JP5881043B2 - 放射性物質回収方法、及び放射性物質回収装置 - Google Patents

Description

本願発明は、放射性物質によって汚染された土壌を除染する技術に関するものであり、より具体的には、土壌懸濁液から放射性物質が結合した磁性鉱物を取り除き、さらに脱着剤や吸着剤、凝集剤を用いて溶解した放射性物質も除くことによって、再生可能な土壌を得ることができる放射性物質回収方法及び放射性物質回収装置に関するものである。

我が国は地震が頻発する国として知られており、地震を経験するたびに甚大な被害を被ってきた。特に今般の東日本大震災では、津波によって計り知れない被害を受けたうえ、さらに福島原子力発電所の原子炉が破損したことによって放射性物質が大量に漏れ出すという事故も発生した。

この原発事故による放射性物質の漏出により、立ち入り禁止の警戒区域が指定されるなど、原子力発電所の周辺は著しく汚染された環境となった。漏出した放射性物質は、最終的に何らかの物に付着するが、その多くは土壌表面に付着する。そのため、学校や公園をはじめとする多くの施設を利用することができない。特に農地にとっては、極めて大きな問題である。

放射性物質によって汚染された環境を改善する対策として、最も効果的な手段とされているのが除染である。この除染の手法としては、専ら表土を剥ぎ取るという手段が採用されている。その結果、剥ぎ取った表土、つまり放射性物質に汚染された汚染土壌の処理が新たな問題となっている。

原子力発電所から漏出した放射性物質は、主にヨウ素とセシウムである。このうちヨウ素は、その半減期が８日であることからあまり問題とはならないが、一方のセシウムは、その半減期が比較的長いためそれが及ぼす影響は大きい。特に、セシウム１３７は半減期が３０年であるため、先に述べた除染後の汚染土処理の問題を一層深刻なものとしている。

除染によって発生した汚染土壌は、放射線漏れを防御しつつ保管する必要があり、また大量に発生することから広大な保管場所を必要とする。一方、表土をはぎ取った土壌のうち実際に放射性物質が付着しているのはわずかな部分である。つまり、放射性物質が付着した部分だけ抽出することができれば、多くの土壌は再生可能となるうえ、汚染土壌として保管すべき容量も大きく減じられるので極めて便宜である。

ところでセシウムは、黒雲母をはじめとする磁性鉱物と結合しやすいという特徴を備えている。したがって、例えばマサ土のように黒雲母を多く含む土壌がセシウムに汚染された場合、この土壌から黒雲母だけを抽出できれば、極めて効率よくセシウムを抽出することができる。換言すれば、極めて効率よく再生可能土壌を取り出すことができる。

ところが、特許文献１のようにダイオキシン類、ＰＣＢ、アスベスト等の有害物質を化学的あるいは物理的に土壌から除去する手法は種々提案されているものの、磁性鉱物に結合しやすいという特徴に着目して、放射性物質を回収するという技術についてこれまで提案されることはなかった。

特開２００９−１３６８１２号公報

特許文献１は、ダイオキシン類、ＰＣＢ、アスベスト、各種重金属等の有害物質を土壌から取り除く浄化処理であり、化学的処理と物理的処理を併用した手法である。具体的には、まず有害物質を含む土壌に無機電解凝集剤等を投与し、遠心分離機によって汚液と固体（第１次再生物）に分離する。次に、分離されて霧状となった汚液に付着した有害物質をドライマグネットで分離し、分離された一方の液体は清澄液（第２次再生物）として回収される。

このように特許文献１は、磁石に付着（以下、「磁着」という。）しやすい有害物質を、ドライマグネットで直接磁着させて分離する手法である。すなわち特許文献１の手法では、その目的が異なることもあって、磁着しない、あるいは磁着しにくい放射性物質を分離し回収することはできない。

本願発明の課題は、放射性物質によって汚染された土壌から、効率よく放射性物資を除き、つまり効率よく再生可能土壌を回収するとともに処理すべき土壌の減容化を図ることができる放射性物質回収方法と放射性物質回収装置を提供することにある。

本願発明は、セシウム等の放射性物質が黒雲母をはじめとする磁性鉱物と結合しやすいという特徴に着目し、磁性鉱物を回収することで放射性物質を取り除くというものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。

本願発明の放射性物質回収方法は、選別工程、第一次回収工程、溶解工程、土壌沈降工程、吸着工程、凝集工程、及び第二次回収工程を備えた方法である。
選別工程では、土壌懸濁液に電磁石による磁力を加えて磁性鉱物を磁着させ、磁着しない非磁着の土壌懸濁液を得る。
第一次回収工程では、電磁石の磁力を解除することによって、放射性物質が結合した磁性鉱物が回収される。
溶解工程では、非磁着の土壌懸濁液に脱着剤（土壌から放射性物質を分離させる）を投入し、攪拌・超音波分散して放射性物質を溶解させる。
土壌沈降工程では、溶解工程を経た非磁着の土壌懸濁液を静置して土壌を沈降させ、沈降土壌を取り出すことによって非沈降の土壌懸濁液が得られる。
吸着工程では、非沈降の土壌懸濁液に吸着剤（放射性物質を吸着する）が投入されて攪拌される。
凝集工程では、吸着工程を経た非沈降の土壌懸濁液に凝集剤が投入されて攪拌される。
第二次回収工程では、凝集工程を経た非沈降の土壌懸濁液を静置して凝集物を沈降させ、上澄水を排水し、放射性物質を含む沈降凝集物が回収される。

本願発明の放射性物質回収方法は、まず溶解工程と土壌沈降工程を行い、その後、選別工程と第一次回収工程を行うこともできる。
この場合、溶解工程では、土壌が混入した土壌懸濁液に脱着剤（土壌から放射性物質を分離させる）を投入し、攪拌・超音波分散して放射性物質を溶解させる。
土壌沈降工程では、溶解工程を経た非磁着の土壌懸濁液を静置して土壌を沈降させ、沈降土壌を取り出し、かつ非沈降の土壌懸濁液が得られる。
選別工程では、土壌沈降工程を経た沈降土壌を用いて沈降土壌懸濁液を生成し、この沈降土壌懸濁液に電磁石による磁力を加えて磁性鉱物を磁着させ、磁着しない非磁着の土壌懸濁液を得る。
第一次回収工程では、電磁石の磁力を解除することによって、放射性物質が結合した磁性鉱物が回収される。

本願発明の放射性物質回収方法は、土壌沈降工程で取り出された沈降土壌に水を加えて攪拌し、さらに静置して土壌を沈殿させる水洗浄工程を備える方法とすることもできる。この水洗浄工程で得られた非沈殿の上澄水は、土壌沈降工程で得られた非沈降の土壌懸濁液に加えられ、そのうえで吸着工程の処理が行われる。

本願発明の放射性物質回収方法は、吸着工程又は凝集工程を経た非沈降の土壌懸濁液に、中和剤を加えて静置する中和工程を経たうえで、第二次回収工程を行うこともできる。

本願発明の放射性物質回収方法は、土壌から放射性物質を分離させる脱着剤として、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を用いることもできる。

本願発明の放射性物質回収装置は、土壌懸濁液が投入される選別槽、選別槽内の土壌懸濁液を排出する第一排出管、選別槽内の磁性鉱物を排出する第二排出管、第一排出管と第二排出管のいずれかに選択排出させる切替え手段、そして選別槽の両脇に配置される２極の電磁石を備えたものである。選別槽には付着体が格納されるとともに底部には付着体が通過しない程度の小孔が設けられた底板が設けられ、この付着体は電磁石の磁力によって磁性を帯びるものである。
切替え手段によって第一排出管から排出させる状態であってしかも電磁石の磁力を与えることによって付着体が磁性を帯びた状態で、選別槽内に土壌懸濁液が投入されると、磁性鉱物が付着体に磁着するとともに付着体に磁着しない土壌懸濁液は底板を通過して第一排出管から排出される。
切替え手段によって第二排出管から排出させる状態で電磁石の磁力を解除すると、付着体に磁着した磁性鉱物が底板を通過して第二排出管から排出される。排出された磁性鉱物を回収することによって放射性物質が回収される。

本願発明の放射性物質回収装置は、さらに第一排出管から排出された土壌懸濁液を収容する処理槽、処理槽内の土壌懸濁液を攪拌する攪拌手段、処理槽内の土壌懸濁液を超音波分散させる分散手段、処理槽内の土壌懸濁液を直接排出する排出管、処理槽内の土壌懸濁液を脱水して排出する脱水処理手段、土壌懸濁液を排出管と脱水処理手段のいずれかに案内する脱水切替え手段を備えたものとすることもできる。

本願発明の放射性物質回収方法及び放射性物質回収装置には、次のような効果がある。
（１）電磁石によって、放射性物質が結合した磁性鉱物を磁着させることから、極めて効率的に放射性物質を回収することができる。
（２）効率的に放射性物質を回収できることから、無駄なく再生可能土壌を取得することができる。
（３）効率よく放射性物資を除くことができるので、処理すべき土壌の減容化を図ることができる。
（４）脱着剤や凝集剤を用い、磁性鉱物を取り除いた土壌懸濁液からも放射性物質を回収するので、極めて安全な再生可能土壌を得ることができる。
（５）各工程で生成されるものが、それぞれ放射性物質を含むか否か明確にわかるので、放射線対策を講じやすく、すなわち安全に作業を行うことができる。

本願発明の放射性物質回収方法の処理プロセスを説明する説明図。 第２の実施形態の処理の流れを示す処理フロー図。 磁選機を説明するブロック図。 懸濁液処理機を説明するブロック図。

（放射性物質回収方法の第１の実施形態）
本願発明の放射性物質回収方法の第１の実施形態を、図１に基づいて説明する。

１．全体概要
放射性物質によって汚染された土壌（以下、「汚染土壌」という。）は、水などの液体に投入され土壌懸濁液の状態で処理され、はじめに汚染土壌に含まれていた磁性鉱物が磁力によって分離されて回収される。セシウムは黒雲母と結合しやすいという特性を有することから、磁性鉱物である黒雲母を回収することで多くのセシウムが取り除かれる。これが第一次回収である。

次に、磁性鉱物が除かれた土壌懸濁液から、まだ残留しているセシウムを回収する。土壌懸濁液に脱着剤を投入し、残留土壌（磁性鉱物が除かれた土壌）に付着しているセシウムを土壌懸濁液に溶解させる。磁性鉱物を含まない（あるいはほとんど含まない）残留土壌とセシウムとの結合力は比較的弱いので、脱着剤によって土壌懸濁液中に溶け出すわけである。その後、吸着剤、凝集剤を投じてセシウムを沈殿させ、これを放射性廃棄物として回収する。これが第二次回収である。

以下、各工程に分けて詳細に説明する。なお便宜上、ここでは放射性物質の例としてセシウムの場合で説明している。さらに、磁性鉱物の例として黒雲母、汚染土壌の例としてマサ土の場合で説明している。これらはあくまで一例であって、本願発明の放射性物質回収方法が、これらの場合に限定されるものではなく、種々の放射性物質、あるいは磁性鉱物に適用できることはいうまでもない。

２．土壌懸濁液の生成工程Ａ
本工程は、汚染されたマサ土を懸濁液にする工程である。したがって、はじめからマサ土が土壌懸濁液となっている場合には、必ずしも実施する必要がない。

図１のうち、Ａの符合で示すのが「土壌懸濁液の生成工程」である。この図に示すように、処理槽１ａ内に注水し、その中にマサ土２を加える。このマサ土２は黒雲母を含み、セシウムによって汚染されている。処理槽１ａ内の水とマサ土２は、攪拌機３ａによって十分に攪拌され、この結果土壌懸濁液が生成される。なお、マサ土２中には、木根や石などが混入している場合もあるので、土壌懸濁液をふるい４にかけてごみ処理を行うこともできる。

３．選別工程Ｂ
本工程は、土壌懸濁液から磁性鉱物である黒雲母を抽出する工程であり、図１のうちＢの符合で示される。

磁選機５は、電磁石によって磁力を発生させ、またこれを解除することができるものであり、土壌懸濁液を直接処理することができる湿式のものである。ごみ処理された土壌懸濁液は、磁選機５の処理槽内に投入され、電磁石の磁力が与えられる。そうすると、電磁石に磁着（磁力によって磁石に付着すること）するものと、非磁着のものに分けられる。このとき磁着するものは、主にマサ土に含まれる黒雲母等の磁性鉱物であり、黒雲母等を除く土壌懸濁液（ここでは便宜上、「非磁着の土壌懸濁液６」という。）が非磁着となる。

電磁石によって磁力が発生している状態では、黒雲母等は電磁石に磁着した状態を維持し、非磁着の土壌懸濁液６は、例えば処理槽に連結された排出管などによって排出されて次工程に送られる。非磁着の土壌懸濁液６が排出されると、電磁石による磁力を解除して黒雲母等を電磁石から離脱させ回収する。ここで回収された黒雲母にはセシウムが結合しており、つまり黒雲母を回収することによってマサ土２中に含まれていた多くのセシウムを回収することができるわけである。ここでセシウムを回収するのが、第一次回収工程である。回収された黒雲母（セシウム）は、放射性廃棄物として適切に処理される。

４．溶解工程Ｃ
本工程は、非磁着の土壌懸濁液６に含まれる土壌からセシウムを離脱させて、これを懸濁液中に溶解させる工程であり、図１のうちＣの符合で示される。前工程（選別工程Ｂ）で黒雲母に付着したセシウムは除去することができるが、磁性鉱物以外の土壌に付着したセシウムはまだ非磁着の土壌懸濁液６に残留している。このセシウムを回収するのが、本工程以降の目的である。

図１に示すように、非磁着の土壌懸濁液６が処理槽１ｃに投入される。さらに脱着剤７が添加されて、攪拌機３ｃによって十分に攪拌される。ここで添加される脱着剤７とは、土壌に付着したセシウムを土壌から離脱させるためのものである。具体的には、アルカリ性水溶液あるいは酸性水溶液が脱着剤７として用いられ、より好ましくは強アルカリ性（ｐＨ１１以上）の水溶液あるいは強酸性（ｐＨ３以下）の水溶液を用いるとよい。例えば脱着剤７としては、ＨＣＬ水溶液、ＨＮＯ_３水溶液、Ｈ_２Ｏ_２水溶液、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液、水酸化セシウムＣｓＯＨなどを例示することができる。

非磁着の土壌懸濁液６に脱着剤７を添加して攪拌すると、セシウムが土壌から離脱していく。さらに超音波分散機８によってセシウムを分散させ、懸濁液中に十分溶解させる。

５．土壌沈降工程Ｄ
本工程は、前工程（溶解工程Ｃ）においてセシウムが離脱した土壌を沈降させる工程であり、図１のうちＤの符合で示される。非磁着の土壌懸濁液６にセシウムを十分溶解させると、所定時間だけ静置する。静置する所定時間は、非磁着の土壌懸濁液６の容量等によって適宜設定することができるが、例えば土壌懸濁液が６０Ｌ（リットル）程度であれば３０分前後の静置時間を例示することができる。

所定時間の静置を経ると、図１に示すように、セシウムが離脱した土壌が沈降する。便宜上、この沈降した土壌を「沈降土壌９」といい、沈降土壌９が分離した残りの土壌懸濁液を「非沈降の土壌懸濁液１０」という。沈降土壌９は処理槽１ｃから引き抜かれ（取り出され）、沈降土壌９と非沈降の土壌懸濁液１０はそれぞれ別の次工程へ移される。

６．吸着工程Ｅ
本工程は、前工程（溶解工程Ｄ）で得られた非沈降の土壌懸濁液１０に溶解しているセシウムを吸着剤１１に吸着させる工程であり、図１のうちＥの符合で示される。前工程ではセシウムの全部（あるいは大部分）が離脱した土壌（沈降土壌９）が回収され、以降の工程では非沈降の土壌懸濁液１０からセシウムを除去していく。後に述べるように最終的にはセシウムを沈殿させて除去するが、ここではセシウムが容易かつ効率的に沈殿することを目的として、吸着剤１１に吸着させる。

図１に示すように、非沈降の土壌懸濁液１０に吸着剤１１が添加され、攪拌機３ｅによって十分に攪拌される。ここで吸着剤１１とは、非沈降の土壌懸濁液１０に溶解したセシウムを吸着するためのもので、多孔質あるいは空隙構造のものが望ましく、例えば、ゼオライト、プルシアンブルー、活性炭などを使用したもの等が挙げられる。

７．凝集工程Ｆ
本工程は、セシウムを凝集させる工程であり、図１のうちＦの符合で示される。前工程（吸着工程Ｅ）で吸着剤１１に吸着されたセシウムに凝集剤１２を加え、セシウムをさらに大きな粒子とすることで容易に沈殿させる。

図１に示すように、前工程（吸着工程Ｅ）を経た非沈降の土壌懸濁液１０に、吸着剤１１が添加され、攪拌機３ｅによって十分に攪拌される。ここで添加する凝集剤１２は、従来から用いられているものを使用することができる。例えば、無機凝結剤に分類されるポリ塩化アルミ（ＰＡＣ）や硫酸バンド、塩化第二鉄など、あるいは高分子凝集剤に分類されるカルボン酸系やスルホン酸系のものなど、そのほか有機凝結剤に分類されるものなど種々のものを凝集剤１２として選択することができる。

８．第二次回収工程Ｇ
本工程は、吸着剤１１と凝集剤１２が添加された非沈降の土壌懸濁液１０から、最終的にセシウムを除去する工程であり、図１のうちＧの符合で示される。

前工程（凝集工程Ｆ）を経た非沈降の土壌懸濁液１０を、所定時間だけ静置する。静置する所定時間は、非沈降の土壌懸濁液１０の容量等によって適宜設定することができるが、例えば土壌懸濁液が６０Ｌ（リットル）程度であれば３０分前後の静置時間を例示することができる。

所定時間の静置を経ると、図１に示すように凝集剤１２によって凝集したセシウムが沈殿する。便宜上、この沈殿した土壌を「最終沈殿土壌１３」といい、最終沈殿土壌１３が分離したあとの土壌懸濁液を「上澄水１４」という。最終沈殿土壌１３は、処理槽１ｃから引き抜かれ（取り出され）、放射性廃棄物として適切に処理される。一方の上澄水１４は、セシウムが残留していない（あるいは、ほとんど残留していない）ため、再利用もしくは排水される。

第二次回収工程を行う前、すなわち吸着工程Ｅと凝集工程Ｆの間、あるいは凝集工程Ｆと第二次回収工程の間に、土壌懸濁液を中和する中和工程を行うこともできる。溶解工程Ｃで脱着剤７が添加されるが、この脱着剤７はアルカリ性水溶液か酸性水溶液であるため、本工程における非沈降の土壌懸濁液１０もやはりアルカリ性水溶液か酸性水溶液である。特に、脱着剤７として強アルカリ性や強酸性のものを使用した場合、非沈降の土壌懸濁液１０も強アルカリ性水溶液か強酸性水溶液となる。前記したように上澄水１４を再利用もしくは排水することを考えれば、この上澄水１４は中性であることが望ましい。そこで本工程において、非沈降の土壌懸濁液１０に中和剤を加えて攪拌し、それから静置して最終沈殿土壌１３を沈殿させれば、中和された上澄水１４が得られるわけである。ここで加える中和剤は、溶解工程Ｃで添加された脱着剤７がアルカリ性水溶液であれば酸性水溶液、酸性水溶液であればアルカリ性水溶液である。もちろん中和剤のｐＨは、脱着剤７のｐＨに対応したものとなる。

９．水洗浄工程Ｈ
土壌沈降工程Ｄで引き抜かれた沈降土壌９は、大部分のセシウムが除去されている。したがって、ある程度のセシウム含有率であれば許容されるなど、条件によっては再利用することもできる。しかしながら、安全に再利用するためには、もしくは自然環境に還元するためには、さらにセシウムを取り除くことが望ましい。本工程は、沈降土壌９を水洗浄（リンス）することで残留するセシウムを洗い流す工程であり、図１のうちＨの符合で示される。

図１に示すように、沈降土壌９が処理槽１ｈに投入され、さらに注水される。この状態で、攪拌機３ｈによって十分に攪拌され、沈降土壌９に含まれるセシウムが洗い流される。その後、所定時間だけ静置すると沈降土壌９が再び沈殿する（以下、再沈殿したものを「沈降土壌９´」とする。）。静置する所定時間は、注入する水量等によって適宜設定することができるが、例えば注水量が６０Ｌ（リットル）程度であれば３０分前後の静置時間を例示することができる。

再沈殿した沈降土壌９´は、処理槽１ｈから引き抜かれ（取り出され）た後に脱水処理が施されて、再利用あるいは自然環境に還元される。一方、沈降土壌９´が引き抜かれた上澄水１５にはセシウムが溶け出しているため、これを除去する必要がある。したがって、上澄水１５は吸着工程Ｅへ送られ、非沈降の土壌懸濁液１０と合わせて以降の処理が行われる。なお、水洗浄工程Ｈは、１回だけの処理とすることもできるし、複数回繰り返し行うこともできる。この場合、水洗浄工程Ｈで引き抜かれた沈降土壌９´は、処理槽１ｈとは異なる処理槽へ投入されて水洗浄が行われる。

（放射性物質回収方法の第２の実施形態）
本願発明の放射性物質回収方法の第２の実施形態を、図２に基づいて説明する。なお、「放射性物質回収方法の第１の実施形態（以下、単に「実施形態１」という。）の説明と重複する内容については、ここでの説明を省略する。

１．全体概要
図２は、本実施形態の処理の流れを示す処理フロー図である。この図に示すように、本実施形態が実施形態１と異なるのは、上流工程における処理順序の相違である。実施形態１では、選別工程Ｂと第一次回収工程溶解工程を行い、次いで溶解工程Ｃと土壌沈降工程Ｄを行う。これに対して本実施形態では、まず溶解工程Ｃと土壌沈降工程Ｄを行い、その後、選別工程Ｂと第一次回収工程を行う。図１のうちＡの符合で示す「土壌懸濁液の生成工程」については、両実施形態とも同様である。また、土壌沈降工程Ｄによって得られる非沈降の土壌懸濁液１０に対して行われる、吸着工程Ｅ、凝集工程Ｆ、及び第二次回収工程Ｇについても、両実施形態に違いはない。したがってここでの説明は省略する。

２．溶解工程Ｃ
本工程は、非磁着の土壌懸濁液６に含まれる土壌からセシウムを離脱させて、これを懸濁液中に溶解させる工程である。黒雲母に付着したセシウムは後に行われる選別工程Ｂで除去することができるが、磁性鉱物以外の土壌に付着したセシウムは除去できない。そのため、あらかじめ磁性鉱物以外の土壌に付着したセシウムを回収するのが、本工程及び次工程（土壌沈降工程Ｄ）の目的である。

本工程で行われる処理内容について説明する。土壌懸濁液の生成工程Ａで生成された土壌懸濁液が処理槽に投入され、さらに脱着剤７が添加され、その後、攪拌機によって十分に攪拌される。脱着剤７に関しては、実施形態１で既述したとおりである。土壌懸濁液に脱着剤７を添加して攪拌すると、セシウムが土壌から離脱していく。さらに超音波分散機８によってセシウムを分散させ、懸濁液中に十分溶解させる。その後、実施形態１と同様の処理によって土壌沈降工程Ｄが行われ、沈降土壌９と非沈降の土壌懸濁液１０が得られる。非沈降の土壌懸濁液１０は実施形態１と同様吸着工程Ｅに移されるが、沈降土壌９は実施形態１と異なり選別工程Ｂに移される。

３．選別工程Ｂ
本工程は、沈降土壌９から磁性鉱物である黒雲母を抽出する工程である。本工程で行われる処理内容について説明する。まず、処理槽内に注水し、その中に土壌沈降工程Ｄで得られた沈降土壌９加えて攪拌し、土壌懸濁液を得る。なお、土壌懸濁液の生成工程Ａで得られる土壌懸濁液と区別するため、便宜上ここで得られたものは「沈降土壌懸濁液」という。次に、沈降土壌懸濁液は、磁選機５の処理槽内に投入され、電磁石の磁力が与えられる。そうすると、電磁石に磁着するものと、非磁着のものに分けられる。このとき磁着するものは、主にマサ土に含まれる黒雲母等の磁性鉱物であり、黒雲母等を除く非磁着の土壌懸濁液６となる。

４．第一次回収工程
電磁石によって磁力が発生している状態では、黒雲母等は電磁石に磁着した状態を維持し、非磁着の土壌懸濁液６は、例えば処理槽に連結された排出管などによって排出される。非磁着の土壌懸濁液６が排出されると、電磁石による磁力を解除して黒雲母等を電磁石から離脱させ回収する。ここで回収された黒雲母（セシウム）は、放射性廃棄物として適切に処理される。また、非磁着の土壌懸濁液６は土壌と上澄水とに分離され、土壌については再利用あるいは自然環境に還元される。

５．水洗浄工程Ｈ
本工程における水洗浄工程Ｈも、その処理内容は実施形態１と同様である。異なるのは、水洗浄工程Ｈによって得られる沈降土壌９´が、選別工程Ｂに移される点である。すなわち、土壌沈降工程Ｄで得られた沈降土壌９に含まれるセシウムが洗い流され、その後、沈殿した沈降土壌９´は、処理槽から引き抜かれて選別工程Ｂに移される。沈降土壌９´が引き抜かれた上澄水１５が、吸着工程Ｅへ送られ、非沈降の土壌懸濁液１０と合わせて以降の処理が行われるのは、実施形態１と同様である。また、水洗浄工程Ｈが１回だけの処理とすることも、複数回繰り返し行うこともできる点も同様である。

（放射性物質回収装置の実施形態）
本願発明の放射性物質回収装置の実施形態を、図に基づいて説明する。本願発明の放射性物質回収装置は、前述した放射性物質回収方法を実施することのできる装置であり、「放射性物質回収方法の実施形態」の説明と重複する内容については、ここでの説明を省略する。

１．全体概要
本願発明の放射性物質回収装置は、大きく磁選機５と懸濁液処理機１６によって構成される。磁選機５では放射性物質回収方法のうち主に選別工程Ｂが行われ、懸濁液処理機１６では主に溶解工程Ｃ〜第二次回収工程Ｇが行われる。以下、磁選機５と懸濁液処理機１６それぞれについて説明する。

２．磁選機
図３は、磁選機５を説明するブロック図である。この図に示すように磁選機５は、電磁石１７ａと電磁石１７ｂの２極の電磁石を備えており、その間に選別槽１８が配置されている。この選別槽１８は、ホッパ１８ａと選別室１８ｂと排出管１８ｃで構成されており、排出管１８ｃの先端（図では下端）にはさらに第一排出管１９と第二排出管２０が連結されている。図３に示すように、第一排出管１９と第二排出管２０は、排出管１８ｃの先端で分岐するように配置されており、この分岐点には切替え手段が設けられている。

選別室１８ｂ内には、付着体１８ｄが格納されている。この付着体１８ｄは磁力が加えられると磁性を帯びやすいもので、例えば鉄球などを例示することができる。なお、付着体１８ｄが鉄球の場合、選別室１８ｂ内には多数の付着体１８ｄ（鉄球）が格納される。また、選別室１８ｂの底部には底板（図示しない）が設けられている。この底板には、土壌懸濁液を通過させるための通過孔が多数設けられているが、この通過孔は付着体１８ｄを通過（落下）させない程度の小孔となっている。底板は、例えば金網のようなメッシュ状のものを利用することができる。

電磁石１７ａと電磁石１７ｂは、図示しない操作盤によってｏｎ／ｏｆｆの操作が行われ、ｏｎの状態にするとコイルに電流が流れて磁場が発生し、ｏｆｆの状態にするとコイルには電流が流れず磁場が解除される。電磁石１７ａと電磁石１７ｂに磁場が発生すると、その間に配置された選別槽１８、特に選別室１８ｂ内にもこの磁場が及ぶ（磁力が加えられる）。この結果、選別室１８ｂ内の付着体１８ｄも磁性を帯びる。逆に電磁石１７ａと電磁石１７ｂの磁場が解除されると、付着体１８ｄも磁性を帯びない状態に戻る。

排出管１８ｃの先端に設けられる切替え手段は、例えばレバーコックのようなもので、排出管１８ｃ内を落下してくる土壌懸濁液を、第一排出管１９又は第二排出管２０に選択的に排出させることができる。

図３に示す磁選機５を使用した選別工程Ｂの例を、以下に説明する。
はじめに、切替え手段によって土壌懸濁液が第一排出管１９から排出される状態としておく。
次に操作盤を操作して、電磁石１７ａと電磁石１７ｂに磁力を発生させた状態とし、ごみ処理された土壌懸濁液をホッパ１８ａから投入する。投入された土壌懸濁液は、選別室１８ｂ内に移動（落下）し、選別室１８ｂ内の付着体１８ｄと接触する。このとき付着体１８ｄはすでに磁性を帯びた状態にあるので、土壌懸濁液中の磁性鉱物（黒雲母等）は付着体１８ｄに磁着する。一方、磁着しなかった土壌懸濁液（非磁着の土壌懸濁液６）は、底板の通過孔を通過して排出管１８ｃ内を落下していく。
排出管１８ｃの先端まで到達した非磁着の土壌懸濁液６は、切替え手段の案内に従って第一排出管１９へ移動し、その先端から排出される。
非磁着の土壌懸濁液６の排出が終わると、切替え手段によって磁性鉱物が第二排出管２０から排出される状態とする。
さらに、操作盤を操作して、電磁石１７ａと電磁石１７ｂの磁力が解除された状態とする。このとき付着体１８ｄは磁性を帯びていない状態となるので、付着体１８ｄに磁着していた磁性鉱物（黒雲母等）は付着体１８ｄから離脱する。その後、磁性鉱物（黒雲母等）は排出管１８ｃを通過して第二排出管２０へ移動し、その先端から排出される。第二排出管２０から排出される磁性鉱物（黒雲母等）は、セシウムを大量に含んでいるので、鉛製の容器２１に収容するとよい。

３．懸濁液処理機
図４は、懸濁液処理機１６を説明するブロック図である。この図に示すように懸濁液処理機１６は、処理槽１、排水管２２、脱水管２３、脱水処理機２４を備えている。処理槽１は、上部が開口しており、攪拌機３と超音波分散機８を具備している。

排水管２２は処理槽１の下方に連結していて、その途中からは脱水管２３が枝分かれするように連結されている。脱水管２３の先端には脱水処理機２４が配置され、この脱水処理機２４内にある脱水管２３には落下口が複数設けられている。また、脱水処理機２４内には多数の微小孔が設けられたスクリーン２４ａが設けられている。脱水処理機２４は、送られてきた土壌懸濁液を脱水するもので、土壌懸濁液を落下口からスクリーン２４ａ上に落下させ、水分のみを通過させることによって脱水処理を行う。

排水管２２には脱水切替え手段（図示しない）が設けられており、この脱水切替え手段は例えばレバーコックのようなもので、排水管２２内を落下してくる土壌懸濁液を、そのまま排水管２２の先端で排出させるか、あるいは脱水管２３を通じて脱水処理機２４まで移動させるか、選択的に案内することができるものである。

図４に示す懸濁液処理機１６は、放射性物質回収方法の各工程で使用することができる。処理槽１は、土壌懸濁液の生成工程Ａの処理槽、選別工程Ｂ〜第二次回収工程Ｇの処理槽、水洗浄工程Ｈの処理槽として使用できる。また、超音波分散機８は溶解工程Ｃの超音波分散で、攪拌機３は土壌懸濁液の生成工程Ａ、溶解工程Ｃ、吸着工程Ｅ、凝集工程Ｆ、及び水洗浄工程Ｈの攪拌操作に、それぞれ使用することができる。さらに脱水管２３及び脱水処理機２４は、土壌沈降工程Ｄ及び水洗浄工程Ｈで沈降土壌９（沈降土壌９´）を引き抜く際、第二次回収工程Ｇで最終沈殿土壌１３を引き抜く際にそれぞれ使用することができる。加えて、排水管２２は、第二次回収工程Ｇで最終沈殿土壌１３を引き抜いた後に上澄水１４を排水する際、水洗浄工程Ｈで沈降土壌９´を引き抜いた後に上澄水１５を排水する際にそれぞれ使用することができる。

懸濁液処理機１６は、連続処装置とすることもバッチ処理装置とすることもできる。連続処理装置とする場合、工程ごとの処理槽を用意しこれらを連結する。処理槽１は、土壌懸濁液の生成工程Ａでは土壌懸濁液生成槽となり、溶解工程Ｃ及び土壌沈降工程Ｄでは溶解沈降槽、吸着工程Ｅでは吸着槽、凝集工程Ｆ及び第二次回収工程Ｇでは第二次回収槽、中和工程では中和槽、洗浄工程Ｈでは洗浄槽をそれぞれ用意し、上流工程から下流工程の順で連結する。つまり、同一の土壌懸濁液が各処理槽を移動して、一連の処理が行われるわけである。一方、バッチ処理装置とする場合、一つの処理槽が用意される。つまり、同じ処理槽を使って異なる処理が行われるわけであり、同一の土壌懸濁液は同一の処理槽内で繰り返し処理される。

４．磁選機と懸濁液処理機の連動
図３及び図４では、磁選機５と懸濁液処理機１６をそれぞれ別体としているが、これに限らず一連のものとして製作することもできる。この場合、図３に示す磁選機５の第一排出管１９の先端（下方）に、懸濁液処理機１６の処理槽１を配置し、第一排出管１９から排出される非磁着の土壌懸濁液６を、直接処理槽１に投入させる。

本願発明の放射性物質回収方法及び放射性物質回収装置は、田や畑などの農地にある汚染土壌に限らず、校庭や公園などの汚染土壌、あるいは道路建設や宅地造成に構築される盛土のような汚染土壌に対しても利用することができる。本願発明は、放射性物質による汚染土壌を大幅に減容することを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献が期待できる発明である。

１ 処理槽
１ａ （土壌懸濁液の生成工程で使用する）処理槽
１ｃ （溶解工程で使用する）処理槽
１ｈ （水洗浄工程で使用する）処理槽
２ マサ土
３ 攪拌機
３ａ （土壌懸濁液の生成工程で使用する）攪拌機
３ｃ （溶解工程で使用する）攪拌機
３ｈ （水洗浄工程で使用する）攪拌機
４ ふるい
５ 磁選機
６ 非磁着の土壌懸濁液
７ 脱着剤
８ 超音波分散機
９ 沈降土壌
１０ 非沈降の土壌懸濁液
１１ 吸着剤
１２ 凝集剤
１３ 最終沈殿土壌
１４ （第二次回収工程で生成される）上澄水
１５ （水洗浄工程で生成される）上澄水
１６ 懸濁液処理機
１７ａ，１７ｂ 電磁石
１８ 選別槽
１８ａ （選別槽の）ホッパ
１８ｂ （選別槽の）選別室
１８ｃ （選別槽の）排出管
１８ｄ （選別室内の）付着体
１９ 第一排出管
２０ 第二排出管
２１ 容器
２２ 排水管
２３ 脱水管
２４ 脱水処理機
２４ａ （脱水処理機の）スクリーン
Ａ 土壌懸濁液の生成工程
Ｂ 選別工程
Ｃ 溶解工程
Ｄ 土壌沈降工程
Ｅ 吸着工程
Ｆ 凝集工程
Ｇ 第二次回収工程
Ｈ 水洗浄工程

Claims (7)

1. 放射性物質が結合した磁性鉱物を含む土壌から、該放射性物質を回収する方法であって、
   前記土壌が混入した土壌懸濁液に、電磁石による磁力を加え、該電磁石に前記磁性鉱物を磁着させるとともに、電磁石に磁着しない非磁着の土壌懸濁液を得る選別工程と、
   前記電磁石の磁力を解除することで、放射性物質が結合した磁性鉱物を回収する第一次回収工程と、
   前記非磁着の土壌懸濁液に、土壌から放射性物質を分離させる脱着剤を投入し、攪拌するとともに超音波分散して、放射性物質を溶解させる溶解工程と、
   前記溶解工程を経た非磁着の土壌懸濁液を静置して土壌を沈降させ、さらに沈降土壌を取り出すことで非沈降の土壌懸濁液を得る土壌沈降工程と、
   前記非沈降の土壌懸濁液に、放射性物質を吸着する吸着剤を投入して攪拌する吸着工程と、
   前記吸着工程を経た非沈降の土壌懸濁液に、凝集剤を投入して攪拌する凝集工程と、
   前記凝集工程を経た非沈降の土壌懸濁液を静置して凝集物を沈降させ、上澄水を排水し、放射性物質を含む沈降凝集物を回収する第二次回収工程と、を備えたことを特徴とする放射性物質回収方法。
2. 放射性物質が結合した磁性鉱物を含む土壌から、該放射性物質を回収する方法であって、
   前記土壌が混入した土壌懸濁液に、土壌から放射性物質を分離させる脱着剤を投入し、攪拌するとともに超音波分散して、放射性物質を溶解させる溶解工程と、
   前記溶解工程を経た土壌懸濁液を静置して土壌を沈降させ、さらに沈降土壌を取り出すことで非沈降の土壌懸濁液を得る土壌沈降工程と、
   前記土壌沈降工程を経た前記沈降土壌を用いて沈降土壌懸濁液を生成し、該沈降土壌懸濁液に電磁石による磁力を加え、該電磁石に前記磁性鉱物を磁着させるとともに、電磁石に磁着しない非磁着の土壌懸濁液を得る選別工程と、
   前記電磁石の磁力を解除することで、放射性物質が結合した磁性鉱物を回収する第一次回収工程と、
   前記土壌沈降工程を経た前記非沈降の土壌懸濁液に、放射性物質を吸着する吸着剤を投入して攪拌する吸着工程と、
   前記吸着工程を経た非沈降の土壌懸濁液に、凝集剤を投入して攪拌する凝集工程と、
   前記凝集工程を経た非沈降の土壌懸濁液を静置して凝集物を沈降させ、上澄水を排水し、放射性物質を含む沈降凝集物を回収する第二次回収工程と、を備えたことを特徴とする放射性物質回収方法。
3. 前記土壌沈降工程で取り出された前記沈降土壌に、水を加えて攪拌し、さらに静置して土壌を沈殿させる水洗浄工程を備え、
   前記水洗浄工程で得られた非沈殿の上澄水を、前記土壌沈降工程で得られた非沈降の土壌懸濁液に加えて、前記吸着工程の処理が行われることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放射性物質回収方法。
4. 前記吸着工程又は前記凝集工程を経た非沈降の土壌懸濁液に、中和剤を加えて静置する中和工程を経たうえで、第二次回収工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の放射性物質回収方法。
5. 土壌から放射性物質を分離させる前記脱着剤が、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の放射性物質回収方法。
6. 放射性物質が結合した磁性鉱物を含む土壌から、該放射性物質を回収する装置であって、
   前記土壌が混入した土壌懸濁液が投入される選別槽と、
   前記選別槽内の前記土壌懸濁液を排出する第一排出管と、
   前記選別槽内の前記磁性鉱物を排出する第二排出管と、
   前記第一排出管と第二排出管のいずれかに選択排出させる切替え手段と、
   前記選別槽の両脇に配置される２極の電磁石と、を備え、
   前記選別槽には付着体が格納されるとともに、選別槽の底部には該付着体が通過しない程度の小孔が設けられた底板が設けられ、
   前記付着体は、前記電磁石の磁力によって磁性を帯びるものであり、
   前記切替え手段によって前記第一排出管から排出させる状態、かつ電磁石の磁力を与えることによって前記付着体が磁性を帯びた状態で、前記選別槽内に前記土壌懸濁液が投入されると、前記磁性鉱物が前記付着体に磁着するとともに、付着体に磁着しない土壌懸濁液は前記底板を通過して前記第一排出管から排出され、
   前記切替え手段によって前記第二排出管から排出させる状態で、前記電磁石の磁力を解除すると、前記付着体に磁着した前記磁性鉱物が前記底板を通過して前記第二排出管から排出され、排出された磁性鉱物を回収することで前記放射性物質を回収しうることを特徴とする放射性物質回収装置。
7. 前記第一排出管から排出された前記土壌懸濁液を収容する処理槽と、
   前記処理槽内の前記土壌懸濁液を攪拌する攪拌手段と、
   前記処理槽内の前記土壌懸濁液を超音波分散させる分散手段と、
   前記処理槽内の前記土壌懸濁液を直接排出する排出管と、
   前記処理槽内の前記土壌懸濁液を脱水して排出する脱水処理手段と、
   前記土壌懸濁液を、前記排出管と前記脱水処理手段のいずれかに案内する脱水切替え手段と、を備えたことを特徴とする請求項６記載の放射性物質回収装置。

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