JP2014102122A - 土壌の除染用分級装置及び土壌の除染システム - Google Patents

Abstract

【課題】 スクリーンへの目詰まりが生じないようにして、放射性物質が吸着した細粒の土壌粒子を確実に取り出すことができるようにし、処理機能の向上を図る。
【解決手段】 放射性物質に汚染された土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合してなる泥水状の処理物Ｗを、所定の目開Ａのスクリーン１２を通過した通過処理物Ｑと非通過処理物Ｒとに分級するもので、スクリーン１２が外周に付設され略水平方向に延びる中心軸を中心に回転可能な筒状の回転体１５と、回転体１５を回転させる回転機構２０と、回転体１５内に外部から挿通されスクリーン１２に向けて水を噴射する水噴射機構３０とを備えて構成し、回転体１５の排出口１４から排出される非通過処理物Ｒと、回転体１５のスクリーン１２を通過した通過処理物Ｑとを分離するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、放射性セシウムなどの放射性物質に汚染された土壌の除染を行うための土壌の除染用分級装置及び土壌の除染システムに関する。

平成２３年（２０１１年）の「東日本大震災」では福島第１原発の事故で放射性物質が飛散したことから、地面が放射性物質に汚染された地域では、この地面の表面を掻取、これを汚染土壌として集積して保管している。その集積量は膨大であることから、この集積した汚染土壌を除染しその減容化が検討されている。
その対策として、例えば、特開２００８−１６１７６６号公報（特許文献１）記載の汚染土壌の処理装置を用いて、放射性物質を取り出すことが検討される。これは、汚染された土壌をドラム型洗浄機に収容し、汚染土壌と洗浄水とを混合して撹拌し、これにより、放射性物質を洗浄し、その後、湿式振動篩を用いた分級装置において、この洗浄水に混合した土壌を篩分けし、細粒の土壌粒子が洗浄水に混合した混合物を網目を通過させて取り出し、脱水するなどして汚染土壌として処理する。一方、網目上の粗粒の土壌は、別途取り出して、再利用する。

特開２００８−１６１７６６号公報

ところで、上記従来の装置においては、土壌の水洗と撹拌を行って放射性物質の洗浄水への溶出や細粒の土壌粒子への付着を期待して減容化を図るものであるが、湿式振動篩によって、洗浄水に混合した土壌を篩分けしているので、振動を付与するとはいっても、篩が目詰まりし易く、処理能力に劣るという問題があった。特に、土壌の粒子が細かくなって、篩（スクリーン）の目開きが例えば４００μｍ以下になると、目詰まりが生じやすくなって対応できなくなる。

本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、スクリーンへの目詰まりが生じないようにして、放射性物質が吸着した細粒の土壌粒子を確実に取り出すことができるようにし、処理機能の向上を図った土壌の除染用分級装置及び土壌の除染システムを提供することを目的とする。

本願発明者は、放射性物質に汚染された土壌に水を加えて撹拌混合し、あるいは、アルカリ剤及び水を加えて撹拌混合すると、主に粗粒の土壌粒子においてはその表面に放射性物質が吸着しているが、この土壌の表面が放射性物質を吸着したまま細かく剥離して細粒化していくことを突き止め、特に、アルカリ剤の存在により、その効果が高いことに着目し、先に、これを用いた除染方法について特許出願を行った（特願２０１２−４００４０号参照）。これによると、処理物中の処理土壌を所定の粒径Ｄａを基準にして分離し、即ち、粗粒の土壌と細粒の土壌とに分離し、粗粒の土壌から剥離して細粒化された細粒の土壌を、もともとある細粒の土壌とともに、放射性物質を吸着させたまま取り出し、除染効率を向上させることができる。このため、抽出される粒径Ｄａ以下の汚染土壌の量は、元の土壌の量に比較して極めて少ないので、汚染土壌を大幅に減容化することができる。また、粒径Ｄａを超える土壌には放射性物質がほとんど残らないことから、除染土壌として再利用することができる。本願発明は、放射性物質に汚染された土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合したものにおいて、粗粒の土壌と細粒の土壌とに分離するための技術である。

そして、上記の目的を達成するための本発明の土壌の除染用分級装置は、放射性物質に汚染された土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合してなる泥水状の処理物を、所定の目開Ａのスクリーンを通過した通過処理物と非通過処理物とに分級する土壌の除染用分級装置であって、
機台と、上記スクリーンが外周に付設され一端に処理物が投入される投入口を有し他端に非通過処理物を排出する排出口を有するとともに略水平方向に延びる中心軸を中心に回転可能に上記機台に支持される筒状の回転体と、該回転体を回転させる回転機構と、上記回転体内に外部から挿通され上記スクリーンに向けて水を噴射する水噴射機構とを備えて構成し、上記回転体の排出口から排出される非通過処理物と、上記回転体のスクリーンを通過した通過処理物とを分離するようにした構成としている。ここで、スクリーンの目開Ａは、分離する土壌の所定の粒径Ｄａに対応させる。

これにより、処理物を分級するときは、予め、放射性物質に汚染された土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合してなる泥水状の処理物を用意する。そして、この処理物を、回転体の投入口から投入する。処理物は、回転する回転体の投入口側から排出口側へ移動していく際、スクリーンに晒されるので、所定の目開Ａのスクリーンを通過した通過処理物と非通過処理物とに分級される。この場合、回転体は回転しているので、処理物は回転体内で撹拌され下側から上側に持ち上げられるようにして撹拌されるのでスクリーンの目を通り易くなり、そのため目詰まりが抑制される。また、水噴射機構からスクリーンに向けて水が噴射されているので、スクリーンの目に詰まろうとする土壌が洗い流され、あるいは、目を押し出されることから、この点でも、目詰まりが防止される。このため、放射性物質が吸着した細粒の土壌粒子を確実に取り出すことができるようになり、処理機能を向上させることができる。

そして、必要に応じ、上記分級装置のスクリーンの目開Ａを、３０μｍ≦Ａ≦２００μｍの範囲内に規定した構成としている。放射性セシウムは３０μｍまでの土壌粒子に多く存在していると考えられ、これに基づいて、分級する土壌の粒径の基準Ｄａを、３０μｍ≦Ｄａ≦２００μｍに設定する。最低でも３０μｍを基準とする。それ以上に設定した場合は、より安全率が高まるが、２００μｍを超えると、減容率に劣る。望ましくは、３０μｍ≦Ｄａ≦１００μｍである。これに基づいて、スクリーンの目開Ａは、分離する土壌の所定の粒径Ｄａに対応させ、３０μｍ≦Ａ≦２００μｍの範囲内に規定し、望ましくは、３０μｍ≦Ａ≦１００μｍの範囲内に規定している。これにより、細粒の土壌を確実に分離でき、減容化を図ることができる。また、スクリーンの目をこのように細かくしても、回転体の回転作用と、水噴射機構からの水噴射により、スクリーンの目詰まりを防止することができる。

また、必要に応じ、上記回転体内に、上記投入口から排出口に向けて処理物を移動させるスクリューを設けた構成としている。スクリューにより処理物が投入口から排出口に向けて移動させられるので、処理物が回転体内で滞留することがなく、分級が円滑に行われる。

この場合、上記スクリューを、上記回転体の内壁に固定される螺旋状のフィンで構成したことが有効である。スクリューを回転体と一体にしたので、別に設ける場合に比較して回転体の容量を大きく確保することができるとともに、構造も簡単にすることができる。

また、必要に応じ、上記機台に設けられ上記回転体の排出口から排出される非通過処理物を受ける第一受部と、該第一受部に設けられ非通過処理物を流出させる第一流出口と、上記機台に設けられ上記回転体のスクリーンを通過した通過処理物を受ける第二受部と、該第二受部で受けた通過処理物を流出させる第二流出口とを備えて構成している。非通過処理物を第一流出口から流出させ、通過処理物を第二流出口から流出させるので、非通過処理物及び通過処理物を集約することができ、次の処理を行い易くすることができる。

更に、必要に応じ、上記回転機構を、上記回転体の一端側及び他端側の外側に設けた一対の外輪と、上記機台に設けられ各外輪を夫々転動可能に支承する複数のローラと、上記回転体を回転させる駆動部とを備えて構成している。回転機構は、回転体を支承して回転させるので、回転体及びこれに投入された処理物を安定して支持することができ、回転を円滑に行わせることができる。

更にまた、必要に応じ、上記水噴射機構を、水供給源に接続され回転体内に挿入されて該回転体の軸心方向に沿って延びる主管と、該主管にその軸方向に沿って等間隔に複数接続され上記回転体の内面に水を噴射するノズルとを備えて構成している。水を満遍なく回転体のスクリーンに噴射することができ、確実に目詰まりが防止される。

この場合、上記水供給源を、水を圧送してノズルから高圧水を噴射させる構成にしたことが有効である。高圧水を噴射させるので、より一層確実に目詰まりが防止される。

また、上記の目的を達成するための本発明の土壌の除染システムは、放射性物質に汚染された土壌の除染を行う土壌の除染システムにおいて、
土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合して泥水状の処理物を得る土壌撹拌装置と、上記処理物を所定の目開Ａのスクリーンを通過した通過処理物と非通過処理物とに分級する分級装置と、上記通過処理物を固液分離して得られた土壌を汚染土壌として抽出する固液分離装置とを備え、
上記分級装置として、上記と同様の分級装置を用いた構成としている。

これにより、放射性物質に汚染された土壌を処理するときは、土壌撹拌装置において、土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合して泥水状の処理物を得る。この場合、処理物を土壌撹拌装置において容易に得ることができる。そして、この処理物を、分級装置に移送し、所定の目開Ａのスクリーンにより、これを通過した通過処理物と非通過処理物とに分級する。この分級装置においては、上記と同様の作用，効果を奏する。そしてまた、分級装置からの通過処理物は、固液分離装置に移送されて固液分離され、得られた土壌を汚染土壌として抽出する。また、分離された液体は、放射性セシウムの場合では、ほとんどは粘土に吸着されているので、セシウムをほとんど含まないので、再利用し、あるいは、廃液にすることができる。一方、分級装置からの非通過処理物は、粗粒の土壌であり、放射性物質がほとんど残らないことから、除染土壌として再利用することができる。このように、本発明の土壌の除染システムでは、汚染土壌を容易に減容化して取り出すことができるとともに、除染土壌も容易に取り出すことができ、処理効率が向上し、大量処理をスピーディに実現できるようになる。

そして、必要に応じ、上記土壌撹拌装置を、土壌が入れられる開口を有した撹拌槽と、該開口を開閉可能にする蓋と、上記撹拌槽の下部に設けられ上記分級装置の回転体の投入口へ処理物を移送させるための放出口と、上記撹拌槽及び／または蓋に設けられ該撹拌槽内の処理物を撹拌する撹拌羽根を有した撹拌機とを備えて構成している。土壌と水、必要に応じアルカリ剤を撹拌槽に入れるだけで、撹拌機による撹拌が行われ、自動化が図られる。

また、必要に応じ、上記土壌撹拌装置を、一端に土壌が投入される入口を有し他端に処理物を排出する出口を有するとともに機台に支持される筒状の撹拌槽と、該撹拌槽の軸線に沿う回転軸及び該回転軸に設けられ回転させられて撹拌槽内の処理物を撹拌して入口から出口に搬送する撹拌羽根を有したスクリューとを備えて構成している。土壌と水、必要に応じアルカリ剤を撹拌槽の入口から入れるだけで、スクリューによる撹拌が行われ、出口から排出される。そのため、土壌の連続的な撹拌をする自動化が図られる。

また、必要に応じ、上記固液分離装置を、上記分級装置の回転体からの通過処理物を貯留するとともに凝集剤を添加して土壌を凝集物として沈降させる沈殿槽と、該沈殿槽に沈殿した凝集物と液体とを分離する濾過部とを備えて構成している。通過処理物を沈殿槽内で凝集剤で凝集沈降させるので、濾過部での濾過を容易に行うことができ、粒径Ｄａ以下の土壌を残渣にして汚染土壌として容易に抽出することができる。
この場合、上記撹拌槽の下部に土壌及び液体を吐出する吐出口を設け、上記濾過部を、上記吐出口に装着され液体を通過させ凝集物を汚染土壌として収容する透液性の袋で構成したことが有効である。袋を利用して濾過するので、濾過後は袋の中に凝集物を汚染土壌として収容することができ、その後の取り扱いを容易にすることができる。

本発明によれば、処理物は、回転する回転体の投入口側から排出口側へ移動していく際、スクリーンに晒されるので、所定の目開Ａのスクリーンを通過した通過処理物と非通過処理物とに分級される。この場合、回転体は回転しているので、処理物は回転体内で撹拌され下側から上側に持ち上げられるようにして撹拌されるのでスクリーンの目を通り易くなり、そのため目詰まりが抑制される。また、水噴射機構からスクリーンに向けて水が噴射されているので、スクリーンの目に詰まろうとする土壌が洗い流され、あるいは、目を押し出されることから、この点でも、目詰まりが防止される。このため、放射性物質が吸着した細粒の土壌粒子を確実に取り出すことができるようになり、処理機能を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る土壌の除染システムを示す図である。 本発明の実施の形態に係る土壌の除染システムにおいて土壌撹拌装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る土壌の除染システムにおいて土壌の除染用分級装置を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る土壌の除染用分級装置を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態に係る土壌の除染用分級装置を示す要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る土壌の除染用分級装置において回転体の構造を示す図であり、（ａ）は外側から見た要部図、（ｂ）はその断面図である。 本発明の実施の形態に係る土壌の除染システムにおいて固液分離装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る土壌の除染システムにおいて土壌の除染の原理を示す図である。 本発明の実施の形態に係る土壌の除染システムにおいて別の土壌撹拌装置を示す断面図である。 実施例の実験結果を示す表図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る土壌の除染用分級装置及び土壌の除染システムについて詳細に説明する。土壌の除染用分級装置は土壌の除染システムに用いられるので、本システムの説明において説明する。
実施の形態に係る土壌の除染システムは、放射性物質に汚染された土壌の除染を行うものである。土壌は、例えば、放射性セシウム等の放射性物質が付着した地面の表面を掻取、これを汚染土壌として集積して保管されているものを対象にする。

図１に示すように、実施の形態に係る除染システムＳは、放射性物質に汚染された土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合して泥水状の処理物Ｗを得る土壌撹拌装置１と、処理物Ｗを所定の目開Ａのスクリーン１２を通過した通過処理物Ｑと非通過処理物Ｒとに分級する分級装置１０（本発明の実施の形態に係る土壌の除染用分級装置１０）と、通過処理物Ｑを固液分離して得られた土壌を汚染土壌Ｂとして抽出する固液分離装置５０とを備えて構成されている。

土壌撹拌装置１は、図２に示すように、土壌，水，必要に応じてアルカリ剤が入れられる開口３を有した撹拌槽２と、開口３を開閉可能にする蓋４と、撹拌槽２の下部に設けられ分級装置１０へ処理物Ｗを投入させるためのバルブ開閉型の放出口５と、蓋４に設けられ撹拌槽２内の処理物Ｗを撹拌する撹拌羽根６ａを有した撹拌機６とを備えて構成されている。７は撹拌羽根６ａのシャフト６ｂを回転駆動する電動モータであり、蓋４の外側に固定されている。撹拌槽２の底部は下に凸に湾曲形成され、側面に混合を安定させるバッフル８が設けられている。

分級装置１０は、図１，図３乃至図６に示すように、機台１１と、スクリーン１２が外周に付設され一端に処理物Ｗが投入される投入口１３を有し他端に非通過処理物Ｒを排出する排出口１４を有するとともに略水平方向に延びる中心軸を中心に回転可能に機台１１に支持される筒状の回転体１５と、回転体１５を回転させる回転機構２０と、回転体１５内に外部から挿通され上記スクリーン１２に向けて水を噴射する水噴射機構３０とを備えて構成されている。

回転体１５は、図６に示すように、多数の小孔１６（例えば、直径が５〜５０ｍｍ）が規則的に開設された所謂パンチングメタル（例えば、開口率が８５〜９５％）で形成された円筒状の枠体１７の外側に、スクリーン１２を付設して構成されている。スクリーン１２は、金属製網体であり、所定の目開Ａを有する。スクリーン１２の目開Ａは、３０μｍ≦Ａ≦２００μｍの範囲内に規定されている。放射性セシウムは３０μｍまでの土壌粒子に多く存在していると考えられ、これに基づいて、分級する土壌の粒径の基準Ｄａを、３０μｍ≦Ｄａ≦２００μｍに設定する。最低でも３０μｍを基準とする。それ以上に設定した場合は、より安全率が高まるが、２００μｍを超えると、減容率に劣る。望ましくは、３０μｍ≦Ｄａ≦１００μｍである。これに基づいて、スクリーン１２の目開Ａは、分離する土壌の所定の粒径Ｄａに対応させ、３０μｍ≦Ａ≦２００μｍの範囲内に規定し、望ましくは、３０μｍ≦Ａ≦１００μｍの範囲内に規定している。尚、３０μｍ≦Ａであれば、例えば、Ａ≦４０μｍ、Ａ≦５０μｍ、Ａ≦６０μｍ等の範囲で設定してよい。設定数値を上げることにより減容率は下がるが、安全率は上昇するので、除染条件に応じて定めることができる。これにより、細粒の土壌を確実に分離でき、減容化を図ることができる。

また、図５に示すように、回転体１５内に、投入口１３から排出口１４に向けて処理物Ｗを移動させるスクリュー１８が設けられている。スクリュー１８は、回転体１５の枠体１７に固定される螺旋状のフィンで構成されている。符号１９は、機台１１に取り付けられ回転体１５を覆うカバーである。

更に、回転機構２０は、図３及び図４に示すように、回転体１５の一端側及び他端側の外側に設けた一対の外輪２１，２２と、機台１１に設けられ各外輪２１，２２を夫々転動可能に支承する複数のローラ２３と、回転体１５を回転させる駆動部２４とを備えて構成されている。ローラ２３は、一端側の外輪２１に対して左右一対設けられ、他端側の外輪２２に対して左右一対設けられ、各ローラ２３は、機台１１に回転可能に軸支されている。駆動部２４は、回転体１５の一端側において機台１１に回転可能に設けられた主動ギヤ２５と、回転体１５の一端側の外周に設けられ主動ギヤ２５に噛合する従動ギヤ２６と、主動ギヤ２５をチェーン伝動機構２７を介して回転駆動する電動モータ２８とを備えて構成されている。

水噴射機構３０は、図３及び図５に示すように、水供給源３１に接続され回転体１５の投入口１３から挿入されて排出口１４側に至るとともに回転体１５の軸心方向に沿って延びる主管３２を備えている。主管３２には、回転体１５の内面に水を噴射する一対のノズル３３の組３４が、軸方向に沿って等間隔に接続されている。各ノズル３３の組３４において、一対のノズル３３は、互いに反対の方向に水を噴射するように接続されている。水供給源３１には水を圧送してノズル３３から高圧水を噴射させるコンプレッサ（図示せず）が備えられている。

また、機台１１には、図１，図３及び図４に示すように、回転体１５の排出口１４から排出される非通過処理物Ｒを受ける第一受部３５と、第一受部３５に設けられ非通過処理物Ｒを流出させる第一流出口３６とが設けられている。第一受部３５は、機台１１の他端側に設けられ、ロート状に形成されて垂下しており、その下端に第一流出口３６が形成されている。第一流出口３６の下側にはこれから流出させられた非通過処理物Ｒが貯留される貯留タンク３７が設けられている。

更に、機台１１には、図１，図３及び図４に示すように、回転体１５のスクリーン１２を通過した通過処理物Ｑを受ける第二受部４０と、第二受部４０で受けた通過処理物Ｑを流出させる第二流出口４１とが設けられている。第二受部４０は、回転体１５の下側に対峙して設けられ、その中央がロート状に形成され、第二流出口４１はロート状の先端部に開閉可能に設けられている。第二流出口４１の下側にはこれから流出させられた通過処理物Ｑが一時的に貯留される貯留タンク４２が設けられている。貯留タンク４２には、これに一時的に溜められた通過処理物Ｑを後述の沈殿槽５１に移送する移送ポンプ４３及び移送パイプ４４が接続されている。

固液分離装置５０は、図１及び図７に示すように、分級装置１０の回転体１５からの通過処理物Ｑを貯留するとともに凝集剤を添加して土壌を凝集物として沈降させる沈殿槽５１と、該沈殿槽５１に沈殿した凝集物と液体とを分離する濾過部５２とを備えて構成されている。撹拌槽２の下部には土壌及び液体を吐出するバルブで開閉可能な吐出口５３が設けられている。濾過部５２は、吐出口５３に装着され液体を通過させ凝集物を汚染土壌Ｂとして収容する透液性の袋５４で構成されている。実施の形態では、周知の土嚢袋５４が用いられる。５５は袋５４が載置される網状態で形成されたベース、５６はベース５５の下側に設けられ袋５４から染み出してベース５５を通過した液体を貯留する貯留タンク、５７は貯留タンク５６に接続され貯留タンク５６内の液体を排出するためのバルブ開閉型の排出管である。排出管５７には、これに一時的に溜められた液体を土壌撹拌装置１に送給して再利用するための送給ポンプ５８及び送給パイプ５９が接続されている。余分な液体は図示外のドレン配管から排出される。

従って、この実施の形態に係る除染システムＳによって、放射性物質に汚染された土壌を処理するときは以下のようになる。
先ず、土壌撹拌装置１での処理について説明する。土壌撹拌装置１においては、土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌槽２に入れるが、ここでは、アルカリ剤を加える場合について説明する。アルカリ剤としてはアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物等から選択される。強アルカリが好ましい。アルカリ金属化合物としては、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｆｒの酸化物、水酸化物、炭酸水素塩、炭酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、硝酸塩または硫酸塩等が挙げられる。アルカリ土類金属化合物としては、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａの酸化物、水酸化物、炭酸水素塩または炭酸塩等が挙げられる。好ましくは、石灰質材料が適している。石灰質材料としては、例えば、生石灰（酸化カルシウム）、苦土生石灰、消石灰（水酸化カルシウム）、苦土消石灰、炭酸カルシウム、苦土炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、副産石灰、貝化石石灰、有機石灰としての卵殻粉末等の少なくとも一つあるいは二つ以上の混合物である。

実施の形態では、アルカリ剤としては、酸化カルシウム及び／または水酸化カルシウムを用いる。この酸化カルシウム及び／または水酸化カルシウムは、例えば、貝殻を焼成して生成される。貝殻の焼成温度は、８００℃以上である。望ましくは、１０００℃以上である。８００℃に満たないと活性に劣る。８００℃以上で満足できる活性を保持できる。水酸化カルシウムは、例えば、酸化カルシウムに加水することにより生成する。

そして、土壌撹拌装置１の撹拌槽２に、土壌，酸化カルシウム及び／または水酸化カルシウム，水を入れる。そして、撹拌機６のモータ７を駆動して撹拌羽根６ａを回転させ、これらを撹拌混合して泥水状の処理物Ｗを得る。容量は、例えば、３０Ｌ〜４０００Ｌの範囲で、土壌に加える水は、重量比で該土壌の２〜４倍量である。加える水の量が少ないと、酸化カルシウム及び／または水酸化カルシウムが満遍なく土壌に行きわたらない。水の量が多すぎると、その後の取り扱いが煩雑になる。土壌の水分量によっても若干異なるが、好ましくは、水の量は２．５〜３．５倍量である。土壌に加える酸化カルシウム及び／または水酸化カルシウムは、上記の加える水に対する重量比で０．１〜１０重量％である。加える酸化カルシウム及び／または水酸化カルシウムが０．１重量％より少ないとその効果が薄く、１０重量％を超えると回収した土壌や液の性質に影響する。好ましくは、０．２〜５重量％、より望ましくは、０．８〜２重量％である。

この土壌撹拌装置１において、土壌に、アルカリ剤及び水を加え、撹拌混合すると、図８に示すように、主に粗粒の土壌粒子においてはその表面に放射性物質が吸着しているが、この土壌の表面が放射性物質を吸着したまま細かく剥離して細粒化していく。そのため、処理物Ｗ中の処理土壌を所定の粒径Ｄａを基準にして分離し、即ち、粗粒の土壌と細粒の土壌とに分離すると、粗粒の土壌から剥離して細粒化された細粒の土壌を、もともとある細粒の土壌とともに、放射性物質を吸着させたまま取り出すことができ、除染効率を向上させることができる。このため、抽出される粒径Ｄａ以下の汚染土壌Ｂの量が、元の土壌の量に比較して極めて少ないので、汚染土壌Ｂを大幅に減容化することができる。また、粒径Ｄａを超える土壌には放射性物質がほとんど残らないことから、除染土壌として再利用することができる。

このように、土壌の表面が細かく剥離して細粒化するのは、アルカリ剤が水に溶けると低いＯＲＰ数値を示し、そのため、水が粘土の内部へ浸透する浸透力が高められ、粘土表面のクラスターの細分化を促し、細かく破壊されることによるものと考えられる。
また、放射性セシウムの場合、ほとんどは粘土に吸着されており、また、粘土の塊の表面に付着しており中心部の粘土にはほとんど付着していない。そのため、粘土表面を剥ぎ取り、細分化して放射線セシウムを付着した細粒の粘土のみを回収すれば大幅な減容となる。そして、高濃度放射性粘土のみを分離隔離すればほとんどの土壌は再利用できる。
更にまた、放射性セシウムのほとんどは粘土に吸着されているので、脱液した液は、セシウムをほとんど含まないので、再利用し、あるいは、廃液にすることができる。

この土壌撹拌装置１で、撹拌が終了したならば、放出口５のバルブを開けて、分級装置１０の回転体１５の投入口１３へスラリー状の処理物Ｗを投入させるとともに、分級装置１０の回転機構２０を作動させて回転体１５を回転させる。これにより、処理物Ｗは、回転する回転体１５の投入口１３側から排出口１４側へ移動していく際、スクリーン１２に晒されるので、所定の目開Ａのスクリーン１２を通過した通過処理物Ｑと非通過処理物Ｒとに分級される。この場合、回転体１５は回転しているので、処理物Ｗは回転体１５内で撹拌され下側から上側に持ち上げられるようにして撹拌されるのでスクリーン１２の目を通り易くなり、そのため目詰まりが抑制される。また、水噴射機構３０からスクリーン１２に向けて水が噴射されているので、スクリーン１２の目に詰まろうとする土壌が洗い流され、あるいは、目を押し出されることから、この点でも、目詰まりが防止される。特に、ノズル３３が主管３２の軸方向に沿って等間隔に複数接続されているので、水を満遍なく回転体１５のスクリーン１２に噴射することができ、確実に目詰まりが防止される。また、ノズル３３からは高圧水が噴射するので、より一層確実に目詰まりが防止される。このため、放射性物質が吸着した細粒の土壌粒子を確実に取り出すことができるようになり、処理機能を向上させることができる。

また、回転体１５内においては、スクリュー１８により処理物Ｗが投入口１３から排出口１４に向けて移動させられるので、処理物Ｗが回転体１５内で滞留することがなく、分級が円滑に行われる。スクリュー１８を回転体１５と一体にしたので、別に設ける場合に比較して回転体１５の容量を大きく確保することができるとともに、構造も簡単にすることができる。また、回転機構２０は、回転体１５を支承して回転させるので、回転体１５及びこれに投入された処理物Ｗを安定して支持することができ、回転を円滑に行わせることができる。
そして、非通過処理物Ｒは、第一流出口３６から流出させられて貯留タンク３７に一時的に貯留され、通過処理物Ｑは第二流出口４１から流出させられて貯留タンク４２に一時的に貯留される。非通過処理物Ｒ及び通過処理物Ｑを集約することができ、次の処理を行い易くすることができる。

処理物Ｗの分級が済んだならば、移送ポンプ４３を駆動して貯留タンク４２に一時的に溜められた通過処理物Ｑを固液分離装置５０の沈殿槽５１に移送する。移送が終わると、固液分離装置５０では、沈殿槽５１に凝集剤が入れられる。凝集剤としては、例えば、カルシウム化合物，石炭灰，アルミニウム化合物等を成分とする市販のものを用いる。これにより、通過処理物Ｑの土壌が凝集させられる。そして、バルブを開くと、吐出口５３から、凝集が行われた通過処理物Ｑが、袋５４内に注入され、濾過が行われ、固液分離され、得られた土壌が汚染土壌Ｂとして抽出される。即ち、通過処理物Ｑを沈殿槽５１内で凝集剤で凝集沈降させるので、濾過部５２での濾過を容易に行うことができ、粒径Ｄａ以下の土壌を残渣にして汚染土壌Ｂとして容易に抽出することができる。また、袋５４を利用して濾過するので、濾過後は袋５４の中に凝集物を汚染土壌Ｂとして収容することができ、その後の取り扱いを容易にすることができる。
分離された液体は、放射性セシウムの場合では、ほとんどは粘土に吸着されているので、セシウムをほとんど含まないので、再利用し、あるいは、廃液にすることができる。実施の形態では、送給ポンプ５８を駆動し、排出管５７から送給パイプ５９を通して液体を土壌撹拌装置１に送給して再利用している。

一方、分級装置１０からの非通過処理物Ｒは、貯留タンク３７に溜められるが、粗粒の土壌であり、放射性物質がほとんど残らないことから、除染土壌として再利用することができる。このように、本発明の土壌の除染システムでは、汚染土壌Ｂを容易に減容化して取り出すことができるとともに、除染土壌も容易に取り出すことができ、処理効率が向上し、大量処理をスピーディに実現できるようになる。

図９には、土壌撹拌装置６０の別の例を示している。これは、一端側に土壌が投入される入口６１を有し他端側に処理物を排出する出口６２を有するとともに機台６３に支持される筒状の撹拌槽６４と、撹拌槽６４の軸線に沿う回転軸６５ａ及び回転軸６５ａに設けられ回転させられて撹拌槽６４内の処理物を撹拌して入口６１から出口６２に搬送する撹拌羽根６５ｂ，６５ｃを有したスクリュー６５とを備えて構成されている。撹拌槽６４は、入口６１よりも出口６２側が高くなるように傾斜配置されており、土壌の滞留時間を長くして、撹拌を十分に行い得るようにしている。土壌と水、必要に応じアルカリ剤を撹拌槽６４の入口６１から入れるだけで、スクリュー６５による撹拌が行われ、出口６２から排出される。そのため、土壌の連続的な撹拌をする自動化が図られる。

尚、本システムにおいて、土壌撹拌装置６０のように連続処理型のものを用いるときは、固液分離装置５０も連続使用にすることが望ましい。例えば、吐出口５３を２方向に分岐して（２又にして）、各々を切換えて用いるようにするなどすればよく、適宜変更して差し支えない。また、土壌撹拌装置１，６０からの処理物は、上記のように、自由落下で移送しても良いが、ポンプによって積極的に移送するようにしても良く、適宜変更して良い。

次に実施例について説明する。
実施例においては、上記の土壌の除染用分級装置１０において、回転体１５の長さが１００ｃｍ、回転体１５の内径が８０ｃｍ、スクリーン１２の目開Ａが１００μｍ、回転速度を４ＲＰＭにしたものを用意した。そして、福島県相馬郡飯舘村臼石小学校の校庭の土壌を試料として、除染効果の実験を行った。洗浄前の土壌試料１０Ｋgを用意し、これに２０Ｌの水を加えて撹拌し処理物を得、これを、回転体の投入口１３から投入して処理した。排出口１４から排出される土壌に、更に２０Ｌの水を加えて撹拌し処理物を得、回転体の投入口１３から投入して処理し、次にまた、排出口１４から排出される土壌に、更に２０Ｌの水を加えて撹拌し処理物を得、回転体の投入口１３から投入して処理し、全部で３回、回転体１５に通した。

そして、土壌試料と、排出口から排出された非通過処理物について、ゲルマニウム半導体検出器による放射性核種測定を行った。結果は、図１０に示すように、土壌試料の放射性セシウムが４８，９９０Ｂｑ／Ｋｇあったものが、１回処理した後の非通過処理物では１８，５８３Ｂｑ／Ｋｇまで下がり、３回処理した後の非通過処理物では３，６６５Ｂｑ／Ｋｇまで大幅に下がり、洗浄前の７．５％になるまで除染できた。尚、試料を乾燥させて水分を除いた状態での値は、土壌試料が６１，６８７Ｂｑ／Ｋｇ、１回処理では２４，９１４Ｂｑ／Ｋｇ、３回処理では４，１５２Ｂｑ／Ｋｇとなり、洗浄前の６．７％になる。これにより、その除染率は極めて高いことが分かり、高濃度の粘土が回収されていることが分かる。尚、実施例の除染土壌は、処理を３回行ったが、回転体の長さが長いものを用いれば、例えば、３００ｍｍのものでは、１回の処理で良いことになる。

尚、本発明の実施の形態において、回転体１５の回転機構２０は上述したものに限定されるものではなく、回転体１５を回転軸で片持ち支持し、この回転軸を回転させるよう構成しても良く、適宜変更して差し支えない。また、回転体１５をその排出口１４側を投入口１３より高くあるいは低くして傾斜させるようにしても良い。更に、上記実施の形態では、汚染した土壌に、アルカリ剤として、酸化カルシウム及び／または水酸化カルシウムを添加したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、土壌の性状によっては、実施例のように加えなくても良く、適宜変更して差し支えない。

上述もしたが、福島第１原発の事故で放射性物質が飛散したことから、地面が放射性物質に汚染された地域では、この地面の表面を掻取、これを汚染土壌として集積して保管しているが、その集積量は膨大である。現在、これらの保管土壌を除染しその減容化を行うのに、単に水を使用して洗浄したり、強酸（硫酸や塩酸）を使用することが検討されているが、単なる水の洗浄では除染効率に劣り、酸を使用すると土壌が酸性になり農耕地として使用できなくなる。本発明によれば、除染率が極めて高く、除染効率に優れ、除染土壌をそのまま農耕地として再利用することができ、極めて有用になる。特にアルカリ剤で処理することにより、その効果はより向上し、水酸化カルシウムであれば酸性土壌を中性化するのにも役立つ。

Ｓ 除染システム
Ｗ 処理物
Ｑ 通過処理物
Ｒ 非通過処理物
Ｂ 汚染土壌
１ 土壌撹拌装置
２ 撹拌槽
５ 放出口
６ 撹拌機
１０ 分級装置
１１ 機台
１２ スクリーン
１３ 投入口
１４ 排出口
１５ 回転体
１６ 小孔
１７ 枠体
１８ スクリュー
２０ 回転機構
２１，２２ 外輪
２３ ローラ
２４ 駆動部
３０ 水噴射機構
３１ 水供給源
３２ 主管
３３ ノズル
３４ ノズルの組
３５ 第一受部
３６ 第一流出口
３７ 貯留タンク
４０ 第二受部
４１ 第二流出口
４２ 貯留タンク
４３ 移送ポンプ
４４ 移送パイプ
５０ 固液分離装置
５１ 沈殿槽
５２ 濾過部
５３ 吐出口
５４ 袋（土嚢袋）
５６ 貯留タンク
５７ 排出管
５８ 送給ポンプ
５９ 送給パイプ
６０ 土壌撹拌装置
６１ 入口
６２ 出口
６４ 撹拌槽
６５ スクリュー

Claims (13)

1. 放射性物質に汚染された土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合してなる泥水状の処理物を、所定の目開Ａのスクリーンを通過した通過処理物と非通過処理物とに分級する土壌の除染用分級装置であって、
   機台と、上記スクリーンが外周に付設され一端に処理物が投入される投入口を有し他端に非通過処理物を排出する排出口を有するとともに略水平方向に延びる中心軸を中心に回転可能に上記機台に支持される筒状の回転体と、該回転体を回転させる回転機構と、上記回転体内に外部から挿通され上記スクリーンに向けて水を噴射する水噴射機構とを備えて構成し、上記回転体の排出口から排出される非通過処理物と、上記回転体のスクリーンを通過した通過処理物とを分離するようにしたことを特徴とする土壌の除染用分級装置。
2. 上記分級装置のスクリーンの目開Ａを、３０μｍ≦Ａ≦２００μｍの範囲内に規定したことを特徴とする請求項１記載の土壌の除染用分級装置。
3. 上記回転体内に、上記投入口から排出口に向けて処理物を移動させるスクリューを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の土壌の除染用分級装置。
4. 上記スクリューを、上記回転体の内壁に固定される螺旋状のフィンで構成したことを特徴とする請求項３記載の土壌の除染用分級装置。
5. 上記機台に設けられ上記回転体の排出口から排出される非通過処理物を受ける第一受部と、該第一受部に設けられ非通過処理物を流出させる第一流出口と、上記機台に設けられ上記回転体のスクリーンを通過した通過処理物を受ける第二受部と、該第二受部で受けた通過処理物を流出させる第二流出口とを備えて構成したことを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の土壌の除染用分級装置。
6. 上記回転機構を、上記回転体の一端側及び他端側の外側に設けた一対の外輪と、上記機台に設けられ各外輪を夫々転動可能に支承する複数のローラと、上記回転体を回転させる駆動部とを備えて構成したことを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の土壌の除染用分級装置。
7. 上記水噴射機構を、水供給源に接続され回転体内に挿入されて該回転体の軸心方向に沿って延びる主管と、該主管にその軸方向に沿って等間隔に複数接続され上記回転体の内面に水を噴射するノズルとを備えて構成したことを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の土壌の除染用分級装置。
8. 上記水供給源を、水を圧送してノズルから高圧水を噴射させる構成にしたことを特徴とする請求項７記載の土壌の除染用分級装置。
9. 放射性物質に汚染された土壌の除染を行う土壌の除染システムにおいて、
   土壌に水を加えるとともに必要に応じてアルカリ剤を加えて撹拌混合して泥水状の処理物を得る土壌撹拌装置と、上記処理物を所定の目開Ａのスクリーンを通過した通過処理物と非通過処理物とに分級する分級装置と、上記通過処理物を固液分離して得られた土壌を汚染土壌として抽出する固液分離装置とを備え、
   上記分級装置として、上記請求項１乃至８何れかに記載の分級装置を用いたことを特徴とする土壌の除染システム。
10. 上記土壌撹拌装置を、土壌が入れられる開口を有した撹拌槽と、該開口を開閉可能にする蓋と、上記撹拌槽の下部に設けられ上記分級装置の回転体の投入口へ処理物を移送させるための放出口と、上記撹拌槽及び／または蓋に設けられ該撹拌槽内の処理物を撹拌する撹拌羽根を有した撹拌機とを備えて構成したことを特徴とする請求項９記載の土壌の除染システム。
11. 上記土壌撹拌装置を、一端に土壌が投入される入口を有し他端に処理物を排出する出口を有するとともに機台に支持される筒状の撹拌槽と、該撹拌槽の軸線に沿う回転軸及び該回転軸に設けられ回転させられて撹拌槽内の処理物を撹拌して入口から出口に搬送する撹拌羽根を有したスクリューとを備えて構成したことを特徴とする請求項９記載の土壌の除染システム。
12. 上記固液分離装置を、上記分級装置の回転体からの通過処理物を貯留するとともに凝集剤を添加して土壌を凝集物として沈降させる沈殿槽と、該沈殿槽に沈殿した凝集物と液体とを分離する濾過部とを備えて構成したことを特徴とする請求項９乃至１１何れかに記載の土壌の除染システム。
13. 上記撹拌槽の下部に土壌及び液体を吐出する吐出口を設け、上記濾過部を、上記吐出口に装着され液体を通過させ凝集物を汚染土壌として収容する透液性の袋で構成したことを特徴とする請求項１２記載の土壌の除染システム。

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