JP2019103989A - 汚染土壌の洗浄分級処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染土壌の洗浄分級処理を効率よく行うことができる汚染土壌の洗浄分級処理方法を提供する。【解決手段】汚染土壌１００に水Ｗ１を添加し、湿式ふるい１１分級処理して粗粒子分１０２を分離したスラリー状の土砂１０１を砂分１０４と細粒子分１０３とにさらに分級処理する第１工程Ｓ１と、第１工程Ｓ１で分級処理した砂分１０４を洗浄処理する第２工程Ｓ２と、第１工程Ｓ１で分級処理した細粒子分１０３を凝集沈殿させて沈殿汚泥１０５と処理水Ｗ２とに分離し、沈殿汚泥１０５を脱水処理して濃縮残渣１０６と処理水Ｗ３とに分離する第３工程Ｓ３と、を有し、第１工程Ｓ１では、汚染土壌１００に陽イオンＩを添加する陽イオン添加工程Ｓ１２を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、汚染土壌の洗浄分級処理方法に関する。

各地から収集された放射能物質汚染土壌（汚染土壌）は、受入・分別処理施設（前処理施設）に搬入されて前処理され、前処理後に中間貯蔵施設へ搬送されて貯蔵されている。前処理施設では、膨大な量の汚染土壌に対応できるように、高い処理能力を確保する必要がある。このため、前処理施設では、各処理設備をベルトコンベアで接続し、汚染土壌の各処理設備間を移動をベルトコンベアで行いながら連続処理を行っている。
前処理施設では、汚染土壌を粒径別、汚染濃度別に分別する分別工程が行われている。分別工程では、汚染土壌をふるいにかけて粒径別に分別している。分別工程の前には、汚染土壌に改質材を投入し、分別工程においてふるいの目詰まりが生じないようにしている。

中間貯蔵施設に貯蔵される汚染土壌は、膨大な量であるため、放射能濃度が８０００Ｂｑ／ｋｇ以下の汚染土壌を再利用することが考えられている。また、放射能濃度が８０００Ｂｑ／ｋｇを超える汚染土壌についても、洗浄分級処理による浄化によって８０００Ｂｑ／ｋｇ以下の土壌とし、再利用することも選択肢の一つと考えられている。
洗浄分級処理のフローは、例えば特許文献１乃至４などに開示されている。洗浄分級処理では、汚染土壌に加水して、遠心分離式湿式分級器や沈殿分離式分級器などで汚染された細粒子分と非汚染の砂分とを分別している。また、汚染された細粒子分については、凝集沈殿させて、凝集沈殿した残渣を脱水機にて脱水している。

特開２０１３−０９２４２８号公報 特開２０１３−１７８１４７号公報 特開２０１３−１７８１４８号公報 特開２０１３−２３８４８４号公報

前処理施設での分別工程の前に汚染土壌に投入される改質材には、吸水性高分子ポリマーが含まれていることが多い。このため、洗浄分級処理において改質材が投入された汚染土壌に加水を行うと、改質材が水を大量（改質材中の吸水性高分子ポリマー自重の数十倍〜数百倍の量）に取り込んでしまい、洗浄分級処理、特に脱水工程に負担がかかることが想定される。
さらに、脱水工程の機能が低下すると、浄化できなかった土壌として残る汚染土量（残渣）も多くなり、洗浄分級処理による汚染土壌の減容化の効果が大きく低下する懸念がある。
また、水を含んだ吸水性高分子ポリマーが、汚染土壌の細粒子分と同様の挙動をしてしまい、各工程において悪影響が出ることがある。

そこで、本発明は、汚染土壌の洗浄分級処理を効率よく行うことができる汚染土壌の洗浄分級処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る汚染土壌の洗浄分級処理方法は、汚染土壌に水を添加し、湿式ふるい分級処理して粗粒子分を分離したスラリー状の土砂を砂分と細粒子分とにさらに分級処理する第１工程と、前記第１工程で分級処理した砂分を洗浄処理する第２工程と、前記第１工程で分級処理した細粒子分を凝集沈殿させて沈殿汚泥と処理水とに分離し、沈殿汚泥を脱水処理して濃縮残渣と処理水とに分離する第３工程と、を有し、前記第１工程では、前記汚染土壌に陽イオンを添加する陽イオン添加工程を行うことを特徴とする。

汚染土壌に吸水性高分子ポリマーを含む改質材が投入されていた場合に、吸水性高分子ポリマーの体積が吸水によって増大すると、増大した吸水性高分子ポリマーが細粒子分と同様の挙動をしてオーバーフロー側に移動するため、その後の工程に多大な負担を強いることになる。
これに対し、本発明では、第１分級工程において陽イオン添加工程を行うため、汚染土壌に吸水性高分子ポリマーを含む改質材が投入されていた場合に、吸水性高分子ポリマーの吸水機能を低下させて、吸水性高分子ポリマーの吸水量を少なくすることができる。
これにより、後の工程の負担が軽減でき、後の工程を効率よく行うことができる。特に、第３工程の脱水処理における負荷を少なくすることができる。

また、本発明に係る汚染土壌の洗浄分級処理方法では、前記陽イオン添加工程は、前記汚染土壌に前記水とともに前記陽イオンを添加してもよい。
このようにすることにより、陽イオンが汚染土壌に含まれる吸水性高分子ポリマーの吸水機能を初期段階で阻害することができるため、各工程を効率よく行うことができる。

また、本発明に係る汚染土壌の洗浄分級処理方法では、前記陽イオン添加工程は、前記汚染土壌のうちの湿式ふるい分級処理して前記粗粒子分を分離した後の前記スラリー状の土砂に前記陽イオンを添加してもよい。
このようにすることにより、汚染土壌全体ではなく粗粒子分を分離したスラリー状の土砂に陽イオンを添加するため、汚染土壌全体に陽イオンを添加する場合と比べて、陽イオンの使用量を減らすことができる。また、粗粒子分を分離したスラリー状の土砂に陽イオンを確実に添加することができるため、スラリー状の土砂を細粒子分と砂分とにさらに分級する処理の負荷を少なくすることができる。

また、本発明に係る汚染土壌の洗浄分級処理方法では、前記陽イオン添加工程は、前記汚染土壌のうちの前記砂分と前記細粒子分とに分級処理された後の前記細粒子分に前記陽イオンを添加してもよい。
このようにすることにより、汚染土壌全体ではなく細粒子分のみに陽イオンを添加するため、汚染土壌全体に陽イオンを添加する場合と比べて、陽イオンの使用量を減らすことができる。また、細粒子分に陽イオンを確実に添加することができるため、第３工程の脱水処理における負荷を確実に少なくすることができる。

本発明によれば、汚染土壌の洗浄分級処理を効率よく行うことができる。

本発明の実施形態による汚染土壌の洗浄分級処理方法の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態による汚染土壌の洗浄分級処理方法について、図１に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態による汚染土壌の洗浄分級処理方法は、セシウムなどの放射能物質により汚染された汚染土壌１００を中間貯蔵施設で貯蔵する前に洗浄分級する方法である。
本実施形態では、各地から搬送された汚染土壌１００は、受入・分別処理施設（前処理施設）で粒径別、濃度別に分別された後に洗浄分級施設において洗浄分級され、放射能濃度が８０００Ｂｑ／ｋｇ以下の土壌は再利用され、放射能濃度が８０００Ｂｑ／ｋｇを超える汚染土壌１００は中間貯蔵施設で貯蔵されるように設定されている。

受入・分別処理施設では、ふるいによって汚染土壌１００を粒径別に分別している。このとき、ふるいの目詰まりを防止するために汚染土壌１００に吸水性高分子ポリマーを含む改質材を投入している。このため。洗浄分級施設において洗浄分級される汚染土壌１００には、吸水性高分子ポリマーを含む改質材が含まれている。

本実施形態による汚染土壌の洗浄分級処理方法は、汚染土壌１００に水Ｗ１を添加し、湿式ふるい１１で分級処理して粗粒子分１０２を分離したスラリー状の土砂１０１を細粒子分１０３と砂分１０４とにさらに分級処理する第１工程Ｓ１と、第１工程Ｓ１で分級処理した砂分１０４を洗浄処理する第２工程Ｓ２と、第１工程Ｓ１で分級処理した細粒子分１０３を凝集沈殿させて沈殿汚泥１０５と処理水Ｗ２とに分離し、沈殿汚泥１０５を脱水処理して濃縮残渣１０６と処理水Ｗ３とに分離する第３工程Ｓ３と、を有している。

（第１工程Ｓ１）
第１工程Ｓ１は、汚染土壌１００に水Ｗ１を添加する加水工程Ｓ１１と、加水工程Ｓ１１と同時または加水工程Ｓ１１を前後して汚染土壌１００に陽イオンＩを添加する陽イオン添加工程Ｓ１２と、加水工程Ｓ１１および陽イオン添加工程Ｓ１２の後に湿式ふるい１１を用いて汚染土壌１００から粗粒子分１０２を分離し、スラリー状の土砂１０１とする第１分級工程Ｓ１３と、第１分級工程Ｓ１３の後に遠心分離式湿式分級器１２を用いてスラリー状の土砂１０１を砂分１０４と細粒子分１０３とに分級する第２分級工程Ｓ１４と、を有している。

加水工程Ｓ１１では、汚染土壌１００の重量、粒径、放射能濃度などに応じて算出された量の水Ｗ１を汚染土壌１００に添加する。
陽イオン添加工程Ｓ１２では、加水工程Ｓ１１で加水される水Ｗ１の量に応じて算出された量の陽イオンＩを汚染土壌１００に添加する。汚染土壌１００への陽イオンＩの添加は、例えば、消石灰などを汚染土壌１００に添加することで行われている。

第１分級工程Ｓ１３では、湿式ふるい１１として、例えば、振動ふるいを用いている。湿式ふるい１１は、異物を選別して、礫・粗砂とそれ以下のスラリー状の土砂１０１とに分級するように構成されており、網面を内部に備えている。湿式ふるい１１には、公知の装置を使用することができる。なお、湿式ふるい１１によって粗粒子分１０２を分離しておくことにより、表面処理工程Ｓ２１、スクラビング工程Ｓ２２および洗浄工程Ｓ２３の効率を向上させることができる。

第２分級工程Ｓ１４では、遠心分離式湿式分級器１２を用いて、粗粒子分１０２を除いたスラリー状の土砂１０１を砂分１０４と細粒子分１０３とに分級処理する。このとき砂分１０４および細粒子分１０３には、放射能物質が含まれている。なお、遠心分離式湿式分級器１２に代えて沈降分離式分級器を用いてもよい。

遠心分離式湿式分級器１２は、例えば、円筒状に形成されるとともに、その底部が円錐形状に形成された容器からなり、スラリー状の土砂１０１を導入する上部流入口と、アンダーフローを取り出す下部流出口と、オーバーフローを取り出す上部流出口とを備えている。上部流入口から入ったスラリー状の土砂１０１は、円筒容器の円周方向に高速で供給されることにより、回転運動を起こし、回転流となって、円錐頂部に向かって進む。この時、スラリー状の土砂１０１中の比重の重い粒子は遠心力により周壁に集まり、次第にアンダーフロー出口（下部流出口）に向かい、濃縮して排出される。
一方、液体と比重の軽い粒子は、円筒容器の中央部を渦流となって上昇し、オーバーフロー出口（上部流出口）から排出される。なお、遠心分離式湿式分級器１２としては、公知の装置を使用することができる。そして、放射性物質は細粒子分１０３に多く付着・吸着しているため、遠心分離式湿式分級器１２で分級することにより、多くの放射性物質を洗浄処理土から除去することができる。この分級の処理回数は、適宜設定されるが、１回以上行うのが好ましい。

（第２工程Ｓ２）
第２工程Ｓ２は、第２分級工程Ｓ１４で分級された砂分１０４の土壌粒子の表面に付着している放射能物質を剥離し易くさせる表面処理工程Ｓ２１と、表面処理工程Ｓ２１の後に砂分１０４の表面の放射能物質を剥離させるスクラビング工程Ｓ２２と、スクラビング工程Ｓ２２の後に砂分１０４の表面から剥離された放射能物質を含む細粒子分などを回収するとともに砂分１０４から細粒子分が剥離された洗浄処理砂１０７を取り出す洗浄工程Ｓ２３と、洗浄工程Ｓ２３で取り出された洗浄処理砂１０７に残った放射能物質を含む細粒子分を、脱水処理装置を用いて抽出する放射能物質抽出工程Ｓ２４と、を有している。

表面処理工程Ｓ２１では、第２分級工程Ｓ１４で分級処理した砂分１０４を表面処理槽２１に溜め、この表面処理槽２１内で砂分１０４に分散剤を添加することで、砂分１０４の土壌粒子の表面に付着している放射能物質を細粒子分とともに剥離し易くさせる。
スクラビング工程Ｓ２２では、スクラバー２２を用いて、表面処理工程Ｓ２１で表面処理された砂分１０４の表面の放射能物質を含んだ細粒子分を攪拌することによるもみ洗いにより剥離させて離脱処理することで、砂分１０４に付着している放射能物質を含んだ細粒子分を離脱させる。
洗浄工程Ｓ２３では、フローテーション装置２３を用いて、スクラバー２２からフローテーション装置２３に投入された砂分１０４のうちスクラビング工程Ｓ２２による離脱物（放射能物質および放射能物質を含んだ細粒子分など）１０８をフローテーション処理によって発生させたフロスにより回収するとともに、離脱物が除去された洗浄処理砂１０７を取り出す。
放射能物質抽出工程Ｓ２４では、洗浄工程Ｓ２３で取り出された洗浄処理砂１０７に残った放射能物質１１０を、抽出槽２４において、例えば、セシウム抽出薬剤の溶液などにより抽出し、脱水処理装置２５を用いてさらに濃度の低い２次洗浄処理砂（低濃度洗浄処理砂）１０９を脱水処理する。

（第３工程Ｓ３）
第３工程Ｓ３では、第２分級工程Ｓ１４で分級された細粒子分１０３を凝集沈殿装置３１で処理水Ｗ２と沈殿汚泥１０５とに分離する分離工程Ｓ３１と、分離工程Ｓ３１で分離された沈殿汚泥１０５を脱水する脱水工程Ｓ３２と、を有している。
本実施形態の第３工程Ｓ３では、第２分級工程Ｓ１４で分級された細粒子分１０３に加え、洗浄工程Ｓ２３における洗浄工程Ｓ２３によるフロス、および放射能物質抽出工程Ｓ２４による処理溶液が凝集沈殿装置３１に送られるように構成されている。

分離工程Ｓ３１では、凝集沈殿装置３１を使用し、細粒子分１０３を含んだ懸濁水に凝集剤を添加・撹拌し、懸濁水中の微細な浮遊物を大きな沈殿汚泥１０５として沈殿させ、沈殿汚泥１０５と清澄な処理水Ｗ２とに分離する。このとき、細粒子分１０３が放射能物質（フロス、処理溶液）を吸着し、凝集沈殿により沈殿汚泥１０５となる。
脱水工程Ｓ３２では、プレス脱水装置３２を使用し、沈殿汚泥１０５を脱水処理し、濃縮残渣１０６と処理水Ｗ３とに分離する。このプレス脱水装置３２は、公知の加圧式濾過装置（ベルトプレスやフィルタープレス）等であり、濾布等からなるフィルターとプレス機を備えている。

次に、上述した本発明の実施形態による汚染土壌の洗浄分級処理方法の作用・効果について図面を用いて説明する。

汚染土壌１００に吸水性高分子ポリマーを含む改質材が投入されていた場合に、吸水性高分子ポリマーの体積が吸水によって増大すると、増大した吸水性高分子ポリマーが細粒子分と同様の挙動をしてオーバーフロー側に移動するため、その後の工程に多大な負担を強いることになる。
これに対し、上述した本実施形態による汚染土壌の洗浄分級処理方法では、第１分級工程Ｓ１３において陽イオン添加工程Ｓ１２を行うため、汚染土壌１００に吸水性高分子ポリマーを含む改質材が投入されていた場合に、吸水性高分子ポリマーの吸水機能を低下させて、吸水性高分子ポリマーの吸水量を少なくすることができる。
これにより、後の工程の負担が軽減でき、後の工程を効率よく行うことができる。特に、第３工程Ｓ３の脱水処理における負荷を少なくすることができる。

また、本実施形態に係る汚染土壌の洗浄分級処理方法では、陽イオン添加工程Ｓ１２は、汚染土壌１００に水Ｗ１とともに陽イオンＩを添加していることにより、陽イオンＩが汚染土壌１００に含まれる吸水性高分子ポリマーの吸水機能を初期段階で阻害することができるため、各工程を効率よく行うことができる。

以上、本発明による汚染土壌の洗浄分級処理方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、陽イオン添加工程Ｓ１２は、汚染土壌１００に水Ｗ１とともに陽イオンＩを添加しているが、以下のようにしてもよい。
例えば、陽イオン添加工程Ｓ１２は、第１分級工程Ｓ１３の後のスラリー状の土砂１０１に陽イオンＩを添加してもよい。
このようにすることにより、汚染土壌１００全体ではなく粗粒子分１０２を分離したスラリー状の土砂１０１に陽イオンＩを添加するため、汚染土壌１００全体に陽イオンＩを添加する場合と比べて、陽イオンＩの使用量を減らすことができる。

また、例えば、陽イオン添加工程Ｓ１２は、第２分級工程Ｓ１４の後の細粒子分１０３に陽イオンＩを添加してもよい。
このようにすることにより、汚染土壌１００全体ではなく細粒子分１０３のみに陽イオンを添加するため、汚染土壌１００全体に陽イオンＩを添加する場合と比べて、陽イオンＩの使用量を減らすことができる。また、細粒子分１０３に陽イオンを確実に添加することができるため、第３工程の脱水工程Ｓ３２における負荷を確実に少なくすることができる。

１００ 汚染土壌
１０２ 粗粒子分
１０１ スラリー状の土砂
１０３ 細粒子分
１０４ 砂分
１０５ 沈殿汚泥
１０６ 濃縮残渣
Ｉ 陽イオン
Ｗ１ 水
Ｗ２ 処理水
Ｗ３ 処理水
Ｓ１ 第１工程
Ｓ２ 第２工程
Ｓ３ 第３工程
Ｓ１２ 陽イオン添加工程

Claims (4)

1. 汚染土壌に水を添加し、湿式ふるい分級処理して粗粒子分を分離したスラリー状の土砂を砂分と細粒子分とにさらに分級処理する第１工程と、
   前記第１工程で分級処理した砂分を洗浄処理する第２工程と、
   前記第１工程で分級処理した細粒子分を凝集沈殿させて沈殿汚泥と処理水とに分離し、沈殿汚泥を脱水処理して濃縮残渣と処理水とに分離する第３工程と、を有し、
   前記第１工程では、前記汚染土壌に陽イオンを添加する陽イオン添加工程を行うことを特徴とする汚染土壌の洗浄分級処理方法。
2. 前記陽イオン添加工程は、前記汚染土壌に前記水とともに前記陽イオンを添加する請求項１に記載の汚染土壌の洗浄分級処理方法。
3. 前記陽イオン添加工程は、前記汚染土壌のうちの湿式ふるい分級処理して前記粗粒子分を分離した後の前記スラリー状の土砂に前記陽イオンを添加する請求項１に記載の汚染土壌の洗浄分級処理方法。
4. 前記陽イオン添加工程は、前記汚染土壌のうちの前記砂分と前記細粒子分とに分級処理された後の前記細粒子分に前記陽イオンを添加する請求項１に記載の汚染土壌の洗浄分級処理方法。

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