JP5050155B1

JP5050155B1 - 放射性物質分離除去方法

Info

Publication number: JP5050155B1
Application number: JP2011276421A
Authority: JP
Inventors: 利保東
Original assignee: KABUSHIKI KAISHA SAN-EI
Current assignee: KABUSHIKI KAISHA SAN-EI
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: JP2013113842A

Abstract

【課題】セシウムなどの放射性物質に汚染された物質からの放射性物質分離除去方法を提供する。
【解決手段】汚染された土壌や汚泥を、洗浄流体を満たした処理槽内に投入して、エアーあるいは液体などの流体により上昇流で内部に接触分離ピースの複数を含む接触分離路内に流体を伴って汚染された物質を吸引・上昇させて汚染された物質と接触除去ピースとを相互接触させることで固粒子からそれに付帯する放射性物質と極微細粒子分とを分離し、その分離後、接触分離路からの接触除去ピースと固粒子および極微細粒子分は、処理槽上部の分別槽内に導入してのち、少なくとも接触除去ピースは接触分離路内へ還流させる一方、接触除去ピースを除く固粒子および極微細粒子分の大部分は、分別槽の外域である処理槽内に戻して放射性物質を浮遊状態の極微細粒子とともに槽外へ排出処理する一方固粒子は沈降誘導させてその沈澱物を槽下部より槽外に排出するようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射性物質分離除去方法に関する。

東日本大震災時の福島原発事故については、事故のあった発電所においてその収拾に努めているところであるが、原発事故により放逸されたセシウムで代表される放射性物質については、福島県の特定地域範囲に限らず気候条件により日本の広い範囲に撒き散らされる結果となり、現実問題としては、放射性物質が原野、住居、各種施設などに降り注ぎ定着する被害を招き、その対策として、例えば、森林、田畑、校庭、家屋周りの庭などの汚染土壌を削り取り、収集して保管処理するようにしている。しかし、汚染土壌をそのまま保管処理するだけでは、保管量が膨大になりその保管場所に限界が来るため、積極的な対策として、収集した汚染土壌から放射性物質を分離除去する除染対策が必要になってきた。
対象は異なるが、そうした除染対策例として、特許文献１に開示された技術がある。

特開２００２−２３３８５９号

上記特許文献１による技術は、ダイオキシン類の油脂性・難分解性の有害物質を含有する汚染土壌の浄化に関し、減量化処分方法における脱水濾過に至る処理過程の処理の高度化を図り、浄化処理リスクの低減化をなし、併せて処分費の低減化をなすことを目的になされたもので、具体的解決手段として、スラリー化した油脂性の有害物質を含有する汚染土壌に対し、当該有害物質を選択的に吸着する吸着子を収容した透過性の収容具を混入・攪拌し、汚染土壌内に含有された有害物質を吸着子に吸着させ、しかる後、収容具を汚染浄化対象土壌から分離する。この方法により、油脂性の汚染物質に対する処理が効率的に行え、また残余の汚染土は充分に低濃度の汚染となるので、その封じ込め処理は大量であっても容易かつ安全に行える。この技術において、有害物質を吸着した吸着子は、汚染浄化対象土壌から分離されたのち該有害物質を吸着したまま処理されるか、汚染浄化対象土壌から分離されたのち該有害物質を洗浄したのち再び使用されるものである。
しかし、これらの吸着子は吸着機能をもつものであるため、有害物質を一定に吸着するとそれ以上は吸着できない、所謂飽和状態となるため、装置を運転停止して収容具のメンテナンスを行う必要が出てくる。また、有害物質を吸着後のこれら吸着子の後処理は簡単なようではあるが、実際には有害物質を吸着したままの吸着子を処分するとそれだけで広大な処分場を必要とししかも有害物質を吸着しているため特別の保管方法を必要とする。また、吸着子から有害物質を洗浄したのち再び吸着子を使用するにしても、一旦吸着した有害物質を取り除くため、その洗浄処理並びに洗浄で除去された有害物質の後処理には手間が掛かるものである。

本発明は、このような従来の方法が有していた問題を解決しようとするものであり、セシウムなどの放射性物質に汚染された物質からの除染が効率的かつ確実に行えるとともに分離除去された放射性物質の後処理も極く減容化されたもとで容易になされるようにした放射性物質分離除去方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、放射性物質に汚染された土壌や汚泥などの汚染された物質を、洗浄流体を満たした処理槽内に投入してのち、エアーあるいは液体などの流体の導入により上昇流を発生可能で内部に接触分離ピースの複数を含む接触分離路内に流体を伴って汚染された物質を吸引・上昇させて汚染された物質と接触除去ピースとを相互接触させることで固粒子からそれに付帯する放射性物質と極微細粒子分とを分離し、その分離後、接触分離路からの接触除去ピースと固粒子および極微細粒子分は、処理槽上部の分別槽内に導入してのち、少なくとも接触除去ピースは接触分離路内へ還流させる一方、接触除去ピースを除く固粒子および極微細粒子分の大部分は、分別槽の外域である処理槽内に戻して放射性物質を浮遊状態の極微細粒子とともに槽外へ排出処理する一方固粒子は沈降誘導させてその沈澱物を槽下部より槽外に排出するようにする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、浮遊する極微細粒子を放射性物質とともに処理槽外に排出させる際に縦向きの流路として複数並列配置された浮上促進路内を経由して誘導排出させるようにする。

上述したように本発明は構成されているので、汚染された物質からのセシウムなどの放射性物質の除去が効率的かつ確実に行えるとともに分離除去された放射性物質を含む極微細粒子の回収により汚染された物質が極く減容化されて埋め立てを含む後処置がより狭小面積内において対処し得るようにした放射性物質分離除去方法を提供することができる。

本発明である放射性物質分離除去方法（装置）の一実施形態を図２のＩ−Ｉ線に沿うものとして示す縦断模式図。図１のＩＩ−ＩＩ線模式断面図。他の実施形態を図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って示す横断模式図。図３のＩＶ−ＩＶ線模式断面図。他の実施形態を図６のＶ−Ｖ線に沿って示す横断模式図。図５のＶＩ−ＶＩ線模式断面図。

以下、本発明方法ならびにその装置の一実施形態を図１および図２に基づいて説明する。尚、以下、一部接触除去ピース等を除き金属材料、特にステンレス材を使用することを基本とするが、そのことに限定されない。

図１および図２において、１は処理槽で、図示しない架台を介して固定基盤あるいはトラック（トレーラを含む）や鉄道輸送などの車両による輸送手段の荷役台上に安定に設置される。輸送手段には船舶やフロートなど海上輸送手段を含む。ここで、処理槽１において、図１および２の左側を前側とし、右側を後側とする（以下同じ）。処理槽１は、上部を正方形などの矩形筒状とし下部は１つの面が垂直状でその他の隣り合う３面が沈降しやすいように大きな傾斜（前面は４５度、左右側面は６０度前後）をもって下向き窄まり状の筒部とされている。この処理槽１は図１の左側に示すように丸胴形でもよい。処理槽１の上部は蓋２を備え、この蓋２の前側には汚染土壌（汚染された物質）が矢印Ａのように投入される投入口３とされている。この蓋２はメンテナンス等のため、適宜開閉可能にしてもよい。処理槽１の後側上位にはオーバーフロー口４が形成され矢印Ｘのようにオーバーフロー可能になっており、それにより水面５が規定される。尚、ここでは汚染物質は放射性物質のことを指し、汚染された物質とは放射性物質で汚染された結果としての物質のことを指す。

処理槽１の前面中程高さには上部バルブ７を介して上部給水口８が設けられ、前面下端付近には下部バルブ９を介して下部給水口１０が設けられていて、それぞれ矢印Ｗ１およびＷ２のように適宜給水可能に制御されるようになっている。処理槽１の窄まった下端口は、下端排出口１２が形成され、同口１２からのものは、排出バルブ１３により矢印Ｚのように適宜排出可能なように開閉制御されるようになっている。１５は中段排出口で、処理槽１の下部後面における前記上部給水口８より少し高いところに開口している。１６は中段バルブであり、矢印Ｙのように排出可能なように開閉制御可能になっている。

２０は接触分離路で、垂直な長いパイプ部分と上端の水平な短いパイプ部分およびその間のエルボ状パイプ部分とを有し丸パイプをＬ字形に曲成した接触分離パイプ２１の内部に形成されている。水平な短いパイプ部分は水面５よりも上位にある。この接触分離パイプ２１は、処理槽１内の後側に縦向きに固定され、その下端開口は上部給水口８と中段排出口１５の間に位置するように開口している。同接触分離パイプ２１内には、直径が２．５ｍｍ前後の合成ゴムよりなる球形で比重が１．０２前後の接触除去ピース２２の多数個が浮上力の付加により上昇可能に入れられており、これら接触除去ピース２２が接触分離パイプ２１の下端開口から脱落しないように同パイプ２１の下端開口周りには、底面および周面を一定間隔の柵体状とした透過メッシュ２３が装着されている。前記接触除去ピース２２の直径は汚染土壌の土壌粒度（径）により大小に変更する。前記透過メッシュ２３は、沈降してくる各種粒子を矢印Ｂ１のように通過させ得るようになっている。２４は上昇促進パイプで、上下開放状であり、透過メッシュ２３の中央にその上端が取り付けられて下向きに伸びるとともにその中途には矢印Ｃ１のようにエアーを供給可能に下部エアーパイプ２５が接続されている。また、前記接触分離パイプ２１の下部付近には、上部エアーパイプ２６が接続されて矢印Ｃ２のように接触分離パイプ２１内に圧縮エアーを供給できるようになっている。

２８は分別槽で、処理槽１の略中央上位に固定して設けられている。分別槽２８は、左右の側面と後側の面の３つの面を垂直状に有し前面が開放状とされた上部と４面を有し下向きに窄まった形になった下部とを有し、上部の中程高さが水面５近くになるように設定されている。分別槽２８の下部と前記接触分離パイプ２１との間は、還流パイプ２９により連通状に接続されている。還流パイプ２９の下端開口は、還流した接触除去ピース２２などが再び上昇されて処理を受けるように、上部エアーパイプ２５の開口よりも上位に設定されている。

分別槽２８の前面開放口には、分別メッシュ３０が装入されており、この分別メッシュ３０は、蓋２に開けられたスリット３１を通じて差し入れられてその下端は分別槽２８の前端縁上に当たるとともに上端の弾性パッキン３２がスリット３１上に弾接するようにしてセットされている。このセッティングは、分別槽２８の前端左右両側に設けたガイド３３を介して垂直状に確実になされるようになっている。この分別メッシュ３０は、接触除去ピース２２のすべてを元の接触分離パイプ２１内に還流させその他のものは透過して処理槽１内に戻すように機能する。図２のように流れによっては接触除去ピース２２以外のものも還流させる。
尚、分別メッシュ３０は、網状あるいは柵状もしくは多孔板状のものであり、この実施形態では、分別メッシュ３０の上端に設けた取っ手３４を介して挿脱可能になっている。
オーバーフロー口４は、接触分離パイプ２１の後側に対応するため、浮上物質Ｆの流れが遮られるおそれがあるため、図１に仮想線で示すように、接触分離パイプ２１の直ぐ後側位置から離れた２個所あるいは１個所に配置することもある。
処理槽１には、例えば、分別槽２８の左右下方に位置するように、エアー供給手段３９を通して浮上の促進を図るようにしてもよい。
汚染土壌の投入・沈降経路は処理槽１の前側であったが、図２に仮想線で示すように、接触分離パイプ２１の後側に前後幅のある沈降路Ａ１を形成して汚染土壌を独立的に沈降させるようにしてもよい。汚染土壌の沈降と分別メッシュ３０からの透過物Ｔ，Ｆとが交錯しないようになる。
また、図１に仮想線で、図２の右側部分にそれぞれ示すように、オーバーフロー口４に代えて、処理槽１の外周に周トラフ３６を設けて処理槽１の全周からオーバーフローをさせ排水パイプ３７より排出するようにしてもよい。この周トラフ３６は、図１における浮上物質が流れ来る処理槽１の後辺のみに対応した部分トラフ３８に簡略化してもよい。部分トラフ３８は処理槽１の後辺とそれに隣合う左右の側辺にまで及ぶ平面コの字形をしたもの３８´にしてもよい。

〈第１運転方式〉…処理槽１内には、下部給水口１０を通じて図２の矢印Ｗ２のように洗浄水（洗浄流体）６が導入され、オーバーフローＸにより水位が水面５のレベルになった時点（水面５のレベル以前でもよい）で、放射性物質（セシウム）で汚染された汚染土壌（あるいは汚泥など）が図２の矢印Ａのように投入口３を通じて投入され、さらに、矢印Ｃ１、Ｃ２のように上昇促進パイプ２４および接触分離路２０内にエアーが連続的に供給される。前記洗浄水とエアーの給水は継続される。尚、汚染土壌の投入は一定量のものを一度に投入する場合と逐次投入する場合とがある。

投入された汚染土壌は、洗浄水６内を沈降してゆく。接触分離路２０内は、矢印Ｃ１、Ｃ２のエアーの供給により接触分離路２０内で上昇流Ｌを起生し下端から吸引力を発生した状況にあるので、前記沈降してきた汚染土壌を矢印Ｂ１およびＢ２のように吸引して接触分離路２０内を矢印Ｌのように上昇してゆく。
上昇中の汚染土壌は、供給される上昇エアーと洗浄水の中で多数の接触除去ピース２２と接触を繰返しながら上昇し、これにより、砂・礫などの固粒子からシルトや粘土分（０．００２ｍｍまでのものとそれより小さく浮遊質の極微細粒子とがある）が分離され、さらに放射性物質までも分離される。これらの分離したものは洗浄水および接触除去ピース２２とともに分別槽２８内に導入されるが、接触除去ピース２２については分別メッシュ３０による透過規制により還流パイプ２９を通じて元の接触分離路２０内に戻される。ここで、少し重い未分離物については図２のように同じく還流されて再び接触除去ピース２２による分離作用を受けることになる。

一方、分別槽２８内の固粒子・シルト・粘土分・放射性物質は、分別メッシュ３０の孔を透過して処理槽１内に戻される。戻された固粒子・シルトおよび０．００２ｍｍ以上の粘土分は、矢印Ｂのように処理槽１内を沈降してゆき処理槽１の底部内に沈澱したり一部は矢印Ｂ１、Ｂ２のように接触分離路２０内に誘導されて再度接触分離作用を受けるものもある。尚、沈澱したものは、連続運転中に排出バルブ１３を開けることで矢印Ｚのように定期的に排出するか、あるいは、一定時間の連続運転後にまとめて排出するようにしてもよい。

粘土分のうち０．００２ｍｍより微細な極微細粒子は放射性物質とともに図１および図２の矢印Ｆのように洗浄水６中で浮遊・浮上する傾向になり、これらは、下部給水口１０からの給水Ｗ２が連続してなされているので、オーバーフロー口４から逐次自動排出され、その排出物を凝集沈澱後、脱水あるいは乾燥処理したのち密閉梱包する等の後処理をする。その結果物は減容化したものとなる。

こうした分離処理が一定になされると、下部給水口１０からの給水Ｗ２とエアー供給Ｃ１，Ｃ２が停止され、これにより、連続運転は停止状態となる。停止状態になると、処理槽１内で浮遊するものは砂礫やシルトのように沈降するものと粘土分のように浮遊するものとに分けられ、沈澱物は例えば、図２のレベルＨのように沈澱したあと矢印Ｚ方向に排出される一方、沈澱物以外のその上側で浮遊する粘土分は中段バルブ１６を開くことで矢印Ｙのように排出処理される。
前記連続運転は繰り返されることがあり、また、装置を複数基配置してそれらを同時あるいは相互時間調整をしながら運転して並行処理するようにすることもできる。

〈第２運転方式〉…この運転方式は前記連続運転と同じく運転され、一定時間後、給水Ｗ２とエアー供給Ｃ１，Ｃ２は停止される。この停止により、砂礫などの固粒子が沈降してＨレベルまで沈澱物が溜まり、その上に浮遊粘土分が存在する状態となる。その後、給水Ｗ１がなされることでオーバーフローＸがなされて極微細粒子や放射性物質が排出処理される一方、浮遊粘土分は矢印Ｙのように抜き出されたあと、沈澱物は矢印Ｚのように排出される。空になった処理槽１内には再び給水Ｗ２がなされ、満水になった時点でＡのように汚染土壌が投入され、連続運転の時と同様に給水Ｗ２とエアー供給Ｃ１，Ｃ２による分離循環作用がなされるとともにオーバーフローＸがなされて極微細粒子と放射性物質が排出される。そのあと給水Ｗ２とエアー供給Ｃ１，Ｃ２が停止されてＨレベルまで沈澱物が溜まり、その上に浮遊粘土分が存在する状態となる、その後、前記のように給水Ｗ１によるオーバーフローＸと排出Ｙ，Ｚがなされる。こうした間欠運転が繰り返される。

〈第３運転方式〉…処理槽１内が満水状態とされたあと、給水は停止されたままエアー供給Ｃ１，Ｃ２がなされ、接触分離路２０内で繰返し分離循環作用がなされる。一定時間運転後、エアーの供給Ｃ１，Ｃ２は止められることにより、砂礫などの固粒子やシルトなどがレベルＨまで沈澱する。そのあと、給水Ｗ１，Ｗ２がなされることで、オーバーフローＸにより極微細粒子および放射性物質が排出される一方、砂礫などの固粒子やシルト分などの沈澱物は矢印Ｚのように排出処理される。沈澱物上に残る浮遊粘土分については矢印Ｙのように排出する。
尚、これらの運転方式、第１、第２、第３運転方式は、例えば、第１（連続）運転方式と第２（間欠）運転方式、第１（連続）運転方式と第３（とを組み合わせて運転するように、組み合わせて運転することもできる。

図３および図４は他の実施形態を示す。この実施形態は、浮遊する極微細粒子を放射性物質とともに処理槽１外にオーバーフローさせる前の段階において縦向きの流路として複数並列配置型の浮上促進路４０を経由させて排出まで導くようにすることで極微細粒子および放射性物質に浮上指向性を付与してより確実にオーバーフローさせ得るようにしたものである。４１は浮上促進体で、四角形を単位とする立体格子状のもので、薄板で製作されて処理槽１内における分別槽２８の側脇から後側壁に亘る左右両側に固定配置され、高さは、その上端がオーバーフロー口４よりもｈ１程下寄りで下端は中段排出口１５よりもｈ２程上寄りとなるように設定されている。ｈ１程下寄りとしたのは、水面５よりも下側流域で流すためで、ｈ２程上寄りとしたのは、中段排出口１５からの排水の流れを浮上促進体４１が邪魔しないようにするためである。浮上促進路４０に噴出口４２が対応するように浮上エアーパイプ４３を設ければより積極的に浮上物を捉えて浮上誘導することができる。

オーバーフロー口４は、接触分離パイプ２１の後側に対応するため、浮上物質Ｆの流れが遮られるおそれがあるため、図３に仮想線で示すように、接触分離パイプ２１の直ぐ後側位置から離れた２個所あるいは１個所に配置することもある。
図３に仮想線で、図４の右側部分にそれぞれ示すように、オーバーフロー口４に代えて、処理槽１の外周に周トラフ３６を設けて処理槽１の全周からオーバーフローをさせ排水パイプ３７より排出するようにしてもよい。この周トラフ３６は、図３における浮上物質が流れ来る処理槽１の後辺のみに対応した部分トラフ３８に簡略化してもよい。部分トラフ３８は処理槽１の後辺とそれに隣合う左右の側辺にまで及ぶ平面コの字形をしたもの３８´にしてもよい。
浮上促進体４１の上面部は、図４の左上に示すように、オーバーフロー口４へ向けて段階状に下がるように形成すれば浮上物質の流れが円滑になる。図４の左下に示すように、浮上促進体４１の下面部を、処理槽１の前側へ向けて段階的に上がる形状にしておけば、浮上物質をより確実に捉えることができる。

図５および図６に示す他の実施形態は、浮上促進体４１を丸パイプ（あるいは角パイプ）の集合体によって形成したもので、各パイプ内およびパイプ相互間に浮上促進路４０が形成されている。これにより、極微細粒子および放射性物質に浮上指向性を付与してより確実にオーバーフローさせ得るようにしたものである。この浮上促進体４１は、分別槽２８の側脇から後側壁に亘る左右両側に固定配置され、高さは、その上端がオーバーフロー口４よりもｈ１程下寄りで下端は中段排出口１５よりもｈ２程上寄りとなるように設定されている。ｈ１程下寄りとしたのは、水面５よりも下側流域で流すためで、ｈ２程上寄りとしたのは、中段排出口１５からの排水の流れを浮上促進体４１が邪魔しないようにするためである。浮上促進路４０に噴出口４２が対応するように浮上エアーパイプ４３を設ければより積極的に浮上物を捉えて浮上誘導することができる。３６は周トラフ、３８´は部分トラフである。この浮上促進体４１についても図４の左側のように段階方式を適用することができる。
尚、図５の右上欄に示すように、浮上促進体４１の丸パイプは縦横整列式で互いに離間する形に配列してもよいし、右下欄に示すように、千鳥配置にしてもよい。さらに、図６の左下欄の上段に示すように、浮上促進体４１は、パイプを寄せ合わせたユニット状のものとしその軸心が水面５に対し傾斜して上端開口からの浮上物質が右のオーバーフロー口へ流れやすいようにしてもよいし、下段に示すように、パイプは同じ高さであるが斜め傾斜状を向くような形式にしてもよい。

前記すべての実施形態において、接触分離パイプ２１の上端出口は水面５よりも高くなっていたが、水面下に設定してもよい。
接触分離パイプ２１は１つの処理槽１に単一本であったが、複数本でもよい。この場合、複数本の接触分離パイプ２１に対し分別槽２８は単一個にして簡略化することができる。
前記上昇促進パイプ２４および下部エアーパイプ２５は省略してもよい。
投入される汚染された物質は、土壌、土砂（川砂や海砂など）、汚泥、米、野菜、果物、廃木、瓦礫など各種のものを対象とする。必要に応じて破砕、粉砕手段で微細化して投入する。

１…処理槽３…投入口４…オーバーフロー口５…水面６…洗浄水８，１０…給水口１２，１５…排出口２０…接触分離路２１…接触分離パイプ２２…接触除去ピース２８…分別槽２９…還流パイプ３０…分別メッシュ４０…浮上促進路４１…浮上促進体。

Claims

放射性物質に汚染された土壌や汚泥などの汚染された物質を、洗浄流体を満たした処理槽内に投入してのち、エアーあるいは液体などの流体の導入により上昇流を発生可能で内部に接触分離ピースの複数を含む接触分離路内に流体を伴って汚染された物質を吸引・上昇させて汚染された物質と接触除去ピースとを相互接触させることで固粒子からそれに付帯する放射性物質と極微細粒子分とを分離し、その分離後、接触分離路からの接触除去ピースと固粒子および極微細粒子分は、処理槽上部の分別槽内に導入してのち、少なくとも接触除去ピースは接触分離路内へ還流させる一方、接触除去ピースを除く固粒子および極微細粒子分の大部分は、分別槽の外域である処理槽内に戻して放射性物質を浮遊状態の極微細粒子とともに槽外へ排出処理する一方固粒子は沈降誘導させてその沈澱物を槽下部より槽外に排出するようにする放射性物質分離除去方法。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、浮遊する極微細粒子を放射性物質とともに処理槽外に排出させる際に縦向きの流路として複数並列配置された浮上促進路内を経由して誘導排出させるようにする放射性物質分離除去方法。