(57)【要約】【課題】汚泥中の放射性セシウム濃度を低減する汚泥除染装置を提供する。【解決手段】放射性物質を含有する汚泥が流入するセシウム溶出槽２１と、このセシウム溶出槽内の汚泥に酸溶液を添加することにより汚泥のｐHを制御するｐH制御装置と、前記セシウム溶出槽から流入する排水の汚泥を分離する固液分離槽３１と、この固液分離槽から流入する排水中の水溶性セシウムを吸着する吸着剤を備えるセシウム吸着槽３３とを具備することを特徴とする汚泥除染装置。【選択図】図６
2013088350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質を含有する汚泥が流入するセシウム溶出槽と、
このセシウム溶出槽内の汚泥に酸溶液を添加することにより汚泥のｐＨを制御するｐＨ制御装置と、
前記セシウム溶出槽から流入する排水の汚泥を分離する固液分離槽と、
この固液分離槽から流入する排水中の水溶性セシウムを吸着する吸着剤を備えるセシウム吸着槽と
を具備することを特徴とする汚泥除染装置。
【請求項２】
放射性物質を含有する汚泥が流入するセシウム溶出槽と、
このセシウム溶出槽内の汚泥に酸溶液又はアルカリ溶液を添加することにより汚泥のｐＨを制御するｐＨ制御装置と、
前記セシウム溶出槽内の汚泥の温度を制御する温度制御装置と、
前記セシウム溶出槽から流入する排水の汚泥を分離する固液分離槽と、
この固液分離槽から流入する排水中の水溶性セシウムを吸着する吸着剤を備えるセシウム吸着槽と
を具備することを特徴とする汚泥除染装置。
【請求項３】
放射性物質を含有する汚泥が流入する第１・第２のセシウム溶出槽と、
前記第１のセシウム溶出槽内の汚泥に酸溶液を添加することにより汚泥のｐＨを制御する第１のｐＨ制御装置と、
前記第１のセシウム溶出槽内の汚泥の温度を制御する第１の温度制御装置と、
前記第２のセシウム溶出槽内の汚泥にアルカリ溶液を添加することにより汚泥のｐＨを制御する第２のｐＨ制御装置と、
前記第２のセシウム溶出槽内の汚泥の温度を制御する第２の温度制御装置と、
前記第１・第２のセシウム溶出槽から流入する排水の汚泥を夫々分離する第１・第２の固液分離槽と、
前記第１・第２の固液分離槽からの排水が流入する混合槽と、
この混合槽から流入する排水中の水溶性セシウムを吸着する吸着剤を備えるセシウム吸着槽と
を具備することを特徴とする汚泥除染装置。
【請求項４】
前記セシウム溶出槽内の汚泥のｐＨは１．３以下であることを特徴とする請求項１記載の汚泥除染装置。
【請求項５】
前記セシウム溶出槽内の汚泥のｐＨは２以下又は１２．５以上、温度は８０℃以上であることを特徴とする請求項２記載の汚泥除染装置。
【請求項６】
前記セシウム溶出槽内の汚泥の温度は８０℃以上２００℃以下であることを特徴とする請求項２記載の汚泥除染装置。
【請求項７】
前記第１のセシウム溶出槽内の汚泥のｐＨは２以下、前記第２のセシウム溶出槽内の汚泥のｐＨは１２．５以上、第１・第２のセシウム溶出槽内の汚泥の温度は８０℃以上であることを特徴とする請求項３記載の汚泥除染装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、汚泥除染装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理及び汚泥処理プロセスは、例えば図４に示すようになっている。  
流入下水に含まれる細かな土砂等の無機物と比較的大きな固形性有機物は、最初沈殿池１で除去される。ここで、最初沈殿池１で除去された除去物は、生汚泥５として汚泥処理プロセスに送られる。生物反応タンク２では、下水を活性汚泥と混合爆気する活性汚泥法により下水中の有機物が除去され、浄化される。浄化された下水と混合した活性汚泥は最終沈殿池３で沈降分離され、上澄は消毒設備４で消毒された後放流される。最終沈殿池３で沈降分離された沈殿汚泥の一部は、生物反応タンク２に返送され、残りは余剰汚泥６として汚泥処理プロセスに送られる。ここで、生汚泥５は、最初沈殿池１で沈殿分離された流入下水中の微細な砂及び固形物を意味する。また、余剰汚泥６は、最終沈殿池３で沈殿分離された活性汚泥の余剰分を意味する。なお、生汚泥５と余剰汚泥６は、濃縮・脱水・焼却により水分量を低減され、固形物濃度を高められて減容される。
【０００３】
最終沈殿池１からの生汚泥５および最終沈殿池３からの余剰汚泥（返送汚泥の一部）６は、濃縮タンク７で混合される。濃縮タンク７で重力濃縮により固形物濃度を約３％に高められた濃縮汚泥８は脱水機９に送られる一方、濃縮タンク７の底部からは分離液１０が排出される。脱水機９で汚泥の含水率を低減され、脱水機９からは約２０％に脱水された脱水汚泥１１が焼却炉１２に送られる一方、脱水機９の底部からは分離液１０が排出される。脱水機９からの脱水汚泥は焼却炉１２で焼却されて固形物濃度１００％の焼却灰として取り出される一方、焼却炉１２の底部からは分離液１０が排出される。なお、前記分離液１０は、場内変流水１３として最初沈殿池１に供給される。なお、図４中の符号１４は返送汚泥を示す。
【０００４】
従来、放射性核種を含む廃液を処理する方法としては、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７１３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した下水処理および汚泥処理プロセスでは、流入下水に放射性物質（放射性セシウム）が含まれる場合、その放射性物質は汚染処理プロセスに移動する。セシウムは土壌等の無機物に吸着されやすく、流入下水の無機物に吸着された状態で下水処理プロセスに流入し、その無機物は最初沈殿池１で沈降分離され生汚泥に移動する。また、水溶性のセシウムは特許文献１に示されるように活性汚泥に容易に吸着され、その活性汚泥は余剰汚泥として最終沈殿池３で沈降分離され余剰汚泥に移動する。
【０００７】
ところで、生汚泥、余剰汚泥の発生量は流入下水量に対して数パーセントと少ないため、単位量あたりのセシウム量、即ちセシウム濃度は増加する。また、汚泥処理プロセスは汚泥の水分と有機物を蒸発させて減容化するため、さらにセシウム濃度は増加する。従って、流入下水のセシウム濃度は放射線量の点で問題ないレベルであっても、汚泥（生汚泥、余剰汚泥、混合汚泥、脱水汚泥、焼却灰を含む）のセシウム濃度や放射線量となり処分が困難となるという問題がある。
【０００８】
実施形態の目的は、汚泥中の放射性セシウム濃度を低減する汚泥除染装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、放射性物質を含有する汚泥が流入するセシウム溶出槽と、このセシウム溶出槽内の汚泥に酸溶液を添加することにより汚泥のｐＨを制御するｐＨ制御装置と、前記セシウム溶出槽から流入する排水の汚泥を分離する固液分離槽と、この固液分離槽から流入する排水中の水溶性セシウムを吸着する吸着剤を備えるセシウム吸着槽とを具備することを特徴とする汚泥除染装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る汚泥除染装置の説明図。
【図２】汚泥除染装置におけるｐＨとセシウム溶出率との関係を示す特性図。
【図３】汚泥除染装置における温度とセシウム溶出率との関係を示す特性図。
【図４】下水処理・汚泥処理プロセスの流れの説明図。
【図５】他の実施形態に係る汚泥除染装置の説明図。
【図６】更に他の実施形態に係る汚泥除染装置の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本実施形態に係る汚泥除染装置について図面を参照して説明する。  
（実施形態１）  
図１を参照する。図中の符号２１は、汚泥が流入するセシウム溶出槽を示す。この溶出槽２１には、該溶出槽２１内の汚泥の温度を上げる加熱機構２２が配置されている。また、酸溶液を溶出槽２１に供給する酸タンク２３が、第１のポンプ２４ａを介装した配管２５ａを介して接続されている。また、前記溶出槽２１には、アルカリ溶液を溶出槽２１に供給するアルカリタンク２６が第２のポンプ２４ｂを介装した配管２５ｂを介して接続されている。
【００１２】
前記溶出槽２１には、溶出槽内の汚泥のｐＨを測定するｐＨ測定計２７、および汚泥の温度を測定する温度計２８が配置されている。ｐＨ制御部２９には、前記ポンプ２４ａ，２４ｂ及びｐＨ測定計２７が電気的に接続されている。温度制御部３０には、前記温度計２８が電気的に接続されている。また、前記温度制御部３０と加熱機構２２も電気的に接続されている。
【００１３】
ここで、前記ｐＨ測定計２７，酸タンク２３，アルカリタンク２６，第１・第２のポンプ２４ａ，２４ｂ，ｐＨ制御部２９等によりｐＨ制御装置が構成されている。また、温度計２８，加熱機構２２及び温度制御部３０等により温度制御装置が構成されている。
【００１４】
前記溶出槽２１には、該溶出槽２１からの排水が流入する固液分離槽３１が接続されている。この固液分離槽３１内には、整流壁３２が固液分離槽３１の上部から底部近くまで延出するように設けられている。前記固液分離槽３１では、流入する汚泥が分離され、固液分離槽３１中の汚泥が除染汚泥として排出される。前記固液分離槽３１には、該固液分離槽３１からの排水が流入するセシウム吸着槽３３が接続されている。この吸着槽３３には排水中のセシウムを吸着する吸着剤（例えばゼオライト）３４が配置され、この吸着剤３４により排水中のセシウムは略零になるまで吸着され、除染排水として排出される。
【００１５】
実施形態１の場合、セシウム溶出槽２１内の汚泥のｐＨを２以下または１２．５以上とし、温度を８０℃以上とすることにより、汚泥のセシウム溶出率を上げることができる。また、セシウム溶出槽２１内の汚泥の温度を８０℃以上、２００℃以下とすることによっても、汚泥のセシウム溶出率を上げることができる。
【００１６】
（実施形態２）  
図５を参照する。但し、図１と同部材は同符号を付して説明を省略する。  
図中の符号４１ａ，４２ａは、夫々第１のｐＨ制御部，第１の温度制御部を示す。第１のｐＨ制御装置は、第１のｐＨ制御部４１ａ，酸タンク２３，ポンプ２４ａ及びｐＨ測定計２７等から構成されている。第１の温度制御装置は、温度計２８，第１のセシウム溶出槽４３ａ内に配置された加熱機構４４等から構成されている。
【００１７】
図中の図中の符号４１ｂ，４２ｂは、夫々第２のｐＨ制御部，第２の温度制御部を示す。第２のｐＨ制御装置は、第１のｐＨ制御部４１ｂ，アルカリタンク２６，ポンプ２４ｂ及びｐＨ測定計２７等から構成されている。第１の温度制御装置は、温度計２８，第２のセシウム溶出槽４３ｂ内に配置された加熱機構４４から構成されている。
【００１８】
第１・第２のセシウム溶出槽４３ａ，４３ｂには夫々第１・第２の固液分離槽４６ａ，４６ｂが接続され、これらの固液分離槽４６ａ，４６ｂの内側には夫々整流壁４７ａ，４７ｂが各固液分離槽４６ａ，４６ｂの上部から下部近くまで達するように配置されている。各固液分離槽４６ａ，４６ｂからの排水は混合槽４８で混合される。
【００１９】
実施形態２の場合、第１のセシウム溶出槽４３ａ内の汚泥のｐＨを２以下、温度を８０℃以上とし、第２のセシウム溶出槽４３ｂ内の汚泥のｐＨを１２．５以上、温度を８０℃以上とすることにより、セシウム溶出率を上げることができる。また、第１のセシウム溶出槽４３ａでは酸溶液の添加、第２のセシウム溶出槽４３ｂではアルカリ溶液の添加とし、除染後の排出液を混合して中和させることで余分な中和剤を不要にできる。
【００２０】
（実施形態３）  
図６を参照する。但し、図１と同部材は同符号を付して説明を省略する。図６の汚泥除染装置は、図１と比べ、温度制御装置，アルカリタンク２６及びポンプ２４ｂを省き、酸タンク２３からの酸溶液をセシウム溶出槽２１の汚泥に供給するのみで、汚泥のセシウム溶出率を上げようとしたことを特徴としている。実施形態３の場合、セシウム溶出槽内の汚泥のｐＨを１．３以下とすることにより、セシウム溶出率を上げることができる。
【００２１】
（実施例）  
まず、排水処理施設から汚泥を入手し、固形物濃度（ＳＳ）約１．５％、強熱減量（ＶＳＳ）約９０％、セシウム濃度（定量下限値以下）であることを分析によって確認した。
【００２２】
次に、塩化セシウムを使用して、セシウム濃度１０００ｍｇ／Ｌのセシウム標準溶液を調製した。つづいて、このセシウム標準液を、汚泥中のセシウム濃度が０．１４ｍｇ／Ｌとなるように添加した。ここで、汚泥を採取して１００００ｒｐｍで遠心分離した上澄水を０．４５μｍのフィルターでろ過したろ液（以下、ろ液はこの手順によって得られたものとする）のセシウム濃度を分析した結果、０．０６９ｍｇ／Ｌであり、約５１％（０．１４−０．０６９＝０．０７１ｍｇ／Ｌ相当）のセシウムが汚泥に吸着されたことが示唆された。
【００２３】
次に、この汚泥に対して、下記（１）式の酸又はアルカリの固形物濃度に対する添加比（以下、単に添加比と呼ぶ）と加熱温度とをパラメータとするビーカー試験を行った。  
添加比＝酸又はアルカリ濃度（ｇ／Ｌ）×酸又はアルカリ添加量（Ｌ）÷｛汚泥量（Ｌ）×固形物濃度（ＳＳ）（ｍｇ／Ｌ）｝    …（１）
処理条件は、下記表１に示すとおりである。即ち、表１では、試験No１〜２０における酸又はアルカリの種類，その濃度，前記添加比，汚泥量，汚泥濃度，酸又はアルカリの添加量、および温度との関係を示している。
【表１】
2013088350.tif 000003
【００２４】
まず、汚泥５０ｍｌを１００ｍｌビーカーに取り、スターラーで攪拌しながら１MNａＯＨまたは１ＭＨＣｌを所定の添加比となるように添加した。添加後のｐＨをｐＨ測定計で測定し、１０ｍｌを未加熱（常温）サンプルとして採取した。ｐＨ調整後の汚泥３０ｍｌを密閉容器に入れ、８０℃に設定した炉で２時間保持した。次に、熱処理後の汚泥１０ｍｌを８０℃熱処理サンプルとして採取した。以上の手順によりｐＨ調整（未加熱）サンプルとｐＨ調整（８０℃熱処理）サンプルを得た。
【００２５】
次に、汚泥５０ｍｌを密閉容器に入れ、２００℃と３００℃に設定した炉に夫々２時間保持した。つづいて、熱処理後の汚泥各１０ｍｌを２００℃及び３００℃熱処理サンプルとして採取した。以上の手順より２００℃及び３００℃熱処理（ｐH未調整）サンプルを得た。
【００２６】
次に、採取したサンプルのろ液のセシウム濃度を分析した。つづいて、セシウム濃度分析値から下記（２）式を用いて、汚泥に吸着したセシウムが溶出した割合をセシウム溶出率として算出した。  
セシウム溶出率（％）＝｛セシウム分析値（ｍｇ／Ｌ）−０．０６９｝÷（０．１４−０．０６９）×１００    …（２）
得られたセシウム溶出率をｐＨ、温度に対してプロットした結果を図２，図３に示す。図２は、Ｃｓを含有する汚泥を常温，８０℃に夫々設定して処理した場合の、ろ液のｐＨとろ液のセシウム溶出率との関係を示す特性図を示す。なお、図２において、符号（ａ）は常温の場合、符号（ｂ）は８０℃の場合を示す。また、図２中の数字はセシウム溶出率を示す。一方、図３は、Ｃｓを含有する汚泥を用い、汚泥の処理温度とろ液のセシウム溶出率との関係を示す特性図を示す。添加比０．６で最大セシウム溶出率９６％が得られた。
【００２７】
表１及び図２から、酸添加比を挙げるとセシウム溶出率は増加することが確認できた。一方、アルカリ添加比を上げると、ｐＨ１１まではセシウム溶出率は低下し、ｐＨが１２を超えると溶出率は増加した。また、未加熱サンプルの場合、酸添加比０．６でセシウム溶出率９６％が得られ、アルカリ添加比０．６で６０％のセシウム溶出率が得られた。これより、酸の方がアルカリよりセシウム溶出効果が高いことが示唆された。
【００２８】
また、８０℃の熱処理を加えることでセシウム溶出率は増加し、酸添加比０．１，０．３，０．６とアルカリ添加比０．６のサンプルで９３％，９３％，９６％，９３％と、９０％を超えるセシウム溶出率を得られるｐＨ範囲が拡大した。８０％の熱処理でも、酸の方がアルカリよりセシウム溶出効果が高い傾向は変わらないものの、アルカリ添加によってもセシウム溶出率が９０％を超えることで、アルカリ添加も除染方法として有効であることが示唆された。これにより、例えば、２つの処理プロセスを用意し、一方は酸添加、他方はアルカリ添加とし、除染後の排出液を混合して中和させることで余分な中和剤が不要となるメリットが生ずることが期待できる。
【００２９】
図３から、２００℃までは温度上昇に伴いセシウム溶出率は増加したが、３００℃では２００℃と同じ値であった。また、２００℃までは、加熱温度を増加させることで、セシウム溶出率が増加する可能性が示唆された。  
以上の結果から、セシウム溶出率が９０％以上となったのは、(1) 酸添加比０．６、(2) 酸添加比０．１以上及び８０℃で熱処理、(3) アルカリ添加比０．６及び８０℃熱処理、の条件であり、２００℃までは温度を上げることで溶出率が増加すると示唆された。  
上記方法で溶出されたセシウムは水溶性のイオン態であり、ゼオライトやイオン交換樹脂等の公知の吸着剤によって容易に吸着させることができると考えられる。
【００３０】
以上より、汚泥に酸溶液もしくはアルカリ溶液を添加して所定のｐＨに調整した後、２００℃までの範囲で熱処理を２時間以上行うことで、汚泥に吸着されたセシウムの９０％以上を溶出させることができる。また、セシウム濃度を低減できた汚泥をろ過、沈殿池等の固液分離手段により分離して、イオン態のセシウムのみを含む溶液を吸着剤を保持した充填層を通過させることにより、イオン態のセシウムが吸着剤に吸着することで溶液からセシウムが除去される。これにより、汚泥中のセシウムは吸着剤に移動し、汚泥のセシウム濃度は１０％以下まで低減でき、汚泥を除染できる。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
２１…セシウム溶出槽、２２，４４…加熱機構、２３…酸タンク、２４…アルカリタンク、２７…ｐＨ測定計、２８…温度計、２９，４１ａ，４２ｂ…ｐＨ制御部、３０，４２ａ，４２ｂ…温度制御部、３１，４６ａ，４６ｂ…固液分離槽、３２…セシウム吸着槽、３３…吸着剤、４８…混合槽。
【図１】
2013088350.tif 000004
【図２】
2013088350.tif 000005
【図３】
2013088350.tif 000006
【図４】
2013088350.tif 000007
【図５】
2013088350.tif 000008
【図６】
2013088350.tif 000009