(57)【要約】      （修正有）【課題】放射性物質により汚染された森林・原野の植物性堆積物から漏出する放射性物質を捕捉し除去する装置及び方法を提供する。【解決手段】植物性堆積物や稲わらなどを容器内に封じた状態で長期間保存して腐葉土化させる間に、植物石を含む放射性物質の植物体からの遊離を促進し、上下の方向性を有する隔壁で雲母砕片を挟み込んだ濾過装置を通して水分を除くことにより放射性物質を濾過装置内に捕捉・濃縮する。また放射性物質により汚染された水が流入する水耕地や水路などに上記濾過装置と同様の材質のマットを設置することにより放射性物質を濾過し、効果的な除染を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質の飛散により汚染された森林・原野の植物性堆積物や稲わらなどを一般廃棄物用の柔軟なプラスチック製袋など十分に強靭で軽量の容器に封入し、堆積物を分解して腐葉土に変換する細菌群、またはそれを含む家畜糞やその細菌の増殖を促進する栄養培地を同梱する、閉鎖系での放射性物質の遊離方法。
【請求項２】
相当量の雲母砕片を、それが漏れない網目を隔壁として上下から挟み込んだ濾過装置。装置の上面には１０ｍｍほどの粗い網目と微粒子が透過するほぼ１ｍｍ以下程度の２段階の網目を配して目詰まりを防止し、下面には植物石は通さず水分のみを透過する隔壁を配す。最下部には装置の枠に嵌め込んで水分を逃さない蓋を、また最上部には請求項１の容器の開口部に適合させるための締め付け用リング、またはテーパ形状を用いた嵌め込みなど、容器に容易に装着できる仕組みを有する濾過装置。
【請求項３】
請求項１および２の方法と装置で放射性物質を捕捉した濾過装置を外して回収する方法。濾過装置の回収の際には、容器内に残留する植物性堆積物に上部から数回、少量の水分を補充して洗浄すれば、植物石まで含めた大部分の放射性物質は流出し、濾過装置に捕捉される。珪酸成分に吸着された放射性物質の実量は少量と考えられるので、濾過装置全体の放射能が低い場合には同一の濾過装置を繰り返して使用することも可能である。
【請求項４】
濾過過程で水分の漏出が不十分な場合に、真空掃除機などに連結して減圧することにより、水分の排出速度を上げる器具。２本のパイプをT字形につなぎ、１本の片側を上記の濾過装置の蓋の代わりに取り付ける。
【請求項５】
透水性素材で作られた粗目の袋状の容器内に、雲母砕片を封入した構造を有し水中や水路内に設置して、水に含まれている放射性物質を雲母砕片に吸着・捕捉し再流出を防ぐ目的を特徴とした放射性物質濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質により汚染された森林・原野の植物性堆積物から漏出する放射性物質を捕捉し除去する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２０１１年３月１１日にわが国の東日本広域で発生した巨大地震とその直後の巨大津波により、東京電力福島第１原子力発電所における数基の原子炉において、最終的に炉心溶融に至る極めて深刻な大事故が発生した。その経過中に、原子炉建屋の水素爆発などにより飛散した大量の放射性物質は、発電所のある福島県内に留まらず、気流に乗って東京などの大都市圏を含む関東・東北地方の広大な土地を汚染し、住民の日常生活に多大な肉体的また心理的な影響を及ぼし続けている。特に半減期の長い放射性セシウムの飛散による実害は甚大であり、早急な除染対策が求められている。多数の人の住む住宅地域や道路、学校などの舗装された土地では高圧洗浄により、また校庭や畑など土壌が露出した地域においては表面土壌の物理的除去などにより相当の除染効果が認められ、各地で実施されている。一方、汚染地域の大部分の面積を占める森林や草地など植物の繁茂している土地では、土壌の上に蓄積する落葉や枯木などの植物性堆積物に降り注いだ放射性物質は、表面土壌の除去のような単純な物理的手段による除染が困難である。雨にさらされれば付着した放射能が時間経過とともに漏れて周囲の土壌や水脈に拡散し、農作物などに移行する可能性が懸念される。現実にそのような例が一部で報告されているが、その問題に対する有効な対策は未だ打ち出されていない。さらにそのような汚染地域で生産された農作物については、たとえ残存放射能の測定値が基準値以下であっても大衆の心理的な抵抗感、いわゆる風評により流通が困難となり、副次的な被害も甚大である。
【０００３】
従って、放射性物質で汚染された広大な面積の森林・原野、耕作地などにおいて放射性物質の周辺への拡散や農作物・水脈への移行を防ぎ、最終的にはその後の除染処理にも有効な、効果/費用の高い実用的で革新的な方策の立案が急務である。
【０００４】
放射能で汚染された土壌の除染方法については、粘土質に放射能が集積することを基にした、水による粘土質の洗浄方法、未分画汚染土壌の熱処理方法、釉薬を撒布する方法、などがプレス発表または学会発表されているが、いずれもまだ小規模の模索段階であり、多くは放射能を遮蔽または不動化するに留まっている。原理的にも、広範囲の土壌に実施するには設備、材料ともに相当に高額な費用を要することが想定される。
【０００５】
出願者は今回の原子力発電所の事故により発生した汚染土壌を用いた調査分析の結果、放射性物質の大部分は、被災地の土壌のうち特に微細な粘土成分、とりわけその相当部分を構成する微細な雲母粒子に強く吸着され、また、一度吸着された放射能はさまざまな物理的・化学的な処理を施しても、溶出させることが極めて困難である事実を見出した。またその後の調査によれば、放射性物質であるセシウムが雲母成分に選択的にまた強く吸着されることは国内外の多くの文献に記載される公知の事実である。したがってその雲母粒子のみを他の成分から隔離し、汚染の少ない他の成分は元の土地に戻すことができれば、汚染土壌の体積を大幅に減少させることができ、大量の土壌の効果的な除染が可能となる。現に出願者の１名は、土壌を構成するさまざまな成分から微細な雲母片のみを効率的かつ安価に除去する装置・手法を考案し、既に出願した（特願２０１１−１９６６８７および特願２０１１−２０４７６：出願人：川上  勇）。
【０００６】
一方、土壌が植物または植物性堆積物で被覆される森林や原野などではその手法をそのまま適用することができない。出願者の実験によれば、一般の植物性堆積物への放射性物質の結合は見かけ上、比較的緩く、風雨に曝されると放射性物質は周囲に拡散し、農作物に吸収されて２次的汚染を引き起こす可能性が懸念される。われわれはその時間経過を綿密に観察し、植物性堆積物が分解されて腐葉土に変わる過程で大部分の放射性物質の漏出が起きることを見出した。そこで、植物堆積物の腐葉土化過程で溶出する放射性セシウムを予め撒布しておいた雲母砕片で捕捉する方法を出願した（特願２０１１−２４９６０５：出願人：片山栄作、川上  勇）。
その後の調査により、植物堆積物、特にシダ類、コケ類、そしてイネ科植物をはじめとする単子葉植物の葉部などには植物石と称される粒子径数μm〜100μmのケイ酸化合物が大量に集積し、土壌中の雲母成分と同様に放射性セシウムを強く結合している可能性が浮上した。それこそが稲わらなどに放射性セシウムが蓄積する理由であると考えられる。植物石は堆積物の腐葉土化に伴い植物本体から外れるが、その際にもセシウムは植物石とともに動くので雲母砕片には吸着、移行しない。土壌中に漏出し、土壌自体の除染方法により処理するしかない。一般の植物性堆積物あるいは稲わらなどからの放射性セシウムの環境への漏出を防止し、十分な除染を行うには、それらの植物性堆積物を適当な容器に封じ込めた閉鎖系として扱い、セシウム・植物石の複合体として除去する処理が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
１９８７年に米国で、金雲母 ［Ｐｈｌｏｇｏｂｉｔｅ］に吸着させることにより放射性セシウムの拡散を防止する先行例（米国特許４８０８３１８号（２／２８／１９８９））がある。しかしその雲母の使用例としては汚染水の濾過のみしが言及されていない。
【０００８】
放射性物質で汚染された貯蔵水の除染方法として、ナイロン繊維から生やしたグラフト鎖に金属塩を担持した材料を浸漬させる材料および技術（特願２０１１−１２４００４）が報告されているが、処理対象は液体に限局され、そのままでは土壌の除染には対応できない。
【０００９】
本出願前に、出願者のうち１名が土壌から雲母成分を選択的に収集する方法（特願２０１１−１９６６８０および特願２０１１−２０４７６）を出願した。
【００１０】
本出願前にわれわれは、汚染された植物性堆積物に腐葉土化を促進する細菌群および放射性物質を吸着する雲母砕片を撒布し、放射性物質を結合した雲母成分を前記の方法により選択的に回収する方法（特願２０１１−２４９６０５）を出願した。それによれば土壌中の植物石の相当な部分が雲母成分とともに除去されるが、迅速かつ完全とは言えない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の主たる目的は、森林・原野において汚染された膨大な量の植物性堆積物を外部から隔離した状態で放射性物質の漏出を促進するとともに、適切な濾過装置を介して汚染物質をほぼ完全に回収し、その後の除染作業を極めて容易に進めるための迅速かつ安全、また安価な手段を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、水耕地などにおける大量の備蓄水や流水を極めて安価に除染する手段を提供することである。
【００１３】
本明細書及び請求の範囲で使用する「放射性物質」「汚染」等の用語は、壊変して最も一般にはα粒子、β粒子及びγ線としてエネルギーを放出する不安定な核種をもつ同位体形の元素による汚染を意味する。このような放射性物質は主に、核分裂生成物もしくは原子炉の副生物又は核爆弾の未反応物である。代表例としては、Ｃｓ１３７、Ｃｏ６０、Ｋ４０、Ｐｕ２３６、Ｕ２３５5、Ｕ２３８、Ｒｕ１０３、Ｔｅ、Ｓｒ、Ｒｂ、Ｙ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｔｃ、Ｎｐ及びＡｍ等の放射性核種が挙げられる。本発明ではＣｓ１３７について効果を確認した。
【００１４】
本明細書及び請求の範囲で使用する「長期」または「十分な期間」なる用語は、本発明により容器内に蓄積された植物性堆積物が腐葉土化する時期までの期間を意味するが、閉鎖系であるため、後処理が遅延しても構わない。「植物性堆積物」とは一般の草木類の外に稲わらなども含めた総称とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１に係る発明は、汚染された森林・原野の植物性堆積物などを一般廃棄物用の柔軟なプラスチック製袋など十分に強靭で軽量の容器に封入し、必要に応じてその中に、堆積物を分解して腐葉土に変換する細菌群、またはそれを含む家畜糞やその細菌の増殖を促進する栄養培地を同梱することを特徴とする。堆積物の生物学的または化学的分解により、植物体の一部であった植物石およびそれに結合した放射性物質は、溶出したイオンとともに植物体から遊離するが、容器内には留まり、下記の濾過装置の上部に捕捉される。
【００１６】
本発明の請求項２に係る発明は、相当量の雲母砕片を、それが漏れない網目を隔壁として上下から挟み込んだ濾過装置である。装置の上面には１０ｍｍほどの粗い網目とほぼ１ｍｍ以下程度の微細な粒子が透過する２段階以上の網目を配して目詰まりを防止し、そして下面にはほぼ水分のみを透過する隔壁を配して微細粒子の漏出を防ぐ。さらに最下部には濾過装置の枠に気密に合致する蓋を、そして最上部には前記の容器の開口部に適合させるための締め付け用リング、またはテーパ形状を用いた嵌め込みなど、容易に設置できる仕組みを有することを特徴とする。植物性堆積物を腐葉土に変換する細菌群などを封入した上記の容器の開口部に適合させた濾過装置が容器の下方になるように置いて長期間保存する。この間、堆積物は嫌気性条件下で腐葉土と化し、その際に漏出する水分は重力によりその濾過装置を介して排出され、装置の最下部に蓄積される、その際、水中に溶け込んだ遊離セシウム・イオンおよび混入する土壌中の雲母成分や植物石に結合した状態の放射性物質は全て濾過装置内に捕捉されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３に係る発明は、上記の方法で放射性物質を捕捉した濾過装置を外して回収する方法を特徴とする。濾過装置の回収の際には、容器内に残留する植物性堆積物に上部から数回、少量の水分を補充して洗浄すれば、大部分の放射能は流出し、植物石まで含めて濾過装置に捉えられているため、堆積物はそのまま廃棄するか、または腐葉土として本来の目的に利用することも可能となる。吸着層の上部が湿潤状態である限り、蓄積した微粒子や植物石が外れることはないので、容器とともに全体を天地逆転しても構わない。全体が閉鎖系として処理されるため、大部分の放射性物質を外部に逃すことなく、濾過装置あるいはその内容である雲母成分のみを選択的に回収できる。多数の装置で並行処理ができるため作業は迅速であり、最終的に隔離すべき汚染物体の体積、重量ともに著しく減少して、広範囲の土地の除染処理により発生した大量の植物性堆積物の廃棄または貯蔵スペースを大幅に節約できる。また珪酸化合物のみを回収することになり、その後の廃棄処理も単純で遂行が容易となる。
【００１８】
本発明の請求項４に係る発明は、濾過過程で水分の漏出が不十分な場合に、真空掃除機などに連結して減圧を行うことにより、水分の排出速度を上げる器具である。２本のパイプをT字形につなぎ、上方に突出する１本を上記の濾過装置の蓋の代わりに取り付けて吸引する。雲母および植物石などの珪酸成分に吸着される放射性物質の量は極めて少量と考えられる。濾過装置に捕捉された放射能の値が低い場合には同一の濾過装置を繰り返して使用することも可能である。
【００１９】
本発明の請求項５に係る発明は、上記と同様に、雲母砕片を粗目の不織布などで包んで薄いマット状に成型した濾過装置である。枠を有せず、水耕地の水底や水路に敷き詰める形で用いる。前者では遅い水流が下方に向かう。後者では水流に対して垂直方向に設置するのが最適の使用形態である。濾過装置は薄く成型してあるため、いずれの場合にも水流を妨げることはない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、これまで放射性物質汚染に対する除染措置が困難とされていた森林・原野の植物性堆積物や稲わらなどを、より完全に、かつ迅速、安全、安価に除染し、最終的な廃棄物の大幅な減容化、減量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による濾過装置の俯瞰図および断面図。a) 外枠、b)  粗目のふるい、c) 細目のふるい、d) 不織布または濾紙など、水は通すが微粒子は通さない隔壁、e) 内部に詰めたバーミキュライト砕片、f) 濾過装置下部の蓋。その上部を、植物性堆積物を詰めた容器の開口部に嵌め込む。
【図２】本発明による濾過装置の設置法。放射性物質で汚染された植物性堆積物を、腐葉土化を促進する細菌、培地などとともにa) 柔軟なプラスチック製ゴミ袋  などの丈夫な容器に詰め、その開口部に、b）  図１の濾過装置を天地逆向きに設置して、ｃ） 封印する。その後は天地逆にして静置するが、上向きのまま静置しても構わない。
【図３】本発明による濾過装置の使用法。十分な期間が経過した後に、そのまま、あるいは、a）袋が上向きの際には天地逆転させ、  b)  の濾過装置を通して水分を排出する。放射性物質は濾過装置内部に捕捉される。排出される水分量が少ない場合には袋の上部に  d）小さな穴を開け、少量の水分を数度に分けて補充して腐葉土を洗浄する。水分の排出速度が遅い場合には  e) の排出促進器具を装着し、真空掃除機などで陰圧をかけて強制的に水分を排出する。陰圧を保つため、排水口には別の容器を連結する。
【図４】本発明による雲母砕片を含むマットの断面図。a）不織布製の隔壁で包まれたb) 雲母砕片。上下の隔壁の材質は前記の濾過装置に準じる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。粒子径１ｍｍ程度までに細かく砕いたバーミキュライト粒子を上下から隔壁で挟んだ濾過装置を図１に示す。プラスチックや金属などを外枠とする装置（濾紙の使用を想定し、図では円盤状であるが形状は問わない）の上面には１０ｍｍほどの粗い網目とほぼ１ｍｍ程度以下の微細な粒子が透過する２段階の網目を配して目詰まりを防止し、下面にはほぼ水分のみを透過する隔壁を配して植物石などの微粒子の漏出を防ぐ。さらに最下部には濾過装置の枠に合致する蓋を、そして最上部には前記の容器の開口部に容易に適合させるための締め付け用リング、あるいはテーパ形状を用いた嵌め込みなどの仕組みを有する。
【００２３】
放射能で汚染された森林・原野で収集した植物性堆積物や稲わらなどを柔軟なプラスチック袋などの十分に丈夫な材質でできた非透水性の容器に詰め、その開口部を絞って上記の濾過装置を設置し密封する。その際に少量の水と、必要に応じて腐葉土化を促進する細菌類やその培地などを加えてもよい。十分な期間静置して腐葉土化を待つ。
【００２４】
十分に腐葉土化が進んだら、図２のように濾過装置が下向きになる向きに置き、下部の蓋を外して内部の水分を流出させる。この時、イオン化したセシウムおよび植物体から外れた植物石の大部分が濾過装置内に捕捉される。必要に応じて袋の上部にいくつかの小さな穴を開け、水分を補充して洗浄してもよい。
【００２５】
水分の排出が不十分な場合には、濾過装置の下部にT字形につないだパイプを適合させた排出促進器具を用いて図３のように陰圧をかけ、強制的に水分を排出する。
【００２６】
濾過装置中のバーミキュライトや収集された植物石などの微粒子は、放射性廃棄物としてガラス化などの方法により処分する。容器に残留する腐葉土は、放射能の除染状態が十分であればそのまま元来の土壌改良の目的に利用できるが、廃棄しても構わない。
【００２７】
薄いマット状に成型した濾過装置は、水耕地の水底や水路内に設置して上記と同様の目的に用いる。前者では遅い水流が下方に向かう。後者では水流に対して垂直方向に設置するのが最適の使用形態である。いずれの場合も、マットは薄く成型してあるため、水流を妨げることはない。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
バーミキュライト砕片が遊離したセシウム・イオンを強く吸着することは、文献的にもわれわれ自身の実験でも明らかなので、今回は、濾過装置の下部の隔壁として使用する不織布の植物石捕捉性能を検証した。
【００２９】
既成の腐葉土および湖沼の底の土をそれぞれ懸濁した水を濾過装置に使用する不織布に通し、含まれる植物石がどの程度通過するかを検証した結果、顕微鏡的に検出される植物石は全て不織布の上側に残り、全く漏出しないことが証明された。また多量の試料を載せても目詰まりもないので、実用性能は十分であることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
蛭石の焼結により生成するバーミキュライトは、元来、岩石や土壌の粘土質に大量に含まれる「雲母」の一種である。断端で層が開いた構造およびその化学的性質により放射性セシウムを特異的にまた長期間にわたって安定に吸着する。同じく雲母の一種ではあるが有害な石綿が同じ鉱脈に含まないことさえ確認されれば、人畜無害で極めて安全かつ安価な天然の素材であり、後に何らの環境問題も起こさない。福島県はその産生地の１つでもある。本発明においては、原子力発電所の事故により広範囲に汚染され、未だ適切な処理方法が見出されていない大量の植物性堆積物あるいは稲わらなどの大規模処理に適した安価で効果的な濾過装置の内容物として、その材料を用いる。当装置の使用にあたっては全てを閉鎖系で扱うため、水中に遊離したセシウム・イオンのみでなく、植物体から漏出する大量の珪酸化合物を併せて捕捉でき、ほぼ完全な除染が可能となる。装置自体は単純な構造から成るため製造も容易であり、多数の装置を並行して用いて作業を進めることも可能である。また、汚染物を濃縮した濾過装置の内容物はガラスやセメントの原料でもあるので、事後の放射能封じ込め処理にも都合が好い。これらの特長により、原子力発電所の事故の処理に非常に有効に活用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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