(57)【要約】【課題】汚染土壌から有害物質が付着しがちな微細粒子を分級回収して、汚染土壌の減容化を実現する汚染土壌の分級工法を提供することを目的とする。【解決手段】汚染土壌Ｓを１０ｗｔ％以下の濃度に加水調整した泥水をキャビテーションジェット水で洗浄すると共に流量変更可能な流量可変ジェット水で撹拌し、粗粒子分級タンク２内で砂粒子を沈降分離し、遠心分離器４でシルト粒子と粘土粒子とに遠心分離し、細粒子沈殿槽５でシルト粒子を沈降分離するとともに粘土粒子を分級して、微細粒子沈殿槽６で粘土粒子を沈降堆積させて、汚染土壌から粘土粒子を分級回収するものである。【選択図】図３
2014021062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質を含む汚染土壌の分級工法において、
前記汚染土壌を加水して成る泥水を粗粒子分級タンク内で撹拌する撹拌工程と、
前記粗粒子分級タンク内で第１の分級粒径より大径の粗粒子を沈降分離すると共に、第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子を上昇水流でオーバーフローさせる一次分級工程と、
前記汚染土壌に含まれる異物を除去する異物除去工程と、
前記一次分級工程を経た泥水を細粒子分級タンク内で第２の分級粒径より大径の細粒子を沈降分離するとともに前記第２の分級粒径以下の微細粒子を回収する二次分級工程と
から成ることを特徴とする汚染土壌の分級工法。
【請求項２】
前記汚染土壌の撹拌は、キャビテーションを含むキャビテーションジェット水と、前記上昇水流の流速を維持する流量可変ジェット水とを前記泥水に吹き付けて行うことを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌の分級工法。
【請求項３】
前記一次分級行程と前記二次分級行程との間に、前記細粒子と前記微細粒子とを遠心分離器で分離する遠心分離工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の汚染土壌の分級工法。
【請求項４】
前記細粒子に許容される放射性物質の残留濃度に応じて、前記第２の分級粒径が任意に設定可能なことを特徴とする請求項１乃至請求項３の１項に記載の汚染土壌の分級工法。
【請求項５】
前記泥水が、前記粗粒子分級タンク内で１０ｗｔ％以下の濃度に加水調整されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の１項に記載の汚染土壌の分級工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質を含む汚染土壌の分級工法に関するものであり、特に、粒径が小さく比表面積が大きい粒子を選択的に分級し除去することで、この細かい粒子に吸着しがちな放射性物質を汚染土壌から除去し、汚染土壌の減容化を実現する汚染土壌の分級工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射性物質に汚染された汚染土壌は、最終処分を行うまで中間貯蔵施設内で一時的に保管する必要があり、汚染土壌が大量になる程に広大な保管スペースを要する。したがって、保管スペースを圧縮するために、汚染土壌の体積を低減すること、すなわち、汚染土壌の減容化が望まれている。
【０００３】
一般的に、汚染物質は、粒径の小さい粒子、特に粘土分に吸着することが知られている。汚染物質のこのような特性を利用して汚染土壌の減容化を実現する方法として、汚染土壌の土粒子を粒径の大きさに応じて分級して、汚染物質が吸着した土粒子ごと取り除く汚染土壌の分級方法が知られている。
【０００４】
そして、このような汚染土壌の分級は、次のような構成の分級システムを用いて行われる。すなわち、汚染土壌から粒径５ｍｍ以上の砂利や草木等の異物を除去する篩と、加水されてスラリー状になった汚染土壌を撹拌翼を回転させることで撹拌して粒径２ｍｍ以上の礫分を沈降分離すると共に粒径が２ｍｍより小径の砂分等をオーバーフローさせる分離槽と、スラリーを貯留して撹拌しながら超音波洗浄する洗浄槽と、洗浄されたスラリーを流通しながら超音波洗浄を行う仕上洗浄管と、仕上洗浄されたスラリーを分級して３０μｍ以上の土壌粒子を洗浄土壌として取り出すサイクロン式分級機とで構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８１２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の従来技術においては、主に粗い粒子から成る砂質の汚染土壌を分級する場合には、汚染土壌から放射性物質を吸着していない礫分や砂分を分級して汚染土壌を減容化し易いものの、湿地等の主に細かい粒子から成る粘土質の汚染土壌を分級する場合には、比較的大きい粒径を基準に分級するため、礫分よりも小径で粘土分より大径のシルト分を多く含んだまま汚染土壌を保管することになり、依然として汚染土壌が多くなりがちであった。
【０００７】
また、粘土分が礫分に付着している場合には、分離槽内で槽底部に沈降分離されて槽外部に排出される礫分内に粘土分が混入してしまい、この粘土分に吸着した放射性物質が外部に拡散してしまう虞があった。
【０００８】
そこで、放射性物質を含み長期に渡って隔離保管する必要がある汚染土壌のうち、有害物質が付着しがちな微細粒子を効率的に回収し、汚染土壌を減容化して保管スペースを縮小し、さらに、微細粒子が沈降速度の速い粗粒子や細粒子に混入して回収されることを防止するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決する
ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、放射性物質を含む汚染土壌の分級工法において、前記汚染土壌を加水して成る泥水を粗粒子分級タンク内で撹拌する撹拌工程と、前記粗粒子分級タンク内で第１の粒径以上に大径の粗粒子を沈降分離すると共に、第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子を上昇水流でオーバーフローさせる一次分級工程と、前記汚染土壌に含まれる異物を除去する異物除去工程と、前記一次分級工程を経た泥水を細粒子分級タンク内で第２の粒径以上に大径の細粒子を沈降分離するとともに前記第２の粒径より小径の微細粒子を回収する二次分級工程とで構成される汚染土壌の分級工法を提供する。
【００１０】
この構成によれば、汚染土壌に含まれる粗粒子、細粒子及び微細粒子を２段階で分級して、放射性物質が吸着し易い微細粒子を粒径の小さい方から所定量だけ効率的に取り除くことができる。すなわち、まず、汚染土壌を加水し懸濁して第１の分級粒径より大径の粗粒子を粗粒子分級タンクのタンク底部に沈降分離させると共に、粗粒子タンク内を第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子が沈降せずに上昇するように設定された所定の流速で上昇する上昇水流により細粒子及び微細粒子が粗粒子分級タンクのタンク上部に浮遊する。続いて、細粒子及び微細粒子を含む泥水が細粒子分級タンクに送られて、細粒子分級タンクにて、第２の分級粒径より大径の細粒子を細粒子分級タンクのタンク底部に沈降分離させると共に、細粒子分級タンク内を第２の分級粒径以下の微細粒子をタンク上部に浮遊させて分級する。これにより、粗粒子や細粒子と比較して小径で比表面積（粒子１ｇあたりの表面積）が大きく、有害物質が付着しやすい微細粒子のみを確実に分級して回収できる。
【００１１】
また、泥水内で粗粒子、細粒子及び微細粒子が互いに付着しているような場合であっても、粗粒子分級タンク内で泥水を撹拌して粒子間を切り離すことで微細粒子が粗粒子や細粒子に付着した状態で分級されることを回避できる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記汚染土壌の撹拌は、キャビテーションを含むキャビテーションジェット水と、前記上昇水流の流速を維持する流量可変ジェット水とを前記泥水に吹き付けて行う汚染土壌の分級工法を提供する。
【００１３】
この構成によれば、粗粒子分級タンク内に貯留される泥水中の粗粒子、細粒子及び微細粒子が互いに付着している場合であっても、キャビテーションジェット水に含まれるキャビテーションに起因する振動により粒子を洗浄し、すなわち、粒子同士を切り離して粒子間の付着を解除すると共に、第１の分級粒径より小径の粒子を一定流速の上昇水流で粗粒子分級タンクのタンク上部まで舞い上げ続けることで、細粒子や微細粒子が粗粒子分級タンクのタンク底部に沈降堆積する粗粒子内に混入することを回避できる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記一次分級工程と前記二次分級工程との間に、前記細粒子と前記微細粒子とを遠心分離器で分離する遠心分離工程を含む汚染土壌の分級工法を提供する。
【００１５】
この構成によれば、一次分級工程を経た泥水に含まれる微細粒子のうち、遠心分離工程において、泥水内を細粒子に付着することなく独立して浮遊する微細粒子を遠心分離器で分級し回収することで、細粒子分級タンク内の微細粒子の濃度が低下して、二次分級工程における分級を効率的に行うことができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３の１項記載の発明において、前記細粒子に許容される放射性物質の残留濃度に応じて、前記第２の分級粒径が任意に設定可能な汚染土壌の分級工法を提供する。
【００１７】
この構成によれば、再利用される土壌中に許容される放射性物質の残留濃度を付着する細粒子の粒径を第２の分級粒径に設定することで、細粒子を細粒子分級タンク内で沈降分離させるまでに要する時間を短縮できる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４の１項記載の発明において、前記泥水が、前記粗粒子分級タンク内で１０ｗｔ％以下の濃度に加水調整されている汚染土壌の分級工法を提供する。
【００１９】
この構成によれば、泥水の濃度を１０ｗｔ％以下に設定することで、第１の分級粒径前後における粗粒子及び細粒子間の沈降速度の差を大きくして、粗粒子を粗粒子分級タンク内で沈降分離されるまでに要する時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の発明は、放射性物質を含み長期に渡って隔離保管する必要がある汚染土壌のうち、主に有害物質が付着する微細粒子を確実かつ効率的に回収することができるため、従来のような粗粒子が多く含まれる砂質の土壌の分級だけではなく、細粒子が多く含まれる粘土質の土壌であっても、放射性物質が付着する微細粒子を分級し除去して汚染土壌を減容化して、保管スペースを縮小することができ、かつ、除染作業の効率化を実現して処分費を大幅に低減できる。また、泥水を撹拌して相互に付着している粒子間を引き剥がすため、微細粒子が沈降速度の速い粗粒子や細粒子に混入したまま沈降することを防止し、粗粒子や細粒子に放射性物質を含む微細粒子が紛れ込むことを回避できる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えてさらに、粗粒子分級タンク内に貯留される泥水中の粗粒子、細粒子及び微細粒子が互いに付着している場合であっても、細粒子や微細粒子が粗粒子分級タンク内に堆積する粗粒子に混入してしまうことを防止するため、粗粒子分級タンクから回収されて再利用される粗粒子内に放射性物質が不用意に混入されて外部に拡散することを回避できる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明の効果に加えてさらに、遠心分離工程で泥水内を独立して浮遊する微細粒子を分級回収して、二次分級工程の分級を効率的に行うため、一次分級工程を経た泥水から微細粒子を短時間で分級することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３の１項記載の発明の効果に加えてさらに、第２の分級粒径を細粒子に許容される放射性物質の濃度に応じて設定可能なため、分級流速が不必要に遅くなることを回避して、汚染土壌の土質や求める除染率に応じて二次分級工程に要する時間を短縮することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４の１項記載の発明の効果に加えてさらに、粗粒子分級タンク内の泥水の濃度を粗粒子の沈降速度が細粒子の沈降速度に対して十分に大きくなるように設定することで、粗粒子と細粒子とを確実に分級すると共に粗粒子がタンク底部に沈降堆積するまでに要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
図は本発明の実施例に係る汚染土壌の分級工法を示すものである。
【図１】粒子の粒径と質量通貨率及び表面積除去率の関係を示す図。
【図２】粒子の粒径と沈降速度との関係を示す図。
【図３】分級システムの概要を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、放射性物質を含み長期に渡って隔離保管する必要がある汚染土壌のうち、有害物質が付着しがちな微細粒子を効率的に回収し、汚染土壌を減容化して保管スペースを縮小し、さらに、微細粒子が沈降速度の速い粗粒子や細粒子に混入して回収されることを防止するという目的を達成するために、汚染土壌を加水して成る泥水を粗粒子分級タンク内で撹拌する撹拌工程と、粗粒子分級タンク内で第１の分級粒径より大径の粗粒子を沈降分離すると共に、第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子を上昇水流でオーバーフローさせる一次分級工程と、汚染土壌に含まれる異物を除去する異物除去工程と、一次分級工程を経た泥水を細粒子分級タンク内で第２の分級粒径より大径の細粒子を沈降分離するとともに第２の分級粒径以下の微細粒子を回収する二次分級工程とで実現した。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例に係る汚染土壌の分級工法を図１乃至図３を参照して説明する。
【００２８】
まず、汚染土壌の分級メカニズムについて説明する。本実施例における汚染土壌とは、放射性物質を吸着した土粒子を含む土壌である。放射性物質は、粒径の大きな粗粒子には殆ど吸着することはなく、細粒子、特に、微細粒子に強く吸着する。これは、細かい粒子は、１ｇ当たりの表面積（比表面積）が大きく、その分吸着できる汚染物質の量が多いためである。このため、一般的に、微細粒子（いわゆる、粘土粒子）が、粗粒子（いわゆる、礫粒子、砂粒子）よりも多量の放射性物質を含んでおり、汚染土壌から粘土粒子を分級回収することが、汚染土壌の減容化に有効である。
【００２９】
比表面積とは、粒子の大きさと形状で決まり、土粒子を構成する砂粒子、シルト粒子、粘土粒子の代表的な粒径を、砂粒子：シルト粒子：粘土粒子＝１：０．０１：０．００１（ｍｍ）とすると、粒子が球形状の場合には、その比表面積は砂粒子の場合を１とすれば、砂：シルト：粘土の比表面積の比は、１：１００：１０００となる。これより、例えば、土粒子の分類比率が、砂粒子が２％、シルト粒子が４２％、粘土粒子が５６％の粘土質の土壌においては、図１に示すように、各々の表面積が、砂粒子が０．０１％、シルト粒子が１．９９％、粘土粒子が９８．０％となる。そのため、このような土壌では、粘土粒子を除去するだけで汚染土壌に含まれる放射性物質のうちこの粘土粒子に吸着した放射性物質分、すなわち、９８．０％の表面積に付着した放射性物質を除去することができる。さらに、土壌質量においては、図１に示すように、粘土粒子の除去量が全質量の６８％なので、３２％の減容化になる。
【００３０】
そこで、粘土質の汚染土壌から粘土粒子を分級回収するために、土粒子が流体中を沈降する際に粒径に応じた沈降速度の差を利用して汚染土壌を２段階で分級し粘土粒子を選択的に回収する。粒子が流体中を沈降する速度は、粒子の比重、流体の温度に依存する粘性係数、粒子の大きさと形等に関係する。
【００３１】
沈降速度ｖを表す式は、理想的な条件下（例えば、粒子は球と仮定）で、ストークスの法則として知られており、１つの土粒子が流体中を沈降するときに受ける抵抗力Ｆは、数式１に示すとおりである。
【００３２】
【数１】
2014021062.tif 000003
【００３３】
また、その土粒子に働く浮力Ｆｂは、数式２に示すとおりである。
【００３４】
【数２】
2014021062.tif 000004
【００３５】
そして、その土粒子に動く重力Ｆｇは、数３に示すとおりである。
【００３６】
【数３】
2014021062.tif 000005
【００３７】
したがって、土粒子が流体中を沈降する終端速度Ｖｓにおいては、Ｆ＋Ｆｂ＝Ｆｂが成り立つため、終端速度Ｖｓは、数式４に示すとおりである。
【００３８】
【数４】
2014021062.tif 000006
【００３９】
そして、土粒子が粗粒子分級タンク内を終端速度Ｖｓより大きい流速Ｖｕｐの上昇水流の場にあれば、沈降しない又は上向きに動く土粒子が存在する。
【００４０】
次に、汚染土壌を粗粒子分級タンク内で加水する際の泥水濃度について説明する。例えば、図２に示すように、泥水濃度が１５ｗｔ％の場合には、第１の分級粒径として粒径７５μｍを設定すると、粒径７５μｍの粒子とこの粒径より僅かに小さい粒径６０μｍの粒子との間で、１０分間で沈降する深度に大きな差はない。一方、泥水濃度が１０ｗｔ％以下の場合、両者の沈降深度に３０ｃｍ以上の差が生じる。したがって、泥水濃度を１０ｗｔ％以下に設定することで、比較的短い時間で所定粒径以上の粒子を沈降分離することができる。
【００４１】
次に、粗粒子分級タンク内を流れて、細粒子及び微細粒子をオーバーフローさせる上昇水流について説明する。表１に示すように、例えば、泥水濃度８ｗｔ％に調整した泥水内の粒径６０μｍ以下の粒子を浮遊させて粒径７５μｍ以下の粒子を沈降分離させる場合には、０，１３８２８ｃｍ／ｓ〜０．２１６０７ｃｍ／ｓの間の流速、例えば、０．２０ｃｍ／ｓの流速を設定すれば良い。流速を０．２０ｃｍ／ｓに設定した場合には、粒径６０μｍの粒子が２０分間で７０ｃｍ以上も上昇するため、粗粒子分級タンクの高さを７０ｃｍに設定しておけば、粒径６０μｍ以下の粒子がタンク上部よりオーバーフローして粗粒子と細粒子とを分級することができる。
【００４２】
【表１】
2014021062.tif 000007
【００４３】
次に、汚染土壌を分級するシステムを説明する。なお、本方法は、汚染土壌に含まれる粘土粒子を水の中で浮遊させて、粘土粒子よりも粒径の大きい砂粒子やシルト粒子を２段階で沈降分離させるものであるなら、どのようなものでも適用できる。
【００４４】
この分級システムは、図３に示すように、汚染土壌Ｓを搬送するベルトコンベヤ１と、汚染土壌Ｓを投入して粗粒子としての礫粒子及び砂粒子とこれらより小径の細粒子としてのシルト粒子及び微細粒子としての粘土粒子とに分級する粗粒子分級タンク２と、粗粒子分級タンク２を経た泥水に浮遊する異物を回収する浮遊物回収タンク３と、シルト粒子と粘土粒子とを分級するサイクロン式の遠心分離器４と、遠心分離されたシルト粒子に混入した粘土粒子をシルト粒子から分級する細粒子分級タンクとしての細粒子沈殿槽５と、粘土粒子を含む泥水から粘土粒子を沈降分離する微細粒子沈殿槽６と、粘土粒子を固液分離する水処理システム７と、粘土粒子を脱水して回収するフィルタープレス８とを備えている。
【００４５】
ベルトコンベヤ１は、汚染土壌Ｓを堆積場から粗粒子分級タンク２内に投下するものである。ベルトコンベヤ１の上流には、汚染土壌Ｓを通過させる振動篩９が設けられている。この振動篩９は、比較的大きな、例えば、粒径３０ｍｍ以上の異物を除去する。なお、この振動篩９で除去する異物の粒径は、汚染土壌Ｓの種類に応じて適宜設定して構わない。
【００４６】
粗粒子分級タンク２は、キャビテーションジェットポンプ１０及び流量可変ジェットポンプ１１を介して清水を貯水する貯水槽１２に接続されている。貯水槽１２の清水は、粗粒子分級タンク２に投入された汚染土壌Ｓを１０ｗｔ％以下の濃度に調整するために供給される。これにより、粗粒子分級タンク２内の泥水の濃度を砂粒子の沈降速度がシルト粒子の沈降速度に対して十分に大きくなるように設定されて、シルト粒子及び粘土粒子を確実にオーバーフローさせて砂粒子及び礫粒子から分級すると共に、砂粒子及び礫粒子がタンク底部に沈降堆積するまでに要する時間を短縮することができる。なお、粗粒子分級タンク２による分級をバッチ処理で行う場合には、シルト粒子や粘土粒子がオーバーフローした分だけ粗粒子分級タンク２内の泥水濃度が低下してポンプ流量の制御が必要になるところ、本実施例では、汚染土壌Ｓを２５ｔｏｎ／ｈｒでベルトコンベヤ１から粗粒子分級タンク２に汚染土壌Ｓを連続投下している。これにより、粗粒子分級タンク２内の泥水濃度を維持してポンプ流量を制御することなく簡便に連続分級することができる。
【００４７】
キャビテーションジェットポンプ１０は、図示しないキャビテーションノズルで生じるキャビテーションを含むキャビテーションジェット水を吐出する。このキャビテーション
ジョット水を泥水に吹き付けることにより、泥水内で粒子同士が付着しているような場合であっても、粒子同士を引き剥がして、粘土粒子が礫粒子やシルト粒子に付着したまま沈降堆積することを防止できる。
【００４８】
流量可変ジェットポンプ１１は、図示しないインバーターにより流量を変更可能な流量可変ジェット水を吐出する。これにより、粗粒子分級タンク２内を流れる上昇水流の流速を一定に維持することができると共に、連続して汚染土壌Ｓが投下される粗粒子分級タンク２内の泥水濃度を一定に保つことができる。また、流量可変ジョットポンプ１１から粗粒子分級タンク２内に供給される上昇水流は、第１の分級粒径である７５μｍに対応した流速に設定されており、７５μｍより小径のシルト粒子及び粘土粒子をタンク上部からオーバーフローさせ続けると共に、７５μｍ以上に大径の礫粒子及び砂粒子をタンク底部に沈降分離する。これにより、礫粒子及び砂粒子をシルト粒子及び粘土粒子から分級することができる。なお、上昇水流は、それぞれ自由に変更可能な汚染土壌の泥水濃度と第１の分級粒径に応じて自由に設定される。例えば、泥水濃度が８ｗｔ％で第１の分級粒径を７５μｍに設定した場合には、上昇流速は、０．２０ｃｍ／ｓと設定する。
【００４９】
粗粒子分級タンク２には、タンク底部に沈降堆積した砂粒子や礫粒子を搬出するスクリューコンベヤ１３が設けられている。このスクリューコンベヤ１３で搬出された砂粒子や礫粒子は、ベルトコンベヤ１４で回収袋１５まで運搬されて袋詰め脱水される。この砂粒子や礫粒子は、粒径が大きく放射性物質が吸着していないため、再利用することができる。
【００５０】
ベルトコンベア１４には、粗粒子分級タンク２のタンク底部に堆積した砂粒子や礫粒子を搬送する搬送路の上方から搬送路に向かって照射される超音波を発信する超音波発信装置１６が並設されている。これにより、砂粒子及び礫粒子にシルト粒子及び粘土粒子が混入した場合であっても、超音波発信装置１６から発せられる超音波振動によって再度付着したシルト粒子及び粘土粒子を砂粒子及び礫粒子から引き離して洗い流す。これらシルト粒子及び粘土粒子は、浮遊物回収タンク３に送られる。
【００５１】
浮遊物回収タンク３は、粗粒子分級タンク２のタンク上部からオーバーフローしたシルト粒子及び粘土粒子を含む泥水と、超音波発信装置１６で砂粒子や礫粒子から剥離されたシルト粒子及び粘土粒子を含む泥水とを通過させる浮遊物回収カゴ１７を有している。本実施例では、浮遊物回収カゴ１７のメッシュを０．５ｍｍに設定しており、泥水に含まれる落葉や枝等の異物を除去する。
【００５２】
遠心分離器４は、圧送ポンプ１８を介して送られる浮遊物回収タンク３内の泥水を、第２の分級粒径である粒径５μｍ以下の粘土粒子を含むトップ液Ｌ１と、粒径５μｍより大径のシルト粒子を含むボトム液Ｌ２とに遠心分離する。なお、本実施例では、後述する細粒子沈殿槽５におけるボトム液Ｌ２の分級を早期に達成するために遠心分離器４を介在させているが、汚染土壌Ｓの土質、すなわち、細粒子分の割合によっては遠心分離器４を介在させずに浮遊物回収タンク３に細粒子沈殿槽５を直結させても構わない。
【００５３】
細粒子沈殿槽５は、ボトム液Ｌ２内のシルト粒子に混入した僅かな粘土粒子を回収するものである。具体的には、まず、遠心分離器４から細粒子沈殿槽５にボトム液Ｌ２を適量流入させた後に、図示しない希釈水槽の希釈水を加圧して成るジェット水を細粒子沈殿槽５の底部から注入してボトム液Ｌ２を撹拌し、シルト粒子と粘土粒子とを水面に浮上させる。そして、水面を浮遊するシルト粒子と粘土粒子とが、第２の分級粒径である５μｍより大径のシルト粒子と粒径５μｍ以下の粘土粒子との粒径の差による沈降速度の差を利用して、所定の静置時間経過後に、槽底部に堆積するシルト粒子と、粘土粒子を含む上澄液Ｌ３とに分離する。細粒子沈殿槽５における分級は、シルト粒子と粘土粒子との沈降分離をバッチ処理で行うため、粒子の沈降が進むと上澄み液Ｌ３の泥水濃度が低下する。従って、例えば、遠心分離器５から排出された４０ｗｔ％のボトム液Ｌ２をジェット水で６ｗｔ％に希釈する場合には、粒子は、沈降開始当初は、表２に示すような６ｗｔ％の沈降深度まで沈降するが、時間が経つにつれて、表３に示すような清水中の沈降深度まで沈降し得る。そのため、静置時間を１０時間とすると、粒径５μｍ以下の粘土粒子は、水面から４０ｃｍ〜８０ｃｍに浮遊しており、この深度より上方の上澄み液Ｌ３をポンプで汲み取って微細粒子沈殿槽６に送ることで細粒子沈殿槽５の槽上部に浮遊する粘土粒子を分級回収することができる。槽底部に堆積したシルト粒子は、槽外部の回収袋１９に袋詰めして脱水する。なお、シルト粒子の脱水処理は、水処理して固液分離した後に、フィルタープレスを介して脱水するものであっても構わない。また、脱水された細粒子に付着する放射性物質濃度は、許容される値以下であり、再利用することも可能である。
【００５４】
【表２】
2014021062.tif 000008
【００５５】
【表３】
2014021062.tif 000009
【００５６】
細粒子沈殿槽５では、シルト粒子を沈降分離するまでの時間を調整することで第２の分級粒径、すなわち、堆積させるシルト粒子の粒径の下限を調整可能であり、汚染土壌Ｓの土質やシルト粒子に許容される放射性物質の残留濃度に応じて変更することができる。これにより、シルト粒子の沈降速度が不必要に遅くなることを回避して、汚染土壌Ｓの土質や求める除染率に応じて細粒子沈殿槽５での分級に要する時間を短縮することができる。
【００５７】
微細粒子沈殿槽６は、遠心分離器４から送られてくるトップ液Ｌ１と、細粒子沈殿槽５から送られてくる上澄液Ｌ３とに含まれる粘土粒子を粒径に応じて沈降分離して更に分級するものである。微細粒子沈殿槽６内のトップ液Ｌ１と上澄液Ｌ３とは、所定時間を経過した後に、微細粒子沈殿槽６の槽底部に堆積する比較的粒径の大きな粘土粒子を含む堆積物Ｍと、この堆積物Ｍの上方に堆積する比較的粒径の小さな粘土粒子を含む残留泥水Ｌ４と、粘土粒子を含まない上澄液Ｌ５とに沈降分離される。この上澄液Ｌ５は、汚染物質を含んでいないため、ポンプ２０で貯水槽１２に送られて汚染土壌Ｓの加水に再利用される。
【００５８】
水処理システム７は、微細粒子沈殿槽６からポンプ２１を介して水処理前泥水濃度調整槽２２に送られ希釈水槽２３内の希釈水で加水調整された残留泥水Ｌ４を固液分離する。なお、水処理システム７は、液中の放射性物質を吸着する沈降促進剤を備えていても構わない。これにより、液中の放射性物質を除去して希釈水として残留泥水Ｌ４の加水調整に再利用可能となる。
【００５９】
フィルタープレス８は、水処理システム７で残留泥水Ｌ４から固液分離された粘土粒子と微細粒子沈殿槽６の槽底部から圧送ポンプ２４で搬出される堆積物Ｍとに、希釈水槽２３の希釈水を加水する脱水前泥水濃度調整槽２５から圧送ポンプ２６を介して送られる泥水を脱水処理して粘土粒子を回収する。これにより、汚染土壌Ｓのうち有害物質を強固に吸着させる粘土粒子を分離回収して、汚染土壌Ｓを減容化できる。
【００６０】
上述したように、放射性物質を含み長期に渡って隔離保管する必要がある汚染土壌Ｓのうち、主に有害物質が付着する粘土粒子を効率的に回収することができるため、放射性物質の除染処置が必要な土壌の容量を減容化して、保管スペースを縮小することができ、かつ、除染作業の効率化を実現して処分費を大幅に低減することができる。また、粘土粒子を砂粒子、礫粒子及びシルト粒子から引き剥がすため、粘土粒子が砂粒子等に混入して沈降することを防止して、砂粒子等に放射性物質を含む粘土粒子が紛れ込むことを回避することができる。したがって、従来のような砂質の土壌の分級だけではなく、粘土質の土壌であっても、放射性物質が付着する粘土粒子を分級し除去して汚染土壌の減容化を達成することができる。
【００６１】
また、粗粒子分級タンク２内で礫粒子、砂粒子、シルト粒子及び粘土粒子が互いに付着している場合であっても、シルト粒子や粘土粒子が、粗粒子分級タンク２内に堆積する砂粒子や礫粒子に混入してしまうことを防止するため、粗粒子分級タンク２から回収されて再利用される砂粒子、礫粒子に放射性物質が不用意に混入されて外部に拡散することを回避できる。
【００６２】
さらに、回収するシルト粒子に許容される放射性物質の残留濃度に応じて第２の分級粒径を設定可能なため、汚染土壌Ｓの土質や求める除染率に応じて細粒子沈殿槽５での分級に要する時間を短縮することができる。
【００６３】
そして、粗粒子分級タンク２内の泥水の濃度を砂粒子及び礫粒子の沈降速度がシルト粒子及び粘土粒子の沈降速度に対して十分に大きくなるように設定することで、砂粒子とシルト粒子及び粘土粒子とを確実に分級すると共に、砂粒子がタンク底部に沈降堆積するまでに要する時間を短縮することができる。
【００６４】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなることができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
粒径が小さく比表面積が大きい粒子を選択的に除去して、この細かい粒子に吸着しがちな汚染物質を汚染土壌から除去することで、汚染土壌の減容化を実現することが不可欠な砂質土壌の分級にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  ・・・  ベルトコンベヤ
２  ・・・  粗粒子分級タンク
３  ・・・  浮遊物回収タンク
４  ・・・  遠心分離器
５  ・・・  細粒子沈殿槽
６  ・・・  微細粒子沈殿槽
７  ・・・  水処理システム
８  ・・・  フィルタープレス
９  ・・・  振動篩
１０・・・  キャビテーションジェットポンプ
１１・・・  流量可変ジェットポンプ
１２・・・  貯水槽
１３・・・  スクリューコンベヤ
１４・・・  ベルトコンベヤ
１５・・・  回収袋
１６・・・  超音波発信装置
１７・・・  浮遊物回収カゴ
１８・・・  圧送ポンプ
１９・・・  回収袋
２０・・・  ポンプ
２１・・・  ポンプ
２２・・・  水処理前泥水濃度調整槽
２３・・・  希釈水槽
２４・・・  圧送ポンプ
２５・・・  脱水前泥水濃度調整槽
２６・・・  圧送ポンプ
【図１】
2014021062.tif 000010
【図２】
2014021062.tif 000011
【図３】
2014021062.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月26日(2012.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、放射性物質を含む汚染土壌の分級工法において、前記汚染土壌を加水して成る泥水を粗粒子分級タンク内で撹拌する撹拌工程と、前記粗粒子分級タンク内で第１の粒径以上に大径の粗粒子を沈降分離すると共に、第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子を上昇水流でオーバーフローさせる一次分級工程と、前記第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子に含まれる異物を除去する異物除去工程と、前記一次分級工程を経た泥水を細粒子分級タンク内で第２の粒径以上に大径の細粒子を沈降分離するとともに前記第２の粒径より小径の微細粒子を回収する二次分級工程とで構成される汚染土壌の分級工法を提供する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明は、放射性物質を含み長期に渡って隔離保管する必要がある汚染土壌のうち、有害物質が付着しがちな微細粒子を効率的に回収し、汚染土壌を減容化して保管スペースを縮小し、さらに、微細粒子が沈降速度の速い粗粒子や細粒子に混入して回収されることを防止するという目的を達成するために、汚染土壌を加水して成る泥水を粗粒子分級タンク内で撹拌する撹拌工程と、粗粒子分級タンク内で第１の分級粒径より大径の粗粒子を沈降分離すると共に、第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子を上昇水流でオーバーフローさせる一次分級工程と、第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子に含まれる異物を除去する異物除去工程と、一次分級工程を経た泥水を細粒子分級タンク内で第２の分級粒径より大径の細粒子を沈降分離するとともに第２の分級粒径以下の微細粒子を回収する二次分級工程とで実現した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
【数１】
2014021062.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
したがって、土粒子が流体中を沈降する終端速度Ｖｓにおいては、Ｆ＋Ｆｂ＝Ｆｇが成り立つため、終端速度Ｖｓは、数式４に示すとおりである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
細粒子沈殿槽５は、ボトム液Ｌ２内のシルト粒子に混入した僅かな粘土粒子を回収するものである。具体的には、まず、遠心分離器４から細粒子沈殿槽５にボトム液Ｌ２を適量流入させた後に、図示しない希釈水槽の希釈水を加圧して成るジェット水を細粒子沈殿槽５の底部から注入してボトム液Ｌ２を撹拌し、シルト粒子と粘土粒子とを水面に浮上させる。そして、水面を浮遊するシルト粒子と粘土粒子とが、第２の分級粒径である５μｍより大径のシルト粒子と粒径５μｍ以下の粘土粒子との粒径の差による沈降速度の差を利用して、所定の静置時間経過後に、槽底部に堆積するシルト粒子と、粘土粒子を含む上澄液Ｌ３とに分離する。細粒子沈殿槽５における分級は、シルト粒子と粘土粒子との沈降分離をバッチ処理で行うため、粒子の沈降が進むと上澄み液Ｌ３の泥水濃度が低下する。従って、例えば、遠心分離器４から排出された４０ｗｔ％のボトム液Ｌ２をジェット水で６ｗｔ％に希釈する場合には、粒子は、沈降開始当初は、表２に示すような６ｗｔ％の沈降深度まで沈降するが、時間が経つにつれて、表３に示すような清水中の沈降深度まで沈降し得る。そのため、静置時間を１０時間とすると、粒径５μｍ以下の粘土粒子は、水面から４０ｃｍ〜８０ｃｍに浮遊しており、この深度より上方の上澄み液Ｌ３をポンプで汲み取って微細粒子沈殿槽６に送ることで細粒子沈殿槽５の槽上部に浮遊する粘土粒子を分級回収することができる。槽底部に堆積したシルト粒子は、槽外部の回収袋１９に袋詰めして脱水する。なお、シルト粒子の脱水処理は、水処理して固液分離した後に、フィルタープレスを介して脱水するものであっても構わない。また、脱水された細粒子に付着する放射性物質濃度は、許容される値以下であり、再利用することも可能である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質を含む汚染土壌の分級工法において、
前記汚染土壌を加水して成る泥水を粗粒子分級タンク内で撹拌する撹拌工程と、
前記粗粒子分級タンク内で第１の分級粒径より大径の粗粒子を沈降分離すると共に、第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子を上昇水流でオーバーフローさせる一次分級工程と、
前記第１の分級粒径以下の細粒子及び微細粒子に含まれる異物を除去する異物除去工程と、
前記一次分級工程を経た泥水を細粒子分級タンク内で第２の分級粒径より大径の細粒子を沈降分離するとともに前記第２の分級粒径以下の微細粒子を回収する二次分級工程と
から成ることを特徴とする汚染土壌の分級工法。
【請求項２】
前記汚染土壌の撹拌は、キャビテーションを含むキャビテーションジェット水と、前記上昇水流の流速を維持する流量可変ジェット水とを前記泥水に吹き付けて行うことを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌の分級工法。
【請求項３】
前記一次分級工程と前記二次分級工程との間に、前記細粒子と前記微細粒子とを遠心分離器で分離する遠心分離工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の汚染土壌の分級工法。
【請求項４】
前記細粒子に許容される放射性物質の残留濃度に応じて、前記第２の分級粒径が任意に設定可能なことを特徴とする請求項１乃至請求項３の１項に記載の汚染土壌の分級工法。
【請求項５】
前記泥水が、前記粗粒子分級タンク内で１０ｗｔ％以下の濃度に加水調整されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の１項に記載の汚染土壌の分級工法。