(57)【要約】【課題】放射性セシウムイオンを含む被処理水の処理方法であって、処理水を環境中に排出するための住民合意を得やすく、且つ、廃棄物の減容化に資する被処理水の処理方法を提供すること。【解決手段】本発明の被処理水の処理方法は、放射性セシウムイオンを含む被処理水の処理方法であって、被処理水に塩化カルシウムを添加する添加工程と、塩化カルシウムが溶解した被処理水を加熱器中で撹拌及び加熱し水を蒸発させて濃縮する濃縮工程と、濃縮した被処理水を、加熱器から液状で抜き出す抜出し工程と、抜き出した被処理水を冷却して固化させる固化工程と、を有する。【選択図】図２
2015014510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性セシウムイオンを含む被処理水の処理方法であって、
前記被処理水に塩化カルシウムを添加する添加工程と、
前記塩化カルシウムが溶解した被処理水を加熱器中で撹拌及び加熱し水を蒸発させて濃縮する濃縮工程と、
濃縮した前記被処理水を、前記加熱器から液状で抜き出す抜出し工程と、
抜き出した前記被処理水を冷却して固化させる固化工程と、を有する、被処理水の処理方法。
【請求項２】
前記濃縮工程の前に前記被処理水中に溶解している塩化カルシウムの量、及び、前記濃縮工程において前記被処理水から蒸発させる水の量は、それぞれ下記式（１）及び式（２）を満たす量である、請求項１記載の被処理水の処理方法。
０．２≦ｘ  …（１）
９４．０≦ｙ≦９９．９  …（２）
［式中、ｘは前記濃縮工程の前に前記被処理水中の水１００ｇ当たりに溶解している塩化カルシウムの量（ｇ）を示し、ｙは前記被処理水中の水１００ｇ当たりで前記被処理水から蒸発させる水の量（ｇ）を示す。］
【請求項３】
前記被処理水は、廃棄物処分場で発生する浸出液に相当する成分を含む、請求項１又は２記載の被処理水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射性セシウムイオンを含有する汚染土壌や汚染水から、吸着材を用いて放射性セシウムイオンを除去する技術が知られている（例えば、非特許文献１及び２参照）。これらの技術は、放射性セシウムイオンが吸着材に吸着しやすい性質を利用したものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】田邉康太ら、「放射性セシウム汚染土壌の多段階土壌洗浄処理」、土木学会第６７回年次学術講演会、ＣＳ１３−０３３、平成２４年９月
【非特許文献２】井芹寧ら、「放射性核種の土壌吸着特性を活用した簡易的なセシウム除去システムの開発  その１：ダム貯水池底泥を用いたセシウム吸着基礎試験」、土木学会第６７回年次学術講演会、ＶＩＩ−０７０、平成２４年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、吸着材を用いて放射性セシウムイオンを除去する場合、吸着処理の効果に対する理解や住民合意が深まっていないために、吸着材を通過した濾過液を環境中に排出することには困難が伴う。また、吸着材は吸着物の１０倍程度の重量を占めるため、放射性物質を含む廃棄物の容積が大きくなることも問題である。
【０００５】
そこで本発明は、放射性セシウムイオンを含む被処理水の処理方法であって、処理水を環境中に排出するための住民合意を得やすく、且つ、廃棄物の減容化に資する被処理水の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の被処理水の処理方法は、放射性セシウムイオンを含む被処理水の処理方法であって、被処理水に塩化カルシウムを添加する添加工程と、塩化カルシウムが溶解した被処理水を加熱器中で撹拌及び加熱し水を蒸発させて濃縮する濃縮工程と、濃縮した被処理水を、加熱器から液状で抜き出す抜出し工程と、抜き出した被処理水を冷却して固化させる固化工程と、を有する。
【０００７】
濃縮工程では、被処理水から水が蒸発するため被処理水の体積が減少するが、放射性セシウムイオンは蒸留されないで加熱器中に留まる。そして、濃縮された被処理水を抜出し工程にて液状で抜き出すため、加熱器の内壁に塩類が固着し始める前に被処理水を加熱器から除くことができる。抜き出した被処理水は、加熱状態で濃縮されていたものであるため、これを固化工程にて冷却すると、添加工程にて添加された塩化カルシウムが、その溶解度の温度依存性の高さと結晶水の生成に基づいて析出する。このとき、塩化カルシウムは、放射性セシウムイオンと共に、水を結晶水として取り込みながら固化するため、固形物としてその後の取り扱いが容易である。従って、本発明の処理方法は、放射性セシウムイオンを環境中に排出せずに蒸留水を放流できるため住民合意を得やすく、且つ、廃棄物の減容化に資する。
【０００８】
ここで、濃縮工程の前に被処理水中に溶解している塩化カルシウムの量、及び、濃縮工程において被処理水から蒸発させる水の量は、それぞれ下記式（１）及び式（２）を満たす量であることが好ましい。
０．２≦ｘ  …（１）
９４．０≦ｙ≦９９．９  …（２）
［式中、ｘは濃縮工程の前に被処理水中の水１００ｇ当たりに溶解している塩化カルシウムの量（ｇ）を示し、ｙは被処理水中の水１００ｇ当たりで被処理水から蒸発させる水の量（ｇ）を示す。］
【０００９】
特に濃縮工程において被処理水から蒸発させる水の量が上記式（２）を満たす場合は、被処理水が流動性を保つ限界付近にまで濃縮されているため、塩化カルシウムが結晶水として取り込むべき水の量が少ないことを意味する。従って、被処理水から蒸発させる水の量が上記式（２）を満たすことは、固化工程で得られる固形物の減容化に一層資する。
【００１０】
本発明の被処理水の処理方法に供される被処理水は、廃棄物処分場で発生する浸出液に相当する成分を含んでいてもよい。本発明の被処理水の処理方法は、放射性セシウムイオンを含む様々な液について適用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、放射性セシウムイオンを含む被処理水の処理方法であって、処理水を環境中に排出するための住民合意を得やすく、且つ、廃棄物の減容化に資する被処理水の処理方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】蒸気圧縮凝縮システムの概略構成図である。
【図２】実施例における塩化カルシウムの溶解量と水の減少量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態では、加熱器として蒸気圧縮凝縮システム（ＶＣＣ）を用いた例を説明する。まず、ＶＣＣの一般的な構成及び運転動作について説明する。
【００１５】
図１に示されるように、ＶＣＣ１は、放射性セシウムイオンを含む被処理水（以下、単に「被処理水」という。）Ｗを入れる真空タンク２と、水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機３と、真空タンク２内に設けられた水蒸気凝縮器４と、空気などの不凝縮性ガスを抽気ポンプや真空ポンプを用いず自発的に排出する不凝縮性ガス排出手段としてのレリーフ弁５と、凝縮水をポンプ等を用いず自発的に排出する凝縮水排出手段としてのスチームトラップ６とを備えている。そして、真空タンク２の上部より水蒸気圧縮機３へ低圧蒸気配管７ａが、水蒸気圧縮機３より水蒸気凝縮器４へ高圧側蒸気配管７ｂがそれぞれ配設され、高圧側蒸気配管７ｂは、水蒸気凝縮器４からは二方に分岐し、一方はレリーフ弁５を介して不凝縮性ガスの排出口（図示せず）へ、他方はスチームトラップ６を介して凝縮水排出口（図示せず）へそれぞれ配管されている。
【００１６】
真空タンク２は、被処理水投入口２ａおよび被処理水排出口２ｂを有し、真空に耐える強度を持ち、そして、外部は断熱されていることが望ましい。水蒸気圧縮機３は真空ポンプの機能を有し、そして、シリンダの潤滑にオイルを使わないオイルフリー型の容積式圧縮機、例えば、揺動式、往復式、スクリュー式、ルーツ式、ロータリ式等が望ましい。水蒸気凝縮器４はタンク内の被処理水Ｗと熱交換するため真空タンク２と熱的に連結されたものでコイル状のもの、あるいは真空タンク２を２重壁としたもの等、いずれの態様であってもよい。
【００１７】
真空タンク２の底部には、被処理水Ｗを撹拌するための撹拌羽根２ｃが設けられている。
【００１８】
次に、ＶＣＣ１の一般的な運転動作としては、まず、真空タンク２中に被処理水Ｗを入れ、蓋を閉めて気密状態にする。次に水蒸気圧縮機３を起動すると、空気が排除されるために真空タンク２内の圧力が下がる。この際に水蒸気圧縮機３の吐出空気の温度が上がり、水蒸気凝縮器４を通過する際に、熱交換により被処理水Ｗを加熱することができる。空気は凝縮しないので吐出圧力は上昇し、設定圧力、例えば１．５気圧（１５２ｋＰａ）以上になればレリーフ弁５が開いて空気が排出され、真空タンク２内の空気が排除されることにより容器内の圧力は下がって行く。
【００１９】
ここで、水蒸気圧縮機３の真空引き能力が高ければ、常温でも水を沸騰させることができる。例えば２５℃では、真空タンク２内部の圧力が３ｋＰａまで下がれば水が沸騰する。前述の吐出空気の昇温により被処理水Ｗの温度が上がるために、沸騰し易くなる（例えば４０℃では７ｋＰａ）ことが予想できる。こうして蒸発した水蒸気は、水蒸気凝縮器４で凝縮することにより更に被処理水Ｗを加熱する。凝縮水はスチームトラップ６から排出される。こうした運転を継続することにより、真空タンク２内の温度が徐々に上がり、定格運転状態に達する。定格運転状態とは、例えば真空タンク２内が９０℃、７０ｋＰａで、例えば水蒸気凝縮器４内飽和温度が１１０℃、１４３ｋＰａを指す。
【００２０】
凝縮圧力は大気圧（１０１ｋＰａ）よりも高いので、凝縮水および空気を主体とする不凝縮性ガスはそれぞれの弁６，５から排出される。
【００２１】
次に、産業廃棄物又は一般廃棄物の廃棄物処分場で発生する浸出液に相当する成分を含む被処理水（放射性セシウムイオンを含む水）をＶＣＣ１を用いて処理する場合について、具体的な手順を説明する。廃棄物処分場の中でも、放射性セシウムイオンに汚染された廃棄物を貯留する中間貯留施設等においては、雨水等に由来する浸出液に放射性セシウムイオンが含まれている。このような廃棄物処分場で発生する浸出液には、場合により塩化ナトリウム、塩化カルシウムその他の塩類が含まれている。また、硫酸、リン酸、硝酸等の酸、又は、水酸化カリウム等のアルカリが溶解していることもある。更に、有機物が溶解していることもある。「廃棄物処分場で発生する浸出液に相当する成分を含む被処理水」とは、このような放射性セシウムイオンを含む浸出液そのものであってもよく、浸出液に他の液体又は固体が混合又は溶解した液であってもよい。
【００２２】
被処理水ＷをＶＣＣ１で処理するにあたり、真空タンク２に投入する前又は投入した後において、被処理水Ｗに溶解している塩化カルシウムと放射性セシウムイオンとの重量比を測定することが好ましい。そして、被処理水Ｗに塩化カルシウムを添加する（添加工程）。このとき、最終的な固形物の減容化に一層資することから、被処理水に溶解させる塩化カルシウムの重量（ｇ）は、被処理水１００ｇに対して少なくとも０．２ｇであり、０．５〜５．０ｇの範囲内とすることが好ましい。また、被処理水に溶解させる塩化カルシウムの重量（ｇ）は、被処理水に溶解している放射性セシウムイオン（ｇ）対して排出前の段階の重量比で塩化カルシウム（ｇ）：放射性セシウムイオン（ｇ）＝１：７０〜１：２の範囲内とすることが好ましく、１：２０〜１：２の範囲内とすることがより好ましい。なお、各成分の測定は、水溶液であればキレート滴定、原子吸光光度法、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法による定量分析を行うことにより可能である。
【００２３】
なお、上記数値範囲は、１バッチあたりの被処理水Ｗ中の塩化カルシウム量を意味してもよい。また、複数のバッチを繰り返す場合（被処理水Ｗを何度も添加する場合）には、真空タンク２内の被処理水Ｗの容量に対する塩化カルシウム量を意味してもよい。
【００２４】
この被処理水Ｗを、真空タンク２中で撹拌羽根２ｃにより撹拌しながら加熱し、水を蒸発させて濃縮する（濃縮工程）。ここで、被処理水Ｗは撹拌により均質系とされている。すなわち、真空タンク２内では溶質濃度や析出した固体等に偏りのない状態でＶＣＣ１が運転される。
【００２５】
濃縮は、被処理水Ｗが液状を保つ程度で行う。ここで「液状」とは、溶液、懸濁液、スラリー等の性状であり、真空タンク２の被処理水排出口２ｂを開放したときに自重により排出される程度の流動性を有する状態をいう。より具体的には、被処理水排出口２ｂを開放することで濃縮液の体積の９割以上を自重で回収できる状態であることをいう。排出するのに十分な流動性を有しているのであれば、溶質の一部が析出していてもよい。
【００２６】
より具体的には、蒸発させる水の量が、例えば下記式（２）を満たす量となる程度に濃縮する。
９４．０≦ｙ≦９９．９  …（２）
式中、ｙは前記被処理水中の水１００ｇ当たりで前記被処理水から蒸発させる水の量（ｇ）を示す。蒸発させる水の量が式（２）の範囲を下回ると、被処理水Ｗを真空タンク２から液状で抜き出した後、冷却しても固化しない傾向がある。蒸発させる水の量が式（２）の範囲を上回ると、塩類等の固形物が真空タンク２内で固化してしまい、真空タンク２の内壁に固形物が固着してしまう傾向がある。
【００２７】
また、濃縮の目安としては、被処理水Ｗの流動性を維持できる水の量と、塩化カルシウムが冷却された際に結晶水として含むことのできる水の量とから設定することもできる。
【００２８】
濃縮後、被処理水排出口２ｂを開放し、被処理水Ｗを真空タンク２から液状で抜き出す（抜出し工程）。そして、抜き出した被処理水Ｗを、例えば空冷により冷却すると、塩化カルシウムが水和物として析出して固化する（固化工程）。このとき形成される水和物としては、二水和物、四水和物又は六水和物となることが考えられる。
【００２９】
なお、抜き出した被処理水Ｗの排出先としては、鉛製の容器等、放射線を遮蔽する容器であることが好ましい。
【００３０】
以上説明した被処理水Ｗの処理方法では、濃縮工程では被処理水Ｗから水が蒸発するため被処理水Ｗの体積が減少するが、放射性セシウムイオンは蒸留されないで真空タンク２中に留まる。真空タンク２から抜き出した被処理水は、加熱状態で濃縮されていたものであるため、これを固化工程にて冷却すると、添加工程にて添加された塩化カルシウムが、その溶解度の温度依存性の高さと結晶水の生成に基づいて析出する。このとき、塩化カルシウムは、放射性セシウムイオンと共に、水を結晶水として取り込みながら固化するため、固形物としてその後の取り扱いが容易である。従って、本実施形態の処理方法は、放射性セシウムイオンの処理水を環境中に排出するための住民合意を得やすく、且つ、廃棄物の減容化に資するものであるといえる。
【００３１】
また従来、例えば蒸発缶のような加熱器中で、塩類等を高濃度に含む被処理水から水を蒸発させて固形物を析出させる技術が知られているが、この場合において、加熱器中で水を蒸発して被処理水の濃縮が進むに従い、塩類等の固形物が析出し、加熱器の内壁に固着していた。加熱器の内壁に固着した固形物は、掻き出されて廃棄物として処理する必要があることから、固着した固形物を掻き出すのにコストがかかり、このため、固形物を加熱器の内壁に固着させない技術が求められていた。具体的には、塩類等の固形物が析出しない範囲で濃縮を行い、その後、別のシステムで乾燥していたが、放射性物質を含む水の処理には向いていない。ここで、本実施形態の処理方法では、濃縮された被処理水Ｗを抜出し工程にて液状で抜き出すため、真空タンク２の内壁に塩類が固着し始める前に被処理水Ｗを真空ランク２から除くことができる。すなわち、本実施形態の処理方法は、被処理水を濃縮する工程を有する処理方法でありながら、固形物を加熱器の内壁に強く固着させないで処理することができる。
【００３２】
また、本実施形態においては、濃縮工程において被処理水Ｗから蒸発させる水の量が上記式（２）を満たしていると、被処理水Ｗが流動性を保つ限界付近にまで濃縮されているため、固化時に塩化カルシウムが結晶水として取り込むべき水の量が少ないことを意味する。従って、被処理水Ｗから蒸発させる水の量が上記式を満たすことは、固化工程で得られる固形物の減容化に一層資する。
【００３３】
また、本実施形態の処理方法では、被処理水Ｗに、硫酸、リン酸、硝酸等の酸、又は、水酸化カリウム等のアルカリが溶解していても、これらの影響を受けない。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、加熱器として蒸気圧縮凝縮システム（ＶＣＣ）を用いた例で説明したが、他の加熱器を用いてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、例えば、１バッチ目に被処理水１００ｇに対して１ｇ相当の塩化カルシウムを溶解してから水を蒸発させ、被処理水がある程度減少した時点で塩化カルシウムを含まない被処理水を添加してまた蒸発させる、ということを繰り返すこともできる。また、塩化カルシウムの溶解による被処理水の沸点上昇が蒸発効率を低下させることを考えた場合には、最初には塩化カルシウムを添加せず、最後の被処理水添加の際に、被処理水１００ｇに対して１ｇ相当の塩化カルシウムを添加して蒸発させることもできる。
【００３６】
また、塩化カルシウムは溶解度の温度依存性が高く、沸点上昇が大きくなるため、濃度が高くなると濃縮が困難になる傾向がある。従って、被処理水を濃縮し、濃縮が所定の段階に達したときに塩化カルシウムを添加した後、被処理水を液状で排出、冷却固化させることもできる。更に、被処理水の排出後に、残された水分量に応じた塩化カルシウムを添加して冷却固化させてもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３８】
＜水の減少量の検討＞
ビーカー中の水１００ｇに対して、塩化セシウム１６．８ｇ（セシウムイオンとしては１３．３ｇ）、及び、表１に示す量の塩化カルシウムを溶解させた。この溶液をホットスターラーにより２３０℃に加熱し、水を徐々に蒸発させた。加熱を停止して空冷し、固化するかどうかを確認した。結果を表１に示す。固化したか否かの評価は次のとおりである。
○：固化した。
×：固化したが、すぐに潮解した。
【００３９】
【表１】
2015014510.tif 000003
【００４０】
比較例１〜４、及び実施例１〜６の結果から、加熱、蒸発（濃縮）、冷却後に溶液を固化させて処理するには、濃縮前に水１００ｇ当たりに溶解している塩化カルシウムの量（ｇ）、及び、蒸発させた水の量（ｇ）が所定の範囲内にある必要があることが確認された。また、セシウムイオンを吸着材で処理する従来の処理方法では、吸着材が吸着物の１０倍程度の重量を占めていたが、上記実施例によれば、吸着材を用いた場合に比べて、廃棄物である固形物の容積が低減されているといえる。なお、表１の比較例１〜４及び実施例１〜６のデータをプロットした様子を図２に示す。
【００４１】
なお、上記実験は大気圧条件の下で実施しているが、減圧条件下でも同様の理屈により塩水の濃縮乾燥及び排出が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ＶＣＣ（加熱器）、２…真空タンク、Ｗ…被処理水。
【図１】
2015014510.tif 000004
【図２】
2015014510.tif 000005