JP5470563B2 - 汚染土壌処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射性物質または重金属が蓄積した汚染土壌から放射性物質または重金属を分離するための技術に関する。

放射性物質に汚染された土壌から放射性物質を効率良くかつ安全に分離するための技術は確立されていない。汚染土壌から放射性物質を効率良く分離できれば、例えば地表から剥ぎ取った土壌の多くを元の場所に埋め戻すことができる。また、放射性物質を含有する汚染物を大きく減容することになるので、保管スペースもその分小さくて済む。

一方で、技術分野は異なるが、本発明者は、下水処理場に流入した沈砂を洗浄するための装置を開発している（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１、２に記載された沈砂の洗浄処理装置は、沈砂を含む汚水が投入される処理槽、処理槽内に縦向きに設けられ空気が供給される浮上用パイプ、浮上用パイプの中を上昇流により上昇する多数の分離促進ピース、などを具備してなる装置である。処理槽内に投入された沈砂を含む汚水は、浮上用パイプ内に空気が供給されることで、分離促進ピース・空気・洗浄水により当該浮上用パイプ内で攪拌洗浄される。この攪拌洗浄により、沈砂中に混在している比重の小さいＳＳ分は分離し、処理槽の上部から排出される。

特許第３３９６６８４号公報 特許第４６７８６２７号公報

土壌に含まれる粘土は、放射性物質や重金属を吸着する（粘土を構成する粘土鉱物の層間にこれら物質を強固に保持固定する）性質を持っていることが知られている。そのため、放射性物質を吸着した粘土を土壌から分離することができれば、放射性物質は粘土とともに土壌から分離される。ここで、特許文献１、２に記載されたような沈砂の洗浄処理装置に汚染土壌を投入することで放射性物質を吸着した粘土を土壌から分離することはある程度可能であると考えられる。

しかしながら、粘土の粒径は小さいため、特許文献１、２に記載された洗浄処理装置を用いても、土壌から粘土を効率良く分離することは難しい。また、放射性物質は、粘土に吸着しているだけでなく、土壌に含まれる砂、礫などの粒子の表面に付着しているものもある。したがって、土壌に含まれる砂、礫などの粒子の表面から放射性物質をはがしてやらなければならないが、特許文献１、２に記載された洗浄処理装置ではその能力が不十分である。しかも、下水に含まれる沈砂の粒径は２ｍｍ程度のものが多く粒径のばらつきは比較的小さい。これに対して土壌には、粒径が２ｍｍを超える礫が含まれることがほとんどであり、また前記したように粘土の粒径は小さく、すなわち土壌を構成する粒子の粒径にはばらつきがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、放射性物質（または重金属）に汚染された土壌から放射性物質（または重金属）を効率良くかつ安全に分離することができる構造を備えた汚染土壌処理装置を提供することである。

本発明は、粘土を含有し放射性物質または重金属が蓄積した汚染土壌から放射性物質または重金属を分離するための汚染土壌処理装置である。この汚染土壌処理装置は、前記汚染土壌が投入され底から処理済土壌が排出される本体容器と、上下端がいずれも開口とされ前記本体容器内に縦向きに配置された第１揚土管と、上下端がいずれも開口とされ前記第１揚土管の下端部に一部が挿入された状態で前記本体容器内の底部に縦向きに配置された前記第１揚土管よりも径の小さい第２揚土管と、前記第１揚土管に空気を供給するための第１空気供給管と、前記第２揚土管に空気を供給するための第２空気供給管と、前記第２揚土管よりも下方の前記本体容器内の底部に空気を供給するための第３空気供給管と、前記第２揚土管よりも下方の前記本体容器内の底部に水を供給するための給水管と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、放射性物質（または重金属）に汚染された土壌から放射性物質（または重金属）を効率良くかつ安全に分離することができる。

本発明の第１実施形態に係る汚染土壌処理装置の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図およびＤ−Ｄ断面図である。 図１に示す第２揚土管の吐出口部の平面図、および土砂混合羽根の断面詳細図である。 図１に示した第１揚土管の他の実施形態を示す縦断面図である。 図１に示した汚染土壌処理装置の変形例を示す縦断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、粘土を含有する土壌だけでなく、粘土を含有する瓦礫（破壊された建造物の破片など）にも適用することができる。すなわち、瓦礫を除染対象物とすることも可能である。瓦礫の寸法が大きい場合には、前処理として所定の粒径（寸法）以下にまで瓦礫を破砕し、破砕した瓦礫を本発明の汚染土壌処理装置に投入することで、汚染された瓦礫から放射性物質などを除去することができる。

また、以下では、放射性物質のうちのセシウムを分離除去対象物質として説明しているが、本発明によれば、セシウム以外の放射性物質、例えば、コバルト、ストロンチウムなどを土壌などから除去することもできるし、鉛、ヒ素、水銀などの重金属を除去することもできる。

（汚染土壌処理装置の構成）
図１〜４を参照しつつ本発明の第１実施形態に係る汚染土壌処理装置１００について説明する。図１に示すように、本実施形態の汚染土壌処理装置１００は、本体容器１、揚土管（第１揚土管２、第２揚土管３）、空気供給管（第１空気供給管４、第２空気供給管５、第３空気供給管６）、給水管７、排水管８などを備えている。

（本体容器）
本体容器１は、角形の容器とされており、その下部は鉛直下方向に向かうにつれて徐々に容積が小さくなる逆四角錐形とされている。すなわち、本体容器１は、投入部１ａを除いて鉛直方向において平断面積がほぼ一定の本体部２１と、鉛直下方向に向かうにつれて徐々に容積が小さくなる逆四角錐形の下部２２とからなる。なお、本体容器を円筒形の容器とし、その下部を鉛直下方向に向かうにつれて徐々に容積が小さくなる逆円錐形としてもよい。本体容器１の側面であってその上端部には汚染土壌の投入部１ａが設けられている。また、本体容器１の底には処理済土壌の排出管１３が鉛直下向きに取り付けられている。投入部１ａの上端に設けられた投入口１ｂから本体容器１内へ汚染土壌は下向きに投入される。

本体容器１の本体部２１の側面には、複数の排水管８（８ａ〜８ｅ）が向きを水平にして取り付けられている。本実施形態では、３本の排水管８ａ〜８ｃが相互に高さを変えて投入部１ａとは反対側の本体部２１の側面に取り付けられ、２本の排水管８ｄ・８ｅが相互に高さを変えて投入部１ａ側の本体部２１の側面に取り付けられている。排水管８ｄ・８ｅは、投入部１ａの下方に位置する。また、排水管８ｂ・８ｃの取り付け高さと、これらに対向配置された排水管８ｄ・８ｅの取り付け高さとは同じとされている。これら複数の排水管８（８ａ〜８ｅ）により、本体部２１内の任意のレベル（高さ）から排水可能となっている。なお、本体容器１に取り付ける排水管は、複数である必要は必ずしもなく、１本であってもよい（本体容器1からの排水箇所が１箇所であってもよい）。

また、排水管８ａ〜８ｅには、それぞれに電動排水弁１４が取り付けられている。電動排水弁１４はいずれも開度調整可能な弁である。すなわち、電動排水弁１４の開度を調製することで排水量の調整が可能となっている。なお、排水管８ａ〜８ｅに取り付ける排水弁は、空気作動弁であってもよいし、手動弁であってもよい。また、電動弁のような自動弁とする場合、必ずしも開度調整可能な弁とする必要はない。

本体容器１の底に取り付けられた排出管１３には、向きを水平にして給水管７が取り付けられている。この給水管７により、第２揚土管３よりも下方の本体容器１内の底部に水を供給することができる。給水管７には、例えば、電動弁のような自動弁（不図示）が取り付けられる。

また、本体容器１の底に取り付けられた排出管１３には、向きを水平にして第３空気供給管６が給水管７とともに取り付けられている。この第３空気供給管６により、第２揚土管３よりも下方の本体容器１内の底部に空気を供給することができる。第３空気供給管６には、例えば、電動弁のような自動弁（不図示）が取り付けられる。ここで、本実施形態において、第３空気供給管６の空気吐出口６ａは、その向き（空気吐出方向）が水平にされている。ただし、必ずしも空気吐出口６ａの向き水平である必要はない。

給水管７および第３空気供給管６が排出管１３に接続する位置よりも下流側の排出管１３部分には電動排出弁１５が取り付けられている。電動排出弁１５を開にすることで、本体容器１の底から処理済土壌が排出される。排出された処理済土壌は、その放射線量が所定値以下であることを確認された後に、例えばコンテナ５１で運ばれ、埋戻しなどされる。なお、排出管１３に取り付ける排出弁は、空気作動弁であってもよいし、手動弁であってもよい。

（揚土管）
<第１揚土管>
本体容器１の本体部２１内の中心部には、筒形状の第１揚土管２が縦向きに配置されている。第１揚土管２は、その上下端がいずれも開口とされている。第１揚土管２は、長尺の円筒部２３と、円筒部２３の下端に設けられた角錐形の傘部２４とを備えている。第１揚土管２の中には、複数の攪拌促進ボール１４が入れられている。攪拌促進ボール１４は、例えば直径１０ｍｍの球であって、その比重は１．０１〜１．１程度とされている。なお、傘部２４は円錐形であってもよい。

傘部２４の下端開口部には、攪拌促進ボール１４落下防止用の落下防止板２５が取り付けられている。本実施形態では、平鋼（フラットバー）を複数組み合わせて落下防止板２５としている。隣り合う平鋼の間隔を攪拌促進ボール１４の寸法（直径）よりも小さくすることで、第１揚土管２の外へ攪拌促進ボール１４が落下しないようにされている。

第１揚土管２の円筒部２３の下部側面に第１空気供給管４が向きを水平にして接続されている。第１空気供給管４は、第１揚土管２に空気を供給するためのものである。なお、第１空気供給管４の空気吐出口４ａは、その向きが水平にされているが、第１揚土管２の内部まで当該空気吐出口４ａを延ばし、且つ、その向き（空気吐出方向）を鉛直上向きにすることもある。

第１揚土管２の上端部には、第１揚土管２の吐出口２ａを囲うように分離ボックス９が設けられている。分離ボックス９は、攪拌促進ボール１４と揚土とを分離するためのものであり、例えば、複数の平鋼（フラットバー）をかご形に組み合わせて形成される。隣り合う平鋼の間隔を攪拌促進ボール１４の寸法（直径）よりも小さくすることで、分離ボックス９の外へ攪拌促進ボール１４が出ないようにされている。

また、分離ボックス９の底と、第１揚土管２の円筒部２３の下部との間は、攪拌促進ボールリターン管１０で連通させられている。分離ボックス９の底面９ａは、攪拌促進ボールリターン管１０に向けて傾斜する傾斜面とされている。攪拌促進ボールリターン管１０は、第１揚土管２の吐出口２ａからエアリフトによって吐出した攪拌促進ボール１４を、第１揚土管２の下部へ戻すためのものである。

<第２揚土管>
第１揚土管２を構成する傘部２４に一部が挿入された状態で、本体容器１の底部に第２揚土管３が縦向きに配置されている。第２揚土管３は第１揚土管２に対して同軸とされており、第２揚土管３の直径（外径）は、第１揚土管２の直径（円筒部２３の内径）よりも小さい。また、第２揚土管３は、その上下端がいずれも開口とされている。

また、第２揚土管３の長手方向におけるほぼ中央部側面に第２空気供給管５が向きを水平にして接続されている。第２空気供給管５は、第２揚土管３に空気を供給するためのものである。なお、第１空気供給管４と同様、第２空気供給管５の空気吐出口５ａは、その向き（空気吐出方向）が水平にされている。ただし、第２揚土管３の内部まで当該空気吐出口５ａを延ばし、且つ、その向きを鉛直上向きにしてもよい。第２空気供給管５の空気吐出口５ａを第２揚土管３の内部まで延ばす場合、土の上昇の妨げとならないよう、第２空気供給管５の直径（外径）を、第２揚土管３の直径（内径）よりもできるだけ小さくしたほうがよい。

第２揚土管３の吐出口部の平面図を図４（ａ）に記載したように、第２揚土管３の吐出口（上端）には、攪拌促進ボール１４落下防止用の落下防止部材３１が取り付けられている。本実施形態では、平鋼（フラットバー）を十字に結合して落下防止部材３１とし、この落下防止部材３１を第２揚土管３の吐出口に嵌め込み固定している。

（土砂混合羽根状部材）
第１揚土管２の下端よりも上方の本体容器１内の下部２２には、土砂水の下降流れを分断する複数の土砂混合羽根状部材１１が配置されている。これら複数の土砂混合羽根状部材１１は、第１揚土管２の周囲に放射状に配置されている。本実施形態では、土砂混合羽根状部材１１は、第１揚土管２の円筒部２３にリング状部材２６を介して固定されている。また、土砂混合羽根状部材１１に対してほぼ垂直の角度で土砂水が当たるように、土砂混合羽根状部材１１の長手方向は、第１揚土管２の円筒部２３に対して斜め下向きの方向とされている。第１揚土管２の傘部２４の側面と、土砂混合羽根状部材１１とはほぼ平行にされている。

土砂混合羽根状部材１１の長手方向に直交する方向の断面を図４（ｂ）に示したように、土砂混合羽根状部材１１の本体容器１内に配置された状態における上下端には、いずれも鋭角な刃先部１１ａが設けられている。なお、本実施形態では、計８枚の土砂混合羽根状部材１１を第１揚土管２の周囲に取り付けているが、枚数はこれに限られることはない。また、本体容器１内に土砂混合羽根状部材１１を設置することは好ましいが、土砂混合羽根状部材１１の設置は必須ではない。

（傾斜板）
本体容器１内の上部には、上下方向に所定の間隔をあけて複数の傾斜板１２が積層配置されている。傾斜板１２は、粘土を除く土砂の重力沈降を促すためのものである。本実施形態においてこの傾斜板１２は、第１揚土管２を間に挟むように、第１揚土管２の上部径方向外側の両側に配置されている。また、傾斜板１２は、本体容器１の本体部２１の内壁から本体容器１の内側に向かって（第１揚土管２の側面に向かって）斜め下向きの方向に傾斜させられている。なお、傾斜板１２の配置やその傾き方向は、これに限られることはない。

（汚染土壌処理装置を用いたセシウムの分離除去）
次に、汚染土壌処理装置１００を用いたセシウムの分離除去について説明する。土壌は、礫、砂、粘土などから構成される。粘土は、岩石が風化や熱水作用によって分解してできた微細な粒子の集まりであり、各種の粘土鉱物・水分などからなるものである。粘土の主体をなすものは層状珪酸塩鉱物であり、その中でもカオリン鉱物、雲母粘土鉱物、混合層鉱物などは微粒の鉱物として粘土中に多く存在する典型的な粘土鉱物である。層状珪酸塩鉱物は、負に帯電しており、構造的に、２：１層型層状珪酸塩鉱物と、１：１層型層状珪酸塩鉱物とに分類される。２：１層型層状珪酸塩鉱物も、１：１層型層状珪酸塩鉱物もセシウムを吸着する（セシウムを層間に強固に保持固定する）ことが知られている。

なお、土壌学では、粒径が０．００２ｍｍ以下の風化作用を受けた二次鉱物粒子のことを粘土というが、本願では、粒径が０．００２ｍｍ以下の風化作用を受けた二次鉱物粒子のみのことを粘土というのではない。すなわち、前記したように、本願でいう粘土とは、岩石が風化や熱水作用によって分解してできた微細な粒子の集まりであり、各種の粘土鉱物・水分などからなるもののことをいう。

（汚染土壌投入工程）
まず、セシウムが蓄積した（セシウムに汚染された）汚染土壌を、汚染土壌処理装置１００（本体容器１）の中へ投入口１ｂから投入するとともに、本体容器１内の底部へ給水管７から水（例えば水道水）を供給する。このとき、例えば、汚染土壌の投入に先行して、本体容器１内へ水を供給し、本体容器１の底部（下部２２）にある程度水を溜めておくことが好ましい。本体容器１の底部にある程度溜めた水に、汚染土壌を落下させるのである。本体容器１内の液位が所定のレベルに達したら、汚染土壌の投入および給水を停止する。例えば、第１揚土管２および傾斜板１２がすべて水没するレベルに液位が達したら、汚染土壌の投入および給水を停止する。本体容器１に投入された汚染土壌に含まれる礫・砂のうち、比較的粒径の大きいものは本体容器１の底に沈み堆積する。また、汚染土壌に含まれる粘土のうち、礫・砂に付着していないもの、塊になっていないものの多くは液中を浮遊している状態となる。なお、汚染土壌と水との混合物を、以下、土砂水と呼ぶことにする。

（空気供給工程）
その後、第１空気供給管４から第１揚土管２内へ、第２空気供給管５から第２揚土管３内へ、第３空気供給管６から排出管１３内（本体容器１内の底部）へ、空気を供給する。第１空気供給管４から第１揚土管２内への空気供給により、土砂水は、第１揚土管２の下端開口からエアリフト効果で吸い込まれ、攪拌促進ボール１４とともに第１揚土管２内を上昇する。これにより、土砂水中の汚染土壌は、攪拌促進ボール１４・空気・水により第１揚土管２内で攪拌洗浄される。その結果、汚染土壌に含まれる礫・砂から粘土がはがれていく。なお、第２空気供給管５および第３空気供給管６からの空気も第１揚土管２内での汚染土壌の攪拌洗浄に寄与する。

また、第２空気供給管５から第２揚土管３内への空気供給により、土砂水は、第２揚土管３の下端開口からエアリフト効果で吸い込まれて第２揚土管３内を上昇する。これにより、土砂水中の汚染土壌は、空気・水により第第２揚土管３内で攪拌洗浄される。その結果、汚染土壌に含まれる礫・砂から粘土がはがれていく。ここで、第２揚土管３は第１揚土管２よりも本体容器１の底部側に位置し、かつ第２揚土管３の径は第１揚土管２の径よりも小さい。そのため、当該第２揚土管３は、本体容器１の底に沈み堆積している礫・砂を揚げる能力が高い。よって、本体容器１の底に沈み堆積している礫・砂（中程度の粒径のもの）を、第２揚土管３内で舞わせることができる。第２揚土管３内で礫・砂が舞う状態になると、礫・砂同士が常に互いに衝突しあい、礫・砂の表面に付着しているセシウムがはがれていく。礫・砂の表面からはがれたセシウムは、第１揚土管２内を上昇し、その吐出口２ａから流れ出て、その後、第１揚土管２の外側の本体容器１内を緩速で沈降する。第１揚土管２の外側の本体容器１内を緩速沈降する過程で、セシウムは粘土に吸着されていく。その結果、粘土は、セシウムを高濃度に吸着した粘土となっていく。

ここで、本体容器１の底に沈み堆積している礫・砂のうち粒径の大きいものは、第２揚土管３により揚げられることなく、本体容器１の底に沈んだままである。しかしながら、第３空気供給管６から排出管１３内（本体容器１内の底部）への空気供給により、本体容器１の底に沈んだままの状態の礫・砂は、その位置で揺動させられる。これにより、礫・砂同士が常に互いに衝突しあい、礫・砂の表面に付着しているセシウムがはがれていく。礫・砂の表面からはがれたセシウムは、第２揚土管３および第１揚土管２内を上昇し、第１揚土管２の吐出口２ａから流れ出て、その後、第１揚土管２の外側の本体容器１内を緩速で沈降する。その沈降過程でセシウムは粘土に吸着されていく。

ここで、第３空気供給管６内を流れる空気量は、第１空気供給管４内を流れる空気量および第２空気供給管５内を流れる空気量よりも少なくされていることが好ましい。換言すれば、第２揚土管３よりも下方の本体容器１内の底部に供給する空気量が、第１揚土管２に供給する空気量および第２揚土管３に供給する空気量よりも少なくされていることが好ましい。第３空気供給管６から排出管１３内（本体容器１内の底部）へ供給する空気量が多すぎると、本体容器１内の循環流に影響を及ぼすからである。土砂水は、第２揚土管３および第１揚土管２内を上昇したのち、第１揚土管２から溢れて本体容器１内を沈降する。その後、揚土管に吸い込まれて、再び揚土管内を上昇する。この繰り返しの循環流れが本体容器１内の循環流である。

本体容器１内の下部２２には、複数の土砂混合羽根状部材１１が第１揚土管２の周囲に放射状に配置されている。第１揚土管２の外側の下降流は、これら土砂混合羽根状部材１１により分断される。これにより、礫・砂からの粘土の分離が促進される。複数の土砂混合羽根状部材１１が第１揚土管２の周囲に放射状に配置されているので、第１揚土管２の周囲全体にわたって、土砂水の下降流を分断することができる。また、土砂混合羽根状部材１１が、第１揚土管２に対して斜め下向きの方向に、当該第１揚土管２から延在するように取り付けられているので、この土砂混合羽根状部材１１に対してほぼ垂直の角度で土砂水が当たる。その結果、下降流の分断効率が高まる。しかも、図４（ｂ）に示したように、土砂混合羽根状部材１１の上下端は鋭角な刃先部１１ａとされている。これにより、揚土管（２、３）への空気供給による（エアリフトによる）揚土効率は、土砂混合羽根状部材１１の存在にほとんど影響は受けず、且つ、下降流の分断効率はより高まる。

（静置工程（沈降分離工程））
空気供給管（４、５、６）からの空気供給が所定の時間経過したら、空気供給を停止して、本体容器１内の土砂水を所定の時間、静置する。なお、「静置する」とは、攪拌などを行わず、静止した状態に置くこと、をいう。土砂水を静置すると、土砂水に含まれる礫・砂は、本体容器１内の底に沈んでいく。

ここで、本体容器１内の上部には、上下方向に所定の間隔をあけて複数の傾斜板１２が積層配置されている。この傾斜板１２により、沈降しにくい砂分の沈降速度を上げることができ、その結果、静置工程の時間を短縮することができる。傾斜版１２の表面に沈降した砂分はここで堆積（濃縮）した後に傾斜版１２の表面を滑り落ちる。傾斜版１２の表面積が大きいと、滑り落ちる効果はその分大きくなるので、本実施形態では、上下方向に所定の間隔をあけて複数の傾斜板１２を積層配置している。

なお、上記した傾斜板１２による効果は、前記した空気供給工程においても発揮される。沈降しにくい砂分の沈降速度が上がることで、当該砂分の本体容器１内での循環が促進され、結果として沈降しにくい砂分の攪拌洗浄効率が高まる。ここで、前記した空気供給工程においては、第１揚土管２内への空気供給により、第１揚土管２には、微細な振動が発生する。本実施形態では、傾斜板１２は、縦向きに配置された第１揚土管２の側面に向かって斜め下向きの方向に傾斜しているので、傾斜板１２の表面を滑り落ちた砂分は、微細に振動する第１揚土管２の表面に接触し、これによっても砂分の沈降速度は上がる。

前記した空気供給工程および静置工程（沈降分離工程）は、必要に応じて繰り返し行う。これにより、礫・砂からの粘土の分離、礫・砂からのセシウムの分離、分離したセシウムの粘土への吸着を高める。

（排水工程）
その後（土砂水を所定の時間、静置させた後）、電動排水弁１４を開にして粘土を含有する濁水（粘土含有水）を排水管８から排水する。これにより、セシウムは粘土に吸着された状態で粘土とともに濁水の状態で排出される。このとき、設置高さの異なる排水管８ａ〜８ｅのうち、上方に位置する排水管から順に排水していくことが好ましい。排水管から排水される濁水に砂（砂は処分する必要がない）が含まれている場合は、その量に応じて排水を停止し、前記した空気供給工程および静置工程（沈降分離工程）を再度行う。濁水に砂が含まれているかいないか、およびその量の確認は、例えば排水管８ａ〜８ｅに目視窓（不図示）をつけるなどして行うことができる。これにより、処分する砂の量を減らして、埋戻しで使う砂（土壌）の量を十分に確保することができる。

なお、セシウムが吸着した粘土を含有する排出された濁水は、当該濁水に対して乾燥処理、凝集沈殿処理などを行うことによって減容されることになる。

（処理済土壌排出工程）
排水管８ａ〜８ｅのうち最も下方に位置する排水管からの排水が完了したら、電動排出弁１５を開にして処理済土壌を排出管１３から抜き出す（排出する）。抜き出した処理済土壌は、その放射線量が所定値以下であることを確認した後に、例えばコンテナ５１で運び、埋戻しなどする。なお、処理済土壌を排出管１３から少し抜き出した際に、その放射線量が所定値を上回る場合は、前記した空気供給工程、静置工程（沈降分離工程）、および排水工程を再度行う。

なお、前記したのは、汚染土壌処理装置１００のバッチ運転（バッチ処理）であるが、除染対象物である汚染土壌の性状によっては、汚染土壌処理装置１００を連続運転（連続処理）してもよい。連続処理とは、前記した静置工程（沈降分離工程）を特に行わず、前記した汚染土壌投入工程、空気供給工程、排水工程、および処理済土壌排出工程を、並行して行う処理のことをいう。なお、静置工程を伴うバッチ運転（バッチ処理）のほうが、連続処理よりもより確実に、粘土とともにセシウムを分離することができる。なお、連続処理の場合、本体容器１内への汚染土壌投入、水供給、空気供給、本体容器１内からの排水（粘土含有水の排水）、処理済土壌の排出を、全て連続して行う場合もあるし、一部を間欠で行う場合もある。

（作用・効果）
本発明によると、本発明の構成要件、特に、上下端がいずれも開口とされ第１揚土管２の下端部に一部が挿入された状態で本体容器１内の底部に縦向きに配置された第１揚土管２よりも径の小さい第２揚土管３、およびこの第２揚土管３に空気を供給する第２空気供給管５により、本体容器１の底に沈み堆積している礫・砂（中程度の粒径のもの）を、第２揚土管３内で舞わせることができる。その結果、礫・砂同士が常に互いに衝突しあい、礫・砂の表面に付着しているセシウム（放射性物質）を効率よくはがすことができる（礫・砂からセシウム（放射性物質）を分離させることができる）。礫・砂に付着した粘土を十分にはがすこともできる。また、第２揚土管３よりも下方の本体容器１内の底部へ第３空気供給管６から空気を供給することにより、本体容器１の底に沈んだままの状態の礫・砂を、その位置で揺動させることができる。これにより、本体容器１底の礫・砂同士が常に互いに衝突しあう状態をつくることができ、本体容器１底の礫・砂の表面に付着しているセシウムをはがすことができる。礫・砂に付着した粘土を十分にはがすこともできる。なお、本体容器１の底に沈み堆積している礫・砂に対して、処理済土壌の排出位置直近で、セシウム（放射性物質）除去処理および粘土分離処理が行えるメリットは大きい。

また、本発明では、第２揚土管３よりも下方の本体容器１内の底部に水を供給している。このようにすると、本体容器１上部から給水するのに比して、給水による汚染土壌の洗浄効果が高まる。第２揚土管３よりも下方の本体容器１内の底部に水を供給することで、汚染土壌の全体を下から攪拌する（ほぐす）ことができるからである。また、本体容器１に汚染土壌が投入されていない状態では、本体容器１内の底部（上記した実施形態では排水管１３）に付着したるセシウム（放射性物質）を直接の噴流ではがすことができる。

なお、本発明では、礫・砂からの粘土の分離、礫・砂からのセシウムの分離、分離したセシウムの粘土への吸着、という処理を、全て、外部から閉鎖された本体容器１内で行うので、本発明は、安全性にも優れている。

以上より、本発明によると、放射性物質（または重金属）に汚染された土壌から放射性物質（または重金属）を効率良くかつ安全に分離することができる。

（第１揚土管の他の実施形態）
図５は、図１に示した第１揚土管２の他の実施形態を示す縦断面図である。なお、図５において、図１に示した部品・部材と同一のものについては同じ符号を付している。図示を省略しているが、図１に示した第１揚土管２と同様に、本実施形態の第１揚土管３２の中には、複数の攪拌促進ボール１４が入れられている。

図５に示したように、本実施形態の第１揚土管３２は、径の異なる２つの円筒部（３４、３５）を有する。円筒部３４は、円筒部３５の上端から鉛直上方に向けて延存し、円筒部３５よりも径が大きい。また、円筒部３５から円筒部３４への拡径部は、テーパ状とされている。この拡径開始位置は、第１空気供給管４の接続位置よりも上方位置とされている。円筒部３５と円筒部３４とは同軸とされている。

円筒部３５の内面には、所定の幅を有する円弧形状の攪拌促進部材４１が複数取り付けられている。これら攪拌促進部材４１は、鉛直方向において千鳥状に（ジグザグ）に円筒部３５の内面に取り付けられている。なお、攪拌促進部材の形状・配置は、本実施形態のものに限られることはない。

ここで、図１に示した実施形態では、第１揚土管２の円筒部２３の径を上端から下端まで全て同じ径としているので、円筒部２３内は、すべて「攪拌洗浄ゾーン」となっている。これに対して、本実施形態では、円筒部３５は「攪拌洗浄ゾーン」となり、その上の円筒部３４は「吸着ゾーン」となる。土砂水の上昇する流速は、円筒部の径の２乗にほぼ比例して低下するので、円筒部３４の径および円筒部３５の径を適宜決定することにより、第１揚土管３２の円筒部３３を、流速の大きい「攪拌洗浄ゾーン」と流速の小さい「吸着ゾーン」とに分けることができる。

図１に示した実施形態では、第１揚土管２の外側の本体容器１内が、主としてセシウムが粘土に吸着する「吸着ゾーン」となっている。本実施形態のように、第１揚土管３２内の一部にも「吸着ゾーン」を設けることで、粘土へのセシウムの吸着効率をより高めることができる。

第１揚土管３２内を上昇する土砂は、攪拌促進ボール１４・空気・水により円筒部３５で攪拌洗浄される。このとき、円筒部３５の内面に取り付けられた攪拌促進部材４１に土砂水が衝突するなどして、土砂の攪拌洗浄効率が向上する。すなわち、円筒部３５の内面に攪拌促進部材４１を取り付けることで、土砂の攪拌洗浄効率を向上させることができる。その後、円筒部３４内を土砂水が緩速で上昇する過程で、粘土に吸着されていなかったセシウムが粘土に吸着されていく。

本実施形態で攪拌促進ボール１４は、第１揚土管３２の円筒部３５内では土砂水の洗浄を促進するものとして機能し、第１揚土管３２の円筒部３４内ではセシウムの吸着を促進するものとして機能する。攪拌促進ボール１４は、不規則に揺動しながら円筒部３４内を上昇するので、同様に不規則に揺動しながら円筒部３４内を上昇する空気の気泡とともに、緩速上昇する土砂水を複雑に動かす。これにより、セシウムと粘土との接触回数・接触時間が多く（長く）なり、粘土へのセシウムの吸着効率が向上する。

（汚染土壌処理装置の変形例）
図６は、図１に示した汚染土壌処理装置１００の変形例を示す縦断面図である。なお、図６において、図１に示した部品・部材と同一のものについては同じ符号を付している。

図６に示したように、本変形例の汚染土壌処理装置１０１は、その本体容器１内に傾斜板１２を設置していない。このように、汚染土壌の性状によっては、傾斜板１２を設置しなくてもよい。なお、図１に示した汚染土壌処理装置１００においては、傾斜板１２を取り外し可能にして、汚染土壌の性状に合わせて、傾斜板１２を取り付けたり取り外したりしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

１：本体容器
２：第１揚土管
３：第２揚土管
４：第１空気供給管
５：第２空気供給管
６：第３空気供給管
７：給水管
８：排水管
９：分離ボックス
１０：攪拌促進ボールリターン管
１４：攪拌促進ボール
１００：汚染土壌処理装置

Claims (11)

1. 粘土を含有し放射性物質または重金属が蓄積した汚染土壌から放射性物質または重金属を分離するための汚染土壌処理装置であって、
   前記汚染土壌が投入され、底から処理済土壌が排出される本体容器と、
   上下端がいずれも開口とされ前記本体容器内に縦向きに配置された第１揚土管と、
   上下端がいずれも開口とされ前記第１揚土管の下端部に一部が挿入された状態で前記本体容器内の底部に縦向きに配置された前記第１揚土管よりも径の小さい第２揚土管と、
   前記第１揚土管に空気を供給するための第１空気供給管と、
   前記第２揚土管に空気を供給するための第２空気供給管と、
   前記第２揚土管よりも下方の前記本体容器内の底部に空気を供給するための第３空気供給管と、
   前記第２揚土管よりも下方の前記本体容器内の底部に水を供給するための給水管と、
   を備えることを特徴とする、汚染土壌処理装置。
2. 請求項１に記載の汚染土壌処理装置において、
   前記第３空気供給管内を流れる空気量が、前記第１空気供給管内を流れる空気量および前記第２空気供給管内を流れる空気量よりも少なくされていることを特徴とする、汚染土壌処理装置。
3. 請求項１または２に記載の汚染土壌処理装置において、
   前記第１揚土管は、前記第１空気供給管の接続位置よりも上方部分で拡径されて、上部に拡径部が設けられていることを特徴とする、汚染土壌処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の汚染土壌処理装置において、
   前記第１揚土管の下端よりも上方の前記本体容器内に、下降流れを分断する複数の土砂混合羽根状部材が前記第１揚土管の周囲に放射状に配置されていることを特徴とする、汚染土壌処理装置。
5. 請求項４に記載の汚染土壌処理装置において、
   前記土砂混合羽根状部材は、前記第１揚土管に対して斜め下向きの方向に、当該第１揚土管から延在するように取り付けられていることを特徴とする、汚染土壌処理装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の汚染土壌処理装置において、
   前記本体容器内であって前記第１揚土管の上部径方向外側に、粘土を除く土砂の沈降を促す傾斜板が設けられていることを特徴とする、汚染土壌処理装置。
7. 請求項６に記載の汚染土壌処理装置において、
   前記傾斜板は、前記本体容器の内壁から前記第１揚土管の側面に向かって斜め下向きの方向に傾斜していることを特徴とする、汚染土壌処理装置。
8. 請求項６または７に記載の汚染土壌処理装置において、
   前記傾斜板は、所定の間隔をあけて上下方向に複数配置されていることを特徴とする、汚染土壌処理装置。
9. 粘土を含有し放射性物質または重金属が蓄積した汚染土壌から放射性物質または重金属を分離する汚染土壌処理方法であって、
   前記汚染土壌を本体容器内に投入するとともに、当該本体容器内の底に水を供給する汚染土壌投入工程と、
   上下端がいずれも開口とされ前記本体容器内に縦向きに配置された第１揚土管に空気を供給し、上下端がいずれも開口とされ前記第１揚土管の下端部に一部が挿入された状態で前記本体容器内の底部に縦向きに配置された前記第１揚土管よりも径の小さい第２揚土管に空気を供給し、且つ、前記第２揚土管よりも下方の前記本体容器内の底部に空気を供給する空気供給工程と、
   前記本体容器内から粘土を含有する濁水を排水する排水工程と、
   前記本体容器内の底から処理済土壌を排出する処理済土壌排出工程と、
   を備えることを特徴とする、汚染土壌処理方法。
10. 請求項９に記載の汚染土壌処理方法において、
    前記空気供給工程における空気供給を停止して前記本体容器内の土砂水を所定の時間、静置する静置工程をさらに備え、
    前記汚染土壌投入工程、前記空気供給工程、前記静置工程、前記排水工程、前記処理済土壌排出工程の順で各工程を行うことを特徴とする、汚染土壌処理方法。
11. 請求項９または１０に記載の汚染土壌処理装置において、
    前記空気供給工程において、前記第２揚土管よりも下方の前記本体容器内の底部に供給する空気量が、前記第１揚土管に供給する空気量および前記第２揚土管に供給する空気量よりも少なくされていることを特徴とする、汚染土壌処理方法。

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