土Ｄ中を負極の電極棒５から正極の電極棒４へ移動して、重金属等の汚染物質を不溶化し沈殿させる。水酸化物イオンは水素イオンよりはるかに重く、電気泳動等の動電現象に伴う水素イオンの移動速度がはるかに大きい。従って、水素イオンの移動域が拡散しやすく、負極の電極棒５の周辺はアルカリイオン化し易く、重金属等の汚染物質は不溶化しやすくなるため、収集しにくくなる。これを避けるために電極棒４，５の極性を定期的に変更することが効果的である。また、汚染土Ｄの粒子間の微細空間は通水間隙を形成し、この通水間隙の周囲の汚染土Ｄの粒子表面は負極性に帯電する。これにより、通水間隙の表面（間隙と汚染土Ｄの接触面）も負極性に帯電する。この通水間隙を移動する土中水分Ｄ１に含まれる陽イオンなどの正電荷粒子が通水間隙の表面に付着し、電極間に生じる電界により、これらが正極から負極へと移動する。陽イオンの移動に伴い通水間隙内の土中水分Ｄ１も流れることにより、電気浸透流が生じる。このようにして、電極棒４，５間の電界による電気分解の影響で汚染物質がイオン化して汚染土Ｄの粒子表面に溶出し、電気泳動と電気浸透により負極の電極棒５の周辺に集中すると共に、電気浸透流による水の流れが生じることにより水抜けが促進され、脱水効率が向上する。
なお、保護カバー７には、電極棒５に集中する水分の保護カバー７での貯留を防ぐため、水抜き穴を設けてもよい。

本発明に係る第２実施形態について図２を参照して説明する。なお以下において先の実施形態と同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
フレコンバッグ２に詰め込んだ汚染土Ｄには、ストレーナ電極１４，１５が差し込まれる。ストレーナ電極１４，１５の上端部には、図３に示すように、ホース１０が接続され分岐用のマニホールド１１を介してサクションポンプ９が接続され、サクションポンプ９の排出管が濾液受け槽６に臨む。図４に示すように、ストレーナ電極１４，１５は、土中水分Ｄ１を回収しやすくするために、側面にスリット１４ａ（１５ａ）や小孔を多数設けた管材でそれぞれ構成する。ストレーナ電極１４，１５の上端部には、サクション時の汚染水の有害物質を集積し減容化する吸着フィルター１４ｂ（１５ｂ）を挿入する。吸着フィルター１４ｂ（１５ｂ）は、ゼオライト、粘土鉱物等の吸着剤を混入した透水性の不織布等の繊維集合体で構成する。保護カバー７には、小孔７ａを備える。
ストレーナ電極１４，１５間に電圧を印加すると、先と同様にして電気泳動及び電気浸透によりストレーナ電極１５の周辺に汚染土Ｄの土中水分Ｄ１をスリット１５ａを通じて取り込み、サクションポンプ９により吸い取って、濾液受け槽６に排出する。土中水分Ｄ１は、吸着フィルター１４ｂ（１５ｂ）を通して汚染物質を吸着し、浄化と共に脱水を行うことにより減容化される。
なお、本実施形態においては、サクションポンプ９による吸引処理を行うためストレーナ電極１４、１５の極性の定期的な変更は行わない。

本発明に係る第３実施形態について図５を参照して説明する。
フレコンバッグ２には、外摺面を取り囲むように柔軟な網状電極１２が固定される。網状電極１２は、図６に示すように、SUS、チタン等の導電性金属板１２ａからなり、フレコンバッグ２から滲出する土中水分Ｄ１を通り抜け可能なメッシュ状又は多孔状に形成され、その周縁部がプラスチック、ゴム等による保護材１２ｂで被覆され、長手方向両端部に互いに結合可能な連結部材１２ｃ，１２ｄを備え、電源３の負極側及びアース線１２ｅに接続される。
網状電極１２は、電極棒４に対する電極棒５と同様に、電極棒４との間に電界を形成して、電気泳動と電気浸透により土中水分Ｄ１をフレコンバッグ２の側部にも集中させ、汚染物質の吸着、水抜きによる浄化を促進する。
また、網状電極１２は、図７に示すように、狭小幅の網状電極１２をフレコンバッグ２の外周に上下に複数並べて配置してもよい。

この実施形態において、網状電極１２とフレコンバッグ２との間の電気的な接触抵抗が大きく、ここでの電圧降下が大きくなり、浄化対象の汚染土に十分な印加電圧を付与できない場合、網状電極１２に対面するフレコンバッグ２を部分的に不織布などにカーボン粒子、金属粒子などを含ませる加工を施して、導電率を向上させてもよい。
網状電極１２は市販のメッシュパレットを用いてもよい。
濾液受け槽６は、汚染土の汚染物質に応じて拡散を防止するためにベッセル等で覆う構成にしてもよい。この場合、メッシュパレットとベッセル等との接触を電気的に絶縁する。
濾過液に汚濁成分が多い場合は、凝集剤を投入して、簡易の凝集沈殿処理を行ってもよい。
なお、本実施形態における網状電極１２は、前述のストレーナ電極１４，１５を設けた第２実施形態においても適用できることはいうまでもない。

汚染土Ｄの動電現象を促進させるために、前処理として汚染土Ｄに導電助剤を添加してもよい。導電助剤は、電極との接触抵抗及び汚染土Ｄ中の電気抵抗を下げる食塩やカリウム塩からなる導電補助剤を添加してもよい。特に、汚染物質が放射性セシウムの場合、カリウムとセシウムとの置換作用によって、汚染土Ｄの粒子表面からのセシウムの溶出を促進する。汚染物質が重金属の場合、導電補助剤に酢酸、シュウ酸等の酸を用いると、重金属の汚染物質の溶出を促進する。汚染物質が鉛などの酸ともアルカリとも反応する両性元素や両性酸化物の場合、導電補助剤をアルカリ性薬剤の添加が効果的である。

１ 架台
２ フレコンバッグ
３ 電源
４ 電極棒
５ 電極棒
６ 濾液受け槽
７ 保護カバー
８ 吸着剤
９ サクションポンプ
１０ ホース
１１ マニホールド
１２ 網状電極
１２ａ 導電性金属板
１２ｂ 保護材
１２ｃ 連結部材
１２ｄ 連結部材
１２ｅ アース線
１４ ストレーナ電極
１４ａ スリット
１４ｂ 吸着フィルター
１５ ストレーナ電極
１５ａ スリット
１５ｂ 吸着フィルター
１７ 保護カバー
１７ａ 小孔
Ｄ 汚染土
Ｄ１ 土中水分
Ｌ 濾液

Claims (5)

1. 放射性物質や重金属などの汚染土並びに津波等による塩害を受けた土壌から有害な汚染物質や塩分を分離回収する汚染土の除染方法であって、
   水分を含む汚染土を収容した透水性容器を宙づりにした状態で、この汚染土に相互に間隔を置いて差し込んだ正負両極の電極棒に電圧を印加し、電気分解により汚染物質をイオン化して汚染土粒子の表面に溶出させ、土壌中の汚染物を含有する土中水分を電気泳動及び電気浸透により電極棒周辺に集中させて汚染物質を除去すると共に、前記透水性容器の下方に土中水分を染み出させ脱水することを特徴とする汚染土の除染方法。
2. 前記透水性容器はフレコンバッグであることを特徴とする請求項１に記載の汚染土の除染方法。
3. 前記電極棒は、側面に通水孔を備えたパイプ状のストレーナ電極であり、
   前記ストレーナ電極に接続したホースを通じてストレーナ電極周辺に集中した土中水分をポンプにより吸い取って排出することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚染土の除染方法。
4. 前記ストレーナ電極に挿入されたフィルターにより土中水分から汚染物質を吸着することを特徴とする請求項３に記載の汚染土の除染方法。
5. 前記透水性容器の側面に固定した網状電極と前記電極棒との間に電圧を印加して、透水性容器の側面周辺に土壌中の汚染物を含有する土中水分を集中させて、前記透水性容器の下方に染み出させ排出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の汚染土の除染方法。

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