(57)【要約】【課題】放射性物質で汚染された土壌から汚染源である放射性物質を取り除くことで、土壌を無害化して再利用可能にするとともに、周囲の環境に影響を及ぼさずに安全に保管し管理しなければならない放射性廃棄物の量を減らすことができる、放射性物質で汚染された土壌の処理システムを提供する。【解決手段】放射性物質で汚染された土壌を、硝酸アンモニウムあるいは酢酸アンモニウムを溶解した水溶液中に、６０〜８０℃で１時間以上浸漬し放射性物質を溶出させる工程、次いで放射性物質が溶出した水溶液と土壌を固液分離する工程、さらに固液分離で分離した放射性物質が溶出した水溶液に、ゼオライトを添加して放射性物質を吸着除去する工程、そしてゼオライトによる吸着除去後の水溶液に炭酸ナトリウムを添加して残存する放射性物質を炭酸塩として沈殿させる工程により、放射性物質汚染土壌を無害化する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質で汚染された土壌を浄化するシステムであって、
（ａ）放射性物質で汚染された土壌を、硝酸アンモニウムあるいは酢酸アンモニウムを溶解した水溶液中に、６０〜８０℃で３０分以上浸漬し放射性物質を溶出させる工程と、
（ｂ）放射性物質が溶出した水溶液と土壌を固液分離する工程と、
（ｃ）固液分離で分離した放射性物質が溶出した水溶液に、ゼオライトを添加して放射性物質を吸着除去する工程と、
（ｄ）ゼオライトによる吸着除去後の水溶液に、炭酸ナトリウムを添加して、残存する放射性物質を炭酸塩として沈殿させる工程と、
を有することを特徴とする放射性物質汚染土壌の浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質で汚染された土壌の浄化システムに関し、詳細には、保管施設や保管場所などに集められた放射性物質で汚染された土壌から、放射性物質を溶出させて土壌を無害化し、溶出した放射性物質はゼオライトで吸着除去し、さらに炭酸塩として沈殿させて除去することで、放射性廃棄物の発生量を低減できる放射性物質汚染土壌の浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
東日本大震災にともない発生した放射性物質の飛散は、発電所内に止まらず周辺の幅広い地域に及び、基準値を越える放射線が検出される状況が続いており、これら地域での放射性物質汚染土壌の除染は深刻な問題となっている。
【０００３】
放射性物質の飛散による汚染では、地表付近の土壌が汚染されるので、放射性物質で汚染された土壌の処理方法として、汚染された表面付近の土壌のみを取り除き、予め定められた場所へ移送して保管、管理することが行われている。ところが、こうした方法では、取り除いた土壌自体が放射性廃棄物となるため、大量の放射性廃棄物が発生することなり、周囲と隔離して保管するための場所の確保が大きな課題となっている。
【０００４】
放射性物質がセシウムの場合には、土壌表層に吸着していることが知られており、セシウム自体は土壌粒子の表面に存在していることが想定されるので、公知の方法を用いて土壌を研磨して表面を削り、放射性セシウムを含む部分のみを取り除くことで、保管しなければならない土壌の量を減らすことが考えられる。
【０００５】
しかしながら、土壌中に含まれる放射性物質はセシウムに限らないため、土壌表面を削るだけでは必ずしも全ての放射性物質を除去することはできない恐れがある。そのため、種々の放射性物質を効果的に取り除くことができ、しかも発生する放射性廃棄物の量をできるだけ減らすことができる、放射性物質で汚染された土壌の処理方法が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、放射性物質で汚染された土壌から汚染源である放射性物質を取り除くことで、土壌を無害化して再利用可能にするとともに、周囲の環境に影響を及ぼすことなく安全に保管し管理しなければならない放射性廃棄物の量を減らすことができる、放射性物質で汚染された土壌の処理システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意検討し、放射性物質で汚染された土壌をアンモニウム塩を含む水溶液中に浸漬することで放射性物質を溶出させた後、放射性物質を取り除いた土壌を分離し、放射性物質が溶出した水溶液は、吸着剤により放射性物質を吸着除去し、さらに炭酸塩として放射性物質を沈殿させて除去することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明は、
（ａ）放射性物質で汚染された土壌を、硝酸アンモニウムあるいは酢酸アンモニウムを溶解した水溶液中に、６０〜８０℃で３０分以上浸漬し放射性物質を溶出させる工程と、
（ｂ）放射性物質が溶出した水溶液と土壌を固液分離する工程と、
（ｃ）固液分離で分離した放射性物質が溶出した水溶液に、ゼオライトを添加して放射性物質を吸着除去する工程と、
（ｄ）ゼオライトによる吸着除去後の水溶液に、炭酸ナトリウムを添加して、残存する放射性物質を炭酸塩として沈殿させる工程と、
を有することを特徴とする放射性物質汚染土壌の浄化システムを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
放射性セシウムや放射性ストロンチウムなどの放射性物質が付着した土壌から、放射性物質を溶出させて取り除くことで土壌を無害化することができる。そして、溶出した放射性物質は、ゼオライトなどの吸着剤で吸着して除去するとともに、炭酸塩として沈殿させて除去することで、放射性廃棄物を吸着した吸着剤と放射性物質の炭酸塩のみが放射性廃棄物となるので、放射性廃棄物の発生量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】硝酸アンモニウム水溶液によるセシウム溶出試験における、温度および時間と溶出液中のセシウム濃度の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明においては、放射性物質で汚染された土壌を、硝酸アンモニウムや酢酸アンモニウムなどのアンモニウム塩あるいは硫酸を溶解した水溶液中に浸漬することで、放射性物質を溶出させることができるが、硝酸アンモニウムまたは酢酸アンモニウムを溶解した水溶液を用いることが好ましい。
【００１２】
アンモニウム塩を溶解した水溶液を用いて放射性物質を溶出させる際の温度は、２０℃以上であればよく、好ましくは６０〜８０℃である。浸漬時間は３０分以上であればよい。浸漬時に振とうした方が放射性物質の溶出量が増大する傾向にあるが、静置状態で浸漬してもよい。
【００１３】
アンモニウム塩を溶解した水溶液による放射性物質の溶出が終了した後は、遠心分離やフィルターによるろ過あるいは凝集沈殿などの固液分離法を用いて、土壌と放射性物質が溶出した水溶液を分離する。
【００１４】
処理後の土壌中に残存する放射性物質の量が目標とするレベルまで低下しなかった場合には、アンモニウム塩を溶解した水溶液により放射性物質を溶出させる工程と、それに続く土壌と放射性物質が溶出した水溶液を固液分離する工程を繰り返し実施すればよい。
【００１５】
放射性物質を炭酸塩として沈殿させて除去する工程で用いる化合物としては、炭酸ナトリウムが好適に用いられるが、アルカリ性下で炭酸ガスを吹き込むこともできる。また、沈殿形成助剤として塩化カルシウムを添加してもよい。
【実施例】
【００１６】
放射性物質を溶出するために用いる溶出剤は、次のような基準に従って選定した。すなわち、対象とする放射性物質をセシウムとし、セシウムと塩を形成し、かつ形成したセシウムとの塩が水に対して大きな溶解度を示すような化合物であること、そして、取り扱いの容易さから溶出剤として塩構造の化合物を用いる場合には、セシウムイオンと同程度のイオン半径の陽イオンを有する塩構造の化合物とすることである。
【００１７】
アジ化セシウム、塩化セシウム、塩素酸セシウム、過塩素酸セシウム、過マンガン酸セシウム、ギ酸セシウム、クロム酸セシウム、酢酸セシウム、臭化セシウム、シュウ酸セシウム、臭素酸セシウム、硝酸セシウム、セレン酸セシウム、テトラフルオロホウ酸セシウム、フッ化セシウム、ヨウ化セシウム、ヨウ素酸セシウム、硫酸セシウムなどのセシウム化合物の中で水に対する溶解度が高いセシウム化合物は、酢酸セシウム、ギ酸セシウム、シュウ酸セシウム、フッ化セシウム、アジ化セシウム、塩化セシウム、硫酸セシウムであり、毒性などの点で取り扱い難いギ酸セシウム、フッ化セシウム、アジ化セシウムなどを除くと、酢酸セシウム（２０℃での水１００ｇ中への溶解度１０１０ｇ）、塩化セシウム（２０℃での水１００ｇ中への溶解度１８７ｇ）、硫酸セシウム（２０℃での水１００ｇ中への溶解度１７９ｇ）、シュウ酸セシウム（２０℃での水１００ｇ中への溶解度３１３ｇ）であり、また、２０℃での溶解度は小さいが、加温により溶解度が大きく増加する硝酸セシウム（水１００ｇ中への溶解度、２０℃で２３ｇ、６０℃で８４ｇ、８０℃で１３４ｇ）である。したがって、溶出剤としては、酢酸、塩酸、硫酸、シュウ酸、硝酸あるいはこれらの塩の中から選定することとした。そして、陽イオンとしてのイオン半径がセシウムと同程度であるイオンとしては、カリウムイオン、ルビジウムイオン、アンモニウムイオンなどが挙げられるが、これらのうち安価に入手可能であることから、溶出剤として塩構造の化合物を用いる場合には、カリウム塩、アンモニウム塩を用いることとした。
【００１８】
（試験例１）
黒土５、赤玉土３、バーミキュライト２からなる土壌に塩化セシウム（セシウムとして２ｐｐｍ）と塩化ストロンチウム（ストロンチウムとして２ｐｐｍ）を添加し、模擬汚染土壌を作成した。一方、酢酸アンモニウム、酢酸カリウム、シュウ酸アンモニウム、シュウ酸カリウム、硝酸アンモニウムならびに硝酸を０．５モル／Ｌの濃度で溶解した水溶液を調整し溶出液とした。各溶出液４０ｍｌ中に模擬汚染土壌５ｇを添加し、室温で静置し、溶出液中のセシウム濃度およびストロンチウム濃度を測定して、セシウムおよびストロンチウムの溶出率を求めた。１８０分静置後のセシウムおよびストロンチウムの溶出率を表１に示す。なお、溶出率を求めるに当っては、試験に用いた土壌に元々含まれているセシウムおよびストロンチウムの量を差引く補正を行った。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
（試験例２）
試験例１と同様に黒土５、赤玉土３、バーミキュライト２からなる土壌に塩化セシウム
（セシウムとして２ｐｐｍ）と塩化ストロンチウム（ストロンチウムとして２ｐｐｍ）を添加し、セシウムとストロンチウムによる模擬汚染土壌を作成した。模擬汚染土壌５ｇを、０．５モル／Ｌの硝酸アンモニウム水溶液４０ｍｌ中に添加して溶出試験を実施した。温度ならびに浸漬条件（静置あるいは振とう）を変えて、経時による溶出液中のセシウム濃度とストロンチウム濃度を測定した。なお、対照として純水を溶出液として用いた場合についても試験を行った。例として、セシウムについて試験した結果を図１に示す。
また、１８０分浸漬後のセシウム濃度およびストロンチウム濃度から、セシウムおよびストロンチウムの溶出率を求めた結果を表２に示す。なお、溶出率を求めるに当っては、試験例１の場合と同様、試験に用いた土壌に元々含まれているセシウムおよびストロンチウムの量を差引く補正を行った。  
【００２１】
【表２】
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【００２２】
図１から、溶出温度が高いほどセシウムの溶出量が増加すること、静置よりも振とうした方が溶出量が増加することが分る。そして、セシウムの溶出は６０分でほぼ終了し、その後溶出量はほとんど増加しないことが分る。
また、表２より、６０℃以上の温度で溶出することで、７０％以上のセシウムが溶出することが分る。一方、ストロンチウムは、２０℃以上の温度で８０％以上が溶出し、８０℃では９９％とほぼ定量的に溶出することが分る。
【００２３】
（試験例３）
土壌から溶出した放射性物質をゼオライトで吸着除去することを想定した試験を実施した。
【００２４】
試験例２に準じてセシウムとストロンチウムによる模擬汚染土壌を作成した。次いで、これらの模擬汚染土壌について、０．５Ｍ／Ｌ酢酸アンモニウム水溶液あるいは硝酸アンモニウム水溶液を用いて室温、６０℃、８０℃で６０〜１８０分溶出を行った。溶出後、吸引ろ過により土壌を取り除き、ろ液中のセシウム濃度ならびにストロンチウム濃度を測定したところ、酢酸アンモニウムによる溶出液のセシウム濃度は０．０６ｐｐｍ、硝酸アンモニウムによる溶出液のセシウム濃度は０．０７ｐｐｍであった。一方、酢酸アンモニウムによる溶出液のストロンチウム濃度は１．７１ｐｐｍ、硝酸アンモニウムによる溶出液のストロンチウム濃度は１．８５ｐｐｍであった。
【００２５】
これらの溶出液およびこれらの溶出液を１０倍に希釈した液を試験液とし、試験液１００ｍｌに、ゼオライトとしてゼオフィル６１４（新東北化学工業（株）製）を２．５ｇ添加し、１０℃で静置して、経時による模擬液中のセシウム濃度ならびにストロンチウム濃度を測定して、吸着率を求めた。また、対照として、塩化セシウム（セシウムとして２ｐｐｍ）または塩化ストロンチウム（ストロンチウムとして２ｐｐｍ）を溶解した純水についても試験を行った。結果を表３に示す。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
表３に示すように、ゼオライトによるセシウムの吸着は、純水中ではほぼ定量的に進行するのに対して、酢酸アンモニウムや硝酸アンモニウムが共存することにより阻害され、２４時間後のセシウム吸着率は、０．５Ｍ／Ｌの酢酸アンモニウム水溶液中では１１％、０．５Ｍ／Ｌの硝酸アンモニウム水溶液中では２９％であった。しかしながら、吸着時間を１２０ｈｒ程度以上に長くするか、あるいは酢酸アンモニウムや硝酸アンモニウムの濃度を低くすることで、セシウム吸着率を５０〜８０％程度にまで改善できることが分る。
一方、ストロンチウムの場合には、純水での吸着率の結果からゼオライトによる吸着率はセシウムほど高くないと言える。そして、土壌の酢酸アンモニウム溶出液や硝酸アンモニウム溶出液での吸着試験では、ゼオライト自体が元々ストロンチウムを含有しており、このストロンチウムが酢酸アンモニウム水溶液や硝酸アンモニウム水溶液で溶出するためと想定されるが、吸着率が負の値（表３中では＜０％と表示）となったり、経時で低下する（表３の(2)０．５Ｍ硝酸アンモニウム試験ろ液）といった結果が得られたものと思われる。
【００２８】
（試験例４）
放射性物質がストロンチウムの場合、ストロンチウムはセシウムよりも水に溶け易く、ゼオライトへの吸着性も低いことから、ストロンチウムを不溶性塩として沈殿させて除去する試験を実施した。
【００２９】
塩化ストロンチウム、塩素酸ストロンチウム、ギ酸ストロンチウム、クロム酸ストロンチウム、酢酸ストロンチウム、臭化ストロンチウム、臭素酸ストロンチウム一水和物、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム八水和物、セレン酸ストロンチウム、タングステン酸ストロンチウム、炭酸ストロンチウム、チオ硫酸ストロンチウム五水和物、フッ化ストロンチウム、モリブデン酸ストロンチウム、硫酸ストロンチウムなどのストロンチウム化合物の中で、水に対する溶解度が小さいのは、炭酸ストロンチウム（２０℃での水１００ｇ中への溶解度０．００１１ｇ）および硫酸ストロンチウム（２０℃での水１００ｇ中への溶解度０．０１３２ｇ）であり、なかでも炭酸ストロンチウムの溶解度が小さいことから、溶出したストロンチウムを炭酸塩に変えて沈殿させることを想定した。
【００３０】
純水２００ｍｌに塩化ストロンチウム（ストロンチウムとして約２ｐｐｍ）を溶解して試験液とした。試験液に、沈殿助剤として、塩化カルシウム水溶液（炭酸カルシウム１２．５ｇを純水５０ｍｌ中に添加し塩酸を加えて溶解した後１００ｍｌにメスアップして調整した）を０．１ｍｌ添加した後、沈殿剤として炭酸ナトリウム１．０ｇを添加した。上澄み液を０．４５μｍのフィルターでろ過した後、ろ液中のストロンチウム濃度を測定し、沈殿として除去されたストロンチウムの量を算出した。処理条件とストロンチウム除去率を表４に示す。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
表４より、ストロンチウムは水不溶性の炭酸塩として沈殿させることで効率的に取り除くことができ、特に９５℃程度まで加熱することでほぼ定量的に取り除けることが分る。
【図１】
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