(57)【要約】      （修正有）【課題】核燃料の溶融によって原子炉建屋から周辺環境に放出された放射性物質によって汚染された土壌を、同族金属塩を用いる化学的処理によって母岩変性物と放射性物質とに分離する装置を提供する。【解決手段】放射性物質によって汚染された土壌を同族金属イオン４を含む反応分離槽に入れ、水とともに混和すると腐植など有機物１と放射性金属イオン３の間にあるイオン結合が切れ、同族の非放射性金属イオンに置換される。有機物から分離して水溶液中に浮遊する放射性微粒子を、下部にドレーンバルブをもつ回転式の洗浄回収槽に導く。汚染水の流出後に槽の上部から洗浄用の水を注入して過剰な塩類を流出させ、土壌の放射能および塩類濃度が十分に低下したことを確認後に、洗浄回収槽を回転させて内部の土壌を外部の元環境へ戻す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質によって汚染された土壌を高濃度の同族金属イオンを含む塩類水溶液と混和し、腐植と放射性物質の化学的結合力を低下させて放射性物質を分離するシステム。
【請求項２】
分離した放射性物質と汚染水を重力によって分離し、さらに塩類濃度を低下させるために洗浄を行うドレーンバルブ付きの回転式洗浄回収装置と風乾法による汚染水の減溶装置。
【請求項３】
汚染水を処理するための低温灰化炉ならびに有機物を吸着材として用いた分離濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射性物質によって汚染された土壌とくに腐植など有機物を含む母岩変性物の除染に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の事故によって放出された放射性物質が地表に拡散すると、放射性の汚染土壌が発生する。汚染土壌を処理して放射性物質を分離回収する必要が生じるが、現在まで実用化された技術システムは存在しない。たとえば特許文献１では高温高圧の水蒸気を土壌中に吹き込んで、拡散してくる水蒸気中の物質を回収するが、土壌中で有機物と化学的に結合した放射性物質を分離することはできない。また特許文献２ではバクテリアの分解作用によって放射性物質を分離できると主張するが、放射性物質を分離あるいは分解するバクテリアは知られていない。
【０００３】
なぜなら主として金属元素から成る放射性物質は、土壌中に含まれる有機物とくに腐植と放射性物質は化学的に結合し、通常の界面活性剤あるいは水蒸気などで相互の結合を切ることができないからである。また土壌は極めて多彩多様な物質から構成されており、画一的な化学処理の対象となり難い。たとえば酸アルカリなどによる処理を施しても、大量の有機物が存在する限り放射性物質（イオン、金属錯体および微粒子を含む）を分離することは困難である。それゆえ汚染土壌から放射性物質を除去するシステムあるいは装置は考案されていないと結論できる。また広大な面積に散布された放射性物質を含む膨大な表土を処理するのに適した、簡便にして安価な除染システムの開発は求められてこなかった。
【０００４】
現実にチェルノブイリ原発の周辺でも除染は進んでおらず、ほぼ放置されたままとなっている。わずかに植物たとえばヒマワリなどを用いた放射性物質の除去が行われているが、その効果は乏しく放射性物質の地中沈下現象が観察されている。福島第一原発事故による汚染は現在まで地表近くに留まっており、表面から５ないし１０センチ程度までの土壌を除去すれば、放射性物質の大半が除去可能な段階にある。しかし放射性物質を含む表土を回収したとしても、莫大な量を保管あるいは最終処分する場所もなければ処理あるいは処分法も案出されていない。このままでは除かれた表土が各地に山積みとなり、空間線量が減少しないばかりか地下水汚染を惹き起こして、放射性物質の二次的拡散が進行してしまう。したがって早期に汚染土壌の除染が必要となるが、土壌に対する無知もあって有効な解決策が示されていない。ただし低温灰化とカチオン界面活性剤による処理システムの特許を出願中であり、一定の効果は確認されている。ただし腐食など有機物を先に除去する必要があり、農地などの土壌処理には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４ー２４３１９５
【特許文献２】特開２００７ー３０６８０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
原子炉から周辺環境へ放出されて土壌中に拡散した放射性物質を分離回収して土壌を除染する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、土壌を同族の金属イオンを含む塩類水溶液に浸漬し、放射性金属イオンと有機物の科学的結合を切って微粒子を分離回収するシステム。
【発明の効果】
【０００８】
図１に示すように土壌は母岩変性物と主として腐植と呼ばれる有機物から構成される。母岩変性物は母岩が風化や植物による浸食を受けて粒子化したもので、イオン化し易い放射性物質に対して特異的な吸着能をもっていない。ところが母岩変性物と結合あるいは取り巻く有機物（とくに腐植）は、強い陽イオン（カチオン）吸着力を有しており、母岩変性物と放射性物質（プラス電荷の金属イオン）の間に化学的な架橋を形成してしまう。したがって腐植などの有機物を土壌中から除去することによって、母岩変性物と放射性物質の結合を弱めることは可能だが、腐植を失った土壌（母岩変性物のみ）は植物の繁茂を許さず、農地への再利用（還元）は極めて困難となる。
【０００９】
土壌中の腐植量を減らさず物理化学的に変化させずに放射性物質を分離するには、図２に示すように放射性物質と同族の金属イオンを高濃度で作用させて腐食と放射性物質間の化学的架橋（イオン結合）が切る。すると同族の金属イオンと置き換わる形で放射性金属元素がイオンとして水溶液中に分離してくる。分離してきた放射性微粒子を汚染水として回収すれば、腐植を含んだまま不溶性の土壌が容易に分離回収できる。たとえば２価金属元素であるストロンチウムの場合にはマグネシウムあるいはカルシウムを用い、１価金属元素であるセシウムに対してはナトリウムないしカリウム塩が有効である。
【００１０】
具体的には図３に示すように、反応分離槽で同族の金属イオンを含む塩類と土壌を混和して放射性物質を分離した上で、下部に支持体を備えた回収槽に投入する。回収層の下部には汚染水を流出させるドレーンバルブを設置し、分離した放射性物質を汚染水タンクに流出させる。汚染水の流出を待って洗浄水を上部から注ぎ、再びドレーンバルブから汚染水タンクへ流出させる。洗浄過程を繰り返すことで土壌中に含まれていた放射性物質を十分に除去し、流出してきた汚染水の放射能が低下した時点で処理を終える。処理に用いる同族金属イオンを含む塩類は一般的な肥料として用いられているもので、農作物などに対して甚大な被害を与えるものではないが、過剰の塩類は塩害を惹き起こすため分離後の洗浄過程を必要とする。
【００１１】
図４に示すように回収槽を支持軸によって回転させ、処理済み（洗浄後）の土壌をシステム外部の堆積場に戻す。塩類濃度が一定値以下であれば、処理済みの土壌を直ちに農地へ還元するが、塩害が懸念される場合には一定期間の露天堆積が必要となる。一方で図５に示したように、タンク内に回収した汚染水は風乾法によって水分を減少させる。また図６に示すように残余の放射性物質を含む濃縮された汚染水は、腐植および活性炭を用いた分離濃縮システムによって再び濃縮し、最終的には低温灰化法を用いて放射性物質のみを回収する。
【００１２】
本除染システムの中核部分は軽量かつコンパクトであり、図４に示したようにトラックの荷台上に設置可能である。このため大量の土壌を運搬することなく現地での処理が可能となるが、これに図７に示すような低温灰化炉と有機物を吸着材とする処理システムを付加することができる。低温灰化炉と有機物吸着システム並びに汚染水タンクを大型トレーラー上に設置した処理システムを併用すれば、汚染土壌の存在する非農耕地（居住地）ならびに農耕地の除染が土壌の運搬を行わずに達成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は腐植と放射性物質の吸着様式を示す説明図である。
【図２】図２は同族金属イオンによる化学的処理の説明図である。
【図３】図３は反応分離槽と回収洗浄槽の断面図である。
【図４】図４は回収洗浄槽の回転を示す断面図である。
【図５】図５は風乾法による汚染水の減容を示す断面図である。
【図６】図６は有機物を吸着材とする汚染水の処理槽断面図である。
【図７】図７は車載可能な土壌除染システムの側面図である。
【図８】図８は統合型の除染処理施設のシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
図４に車載型の土壌除染システムを示したが、たとえばコンクリートミキサーなどを反応分離槽として用いれば、本発明の中核部分は回転式の洗浄回収槽のみとなり、小型トラックの荷台に設置することも難しくない。ただし処理にともなって発生する汚染水タンクを別に設ける必要が生じ、既存のタンクローリーの転用なども考慮されるべきであるが、図７に示した低温灰化炉と有機物吸着処理システムに汚染水タンクを組み合わせた統合型処理システムと同時に運用することが可能である。この場合には風乾法による汚染水の減溶を同時に実施できるため、最終的に運搬しなければならない汚染水量が著しく減じる。
【実施例２】
【００１５】
各自治体には下水道の浄化施設が存在することから、自治体内の土壌処理を分担する除染ステーションの建設が可能であるし、より高濃度に汚染された地域に大規模な処理システムを建設することもできる。自治体単位や中央化した大規模処理施設の場合は、図７および図８に示すような汚染水を処理する風乾法および低温灰化炉や有機物吸着による濃縮施設を併合し、一貫した除染システムとすることが望ましい。ただし高濃度の汚染水を処理する最終施設は、別に設置されるべきものである。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は福島第一原発のように緊急性を有する国家的および産業上の高い必要性に対するものであり、大型の処理施設については多数が建設されるとは考え難い。とくに汚染度の高い汚染土壌の処理施設は極めて限定された数となる。すなわち産業利用上の応用範囲は狭いが、緊急性および必要性が極めて高い設備であり、また他地域で原発の溶融などが発生した場合にも同様の施設が要求される。より小型で固定式の除染設備は、北海道を除く東日本一帯の自治体単位で必要とされるもので、広範囲にわたって多数が必要とされる。さらに車載型すなわち運搬可能な小型システムは大小の固定型よりも多く必要と考えられ、より広範囲に継続的な使用が見込まれる。
【符号の説明】
【００１７】
１  腐植あるいは有機物
２  カチオン吸着部位
３  放射性金属イオン
４  同族金属イオン
５  反応分離槽
６  回収洗浄槽
７  回転軸
８  ドレインバルブ
９  支持体
１０  移動式架台
１１  汚染水タンク
１２  風乾式減容タンク
１３  コンプレッサー
１４  ヒーター
１５  送風管
１６  低温灰化炉
１７  有機物吸着材を用いた分離回収装置
１８  リッター、腐植、活性炭
１９  高周波を用いた低温灰化炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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