(57)【要約】      （修正有）【課題】環境水域内において吸着物質の吸着率の高い土壌粒子の分離度を高め、分離した土壌粒子を環境水域内から回収することにより、排出土の量を減容し、目的の土壌粒子吸着物質を優れた効率で回収する方法及びシステムを提供する。【解決手段】環境水域中の特定領域Ａの底部１を底部撹拌装置４で撹拌して該底部１の土壌粒子を含む濁水を生成し、該濁水を水深方向に対して横方向に流れる水流に乗せて所定距離間流し、その間に、該濁水中の土壌粒子を、沈降速度に応じて小粒子とそれより大粒子に分別沈降させ、これにより小粒子とそれより大粒子とを移動距離に基づき分級する。【選択図】図１
2016032778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境水域底部から土壌粒子吸着物質を回収する方法であって、
該環境水域中の特定領域の底部を撹拌して該底部の土壌粒子を含む濁水を生成し、該濁水を水深方向に対して横方向に流れる水流に乗せて所定距離間流し、その間に、該濁水中の土壌粒子を、沈降速度に応じて小粒子とそれより大粒子に分別沈降させ、これにより小粒子とそれより大粒子とを移動距離に基づき分級することを含む、方法。
【請求項２】
前記横方向に流れる水流を一方向に形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記環境水域が限定水域である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記限定水域を、シルトフェンスを用いて形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
高圧洗浄機を用いて前記水域底部に水を噴射し、これにより前記水域底部の撹拌を行うと同時に前記水流を形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記水流を、前記の濁水を生成する領域Ａと前記の濁水を回収する領域Ｂとを結ぶ延長上の、領域Ｂを挟んで領域Ａとは反対側の領域から水をくみ上げ、くみ上げた水を、前記延長上の、領域Ａを挟んで領域Ｂとは反対側の領域に放出することにより形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
高圧洗浄機を用いて前記水域底部に水を噴射し、これにより前記水域底部の撹拌を行うと同時に前記水流を形成し、さらに、前記の濁水を生成する領域Ａと前記の濁水を回収する領域Ｂとを結ぶ延長上の、領域Ｂを挟んで領域Ａとは反対側の領域から水をくみ上げ、くみ上げた水を、前記延長上の、領域Ａを挟んで領域Ｂとは反対側の領域に放出することによっても前記水流を形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記水流を形成するための水のくみ上げに、羽根車を有するポンプを用いる、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記環境水域の水深が１０ｃｍ以上２ｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
回収される濁水の含泥率を１質量％以上とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
回収される濁水中の土壌粒子の沈降速度が２００ｃｍ／ｍｉｎ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記土壌粒子吸着物質が汚染物質である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
環境水域底部から土壌粒子吸着物質を回収するシステムであって、
該環境水域中の特定領域の底部を撹拌して該底部の土壌粒子を含む濁水を生成する手段と、該濁水を水深方向に対して横方向に流す水流を発生する手段と、該水流中で大きさに応じて移動距離間で分別沈降した該濁水中の土壌粒子を回収する手段とを含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境水域の底部に存在する土壌粒子吸着物質を効率的に回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の事故などにより環境中に放出された放射性セシウムは、様々なところに局所的に蓄積、残留し、また濃縮等もし、その対策、解決が切望されている。特に、放射性セシウムは土壌中の粘土鉱物などに強く吸着することが知られている。そのため、河川などの水系に入った放射性セシウムは、表層でなく、川底など、底部もしくはその上部近傍（以下、単に底部という）の土壌を構成する無機または有機の粒子（以下、単に土壌粒子ということがある）に吸着される。また、放射性セシウムが吸着した土壌粒子の一部は浮遊懸濁物となるが、水系の流れが滞留する場所で底部に沈降し、蓄積される。そのため、湖沼、ため池などの環境水域の底質等では、放射性セシウムの濃度が特に高くなることが知られており、その除去が特に重い課題となっている。
また、土壌粒子に吸着するのは放射性セシウムに限らない。重金属類、揮発性有機化合物（VOC）、農薬を含む薬品等の汚染物質や、これと対照的に鉄、アルミニウム、銅、貴金属、レアアース等の有価物質が水域底部の土壌粒子に吸着されることが知られており、これらの土壌粒子吸着物質を効率的に回収することが環境保全、希少金属資源のリサイクル等の観点から求められている。
【０００３】
水系の底部に存在する土壌粒子吸着物質を回収するには、浚渫を行って蓄積した底質等を回収して行うのが直接的で効果的である。しかしながら、水域底部の土壌粒子吸着物質の分布は必ずしも表層に集中しているわけではなく、例えば汚染物質の場合、汚染深度（汚染土層厚）が３０〜４０ｃｍに至る場合もある。このような際に、浚渫によりすべての底部を回収すると、大量の排出土が発生し、処理量、装置が大掛かりになるという問題が避けられない。
【０００４】
この問題のひとつの解決法として、浚渫土の土壌粒子を分級し、小粒径の土壌粒子を選択的に回収する方法がある。土壌粒子１つ当たりの吸着物質の吸着率は、通常は土壌粒子の表面積に比例して増加する。小粒径の土壌粒子は比表面積が大きいために、吸着物質の吸着率が高い。したがって、粒径の小さな土壌粒子を選択的に除去することで、排出土を減らしつつ、目的の土壌粒子吸着物質を効率的に回収することが可能となる。
この、土壌粒子を分級する方法として、例えば特許文献１には、放射性セシウムで汚染された汚染土のスラリーを摩砕機にかけて摩砕土のスラリーを得、この摩砕土のスラリーを液体サイクロンに連続的に供給することにより、放射性セシウムが濃縮された微粒子状の汚染土のスラリーを分離する方法がある。この方法では、微粒子状の汚染土のスラリーをオーバーフローさせ、同時に前記微粒子より粒径の大きい粒子状の除染土のスラリーをアンダーフローさせて、土壌粒子を分級している。
また、特許文献２には、汚染土壌を湿式ふるいにより分級処理して礫・粗砂を分離、除去してスラリー状の土砂とすること、このスラリー状の土砂に特定の処理を施した後、ハイドロサイクロン処理により砂・細砂と、汚染物質を高濃度に含む細粒子とに分級処理すること等が記載されている。
【０００５】
水域底部は通常、０．７４μｍ以下のいわゆるシルト・粘土の比率が高い。この場合、土壌粒子吸着物質を効率的に回収するために適した分級点は５〜５０μｍ程度となる。しかし、湿式ふるいではこのような分級点の設定は通常は困難である。一方、湿式サイクロンを用いれば５〜５０μｍ程度の分級点の設定は原理的には可能である。しかし、一度に処理できる流量が少なく、実用性に課題が生じる可能性が高い。
また、上記特許文献１及び２に記載された方法を、汚染物質を含む水域底部の土壌粒子の回収に適用する場合、浚渫土を環境水域の中から取り出し、陸上で土壌粒子を分級することになる。この場合、分級により分離された汚染の少ない土壌粒子（粒径の大きな土壌粒子）の取り扱いが問題となる。すなわち、粒径の大きな土壌粒子にも汚染物質が一定程度付着しているため、粒径の大きな土壌粒子を環境水域に戻す、という選択肢を採用し難いことがある。特に汚染物質が放射性物質の場合には、環境水域から取り出した土壌を再度環境水域に戻すことに対する抵抗が強い。
【０００６】
これらの問題を解決する方法として、環境水域内（水系中）で土壌粒子の縦方向の沈降速度の違いを利用して分級を行い、目的の小粒径の土壌粒子を選択的に陸上に移送する、という方法も知られている。例えば特許文献３には、汚染された閉鎖水域において、底質にエアーを取り込んだジェット水を吹き付ける等して底質を攪乱し、エアーにより底部から上方に向けて形成された水流（上方流）の中で、粒径の大きさによる沈降速度の差を利用した分級を行い、分級された細粒分をポンプで吸い上げ、水上でろ過する等して汚染物質を除去する方法が提示されている。上方流の中でも粒径の大きな粒子は沈降速度が速く水域底部に沈降する。よって、理論的には、上方流の流速を制御することで、沈降速度の違いを利用して分級点を自由に設定することが可能とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−０６４６９０号公報
【特許文献２】特開２００６−１１６３９７号公報
【特許文献３】特開２０１１−５２４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献３に記載の上方流を利用した分級方法は、粒度に対する沈降速度の変化が小さい。そのため、目的の土壌粒子吸着物質の吸着率の高い小粒径の土壌粒子を、上方流を利用して高精度に分級するのは、実際には非常に難しい。さらに、特許文献３に記載の方法では、回収される濁水の含泥率（小粒径の土壌粒子を含む濁水の含泥率）を上げることも難しい。すなわち、目的の小粒径の土壌粒子をポンプで吸い上げる際に、同時に大量の水も吸い上げることになる。
【０００９】
本発明は、環境水域の底部に存在する土壌粒子を回収することにより、当該環境水域底部から目的の土壌粒子吸着物質を回収する方法であって、沈降速度の違いを利用して、環境水域内において吸着物質の吸着率の高い土壌粒子の分離度を高め、分離した土壌粒子を環境水域内から回収することにより、排出土の量を減容し、目的の土壌粒子吸着物質を優れた効率で回収する方法及びシステム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】
【００１０】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、環境水域中の、目的の土壌粒子吸着物質が存在する特定領域の底部を撹拌して濁水を生成し、この濁水を、水深方向に対して横方向に形成した水流に乗せ移動させ、その移動間に、該濁水中の粒径の異なる土壌粒子を、流水条件中での沈降速度の相違を利用して、所定の移動距離間で分別沈降させ、目的の粒径の粒子を選択的に分離、回収することができることを見出した。
本発明はこれらの知見に基づいて完成に至ったものである。
【００１１】
本発明の要旨は下記の通りである。
〔１〕
環境水域底部から土壌粒子吸着物質を回収する方法であって、
該環境水域中の特定領域の底部を撹拌して該底部の土壌粒子を含む濁水を生成し、該濁水を水深方向に対して横方向に流れる水流に乗せて所定距離間流し、その間に、該濁水中の土壌粒子を、沈降速度に応じて小粒子とそれより大粒子に分別沈降させ、これにより小粒子とそれより大粒子とを移動距離に基づき分級することを含む、方法。
〔２〕
前記横方向に流れる水流を一方向に形成する、〔１〕に記載の方法。
〔３〕
前記環境水域が限定水域である、〔１〕又は〔２〕に記載の方法。
〔４〕
前記限定水域を、シルトフェンスを用いて形成する、〔３〕に記載の方法。
〔５〕
高圧洗浄機を用いて前記水域底部に水を噴射し、これにより前記水域底部の撹拌を行うと同時に前記水流を形成する、〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の方法。
〔６〕
前記水流を、前記の濁水を生成する領域Ａと前記の濁水を回収する領域Ｂとを結ぶ延長上の、領域Ｂを挟んで領域Ａとは反対側の領域から水をくみ上げ、くみ上げた水を、前記延長上の、領域Ａを挟んで領域Ｂとは反対側の領域に放出することにより形成する、〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の方法。
〔７〕
高圧洗浄機を用いて前記水域底部に水を噴射し、これにより前記水域底部の撹拌を行うと同時に前記水流を形成し、さらに、前記の濁水を生成する領域Ａと前記の濁水を回収する領域Ｂとを結ぶ延長上の、領域Ｂを挟んで領域Ａとは反対側の領域から水をくみ上げ、くみ上げた水を、前記延長上の、領域Ａを挟んで領域Ｂとは反対側の領域に放出することによっても前記水流を形成する、〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の方法。
〔８〕
前記水流を形成するための水のくみ上げに、羽根車を有するポンプを用いる、〔６〕又は〔７〕に記載の方法。
〔９〕
前記環境水域の水深が１０ｃｍ以上２ｍ以下である、〔１〕〜〔８〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１０〕
回収される濁水の含泥率を１質量％以上とする、〔１〕〜〔９〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１１〕
回収される濁水中の土壌粒子の沈降速度が２００ｃｍ／ｍｉｎ以下である、〔１〕〜〔１０〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１２〕
前記土壌粒子吸着物質が汚染物質である、〔１〕〜〔１１〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１３〕
環境水域底部から土壌粒子吸着物質を回収するシステムであって、
該環境水域中の特定領域の底部を撹拌して該底部の土壌粒子を含む濁水を生成する手段と、該濁水を水深方向に対して横方向に流す水流を発生する手段と、該水流中で大きさに応じて移動距離間で分別沈降した該濁水中の土壌粒子を回収する手段とを含む、システム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法及びシステムによれば、粒径が数μｍ〜数十μｍの土壌粒子であっても当該粒径以上の土壌粒子からより確実に精度良く分離し、選択的に回収することができる。したがって、より少ない土壌粒子の回収量で、より多くの土壌粒子吸着物質を回収することができる。しかも、本発明の方法及びシステムによれば、水深方向に対し横方向の水流中で分別沈降を行うので、水深の浅い水域においても土壌粒子を高い精度でより確実に分級し、目的の土壌粒子吸着物質を優れた効率で回収することができる。
また、本発明の方法及びシステムでは、環境水域底部の撹拌により生成した濁水中の土壌粒子を、当該環境水域内においてその場で分級できる。それゆえ目的の土壌粒子吸着物質の吸着率が少ない土壌粒子を陸上に上げる必要がなく、もちろんその保管場所の問題も生じない。またさらには汚染物質を含む土壌粒子を環境水域に戻す、という作業も必要ない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の方法及びシステムの一実施形態を示す概略説明図である。図１中の矢印ｑは各装置内の水流の向きを、矢印ｒは環境水域内の水流の向きを示す。
【図２】ストークス則によって計算される沈降速度と粒径の関係の一例を示すグラフである。
【図３】着底所要時間の粒径依存性の一例を示すグラフである。
【図４】着底距離の粒径依存性の一例を示すグラフである。
【図５】実施例に記載のため池底質の土壌粒子について、沈降速度の違いにより分画した土壌粒子の重量分布と、沈降速度の違いにより分画した土壌粒子の放射性セシウムの含有量分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の方法及びシステムの好ましい実施形態について説明する。
本発明において、汚染除去対象とする環境水域に特に制限はなく、例えば、小沼、ため池、湖、汽水湖、調整池、内湾域及び海を挙げることができる。本発明において環境水域は、後述する濁水生成領域からその外側に向けて所望の水流を形成するために、また、濁水の含泥率を所望のレベルに高めた状態で本発明を実施するために、土壌粒子が周囲に拡散しにくい限定水域（閉鎖水域）とすることが好ましい。例えば、水域中の特定の領域を取り囲むようにして、シルトフェンス、板壁、波板等の限定水域設置用壁を配設することにより、土壌粒子が拡散しにくい限定水域を設けることができる。濁水の濃度をより高めるために、土壌粒子の透過を完全に防ぐ樹脂性の壁を設置することも好ましい。なお、汚染除去の対象とする環境水域がため池のように限られた狭い水域である場合、限定水域設置用壁を設置しなくても、十分な回収効率が得られる場合もある。
本発明において撹拌される環境水域の底部は、典型的には底質である。
【００１５】
本発明における環境水域の形状に特に制限はなく、後述する濁水生成領域と濁水回収領域との間の距離を、目的の粒径の土壌粒子を分離するのに十分な距離とすることができればよい。水深や水域底部の深度にもよるが、数μｍ〜数十μｍの分級点の設定で、より精度良く分離する観点から、濁水生成領域と濁水回収領域との間の距離（この距離は、後述する濁水生成装置と濁水回収装置との距離とする）は０．３ｍ〜３０ｍとすることが好ましく、１ｍ〜１０ｍとすることがより好ましい。本発明における環境水域の形状は、例えば、限定水域設置用壁を用いて水面が矩形になるように限定水域を設置することができる。
当該環境水域の水深は、生成した濁水の含泥率を高めるにはある程度浅い方が好ましい。すなわち、汚染された底部の深さがＨＢ［ｃｍ］、水深がＨＷ［ｃｍ］、底部の含水率がＲであった場合、すべての汚染底部が撹拌され、濁水化した場合の含泥率は、ＨＢ×（１−Ｒ）／｛ＨＷ＋ＨＢ×Ｒ｝となり、水深が浅い方が濁水の含泥率を向上させることができる。一方、土壌粒子を舞上らせる高さはある程度高い方が土壌粒子を分別しやすい。これらを考慮し、環境水域の水深は１０ｃｍ以上２ｍ以下が好ましく、２０ｃｍ以上１．５ｍ以下がより好ましく、３０ｃｍ以上１ｍ以下が特に好ましい。環境水域中、後述する濁水生成領域から濁水回収領域までの間の水深は、より精度の高い分級を行う観点から、最深部と最浅部との差が０〜１９０ｃｍが好ましく、０〜５０ｃｍがより好ましい。
【００１６】
本発明において、環境水域の底部に含まれる、回収対象とする土壌粒子吸着物質に特に制限はなく、土壌粒子に吸着しうる汚染物質や有価物質を広く回収対象とすることができる。
上記汚染物質としては、例えば、放射性物質（放射性セシウム、放射性ストロンチウム、放射性プルトニウム、放射性コバルト、放射性マンガン等）、重金属類（カドミウム、鉛、ヒ素、クロム、水銀、亜鉛等）、揮発性有機化合物（VOC）、薬品（農薬、抗生物質等）を挙げることができる。
上記有価物質としては、例えば、鉄、アルミニウム、銅、貴金属、レアアース等を挙げることができる。
【００１７】
［本発明の方法］
本発明の方法の好ましい一実施形態を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の理解を容易にするための説明図である。図１に示される各領域や各装置のサイズ、位置等は説明の便宜上大小を変えている場合があり、実際の関係をそのまま示すものではない。本発明で規定する事項以外は図１に示された形態に限定されるものでもない。
【００１８】
目的の土壌粒子吸着物質が存在する特定領域（Ａ）の底部（１）は、底部撹拌装置（４）を用いて撹拌され、これにより特定領域（Ａ）において、底部（１）の土壌粒子を含む濁水を生成する（特定領域（Ａ）を「濁水生成領域（Ａ）」ともいう）。濁水生成領域（Ａ）の大きさは、環境水域の広さ、深さ等により適宜に調整される。濁水生成領域（Ａ）は、その水面の面積が通常は９００〜１００００ｃｍ２程度となることが好ましい。
底部撹拌装置（４）は、特定の領域内で局所的に底部を撹拌できる機能を有し、底部撹拌装置の周辺において、一様な濁水を生成できることが好ましい。濁水生成領域（Ａ）において必ずしも底部から水面までを均一な濁水とすることを要するものではなく、沈降速度の違いによる分離が可能となる高さまで土壌粒子を舞い上がらせることができればよい。
濁水生成のために土壌粒子を舞い上がらせる高さは、環境水域の水深にもよるが、１０ｃｍ以上が好ましく、２０ｃｍ以上がより好ましく、３０ｃｍ以上がさらに好ましい。本発明では、土壌粒子を水面と略水平に流れる水流に乗せ、流水条件中での沈降速度の相違を利用して分級するため、上方流により分級する方法に比べると、土壌粒子を舞い上がらせる高さを抑えても、より高精度の分級が可能である。本発明に方法において、土壌粒子を舞い上がらせる高さは、濁水生成領域の水深以下である。本発明では、環境水域の水深が浅く上方流による高精度の分級が困難な水域でも、精度の高い分級を可能とする。
【００１９】
底部撹拌装置（４）の具体例としては、高圧洗浄機、水中モーター、浚渫用サンドポンプ等が挙げられる。高圧洗浄機を用いる場合、水を高圧で噴射することにより濁水生成領域の底部を撹拌する。この場合、水の噴射を後述する水流の形成にも利用できる利点がある。
目的の土壌粒子吸着物質が底部の浅い領域（例えば底質の表面及びその付近）に溜まっている場合には、底部の浅い領域を選択的に撹拌し、必要以上に深い領域を撹拌しないことが好ましい。このような場合、底部撹拌装置として高圧洗浄機を用いて、その噴射ノズルの形状を図１に示すようにベンドを有する形状（例えばＬ字型）とすることで、底部の浅い領域を選択的に撹拌することができる。
ここで、高圧洗浄機とは、ポンプで水を強力噴射することにより、汚れを吹き飛ばして落とす機能を有する機器である。高圧洗浄機が有する水の強力噴射機能が、底部を撹拌して均一な濁水を形成するのに適している。本発明において「高圧洗浄機」は、洗浄目的に製造された高圧洗浄機に限らず、水を高圧で噴射できる機能を有する装置を広く含む意味に用いる。
【００２０】
濁水生成領域（Ａ）で生成された濁水を、濁水生成領域（Ａ）から濁水回収領域（Ｂ）へと流れる水流に乗せて流しながら、流水中における土壌粒子の沈降速度の相違に応じて沈降させる。これにより、濁水生成領域（Ａ）からの移動距離に基づき、土壌粒子を、小粒子とそれより粒径の大きな大粒子に分別沈降させ、目的の小粒子とそれより粒径の大きな大粒子とを移動距離に基づき分級することができる。水流の形成については後述する。
目的の沈降速度の土壌粒子（所望の小粒径の土壌粒子）は、当該沈降速度に応じた移動距離の領域（すなわち濁水回収領域（Ｂ））に設置された濁水回収装置（７）により回収される。これにより、目的の沈降速度の土壌粒子（目的の土壌粒子吸着物質の吸着率の高い土壌粒子）を環境水域から選択的に回収することができる。
本発明において、回収される土壌粒子の沈降速度が２００ｃｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、５０ｃｍ／ｍｉｎ以下がさらに好ましい。本発明において「沈降速度」は、特に断りのない限り純水中における沈降速度を意味する。
【００２１】
濁水回収装置（７）は、濁水を回収でき、これを環境水域から除去できれば特に制限はない。濁水回収装置（７）は、通常は回収した水が流通する管と、水をくみ上げるためのポンプとを少なくとも備える。濁水の回収には、例えば、水中ポンプ、サンドポンプ、浚渫用ポンプなどの液体用ポンプを使用することができる。濁水回収装置（７）は、木の葉やごみなどを吸い込み、動作が止まってしまうことがある。この問題を回避するために、カッターなどを具備した構成としたり、濁水回収装置の周りにメッシュ状の籠を設置したりすることも好ましい。
【００２２】
濁水回収装置（７）は、分離された目的の沈降速度の土壌粒子（目的の粒径の土壌粒子）が沈殿する領域あるいはその近傍に設置される。例えば、目的の粒径の土壌粒子が底部に沈殿する領域に設置する場合は、濁水回収装置（７）を底部付近に設置し、沈殿した目的の土壌粒子を濁水として回収することができる。また、目的の粒径の土壌粒子が、特定粒径以下の粒子のすべてである場合には、当該特定粒径の粒子が底部に沈殿する領域の底部付近に濁水回収装置（７）を設置すると同時に、それよりも水面側にさらに１つ又は２つ以上の濁水回収装置を設置することができる。
【００２３】
濁水回収装置（７）の動作は、連続的であってもよいし、断続的であってもよい。濁水回収装置（７）を断続的に動作させることにより、目的の粒径の粒子をある程度沈殿させ、堆積させた状態で回収することができ、回収した濁水中の含泥率をより高めることができる。
また、例えば、濁水回収装置が設置された場所やその付近において濁水が滞留するような形状の環境水域である場合や、濁水回収装置近傍に、土壌粒子を通さず水を透過させる限定水域設置用壁が設置されている場合などは、当該濁水回収装置が設置された場所に沈殿する沈降速度を有する土壌粒子の他、当該土壌粒子よりも沈降速度の遅い粒子（より小さな粒径の粒子）もまた、濁水回収装置の設置場所に沈降させることができる。したがって、断続的に濁水回収装置を稼働させることにより、目的の粒子の濃度をより高めた状態で目的の粒径の土壌粒子を含む濁水を効率的に回収できる。
本発明において、回収する濁水中の含泥率は、１質量％以上が好ましく、２質量％以上がより好ましく、３質量％以上がさらに好ましい。上方流による分級では、目的の小粒径の土壌粒子を堆積させて回収することができないため、目的の小粒径の土壌粒子を含む濁水を、上記含泥率で回収することは実際上困難である。これに対し、本発明の方法ないしシステムによれば、目的の粒径の土壌粒子を、高い含泥率で回収することが可能となる。したがって、回収される水の量を抑えることができ、目的の土壌粒子（土壌粒子吸着物質が吸着した土壌粒子）を優れた効率で回収することができる。濁水中の含泥率は通常は２０質量％以下である。
【００２４】
図１に記載の濁水回収装置（７）は、管の末端に水中ポンプが設置された形態が示されている。本発明に用いる濁水生成装置（７）はこの形態に限定されず、ポンプは管内のいずれの場所に設置されていてもよい。また、水中ポンプ以外のくみ上げポンプを用いて水をくみ上げることもできる。このことは後述する水流発生装置についても同様である。
【００２５】
続いて、本発明における水流の形成について説明する。
本発明において、「水深方向に対して横方向に流れる水流」は、水面に沿った流れが好ましい。「水面に沿った流れ」とは、必ずしも水面と平行の流れである必要はなく、目的の分別沈降が可能な範囲で、水面に対してある程度の角度を持った流れであってもよい。
上記水流は、底部撹拌装置（４）として高圧洗浄機を用いることで形成することができる。例えば、図１に示すように底部撹拌装置（４、高圧洗浄機）の水噴射口を、撹拌すべき底部中に設置し、そこから水流形成方向に向けて水を噴射することで、濁水を生成しながら、所望の水流を形成することができる。
上記水流は、濁水生成領域（Ａ）からその外側に向けて、一又は二以上の方向に向けて形成することができる。例えば、高圧洗浄機の水噴射口を回転させることで、濁水生成領域（Ａ）からその外側に向けて、水深方向に対して横方向に流れる水流を、濁水生成領域（Ａ）から放射状に形成することもできる。
【００２６】
また、本発明における水流を、水流発生装置（６）を用いて形成してもよい。
水流発生装置（６）は、例えば、濁水生成領域（Ａ）（以下、単に「領域Ａ」ともいう）と濁水回収領域（Ｂ）（以下、単に「領域Ｂ」ともいう）とを結ぶ延長上の、領域Ｂを挟んで領域Ａとは反対側の領域（領域ｂ）から水をくみ上げ、くみ上げた水を、領域Ｂと領域Ａとを結ぶ延長上の、領域Ａを挟んで領域Ｂとは反対側の領域（領域ａ）へと放出する機構を有する。図１に記載の水流発生装置（６）は、領域ａと領域ｂとを繋ぐ管を有し、領域ｂの中に配設された管の末端からポンプを用いて水をくみ上げ、くみ上げた水を、領域ａの中に配設された、管のもう一方の末端から排出する機構を備えた構成を有する。
また、１つの領域Ａに対して、直線上に配置する上記領域ａ、ｂ及びＢの組み合わせからなる領域のセットを２つ以上設けることにより、領域Ａの外側にむけて２以上の方向に、横方向に流れる水流を形成することもできる。この場合、例えば２つ以上の各領域ｂからくみ上げた水をそれぞれ対応する各領域ａに排出することで、領域Ａの外側にむけて２以上の方向に水流を形成することができる。また、領域Ａと領域Ｂないし領域ｂとが近接もしくは重複していてもよい。
【００２７】
水流発生装置（６）にポンプを使用する場合、内部に羽根車等を具備したタイプのポンプを使用することにより、土壌粒子の解砕等の効果を合わせて発揮させることができる。土壌粒子は個々の一次粒子が凝集した二次粒子を形成している場合があり、この二次粒子は広い表面積を有するにもかかわらず、沈降速度は二次粒子のそれに従う場合がある。このような場合には二次粒子を解砕することで、より分離効率を向上させることが可能となる。水流発生装置（６）のポンプに羽根車が入ったタイプを使用することにより、この二次粒子を解砕し、一次粒子化することができる。本発明に方法では、羽根車の入ったポンプを水流発生装置（６）とは別に用意し、このポンプを水域内で循環させて２次粒子を解砕することもできる。
【００２８】
本発明における水流の形成には、上記底部撹拌装置（高圧洗浄機）による水流形成と、上記水流発生装置による水流形成とを組み合わせてもよい。また、濁水生成領域（Ａ）から外側に向けて一方向のみに水流を形成する態様とすることにより、より安定した水流を形成することができる。
本発明において、限定水域で行う場合、底部撹拌装置（４）及び水流発生装置（６）から排出される水の量の合計Ｉ（水流発生装置を用いない場合は底部撹拌装置から排出される水の量II）と、濁水回収装置（７）及び水流発生装置（６）からくみ上げられる水の量の合計II（水流発生装置を用いない場合は濁水回収装置からくみ上げられる水の量II）は、０≦Ｉ／II≦２が好ましく、０．１≦Ｉ／II≦１がより好ましく、０．１≦Ｉ／II＜１がさらに好ましく、０．２≦Ｉ／II＜１がさらに好ましい。Ｉ／IIを上記好ましい範囲内とすることにより、生成した濁水の拡散をより抑えた状態で、土壌粒子を水流に乗せて濁水回収領域側へと効率的に流すことができる。
【００２９】
本発明において、土壌粒子を分別沈降させるための、水深方向に対して横方向に流れる水流の流速は、水流発生装置（６）の性能を考慮すると、通常は０．０１〜１０ｍ／ｍｉｎであり、０．０５〜１ｍ／ｍｉｎであってもよい。
【００３０】
図１に示されるように、水流に乗った濁水中の土壌粒子は、沈降速度が速い順に（粒径が大きい順に）連続的に底部に沈殿していく。沈降速度の速い土壌粒子は濁水生成領域（Ａ）からの移動距離が短く、濁水生成領域（Ａ）により近い位置に沈殿する。一方、沈降速度の遅い土壌粒子は、沈殿するまでの間の濁水回収領域（Ａ）からの移動距離が長い。本発明では、沈降速度が遅い目的の小粒径の土壌粒子が、濁水回収領域で沈殿する態様の他、濁水回収領域において浮遊状態でいるような設計も可能である。この場合、濁水回収装置は、浮遊して流れて来た土壌粒子を回収するように設置する。
本発明では、濁水生成領域と濁水回収領域との間の距離、濁水生成領域から濁水回収領域へと流れる水流の流速を、環境水域の水深等も考慮して適宜に調節する。これにより、濁水中に存在する粒径が数μｍ〜数十μｍオーダーの目的の土壌粒子を、沈降速度に応じた移動距離に基づき、連続的に且つ精度良く分級することができ、目的の小粒径の土壌粒子を含む濁水を優れた選択性で回収することができる。
【００３１】
続いて、流水中における土壌粒子の、粒径に応じた分別沈降の理論を説明する。
本発明において「沈降速度」とは、対流などが存在しない状態で土壌粒子を水中（純水中）に静置した場合に、当該土壌粒子が単位時間当たりに水底に向けて沈降する距離（水底に向けて移動した距離）を表す。沈降速度は下記ストークスの式で計算される。
ｖＳ＝｛（ρＳ−ρＷ）ｇ／（１８η）｝×ｄ２          （式１）
ここで、ｖＳは土壌粒子の沈降速度（ｃｍ／ｓ）、ρＳは土壌粒子の密度（グラム／ｃｍ３）、ρＷは水の密度（グラム／ｃｍ３）、ｇは重力加速度（ｃｍ／ｓ２）、ηは水の粘度（グラム／ｃｍ・ｓ）、ｄは土壌粒子の粒径（ｃｍ）を示す。
上記式１に、環境水域内の底部撹拌により生じた濁水に当てはめるため、式１に、ρＳ＝２．６［グラム／ｃｍ３］、ρＷ＝０．９８８２［グラム／ｃｍ３］、ｇ＝９８０．６６５［ｃｍ／ｓ２］、η＝０．０１［ｇ／ｃｍ・ｓ］を代入すると、下記式２が導かれる。
ｖｓ＝８７８１．３１×ｄ２                    （式２）
上記式２のｖｓ（ｃｍ／ｓ）をｖｓ’（ｃｍ／ｍｉｎ）に、ｄ（ｃｍ）をｄ’（μｍ）とすると、上記式２は下記式３に置き換えられる。
ｖｓ’＝８７８１．３１×６０×１０−８×ｄ’２
＝０．００５２２６×ｄ’２                （式３）
上記式３に基づき、沈降速度（ｃｍ／ｍｉｎ）の粒径（μｍ）依存性を示すグラフを図２に示す。
【００３２】
上記式３の通り、土壌粒子の沈降速度は粒径の２乗に比例する。すなわち、土壌粒子を沈降速度の違いを利用して分級することにより、土壌粒子をより精密に分級することが可能となる。例えば、底部撹拌装置により底質からＨ（ｃｍ）の初期高さに巻き上げられた土壌粒子が再び底部に着底するために必要な着底所要時間ｔＳ（ｍｉｎ）は、下記式４で表される。
ｔＳ＝Ｈ／ｖｓ’＝１９１×Ｈ／ｄ’２            （式４）
さらに、流速ｖｈ［ｍ／ｍｉｎ］の水流を水面と平行に形成させた場合、底部からＨｃｍの初期高さに巻き上げられた土壌粒子が着底する位置の、濁水生成領域からの距離Ｌ（着底距離Ｌ、単位：ｍ）は、下記式５で表される。
Ｌ＝ｔＳ×ｖｈ＝１９１×Ｈ×ｖｈ／ｄ’２          （式５）
【００３３】
着底所要時間ｔｓ（ｍｉｎ）及び着底距離Ｌ（ｍ）の、土壌粒子の粒径（μｍ）依存性の例を、それぞれ図３及び図４に示す（初期高さ、水流の流速を、それぞれ３０［ｃｍ］、０．５［ｍ／ｍｉｎ］とした）。これに従えば、例えば初期高さが３０ｃｍの場合、粒径２０μｍ、４０μｍ及び６０μｍの粒子の着床所要時間はそれぞれ１４分、３．６分及び１．６分となる。着底所要時間は粒径の２乗に反比例するため、例えば粒径が２倍異なる場合には、着床所要時間は４倍異なる。また、着底距離も粒径の２乗に比例し、例えば粒径２０μｍ、４０μｍ及び６０μｍの場合、それぞれ７．２［ｍ］、１．８［ｍ］、及び０．８［ｍ］となる。このように、本発明の方法ないしシステムにより、例えば２０μｍと４０μｍといった非常に小さな粒径領域における土壌粒子を、水深が３０ｃｍ程度の浅い水域においても、メートルスケールの移動度の差として、より確実に分級し、より少ない土壌の排出量で、より多くの土壌粒子吸着物質を効率的に除去することが可能にする。
【００３４】
［本発明のシステム］
本発明のシステムは、本発明の方法を実施するために用いられる。
本発明のシステムは、環境水域中の特定領域の底部を撹拌して該底部の土壌粒子を含む濁水を生成する手段（濁水生成手段）と、該濁水を前記特定領域の水深方向に対して横方向に流す水流を発生する手段（水流発生手段）と、該水流中で大きさに応じて移動距離間で分別沈降した該濁水中の土壌粒子を回収する手段（土壌粒子回収手段）とを少なくとも含む。
濁水生成手段としては、例えば、上述した底部撹拌装置（４）を挙げることができる。濁水生成手段は好ましくは高圧洗浄機である。
水流発生手段としては、例えば、上述した水流発生装置（６）を挙げることができる。また、上記濁水生成手段が水流発生手段を兼ねることもできる。例えば、濁水生成手段として高圧洗浄機を用いることで、濁水を生成しながら、所望の水流を形成することができる。
土壌粒子回収手段としては、目的の土壌粒子を含む濁水を回収できるものであれば特に制限はない。例えば、上述した濁水回収装置を挙げることができる。
【００３５】
本発明のシステムを、目的の土壌粒子吸着物質が底部に存在する環境水域に設置して稼働させることで、本発明の方法を実施することができ、環境水域底部から目的の土壌粒子吸着物質を効率的に回収することができる。
すなわち、濁水生成手段により、水域中の特定領域（土壌粒子吸着物質が存在する特定の領域）の底部を撹拌して濁水を生成し、同時に水流発生手段により水深方向に対して横方向に水流を発生させる。生成した濁水はこの水流に乗って所定距離間流れ、その間に、該濁水中の土壌粒子が、沈降速度に応じて分別沈降する。目的の粒径の土壌粒子は、当該土壌粒子が沈降した場所に設置される土壌粒子回収手段により、濁水として回収することができる。
【実施例】
【００３６】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【００３７】
＜実施例１＞
福島県のため池で採取した底質１００ｇ（含水率６７．５％）を１Ｌメスシリンダーに入れ、蒸留水を添加し、全体積が１Ｌになる様調製した。攪拌機で７００ｒｐｍの回転速度で１分間撹拌した後、所望の沈降速度の粒子を採取できるように一定時間静置して、上澄み水１０ｃｍ分（約３００ｍＬ）をシリンジ（２００ｍＬ）を用いて速やかに採取した。その後、残りの７００ｍＬに再度蒸留水を添加し、全体積を１Ｌになる様調製、攪拌し、上記静置時間を変えて、上澄み水を回収した。この操作を１０〜２０回繰り返し、沈降速度の異なる複数の画分を得た。得られた画分に含まれる土壌粒子の沈降速度、乾燥重量、及び放射性セシウム濃度を測定した。結果を図５に示す。
【００３８】
図５に示されるように、ため池で採取した底質には、沈降速度が５ｃｍ／分より遅い粒子が、全画分の乾燥重量中、６４質量％含まれており、それらが含む放射性セシウムは、全画分中の７９％に至っていた。すなわち、沈降速度が５ｃｍ／分より遅い小粒径の粒子のみを回収することにより（すなわち底質の６４質量％の回収量で）底質中の放射性セシウムの８０％近くを除去できることが示された。
図２に従えば、５ｃｍ／分以下の沈降速度の土壌粒子の粒径は３０μｍ以下となる。そして図３に従えば、３０μｍの粒子の着底所要時間が約６分である。すなわち、濁水生成領域と濁水回収領域との間の距離を約３ｍに設定することにより、５ｃｍ／分以下の沈降速度の土壌粒子を選択的に回収することができる（図４）。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の方法及びシステムは、環境水域の底部から有害物質を効率的に除去したり、有価物質を効率的に回収したりするのに利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  環境水域底部（底質）
２  限定水域設置用壁（シルトフェンス）
３  水面
４  底部撹拌装置（高圧洗浄機）
５  水噴射口
６  水流発生装置
７  濁水回収装置
８  浮き
Ｐ  ポンプ
Ａ  濁水生成領域
Ｂ  濁水回収領域
【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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