(57)【要約】      （修正有）【課題】東日本大震災により発生した福島原発事故は、広域に膨大な量の放射能をふり散らした日本有史上初の大事故であった。その事故によりもたらされた放射能汚染は主に放射性セシウムであり、焼却によって処分できない厄介な汚染物である。焼却処分できない放射能汚染有機物を活性酸素種の量子化学的方法により安全に減容化できる処理装置と処理法を提供する。【解決手段】攪拌機２を内装する反応器１に有機物を投入し、放電針と電磁誘導コイルから構成される空気の電子化装置８により発生する電子化空気を反応器１に吹きこんで、光合成細菌、バチルス菌、水ガラスを添加して撹拌することによって放射能汚染有機物を分解して短日的に減容化させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性酸素種を含有する電子化空気により、放射能汚染有機物を分解して減容化する処理において、有機物を細断する破砕機と攪拌機を内装する反応器と空気に自由電子を放射して電子化空気を発生させるための電子化装置と処理物を貯留して収納容器に充填する装置を備えていることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１による処理装置において、反応器に破砕した有機物を投入し、電子化装置から発生する電子化空気を反応器に吹き込み、反応器に投じられた有機物を撹拌しながら分解することを特徴とする放射能汚染有機物の減容化処理方法。
【請求項３】
請求項２による放射能汚染有機物の減容化処理方法において、光合成細菌またはバチルス菌、あるいは光合成細菌とバチルス菌を添加することによって有機物の分解を促進させることを特徴とする処理方法。
【請求項４】
請求項２および請求項３による放射能汚染有機物の減容化処理方法において、水ガラスを添加することによって処理物に残留する放射性セシウム１３７などの放射能物質を固定化することを特徴とする処理方法。
【請求項５】
請求項１の処理装置によって、請求項２および請求項３および請求項４の処理により、動物、植物、藻類、菌類、細菌類など放射能に汚染されたあらゆる有機物を分解し、減容化するための処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、放射能汚染した有機物の減容化処理に関する。
【背景技術】
【０００２】  東日本大震災により発生した福島原子力発電所の事故は広域に膨大な量の放射能をふり散らした日本有史上初の未曽有な事故であった。事故によりもたされた放射能汚染物質を適格に処置する手立ては確立されていない。【０００３】  事故によりもたらされた放射能の主物質は、放射性セシウムである。放射性セシウムは半減期が３０年間と非常に長く、その崩壊によって無害化される年数は数百年単位のものである。【０００４】  放射性セシウムが検出された汚染米や茶葉などを焼却により処分することは容易である。しかし、放射性セシウム１３７はセシウム１３３の放射性同位元素であり、沸点６７１℃、融点２８℃のセシウム１３３と同じ反応性に富んだアルカリ金属元素である。そのため、７００℃以上の高い温度で焼却すると、放射性セシウムの全量が大気に飛散して二次的に放射能汚染をもたらす危険性が高いと考えられている。したがって、原則的には放射能汚染有機物を焼却することは適切でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  放射性セシウムの自然崩壊は長年月を要するものの、放射能に汚染された有機物が朽ちる年数は短く、自然界に存在する有機物の大半は一年間で朽ち果てる。比確的、朽ち果てにくい茶葉や稲わらでも、田畑で風雨に晒されると一年程度で朽ち果てる。【０００６】  茶葉や稲わらが朽ち果てる現象は、田畑の土中に生息する土壌細菌の生化学的分解作用によるものである。細菌の種類を選定し、温度を調整し、水分を調整し、土を耕すことで細菌の分解能を高めて２〜３ヶ月間で分解することができる。さらに、茶葉や稲わらなどに紫外線を照射して、酸化力の強い活性酸素を作用させることにより数週間で分解させることが可能になる。【０００７】  そこで、本発明は放射能汚染した有機物を短日的に分解し、減容化する手段として、自然界の生化学的分解作用を速める活性酸素種の作用を付随させた新しい処理法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】
【０００８】  その課題を解決する手段として、常温、常圧下で有機物を加水分解する方法を開発した。その方法は、動物、植物、茸、細菌などの含水性有機物に、一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種を含む空気をあてがうことによって分解するものである。【０００９】  本発明者は、すでに本発明の基本技術となる空気中の酸素分子を電子・電磁的に励起させることによって、一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種を発生させるための空気の電子化装置（参考資料１）を考案している。【００１０】  参考資料１：実用新案登録証発録第３１３３３８８号広報【００１１】  この電子化装置は、高電圧を流した放電針から電子を発生させる放電管の先端に電子コイルを巻き付け、そのコイルの中心部に空気を流し込むことで空気中の酸素分解を電磁的に励起させることによって、一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種を発生させる空気の電子化装置である。【００１２】  一重項酸素などの活性酸素種は極めて酸化力が強いことが知られている（参考文献１）。【００１３】  参考文献１：活性酸素（Ｐ１３〜Ｐ２５）中野  稔  他  共立出版  １９８８年【００１４】  活性酸素種は老化や過酸化脂質を伴う血管障害などの病気発生をもたらす極めて酸化力の強い物質として知られており、さまざま有機物を酸化分解する作用が強いことでも注目されている。そこで、本発明者は活性酸素種の量子化学的作用によるラジカル反応が動物、植物などの有機物を短日的に分解し、減容化させるのに活用できるのではないかと考えた。それは、空気の電子化装置により発生するラジカルな活性酸素種によって動物、植物などの有機物を量子化学的に分解するものである。その独創から本発明者は本発明者が考案した空気の電子化装置が放射能汚染した有機物の分解と減容化し活用できるのではないかと考えた。そこで、本発明者が考案した空気の電子化装置を用いて、該電子化装置から発生する電子化空気を茶葉や稲わらにあてがって撹拌しながら処理したところ、常温（２０〜４０℃）で分解して１週間程度で十分の一以下に減容することが分かった。【００１５】  周知のとおり、茶葉や稲わらは自然界で朽ちるのに一年間程度は掛かる。それらを田畑にすき込んでも半年間は掛かる。土壌細菌を加えて発酵処理しても、それらが分解するのに１ヶ月程度は掛かる（参考文献２）。【００１６】  参考文献２：島根県技術情報  土壌肥料対策指針  ３．堆肥のつくり方（２０１２．１）【００１７】  本発明者は、鉄板などで筒型の密閉容器を作って反応器とし、その反応器内部に撹拌機を取り付け、反応器の底部に多穴官を取り付け、本発明者が考案した電子化装置から電子化空気を多穴管から反応器に供給する構造の電子式低温加水分解装置（参考資料２）を考案している。【００１８】  参考資料２：実用新案登録証登録第３１５０６２８号公報【００１９】  そこで、本発明者は該装置を用いて、茶葉、稲わらなどを短日に分解する方法を独創し、放射能汚染した有機物を減容化するための処理法を発明した。
【発明の効果】
【００２０】  本発明によれば、反応器のなかに放射能汚染有機物を入れることで減容化できる。その減容化の方法は、一重項酸素などの活性酸素種により有機物が加水分解されるものである。一重項酸素は、酸素分子に紫外線や磁力線を照射することなどで発生させることができる。
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ーオキシドアニオンに水素イオンが加わると過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）になり、さらにヒドロキ
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【００２１】  参考資料３：活性酸素種  一重項酸素により環境浄化、呉地域オープンカレッジネットワーク会議、地域活性化研究報告書（２００４）、広島大学大学院圏化学研究科・生物生産部、目瀬友一郎、年徳優一、藤村彩子、小野歩ほか、【００２２】
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強い活性酸素である。その酸化力は、酸素の外郭電子の奇数化とエネルギー準位が高いために起こるラジカル化であり、有機物の結合形体である炭素と炭素の共有結合（Ｃ−Ｈ）、炭素と窒素の共有結合（Ｃ−Ｎ）などが低い温度で解離されるのが特徴である。【００２３】  本発明の方法により難分解性の茶葉や稲わらなどが分解されるのは、空気の電子化装置によって作り出される活性酸素種の強い酸化力によるものである。なかでも、スーパーオ
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茶葉や稲わらなどが容易に分解されると想定している。
【発明を実施するための最良の形体】
【００２４】  図１および図２は、本発明の実施形態を示す概要図である。
【００２５】  図１において、鉄板をドラム型に加工した反応装置の本体１に撹拌羽根を接合した撹拌機２を取り付けて駆動機３で回転させる構造とする。そして、本体１の上部に資材の投入蓋４と本体１の底部に取出蓋５を取付け、本体１の上部から装置内部の空気（ハ）を吸引して送気する送風機６と空気導入配管７と多穴管９を接合し、空気導入配管７に電子化装置８を接合する。さらに、本体１の側面から装置内部の空気（ハ）を排気する排風機１０と排気管１１を接合する構造とする。
【００２６】  この構造物において、減容化しようとする茶葉や稲わらなどの資材（イ）を投入蓋４から本体１に投入する。そして、投入蓋４と取出蓋５を閉めた状態で攪拌機２を作動させて投入資材（ロ）を撹拌しながら送風機６から本体１の内部に溜まっている装置内部の空気（ハ）を吸引し、多穴管９から本体１に返して循環させる。その空気の流れのなかに電子化装置８から発生する電子化空気（ニ）を取り込んで混合させる。
【００２７】  空気導入配管７に接続される電子化装置８の内部は、非電導性の材料で作られた放電管２０の先端に電磁コイル２５を巻き付けた空芯ボビン２４を接合して一体化したもので、その内部に放電針２１と対面極２２に高電圧電源装置２３を接続し、電磁コイル２５に電流電源装置２６を接続したものである。
【００２８】  この実施形態において、放電針２１に数万ボルトの高電圧を掛け、電磁コイル２５に数十アンペアの電流を流して空気（ａ）を送入すると、その空気流に乗って放電針２１から放射される自由電子が空芯ボビン２４のなかを通過する過程で電磁コイル２５から発生する磁界に曝され、空芯ボビン２４の中心部を空気流に沿って直進する磁力線の電磁誘導作用を受けて激しくスピン運動する状態になり、空気中の酸素分子を電磁的に励起させて一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種を含んだ電子化空気（ｂ）が発生する。
【００２９】  この電子化装置８によって活性酸素種を発生させるためには、放電針２１に空気（ａ）を供給する必要があるが、空気導入配管７に電子化装置８を接合すると送風機６により電子化空気（ニ）が吸引されるので、その役割を作り出すことができる。そして、電子化空気（ニ）と水分（湿度）を持った装置内部の空気（ハ）が混ざり合うことによって酸化力が
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給される噴気（ヘ）の強い酸化力によって装置内部の投入資材（ロ）が分解される。
【００３０】  この実施形態によれば、本体１の内部に放射能汚染した有機物を投入すれば、多穴管９から供給される噴気（ヘ）によって分解される。その投入資材（ロ）が攪拌機２によって撹拌されると噴気（ヘ）との接触が高まって分解反応が促進される。
【００３１】  この実施形態では、処理すべき投入物の形状によって分解される状態が大きく異なる。キャベツや白菜などの水分が多くて柔らかいものは、原体のまま投入しても約半日も処理すればジュース状になるが、硬い繊維質で出来た樹木や稲わらなどは、形が崩れるまでに数週間かかる。したがって、本発明では、木材や稲わらなどの硬い物質を処理する場合は破砕機を用いて細かく砕く必要がある。その場合は、長大な資材（ワ）を破砕機１２に掛けて細かく砕いた破砕物（カ）にしてから本体１へ投入すると良い。
【００３２】  本発明の実施形態に示す反応装置によると、投入した有機物はスーパーオキシドアニオ
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ロース、セミセルロース、リグニン、ポリペプチドなどを加水分解して、ブドウ糖、低級脂肪酸、アミノ酸などが生成されるが、さらに分解を助長して、炭酸ガス、水、窒素化合物などに分解するためには土壌細菌の関与が必要でなる。それらの細菌種として、光合成細菌、バチルス菌が有効であることを経験的に知った。
【００３３】  種々の土壌細菌は単糖類とアミノ酸類を栄養源にして増殖するが、土壌細菌は活性酸素種に弱く、本発明による活性酸素種によって有機物が分解される過程で繁殖できるものが少ない。それらの数少ない細菌種のなかで光合成細菌とバチルス菌は活性酸素種に耐性であり、活性酸素が存在する環境下でも増殖する。したがって、本発明の実施形態において、光合成細菌、バチルス菌を投与することで活性酸素によって分解させた後に生成される、多糖類、単糖類、低級脂肪酸、ペプチド、アミノ酸などを栄養源にして増殖し、内生呼吸によって酸化分解して、炭酸ガス、水に分解される。それらの細菌による酸化は、本発明による有機物の分解と減容化を効率的に図る上で重要な要素となる。
【００３４】  本発明の効果は、放射性セシウム１３７を除染するものではない。むしろ、重量の減容率に比例して放射能値は高くなる。もし、処理すべき有機物の放射能値が１キログラム当たり５００ベクレルを示すものであれば、その有機物が本発明の方法によって重量的に十分の一になったとして、減容後のものは５，０００ベクレルの放射能値を示すことになる。そのような物質は、国の法的規定に従って処分されなければならない。
【００３５】  日本では、放射性廃棄物の取り扱いは原子力基本法によって規定されている。その基本法で定められる放射性廃棄物は、放射性廃棄物を含む廃棄物の総称である。主に、原子力発電所や核燃料製造施設などの核関連施設から出る放射性同位体を含んだ廃棄物である。それらの最終処分事業は原子力発電環境整備機構が担っており、放射性廃棄物の放射能の濃度値によって高レベル放射性廃棄物と低レベル放射性廃棄物に分類されている。一般的には高レベル放射性廃棄物は使用済核燃料であり、低レベル放射性廃棄物は高レベル放射性廃棄物に比べて低い放射能を帯びた廃棄物であって放射線管理区域などで中性子を吸収して放射性物質になったもの、放射性物質が付着したものであり、炉心付近で放射能汚染された資材などがそれらに該当する（引用資料１）。
【００３６】  引用資料１：フリー百科事典「ウィキペディア」放射性廃棄物（２０１２．０１．１７）
【００３７】  この度の原発事故により放射能汚染された有機物がそれらのどれに該当するかは定かでない。炉心から噴出した放射能物質であるが、放射能レベルが低いことから低レベル放射性廃棄物に相当するのではないかと思われる。低レベル放射性廃棄物のうち、人体に影響を与えるレベルのものは、地下処分、コンクリートピット処分、余裕深度処分などの濃度に応じた埋設処分を行なって、生活圏に影響を与えないよう封じ込める処置が義務付けられている。
【００３８】  極微粒子状態の放射性セシウムは飛散しやすい性質がある。本発明によって減容化処理した物質が飛散すると第２の放射能汚染をもたらす危険性があるので、減容処理後の処置として飛散防止しなければならない。一般には、ゼオライトに吸着させる方法が飛散防止に有効とされている（参考資料４）。
【００３９】  参考資料４：ゼオライトの吸着能力  ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｎｉｔｔｏｆｕｎｎｋａ．ｃｏ．ｊｐ／ＨＰ／ｚｅｏｌｉｔ／ｚｏ−０５．ｈｔｍｌ
【００４０】  本発明では、処理の過程で水ガラスを添加するが、その効果は処理後の放射能汚染物質を安定化させる働きがある。本発明において、放射能汚染有機物に適量の水ガラスを添加しながら処理すると、減容化される過程で有機物中に含まれる放射性セシウムが水ガラスと反応して物性的に安定なゼオライト状の物質になることが予想されるので、安定化した状態で密閉容器に充填して保管することが可能になる。
【００４１】  本発明では、処理の過程で消石灰を添加するが、その効果は放射能汚染有機物が分解する過程で有機酸が生成されることにより、反応物のＰＨが低下するのを防ぐためのものである。その添加量は反応物のＰＨ値が中性から弱アルカリ性（ＰＨ６〜１０程度）に保たれる量が適量である。消石灰に代えて、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム、苦土、セメントなどのアルカリ性物質を使用してもよい。
【００４２】  本発明では、減容化された処理物を密閉容器に充填する手段として充填用の貯留槽１６を用いる。本体１から投入資材（ロ）を取出蓋５を開けて処理物（ト）として取り出し、コンベアー１５で搬送して貯留槽１６へ貯留する。そして、貯留物（ヌ）を充填蓋１８から充填物（ル）として取り出し、容器１９に充填して密閉する。しかし、この充填の方法は様々であり、生活圏に影響を与えないよう封じ込める処置法であれば如何なる方法でもよい。
【００４３】  本発明では、反応装置の本体１に貯まる空気を排風機１０により強制的に系外へ排気（チ）するが、その排気（チ）に粉塵が含まれて系外へ飛散する場合は排気（チ）を除麈することが重要である。その除塵法は、排気（チ）から放射能が検出されない状態が作り出されるものであれば、バグフィルター、水洗浄、酸・アルカリ洗浄、薬液洗浄、電気集じんなどの如何なる方法でも良い。
【００４４】  本発明では、以上のような実施形態によって放射能汚染有機物を常温下で分解し、減容化することができる。そして、光合成細菌、バチルス菌を処理すべき有機物に加えることで分解が促進されるので、放射能汚染有機物を減容化させる効果が極めて大きくなる。
【他の実施形態】
【００４５】  図１の実施形態では、本発明者が考案している実用新案登録証登録第３１３３３８８号の空気の電子化装置を使用するものであるが、一重項酸素、スーパーオキシドアニオン、ヒドロキシルラジカルなどの極めて酸化力が強い活性酸素種を発生させる装置であれば、同様の形態と機能を作り出すことができる。
【００４６】  本発明の実施形態に示す装置は、本体１の内部に撹拌機２を取り付け、それを駆動機３で回転させることによって本体１に投入された投入資材（ロ）をかき混ぜる形態のものであるが、その撹拌機２の構造はパドル型、スパイラル型、スクリュー型、棒型などのいずれの型式でもよい。また、ロータリードラム型のような本体１が回転する構造であっても、スクープ型の反復作動する型式であってもよい。
【実施例１】
【００４７】  図１に示す構造の試験装置により、稲わらを破砕機で３〜５ｃｍに裁断し、稲わらの含水率を５０〜６０％になるよう加水（Ａ）し、光合成細菌（Ｂ）、水ガラス（Ｃ）、消石灰（ロ）を添加して処理したところ、表１のような結果が得られた。【００４８】  表１：稲わらの減容効果
【実施例２】
【００４９】  図１に示す構造の試験装置により、青刈りされた茶葉にバチルス菌と水ガラスと消石灰を添加して処理したところ、表２のような結果が得られた。【００５０】  表２：茶葉の減容効果【００５１】  これらの試験では、管理が法的に厳しく規制されている放射能汚染物を取り扱うことができなかったので、放射能汚染されていない稲わらと茶葉を試験体にして処理した。それらの試験結果から試験体の放射能値を計算すると、表３のような想定値となった。【００５２】  表３：試験体の放射能想定値
【産業上の利用可能性】
【００５３】  本発明に関わる放射能汚染有機物の減容化処理法は、茶葉や稲わらだけでなく、それら以外の放射能汚染有機物の処理にも利用できる。その種類は、剪定樹木、刈芝、青草、枯草、緑葉、落葉、籾米、精米、モミガラ、麦、大豆、ソバ、大豆、芋、果実、野菜、食品残渣、腐葉土、下水汚泥、し尿汚泥、上水汚泥、ヘドロ、魚介類、海藻、魚粕、キノコ類、藻類、油粕、酒粕、家畜糞、生分解性プラスチックなどの分解と減容化処理に利用できる。【００５４】  現在、原発事故周辺の市町村と山野では地上に降灰した放射能の除染が社会的な問題になっている。それらの地域の除染作業によって集収される表土、剪定樹木、草木、腐葉土、農産物などは膨大な量となり、それらを容量的に減容化させる処置が急務とされている。実施例１および実施例２に認められるとおり、試験体の茶葉や稲わらを約５日間の処理で重量的に１／１０以下、容量的には１／４０以下に減容化された。そのことは、放射能除染作業によって収集される放射能汚染有機物の容量を短期間で効率的に処置する対策法として社会的に大きく役立つと考えている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】  この発明の一実施形態を示す装置の形体図である。
【図２】  この発明のなかの空気の電子化装置の構造を示す形態図である。
【符号の説明】１    本体
２    撹拌機
３    駆動機
４    投入蓋
５    取出蓋
６    送風機
７    空気導入配管
８    電子化装置
９    多穴管
１０  排風機
１１  排気管
１２  破砕機
１３  駆動機
１４  コンベアー
１５  コンベアー
１６  貯留槽
１７  投入蓋
１８  充填蓋
１９  容器
２０  放電管
２１  放電針
２２  対面極
２３  高電圧電源装置
２４  空芯ボビン
２５  電磁コイル
２６  電流電源装置
２７  吸気管
２８  送気管
Ａ    加水
Ｂ    光合成細菌、バチルス菌
Ｃ    水ガラス
Ｄ    消石灰
イ    資材
ロ    投入資材
ハ    装置内部の空気
ニ    電子化空気
ホ    ヒドロキシルラジカル含有空気
ヘ    噴気
ト    取出物
チ    排気
リ    充填物
ヌ    貯留物
ル    充填物
オ    搬出物
ワ    長大な資材
カ    破砕物
ａ    空気
ｂ    電子化空気
→    流れの方向を示す矢印
【図１】
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【図２】
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