JP6606132B2 - 放射性セシウムの除去方法および処理施設 - Google Patents

Description

本発明は、加熱処理により処理対象物から放射性セシウムを除去する放射性セシウムの除去方法等に関する。

従来、放射性セシウムを含む処理対象物に放射性セシウムの分離促進剤を添加して加熱処理することにより放射性セシウムを塩化揮発させる技術が知られている。例えば、下記の特許文献１には、特定の組成の分離促進剤を用いることにより、比較的低温の加熱により、高い除去率で廃棄物から放射性セシウムを除去する技術が開示されている。

特開２０１６−８９６３号公報（２０１６年１月１８日公開）

特許文献１の技術では、１１００℃の焼却温度では高い除去率となっている。しかし、それより低い温度では、９００℃を超えるような焼却温度であっても、水溶性の放射性セシウムが焼却灰や土壌等の処理物中に残るため、焼却後に処理物の水洗浄が必要になる場合があるという問題がある。

そこで、本発明の一態様は、そのような比較的低い温度で処理対象物中の放射性セシウムの多くを加熱揮発させることができる放射性セシウムの除去方法等を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、処理対象物から放射性セシウムを除去する放射性セシウムの除去方法であって、２種類以上の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含む、セシウムの分離促進剤を上記処理対象物に添加して、含有カルシウム量が酸化カルシウム濃度に換算して５重量％以下である、上記分離促進剤と上記処理対象物の混合物を得る添加工程と、上記混合物を９００℃以上１０００℃以下で加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、を含み、上記加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、上記処理物中の水溶性の放射性セシウムの量が、当該処理物中の全放射性セシウムの量の１／５以下となるように、上記添加工程における上記分離促進剤の添加量と、上記加熱工程における加熱時間とが設定されている。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る処理施設は、処理対象物から放射性セシウムを除去する処理施設であって、２種類以上の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含む、セシウムの分離促進剤を上記処理対象物に添加して、含有カルシウム量が酸化カルシウム濃度に換算して５重量％以下である、上記分離促進剤と上記処理対象物の混合物を得る添加装置と、上記混合物を９００℃以上１０００℃以下で加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮発させる加熱炉と、を含み、上記加熱炉での加熱後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、上記処理物中の水溶性の放射性セシウムの量が、当該処理物中の全放射性セシウムの量の１／５以下となるように、上記添加装置が添加する上記分離促進剤の添加量と、上記加熱炉の加熱時間とが設定されている。

本発明の一態様によれば、９００℃以上１０００℃以下という比較的低い温度で処理対象物中の放射性セシウムの多くを加熱揮発させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る処理施設における処理の流れを示す図である。 処理施設の概略構成を示す図である。 低融点塩化物の組成と融点とを示す図である。 ＮａＣｌ−ＣａＣｌ_２の相平衡図である。 本発明の実施例および比較例における処理対象物である廃棄物の組成を示す図である。 試験条件と試験結果とを示す図である。

本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、処理対象物から放射性セシウムを除去する放射性セシウムの除去方法であって、２種類以上の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含む、セシウムの分離促進剤（以下、単に分離促進剤と呼ぶ）を上記処理対象物に添加して、含有カルシウム量が酸化カルシウム濃度に換算して５重量％以下である、上記分離促進剤と上記処理対象物の混合物を得る添加工程と、上記混合物を９００℃以上１０００℃以下で加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、を含む。なお、本発明の一態様においては、加熱工程および添加工程の他に、必要に応じて、洗浄工程、共沈工程、吸着工程、濃縮工程、除去工程、捕集工程を含んでもよい。各工程については後述する。

以下、本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法の一実施形態について説明する。本実施形態に係る処理施設１００は、放射性のセシウム（Ｃｓ）を含む処理対象物に分離促進剤を添加して加熱処理することにより、処理対象物の放射性セシウム含量を低下させ、また処理対象物を減容化する施設である。放射性セシウム含量を低下させた処理物は、再生資源として利用することも可能である。

〔処理施設における処理の流れ〕
図１を参照して、処理施設１００における処理の流れを説明する。図１は、処理施設１００における処理例を示す図である。

（Ｓ１：破砕工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、破砕工程を含んでもよい。放射性セシウムを含む、除染廃棄物、片付けごみ、災害廃棄物等の処理対象物が、例えばフレキシブルコンテナ等の荷姿で処理施設１００に搬送される。処理施設１００では、まず、破砕処理を行ない、これらの処理対象物を破砕する。本実施形態では、処理対象物が可燃物であり、これを焼却することを想定しているから、処理対象物は焼却対象物とも言える。

なお、上記処理対象物は、放射性セシウムを含む、土壌、下水汚泥、あるいは別工程で発生した焼却主灰や焼却飛灰等であってもよい。また、上記処理対象物は、放射性セシウムをほとんど含まない部分（例えば、土壌の場合、砂、石）を予め取り除いて得られる、放射性セシウムが濃縮された中間処理物であってもよい。

（Ｓ２：添加工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は添加工程を含む。添加工程では、２種類以上の塩化物を含み、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含む分離促進剤を処理対象物に添加する。添加工程では、後述する加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムが、ほぼ非水溶性の放射性セシウムとなるように、分離促進剤の添加量が設定されていることが好ましい。なお、処理物中に残存する放射性セシウムが、ほぼ非水溶性の放射性セシウムとなる、とは、例えば処理物中に残存する全放射性セシウムのうち、水溶性の放射性セシウムが１／５以下であることを指す。分離促進剤の添加量が少なすぎても多すぎても、残存する放射性セシウムが、ほぼ非水溶性の放射性セシウムとはならない。このため、例えば、分離促進剤の添加量が異なる各条件下で処理対象物を加熱し、加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムに占める非水溶性の放射性セシウムの割合を算出して、適切な分離促進剤の添加量を決めればよい。

分離促進剤とは、放射性セシウムを含む処理対象物からの放射性セシウムの加熱分離を促進するものである。本発明の一態様で用いる分離促進剤は、２種類以上の塩化物を用いて調製した、融点が６００℃以下である低融点塩化物を含む。分離促進剤には、塩素源としての上記低融点塩化物が少なくとも含まれていればよい。また、処理対象物からの放射性セシウムの除去率を向上させるという観点から、分離促進剤にはカルシウム源がさらに含まれていることが好ましい。より詳細には、分離促進剤は、該分離促進剤を添加した後の処理対象物中のカルシウム濃度が、ＣａＯ換算で５ｗｔ％（重量％）以下になるように調製されている。また、カルシウム濃度は、ＣａＯ換算で１〜２．５ｗｔ％になるように調製されていることが好ましい。カルシウム源としては、例えば、塩化カルシウム、消石灰（水酸化カルシウム）、生石灰（酸化カルシウム）、および炭酸カルシウムの少なくとも何れかを用いることができる。

また、分離促進剤は、該分離促進剤を添加した後の処理対象物中のＣｌ濃度が０．９ｗｔ％以上となるように塩素源の量が設定されていることが好ましく、０．９〜１．５ｗｔ％になるように塩素源の量が設定されていることがさらに好ましい。塩素源としては、例えば塩化カルシウムおよび塩化ナトリウム等の塩化物を含む低融点塩化物が好適である。例えば、ＮａＣｌとＣａＣｌ_２とを含む、融点が６００℃以下の混合物または複塩を分離促進剤として用いてもよい。この場合、融点は６００℃以下で低いほど好ましく、例えば５００℃程度の融点のものを用いることが好ましい。本実施形態の添加工程では、破砕した処理対象物に分離促進剤を添加する。

（Ｓ３：焼却工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は加熱工程を含む。加熱工程は、分離促進剤が添加された処理対象物を加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮発させる工程である。加熱工程では、９００℃以上１０００℃以下の温度で処理対象物と分離促進剤の混合物を加熱する。また、加熱工程では、加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムがほぼ非水溶性の放射性セシウムとなるように加熱時間が設定されていることが好ましい。具体的には、加熱時間は２時間以上４時間以下とすることが好ましい。

本実施形態では上記加熱工程を焼却工程と称する。焼却工程では、分離促進剤を添加した処理対象物を焼却する。焼却により、処理対象物に含まれる放射性セシウムが、加熱工程後の処理物である焼却主灰中に水溶性の塩化セシウム（ＣｓＣｌ）として取り込まれる。焼却主灰中に、水溶性のＣｓＣｌとして取り込まれた放射性セシウムの多くは、焼却主灰から塩化揮発して、排ガス中に含まれる。残りの放射性セシウムは、焼却主灰中に一部水溶性のＣｓＣｌとして残留する。

処理対象物に含まれる放射性セシウムの大部分が揮発すると共に、焼却主灰中に残留する放射性セシウムがほぼ非水溶性の放射性セシウムになるように、Ｓ２における分離促進剤の添加量と、Ｓ３における焼却温度および焼却時間が設定されていることが好ましい。これにより、焼却工程で生じる焼却主灰を、水洗浄処理することなくそのまま処分したり、あるいは水洗浄処理することなく溶融処理によって放射性セシウム濃度を低減した上で再資源化したりすることが可能になる。水洗浄処理が不要であることにより、水洗浄処理後の乾燥処理も不要になり、工程数および処理対象物の処理費用が削減される。また、分離促進剤の添加量と焼却時間は、加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、水溶性の放射性セシウムが１５００Ｂｑ／ｋｇ以下となるように設定されていることが好ましい。本発明の発明者らの研究の結果、分離促進剤の添加量が多すぎると残存する水溶性の放射性セシウムの量が増え、焼却時間を長くすると残存する水溶性の放射性セシウムの量が減ることが分かっている。このため、例えば処理対象物を加熱し、加熱工程後の処理物に残存する水溶性の放射性セシウム量を測定して、１５００Ｂｑ／ｋｇ超であれば、分離促進剤の添加量を減らす、および焼却時間を長くする、の少なくとも何れかを適用することを繰り返してもよい。これにより、加熱工程後の処理物に残存する水溶性の放射性セシウム量が１５００Ｂｑ／ｋｇ以下となるように分離促進剤の添加量と焼却時間を設定することができる。

（Ｓ４：冷却工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、冷却工程を含んでもよい。冷却工程では、処理対象物を焼却することによって排出された排ガスを冷却する。排ガスの冷却は、冷却水により行われる構成であってもよいし、冷却空気により行われる構成であってもよいし、冷却水と冷却空気とを併用して行われる構成であってもよい。排ガスを冷却することにより、排ガスに含まれていたＣｓＣｌ等のガス状の塩類が、固形の塩類となる。

（Ｓ５：剥離剤添加工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、剥離剤添加工程を含んでもよい。剥離剤添加工程では、冷却により発生した固形の塩類を含む排ガスに剥離剤（ろ過助剤）を添加する。この剥離剤により、後述する除じん工程において、圧力損失の低減や除じん飛灰の剥離が容易になる。

（Ｓ６：第１除じん工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、第１除じん工程を含んでもよい。第１除じん工程では、排ガス中から塵状の固形物を除じんする。ここでは、排ガスに含まれていたばい塵やセシウム塩（ＣｓＣｌ）などの固形物が除じん飛灰として捕集される。

（Ｓ７：飛灰洗浄工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、加熱により処理対象物から揮発した放射性セシウムを含む加熱処理物を洗浄液で洗浄して該加熱処理物から放射性セシウムを除去する洗浄工程を含んでもよい。

本実施形態における上記加熱処理物は除じん飛灰であるから、本実施形態では上記洗浄工程を飛灰洗浄工程と称する。飛灰洗浄工程では、Ｓ６で捕集した除じん飛灰を洗浄液（例えば水）で洗浄する。この除じん飛灰には、セシウムが高濃度で含まれている。洗浄には、例えば洗浄槽を用いることができる。洗浄により、除じん飛灰中の放射性セシウムのうち、水溶性であり高溶出の放射性セシウム（主にＣｓＣｌ）が水相に移行し、これにより除じん飛灰における放射性セシウム量を低減する。なお、水洗浄により８〜９割あるいはそれ以上の放射性セシウムを除じん飛灰から除去することができることが知られている。

ここで、洗浄後の放射性セシウム濃度が、放射性物質汚染対処特措法に定められた埋め立て処分する廃棄物におけるセシウム濃度の基準値である８，０００（Ｂｑ／ｋｇ）以下であれば、洗浄後の除じん飛灰はそのまま処分可能である。一方、洗浄後の放射性セシウム濃度が基準値を超えていれば、溶融処理により減容化すると共に、放射性セシウム濃度をさらに低下させる。なお、基準値は、上記の例に限られず、法令等や処分の方法等に応じた基準値を用いて、そのまま処分するか溶融処理に供するかを判定してもよい。例えば、廃棄物を安全に再利用できる基準として、原子力等規制法に基づくクリアランス基準に定められた１００（Ｂｑ／ｋｇ）のような低い値の基準値を用いてもよい。

（Ｓ８：共沈工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、除じん飛灰等の洗浄で使用した洗浄液にフェロシアン化カリウムおよび硫酸第二鉄を供給して、放射性セシウムを含んだプルシアンブルー（ＰＢ）を生成する共沈工程を含んでもよい。共沈工程では、Ｓ７で生じた放射性セシウムを含む洗浄液から、ＰＢ液中における合成化学共沈反応により、放射性セシウムを含むＰＢを得る。具体的には、Ｓ７で生じた放射性セシウムを含む洗浄液を原水槽に送り、その原水槽にフェロシアン化カリウムと硫酸第二鉄を供給することによりＰＢを生成する。そして、ＰＢは放射性セシウムを吸着して凝集し、沈殿するので、これにより洗浄液から放射性セシウムを含むＰＢが分離される。この際、無機あるいは有機の凝集沈殿材を添加してもよい。これにより、放射性セシウムを含んだＰＢの分離効率をさらに向上させることができる。

（Ｓ９：濃縮・吸着工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、放射性セシウムを含んだ溶液を電気透析に供して放射性セシウムの濃度を高める濃縮工程を含んでもよい。また、本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、放射性セシウムを含んだＰＢをアルカリ分解した溶液とゼオライトとを接触させ、該溶液中の放射性セシウムをゼオライトに吸着させる吸着工程を含んでもよい。濃縮工程は、例えば下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の処理を繰り返すものであってもよい。

（ｉ）放射性セシウムを含んだＰＢをアルカリ分解する。例えば、放射性セシウムを含んだＰＢをアルカリ分解槽に供給し、そのアルカリ分解槽にアルカリを添加して、放射性セシウムを含んだＰＢをフェロシアン化鉄イオンと放射性セシウムイオンに分解する。

（ｉｉ）上記（ｉ）で得られた溶液をフェロシアン化鉄イオンとセシウムイオンを分離する。この分離には、例えば、陰極室と陽極室とが陽イオン交換膜で仕切られた電気透析槽を用いることができる。

（ｉｉｉ）上記（ｉｉ）で得られた、セシウムイオンを含む溶液をＳ８の原水槽に戻す。セシウムイオンは、陽イオンであり、陽イオン交換膜を透過して電気透析槽の陰極室に集まるから、電気透析槽の陰極側の溶液を原水槽に戻す。

上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）のステップを繰り返すことにより、セシウムイオンを高濃度に含む溶液が得られる。所定の濃度まで濃縮された溶液が得られた段階で、その溶液を吸着工程に供する。吸着工程では、例えばゼオライトの吸着槽に上記溶液を供給し、該吸着槽内のゼオライトに放射性セシウムを吸着させる。これにより、上記溶液からは放射性セシウムが除去される。

（Ｓ１０：焼成固定工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、放射性セシウムを吸着したゼオライトを加熱して放射性セシウムを焼成固定する焼成固定工程を含んでもよい。焼成固定工程では、Ｓ９で得られた、放射性セシウムを吸着したゼオライトを焼成固定する。焼成温度は例えば１０００℃以上である。これにより、放射性セシウムが溶出し難い状態となり、焼成固定後のゼオライトは、安定な最終廃棄体として最終処分が可能となる。

（Ｓ１１：処理剤添加工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、塩化水素と反応する排ガス処理用薬剤である処理剤（以下、単に処理剤と呼ぶ）を、処理対象物の加熱で発生した排出ガスに供給して、該排出ガスから少なくとも塩化水素を除去する除去工程を含んでもよい。本実施形態では上記除去工程を処理剤添加工程と称する。

処理剤添加工程では、Ｓ６で除じん飛灰を取り除いた後の排ガスに処理剤を添加する。除じん飛灰を取り除いた後の排ガスには、塩化水素（ＨＣｌ）や二酸化硫黄（ＳＯ_２）などの酸性ガスが含まれている。また、ダイオキシン等の有毒物質が含まれていることもある。処理剤は、排ガスから上述の酸性ガスや有毒物質を除去するために添加されるものであり、例えば、消石灰、重曹、および活性炭などを含むものであってもよい。処理剤は、排ガス中に含まれたＨＣｌなどの酸性ガスと反応して固体の塩となる。また、ダイオキシン等は活性炭に吸着される。

（Ｓ１２：第２除じん工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、塩化水素等と反応した処理剤を少なくとも含む脱塩飛灰を捕集する捕集工程を含んでもよい。本実施形態では上記除去工程を第２除じん工程と称する。

第２除じん工程では、ＨＣｌなどの酸性ガスと反応することによって生じた処理剤の反応生成物と、未反応の処理剤とを含む脱塩飛灰を排ガス中から除じんする。除じんによって捕集された脱塩飛灰は、塩化物を含む。例えば、処理剤に消石灰が含まれている場合、消石灰とＨＣｌが反応して塩化カルシウムが生成される。塩化カルシウムは、分離促進剤として機能するので、塩化カルシウムを含む脱塩飛灰は、Ｓ２で添加する分離促進剤として利用することができる。脱塩飛灰は、分離促進剤の少なくとも一部として利用すればよく、例えば脱塩飛灰に他の塩化物を加えて組成を調整した上で利用してもよい。なお、Ｓ６で除じん飛灰が捕集され、Ｓ１２で脱塩飛灰が捕集された後の浄化された排ガスは、空気中に排出される。

（Ｓ１３：溶融工程）
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、溶融工程を含んでもよい。焼却工程（Ｓ３）で生じる焼却主灰は、放射性セシウム濃度が基準値以下であれば、そのまま処分することができる。つまり、焼却主灰の放射性セシウム濃度が基準値以下であれば放射性セシウムの除去を終了する。一方、放射性セシウム濃度が基準値を超えていれば、溶融工程における溶融処理により減容化すると共に、放射性セシウム濃度をさらに低下させる。溶融工程で生成される、放射性セシウム濃度が基準値以下となった溶融スラグは、土木資源などとして再資源化することができる。

以上説明した本実施形態に係る放射性セシウムの除去方法によれば、使用する分離促進剤と焼却条件を適切にコントロールして、処理対象物に含まれる放射性セシウムの大部分（例えば９０％以上）を揮発させることができる。そして、これにより焼却主灰における放射性セシウムの含有量を低く抑えることができる。このため、焼却主灰を水洗浄する必要がなく、洗浄液の処理、洗浄後の焼却主灰の乾燥等にかかる各種コストが不要になる。

ここで、非特許文献である「溶融技術を用いたセシウム揮発分離におけるセシウム分離効率の向上に関する実験的検討」、釜田、西村、他、第１回環境放射能除染研究発表会、ポスターセッション、P-54、2012.5.20には、Ｃｌ濃度０．６％の実焼却灰を１４５０℃で溶融した場合には、セシウムの揮発率は約８２％であるとの結果が示されている。

また、放射性セシウムを含む廃棄物を９００℃程度で焼却した場合には、９９％以上の放射性セシウムが焼却主灰中に残留するとの結果が出ている（後述の比較例３参照）。このため、上記廃棄物の放射性セシウム濃度が１０，０００Ｂｑ／ｋｇであり、該廃棄物中の灰分が１０ｗｔ％であると仮定すると、焼却主灰中の放射性セシウムは１００，０００Ｂｑ／ｋｇ程度になる。

このような焼却主灰を１４５０℃で溶融しても、焼却主灰中のＣｌ濃度が０．６％程度であれば放射性セシウムの揮発率は８２％（平衡状態では、ガス中のセシウム濃度は溶融スラグ中のセシウム濃度に正比例する）である。よって、溶融スラグの放射性セシウム濃度は、１８，０００Ｂｑ／ｋｇとなる。このような溶融スラグは、放射性セシウム濃度が高すぎて、このままでは再生資材として利用することはできない。

これに対し、本実施形態に係る放射性セシウムの除去方法によれば、１０，０００Ｂｑ／ｋｇの放射性セシウムを含む廃棄物を９００℃程度で焼却した場合には、最大９３．１％の放射性セシウムを揮発させることができる。この場合、廃棄物中の灰分を１０ｗｔ％とすると、焼却主灰中の放射性セシウム濃度は約６，９００Ｂｑ／ｋｇになる。よって、この焼却主灰を１４５０℃で溶融することにより、溶融スラグ中の放射性セシウム濃度を１，２４２Ｂｑ／ｋｇまで低減することができる。このような溶融スラグであれば、再生資材として利用可能である。このように、本実施形態に係る放射性セシウムの除去方法によれば、放射性セシウム濃度が１／１０程度の資材を製造できる。なお、これらの試算には溶融時のスラグ化率は考慮していない。

また、上述のように、本実施形態に係る放射性セシウムの除去方法により、１０，０００Ｂｑ／ｋｇの放射性セシウムを含む廃棄物を９００℃程度で焼却した場合には、最大９３．１％の放射性セシウムを揮発させることができる。焼却時の飛灰量を焼却量の１．５％と仮定（灰分１０ｗｔ％、飛散による飛灰量を灰分の１５％と仮定した）すると、飛灰中の放射性セシウム濃度は約６２０，７００Ｂｑ／ｋｇとなる。

ここで、処理対象物に低融点塩化物を含む分離促進剤を添加して焼却するため、排ガス中の塩化水素ガスは、１５００〜２０００ｐｐｍとなる。この濃度は、通常の都市ごみ焼却排ガスの４〜５倍程度になる。塩化セシウムは可溶性であり、塩化水素ガスの濃度が高いことは、放射性セシウムの溶出率を高めることに寄与すると考えられるため、上記飛灰中の放射性セシウムの溶出率は高くなると推定される。そこで、焼却飛灰の水洗浄によって９５％の放射性セシウムが除去されると仮定すると、飛灰中の放射性セシウム濃度は約３１，０００Ｂｑ／ｋｇとなる。また、焼却主灰と飛灰を７：３の割合で混合溶融する場合、溶融対象物中の放射性セシウムは１４，１３０Ｂｑ／ｋｇとなる。そして、１４５０℃で溶融した場合の溶融スラグ中の放射性セシウム濃度は２，５４３Ｂｑ／ｋｇとなり、このような溶融スラグであれば、再生資材として利用可能である。また、さらなる放射性セシウムの低減が必要とされる場合には、溶融対象物にＣａＣｌ_２と活性炭等を添加することで放射性セシウムの揮発率を９９％以上にしてもよい。これにより、溶融スラグ中の放射性セシウム濃度を１４１Ｂｑ／ｋｇ程度まで減らすことが可能となる。この濃度は、原子力等規制法に基づくクリアランス基準に定められた１００Ｂｑ／ｋｇに近い値である。

〔処理施設の構成〕
次に図２を参照して、処理施設１００の構成について説明する。処理施設１００は、廃棄物を焼却処理する処理施設である。処理施設１００は、破砕機２、廃棄物搬送装置３、廃棄物ピット４、クレーン５、焼却炉７、焼却主灰搬送装置９、ガス冷却塔１０（１０Ａ、１０Ｂ）、熱交換器１１、集じん装置１２（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）、ホッパー１５、溶融炉１６、および冷却水槽１７を備えている。さらに、処理施設１００は、洗浄槽１８、原水槽１９、アルカリ分解槽２２、陽極室２６と陰極室２７と、それらを仕切る陽イオン交換膜２５とを備えた電気透析槽２４、ゼオライト吸着槽２８、ろ過装置３０、および処理水槽３１を備えている。

破砕機２は、処理対象物として受け入れた廃棄物１を破砕する機械である。図１の破砕工程（Ｓ１）は、破砕機２を用いて行うことができる。また、廃棄物搬送装置３は、破砕機２で破砕した廃棄物１を廃棄物ピット４に搬送するコンベヤ等の装置である。そして、廃棄物ピット４は、廃棄物搬送装置３によって搬送された破砕済みの廃棄物１を一時貯留する貯蔵所である。クレーン５は、廃棄物ピット４内に貯留された廃棄物１を、撹拌するとともに、焼却炉７に供給する機械である。

焼却炉７は、廃棄物１を焼却する設備である。焼却炉７は、例えば、ストーカ式焼却炉、ロータリーキルン型焼却炉、およびそれらを併用した焼却炉などであってもよい。図２の焼却炉７はストーカ式焼却炉である。図１の焼却工程（Ｓ３）は、焼却炉７を用いて行うことができる。なお、本実施形態の技術は、焼却炉７以外にも、焼成炉や、廃棄物または焼却灰（焼却主灰、焼却飛灰等の焼却によって生じる灰）用の溶融炉などにも適用可能な技術である。

なお、図１の添加工程（Ｓ２）は、廃棄物１を焼却炉７で焼却する焼却工程の前に行われる。例えば、分離促進剤６は、廃棄物ピット４内でクレーン５によって廃棄物１と混合撹拌されてもよい。また、例えば、分離促進剤６は、廃棄物１を焼却炉７に供給するための装置の前段にホッパーやシュートなどの装置を設けて、当該装置にコンベヤ等の搬送装置を用いて供給されてもよい。図２の例では、この方法で分離促進剤を添加している。さらに、例えば、分離促進剤６は、焼却炉７の温度域の比較的低いエリア、例えば、焼却炉７の廃棄物供給側に近いエリアである所謂乾燥段に直接供給されてもよい。

廃棄物１へ添加する分離促進剤６は、固形物、スラリー（懸濁体）、および、水溶液の少なくとも何れか１つである。どのようにして分離促進剤６を廃棄物１に添加するかに応じて、どのような形状・状態の分離促進剤６を用いるかを決めればよい。例えば、上述したように、廃棄物ピット４内で廃棄物１と分離促進剤６とを混合撹拌する場合には、分離促進剤６は固形物の形状であるのが望ましい。この場合に、スラリーまたは水溶液である分離促進剤６を用いると、分離促進剤６が廃棄物ピット４の底面に流下し、クレーン５での焼却炉７への搬送が困難になる可能性が考えられるためである。

また、焼却炉７の前段に搬送装置によって分離促進剤６を供給する場合には、分離促進剤６は、固形物またはスラリーとすることが望ましい。この場合に、水溶液である分離促進剤６を用いると、焼却炉の火格子間に分離促進剤６が流下して、分離促進剤６と廃棄物１とが混合できなくなる可能性が考えられるためである。

なお、焼却炉７に分離促進剤６を直接供給する場合には、分離促進剤６の形状に関わらず、焼却炉７からの輻射熱による設備の閉塞に注意をする必要がある。また、焼却炉７に水溶液の形状で分離促進剤６を噴霧して供給する場合には、焼却炉７の熱量低下による助燃使用量の増加に注意する必要がある。

焼却主灰搬送装置９は、分離促進剤６を含む廃棄物１を焼却炉７において焼却して捕集される焼却主灰８を搬送する装置である。焼却主灰搬送装置９は、例えばコンベア等であってもよい。焼却主灰搬送装置９は、焼却主灰８をホッパー１５まで搬送する。なお、焼却主灰８の放射性セシウム濃度が基準値以下であれば、ホッパー１５に搬送する必要はない。

ガス冷却塔１０は、排ガスを冷却する設備である。処理施設１００は、分離促進剤６を含む廃棄物１を焼却炉７において焼却することにより発生する排ガスを冷却するガス冷却塔１０Ａと、溶融炉１６からの排ガスを冷却するガス冷却塔１０Ｂを備えている。図１の冷却工程（Ｓ４）は、ガス冷却塔１０Ａを用いて行うことができる。ガス冷却塔１０Ａの内部には、処理水槽３１内のろ液の一部が冷却水Ｂとして噴霧される。図示していないが、処理水槽３１内のろ液は、ガス冷却塔１０Ｂにおける冷却水として用いてもよい。

熱交換器１１は、排ガスの排熱を回収する設備である。なお、図示は省略するが、熱交換器１１によって回収された排熱を利用して、焼却炉で利用する燃焼空気の予熱、発電または給湯などを行うための排熱利用設備が、熱交換器１１に連結されている構成であってもよい。

図示は省略するが、熱交換器１１から排出された排ガスに剥離剤（ろ過助剤）１３を供給する剥離剤供給装置が熱交換器１１の下流に設けられている。図１の剥離剤添加工程（Ｓ５）は、ここで行われる。

集じん装置１２は、排ガス中の固形物を捕集することにより、排ガスを除じんする装置である。処理施設１００は、排ガス流路のより上流側に設置された１段目の集じん装置１２Ａと、その下流側に集じん装置１２Ａと直列に設置された２段目の集じん装置１２Ｂを備えている。さらに、処理施設１００は、溶融炉１６からの排ガスの流路に設けられた集じん装置１２Ｃを備えている。集じん装置１２Ｃを通過した排ガスは、例えば、図２に示すように、集じん装置１２Ａを通過した排ガスと合せて処理剤で処理してもよい。これらの集じん装置１２は、例えばバグフィルタであってもよい。

集じん装置１２Ａは、排ガス中に含まれるばい塵やセシウム塩（ＣｓＣｌ）などの固形物を集じんする。図１の第１除じん工程（Ｓ６）は、集じん装置１２Ａを用いて行うことができる。集じん装置１２Ａで捕集されたばい塵やセシウム塩（ＣｓＣｌ）などを含む除じん飛灰は、洗浄槽１８に送られる。

図示は省略するが、集じん装置１２Ａと集じん装置１２Ｂとの間には、集じん装置１２Ａを通過した排ガスに処理剤を供給する薬剤供給装置が設けられている。処理剤は、消石灰、重曹、活性炭などを含む薬剤である。処理剤の供給は噴霧によって行ってもよい。図１の処理剤添加工程（Ｓ１１）は、この薬剤供給装置によって行われる。集じん装置１２Ａを通過した排ガス中に含まれる塩化水素などの酸性ガスやダイオキシンは、薬剤供給装置が供給する処理剤との化学反応や吸着によって除去される。

集じん装置１２Ｂは、処理剤と反応あるいは吸着した反応生成物を含む脱塩飛灰を捕集する。図１の第２除じん工程（Ｓ１２）は、集じん装置１２Ｂを用いて行うことができる。上述のように、上記脱塩飛灰は、Ｓ２で添加する分離促進剤として利用することができる。よって、集じん装置１２Ｂで捕集された脱塩飛灰を、分離促進剤６として処理対象物に添加してもよい。集じん装置１２Ｂを通過した排ガスは、煙突から空気中に排出される。

ホッパー１５は、焼却主灰搬送装置９により搬送された焼却主灰８を収容し、適時に溶融炉１６に送り込むための装置である。溶融炉１６は、焼却主灰８を溶融するための炉である。図１の溶融工程（Ｓ１３）は、溶融炉１６を用いて行うことができる。溶融炉１６から排出される排ガスはガス冷却塔１０に送られる。また、溶融炉１６で溶融された焼却主灰８は冷却水槽１７に送られる。冷却水槽１７は、溶融された焼却主灰８を冷却するための冷却水を収容した水槽であり、溶融された焼却主灰８は、冷却水槽１７で冷却され、溶融スラグとして回収される。この溶融スラグは、再生資材（例えば盛土や路盤材など）として利用可能である。

洗浄槽１８は、除じん飛灰を洗浄液（例えば水）で洗浄するための水槽である。図１の飛灰洗浄工程（Ｓ７）は、洗浄槽１８を用いて行うことができる。洗浄槽１８では、集じん装置１２Ａで捕集された除じん飛灰の洗浄を行うことができると共に、溶融炉１６の排ガス流路に設けられた集じん装置１２で捕集された溶融飛灰の洗浄も行うことができる。洗浄槽１８で洗浄後の飛灰は、放射性セシウム濃度が基準値以下であれば放射性セシウムの除去を終了して処分に回せばよく、基準値を超えていれば溶融処理に供せばよい。

原水槽１９は、ＰＢ（プルシアンブルー）液中における合成化学共沈反応の反応槽である。図１の共沈工程（Ｓ８）は、原水槽１９を用いて行うことができる。洗浄槽１８から排出される、放射性セシウムを含む洗浄液が原水槽１９に収容される。この洗浄液が収容された原水槽１９にフェロシアン化カリウム２０と硫酸第二鉄２１を供給することにより、放射性セシウムを含むＰＢを分離することができる。

アルカリ分解槽２２は、放射性セシウムを含むＰＢをアルカリ分解するための反応槽である。原水槽１９における合成化学共沈反応により得られた放射性セシウムを含むＰＢをアルカリ分解槽２２に収容し、ここにアルカリ２３を供給することにより、放射性セシウムを含んだＰＢをフェロシアン化鉄イオンと放射性セシウムイオンに分解することができる。

電気透析槽２４は、電気透析により放射性セシウムの濃度を高めるための反応槽である。アルカリ分解槽２２でアルカリ分解された反応液を電気透析槽２４で電気透析することにより、陰極室２７から濃縮された放射性セシウム溶液を得ることができる。濃縮された放射性セシウム溶液は、更なる濃縮のために、再度原水槽１９に戻して合成化学共沈反応に供してもよい。図１の濃縮・吸着工程（Ｓ９）のうちの濃縮は、これらの水槽（原水槽１９、アルカリ分解槽２２、電気透析槽２４）を用いて行うことができる。

ゼオライト吸着槽２８は、放射性セシウムをゼオライトに吸着させるための反応槽である。上述のようにして濃縮された放射性セシウム溶液をゼオライト吸着槽２８に供給し、ゼオライト吸着槽２８内のゼオライトに放射性セシウムを吸着させることができる。図１の濃縮・吸着工程（Ｓ９）のうちの吸着は、ゼオライト吸着槽２８を用いて行うことができる。

ろ過装置３０は、溶液から固形物をろ過する装置であり、ゼオライト吸着槽２８でゼオライトに放射性セシウムを吸着させた後の溶液から固形物をろ過する。ろ液は処理水を収容する処理水槽３１に送られる。処理水槽３１内のろ液は、放射性セシウムを含んでいると考えられるため、処理施設１００内で有効に利用することが好ましい。例えば、図２に示すように、焼却炉７の内部（例えば二次燃焼室）に噴霧して、焼却炉７内の排ガスの冷却水Ａとして用いてもよい。また、例えば、図２に示すように、ガス冷却塔１０の冷却水Ｂとして用いてもよい。

〔塩化物と融点について〕
次に、図３および図４を用いて分離促進剤６の組成について説明する。上述したように、処理対象物に添加される分離促進剤６には、２種類以上の塩化物を用いて調製した、融点が６００℃以下である低融点塩化物が用いられる。

図３は、低融点塩化物の組成と融点とを示す図である。なお、図３に示す各融点は、吉葉正行著「先進型廃棄物処理プラントにおける高温化技術と材料イノベーション」、Sanyo Technical Report Vol.6(1999), No.1による。図３の低融点塩化物は、何れも２種類の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物であるから、比較的低温の温度条件下での焼却においても有効な分離促進剤として利用できる。ただし、鉛などの有害重金属を含む低融点塩化物は、処理対象物に添加される分離促進剤６としては適さない。

図４は、ＮａＣｌとＣａＣｌ_２との相平衡図である。図４に示すように、ＮａＣｌ単独の融点は８０１℃である。ＣａＣｌ_２の単独の融点は７７２℃である。また、ＮａＣｌとＣａＣｌ_２とからなる低融点塩化物は、モル比でＮａＣｌ：ＣａＣｌ_２＝４９：５０となる場合に融点が最小値（５０４℃）となる。

融点が６００℃以下の低融点塩化物を得るには、３６〜５９ＮａＣｌ−４１〜６４ＣａＣｌ_２のモル当量範囲でＮａＣｌとＣａＣｌ_２とを混合するのが望ましい。このように、融点が６００℃以下となるモル当量範囲内でＮａＣｌとＣａＣｌ_２とを混合した低融点塩化物を分離促進剤６として用いることが出来る。

なお、焼却時点までに所定の組成の分離促進剤と処理対象物が混合された状態となればよい。例えば、所定の組成の分離促進剤の構成要素である一部の塩化物と、他の塩化物とをそれぞれ個別に処理対象物に添加し、それらを混合して、混合後に分離促進剤が所定の組成となるようにしてもよい。また、２種類以上の塩化物を混合して加熱溶融することによって得られた複塩である低融点塩化物を分離促進剤６として用いることもできる。

ここで、上述のように、処理剤と反応あるいは吸着した反応生成物を含む脱塩飛灰は、分離促進剤６として利用することができる。また、この処理剤としては、消石灰や重曹を用いることができる。そして、消石灰は、排ガス中の塩化水素と反応してＣａＣｌ_２を生じ、重曹は、排ガス中の塩化水素と反応してＮａＣｌを生じる。このため、消石灰あるいは重曹、またはその両方を含む処理剤を用いる場合、分離促進剤６はＮａＣｌあるいはＣａＣｌ_２、またはその両方を含むものとすることが好ましい。これにより、脱塩飛灰を分離促進剤６として利用する場合に、最初に添加する分離促進剤６と、脱塩飛灰を利用した分離促進剤６との間での組成変化を抑え、安定した放射性セシウムの除去率等を維持することができる。なお、脱塩飛灰はそのまま分離促進剤として用いてもよいし、成分を調整した上で分離促進剤として用いてもよい。また、ＮａＣｌとＣａＣｌ_２を含む低融点塩化物の中でも、特に融点の低い４９ＮａＣｌ・５０ＣａＣｌ_２等を用いることがより好ましい。

〔変形例〕
上記実施形態では、可燃物である処理対象物を燃焼させて放射性セシウムを揮発させる例を説明したが、処理対象物（典型的には放射性セシウムを含む不燃物）を燃焼させることなく加熱して放射性セシウムを揮発させる構成も本発明の範疇に含まれる。

また、上述した、分離促進剤の組成および添加量と焼却条件は一例である。処理施設１００（特に焼却炉７）の構成等に応じ、処理対象物から多くの放射性セシウムを揮発させ、かつ焼却主灰に残存する放射性セシウムが、ほぼ非水溶性の放射性セシウムとなる範囲で適宜調整することが可能である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔付記事項〕
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、処理対象物から放射性セシウムを除去する放射性セシウムの除去方法であって、２種類以上の塩化物を含み、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含む、セシウムの分離促進剤を上記処理対象物に添加して、含有カルシウム量が酸化カルシウム濃度に換算して５重量％以下である、上記分離促進剤と上記処理対象物の混合物を得る添加工程と、上記混合物を９００℃以上１０００℃以下で加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、を含み、上記加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、上記処理物中の水溶性の放射性セシウムの量が、当該処理物中の全放射性セシウムの量の１／５以下となるように、上記添加工程における上記分離促進剤の添加量と、上記加熱工程における加熱時間とが設定されている。

本願の発明者らによる研究の結果、分離促進剤と処理対象物の混合物における、含有カルシウム量が酸化カルシウム濃度に換算して５重量％以下となるようにすると、９００℃以上１０００℃以下という比較的低い温度で、首記の特許文献１の技術と比べてより高い割合で放射性セシウムを揮発させることができることが分かった。よって、上記の構成によれば、９００℃以上１０００℃以下という比較的低い温度で放射性セシウムの多くを揮発させることができる。これにより、加熱工程後の処理物を洗浄することなく処理することも可能になる。

また、上記の構成によれば、加熱工程後の処理物に残存する水溶性の放射性セシウムの量を少なく抑えることができる。これにより、加熱工程後の処理物を洗浄することなく処理しやすくなる。

また、上記加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、水溶性の放射性セシウムが１５００Ｂｑ／ｋｇ以下となるように、上記添加工程における上記分離促進剤の添加量と、上記加熱工程における加熱時間とが設定されていてもよい。

水溶性の放射性セシウムが１５００Ｂｑ／ｋｇ以下であれば、固液比１対１０の条件下における水溶性の放射性セシウムの溶出量は１５０Ｂｑ／Ｌ以下となる。よって、上記の構成によれば、加熱工程後の処理物からの放射性セシウムの溶出量を、放射性廃棄物からの放射性セシウムの溶出基準値である１５０Ｂｑ／Ｌ以下とすることができる。これにより、加熱工程後の処理物を水洗浄することなく処理することが可能になる。

また、上記分離促進剤は、ＮａＣｌとＣａＣｌ_２とを含む、融点が６００℃以下の混合物または複塩であり、上記加熱工程で加熱される、上記分離促進剤と上記処理対象物の混合物に含まれる塩素量は１〜２重量％であり、上記加熱工程の加熱時間は２時間以上であってもよい。

上記の構成によれば、処理対象物中の放射性セシウムの大部分を加熱揮発させることができ、かつ、加熱工程後の処理物における水溶性の放射性セシウムの量を極めて少なく抑えることができる。

さらに、上記の構成によれば、分離促進剤におけるカルシウム量および塩素量が、「背景技術」に記載した特許文献１に記載されているカルシウム量および塩素量よりも少ない。よって、特許文献１の技術よりも、分離促進剤の使用量を抑えつつ、処理対象物から放射性セシウムを効率よく除去することができる。また、分離促進剤の使用量を抑えることにより、加熱工程後に生じる加熱処理物（反応後あるいは未反応の分離促進剤を含む）の量も少なく抑えることができる。

また、上記放射性セシウムの除去方法では、上記加熱工程後の処理物の放射性セシウム濃度が所定の基準値以下であれば、当該加熱工程後の処理物からの放射性セシウムの除去を終了し、上記加熱工程後の処理物の放射性セシウム濃度が上記所定の基準値を超えていれば、当該加熱工程後の処理物を洗浄することなく溶融処理してもよい。ここで、「所定の基準値」は、例えば、前述の放射性物質汚染対処特措法に基づく基準値である８，０００（Ｂｑ／ｋｇ）であってもよい。以下の「所定の基準値」についても同様である。

上記の構成によれば、加熱工程後の処理物の放射性セシウム濃度が所定の基準値以下であっても、基準値を超えていても、処理対象物を洗浄することがない。よって、洗浄にかかる設備、エネルギー、および時間等のコストが不要になる。

また、上記放射性セシウムの除去方法は、上記加熱工程で上記処理対象物から揮発した放射性セシウムを含む飛灰を洗浄液で洗浄して該飛灰から放射性セシウムを除去する洗浄工程をさらに含み、洗浄後の上記飛灰の放射性セシウム濃度が所定の基準値以下であれば、当該飛灰からの放射性セシウムの除去を終了し、洗浄後の上記飛灰の放射性セシウム濃度が所定の基準値を超えていれば、当該飛灰を溶融処理してもよい。

上記の構成によれば、加熱工程後の処理物の放射性セシウム濃度が所定の基準値以下であっても、基準値を超えていても、飛灰を再度洗浄することがない。よって、洗浄にかかる設備、エネルギー、および時間等のコストを最小限に抑えることができる。なお、上記飛灰には、溶融処理で発生する溶融飛灰が含まれていてもよい。

また、上記放射性セシウムの除去方法は、上記加熱工程で上記処理対象物から揮発した放射性セシウムを含む飛灰を洗浄液で洗浄して該飛灰から放射性セシウムを除去する洗浄工程と、上記洗浄工程で使用した洗浄液にフェロシアン化カリウムおよび硫酸第二鉄を供給して、放射性セシウムを含んだプルシアンブルーを生成する共沈工程と、放射性セシウムを含んだ上記プルシアンブルーをアルカリ分解した溶液とゼオライトとを接触させ、該溶液中の放射性セシウムをゼオライトに吸着させる吸着工程と、放射性セシウムを吸着した上記ゼオライトを加熱して放射性セシウムを焼成固定する焼成固定工程と、を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、処理対象物から揮発した放射性セシウムを含む飛灰を洗浄液で洗浄する。放射性セシウムは、水溶性の塩化セシウムとして揮発するから、この洗浄により飛灰に含まれる放射性セシウムの大部分を洗浄液中に取り込むことができる。また、上記の構成によれば、プルシアンブルーにより洗浄液から放射性セシウムを分離し、アルカリ分解によって再度放射性セシウムの溶液を得た上で、該溶液中の放射性セシウムをゼオライトに吸着させる。これにより、高濃度の放射性セシウムをゼオライトに効率よく吸着させることができる。そして、上記の構成によれば、放射性セシウムを吸着したゼオライトを焼成する。これにより、放射性セシウムを溶出し難く搬送しやすい状態とすることができる。

また、上記放射性セシウムの除去方法は、上記溶液を電気透析に供して放射性セシウムの濃度を高める濃縮工程をさらに含み、上記吸着工程では、上記濃縮工程で放射性セシウムの濃度が高まった上記溶液から放射性セシウムをゼオライトに吸着させてもよい。

上記の構成によれば、放射性セシウムの濃度が高まった溶液から放射性セシウムをゼオライトに吸着させるので、ゼオライトによる放射性セシウムの吸着を効率よく行うことができる。

また、上記放射性セシウムの除去方法では、上記吸着工程で放射性セシウムがゼオライトに吸着された後の上記溶液をろ過した上で、上記加熱工程で発生した排出ガスの冷却に用いる冷却水として用いてもよい。

上記の構成によれば、放射性セシウムがゼオライトに吸着された後の溶液を有効に利用して、放射性セシウムの除去処理を進めることができる。また、ろ過を行っているため、溶液に含まれる微粒子が噴霧装置や配管などを詰まらせることを防ぐことができる。

また、上記放射性セシウムの除去方法は、塩化水素と反応する処理剤を上記加熱工程で発生した排出ガスに供給して、該排出ガスから少なくとも塩化水素を除去する除去工程と、上記除去工程で生じた、塩化水素と反応した上記処理剤を少なくとも含む脱塩飛灰を捕集する捕集工程と、を含み、上記加熱工程では、上記脱塩飛灰を利用して調製された上記分離促進剤が添加された上記処理対象物を加熱してもよい。

上記の構成によれば、該排出ガスから少なくとも塩化水素を除去する際に生じる脱塩飛灰を分離促進剤として利用するから、分離促進剤の使用量を抑えることができる。また、この脱塩飛灰は、２種類以上の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含むものであることが好ましい。つまり、除去工程で添加する処理剤は、排出ガスと反応して、２種類以上の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を生じるものであることが好ましい。これにより、比較的低い加熱温度で処理対象物から放射性セシウムを分離することができる。

また、本発明の一態様に係る処理施設は、処理対象物から放射性セシウムを除去する処理施設であって、２種類以上の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含む、セシウムの分離促進剤を上記処理対象物に添加して、含有カルシウム量が酸化カルシウム濃度に換算して５重量％以下である、上記分離促進剤と上記処理対象物の混合物を得る添加装置と、上記混合物を９００℃以上１０００℃以下で加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮発させる加熱炉と、を含み、上記加熱炉での加熱後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、上記処理物中の水溶性の放射性セシウムの量が、当該処理物中の全放射性セシウムの量の１／５以下となるように、上記添加装置が添加する上記分離促進剤の添加量と、上記加熱炉の加熱時間とが設定されている。この処理施設によれば、上記放射性セシウムの除去方法と同様の効果を奏する。

本発明の実施例を図５および図６に基づいて説明する。なお、説明する実施例は一例であり、本発明は本実施例の構成には限定されない。

〔処理対象物〕
本実施例の処理対象物である廃棄物の組成を図５に示す。図５は、本発明の実施例および比較例における処理対象物である廃棄物の組成を示す図である。この処理対象物は、可燃分が４５．５（ｗｔ％）である可燃性の廃棄物であり、２８００Ｂｑ／ｋｇの放射性セシウムを含む。塩素の含量は０．０４（ｗｔ％）とわずかである。カルシウムは３８００（ｍｇ／ｋｇ）含まれる。

〔試験条件〕
比較例１〜１７および実施例１〜５について、所定の条件下で上記処理対象物を管状炉内で焼却し、焼却した後の焼却主灰を固液比１：１０で６時間振とう・水洗浄した。焼却の際の空気比は１．５とした。また、分離促進剤を添加した後の処理対象物におけるＣａＯ量およびＣｌ量（何れも単位はｗｔ％）を算出した。ただし、比較例１〜３については、分離促進剤を添加することなく焼却しているので、処理対象物自体のＣａＯ量およびＣｌ量を算出している。

そして、以下の式から、揮発放射性セシウム（揮発Ｃｓ）量、焼却主灰中の水溶性放射性セシウム（水溶性Ｃｓ）量、および焼却主灰中の非水溶性放射性セシウム（残留Ｃｓ）量（何れも単位はＢｑ）を求め、（処理対象物中の全セシウム）量（単位はＢｑ）に対する百分率（％）として図６に示した。また、焼却主灰中の非水溶性放射性セシウム（残留セシウム）量から、放射性セシウムの除去率（Ｃｓ除去率）を求めた（単位は％）。

処理対象物および焼却主灰中の放射性セシウム濃度は、ゲルマニウム半導体検出器を用いて測定を行い、下式でセシウム量を算出した。

｛Ｃｓ量（Ｂｑ）｝＝｛Ｃｓ濃度（Ｂｑ／ｋｇ）｝×｛試料量（ｋｇ）｝
また、溶出セシウム濃度は、環境省発行「第五部 放射能濃度等測定ガイドライン」「第８章 溶出量」記載の「日本工業規格Ｋ〇〇五八−一」に定める方法に従って試料を作製し、同じくゲルマニウム半導体検出器を用いて測定を行った。

（揮発Ｃｓ）＝（処理対象物中の全セシウム）−（焼却主灰中の全セシウム）
（水溶性Ｃｓ）＝｛溶出セシウム濃度（Ｂｑ／Ｌ）｝×１０（Ｌ／ｋｇ）×｛焼却主灰重量（ｋｇ）｝
（残留Ｃｓ）＝（焼却主灰中の全セシウム）−（水溶性セシウム）
（Ｃｓ除去率）＝１００％−（残留セシウム）／（処理対象物中の全セシウム）×１００
〔試験結果：比較例１〜３〕
比較例１〜３では、分離促進剤を添加せずに上記処理対象物を焼却した。７００℃、８００℃、および９００℃の何れの焼却温度においても、放射性セシウムの揮発はなく、極わずかに水溶性セシウムを生成するのみで、ほぼ全ての放射性セシウムが焼却主灰中に残留した。

〔試験結果：比較例４〜６〕
比較例４〜６では、上記処理対象物に分離促進剤としてＣａＣｌ_２を３．０（ｗｔ％）添加して、７００℃、８００℃、または９００℃で２時間焼却した。

７００℃の焼却温度である比較例４では揮発セシウムはゼロであるが、焼却温度が高くなるほど揮発セシウムの量が多くなり、９００℃の焼却温度である比較例６では８７．３（％）が揮発セシウムであった。また、残留セシウムは、焼却温度が高くなるほど少なくなり、９００℃の焼却温度である比較例６で最小値の１０．２（％）となった。比較例６において、２．５（％）の水溶性セシウムを洗浄して除去すれば、全体として８９．８％の放射性セシウムが除去される。なお、水溶性セシウムは７００℃の焼却温度の比較例４で最も多く６５．８（％）であり、焼却温度が高くなるほど水溶性セシウムの量は少なくなった。

〔試験結果：比較例７〜１０、実施例１〕
比較例７〜９では、上記処理対象物に分離促進剤として４９ＮａＣｌ・５０ＣａＣｌ_２を３．０（ｗｔ％）添加して、７００℃、８００℃、または９００℃で２時間焼却した。また、比較例１０は、比較例８と焼却時間のみが異なる。比較例１０の焼却時間は、比較例８より短い０．５時間である。

比較例７〜９の結果は、比較例４〜６と概ね同様の傾向であり、焼却温度が高くなるほど揮発セシウムの量が多くなり、９００℃の焼却温度である実施例１では８１．６（％）が揮発セシウムであった。また、残留セシウムは、焼却温度が高くなるほど少なくなり、９００℃の焼却温度である比較例９で最小値の６．６（％）となった。比較例９において、１１．８（％）の水溶性セシウムを水洗浄して除去すれば、全体として９３．４％の放射性セシウムが除去される。比較例７〜９の結果は、比較例４〜６と比べて揮発セシウムの割合が少ないが、水溶性セシウムの割合が大きくなっている。このため、比較例７〜９の条件では、焼却主灰の洗浄により、全体としての放射性セシウムの除去率を高めることが可能である。

比較例１０は、比較例８よりも焼却時間を短くしたことにより、比較例８と比べて揮発セシウム量が抑えられ、水溶性セシウムの割合が大きくなった。ただし、残留セシウム量が２７．３（％）であるから、焼却主灰を洗浄したとしても、全体としての放射性セシウムの除去率は、比較例８を下回る。

〔試験結果：比較例１１〜１３〕
比較例１１〜１３では、上記処理対象物に分離促進剤として４９ＮａＣｌ・５０ＣａＣｌ_２を１．５、４．５、または６．０（ｗｔ％）添加して、８００℃で２時間焼却した。

分離促進剤の添加量が多くなるほど、揮発セシウムの割合が少なくなり、水溶性セシウムの割合が多くなった。残留セシウムは、分離促進剤の添加量が多くなるほど少なくなり、６．０（ｗｔ％）添加した比較例１３で最小値の１０．０（ｗｔ％）となった。これらの例では、分離促進剤添加後の上記処理対象物におけるＣｌ濃度が３．０（ｗｔ％）程度になると水溶性セシウムが多くなった。よって、Ｃｌ濃度が３．０（ｗｔ％）程度となるように分離促進剤（より詳細にはＣｌ源）を添加した場合、放射性セシウムの除去率を高くするには焼却主灰の洗浄が必要不可欠である。

〔試験結果：実施例１、比較例１４〕
実施例１、比較例１４では、比較例９と同じく、上記処理対象物に分離促進剤として４９ＮａＣｌ・５０ＣａＣｌ_２を添加して９００℃で２時間焼却した。実施例１、比較例１４は、分離促進剤の添加量が比較例９と異なっている。具体的には、実施例１の添加量は比較例９より少ない１．５（ｗｔ％）とし、比較例１４の添加量は比較例９より多い４．５（ｗｔ％）とした。

分離促進剤の添加量を比較例９よりも増やした比較例１４では、比較例９よりも揮発セシウム量と残留セシウム量とが増加した。一方、分離促進剤の添加量を比較例９よりも減らして、分離促進剤添加後のＣａＯとＣｌ濃度の両方が１．０（ｗｔ％）程度となった実施例１では、放射性セシウムの９０％近くを揮発させることができた。実施例１では、焼却主灰中に残った放射性セシウムは、水溶性が０．７（％）、非水溶性が１０．７（％）であった。

また、実施例１と比較例１１は、焼却温度のみ相違しているが、残留セシウム量には大きい差異が生じていた。つまり、分離促進剤添加後のＣａＯとＣｌ濃度の両方を１．０（ｗｔ％）程度とした場合であっても、８００℃（比較例１１）での焼却では、揮発セシウムが３７．０（％）に留まった。そして、１７．０（％）の水溶性セシウムを水洗浄して除去しても、放射性セシウムの除去率は５４．０（％）に過ぎなかった。このことから、放射性セシウムの除去率を高めるには、分離促進剤添加後のＣａＯとＣｌ濃度の両方を１．０（ｗｔ％）程度とした上で、９００℃以上で焼却すればよいことが分かる。

ここで、放射性セシウム濃度１０，０００Ｂｑ/ｋｇ、灰分が１０（ｗｔ％）である処理対象物を、実施例１の条件で焼却、すなわち１．５ｗｔ％の４９ＮａＣｌ・５０ＣａＣｌ_２を添加して９００度で２時間焼却したとする。

この場合、実施例１の結果によれば焼却主灰中の水溶性セシウムは０．７（％）であるから、上記処理対象物の焼却主灰中の水溶性セシウム濃度は、１０，０００Ｂｑ/ｋｇ×（１００／１０）×（０．７／１００）＝７００Ｂｑ／ｋｇと試算される。また、この焼却主灰について、固液比１：１０で溶出試験を行った場合の放射性セシウムの溶出量は、７０Ｂｑ／Ｌと試算される。さらに、焼却主灰中の放射性セシウム濃度（水溶性セシウムと非水溶性セシウムの合計）は、１０，０００Ｂｑ/ｋｇ×（１００／１０）×（０．７＋１０．７）／１００＝１１，４００Ｂｑ／ｋｇと試算される。

上記の放射性セシウム濃度は、基準値（８，０００Ｂｑ／ｋｇ）を超えているため、この焼却主灰は、このままでは処分することができない。しかし、この焼却主灰は、水洗浄処理することなく溶融処理に供して、さらに減容化し、かつセシウム濃度を低下させることができる。そして、このような溶融処理によって、放射性セシウム濃度が基準値未満となった溶融スラグを生成し、これを再資源化することも可能になる。

一方、上記処理対象物を、比較例３の条件で焼却、すなわち分離促進剤を添加せずに９００度で２時間焼却したとすると、焼却主灰中の放射性セシウム濃度は、焼却前の１０倍である１００，０００Ｂｑ／ｋｇと試算される。この濃度と比較すると、実施例１に対応する試算結果である１１，４００Ｂｑ／ｋｇは約１／１０倍程度となっている。このため、溶融スラグ中の放射性セシウム濃度も１／１０倍程度となると考えられる。

〔試験結果：実施例２〜４と比較例１５、１６〕
実施例２、３、比較例１５、１６では、分離促進剤として４９ＮａＣｌ・５０ＣａＣｌ_２とＣａＣＯ_３を重量比２０：１０で混合したものを３．０（ｗｔ％）添加した上記処理対象物を２時間焼却した。なお、上記分離促進剤添加後のＣａＯとＣｌ濃度は、それぞれ約１．６（ｗｔ％）、約１．３（ｗｔ％）である。実施例２、３、比較例１５、１６では、焼却温度が異なっており、比較例１５では７００℃、比較例１６では８００℃、実施例２では９００℃、実施例３では１０００℃である。また、実施例４は、実施例２の焼却時間を４時間に変えたものである。

７００℃の焼却温度である比較例１５では揮発セシウムはゼロであったが、焼却温度が高くなるほど揮発セシウムの量が多くなり、９００℃の焼却温度である実施例２では９３．１（％）、１０００℃の焼却温度である実施例３では９６．３（％）が揮発セシウムであった。また、残留セシウムは、焼却温度が高くなるほど少なくなり、９００℃の焼却温度である実施例２で５．６（％）、１０００℃の焼却温度である実施例３では３．６（％）となった。さらに、実施例２、３では、水溶性セシウムの量もそれぞれ１．３（％）および０．１（％）と非常に少なくすることができた。また、実施例２よりも燃焼時間を長くした実施例４では、実施例２と比べて残留セシウム量が微減し、水溶性セシウム量が減少した。

比較例１５、１６では、水溶性セシウムを水洗浄して除去しても、放射性セシウムの除去率はそれぞれ６６．６（％）、７５．５（％）に過ぎない。このことから、分離促進剤として４９ＮａＣｌ・５０ＣａＣｌ_２とＣａＣＯ_３を重量比２０：１０で混合したものを用いる場合、放射性セシウムの除去率を高めるには、９００℃以上で焼却すればよいことが分かる。

実施例２について、実施例１と同様の試算を行うと、処理対象物の焼却主灰中の水溶性セシウム濃度は、１０，０００Ｂｑ/ｋｇ×（１００／１０）×（１．３／１００）＝１，３００Ｂｑ／ｋｇとなる。また、この焼却主灰について、固液比１：１０で溶出試験を行った場合の放射性セシウムの溶出量は、１３０Ｂｑ／Ｌと試算される。さらに、焼却主灰中の放射性セシウム濃度（水溶性セシウムと非水溶性セシウムの合計）は、１０，０００Ｂｑ/ｋｇ×（１００／１０）×（１．３＋５．６）／１００＝６，９００Ｂｑ／ｋｇと試算される。

上記の放射性セシウム濃度は基準値未満であるから、上記焼却主灰は処分可能である。また、上記の放射性セシウム濃度は、比較例３の試算結果の約１／１４．４である。上記焼却主灰について、溶融処理を行った場合には、実施例１よりもさらに放射性セシウム濃度が低い溶融スラグを生成できると考えられる。

〔試験結果：実施例５、比較例１７〕
実施例５、比較例１７では、分離促進剤として４９ＮａＣｌ・５０ＣａＣｌ_２とＣａＣＯ_３を重量比２０：２０で混合したものを添加した上記処理対象物を９００℃で２時間焼却した。実施例５の薬剤（分離促進剤）添加量は４．０（ｗｔ％）であり、比較例１７は６．０（ｗｔ％）である。

実施例２とＣｌ濃度は同程度であるが、ＣａＯ量が実施例２よりも多い実施例５は、実施例２よりも水溶性セシウムの量が少なくなった。一方、実施例２よりもＣｌ濃度が高く、具体的にはＣｌ濃度が２（ｗｔ％）近くになっている比較例１７では、実施例２よりも水溶性セシウムの量が多く、３．２（％）となった。

このため、比較例１７の条件で処理対象物を処理する場合、処理対象物の放射性セシウム濃度によっては、焼却主灰の洗浄が必要になることもある。例えば、放射性セシウム濃度が１０，０００Ｂｑ／ｋｇの廃棄物（灰分１０ｗｔ%）が処理対象物である場合、焼却主灰中の水溶性セシウム濃度は３，２００Ｂｑ／ｋｇとなり、この焼却主灰の放射性セシウム溶出量は、基準値を超える３２０Ｂｑ／Ｌと推算される。

〔焼却主灰の水溶性セシウム量の少ない実施例について〕
実施例１〜５は、焼却主灰中の水溶性の放射性セシウムの量が、焼却主灰中の全放射性セシウムの量の１／５以下と非常に少なくなった。これらの実施例の条件から、処理対象物と分離促進剤を混合した混合物におけるＣｌ濃度が０．９〜１．５（ｗｔ％）、ＣａＯ量が１〜２．５（ｗｔ％）となるように分離促進剤を添加して、９００℃〜１０００℃で２〜４時間加熱することが好ましいことが分かる。この条件で処理対象物を処理することにより、焼却主灰を洗浄することなく処理することが可能となる。

６ 分離促進剤
７ 焼却炉（加熱炉）
８ 焼却主灰（加熱工程後の処理物）
１００ 処理施設

Claims (8)

1. 処理対象物から放射性セシウムを除去する放射性セシウムの除去方法であって、
   ２種類以上の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含む、セシウムの分離促進剤を上記処理対象物に添加して、含有カルシウム量が酸化カルシウム濃度に換算して１〜２．５（ｗｔ％）である、上記分離促進剤と上記処理対象物の混合物を得る添加工程と、
   上記混合物を９００℃以上１０００℃以下で加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮発させる加熱工程と、を含み、
   上記加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、上記処理対象物中の水溶性の放射性セシウムの量が、当該処理対象物中の全放射性セシウムの量の１／５以下となるように、上記添加工程における上記分離促進剤の添加量が、上記処理対象物と上記分離促進剤を混合した混合物におけるＣｌ濃度が０．９〜１．５（ｗｔ％）となるように設定され、上記加熱工程における加熱時間が２〜４時間に設定されており、
   上記加熱工程後の処理物の放射性セシウム濃度が所定の基準値以下であれば、当該加熱工程後の処理物からの放射性セシウムの除去を終了し、
   上記加熱工程後の処理物の放射性セシウム濃度が上記所定の基準値を超えていれば、当該加熱工程後の処理物を水洗浄することなく溶融処理する、ことを特徴とする放射性セシウムの除去方法。
2. 上記加熱工程後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、水溶性の放射性セシウムが１５００Ｂｑ／ｋｇ以下となるように、上記添加工程における上記分離促進剤の添加量と、上記加熱工程における加熱時間とが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の放射性セシウムの除去方法。
3. 上記分離促進剤は、ＮａＣｌとＣａＣｌ_２とを含む、融点が６００℃以下の混合物または複塩であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射性セシウムの除去方法。
4. 上記加熱工程で上記処理対象物から揮発した放射性セシウムを含む飛灰を洗浄液で洗浄して該飛灰から放射性セシウムを除去する洗浄工程をさらに含み、
   洗浄後の上記飛灰の放射性セシウム濃度が所定の基準値以下であれば、当該飛灰からの放射性セシウムの除去を終了し、
   洗浄後の上記飛灰の放射性セシウム濃度が所定の基準値を超えていれば、当該飛灰を溶融処理し、
   上記加熱工程後の処理物は、焼却主灰であり、
   上記飛灰は、上記加熱工程で発生した排ガス中の固形物である、ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の放射性セシウムの除去方法。
5. 上記加熱工程で上記処理対象物から揮発した放射性セシウムを含む飛灰を洗浄液で洗浄して該飛灰から放射性セシウムを除去する洗浄工程と、
   上記洗浄工程で使用した洗浄液にフェロシアン化カリウムおよび硫酸第二鉄を供給して、放射性セシウムを含んだプルシアンブルーを生成する共沈工程と、
   放射性セシウムを含んだ上記プルシアンブルーをアルカリ分解した溶液とゼオライトとを接触させ、該溶液中の放射性セシウムをゼオライトに吸着させる吸着工程と、
   放射性セシウムを吸着した上記ゼオライトを加熱して放射性セシウムを焼成固定する焼成固定工程と、を含み、
   上記加熱工程後の処理物は、焼却主灰であり、
   上記飛灰は、上記加熱工程で発生した排ガス中の固形物である、ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の放射性セシウムの除去方法。
6. 上記溶液を電気透析に供して放射性セシウムの濃度を高める濃縮工程をさらに含み、
   上記吸着工程では、上記濃縮工程で放射性セシウムの濃度が高まった上記溶液から放射性セシウムをゼオライトに吸着させることを特徴とする請求項５に記載の放射性セシウムの除去方法。
7. 上記吸着工程で放射性セシウムがゼオライトに吸着された後の上記溶液をろ過した上で、上記加熱工程で発生した排出ガスの冷却に用いる冷却水として用いることを特徴とする請求項５または６に記載の放射性セシウムの除去方法。
8. 処理対象物から放射性セシウムを除去する処理施設であって、
   ２種類以上の塩化物の組み合わせからなり、かつそれぞれ単独の塩化物よりも融点が低下された混合物または複塩を含む、セシウムの分離促進剤を上記処理対象物に添加して、含有カルシウム量が酸化カルシウム濃度に換算して１〜２．５（ｗｔ％）である、上記分離促進剤と上記処理対象物の混合物を得る添加装置と、
   上記混合物を９００℃以上１０００℃以下で加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮発させる加熱炉と、を含み、
   上記加熱炉での加熱後の処理物に残存する放射性セシウムのうち、上記処理物中の水溶性の放射性セシウムの量が、当該処理物中の全放射性セシウムの量の１／５以下となるように、上記添加装置が添加する上記分離促進剤の添加量が、上記処理対象物と上記分離促進剤を混合した混合物におけるＣｌ濃度が０．９〜１．５（ｗｔ％）となるように設定され、上記加熱炉における加熱工程における加熱時間が２〜４時間に設定されており、
   上記加熱工程後の処理物の放射性セシウム濃度が所定の基準値以下であれば、当該加熱工程後の処理物からの放射性セシウムの除去を終了し、
   上記加熱工程後の処理物の放射性セシウム濃度が上記所定の基準値を超えていれば、当該加熱工程後の処理物を水洗浄することなく溶融処理する、ことを特徴とする処理施設。

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