(57)【要約】【課題】従来よりも安価かつ容易に除染対象物から放射性物質を除去する方法を提供する。【解決手段】除染対象物に含まれる放射性物質を、前記除染対象物から除去する方法であって、前記除染対象物に含まれる前記放射性物質と、前記放射性物質の安定同位体とを、イオン交換させるイオン交換工程を含むことを特徴とする、放射性物質の除去方法とすることにより、従来よりも安価かつ容易に除染対象物から放射性物質を除去する方法を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
除染対象物に含まれる放射性物質を、前記除染対象物から除去する方法であって、
前記除染対象物に含まれる前記放射性物質と、前記放射性物質の安定同位体とを、イオン交換させるイオン交換工程を含む
ことを特徴とする、放射性物質の除去方法。
【請求項２】
前記放射性物質の安定同位体を抽出する抽出工程を含み、
前記抽出工程は前記イオン交換工程の前に行われ、
前記抽出工程において抽出された前記安定同位体が、前記イオン交換工程において用いられる
ことを特徴とする、請求項１に記載の放射性物質の除去方法。
【請求項３】
前記抽出工程において抽出される前記安定同位体は、前記除染対象物から抽出される
ことを特徴とする、請求項２に記載の放射性物質の除去方法。
【請求項４】
前記除染対象物が土壌である
ことを特徴とする、請求項３に記載の放射性物質の除去方法。
【請求項５】
前記抽出工程は、ｐＨ１以上３以下で行われる
ことを特徴とする、請求項２〜４の何れか１項に記載の放射性物質の除去方法。
【請求項６】
前記除染対象物は粉砕されてなる
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の放射性物質の除去方法。
【請求項７】
前記放射性物質が、セシウム１３４及び／又はセシウム１３７であり、
前記放射性物質の安定同位体が、セシウム１３３である
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の放射性物質の除去方法。
【請求項８】
前記イオン交換工程は、水溶液中で陽イオンを生じさせる化合物の存在下で行われる
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の放射性物質の除去方法。
【請求項９】
前記化合物は硫酸アンモニウムである
ことを特徴とする、請求項８に記載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、放射性物質の除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
除染対象物（汚染土壌等）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。そこで、除染対象物に含まれる放射性物質を除染対象物からより十分かつ確実に除去するために、除染対象物に対して大量の強酸を作用させることが考えられる。しかしながら、このような場合には、強酸が除去装置に対して影響を及ぼすことがある。そのため、除去装置を特殊な材料により構成しなければならないことがある。また、除去装置の耐久性（寿命）が短くなることがある。
【０００５】
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、従来よりも安価かつ容易に除染対象物から放射性物質を除去する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、放射性物質と当該放射性物質の安定同位体とをイオン交換させることにより前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、従来よりも安価かつ容易に除染対象物から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】
【０００８】
【図１】本実施形態の除去方法が適用可能な除去装置を示す図である。
【図２】本実施形態の除去方法を示す工程図である。
【図３】本実施形態の除去方法を説明する図である。
【図４】実施例における実験結果である。
【図５】土壌の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。なお、各図面に示す構成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。
【００１０】
また、以下の説明においては、放射性物質を含む除染対象物として「汚染土壌（放射性物質を含む土壌）」を例とし、本実施形態を説明している。しかしながら、本実施形態が適用可能な除染対象物としては汚染土壌に何ら限定されず、あらゆる汚染材料に適用可能である。
【００１１】
さらに、以下の説明においては、放射性物質の一例として、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。そして、これに対応する安定同位体は、非放射性の非放射性セシウム（セシウム１３３）となる。ここで、除去対象となる放射性セシウムは、セシウム１３４及び／又はセシウム１３７（即ち、セシウム１３４及びセシウム１３７の少なくとも一方）である。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セシウム１３４及びセシウム１３７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、コバルト、ウラン等の放射性物質についても、同様に除去可能である。
【００１２】
また、以下の説明においては、説明の簡略化のために、「セシウム１３３」、「セシウム１３４」及び「セシウム１３７」をそれぞれ、「Ｃｓ１３３」、「Ｃｓ１３４」及び「Ｃｓ１３７」と記載することがある。また、単に「セシウム」又は「Ｃｓ」と記載する場合には、特に指定しない限り、セシウム１３３、セシウム１３４又はセシウム１３７のいずれかを特定せず、これらのうちのいずれか１種以上であることを表す。
【００１３】
さらに、セシウムはイオン化傾向の大きな元素（物質）である。そのため、土壌表面や土壌中では、セシウムイオンとして通常は存在する。従って、説明の簡略化のために、以下の説明においては、単に「セシウム」と記載した場合には「セシウムイオン」を表すものとする。
【００１４】
＜除去装置１００の構成＞
汚染土壌からのＣｓ１３４及びＣｓ１３７の除去は、例えば図１に示す放射性物質除去装置１００（以下、単に「除去装置１００」と言う）を用いて行うことができる。即ち、本実施形態の除去装置１００は、除染対象物（放射性物質を含む土壌；汚染土壌）に含まれる放射性物質（Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７）を、前記除染対象物から除去するものである。そこで、はじめに、図１に示す除去装置１００の構成を説明する。
【００１５】
図１に示す除去装置１００は、土壌Ｓ１を粉砕する粉砕装置１と、土壌Ｓ１に含まれる少なくともＣｓ１３３を抽出する抽出装置２と、抽出装置２に供給する水を加温する加温装置３と、抽出装置２において抽出されたＣｓ１３３を含む抽出水によって土壌Ｓ３（Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７を含む汚染土壌）を洗浄する洗浄装置４と、洗浄された土壌Ｓ３を脱水してＣｓ１３４及びＣｓ１３７を少なくとも含む溶液及び処理土壌Ｓ４に分離する脱水装置５と、前記溶液に含まれるセシウムを吸着剤に吸着させる吸着槽６と、吸着槽６においてセシウムを吸着させた吸着剤を分離する脱水装置７と、を主に備えてなる。
【００１６】
粉砕装置１は、粉砕装置１に投入された土壌Ｓ１を粉砕するものである。粉砕装置１において粉砕される土壌Ｓ１は、汚染されていない土壌（Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７を含まない土壌；非汚染土壌）であってもよく、汚染された土壌（Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７を含む土壌；汚染土壌）のいずれであってもよい。また、土壌Ｓ１は、非汚染土壌及び汚染土壌の混合土壌であってもよい。ただし、採取する手間を削減する観点から、粉砕装置１に供される土壌Ｓ１としては、汚染土壌であることが好ましい。自然界に存在する土壌は、Ｃｓ１３３（非放射性セシウム）を含んでいる。従って、粉砕装置１においては、少なくともＣｓ１３３を含む土壌が粉砕されることになる。
【００１７】
土壌Ｓ１として非汚染土壌を用いた場合、Ｃｓ１３３が後記する抽出装置２において抽出されることになる。一方で、土壌Ｓ１として汚染土壌を用いた場合、Ｃｓ１３３、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７が後記する抽出装置２において抽出されることになる。ただし、汚染土壌Ｓ１に含まれるＣｓ１３３、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７の相対的な量としては、Ｃｓ１３３の量が、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７の合計量と比較して、通常は１０４〜１０６倍多い。即ち、汚染土壌Ｓ１においては、Ｃｓ１３３は、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７と比べて圧倒的に大量に含まれていることになる。
【００１８】
土壌Ｓ１の採取場所や採取方法は特に制限されない。例えば、汚染地区における地表面付近の土壌を採取すれば汚染土壌を採取することができるし、非汚染地区における地表面付近の土壌を採取すれば非汚染土壌を採取することができる。また、汚染地区においても、地中深く（具体的には、例えば地表面から２０ｃｍ程度の深さ）の土壌を採取すれば、非汚染土壌を採取することができる。
【００１９】
図５（ａ）は、汚染土壌の様子を模式的に示したものである。図５（ａ）に示すように、土壌Ｓは、非放射性のセシウム１１（Ｃｓ１３３。白丸中黒字で示すＣｓ）を一つの構成元素とする土層１０が複数積層されてなる。ただし、図５においては、図示の簡略化のために、２層のみを積層して土壌Ｓを示している。他の図面においても同様である。土層１０は、例えばケイ酸塩鉱物層である。
【００２０】
そして、隣接する土層１０の間に、放射性のセシウム１２（即ちＣｓ１３４及びｃｓ１３７。黒丸中白字で示すＣｓ）が土層１０に吸着して存在している。即ち、セシウム１２は、土壌Ｓ中、土層１０の外表面に吸着して存在している。より具体的には、セシウム１２は、土層１０のセシウムが特に吸着しやすい雲母類の風化によって部分的に膨潤した層荷電部位（所謂フレイド・エッジ・サイトと呼称される部位）に吸着している。また、フレイド・エッジ・サイトには、セシウム１１も吸着している。
【００２１】
従来、土壌Ｓに含まれる全てのセシウムを解離して除去するために、例えば０．５Ｍ程度の硝酸を用いて約１００℃にて土壌Ｓを加熱することで、図５（ｂ）に示す状態にしていた。即ち、高濃度の強酸（例えばｐＨ１以下）を用い、高温で土壌Ｓを処理することにより、土層１０の構造を破壊し、土壌Ｓ中のＣｓ１３３、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７を土層１０から解離させていた。
【００２２】
しかしながら、この方法においては、強酸を高濃度で用い、しかも高温で処理するため、除去装置を構成する材料が特殊なものとなり、処理コストが高いという課題があった。さらには、除去装置における、例えば溶接部等に高濃度の強酸が大量に接触するため、除去装置の耐久性にも課題があった。
【００２３】
そこで、図１に示す本実施形態においては、粉砕装置１において土壌Ｓ１を粉砕している。これにより、図５（ｂ）に示すように土層１０の構造（フレイド・エッジ・サイトも含まれる）が破壊され、後記する抽出装置２において、土層１０を構成するセシウム１１を外部へ解離させやすくすることができる。このとき、フレイド・エッジ・サイトも破壊されるため、後記する抽出装置２において、土層１０表面に吸着しているセシウム１１，１２も土層１０から解離させやすくすることができる。
【００２４】
粉砕装置１は、ハンマミルを備えている。従って、ハンマミルが回転しながら土壌Ｓ１に接触することにより、土壌Ｓ１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。
【００２５】
粉砕装置１における土壌Ｓ１の粉砕の程度としては、できるだけ細かく粉砕することが好ましい。具体的には、土壌Ｓ１の粒子の大きさは直径０．３ｍｍ程度とすることができ、好ましくは直径７５μｍ程度以下とする。なお、粒子の大きさは例えば顕微鏡によって土壌Ｓ１の粒子を観察することにより測定することができる。
【００２６】
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抽出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抽出効率をより向上させることができる。
【００２７】
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。これにより、後記する抽出装置２におけるセシウムの抽出効率を向上させることができる。
【００２８】
抽出装置２は、粉砕装置１において粉砕された土壌Ｓ１から、少なくともＣｓ１３３を抽出するものである。即ち、土壌Ｓ１として非汚染土壌を用いた場合には、Ｃｓ１３３が抽出装置２において抽出されることになる。また、土壌Ｓ１として汚染土壌を用いた場合には、Ｃｓ１３３、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７が抽出装置２において抽出されることになる。
【００２９】
これらのことをまとめると、抽出装置２においては、放射性物質の安定同位体（Ｃｓ１３３）が抽出される。この時、抽出される前記安定同位体は、除染対象物（即ち汚染土壌）から抽出されることが好ましい。このようにすることにより、汚染土壌のみを採取すればよく、採取の手間を減らすことができる。そして、抽出装置２において抽出された前記安定同位体（Ｃｓ１３３）が、後記する洗浄装置４において用いられることになる（詳細は、洗浄装置４の説明において後記する）。
【００３０】
抽出装置２には、加温装置３において加熱（例えば８０℃程度）された水と酸剤との混合溶液が供給されるようになっている。この混合溶液のｐＨは例えば３以下である。従って、抽出装置２におけるセシウムの土壌Ｓ１からの抽出時、土壌Ｓ１を含む水溶液のｐＨは例えば３以下となっている。このように、抽出装置２においては、従来（ｐＨ１以下）よりも弱い酸性下で、セシウムが上清に解離（移行）するようになっている。
【００３１】
それは、処理対象の土壌Ｓ１は、粉砕されてフレイド・エッジ・サイト等の土層１０（図５参照）の構造が破壊された状態であるからである。そのため、このような従来よりも弱い酸性の溶液を用いて、従来よりも低温で処理しても、土壌Ｓ１中のセシウムを十分に上清に解離させることができる。そして、上清に解離したセシウムは、後記する洗浄装置４においてイオン交換体として機能するようになっている。
【００３２】
また、抽出装置２の内容積は、それほど大きなものとしなくてもよい。それは、土壌Ｓ１の土層１０からもＣｓ１３３を抽出することができるため、それほど多くの土壌Ｓ１を用いなくてもよいためである。そして、それほど大きくない抽出装置２を用いることにより、ｐＨ３以下程度としても、除去装置１００全体における酸のダメージ（耐久性の低下）は小さなものとなる。
【００３３】
抽出装置２において、土壌Ｓ１を含む水溶液のｐＨは小さいことが好ましい。ただし、ｐＨが小さすぎる場合、抽出装置２の耐久性が短くなる可能性がある。そのため、ｐＨは小さすぎないことが好ましい。そこで、具体的には、水溶液のｐＨ１は１以上であることが好ましい。即ち、抽出装置２におけるセシウムの抽出は、ｐＨが１以上３以下で行われることが好ましい。加温水の調製に使用可能な酸剤としては特に制限されず、硫酸、塩酸、クエン酸、酢酸、硝酸、シュウ酸等を適宜用いればよい。
【００３４】
また、前記の酸剤のほかにも、例えばアンモニア系化合物、カリウム系化合物、ナトリウム系化合物、マグネシウム系化合物、カルシウム系化合物、セシウム系化合物等の、水溶液中で陽イオンを生じさせる化合物が併用可能である。このような化合物を併用することにより、セシウムの除去効率をより向上させることができる。なお、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の比率及び組み合わせて用いてもよい。
【００３５】
アンモニア系化合物の具体例としては、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、尿素等が挙げられる。
【００３６】
カリウム系化合物の具体例としては、臭化カリウム、炭化カリウム、塩化カリウム、水素化カリウム、ヨウ化カリウム、三ヨウ化カリウム、窒化カリウム、超酸化カリウム、オゾン化カリウム、酸化カリウム、過酸化カリウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、酢酸カリウム、炭酸カリウム、ヨウ素酸カリウム、亜硝酸カリウム、硫酸カリウム、亜硫酸カリウム、チオ硫酸カリウム、二亜硫酸カリウム、ジチオン酸カリウム、二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、炭酸水素カリウム、硫酸水素カリウム、ペルオキソ硫酸水素カリウム等が挙げられる。
【００３７】
ナトリウム系化合物の具体例としては、炭化ナトリウム、塩化ナトリウム、水素化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、アジ化ナトリウム、窒化ナトリウム、二酸化ナトリウム、オゾン化ナトリウム、過酸化ナトリウム、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、酢酸ナトリウム、ナトリウムフェノキシド、次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、塩素酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、ヨウ素酸ナトリウム、過ヨウ素酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、亜二チオン酸ナトリウム、二亜硫酸ナトリウム、ジチオ硫酸ナトリウム、二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、トリチオン酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、オルト過ヨウ素酸三水素ナトリウム、オルト過ヨウ素酸二水素ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、硫酸水素ナトリウム等が挙げられる。
【００３８】
マグネシウム系化合物の具体例としては、亜硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、酸化マグネシウム、臭化マグネシウム、硝酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、過酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、硫化マグネシウム、硫酸マグネシウム等が挙げられる。
【００３９】
カルシウム系化合物の具体例としては、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、炭化カルシウム、硝酸カルシウム、ヨウ化カルシウム、硫酸カルシウム、硫化カルシウム、炭酸水素カルシウム、臭化カルシウム、乳酸カルシウム、次亜塩素酸カルシウム、水素化カルシウム、塩素酸カルシウム、酢酸カルシウム、過酸化カルシウム、亜硫酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、ヨウ素酸カルシウム等が挙げられる。
【００４０】
セシウム系化合物の具体例としては、臭化セシウム、硝酸セシウム、水酸化セシウム、ヨウ化セシウム、炭酸セシウム、硫酸セシウム、酸化セシウム等が挙げられる。
【００４１】
これらの中でも、水溶液中で陽イオンを生じさせる化合物としてはアンモニア系化合物が好ましく、硫酸アンモニウムがより好ましい。
【００４２】
抽出装置２においては、粉砕された土壌Ｓ１と加温水とが十分に攪拌混合されるようになっている。攪拌の方法は特に制限されず、例えばパドル翼を用いたパドル攪拌とすることができる。また、攪拌の時間も特に制限されず、例えば３時間程度とすることができる。そして、土壌Ｓ１と加温水との混合割合も特に制限されず、例えば重量比で１０：１程度とすることができる。
【００４３】
また、図示はしていないが、抽出装置２における攪拌混合時の温度が低下しないように、抽出装置２にはヒータが設けられている。従って、攪拌混合は、ヒータを用いて温度が過度に低下しないようにして行われるようになっている。
【００４４】
攪拌混合が十分に行われた後、静置され、抽出装置２にアルカリ剤が混合されるようになっている。これにより、上清のｐＨは中性程度（具体的にはｐＨ６〜８程度）に調整される。上清の中性程度になることにより、上清中のセシウムは沈殿物中の土層１０表面に再吸着する。この時、前記したようにフレイド・エッジ・サイトは破壊された状態であるが、完全に破壊された状態ではない。そのため、フレイド・エッジ・サイトは、他の部位と比べて、依然としてセシウムが吸着しやすい状態になっている。そのため、フレイド・エッジ・サイトには、処理前よりも弱くではあるもののセシウムが比較的優先的に結合する。ただし、フレイド・エッジ・サイト以外の部位にも、セシウムは土層１０表面に再吸着する。このような土層１０表面に再吸着したセシウムは、例えば水等の溶媒によって洗い流すことができる。
【００４５】
土壌Ｓ１として非汚染土壌を用いた場合には、上清にはＣｓ１３３が含まれている。従って、Ｃｓ１３３が土層１０表面に再吸着されることになる。しかしながら、土層１０の構造は前記のように既に破壊されているため、土層１０の内部にＣｓ１３３が構成元素として取り込まれることはない。そのため、土層１０表面（具体的には、主にフレイド・エッジ・サイト）にＣｓ１３３が再吸着しても、再吸着しきれなかったＣｓ１３３が依然として上清に大量に残存することになる。
【００４６】
また、土壌Ｓ１として汚染土壌を用いた場合には、上清には大量のＣｓ１３３と極微量のＣｓ１３４及びＣｓ１３７とが含まれている。土層１０にセシウムが再吸着する際には、存在割合の観点から、極めて多いＣｓ１３３が優先的に土層１０表面（具体的には、主にフレイド・エッジ・サイト）に再吸着する。そのため、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７のフレイド・エッジ・サイトへの再吸着量はとりわけ非常に少ない。そして、土壌Ｓ１として非汚染土壌を用いた場合と同様に、再吸着後の上清には、依然として大量のＣｓ１３３と、極微量のＣｓ１３４及びＣｓ１３７とが残存することになる。
【００４７】
そして、このようにしてセシウムが除去された（即ち、上清に移行した）土壌Ｓ１は、処理済の土壌Ｓ２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、大量のＣｓ１３３を含む上清（抽出水）は、後記する洗浄装置４に供給されるようになっている。
【００４８】
洗浄装置（イオン交換装置）４は、抽出装置２において抽出されたＣｓ１３３を含む抽出水によって、汚染された土壌（汚染土壌）Ｓ３を洗浄するものである。具体的には、洗浄装置４において、Ｃｓ１３３を含む抽出水と土壌Ｓ３とが十分に攪拌混合されるようになっている。この処理により、前記抽出水に含まれるＣｓ１３３と、土壌Ｓ３に含まれるＣｓ１３４及びＣｓ１３７とが、イオン交換される。即ち、洗浄装置４において、除染対象物（土壌Ｓ３）に含まれる放射性物質（Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７）と前記放射性物質の安定同位体（Ｃｓ１３３）とが、イオン交換されるようになっている。
【００４９】
なお、洗浄装置４に供給される土壌Ｓ３（除染対象物）は、図示しない粉砕装置により、予め粉砕されていることが好ましい。粉砕の程度や手段としては、前記した粉砕装置１において説明した内容と同様の内容が適用可能である。このような予め粉砕された土壌Ｓ３とすることにより、イオン交換をより促進させることができる。
【００５０】
図５を参照しながら説明したように、汚染土壌においては、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７は、土層１０表面に吸着している。従って、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７と比べてＣｓ１３３を極めて大量に含む抽出液を用いて土壌Ｓ３を洗浄することにより、土壌Ｓ３中のＣｓ１３４及びＣｓ１３７を土層１０から解離させ、前記抽出水中のＣｓ１３３が土層１０に代わりに吸着されるようになっている。
【００５１】
洗浄装置４における洗浄時間や洗浄温度、洗浄方法等の各洗浄条件は特に制限されない。ただし、イオン交換を十分に行わせるために、十分に攪拌混合することが好ましい。具体的には、例えば、６０℃程度の温度で３時間程度、パドル翼を用いたパドル攪拌により行うことができる。また、イオン交換を十分に行わせるために、洗浄装置４においては、洗浄水（例えば水等）が併用される。洗浄水の使用量は特に限定されないが、例えば土壌Ｓ３に対して重量比で１０倍程度の洗浄水を用いることができる。また、洗浄時のｐＨも特に限定されないが、洗浄装置４の耐久性を向上させる観点から、中性程度（具体的にはｐＨ６〜８程度）とすることが好ましい。
【００５２】
なお、洗浄装置４においては、洗浄水に加えて、前記した抽出装置２において用いうる「水溶液中で陽イオンを生じさせる化合物」を併用してもよい。これにより、イオン交換をより促進させることができる。
【００５３】
また、洗浄装置４の内容積は、できるだけ大きなものとすることが好ましい。それは、内容積が大きければ大きいほど、大量の土壌Ｓ３を処理することができるからである。しかも、前記した抽出装置２における処理と異なり、洗浄は中性程度にて行われる。そのため、洗浄装置４において酸を用いる必要が無いため、酸によるダメージ（耐久性の低下）が無い。
【００５４】
洗浄装置４において土壌Ｓ３が洗浄されることにより、土壌中のＣｓ１３４及びＣｓ１３７は土壌から解離し、上清に移行するようになっている。そして、洗浄後の土壌Ｓ３並びにＣｓ１３３、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７を含む溶液は、後記する脱水装置５に供給されるようになっている。
【００５５】
脱水装置５は、洗浄された土壌Ｓ３を脱水し、セシウムを含む上清と処理土壌Ｓ４とに分離するものである。脱水装置５の具体的な手段は特に制限されないが、例えば遠心分離、沈降分離等の方法を用いた装置とすることができる。
【００５６】
そして、このようにしてＣｓ１３４及びＣｓ１３７が除去された土壌Ｓ３は、処理済の土壌Ｓ４として外部へ排出される。排出された土壌Ｓ４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、Ｃｓ１３３、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７（セシウム）を含む上清（溶液）は、後記する吸着槽６に供給されるようになっている。
【００５７】
吸着槽６は、溶液中のセシウムを吸着剤に吸着させるものである。具体的には、前記溶液と吸着剤とを十分に攪拌混合することにより、溶液中のセシウムを吸着剤に吸着させることができるようになっている。吸着剤の種類としては特に制限されないが、例えばモルデナイト、ゼオライト等を用いることができる。また、吸着時の条件も特に制限されず、例えば、少量（例えば１ｇ程度）の吸着剤を用い、パドル翼を用いて常温（例えば２０℃程度）で１時間程度攪拌混合することができる。
【００５８】
このような処理が吸着槽６において行われることにより、溶液中のセシウムが吸着剤に吸着されるようになっている。ただし、吸着槽６に供給される上清（溶液）に含まれるセシウムとしては、Ｃｓ１３３が最も多く、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７の含有量はＣｓ１３３の含有量と比べて極めて少ないと考えられる。従って、溶液中の全ての種類のセシウム（Ｃｓ１３３、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７）が必ずしも除去（吸着剤への吸着）される必要はない。即ち、自然界に存在するＣｓ１３３であれば、Ｃｓ１３３は吸着剤に吸着されずに残存してもよい。ただし、前記したように、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７は対策が望まれる元素であるため、吸着剤に全て吸着されて除去されることが好ましい。そして、吸着処理が行われた溶液は、吸着剤とともに、後記する脱水装置７に供給されるようになっている。
【００５９】
脱水装置７は、吸着槽６においてセシウムを吸着させた吸着剤を分離するものである。脱水装置７の具体的な手段は特に制限されず、前記した脱水装置５と同様の構成とすることができる。脱水装置７において分離された吸着剤はＣｓ１３４及びＣｓ１３７を含む。従って、脱水装置７において分離された後、吸着剤は遮蔽隔離されるようになっている。
【００６０】
一方、分離された上清（処理水）は、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７濃度が測定され、当該濃度が所定の基準値以下であれば外部へ排水されるようになっている。また、分離された上清の一部は、前記した洗浄装置４に洗浄水の一部として、洗浄装置４に供給されるようにもなっている。
【００６１】
以上のようにして、汚染土壌である土壌Ｓ３から放射性のセシウムであるＣｓ１３４及びＣｓ１３７が除去されるようになっている。このような除去装置１００によれば、安価かつ容易に放射性のセシウムを除去することが可能である。
【００６２】
＜除去方法＞
次に、汚染土壌である土壌Ｓ３からのセシウムの除去方法を、主に図２を参照しながら説明する。なお、図２に示す各工程は、図１に示した除去装置１００によって行うことができる。従って、例えば抽出や洗浄等を行う際の各条件は、除去装置１００の構成において説明した内容が適用可能である。そのため、それらの詳細な説明は省略する。
【００６３】
はじめに、粉砕対象物である土壌Ｓ１が採取される。即ち、土壌Ｓ１として非汚染土壌が用いられる場合には、非汚染土壌の採取が行われる（ステップＳ１０１；非汚染土壌の採集工程）。また、土壌Ｓ１として汚染土壌が用いられる場合には、汚染土壌の採集が行われる（ステップＳ１０２；汚染土壌の採集工程）。なお、土壌Ｓ１として汚染土壌を用いる場合、採取された汚染土壌は後記するステップＳ１０５においても用いられる。
【００６４】
ステップＳ１０１又はステップＳ１０２において採集された土壌Ｓ１は、粉砕装置１において粉砕される（ステップＳ１０３；土壌粉砕工程）。そして、粉砕された土壌Ｓ１は、抽出装置２において、土壌Ｓ１に含まれるセシウムが抽出される（ステップＳ１０４；抽出工程）。抽出は、前記のように、酸剤によってｐＨが調整された加温水と粉砕された土壌Ｓ１とが攪拌混合されることにより行われる。
【００６５】
土壌Ｓ１に含まれるセシウムが土壌Ｓ１から抽出（即ち解離）された後、アルカリ剤が添加されることにより中和される。これにより、混合物のｐＨが中性程度となる。そして、沈降分離等によって沈殿物と上清とに分画された後、沈殿物は土壌Ｓ２として外部へ排出される。一方で、上清（抽出水）は後記するステップＳ１０５において用いられる。
【００６６】
次に、土壌Ｓ１から抽出されたセシウムを含む抽出水と洗浄水とを用い、汚染土壌Ｓ２の洗浄が行われる（ステップＳ１０５；洗浄工程（イオン交換工程））。この洗浄は、抽出水と洗浄水と汚染土壌Ｓ２とを攪拌混合することにより行われる。汚染土壌Ｓ２としては、前記した土壌Ｓ１として汚染土壌を用いた場合には、ステップ１０２において採取された土壌を用いればよい。また、前記した土壌Ｓ１として非汚染土壌を用いた場合には、ステップＳ１０２を行って採取された汚染土壌が用いられる。
【００６７】
洗浄工程においては、汚染土壌Ｓ２中のＣｓ１３４及びＣｓ１３７が、抽出工程において抽出されたＣｓ１３３とイオン交換される。即ち、汚染土壌Ｓ２の土層１０（図５参照）表面に吸着しているＣｓ１３４及びＣｓ１３７が上清中に解離するとともに、抽出工程において抽出されたＣｓ１３３が主として土層１０表面に吸着される。
【００６８】
そして、洗浄工程を経た混合物は、脱水装置５において、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７が解離された土壌と、Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７を含む上清と、に沈降分離等によって脱水される（ステップＳ１０６；第１脱水工程）。得られた土壌についてＣｓ１３４及びＣｓ１３７の含有量が所定の基準値以下であることが確認された後、処理済みの土壌Ｓ４として外部へ排出される。そして、排出された土壌Ｓ４は、埋め戻される（ステップＳ１１０；処理土壌の埋め戻し工程）。
【００６９】
一方で、Ｃｓ１３４及びＣ１３７を含む上清は、吸着槽６において、吸着剤とともに攪拌混合される（ステップＳ１０７；吸着工程）。これにより、吸着剤にセシウムが吸着される。このようにして、セシウム（Ｃｓ１３４及びＣ１３７）が上清から除去される。
【００７０】
セシウムが吸着した吸着剤を含む混合物は、当該吸着剤と上清とに分画される（ステップＳ１０７；第２脱水工程）。分画された吸着剤は外部へ排出され、吸着剤は遮蔽隔離されて適切な処理が行われる（ステップＳ１０９；吸着剤の遮蔽隔離工程）。また、分画された上清は、上清中のＣｓ１３４及びＣｓ１３７量が測定されて所定の基準値以下であることが確認された後、外部へ処理水として排出（排水）される。このとき、処理水の一部は、前記した洗浄工程における洗浄水の一部として用いられる。
【００７１】
以上のようにして、汚染土壌である土壌Ｓ３から放射性のセシウムであるＣｓ１３４及びＣｓ１３７が除去される。特に、本実施形態においては、土壌Ｓ１に含まれているＣｓ１３３を抽出して用いている。そして、抽出されたＣｓ１３３を用い、汚染土壌である土壌Ｓ３からＣｓ１３４及びＣｓ１３７が、イオン交換により除去されている。この抽出の様子を図３に示す。
【００７２】
図３（ａ）に示すように、土壌Ｓ１は、土層１０を含んでなる。そして、土層１０は、その構成元素として、非放射性のセシウム１１（Ｃｓ１３３）を含んでいる。一方、放射性のセシウム１２（Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７）は、土層１０の表面に吸着して存在している。なお、土層１０の表面には、非放射性のセシウム１１も吸着して存在している。セシウム１１，１２は、土層１０の主にフレイド・エッジ・サイトと呼称される部位に吸着している。
【００７３】
そして、このような土壌Ｓ１を粉砕し、ｐＨ３以下程度の酸性にすることにより、土層１０の構造（フレイド・エッジ・サイトを含む）が破壊される。これにより、土層１０を構成していたセシウム１１が土壌Ｓ１から解離するとともに、土層１０の表面に吸着していたセシウム１１，１２も土壌Ｓ１から解離する。
【００７４】
次に、アルカリ剤を用いて土壌Ｓ１を含む溶液のｐＨを中性程度に調整すると、図３（ｃ）に示すように、溶液中のセシウム１１，１２は土層１０の表面に再吸着する。ただし、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、セシウム１１の量は、セシウム１２の量よりも極めて多い。そのため、図３（ｄ）に示すように、土層１０には、セシウム１２よりもセシウム１１が優先的に吸着されることになる。
【００７５】
一方で、上清には大量のセシウム１１と極微量のセシウム１２とが残存する。そして、このような溶液（抽出液）と洗浄水とを用い、汚染された別の土壌Ｓ３を洗浄することにより、土壌Ｓ３に含まれるセシウム１２が、前記上清中のセシウム１１によりイオン交換される。即ち、セシウム１１（Ｃｓ１３３）がカウンタイオンとして機能することになる。このようにして、土壌Ｓ３に含まれるＣｓ１３４及びＣｓ１３７を除去することができる。
【００７６】
＜変更例＞
以上、本実施形態を具体例を挙げて説明したが、本実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施可能である。
【００７７】
例えば、前記のように土壌Ｓ１は粉砕することが好ましいが、土壌Ｓ１は必ずしも粉砕しなければならないわけではない。即ち、粉砕せずに土壌Ｓ１からＣｓ１３３を含む抽出液を得てもよいし、既に調製済みのＣｓ１３３を含む溶液を抽出液として用いてもよい。
【００７８】
また、例えば、前記した実施形態においては、脱水装置７からの処理水の一部を洗浄装置４に戻す構成としているが、例えば抽出装置２に戻す構成としてもよい。このようにすることで、使用される水を循環させることができ、外部からの使用水及び排水の量を減らすことができる。
【００７９】
さらに、例えば、前記した実施形態においては、放射性セシウムとしてのＣｓ１３４及びＣｓ１３７を除去しているが、Ｃｓ１３４のみが含まれる場合にも、同様に前記の実施形態が適用可能である。また、Ｃｓ１３７のみが含まれる場合にも、同様に前記の実施形態が適用可能である。
【００８０】
また、前記の実施形態においては、除去対象物としてセシウムを例示したが、前記したように、ストロンチウム、バリウム、コバルト、ウラン等であっても同様に除去可能である。例えば、除去対象物に含まれる放射性物質が放射性のストロンチウムの場合、汚染土壌には、非放射性のストロンチウム８８（Ｓｒ８８）及び放射性のストロンチウム９０（Ｓｒ９０）が含まれている。そして、汚染土壌においては、セシウムの場合と同様、Ｓｒ９０は、Ｓｒ８８と比べて圧倒的に大量に含まれている。そのため、汚染土壌に含まれているＳｒ９０を、Ｓｒ８８によってイオン交換することが可能である。即ち、Ｓｒ８８は、カウンタイオンとして、Ｃｓ１３３と同様に利用可能である。
【実施例】
【００８１】
以下、実施例を挙げて、より具体的に本実施形態を説明する。
【００８２】
放射性物質の除染対象物として、放射性物質としての放射性セシウム（Ｃｓ１３４及びＣｓ１３７）を含む汚染土壌を用い、当該除染対象物中の放射性セシウムの除去効率を評価した。なお、汚染土壌からは、放射性ヨウ素は検出されなかった。
【００８３】
汚染土壌に含まれる放射性セシウムの量の指標として、汚染土壌の放射能量を用いた。具体的には、汚染土壌の放射能量は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器（関谷理化社製  ＣＡＰＴＵＳ−３０００Ｗ）を用い、汚染土壌中のＣｓ１３４及びＣｓ１３７の放射能量を測定し、評価した。そして、乾燥土壌重量あたりの放射能量を放射能濃度（ｋＢｑ／ｋｇ）とした。
【００８４】
また、汚染土壌からのＣｓ１３４及びＣｓ１３７の除去は、図１に示す除去装置１００を用い、図２に示す工程に沿って行った。
【００８５】
＜実施例１＞
放射性物質を含む土壌が存在する地域の表層１ｃｍを漉き取り、汚染土壌を採集した。また、同じ場所において、深さ２０ｃｍから２５ｃｍの位置にある非汚染土壌を採取した。
【００８６】
まず、粉砕装置１において、採取した非汚染土壌（土壌Ｓ１）５０ｇをハンマークラッシャで直径０．３ｍｍ程度まで粉砕した。次に、抽出装置２において、粉砕した土壌Ｓ１に８０℃の加温水を添加した。加温水においては、そのｐＨが３以下になるように、硫酸（酸剤）を用いてｐＨを調整した。粉砕した土壌Ｓ１への加温水の添加は、加温水と土壌Ｓ１との液固重量比は１：１０となるようにした。添加後、水温が低下しないようヒータで加温しながら、パドル撹拌混合を３時間行った。攪拌混合後、アルカリ剤を用いて、ｐＨが７になるようにｐＨを調整した。
【００８７】
ｐＨ調整後の混合物を分画し、上清（抽出液）を得た。上清に含まれるＣｓ１３３の濃度をＩＣＰ質量分析法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry；ＩＣＰ−ＭＳ）により測定したところ、１．２ｍｇ／Ｌであった。
【００８８】
次に、洗浄装置４において、抽出装置２において得られた上清（抽出液）４５０ｍＬと、洗浄水（水道水）４５５０ｍＬとを混合した。この混合物に対して汚染土壌（汚染された土壌Ｓ３）５００ｇを加え、６０℃で３時間パドル撹拌混合した。
【００８９】
その後、脱水装置５において脱水して上清及び土壌Ｓ４（沈殿物）を得た。そして、吸着槽６において、得られた上清４５０Ｌに対しモルデナイト粉末（吸着剤）を１ｇ添加し、パドル撹拌を１時間行った。その後、脱水装置７において脱水してモルデナイトと処理水とを分離し、モルデナイトを遮蔽隔離した。
【００９０】
得られた処理水について放射能濃度を測定したところ、１０Ｂｑ／ｋｇ以下であり、検出限界以下であった。そして、汚染された土壌Ｓ３の放射能濃度と処理済みの土壌Ｓ４の放射能濃度との乾燥重量あたりの相対比を算出した。
【００９１】
＜実施例２＞
粉砕装置１において粉砕した土壌Ｓ１として汚染土壌を用い、抽出装置２において得られた上清（抽出液）５００ｍＬと洗浄水（水道水）４５００ｍＬとを混合したこと以外は実施例１と同様にして処理を行い、処理水を得た。
【００９２】
得られた処理水について放射能濃度を測定したところ、１０Ｂｑ／ｋｇ以下であり、検出限界以下であった。また、ｐＨ調整後の混合物を分画して得られた上清（抽出液）に含まれるＣｓ１３３の量を実施例１と同様にして測定したところ１．４ｍｇ／Ｌであった。さらに、汚染された土壌Ｓ３の放射能濃度と処理済みの土壌Ｓ４の放射能濃度との乾燥重量あたりの相対比を算出した。
【００９３】
＜実施例３＞
洗浄装置４において、洗浄水として０．０１ｍｏｌ／Ｌ硫酸アンモニウム水溶液を用いたこと以外は実施例１と同様にして処理を行い、処理水を得た。
【００９４】
得られた処理水について放射能濃度を測定したところ、１０Ｂｑ／ｋｇ以下であり、検出限界以下であった。また、ｐＨ調整後の混合物を分画して得られた上清（抽出液）に含まれるＣｓ１３３の量を実施例１と同様にして測定したところ１．２ｍｇ／Ｌであった。さらに、汚染された土壌Ｓ３の放射能濃度と処理済みの土壌Ｓ４の放射能濃度との乾燥重量あたりの相対比を算出した。
【００９５】
＜比較例１＞
粉砕装置１、抽出装置２、加温装置３及び土壌Ｓ１を用いず、洗浄水（水道水）５０００ｍＬに単に汚染土壌５００ｇを混合したこと以外は実施例１と同様にして処理を行い、処理水を得た。
【００９６】
得られた処理水について放射能濃度を測定したところ、１０Ｂｑ／ｋｇ以下であり、検出限界以下であった。さらに、汚染された土壌Ｓ３の放射能濃度と処理済みの土壌Ｓ４の放射能濃度との乾燥重量あたりの相対比を算出した。
【００９７】
＜除去効率＞
実施例１〜３及び比較例１において算出した相対比を図４に示す。なお、図４には、比較例２として、汚染された土壌Ｓ３の放射能濃度（即ち相対比１００％）も併せて示している。図４において、縦軸は残存するＣｓ１３４及びＣｓ１３７の放射能濃度の相対比であるため、相対比が小さければ小さいほど、良好な除去が行われたことを示している。
【００９８】
図４に示すように、Ｃｓ１３３を含む抽出液を用いて汚染された土壌Ｓ３を処理した場合、除去効率は良好であった（実施例１〜３）。一方で、このような抽出液を用いずに汚染された土壌Ｓ３を処理した場合、除去効率は良好ではなかった（比較例１）。
【００９９】
また、Ｃｓ１３３を含む抽出液を調製するにあたって、土壌Ｓ１として非汚染土壌及び汚染土壌のいずれを用いた場合であっても。良好な除去を行うことができた（実施例１及び２）。さらに、洗浄装置４における洗浄水として硫酸アンモニウム水溶液を用いた場合、とりわけ良好な除去を行うことができた（実施例３）。
【０１００】
このように、Ｃｓ１３３を含む抽出液を用いて汚染された土壌Ｓ３を処理することにより、安価かつ容易に放射性のセシウムを除去することが可能であることがわかった。
【符号の説明】
【０１０１】
１  粉砕装置
２  抽出装置
３  加温装置
４  洗浄装置
５  脱水装置
６  吸着槽
７  脱水装置
１０  土層
１１  セシウム１３３（放射性物質の安定同位体）
１２  セシウム１３４又はセシウム１３７（放射性物質）
Ｓ  土壌
Ｓ１  土壌
Ｓ２  土壌
Ｓ３  土壌（除染対象物）
Ｓ４  土壌
【図１】
2013178132.tif 000003
【図２】
2013178132.tif 000004
【図３】
2013178132.tif 000005
【図４】
2013178132.tif 000006
【図５】
2013178132.tif 000007