(57)【要約】【課題】土壌に含まれる放射性物質を土壌から除去する方法であって、従来よりも確実かつ効率よく土壌中の放射性物質を除去する方法（土壌中の放射性物質の除去方法）を提供する。【解決手段】土壌に含まれる放射性物質を土壌から除去する方法であって、前記放射性物質を含む土壌を粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程において粉砕された土壌を、前記放射性物質の沸点以上の温度にて加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする、土壌中の放射性物質の除去方法。【選択図】図１
2013178131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌に含まれる放射性物質を土壌から除去する方法であって、
前記放射性物質を含む土壌を粉砕する粉砕工程と、
前記粉砕工程において粉砕された土壌を、前記放射性物質の沸点以上の温度にて加熱する加熱工程と、を含む
ことを特徴とする、土壌中の放射性物質の除去方法。
【請求項２】
前記粉砕工程が２回行われる
ことを特徴とする、請求項１に記載の土壌中の放射性物質の除去方法。
【請求項３】
前記粉砕工程後かつ前記燃焼工程前、粉砕された土壌に対して、粒子径が７５μｍ以下に粉砕された土壌を分級する分級工程を含む
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の土壌中の放射性物質の除去方法。
【請求項４】
前記粉砕工程前に、前記放射性物質を含む土壌を分級する分級工程を含み、
前記粉砕工程において、分級された前記土壌を粒子径が７５μｍ以下になるまで粉砕する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の土壌中の放射性物質の除去方法。
【請求項５】
前記粉砕工程において、前記放射性物質を含む土壌が湿式粉砕される
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の土壌中の放射性物質の除去方法。
【請求項６】
前記放射性物質がセシウムである
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の土壌中の放射性物質の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌中の放射性物質の除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土壌中に存在するセシウム１３４（１３４Ｃｓ）やセシウム１３７（１３７Ｃｓ）等の放射性物質（主に重金属）に対して、対策を講じることが望まれる。このような放射性物質からは中性子線（中性子）、α線、β線、γ線等の放射線が放出され、これらの放射線は環境に対して有害であるからである。そこで、このような課題に関連し、土壌中の重金属等を除去する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２４９３２５号公報
【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、前記特許文献１に記載の技術においては、土壌中の重金属等の除去効率が依然として十分ではない。即ち、土壌中の放射性物質は、前記のように環境に対して有害であるため、より確実に除去する必要がある。本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来よりも確実かつ効率よく土壌中の放射性物質を除去する方法（土壌中の放射性物質の除去方法）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、放射性物質を含む土壌に対して粉砕と熱脱着とを少なくとも行うことにより前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来よりも確実かつ効率よく土壌中の放射性物質を除去する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の土壌中の放射性物質の除去方法を実施可能な除去装置の一例を示す図である。
【図２】土壌に含まれる放射性物質の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を適宜参照しながら本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。
【０００９】
本実施形態の土壌中の放射性物質の除去方法（以下、適宜単に「本実施形態の除去方法」と言う）は、土壌に含まれる放射性物質を土壌から除去する方法である。このような除去は、例えば図１に示す除去装置１０を用いて行うことができる。そこで、図１に示す除去装置１０を用いた除去を例に、本実施形態の除去方法を説明する。
【００１０】
なお、以下で説明する実施形態では、放射性物質の一例としてセシウム（放射性セシウム；セシウム１３４及びセシウム１３７）を挙げている。ただし、本実施形態の除去方法により除去可能な放射性物質としてはこれらのセシウムに何ら限定されず、例えば、放射性のストロンチウム、バリウム等の放射性物質についても、同様に除去可能である。
【００１１】
＜除去装置１０の構成＞
図１に示す除去装置１０は、セシウムを含む土壌を粉砕する粉砕装置１と、粉砕された土壌を分級する分級装置２と、分級された土壌を加熱する間接熱脱着装置３と、間接熱脱着装置３から排出されたセシウムを含むガスからセシウムを除去するガス浄化装置４と、を主に備えてなる。なお、図１に示す各装置の相対的な大きさは必ずしも正確なものではなく、図示の便宜上適宜拡大又は縮小して各装置を示している。
【００１２】
粉砕装置１は、粉砕装置１に投入されたセシウムを含む土壌（対象土壌）を粉砕するものである。このような土壌は、例えば、地表面付近の土壌、地中の土壌等、セシウムが含まれうるあらゆる土壌となる。セシウムを含む土壌を粉砕することにより、セシウムイオンが吸着し易い土壌中の部位を外部へ露出させ易くし、後記する間接熱脱着装置３におけるセシウムのガス化（揮発）を生じさせることができる。この点についての詳細は後記する。
【００１３】
除去装置１０における粉砕装置１は、回転破砕刀１ａを備えている。従って、回転破砕刃１ａが回転しながら対象土壌に接触することにより、対象土壌が粉砕されるようになっている。ただし、粉砕装置１の具体的な構成は特に制限されず、粉砕装置１としては、例えば、ボールミルやハンマミル等を用いる方法、プレスによる破砕方法等、任意の手段や方法が適用可能である。
【００１４】
また、粉砕装置１における粉砕は、乾式及び湿式のどちらでもよい。ただし、セシウムは水に溶解し易く、土壌に吸着しているセシウムを粉砕時に除去できるという観点から、湿式で行われることが好ましい。即ち、粉砕装置１における粉砕工程においては、セシウムを含む土壌が湿式粉砕されることが好ましい。これにより、土壌からのセシウムの除去効率をより向上させることができる。
【００１５】
なお、本実施形態においては、粉砕装置１における粉砕は１回のみであるが、粉砕を２回行ってもよい。粉砕が２回行われることにより、土壌の大きさをより微細なものにすることができる。そして、このような微細な土壌を後記する間接熱脱着装置３に供給することにより、より効率よくセシウムを土壌から除去することができる（詳細は後記する）。
【００１６】
分級装置２は、粉砕装置１において粉砕された土壌を分級するものである。本実施形態における「分級」とは、土壌を粒子径によって分離する操作のことである。そのため、除去装置１０における分級装置は、メッシュ径の異なる４種の篩２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備えている。これらの篩のうち、篩２ａのメッシュ径が最も大きく、篩２ｄのメッシュ径が最も小さい。従って、粗粒の土壌ははじめに分級され、微細な粒子のみが間接熱脱着装置３に供給されるようになっている。
【００１７】
なお、分級装置２に備えられる篩２ｄのメッシュ径は７５μｍとなっている。即ち、除去装置１０においては、７５μｍ以下の大きさまで粉砕された土壌のみが後記する間接熱脱着装置３に供給されるようになっている。このような微細な土壌（具体的には粒子径が７５μｍ以下）を後記する間接熱脱着装置３に供給することにより、より効率よくセシウムを土壌から除去することができる（詳細は後記する）。
【００１８】
分級装置２の構成は前記した篩に何ら限定されない。従って、分級装置２としては、例えば、サイクロン（旋回流）法、振動ふるい分け法、遠心分級法、慣性分級法等の乾式分級法、液体サイクロンや湿式振動ふるい分け法等の湿式分級法等を適宜利用すればよい。
【００１９】
なお、図示はしていないが、粉砕装置１における粉砕後の土壌、及び、分級装置２における分級後の土壌に対し、当該土壌から放出される放射線量を測定する測定装置が備えられている。そして、この測定装置により測定された放射線量が所定の基準値以下の場合、土壌は、後記する間接熱脱着装置３に供給されることなく埋め戻される（即ち後記する処理に供されない）ようになっている。一方、基準値を超えている場合、土壌の粒子径を７５μｍ以下にした後、土壌は間接熱脱着装置３に供給されて加熱されるようになっている。
【００２０】
間接熱脱着装置３は、分級装置２において分級された粒子径７５μｍ以下の土壌が供給されて、供給された土壌を加熱するものである。即ち、粉砕装置１において粉砕された土壌が、間接熱脱着装置３において加熱されるようになっている。間接熱脱着装置３における土壌の加熱温度は、セシウムの沸点以上（通常は７００℃以上）に設定している。このような温度で加熱することにより、土壌に吸着していたセシウムやセシウムイオンをガス化（揮発）させることができる。これにより、土壌とセシウムとを分離することができる。即ち、土壌からセシウムを除去することができる。
【００２１】
そして、このようにしてセシウムが除去された土壌は処理済土壌として外部へ排出される。排出された土壌は、放射線量が基準値以下であることが確認された後、埋め戻されるようになっている。一方で、放射線量が基準値以上である場合には、再び除去装置１０に供されるようになっている。
【００２２】
なお、加熱温度は高ければ高いほど揮発させ易いため好ましい。従って、加熱温度は、運転コストや装置の耐熱性等を考慮して設定すればよい。また、放射性物質がセシウム以外の場合には、放射性物質の沸点以上になるように加熱温度が設定される。
【００２３】
間接熱脱着装置３における加熱時間は特に制限されるものではないが、できるだけ長い時間加熱することが好ましい。できるだけ長い時間加熱することにより、ガス化をいっそう促すことができる。
【００２４】
除去装置１０における間接熱脱着装置３は、攪拌容器３ｃ内に設けられたスクリュー式の攪拌翼３ａと、攪拌翼３ａを駆動させる駆動源３ｂを備えている。さらに、間接熱脱着装置３は、攪拌容器３ｃ内の土壌に間接的に熱を供給する熱源（図示しない）も備えている。そして、駆動源３ｂが攪拌翼３ａを回転させることにより、攪拌容器３ｃ内の土壌が攪拌されながら加熱され、かつ、攪拌翼３ａの軸に沿って前進されるようになっている。このように攪拌しながら加熱することにより、土壌全体が十分に加熱される。そのため、土壌全体からムラ無くセシウムをガス化させることができる。
【００２５】
なお、加熱の方法としては、火力（即ち熱源、以下同じ）を用いた加熱、マイクロ波を用いた加熱等の任意の方法を適用すればよい。さらには、ジャケット槽の蒸気等により間接的に熱を与える方法、高温ガスを直接土壌に吹きかける方法等であってもよい。中でも、マイクロ波を用いて土壌を加熱することにより、間接熱脱着装置３の小型化を図ることができる。
【００２６】
ガス浄化装置４は、間接熱脱着装置３から排出された、セシウム（ガス状態）を含むガスを冷却し、当該ガス中からセシウムを除去するものである。ガス浄化装置４は、浄化塔４ｂ内部に冷却器４ａが備えられている。従って、セシウムを含むガスが冷却器４ａに接触すると、ガス状態のセシウムは固体状態のセシウムに状態変化する。また、浄化塔４ｂの上方からはスクラバ水が放出され、このスクラバ水によってもガスが冷却されるようになっている。そして、放出されたスクラバ水にはセシウムが溶解し、セシウムを含まないガスが浄化塔４ｂの上部から浄化ガスとして排出されるようになっている。
【００２７】
一方、セシウムを含むスクラバ水は、浄化塔４ｂの底部に滞留する。滞留したスクラバ水はポンプＰによって再び浄化塔４ｂの上部からスクラバ水として放出されるほか、図示しない水処理施設に送られ、水中のセシウムが吸着等によって除去されるようになっている。
【００２８】
＜除去方法＞
次に、図１に示す除去装置１０を用いたセシウムの除去方法を説明する。
セシウムを含む土壌（対象土壌）は、はじめに、粉砕装置１に供給される。そして、粉砕装置１に供給された土壌は、粉砕装置１において粉砕される（粉砕工程）。この時の粉砕の程度は任意であるが、できるだけ細かくなるように激しく粉砕することが好ましい。また、粉砕工程は、前記のように湿式粉砕とすることが好ましい。
【００２９】
そして、粉砕された土壌は、分級装置２に供給される。分級装置２においては、所定のメッシュ径を有する複数の篩により分級される。そして、粉砕された土壌は複数の篩に供されて分級され、最終的には、粒子径が７５μｍ以下の土壌が分級される（分級工程）。そして、この粒子径７５μｍ以下の土壌のみが間接熱脱着工程３に供給される。
【００３０】
なお、粉砕工程は、２回行われることが好ましい。粉砕工程を２回行う場合、連続して２回行ってもよいし、２回目の粉砕工程として、分級して得られた粗粒な土壌（粒子径が７５μｍ以上のもの）に対して行ってもよい。
【００３１】
間接熱脱着装置３に供給された微細な土壌は、前記のように攪拌されながら十分に加熱される（加熱工程）。この際の加熱温度としては、セシウムの沸点以上の温度である。このような温度で加熱することにより、土壌に含まれるセシウムをガス化させることができる。そのため、含まれるセシウムを土壌から分離させることができる。間接熱脱着装置３において分離したガス状態のセシウムはガス浄化装置４に供給される。一方で、セシウムが除去された土壌は、処理済土壌として外部へ排出され、埋め戻される。
【００３２】
ガス浄化装置４に供給されたガス状態のセシウムは、冷却器４ａやスクラバ水によって冷却され、スクラバ水に溶解した状態で系外に排出される。そして、このスクラバ水は、例えば吸着膜等を用いてセシウムが除去され、外部へ排出される。一方で、セシウムが除去されたガスは、浄化ガスとして外部へ排出される。
【００３３】
なお、前記の除去方法においては、土壌から放出される放射線量を測定する工程を記載していないが、放射線量を測定する工程は適宜行われているものとする。そして、放射線量が基準値以上である場合には外部へ排出することなく、再度除去装置１０に供されてセシウムの除去が行われるものとする。
【００３４】
また、分級工程は、粉砕工程前にも行うことができる。粉砕工程前にも分級工程が行われる場合、当該分級工程時には大きな粒子（例えば、放射線量が基準値以下の土壌、粉砕装置１に収容不可能な程度の大きな粒子等）を除去すればよい。そして、この分級工程を経た土壌に対し、放射線量が基準値以上の土壌について粉砕する（粉砕工程を経る）ようにしてもよい。なお、この粉砕工程時には、粒子径が７５μｍ以下になるまで粉砕することが好ましい。
【００３５】
＜効果＞
土壌は、通常、ケイ酸化合物（ケイ酸塩鉱物）を大量に含んでなる。また、このケイ酸化合物のうち、その多くにおいて、ケイ素がアルミニウムで置換されている。そのため、ケイ酸化合物の表面が負に帯電している。これにより、置換されたケイ酸化合物に対しては、陽イオンが吸着され易い。
【００３６】
例えば外部からセシウムが土壌表面に接触した場合、接触したセシウムは土壌中のケイ酸化合物層間に少しずつ侵入する。この際、浸入したセシウムは、土壌中の水分によって、セシウムイオン（Ｃｓ＋）の形態として存在することになる。ただし、土壌中に侵入する前にセシウムが酸化された場合、土壌中では、酸化セシウム水和物の形態で存在することもある。ちなみに、ストロンチウムの場合も、ストロンチウムイオン（Ｓｒ２＋）の形態で土壌中に存在する。
【００３７】
対象土壌１００（図１に示した対象土壌）中のケイ酸化合物層１０１及びセシウムイオンＣｓの様子を図２（ａ）に示す。なお、図２において、層間にセシウムイオンが存在していることをより明確に示すために、ケイ酸化合物層１０１の紙面右側端部を紙面上下方向に間隔を空けて示している。また、セシウム単体、セシウムイオン及び酸化セシウム水和物は、図示の簡略化のために、これらをまとめて「Ｃｓ」として示している。また、図２（ａ）においては、フレイド・エッジ・サイト（後記する）に強く吸着しているセシウムや、弱く吸着しているセシウムの両方をまとめて示している。
【００３８】
図２（ａ）に示す、ケイ酸化合物層１０１の外表面に吸着しているセシウムは、比較的加熱に拠って脱離し易い。しかしながら、層間に侵入したセシウムは、ケイ酸化合物層１０１から特に脱離させにくい。中でも、土壌中のセシウムイオンは、所謂フレイド・エッジ・サイトと呼称される層荷電部分に特に強く吸着する。そのため、フレイド・エッジ・サイト等に強く吸着したセシウムイオンは水等に溶出させることが困難である。従って、土壌中のセシウムイオンの完全なる除去は、非常に困難である。
【００３９】
そこで、土壌に対して強酸等を作用させてセシウムイオンを除去する（層状ケイ酸塩鉱物の層間やフレイド・エッジ・サイトから脱離させる）ことも考えられるが、使用する強酸等によって装置が腐食することがあるという課題がある。また、溶出の度に強酸を要するため、対象土壌量が膨大な量の場合、溶出コストが莫大になることがある。
【００４０】
そこで、本実施形態においては、セシウムを含む土壌を粉砕している。即ち、図２（ｂ）に示すように、粉砕を行うことでケイ酸化合物層中の「ケイ素−酸素（Ｓｉ−Ｏ）」構造を破壊し、ケイ酸化合物層１０１の化学構造を変化させる。これにより、セシウムイオンが強く吸着している部位（層状ケイ酸塩鉱物の層間）を外表面に剥き出すことができる。また、粉砕により、フレッド・エッジ・サイト等自体を物理的に破壊し、吸着しているセシウムイオンの脱離を促すことができる。そして、この状態で加熱を行うことで、セシウムイオンの脱離を生じさせ易くなる。即ち、強酸を用いることなく、セシウムを土壌中から容易に除去することが可能となる。
【００４１】
また、間接熱脱着装置３において行われる間接熱脱着方法は、従来、土壌中のダイオキシンやＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）等の除去に用いられていたものである。しかしながら、例えばセシウムイオンは、イオン半径が極めて小さいという特性を有する。そのため、水和していないセシウムイオンは土壌中の極めて内部まで侵入する。これにより、従来の間接熱脱着方法をセシウム除去のために単に適用しようとしても、極めて内部まで侵入したセシウム等が前記の鉱物層間の外部へ露出されず、除去効率が良好ではないという課題があった。
【００４２】
しかしながら、本実施形態においては、間接熱脱着を行う前に、土壌の粉砕を行っている。そのため、このような土壌内部まで侵入したセシウムであっても、粉砕により外部へ露出させることができる。そして、セシウムを外部へ露出させることにより、加熱による土壌からの脱離を生じさせ易くなるという利点がある。特に、粉砕の程度としては、前記したように、土壌粒子の大きさが７５μｍ以下となるまで粉砕することが好ましい。
【００４３】
以上の除去装置１０を例に説明した、本実施形態の除去方法においては、土壌を粉砕し、粉砕された土壌に対して加熱を行っている。このようにすることで、土壌に強固に吸着した放射性物質（本実施形態においてはセシウムイオン）を容易かつ確実に土壌から分離することができる。そのため、放射性物質を含む土壌の量が膨大なものであっても、速やかに効率よく土壌から放射性物質を除去することができる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例を挙げて、本実施形態をより詳細に説明する。
【００４５】
放射性セシウム（１３４Ｃｓ及び１３７Ｃｓ）を含み、放射性物質含有量が４５００Ｂｑ／ｋｇの土壌を土壌サンプルとして採取し、以下の３つの測定対象試料（実施例１、比較例１及び比較例２）を準備した。
【００４６】
＜実施例１＞
土壌サンプルの一部をハンマミル（ＩＫＡ社製ＭＦ１０．２）を用いて十分に粉砕した（粉砕工程）。そして、十分に粉砕した土壌に対し、メッシュ径７５μｍの篩（Ｒｅｔｓｃｈ社製）と篩い振とう機（Ｒｅｔｓｃｈ社製ＡＳ２００）とを用いて乾式分級し（分級工程）、粒子径が７５μｍ以下の土壌粒子を得た。得られた土壌粒子を５００ｍｌ容のるつぼに入れ、マッフル炉（ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製ＫＬ−２８０）にて８００℃６時間加熱した（加熱工程）。
【００４７】
加熱後、十分に冷却し、放射性物質含有量（Ｂｑ／ｋｇ）を測定した。放射性物質含有量は、ＮａＩシンチレーション検出器（ＣＡＰＩＮＴＥＣ社製Ｃａｐｔｕｓ３０００）を用いて測定した。そして、測定された放射性物質含有量に基づき、以下の式（１）に基づいて除染率を算出した。なお、除染率は、１に近いほど、良好な結果（即ち、より多くの放射性物質が除去された）を示している。
【数１】
2013178131.tif 000003
【００４８】
＜比較例１＞
粉砕工程を行わないこと以外は実施例１と同様にして除染率を測定した。即ち、採取した土壌サンプルに対して実施例１の篩を用いて分級し、分級後の粒子径７５μｍ以下の土壌について加熱を行い、除染率を測定した。
【００４９】
＜比較例２＞
粉砕工程及び分級工程を行わないこと以外は実施例１と同様にして除染率を測定した。
【００５０】
実施例１、比較例１及び比較例２で算出された除染率を、以下の表１に示す。
【表１】
2013178131.tif 000004
【００５１】
表１に示すように、粉砕工程及び加熱工程を行うことにより、処理前の半分程度の放射性物質を除去することができた（実施例１）。一方で、粉砕工程を行わずに分級工程によって７５μｍの粒子径を有する土壌を得たとしても、このような土壌からは放射性物質は全く除去されないことがわかった（比較例１）。さらに、粉砕工程も分級工程も行わずに加熱のみを行った場合にも、放射性物質は除去されないことがわかった（比較例２）。
【００５２】
このように、粉砕工程と加熱工程とを経ることにより、土壌中の放射性物質を大幅に除去することが可能であることがわかった。特に、粉砕工程のみを行っても（比較例１）、加熱工程のみを行っても（比較例２）、良好な結果が得られないこともわかった。
【符号の説明】
【００５３】
１  粉砕装置
２  分級装置
３  間接熱脱着装置
４  ガス浄化装置
１０  除去装置
【図１】
2013178131.tif 000005
【図２】
2013178131.tif 000006