フジタ技術研究報告第 50 号 2014 年

焼却飛灰中放射性セシウムの高効率洗浄技術の開発

久 保 田 洋山 田 裕 己野口俊太郎

概要

福島県などの焼却施設において、放射性セシウムに汚染された 8,000Bq/kg を超過する焼却飛灰は指定廃棄物に指定され、処分することができずに焼却施設内に保管されている状況であり、保管スペースの逼迫等の課題を抱えている。焼却飛灰における放射性セシウムの負荷を減じる手法として、飛灰洗浄技術が提案されているが、洗浄廃水の処理が大きな課題である。筆者らは既往の技術を参考として、廃水量を極力抑えた焼却飛灰における放射性セシウムの洗い出しの検討を行った。
試験は円筒型カラム（φ104×400、800mmH）を用い、上部から給水、下部から通気を行う方法で実施した。処理区は散水強度、通気有無、充填高さ、粒径による放射性セシウムの洗浄効率の相違を評価した。
試験の結果、散水・通気法により廃水量を抑えながら（液固比約 0.5）飛灰中の放射性セシウムを洗い出すことは十分可能であることが確認された。対象飛灰量に応じて散水強度を設定することにより、飛灰量増加に対応できることも確認された。また通気を行うことによりセシウムの浸出水あたりの溶出量増加の可能性が示唆された。

Development of high-efficiency washing technology to remove radioactive cesium from fly ash bysprinkling water and aeration

Abstract
Waste incineration facilities in Fukushima and other areas have problems with the disposal of fly ash. Fly
ash cannot currently be disposed of in landfills because of radioactivity levels and the solubility of cesium.
Though ash-washing technologies are recommended for reducing levels of radioactive cesium, they produce
significant amounts of wastewater that require further treatment. This work looks at a washing technologythat drastically reduces the production of wastewater.
Experiments with sprinkling water from above and aeration from beneath were carried out in cylindricalcolumns(φ104×400,800mmH) filled with fly ash. The effectiveness of sprinkling intensity, aeration levels,
filling height(300mm,700mm) and grain size(≤9mm,>9mm) of fly ash were examined.
The results obtained confirmed that combining the sprinkling of water and aeration achieved sufficient
reduction of radioactive cesium whilst producing very little wastewater (L/S=about 0.5) and more fly ash wasable to be treated to the same efficiency by increasing the intensity of water sprinkling. It was also suggested
that aeration increased the elution efficiency of cesium.
キーワード：

焼却飛灰，放射性セシウム，洗浄，散水・通気－1－－73－フジタ技術研究報告 第 50 号

§１．はじめに

表１ 従来技術と本技術の比較
従来技術

本技術

機械撹拌

間欠散水・通気5～10

0.7～1.0

約 5～100.5 程度

環告 13 号法
(液固比 10、6 時間振とう)

カラム試験

平成 23 年 3 月に発生した東北地方太平洋沖地震に伴う原子力発電所の事故に由来する放射性物質により福方式

島県を中心として広範囲の地域が汚染された結果、当該排出される焼却灰に比較的高濃度の放射性物質が検出

液固比※1(給水ベース)
液固比※2(廃水ベース)される状態が続いている。特に放射性物質（主に放射性試験方法

地域において一般廃棄物や産業廃棄物の焼却施設からセシウム）は焼却主灰に比べ焼却飛灰に高濃度に濃縮さ※1 液固比（給水ベース） ＝ 総給水量※3／初期飛灰重量※2 液固比（廃水ベース） ＝ 廃水量／初期飛灰重量※3 総給水量 ＝ 含水用給水量＋洗浄処理用給水量

れており、飛灰の最終処分場への受入が進まないという問題が発生しており、早急な対策が求められている。
一方で焼却飛灰は対象物や燃焼方式にもよるが、一般散水装置

廃棄物由来の飛灰の場合、含有する 6～9 割程度の放射性セシウムが「易溶出性」であることが確認されている
1）。これらを洗い出すことができれば、放射能濃度が大焼却飛灰幅に低減され、埋立後の溶出リスクも抑制されることか

含水用
洗浄用

ら、洗浄飛灰を最終処分場への受入が可能となる。ただ液固比（給水ﾍﾞｰｽ）=(含水用＋洗浄用給水量)(m3)／焼却飛灰量(t)

し飛灰洗浄は放射性セシウムを含む廃水の処理が必要となるため、後段の廃水処理を十分考慮したシステムの液固比（廃水ﾍﾞｰｽ）=洗浄廃水量(m3)／焼却飛灰量(t)構築が必要である。

洗浄廃水

筆者らは、これまで機械撹拌等を行わず散水・通気の
図１ 液固比の考え方みを用いた前処理により焼却主灰の安定化を促進させる技術の開発を進め、2008 年に実証試験(一般廃棄物焼却主灰 80ton を対象)を実施、その性能を確認している§３．実験材料および方法2)。今回この技術を基にして、放射性セシウムを対象とした廃水量を極力抑えた新しい飛灰の高効率洗い出し技術(以下、「本技術」という)の開発を行った。

3.1 供試材料
供試材料は、福島県内の一般廃棄物焼却施設より採取したキレート処理後の焼却飛灰(写真１)である。試料の均質化のため、9.0mm で篩分し、9.0mm 以下を標準試験用飛灰(以下、「飛灰」という)とした。 飛灰§２．高効率洗浄技術の概要と評価の考え方とキレート処理前乾燥飛灰(乾灰)（写真２）の物性・機械攪拌による飛灰洗浄方式（以下、「従来技術」という）と本技術の比較を表１に示す。

化学性について、3.3 に示す項目と方法で測定を行った。

従来技術の効果を模した試験として液固比 10、6 時間
振とう撹拌する環境庁告示第 13 号産業廃棄物に含まれる金属等の検定方法（以下、「環告 13 号法」という）を実施した。また「液固比」の考え方について図１に示す。本報告においては「液固比」は特段記載が無い限り廃水ベースでの値を用いる。
本技術の洗浄効果の評価は、機械撹拌を想定した環告13 号法による溶出ポテンシャル及び洗浄後飛灰の溶出リスクとの比較により実施する。溶出ポテンシャルの指標としては、洗浄後の飛灰中放射能濃度及び洗浄効率を、溶出リスクとしては洗浄後飛灰の溶出試験で評価を行う。

－74－

写真１ 供試飛灰（ｷﾚｰﾄ処理済）

焼却飛灰中放射性セシウムの高効率洗浄技術の開発㎜篩上（～最大約 20 ㎜）のみの試験区を設け、試験用飛灰（9mm 以下）との比較を行った。

塩ビカラム

φ104×400mm

給水P

デジタルタイマ

焼却灰

不織排水材

給気流量計

写真２ 乾灰3.2 試験方法

ブロア

試験装置は円筒型の透明塩ビ製カラム（φ104×400、800mmH）を用いた。充填高さは 300mm、700mm の 2 種

浸出水受器

給水タンク

図２ 試験装置類とした。充填飛灰重量は、それぞれ 2.8kg、6.1kgであった。飛灰充填後、チュービングポンプを用いてカラム上部から間欠的に給水し、カラム下部よりブロアにて給気した（図２）。本試験では、カラム充填後に、浸出水が得られるまで、試験用飛灰 1kg あたり約300ml 給水した。浸出開始時点から 2、6、24(26)、52時間後にそれぞれ浸出水を採取した。各試験とも液固比約 0.5 となるよう散水強度及び散水期間を設定した。試験終了後、カラム内の洗浄済み飛灰は 3 等分に分割し、それぞれ上、中、下層として分析用試料とし
写真２ カラム試験て採取した。
試験条件を表２に示す。なお、粒径については、9表２ カラム試験条件
処理区

試験日数

粒径

充填高さ

充填量

充填密度

散水強度

通気速度

液固比

daymmmmkgg/cm3mm/daymm/sec

廃水量/初期
飛灰量

MFC_N14800

1.1≦9.0300

2.81.01480.00.5

MFC_N14801

1.1≦9.0300

2.81.0148

2.00.5

MFC_N7200

2.2≦9.0300

2.81.072

0.00.5

MFC_N37400-H701.0≦9.0700

6.11.03740.00.5MFC_N37401-H70

1.0≦9.0700

6.11.0374

2.00.5

MFC_L14801

1.1>9.0300

2.80.91482.00.53.3 測定項目

pH、電気伝導率（EC）、溶液密度、各種イオン濃分析項目は以下とした。

度（Na+,K+,Ca2+,Cl-,SO42-,Br-）、放射能濃度① 飛灰(洗浄済も含む)

粒度分布は 1mm 以上を乾式法､1mm 未満はレーザ回折

粒度分布、含水率、熱しゃく減量、Na,Ca,Cl 含有

式粒度分布測定装置（SALD-2300、島津製作所）で行っ量、放射能濃度、溶出値（環告 13 号）た。含水率及び熱しゃく減量は環整第 95 号別紙 2 に拠った。Na,Ca 含有量は JIS K0102、Cl 含有量は JIS Z② 浸出水及び溶出検液7302-6 に準拠した。放射能濃度はゲルマニウム半導体－75－フジタ技術研究報告 第 50 号検出器（GC2018、CANBERRA）を用い 134Cs と 137Cs の核種
4.2 飛灰中放射能濃度の変化と液固比分析を行いその合計値とした。pH、EC は電極法、溶液密度は放射線測定用の専用容器内の試料重量と充填高各処理区の洗浄後の飛灰中放射能濃度及び指針に基さから演算した。各種イオン濃度はイオンクロマトグ

づく洗浄効率 3)を表４に、各層別の放射能濃度を図４

ラフ法（ICS-2000/ICS-1500、日本ﾀﾞｲｵﾈｸｽ）により測に示す。表４におけるカラム試験の液固比以外の値は定した。

上、中、下の 3 層の平均値を記載した。各処理区の液固比は 0.41～0.51 であった。また従来技術を模した環§４．実験結果

告 13 号法の結果も併せて記載した。

4.1 供試材料の物性および化学性

3,200Bq/kgDW、洗浄効率は 86～91％であり、液固比 10(1) 物理特性の「環告 13 号法」と比較して放射能濃度は下回り、洗本 試 験 の 各 処 理 区 で は 放 射 能 濃 度 は 2,100 ～

供試飛灰の粒度分布を図３に示す。実験に使用した

浄効率はほぼ同等の値が得られた。この要因としては、

9.0mm 篩下は供試飛灰全体の約 85％が含まれることを液固比10 で洗い出される塩類量が本技術よりも多いた確認した。

め、効率はほぼ同等で濃度が異なる結果となったと推察された。また飛灰量、充填高さを倍以上とした 700mm(2) 化学特性処理区においても 300mm 高と同様の洗い出し効果が得

供試飛灰及びキレート処理前の乾灰の放射能濃度、られることが確認された。

含水率、熱しゃく減量、ナトリウム（Na）、カリウム

散水強度については N14800 と N7200 を比較すると低（K）、塩素（Cl）含有量を表３に示す。また環告 13減率に大きな差は無く、処理期間約 1 日に相当する散号法で溶出試験を行った際の溶出水中放射能濃度、含水強度（148mm/日）でも十分洗浄可能であることが確水率を補正した乾燥重量あたりの溶出量も併せて示す。

認された。図４において N7200 の下層において放射能本結果からキレート処理を行ってもセシウム（Cs）の濃度が高くなっているが、この層の含水率が他より顕溶出量はほとんど変わらないことが確認された。

著に高いことから（58％）、排水障害が生じ、高線量の廃水が滞留したことが原因と考えられた。
粒径については 9mm 超の飛灰を充填した L14801 区においても洗浄効率は 88％であり、9mm 以下の処理区と顕著な差は確認されず、また層別の分布においても均等に洗い出しが行われており、水みち形成の可能性は低いと考えられた。このことから本研究に使用した飛灰の粒度分布であれば、破砕や分級等の前処理を行わずに処理可能であることが示唆された。

図３ 供試飛灰の粒度分布

表４ 洗浄済み飛灰の放射能濃度及び洗浄効率処理区

表３ 供試飛灰・乾灰の化学的性状
測定項目

単位

放射能濃度

Bq/kg

（MFC_○○）

供試飛灰

乾灰（ｷﾚｰﾄ処理済）（ｷﾚｰﾄ未処理）

17,500

液固比
廃水量/初
期飛灰量

含水率

放射能濃度

洗浄効率％

Bq/kgDW％※

標準試験用飛灰－2122,400－

23,800N14800

0.42

44

2,970

87

0.41

44

2,780

88

含水率％

21.5

0.2

N14801

熱しゃく減量

％

5.0

3.3

N7200

0.44

483,22086

Na 含有量％1.6

2.2

N37400-H70

0.51

422,13090

Ca 含有量

％

16.5

24.1

N37401-H70

0.50

422,08091

Cl 含有量％9.610

L14801

0.43

352,800

88

溶出水濃度
乾重あたり
溶出量

Bq/L

1,5202,010

環告 13 号法

1052

3,960

90Bq/gDW

19.320.2※洗浄効率(％) = （1-洗浄飛灰の放射能量/原飛灰の放射能量）×100－76－焼却飛灰中放射性セシウムの高効率洗浄技術の開発

25,000た。EC の初期値(2 時間後試料)は 60～110S/m と非常

上層
中層
下層

20,000に高い値を示し、開始から全体の約 1/3 の水量が浸出するまでは値はほぼ一定を示しており、その後減15,000少し始めた。
10,0005,000
0pH

飛灰中放射能濃度（Bq/kgDW）

しが進むにつれて増加する傾向を各処理区とも示し

図４ 飛灰の各層別放射能濃度
4.3 洗浄済み飛灰の溶出性評価
図５に試験後の飛灰の溶出試験（環告 13 号）結果

1413121110987

N14800N14801
N7200
N37400-H70
N37401-H70
L148010.0を示す。カラム試験の溶出値は洗浄済み飛灰の含水率150で補正した値※とした。

120EC(S/m)

比較用の液固比 10 の再溶出水は 84Bq/L であったのに対して、本試験の処理区では37～238Bq/L であった。
各 処 理 区 の 平 均 値 は 47 ～ 144Bq/L で あ っ た 。

1.02.0
経過日数（日） N14800

3.0

1.0
2.0経過日数（日）3.0N14801
N7200
N37400-H70
N37401-H70
L14801906030

MFC_N37400-H70、
N37401-H70 では液固比 10 の処理区と0同等もしくはそれ以下の値となり、溶出値においても0.0

本技術が従来技術と同等の洗い出し効果を示すことを

図６ 浸出水の pH、EC 推移確認した。
カラム試験の層別の溶出値としては下層＞中層＞上

次に浸出水中の放射性 Cs、Na+、Ca2+の累積溶出量を層の傾向が見られた。

示す。放射性 Cs は洗浄が進むと累積量の増加率は大きN14800
N7200
N37401-H70

N14801
N37400-H70
L14801く低下した（図７）。同様の傾向が Na+、Br-量でも見られた（図８）。一方 Ca2+、Cl-は洗浄が進んでも累積量はほぼ一定で増加しており、異なる溶出傾向を示す1,000ことが確認された（図９）。これは飛灰中の含有量が非常に多い Ca2+、Cl-は液固比を増やすほど洗い出すことができるが、含有量の少ない放射性 Cs 等はある一定100以上の液固比を与えても洗浄効率が悪くなることを示唆している。また SO42-のみは洗浄の進行とともに浸出水濃度が増加する傾向を示した。

10
標準試験 環告用飛灰 13号法

上層中層下層図５ 溶出検液の放射能濃度※補正計算は以下の式を用いた
Vc = Vm × （100-Mf）/(100-Ms) × d

Vc：補正後溶出値（Bq/L）、Vm：測定値（Bq/kg）、Mf：標準試験用
飛灰含水率（％）、Ms：各層含水率（％）、d：溶液密度（g/ml）

4.4 浸出水の溶出挙動
本研究で得られた浸出水は溶解塩類が多く、その密累積溶出放射能量（Bq）

溶出検液中放射能濃度（Bq/L）

10,000100,000
80,00060,00040,000N14800N14801
N7200
N37400-H70
N37401-H70
L14801

20,000
00

1,000
2,000
3,000
累積浸出水量（ml）

度は 1.1～1.3g/ml であった。浸出水の pH、EC の推移
を図６に示す。pH は 11～12 で推移しており、洗い出－77－

図７ 累積溶出放射能量の推移

4,000フジタ技術研究報告 第 50 号

累積溶出Na量（mg）

80,000§５．まとめ60,000

本研究で得られた結果を以下にまとめる。
(1)

40,00024h、液固比 0.5 で、放射能濃度 22,400Bq/kgDW の焼N14800
N14801
N7200
N37400-H70
N37401-H70
L14801

20,000
00

1,000
2,000
3,000
累積浸出水量（ml）

却飛灰を 2,000～3,000Bq/kgDW（洗浄効率約 90％）まで低減することが可能である。
(2)

4,000

液固比 10 の環告 13 号法と比較して、本技術はその 1/20 の廃水量で同等の洗い出し効果を示した。

図８ 累積溶出 Na 量の推移

(3) 対象飛灰量に応じて散水強度を設定することにより、300mm 高カラムと同等の洗い出し効果を得るこ

160,000

累積溶出Ca量（mg）

散水・通気洗浄を用いることにより、処理時間とが可能であることが確認された。
120,000(4) 試験に用いた飛灰試料において、粒径 20mm 程度までであれば、放射性 Cs の洗浄効率に顕著な影響は確80,00040,000

図７00

認されなかった。

N14800N14801
N7200
N37400-H70
N37401-H70+
2+
放射能・Na ・Ca 累積溶出量
L14801

1,000
2,000
3,000
累積浸出水量（ml）(5) 浸出水の溶出挙動としては、放射性 Cs は Na+、Brと同様に洗浄の進行とともに溶出率が減少した。一方、Ca2+、Cl-は試験期間中溶出率がほとんど低下し4,000なかった。
(6) 通気により放射性 Cs、Na+、K+、Cl-の浸出水量あた

図９ 累積溶出 Ca 量の推移

りの溶出量が 1～2 割程度増加することが確認された。
4.5 通気の効果
表５に通気の有無による溶出量の比較結果を示す。
浸出水当たりの溶出量 E は以下の式１、式２により算

参考文献
1) （独）国立環境研究所：放射性物質の挙動から見た適正な出した。

廃棄物処分（技術資料第四版），2014.

通気有り処理区は、通気無し処理区に比べ放射性 Cs、++-Na 、K 、Cl の浸出水量あたりの溶出量が 1～2 割程度

2） 久保田洋・樋口壯太郎ら：焼却灰の埋立管理における増加した。また洗浄済み飛灰でも 4%程度通気有り処理前処理の効果（４），第 20 回廃棄物学会研究発表会

区の放射能濃度が低くなった。

講演論文集，pp.483-484，2009.

3

 Ri・WiER  i 13Wi / di3)

3…式 1

 Ci・Wi / diEC  i 1 3…式 2
Wi / di術に関する技術資料（施設性能・設計に係る指針）,20144） 久保田洋・山田裕己ら：散水・通気法による焼却飛灰中放i 1i 1

飛灰洗浄技術研究会・(独)国立環境研究所：飛灰洗浄技

射性セシウムの高効率洗い出し技術の開発，第 24 回廃棄物資源循環学会研究発表会講演論文集，pp.579-578,

R：採取した浸出水の放射能濃度(Bq/kg)
C：採取した浸出水のイオン濃度（mg/L）
W:採取時の浸出水量(g)d：採取した浸出水の密度(g/ml)

2013.

ひ と こ と本技術は環境省平成２５年度除染技

表５ 通気による溶出量の比較
処理区通気術実証事業にて、実証試験を終え、実規模での性能を確認しております。

浸出水当たりの溶出量 E
134
Cs
Na+K+Cl+137Cs

放射能濃度

Bq/ml

mg/kgDW

mg/ml

mg/ml

mg/ml

飛灰N14800

無28

2343

155

2,970

N14801

有3430

53

177

2,780

N37400-H70

無25

2233

141

2,130

N37401-H70

有272439

150

2,080

－78－

低エネルギーで低コスト、そしてシンプルな洗浄技術の確立を目指し開発
久保田 洋を進めてまいります。