(57)【要約】      （修正有）【課題】放射性廃棄物並びに放射性汚染物質を含む除染対象物の、除染により発生する廃液の放射能を低減するためのろ過剤を提供する。【解決手段】（Ａ）放射性の諸要素を捕捉し固定化するための牛骨粉ないしアパタイト系物質からなる主成分３０％と、（Ｂ-ａ)放射性要素を捕捉して固定化する機能を増強するためのシリカを主要成分とする要素群、並びに（Ｂ-ｂ）上記各要素を凝結させて造粒するための水ガラスを含む要素群、を含む補助剤成分７０％と、からなる成分を混練・造粒し、高温度で焼成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）放射性の諸要素を捕捉し固定化するための牛骨粉ないしアパタイト系物質からなる主成分３０％と、
（Ｂ-ａ)放射性要素を捕捉して固定化する機能を増強するためのシリカを主要成分とする要素群、並びに
（Ｂ-ｂ）上記各要素を凝結させて造粒するための水ガラスを含む要素群、を含む補助剤成分７０％と、からなる成分を混練・造粒し、高温度により焼成したことを特徴とする粒状ろ過剤。
【請求項２】
請求項１に記載の粒状ろ過剤において、前記（Ｂ-ａ)の成分である放射性要素を捕捉して固定化作用を増強する成分が、シリカ４０％、ゼオライト１０％、バリウム５％、マグネシウム５％及びアルミナ１０％からなる、ことを特徴とする粒状ろ過剤。
【請求項３】
請求項１ないし２のいずれかに記載の粒状ろ過剤において、前記（Ｂ-ｂ）の成分である造粒機能を発揮する成分が、水ガラス成分３％およびセルロース成分３％からなる、ことを特徴とする粒状ろ過剤。
【請求項４】
（Ａ）放射性要素を捕捉して固定化するための牛骨粉ないしアパタイト系物質からなる主成分３０％と、（Ｂ-ａ)放射性要素を捕捉して固定化する機能を増強する成分として、シリカ４０％、ゼオライト１０％、バリウム５％、マグネシウム５％及びアルミナ１０％と、を有し、さらに（Ｂ-ｂ）造粒機能を発揮し粒状に成形する成分として、水ガラスおよびセルロースをそれぞれ数％含有する、ことを特徴とする粒状ろ過剤。
【請求項５】
（Ａ）放射性要素を捕捉して固定するための牛骨粉ないしアパタイト系物質からなる主成分３０％、（Ｂ-ａ)放射性要素を捕捉して固定する機能を増強する成分として、シリカ４０％、ゼオライト１０％、バリウム５％、マグネシウム５％及びアルミナ１０％とを有し、さらに（Ｂ-ｂ）造粒機能を発揮して固定化するための成分として、水ガラスおよびセルロースのそれぞれ数％と、からなる素材に対して、水を加えて撹拌しながら造粒した後、加熱温度８００℃〜１１００℃で、２〜６時間にわたり焼成処理を行い、粒径が約１ｍｍφ〜５ｍｍφ程度になるように処理する、ことを特徴とする粒状ろ過剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質、特にウラン系放射性物質によって汚染された土壌、焼却灰、塵埃等から放射能を除去するために使用される粒状ろ過剤及びその製造方法に関する。セシウムやストロンチウムのような放射性物質は、周辺に対して電磁波や粒子線の一種である放射線を放出する能力、すなわち放射能を有しており、人体への影響を最小限に低減する必要がある。また、放射能の量を示す単位にはベクレル〔Ｂｑ〕が用いられ、対象資料の単位重量当たりの放射能の量は〔Ｂｑ／ｋｇ〕で示される。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所に代表される各種原子力応用装置、核燃料の分離、濃縮、加工等を行う工場、放射性廃棄物の保管および処理場等では、放射能関連の問題が生じる。すなわち放射性物質の加工・利用・処理等を行う施設や保管施設等並びにその近辺においては、取扱い上の不備、装置・設備類の故障、事故、自然災害等により、高い放射能を放出する放射性物質自体並びに放射性汚染物質の飛散、放出、流出、拡散等の危険に曝されている。放射線は人畜の皮膚、各種臓器、細胞等に対して回復困難なダメージを与え、最悪の場合致命的な影響を被る恐れもある。殊に、人体への被ばくに関し、骨に沈着され易いストロンチウム９０（Ｓｒ−９０）や全身に沈着され易いセシウム１３７（Ｃｓ−１３７）の影響があると指摘されている。放射性物質そのものや放射性廃棄物等の処理にあたっては、処理工程において当該物質の飛散、流失、拡散等を生じないことが要求されることはもとより、集積した放射性物質自体並びに放射能を帯びた物質の最終処理をどのように行うかが極めて重要視される。
【０００３】
放射性物質は焼却しても焼却灰に放射能が残留し、当然に希釈、埋設、海洋投棄等のような一般廃棄物に適用される最終処理手段のみでは解決されない。したがって、残留放射能の問題を容易に解決することは理論的に困難であり、将来にわたり安全性が維持される処理ないし保管手段が強く求められている。特に有効な除染剤および除染方法が希求されており、さらに除染後に分離された放射能を帯びた最終廃棄物並びに廃液等を適切かつ半永久的に封じ込めるような保管管理を継続し、将来にわたり再拡散や不所望な漏えい等が生じる事態は絶対に回避されなければならない。
【０００４】
特許文献１は、放射性廃棄物中に存在する長寿命核種の捕獲並びに固定化に有効であるとされるゼオライト系化合物の製造方法に関する技術思想を開示しているものであり、一般的な放射性物質や放射性廃棄物の除染や廃液等の最終処理に対する直接の関連技術を開示するものではない。特許文献２は、特に原子力関連施設や放射性廃棄物処理の関連施設における放射性廃液の処理方法を開示しているもので、放射性核種を吸着除去する処理方法を開示するものである。特許文献３は、化学除染廃液の処理に際し、除染廃液中のアルミノカルボン酸系のキレート剤であるＥＤＴＡ等を分離し、かつ分解生成物であるアンモニウムイオンを分離・除去して、放射性核種が環境中に移行しないように処理する技術思想を開示するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３０７２８８号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平５−３４４９７号公報
【０００７】
【特許文献３】特開平１０−１４２３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、放射性廃棄物並びに放射性汚染物質を含む塵埃、廃棄物、下水汚泥、その他の除染対象物を、長期にわたり安全性の確保が可能であるように除染を実施した後、放射能を帯びた廃液の放射能を可能な限り低減するために、放射能を帯びた廃液から放射能を除去ないし低減させる際の使用に適する粒状ろ過剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、（Ａ）放射性の諸要素を捕捉し固定化するための牛骨粉ないしアパタイト系物質からなる主成分３０％と、（Ｂ-ａ)放射性要素を捕捉して固定化する機能を増強するためのシリカを主要成分とする要素群、並びに（Ｂ-ｂ）上記各要素を凝結させて造粒するための水ガラスを含む要素群、を含む補助剤成分７０％と、からなる成分を混練・造粒し、高温度により焼成した粒状ろ過剤であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粒状ろ過剤において、前記（Ｂ-ａ)の成分である放射性要素を捕捉して固定化作用を増強する成分が、シリカ４０％程度、ゼオライト１０％程度、バリウム５％程度、マグネシウム５％程度及びアルミナ１０％程度からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１ないし２のいずれかに記載の粒状ろ過剤において、前記（Ｂ-ｂ）の成分である造粒機能を発揮する成分が、水ガラス成分１〜５％、好ましくは２〜４％、およびセルロース成分１〜５％、好ましくは２〜４％からなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、（Ａ）放射性要素を捕捉して固定化するための牛骨粉ないしアパタイト系物質からなる主成分３０％と、（Ｂ-ａ)放射性要素を捕捉して固定化する機能を増強する成分として、シリカ４０％、ゼオライト１０％、バリウム５％、マグネシウム５％及びアルミナ１０％と、を有し、さらに（Ｂ-ｂ）造粒機能を発揮し粒状に成形する成分として、水ガラスおよびセルロースをそれぞれ数％含有することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、（Ａ）放射性要素を捕捉して固定するための牛骨粉ないしアパタイト系物質からなる主成分３０％、（Ｂ-ａ)放射性要素を捕捉して固定する機能を増強する成分として、シリカ４０％、ゼオライト１０％、バリウム５％、マグネシウム５％及びアルミナ１０％とを有し、さらに（Ｂ-ｂ）造粒機能を発揮して固定化するための成分として、水ガラスおよびセルロースのそれぞれ数％と、からなる素材に対して、水を加えて撹拌しながら造粒した後、加熱温度８００℃〜１１００℃で、２〜６時間にわたり焼成処理を行い、粒径が約１ｍｍφ〜５ｍｍφ程度になるように処理する粒状ろ過剤の製造方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る製造方法によって得られる粒状ろ過剤によれば、放射性物質の除染作業や放射能を有する諸物質の洗浄処理等によって発生する放射性物質を含む廃液から、セシウム１３７（Ｃｓ−１３７）やストロンチウム９０（Ｓｒ−９０）等に代表される放射性物質を少なくとも人畜に悪影響を及ぼさない程度まで多孔質剤に吸着させて低減することができる。例えば、放射能によって汚染された各種有機体を一次処理において焼却し、放射能を帯びている焼却灰を除染剤液に浸漬して溶解させる。次いで、このような混合液状体を、牛骨粉ないしアパタイト成分を主体とするろ過剤層を通過させながら放射性物質を吸着させることにより、廃液中に残留する放射能を人畜にとって支障のないレベルまで低減させることができる。濾過剤による濾過処理された後の水には放射性物質、塩分及び重金属は殆ど残留していない。
【００１５】
このような放射能低減処理が行われた後の液状体は、放射能が十分に低減されており、一般廃棄物類に対する廃棄物処理法が実施可能なレベルまで低減されている。なお、放射能成分を吸着した牛骨粉ないしアパタイト成分に関しては、特有の固定化剤、例えば水ガラスを使用して固定化させることにより再分離、飛散、溶解等による放射能の拡散を確実に防止するために固定化処理が施される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る粒状ろ過剤の組成及び製造工程の例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る粒状ろ過剤による廃水処理への使用例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図を参照しつつ本発明に係る粒状ろ過剤の構成、使用例並びに効果について説明する。図１は本発明に係る粒状ろ過剤（以下、単に「ろ過剤」ともいう）の組成及び製造工程の一実施例を示す説明図である。
【００１８】
本発明に係るろ過剤の構成素材は図１の素材群１に示すように以下のようになる。
（Ａ）．主成分；(ａ)牛骨粉ないし火山噴出物由来のアパタイト  →  約３０％
（Ｂ−ａ）．補助剤成分；（ｂ）シリカ、（ｃ）ゼオライト、（ｄ）バリウム、
（ｅ）マグネシウム、（ｆ）アルミナ、の合計   →  約７０％
（Ｂ−ｂ）．補助剤成分（造粒剤）；(ｇ）水ガラス、（ｈ）セルロース  →   適量
これら（Ａ）、（Ｂ−ａ）および（Ｂ−ｂ）の構成素材が基本となる。
【００１９】
主成分となる牛骨粉ないしアパタイト系物質（Ａ）は放射性要素を捕捉して固定する機能を有し、補助剤成分（Ｂ−ａ）は放射性要素を捕捉して固定化する機能を増強する機能を有する。補助剤成分（Ｂ−ｂ）は造粒機能を発揮して固定化する機能を有する。そして、補助剤成分（Ｂ−ａ）が、シリカ４０％前後、ゼオライト１０％前後、バリウム５％前後、マグネシウム５％前後、アルミナ１０％前後の含有成分比であることが捕捉・固定化機能の増強にとって好ましい。また、補助剤成分（Ｂ−ｂ）の水ガラス成分は約３％程度、セルロース成分は約３％程度の含有成分比が造粒機能にとって好ましい。
【００２０】
ここで、本発明で用いるアパタイトは、焼成動物骨粉であり、動物生骨、例えば牛骨を煮沸し、９００℃〜１１００℃前後の高温で焼成し、破砕することにより得ることができる。本発明で用いる動物骨粉は、従来屠殺場等でほとんど廃棄されており、通常は厄介視されている骨、特に牛、馬、羊等の硬骨を主体とする動物の骨であり、ここでは生骨を次のように処理して得たものを使用した。生骨を焼成しやすい大きさに切断し、煮沸し、９００℃〜１１００℃前後で焼成する。骨に骨成分以外のゼラチン、脂肪、淡白質、にかわ等の有機物が残存すると酸化腐敗の原因となるので、これらを確実に除去する必要がある。上記煮沸工程によって、骨の外側のみならず気孔内に付着している有機物が骨から大方分離除去される。その上で上記焼成工程を行うことによって、残存する有機物を完全に除去することができ、同時に骨中の湿度 (水分) を数％以下、好ましくはほぼ０％にまで低下させた焼成動物骨粉を得る、これがいわゆるアパタイトとなる。上記焼成条件によれば、骨は完全に白骨化して無数の気孔を有する原形組織状態を維持する。焼成冷却後、この骨を破砕して骨粉とする。このようにして得られた骨粉は、生骨の場合、原料の生骨に比して重量比約４０％の収量が得られる。粒子は、カルシウム（約３３重量％）を主成分とし、リン（約１６．７重量％) 、バリウム (約１．０３重量％) 、ナトリウム (約０．７６重量％) 、イオウ (約０．６４重量％) 、他にマグネシウム、カリウム、塩素、アミン、鉄等からなっており、粒子の内外にわたって無数微小気孔が連通存在しており、アルカリ性であって、イオン交換作用を発揮する。なお、本発明においては上記アパタイトにシリカ、ゼオライト、火山噴出物の粉状体を混合したものを使用することができ、また火山噴出物由来のアパタイトを使用することもできる。
【００２１】
次に、図１を参照して本発明に係るろ過剤の製造工程の概要について説明する。上述の素材群１に対し、図１のブロック２において、適量の水３を加えて十分に撹拌混合し、次いでブロック４において概略球状体となるように適宜造粒装置で造粒する。
【００２２】
このようにして得られた概略球状体を、その後温度範囲８００〜１，１００℃程度の高温で２〜６時間にわたって加熱焼成５を行い、直径１〜５ｍｍφ程度の多孔質ペレット（粒状ろ過剤）６を製造する。このような処理工程の焼成温度および処理時間は、処理量や周囲温度等に応じて適宜調節されるべきである。
【００２３】
図２は、放射能汚染水タンク１０に投入された放射能汚染物質を含む未処理廃液１１から放射能を除去するための装置のモデル図であり、ポンプ１２を介して放射能除去槽２０側に順次移送される。放射能除去槽２０の底部側には多孔質ペレットの通過を防ぐためにフィルタ２２が取り付けられており、このフィルタ２２の上面には図１のブロック１に示した素材群により製造された多孔質ペレット（粒状ろ過剤）６が適宜厚さで敷き詰められている。放射能除去槽２０の上方には放射能汚染水を放散するための散水ノズル群２３が取り付けられており、放射能汚染水を多孔質ペレット６の積層部上方から散水する。散水された放射能汚染水に含まれている放射性物質を含む成分は多孔質ペレットによって捕捉され、放射能が十分に低減された処理済み液がフィルタ２２を経て下方に滴下する。滴下した処理済み廃水は、吐出口２４からピット２５を経て図示していない沈澱槽へ放出される。
【００２４】
上記したろ過装置にはろ過処理したろ過剤を洗浄するろ過剤洗浄装置を付随して配設することができ、ろ過処理を終了する度に次の効率のよいろ過処理を実行するためにろ過処理済みのろ過剤を洗浄する。この処理により水分中に残留する放射線量等が人畜にとって支障のないレベルまで低減される。このようなろ過処理が行われた後の水は一般廃棄物類に対する廃棄物処理法が実施可能なレベルまで低減されている。また、このようなろ過処理による処理水の放射線量、塩分濃度及び重金属含有量が一定基準に達していないときはろ過処理を繰り返し実行するように構成できる。ろ過処理水は一般廃棄物類に対する廃棄物処理法が実施可能なレベルまで低減されているので、河川や海洋に放流することもできる。
【００２５】
なお、図２では汚染水タンク１０と放射能除去槽２０とを同一床面に配置しているため、ポンプ１２により汚染水を移送し、吐出口２４から排出する構成を開示しているが、汚染水タンク１０を高所に配置することによって、ポンプ１２を省略し、図示していないバルブの開閉により流量制御を行いながら自然流下させる構成としてもよい。また、図２では１枚のフィルタ２２の上面に多孔質ペレット６が適宜厚さで敷き詰められる構成を開示しているが、フィルタを数枚積層してそれぞれのフィルタの上に多孔質ペレットを敷き詰めるように構成することもできる。
【実施例１】
【００２６】
関東地方の某自治体の下水処理施設における汚泥焼却灰を、特願２０１３−２７８６３において開示した除染剤（吸着剤）及び粉末状凝集剤を添加して除染処理した混合物から分離した水分に対して、本発明に係るろ過剤を使用してろ過処理試験を行った結果は下記の通りであった。「ゲルマニウム半導体検出器によるガンマ線スペクトロメトリー（文部科学省平成４年）」による試験方法で、ＧＣ２０２０（ＣＡＮＢＥＲＲＡ）を検査装置として使用して平成２４年１月３１日に実施した。
試験項目                試験結果
セシウム（Ｃｓ−１３４）      不検出  （Ｂｑ／リットル）
セシウム（Ｃｓ−１３７）      不検出  （Ｂｑ／リットル）
注；不検出とは、検出値が「１０（Ｂｑ／リットル）未満をいう。
この結果から明らかなように、本発明に係るろ過剤を使用した放射性物質除去の効果は極めて顕著であることが確認できた。
【００２７】
本発明に係るろ過剤は、比較的入手容易でかつ廉価な素材を組み合わせることにより、多孔質粒状体として製造可能である例を開示している。放射性廃棄物中の放射能成分を多孔質粒状体内に吸収させて捕捉し、この結果として放射能を帯びた廃液中の放射性成分を分離除去することにより、廃液の排出が可能となる。なお、当初の廃液中の放射能が特に強い場合は、所望の放射線レベル以下に達するまで処理段数を増加させるか、または処理を複数回実施する、等の対応が必要になる。処理後の多孔質粒状体は放射性物質を吸収しているため、水ガラスと称される珪酸ソーダまたは珪酸ナトリウム等を用いることにより包囲固定化し、密閉容器に収納するなどの厳重な保管が必須となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る粒状ろ過剤によれば、放射能を帯びた廃液中に含まれる放射性物質等はろ過剤に吸着捕捉され放射能を除去ないし低減させることができる。したがって、ろ過処理された水は一般廃棄物類に対する廃棄物処理法が実施可能なレベルまで低減されているので河川や海洋に放流することができ、放射能対策の有効な処理手段として貢献できる。
【符号の説明】
【００２９】
１    ろ過剤構成素材の素材群
２    撹拌混合工程
３    水
４    造粒（ペレット化）工程
５    加熱焼成工程
６    多孔質ペレット（粒状ろ過剤）
１０    汚染水タンク廃液タンク
１１    未処理廃液
１２    廃液移送ポンプ
２０    放射能除去槽
２１    ろ過処理中の廃液
２２    フィルタ
２３    散水ノズル群
２４    処理済み液放出口
２５    ピット（処理済み液流路）
【図１】
2016014619.tif 000003
【図２】
2016014619.tif 000004