JP7208869B2 - 土壌の分離方法、土壌分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、土壌の分離方法、及び、土壌分離装置に関する。

従来、放射性セシウムを含有する土壌から放射性セシウムを分離処理する技術が開発されている（例えば特許文献１及び２）。これらの方法によれば、従前の処理方法と比べて余分な廃棄物を発生させることなく効率的に減容化することができるとされている。

特許第５６８３６３３号公報 特開２０１７－３９１２３号公報

しかしながら、これらの処理方法では処理対象土に吸着剤、固化剤、又は強磁性粉末を添加混合する工程を含んでいるため、最終処分する対象となる土壌の減容化については、なお改善の余地がある。本発明は、放射性セシウムに関して最終処分する対象となる土壌の一層の減容化に資する土壌の分離方法、及び、土壌分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、セシウムを含有し、含水率が５０％以下又は含水比が１００％以下である土壌を衝突により破砕する破砕工程と、破砕した土壌に対して離間して配置された磁石を用いて破砕した土壌を磁気分離する磁気分離工程と、を有し、破砕工程前の土壌は、粒径が２ｍｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めているものである、土壌の分離方法を提供する。

また、本発明は、セシウムを含有し、粒径が２ｍｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めているものであり、且つ、含水率が５０％以下又は含水比が１００％以下である土壌を衝突により破砕する破砕部と、破砕した土壌に対して離間して配置された磁石を有する磁気分離部と、を備える土壌分離装置を提供する。

本発明の土壌の分離方法及び土壌分離装置によれば、対象土壌を十分に小さな大きさ（例えば数μｍ）に破砕し、そのうちセシウムの含有割合が高い部分を磁気分離によって分離することができる。これは、粘土粒子のうち磁性のある２：１粘土にセシウムが多く吸着しているという知見に基づく分離である。そして、本発明では当該分離にあたって吸着剤、固化剤、強磁性粉末等の薬剤を添加する必要がないので、最終処分する対象となる土壌の容積を増やすことがない。従って、本発明によれば、最終処分する対象となる土壌の一層の減容化に資することになる。

本発明において、破砕前の土壌は、粒径が７５μｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めているものであってもよい。この場合、破砕及び磁気分離をより十分に行うことができる。

本発明において、磁気分離では、破砕した土壌に対して送風して土壌を舞い上がらせることが好ましい。破砕した土壌は粒径が数μｍ～数十μｍにまで小さくなっているので、これを送風によって舞い上がらせて、舞い上がった粒子を磁石に捕捉させることが好ましい。

本発明において、土壌を破砕する前に、上記の含水率又は含水比を達成するために土壌を乾燥させることが好ましい。これにより、土壌を破砕に適した状態とすることができる。

本発明において、磁気分離の後に、磁石に引き寄せられた土壌を回収することが好ましい。これにより、セシウムを多く含む土壌をまとめることができ、最終処分へ供しやすくなる

本発明の土壌分離装置では、破砕を行う破砕部、及び磁気分離を行う磁気分離部は、互いに連続した空間に配置されていることが好ましい。これによれば、破砕を行った後に、他の容器に土壌を移し替えることなく磁気分離を行うことができる。

本発明によれば、放射性セシウムに関して最終処分する対象となる土壌の一層の減容化に資する土壌の分離方法、及び、土壌分離装置を提供することができる。

本発明の一実施形態の土壌分離装置を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態の土壌分離装置及び土壌の分離方法は、セシウムを含有する土壌を対象として、セシウムが多く付着している細粒分を、その他の部分から分離することを目的とするものである。

＜土壌分離装置＞
図１に示されているとおり、本実施形態の土壌分離装置１００は、対象土壌Ｓ２を集積させる集積部１と、集積部１から連接された通路として構成され対象土壌Ｓ２を乾燥させる乾燥部２と、乾燥部２の出口の下方に設けられ、乾燥した対象土壌Ｓ３を破砕する破砕部３と、破砕部３で破砕された対象土壌Ｓ３から放射性セシウムを多く含有する粒子を磁気分離する磁気分離部４と、磁気分離された当該粒子を回収する回収部５とを備えている。また、乾燥部２で導入する熱風を排気するための排気部６も備えている。これら各部の通路や周壁は互いに一体化されて構成されており、材質は鉄、ステンレス等の金属である。

集積部１は、分離処理する対象土壌Ｓ２を集積させる場所であり、箱状に構成され、対象土壌Ｓ２の搬入のために上部が開放されている。集積部１の下方には、対象土壌Ｓ２の含水率を測定するための第１の含水率測定器１１ａが、集積部１を構成する周壁越しに取付けられている。なお、集積部１に集積させる対象土壌Ｓ２は、膠着した塊状となっている場合には事前にほぐすことが好ましく、これを達成するために撹拌装置７を利用してもよい。原土Ｓ１は、それまでの保管状況によっては所定の形状に固まっている場合があるので、原土Ｓ１を撹拌装置７にてほぐすと、それ以降の処理を行いやすくなる。

集積部１の底部には、乾燥部２の出口まで続くコンベヤ２１が敷設されており、対象土壌Ｓ２を乾燥部２の内部へと導くことができる。集積部１の出口には、出口の高さを制限するための定量フィーダ１２が設けられており、これによりコンベヤ２１で乾燥部２の入口へ案内される対象土壌Ｓ２の層厚を一定にすることができる。

乾燥部２は、集積部１から引き続くコンベヤ２１を覆うようにその通路全体が筒状をなす乾燥炉として構成されている。乾燥部２の通路は、５～１０ｍ程度であり、コンベヤ２１による搬送方向が斜め上方となるように傾斜している。乾燥部２の通路の途中の内壁には複数の熱風孔２２が開けられており、ここから熱風が供給される。熱風孔２２と乾燥部２の入口との間には、乾燥部２内の熱風や粉塵が集積部１へ漏れないよう遮蔽するための遮蔽幕２３が設けられている。

乾燥部２の出口付近でコンベヤ２１は折り返して回送している。そして、傾斜した通路の末端の下方には、乾燥を終えて乾燥部２から排出されようとしている対象土壌Ｓ３の含水率を測定するための第２の含水率測定器１１ｂが、当該通路を構成する周壁越しに取付けられている。乾燥部２の出口において、通路は上方へ向かう通路と下方へ向かう通路との二手に分かれている。

乾燥部２の出口から上方へは、排気部６が連なっている。排気部６は、熱風孔２２から供給された熱風を排気するためのものであり、鉛直上方へ通路が延び、その端部には二枚のバグフィルタ６１，６１が設けられ外部へ通じている。バグフィルタ６１，６１は、熱風によって舞い上がった細粒分が外部へ漏出しないように細粒分を捕捉する。

乾燥部２の出口から下方へは、破砕部３が連なっている。破砕部３は、乾燥した対象土壌Ｓ３を衝突により破砕するためのものである。破砕部３の下部には振動機構としてのダンパを備える振動コンベヤ３１が敷設されており、対象土壌Ｓ３を水平方向に搬送するとともに上下方向に振動させる。破砕部３の通路長及び振動コンベヤ３１の搬送距離は３～５ｍ程度であり、その搬送先の端部では対象土壌Ｓ３が落下して回収されるように構成されている。

振動コンベヤ３１の表面は、周期的な凹凸を有していてもよい。対象土壌Ｓ３の粒子の表面を削る観点から、当該凹凸の凸部の高さ（凹部の底から凸部の頂点までの距離）は、破砕部３に導入される対象土壌Ｓ３の粒度の１０～３００倍であることが好ましく、３０～１００倍であることがより好ましい。凹凸の周期は、凸部の高さの２～１０倍であることが好ましく、４～８倍であることが好ましい。

破砕部３の通路において、振動コンベヤ３１の下方には、振動コンベヤ３１の搬送方向に延びるように送風管（送風手段）４１が配置されている。送風管４１に設けられている送風孔は、振動コンベヤ３１の搬送方向且つ斜め上方に送風できるように構成されている（図１中の矢印参照）。送風管４１による送風によって、振動コンベヤ３１上の対象土壌Ｓ３のうち、所定の粒径以下、又は、所定の重量以下の粒子を舞い上がらせることができる。送風管４１は、振動コンベヤ３１の搬送距離のうち、後半部に設けられていることが好ましい。

振動コンベヤ３１の搬送先の端部の上方の天井付近には、振動コンベヤ３１の端部から更にその搬送方向へ延びる方向へ向けてチェーンベルト４２が取り付けられている。チェーンベルト４２は常磁性体からなり、コンベヤのように無終端状で回送可能に構成されている。チェーンベルト４２は、進行方向が水平方向となるように取付けられており、下方から仰ぎ見たときの面が振動コンベヤ３１から遠ざかる方向へ進行する。チェーンベルト４２のうち、振動コンベヤ３１側の位置において、通路の天井を構成する周壁の裏側に磁気発生装置４３が配置されている。磁気発生装置４３は磁気を発生し、チェーンベルト４２を磁化する。こうしてチェーンベルト４２は磁石となり、送風によって舞い上がった粒子のうち、磁力に引き寄せられる粒子を捕捉し、搬送する。このように、送風管４１、チェーンベルト４２の一部、及び、磁気発生装置４３によって磁気分離部４が構成されている。ここで「磁石」とは、他の物質を磁気によって引き寄せる性質を有するもの、又は、当該性質を有するように誘導されたものをいう。

チェーンベルト４２の搬送方向における距離の後半部分において、土壌分離装置１００の周壁の天井に送風装置５１が配置されている。送風装置５１は、チェーンベルト４２に対して下方へ向けて風を吹き付けて、チェーンベルト４２に捕捉された粒子を吹き飛ばす（図１中の矢印参照）。吹き飛ばされた粒子は落下して回収される。この吹き飛ばされた粒子と、送風管４１によって舞い上がった粒子とが混合しないように、両者が存在する空間を仕切るように仕切り板５２が設けられている。この仕切り板５２は、磁気発生装置４３と送風装置５１との間に相当する位置であってチェーンベルト４２の下方に設けられている。このように、チェーンベルト４２の一部、及び、送風装置５１によって回収部５が構成されている。

＜土壌の分離方法＞
土壌分離装置１００を用いた土壌の分離方法について説明する。原土Ｓ１は、あらかじめ２ｍｍ篩を用いて粒径が２ｍｍを超えるものを取り除いておくことが好ましい。ここでの分級は、７５μｍ篩を用いて粒径が７５μｍを超えるものを取り除いておいてもよい。また、ここでの分級は乾式分級によるものであるほか、湿式分級によるものであってもよい。そして、原土Ｓ１はそれまでの保管状況によっては所定の形状に固まっている場合があるので、原土Ｓ１を直接乾燥部２に導入するのではなく、事前に撹拌装置７を用いてほぐすことが好ましい。このような分級やほぐしを予備的に行うことにより、それ以降の処理を行いやすくなる。

乾燥部２に導入するのに適した性状とされた対象土壌Ｓ２を集積部１に集積し、第１の含水率測定器１１ａにより対象土壌Ｓ２の乾燥前の含水率を測定する。そして、コンベヤ２１を稼働して対象土壌Ｓ２を乾燥部２に導入する。このとき、定量フィーダ１２によってコンベヤ２１上の対象土壌Ｓ２の層厚が一定の厚さとされる。当該層厚は、１０～８０ｍｍとすることが好ましく、２０～７０ｍｍとすることがより好ましく、３０～６０ｍｍとすることが更に好ましい。層厚がこの範囲内であると、乾燥部２における乾燥が十分なものとなりやすい。

乾燥部２では、熱風孔２２から熱風を供給する。熱風は、別途ボイラ等により発生させたものを用い、熱風の温度は１００℃以上であることが好ましい。対象土壌Ｓ２は熱風に晒されて乾燥されるとともに、コンベヤ２１により斜め上方へと搬送される（乾燥工程）。熱風による乾燥中、対象土壌Ｓ２を構成する粒子の内部から水蒸気が離脱することに伴って、当該粒子が破壊することもある。

乾燥部２の出口付近において、第２の含水率測定器１１ｂによって乾燥後の対象土壌Ｓ３の含水率を測定する。ここで測定される含水率が５０％以下又は含水比が１００％以下となるように、コンベヤ２１の搬送速度や熱風の供給具合を調整する。ここで、含水率とは土壌全体の質量に対する水の質量の比率をいい、含水比とは、土壌の乾燥重量に対する水の質量をいう。ここで、乾燥後の対象土壌Ｓ３の含水率は４０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。乾燥後の対象土壌Ｓ３の含水比は６６％以下であることが好ましく、４３％以下であることがより好ましい。

熱風は乾燥部２の出口から上方へ移動して（図１の白抜き矢印参照。）バグフィルタ６１，６１を通過し、外部へ排気される。乾燥した対象土壌Ｓ３は乾燥部２の出口から下方へ落下して振動コンベヤ３１の上へ着地する。振動コンベヤ３１の上へ着地した対象土壌Ｓ３は、粒径が２ｍｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めている。好ましくは、粒径が７５μｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めている。或いは、振動コンベヤ３１の上へ着地した対象土壌Ｓ３は、粒度が２ｍｍ以下であり、好ましくは、粒度が７５μｍ以下である。ここで粒径又は粒度の測定は、破砕部３の通路に設けた小窓（図示していない。）から適量を取り出してふるい分け試験により測定することができる。

振動コンベヤ３１は、対象土壌Ｓ３の破砕と搬送を同時に行う。振動コンベヤ３１で搬送される対象土壌Ｓ３は、ダンパによる上下方向の振動を受け、振動コンベヤ３１の表面との衝突や粒子同士の衝突によって粒子表面が剥がれるように削れてゆく（破砕工程）。振動コンベヤ３１の表面に凹凸が形成されている場合は、当該凹凸の作用によっても粒子表面が削れてゆく。また、送風管４１からの送風も、これらの衝突を発生させる要因となる。対象土壌Ｓ３はこれらの要因による衝突によって破砕され、数μｍ～数十μｍ程度の大きさの粒子が生じる。この破砕によって生じた粒子の粒径は、例えば０．５～３０μｍ、１～２０μｍ、２～１０μｍ、３～８μｍである。

送風管４１からの送風により、小さな粒子が舞い上がる。送風の強度を調節することにより、粒径が数μｍ～数十μｍの粒子を舞い上がらせることができる。放射性セシウムは粒径が小さい粘土粒子のうち、磁性のない１：１粘土粒子にはほとんど吸着しておらず、磁性のある２：１粘土粒子に多く吸着している。従って、舞い上がった粒子のうち、放射性セシウムが多く吸着している２：１粘土の粒子が、磁化されたチェーンベルト４２に捕捉される（磁気分離工程）。その後、捕捉された粒子が送風装置５１からの送風によって吹き飛ばされて落下し、回収されることになる（回収工程）。これ以外の粒子はチェーンベルト４２に捕捉されず、又は、送風管４１からの送風で舞い上がらず、振動コンベヤ３１の端部から落下して回収される。このようにして、放射性セシウムをあまり含まない土壌Ｓ４と、放射性セシウムを多く含む土壌Ｓ５とを互いに分離して回収することができる。

以上に説明した本実施形態の土壌分離装置１００及び土壌の分離方法によれば、土壌を十分な粒径にまで破砕することができ、破砕して生じた粒径が小さい粒子のうち放射性セシウムの含有割合が高い部分を磁気分離によって分離することができる。そして、本実施形態では当該分離にあたって吸着剤、固化剤、強磁性粉末等の薬剤を添加する必要がないので、最終処分する対象となる放射性セシウムを多く含む土壌Ｓ５の容積を増やすことがない。従って、本実施形態の土壌分離装置１００及び土壌の分離方法によれば、最終処分する対象となる土壌の減容化に資することになる。他方、放射性セシウムをあまり含まない土壌Ｓ４のほうは、再生資材として利用することができる。土壌Ｓ４は、粒径が数μｍ以上又は数十μｍ以上であり、且つ、２ｍｍ以下のものである。本実施形態の土壌分離装置１００及び土壌の分離方法は、放射性セシウムを含有する土壌から、この粒径を有する土壌を再生資材化することができる意義も有する。

また、本実施形態の土壌分離装置１００及び土壌の分離方法では、熱風を排気する排気部６と磁気分離部４とが互いに十分に離れた位置にあるので、熱風の熱でチェーンベルト４２が消磁することが防止される。

また、本実施形態の土壌分離装置１００及び土壌の分離方法では、破砕を行う破砕部３、及び磁気分離を行う磁気分離部４は、互いに隣り合って連続した空間に配置されていることから、破砕を行った後に他の装置に対象土壌Ｓ３を移し替えることなく磁気分離を行うことができるので好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では対象土壌Ｓ３を破砕する破砕部として振動コンベヤ３１を用いたが、土粒子を衝突させて破砕できるものであれば他の構成であってもよく、破砕と搬送の役割を別々の構成に担わせてもよい。

また、上記実施形態では乾燥部２内の対象土壌Ｓ２の搬送のためにコンベヤ２１を用いたが、コンベヤ２１に代えて、乾燥部２を構成する乾燥炉を土壌Ｓ２の搬送方向を軸線方向として回転可能とし、内部に螺旋状の羽根を突出させて設けることによって対象土壌Ｓ２を斜め上方へ搬送する構成としてもよい。このとき、熱風を供給する機構としては、回転による影響を避けるため熱風を供給する管を乾燥部２の下端から挿入する態様としてもよい。

また、上記実施形態では破砕した粒子を舞い上がらせるために送風手段（送風管４１）を使用したが、振動コンベヤ３１の振動のみで粒子が十分に舞い上がる場合は、送風手段を使用しなくてもよい。いずれの場合にしても、振動コンベヤ３１とチェーンベルト４２との離間距離は、２：１粘土粒子の捕捉量が最適となるように適宜設定することができる。

また、上記実施形態においてチェーンベルト４２とされている部分は、磁化可能なワイヤをメッシュ（網目）状に編んで形成したベルトやデミスターのような積層メッシュを利用したベルトであってもよい。

また、上記実施形態では対象土壌を連続的に処理するフロー式の処理を説明したが、これに代えてバッチ式の処理としてもよい。例えば、回転するドラム内に対象土壌Ｓ２を投入し、ドラム内を加熱乾燥又は真空乾燥しながら回転又は回動させる。対象土壌Ｓ２はドラムの内壁と衝突することで破砕される。回転軸を磁化することで、破砕して生じた小さな粒子が舞い上がったときに放射性セシウムを多く含有する粒子が回転軸に捕捉される。

本発明は、土壌から放射性セシウムを多く含有する粒子を分離することに利用することができる。

１…集積部、２…乾燥部、３…破砕部、４…磁気分離部、５…回収部、６…排気部、７…撹拌装置、１１ａ…第１の含水率測定器、１１ｂ…第２の含水率測定器、１２…定量フィーダ、２１…コンベヤ、２２…熱風孔、２３…遮蔽幕、３１…振動コンベヤ、４１…送風管（送風手段）、４２…チェーンベルト、４３…磁気発生装置、５１…送風装置、５２…仕切り板、６１，６１…バグフィルタ、１００…土壌分離装置、Ｓ１…原土、Ｓ２…乾燥前の対象土壌、Ｓ３…乾燥後の対象土壌、Ｓ４…放射性セシウムをあまり含まない土壌、Ｓ５…放射性セシウムを多く含む土壌。

Claims (9)

1. セシウムを含有し、含水率が５０％以下又は含水比が１００％以下である土壌を、衝突により破砕する破砕工程と、
   前記破砕した土壌に対して離間して配置された磁石を用いて前記破砕した土壌を磁気分離する磁気分離工程と、を有し、
   前記破砕工程前の土壌は、粒径が２ｍｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めているものであり、
   前記磁気分離工程では、前記破砕した土壌に対して送風して前記土壌を舞い上がらせる、土壌の分離方法。
2. 前記破砕工程前の土壌は、粒径が７５μｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めているものである、請求項１記載の土壌の分離方法。
3. 前記破砕工程の前に、前記含水率又は前記含水比を達成するために前記土壌を乾燥させる乾燥工程を有する、請求項１又は２記載の土壌の分離方法。
4. 前記磁気分離工程の後に、前記磁石に引き寄せられた土壌を回収する回収工程を有する、請求項１～３のいずれか一項記載の土壌の分離方法。
5. セシウムを含有し、粒径が２ｍｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めているものであり、且つ、含水率が５０％以下又は含水比が１００％以下である土壌を衝突により破砕する破砕部と、
   前記破砕した土壌に対して離間して配置された磁石を有する磁気分離部と、を備え、
   前記磁気分離部は、前記破砕した土壌に対して送風する送風手段を有する土壌分離装置。
6. 前記破砕前の土壌は、粒径が７５μｍ以下のものが全体の９０質量％以上を占めているものである、請求項５記載の土壌分離装置。
7. 前記含水率又は前記含水比を達成するために前記破砕前の土壌を乾燥させる乾燥部を備える、請求項５又は６記載の土壌分離装置。
8. 前記磁石に引き寄せられた土壌を回収する回収部を備える、請求項５～７のいずれか一項記載の土壌分離装置。
9. 前記破砕部及び前記磁気分離部は、互いに連続した空間に配置されている、請求項５～８のいずれか一項記載の土壌分離装置。

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