JP6059477B2

JP6059477B2 - 除染処理方法

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Publication number: JP6059477B2
Application number: JP2012207085A
Authority: JP
Inventors: 章文庄野; 久保　裕也; 裕也久保
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP2014062772A

Description

本発明は、放射性物質で汚染された土壌の除染処理方法に関するものである。

原子力発電所等の放射性物質を利用する放射線施設や放射性物質を格納する格納場所などから放射性物質が拡散されてしまった場合には、土壌中に放射性物質が侵入して土壌を汚染してしまう。

放射性物質で汚染された土壌は、人体に悪影響を及ぼすおそれがあるために、放射性物質を迅速に除去する除染処理が必要となる。

この汚染土壌の除染処理としては、たとえば特許文献１に開示されている重金属の分級処理を応用して、細粒土壌のみを廃棄する方法が考えられる。

特開２００６−５１４４０公報

ところが、重金属の分級処理を応用した除染処理を行っても、細粒土壌には放射性物質が付着しており、大量の細粒土壌の廃棄処理が社会問題となっていた。

そこで、請求項１に係る本発明では、放射性物質で汚染された土壌の除染処理方法において、陽性界面活性剤を含有する処理水と汚染土壌とを撹拌混合することで汚染土壌を洗浄した後に、洗浄済みの土壌と洗浄で使用した洗浄水とに分離し、洗浄水に硫黄の高分子陰イオン（Ｓ _Ｘ ^ｍ− （ｘ、ｍは整数。））とコロイド状の硫黄とを含有する水溶液を主成分とする処理剤を添加して放射性物質を沈殿回収することにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記洗浄時に、高周波振動や気泡崩壊による衝撃を加えることにした。

また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記処理剤は、硫黄とアルカリ水との混合液に中性又は陰性の界面活性剤を添加した後に反応容器の内部圧力が２．５kg／cm ^２以下で内部温度が９０℃以上となるまで加熱して生成することにした。

本発明では、放射性物質で汚染された土壌の除染処理方法において、陽性界面活性剤を含有する処理水と汚染土壌とを撹拌混合することで汚染土壌を洗浄することにしているために、陽性界面活性剤の作用で汚染土壌に付着した放射性物質を汚染土壌から剥離することができ、汚染土壌の除染を効率良く行うことができる。

特に、洗浄時に、高周波振動や気泡崩壊による衝撃を加えた場合には、衝撃のエネルギーによって汚染土壌に付着した放射性物質を汚染土壌から強制的に剥離することができ、汚染土壌の除染をより一層効率良く行うことができる。

また、洗浄後に、洗浄済みの土壌と洗浄で使用した洗浄水とに分離し、洗浄水に硫黄の高分子陰イオン（Ｓ_Ｘ ^ｍ−（ｘ、ｍは整数。））と粒子状の硫黄を含有する水溶液を添加して放射性物質を沈殿回収した場合には、洗浄水を処理水として再利用することができる。

本発明に係る除染処理方法を示す工程図。薬液のＸＡＮＥＳスペクトル（ａ）と硫黄のＸＡＮＥＳスペクトル（ｂ）。

以下に、本発明に係る除染処理方法の具体的構成について、図面を参照しながら説明する。

本発明に係る除染処理方法は、図１に示すように、まず、放射性物質で汚染された汚染土壌を処理水で洗浄する洗浄処理を行う。

この洗浄処理においては、陽性界面活性剤を含有させた処理水を用いて洗浄処理する。具体的には、撹拌装置を有する処理槽の内部に汚染土壌と処理水と陽性界面活性剤を投入し、撹拌装置を駆動して撹拌する。なお、処理水は、汚染土壌に対して重量比で３倍の量を用いる。陽性界面活性剤は、放射性物質よりもイオン化傾向の大きいカチオン性界面活性剤を用い、処理水に対して重量比で１％の量を用いる。

処理槽の内部では、汚染土壌の表面に付着水が付着し、その周囲が自由水で充填された状態となっている。放射性物質は、Ｃｓ^＋のように陽イオン化した状態で汚染土壌中のマイナス因子と電気的に吸着された状態で付着水中に含有されたものと、自由水中を浮遊しているものとが混在している。

そのため、処理水中に陽性界面活性剤を添加することで、陽性界面活性剤が汚染土壌中のマイナス因子と選択的に結合し、それに替わって陽イオン化した放射性物質が汚染土壌の表面から剥離される。剥離された陽イオン化した放射性物質は、自由水に含まれるプラス因子と相互反発した状態でコロイド状に自由水中を浮遊する。

洗浄処理においては、陽性界面活性剤を含有する処理水で汚染土壌を洗浄すればよいが、その際に、高周波振動や気泡崩壊による衝撃を加えてもよい。具体的には、処理槽に２機の異なる振動を与える高周波振動機を接続し、２機の高周波振動機を駆動させて高周波振動の相互共振や不協和振動によって処理槽内の汚染土壌に衝撃を与える。また、処理槽に気泡発生機を接続し、気泡発生機を駆動させて処理槽の内部に気泡を供給し、気泡の崩壊時に生じる崩壊衝撃を処理槽内の汚染土壌に与える。なお、高周波振動による衝撃と気泡崩壊による衝撃は、いずれか一方のみでもよく、両方同時でもよい。また、気泡は、マイクロバブルを用いてもよい。

このように、処理槽内の汚染土壌に衝撃を与えると、汚染土壌の表面の付着水に含有される陽イオン化された放射性物質が衝撃のエネルギーによって強制的に汚染土壌の表面から剥離される。

その後、洗浄処理を行った洗浄済みの土壌と洗浄処理で使用した洗浄水とに分離する固液分離処理を行う。

この固液分離処理においては、洗浄処理した汚染土壌・処理水・陽性界面活性剤を遠心脱水処理機に投入し、遠心分離によって固体状の洗浄済土壌と液体状の洗浄水とに分離する。

分離した洗浄済土壌は、放射性物質の含有量を確認した後に土壌資源として有効に活用する。

一方、分離した洗浄水には、汚染土壌から除去した放射性物質が含まれているため、放射性物質を回収する沈殿回収処理を施す。

この沈殿回収処理においては、処理容器の内部に洗浄水とともに硫黄の高分子陰イオン（Ｓ_Ｘ ^ｍ−（ｘ、ｍは整数。））と粒子状の硫黄を含有する水溶液を主成分とする処理剤と凝集剤とを投入する。処理剤は、洗浄水に対して重量比で５％の量を用いる。凝集剤は、洗浄水に対して重量比で０．５％の量を用いる。

このように、硫黄の高分子陰イオンと粒子状の硫黄を含有する処理剤を放射性物質を含有する洗浄水に添加すると、硫黄と放射性物質とが結合し、さらに凝集剤によって凝集され、処理容器の底部に沈殿する。

処理容器の底部に沈殿した固形分は、放射性物質が含有された沈殿回収物として回収し、廃棄処分する。

一方、処理容器の内部の液状分は、分離水として回収し、洗浄処理で用いる処理水として再利用することができる。

以上に説明したように、本発明に係る放射性物質で汚染された土壌の除染処理方法においては、陽性界面活性剤を含有する処理水と汚染土壌とを撹拌混合することで汚染土壌を洗浄することにしている。

そのため、上記除染処理方法では、陽性界面活性剤の作用で汚染土壌に付着した放射性物質を汚染土壌から剥離することができ、汚染土壌の除染を効率良く行うことができる。

また、上記除染処理方法では、洗浄時に、高周波振動や気泡崩壊による衝撃を加えることにしている。

そのため、上記除染処理方法では、衝撃のエネルギーによって汚染土壌に付着した放射性物質を汚染土壌から強制的に剥離することができ、汚染土壌の除染をより一層効率良く行うことができる。

さらに、上記除染処理方法では、洗浄後に、洗浄済みの土壌と洗浄で使用した洗浄水とに分離し、洗浄水に硫黄の高分子陰イオン（Ｓ_Ｘ ^ｍ−（ｘ、ｍは整数。））と硫黄を含有する水溶液を添加して放射性物質を沈殿回収することにしている。

そのため、上記除染処理方法では、洗浄水を処理水として再利用することができる。

なお、沈殿回収処理で用いる処理剤は、硫黄の高分子陰イオン（Ｓ_Ｘ ^ｍ−（ｘ、ｍは整数。））と粒子状の硫黄を含有する水溶液であればよく、その製造方法は、特に限定されないが、たとえば下記に説明するようにして製造することができる。

まず、硫黄１０重量部とアルカリ水１００重量部とを反応容器に投入し、上蓋を閉じ、混合機で約１０分間混合する。なお、ここでは、アルカリ水として消石灰の水溶液を用いている。

次に、反応容器の上蓋を開け、反応容器に中性又は陰性の界面活性剤５重量部を投入する。ここで、中性の界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤を使用し、陰性の界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤を使用することができる。

次に、反応容器の上蓋を閉じ、混合機で約１０分間混合する。その際に、反応容器に高周波振動機で振動を加えてもよい。

次に、反応容器を加熱装置で加熱し、反応容器の内部圧力が２．５Kg/cm²以下、内部温度が９０℃以上となるようにする。反応容器の内部温度が１１０℃に達してから約３０分間放置して、反応容器の内部で混合反応させる。

その後、加熱を停止するとともに、内部圧力が低下するまで放置し、安定したら排気を行って内部圧力を大気圧とし、上蓋を開ける。

これにより、反応容器には、液体状の薬液９０重量部と固体状の沈殿物１０重量部とが得られる。このようにして得られた薬液について調べたところ、薬液は、硫黄の高分子陰イオン（Ｓ_Ｘ ^ｍ−（ｘ、ｍは整数。））と粒子状の硫黄を含有する水溶液であることがわかった。

通常であれば、消石灰と硫黄と水とを反応させた場合、多硫化カルシウムの水溶液が生成されると考えられるが、上記薬液についてＸＡＮＥＳ（Ｘ−ｒａｙＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＮｅａｒＥｄｇｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ：Ｘ線吸収端近傍構造）法によりＸＡＮＥＳスペクトルを測定したところ、固体の硫黄と近似することがわかった。

すなわち、上記薬液のＸＡＮＥＳスペクトル（蛍光収量）は、図２（ａ）に示すように、２４７１．３eVに主ピークを有し、２４７９．５eVにブロードピークを有している。なお、２４６９．５eVに小さな立ち上がりが検出された。

これに対して、固体の硫黄のＸＡＮＥＳスペクトル（電子収量）は、図２（ｂ）に示すように、ほぼ同じく２４７１．３eVに主ピークを有し、２４７８．４eVにブロードピークを有している。

このことから、上記薬液は、水溶液中に多硫化カルシウムではなく固体の硫黄として含有されていることがわかった。また、２４６９．５eVに検出された小さな立ち上がりがＮａ_２Ｓの水溶液の２４７０．９eVのピークと近似していることから、一部が硫黄の陰イオン（たとえば、Ｓ^２−）の酸化状態として含有されていることがわかる。

そして、硫黄が水に不溶であるのに上記薬液が透明な溶液であり、ゼータ電位を測定したところ−９３．３９mVと非常に大きく、また、粒子径を測定したところ約８μｍと非常に大きいことから、この水溶液には硫黄が高分子陰イオン（Ｓ_Ｘ ^ｍ−（ｘ、ｍは整数。）、たとえば、Ｓ^２−）の状態で存在しており、硫黄のポリマー分子に負電荷が非局在化した構造で存在していると考えられる。

この硫黄の高分子陰イオンは不可逆的に硫黄の陰イオンと固体の硫黄とを生成する。そのため、処理時には、硫黄の高分子陰イオンから硫黄の陰イオンとコロイド状の固体の硫黄とが生成され、硫黄の陰イオンが陽イオン化して放射性物質と結合し、固体分の硫黄の吸着作用によって吸着される。

なお、上記ＸＡＮＥＳ法では、液体状の薬液の蛍光収量と固体状の硫黄の電子収量を比較しているが、本発明者は、ＸＡＮＥＳ法を用いた場合、液体の蛍光収量と固体の電子収量とがほぼ同じ傾向を示すことや、陽イオンの違いによる影響がないことについて検証を行っており、液体状の薬液の蛍光収量と固体状の硫黄の電子収量とを比較することで薬液の成分を特定しても何ら問題はない。

Claims

放射性物質で汚染された土壌の除染処理方法において、
陽性界面活性剤を含有する処理水と汚染土壌とを撹拌混合することで汚染土壌を洗浄した後に、洗浄済みの土壌と洗浄で使用した洗浄水とに分離し、洗浄水に硫黄の高分子陰イオン（Ｓ _Ｘ ^ｍ− （ｘ、ｍは整数。））とコロイド状の硫黄とを含有する水溶液を主成分とする処理剤を添加して放射性物質を沈殿回収することを特徴とする除染処理方法。
前記洗浄時に、高周波振動や気泡崩壊による衝撃を加えることを特徴とする請求項１に記載の除染処理方法。
前記処理剤は、硫黄とアルカリ水との混合液に中性又は陰性の界面活性剤を添加した後に反応容器の内部圧力が２．５kg／cm ^２以下で内部温度が９０℃以上となるまで加熱して生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の除染処理方法。